(57)【要約】  本発明にかかる駅舎電源装置は、インバータ主回路およびインバータ主回路を制御するインバータ制御回路を含み、インバータ主回路が架線からの供給電圧を駅舎内の負荷が必要としている電圧に変換する駅舎用電源生成部１０と、駅舎内の負荷に供給される電圧を変換してインバータ制御回路への入力電圧を生成する制御回路用電源生成部２０と、インバータ主回路が動作を停止している状態かつ制御回路用電源生成部２０がインバータ制御回路への入力電圧を生成する動作を停止している状態において、架線からの供給電圧を変換してインバータ制御回路への入力電圧を生成する起動用電源生成部３０と、を備えている。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
インバータ主回路および当該インバータ主回路を制御するインバータ制御回路を含み、当該インバータ主回路が架線からの供給電圧を駅舎内の負荷が必要としている電圧に変換する駅舎用電源生成部と、
前記駅舎内の負荷に供給される電圧を変換して前記インバータ制御回路への入力電圧を生成する制御回路用電源生成部と、
前記インバータ主回路が動作を停止している状態かつ前記制御回路用電源生成部が前記インバータ制御回路への入力電圧を生成する動作を停止している状態において、架線からの供給電圧を変換して前記インバータ制御回路への入力電圧を生成する起動用電源生成部と、
を備えることを特徴とする駅舎電源装置。
【請求項２】
前記起動用電源生成部は、前記インバータ制御回路への入力電圧を生成する動作を開始後、前記制御回路用電源生成部が前記インバータ制御回路への入力電圧を生成する動作を開始したことを検出した時点で、前記インバータ制御回路への入力電圧を生成する動作を停止することを特徴とする請求項１に記載の駅舎電源装置。
【請求項３】
前記起動用電源生成部は、前記インバータ制御回路への入力電圧を生成する動作を開始後、前記制御回路用電源生成部が前記インバータ制御回路への入力電圧を生成する動作を開始したことを検出できずに所定時間が経過した時点で、前記インバータ制御回路への入力電圧を生成する動作を停止することを特徴とする請求項１に記載の駅舎電源装置。
【請求項４】
前記起動用電源生成部は、前記インバータ制御回路への入力電圧を生成する動作を開始後、前記制御回路用電源生成部が前記インバータ制御回路への入力電圧を生成する動作を開始したことを検出できずに所定時間が経過した時点で、前記インバータ制御回路への入力電圧を生成する動作を停止することを特徴とする請求項２に記載の駅舎電源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、駅舎内の各種負荷に電力を供給する駅舎電源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
駅舎内の負荷（照明装置や空調装置等）は、通常、商用電源から電力の供給を受けて動作する。しかし、停電等により商用電源からの電力供給が停止する場合も考えられるため、駅舎電源装置は、商用電源の停電時など非常時においても駅舎内負荷への電力供給が維持できるような電源回路を備えている。この電源回路は、主回路と主回路を構成している半導体をコントロールするための制御回路とを有する。主回路は、たとえば直流１５００Ｖや７５０Ｖの架線から電力の供給を受け、これを交流に変換して駅舎内負荷に供給する。制御回路は、主回路を構成するインバータの半導体のオンオフ制御や主回路電圧・電流・周波数などに基づき異常を検知してシステムを停止させたりする。特許文献１には、商用電源から駅舎内負荷への電力供給が停止した場合に、変電所内の電力回生インバータを自励式インバータとして動作させることにより、非常用電力を供給する電鉄用電源設備が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開昭６１−２５１４３７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１には、電力回生インバータを制御する制御装置に対する電力供給方法について記載されていないが、商用電源からの電力供給が断たれた場合の非常用電力を得るという目的を考慮すると、電力回生インバータの制御装置は、架線またはバッテリー等の蓄電装置から電力供給を受けて動作すると考えられる。【０００５】
しかしながら、架線から電力供給を受ける場合、１５００Ｖや７５０Ｖを変換して制御装置が必要とする電圧を生成する回路の規模が大きくなり、コストアップとなる。また、蓄電装置から電力供給を受ける場合、蓄電装置は高価でありコストアップを招くとともに、蓄電装置を充電するための回路を別途設ける必要がある。また、蓄電装置の寿命についても考慮する必要がある。【０００６】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、コストアップを抑えるとともに装置サイズの大型化を回避可能な駅舎電源装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、インバータ主回路および当該インバータ主回路を制御するインバータ制御回路を含み、当該インバータ主回路が架線からの供給電圧を駅舎内の負荷が必要としている電圧に変換する駅舎用電源生成部と、前記駅舎内の負荷に供給される電圧を変換して前記インバータ制御回路への入力電圧を生成する制御回路用電源生成部と、前記インバータ主回路が動作を停止している状態かつ前記制御回路用電源生成部が前記インバータ制御回路への入力電圧を生成する動作を停止している状態において、架線からの供給電圧を変換して前記インバータ制御回路への入力電圧を生成する起動用電源生成部と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
この発明によれば、装置の小型化および低コスト化を実現できるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、駅舎電源装置の構成例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下に、本発明にかかる駅舎電源装置の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００１１】
実施の形態．
図１は、本発明にかかる駅舎電源装置の構成例を示す図である。本実施の形態の駅舎電源装置は、架線から供給された直流電圧を駅舎内の負荷が必要としている交流電圧（例えばＡＣ２１０Ｖ）に変換する駅舎用電源生成部１０と、駅舎用電源生成部１０から出力された交流電圧を、駅舎用電源生成部１０内のインバータ制御回路が必要としている直流電圧（例えばＤＣ１００Ｖ）に変換する制御回路用電源生成部２０と、駅舎用電源生成部１０が電力変換動作を開始する際に、架線から供給された直流電圧を駅舎用電源生成部１０内のインバータ制御回路が必要としている直流電圧に変換する起動用電源生成部３０とを備えている。制御回路用電源生成部２０の出力側には電圧検出器４０が設けられている。以下、各構成要素について説明する。
【００１２】
（駅舎用電源生成部１０）
駅舎用電源生成部１０は、主要な構成要素として、充電回路、蓄電素子、インバータ主回路、フィルタ回路およびトランスを備えている。
【００１３】
駅舎用電源生成部１０において、インバータ主回路は、インバータ制御回路からの指示に従い、充電回路および蓄電素子を介して架線から供給された直流電圧（例えばＤＣ１５００Ｖ）を三相交流電圧に変換し、フィルタ回路およびトランスを介して駅舎の電源に供給する。なお、図示した駅舎用電源生成部１０の構成は一つの例であり、架線から供給された電力を駅舎の電源（駅舎内負荷が必要としている電力）に変換可能なものであればどのような構成であっても構わない。また、架線から供給される電力が直流の場合について説明するが、交流であっても構わない。
【００１４】
インバータ制御回路は、図示を省略した電圧検出器により架線の電圧（以下、架線電圧）を監視しており、架線電圧（架線電圧値）および動作モード指示信号に基づいて、インバータ主回路内の半導体素子（例えばＩＧＢＴ：Insulated  Gate  Bipolar  Transistor）をスイッチング制御する。動作モード指示信号は、例えば、駅舎内負荷への商用電源（ＡＣ２１０Ｖ）供給が停止したか否か（すなわち、停電が発生したか否か）を示す信号である。動作モード指示信号が商用電源の停電中を示す場合、インバータ制御回路は、予備電源モードと判断し、予備電源モードに対応した電力変換を行うよう、インバータ主回路を制御する。動作モード指示信号が商用電源の停電中を示していない場合、インバータ制御回路は、通常モードと判断し、通常モードに対応した電力変換を行うよう、インバータ主回路を制御する。
【００１５】
予備電源モードの場合、インバータ制御回路は、架線から供給された直流電圧を駅舎内負荷が必要としている交流電圧に変換する動作（以下、この動作を「駅舎用電源生成動作」と呼ぶ）を継続して行うよう、インバータ主回路を制御する。一方、通常モードの場合、インバータ制御回路は、架線電圧が所定のしきい値以上の状態、すなわち、走行中の列車から架線に対する電力回生が行われ、架線電圧が上昇している状態においてのみ駅舎用電源生成動作を行うよう、インバータ主回路を制御する。
【００１６】
（制御回路用電源生成部２０）
制御回路用電源生成部２０は、駅舎用電源生成部１０から出力された交流電圧、または、図示を省略した商用電源（駅舎内負荷に接続されている商用電源）から供給された交流電圧（ＡＣ２１０Ｖ）を、駅舎用電源生成部１０のインバータ制御回路用の直流電圧（ＤＣ１００Ｖ）に変換する。
【００１７】
（起動用電源生成部３０）
起動用電源生成部３０は、主要な構成要素として、制御回路３１、抵抗３２、電源３３、ＩＧＢＴ３４およびトランス３５を備えている。起動用電源生成部３０においては、制御回路３１がＩＧＢＴ３４をスイッチング制御することにより、架線から供給された直流電圧を、駅舎用電源生成部１０のインバータ制御回路用の直流電圧（ＤＣ１００Ｖ）に変換する。ただし、架線からの直流電圧をインバータ制御回路用の直流電圧に変換する動作は、制御回路用電源生成部２０から駅舎用電源生成部１０のインバータ制御回路に対して電力供給が行われていない状態を検出した場合に実行する。すなわち、制御回路３１は、制御回路用電源生成部２０の出力側に設けられた電圧検出器４０による検出結果に基づいて、制御回路用電源生成部２０から駅舎用電源生成部１０のインバータ制御回路に対して電力が供給されているか否かを判別し、電力が供給されていない場合、架線からの直流電圧をインバータ制御回路用の直流電圧に変換するよう、ＩＧＢＴ３４を制御する。なお、制御回路用電源生成部２０から駅舎用電源生成部１０のインバータ制御回路に対して電力が供給されない状態は、駅舎用電源生成部１０が駅舎用電源生成動作を行っておらず、なおかつ、商用電源から駅舎内負荷への電力供給が停止した状態である。
【００１８】
なお、図示した起動用電源生成部３０の構成は一つの例であり、架線から供給された電力をインバータ制御回路用の電圧に変換可能なものであればどのような構成であっても構わない。
【００１９】
以下、本実施の形態の駅舎電源装置の全体動作について説明する。
【００２０】
駅舎電源装置において、駅舎用電源生成部１０のインバータ主回路を動作させるためには、まず最初にインバータ主回路内の半導体素子を駆動するためのインバータ制御回路を動作させる必要がある。インバータ制御回路を動作させるためにはその電源（たとえばＤＣ１００Ｖ）が必要となり、図示した制御回路用電源生成部２０を設置することによって駅舎用電源生成部１０の出力からＤＣ１００Ｖの電源を作ることは容易にできる。
【００２１】
インバータ主回路が停止している状態から駅舎用電源生成部１０を起動する場合、最初はインバータ（駅舎用電源生成部１０）から交流電圧（たとえばＡＣ２１０Ｖ）が出力されていない。このとき、駅舎の電源（たとえばＡＣ２１０Ｖで変電所から送電されている商用電力）がある場合には、駅舎の電源から制御回路用電源生成部２０を介してインバータ制御回路へＤＣ１００Ｖの電源を供給し、駅舎用電源生成部１０を起動する（駅舎用電源生成動作を開始する）ことができる（図示した破線（１）の電源供給経路）。インバータ主回路が起動した後はインバータ出力電圧（ＡＣ２１０Ｖ）が出力され、インバータ制御回路の電源ＤＣ１００Ｖはインバータ出力電圧から供給される（図示した破線（２）の電源供給経路）。しかし、たとえば、駅舎の電源が停電し、上記のＡＣ２１０Ｖ（破線（１）に相当）が供給できなくなった場合、いったんインバータ主回路が停止した後は、制御回路用電源生成部２０からインバータ制御回路への入力電源がなくなり、駅舎用電源生成部１０が起動不能となる。この結果、停電時に駅舎用電源生成部１０を駅の非常用電源として電源供給する予備電源モードでの動作に移行できなくなる。
【００２２】
この問題を解決するために、本実施の形態の駅舎電源装置は、架線電圧から直接ＤＣ−ＤＣコンバータによってＤＣ１００Ｖの電源を作る、起動用電源生成部３０を設けている。すなわち、駅舎の電源が停電しており、かつ駅舎用電源生成部１０のインバータ主回路も停止している場合、この起動用電源生成部３０によってインバータ制御回路のＤＣ１００Ｖ電源を供給する（図示した破線（３）の電源供給経路）。インバータ制御回路が動作開始するとインバータ主回路が動作を開始し、駅舎用電源生成部１０のインバータ出力電圧が出力されるため、制御回路用電源生成部２０からＤＣ１００Ｖの電源出力が始まる。これによって、駅舎が停電の場合でもインバータ主回路が起動することができ、なおかつ、起動後は駅舎用電源生成動作を継続できる。このため、起動用電源生成部３０は、制御回路用電源生成部２０からＤＣ１００Ｖの電源出力が開始された後は、インバータ制御回路のＤＣ１００Ｖ電源を生成する動作を停止（破線（３）の電源供給を終了）しても問題はない。
【００２３】
上記のように、インバータ主回路が動作を開始し、インバータ出力電圧が出力されると、インバータ制御回路の電源（ＤＣ１００Ｖ）は制御回路用電源生成部２０から供給されるため、起動用電源生成部３０からの電源供給は不要になる。そのため、起動用電源生成部３０は、インバータ制御回路にＤＣ１００Ｖが供給されているかどうかを電圧検出器４０で検知し、このＤＣ１００Ｖが供給されていることを検出した時点で、インバータ制御回路へのＤＣ１００Ｖ電源の供給動作を終了する。通常、インバータ制御回路オンからインバータ主回路が動作しインバータ出力電圧が供給開始されるまでの所要時間は数秒程度であるため、その間のみ起動用電源生成部３０が動作すればよい（インバータ制御回路へのＤＣ１００Ｖ電源の供給動作を行えばよい）。ここで、故障等により、駅舎用電源生成部１０のインバータ主回路が起動できず、インバータ出力電圧が出力されないケースがあり得る。そのため、起動用電源生成部３０は、インバータ制御回路へのＤＣ１００Ｖ電源の供給動作を開始後、所定時間（例えば１０秒）が経過しても駅舎用電源生成部１０のインバータ主回路が起動したことを検出できない場合（電圧検出器４０でＤＣ１００Ｖが検出されない場合）、故障と判断し、ＤＣ１００Ｖ電源の供給動作を終了する。表示パネル等を設けておき、故障と判断した場合にはその旨を外部に通知するようにしてもよい。
【００２４】
駅舎用電源生成部１０が起動してインバータ出力電圧（ＡＣ１２０Ｖ）が出力され、制御回路用電源生成部２０からＤＣ１００Ｖが出力されるまでの間においてのみ起動用電源生成部３０がインバータ制御回路のＤＣ１００Ｖ電源を生成する構成としたことにより、ＤＣ−ＤＣコンバータに使っているスイッチングデバイス（ＩＧＢＴ３４）の損失は最小限に抑制でき、それに伴い冷却器（図示せず）も小型化できる。また、トランス３５についても、常時インバータ制御回路に電源供給する必要がないため、その出力容量を抑えることができ、小型化・低コスト化が可能となる。以上のことから、起動用電源生成部３０を小型化・低コスト化できる。また、起動用電源生成部３０がインバータ制御回路のＤＣ１００Ｖ電源を生成する動作の実行時間を所定時間以下（１０秒以下、など）に限定したので、駅舎用電源生成部１０または制御回路用電源生成部２０が故障している状態においても、起動用電源生成部３０が長時間にわたって動作してしまうのを回避でき、起動用電源生成部３０の小型化が可能になるとともに、起動用電源生成部３０自体が故障してしまうのを防止できる。
【００２５】
起動用電源生成部３０のみでインバータ制御回路の電源を常時生成することも可能であり、この場合は制御回路用電源生成部２０が不要となる。しかし、高圧をダイレクトに直流変換するために、起動用電源生成部３０の一時側のスイッチング素子のスイッチング損失が大きくなり、またスイッチング素子の電流の大容量化が必要となる。その結果、素子が高額化するとともに冷却器も大型化するという問題がある。一方、ＡＣ２１０ＶからＤＣ１００Ｖを作る電源（制御回路用電源生成部２０に相当）は汎用性があり、価格も安いため、できるだけ制御回路用電源生成部２０を使用してインバータ制御回路用の電源を生成し、架線からダイレクトにインバータ制御回路用の電源を生成する電源（起動用電源生成部３０）を使用する時間を短縮化した方が、装置の小型化および低コスト化が可能となる。
【００２６】
このように、本実施の形態の駅舎電源装置において、起動用電源生成部３０は、駅舎用電源生成部１０が駅舎用電源生成動作を行っていない状態、かつ商用電源の停電により制御回路用電源生成部２０が駅舎用電源生成部１０のインバータ制御回路用の直流電圧を生成していない状態において、すなわち、電圧検出器４０によりＤＣ１００Ｖが検出されていない状態において、架線から供給された直流電圧を、駅舎用電源生成部１０のインバータ制御回路用の直流電圧に変換する動作を実行することとした。これにより、駅舎用電源生成部１０が駅舎用電源を生成していない状態で商用電源の供給が停止した場合にも、駅舎用電源生成部１０を起動させ、駅舎内負荷に対して非常用電力を供給することができる。また、起動用電源生成部３０は駅舎用電源生成部１０を起動させる際の短時間においてのみインバータ制御回路用の直流電圧を生成するので、装置の小型化および低コスト化を実現できる。
【産業上の利用可能性】
【００２７】
以上のように、本発明は、鉄道システムにおいて、商用電源の停電時に架線からの電力を利用して非常用電力を生成し、駅舎内負荷に供給することが可能な駅舎電源装置として有用である。
【符号の説明】
【００２８】
１０  駅舎用電源生成部、２０  制御回路用電源生成部、３０  起動用電源生成部、３１  制御回路、３２  抵抗、３３  電源、３４  ＩＧＢＴ、３５  トランス、４０  電圧検出器。
【図１】
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【手続補正書】
【提出日】平成27年3月24日(2015.3.24)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
インバータ主回路および当該インバータ主回路を制御するインバータ制御回路を含み、当該インバータ主回路が架線からの供給電圧を駅舎内の負荷が必要としている電圧に変換する駅舎用電源生成部と、
前記駅舎内の負荷に供給される電圧を変換して前記インバータ制御回路への入力電圧を生成する制御回路用電源生成部と、
前記インバータ主回路が動作を停止している状態かつ前記制御回路用電源生成部が前記インバータ制御回路への入力電圧を生成する動作を停止して前記インバータ制御回路が動作を停止している状態において、架線からの供給電圧を変換して前記インバータ制御回路への入力電圧を生成する起動用電源生成部と、
を備えることを特徴とする駅舎電源装置。
【請求項２】
前記起動用電源生成部は、前記インバータ制御回路への入力電圧を生成する動作を開始後、前記制御回路用電源生成部が前記インバータ制御回路への入力電圧を生成する動作を開始したことを検出した時点で、前記インバータ制御回路への入力電圧を生成する動作を停止することを特徴とする請求項１に記載の駅舎電源装置。
【請求項３】
前記起動用電源生成部は、前記インバータ制御回路への入力電圧を生成する動作を開始後、前記制御回路用電源生成部が前記インバータ制御回路への入力電圧を生成する動作を開始したことを検出できずに所定時間が経過した時点で、前記インバータ制御回路への入力電圧を生成する動作を停止することを特徴とする請求項１に記載の駅舎電源装置。
【請求項４】
前記起動用電源生成部は、前記インバータ制御回路への入力電圧を生成する動作を開始後、前記制御回路用電源生成部が前記インバータ制御回路への入力電圧を生成する動作を開始したことを検出できずに所定時間が経過した時点で、前記インバータ制御回路への入力電圧を生成する動作を停止することを特徴とする請求項２に記載の駅舎電源装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１５】
予備電源モードの場合、インバータ制御回路は、架線から供給された直流電圧を駅舎内負荷が必要としている交流電圧に変換する動作（以下、この動作を「駅舎用電源生成動作」と呼ぶ）を継続して行うよう、インバータ主回路を制御する。一方、通常モードの場合、インバータ制御回路は、架線電圧が所定のしきい値以上の状態、すなわち、走行中の列車から架線に対する電力回生が行われ、それにより架線電圧が上昇した状態においてのみ駅舎用電源生成動作を行うよう、インバータ主回路を制御する。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２４】
駅舎用電源生成部１０が起動してインバータ出力電圧（ＡＣ２１０Ｖ）が出力され、制御回路用電源生成部２０からＤＣ１００Ｖが出力されるまでの間においてのみ起動用電源生成部３０がインバータ制御回路のＤＣ１００Ｖ電源を生成する構成としたことにより、ＤＣ−ＤＣコンバータに使っているスイッチングデバイス（ＩＧＢＴ３４）の損失は最小限に抑制でき、それに伴い冷却器（図示せず）も小型化できる。また、トランス３５についても、常時インバータ制御回路に電源供給する必要がないため、その出力容量を抑えることができ、小型化・低コスト化が可能となる。以上のことから、起動用電源生成部３０を小型化・低コスト化できる。また、起動用電源生成部３０がインバータ制御回路のＤＣ１００Ｖ電源を生成する動作の実行時間を所定時間以下（１０秒以下、など）に限定したので、駅舎用電源生成部１０または制御回路用電源生成部２０が故障している状態においても、起動用電源生成部３０が長時間にわたって動作してしまうのを回避でき、起動用電源生成部３０の小型化が可能になるとともに、起動用電源生成部３０自体が故障してしまうのを防止できる。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２５】
起動用電源生成部３０のみでインバータ制御回路の電源を常時生成することも可能であり、この場合は制御回路用電源生成部２０が不要となる。しかし、高圧をダイレクトに直流変換するために、起動用電源生成部３０の一次側のスイッチング素子のスイッチング損失が大きくなり、またスイッチング素子の電流の大容量化が必要となる。その結果、素子が高額化するとともに冷却器も大型化するという問題がある。一方、ＡＣ２１０ＶからＤＣ１００Ｖを作る電源（制御回路用電源生成部２０に相当）は汎用性があり、価格も安いため、できるだけ制御回路用電源生成部２０を使用してインバータ制御回路用の電源を生成し、架線からダイレクトにインバータ制御回路用の電源を生成する電源（起動用電源生成部３０）を使用する時間を短縮化した方が、装置の小型化および低コスト化が可能となる。
【国際調査報告】
2014038020.tif 000004
2014038020.tif 000005