(57)【要約】      （修正有）【課題】地絡を検出する電流検出装置部分の故障を判定することが可能な車両用制御装置を提供する。【解決手段】実施形態の車両用制御装置は、電源１からの電力を変換する変換部９と変換部９の接地７ａ間に設けられる電流検出器１１と、電流検出器１１から得られる電流値と変換部９の動作状態の情報により、電流検出器１１の故障を検出する制御部２０とを有している。また、模擬電流を出力する模擬電流出力部２６を備え、模擬電流の出力状態と変換部９の動作状態をもとに、電流検出器１１及び電流検出器１１の電流を検出する入力電流検出部２２の故障を検出する。【選択図】図１
2014072905.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電源からの電力を変換する変換部と、
前記変換部と前記変換部の接地間に設けられる電流検出器と、
前記電流検出器から得られる電流値と前記変換部の動作状態の情報により、前記電流検出
器の故障を検出する制御部と、
を有する車両制御装置。
【請求項２】
前記制御部において、模擬電流を出力する模擬電流出力部を備え、
前記模擬電流の出力状態と前記変換部の動作状態をもとに、電流検出器及び前記電流検出
器の電流を検出する入力電流検出部の故障を検出する請求項１記載の車両用制御装置。
【請求項３】
前記制御部において、電流検出器または入力電流検出部のすくなくともどちらかの故障
を判定した場合、変換部と電源間に取り付けられている接触器を開放する請求請１または
２記載の車両用制御装置。
【請求項４】
前記制御部において、電流検出器または入力電流検出部のすくなくともどちらかの故障
を判定した場合、前記制御部と接続される表示器に前記故障の判定を表示する請求項１か
ら請求項３のいずれか１つに記載された車両用制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、車両用制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に鉄道車両において、架線から集電装置により集電し遮断器を介し、主変圧器によ
り変圧し、電力変換装置へ電力が供給される。電力変換器は接触器によって投入・開放が
行われる。電力変換器は電動機へ電力を供給し、電動機は駆動力を発生し、車両を走行さ
せる。
【０００３】
電流検出器は電力変換器内の主回路部接地点と電力変換装置用接地間に流れる電流を検出
する。地絡事故発生時には電流検出器により検出された電流が所定値を超えているかを否
かを地絡検出手段にて判定を行う。地絡検出時は遮断器を開放することにより、地絡事故
発生車両の開放を行う。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１２−６５４３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、従来の地絡検知手段を有する車両制御装置において、地絡を検出する電流
検出装置部分に故障が生じた場合、故障が発生した状態を認識することができない。故障
が発生した場合は、車両全体の安全維持機能により、架線と変圧器を断線するなど対処さ
れることがある。そのため、車両の安定的な走行が損なわれるおそれがあった。
【０００６】
本発明が解決しようとする課題は、地絡を検出する電流検出装置部分の故障を判定するこ
とが可能な車両用制御装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
実施形態の車両用制御装置は、電源からの電力を変換する変換部と、変換部と前記変換
部の接地間に設けられる電流検出器と、電流検出器から得られる電流値と変換部の動作状
態の情報により、電流検出器の故障を検出する制御部とを有している。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１は、第１の実施形態の車両用制御装置の全体構成を示すブロック図である。
【図２】図２は、第１の実施形態の車両用制御装置の制御部部の動作を示すフローチャートである。
【図３】図３は、第１の実施形態の判定部のセット値を示す図である。
【図４】図４は、第２の実施形態の車両用制御装置の全体構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、実施形態の制御装置制御装置を図面を参照して説明する。
【００１０】
（第１の実施形態）
第１の実施形態について図１から図３を参照し、詳細に説明する。図１は、第１の実施
形態の車両用制御装置の全体構成を示すブロック図である。図２は、第１の実施形態の車
両用制御装置の制御部の動作を示すフローチャートである。図３は、第１の実施形態の判
定部のセット値を示す図である。
【００１１】
（構成）
図１には、架線１、集電装置２、遮断器３、変圧器４、第１接地５、電力変換回路６、
第２接地７ａ、第３接地７ｂ、接触器８、変換部９、電動機１０、第４接地１０ａ、電流
検出器１１、制御部２０、ゲート状態検出部２１、入力電流検出部部２２、判定部２３、
地絡検出部２４、故障検出部２５が示されている。
【００１２】
架線１は集電装置２と接続する。集電装置２は遮断器３を介して、変圧器４と接続する
。変圧器４の遮断器３と接続側と反対側の端部は第１接地５と接続する。変圧器４の２次
側には電力変換回路６が接続される。
【００１３】
電力変換回路６の変換部９は、接触器８を介して変圧器４と接続される。また、変換部
９は、フィルタコンデンサ９ａ及び図示しないＩＧＢＴ等の素子を有している。フィルタ
コンデンサ９ａは、２つ設けられており、その２つは直列に接続されている。フィルタコ
ンデンサ９ａ間には、抵抗器１２、電流検出器１１を介して第２接地７ａが接続されてい
る。変換部９の出力側には電動機１０及び電動機１０を接地する第４接地が接続されてい
る。また、フィルタコンデンサは、２つに限られず、複数個が直列に接続されており、そ
の中性点から第２接地を接続することも可能である。
【００１４】
また電力変換回路６内には制御部２０が設けられている。なお、制御部２０は電力変換
回路６外でも良い。変換部９は、制御部２０のゲート状態検出部２１と接続される。また
電流検出器１１は、制御部９の入力電流検出部２２と接続される。ゲート状態検出部２１
と入力電流検出部２２は、判定部２３と接続される。判定部２３は、地絡検出部２４と故
障検出部２５と接続される。地絡検出部２４は、遮断器３と接触器８に接続される。故障
検出部２５は、表示器、遮断器３、接触器８に接続される。
【００１５】
本実施形態は、電流検出器１１にて検出された電流値及び変換部９へのゲート信号を、
制御部２０内の判定部２３へ入力する。電流値と変化部９の動作状態（ゲート信号の状態
）によって地絡事故や電流検出器１１の故障を判定する。
【００１６】
図１において、架線１からの電流は、集電装置２、遮断器３、変圧器４、接触器８を介し
て変換部９へ流れる。変換部９にて架線電流は電動機１０が駆動するための駆動電力に変
換される。このとき、変換部９が動作中の場合、電流検出器１１へ高周波電流が流れる。
その原理は、変換部９をコンバータ部とインバータ部に分けた場合において、コンバータ
部とインバータ部間の直流リンクの電圧印加により発生する変圧器４内２次巻き線側と変
圧器４筐体との間の浮遊容量と、インバータ部と電動機１０間の三相線への電圧印加によ
り発生する電動機１０導電部と電動機１０筐体との間の浮遊容量により、電流検出器１１
へ高周波電流が流れる。また変換部９が停止中の場合、電流検出器１１へ前述の高周波電
流は流れない。
【００１７】
以下に、電流検出器１１へ流れる高周波電流値及び変換部９の動作状態の情報を用いて、
電力変換回路６内で地絡が発生しているのか、電流検出器１１が故障しているか、電力変
換回路６内が正常に動作しているかを判断する処理手順について図２と図３を用いて説明
する。
【００１８】
図２に示すように、制御部２０のゲート状態検出部２１は、あるタイミングにおいて変換
部９の動作状態を検出す。また、あるタイミングにおいて電流検出器１１により検出され
た電流値Ｉαを入力電流検出部２２で検出する。ゲート状態検出部２１の動作状態信号と
、入力電流検出部２２の電流値Ｉαを判定部２３へ出力する。このとき、判定部２３には
予め、第１セット値（ＩＥＦ）、第２セット値（ＩＮ）、第３セット値（ＩＦ）が設定さ
れている。判定部２３では、取得した動作状態信号をもとに、変換部９が動作中か判定す
る（Ｓ１０）。変換部９のゲート状態には、変化部９の“動作中”及び“停止中”状態に
分けられる。“動作中”か“停止中”かの判断は、変換部９からのＩＧＢＴ等の半導体素
子の動作情報、変換部９の制御を行う制御部２０または電力変換回路６外からの制御情報
等により“動作中”か“停止中”かの判断する。なお、変化部９の“動作中”とは、変換
部９を構成するＰＷＭコンバータやＰＷＭインバータが、制御部からのゲート信号を受け
取り、内部素子がスイッチング動作が開始しているゲートスタート状態であることが例と
して挙げられる。
【００１９】
変換部９が動作中であると判定された場合、判定部２３では電流値Ｉαと第１セット値（
ＩＥＦ）を比較する（Ｓ１１）。比較した結果、電流値Ｉα＞第１セット値（ＩＥＦ）で
ある場合、電流検出器１１には、通常以上の大電流が流れているとし、“地絡”と判断す
る（Ｓ１２）。このとき、図３においては、電流値ＩαがＥＦ領域に達している状態であ
る。
【００２０】
一方で、電流値Ｉαと第１セット値（ＩＥＦ）を比較した結果が、電流値Ｉα＜第１セッ
ト値（ＩＥＦ）である場合、判定部２３では、電流値Ｉαと第２セット値（ＩＮ）を比較
する（Ｓ１３）。比較した結果、電流値Ｉα＞第２セット値（ＩＮ）である場合、電流検
出器１１には、電力変換回路６内が正常に動作をしている状態の電流が流れているとし、
“正常”と判断する（Ｓ１４）。このとき、図３においては、電流値ＩαがＮ領域に達し
ている状態である。
【００２１】
一方で、電流値Ｉαと第２セット値（ＩＮ）を比較した結果が、電流値Ｉα＜第２セット
値（ＩＮ）である場合、判定部２３では、変換部９が動作中でれば、電流検出器１１が検
出できるはずの電流値以下の値が検出されているとして、電流検出器１１の“故障”と判
定する（Ｓ１５）。このとき、図３においては、電流値Ｉαが、Ｆ領域に達している状態
である。
【００２２】
また変換部９が停止中であると判断された場合、判定部２３では、電流値Ｉαと第３セッ
ト値（ＩＦ）を比較する（Ｓ１６）。比較した結果、電流値Ｉα＞第３セット値（ＩＦ）
である場合、電流検出器１１が検出した電流値は、変換部９が停止中である場合には検出
するはずがない電流値を検出しているため、電流検出器１１の“故障”と判定する（Ｓ１
７）。このとき、図３においては、電流値Ｉαが、Ｎ´領域に達している状態である。
【００２３】
一方で、電流値Ｉαと第３セット値（ＩＦ）を比較した結果が電流値Ｉα＜第３セット値
（ＩＦ）である場合、電流検出器１１は変換部９が停止中のための電流を検出してないた
め、電力変換回路６内は正常な状態であるとし、“正常”と判定される（Ｓ１８）。この
とき、図３においては、電流値Ｉαが、Ｎ´領域に達している状態である。
【００２４】
以上の判定で用いた第１セット値、第２セット値、第３セット値は変換部９や電流検出器
１１などを含む電力変換回路６の全体構成により決定される値である。
【００２５】
このように、変換部９が動作状態か否かによって高周波電流が電流検出器１１へ流れる特
性を用いることで電流検出器１１の健全性が確認できる。一方、変換部９が停止中であれ
ば、前記高周波電流が流れないため、電流検出器１１に流れる電流はゼロになり、この状
態で出力がゼロであれば電流検出器１１は健全となる。そのため、“地絡”、“正常”の
判定に加え、“故障”の判定を行うことが可能となる。
【００２６】
次に、判定部２３で“正常”、“故障”、“地絡”を検出した際の処理について説明する
。判定部２３にて、“正常”と判定された場合、判定部２３は地絡検出部２４、故障検出
部２５へ信号の出力を行わない。そのため、車両は現状の運行を維持する。
【００２７】
判定部２３にて“故障”と判定された場合、その故障信号は判定部２３から故障信号判定
部２５へ出力される。故障信号を受け取った故障検出部２５は、接触器８を開放するよう
に信号を送る。このとき故障検出部２５は、故障信号が継続して出力されている間、接触
器８を開放するように信号を送り続ける。また一定時間が経過しても故障信号が故障検出
部２５に入力され続ける場合は、遮断器３を開放するように信号を出力する。
【００２８】
最初に接触器８を開放することによって、電流検出器１１の故障が発生している電力変換
回路６のみを変圧器４と電気的に切り離すことができる。そのため、変圧器４に複数個の
電力変換回路６が取り付けられている場合、故障が発生していない電力変換回路６にて“
地絡”を検出することが可能となり、車両全体の安全な走行を維持することが可能となる
。
【００２９】
また、判定部２３にて“地絡”と判定された場合、その地絡信号は判定部２３から地絡検
出部２４へ出力される。地絡信号を受け取った地絡検出部２４は、遮断器３を開放するよ
うに信号を出力する。地絡検出部２４は、外部からの信号停止の要請がない限り遮断器３
を開放する信号の出力を継続する。外部からの信号停止の要請とは、例えば、運転席から
の車両走行の停止情報の入力や、車両全体の稼動が停止したことが挙げられる。
【００３０】
故障が発生した電力変換回路６を“故障”として判定できるため、車両全体の制御対象か
ら取り除くことが可能となる。そのため残りの電力変換回路６によって電動機１０を駆動
し、車両の走行を継続することができる。
【００３１】
（効果）
本実施形態の制御装置によれば、電流検出器の故障が特定できるため、故障発生時には接
触器によって故障が発生している電力変換回路のみを開放することが可能である。複数個
の電力変化回路が備わっている場合、その他の電力変換回路にて地絡事故の発生を検出す
ることが可能となる。そのため、車両の安定的な走行を維持することが可能となる。
【００３２】
さらに電流検出器の故障状態を、走行前の点検時に確認することが可能であるため、走行
中にこれら機器の故障に起因する問題を避けることができ、より信頼性の高い車両用制御
装置を実現することが可能となる。
【００３３】
（第２の実施の形態）
第２の実施形態について図を参照し、詳細に説明する。図４は、第２の実施形態の車両
用制御装置の全体構成を示すブロック図である。尚、図１から３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。
【００３４】
本実施形態は、第１の実施形態とは、模擬電流出力部２６が備わっている点が異なってい
る。以下、その点について詳細に説明する。
【００３５】
模擬電流出力部２６は、入力電流検出部２２に対し、模擬電流出力部１５より電流を流す
。判定部２３は、模擬電流出部２６の入力状態と入力電流検出部２２の出力信号より、電
流入力検出部２２が故障状態か否かを判定する。
【００３６】
以下に電流入力検出部２２の故障判定手段について一例を挙げて説明する。
【００３７】
模擬電流出力部１５の出力電流（Ｉβ）と、入力電流検出部２２で検出される検出電流（
Ｉα）と比較して十分に小さい値である比較値（γ（＞０））を判定部２３に予め設定す
る。判定部２３は、模擬電流出力（Ｉβ）の入力を受けて、（式１）により入力電流検出
部２２の故障を判定する。次式を満たしている場合、は故障していないと判定する。
【００３８】
（式１）｜Ｉα―Ｉβ｜＜γ      
また別の判定手段の例としては、図３に示した変換部９が動作中の場合のＩＥＦの電流値
、変換部９が停止中の場合はＩＥの電流値を用いる。模擬電流出力部２６から、ＩＥＦや
ＩＥ以上の電流を“模擬電流”信号と併せて判定部２３に出力する。判定部２３が、“地
絡”若しくは“故障”を判定できれば、入力電流検出部２２は正常に動作していると判定
する。なおこの際、判定部２３は、“模擬電流”信号を受けて判定を行うため、“地絡”
や“故障”を判定した場合においても、遮断器３及び接触器８の開放信号は出力されない
。
【００３９】
（効果）
以上述べた少なくともひとつの実施形態の制御装置によれば、故障発生時には接触器によ
って故障が発生している電力変換回路のみを開放し、地絡事故の発生を検出することが可
能となる。そのため、車両の安定的な走行を維持することが可能となる。
【００４０】
また、第１の実施形態における電流検出器１１の故障検出と合わせて実施することにより
、電流検出器または電流入力検出回路の故障を切り分けて検出することが可能となる。故
障箇所の発見が可能なため、速やかに事故要因分析が行える。
【００４１】
また、電流検出器または電流入力検出回路の故障状態は、走行前の点検時に確認すること
が可能であるため、走行中にこれら機器の故障に起因する問題を避けることができ、より
信頼性の高い車両用制御装置を実現することが可能となる。
【００４２】
第１の実施形態や第２の実施形態において、電流検出器１１や入力電流検出部２２が故障
と判定された場合、故障判定は表示器へ出力することが可能である。この表示器に、電流
検出器１１と入力電流検出部２２の少なくともどちらかで“故障”が判定された故障判定
が表示される。表示器の表示は、故障発生部分を特定する表示とすることも可能である。
また単に“故障”と表示することも可能である。このような表示手段を有することにより
、故障の発生箇所の特定を容易にし、速やかな交換・修理を行うことが可能となる。なお
、表示器は、車上、車体床下または車両外部に設けることが可能である。表示器としては
モニタ画面や表示灯以外にもブザーなどによって実現することも可能である。
【００４３】
このような表示手段を上記の実施形態と組み合わせることによって、電流検出器または電
流入力検出回路の故障を切り分けて検出でき、車上の表示器によって故障箇所の速やかな
交換・修理を行うことが可能となる。
【００４４】
上記で説明された全ての実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定す
るものではない。そのため、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の
要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施
形態やその変形は、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００４５】
１  架線
２  集電装置
３  遮断器
４  変圧器
５  第１接地
６  電力変換回路
７ａ  第２接地
７ｂ  第３接地
８  接触器
９  変換部
１０  電動機
１０ａ  第４接地
１１  電流検出器
１２  抵抗器
２０  制御部
２１  ゲート状態検出部
２２  入力電流検出部
２３  判定部
２４  地絡検出部
２５  故障検出部
【図１】
2014072905.tif 000003
【図２】
2014072905.tif 000004
【図３】
2014072905.tif 000005
【図４】
2014072905.tif 000006