(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両の外部で電力を発生する電力発生手段と、
所定の電力供給区間に存在する前記車両に、前記電力発生手段によって発生された前記電力を供給する電力供給手段と、
前記電力供給手段から前記車両に電力を取り込む集電手段と、
前記車両に取り込まれた前記電力に基づく高圧直流電力を交流電力に変換するインバータ手段と、
前記インバータ手段により駆動される電動機と、
前記集電手段と前記インバータ手段間の通流電流を検出する電流検出手段と、
前記集電手段から取り込まれた前記電力の電圧を検出する電圧検出手段とを備え、
前記電流検出手段と前記電圧検出手段とがそれぞれ検出した電流と電圧の検出値に基づいて、前記所定の電力供給区間に存在する前記車両と他の車両との間における前記電力供給手段の抵抗値を算出し、前記抵抗値に応じて前記車両と前記他の車両との間の距離を推定すること
を特徴とする鉄道車両の駆動システム。
【請求項２】
請求項１に記載の鉄道車両の駆動システムにおいて、
低圧直流電力を供給する電力蓄積手段と、前記高圧直流電力の通流部分と前記低圧直流電力の通流部分間の通流電流を調整制御するスイッチ手段と、前記両通流部分間を流れる前記通流電流を検出する手段と、前記高圧直流電力及び前記低圧直流電力の電圧を検出する直流電圧検出手段とを備え、更に、前記電力供給手段の前記抵抗値又は前記車両と前記他の車両との間の前記距離に応じて前記スイッチ手段における前記通流電流を調整制御する充放電制御手段を備えること
を特徴とする鉄道車両の駆動システム。
【請求項３】
請求項２に記載の鉄道車両の駆動システムにおいて、
前記充放電制御手段は、前記インバータ手段が回生ブレーキ動作中に、算出された前記電力供給手段の前記抵抗値が所定値よりも大きいことに応答して、前記インバータ手段により発生された回生電力を前記電力蓄積手段に充電するように、前記スイッチ手段の通流電流を調整制御すること
を特徴とする鉄道車両の駆動システム。
【請求項４】
請求項３に記載の鉄道車両の駆動システムにおいて、
前記充放電制御手段は、前記インバータ手段が回生ブレーキ動作中に、算出された前記電力供給手段の前記抵抗値が前記所定値よりも小さいことに応答して、前記インバータ手段により発生された前記回生電力を前記集電手段を通じて前記電力供給手段に戻すこと
を特徴とする鉄道車両の駆動システム。
【請求項５】
請求項２の鉄道車両の駆動システムにおいて、
前記充放電制御手段は、前記インバータ手段が回生ブレーキ動作中に、推定した前記他の車両との前記距離が所定値よりも大きいことに応答して、前記インバータ手段により発生された回生電力を前記電力蓄積手段に充電するように、前記スイッチ手段の通流電流を調整制御すること
を特徴とする鉄道車両の駆動システム。
【請求項６】
請求項５に記載の鉄道車両の駆動システムにおいて、
前記充放電制御手段は、前記インバータ手段が回生ブレーキ動作中に、算出された前記電力供給手段の前記抵抗値が前記所定値よりも小さいことに応答して、前記インバータ手段により発生された前記回生電力を前記集電手段を通じて前記電力供給手段に戻すこと
を特徴とする鉄道車両の駆動システム。
【請求項７】
請求項３〜６のいずれか一項に記載の鉄道車両の駆動システムにおいて、
前記充放電制御手段は、前記電力供給手段の前記抵抗値は、前記インバータ手段が回生ブレーキ動作の開始の際に、所定時間における前記電流検出手段が検出した前記通流電流の増加率に対する前記電圧検出手段が検出した前記電圧の増加率の比率として算出すること
を特徴とする鉄道車両の駆動システム。
【請求項８】
請求項７に記載の鉄道車両の駆動システムにおいて、
前記電力供給手段の前記抵抗値が大小比較される前記所定値は、前記電力蓄積手段の内部抵抗に相当する大きさに設定されていること
を特徴とする鉄道車両の駆動システム。
【請求項９】
請求項３〜６のいずれか一項に記載の鉄道車両の駆動システムにおいて、
前記充放電制御手段は、前記インバータ手段の回生電力、前記電圧検出手段の電圧検出値、前記電力蓄積手段の端子間電圧、前記電力蓄積手段に入出力する電流、及び統括制御手段からの充放電許可信号を入力とし、前記スイッチ手段のためのゲートアンプにオン／オフを指令するゲートパルス信号を出力すること
を特徴とする鉄道車両の駆動システム。
【請求項１０】
請求項９に記載の鉄道車両の駆動システムにおいて、
前記充放電制御手段は、前記電力供給手段の前記抵抗値が前記所定値を超えたとき、前記電力蓄積手段に入出力する電流の検出値を、所定の充電電流指令値に追従するように、前記ゲートパルス信号を出力すること
を特徴とする鉄道車両の駆動システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鉄道車両の駆動装置に係り、特に、電力蓄積手段を設備してブレーキ時の発電エネルギの蓄電を可能とし、この蓄電エネルギを再利用して駆動装置に電力を供給する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
鉄道車両は、鉄の車輪がレール面上を転がることで走行するため、走行抵抗が自動車に比べて小さいことが特徴である。特に、最近の電気鉄道車両では、制動時に主電動機を発電機として作用させることで制動力を得ると同時に、制動時に主電動機で発生する電気的エネルギを架線に戻して他列車の力行エネルギとして再利用する回生ブレーキ制御を行っている。この回生ブレーキを備える電気鉄道車両は、回生ブレーキを備えていない電気鉄道車両に比べて、約半分のエネルギ消費で走行することが可能とされており、走行抵抗が小さい鉄道車両の特徴を生かした省エネ手法といえる。
【０００３】
ところで、鉄道車両で回生ブレーキが動作するとき、回生された電力を消費する相手が必要である。これまでの一般的な鉄道車両では、回生ブレーキで発電した電力を、車両が備える集電装置を通して架線に戻し、その車両と同じ給電区間を走行する他の列車の車両の力行電力として再利用している。同じ給電区間を複数の列車が走行しているときは、一車両の回生ブレーキが動作するタイミングで、力行する他列車が存在する確率が高い。
【０００４】
逆に、同じ給電区間に一列車のみ走行しているときは、その列車の回生ブレーキが動作しても、その電力を吸収する力行車両がいない。このため、架線に戻る回生ブレーキ電流が僅少であるため、回生電力によりインバータ装置の直流電圧が大きくなる。この結果、インバータ装置の許容電圧を上回り、高電圧保護で回生ブレーキ失効が発生し、以後は回生ブレーキが動作せずに空気ブレーキだけで停車するので、回生ブレーキによる省エネルギ効果が得られない。
【０００５】
このように、回生ブレーキ電力を架線に戻すには、その電力を吸収する他の力行車両が存在している必要があるという制約がある。しかし、回生ブレーキ電力を蓄電できる機能を設けられるのであれば、他の力行車両が存在しているか否かに関わらず、回生ブレーキによる省エネルギ効果を得られる。
【０００６】
蓄電装置を設ける位置は、おもに地上側の給電設備に併設する場合と、車上側のインバータ装置に併設する場合が考えられる。同じ給電区間に走行する車両数が比較的多い場合、その車両全てに蓄電装置を設けるよりも、給電設備に蓄電装置を併設する方が低コストに実現できる。しかし、前述のように元々車両数が多ければ、他の力行車両で回生ブレーキ電力を吸収できる確率が高い。このため、回生ブレーキ電力を吸収する蓄電装置が必要な場面では、蓄電装置を車上側のインバータ装置への併設を選択するケースが多くなると考えられる。
【０００７】
回生電力を吸収する蓄電装置を車上側のインバータ装置に併設する例としては、特許文献１の車両用駆動制御装置で述べられている。図５に回生電力を吸収する蓄電装置を車上側のインバータ装置に併設する機器構成の一例を示す。
【０００８】
力行時、インバータ１０５は、蓄電装置１０２のみから又は直流電源１０８と蓄電装置１０２から受電し、モータ１０６を駆動する。回生時は回生電力を蓄電装置１０２のみへ又は直流電源１０８と蓄電装置１０２へ回生する。また、停車、惰行時は、直流電源１０８で蓄電装置１０２を充電する、或いは蓄電装置１０２から直流電源１０８へ放電させる。蓄電装置１０２の充放電電流は、スイッチング素子１１１，１１２をスイッチングすることにより制御される。スイッチング素子１１１，１１２は、蓄電装置の充放電時の電流がある設定した電流よりも大きいときには高いスイッチング周波数で動作し、電流が当該設定した電流よりも小さいときには低いスイッチング周波数で動作する。また、蓄電装置１０２のみで力行・回生動作をする場合、スイッチング素子１１１，１１２のオン・オフの状態を固定する。
【０００９】
回生電力を吸収する蓄電装置は、充放電時に内部抵抗により発熱する。この発熱は蓄電装置にファンなど適切な冷却機能を設けることで過温度を防止できる。しかし、充放電による蓄電装置の発熱はエネルギの損失となるので、蓄電装置に充電した電力量に対して実際に充電された電力量は小さく、また、蓄電装置に充電された電力量のすべてを放電により取り出すことはできない。この充放電による損失は蓄電装置の種類により異なるが、リチウムイオン電池では充放電の際、１０％程度の電力量損失が発生する実測例がある。
【００１０】
このようなことから、回生電力については、蓄電装置に充電して力行電力として再利用するよりも、架線に戻して多列車の力行電力として再利用するほうがエネルギ損失は少ないと言われている。しかし、架線を通じて他列車まで電力を伝送する際にも架線又はレールの抵抗分によるエネルギ損失は必ず発生する。このため、回生電力の有効利用には、蓄電装置に充放電するときのエネルギ損失と、架線を通して他列車に電力を送電するときのエネルギ損失との、いずれか少ないほうを選択することが重要と考えられる。
【００１１】
特許文献１に開示されている車両用駆動制御装置では、蓄電装置に充放電するときのエネルギ損失と、架線を通して他列車に電力を送電するときのエネルギ損失の大小を比較する機能については記述されていない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開２００５−２７８２６９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
直流き電方式の鉄道は、商用交流電力（三相交流）をき電用変電所でシリコン整流器等により直流に変換して電気車に供給する。一般的に用いられている並列き電方式では、隣接するき電用変電所間は事故時の冗長性等を考慮してき電線を解して結ばれている一方、電車線はき電毎にセクションが設けられている。即ち、一電車線区間には、隣接する二つのき電変電所より直流電力が供給される。き電用変電所の間隔は、線路条件、走行する電気車の性能、運転条件、電源事情等により異なり、都市圏の幹線で５ｋｍ程度、亜幹線で１０ｋｍ程度である。
【００１４】
通常、き電用変電所では直流電力から三相交流電力（商用交流電源）への逆変換は行われない。このため、一電気車の回生電力の消費は同一電車線区間を走行する力行車両に限定される。すなわち、回生車両とその回生電力を消費する力行車両間の距離は、都市圏幹線で最大５ｋｍ程度、亜幹線で１０ｋｍ程度である。直流き電回路の抵抗値は、架線方式、レール規格により若干の大小はあるが、概ねＲ１＝０．０４［Ω］／［ｋｍ］程度であることが知られている（例えばエース出版発行、「電気鉄道工学」Ｐ７３）。即ち、回生車両とその回生電力を消費する力行車両間の距離に応じて、その間の抵抗値は変化する（都市圏幹線で最大０．２Ω程度、亜幹線で０．４Ω程度）。
【００１５】
一方、回生電力を蓄電装置に充放電するシステムでは、使用する蓄電媒体には必ず内部抵抗分が存在する。この内部抵抗は蓄電媒体の種類により異なるが、鉄道車両において回生電力の充放電を目的とする場合、蓄電装置として実現できる冷却性能を考慮すると、内部抵抗による発熱量を４ｋｗ程度に抑えることが必要であることをこれまでの経験から得ており、これを設計上の限界値としている。例えば、都市圏を走行する電気車では、４個モータを制御するインバータ装置の消費電流は、直流部の定格で２００Ａ程度である。この電流を蓄電装置に充放電することを考えると、その内部抵抗はＲ２＝４［ｋｗ］／（２００［Ａ］）２＝０．１［Ω］となるように設計する。
【００１６】
以上のことから、回生電力を充放電する蓄電装置をもつ車両では、蓄電装置の内部抵抗は０．１Ωとなるように設計することから、電車線に戻す際の抵抗分が０．１Ω以上、即ち回生電力を消費する力行車両との距離が２．５ｋｍ以上である場合は、電車線に戻して他車両の力行電力として消費するのではなく、回生電力を蓄電装置に充放電して自車両の力行電力として消費するほうが、一き電区間における電力損失を低減できるといえる。一方、電車線に戻す際の抵抗分が０．１Ω以下、即ち回生電力を消費する力行車両との距離が２．５ｋｍ以下である場合は、回生電力を蓄電装置に充放電して自車両の力行電力として消費するのではなく、電車線に戻して他車両の力行電力として消費する方が、一き電区間における電力損失を低減できるといえる。
【００１７】
本発明の目的は、自列車が回生ブレーキを開始したとき、回生電力を吸収する他車両までの距離を推定して、自列車の蓄電システムへの充電と、他列車の力行電力としての消費のうち、より電力損失の小さい方法を選び、回生電力を有効利用する鉄道車両の駆動システムを実現することである。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
上記課題を解決し、目的を達成するため、本発明による鉄道車両の駆動システムは、車両の外部で電力を発生する電力発生手段と、所定の電力供給区間に存在する前記車両に、前記電力発生手段によって発生された前記電力を供給する電力供給手段と、前記電力供給手段から前記車両に電力を取り込む集電手段と、前記車両に取り込まれた前記電力に基づく高圧直流電力を交流電力に変換するインバータ手段と、前記インバータ手段により駆動される電動機と、前記集電手段と前記インバータ手段間の通流電流を検出する電流検出手段と、前記集電手段から取り込まれた前記電力の電圧を検出する電圧検出手段とを備え、前記電流検出手段と前記電圧検出手段とがそれぞれ検出した電流と電圧の検出値に基づいて、前記所定の電力供給区間に存在する前記車両と他の車両との間における前記電力供給手段の抵抗値を算出し、前記抵抗値に応じて前記車両と前記他の車両との間の距離を推定することを特徴としている。
【００１９】
また、本発明は、更に、低圧直流電力を供給する電力蓄積手段と、前記高圧直流電力の通流部分と前記低圧直流電力の通流部分間の通流電流を調整制御するスイッチ手段と、前記両通流部分間を流れる前記通流電流を検出する手段と、前記高圧直流電力及び前記低圧直流電力の電圧を検出する直流電圧検出手段とを備え、更に、前記電力供給手段の前記抵抗値又は前記車両と前記他の車両との間の前記距離に応じて前記スイッチ手段における前記通流電流を調整制御する充放電制御手段を備えることができる。更にまた、前記充放電制御手段は、前記インバータ手段が回生ブレーキ動作中に、算出された前記電力供給手段の前記抵抗値が所定値よりも大きいことに応答して、前記インバータ手段により発生された回生電力を前記電力蓄積手段に充電するように、前記スイッチ手段の通流電流を調整制御することができる。
【発明の効果】
【００２０】
発明によれば、自列車が回生ブレーキを開始したとき、回生電力を吸収する他車両までの距離を推定して、自列車の蓄電システムへの充電と、他列車の力行電力としての消費とのうち、より電力損失の小さい方を選び、回生電力を有効利用する鉄道車両の駆動システムを実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明による鉄道車両の駆動システムの一実施形態について、その基本構成を示す概念図である。
【図２】本発明による電気車の駆動システムにおける一実施形態の機器構成を示す図である。
【図３】本発明による電気車の駆動システムの一実施形態における制御方式を示すブロック図である。
【図４】本発明による電気車の駆動システムを複数列車で稼動させた場合の動作例である。
【図５】回生電力を吸収する蓄電装置を車上側のインバータ装置に併設する機器構成の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明による鉄道車両の駆動システムの実施形態について、図面を参照して説明する。
【００２３】
図１は、本発明の電気鉄道車両の駆動システムの一実施形態について、その基本構成を示す概念図である。車両１ａ，１ｂ，１ｃは、列車編成を構成する車両、又はその一部である。車両１ａと車両１ｂは車間連結器２ａで連結されている。車両１ｂと車両１ｃは車間連結器２ｂで連結されている。車両１ａは、台車４ａを介して輪軸５ａ，５ｂにより、また、台車４ｂを介して輪軸５ｃ，５ｄにより、図示していないレール面上に支持されている。車両１ｂは、台車４ｃを介して輪軸５ｅ，５ｆにより、また、台車４ｄを介して輪軸５ｇ，５ｈにより、図示していないレール面上に支持されている。車両１ｃは、台車４ｅを介して輪軸５ｉ，５ｊにより、また、台車４ｆを介して輪軸５ｋ，５ｌにより、図示していないレール面上に支持されている。
【００２４】
車両１ａには、インバータ装置６、蓄電システム７、電圧センサ８ｃ、電流センサ９ｅ及び統括制御手段１０が搭載されている。インバータ装置６は、図示していない電車線から、集電装置３を通じて電力が供給される。この電力は、インバータ装置６により、可変電圧可変周波数（ＶＶＶＦ）の交流電力に変換され、図示していない電動機に供給して、輪軸５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄを駆動する。蓄電システム７は、蓄電された直流電力を放電して、インバータ装置６に供給できる。また、集電装置３により得られた電力を、インバータ装置６を介して充電できる。
【００２５】
電圧センサ８ｃは、電車線から集電装置３により供給された電力の対地電圧、即ち架線電圧Esを検出する。検出された架線電圧Esは統括制御装置１０に入力される。電流センサ９ｅは、電車線から集電装置３により供給された電力の電流量、即ち架線電流Isを検出する。検出された架線電流Isは統括制御装置１０に入力される。統括制御手段１０は、架線電圧Esの所定時間における増加量（増加率ともいう）ΔEsと、架線電流Isの当該所定時間における増加量（増加率ともいう）ΔIsとの比率であるR_reg=ΔEs/ΔIsを算出する。インバータ装置６の回生ブレーキ動作中に、比率R_reg=ΔEs/ΔIsが所定値Ref_dif_ecf_isを超えたとき、以後は蓄電システム７はインバータ装置６の回生電力を優先的に充電する。
【００２６】
車両１ｂ，１ｃは、車両１ａに搭載しているインバータ装置６、蓄電システム７、統括制御手段１０を搭載しておらず、輪軸５ｅ，５ｆ，５ｇ，５ｈ，５ｉ，５ｊ，５ｌ，５ｍは駆動されない付随車両として図示している。これは、一般的な車両構成に、本発明の鉄道車両の駆動システムを適用した一例であり、本発明の鉄道車両の駆動システムの構成と、車両構成の関連付け意図するものではない。
【００２７】
本発明による鉄道車両の駆動システムは、列車編成を構成する車両のうち、少なくとも１両にインバータ装置６、蓄電システム７、統括制御手段１０を搭載する。同一編成内に車両１ａと同じ機器構成を持つ車両を複数連結する場合、又は車両１ａに搭載されているインバータ装置６、蓄電システム７、統括制御手段１０を複数の車両に分割搭載する場合でも、本発明の目的は達成できる。
【００２８】
この構成によれば、車両１ａ，１ｂ，１ｃで構成される自列車が回生ブレーキ動作を始めるとき、回生ブレーキで電車線に戻される電流の増加量ΔIsと、架線電圧の増加量ΔEsとの比率R_reg=ΔEs/ΔIsに基づいて、回生ブレーキ動作で発生する電力を、電車線に戻して他の力行する列車に消費させるか、自列車が備えている蓄電システムに充電させるかを判断できる。
【００２９】
自列車と他列車の距離が短く、両者間の電車線の抵抗成分が小さいときは、回生ブレーキによる架線電流の増加に対する架線電圧の増加割合は小さい。この状態を比率R_reg=ΔEs/ΔIsが所定値Ref_dif_ecf_isよりも小さいことで判断する。このとき、回生電力を蓄電システムに充電せず、電車線に戻して他の力行する列車に消費させる。即ち、自列車の蓄電システムに充電して再利用するよりも、自列車の回生電力が他列車の力行電力として消費された方が、電力損失を抑えられ、回生電力を有効利用できる。
【００３０】
また、自列車と他列車の距離が長く、両者間の電車線の抵抗成分が大きいときは、回生ブレーキによる架線電流の増加に対する、架線電圧の増加割合は大きい。この状態を比率R_reg=ΔEs/ΔIsが所定値Ref_dif_ecf_isよりも大きいことで判断する。このとき、回生電力を電車線に戻して他の力行する列車に消費させるのではなく、回生電力を蓄電システムに充電する。即ち、自列車の回生電力が他列車の力行電力として消費するよりも、自列車の蓄電システムに充電して再利用する方が電力ロスをおさえられ、回生電力を有効利用できる。
【００３１】
ところで、所定値Ref_dif_ecf_isは、蓄電装置２２の内部抵抗を０.１Ω以下となるように設計することを考慮して、電車線に戻す際の抵抗分として０.１Ω以下の設定することを想定している。
【００３２】
以上のように、本発明によれば、自列車が回生ブレーキを開始したとき、回生電力を吸収する他車両までの距離を推定して、自列車の蓄電システムへの充電と、他列車の力行電力としての消費とのうち、より電力損失の小さい方法を選んでいるので、回生電力を有効利用する鉄道車両の駆動システムを実現できる。
【００３３】
図２は、本発明による鉄道車両の駆動システムの一実施形態における機器構成を示す図である。図２に示すように、集電装置３から給電した直流電力は、フィルタリアクトル１２及びフィルタコンデンサ１３ａで構成するＬＣ回路（フィルタ回路）により高周波数域の変動分を除去した後、インバータ装置１４に入力される。インバータ装置１４は、入力された直流電力を可変電圧可変周波数（ＶＶＶＦ）の３相交流電力に変換して、主電動機１５ａ，１５ｂを駆動する。なお、インバータ装置１４が駆動する主電動機が２台の場合を示しているが、インバータ装置１４が駆動する主電動機の台数はこれに限定されない。
【００３４】
電圧センサ８ａは、フィルタコンデンサ１３ａの両端の直流部電圧Ecfを検出する。電流センサ９ａ，９ｂ，９ｃは、インバータ装置１４と、主電動機１５ａ，１５ｂの間の３相交流電力線を流れる各相の電流を検出して、インバータ装置１４に入力する。接地点１０１はこの回路の基準電位を決めている。スイッチング素子１８ａ，１８ｂは、前述の集電装置３及び接地点１０１とインバータ装置１４の間にある直流電力部のうち、高電位側と低電位側の間に直列配置する。電圧センサ８ｂは、蓄電装置２２と平滑リアクトル２１の電力線間に配置して、後述の蓄電装置２２の端子間電圧V_btrを検出する。平滑コンデンサ１３ｂは、蓄電装置２２の出力端子間に並列接続して、後述のスイッチング素子１８ａ，１８ｂの動作により発生する電流変動分が、蓄電装置２２に流入することを抑える。
【００３５】
充放電制御装置２０は、インバータ装置１４の回生電力P_inv、電圧センサ８ａの電圧検出値V_dc（フィルタコンデンサ１３ａの両端の直流部電圧Ecf）、電圧センサ８ｂの電圧検出値V_btr（蓄電装置２２の端子間電圧）、電流センサ９ｄの電流検出値I_btr（蓄電装置２２に入出力する電流）、統括制御手段１０から充放電許可信号Ebl_chg_dcgを入力とし、ゲートアンプ１９ａ，１９ｂにスイッチング素子１８ａ，１８ｂのオン／オフを指令するゲートパルス信号ＧＰ１，ＧＰ２を出力する。ゲートアンプ１９ａ，１９ｂは、ゲートパルス信号ＧＰ１，ＧＰ２を入力とし、これを基にスイッチング素子１８ａ，１８ｂをオン／オフ可能な電圧制御信号に変換し、スイッチング素子１８ａ，１８ｂをオン／オフ制御する。電流センサ９ｄは、後述の蓄電装置２２に入出力する電流を検出する。
【００３６】
蓄電装置２２として適用されるものは、回生失効時など回生電力の瞬時吸収を最優先に考えるのであれば、単位体積あたりの充放電入出力性能が高い電気二重層キャパシタ装置が考えられる。しかし、積極的に省エネルギを進めるためには、付近に力行する車両が存在せず、回生電力を電車線に戻せない状況でも、自車内でエネルギを蓄電して回生ブレーキを最大限動作させ、それを力行電力の一部として活用して、運動エネルギ損失を低減することが重要である。また、鉄道車両ではシステム冗長性の確保が重要であるため、停電状態でも安全な退避箇所までの自力走行を実現する要求が考えられる。このため、単位体積当たりの蓄電能力が高いリチウムイオン電池などで構成することが妥当と言える。
【００３７】
蓄電装置２２の充放電制御は、スイッチング素子１８ａ又は１８ｂを周期的にオン／オフすることで実現する。この充放電制御において、平滑リアクトル２１は、蓄電装置２２に通流する電流の変化率を所定値内に抑える機能を持つ。
【００３８】
電圧センサ８ｃは、電力線から集電装置３により供給された電力の対地電圧、即ち、架線電圧Ｅｓを検出する。検出された架線電圧Eｓは統括制御装置１０に入力される。電流センサ９ｅは、電力線から集電装置３により供給された電力の電流量、すなわち架線電流Isを検出する。検出された架線電流Isは統括制御装置１０に入力される。統括制御手段１０は、架線電圧Esの所定時間における増加量ΔEsと、架線電流Isの当該所定時間における増加量ΔIsの比率R_reg=ΔEs/ΔIsを算出する。インバータ装置６より入力される運転指令信号ＮＴＣをもとに、回生ブレーキ動作中であることを判断し、比率R_reg(=ΔEs/ΔIs)が所定値Ref_dif_ecf_isを超えたとき、以後蓄電装置２２の充電及び放電を許可し、インバータ装置６の入力電圧Ｅｃｆを所定範囲（上限Ref_ecf_up、下限Ref_ecf_low）に制御する。
【００３９】
ここで、スイッチング素子１８ｂを周期的にオン／オフすることにより、蓄電装置２２の電力を放電する制御について説明する。
前述のスイッチング素子１８ｂを所定時間Ton_bだけオンすると、蓄電装置２２の出力端子間は短絡されるが、平滑リアクトル２１は、その電流増加率を一定値内に抑えると同時に、Ton_bの期間に通流した電流と、蓄電装置２２の端子電圧の積を時間積分した電力エネルギを蓄える。その後、スイッチング素子１８ｂを所定時間Toff_bだけオフすると、直流電力部側に平滑リアクトル２１に蓄えられた電力エネルギは、スイッチング素子１８ａのダイオード部を介して、前述の集電装置３及び接地点１０１とインバータ装置１４の間にある直流電力部側に放出される。このとき、直流電力側で得られる電圧値V_dcは、蓄電装置２２の端子電圧V_btrを基準として、前述のスイッチング素子１８ｂをオンする時間Ton_bと、オフする時間Toff_bの比率から次式で決定する。
V_dc=V_btr×((Ton_b+Toff_b)/Toff_b)  ［数式１］
【００４０】
次に、スイッチング素子１８ａを周期的にオン／オフして、蓄電装置２２に電力を充電する制御について説明する。
前述のスイッチング素子１８ａを所定時間Ton_aだけオンすると、前述の集電装置３及び接地点１０１とインバータ装置１４の間にある直流電力部の、接地点１０１に対する電位V_dcが、蓄電池２２の端子間電圧（接地点１０１に対する電位）V_bcよりも高いとき（V_dc>V_bc）、直流電力部から蓄電装置２２の向きに電流が流れる。このとき、平滑リアクトル２１は、その電流増加率を一定値内に抑えると同時に、Ton_aの期間に通流した電流と、蓄電装置２２の端子電圧の積を時間積分した電力エネルギを蓄える。その後、スイッチング素子１８ａを所定時間Toff_aだけオフすると、直流電力部側に平滑リアクトル２１に蓄えられた電力エネルギは、蓄電装置２２の高電位側端子から、低電位側端子に抜け、スイッチング素子８ｂのダイオード部を経て、平滑リアクトル１１に戻る一巡の回路が構成される。即ち、スイッチング素子１８ａを所定時間Toff_aだけオフしている期間は、平滑リアクトル２１に蓄えられた電力エネルギが、蓄電装置２２に充電電流が流れ続け、平滑リアクトル２１に蓄えられた電力エネルギが放出されるに従い、充電電流は減衰していく。このとき、蓄電装置２２で得られる端子間電圧値V_btrは、直流部電圧V_dcを基準として、前述のスイッチング素子１８ａをオンする時間Ton_aと、オフする時間Toff_aの比率から次式で決定する。
V_btr=V_dc×(Ton_a/(Ton_a+Toff_a))  ［数式２］
【００４１】
以上の構成により、回生ブレーキを開始したとき、制御装置１０では、電圧センサ８ａの検出値である直流部電圧V_dcの増加量ΔEsと、電流センサ９ｅで検出した架線電流Ｉｓの増加率量ΔIsと、これらを基に比率R_reg=ΔEs/ΔIsを演算し、比率R_regが所定値Ref_dif_ecf_isを超えたとき、電流センサ９ｄの電流検出値I_btrを、所定の充電電流指令値Ref_I_chg（図示していない）に追従するように、ゲートアンプ１９ａ，１９ｂの出力であるゲートパルス信号ＧＰ１，ＧＰ２を制御して、スイッチング素子１８ａ，１８ｂを駆動できる。
【００４２】
また、インバータ装置１４の回生電力P_regenと、蓄電装置２２の端子間電圧V_btrとにより、蓄電装置２２に充電可能な充電電流指令値Ref_I_dcg（図示していない）を充放電制御装置２０で演算し、電流センサ９ｄの電流検出値I_btrを、前述の充電電流指令値Ref_I_dcgに追従するように、ゲートアンプ１９ａ，１９ｂの出力であるゲートパルス信号ＧＰ１，ＧＰ２を制御して、スイッチング素子１８ａ，１８ｂを駆動できる。
【００４３】
以上説明したように、この構成によると、自列車と他列車の距離が短く、両者間の電車線の抵抗成分が小さいときは、回生電力を蓄電システムに充電せず、電車線に戻して他の力行する列車に消費させ、自列車と他列車の距離が長く、両者間の電車線の抵抗成分が大きいときは、回生電力を電車線に戻して他の力行する列車に消費させるのではなく、回生電力を蓄電システムに充電する。即ち、本発明によれば、自列車が回生ブレーキを開始したとき、回生電力を吸収する他車両までの距離を推定して、自列車の蓄電システムへの充電と、他列車の力行電力としての消費のうち、より電力損失の小さい方法を選び、回生電力を有効利用する鉄道車両の駆動システムを実現することができる。
【００４４】
図３は、本発明の電気車の駆動システムの一実施形態における制御方式を示すブロック図である。
本発明の一実施形態における充放電制御装置９では、以下の制御を行う。
（Ａ）インバータ装置１４が回生ブレーキ動作したとき
（Ｂ１）架線電流増加に対する架線電圧の上昇率が所定値よりも小さいとき、
インバータ装置１４の直流側入力である直流部の電力を蓄電装置２２に充放電して、直流部の電圧を所定範囲内に保つように定電圧制御する。
（Ｂ２）架線電流増加に対する架線電圧の上昇率が所定値よりも大きいとき、
蓄電装置２２における充電電流の許容範囲内で、インバータ装置１４の回生電流を蓄電装置２２に充電するように定電流制御する。
【００４５】
以下、具体的な制御方法を説明する。
差分演算器４０ａは、図示していない電圧センサ８ａで検出した架線電圧Esを入力として、現在値(Es_1)と、現在値から所定時隔Δt_esだけ過去の測定値（Es_2）の電圧差分ΔEs=Es_1-Es_2を算出する。差分演算器４０ｂは、図示していない電流センサ９ｅで検出した架線電流Isを入力として、現在値(Is_1)と、現在値から所定時隔Δt_isだけ過去の測定値(Is_2)の電流差分ΔIs=Is_1-Is_2を算出する。ここでは、架線電流Isは回生ブレーキを始めるときに増加し、この架線電流Isの増加により架線電圧Esが増加する。このため、所定時隔Δt_es,Δt_isは、図示していないインバータ装置１４の最小ＰＷＭ制御動作周期以上とすればよい。ＰＷＭ制御動作周期はインバータ装置毎に異なるが、一般的には変調音の音質も考慮して１ｋＨｚ程度とすることが多い。
【００４６】
高位選択器４２ａは、電流差分ΔIsと最小電流差分ΔIs_minのうち大きい方を選択して電流差分ΔIs_2を出力する。ここで、最小電流差分ΔIs_minは通常、電流センサ９ｅが認識できる最小の電流値をIs_minとすると、これが０［Ａ］からIs_minまでの前述した所定時間Δt_isにおける変化量として定義する。すなわち次式で表せる。
ΔIs_min=|Is_min/Δt_is|      ［数式３］
【００４７】
除算器４４ａは、電圧差分ΔEsから電流差分ΔIs_2を除算して電圧変化率Dif_ecf_isを求める。加減算器３１ａは、電圧変化率Dif_ecf_isから、所定値としての電圧変化率判定値Ref_dif_ecf_isを減算し、電圧変化率差分Delta_dif_ecfを算出する。即ち、
Dif_ecf_is=ΔEs/ΔIs_2
Delta_dif_ecf=Dif_ecf_is-Ref_dif_ecf_isである。
ところで、電圧変化率判定値Ref_dif_ecf_isは、蓄電装置２２の内部抵抗を０.１Ω以下となるように設計することを考慮して、電車線に戻す際の抵抗分として０.１Ω以下の設定することを想定している。
【００４８】
比較器３２ａは、電圧変化率差分Delta_dif_ecfを入力として、充放電可能信号Ebl_chg_3を出力する。充放電可能信号が「Ebl_chg_3=0」のとき充放電不可、「Ebl_chg_3=1」のとき充放電可能を示す。比較器３２ａは、電圧変化率差分Delta_dif_ecfが０以下に変化した以後「充放電可能信号Ebl_chg_3=0」を出力し、電圧変化率差分Delta_dif_ecfがＶＡよりも大きい値に変化した以後「充放電可能信号Ebl_chg_3=1」を出力する。ここで、電圧変化率差分Delta_dif_ecfが０よりも大きい値に変化したことを判定する判定値ＶＡは、０よりも大きく０近傍の値を設定する。電圧センサ８ｃが認識できる最小の電圧値をEs_miｎとすると、これが０［Ｖ］からEs_minまでの前述した所定時間Δt_esにおける変化量を最小電圧差分ΔEs_minと定義し、ＶＡはΔEs_minと前述の電流差分ΔIs_minの比として次式のように決定しても良い。
ＶＡ=ΔEs_min/ΔIs_min              ［数式４］
【００４９】
論理積演算器３４ａは、回生ブレーキ中であることを示す運転信号Ｂと、充放電可能信号Ebl_chg_3を入力として、その論理積である充電可能信号Ebl_chg_2を算出する。
フリップフロップ４１は、セット入力として充電可能信号Ebl_chg_2を、リセット入力として、回生ブレーキ中であることを示す運転信号Ｂを論理反転器３３ａにて論理反転した信号Not_Bを入力として、回生吸収制御判定信号Ebl_chg_1を出力する。即ち、リセット信号Not_Bが「１」のとき、出力である回生吸収制御判定信号Ebl_chg_1は常時「０」である。リセット入力Not_Bが「０」のとき、セット入力Ebl_chg_2に「１」がセットされた以降、リセット入力Not_Bに「１」がセットされるまでの期間、回生吸収制御判定信号Ebl_chg_1は「１」を出力する。
【００５０】
比較器３２ｂは、蓄電装置２２の蓄電状態信号ＳＯＣを入力として、充電許可信号Chg_okを出力する。充電許可信号が「Chg_ok=0」のとき充電不許可、「Chg_ok=1」のとき充電許可を示す。比較器３２ｂは、蓄電状態信号ＳＯＣがＳＯＣＨ０よりも大きい値に変化した以後「Chg_ok=0」を出力し、蓄電状態信号ＳＯＣがＳＯＣＨ１以下に変化した以後「Chg_ok=1」を出力する。ここで、ＳＯＣＨ０は蓄電装置２２の備える蓄電容量において充電を許可する蓄電量範囲の上限値、ＳＯＣＨ１は、ＳＯＣＨ０近傍でそれ以下の値である。例えば、蓄電容量のうち３０％から７０％の範囲において充放電を許可する場合はＳＯＣＨ０＝７０％、ＳＯＣＨ１＝６９％のように設定する。
【００５１】
論理積回路３４ｃは、回生ブレーキ中であることを示す運転信号Ｂと、充電許可信号Chg_okを入力として、チョッパゲートスタート指令Cmd_gstを出力する。
【００５２】
低位選択器４３は、フィルタコンデンサ電圧Ecfと、フィルタコンデンサ電圧EcfをリミットＡＶＲ制御する上での上限値であるRef_ecf_upとを入力として、小さい方を選択して定電圧制御指令値Ref_avr_1を出力する。
【００５３】
選択器３６ｂは、低位選択器４３の出力である定電圧制御指令値Ref_avr_1と、フィルタコンデンサ電圧Ecfを入力とし、これらを論理積回路３４ｃの出力であるチョッパゲートスタート指令Cmd_gstに応じて選択し、リミット定電圧制御指令値Ref_avrを出力する。チョッパゲートスタート指令Cmd_gstが「０」のときはフィルタコンデンサ電圧Ｅｃｆを選択して出力し、定電圧制御ゲートスタート指令Cmd_gstが「１」のときは低位選択器４３の出力である定電圧制御指令値Ref_avr_1を選択して出力する。
【００５４】
加減算器３１ｄは、選択器３６ｂの出力であるリミット定電圧制御指令値Ref_avrから、フィルタコンデンサ電圧Ecfを減算して、リミット定電圧制御の電圧差分値Delta_avrを算出する。安定化制御器３７ａは、チョッパゲートスタート指令Cmd_gstと、電圧差分値Delta_avrとの入力を受けて、チョッパゲートスタート指令Cmd_gstが「１」のとき、電圧差分値Delta_avrを最小化するための操作量Ref_I_avrを演算して出力する。なお、充電ゲートスタート指令Cmd_gstが「０」のときは、常に「操作量Ref_I_avr＝０」を出力する。
【００５５】
除算器４４ｂは、インバータ装置１４の回生ブレーキ動作中に出力する回生電力P_regenから、フィルタコンデンサ電圧Ｅｃｆを除算して、回生電流I_regenを算出する。
高位選択器４２ｂは、蓄電装置２２の充電電流の許容値Lmt_I_chgと、除算器４４ｂの出力である回生電流I_regenとのうち、大きい方を選択して充電電流指令値Ref_I_chgを出力する。ここで、蓄電装置２２を一例とした蓄電媒体では通常、放電電流を正値、充電電流を負値で示す。また、インバータ装置１４を一例とした電気車の駆動装置の直流入力電流は通常、力行電流を正、回生電流を負値で示す。即ち、高位選択器４２ｂは、負値である充電電流の許容値Lmt_I_chgと、同じく負値である回生電流I_regenのうち、絶対値の小さいほうを出力することを意図している。
【００５６】
選択器３６ｃは、高位選択器４２ｂの出力である蓄電装置２２の充電電流指令値Ref_I_chgと、安定化制御器３７ａで演算されたリミット定電圧制御の電圧差分値Delta_avrを最小化するための操作量Ref_I_avrとの入力を受けて、これらをフリップフロップ４１の出力である回生吸収制御判定信号Ebl_chg_1に応じて選択して、定電流制御基準値Ref_acrとして出力する。回生吸収制御判定信号Ebl_chg_1が「０」（近傍に力行列車ありの判定）のときは操作量Ref_I_avrを選択して出力し、回生吸収制御判定信号Ebl_chg_1が「１」（近傍に力行列車無しの判定）のときは充電電流指令値Ref_I_chgを選択して出力する。
【００５７】
加減算器３１ｅは、選択器３６ｃの出力である定電流制御基準値Ref_acrから、蓄電池電流I_btrを減算して、定電流制御の電流差分値Delta_acrを算出する。安定化制御器３７ｂは、チョッパゲートスタート指令Cmd_gstと、電流差分値Delta_acrを入力とする。チョッパゲートスタート指令Cmd_gstが「１」のとき、電流差分値Delta_acrを最小化するための電圧操作量Delta_Vを演算して出力する。なお、チョッパゲートスタート指令Cmd_gstが「０」のときは、常に「電圧操作量Delta_V＝０」を出力する。
【００５８】
ＰＷＭ生成器３８は、チョッパゲートスタート指令Cmd_gstと、電圧操作量Delta_Vと、蓄電池電圧V_btrを入力とする。Cmd_gstが「１」のとき、電圧操作量Delta_Vと、蓄電池電圧V_btrをもとに、ＰＷＭゲートパルス信号ＧＰ１を生成する。なお、チョッパゲートスタート指令Cmd_gstが「０」のときは、ＰＷＭゲートパルス信号を出力しない。
位相シフト演算器３９は、ＰＷＭゲートパルス信号ＧＰ１を入力として、ＰＷＭゲートパルス信号ＧＰ１に対して、１８０度だけ位相を遅らせたＰＷＭゲートパルス信号ＧＰ２を生成して出力する。
【００５９】
以上説明したように、この構成によると、自列車と他列車の距離が短く、両者間の電車線の抵抗成分が小さいときは、回生電力を蓄電システムに充電せず、電車線に戻して他の力行する列車に消費させ、自列車と他列車の距離が長く、両者間の電車線の抵抗成分が大きいときは、回生電力を電車線に戻して他の力行する列車に消費させるのではなく、回生電力を蓄電システムに充電する。即ち、本発明によれば、自列車が回生ブレーキを開始したとき、回生電力を吸収する他車両までの距離を推定して、自列車の蓄電システムへの充電と、他列車の力行電力としての消費のうち、より電力損失の小さい方法を選び、回生電力を有効利用する鉄道車両の駆動システムを実現できる。
【００６０】
図４は、本発明の電気車の駆動システムを複数列車にて稼動させる場合の動作例を示す図である。ここでは、一列車が回生ブレーキを開始したときに着目する。
列車５３ａ，５３ｂについては、模式的に一車両にて示しているが、１両編成だけではなく複数車両が連結された一列車であることも想定される。電力発生手段５１は、電力供給手段５２を介して列車５３ａ，５３ｂに電力を供給する。ここで、電力発生手段５１としては、産業用途の高圧交流電力を鉄道向けの直流電力に変換する変電所を想定しているが、電力を一時蓄積する蓄電手段（バッテリ、キャパシタ等）や、小型の発電手段（エンジン発電機、燃料電池等）と電力変換手段との組合せとすることも考えられる。また、電力供給手段５２としては、架線方式、第三軌条方式、第三・第四軌条方式等を適用することも考えられる。
【００６１】
時刻ｔ１において、自列車５３ａはブレーキ信号Ｂのオンにより減速を開始し、自列車５３ａの速度Ｖｅｌが減少を始める。このとき、自列車５３ａの回生ブレーキ動作により、回生電力が電力供給手段５２を介して力行している他列車５３ｂに供給される。その際、自列車５３ａが電力供給手段５２に供給する架線電流Isの増加により、架線電圧Esが増加する。この架線電流Isに対する架線電圧Esの増加率は、回生する自列車５３ａと、力行する他列車５３ｂとの距離により異なる。ここでは、ブレーキ信号Ｂがオンした直後の架線電流Isの増加率をΔIs、架線電圧Esの増加率をΔEsとしている。架線電流Isの増加率ΔIsに対する、架線電圧Esの増加率ΔEsの比率を「回生負荷指標R_reg」と定義する。
R_reg＝ΔEs/ΔIs                    ［数式５］
この回生負荷指標R_regと、図３に示した電圧変化率判定値Ref_dif_ecf_isの大小を比較して、近傍に力行列車が存在するか、存在しないかを判断する。
【００６２】
ところで、電圧変化率判定値Ref_dif_ecf_isは、蓄電装置２２の内部抵抗を０.１Ω以下となるように設計することを考慮して、電車線に戻す際の抵抗分として０.１Ω以下の設定することを想定している。
【００６３】
（ａ）R_reg＜Ref_dif_ecf_isのとき
近傍に力行列車が存在すると判断する。すなわち、自列車５３ａのブレーキ動作により発生した回生電力を、近傍の力行列車５３ｂが電力供給手段５２を経由して消費することによるエネルギ損失の方が、自列車５３ａの蓄電システム７に充電し、これを放電して自列車５３ａの力行電力として消費する際のエネルギ損失よりも小さい状態であると判断する。
【００６４】
図４（ａ）では、自列車５３ａは、他列車５３ｂより距離Ｌ１だけ離れた地点を走行している場合を示している。距離Ｌ１は、電力発生手段５１が電力供給手段５２を通じて電力を供給する同一区間内において、概ね２ｋｍ以内の距離を想定している。
時刻ｔ１で開始した自列車５３ａの回生ブレーキは、時刻ｔ２ａで回生ブレーキ力指令に応じた回生電流まで立ち上がる。回生負荷指標R_reg=ΔEs/ΔIsが、電圧変化率判定値Ref_dif_ecf_isよりも小さい状態であれば、自列車５３ａの蓄電システム７は、フィルタコンデンサ電圧Ｅｃｆを所定値Ref_ecf_up以下に抑えるリミット定電圧制御を動作させる。インバータ装置１４からの回生電流は、まず電力供給手段５２に優先的に戻し、力行列車５２ｂにより消費される。時刻ｔ３ａでフィルタコンデンサ電圧EcfがRef_ecf_upを超過すると、蓄電システム７によるリミット定電圧制御は、フィルタコンデンサ電圧をRef_ecf_upに保持するように定電圧制御する。このとき、回生電流の一部が蓄電装置２２に充電される。速度の低下により回生電流は徐々に減少し、時刻ｔ４ａ以降で蓄電装置２２に充電しなくてもフィルタコンデンサ電圧EcfをRef_ecf_up以下に維持できるようになり、以後、時刻ｔ５ａで自列車５３ａが停止するまで、すべての回生電流を電力供給手段５２に戻すことができる。
【００６５】
なお、蓄電装置２２に充電された回生電力は、自列車５３ａの次回以降の力行時、力行電力のすべてまたは一部として消費する。これにより、自列車５３ａの回生電力は、電力供給手段５２に戻され力行列車５３ｂで消費された電力分と、蓄電装置２２に充電され自列車５２ａの次回以降の力行時に消費された電力分を合わせて有効活用できる。
【００６６】
（ｂ）R_reg≧Ref_dif_ecf_isのとき
近傍に力行列車が存在しないと判断する。すなわち、自列車５３ａのブレーキ動作により発生した回生電力は、近傍の力行列車５３ｂが電力供給手段５２を経由して消費する際のエネルギ損失よりも、自列車５３ａの蓄電システム７に充電し、これを放電して自列車５３ａの力行電力として消費する際のエネルギ損失の方が小さいと判断する。
【００６７】
図４（ｂ）では、自列車５３ａは、他列車５３ｂより距離Ｌ２だけ離れた地点を走行している場合を示している。距離Ｌ２は、電力発生手段５１が電力供給手段５２により電力を供給する同一区間内において、概ね２ｋｍ以上の距離を想定している。
時刻ｔ１で自列車５３ａの回生ブレーキを開始し、回生ブレーキ力指令に応じた回生電流が時刻t2bまで立ち上がった時点で回生負荷指標R_reg＝ΔEs/ΔIsが、電圧変化率判定値Ref_dif_ecf_isを超過した状態を示している。この時点で、回生電流を優先的に蓄電装置２２に充電する、充電優先回生制御を開始する。回生電流は蓄電装置２２へ優先的に充電されるため、電力供給手段５２へ戻される電流は一時的に減少するが、時刻ｔ３ｂで回生電流が蓄電装置２２の充電電流の許容値Lmt_I_chgに達すると、回生電流と充電電流許容値Lmt_I_chgの差分が電力供給手段５２に戻される。時刻ｔ４ｂに達すると、回生電流が蓄電装置２２の充電電流の許容値Lmt_I_chgを下回るため、以後は時刻ｔ５ｂで自列車５３ａが停止するまで回生電流を蓄電装置２２だけで吸収する。
【００６８】
なお、蓄電装置２２に充電された回生電力は、自列車５３ａの次回以降の力行時、力行電力のすべてまたは一部として消費する。これにより、自列車５３ａの回生電力は、電力供給手段５２に戻され力行列車５３ｂで消費された電力分と、蓄電装置２２に充電され自列車５２ａの次回以降の力行時に消費された電力分を合わせて有効活用できる。
【００６９】
以上説明したように、この構成によると、自列車と他列車の距離が短く、両者間の電車線の抵抗成分が小さいときは、回生電力を蓄電システムに充電せず、電車線に戻して他の力行する列車に消費させ、自列車と他列車の距離が長く、両者間の電車線の抵抗成分が大きいときは、回生電力を電車線に戻して他の力行する列車に消費させるのではなく、回生電力を蓄電システムに充電する。すなわち、本発明によれば、自列車が回生ブレーキを開始したとき、回生電力を吸収する他車両までの距離を推定して、自列車の蓄電システムへの充電と、他列車の力行電力としての消費のうち、より電力損失の小さい方法を選び、回生電力を有効利用する鉄道車両の駆動システムを実現できる。
【符号の説明】
【００７０】
１…車両                ２…車間連結器
３…集電装置            ４…台車
５…輪軸                ６…インバータ装置
７…蓄電システム        ８…電圧検出器
９…電流検出器        １０…統括制御手段
１０…統括制御手段
１２…フィルタリアクトル
１３…フィルタコンデンサ
１４…インバータ装置    １５…主電動機
１６…電圧センサ        １７…電流センサ
１８…スイッチング素子  １９…ゲートアンプ
２０…充放電制御装置    ２１…平滑リアクトル
２２…蓄電装置          ２４…インバータ装置
３１…加減算器          ３２…比較器
３３…論理反転器        ３４…論理積演算器
３５…論理和演算器      ３６…切替器
３７…安定化制御器      ３８…ＰＷＭ生成器
３９…位相シフト演算器  ４０…差分演算器
４１…フリップフロップ  ４２…高位選択器
４３…低位選択器        ４４…除算器
５１…電力発生手段      ５２…電力供給手段
５３…列車
１０１…集電装置
１０２…フィルタリアクトル
１０３…フィルタコンデンサ
１０４…インバータ装置  １０５…主電動機
１０６…電圧センサ      １０７…電流センサ
１０８…スイッチング素子
１０９…ゲートアンプ
１１０…制御装置
１１１…平滑リアクトル
１１２…蓄電装置
２０１…接地
【図１】
0005566977.tif 000002
【図２】
0005566977.tif 000003
【図３】
0005566977.tif 000004
【図４】
0005566977.tif 000005
【図５】
0005566977.tif 000006