電気車用電源装置及び電気車用電源装置のコンデンサ容量算出方法
【課題】新たに用品を加えること無しにコンデンサ容量を算出することができる電気車用電源装置及び電気車用電源装置のコンデンサ容量算出方法を提供する。
【解決手段】電気車用電源装置は、接触器２と、フィルタコンデンサ９と、充電抵抗器３ａを有した初期充電回路３と、第１電圧検出器１０と、第２電圧検出器１１と、制御部２０と、を備えている。制御部２０は、充電抵抗器３ａの抵抗値を示す抵抗情報、第１電圧検出器１０で検出された架線１の電圧を示す第１電圧情報、第２電圧検出器１１で検出されたフィルタコンデンサ９の電圧を示す第２電圧情報を基に、フィルタコンデンサ９の容量を算出可能である。
【解決手段】電気車用電源装置は、接触器２と、フィルタコンデンサ９と、充電抵抗器３ａを有した初期充電回路３と、第１電圧検出器１０と、第２電圧検出器１１と、制御部２０と、を備えている。制御部２０は、充電抵抗器３ａの抵抗値を示す抵抗情報、第１電圧検出器１０で検出された架線１の電圧を示す第１電圧情報、第２電圧検出器１１で検出されたフィルタコンデンサ９の電圧を示す第２電圧情報を基に、フィルタコンデンサ９の容量を算出可能である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、電気車用電源装置及び電気車用電源装置のコンデンサ容量算出方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、電気車用電源装置は、パンタグラフを介して架線から受け取った電力を、電気車の照明装置、空調装置等の電動機（負荷）に供給する。上記電気車用電源装置は、電圧検出器を有し、電圧検出器にて架線電圧の有無が検出される。電圧検出器が架線電圧を検出した場合、電気車用電源装置は動作を開始し、すなわち、電動機への電力の供給を開始する。
【０００３】
上記のような電気車用電源装置において、パンタグラフが架線から離れた（離線）時間が短時間であれば、フィルタコンデンサに蓄積された電荷を放出して負荷側に電力を供給する事ができる。従って、パンタグラフが架線から離れた場合における負荷側への電力供給可能時間を延長するためには、フィルタコンデンサの容量を増加すれば良いことになる。
【０００４】
しかしながら、単にフィルタコンデンサの容量を増加すると、パンタグラフが架線に再び接触（着線）した場合の、架線電圧とフィルタコンデンサとの電圧差により、架線からフィルタコンデンサへの充電電流が過大になってしまう。充電電流が過大になると、電気車用電源装置の入力過電流保護やフィルタコンデンサ過電圧保護が動作したり、変電所側の過電流保護が動作したりする。そこで、充電電流が過大となる状態を回避するため、フィルタコンデンサと離線補償コンデンサを分けて搭載した電気車用電源装置が開発されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−１５４３４１号公報
【特許文献２】特開２０１０−４１８０５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、フィルタコンデンサを搭載した電気車用電源装置において、フィルタコンデンサの容量低下を検出するために、コンデンサ容量を算出することが望まれている。コンデンサ容量は、充電時のフィルタコンデンサの電圧及び電流から算出することが可能である。
【０００７】
フィルタコンデンサの電圧及び電流を、既存の電圧検出器及び電流検出器にて検出する場合、フィルタコンデンサの電圧は既存の電圧検出器にて検出可能である。しかしながら、フィルタコンデンサの電流は既存の電流検出器にて検出不可能である。
【０００８】
なぜなら、電流検出器は、数百Ａ乃至数千Ａを数Ｖに変換する大電流検出用途として、事故電流に対する保護のために採用されている。また、充電時のフィルタコンデンサの電流は数Ａ乃至十数Ａである。このため、電流検出器の検出誤差は、充電電流に対して同程度かそれ以上となる。
【０００９】
また、コンデンサ容量を算出するため、電気車用電源装置に新たに検出器（電流検出器や電圧検出器）を設けることが考えられる。しかしながら、この場合は、既に運用されている電気車用電源装置の改造や製造コストの高騰を招いてしまう。
【００１０】
この発明は以上の点に鑑みなされたもので、その目的は、新たに用品を加えること無しにコンデンサ容量を算出することができる電気車用電源装置及び電気車用電源装置のコンデンサ容量算出方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
一実施形態に係る電気車用電源装置は、
パンタグラフを介して架線に接続される接触器と、
前記接触器に接続され、前記パンタグラフ及び接触器を介して前記架線から電力が入力され、電荷を蓄積可能であるフィルタコンデンサと、
前記接触器及びフィルタコンデンサ間に接続され、前記フィルタコンデンサへの突入電流を抑制するための充電抵抗器を有した初期充電回路と、
前記パンタグラフを介して前記架線に接続され、架線の電圧を検出可能な第１電圧検出器と、
前記フィルタコンデンサの電圧を検出可能な第２電圧検出器と、
前記充電抵抗器の抵抗値を示す抵抗情報を保持又は取得可能であり、前記第１電圧検出器で検出された前記架線の電圧を示す第１電圧情報を取得可能であり、前記第２電圧検出器で検出された前記フィルタコンデンサの電圧を示す第２電圧情報を取得可能であり、前記抵抗情報、第１電圧情報及び第２電圧情報を基に、前記フィルタコンデンサの容量を算出可能な制御部と、を備えていることを特徴としている。
【００１２】
また、一実施形態に係る電気車用電源装置のコンデンサ容量算出方法は、
パンタグラフを介して架線に接続される接触器と、前記接触器に接続され、前記パンタグラフ及び接触器を介して前記架線から電力が入力され、電荷を蓄積可能であるフィルタコンデンサと、前記接触器及びフィルタコンデンサ間に接続され、前記フィルタコンデンサへの突入電流を抑制するための充電抵抗器を有した初期充電回路と、前記パンタグラフを介して前記架線に接続され、架線の電圧を検出可能な第１電圧検出器と、前記フィルタコンデンサの電圧を検出可能な第２電圧検出器と、を備えた電気車用電源装置のコンデンサ容量算出方法において、
前記充電抵抗器の抵抗値を示す抵抗情報と、前記第１電圧検出器で検出された前記架線の電圧を示す第１電圧情報と、前記第２電圧検出器で検出された前記フィルタコンデンサの電圧を示す第２電圧情報と、を取得し、
前記抵抗情報、第１電圧情報及び第２電圧情報を基に、前記フィルタコンデンサの容量を算出することを特徴としている。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】図１は、第１の実施形態に係る電気車用電源装置を概略的に示すブロック図である。
【図２】図２は、第２の実施形態に係る電気車用電源装置を概略的に示すブロック図である。
【図３】図３は、第３の実施形態に係る電気車用電源装置を概略的に示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、図面を参照しながら第１の実施形態に係る電気車用電源装置及び電気車用電源装置のコンデンサ容量算出方法について詳細に説明する。始めに、電気車用電源装置の構成について説明する。電気車用電源装置は、鉄道車両等の電気車の照明装置、空調装置等の負荷Ｍ（電動機）に電力を供給するものである。
【００１５】
図１は、第１の実施形態に係る電気車用電源装置を概略的に示すブロック図である。
図１に示すように、電気車用電源装置は、接触器（ＣＴＴ）２、初期充電回路３、インバータ４、ＡＣフィルタ５、絶縁トランス６、第１電圧検出器１０、第２電圧検出器１１、電流検出器１３、及び制御部２０を備えている。
【００１６】
なお、全てを図示しないが、電気車は、それぞれ車輪Ｓが設けられた一対の台車フレームと、台車フレームに空気ばねを介して支持された車体と、パンタグラフ１ａとを備えている。車輪Ｓは、レールに接触するため、地絡されている。電気車用電源装置は、車体の床下に設置されている。
【００１７】
接触器２は、パンタグラフ１ａを介して架線１に接続されている。接触器２は、架線１からパンタグラフ１ａを介して入力される直流入力をＯＮ／ＯＦＦする。直流入力は、接触器２を介して初期充電回路３に入力される。
【００１８】
初期充電回路３は、接触器２及びフィルタコンデンサ９間に接続されている。初期充電回路３は、フィルタコンデンサ９への突入電流を抑制するための充電抵抗器３ａと、接点３ｂとを有している。電源投入時において接点３ｂは開いているため、フィルタコンデンサ９には、充電抵抗器３ａを通った架線１からの電流（電力）が供給される。これにより、フィルタコンデンサ９への突入電流を抑制する。フィルタコンデンサ９が充電された後は初期充電回路３の接点３ｂは閉じられる。接触器２及び初期充電回路３の接点３ｂは、制御部２０からの指令により開閉制御される。初期充電回路３を通った電流Ｉａ（直流）は、インバータ４に入力される。
【００１９】
インバータ４は、フィルタコンデンサ９を有している。フィルタコンデンサ９の一端は、初期充電回路３を介して接触器２に接続されている。フィルタコンデンサ９の他端は、車輪Ｓに接続され、接地されている。フィルタコンデンサ９には、パンタグラフ１ａ、接触器２及び初期充電回路３（充電抵抗器３ａ）を介して架線１から電力が入力される。これにより、フィルタコンデンサ９は、入力される電力を充電し、平滑化する。言うまでもないが、フィルタコンデンサ９は、電荷を蓄積可能である。インバータ４は、フィルタコンデンサ９で平滑化された直流をそれぞれ正弦波ＰＷＭ交流に変換する。
【００２０】
ＡＣフィルタ５は、インバータ４の出力を正弦波に波形整形し、絶縁トランス６を介して車両電源を得る。つまり、絶縁トランス６はＡＣフィルタ５の出力を直流回路と絶縁して任意の電圧に変換し電気車の負荷Ｍに電力を供給する。
【００２１】
フィルタコンデンサ９の容量は、インバータ４が動作できる最小限の容量であり、架線電圧とインバータ４が動作できるフィルタコンデンサ９の最低動作電圧との差電圧時に、初期充電回路３の接点３ｂが投入状態にあるとき、入力過電流などの保護動作が発生しない容量を選定する。
【００２２】
第１電圧検出器１０は、パンタグラフ１ａを介して架線１に接続されている。第１電圧検出器１０は、架線１の電圧を検出可能であり、上記電圧を示す第１電圧情報を制御部２０に与えることが可能である。第１電圧検出器１０は、接触器２を投入するタイミングを計るために用いることができる。
【００２３】
第２電圧検出器１１は、フィルタコンデンサ９の両端に接続されている。第２電圧検出器１１は、フィルタコンデンサ９の電圧を検出可能であり、上記電圧を示す第２電圧情報を制御部２０に与えることが可能である。第２電圧検出器１１は、インバータ４を制御するために用いることができる。
【００２４】
電流検出器１３は、初期充電回路３及びインバータ４（フィルタコンデンサ９）間に接続されている。電流検出器１３は、パンタグラフ１ａ、接触器２及び初期充電回路３を介して架線１から入力される大電流（異常であるときの電流Ｉａ）を検出する用途として、事故電流に対する保護のために採用されている。電流検出器１３は、数百Ａ乃至数千Ａの大電流を数Ｖに変換することにより、上記大電流を示す電流情報を制御部２０に与えることが可能である。正常であるときの充電時の電流Ｉａは、上記大電流に比べて僅かであり、数Ａ乃至十数Ａである。なお、電流検出器１３の検出誤差は、正常時の電流Ｉａに対して同程度かそれ以上となる。
【００２５】
制御部２０は、記憶部２１を有している。このため、記憶部２１は、充電抵抗器３ａの抵抗値を示す抵抗情報を保持可能である。または、制御部２０は、充電抵抗器３ａの抵抗値を示す抵抗情報を取得し、記憶部２１に記憶させてもよい。制御部２０は、第１電圧検出器１０で検出された架線１の電圧を示す第１電圧情報及び第２電圧検出器１１で検出されたフィルタコンデンサ９の電圧を示す第２電圧情報を取得可能である。制御部２０は、抵抗情報、第１電圧情報及び第２電圧情報を基に、フィルタコンデンサ９の容量を算出可能である。フィルタコンデンサ９の容量を算出することにより、例えば、フィルタコンデンサ９が劣化しているのかどうかを判断することができる。
【００２６】
次に、コンデンサ容量算出方法（フィルタコンデンサ９の容量を算出する方法）について詳しく説明する。フィルタコンデンサ９の容量Ｃ９は、蓄積される電荷Ｑ９と電極間の電圧Ｖ９で算出することができ、次の式（１−１）で表すことができる。
【００２７】
Ｃ９＝Ｑ９／Ｖ９・・・（１−１）
また、フィルタコンデンサ９に流れる電流をＩ９、電流Ｉ９が流れる時間をｔとすると、電流Ｉ９を積分することにより、蓄積される電荷Ｑ９を算出することができる。蓄積される電荷Ｑ９は、次の式（１−２）で表すことができる。
【００２８】
Ｑ９＝∫Ｉ９ｄｔ・・・（１−２）
式（１−１）及び式（１−２）より、容量Ｃ９は、次の式（１−３）で表すことができる。
【００２９】
Ｃ９＝∫Ｉ９ｄｔ／Ｖ９・・・（１−３）
電圧Ｖ９は、第２電圧検出器１１を用いて求めることができる。
【００３０】
また、この実施形態において、電流Ｉ９は、電流Ｉａに等しい（Ｉ９＝Ｉａ）ため、電流Ｉａを算出すればよい。電流Ｉａは、第１電圧検出器１０で検出される架線１から入力される電圧Ｖ１０と電圧Ｖ９の差と、初期充電回路３内の充電抵抗器３ａの抵抗値Ｒ３ａと、により算出することができ、次の式（１−４）で表すことができる。
【００３１】
Ｉａ（＝Ｉ９）＝（Ｖ１０−Ｖ９）／Ｒ３ａ・・・（１−４）
これにより、上記式（１−３）及び式（１−４）からフィルタコンデンサ９の容量Ｃ９を算出することができる。
【００３２】
上記のように構成された第１の実施形態に係る電気車用電源装置及び電気車用電源装置のコンデンサ容量算出方法によれば、電気車用電源装置は、接触器２と、フィルタコンデンサ９と、充電抵抗器３ａを有した初期充電回路３と、第１電圧検出器１０と、第２電圧検出器１１と、制御部２０と、を備えている。
【００３３】
制御部２０は、第１電圧検出器１０で検出された架線１の電圧Ｖ１０を示す第１電圧情報と、第２電圧検出器１１で検出されたフィルタコンデンサ９の電圧Ｖ９を示す第２電圧情報と、を取得する。制御部２０は、充電抵抗器３ａの抵抗値Ｒ３ａを示す抵抗情報、第１電圧情報及び第２電圧情報を基に、フィルタコンデンサ９の容量Ｃ９を算出することができる。
【００３４】
このため、算出した容量Ｃ９を基に、例えば、フィルタコンデンサ９が劣化しているのかどうかを判断することができ、さらには、フィルタコンデンサ９を交換するのかどうかの判断を行うことができる。しかも、電気車用電源装置に新たに用品（検出器）を加えること無しにフィルタコンデンサ９の容量Ｃ９を算出することができるため、電気車用電源装置の改造や製造コストの高騰を抑制することができる。
上記のことから、新たに用品を加えること無しにコンデンサ容量を算出することができる電気車用電源装置及び電気車用電源装置のコンデンサ容量算出方法を得ることができる。
【００３５】
次に、第２の実施形態に係る電気車用電源装置及び電気車用電源装置のコンデンサ容量算出方法について説明する。始めに、電気車用電源装置の構成について説明する。なお、この実施形態において、他の構成は上述した第１の実施形態と同一であり、同一の部分には同一の符号を付してその詳細な説明を省略する。
【００３６】
図２は、第２の実施形態に係る電気車用電源装置を概略的に示すブロック図である。
図２に示すように、電気車用電源装置は、充電抑制回路７、補償コンデンサ（離線補償コンデンサ）８及び電流検出器１４をさらに備えている。
【００３７】
補償コンデンサ８は、フィルタコンデンサ９に並列に接続され、電荷を蓄積可能である。補償コンデンサ８は、パンタグラフ１ａが架線１から離れた状態にてフィルタコンデンサ９に与える電力を補償する。補償コンデンサ８の容量としては、パンタグラフ１ａが架線１と離れた状態において、負荷Ｍ側に電力を規定時間供給することが可能となる十分大きな容量を選定する。
【００３８】
充電抑制回路７は、補償コンデンサ８に直列に接続されている。充電抑制回路７は、抵抗器とダイオードとが並列接続されて形成されている。充電抑制回路７は、補償コンデンサ８への電荷の蓄積を抑制するためのものである。
【００３９】
電流検出器１４は、充電抑制回路７及び補償コンデンサ８に直列に接続されている。電流検出器１４は、充電抑制回路７及び補償コンデンサ８に入力される電流Ｉｂを検出可能である。電流検出器１４は、電抑制回路７や補償コンデンサ８に異常が発生した時の保護のために用いることができる。
【００４０】
記憶部２１は、充電抑制回路７内の抵抗値を示す他の抵抗情報をさらに保持可能である。または、制御部２０は、充電抑制回路７内の抵抗値を示す他の抵抗情報をさらに取得し、記憶部２１に記憶させてもよい。制御部２０は、充電抑制回路７及び補償コンデンサ８に入力される電流Ｉｂを示す電流情報をさらに取得可能である。
【００４１】
制御部２０は、抵抗情報、他の抵抗情報、第１電圧情報、第２電圧情報及び電流情報を基に、補償コンデンサ８及びフィルタコンデンサ９の容量をそれぞれ算出可能である。補償コンデンサ８及びフィルタコンデンサ９の容量を算出することにより、例えば、補償コンデンサ８及びフィルタコンデンサ９が劣化しているのかどうかを判断することができる。
【００４２】
次に、コンデンサ容量算出方法（補償コンデンサ８及びフィルタコンデンサ９の容量を算出する方法）について詳しく説明する。補償コンデンサ８の容量Ｃ８は、蓄積される電荷Ｑ８と電極間の電圧Ｖ８で算出することができ、次の式（２−１）で表すことができる。
【００４３】
Ｃ８＝Ｑ８／Ｖ８・・・（２−１）
また、補償コンデンサ８に流れる電流をＩ８、電流Ｉ８が流れる時間をｔとすると、電流Ｉ８を積分することにより、蓄積される電荷Ｑ８を算出することができる。蓄積される電荷Ｑ８は、次の式（２−２）で表すことができる。
【００４４】
Ｑ８＝∫Ｉ８ｄｔ・・・（２−２）
式（２−１）及び式（２−２）より、容量Ｃ８は、次の式（２−３）で表すことができる。
【００４５】
Ｃ８＝∫Ｉ８ｄｔ／Ｖ８・・・（２−３）
この実施形態において、電流Ｉ８は、電流Ｉｂ及び充電抑制回路７に流れる電流Ｉ７に等しい（Ｉ８＝Ｉｂ＝Ｉ７）ため電流検出器１４を用いて求めることができる。
【００４６】
また、この実施形態において、電圧Ｖ８は、フィルタコンデンサの電圧Ｖ９と充電抑制回路７の両端間の電圧Ｖ７の差に等しい。電圧Ｖ９は、第２電圧検出器１１を用いて求めることができるため、電圧Ｖ７を算出すればよい。電圧Ｖ７は、電流Ｉ７と、充電抑制回路７内の抵抗値Ｒ７とにより算出することができるため、電圧Ｖ８は、次の式（２−４）で表すことができる。
【００４７】
Ｖ８＝Ｖ９−Ｖ７＝Ｖ９−Ｉ７・Ｒ７・・・（２−４）
これにより、上記式（２−３）、式（２−４）及びＩ８＝Ｉｂの関係式から補償コンデンサ８の容量Ｃ８を算出することができる。
【００４８】
一方、フィルタコンデンサ９の容量Ｃ９は、次の式（２−５）で表すことができる。
【００４９】
Ｃ９＝∫Ｉ９ｄｔ／Ｖ９・・・（２−５）
また、この実施形態において、電流Ｉ９は、電流Ｉａと電流Ｉ８の差に等しい（Ｉ９＝Ｉａ−Ｉ８）ため、電流Ｉａを算出すればよい。電流Ｉａは、次の式（２−６）で表すことができるため、電流Ｉ９は、次の式（２−７）で表すことができる。
【００５０】
Ｉａ＝（Ｖ１０−Ｖ９）／Ｒ３ａ・・・（２−６）
Ｉ９＝（Ｖ１０−Ｖ９）／Ｒ３ａ−Ｉ８・・・（２−７）
これにより、上記式（２−５）及び式（２−７）からフィルタコンデンサ９の容量Ｃ９を算出することができる。
【００５１】
上記のように構成された第２の実施形態に係る電気車用電源装置及び電気車用電源装置のコンデンサ容量算出方法によれば、電気車用電源装置は、接触器２と、フィルタコンデンサ９と、充電抵抗器３ａを有した初期充電回路３と、第１電圧検出器１０と、第２電圧検出器１１と、制御部２０と、を備えている。電気車用電源装置は、充電抑制回路７、補償コンデンサ８及び電流検出器１４をさらに備えている。
【００５２】
制御部２０は、第１電圧検出器１０で検出された架線１の電圧Ｖ１０を示す第１電圧情報と、第２電圧検出器１１で検出されたフィルタコンデンサ９の電圧Ｖ９を示す第２電圧情報と、を取得する。制御部２０は、補償コンデンサ８及び充電抑制回路７に入力される電流Ｉｂを示す電流情報をさらに取得する。
【００５３】
制御部２０は、充電抵抗器３ａの抵抗値Ｒ３ａを示す抵抗情報、電抑制回路７内の抵抗値Ｒ７を示す他の抵抗情報、第１電圧情報、第２電圧情報及び電流情報を基に、補償コンデンサ８の容量Ｃ８及びフィルタコンデンサ９の容量Ｃ９をそれぞれ算出することができる。
【００５４】
このため、算出した容量Ｃ８、Ｃ９を基に、例えば、補償コンデンサ８やフィルタコンデンサ９が劣化しているのかどうかを判断することができ、さらには、補償コンデンサ８やフィルタコンデンサ９を交換するのかどうかの判断を行うことができる。しかも、電気車用電源装置に新たに用品（検出器）を加えること無しに補償コンデンサ８やフィルタコンデンサ９の容量Ｃ９を算出することができるため、電気車用電源装置の改造や製造コストの高騰を抑制することができる。
上記のことから、新たに用品を加えること無しにコンデンサ容量を算出することができる電気車用電源装置及び電気車用電源装置のコンデンサ容量算出方法を得ることができる。
【００５５】
次に、第３の実施形態に係る電気車用電源装置及び電気車用電源装置のコンデンサ容量算出方法について説明する。始めに、電気車用電源装置の構成について説明する。なお、この実施形態において、他の構成は上述した第１及び第２の実施形態と同一であり、同一の部分には同一の符号を付してその詳細な説明を省略する。
【００５６】
図３は、第３の実施形態に係る電気車用電源装置を概略的に示すブロック図である。
図３に示すように、この実施形態に係る電気車用電源装置は、電流検出器１４の替わりに第３電圧検出器１２を備えている以外、上記第２の実施形態に係る電気車用電源装置と同様に形成されている。
【００５７】
第３電圧検出器１２は、補償コンデンサ８の両端に接続されている。第３電圧検出器１２は、補償コンデンサ８の電圧を検出可能であり、上記電圧を示す第３電圧情報を制御部２０に与えることが可能である。第３電圧検出器１２は、電抑制回路７や補償コンデンサ８に異常が発生した時の保護のために用いることができる。
【００５８】
制御部２０は、第３電圧検出器１２で検出された補償コンデンサ８の電圧を示す第３電圧情報をさらに取得可能である。制御部２０は、抵抗情報、他の抵抗情報、第１電圧情報、第２電圧情報及び第３電圧情報を基に、補償コンデンサ８及びフィルタコンデンサ９の容量をそれぞれ算出可能である。補償コンデンサ８及びフィルタコンデンサ９の容量を算出することにより、例えば、補償コンデンサ８及びフィルタコンデンサ９が劣化しているのかどうかを判断することができる。
【００５９】
次に、コンデンサ容量算出方法（補償コンデンサ８及びフィルタコンデンサ９の容量を算出する方法）について詳しく説明する。補償コンデンサ８の容量Ｃ８は、次の式（３−１）で表すことができる。
【００６０】
Ｃ８＝∫Ｉ８ｄｔ／Ｖ８・・・（３−１）
電圧Ｖ８は、第３電圧検出器１２を用いて求めることができる。
【００６１】
この実施形態において、電流Ｉ８は、充電抑制回路７に流れる電流Ｉ７に等しい（Ｉ８＝Ｉ７）ため、電流Ｉ７を算出すればよい。電流Ｉ７は、電圧Ｖ９と電圧Ｖ８の差と、抵抗値Ｒ７と、により算出することができ、次の式（３−２）で表すことができる。
【００６２】
Ｉ７（＝Ｉ８）＝（Ｖ９−Ｖ８）／Ｒ７・・・（３−２）
これにより、上記式（３−１）及び式（３−２）から補償コンデンサ８の容量Ｃ８を算出することができる。
【００６３】
一方、フィルタコンデンサ９の容量Ｃ９は、次の式（３−３）で表すことができる。
【００６４】
Ｃ９＝∫Ｉ９ｄｔ／Ｖ９・・・（３−３）
電圧Ｖ９は、第２電圧検出器１１を用いて求めることができる。
【００６５】
また、この実施形態において、電流Ｉ９は、電流Ｉａと電流Ｉ８の差に等しい（Ｉ９＝Ｉａ−Ｉ８）ため、電流Ｉａを算出すればよい。電流Ｉａは、次の式（３−４）で表すことができるため、電流Ｉ９は、次の式（３−５）で表すことができる。
【００６６】
Ｉａ＝（Ｖ１０−Ｖ９）／Ｒ３ａ・・・（３−４）
Ｉ９＝（Ｖ１０−Ｖ９）／Ｒ３ａ−Ｉ８・・・（３−５）
これにより、上記式（３−３）及び式（３−５）からフィルタコンデンサ９の容量Ｃ９を算出することができる。
【００６７】
上記のように構成された第３の実施形態に係る電気車用電源装置及び電気車用電源装置のコンデンサ容量算出方法によれば、電気車用電源装置は、接触器２と、フィルタコンデンサ９と、充電抵抗器３ａを有した初期充電回路３と、第１電圧検出器１０と、第２電圧検出器１１と、制御部２０と、充電抑制回路７と、補償コンデンサ８と、を備えている。電気車用電源装置は、第３電圧検出器１２をさらに備えている。
【００６８】
制御部２０は、第１電圧検出器１０で検出された架線１の電圧Ｖ１０を示す第１電圧情報と、第２電圧検出器１１で検出されたフィルタコンデンサ９の電圧Ｖ９を示す第２電圧情報と、を取得する。制御部２０は、第３電圧検出器１２で検出された補償コンデンサ８の電圧Ｖ８を示す第３電圧情報を取得する。
【００６９】
制御部２０は、充電抵抗器３ａの抵抗値Ｒ３ａを示す抵抗情報、電抑制回路７内の抵抗値Ｒ７を示す他の抵抗情報、第１電圧情報、第２電圧情報及び第３電圧情報を基に、補償コンデンサ８の容量Ｃ８及びフィルタコンデンサ９の容量Ｃ９をそれぞれ算出することができる。
【００７０】
このため、算出した容量Ｃ８、Ｃ９を基に、例えば、補償コンデンサ８やフィルタコンデンサ９が劣化しているのかどうかを判断することができ、さらには、補償コンデンサ８やフィルタコンデンサ９を交換するのかどうかの判断を行うことができる。しかも、電気車用電源装置に新たに用品（検出器）を加えること無しに補償コンデンサ８やフィルタコンデンサ９の容量Ｃ９を算出することができるため、電気車用電源装置の改造や製造コストの高騰を抑制することができる。
上記のことから、新たに用品を加えること無しにコンデンサ容量を算出することができる電気車用電源装置及び電気車用電源装置のコンデンサ容量算出方法を得ることができる。
【００７１】
なお、この発明は上記実施の形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化可能である。また、上記実施の形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。
【００７２】
例えば、この発明の電気車用電源装置及び電気車用電源装置のコンデンサ容量算出方法は、上述した実施形態に限定されるものではなく、種々変形可能であり、各種の電気車用電源装置及び電気車用電源装置のコンデンサ容量算出方法に適用可能である。
【符号の説明】
【００７３】
１…架線、１ａ…パンタグラフ、２…接触器、３…初期充電回路、３ａ…充電抵抗器、７…充電抑制回路、８…補償コンデンサ、９…フィルタコンデンサ、１０…第１電圧検出器、１１…第２電圧検出器、１２…第３電圧検出器、１３…電流検出器、１４…電流検出器、２０…制御部、２１…記憶部。
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、電気車用電源装置及び電気車用電源装置のコンデンサ容量算出方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、電気車用電源装置は、パンタグラフを介して架線から受け取った電力を、電気車の照明装置、空調装置等の電動機（負荷）に供給する。上記電気車用電源装置は、電圧検出器を有し、電圧検出器にて架線電圧の有無が検出される。電圧検出器が架線電圧を検出した場合、電気車用電源装置は動作を開始し、すなわち、電動機への電力の供給を開始する。
【０００３】
上記のような電気車用電源装置において、パンタグラフが架線から離れた（離線）時間が短時間であれば、フィルタコンデンサに蓄積された電荷を放出して負荷側に電力を供給する事ができる。従って、パンタグラフが架線から離れた場合における負荷側への電力供給可能時間を延長するためには、フィルタコンデンサの容量を増加すれば良いことになる。
【０００４】
しかしながら、単にフィルタコンデンサの容量を増加すると、パンタグラフが架線に再び接触（着線）した場合の、架線電圧とフィルタコンデンサとの電圧差により、架線からフィルタコンデンサへの充電電流が過大になってしまう。充電電流が過大になると、電気車用電源装置の入力過電流保護やフィルタコンデンサ過電圧保護が動作したり、変電所側の過電流保護が動作したりする。そこで、充電電流が過大となる状態を回避するため、フィルタコンデンサと離線補償コンデンサを分けて搭載した電気車用電源装置が開発されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−１５４３４１号公報
【特許文献２】特開２０１０−４１８０５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、フィルタコンデンサを搭載した電気車用電源装置において、フィルタコンデンサの容量低下を検出するために、コンデンサ容量を算出することが望まれている。コンデンサ容量は、充電時のフィルタコンデンサの電圧及び電流から算出することが可能である。
【０００７】
フィルタコンデンサの電圧及び電流を、既存の電圧検出器及び電流検出器にて検出する場合、フィルタコンデンサの電圧は既存の電圧検出器にて検出可能である。しかしながら、フィルタコンデンサの電流は既存の電流検出器にて検出不可能である。
【０００８】
なぜなら、電流検出器は、数百Ａ乃至数千Ａを数Ｖに変換する大電流検出用途として、事故電流に対する保護のために採用されている。また、充電時のフィルタコンデンサの電流は数Ａ乃至十数Ａである。このため、電流検出器の検出誤差は、充電電流に対して同程度かそれ以上となる。
【０００９】
また、コンデンサ容量を算出するため、電気車用電源装置に新たに検出器（電流検出器や電圧検出器）を設けることが考えられる。しかしながら、この場合は、既に運用されている電気車用電源装置の改造や製造コストの高騰を招いてしまう。
【００１０】
この発明は以上の点に鑑みなされたもので、その目的は、新たに用品を加えること無しにコンデンサ容量を算出することができる電気車用電源装置及び電気車用電源装置のコンデンサ容量算出方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
一実施形態に係る電気車用電源装置は、
パンタグラフを介して架線に接続される接触器と、
前記接触器に接続され、前記パンタグラフ及び接触器を介して前記架線から電力が入力され、電荷を蓄積可能であるフィルタコンデンサと、
前記接触器及びフィルタコンデンサ間に接続され、前記フィルタコンデンサへの突入電流を抑制するための充電抵抗器を有した初期充電回路と、
前記パンタグラフを介して前記架線に接続され、架線の電圧を検出可能な第１電圧検出器と、
前記フィルタコンデンサの電圧を検出可能な第２電圧検出器と、
前記充電抵抗器の抵抗値を示す抵抗情報を保持又は取得可能であり、前記第１電圧検出器で検出された前記架線の電圧を示す第１電圧情報を取得可能であり、前記第２電圧検出器で検出された前記フィルタコンデンサの電圧を示す第２電圧情報を取得可能であり、前記抵抗情報、第１電圧情報及び第２電圧情報を基に、前記フィルタコンデンサの容量を算出可能な制御部と、を備えていることを特徴としている。
【００１２】
また、一実施形態に係る電気車用電源装置のコンデンサ容量算出方法は、
パンタグラフを介して架線に接続される接触器と、前記接触器に接続され、前記パンタグラフ及び接触器を介して前記架線から電力が入力され、電荷を蓄積可能であるフィルタコンデンサと、前記接触器及びフィルタコンデンサ間に接続され、前記フィルタコンデンサへの突入電流を抑制するための充電抵抗器を有した初期充電回路と、前記パンタグラフを介して前記架線に接続され、架線の電圧を検出可能な第１電圧検出器と、前記フィルタコンデンサの電圧を検出可能な第２電圧検出器と、を備えた電気車用電源装置のコンデンサ容量算出方法において、
前記充電抵抗器の抵抗値を示す抵抗情報と、前記第１電圧検出器で検出された前記架線の電圧を示す第１電圧情報と、前記第２電圧検出器で検出された前記フィルタコンデンサの電圧を示す第２電圧情報と、を取得し、
前記抵抗情報、第１電圧情報及び第２電圧情報を基に、前記フィルタコンデンサの容量を算出することを特徴としている。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】図１は、第１の実施形態に係る電気車用電源装置を概略的に示すブロック図である。
【図２】図２は、第２の実施形態に係る電気車用電源装置を概略的に示すブロック図である。
【図３】図３は、第３の実施形態に係る電気車用電源装置を概略的に示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、図面を参照しながら第１の実施形態に係る電気車用電源装置及び電気車用電源装置のコンデンサ容量算出方法について詳細に説明する。始めに、電気車用電源装置の構成について説明する。電気車用電源装置は、鉄道車両等の電気車の照明装置、空調装置等の負荷Ｍ（電動機）に電力を供給するものである。
【００１５】
図１は、第１の実施形態に係る電気車用電源装置を概略的に示すブロック図である。
図１に示すように、電気車用電源装置は、接触器（ＣＴＴ）２、初期充電回路３、インバータ４、ＡＣフィルタ５、絶縁トランス６、第１電圧検出器１０、第２電圧検出器１１、電流検出器１３、及び制御部２０を備えている。
【００１６】
なお、全てを図示しないが、電気車は、それぞれ車輪Ｓが設けられた一対の台車フレームと、台車フレームに空気ばねを介して支持された車体と、パンタグラフ１ａとを備えている。車輪Ｓは、レールに接触するため、地絡されている。電気車用電源装置は、車体の床下に設置されている。
【００１７】
接触器２は、パンタグラフ１ａを介して架線１に接続されている。接触器２は、架線１からパンタグラフ１ａを介して入力される直流入力をＯＮ／ＯＦＦする。直流入力は、接触器２を介して初期充電回路３に入力される。
【００１８】
初期充電回路３は、接触器２及びフィルタコンデンサ９間に接続されている。初期充電回路３は、フィルタコンデンサ９への突入電流を抑制するための充電抵抗器３ａと、接点３ｂとを有している。電源投入時において接点３ｂは開いているため、フィルタコンデンサ９には、充電抵抗器３ａを通った架線１からの電流（電力）が供給される。これにより、フィルタコンデンサ９への突入電流を抑制する。フィルタコンデンサ９が充電された後は初期充電回路３の接点３ｂは閉じられる。接触器２及び初期充電回路３の接点３ｂは、制御部２０からの指令により開閉制御される。初期充電回路３を通った電流Ｉａ（直流）は、インバータ４に入力される。
【００１９】
インバータ４は、フィルタコンデンサ９を有している。フィルタコンデンサ９の一端は、初期充電回路３を介して接触器２に接続されている。フィルタコンデンサ９の他端は、車輪Ｓに接続され、接地されている。フィルタコンデンサ９には、パンタグラフ１ａ、接触器２及び初期充電回路３（充電抵抗器３ａ）を介して架線１から電力が入力される。これにより、フィルタコンデンサ９は、入力される電力を充電し、平滑化する。言うまでもないが、フィルタコンデンサ９は、電荷を蓄積可能である。インバータ４は、フィルタコンデンサ９で平滑化された直流をそれぞれ正弦波ＰＷＭ交流に変換する。
【００２０】
ＡＣフィルタ５は、インバータ４の出力を正弦波に波形整形し、絶縁トランス６を介して車両電源を得る。つまり、絶縁トランス６はＡＣフィルタ５の出力を直流回路と絶縁して任意の電圧に変換し電気車の負荷Ｍに電力を供給する。
【００２１】
フィルタコンデンサ９の容量は、インバータ４が動作できる最小限の容量であり、架線電圧とインバータ４が動作できるフィルタコンデンサ９の最低動作電圧との差電圧時に、初期充電回路３の接点３ｂが投入状態にあるとき、入力過電流などの保護動作が発生しない容量を選定する。
【００２２】
第１電圧検出器１０は、パンタグラフ１ａを介して架線１に接続されている。第１電圧検出器１０は、架線１の電圧を検出可能であり、上記電圧を示す第１電圧情報を制御部２０に与えることが可能である。第１電圧検出器１０は、接触器２を投入するタイミングを計るために用いることができる。
【００２３】
第２電圧検出器１１は、フィルタコンデンサ９の両端に接続されている。第２電圧検出器１１は、フィルタコンデンサ９の電圧を検出可能であり、上記電圧を示す第２電圧情報を制御部２０に与えることが可能である。第２電圧検出器１１は、インバータ４を制御するために用いることができる。
【００２４】
電流検出器１３は、初期充電回路３及びインバータ４（フィルタコンデンサ９）間に接続されている。電流検出器１３は、パンタグラフ１ａ、接触器２及び初期充電回路３を介して架線１から入力される大電流（異常であるときの電流Ｉａ）を検出する用途として、事故電流に対する保護のために採用されている。電流検出器１３は、数百Ａ乃至数千Ａの大電流を数Ｖに変換することにより、上記大電流を示す電流情報を制御部２０に与えることが可能である。正常であるときの充電時の電流Ｉａは、上記大電流に比べて僅かであり、数Ａ乃至十数Ａである。なお、電流検出器１３の検出誤差は、正常時の電流Ｉａに対して同程度かそれ以上となる。
【００２５】
制御部２０は、記憶部２１を有している。このため、記憶部２１は、充電抵抗器３ａの抵抗値を示す抵抗情報を保持可能である。または、制御部２０は、充電抵抗器３ａの抵抗値を示す抵抗情報を取得し、記憶部２１に記憶させてもよい。制御部２０は、第１電圧検出器１０で検出された架線１の電圧を示す第１電圧情報及び第２電圧検出器１１で検出されたフィルタコンデンサ９の電圧を示す第２電圧情報を取得可能である。制御部２０は、抵抗情報、第１電圧情報及び第２電圧情報を基に、フィルタコンデンサ９の容量を算出可能である。フィルタコンデンサ９の容量を算出することにより、例えば、フィルタコンデンサ９が劣化しているのかどうかを判断することができる。
【００２６】
次に、コンデンサ容量算出方法（フィルタコンデンサ９の容量を算出する方法）について詳しく説明する。フィルタコンデンサ９の容量Ｃ９は、蓄積される電荷Ｑ９と電極間の電圧Ｖ９で算出することができ、次の式（１−１）で表すことができる。
【００２７】
Ｃ９＝Ｑ９／Ｖ９・・・（１−１）
また、フィルタコンデンサ９に流れる電流をＩ９、電流Ｉ９が流れる時間をｔとすると、電流Ｉ９を積分することにより、蓄積される電荷Ｑ９を算出することができる。蓄積される電荷Ｑ９は、次の式（１−２）で表すことができる。
【００２８】
Ｑ９＝∫Ｉ９ｄｔ・・・（１−２）
式（１−１）及び式（１−２）より、容量Ｃ９は、次の式（１−３）で表すことができる。
【００２９】
Ｃ９＝∫Ｉ９ｄｔ／Ｖ９・・・（１−３）
電圧Ｖ９は、第２電圧検出器１１を用いて求めることができる。
【００３０】
また、この実施形態において、電流Ｉ９は、電流Ｉａに等しい（Ｉ９＝Ｉａ）ため、電流Ｉａを算出すればよい。電流Ｉａは、第１電圧検出器１０で検出される架線１から入力される電圧Ｖ１０と電圧Ｖ９の差と、初期充電回路３内の充電抵抗器３ａの抵抗値Ｒ３ａと、により算出することができ、次の式（１−４）で表すことができる。
【００３１】
Ｉａ（＝Ｉ９）＝（Ｖ１０−Ｖ９）／Ｒ３ａ・・・（１−４）
これにより、上記式（１−３）及び式（１−４）からフィルタコンデンサ９の容量Ｃ９を算出することができる。
【００３２】
上記のように構成された第１の実施形態に係る電気車用電源装置及び電気車用電源装置のコンデンサ容量算出方法によれば、電気車用電源装置は、接触器２と、フィルタコンデンサ９と、充電抵抗器３ａを有した初期充電回路３と、第１電圧検出器１０と、第２電圧検出器１１と、制御部２０と、を備えている。
【００３３】
制御部２０は、第１電圧検出器１０で検出された架線１の電圧Ｖ１０を示す第１電圧情報と、第２電圧検出器１１で検出されたフィルタコンデンサ９の電圧Ｖ９を示す第２電圧情報と、を取得する。制御部２０は、充電抵抗器３ａの抵抗値Ｒ３ａを示す抵抗情報、第１電圧情報及び第２電圧情報を基に、フィルタコンデンサ９の容量Ｃ９を算出することができる。
【００３４】
このため、算出した容量Ｃ９を基に、例えば、フィルタコンデンサ９が劣化しているのかどうかを判断することができ、さらには、フィルタコンデンサ９を交換するのかどうかの判断を行うことができる。しかも、電気車用電源装置に新たに用品（検出器）を加えること無しにフィルタコンデンサ９の容量Ｃ９を算出することができるため、電気車用電源装置の改造や製造コストの高騰を抑制することができる。
上記のことから、新たに用品を加えること無しにコンデンサ容量を算出することができる電気車用電源装置及び電気車用電源装置のコンデンサ容量算出方法を得ることができる。
【００３５】
次に、第２の実施形態に係る電気車用電源装置及び電気車用電源装置のコンデンサ容量算出方法について説明する。始めに、電気車用電源装置の構成について説明する。なお、この実施形態において、他の構成は上述した第１の実施形態と同一であり、同一の部分には同一の符号を付してその詳細な説明を省略する。
【００３６】
図２は、第２の実施形態に係る電気車用電源装置を概略的に示すブロック図である。
図２に示すように、電気車用電源装置は、充電抑制回路７、補償コンデンサ（離線補償コンデンサ）８及び電流検出器１４をさらに備えている。
【００３７】
補償コンデンサ８は、フィルタコンデンサ９に並列に接続され、電荷を蓄積可能である。補償コンデンサ８は、パンタグラフ１ａが架線１から離れた状態にてフィルタコンデンサ９に与える電力を補償する。補償コンデンサ８の容量としては、パンタグラフ１ａが架線１と離れた状態において、負荷Ｍ側に電力を規定時間供給することが可能となる十分大きな容量を選定する。
【００３８】
充電抑制回路７は、補償コンデンサ８に直列に接続されている。充電抑制回路７は、抵抗器とダイオードとが並列接続されて形成されている。充電抑制回路７は、補償コンデンサ８への電荷の蓄積を抑制するためのものである。
【００３９】
電流検出器１４は、充電抑制回路７及び補償コンデンサ８に直列に接続されている。電流検出器１４は、充電抑制回路７及び補償コンデンサ８に入力される電流Ｉｂを検出可能である。電流検出器１４は、電抑制回路７や補償コンデンサ８に異常が発生した時の保護のために用いることができる。
【００４０】
記憶部２１は、充電抑制回路７内の抵抗値を示す他の抵抗情報をさらに保持可能である。または、制御部２０は、充電抑制回路７内の抵抗値を示す他の抵抗情報をさらに取得し、記憶部２１に記憶させてもよい。制御部２０は、充電抑制回路７及び補償コンデンサ８に入力される電流Ｉｂを示す電流情報をさらに取得可能である。
【００４１】
制御部２０は、抵抗情報、他の抵抗情報、第１電圧情報、第２電圧情報及び電流情報を基に、補償コンデンサ８及びフィルタコンデンサ９の容量をそれぞれ算出可能である。補償コンデンサ８及びフィルタコンデンサ９の容量を算出することにより、例えば、補償コンデンサ８及びフィルタコンデンサ９が劣化しているのかどうかを判断することができる。
【００４２】
次に、コンデンサ容量算出方法（補償コンデンサ８及びフィルタコンデンサ９の容量を算出する方法）について詳しく説明する。補償コンデンサ８の容量Ｃ８は、蓄積される電荷Ｑ８と電極間の電圧Ｖ８で算出することができ、次の式（２−１）で表すことができる。
【００４３】
Ｃ８＝Ｑ８／Ｖ８・・・（２−１）
また、補償コンデンサ８に流れる電流をＩ８、電流Ｉ８が流れる時間をｔとすると、電流Ｉ８を積分することにより、蓄積される電荷Ｑ８を算出することができる。蓄積される電荷Ｑ８は、次の式（２−２）で表すことができる。
【００４４】
Ｑ８＝∫Ｉ８ｄｔ・・・（２−２）
式（２−１）及び式（２−２）より、容量Ｃ８は、次の式（２−３）で表すことができる。
【００４５】
Ｃ８＝∫Ｉ８ｄｔ／Ｖ８・・・（２−３）
この実施形態において、電流Ｉ８は、電流Ｉｂ及び充電抑制回路７に流れる電流Ｉ７に等しい（Ｉ８＝Ｉｂ＝Ｉ７）ため電流検出器１４を用いて求めることができる。
【００４６】
また、この実施形態において、電圧Ｖ８は、フィルタコンデンサの電圧Ｖ９と充電抑制回路７の両端間の電圧Ｖ７の差に等しい。電圧Ｖ９は、第２電圧検出器１１を用いて求めることができるため、電圧Ｖ７を算出すればよい。電圧Ｖ７は、電流Ｉ７と、充電抑制回路７内の抵抗値Ｒ７とにより算出することができるため、電圧Ｖ８は、次の式（２−４）で表すことができる。
【００４７】
Ｖ８＝Ｖ９−Ｖ７＝Ｖ９−Ｉ７・Ｒ７・・・（２−４）
これにより、上記式（２−３）、式（２−４）及びＩ８＝Ｉｂの関係式から補償コンデンサ８の容量Ｃ８を算出することができる。
【００４８】
一方、フィルタコンデンサ９の容量Ｃ９は、次の式（２−５）で表すことができる。
【００４９】
Ｃ９＝∫Ｉ９ｄｔ／Ｖ９・・・（２−５）
また、この実施形態において、電流Ｉ９は、電流Ｉａと電流Ｉ８の差に等しい（Ｉ９＝Ｉａ−Ｉ８）ため、電流Ｉａを算出すればよい。電流Ｉａは、次の式（２−６）で表すことができるため、電流Ｉ９は、次の式（２−７）で表すことができる。
【００５０】
Ｉａ＝（Ｖ１０−Ｖ９）／Ｒ３ａ・・・（２−６）
Ｉ９＝（Ｖ１０−Ｖ９）／Ｒ３ａ−Ｉ８・・・（２−７）
これにより、上記式（２−５）及び式（２−７）からフィルタコンデンサ９の容量Ｃ９を算出することができる。
【００５１】
上記のように構成された第２の実施形態に係る電気車用電源装置及び電気車用電源装置のコンデンサ容量算出方法によれば、電気車用電源装置は、接触器２と、フィルタコンデンサ９と、充電抵抗器３ａを有した初期充電回路３と、第１電圧検出器１０と、第２電圧検出器１１と、制御部２０と、を備えている。電気車用電源装置は、充電抑制回路７、補償コンデンサ８及び電流検出器１４をさらに備えている。
【００５２】
制御部２０は、第１電圧検出器１０で検出された架線１の電圧Ｖ１０を示す第１電圧情報と、第２電圧検出器１１で検出されたフィルタコンデンサ９の電圧Ｖ９を示す第２電圧情報と、を取得する。制御部２０は、補償コンデンサ８及び充電抑制回路７に入力される電流Ｉｂを示す電流情報をさらに取得する。
【００５３】
制御部２０は、充電抵抗器３ａの抵抗値Ｒ３ａを示す抵抗情報、電抑制回路７内の抵抗値Ｒ７を示す他の抵抗情報、第１電圧情報、第２電圧情報及び電流情報を基に、補償コンデンサ８の容量Ｃ８及びフィルタコンデンサ９の容量Ｃ９をそれぞれ算出することができる。
【００５４】
このため、算出した容量Ｃ８、Ｃ９を基に、例えば、補償コンデンサ８やフィルタコンデンサ９が劣化しているのかどうかを判断することができ、さらには、補償コンデンサ８やフィルタコンデンサ９を交換するのかどうかの判断を行うことができる。しかも、電気車用電源装置に新たに用品（検出器）を加えること無しに補償コンデンサ８やフィルタコンデンサ９の容量Ｃ９を算出することができるため、電気車用電源装置の改造や製造コストの高騰を抑制することができる。
上記のことから、新たに用品を加えること無しにコンデンサ容量を算出することができる電気車用電源装置及び電気車用電源装置のコンデンサ容量算出方法を得ることができる。
【００５５】
次に、第３の実施形態に係る電気車用電源装置及び電気車用電源装置のコンデンサ容量算出方法について説明する。始めに、電気車用電源装置の構成について説明する。なお、この実施形態において、他の構成は上述した第１及び第２の実施形態と同一であり、同一の部分には同一の符号を付してその詳細な説明を省略する。
【００５６】
図３は、第３の実施形態に係る電気車用電源装置を概略的に示すブロック図である。
図３に示すように、この実施形態に係る電気車用電源装置は、電流検出器１４の替わりに第３電圧検出器１２を備えている以外、上記第２の実施形態に係る電気車用電源装置と同様に形成されている。
【００５７】
第３電圧検出器１２は、補償コンデンサ８の両端に接続されている。第３電圧検出器１２は、補償コンデンサ８の電圧を検出可能であり、上記電圧を示す第３電圧情報を制御部２０に与えることが可能である。第３電圧検出器１２は、電抑制回路７や補償コンデンサ８に異常が発生した時の保護のために用いることができる。
【００５８】
制御部２０は、第３電圧検出器１２で検出された補償コンデンサ８の電圧を示す第３電圧情報をさらに取得可能である。制御部２０は、抵抗情報、他の抵抗情報、第１電圧情報、第２電圧情報及び第３電圧情報を基に、補償コンデンサ８及びフィルタコンデンサ９の容量をそれぞれ算出可能である。補償コンデンサ８及びフィルタコンデンサ９の容量を算出することにより、例えば、補償コンデンサ８及びフィルタコンデンサ９が劣化しているのかどうかを判断することができる。
【００５９】
次に、コンデンサ容量算出方法（補償コンデンサ８及びフィルタコンデンサ９の容量を算出する方法）について詳しく説明する。補償コンデンサ８の容量Ｃ８は、次の式（３−１）で表すことができる。
【００６０】
Ｃ８＝∫Ｉ８ｄｔ／Ｖ８・・・（３−１）
電圧Ｖ８は、第３電圧検出器１２を用いて求めることができる。
【００６１】
この実施形態において、電流Ｉ８は、充電抑制回路７に流れる電流Ｉ７に等しい（Ｉ８＝Ｉ７）ため、電流Ｉ７を算出すればよい。電流Ｉ７は、電圧Ｖ９と電圧Ｖ８の差と、抵抗値Ｒ７と、により算出することができ、次の式（３−２）で表すことができる。
【００６２】
Ｉ７（＝Ｉ８）＝（Ｖ９−Ｖ８）／Ｒ７・・・（３−２）
これにより、上記式（３−１）及び式（３−２）から補償コンデンサ８の容量Ｃ８を算出することができる。
【００６３】
一方、フィルタコンデンサ９の容量Ｃ９は、次の式（３−３）で表すことができる。
【００６４】
Ｃ９＝∫Ｉ９ｄｔ／Ｖ９・・・（３−３）
電圧Ｖ９は、第２電圧検出器１１を用いて求めることができる。
【００６５】
また、この実施形態において、電流Ｉ９は、電流Ｉａと電流Ｉ８の差に等しい（Ｉ９＝Ｉａ−Ｉ８）ため、電流Ｉａを算出すればよい。電流Ｉａは、次の式（３−４）で表すことができるため、電流Ｉ９は、次の式（３−５）で表すことができる。
【００６６】
Ｉａ＝（Ｖ１０−Ｖ９）／Ｒ３ａ・・・（３−４）
Ｉ９＝（Ｖ１０−Ｖ９）／Ｒ３ａ−Ｉ８・・・（３−５）
これにより、上記式（３−３）及び式（３−５）からフィルタコンデンサ９の容量Ｃ９を算出することができる。
【００６７】
上記のように構成された第３の実施形態に係る電気車用電源装置及び電気車用電源装置のコンデンサ容量算出方法によれば、電気車用電源装置は、接触器２と、フィルタコンデンサ９と、充電抵抗器３ａを有した初期充電回路３と、第１電圧検出器１０と、第２電圧検出器１１と、制御部２０と、充電抑制回路７と、補償コンデンサ８と、を備えている。電気車用電源装置は、第３電圧検出器１２をさらに備えている。
【００６８】
制御部２０は、第１電圧検出器１０で検出された架線１の電圧Ｖ１０を示す第１電圧情報と、第２電圧検出器１１で検出されたフィルタコンデンサ９の電圧Ｖ９を示す第２電圧情報と、を取得する。制御部２０は、第３電圧検出器１２で検出された補償コンデンサ８の電圧Ｖ８を示す第３電圧情報を取得する。
【００６９】
制御部２０は、充電抵抗器３ａの抵抗値Ｒ３ａを示す抵抗情報、電抑制回路７内の抵抗値Ｒ７を示す他の抵抗情報、第１電圧情報、第２電圧情報及び第３電圧情報を基に、補償コンデンサ８の容量Ｃ８及びフィルタコンデンサ９の容量Ｃ９をそれぞれ算出することができる。
【００７０】
このため、算出した容量Ｃ８、Ｃ９を基に、例えば、補償コンデンサ８やフィルタコンデンサ９が劣化しているのかどうかを判断することができ、さらには、補償コンデンサ８やフィルタコンデンサ９を交換するのかどうかの判断を行うことができる。しかも、電気車用電源装置に新たに用品（検出器）を加えること無しに補償コンデンサ８やフィルタコンデンサ９の容量Ｃ９を算出することができるため、電気車用電源装置の改造や製造コストの高騰を抑制することができる。
上記のことから、新たに用品を加えること無しにコンデンサ容量を算出することができる電気車用電源装置及び電気車用電源装置のコンデンサ容量算出方法を得ることができる。
【００７１】
なお、この発明は上記実施の形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化可能である。また、上記実施の形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。
【００７２】
例えば、この発明の電気車用電源装置及び電気車用電源装置のコンデンサ容量算出方法は、上述した実施形態に限定されるものではなく、種々変形可能であり、各種の電気車用電源装置及び電気車用電源装置のコンデンサ容量算出方法に適用可能である。
【符号の説明】
【００７３】
１…架線、１ａ…パンタグラフ、２…接触器、３…初期充電回路、３ａ…充電抵抗器、７…充電抑制回路、８…補償コンデンサ、９…フィルタコンデンサ、１０…第１電圧検出器、１１…第２電圧検出器、１２…第３電圧検出器、１３…電流検出器、１４…電流検出器、２０…制御部、２１…記憶部。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
パンタグラフを介して架線に接続される接触器と、
前記接触器に接続され、前記パンタグラフ及び接触器を介して前記架線から電力が入力され、電荷を蓄積可能であるフィルタコンデンサと、
前記接触器及びフィルタコンデンサ間に接続され、前記フィルタコンデンサへの突入電流を抑制するための充電抵抗器を有した初期充電回路と、
前記パンタグラフを介して前記架線に接続され、架線の電圧を検出可能な第１電圧検出器と、
前記フィルタコンデンサの電圧を検出可能な第２電圧検出器と、
前記充電抵抗器の抵抗値を示す抵抗情報を保持又は取得可能であり、前記第１電圧検出器で検出された前記架線の電圧を示す第１電圧情報を取得可能であり、前記第２電圧検出器で検出された前記フィルタコンデンサの電圧を示す第２電圧情報を取得可能であり、前記抵抗情報、第１電圧情報及び第２電圧情報を基に、前記フィルタコンデンサの容量を算出可能な制御部と、を備えていることを特徴とする電気車用電源装置。
【請求項２】
前記フィルタコンデンサに並列に接続され、電荷を蓄積可能であり、前記パンタグラフが前記架線から離れた状態にて前記フィルタコンデンサに与える電力を補償する補償コンデンサと、
前記補償コンデンサに直列に接続され、前記補償コンデンサへの電荷の蓄積を抑制するための充電抑制回路と、
前記補償コンデンサ及び充電抑制回路に入力される電流を検出可能な電流検出器と、をさらに備え、
前記制御部は、前記充電抑制回路内の抵抗値を示す他の抵抗情報をさらに保持又は取得可能であり、前記補償コンデンサ及び充電抑制回路に入力される電流を示す電流情報をさらに取得可能であり、前記抵抗情報、他の抵抗情報、第１電圧情報、第２電圧情報及び電流情報を基に、前記補償コンデンサ及びフィルタコンデンサの容量をそれぞれ算出可能であることを特徴とする請求項１に記載の電気車用電源装置。
【請求項３】
前記フィルタコンデンサに並列に接続され、電荷を蓄積可能であり、前記パンタグラフが前記架線から離れた状態にて前記フィルタコンデンサに与える電力を補償する補償コンデンサと、
前記補償コンデンサに直列に接続され、前記補償コンデンサへの電荷の蓄積を抑制するための充電抑制回路と、
前記補償コンデンサの電圧を検出可能な第３電圧検出器と、をさらに備え、
前記制御部は、前記充電抑制回路内の抵抗値を示す他の抵抗情報をさらに保持又は取得可能であり、前記第３電圧検出器で検出された前記補償コンデンサの電圧を示す第３電圧情報をさらに取得可能であり、前記抵抗情報、他の抵抗情報、第１電圧情報、第２電圧情報及び第３電圧情報を基に、前記補償コンデンサ及びフィルタコンデンサの容量をそれぞれ算出可能であることを特徴とする請求項１に記載の電気車用電源装置。
【請求項４】
パンタグラフを介して架線に接続される接触器と、前記接触器に接続され、前記パンタグラフ及び接触器を介して前記架線から電力が入力され、電荷を蓄積可能であるフィルタコンデンサと、前記接触器及びフィルタコンデンサ間に接続され、前記フィルタコンデンサへの突入電流を抑制するための充電抵抗器を有した初期充電回路と、前記パンタグラフを介して前記架線に接続され、架線の電圧を検出可能な第１電圧検出器と、前記フィルタコンデンサの電圧を検出可能な第２電圧検出器と、を備えた電気車用電源装置のコンデンサ容量算出方法において、
前記充電抵抗器の抵抗値を示す抵抗情報と、前記第１電圧検出器で検出された前記架線の電圧を示す第１電圧情報と、前記第２電圧検出器で検出された前記フィルタコンデンサの電圧を示す第２電圧情報と、を取得し、
前記抵抗情報、第１電圧情報及び第２電圧情報を基に、前記フィルタコンデンサの容量を算出することを特徴とする電気車用電源装置のコンデンサ容量算出方法。
【請求項１】
パンタグラフを介して架線に接続される接触器と、
前記接触器に接続され、前記パンタグラフ及び接触器を介して前記架線から電力が入力され、電荷を蓄積可能であるフィルタコンデンサと、
前記接触器及びフィルタコンデンサ間に接続され、前記フィルタコンデンサへの突入電流を抑制するための充電抵抗器を有した初期充電回路と、
前記パンタグラフを介して前記架線に接続され、架線の電圧を検出可能な第１電圧検出器と、
前記フィルタコンデンサの電圧を検出可能な第２電圧検出器と、
前記充電抵抗器の抵抗値を示す抵抗情報を保持又は取得可能であり、前記第１電圧検出器で検出された前記架線の電圧を示す第１電圧情報を取得可能であり、前記第２電圧検出器で検出された前記フィルタコンデンサの電圧を示す第２電圧情報を取得可能であり、前記抵抗情報、第１電圧情報及び第２電圧情報を基に、前記フィルタコンデンサの容量を算出可能な制御部と、を備えていることを特徴とする電気車用電源装置。
【請求項２】
前記フィルタコンデンサに並列に接続され、電荷を蓄積可能であり、前記パンタグラフが前記架線から離れた状態にて前記フィルタコンデンサに与える電力を補償する補償コンデンサと、
前記補償コンデンサに直列に接続され、前記補償コンデンサへの電荷の蓄積を抑制するための充電抑制回路と、
前記補償コンデンサ及び充電抑制回路に入力される電流を検出可能な電流検出器と、をさらに備え、
前記制御部は、前記充電抑制回路内の抵抗値を示す他の抵抗情報をさらに保持又は取得可能であり、前記補償コンデンサ及び充電抑制回路に入力される電流を示す電流情報をさらに取得可能であり、前記抵抗情報、他の抵抗情報、第１電圧情報、第２電圧情報及び電流情報を基に、前記補償コンデンサ及びフィルタコンデンサの容量をそれぞれ算出可能であることを特徴とする請求項１に記載の電気車用電源装置。
【請求項３】
前記フィルタコンデンサに並列に接続され、電荷を蓄積可能であり、前記パンタグラフが前記架線から離れた状態にて前記フィルタコンデンサに与える電力を補償する補償コンデンサと、
前記補償コンデンサに直列に接続され、前記補償コンデンサへの電荷の蓄積を抑制するための充電抑制回路と、
前記補償コンデンサの電圧を検出可能な第３電圧検出器と、をさらに備え、
前記制御部は、前記充電抑制回路内の抵抗値を示す他の抵抗情報をさらに保持又は取得可能であり、前記第３電圧検出器で検出された前記補償コンデンサの電圧を示す第３電圧情報をさらに取得可能であり、前記抵抗情報、他の抵抗情報、第１電圧情報、第２電圧情報及び第３電圧情報を基に、前記補償コンデンサ及びフィルタコンデンサの容量をそれぞれ算出可能であることを特徴とする請求項１に記載の電気車用電源装置。
【請求項４】
パンタグラフを介して架線に接続される接触器と、前記接触器に接続され、前記パンタグラフ及び接触器を介して前記架線から電力が入力され、電荷を蓄積可能であるフィルタコンデンサと、前記接触器及びフィルタコンデンサ間に接続され、前記フィルタコンデンサへの突入電流を抑制するための充電抵抗器を有した初期充電回路と、前記パンタグラフを介して前記架線に接続され、架線の電圧を検出可能な第１電圧検出器と、前記フィルタコンデンサの電圧を検出可能な第２電圧検出器と、を備えた電気車用電源装置のコンデンサ容量算出方法において、
前記充電抵抗器の抵抗値を示す抵抗情報と、前記第１電圧検出器で検出された前記架線の電圧を示す第１電圧情報と、前記第２電圧検出器で検出された前記フィルタコンデンサの電圧を示す第２電圧情報と、を取得し、
前記抵抗情報、第１電圧情報及び第２電圧情報を基に、前記フィルタコンデンサの容量を算出することを特徴とする電気車用電源装置のコンデンサ容量算出方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２０１２−１６５５９８（Ｐ２０１２−１６５５９８Ａ）
【公開日】平成２４年８月３０日（２０１２．８．３０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２５０４９（Ｐ２０１１−２５０４９）
【出願日】平成２３年２月８日（２０１１．２．８）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年８月３０日（２０１２．８．３０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年２月８日（２０１１．２．８）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
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