(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
集電器によって架線から取り込まれる直流架線電圧を検出する架線電圧検出器と、
フィルタコンデンサの電圧を検出するコンデンサ電圧検出器と、
前記フィルタコンデンサへの充電電流の突入電流を抑制するための充電抵抗器と、
前記充電抵抗器を短絡するための抵抗短絡素子と、
前記集電器と前記充電抵抗器との間に設けられた断流器と、
前記断流器の投入、開放動作を制御する断流器制御部と、
前記架線電圧検出器の検出電圧と前記コンデンサ電圧検出器の検出電圧との差電圧を求める差電圧演算部と、
前記断流器が投入された後の正常状態の前記差電圧の時間変化特性を記憶している基準時間変化特性記憶部と、
前記断流器が投入された後の前記差電圧が前記時間変化特性記憶部に記憶された前記基準時間変化特性の対応する時点の基準差電圧よりも所定値以上に低くなった時に、前記抵抗短絡素子の短絡故障アラームを出力する故障判定部とを備えて成る車両用電源装置。
【請求項２】
集電器によって架線から取り込まれる直流架線電圧を検出する架線電圧検出器と、
フィルタコンデンサの電圧を検出するコンデンサ電圧検出器と、
前記フィルタコンデンサへの充電電流の突入電流を抑制するための充電抵抗器と、
前記充電抵抗器を短絡するための抵抗短絡素子と、
前記集電器と前記充電抵抗器との間に設けられた断流器と、
前記断流器の投入、開放動作を制御する断流器制御部と、
前記架線電圧検出器の検出電圧と前記コンデンサ電圧検出器の検出電圧との差電圧を求める差電圧演算部と、
前記断流器が投入された後の正常状態の前記差電圧の時間変化特性を記憶している基準時間変化特性記憶部と、
前記断流器が投入状態にあり、かつ前記差電圧演算部の算出する差電圧が所定値を超えた時に前記断流器を開放させ、前記断流器が投入された後の前記差電圧が前記時間変化特性記憶部に記憶された前記基準時間変化特性の対応する時点の基準差電圧よりも所定値以上に低くなった時に前記抵抗短絡素子の短絡故障アラームを出力する故障判定部とを備えて成る車両用電源装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は車両用電源装置に関し、特に直流架線電力を取り込み、直交変換して所定周波数、電圧の補助交流電源を出力する車両用電源装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、直流架線電力を集電器で取り込み、直交変換して所定周波数、電圧の補助交流電源を出力する車両用電源装置は、図４に示す回路構成であり、直流架線電力を集電する集電器１と、集電器１と後段の回路素子との間の接続、切離を行う断流器２と、リアクトル３と、突入電流を抑制するための充電抵抗器４と、この充電抵抗器４を一定時間後に短絡する抵抗短絡素子５と、リップル電圧を抑制するためのフィルタコンデンサ７と、フィルタコンデンサ７の両端の直流電圧を所定周波数、電圧の交流電力に変換して車両用補助電源として出力する電力変換部８を備えている。また集電器１の取り込んだ架線電圧９を検出するための架線電圧検出器１０と、フィルタコンデンサ７の電圧１１を検出するためのコンデンサ電圧検出器１２と、抵抗短絡素子５の両端電圧を検出し、所定電圧よりも高くなった時に電圧検出信号１３を出力する短絡素子電圧検出器１４が設けられており、これらの電圧検出信号９、１１、１３を入力し、断流器２の投入／開放制御、抵抗短絡素子５のオン／オフ制御及び電力変換部８のスイッチング動作制御を行う制御部（ＣＴＲ）１５を備えている。
【０００３】
この従来の車両用電源装置では、正常時には制御部１５によって断流器２を投入し、集電器１から直流架線から取り込んだ高圧直流電力をリアクトル３と充電抵抗器４を介してフィルタコンデンサ７に導入し、フィルタコンデンサ７が所定電圧まで充電した後、抵抗短絡素子５をオンさせ、また電力変換部８によって直交電力変換制御を開始し、補助交流電力を出力する動作をなす。
【０００４】
そして制御部１５は架線電圧９、コンデンサ電圧１１、短絡素子電圧検出信号１３を監視していて、電力変換部８の動作状態で短絡素子電圧検出信号１３が入力されてきた場合には抵抗短絡素子５が何等かの異常によってオフしたものと見なし、充電抵抗器４の過熱損傷を防止するために電力変換部８を停止し、断流器２を開放して本装置を停止する保護動作制御を行う。また制御部１５はフィルタコンデンサ７に充電電流が流れるタイミングに、つまり断流器２が投入された直後に短絡素子電圧検出器１４から短絡素子電圧検出信号１３が入力されてこない場合には、抵抗短絡素子５が何等かの異常によって短絡故障したものと見なしてアラームを出力し、また必要な場合（例えば、抵抗短絡素子にＧＴＯ素子が用いられている場合）には断流器２を開放して本装置を停止する保護動作制御を行うようにしている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、このような従来の車両用電源装置では、抵抗短絡素子の両端電圧を監視し、所定値以上になった場合に電圧検出信号を制御部に出力するための短絡素子電圧検出器が必要であり、コスト的に高くつく問題点があった。
【０００６】
本発明はこのような従来の問題点に鑑みてなされたもので、抵抗短絡素子両端の電圧を監視するための短絡素子検出器を削減してコストを低減し、かつ従来と同様の保護動作ができる車両用電源装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明の車両用電源装置は、集電器によって架線から取り込まれる直流架線電圧を検出する架線電圧検出器と、フィルタコンデンサの電圧を検出するコンデンサ電圧検出器と、前記フィルタコンデンサへの充電電流の突入電流を抑制するための充電抵抗器と、前記充電抵抗器を短絡するための抵抗短絡素子と、前記集電器と前記充電抵抗器との間に設けられた断流器と、前記断流器の投入、開放動作を制御する断流器制御部と、前記架線電圧検出器の検出電圧と前記コンデンサ電圧検出器の検出電圧との差電圧を求める差電圧演算部と、前記断流器が投入された後の正常状態の前記差電圧の時間変化特性を記憶している基準時間変化特性記憶部と、前記断流器が投入された後の、前記差電圧が前記時間変化特性記憶部に記憶された前記基準時間変化特性の対応する時点の基準差電圧よりも所定値以上に低くなった時に、前記抵抗短絡素子の短絡故障アラームを出力する故障判定部とを備えたものである。
【００１０】
この請求項１の発明の車両用電源装置では、故障判定部において、断流器が投入された後の架線電圧とコンデンサ電圧との実差電圧の時間変化特性を時間変化特性記憶部に記憶されている正常時の差電圧の基準時間変化特性と比較し、実差電圧が基準時間変化特性の対応する時点の基準差電圧よりも所定値以上に低くなった時に抵抗短絡素子が何らかの異常のために短絡故障したものと判断してアラームを出力して技術者に知らせる。これによって、従来から用いられていた架線電圧検出器の電圧検出信号と、コンデンサ電圧検出器の電圧検出信号とを入力し、またあらかじめデータとして基準差電圧時間変化特性を登録しておくことにより、実差電圧の演算と基準差電圧時間変化特性との比較という論理演算処理によって故障判定を行って保護動作制御することができ、従来用いられていた短絡素子電圧検出器を用いず、かつ他の部品を増加させることもなく、従来と同様の保護動作ができる。
【００１１】
請求項２の発明の車両用電源装置は、集電器によって架線から取り込まれる直流架線電圧を検出する架線電圧検出器と、フィルタコンデンサの電圧を検出するコンデンサ電圧検出器と、前記フィルタコンデンサへの充電電流の突入電流を抑制するための充電抵抗器と、前記充電抵抗器を短絡するための抵抗短絡素子と、前記集電器と前記充電抵抗器との間に設けられた断流器と、前記断流器の投入、開放動作を制御する断流器制御部と、前記架線電圧検出器の検出電圧と前記コンデンサ電圧検出器の検出電圧との差電圧を求める差電圧演算部と、前記断流器が投入された後の正常状態の前記差電圧の時間変化特性を記憶している基準時間変化特性記憶部と、前記断流器が投入状態にあり、かつ前記差電圧演算部の算出する差電圧が所定値を超えた時に前記断流器を開放させ、前記断流器が投入された後の前記差電圧が前記時間変化特性記憶部に記憶された前記基準時間変化特性の対応する時点の基準差電圧よりも所定値以上に低くなった時に前記抵抗短絡素子の短絡故障アラームを出力する故障判定部とを備えたものである。
【００１２】
この請求項２の発明の車両用電源装置では、断流器が投入状態にあり、かつ架線電圧とコンデンサ電圧との差電圧が所定値を超えた時には、抵抗短絡素子が何等かの異常のためにオフしていると判断して断流器を開放させ、充電抵抗器に過熱損傷に至るのを防止し、また断流器が投入された後の架線電圧とコンデンサ電圧との実差電圧の時間変化特性を時間変化特性記憶部に記憶されている正常時の差電圧の基準時間変化特性と比較し、実差電圧が基準時間変化特性の対応する時点の基準差電圧よりも所定値以上に低くなった時に抵抗短絡素子が何らかの異常のために短絡故障したものと判断してアラームを出力して技術者に知らせる。したがって、従来から用いられていた架線電圧検出器の電圧検出信号と、コンデンサ電圧検出器の電圧検出信号とを入力し、またあらかじめデータとして差電圧の比較基準値及び基準差電圧時間変化特性を登録しておくことにより、実差電圧の演算と比較という論理演算処理によって故障判定を行って保護動作制御することができ、従来用いられていた短絡素子電圧検出器を用いず、かつ他の部品を増加させることもなく、従来と同様の保護動作ができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図に基づいて詳説する。図１は本発明の１つの実施の形態の回路構成を示しており、この実施の形態の車両用電源装置は従来例である図４に示した回路部品と共通する集電器１、断流器２、リアクトル３、充電抵抗器４、サイリスタやＧＴＯ素子で成る抵抗短絡素子５、フィルタコンデンサ７、電力変換部８、架線電圧検出器１０及びコンデンサ電圧検出器１２を備えている。しかしながら、抵抗短絡素子５の両端電圧を検出するための短絡素子電圧検出器１４は備えていない。また故障判定、保護動作制御を行う制御部１６には、図２に示す構成の論理演算処理機能が組み込まれている。
【００１４】
この制御部１６の論理演算処理機能の構成を説明すると、架線電圧検出器１０からの電圧検出信号９とコンデンサ電圧検出器１２からの電圧検出信号１１とに基づき、実差電圧を算出する差電圧監視部１６１と、断流器２の投入／開放制御を行う断流器投入／開放制御部１６２と、正常状態でフィルタコンデンサ７に充電が開始されて両端電圧が時間と共に上昇していく時に、架線電圧とこのコンデンサ電圧との差電圧がどのように時間的に変化するかを示す差電圧の時間変化特性がパターンデータとしてあらかじめ登録されている差電圧パターン記憶部１６３と、差電圧監視部１６１からの実差電圧を所定電圧値と比較し、また差電圧パターン記憶部１６３の基準差電圧時間変化特性のパターンデータと比較して抵抗短絡素子５の故障判定を行う故障判定部１６４と、故障判定に基づいて装置の停止動作の必要性を判定する電源停止判定部１６５と、故障判定時にアラームを出力するアラーム出力部１６６１とから構成されている。なお、制御部１６はこれらの他に、電力変換部８のスイッチング制御機能を有するものである。
【００１５】
次に、上記構成の車両用電源装置の動作について説明する。通常時には従来例と同様に動作して集電器１が架線から取り込んだ直流架線電力を直交変換して所定周波数、電圧の補助交流電力にして出力する。そして制御部１６は次のようにして抵抗短絡素子５の電圧監視を行い、故障判定と保護動作を行う。
【００１６】
制御部１６の差電圧監視部１６１は架線電圧検出器１０から架線電圧９を入力し、またコンデンサ電圧検出器１２からコンデンサ電圧１１を入力し、その差電圧を算出して故障判定部１６４に与えている。
【００１７】
いま断流器２を投入し、電力変換部８が動作している時には、正常状態であれば抵抗短絡素子５は導通状態にあるはずである。しかしながら、何らかの異常によって抵抗短絡素子５がオフすれば、その両端電圧は上昇することになる。そこで故障判定部１６４は断流器２が投入状態にあることを条件にして、あらかじめ設定された比較値と比較し、比較値を超える差電圧を検出した時に抵抗短絡素子５がオフしているものと見なし、電源停止判定部１６５に抵抗短絡素子オフ故障の判定結果を与える。電源停止判定部１６５はこの判定結果を受けて電力変換部８を停止し、断流器２をオフさせることにより、充電抵抗器４の過熱損傷を防止する。
【００１８】
また装置の起動のために断流器２を投入した時には、図３に曲線Ａに示すように、正常状態であれば抵抗短絡素子５はオフにしておき、断流器２を通じて流れる架線電流を充電抵抗器４を通じてフィルタコンデンサ７に供給し、その充電を開始することになるが、何らかの異常のために抵抗短絡素子５が短絡故障を起こしている場合には、断流器２を投入すればただちに抵抗短絡素子５を通じてフィルタコンデンサ８に架線電流が供給されることになり、図３に曲線Ｂに示すようにフィルタコンデンサ８は正常時よりも急速に充電されることになり、架線電圧とコンデンサ電圧との差電圧ΔＢは正常時ΔＡよりも早いタイミングで減少することになる。そこで故障判定部１６４は断流器２が投入された時に、その投入直後に差電圧監視部１６１から与えられる差電圧ΔＢがどのような時間変化特性を示すかを監視し、差電圧パターン記憶部１６３に登録されている基準差電圧時間変化特性と比較し、あるタイミングτの実差電圧ΔＢが基準差電圧ΔＡよりも一定値α以上小さくなれば短絡故障発生と判定し、電源停止判定部１６５とアラーム出力部１６６とに出力する。
【００１９】
そこでアラーム出力部１６６は、短絡故障判定を受けるとアラームを出力して技術者に短絡故障発生を知らせる。また電源停止判定部１６５は短絡故障判定を受けると、必要に応じて電力変換部８を停止し、断流器２をオフさせ、装置を停止させる。
【００２０】
このようにして、この実施の形態の車両用電源装置では、従来のように充電抵抗器４に対する抵抗短絡素子５の両端電圧を監視し、所定電圧以上になった時に電圧検出信号を制御部に出力する短絡素子電圧検出器１４という回路部品を設けなくても、従来から備えられている架線電圧検出器１０とコンデンサ電圧検出器１２との電圧検出信号を用い、制御部１６に組み込んだ論理演算処理機能によって抵抗短絡素子５の電圧異常を判定することができる。このため、従来と同様の故障判定性能を維持しつつ回路部品の削減ができて、コストの低減が可能となる。
【００２１】
なお、上記の実施の形態において差電圧パターン記憶部１６３には時間変化パターンデータではなく、断流器投入後のあるタイミングτの基準差電圧ΔＡだけを登録しておき、故障判定部１６４では断流器投入後のタイミングτにおける実差電圧ΔＢをこの基準差電圧ΔＡと比較し、一定値α以上小さくなっていれば短絡故障発生と判定するより簡単な論理構成にしてもよい。
【００２３】
【発明の効果】
請求項１の発明によれば、断流器が投入された後の架線電圧とコンデンサ電圧との実差電圧の時間変化特性を時間変化特性記憶部に記憶されている正常時の差電圧の基準時間変化特性と比較し、実差電圧が基準時間変化特性の対応する時点の基準差電圧よりも所定値以上に低くなった時に抵抗短絡素子が短絡故障したものと判断してアラームを出力するようにしたので、あらかじめデータとして基準差電圧時間変化特性を登録しておくことにより、実差電圧の演算と基準差電圧時間変化特性との比較という論理演算処理によって短絡故障判定を行い、保護動作制御することができ、従来用いられていた短絡素子電圧検出器を用いず、かつ他の部品を増加させることもなく、従来と同様の保護動作ができ、コストを低減することができる。
【００２４】
請求項２の発明によれば、断流器が投入状態にあり、かつ架線電圧とコンデンサ電圧との差電圧が所定値を超えた時には、抵抗短絡素子が何等かの異常のためにオフしていると判断して断流器を開放させ、充電抵抗器に過熱損傷に至るのを防止し、また断流器が投入された後の架線電圧とコンデンサ電圧との実差電圧の時間変化特性を時間変化特性記憶部に記憶されている正常時の差電圧の基準時間変化特性と比較し、実差電圧が基準時間変化特性の対応する時点の基準差電圧よりも所定値以上に低くなった時に抵抗短絡素子が何らかの異常のために短絡故障したものと判断してアラームを出力して技術者に知らせるようにしたので、従来から用いられていた架線電圧検出器の電圧検出信号と、コンデンサ電圧検出器の電圧検出信号とを入力し、またあらかじめデータとして差電圧の比較基準値及び基準差電圧時間変化特性を登録しておくことにより、実差電圧の演算と比較という論理演算処理によって故障判定を行い、保護動作制御することができ、従来用いられていた短絡素子電圧検出器を用いず、かつ他の部品を増加させることもなく、従来と同様の保護動作ができ、コストを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の１つの実施の形態の回路図。
【図２】上記実施の形態における制御部の論理制御機能の構成を示すブロック図。
【図３】上記の実施の形態における制御部の短絡故障判定動作を説明するための動特性図。
【図４】従来例の回路図。
【符号の説明】
１  集電器
２  断流器
３  リアクトル
４  充電抵抗器
５  抵抗短絡素子
７  フィルタコンデンサ
８  電力変換部
１０  架線電圧検出器
１２  コンデンサ電圧検出器
１６  制御部
【図１】
0003560752.tif 000002
【図２】
0003560752.tif 000003
【図３】
0003560752.tif 000004
【図４】
0003560752.tif 000005