電気車用駆動回路
【課題】チョッパ回路を１台として回路が大型化しないようにし、これが故障した場合でも、架線がない区間での自力走行を可能とする
【解決手段】複数台設けられるインバータの、例えば６２の出力に接続される交流電動機７２の巻線の中性点と蓄電装置９との間にスイッチ１１を設け、少なくともチョッパ回路８およびその制御装置が故障したときは、スイッチ１０ａ，１０ｂをオフにしてチョッパ回路８を切り離すとともにスイッチ１１をオンにし、インバータ出力をスイッチ１１を介して蓄電装置９に接続し、インバータ６２をチョッパ回路として動作させるようにする。
【解決手段】複数台設けられるインバータの、例えば６２の出力に接続される交流電動機７２の巻線の中性点と蓄電装置９との間にスイッチ１１を設け、少なくともチョッパ回路８およびその制御装置が故障したときは、スイッチ１０ａ，１０ｂをオフにしてチョッパ回路８を切り離すとともにスイッチ１１をオンにし、インバータ出力をスイッチ１１を介して蓄電装置９に接続し、インバータ６２をチョッパ回路として動作させるようにする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、直流電源と蓄電装置の双方から受電可能で、これらから供給される電力を入力とする複数台のインバータにより交流電動機を駆動することで、電気車を推進させる電気車用駆動回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の従来例として、例えば特許文献１に示すものがある。
上記特許文献１では、架線から集電装置（５０：特許文献１の図１で付されている符号、以下同様）を介して受電した直流電力をインバータ（５３）で交流に変換し、モータ（５４：Ｍ）を駆動している。さらに、チョッパ回路（１０６）をインバータ（５３）の直流入力側に接続して、その出力に蓄電装置（６５）を接続している。そして、ブレーキ時に架線へ回生できない電力などを、チョッパ回路（１０６）を介して蓄電装置（６５）に蓄積し、力行時にその電力を使うことで省エネルギー化を図るとともに、架線の無い区間での自力走行を可能にしている。
【０００３】
また、別の特許文献２では、同様の回路でインバータが故障したときなどを考慮して、インバータを複数台（この例では４，５：特許文献２の図１での符号、以下同様）設け、
誘導電動機（７ａ，７ｂ，８ａ，８ｂ）をそれぞれのインバータで駆動する例が開示されている。この例では、インバータ故障時などには、故障したインバータを切り離す接触器（５０，５１）を設け、１台のインバータが故障しても、接触器によりそれを切り離して走行を継続できるようにしている。
【０００４】
これらの特許文献１と２から、例えば図６のような電気車駆動用回路が考えられる。この回路は、架線１から集電装置２やフィルタリアクトル３，フィルタコンデンサ５を介してインバータ６１，６２へ給電し、交流電動機７を駆動する例である。そして、フィルタコンデンサ５と並列にチョッパ回路８を接続するとともに、それに蓄電装置９を接続するようにしている。なお、スイッチ４は、故障したインバータを切り離すためのものである。
【０００５】
図６に示すものは、特許文献１に対しインバータの故障を考慮して、インバータを複数台設けたものである。また、特許文献２に対しては架線の定格電圧が固定の場合で、このため電圧に応じて切り替える回路が不要となる。また、架線電圧と蓄電装置の電圧が、例えばＤＣ７５０ＶとＤＣ３００Ｖというように大きく離れているために、蓄電装置の電力により架線が加圧されることがない場合に相当する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００６−３４０５６１号公報
【特許文献１】特開２００８−２５３０８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
図６では、例えばインバータ６１が故障しても、これを切り離すことによって、故障していないインバータ６２を用いて走行を継続することが可能である。しかし、チョッパ回路８は1台しかないため、架線がない区間でこれが故障するとインバータ６１，６２へ電力を供給できなくなり、走行を継続することができない。
そこで、チョッパ回路８を複数台設け、故障したチョッパ回路を切り離して走行を継続することが考えられる。
【０００８】
しかし、そのようにチョッパ回路を複数台とすると、当然のことながらその分の回路が追加となり、回路全体が大型化しコストアップするという問題が生じる。
従って、この発明の課題は、チョッパ回路を１台として回路が大型化しないようにし、これが故障した場合でも、架線がない区間での自力走行を可能とすることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
このような課題を解決するため、請求項１の発明では、直流電源と蓄電装置の双方から受電可能で、それらから供給される電力を受電する複数台のインバータにより交流電動機を駆動して電気車を推進するとともに、前記蓄電装置の出力とインバータ直流入力との間にチョッパ回路を設け、蓄電装置が供給または吸収する電力を制御する電気車用駆動回路において、
少なくとも１台の前記交流電動機巻線の中性点と前記蓄電装置との間にスイッチを接続し、少なくとも前記チョッパ回路およびその制御装置が故障したときにはチョッパ回路を切り離すとともに、前記スイッチをオンさせ、このスイッチに接続されたインバータをチョッパ回路として動作させることを特徴とする。
【００１０】
上記請求項１の発明においては、前記スイッチに代えてスイッチとリアクトルとの直列回路とすることができ（請求項２の発明）、請求項１または２の発明においては、前記スイッチまたはスイッチとリアクトルとの直列回路を、交流電動機巻線の中性点と前記蓄電装置との間に設ける代わりに、交流電動機巻線の中性点とチョッパ回路内のリアクトルの一端との間に設けることができる（請求項３の発明）。また、請求項１〜３の発明においては、前記直流電源の代わりに前記蓄電装置を充電する充電装置を設け、前記電気車が停止中または一部走行区間で前記充電装置にて蓄電装置を充電することにより、残りの区間を蓄電装置に充電した電力のみで走行するとともに、その残りの区間で前記チョッパ回路が故障したときは、前記インバータをチョッパ動作させることによって自力走行を可能にすることができる（請求項４の発明）。
【発明の効果】
【００１１】
この発明によれば、１台のインバータが故障した場合はもちろんのこと、チョッパ回路が故障した場合でも自力走行が可能なため、立ち往生することがなく、その結果大幅なダイヤの乱れや運休を回避することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】この発明の実施形態を示すブロック図。
【図２】この発明における動作を説明するための説明図。
【図３】この発明の他の実施形態を示すブロック図。
【図４】この発明のさらに他の実施形態を示すブロック図。
【図５】この発明の別の実施形態を示すブロック図。
【図６】２つの従来例を組み合わせた実施例を示すブロック図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
図１はこの発明による実施形態を示すブロック図である。
同図に示すように、この例は、架線１に集電装置２，フィルタリアクトル３およびフィルタコンデンサ５を介して２台のインバータ６１，６２の入力がそれぞれ接続されている例である。スイッチ４は、インバータ６１，６２の少なくとも１つが故障した際に、故障したインバータを切り離すために設けられている。
【００１４】
また、インバータ６１，６２の直流入力側にはチョッパ回路８が設けられており、その入力と出力には、チョッパ回路８またはその制御装置が故障した場合に、この回路を切り離すスイッチ１０ａ，１０ｂが設けられ、そのスイッチ１０ｂを介してチョッパ回路８と蓄電装置９とが接続されている。この蓄電装置９としてはバッテリは勿論のこと、キャパシタを用いることもできる。また、インバータ６２の出力に接続された交流電動機７２の巻線の中性点と蓄電装置９との間には、スイッチ１１が設けられている。
【００１５】
上記のような回路において、正常時およびチョッパ故障時には、スイッチ４，１０ａ，１０ｂおよび１１を図２のように動作させる。従って、正常時にはチョッパ回路８によって、蓄電装置９の電力はインバータ６１，６２に供給または吸収され、所望の動作をさせることができる。一方、チョッパ回路８が故障した場合には、スイッチ１０ａ，１０ｂをオフとしてチョッパ回路８を切り離す。そして、スイッチ１１をオンさせれば、インバータ６２と交流電動機７２の巻線のインダクタンスを組み合わせたチョッパ回路が形成され、インバータ６２の３つの上アーム，下アームをそれぞれ同時にオン／オフさせることにより、チョッパとして動作させることができる。
【００１６】
これにより、チョッパ回路８が故障した場合でも、上記のようなチョッパ回路により蓄電装置９の電力を、コンデンサ５に供給または吸収することができる。そして、この電力によりインバータ６１を介して交流電動機７１を駆動または制動すれば、走行を継続できることになる。なお、この例では、交流電動機７２の巻線の中性点にのみスイッチ１１を設けたが、交流電動機７１にも同様に設けることができる。
図３はこの発明の他の実施形態を示すブロック図である。
これは、図１に示すものに対し、スイッチ１１と直列にリアクトル１２を接続した点が特徴で、その他は図１と全く同様である。
【００１７】
図４はこの発明のさらに他の実施形態を示すブロック図である。
ここでは、スイッチ１１の蓄電装置９への接続点を、チョッパ回路８内のリアクトル８ｃに接続しており、これに伴いチョッパ回路８を切り離すためのスイッチ１０ｂの位置も変更した点で図１と異なっている。ただし、動作については図１と同様である。なお、交流電動機巻線の中性点とチョッパ回路８のリアクトル８ｃとの間を、ここではスイッチ１１のみで接続したが、スイッチとリアクトルとの直列回路を接続しても良い。
【００１８】
図５はこの発明の別の実施形態を示すブロック図である。
これは、図１に示す架線１、集電装置２およびフィルタリアクトル３の代わりに、充電装置１２を設けた点が特徴である。この充電装置１２は電気車の外部に設置されるもので、蓄電装置９を充電するとき（例えば車両の停車時）にのみ接続される。そして、正常時にはチョッパ回路８を介して蓄電装置９を充電し、チョッパ回路８が故障した場合には、スイッチ１１をオンしインバータ６２をチョッパ動作させて充電する。なお、走行中に蓄電装置９の電力をフィルタコンデンサ５側へ供給または吸収する動作は、図１や図３と同様である。
【符号の説明】
【００１９】
１…架線、２…集電装置、３…フィルタリアクトル、４，１０ａ，１０ｂ，１１…スイッチ、５…フィルタコンデンサ、６…インバータ、７…交流電動機、８…チョッパ回路、９…蓄電装置、１１…リアクトル、１２…充電装置。
【技術分野】
【０００１】
この発明は、直流電源と蓄電装置の双方から受電可能で、これらから供給される電力を入力とする複数台のインバータにより交流電動機を駆動することで、電気車を推進させる電気車用駆動回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の従来例として、例えば特許文献１に示すものがある。
上記特許文献１では、架線から集電装置（５０：特許文献１の図１で付されている符号、以下同様）を介して受電した直流電力をインバータ（５３）で交流に変換し、モータ（５４：Ｍ）を駆動している。さらに、チョッパ回路（１０６）をインバータ（５３）の直流入力側に接続して、その出力に蓄電装置（６５）を接続している。そして、ブレーキ時に架線へ回生できない電力などを、チョッパ回路（１０６）を介して蓄電装置（６５）に蓄積し、力行時にその電力を使うことで省エネルギー化を図るとともに、架線の無い区間での自力走行を可能にしている。
【０００３】
また、別の特許文献２では、同様の回路でインバータが故障したときなどを考慮して、インバータを複数台（この例では４，５：特許文献２の図１での符号、以下同様）設け、
誘導電動機（７ａ，７ｂ，８ａ，８ｂ）をそれぞれのインバータで駆動する例が開示されている。この例では、インバータ故障時などには、故障したインバータを切り離す接触器（５０，５１）を設け、１台のインバータが故障しても、接触器によりそれを切り離して走行を継続できるようにしている。
【０００４】
これらの特許文献１と２から、例えば図６のような電気車駆動用回路が考えられる。この回路は、架線１から集電装置２やフィルタリアクトル３，フィルタコンデンサ５を介してインバータ６１，６２へ給電し、交流電動機７を駆動する例である。そして、フィルタコンデンサ５と並列にチョッパ回路８を接続するとともに、それに蓄電装置９を接続するようにしている。なお、スイッチ４は、故障したインバータを切り離すためのものである。
【０００５】
図６に示すものは、特許文献１に対しインバータの故障を考慮して、インバータを複数台設けたものである。また、特許文献２に対しては架線の定格電圧が固定の場合で、このため電圧に応じて切り替える回路が不要となる。また、架線電圧と蓄電装置の電圧が、例えばＤＣ７５０ＶとＤＣ３００Ｖというように大きく離れているために、蓄電装置の電力により架線が加圧されることがない場合に相当する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００６−３４０５６１号公報
【特許文献１】特開２００８−２５３０８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
図６では、例えばインバータ６１が故障しても、これを切り離すことによって、故障していないインバータ６２を用いて走行を継続することが可能である。しかし、チョッパ回路８は1台しかないため、架線がない区間でこれが故障するとインバータ６１，６２へ電力を供給できなくなり、走行を継続することができない。
そこで、チョッパ回路８を複数台設け、故障したチョッパ回路を切り離して走行を継続することが考えられる。
【０００８】
しかし、そのようにチョッパ回路を複数台とすると、当然のことながらその分の回路が追加となり、回路全体が大型化しコストアップするという問題が生じる。
従って、この発明の課題は、チョッパ回路を１台として回路が大型化しないようにし、これが故障した場合でも、架線がない区間での自力走行を可能とすることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
このような課題を解決するため、請求項１の発明では、直流電源と蓄電装置の双方から受電可能で、それらから供給される電力を受電する複数台のインバータにより交流電動機を駆動して電気車を推進するとともに、前記蓄電装置の出力とインバータ直流入力との間にチョッパ回路を設け、蓄電装置が供給または吸収する電力を制御する電気車用駆動回路において、
少なくとも１台の前記交流電動機巻線の中性点と前記蓄電装置との間にスイッチを接続し、少なくとも前記チョッパ回路およびその制御装置が故障したときにはチョッパ回路を切り離すとともに、前記スイッチをオンさせ、このスイッチに接続されたインバータをチョッパ回路として動作させることを特徴とする。
【００１０】
上記請求項１の発明においては、前記スイッチに代えてスイッチとリアクトルとの直列回路とすることができ（請求項２の発明）、請求項１または２の発明においては、前記スイッチまたはスイッチとリアクトルとの直列回路を、交流電動機巻線の中性点と前記蓄電装置との間に設ける代わりに、交流電動機巻線の中性点とチョッパ回路内のリアクトルの一端との間に設けることができる（請求項３の発明）。また、請求項１〜３の発明においては、前記直流電源の代わりに前記蓄電装置を充電する充電装置を設け、前記電気車が停止中または一部走行区間で前記充電装置にて蓄電装置を充電することにより、残りの区間を蓄電装置に充電した電力のみで走行するとともに、その残りの区間で前記チョッパ回路が故障したときは、前記インバータをチョッパ動作させることによって自力走行を可能にすることができる（請求項４の発明）。
【発明の効果】
【００１１】
この発明によれば、１台のインバータが故障した場合はもちろんのこと、チョッパ回路が故障した場合でも自力走行が可能なため、立ち往生することがなく、その結果大幅なダイヤの乱れや運休を回避することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】この発明の実施形態を示すブロック図。
【図２】この発明における動作を説明するための説明図。
【図３】この発明の他の実施形態を示すブロック図。
【図４】この発明のさらに他の実施形態を示すブロック図。
【図５】この発明の別の実施形態を示すブロック図。
【図６】２つの従来例を組み合わせた実施例を示すブロック図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
図１はこの発明による実施形態を示すブロック図である。
同図に示すように、この例は、架線１に集電装置２，フィルタリアクトル３およびフィルタコンデンサ５を介して２台のインバータ６１，６２の入力がそれぞれ接続されている例である。スイッチ４は、インバータ６１，６２の少なくとも１つが故障した際に、故障したインバータを切り離すために設けられている。
【００１４】
また、インバータ６１，６２の直流入力側にはチョッパ回路８が設けられており、その入力と出力には、チョッパ回路８またはその制御装置が故障した場合に、この回路を切り離すスイッチ１０ａ，１０ｂが設けられ、そのスイッチ１０ｂを介してチョッパ回路８と蓄電装置９とが接続されている。この蓄電装置９としてはバッテリは勿論のこと、キャパシタを用いることもできる。また、インバータ６２の出力に接続された交流電動機７２の巻線の中性点と蓄電装置９との間には、スイッチ１１が設けられている。
【００１５】
上記のような回路において、正常時およびチョッパ故障時には、スイッチ４，１０ａ，１０ｂおよび１１を図２のように動作させる。従って、正常時にはチョッパ回路８によって、蓄電装置９の電力はインバータ６１，６２に供給または吸収され、所望の動作をさせることができる。一方、チョッパ回路８が故障した場合には、スイッチ１０ａ，１０ｂをオフとしてチョッパ回路８を切り離す。そして、スイッチ１１をオンさせれば、インバータ６２と交流電動機７２の巻線のインダクタンスを組み合わせたチョッパ回路が形成され、インバータ６２の３つの上アーム，下アームをそれぞれ同時にオン／オフさせることにより、チョッパとして動作させることができる。
【００１６】
これにより、チョッパ回路８が故障した場合でも、上記のようなチョッパ回路により蓄電装置９の電力を、コンデンサ５に供給または吸収することができる。そして、この電力によりインバータ６１を介して交流電動機７１を駆動または制動すれば、走行を継続できることになる。なお、この例では、交流電動機７２の巻線の中性点にのみスイッチ１１を設けたが、交流電動機７１にも同様に設けることができる。
図３はこの発明の他の実施形態を示すブロック図である。
これは、図１に示すものに対し、スイッチ１１と直列にリアクトル１２を接続した点が特徴で、その他は図１と全く同様である。
【００１７】
図４はこの発明のさらに他の実施形態を示すブロック図である。
ここでは、スイッチ１１の蓄電装置９への接続点を、チョッパ回路８内のリアクトル８ｃに接続しており、これに伴いチョッパ回路８を切り離すためのスイッチ１０ｂの位置も変更した点で図１と異なっている。ただし、動作については図１と同様である。なお、交流電動機巻線の中性点とチョッパ回路８のリアクトル８ｃとの間を、ここではスイッチ１１のみで接続したが、スイッチとリアクトルとの直列回路を接続しても良い。
【００１８】
図５はこの発明の別の実施形態を示すブロック図である。
これは、図１に示す架線１、集電装置２およびフィルタリアクトル３の代わりに、充電装置１２を設けた点が特徴である。この充電装置１２は電気車の外部に設置されるもので、蓄電装置９を充電するとき（例えば車両の停車時）にのみ接続される。そして、正常時にはチョッパ回路８を介して蓄電装置９を充電し、チョッパ回路８が故障した場合には、スイッチ１１をオンしインバータ６２をチョッパ動作させて充電する。なお、走行中に蓄電装置９の電力をフィルタコンデンサ５側へ供給または吸収する動作は、図１や図３と同様である。
【符号の説明】
【００１９】
１…架線、２…集電装置、３…フィルタリアクトル、４，１０ａ，１０ｂ，１１…スイッチ、５…フィルタコンデンサ、６…インバータ、７…交流電動機、８…チョッパ回路、９…蓄電装置、１１…リアクトル、１２…充電装置。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流電源と蓄電装置の双方から受電可能で、それらから供給される電力を受電する複数台のインバータにより交流電動機を駆動して電気車を推進するとともに、前記蓄電装置の出力とインバータ直流入力との間にチョッパ回路を設け、蓄電装置が供給または吸収する電力を制御する電気車用駆動回路において、
少なくとも１台の前記交流電動機巻線の中性点と前記蓄電装置との間にスイッチを接続し、少なくとも前記チョッパ回路およびその制御装置が故障したときにはチョッパ回路を切り離すとともに、前記スイッチをオンさせ、このスイッチに接続されたインバータをチョッパ回路として動作させることを特徴とする電気車用駆動回路。
【請求項２】
前記スイッチに代えてスイッチとリアクトルとの直列回路とすることを特徴とする請求項１に記載の電気車用駆動回路。
【請求項３】
前記スイッチまたはスイッチとリアクトルとの直列回路を、交流電動機巻線の中性点と前記蓄電装置との間に設ける代わりに、交流電動機巻線の中性点とチョッパ回路内のリアクトルの一端との間に設けることを特徴とする請求項１または２に記載の電気車用駆動回路。
【請求項４】
前記直流電源の代わりに前記蓄電装置を充電する充電装置を設け、前記電気車が停止中または一部走行区間で前記充電装置にて蓄電装置を充電することにより、残りの区間を蓄電装置に充電した電力のみで走行するとともに、その残りの区間で前記チョッパ回路が故障したときは、前記インバータをチョッパ動作させることによって自力走行を可能にしたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の電気車用駆動回路。
【請求項１】
直流電源と蓄電装置の双方から受電可能で、それらから供給される電力を受電する複数台のインバータにより交流電動機を駆動して電気車を推進するとともに、前記蓄電装置の出力とインバータ直流入力との間にチョッパ回路を設け、蓄電装置が供給または吸収する電力を制御する電気車用駆動回路において、
少なくとも１台の前記交流電動機巻線の中性点と前記蓄電装置との間にスイッチを接続し、少なくとも前記チョッパ回路およびその制御装置が故障したときにはチョッパ回路を切り離すとともに、前記スイッチをオンさせ、このスイッチに接続されたインバータをチョッパ回路として動作させることを特徴とする電気車用駆動回路。
【請求項２】
前記スイッチに代えてスイッチとリアクトルとの直列回路とすることを特徴とする請求項１に記載の電気車用駆動回路。
【請求項３】
前記スイッチまたはスイッチとリアクトルとの直列回路を、交流電動機巻線の中性点と前記蓄電装置との間に設ける代わりに、交流電動機巻線の中性点とチョッパ回路内のリアクトルの一端との間に設けることを特徴とする請求項１または２に記載の電気車用駆動回路。
【請求項４】
前記直流電源の代わりに前記蓄電装置を充電する充電装置を設け、前記電気車が停止中または一部走行区間で前記充電装置にて蓄電装置を充電することにより、残りの区間を蓄電装置に充電した電力のみで走行するとともに、その残りの区間で前記チョッパ回路が故障したときは、前記インバータをチョッパ動作させることによって自力走行を可能にしたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の電気車用駆動回路。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１２−３４５３８（Ｐ２０１２−３４５３８Ａ）
【公開日】平成２４年２月１６日（２０１２．２．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１７３７４２（Ｐ２０１０−１７３７４２）
【出願日】平成２２年８月２日（２０１０．８．２）
【出願人】（０００００５２３４）富士電機株式会社 (3,146)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年２月１６日（２０１２．２．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年８月２日（２０１０．８．２）
【出願人】（０００００５２３４）富士電機株式会社 (3,146)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]