KR101151123B1 - 차량용 제어 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명의 과제는 스위치 장치와 축전 장치를 구비하고, 전차선과 집전 장치가 이선된 경우에 스위치 장치를 동작시켜 축전 장치를 충방전시키는 철도 차량에 있어서, 이선 상태로부터 복귀한 후에는 스위치 장치를 정지시킴으로써 에너지의 불필요한 소비를 억제하는 것이다.
주전동기의 구동을 제어하는 전력 변환 장치와 스위치 장치의 접속점의 전압치를 검출하는 직류 전압 검출기와, 주차량의 주행 거리를 산출하는 주행 거리 산출 장치와, 이선이 발생하는 위치를 미리 기억시킨 이선 위치 데이터 베이스로 이루어지는 스위칭 신호 출력 장치를 구비하고, 주행 거리값과 상기 이선 위치 데이터 베이스를 대조함으로써, 차량이 이선이 발생하는 구간으로 진입하는 것을 예측하여, 스위칭 신호를 출력한다. 상기 스위치 장치는 이 스위칭 신호에 기초하여 동작, 정지한다.

Description

차량용 제어 장치 {CONTROL DEVICE FOR VEHICLE}

본 발명은 철도 차량용 차량 등의 차량에 탑재되는 제어 장치에 관한 것으로, 특히 주전동기를 구동하는 전력 변환 장치의 입력측에 축전 장치를 설치한 차량용 제어 장치에 관한 것이다.

종래, 전기 철도의 시스템은 전차선으로부터 전력을 얻어 차량을 구동한다. 그러나, 선로의 상황이나 주변 설비 등의 이유로 전차선을 설비할 수 없는 구간이 있고, 이와 같은 구간으로 차량이 진입한 경우, 전력을 공급할 수 없게 된다. 따라서, 만일 전차선 비설치 구간에서 차량이 정지하면 이후의 이동을 할 수 없게 된다. 그로 인해, 이와 같은 장소에서는 차량은 사전에 소정의 속도를 확보하여, 전차선이 없는 구간은 타성 주행으로 통과하는 등의 운전 조작에 의해 전력 공급 불능 구간의 주행을 커버하고 있다.

그러나, 이와 같은 운전 조작에서는 운전자로의 부담은 커진다. 또한, 전차선 비설치 구간을 타성 주행으로 통과하고 있는 동안은 보조 전원 장치로 전력을 공급할 수 없어, 차 내의 형광등이나 공조가 정지하는 경우가 있다.

또한, 감속 시에 구동용 주전동기에서 발전하여, 이 전력을 다른 차의 역행(力行) 등에 이용하는 회생 브레이크에 대해서는, 회생 브레이크 중에 집전 장치와 전차선이 이선(離線)되면, 주전동기에서 발전한 전력을 전차선으로 복귀시킬 수 없어, 회생 브레이크를 동작할 수 없다고(회생 실효) 하는 문제가 있었다.

상기의 이유로부터, 차 상측을 충방전 능력이 충분히 높고 또한 필요 최저한의 충전 용량을 갖는 2차 전지 등 축전 장치와 제어용 스위치 장치를 설치함으로써, 전차선 비설치 구간에 있어서 전력을 공급할 수 없는 문제나, 회생 실효하는 문제를 해결하는 시스템이 제안되어 있다.

예를 들어, 특허 문헌 1에서는 회생 전력을 흡수하는 축전 장치를 차 상측의 인버터 장치에 병설하는 차량용 구동 제어 장치의 예가 개시되어 있다. 도 12에 회생 전력을 흡수하는 축전 장치를 차 상측의 인버터 장치에 병설하는 경우의 기기 구성의 일례를 도시한다. 회생 브레이크 시, 주전동기(105)에서 발전된 전력은 집전 장치(101)를 통해 전차선으로 복귀되지만, 전차선과 집전 장치(101)가 이선되어 전류 경로가 끊기면, 필터 콘덴서(103)에 회생 브레이크 전류가 유입되어, 필터 콘덴서(103)의 양단부 전압을 밀어 올린다. 이때, 직류 전압 검출기(112)로 검출한 필터 콘덴서(103)의 양단부 전압 검출치의 변화율에 기초하여, 순시에 회생 전력을 축전 장치(110)로 흡수하는 충전 제어가 개시된다. 상기 축전 장치(110)에 흐르는 충전 전류는 스위치 장치(1090)를 스위칭시킴으로써 제어된다. 이에 의해, 회생 브레이크 중에 이선이 발생해도 필터 콘덴서 전압의 상승을 억제하여 회생 실효를 방지하는 것이 가능하다.

[특허 문헌 1] 일본 특허 출원 공개 제2008-228451호 공보

도 12에 도시하는 스위치 장치(1090)는, 예를 들어 IGBT 등의 스위칭 소자로 구성되어 있고, 축전 장치의 충방전 전류를 스위치 장치로 제어하는 경우에는, 스위치 장치의 스위칭 동작의 손실에 의해 에너지가 소비되어 버린다. 또한, 스위치 장치로 축전 장치의 충방전 전류의 목표치를 0A로 하여 제어하는 경우에 있어서도, 스위칭 동작에 의해 IGBT 소자의 열손실이나 미소한 충방전에 의한 충방전 손실 등이 발생하여, 상기 에너지 소비는 발생한다.

또한, 종래 기술에서는, 필터 콘덴서 전압의 급격한 변동에 대응하기 위해 이선 구간을 주행 중인지 여부에 관계없이, 스위치 장치는 스위칭 동작을 행하고 있었다.

그로 인해, 이선 구간 이외의 구간에서는 필터 콘덴서 전압이 변동하지 않음에도, 스위치 장치의 스위칭 동작을 계속하고 있어, 스위칭에 수반하는 에너지 손실이 크다고 하는 과제가 있었다.

본 발명은 스위치 장치의 스위칭 동작 기간을 단축하여, 차량이 이선 구간으로부터 전차선이 설치되어 있는 구간으로 진출했을 때에는 스위치 장치의 스위칭 동작을 정지시킴으로써, 에너지 손실을 억제하는 것이 가능한 차량용 제어 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기한 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 차량용 제어 장치는 전차선으로부터 전력을 얻는 집전 장치와, 차륜을 구동하는 주전동기와, 상기 집전 장치를 통해 상기 전차선으로부터 전력의 공급을 받아 상기 주전동기의 구동을 제어하는 전력 변환 장치와, 상기 전력 변환 장치로 직류 전력을 공급하는 축전 장치와, 상기 전력 변환 장치의 직류 부분과 상기 축전 장치 사이의 통류 전류를 조정 제어하는 스위치 장치를 구비하는 차량용 제어 장치에 있어서, 상기 스위치 장치가 스위칭 동작을 행하고 있을 때에는, 차량의 주행 정보에 따라서 상기 스위치 장치의 스위칭 동작을 정지시키는 스위칭 신호를 출력하고, 상기 스위치 장치가 스위칭 동작을 정지하고 있을 때에는, 상기 차량의 주행 정보에 따라서 상기 스위치 장치의 스위칭 동작을 행하게 하는 스위칭 신호를 출력하는 스위칭 신호 출력 장치를 구비한다.

또는, 본 발명의 차량용 제어 장치는 전차선으로부터 전력을 얻는 집전 장치와, 차륜을 구동하는 주전동기와, 상기 집전 장치를 통해 상기 전차선으로부터 전력의 공급을 받아 상기 주전동기의 구동을 제어하는 전력 변환 장치와, 상기 전력 변환 장치로 직류 전력을 공급하는 축전 장치와, 상기 전력 변환 장치의 직류 부분과 상기 축전 장치 사이의 통류 전류를 조정 제어하는 스위치 장치를 구비하는 차량용 제어 장치에 있어서, 상기 스위치 장치가 스위칭 동작을 행하고 있을 때에는, 차량의 주행 정보에 따라서 상기 스위치 장치의 스위칭 동작을 정지시키는 스위칭 신호를 출력하는 스위칭 신호 출력 장치를 구비한다.

본 발명에 있어서, 「전차선」이라 함은, 차량에 급전을 행하는 가선 및 제3 궤조 방식에 의해 급전을 행하는 레일을 포함하는 의미이다. 또한, 「이선」이라 함은 전차선이나 급전 레일이 설치되어 있지 않은 등의 이유에 의해 급전이 행해지지 않은 상태, 궤도 레일의 합류점/분기점에서 급전 레일로부터의 급전이 도중에 끊기는 상태, 주행 시험 등의 경험상 전차선의 진동에 기인하여 집전 장치와 전차선의 이선이 발생하여 급전이 도중에 끊기는 상태 등을 의미하고 있다. 또한, 「주행 정보」라 함은, 차량의 주행 거리 정보, 주행 위치 정보, 주행 속도 정보를 포함하는 의미인 것으로 한다.

본 발명에 따르면, 이선 구간을 차량이 통과하면 스위치 장치의 스위칭 동작을 정지시키므로, 스위치 장치의 스위칭 동작에 의한 에너지 손실을 저감시킬 수 있어, 에너지의 유효 이용이 가능해진다.

도 1은 본 발명의 제1 실시 형태를 도시하는 도면.
도 2는 교류 구간을 주행하는 차량의 전력 변환 장치의 구성예를 도시하는 도면.
도 3은 도 1에 도시한 스위칭 신호 출력 장치(23)의 구성예를 도시하는 블록도.
도 4는 도 1에 도시한 충방전 제어 장치(15)의 구성예를 도시하는 블록도.
도 5는 도 4에 도시한 전압 지령치 연산부의 구성예를 도시하는 블록도.
도 6은 본 발명을 적용했을 때의 동작 파형을 도시하는 도면.
도 7은 본 발명의 제2 실시 형태를 도시하는 도면.
도 8은 도 7에 도시한 스위칭 신호 출력 장치(23)의 구성예를 도시하는 블록도.
도 9는 본 발명의 제2 실시 형태를 적용했을 때의 동작 파형을 도시하는 도면.
도 10은 본 발명의 제3 실시 형태를 도시하는 도면.
도 11은 본 발명의 제3 실시 형태에 있어서의 스위칭 신호 출력 장치(23)의 구성예를 도시하는 블록도.
도 12는 종래예의 회생 전력을 흡수하는 축전 장치를 차 상측의 인버터 장치에 병설하는 경우의 기기 구성의 일례를 도시하는 도면.
도 13은 본 발명의 제3 실시 형태에 있어서의 스위칭 신호 출력 장치(23)의 구성예를 도시하는 블록도.
도 14는 본 발명의 제3 실시 형태에 있어서의 스위칭 신호 출력 장치(23)의 다른 구성예를 도시하는 블록도.
도 15는 본 발명의 제3 실시 형태에 있어서의 스위칭 신호 출력 장치(23)의 다른 구성예를 도시하는 블록도.

이하에, 각 실시예로 나누어 본 발명의 실시 형태에 대해 도면을 사용하여 설명한다. 이하의 각 지령에서는, 전차선을 예로 들어 설명하지만, 급전 레일로부터 종전 장치를 통해 급전을 받는 차량에 있어서도 마찬가지로 적용할 수 있는 실시 형태이다.

(제1 실시예)

이하, 본 발명의 실시 형태에 대해 도면을 사용하여 설명한다.

우선, 도 1을 사용하여, 전차선에 직류 전력이 흐르고 있는 직류 구간을 주행하는 차량을 예로 들어 본 발명의 제1 실시 형태를 설명한다. 도시한 바와 같이, 전차선과 전기적으로 접속되는 집전 장치(1)와, 필터 리액터(2)를 통해 전차선에 접속되는 인버터 장치(4)와, 이 인버터 장치(4)의 입력측에 필터 콘덴서(3)와, 인버터 장치(4)의 출력측에 주전동기(5)가 각각 접속된다. 직류 구간을 주행하는 차량의 경우, 전력 변환 장치(6)는 필터 리액터(2)와, 인버터 장치(4)와, 필터 콘덴서(3)로 구성된다.

또한, 필터 콘덴서(3)와 병렬로 보조 전원 장치(8)가 접속된다. 도 1에 있어서 보조 전원 장치(8)는 필터 리액터(2)와 필터 콘덴서(3) 사이에 접속되어 있지만, 집전 장치(1)와 인버터 장치 사이에서 필터 콘덴서(3)와 병렬로 접속되면 어느 위치라도 좋다.

또한, 필터 콘덴서(3)와 병렬로, 스위치 장치(90)가 접속된다. 이 스위치 장치(90)는 제1 IGBT(9a)의 에미터와 제2 IGBT(9b)의 콜렉터가 접속되어, 각각 IGBT에 프리 휠 다이오드가 병렬로 접속되어 구성된다. IGBT(9a)의 콜렉터는 필터 리액터(2)와 인버터 장치(4) 사이에 접속되고, IGBT(9b)의 에미터는 인버터 장치(4)의 직류 저전위측에 접속된다. IGBT(9b)의 콜렉터와 에미터 사이에는 인버터 장치(4)가 제어 가능한 최저 직류 입력 전압치보다도 낮은 단자 전압을 갖도록 선택된 축전 장치(10)와, 주평활 리액터(11)가 접속된다. 또한, 도 1에서는 스위치 장치(90)의 스위칭 소자를 IGBT로 나타내고 있지만, 스위칭 소자의 종류는 반드시 IGBT일 필요는 없다.

또한, 인버터 장치(4)의 직류측과 상기 스위치 장치(90)의 접속점의 전압치(Vfc)를 검출하는 직류 전압 검출기(12), 축전 장치(10)의 단자 전압(Vch)의 값을 검출하는 2차 전지 직류 전압 검출기(13) 및 축전 장치(10)로부터 IGBT(9b)의 콜렉터로 출력되는 전류(Ich)의 값을 검출하는 축전 장치 직류 전류 검출기(14)가 각각 설치된다. 또한, 스위치 장치(90)에는 충방전 제어 장치(15)가 접속되고, 인버터 장치(4)에는 인버터 제어 장치(16)가 접속되고, 보조 전원 장치(8)에는 보조 전원 제어 장치(17)가 접속되고, 축전 장치(10)에는 축전 제어 장치(18)가 접속되고, 축전 제어 장치(18)와 충방전 제어 장치(15) 사이에는 정보 전달 수단(19)이 설치되어 있다. 축전 제어 장치(18)는 축전 장치(10)의 충전량이나 내부 온도를 검출하여 허용 최대 충방전 전류를 산출하는 동시에, 이들 정보를 충방전 제어 장치(15)로 전달하도록 구성된다.

또한, 주전동기(5)의 회전 주파수를 검출하는 회전 주파수 검출기(22)로부터 회전 주파수 신호(f)가 출력되어, 주행 거리 연산 장치(24)에 입력된다. 또한, 주전동기(5)를 동기 전동기로 하고, 회전 주파수가 아닌 회전 각도를 검출하는 구성도 생각되지만, 그 경우에는 단위 시간당의 회전 각도 변화량에 기초하여 회전 주파수(f)를 연산하면 된다.

주행 거리 연산 장치(24)는 회전 주파수 신호(f)로부터 차량 속도를 산출하여, 이 차량 속도의 적산에 의해 차량의 주행 거리를 연산하고, 이 주행 거리의 정보를 스위칭 신호 출력 장치(23)로 출력한다. 스위칭 신호 출력 장치(23)에는 주행 구간의 이선 위치를 미리 기록한 이선 위치 기억 장치가 구비되어 있고, 주행 거리 연산 장치(24)로부터 입력되는 주행 거리의 정보와 이선 위치 기억 장치를 대조함으로써, 차량이 이선 구간으로 진입하는 것을 예측한다. 차량이 이선 구간으로 진입한다고 판단했을 때에는, 스위칭 신호(K)를 출력한다. 충방전 제어 장치(15)는 이 스위칭 신호(K)에 기초하여, 스위치 장치(90)의 스위칭을 동작, 정지시킨다.

이상의 구성에 의해, 주행 거리에 따라서 스위치 장치(90)의 스위칭을 동작, 정지시킴으로써, 이선 구간으로 진입한 경우에만 스위치 장치(90)의 스위칭 동작을 허가하고, 이선이 발생하지 않은 구간으로 차량이 진입하면 스위치 장치(90)의 스위칭 동작을 정지시키는 것이 가능해진다.

도 2는 전차선에 교류 전력이 흐르고 있는 교류 구간을 주행하는 차량의 전력 변환 장치(6)의 구성예를 도시한 도면이다. 전차선으로부터 교류 전력이 공급되는 경우, 전력 변환 장치(6)는 도 2에 도시한 바와 같이 컨버터 장치(7)와, 필터 콘덴서(3)와, 인버터 장치(4)로 구성된다. 이 경우, 스위치 장치(90)는, 도시한 바와 같이 전력 변환 장치(6)의 직류 부분에 접속된다.

도 3은 도 1의 스위칭 신호 출력 장치(23)의 구성을 도시하는 도면이다. 스위칭 신호 출력 장치(23)에서는 이선이 발생하는 주행 위치를 미리 기억한 이선 위치 기억 장치(25a)를 갖고, 이것에 주행 거리 연산 장치로 산출한 주행 거리를 입력하여 대조함으로써 차량이 이선 구간을 주행하고 있는지 판별한다. 이선이 발생하는 구간을 주행 중이라고 판단한 경우에는, 스위칭 신호(K)를 High 레벨로 하여, 스위치 장치(90)의 동작을 허가한다. 반대로, 이선이 발생하지 않는 구간이면 스위칭 신호(K)를 Low 레벨로 하여, 스위치 장치(90)를 동작시키지 않도록 한다.

여기서, 급전 레일로부터 급전을 행하는 제3 궤조 방식의 구간에서는, 역 부근에 설치되는 경우가 많은 걸널선 등에 의해 제3 궤조가 도중에 끊겨, 급전할 수 없는 것이 과제로 되어 있다. 그로 인해, 이선 위치 기억 장치(25a)에 걸널선 구간의 위치를 이선 구간으로서 기억해 두고, 차량이 출발한 역 부근의 걸널선 구간을 빠져나간 후, 다음 역의 앞에 있는 걸널선 구간으로 진입까지의 구간을 주행 중에는 스위치 장치(90)의 동작을 정지시켜도 좋다.

구체적인 설명을 이하에 나타낸다. 스위칭 신호 출력 장치(23)에는 출발역으로부터 걸널선이 종료될 때까지의 거리(X1)를 제1 이선 구간으로서 설정하고, 출발역으로부터 다음 역의 앞에 있는 걸널선 구간 입구까지의 거리(X2)와 출발역으로부터 다음 역까지의 거리(X3) 사이의 구간을 제2 이선 구간으로서 설정한다. 그리고, 이선 위치 기억 장치에 주행 거리를 입력하여 차량이 걸널선 구간을 주행하고 있는지 판별한다. 걸널선 구간을 주행 중이라고 판단한 경우(0 ＜ L ＜ X1 또는 X2 ＜ L ＜ X3)에는 스위칭 신호(K)를 High 레벨로 하여, 스위치 장치(90)의 동작을 허가한다. 반대로, 이선이 발생하지 않는 구간(X1 ＜ L ＜ X2의 구간)이면 스위칭 신호(K)를 Low 레벨로 하여, 스위치 장치(90)의 스위칭을 동작시키지 않도록 한다.

또한, 걸널선 이외에도, 시험 주행 등에 의해 전차선과 집전 장치의 이선이 빈번히 발생하는 구간을 이선 구간으로 하여 상기 이선 구간 기억 장치에 기억시키고, 상기와 동일한 방법으로 스위칭 신호(K)를 출력하는 것으로 해도 좋다.

도 4는 도 1의 충방전 제어 장치(15)의 구성예를 도시하는 도면이다. 충방전 제어 장치(15)에서는 인버터 장치(4)의 직류측 전압치(Vfc)가 전압 지령치 연산부(26)로부터 출력되는 직류 전압 지령치에 추종하도록 충방전 제어를 행한다. 충방전 제어 장치(15)의 동작을 이하에 설명한다.

전압 지령치 연산부(26)가 출력한 직류 전압 지령치(Vref)로부터, 직류 전압 검출기(12)로 검출되는 인버터 장치(4)의 직류측 전압치(Vfc)를 감산기(27)에 의해 감산하고, 그 전압차분에 대해 계수기(28)에 의해 적당한 계수(K1)를 승산하여 상기 전압차분에 비례하여 크기가 정해지는 스위치 전류 목표치(IchP1)를 산출한다.

직류 전압 지령치(Vref)보다 직류측 전압치(Vfc)가 큰 경우에는, 스위치 장치(90)의 스위치 전류 목표치(IchP1)는 마이너스의 값으로 된다. 그로 인해, 이후에 나타내는 바와 같이 인버터 장치(4)의 직류측으로부터 축전 장치로 전류를 도입하는 방향으로, 즉 직류측 전압치(Vfc)를 내리는 방향으로 동작한다.

반대로, 직류 전압 지령치(Vref)보다 직류측 전압치(Vfc)가 작은 경우에는, 스위치 장치(90)의 스위치 전류 목표치(IchP1)는 플러스의 값으로 되어, 축전 장치로부터 인버터 장치(4)의 직류측으로 전류를 송출하여, 직류측 전압치(Vfc)를 올리는 방향으로 동작한다. 이 스위치 전류 목표치(IchP1)에 대해 직류 전류 검출기(14)에 의해 검출되는 축전 장치 전류치(Ich)를 축전 장치(10)로부터 방전하는 방향을 플러스로서 피드백하고, 스위치 전류 목표치(Ichp1)와 축전 장치 전류치(Ich)의 차분을 취하여 전류 제어부(ACR)(30)에 의해 비례 적분 등의 처치를 행하여 통류율 지령으로 하여, 게이트 펄스 연산기에 출력한다. 게이트 펄스 연산기(31)가 이 통류율 지령에 비례한 펄스 폭을 갖는 펄스 신호(Pp)를 스위치 장치(90)로 출력함으로써, 인버터 장치의 직류측 전압치(Vfc)가 전압 지령치 연산부(26)로부터 출력되는 직류 전압 지령치(Vref)에 추종하도록 충방전 제어를 행한다.

또한, 충방전 제어 장치(15)의 최종단에는 절환기(32)를 설치하여, 도 3에서 설명한 스위칭 신호(K)에 의해 절환되도록 구성한다. 이에 의해, 스위칭 신호(K)가 High일 때, 즉 이선 구간을 주행 중인 동안은 게이트 펄스 연산기(31)의 출력을 선택하여, 게이트 펄스 신호로서 스위치 장치(90)로 출력하고, 반대로 스위칭 신호(K)가 Low일 때, 즉 이선이 발생하지 않는 구간을 주행하고 있는 동안은 0을 선택하여, 게이트 펄스 신호로서 스위치 장치(90)로 출력한다.

상기한 구성에 의해, 이선이 발생하지 않는 구간을 주행하고 있는 동안은 게이트 펄스 신호를 0으로 하여, 스위치 장치(90)의 동작을 정지 상태로 함으로써, 스위칭 손실을 억제할 수 있다.

도 5는 도 4에 도시하는 전압 지령치 연산부(26)의 구성예를 도시하는 도면이다. 전압 지령치 연산부(26)는, High의 스위칭 신호(K)가 입력되고 있는 동안에 있어서, 이선이 발생하기 직전의 필터 콘덴서(3)의 전압을 직류 전압 지령치(Vref)로서 출력한다.

전압 지령치 연산부(26)에서는, 우선 필터 콘덴서(3)의 전압(Vfc)을 비교기(33a와 33b)에 입력하여, 미리 설정한 기준 전압치(V0 또는 V0')와 비교한다. 여기서, 비교기(33)에 설정하는 V0은 전차선 전압보다도 낮고, 인버터 장치(4)의 최저 동작 전압보다 높은 전압치를 설정하고, 비교기(34)에 설정하는 V0'는 전차선 전압보다 높고, 회생 실효가 되는 필터 콘덴서 전압치보다도 낮게 설정한다. 그리고, 회생 브레이크를 개시한 것을 검지하기 위해, 도 1에는 도시하고 있지 않지만, 회생 브레이크 플래그(B)를 인버터 제어 장치(16)로부터 충방전 제어 장치(15)에 입력하여, 절환기(36)를 회생 브레이크 플래그(B)에 의해 절환함으로써, 역행 및 타성 주행 중에는 비교기(33a)의 출력을, 회생 브레이크 중에는 비교기(33b)의 출력을 플립플롭 회로(37)의 세트측(S측)에 입력되도록 구성한다.

이에 의해, 역행 및 타성 주행 중에 이선이 발생하여, 필터 콘덴서 전압(Vfc)이 V0보다도 저하되었을 때나, 또는 회생 브레이크 중에 이선이 발생하여, 필터 콘덴서 전압(Vfc)이 V0'를 초과한 경우에, 플립플롭 회로(37)에 비교기(33 또는 34)로부터 출력되는 High 신호가 입력되어, 절환기(38)를 절환한다. 또한, 도 5에 도시한 바와 같이 지연 소자(39)가 설치되어 있고, 이선이 발생하여 플립플롭 회로(37)의 출력 신호에 의해 절환기(38)가 절환되면, 이선 발생 직전의 필터 콘덴서 전압(Vfc)을 직류 전압 지령치(Vref)로서 출력한다.

이와 같이, 이선 발생 직전의 필터 콘덴서 전압(Vfc)을 직류 전압 지령치(Vref)로서 출력함으로써, 이선에 의해 필터 콘덴서 전압이 변동되기 전의 전압을 제어의 지령치로 할 수 있어, 필터 콘덴서 전압의 안정화를 도모할 수 있다.

또한, 플립플롭 회로(37)의 리셋측(R측)에는 스위칭 신호(K)를 반전기(35)로 반전한 신호가 입력되어 있고, 스위칭 신호(K)가 출력되어 있지 않은 동안은 플립플롭 회로(37)의 출력은 0, 즉 필터 콘덴서 전압(Vfc)을 직류 전압 지령치(Vref)로 하여 그대로 출력한다.

도 6은 본 발명의 차량용 제어 장치를 탑재한 차량이 이선 구간을 통과할 때의 충방전 동작을 설명하는 도면이다.

전차선으로부터 전력을 공급할 수 있는 지점인 A점에 있어서 역행을 개시하였다고 한다. 이때, A점에서는 전차선 전압을 받고 있으므로 도 6b에 도시한 바와 같이, 인버터 장치(4)의 입력 전압(Vfc)은 전차선 전압과 대략 동등하다.

다음에, 소정의 전류를 취하면서 역행의 상태로 B-C 구간에 도시하는 이선 구간으로 들어갔다고 한다. 도 3에 도시한 이선 위치 기억 장치에는 B-C 구간을 이선 구간으로서 기록하고 있고, 이에 의해, 도 6c에 도시한 바와 같이 차량이 B점에 도달하기 직전에 이선 구간으로 진입하는 것을 예측하여 스위칭 신호 출력 장치(23)로부터 스위칭 신호(K)가 출력되어, 스위치 장치(90)의 스위칭이 개시된다. 여기서, 차량이 B점에 도달하기 전에 스위칭 신호(K)가 출력됨으로써, 차량이 이선 구간으로 진입하기 전에 스위칭을 개시할 수 있어, 이선 구간 내에서의 필터 콘덴서 전압(Vfc)의 급격한 변동을 억제하는 것이 가능해진다.

상술한 바와 같이, 스위치 장치(90)의 스위칭이 개시된 후라도, 전차선으로부터의 전력 공급을 받고 있는 동안이면 필터 콘덴서 전압(Vfc)은 전압 설정치(V0)보다 저하되지 않으므로, 스위치 장치(90)는 충방전을 행하지 않도록 스위칭을 제어하여, 축전 장치(10)로부터 전력은 방전되지 않는다. B점 진입 후, 즉 이선 발생 후, 도 6d에 도시한 바와 같이 집전 장치(1)를 흐르는 전류(Idc)가 0으로 되므로, 도 6b에 도시한 바와 같이 인버터 장치(4)의 입력 전압(Vfc)이 급강하하지만, 필터 콘덴서 전압(Vfc)이 스위치 장치(90)의 제어 목표(V0)까지 강하하면 도 4에 도시한 충방전 제어 장치(15)의 정전압 제어 기능에 의해, 필터 콘덴서 전압(Vfc)을 이선이 발생하기 전의 전압치로 유지하도록 축전 장치(10)로부터의 방전이 개시되어, 도 6e의 B-C 구간에 도시한 바와 같이 축전 장치(10)로부터 전류가 공급된다.

계속해서, 차량이 C점에 있어서 다시 전차선 설비 구간으로 들어가면, 스위칭 신호(K)가 Low로 되어, 스위치 장치(90)의 스위칭 동작이 정지하고, 도 6e에 도시한 바와 같이 축전 장치(10)의 방전이 정지한다. 인버터 장치(4)에는, 도 6b에 도시한 바와 같이 다시 전차선 전압이 인가되어 있으므로, 인버터 장치(4)에 입력되는 전류(Iinv)는 전차선으로부터 흐르는 전류(Idc)로 된다.

다음에, 전차선으로부터 전력을 공급할 수 있는 지점인 D점에 있어서 회생 브레이크가 걸리기 시작하였다고 한다. 이때, D점 이후에는, 도 6b에 도시한 바와 같이 필터 콘덴서 전압(Vfc)은 전차선 전압보다 높아져, 전력이 전차선으로 복귀된다.

다음에, 소정의 전류를 전차선측으로 복귀시키면서 E-F 구간에 도시하는 이선 구간으로 들어갔다고 한다. 도 6c에 도시한 바와 같이, E점에 도달하기 직전에 스위칭 신호 출력 장치(23)로부터 스위칭 신호(K)가 출력되어, 스위치 장치(90)의 스위칭이 개시된다.

여기서, 차량이 E점에 도달하기 전에 스위칭 신호(K)가 출력됨으로써, 차량이 이선 구간으로 진입하기 전에 스위칭을 개시할 수 있어, 이선 구간 내에서의 필터 콘덴서 전압(Vfc)의 급격한 변동을 억제하는 것이 가능해진다.

상술한 바와 같이, 스위치 장치(90)의 스위칭이 개시된 후라도, 전차선으로 전력을 복귀시킬 수 있는 동안이면 필터 콘덴서 전압(Vfc)은 전압 설정치(V0')를 초과하지 않으므로, 스위치 장치(90)는 충방전을 행하지 않도록 스위칭을 제어하여, 축전 장치(10)에는 전력이 충전되지 않는다.

E점 진입 후, 즉 이선 발생 후, 집전 장치(1)를 흐르는 전류(Idc)가 갈 곳이 없어져 필터 콘덴서(3)로 유입되므로, 도 6b에 도시한 바와 같이 필터 콘덴서 전압(Vfc)이 급상승하지만, 필터 콘덴서 전압(Vfc)이 스위치 장치(90)의 제어 목표(V0')까지 상승하면 도 4에 도시한 충방전 제어 장치(15)의 정전압 제어 기능에 의해 Vfc를 이선이 발생하기 전의 전압치로 유지하도록 충전이 개시되어, 도 6e의 E-F 구간에 도시한 바와 같이 스위치 장치(90)를 통해 축전 장치(10)로 전류가 흐른다.

계속해서, 차량이 F점에 있어서 다시 전차선 설비 구간으로 들어가면, 스위칭 신호(K)가 Low로 되어, 도 6e에 도시한 바와 같이 스위치 장치(90)의 스위칭 동작이 정지하고, 축전 장치(10)의 충전이 정지한다. 회생 전력은 전차선으로 복귀시킬 수 있으므로, 인버터 장치(4)로부터 출력되는 직류 전류(Iinv)는 전차선으로 흐르는 전류(Idc)로 된다.

본 실시예에 따르면, 차량이 이선 구간으로 진입하는 경우에 스위치 장치(90)의 스위칭 동작을 행하고, 이선 구간을 빠져나가면 스위치 장치(90)의 스위칭 동작을 정지시키는 것이 가능해진다.

또한, 본 실시예에서는 역행 중 또는 회생 브레이크 중에 있어서의 이선 시의 충방전 동작에 대해 설명하였지만, 타성 주행 중에 이선 구간으로 진입한 경우에 있어서도, 보조 전원 장치(8)로의 전력 공급이 끊기므로, 도 6b의 B점과 마찬가지로 Vfc가 급강하하므로, 역행 중의 이선과 동일한 방법으로 축전 장치(10)로부터 보조 전원 장치(8)로 전력이 공급된다.

당해 실시예에서는, 차량의 주행 거리를 모터의 회전 주파수로부터 산출하는 실시 형태를 설명하였지만, GPS 장치에 의해 주행 위치를 검출하는 방법이나 위치 정보를 지상자로부터 수신하는 방법에 의해 차량의 주행 위치를 검출하는 것으로 하고, 이선 위치 기억 장치에 기억된 이선 위치와 비교하여, 스위칭 신호(K)를 출력하는 실시 형태에 의해서도 본 발명은 실시 가능하다.

(제2 실시예)

도 7은 본 발명의 제2 실시 형태를 설명하는 도면으로, 특히 제3 궤조 방식에 의해 급전하는 차량에 대해 제안하는 형태이다. 제3 궤조 방식에서는 걸널선 등으로 제3 궤조가 도중에 끊겨 급전할 수 없는 것이 과제로 되어 있다. 걸널선을 주행할 때에는 차량의 속도가 제한되어 있는 경우가 있으므로, 본 형태에서는 차량 속도에 기초하여 스위치 장치(90)를 동작, 정지하는 방법을 제안한다.

도시한 바와 같이, 전차선과 전기적으로 접속되는 집전 장치(1)와 필터 리액터(2)를 통해, 전차선에 접속되는 인버터 장치(4)와, 이 인버터 장치(4)의 입력측에 필터 콘덴서(3)가, 인버터 장치(4)의 출력측에 주전동기(5)가 각각 접속된다.

또한, 필터 콘덴서(3)와 병렬로, 스위치 장치(90)가 접속된다. 이 스위치 장치(90)는 제1 IGBT(9a)의 에미터와 제2 IGBT(9b)의 콜렉터가 접속되고, 각각 IGBT에 프리 휠 다이오드가 병렬로 접속되어 구성된다. IGBT(9a)의 콜렉터는 필터 리액터(2)와 인버터 장치(4) 사이에 접속되고, IGBT(9b)의 에미터는 인버터 장치(4)의 직류 저전위측에 접속된다. IGBT(9b)의 콜렉터와 에미터 사이에는 인버터 장치(4)가 제어 가능한 최저 직류 입력 전압치보다도 낮은 단자 전압을 갖도록 선택된 축전 장치(10)와, 주평활 리액터(11)가 접속된다. 또한, 도 7에서는 스위치 장치(90)의 스위칭 소자를 IGBT로 나타내고 있지만, 스위칭 소자의 종류는 한정되지 않는다.

또한, 인버터 장치(4)의 직류측과 상기 스위치 장치(90)의 접속점의 전압치(Vfc)를 검출하는 직류 전압 검출기(12), 축전 장치(10)의 단자 전압(Vch)의 값을 검출하는 2차 전지 직류 전압 검출기(13) 및 축전 장치(10)로부터 IGBT(9b)의 콜렉터로 출력되는 전류(Ich)의 값을 검출하는 축전 장치의 직류 전류 검출기(14)가 각각 설치된다. 또한, 스위치 장치(90)에는 충방전 제어 장치(15)가 접속된다. 또한, 인버터 장치(4)에는 인버터 제어 장치(16)가 접속되고, 축전 장치(10)에는 축전 제어 장치(18)가 접속되고, 축전 제어 장치(18)와 충방전 제어 장치(15) 사이에는 정보 전달 수단(19)이 설치되어 있다. 축전 제어 장치(18)는 축전 장치(10)의 충전량이나 내부 온도를 검출하여 허용 최대 충방전 전류를 산출하는 동시에, 이들 정보를 충방전 제어 장치(15)로 전달하도록 구성된다.

또한, 주전동기(5)의 회전 주파수를 검출하는 회전 주파수 검출기(22)로부터 회전 주파수 신호(f)가 출력되어, 스위칭 신호 출력 장치(23)에 입력된다. 또한, 주전동기(5)를 동기 전동기로 하여, 회전 주파수가 아닌 회전 각도를 검출하는 구성도 생각되지만, 그 경우에는 단위 시간당의 회전 각도 변화량에 기초하여 회전 주파수(f)를 연산하면 된다.

또한, 스위칭 신호 출력 장치(23)는 지상자(41a)로부터 보내지는 위치 신호가 차상자(40a)를 통해 입력되어, 차량이 본선을 주행 중인지, 검차장 내를 주행 중인지를 판별할 수 있도록 구성된다. 이에 의해, 스위칭 신호 출력 장치(23)는 본선 주행을 저속으로 주행하고 있는 경우에 스위칭 신호(K)를 출력한다. 이 스위칭 신호(K)가 충방전 제어 장치(15)에 입력됨으로써, 스위치 장치(90)가 동작을 개시한다.

이상의 구성에 의해, 차량 속도에 따라서 스위치 장치(90)를 동작, 정지시킴으로써, 차량이 이선 구간으로 진입한 경우에 스위치 장치(90)의 동작을 허가하고, 이선 구간을 빠져나가면 스위치 장치(90)의 동작을 정지시키는 것이 가능해진다.

또한, 본 실시예에서는, 주전동기의 회전 주파수 정보 또는 동기 전동기의 회전 각도 정보를 이용하여 스위칭 신호(K)의 출력을 판단하는 방법에 대해 설명하지만, 이들 신호는 차량의 주행 속도에 관한 정보이면 치환하는 것이 가능하다.

도 8은 도 7에 도시하는 실시 형태에 있어서의 스위칭 신호 출력 장치(23)의 구성을 도시하는 도면이다.

회전 주파수 검출기(22)로부터 출력된 회전 속도 신호(f)가 차량 속도 연산부(42a)에 입력되어, 회전 속도 신호(f)에 기초하여 차량 주행 속도(Vs)를 산출한다. 차량 속도(Vs)는 비교기(43a)에 의해 기억되어 있는 미리 설정된 걸널선 통과 속도치(Va, Vb)와 비교되어, Va보다 크고, 또한 Vb보다도 작은 경우에는 High 신호가 출력된다. 또한, 차상자(40a)로부터 출력된 지점 신호가 판별기(44a)에 입력되어, 본선을 주행하고 있는 경우, 판별기(44a)는 High 신호를 출력한다. 그리고, 논리곱의 논리 회로(45b)에서는 비교기(43a)와 판별기(44a)의 신호의 논리곱을 출력함으로써, 본선에서 걸널선 통과 속도 이하로 주행하고 있는 동안에만 스위칭 신호(K)를 High로서 출력하고, 그 이외는 Low로서 출력한다.

또한, 도 7, 도 8에 도시하는 제2 실시 형태를 적용하는 경우라도, 충방전 제어 장치(15)의 구성은 도 4, 도 5에 도시한 구성과 마찬가지이다.

도 9는 본 발명에 있어서의 제2 실시 형태의 차량용 제어 장치를 탑재한 차량이 이선 구간을 통과할 때의 충방전 동작을 설명하는 도면이다.

우선, 전차선으로부터 전력을 공급할 수 있는 지점인 A점에 있어서 차량이 역행을 개시한다. 그리고, B점에서 차량 속도(Vs)는 걸널선 통과 속도치(Va)에 도달하면, 도 9c에 도시한 바와 같이 스위칭 신호(K)가 High로 되어, 스위치 장치(90)의 스위칭 동작이 개시된다. 그러나, B점으로부터 C점의 구간에서는 전차선 전압을 받고 있으므로, 필터 콘덴서 전압(Vfc)은 전차선 전압에 대략 동등하고, V0 이상이므로 축전 장치(10)로부터는 전력이 방전되지 않는다.

다음에, 소정의 전류를 취하여, 차량 속도가 걸널선 통과 속도치(Va)로부터 걸널선 통과 속도치(Vb) 사이에 유지된 상태로, C-D 구간에 도시하는 걸널선부(이선 구간)로 들어갔다고 한다. C점 진입 후, 즉 이선 발생 후, 도 9d에 도시한 바와 같이 집전 장치(1)를 흐르는 전류(Idc)가 0으로 되므로, 도 9b에 도시한 바와 같이 필터 콘덴서 전압(Vfc)이 급강하하지만, 필터 콘덴서 전압(Vfc)이 스위치 장치(90)의 제어 목표(V0)까지 강하하면, 도 4에 도시한 충방전 제어 장치(15)의 정전압 제어 기능에 의해 필터 콘덴서 전압(Vfc)을 이선이 발생하기 전의 전압치로 유지하도록 방전이 개시되어, 도 9e의 C-D 구간에 도시한 바와 같이 축전 장치(10)로부터 전류가 공급된다.

계속해서, 차량이 걸널선부를 빠져나가(D점을 통과하여), 차량 속도가 상승하면, 도 9에 도시한 바와 같이 스위칭 신호가 Low로 되고, 도 9e에 도시한 바와 같이 스위치 장치(90)의 스위칭 동작이 정지하고, 축전 장치(10)로부터의 방전이 정지한다. 인버터 장치(4)에는 다시 전차선 전압이 인가되어 있으므로, 인버터 장치(4)에 입력되는 전류(Iinv)는 전차선으로부터 흐르는 전류(Idc)로 된다.

다음에, 전차선으로부터 전력을 공급할 수 있는 지점인 E점에 있어서 회생 브레이크가 걸리기 시작했다고 한다. 이때, E점 이후에는 필터 콘덴서 전압(Vfc)이 전차선 전압보다 높아져, 전력이 전차선으로 복귀된다. 그리고, F점에서 차량 속도(Vs)는 Vb에 도달하면, 도 9c에 도시한 바와 같이 스위칭 신호(K)가 High로 되어 스위치 장치(90)의 스위칭이 개시된다.

다음에, 소정의 전류를 전차선측으로 복귀시키면서 G-H 구간에 도시하는 걸널선부(이선 구간)로 들어갔다고 한다. G점 진입 후, 즉 이선 발생 후, 집전 장치(1)를 흐르는 전류(Idc)가 갈 곳이 없어져 필터 콘덴서(3)로 유입되므로, 도 9b에 도시한 바와 같이 인버터 장치(4)의 입력 전압(Vfc)이 급상승하지만, 필터 콘덴서 전압(Vfc)이 스위치 장치(90)의 제어 목표(V0')까지 상승하면, 도 4에 도시한 충방전 제어 장치(15)의 정전압 제어 기능에 의해 필터 콘덴서 전압(Vfc)을 이선이 발생하기 전의 전압치로 유지하도록 충전이 개시되어, 도 9d의 G-H 구간에 도시한 바와 같이 스위치 장치(90)를 통해 축전 장치(10)로 전류가 흐른다.

이후, 차량이 H점에 있어서 걸널선부를 빠져나가면, 차량 속도는 Va 이하로 되고, 스위칭 신호(K)가 Low로 되어 스위치 장치(90)의 스위칭 동작이 정지한다. 이와 같이 하여, 이선 구간으로 진입한 경우에만 스위치 장치(90)의 스위칭 동작을 허가하고, 이선 구간을 빠져나가면 스위치 장치(90)의 스위칭 동작을 정지시키는 것이 가능해진다.

또한, 본 설명에서는 걸널선을 정속 또는 회생 브레이크로 통과시켰을 때의 충방전 동작에 대해 설명하였지만, 걸널선부를 타성 주행으로 주행한 경우에 있어서도, 보조 전원 장치(8)로의 전력 공급이 끊기므로, 도 9b의 B점과 마찬가지로 필터 콘덴서 전압(Vfc)이 급강하하므로, 걸널선을 정속으로 주행한 경우와 동일한 방법으로 축전 장치(10)로부터 보조 전원 장치(8)로 전력이 공급된다.

또한, 본 실시예에서는, 도 8에 도시한 바와 같이 차량의 주행 속도에 관한 정보와 주행 위치에 관한 정보를 사용하여 스위칭 신호(K)를 출력하는 것으로 하였지만, 검차장 등이 없어 본선을 주행하는 것이 명백한 경우에는, 반드시 주행 위치에 관한 정보는 필요 없다. 즉, 차량의 주행 속도에 관한 정보에 의해 스위칭 신호(K)의 출력의 필요 여부를 판단하는 것도 가능하다.

(제3 실시예)

도 10은 본 발명의 제3 실시 형태를 도시하는 도면이다.

예를 들어, 급전 방식이 제3 궤조 방식의 구간을 주행하는 차량에 있어서는, 걸널선 등에서 제3 궤조가 도중에 끊겨 급전할 수 없는 것이 과제로 되어 있지만, 차량이 반드시 이 걸널선을 통과한다고는 한정되지 않는다. 따라서, 본 형태에서는 주행 거리와 차량 속도에 따라서 스위치 장치(90)를 동작, 정지시킨다. 이에 의해, 걸널선을 통과하지 않고 직진하는 경우나, 걸널선 통과 이외의 이유로 감속한 경우라도 스위치 장치(90)의 동작을 정지시킨다.

도시한 바와 같이, 전차선과 전기적으로 접속되는 집전 장치(1)와, 필터 리액터(2)를 통해 전차선에 접속되는 인버터 장치(4)와, 이 인버터 장치(4)의 입력측에 필터 콘덴서(3)와, 인버터 장치(4)의 출력측에 주전동기(5)가 각각 접속된다. 전력 변환 장치(6)는 필터 리액터(2)와, 인버터 장치(4)와, 필터 콘덴서(3)로 구성된다.

또한, 필터 콘덴서(3)와 병렬로 보조 전원 장치(8)가 접속된다. 도 1에 있어서 보조 전원 장치(8)는 필터 리액터(2)와 필터 콘덴서(3) 사이에 접속되어 있지만, 집전 장치(1)와 인버터 장치 사이에서 필터 콘덴서(3)와 병렬로 접속되면 어느 위치라도 좋다.

또한, 필터 콘덴서(3)와 병렬로, 스위치 장치(90)가 접속된다. 이 스위치 장치(90)는 제1 IGBT(9a)의 에미터와 제2 IGBT(9b)의 콜렉터가 접속되어, 각각 IGBT에 프리 휠 다이오드가 병렬로 접속되어 구성된다. IGBT(9a)의 콜렉터는 필터 리액터(2)와 인버터 장치(4) 사이에 접속되고, IGBT(9b)의 에미터는 인버터 장치(4)의 직류 저전위측에 접속된다. IGBT(9b)의 콜렉터와 에미터 사이에는 인버터 장치(4)가 제어 가능한 최저 직류 입력 전압치보다도 낮은 단자 전압을 갖도록 선택된 축전 장치(10)와, 주평활 리액터(11)가 접속된다. 또한, 도 1에서는 스위치 장치(90)의 스위칭 소자를 IGBT로 나타내고 있지만, 스위칭 소자의 종류는 한정되지 않는다.

또한, 인버터 장치(4)의 직류측과 상기 스위치 장치(90)의 접속점의 전압치(Vfc)를 검출하는 직류 전압 검출기(12), 축전 장치(10)의 단자 전압(Vch)의 값을 검출하는 2차 전지 직류 전압 검출기(13) 및 축전 장치(10)로부터 IGBT(9b)의 콜렉터로 출력되는 전류(Ich)의 값을 검출하는 축전 장치의 직류 전류 검출기(14)가 각각 설치된다. 또한, 스위치 장치(90)에는 충방전 제어 장치(15)가 접속되고, 인버터 장치(4)에는 인버터 제어 장치(16)가 접속되고, 보조 전원 장치(8)에는 보조 전원 제어 장치(17)가 접속되고, 축전 장치(10)에는 축전 제어 장치(18)가 접속되고, 축전 제어 장치(18)와 충방전 제어 장치(15) 사이에는 정보 전달 수단(19)이 설치되어 있다. 축전 제어 장치(18)는 축전 장치(10)의 충전량이나 내부 온도를 검출하여 허용 최대 충방전 전류를 산출하는 동시에, 이들 정보를 충방전 제어 장치(15)로 전달하도록 구성된다.

또한, 주전동기(5)의 회전 주파수를 검출하는 회전 주파수 검출기(22)로부터 회전 주파수 신호(f)가 출력되어, 스위칭 신호 출력 장치(23)와 주행 거리 연산 장치(24)에 입력된다. 또한, 주전동기(5)를 동기 전동기로 하여, 회전 주파수가 아닌 회전 각도를 검출하는 구성도 생각되지만, 그 경우에는 단위 시간당의 회전 각도 변화량에 기초하여 회전 주파수(f)를 연산하면 된다.

또한, 본 실시예에서는 주전동기의 회전 주파수 정보 또는 동기 전동기의 회전 각도 정보를 이용하는 방법에 대해 설명하지만, 이들 신호는 차량의 주행 속도에 관한 정보이면 치환하는 것이 가능하다.

또한, 스위칭 신호 출력 장치(23)에는 지상자(41)로부터 보내지는 위치 신호가 차상자(40)를 통해 입력되어, 차량이 본선을 주행 중인지, 검차장 내를 주행 중인지를 판별할 수 있도록 구성된다.

이상의 구성에 의해, 주행 거리와 차량 속도에 따라서 스위치 장치(90)를 동작, 정지시킴으로써, 이선 구간으로 진입한 경우에만 스위치 장치(90)의 스위칭 동작을 허가하고, 다시 이선이 발생하지 않는 구간으로 차량이 진입하면 스위치 장치(90)의 스위칭 동작을 정지시키는 것이 가능해진다.

도 11은 도 10에 도시하는 스위칭 신호 출력 장치(23)의 다른 구성을 도시하는 도면이다.

제3 실시 형태에 있어서의 스위칭 신호 출력 장치(23)에서는, 이선이 발생하는 위치를 미리 기억한 이선 위치 기억 장치(25b)를 갖고, 이것에 주행 거리를 입력하여 대조함으로써 차량이 이선 구간을 주행하고 있는지 판별한다. 이선이 발생하는 구간을 주행 중이라고 판단한 경우에는, 이선 위치 기억 장치(25b)의 출력을 High 레벨로 하고, 반대로, 이선이 발생하지 않는 구간이면 이선 위치 기억 장치(25b)의 출력을 Low 레벨로 한다.

또한, 회전 주파수 검출기(22)로부터 출력된 회전 속도 신호(f)가 차량 속도 연산부(42c)에 입력되어, 회전 속도 신호(f)에 기초하여 차량 주행 속도(Vs)를 산출한다. 차량 속도(Vs)는 비교기(43c)에 의해 기억되어 있던 미리 설정된 걸널선 통과 속도치(Va, Vb)와 비교되어, 차량 속도 Vs가 Va보다 크고, 또한 Vb보다 작은 경우에는 High 신호를 출력한다. 또한, 차상자(40b)로부터 출력된 지점 신호가 판별기(44d)에 입력되어, 본선을 주행하고 있는 경우, 판별기(44d)는 High 신호를 출력한다. 그리고, 논리곱의 논리 회로(45f)에서는 비교기(43c)와 판별기(44d)의 신호의 논리곱을 출력함으로써, 본선에 의해 걸널선 통과 속도 이하로 주행하고 있는 동안에만 High 신호를 출력하고, 그 이외에는 Low로서 출력한다.

상기 이선 위치 기억 장치(25b)와 논리곱의 논리 회로(45f)의 출력 신호는 논리합의 논리 회로(45g)에 입력되어, 논리합의 논리 회로(45g)의 출력을 스위칭 신호(K)로 한다. 이에 의해, 걸널선을 걸널선 통과 속도로 주행하고 있는 경우만 스위치 장치(90)의 스위칭 동작을 허가하고, 걸널선 이외의 구간을 주행하는 경우에는 스위치 장치(90)의 스위칭 동작을 정지할 수 있다.

또한, 본 실시예에서는, 도 11에 도시한 바와 같이 차량의 주행 거리 정보와, 주행 속도에 관한 정보와, 주행 위치에 관한 정보에 의해 스위칭 신호(K)의 출력을 판단하는 것으로 하였지만, 검차장 등이 없이 본선을 주행하는 것이 명백한 경우에는, 반드시 주행 위치에 관한 정보는 필요 없다. 즉, 차량의 주행 거리 정보와, 차량의 주행 속도에 관한 정보에 의해 스위칭 신호(K)의 출력의 필요 여부를 판단하는 것도 가능하다.

(제4 실시예)

상술한 각 실시예는 스위칭 신호(K)의 출력에 따라서 스위치 장치의 스위칭 동작이 개시 및 정지하는 실시 형태에 대해 설명하였지만, 본 실시예에서는, 스위칭 신호(K)의 출력에 따라서 스위치 장치의 스위칭 동작이 정지하여, 차량의 회생/역행 운전 개시 시에 스위치 장치의 스위칭 동작이 개시되는 실시 형태이다.

이선 구간을 정속 또는 타성 주행으로 주행한 경우에 있어서도, 보조 전원 장치(8)로의 전력 공급이 끊기므로, 필터 콘덴서 전압(Vfc)은 강하하지만, 이선 구간을 역행 또는 회생 브레이크 운전으로 주행한 경우에는, 차량의 가속이나 제동에 큰 전력을 필요로 하므로, 필터 콘덴서 전압(Vfc)의 변동이 급격하다. 그로 인해, 본 실시예는 이선 구간을 역행 또는 회생 브레이크 운전으로 주행한 경우의 필터 콘덴서 전압(Vfc)의 급격한 변동을 억제하는 것에 주목한 것이다.

본 실시예의 구성은 상기한 제1 실시예 내지 제3 실시예 중 어느 하나와 마찬가지이다. 제1 실시예 내지 제3 실시예의 차이점은 High측의 스위칭 신호(K)를 출력하는 트리거가, 차량의 회생 브레이크 운전 또는 역행 운전의 개시 정보인 점이다. 당해 회생 브레이크 운전이나 역행 운전의 개시 정보는 운전사가 운전대에 입력하는 정보 또는 가속도 센서로부터의 차량의 가속도 정보를 사용하는 것으로 한다.

본 실시예에 따르면, 역행 운전 또는 회생 브레이크 운전의 개시 정보가 입력되면, High측의 스위칭 신호(K)가 출력되어, 스위치 장치(90)의 스위칭 동작이 개시된다. 그 후, 이선 구간을 진출하면 제1 실시예 내지 제3 실시예와 마찬가지로 Low측의 스위칭 신호(K)가 출력되어, 스위치 장치(90)의 스위칭 동작이 정지한다.

본 실시예에서는, 한 번의 역행 운전 중 또는 회생 브레이크 운전 중에 복수의 이선 구간이 존재하는 경우에는, 필터 콘덴서 전압의 변동을 억제할 수 없다고 하는 문제가 있지만, High측의 스위칭 신호(K)를 출력하는 트리거를, 도 13, 도 14, 도 15에 도시한 바와 같이 회생 브레이크 운전이나 역행 운전의 개시 정보와, 제1 실시예 내지 제3 실시예에 나타낸 주행 정보의 앤드 조건으로 함으로써 상기 문제를 해결하는 것이 가능하다.

본 실시예에 따르면, 이선 구간을 진출했을 때에, 스위치 장치의 스위칭을 정지시키는 것이 가능해지므로, 스위칭 동작 기간을 단축할 수 있어, 스위칭 동작에 의한 에너지 손실을 억제하는 것이 가능해진다.

상기한 각 실시예에 있어서는, 도 5에 도시한 바와 같이 지연 소자(39)가 설치되어 있고, 이선이 발생하여 플립플롭 회로(37)의 출력 신호에 의해 절환기(38)가 절환되면, 이선 발생 직전의 필터 콘덴서 전압(Vfc)을 직류 전압 지령치(Vref)로서 출력하는 것으로 하였지만, 직류 전압 지령치(Vref)는 반드시 이선 발생 직전의 필터 콘덴서 전압일 필요는 없고, 전력 변환 장치와 상기 스위치 장치의 접속점의 전압치를 소정 범위로 유지하도록 하면 좋다.

1, 101 : 집전 장치
2, 102 : 필터 리액터
3, 103 : 필터 콘덴서
4, 104 : 인버터 장치
5, 105 : 주전동기
6, 106 : 전력 변환 장치
7 : 컨버터 장치
8 : 보조 전원 장치
9a, 9b, 109a, 109b : IGBT
10, 110 : 축전 장치
11, 111 : 주평활 리액터
12, 13, 112, 113 : 직류 전압 검출기
14, 114 : 직류 전류 검출기
15 : 충방전 제어 장치
16, 116 : 인버터 제어 장치
17 : 보조 전원 제어 장치
18 : 축전 제어 장치
19 : 정보 전달 수단
20, 120 : 감속기
21, 121 : 차륜
22 : 회전 주파수 검출기
23 : 스위칭 신호 출력 장치
24 : 주행 거리 연산 장치
25a, 25b : 이선 위치 기억 장치
26 : 전압 지령치 연산부
27, 29 : 감산기
28 : 계수기
30 : ACR(전류 제어부)
31 : 게이트 펄스 연산기
32, 36, 38 : 절환기
33a, 33b, 33c, 33d, 33e, 33f, 43a, 43b, 43c : 비교기
35 : 반전기
37 : 플립플롭 회로
39 : 지연 소자
40a, 40b : 차상자
41a, 41b : 지상자
42a, 42b, 42c : 차량 속도 연산부
44a, 44b, 44c : 판별기
45a, 45b, 45c, 45d, 45e, 45f, 45g : 논리 회로
90, 1090 : 스위치 장치
115 : 제어 장치

Claims (14)

1. 전차선으로부터 전력을 얻는 집전 장치와,
   차륜을 구동하는 주전동기와,
   상기 집전 장치를 통해 상기 전차선으로부터 전력의 공급을 받아 상기 주전동기의 구동을 제어하는 전력 변환 장치와,
   상기 전력 변환 장치로 직류 전력을 공급하는 축전 장치와,
   상기 전력 변환 장치의 직류 부분과 상기 축전 장치 사이의 통류 전류를 조정 제어하는 스위치 장치를 구비하는 차량용 제어 장치에 있어서,
   상기 스위치 장치가 스위칭 동작을 행하고 있을 때에, 차량의 주행 정보에 의해 상기 차량이 전차선 또는 급전 레일과 이선이 발생하는 이선 구간 이외를 주행한다고 판단하는 경우, 혹은 회생 브레이크 운전 또는 역행 운전의 개시 정보가 입력되어 있지 않은 경우에, 상기 스위치 장치의 스위칭 동작을 정지시키는 스위칭 신호를 출력하고,
   상기 스위치 장치가 스위칭 동작을 정지하고 있을 때에, 상기 차량의 주행 정보에 의해 상기 차량이 상기 이선 구간을 주행한다고 판단하고, 한편 회생 브레이크 운전 또는 역행 운전의 개시 정보가 입력된 경우에, 상기 스위치 장치의 스위칭 동작을 행하게 하는 스위칭 신호를 출력하는 스위칭 신호 출력 장치를 구비하는 것을 특징으로 하는, 차량용 제어 장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 주행 정보는 주행 거리 연산 장치로 연산되는 주행 거리 정보 또는 GPS 장치로 검출되는 주행 위치 정보 또는 지상자로부터 수신한 주행 위치 정보 또는 주행 속도 검출 장치로 검출되는 주행 속도 정보 또는 주행 거리 연산 장치로 연산되는 주행 거리 정보 및 주행 속도 검출 장치로 검출되는 주행 속도 정보인 것을 특징으로 하는, 차량용 제어 장치.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 이선 구간을 상기 차량이 주행할 때의 상기 주행 정보를 기억시킨 기억 장치와,
   현재의 차량의 주행 정보와 상기 기억 장치에 기억된 주행 정보를 대조하여, 상기 차량이 상기 이선 구간 이외를 주행한다고 판단한 경우에는, 상기 스위치 장치의 스위칭 동작을 정지시키는 스위칭 신호 또는 스위칭 동작을 행하게 하는 스위칭 신호를 출력하는 상기 스위칭 신호 출력 장치를 구비하는 것을 특징으로 하는, 차량용 제어 장치.
4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 전력 변환 장치의 직류 부분의 전압을 검출하는 전압 검출 장치와,
   상기 스위치 장치의 스위칭 동작을 행하게 하는 스위칭 신호가 출력되는 경우에, 상기 전력 변환 장치의 직류 부분의 전압을 이선 구간에 침입하기 전의 상기 직류 부분의 전압으로 유지하도록 제어하는 상기 스위치 장치를 구비하는 것을 특징으로 하는, 차량용 제어 장치.
5. 제4항에 있어서,
   상기 스위치 장치는,
   상기 스위치 장치의 스위칭 동작을 행하게 하는 스위칭 신호가 출력되고, 또한 상기 전력 변환 장치의 직류 부분의 전압이 소정 범위보다도 크거나 혹은 작은 경우에, 상기 전력 변환 장치의 직류 부분의 전압을 이선 구간에 침입하기 전의 상기 직류 부분의 전압으로 유지하도록 제어하는 것을 특징으로 하는, 차량용 제어 장치.
6. 전차선으로부터 전력을 얻는 집전 장치와,
   차륜을 구동하는 주전동기와,
   상기 집전 장치를 통해 상기 전차선으로부터 전력의 공급을 받아 상기 주전동기의 구동을 제어하는 전력 변환 장치와,
   상기 전력 변환 장치로 직류 전력을 공급하는 축전 장치와,
   상기 전력 변환 장치의 직류 부분과 상기 축전 장치 사이의 통류 전류를 조정 제어하는 스위치 장치를 구비하는 차량용 제어 장치에 있어서,
   상기 스위치 장치가 스위칭 동작을 행하고 있을 때에, 차량의 주행 정보에 의해 상기 차량이 전차선 또는 급전 레일과 이선(離線)이 발생하는 이선 구간 이외를 주행한다고 판단하는 경우에는, 상기 스위치 장치의 스위칭 동작을 정지시키는 스위칭 신호를 출력하고,
   상기 스위치 장치가 스위칭 동작을 정지하고 있을 때에, 상기 차량의 주행 정보에 의해 상기 차량이 이선 구간을 주행한다고 판단하는 경우에는, 상기 스위치 장치의 스위칭 동작을 행하게 하는 스위칭 신호를 출력하는 스위칭 신호 출력 장치와,
   상기 전력 변환 장치의 직류 부분의 전압을 검출하는 전압 검출 장치와,
   상기 스위치 장치의 스위칭 동작을 행하게 하는 스위칭 신호가 출력되는 경우에, 상기 전력 변환 장치의 직류 부분의 전압을 이선 구간에 침입(侵入)하기 전의 상기 직류 부분의 전압으로 유지하도록 제어하는 상기 스위치 장치를 구비한 것을 특징으로 하는, 차량용 제어 장치.
7. 제6항에 있어서, 상기 주행 정보는 주행 거리 연산 장치로 연산되는 주행 거리 정보 또는 GPS 장치로 검출되는 주행 위치 정보 또는 지상자로부터 수신한 주행 위치 정보 또는 주행 속도 검출 장치로 검출되는 주행 속도 정보 또는 주행 거리 연산 장치로 연산되는 주행 거리 정보 및 주행 속도 검출 장치로 검출되는 주행 속도 정보인 것을 특징으로 하는, 차량용 제어 장치.
8. 제6항 또는 제7항에 있어서, 이선 구간을 상기 차량이 진출할 때의 상기 주행 정보를 기억시킨 기억 장치와,
   현재의 차량의 주행 정보와 상기 기억 장치에 기억된 주행 정보를 대조하여, 상기 차량이 상기 이선 구간 이외를 주행한다고 판단한 경우에는, 상기 스위치 장치의 스위칭 동작을 정지시키는 스위칭 신호를 출력하는 상기 스위칭 신호 출력 장치를 구비하는 것을 특징으로 하는, 차량용 제어 장치.
9. 제6항 또는 제7항에 있어서,
   상기 전력 변환 장치의 직류 부분의 전압을 검출하는 전압 검출 장치와,
   상기 스위칭 신호 출력 장치로부터 스위칭 동작을 행하게 하는 스위칭 신호가 출력되고, 또한 전력 변환 장치의 직류 부분의 전압이 소정 범위보다도 크거나 혹은 작은 경우에, 상기 전력 변환 장치의 직류 부분의 전압을 이선 구간에 침입하기 전의 상기 직류 부분의 전압으로 유지하도록 제어하는 상기 스위치 장치를 구비하는 것을 특징으로 하는, 차량용 제어 장치.
10. 삭제
11. 삭제
12. 삭제
13. 삭제
14. 삭제

Images