(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
フィルタコンデンサに直流側が並列に接続された複数のインバータ回路と、
前記複数のインバータ回路の交流側に接続された回転機負荷及びそれ以外の負荷と、
前記フィルタコンデンサの直流入力の中断を検出する入力中断検出手段と、
前記入力中断検出手段が前記直流入力の中断を検出した時に前記回転機負荷が接続されているインバータ回路のゲート制御を停止し、それ以外の負荷が接続されているインバータ回路のゲート制御を継続するゲート制御手段とを備えて成る車両用電源装置。
【請求項２】
フィルタコンデンサに直流側が並列に接続された複数のインバータ回路と、
前記複数のインバータ回路の交流側それぞれに接続された回転機負荷、特定の重要負荷及びそれ以外の非重要負荷と、
前記フィルタコンデンサの直流入力の中断を検出する入力中断検出手段と、 
前記入力中断検出手段が前記直流入力の中断を検出した時に、前記回転機負荷及び非重要負荷の接続されているインバータ回路それぞれのゲート制御を停止し、前記特定の重要負荷の接続されているインバータ回路のゲート制御だけを継続するゲート制御手段とを備えて成る車両用電源装置。
【請求項３】
前記入力中断検出手段が前記直流入力の中断を検出した時に、前記ゲート制御手段が前記ゲート制御を継続するインバータ回路に対してその出力電圧又は周波数を低下させるゲート制御に切替えることを特徴とする請求項１又は２記載の車両用電源装置。
【請求項４】
交流入力に対して接続された回転機負荷と、
前記交流入力に対して前記回転機負荷と並列に接続された、交流入力、交流出力方式のインバータ回路と、
前記交流入力の中断を検出する入力中断検出手段と、
前記入力中断検出手段が前記交流入力の中断を検出した時に前記インバータ回路のゲート制御を継続するゲート制御手段とを備えて成る車両用電源装置。
【請求項５】
前記交流入力に対して前記回転機負荷と並列に接続された、交流入力、交流出力方式の複数のインバータ回路と、
前記入力中断検出手段が前記交流入力の中断を検出した時に前記複数のインバータ回路のうち、交流出力側に特定の重要負荷が接続されているものを除いて他のインバータ回路のゲート制御を停止するゲート制御手段とを備えて成る請求項４記載の車両用電源装置。
【請求項６】
前記入力中断検出手段が前記交流入力の中断を検出した時に、前記ゲート制御手段が前記ゲート制御を継続するインバータ回路に対してその出力電圧又は周波数を低下させるゲート制御に切替えることを特徴とする請求項４又は５記載の車両用電源装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はインバータ回路を有する車両用電源装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、車両用電源装置として電動発電機に代えて、半導体素子を利用した静止形のものが広く使用されるようになってきている。この静止形電源装置には、架線電源が直流である場合には３相交流に変換するインバータ方式が用いられ、また架線電源が交流である場合には整流回路やコンバータでいったん所定電圧の直流に変換した後にインバータによって再度、交流に変換する方式が用いられる。
【０００３】
ところで、車両用電源装置の場合、車両の制御電源、灯回路へ給電する責務を持っているため、パンタグラフの離線程度の時間、電源入力が中断してもこれらの制御電源、灯回路のような重要負荷に対して電力を供給し続けることが要求される。
【０００４】
この点、従来の電動発電機の場合には、入力電圧の中断があっても発電機自体の慣性力によって回転を続け、負荷に電力を供給し続けることができたが、半導体素子を利用した静止形電源装置の場合には応答特性が高速であるゆえに、反面、瞬間的な電源電圧の中断でも電力変換を停止してしまう問題点があり、これを避けるために、インバータ回路の直流入力側にフィルタコンデンサを設け、瞬間的な電源電圧の中断時にはフィルタコンデンサに蓄えられている電荷を放出することによってインバータ回路に電力を供給し続ける構成にしている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、このような半導体素子を利用した静止形の車両用電源装置の場合、電源入力が中断した時に負荷へ電力を供給し続けられる時間を延すためにはフィルタコンデンサの容量を大きなものにする必要があり、結果として、装置のサイズが大きくなり、サイズ的な制約が大きい車両用電源装置の場合、そのサイズを小型化することが大きな課題となっていた。
【０００６】
本発明はこのような従来の技術的課題を解決するためになされたもので、従来サイズを維持したまま電源入力の中断時に負荷へ電力を供給し続けられる時間を長くし、あるいはフィルタコンデンサの容量を小さくして従来と同じ時間だけ電力を供給し続ることができてサイズの小型化が図れる車両用電源装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【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、フィルタコンデンサに直流側が並列に接続された複数のインバータ回路と、前記複数のインバータ回路の交流側に接続された回転機負荷及びそれ以外の負荷と、前記フィルタコンデンサの直流入力の中断を検出する入力中断検出手段と、前記入力中断検出手段が前記直流入力の中断を検出した時に前記回転機負荷が接続されているインバータ回路のゲート制御を停止し、それ以外の負荷が接続されているインバータ回路のゲート制御を継続するゲート制御手段とを備えたものである。
【０００８】
この請求項１の発明の車両用電源装置では、交流電源が電力変換されて直流入力となったその直流入力、あるいは直流電源の直接の入力が一時的に中断された時、入力中断検出手段がフィルタコンデンサの直流入力の中断を検出し、ゲート制御手段が回転機負荷の接続されているインバータ回路に対するゲート制御を停止し、他のインバータ回路のゲート制御を継続する。
【０００９】
これによって、ゲート制御が停止されたインバータ回路に接続されている回転機負荷は入力電力の喪失によって機械的な慣性力で回転を続けて発電を行い、回生電力をインバータ回路にその交流側から戻し始める。そしてゲート制御が停止されたインバータ回路ではフライホイールダイオードを通じて回生電力を交流−直流変換してフィルタコンデンサに戻す。
【００１０】
したがって、直流入力が中断してもフィルタコンデンサに回転機負荷から回生電力を供給し、ゲート制御を継続している他のインバータ回路を通じてそれらのインバータ回路に接続されている負荷に対して、フィルタコンデンサが蓄積しているエネルギに加えて回生電力をも供給することができ、負荷への電力供給継続時間を延すことができる。
【００１１】
請求項２の発明の車両用電源装置は、フィルタコンデンサに直流側が並列に接続された複数のインバータ回路と、前記複数のインバータ回路の交流側それぞれに接続された回転機負荷、特定の重要負荷及びそれ以外の非重要負荷と、前記フィルタコンデンサの直流入力の中断を検出する入力中断検出手段と、前記入力中断検出手段が前記直流入力の中断を検出した時に前記回転機負荷及び非重要負荷の接続されているインバータ回路それぞれのゲート制御を停止し、前記特定の重要負荷の接続されているインバータ回路のゲート制御だけを継続するゲート制御手段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、直流入力が中断した時に特定の重要負荷に対してフィルタコンデンサの蓄積エネルギと共に回転機負荷の回生電力を供給することにより、その電力供給継続時間を延す。
【００１３】
請求項３の発明は、請求項１又は２の車両用電源装置において、入力中断検出手段が直流入力の中断を検出した時に、ゲート制御手段がゲート制御を継続するインバータ回路に対してその出力電圧又は周波数を低下させるゲート制御に切替えるようにしたものである。
【００１４】
この請求項３の発明の車両用電源装置では、直流入力が中断した時に回転機負荷以外の負荷、あるいは特定の重要負荷に対してフィルタコンデンサの蓄積エネルギと共に回転機負荷の回生電力をその電圧又は周波数を低下させて供給することにより、その電力供給継続時間をいっそう延す。
【００１５】
請求項４の発明の車両用電源装置は、交流入力に対して接続された回転機負荷と、交流入力に対して回転機負荷と並列に接続された、交流入力、交流出力方式のインバータ回路と、交流入力の中断を検出する入力中断検出手段と、入力中断検出手段が交流入力の中断を検出した時にインバータ回路のゲート制御を継続するゲート制御手段とを備えたものである。
【００１６】
この請求項４の発明の車両用電源装置では、交流入力が一時的に中断された時にもゲート制御手段がインバータ回路のゲート制御を継続することにより、交流入力にインバータ回路と共に接続されている回転機負荷が交流入力の喪失によって機械的な慣性力で回転を続けて発電を行い、回生電力をゲート制御を継続しているインバータ回路を通じて負荷に対して供給することができ、入力中断時の負荷への電力供給継続時間を延すことができる。
【００１７】
請求項５の発明は、請求項４の車両用電源装置において、交流入力に並列に接続された複数のインバータ回路と、入力中断検出手段が交流入力の中断を検出した時に複数のインバータ回路のうち、交流側に特定の重要負荷が接続されているものを除いて他のインバータ回路のゲート制御を停止するゲート制御手段とを備えたものである。
【００１８】
この請求項５の発明の車両用電源装置では、交流入力が中断した時に特定の重要負荷に対して回転機負荷の回生電力を供給することにより、その電力供給継続時間を延す。
【００１９】
請求項６の発明は、請求項４又は５の車両用電源装置において、入力中断検出手段が交流入力の中断を検出した時に、ゲート制御手段がゲート制御を継続するインバータ回路に対してその出力電圧又は周波数を低下させるゲート制御に切替えるようにしたものである。
【００２０】
この請求項６の発明の車両用電源装置では、交流入力が中断した時に全負荷あるいは重要負荷に対して回転機負荷の回生電力をその電圧又は周波数を低下させて供給することにより、その電力供給継続時間をいっそう延す。
【００２１】
【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は請求項１の発明の車両用電源装置の共通する実施の形態の回路構成を示している。直流架線からパンタグラフを通じて直流電力を取込んで出力し、あるいは交流架線からパンタグラフを通じて交流電力を取込み、変圧、順変換して直流を出力する電源回路１の出力側にフィルタコンデンサ２を接続し、このフィルタコンデンサ２に対して複数台、ここでは３台のインバータ回路Ａ，Ｂ，Ｃを並列に接続し、インバータ回路Ａ，Ｃそれぞれには負荷３，４それぞれを接続し、インバータ回路Ｂには誘導電動機のような回転機負荷５を接続してある。
【００２２】
電源入力の中断を検出するために電流検出器６が、電源回路１の直流出力に設置してある。またインバータ回路Ａ，Ｂ，Ｃを個別にゲート制御するゲート制御回路７が設置してあり、電流検出器６の信号ＣＴをこのゲート制御回路７に入力して電源入力の中断を判定するようにしてある。
【００２３】
これらのインバータ回路Ａ，Ｂ，Ｃ各々は図２に示す内部構成であり、３相の可変電圧可変周波数インバータであって、ゲート制御回路７によってゲート制御を受けるＧＴＯサイリスタのような半導体スイッチング素子８とフライホイールダイオード９を１組とする３相構成である。
【００２４】
このインバータ回路Ａ，Ｂ，Ｃそれぞれは、通常動作時にはゲート制御回路７による半導体スイッチング素子８のゲート制御によって直流側から供給され直流電力を可変電圧、可変周波数の交流電力に変換して交流側からそれぞれの負荷３，４，５へ出力する。そしてゲート制御回路７によるゲート制御を停止することによって電力変換を停止するが、この時に交流負荷側から回生電力が与えられると、フライホイールダイオード９を通じて直流側、つまりフィルタコンデンサ２側に直流電力を出力する交流−直流変換作用も行う。
【００２５】
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、電源回路１から出力される直流電力でフィルタコンデンサ２を充電しておき、また直流電力をインバータ回路Ａ，Ｂ，Ｃに供給し、ゲート制御回路７によるゲート制御によってインバータ回路Ａ，Ｂ，Ｃそれぞれが直流入力を所定電圧、所定周波数の交流電力に変換して負荷３，４，５それぞれに出力する。
【００２６】
ここでいま図３に示すように電源回路１に対する交流入力又は直流入力が中断した時には、電源回路１からフィルタコンデンサ２とインバータ回路Ａ，Ｂ，Ｃに対する直流入力が中断する。電流検出器６はこの信号ＣＴをゲート制御回路７に入力し、ゲート制御回路７は電源中断と判定して、回転機負荷５に対するインバータ回路Ｂのゲート制御だけを停止し、他のインバータ回路Ａ，Ｃに対してはゲート制御を継続する。
【００２７】
これによって、インバータ回路Ｂから電力の供給が停止された回転機負荷５は機械的な慣性力によって回転を継続し、発電機となって回生電力を逆にインバータ回路Ｂに戻すことになる。インバータ回路Ｂではこの回生電力をフライホイールダイオード９によって直流に変換してフィルタコンデンサ２側に出力する。
【００２８】
この結果、この第１の実施の形態では、ゲート制御が継続されているインバータ回路Ａ，Ｃに対しては、電源中断によりそれまでのフィルタコンデンサ２に蓄積されていたエネルギを供給して直流−交流変換を継続して負荷３，４に電力を供給し続け、その上、回生電力をもこれらのインバータ回路Ａ，Ｃに供給し、フィルタコンデンサ２の蓄積エネルギだけで賄う時よりも負荷３，４への電力供給継続時間を延すことができる。
【００２９】
次に、請求項２の発明の車両用電源装置の実施の形態について説明する。上記の第１の実施の形態では、回転機負荷５に接続されるインバータ回路Ｂのゲート制御だけを停止するようにしたが、負荷の中には制御回路電源や灯回路のように特に重要な負荷があるので、電源中断時に他の負荷への電源供給を停止しても重要負荷だけにはできる限り長い時間、電力供給を継続する必要がある。
【００３０】
そこでこの第２の実施の形態では、図４に示すように、負荷３だけが重要負荷である場合には、電源中断検出時に回転機負荷５が接続されているインバータ回路Ｂと共に通常負荷４が接続されているインバータ回路Ｃについてもゲート制御を停止し、重要負荷３が接続されているインバータ回路Ａだけ、そのゲート制御を継続する構成にする。
【００３１】
これによって系全体の消費電力を小さくすることによって重要負荷３への給電継続時間をいっそう長くすることができる。
【００３２】
次に、請求項３の発明の車両用電源装置の実施の形態について説明する。インバータ回路Ａ，Ｂ，Ｃそれぞれについて、あるいは少なくとも電源中断時にゲート制御を継続しようとするインバータ回路（上記の第１の実施の形態ではインバータ回路Ａ，Ｃ、第２の実施の形態ではインバータ回路Ａ）について、可変電圧可変周波数形のインバータ回路を採用し、ゲート制御回路７によるゲート制御を出力電圧、出力周波数が所定幅だけ低減するような制御に切替える構成にする。
【００３３】
これによって、電源中断時に給電を継続する負荷に対する給電継続時間をさらに延すことができる。
【００３４】
なお、上記の各実施の形態ではインバータ回路を３台設置しているが、この台数が制限されることはない。
【００３５】
また上記の第１〜第３の実施の形態それぞれにおいて、電源中断後にゲート制御回路７がインバータ回路に対して行うゲート制御継続時間に制限を設け、パンタグラフが架線から離線する時の許容時間である０．３ｓｅｃ程度に制限し、それ以上の中断時には全インバータ回路Ａ，Ｂ，Ｃのゲート制御を停止する機能を追加することができる。
【００３６】
次に、請求項４の発明の車両用電源装置の実施の形態を図５及び図６に基づいて説明する。この第４の実施の形態の特徴は、交流架線からパンタグラフを通じて取得される交流電源に対して回転機負荷１１を接続し、この回転機負荷１１と共に、例えばサイクロコンバータのような交流入力、交流出力方式のインバータ回路Ｄ，Ｅを交流電源に並列に接続し、交流電源の入力の中断を検出する入力中断検出回路１２を設置して、インバータ回路Ｄ，Ｅのゲート制御を行うゲート制御回路１３にこの入力中断検出回路１２から入力中断信号ＣＴを入力するようにした点にある。インバータ回路Ｄ，Ｅそれぞれには負荷１４，１５が接続されている。
【００３７】
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、交流電源は回転機負荷１１に供給され、また同時にインバータ回路Ｄ，Ｅに供給され、インバータ回路Ｄ，Ｅそれぞれは交流入力を所定電圧、所定周波数の交流に変換して負荷１４，１５に給電する。
【００３８】
いま交流架線からパンタグラフが離線するような理由で一時的に交流電源が中断すれば、入力中断検出回路１２は電源中断信号ＣＴをゲート制御回路１３に与える。ゲート制御回路１３はこの電源中断信号ＣＴを受けると、所定の時間、例えば０．３ｓｅｃの間はインバータ回路Ｄ，Ｅそれぞれのゲート制御を継続する。
【００３９】
この時に、交流電源から直接には交流入力を受けないが、電源中断時に機械的な慣性力によって回転し続ける回転機負荷１１が回生電力を発生し、インバータ回路Ｄ，Ｅに供給する。したがって、インバータ回路Ｄ，Ｅのゲート制御によってこの回生電力を所定電圧、所定周波数の交流に変換して引続き負荷１４，１５に供給し続けることができるようになる。
【００４０】
次に、請求項５の発明の実施の形態を図６に基づいて説明する。この第５の実施の形態は図５に示した回路構成であるが、ゲート制御回路１３は入力中断検出回路１２から中断検出信号ＣＴを受信した時に、制御回路電源や灯回路のような重要負荷１４が接続されているインバータ回路Ｄのゲート制御だけを継続し、通常負荷１５が接続されているインバータ回路Ｅ側のゲート制御を停止する機能を備えている。
【００４１】
したがって、いま交流架線からパンタグラフが離線するような理由で一時的に交流電源が中断すれば、入力中断検出回路１２は電源中断信号ＣＴをゲート制御回路１３に与える。ゲート制御回路１３はこの電源中断信号ＣＴを受けると、所定の時間、例えば０．３ｓｅｃの間は重要負荷１４が接続されているインバータ回路Ｄのゲート制御を継続し、通常負荷１５が接続されているインバータ回路Ｅのゲート制御を停止する。
【００４２】
これによって、電源中断時に機械的な慣性力によって回転し続ける回転機負荷１１が発生する回生電力を、インバータ回路Ｄが電力変換して重要負荷１４に電力を供給するようになり、電源中断時にも重要負荷への給電を継続することができるようになる。
【００４３】
次に、請求項６の発明の車両用電源装置の実施の形態について説明する。この第６の実施の形態は、図５に示した車両用電源装置においてインバータ回路Ｄ，Ｅに可変電圧可変周波数のものを採用し、入力中断検出回路１２が交流入力の中断を検出した時に、ゲート制御回路１３がゲート制御を継続するインバータ回路ＤまたはＥに対してその出力電圧又は周波数を低下させるゲート制御に切替えるようにしたものである。
【００４４】
これによって、電源中断時に給電を継続する負荷に対する給電継続時間をさらに延すことができる。
【００４５】
なお、上記の各実施の形態ではインバータ回路を２台設置しているが、この台数が制限されることはない。
【００４６】
また上記の第４〜第６の実施の形態それぞれにおいて、電源中断後にゲート制御回路１３がインバータ回路Ｄ，Ｅに対して行うゲート制御継続時間に制限を設け、パンタグラフが架線から離線する時の許容時間である０．３ｓｅｃ程度に制限し、それ以上の中断時には全インバータ回路Ｄ，Ｅのゲート制御を停止する機能を追加することができる。
【００４７】
【発明の効果】
以上のように請求項１の発明によれば、直流入力が一時的に中断された時、ゲート制御手段が回転機負荷の接続されているインバータ回路に対するゲート制御を停止し、他のインバータ回路のゲート制御を継続するので、ゲート制御が停止されたインバータ回路に接続されている回転機負荷は入力電力の喪失によって機械的な慣性力で回転を続けて発電を行い、回生電力をインバータ回路のフライホイールダイオードを通じてフィルタコンデンサ側に戻すことができ、ゲート制御を継続している他のインバータ回路を通じてそれらのインバータ回路に接続されている負荷に対して、フィルタコンデンサが蓄積しているエネルギに加えて回転機負荷の回生電力をも供給することができ、フィルタコンデンサの容量を増やさずに入力中断直後の負荷への電力供給継続時間を延すことができる。
【００４８】
請求項２の発明によれば、直流入力が中断した時に特定の重要負荷に対してフィルタコンデンサの蓄積エネルギと共に回転機負荷の回生電力を供給するので、フィルタコンデンサの容量を増やさずに入力中断直後の電力供給継続時間を延すことができる。
【００４９】
請求項３の発明によれば、直流入力が中断した時に回転機負荷以外の負荷、あるいは特定の重要負荷に対してフィルタコンデンサの蓄積エネルギと共に回転機負荷の回生電力をその電圧又は周波数を低下させて供給するので、フィルタコンデンサの容量を増やさずに入力中断直後の電力供給継続時間をいっそう延すことができる。
【００５０】
請求項４の発明によれば、交流入力が一時的に中断された時にもゲート制御手段がインバータ回路のゲート制御を継続するので、交流入力にインバータ回路と共に接続されている回転機負荷が機械的な慣性力で回転を続けて発電を行い、回生電力をインバータ回路を通じて負荷に供給することができ、交流入力が中断した直後の負荷への電力供給継続時間を延すことができる。
【００５１】
請求項５の発明によれば、交流入力が中断した時に特定の重要負荷に対して回転機負荷の回生電力を供給するので、その電力供給継続時間を延すことができる。
【００５２】
請求項６の発明によれば、交流入力が中断した時に全負荷あるいは重要負荷に対して回転機負荷の回生電力をその電圧又は周波数を低下させて供給するので、その電力供給継続時間をいっそう延すことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態の回路ブロック図。
【図２】上記の実施の形態のインバータ回路のブロック図。
【図３】上記の実施の形態のゲート制御回路の動作を示すタイミングチャート。
【図４】本発明の第２の実施の形態のゲート制御回路の動作を示すタイミングチャート。
【図５】本発明の第４の実施の形態の回路ブロック図。
【図６】本発明の第５の実施の形態のゲート制御回路の動作を示すタイミングチャート。
【符号の説明】
１  電源回路
２  フィルタコンデンサ
３  負荷
４  負荷
５  回転機負荷
６  電流検出器
７  ゲート制御回路
８  半導体スイッチング素子
９  フライホイールダイオード
１１  回転機負荷
１２  入力中断検出回路
１３  ゲート制御回路
１４  負荷
１５  負荷
Ａ，Ｂ，Ｃ  インバータ回路
Ｄ，Ｅ  インバータ回路
【図１】
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【図２】
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【図３】
0003560720.tif 000004
【図４】
0003560720.tif 000005
【図５】
0003560720.tif 000006
【図６】
0003560720.tif 000007