(57)【要約】【課題】  補助電源装置において、負荷を新たに起動した場合でも、突入電流を抑制し、誘導障害を防止することを達成する。【解決手段】  インバータ部２６の出力側に隣接された第一の電流検出器２７ａから検出した値を、制御部２８内の変数演算部２９ａで電流の変化率を算出し、比較部２９ｂで所定値αを超えるかどうかが判断される。α値を超えた場合、出力電圧制御部２９ｃと出力周波数制御部２９ｄの少なくともどちらか一方から、インバータ素子信号発生部２９ｅへ、出力電圧と出力周波数の少なくともどちらか一方を低下させる指令が送られる。インバータ部２６が受け取った信号を実行することで、補助電源装置２０への入力出力電力が低減され、突入電流が抑制される。そのため、誘導障害を防止することが可能となる。【選択図】  図１
2010239686.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車体に搭載された負荷に供給するための電流を半導体素子のスイッチングによって変換す
るインバータ部と、
前記インバータ部と接続され、前記インバータ部から負荷に流れる電流を整流する交流フ
ィルタと、
前記インバータ部と前記交流フィルタの間に設置された電流検出器と、
前記電流検出器で検出された電流値に基づき電流の変化率を算出する演算部と、
前記演算部で算出した変化率が所定値を超えたかどうかを判断する比較部と、
前記比較部で算出された電流変化率が所定値を超えたと判断された場合に、前記インバー
タの出力電圧と出力周波数の少なくともどちらか一方を低下させる誘導障害防止部を、
備えたことを特徴とする補助電源装置。
【請求項２】
架線から車体に電流が突発的に流れることを防止するフィルタコンデンサ充電抵抗器と、
前記フィルタコンデンサ充電抵抗器と並列して接続され、前記フィルタコンデンサ充電抵
抗スイッチのＯＮ状態とＯＦＦ状態を作り出すフィルタコンデンサ充電抵抗短絡スイッチ
と、
前記フィルタコンデンサ充電抵抗器と前記フィルタコンデンサ充電抵抗短絡スイッチを通
って、車体に搭載された負荷に供給するための電流を半導体素子のスイッチングによって
変換するインバータ部と、
前記フィルタコンデンサ充電抵抗器とインバータ部の間に設置された電流検出器と、
前記電流検出器で検出された電流値に基づき電流の変化率を算出する演算部と、
前記演算部で算出した変化率が所定値を超えたかどうかを判断する比較部と、
前記比較部で算出された電流変化率が所定値を超えたと判断された場合に、前記インバー
タの出力電圧と出力周波数の少なくともどちらか一方を低下させる誘導障害防止部を、
備えたことを特徴とする補助電源装置。
【請求項３】
前記誘導障害防止部において、比較部で設定される所定値を複数設け、前記複数の所定
値ごとにインバータ部の出力電圧と出力周波数の出力低下パターンを設定し、演算部で算
出された電流変化率と前記複数の所定値に基づいて、前記出力電圧と前記出力周波数の出
力低下パターンを決定することを特徴とする請求項１乃至２記載の補助電源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、補助電源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
図１０は、従来の補助電源装置と負荷の接続構成図である。従来の発明は、架線１とパン
タグラフ２が接続され、パンタグラフ２は第一の補助電源装置３と、第一の補助電源装置
３と並列に設けられた第二の補助電源装置４と接続される。
【０００３】
第一の補助電源装置３は接触器５を介して負荷８と接続され、第二の補助電源装置４は接
触器６を介して負荷９と、負荷９と並列に設けられた負荷１０に接続される。また、負荷
８と負荷９、負荷１０の間には切り替えスイッチ７が設けられている。
【０００４】
なお、負荷８と負荷９は送風機で構成され（図示しない）、負荷１０は図１１の従来の負
荷の構成図で示されるように空調装置１０ｂ、オイルポンプ１０ｃ、ブレーキ用コンプレ
ッサ１０ｄが並列で接続された構成である。電流検出器１０aはブレーキ用コンプレッサ
１０ｄの入力側直ぐ、つまり並列に接続されたオイルポンプ１０ｃとブレーキ用コンプレ
ッサ１０ｄの間に設置されている。
【０００５】
架線１は発電所からの架線電力をパンタグラフ２を介して、交流に変換する第一の補助電
源装置３と第二の補助電源装置４に供給する。第一の補助電源装置３と第二の補助電源装
置４が正常に作動する場合、第一の補助電源装置３は交流に変換した電力を接触器５を介
して負荷８に供給し、第二の補助電源装置４は交流に変換した電力を接触器６を介して負
荷９と負荷１０に供給する。この時、切り替えスイッチ７は開かれ、OFFの状態になって
いる。
【０００６】
次に、第二の補助電源装置４が故障し、第一の補助電源装置３のみで負荷８に加えて負荷
９と負荷１０への電力を供給する場合、接触器６がOFFになり、切り替えスイッチ７がON
になることによって、負荷８と負荷９と負荷１０の電源を第一の補助電源装置３に切り替
えることが可能になる。
【０００７】
上記のように、第一の補助電源装置３が新たな負荷に電力を供給する場合、架線から第一
の補助電源装置３に入力される入力電力も瞬時に増加することになる。補助電源装置の入
力電力が急激に変化すると、車両に搭載されている信号機器類に影響し、誤動作などを引
き起こす誘導障害が生じる虞がある。
【０００８】
そのため、負荷８と負荷９と負荷１０の接続時には下記のような制御システムが作動する
。
【０００９】
ブレーキ用コンプレッサ１０ｄの電流検出器１０ａはブレーキ用コンプレッサ１０ｄに起
動電流が流れたことを検知する。次に、第一の補助電源３の入力電力を下げ、負荷８から
回生電力を発生させることで、第一の補助電源装置３に追加された負荷９と負荷１０への
入力電力を補い、第一の補助電源装置への急激な入力電流の増加を抑制することが可能な
発明が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００７−２４４０３５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
従来の電気車用電源装置においては、ブレーキ用コンプレッサとオイルポンプの間に電
流検出器が設置されている。そのため、ブレーキ用コンプレッサ以外の負荷に起動電流が
流れた場合は、その起動電流を検知することができず、突入電流を防止するための制御シ
ステムが作動しない。また、電流検出器は起動電流が所定値を超えた場合に制御システム
を始動させているため、入力電力の急激な増加に制御動作が間に合わず、突入電流を防止
できない可能性がある。
【００１２】
本発明は、上記問題点を解決するためになされたもので、誘導障害を防止するため、回
路内の電流をより適切に制御することで、制御精度を向上することを可能とする補助電源
装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記課題は、車体に搭載された負荷に供給するための電流を半導体素子のスイッチングに
よって変換するインバータ部と、前記インバータ部と接続され、前記インバータ部から負
荷に流れる電流を整流する交流フィルタと、前記インバータ部と前記交流フィルタの間に
設置された電流検出器と、前記電流検出器で検出された電流値に基づき電流の変化率を算
出する演算部と、前記演算部で算出した変化率が所定値を超えたかどうかを判断する比較
部と、前記比較部で算出された電流変化率が所定値を超えたと判断された場合に、前記イ
ンバータの出力電圧と出力周波数の少なくともどちらか一方を低下させる誘導障害防止部
を備えたことによって達成することができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、回路内の電流をより適切に制御することで、制御精度を向上させるこ
とができるため、突入電流による誘導障害を防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の第１の実施形態に基づく補助電源装置の電気構成図。
【図２】本発明の第１の実施形態に基づく負荷構成図。
【図３】本発明の第１の実施形態に基づく制御システム図。
【図４】本発明の第１の実施形態における各装置の動作図。
【図５】本発明の第１の実施形態において少量の起動電流に対する制御パターンの一例図
【図６】本発明に第１の実施形態において大きい起動電流に対する制御パターンの一例図。
【図７】本発明の第２の実施形態に基づく補助電源装置の電気構成図。
【図８】本発明の第２の実施形態に基づく制御システム図。
【図９】本発明の第３の実施形態に基づく制御システム図。
【図１０】従来の補助電源装置と負荷の接続構成図。
【図１１】従来の負荷の構成図。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。
【００１７】
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に基づく補助電源装置の電気構成図である。図２は、
本発明の第1の実施形態に基づく負荷構成図である。
【００１８】
図１に示すように、本発明に基づく第１の実施形態の補助電源装置２０は、架線１とパン
タグラフ２を介して接続される。パンタグラフ２は、接触器２１と、入力リアクトル２２
と、フィルタコンデンサ充電抵抗器２３と、フィルタコンデンサ充電器抵抗器２４と並列
に設けられたフィルタコンデンサ充電抵抗短絡スイッチ２４を介して、インバータ部２６
と、インバータ部２６と並列に設けられているフィルタコンデンサ２５と接続される。イ
ンバータ部２６は、第一の電流検出器２７ａと、交流フィルタ３０と、変圧器３１を介し
て補助電源装置２０の外部に設けられている負荷３２に接続される。また、インバータ部
２６と第一の電流検出器２７には制御部２８が接続される。
【００１９】
制御部２８は、誘導障害防止部２９が設けられており、変数演算部２９ａが比較部２９ｂ
と接続され、比較部２９ｂが出力電圧制御部２９ｃと出力周波数制御部２９ｄと接続され
ていている。次に、出力電圧制御部２９ｃと出力周波数２９ｄが、インバータ素子信号発
生部２９ｅと接続されている。また、インバータ素子信号発生部２９ｅはインバータ部２
６と接続されている。
【００２０】
図２は、本発明の負荷の構成図である。負荷３２は、補助電源装置２０と３相線３３を
介して接続されている。その構成は、第一の空調装置３２aと、第一の空調装置３２aと並
列に設けられた第二の空調装置３２ｂと、第一の空調装置３２ａと第二の空調装置３２ｂ
と並列に設けられた第三の空調装置３２ｃと、第一の空調装置３２ａと第二の空調装置３
２ｂと第三の空調装置３２ｃと並列に設けられたACコンプレッサ３２ｄで成っている。
【００２１】
図１に示すように、パンタグラフ２は、架線１から受け取った直流電流を補助電源装置
２０に送っている。接触器２１がONすることで流れる電流を、入力リアクトル２２と、フ
ィルタコンデンサ充電抵抗器２３を流れて、フィルタコンデンサ２５に充電させ、回路内
に一定の電流が充電されると、フィルタコンデンサ充電抵抗短絡スイッチ２４がＯＮにな
り、インバータ部２６に電流が流れることによって補助電源装置２０が作動を始める。そ
のインバータ部２６によって直流電流から交流電流に変換され、交流フィルタ３０によっ
て交流電流が整流される。整流された交流電流は３相線を流れて負荷３２に供給され、負
荷３２の電源となる。
【００２２】
本実施形態では、第一の空調装置３２aと第二の空調装置３２ｂと第三の空調装置３２ｃ
を既に起動している負荷３２Aとし、ＡＣコンプレッサ３２ｄを新たに起動する負荷３２B
とする場合に、第一の電流検出器２７で検出する検出値を使用した制御部２８の制御シス
テム動作について詳細な説明をする。
【００２３】
図３は本発明の第1の実施形態に基づく制御システム図である。まず、負荷３２Bの起動（
Ｓ１）により流れる起動電流（＝Iｏｕｔｐｕｔ）を第一の電流検出器２７が検知する（
Ｓ２）。検知した値は、制御部２８の中の誘導障害防止部２９の変数演算部２９aにアナ
ログ信号によって伝達される。変数演算部２９aはその値を使用して電流の変化率（＝ｄ
Ｉｏｕｔｐｕｔ／ｄＴ、Ｉ；電流  Ｔ；時間）を算出する（Ｓ３）。算出された値は比較
部２９ｂに送られ、突入電流を防止するために設定された所定値αを超えたかどうかが比
較される（Ｓ４）。α値を超えた場合、インバータ部２６からの出力電圧（Ｖｏｕｔｐｕ
ｔ）と出力周波数（Ｆｏｕｔｐｕｔ）を変化させる必要がある場合は、出力電圧制御部２
９ｃと出力周波数制御部２９ｄから、出力周波数と出力電圧の変化パターンがインバータ
素子信号発生部２９ｅへ伝達される(Ｓ５)。出力電圧と出力周波数の変化パターンを受け
たインバータ素子信号発生部１１ｅは、インバータをスイッチング制御するためのデジタ
ル信号をインバータ部２６に送信することによって補助電源装置２０の出力電圧と出力周
波数を変化させる。  
また、この際にα値を超えなかった場合、再度スタートに戻り、同じ動作が繰り返される
。
【００２４】
図４は、本発明の制御システム作動時の各装置の動作図である。上記のような制御システ
ムが適用されると、補助電源装置２０と負荷３２の全体は以下のように動く。
【００２５】
ＡＣコンプレッサ３２ｄが起動され、補助電源装置２０への入力電力が増加すると、補助
電源装置２０の出力電圧と出力周波数が低減される。それによって第一の空調装置３２a
と第二の空調装置３２ｂと第三の空調装置３２ｃへの入力電流が低減されると、第一の空
調装置３２aと第二の空調装置３２ｂと第三の空調装置３２ｃが回生動作に入る。第一の
空調装置３２ａと第二の空調装置３２ｂと第三の空調装置３２ｃの回生エネルギーは、回
路内で使用され、ＡＣコンプレッサ３２ｄの起動に伴う入力電力の増加を補う。以上のこ
とからＡＣコンプレッサ３２ｄのような負荷３２Bを起動した際も、補助電源装置２０へ
の入力電力の急激な増加を抑制することができる。
【００２６】
また、本実施形態は、電流変化検出部３２ｂで算出した各々の値に対応することが可能な
制御システムである。図５は、本発明において、変化率の小さい電流が流れた時の出力電
圧／出力周波数の動作図の一例である。図６は、本発明において、変化率の大きい電流が
流れた時の出力電圧／出力周波数の動作図の一例である。
【００２７】
図３で示したような第一の電流検出器２７aで検出された電流の変化率（＝ｄＩｏｕｔｐ
ｕｔ／ｄＴ、Ｉ；電流  Ｔ；時間）をｘとし、所定値αをα１とα２（＞α１）に分類す
る。
【００２８】
図５は、α１＜ｘ＜α２の場合で、制御システムは、その値から電流の変化率を算出し、
算出値に基づいて補助電源装置２０の出力電圧と周波数を低下させる。
【００２９】
また、図６は、α２＜ｘの場合で、制御システムは、その値から電流の変化率を算出し、
算出値に基づいて出力電圧と周波数を低下させる。新たに起動する負荷３２のそれぞれの
入力電力に対応することで、制御システムの精度を向上させている。
【００３０】
また、この際、新たに起動した負荷３２Ｂが、既存の負荷３２Ａと周波数の異ならない負
荷３２だった場合、出力電圧のみで制御を行うことも可能である。
【００３１】
本実施形態において、インバータ部２６と交流フィルタ３０の間に第一の電流検出器２７
を設置することで、インバータ部２６からの出力電流を直接的に検知することが可能とな
る。そのため、補助電源装置に取り付ける負荷は限定されず、様々な種類の負荷に対応す
ることができ、さらに、各々の負荷から生じる起動電流に対応した電流の変化率を即座に
算出することで、適切な制御を行うことが可能になる。
【００３２】
このように制御精度を向上させることで、新たな負荷３２Bを起動したとしても補助電源
装置２０への入力電力が急激に増加することを抑制し、突入電流によって引き起こされる
誘導障害を防止することが可能になる。
【００３３】
また、本実施形態において、電流検出器は一つとは限らない。
【００３４】
（第２の実施形態）
本発明に基づく第２の実施形態について図を参照し、詳細に説明する。図７は、本発明
の第２の実施形態に基づく補助電源の電気構成図である。図８は、本発明の第２の実施形
態に基づく制御システム図である。尚、図１乃至図６と同一の構成をとるものについては
、同符号を付して説明を省略する。
【００３５】
本実施形態は第１の実施形態とは、第二の電流検出器２７ｂをインバータ部の入力電力側
に設置したことが異なっている。
【００３６】
以下に、図７を参照してインバータ部の入力電力側に第一の電流検出器２７ｂを設けた点
についての説明をする。
【００３７】
図７に示すように、本発明に基づく第２の実施形態の補助電源装置２０において、第二の
電流検出器２７ｂは、フィルタコンデンサ充電抵抗器２３と、フィルタコンデンサ充電器
抵抗器２３と並列に設けられたフィルタコンデンサ充電抵抗短絡スイッチ２４と、インバ
ータ部２６と、インバータ部２６と並列に設けられているフィルタコンデンサ２５の間に
接続されている。また、インバータ部２６と第二の電流検出器２７ｂには制御部２８が接
続される。制御部２８の構成は第１の実施形態と同様である。 
図８は本実施形態の制御システム図である。まず、負荷３２Bの起動（Ｓ１）により流れ
る起動電流（Ｉinｐｕｔ）を第二の電流検出器２７ｂが検知する（Ｓ７）。検知した値は
、制御部２８の中の誘導障害防止部２９の変数演算部２９aにアナログ信号によって伝達
される。変数演算部２９aはその値を使用して電流の変化率（＝ｄinｐｕｔ／ｄＴ、Ｉ；
電流  Ｔ；時間）を算出する（Ｓ８）。算出された値は比較部２９ｂに送られ、所定値β
を超えたかどうかが比較される（Ｓ９）。所定値βを超えた場合、インバータ部２６から
の出力電圧（Ｖｏｕｔｐｕｔ）と出力周波数（Ｆｏｕｔｐｕｔ）を変化させる必要がある
場合は、出力電圧制御部２９ｃと出力周波数制御部２９ｄから、出力周波数と出力電圧の
変化パターンがインバータ素子信号発生部２９ｅへ伝達される(Ｓ１０)。出力電圧と出力
周波数の変化パターンを受けたインバータ素子信号発生部１１ｅは、インバータをスイッ
チング制御するためのデジタル信号をインバータ部２６に送信することによって補助電源
装置２０の出力電圧と出力周波数を変化させる。  
また、この際にα値を超えなかった場合、再度スタートに戻り、同じ動作が繰り返される
。
【００３８】
また、この際、新たに起動した負荷３２Ｂが、既存の負荷３２Ａと周波数の異ならない負
荷３２だった場合、出力電圧のみで制御を行うことも可能である。
【００３９】
このような構成を持つ補助電源装置において、第１の実施形態と同様の効果が得られる。
【００４０】
（第３の実施形態）
本発明に基づく第３の実施形態について図を参照し、詳細に説明する。図９は、本発明
の第３の実施形態に基づく制御システム図である。尚、図１乃至図８と同一の構成をとる
ものについては、同符号を付して説明を省略する。
【００４１】
本実施形態は第１の実施形態の第一の電流検出器２７ａと、第２の実施形態の第二の電流
検出器２７ｂを回路内に設置したことが異なっている。
【００４２】
以下に図９を参照して、インバータ部の入力電力に第二の電流検出器２７ｂを設け、イン
バータ部２６の図出力側に第一の電流検出器２７ａを設けたことによる制御動作の説明を
する。
【００４３】
新たな負荷起動（S１）から、出力電圧と出力周波数を減少させる動作（S５）までは第
一の実施形態と同様である。
【００４４】
その後、第二の実施形態と同様に入力電流を検知（Ｓ９）し、入力電流の変化率を算出
し（S１０）、その算出値が所定値βを越えるかどうか判断される（S１１）。所定値βを
超えた場合は、突入電流の発生が検知されたことになり、出力周波数と出力電圧が低下す
るようにインバータ指令発生部２９eよりインバータ部２７へ指令が出る（S１２）。以上
が制御システムの動作の説明となる。
【００４５】
上記のような補助電源装置では、新たな負荷によって引き起こされる起動電流をインバ
ータ部からの出力電流を検出し、入力電流側でも突入電流が発生していないことを確認す
る二重の制御システム構造になるため、第１の実施形態と第２の実施形態よりも制御精度
を向上させることが可能となり、誘導障害の発生を抑制することができる。
【符号の説明】
【００４６】
１  架線
２  パンタグラフ
３  第一の補助電源装置
４  第二の補助電源装置
５  接触器
６  接触器
７  切り替えスイッチ
８  負荷
９  負荷
１０  負荷
１０ａ  電流検出器
１０ｂ  オイルポンプ
１０ｃ  送風機
１０ｄ  ブレーキ用コンプレッサ
２０  補助電源装置
２１  接触器
２２  リアクトル
２３  フィルタコンデンサ充電抵抗器
２４  フィルタコンデンサ充電抵抗短絡スイッチ
２５  フィルタコンデンサ
２６  インバータ部
２７a  第一の電流検出器
２７ｂ  第二の電流検出器
２８  制御部
２９  誘導障害防止部
２９ａ  変数演算部
２９ｂ  比較部
２９ｃ  出力電圧制御部
２９ｄ  出力周波数制御部
２９ｅ  インバータ素子信号発生部
３０  交流フィルタ
３１  変圧器
３２  負荷
３２ａ  第一の空調装置
３２ｂ  第二の空調装置
３２ｃ  第三の空調装置
３２ｄ  ＡＣコンプレッサ
３３    ３相架線
【図１】
2010239686.tif 000003
【図２】
2010239686.tif 000004
【図３】
2010239686.tif 000005
【図４】
2010239686.tif 000006
【図５】
2010239686.tif 000007
【図６】
2010239686.tif 000008
【図７】
2010239686.tif 000009
【図８】
2010239686.tif 000010
【図９】
2010239686.tif 000011
【図１０】
2010239686.tif 000012
【図１１】
2010239686.tif 000013