(57)【要約】  外部から電力を取り入れる複数の集電装置を経由して入力された電圧を所定の値の直流に変換して出力し、出力側に接続された電力貯蔵部への充放電動作を行うコンバータ部を有した電気車制御装置において、前記コンバータ部は、コンバータ回路と制御部（１４）とを備え、制御部（１４）は、制御部（１４）には、集電装置が正常に外部から電力を取り入れられる状態であるか否かを示す集電装置状態信号が入力され、コンバータ回路の電流の指令である電流指令を生成し、前記集電装置状態信号に基づいて、前記電流指令の大きさを調整する電流調整部（６６）と、前記電流指令に基づいてコンバータ回路の電流を制御する電流制御部（６７）と、を有する。
2013183152.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外部から電力を取り入れる複数の集電装置を経由して入力された電圧を所定の値の直流に変換して出力し、出力側に接続された電力貯蔵部への充放電動作を行う電力変換部を有した電気車制御装置において、
前記電力変換部は、主回路部と制御部とを有し、
前記制御部には、前記集電装置が正常に外部から電力を取り入れられる状態であるか否かを示す集電装置状態信号が入力され、
前記制御部は、前記主回路部の電流の指令である電流指令を生成し、前記集電装置状態信号に基づいて、前記電流指令の大きさを調整する電流調整部と、
前記電流指令に基づいて前記主回路部の電流を制御する電流制御部と、を有したことを特徴とする電気車制御装置。
【請求項２】
前記電流調整部は、前記集電装置状態信号が、複数の前記集電装置のうちの何れかが正常に電力を取り入れることができない状態であることを示している場合、前記電流を前記集電装置が全て正常に電力を取り入れることができる状態のときよりも低減するように前記電流指令の大きさを調整することを特徴とする請求項１に記載の電気車制御装置。
【請求項３】
前記電流調整部には、車速を示す車速信号がさらに入力され、
前記電流調整部は、前記車速信号と、前記集電装置状態信号とに基づいて、前記電流指令の大きさを調整することを特徴とする請求項１に記載の電気車制御装置。
【請求項４】
前記電流調整部は、前記集電装置状態信号が、複数の前記集電装置のうちの何れかが電力を取り入れることができない状態であることを示している場合、前記車速信号が所定値よりも大きいときは、前記車速信号が所定値以下のときよりも、前記電流の大きさを増加させるように前記電流指令の大きさを調整することを特徴とする請求項３に記載の電気車制御装置。
【請求項５】
外部から電力を取り入れる複数の集電装置を経由して入力された電圧を所定の値の直流に変換して出力し、出力側に接続された電力貯蔵部への充放電動作を行う電力変換部を複数有した電気車制御装置において、
前記電力変換部は、主回路部と制御部とを有し、
前記制御部には、前記集電装置が正常に外部から電力を取り入れられる状態であるか否かを示す集電装置状態信号が入力され、
前記制御部は、前記主回路部の電流の指令である電流指令を生成し、前記電流指令に基づいて前記主回路部の電流を制御し、前記集電装置状態信号に基づいて、前記主回路部の電流の有無を制御することを特徴とする電気車制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気車の推進制御に供される電気車制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に電気車は、架線からの電力を集電装置で取り入れ、取り入れた電力を使用してインバータ等の電力変換装置で電動機を駆動して走行する構成としている。【０００３】
また、電気車では、車両にブレーキをかけるときは、電動機を回生運転してブレーキ力を得るいわゆる回生ブレーキが用いられる。このとき発生する回生電力は、架線や第三軌条等を介して、自車付近に存在する他の力行車両や車両の空調などの負荷へ供給され、そこで消費されることになる。【０００４】
しかしながら、早朝、夜間や、列車の運行本数の少ない閑散線区では、自車付近に他の車両が存在しない（回生負荷が不足する）場合が発生し、回生ブレーキにより発生した回生電力が十分に消費されない場合が存在する。他の車両で消費される電力よりも自車の回生電力が大きくなると架線電圧が上昇することになり、架線に接続される種々の機器を過電圧でトリップさせたり、破損させたりする虞がある。【０００５】
このため、架線電圧が上昇した場合、インバータ装置は、回生ブレーキを絞り込み、回生電力の発生を抑制する回生絞り込み制御を行う。この際、この回生絞り込み制御により回生ブレーキ力が減少するので、減少して不足したブレーキ力は、摩擦ブレーキで補う。【０００６】
一方、摩擦ブレーキを使用することは、本来電力回生が可能である電気車の運動エネルギーの一部を熱として大気中に廃棄することに繋がるので、省エネ性の観点からの問題がある。【０００７】
そこで、電気車に二次電池や電気二重層キャパシタのような電力貯蔵素子を搭載し、必要に応じて回生電力を電力貯蔵素子に貯蔵することで、回生負荷が不足するケースでも安定な回生ブレーキを得るシステムが開発されている（例えば、特許文献１参照）。なお、電力貯蔵素子に貯蔵した電力は、次に電気車が加速するときに使用することが可能であるので、省エネになる。【０００８】
また、電力貯蔵素子を搭載した電気車は、架線の設備がない非電化路線を走行することができる。この場合は、電力貯蔵素子からの電力のみを使用して電動機を駆動して加速し、またブレーキ時に電動機が発生する回生電力はすべて電力貯蔵素子へ貯蔵することになる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００５−２７８２６９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
このような電力貯蔵素子を搭載した電気車が、比較的長距離の非電化区間を運行する場合、車両に搭載する電力貯蔵素子の数量が多くなり経済的ではない。したがって、非電化区間の終着駅や途中駅、途中区間などに、電源となる変電所や充電設備と接続された充電用導体（以下、架線とも称する）を設置しておき、架線と集電装置（以下パンタグラフとも称する）を接触させることで非電化区間の走行により充電量の低下した電力貯蔵素子への充電（継ぎ足し充電）を行う形態が考えられる。【００１１】
この形態では、電気車は充電用架線の下を走行中にパンタグラフを上昇させるか、あるいは、充電用架線の直下に停車し、パンタグラフを上昇させて、パンタグラフを充電用架線と接触させて電気的に接続する。これにより、パンタグラフには電圧が印加されるので、この電圧を電気車制御装置で検出し、コンバータ回路などの電力変換部を介して電力貯蔵素子への充電動作を開始する。【００１２】
この充電動作においては、極力急速に電力貯蔵素子の充電量を回復させる必要があるため、電気車はパンタグラフを介して大電流での充電を行うことになる。なお、電気車が走行中は、架線とパンタグラフの接触点は常時摺動して移動するので接触抵抗による発熱点が分散すること、また走行風による冷却効果があることから、パンタグラフには比較的大電流を流すことができる。【００１３】
しかしながら、停車中の電力貯蔵素子への充電時においては、架線とパンタグラフの接触点は変化しないため発熱箇所が局所的になり、また走行風もないので、架線とパンタグラフとの接触点の温度が上昇しやすくなる。したがって、走行中に比べてパンタグラフに流せる電流の大きさは減少する。【００１４】
架線とパンタグラフとの接触点の温度上昇を抑えつつ、停車中の大電流での充電を可能とするため、電気車に、電気的に接続されたパンタグラフを複数台搭載し、パンタグラフに流れる電流を分散させる構成が考えられる。【００１５】
このような構成の課題として、上記の複数のパンタグラフのうち一部が正常動作しない場合が想定される。例えば一部のパンタグラフが故障したりして十分に上昇せず、架線に接触しない場合である。この場合でも、電気的に接続された他の健全なパンタグラフから電力変換部には電圧が印加されるので、電気車制御装置はパンタグラフが正常に架線と接続されたと認識して、あらかじめ設定された電流で電力貯蔵素子への充電動作を開始してしまう。【００１６】
この場合、健全なパンタグラフには通常以上の電流が流れることになり、パンタグラフと架線との接触点の温度が過大となり、接触点の溶損や溶断など、健全なパンタグラフや架線を損傷させてしまう虞がある。こうなると、電気車は電力貯蔵素子への充電が不可能となり走行不能に陥る。【００１７】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、パンタグラフと架線との接触点の温度上昇を抑えつつ、走行中あるいは停車中に電力貯蔵素子への充電を行うことが可能な電気車制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、外部から電力を取り入れる複数の集電装置を経由して入力された電圧を所定の値の直流に変換して出力し、出力側に接続された電力貯蔵部への充放電動作を行う電力変換部を有した電気車制御装置において、前記電力変換部は、主回路部と制御部とを有し、前記制御部には、前記集電装置が正常に外部から電力を取り入れられる状態であるか否かを示す集電装置状態信号が入力され、前記制御部は、前記主回路部の電流の指令である電流指令を生成し、前記集電装置状態信号に基づいて、前記電流指令の大きさを調整する電流調整部と、前記電流指令に基づいて前記主回路部の電流を制御する電流制御部と、を有したことを特徴とする特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
この発明によれば、パンタグラフと架線との接触点の温度上昇を抑えつつ、走行中あるいは停車中に電力貯蔵素子への充電を行うことができる、という効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】図１は、実施の形態１における電気車制御装置の構成例を示す図である。
【図２】図２は、実施の形態１におけるコンバータ部の構成例を示す図である。
【図３】図３は、実施の形態１における制御部の構成例を示す図である。
【図４】図４は、実施の形態２における電気車制御装置の構成例を示す図である。
【図５】図５は、実施の形態２における制御部の構成例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下に、本発明にかかる電気車制御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。
【００２２】
実施の形態１．
図１は、本発明にかかる電気車制御装置の実施の形態１の構成例を示す図である。本実施の形態の電気車制御装置１００は、電気車の駆動を制御する制御装置である。図１に示すように、図示しない外部電源である変電所からの電力は、架線（導体）１から集電装置２ａ，２ｂを介して、電力変換部であり例えばＤＣ（Direct  Current）ＤＣコンバータであるコンバータ部１０に、入力される。コンバータ部１０からのリターン電流は、電気車の車輪３を経由してレール４に接続され、図示しない変電所の負側へ戻る。
【００２３】
図１では、集電装置２ａ，２ｂはパンタグラフであるとして図示しているが、このほかの形状の集電装置でもよい。例えば架線１が第三軌条である場合はそれに対応した集電靴となる。なお集電装置２ａ，２ｂは互いに電気的に接続されている。なお、互いに電気的に接続された集電装置の台数には限定はなく、複数であれば本発明を適用できる。
【００２４】
なお、集電装置２ａ，２ｂには、集電装置状態検知部５ａ，５ｂがそれぞれ設けてある。集電装置状態検知部５ａ，５ｂは、集電装置２ａ，２ｂがそれぞれ架線１に正常に接触している状態であるか否か（正常に外部からの電力を取り入れられる状態であるか否か）を検出あるいは判断し、その結果を集電装置状態信号ＰＵとして出力する。
【００２５】
具体的には、たとえば集電装置２ａ，２ｂがパンタグラフである場合には、集電装置状態検知部５ａ，５ｂは、パンタグラフが折りたたみ状態でないか、架線１に接触するのに十分なだけ上昇しているかを、センサなどを用いて検出して判断する構成とすればよい。
【００２６】
コンバータ部１０は、直流／直流変換を行う主回路であるコンバータ回路１３と、制御部１４とを具備する。例えば、コンバータ部１０は、架線１の直流１５００Ｖ程度の電圧を、電力貯蔵部５０の電圧（例えば、７００Ｖ程度）に変換して出力する。なお、コンバータ部１０が変換する電圧値は、この例に限定されない。
【００２７】
なお、以上の説明では架線１が直流電源である場合で説明をしたが、架線１が交流電源である場合は、コンバータ回路１３は入力された交流電力を直流電力に双方向に変換可能な回路であるＰＷＭ（Pulse  Width  Modulation）コンバータ回路が好適である。
【００２８】
コンバータ部１０の出力にはインバータ部３０が接続される。インバータ部３０は、直流／交流変換を行う主回路であるインバータ回路を有する。インバータ回路は、電圧形ＰＷＭインバータ回路が好適であり、その回路構成は公知であるので割愛する。
【００２９】
またコンバータ部１０の出力には電力貯蔵部５０が接続される。電力貯蔵部５０は二次電池やキャパシタなどの電力貯蔵素子が内蔵されて構成される。電力貯蔵部５０には、電気車が所定の距離を走行するために必要な電力量が充電可能に構成される。
【００３０】
インバータ部３０の交流出力側には、電動機４０が接続される。電動機４０は複数台を並列に接続してもよい。電動機４０は、車輪３を駆動し、電気車を走行させる。電動機４０には、その回転速度を検出する回転検出器４１が設けられ、電動機４０の回転速度情報である速度ＶＥＬをコンバータ制御部１４へ入力する。なお、電動機４０の回転速度情報は、回転検出器４１で得ることに限定されるわけでなく、他の手段を用いて得てもよい。
【００３１】
なお、インバータ部３０は、空調装置等の補機への電力供給を行う補助電源装置を含むものとしてもよい。
【００３２】
また、図１の例では、コンバータ部１０、インバータ部３０、電力貯蔵部５０を、それぞれ１台ずつ接続した形態を示しているが、それぞれ複数台があっても本発明を適用できる。
【００３３】
また、図１の例では、インバータ部３０はコンバータ部１０の出力に接続されている構成を示しているが、これ以外の形態でもかまわない。たとえば集電装置２ａ，２ｂに対してコンバータ部１０とインバータ部３０を並列に接続する形態でもよい。コンバータ部１０の出力には電力貯蔵部５０が接続してあれば本発明は適用できる。
【００３４】
次に、コンバータ部１０の構成について説明する。図２は、本発明の実施の形態１におけるコンバータ部１０の構成例を示す図である。コンバータ部１０は、主回路であり電力変換回路であるコンバータ回路１３と、コンバータ回路１３を構成するスイッチング素子（図示せず）をオンオフ制御する制御部１４とを備える。
【００３５】
制御部１４には、コンバータ回路１３の入力電流を示す信号である信号ＩＳ、コンバータ回路１３の出力電流を示す信号である信号ＩＢ、電気車の速度を示す信号である信号ＶＥＬ、集電装置５ａ，５ｂそれぞれの状態を示す信号である集電装置状態信号ＰＵが入力される。集電装置状態信号ＰＵは、集電装置５ａ，５ｂがパンタグラフの場合には、それぞれのパンタグラフが十分に上昇して架線１に接触している状態であるか否かの検出結果あるいは判断結果である状態情報が含まれた信号である。
【００３６】
次に制御部１４の構成について説明する。図３は、本発明の実施の形態１における制御部１４の構成例を示す図である。図３に示すように、制御部１４は電流調整部６６と電流制御部６７を有する。電流調整部６６には、電気車の車速を示す信号ＶＥＬ、集電装置状態信号ＰＵ、充電電流指令ＩＣＲＥＦが入力され、コンバータ回路１３の電流指令値である信号ＩＲＥＦを生成する。信号ＩＲＥＦは例えばコンバータ回路１３の出力電流ＩＢの電流指令値であるが、これに限定されない。
【００３７】
電流調整部６６の内部には、入力電流制限値ＩＳＬＩＭが設定されている。ＩＳＬＩＭはコンバータ部１０の入力電流ＩＳの制限値を示す値である。たとえばコンバータ部１０の入力電流ＩＳの大きさを最大１００Ａに制限したい場合はＩＳＬＩＭを１００Ａに設定する。
【００３８】
ＩＳＬＩＭはゲイン（増幅器）６１，ゲイン６２，ゲイン６３を介してそれぞれ信号Ａ，Ｂ，Ｃとして選択処理部６４に入力される。図３では、一例として、ゲイン６１は１．０倍、ゲイン６２は０．８倍、ゲイン６３は０．５倍として図示している。後述のように、信号Ａは集電装置２ａ，２ｂがともに正常に上昇している場合の入力電流の制限値として用いられ、信号Ｂは集電装置２ａ，２ｂのいずれか一方が正常でない場合の走行時の入力電流の制限値として用いられ、信号Ｃは集電装置２ａ，２ｂのいずれか一方が正常でない場合の停車時の入力電流の制限値として用いられる。各ゲインの値は、図３の例に限定されない。
【００３９】
選択処理部６４は、車速信号ＶＥＬと信号ＰＵとに基づいて、信号Ａ，Ｂ，Ｃのうちからひとつを選択して信号ＩＳＬＩＭ１として制限部６５に出力する。信号Ａ，Ｂ，Ｃの選択方法については後述する。
【００４０】
制限部６５には、充電電流指令ＩＣＲＥＦが入力される。充電電流指令ＩＣＲＥＦは、電気車が充電用の架線１から電力貯蔵部５０へ充電を行う際の充電電流の指令値であり、制御部１４の内部にあらかじめ設定している値であってもよいし、外部から入力された値であってもよい。
【００４１】
制限部６５では、充電電流指令ＩＣＲＥＦの大きさを、入力電流ＩＳと信号ＩＳＬＩＭ１に基づいて制限して信号ＩＲＥＦを生成する。具体的にはコンバータ部１０の入力電流ＩＳの大きさが信号ＩＳＬＩＭ１より大きくならないように、充電電流指令ＩＣＲＥＦの大きさを抑えて信号ＩＲＥＦを生成する。なお、入力電流ＩＳは、図示のように直接入力される以外にも、電流ＩＢなどから計算して算出することも可能であるので、そのような構成としてもよい。
【００４２】
信号ＩＲＥＦは電流制御部６７に入力される。電流制御部６７ではコンバータ部１０の電流（たとえばＩＢ）が、信号ＩＲＥＦが示す値となるようにフィードバック制御を実施し、コンバータ回路１３のスイッチング素子へのオンオフ信号であるＧＤを生成して出力する。
【００４３】
次に、動作を説明する。ここでは、電気車が非電化区間の充電可能駅に到達し、集電装置２ａ，２ｂを上昇させて架線１からの電力で電力貯蔵部５０に充電を行う場合を想定する。
【００４４】
電力貯蔵部５０への充電電流の大きさの目標値は、充電電流指令ＩＣＲＥＦにより決定される。ここで、集電装置２ａ，２ｂにそれぞれ流すことのできる電流値を例えば１００Ａとする。この電流値は集電装置２ａ，２ｂと架線１の接触箇所の接触面積と接触圧力、材質などで決まる値であり、接触箇所の温度が過大とならないようにあらかじめ決定された値である。この電流値を超えた電流を流すと、接触箇所の電気抵抗により接触箇所が過熱し、集電装置２ａ，２ｂや架線１の溶損や溶断などの損傷を引き起こす。
【００４５】
集電装置２ａ，２ｂにそれぞれ流すことのできる電流値が１００Ａである場合、入力電流制限値ＩＳＬＩＭとしては、集電装置２ａ，２ｂの合計電流である２００Ａが設定される。したがって信号Ａは２００Ａを示す値、信号Ｂは１６０Ａを示す値、信号Ｃは１００Ａを示す値となる。
【００４６】
選択処理部６４では、集電装置状態信号ＰＵと車速信号ＶＥＬにより、例えば、以下のように、信号ＩＳＬＩＭ１を決定する。
【００４７】
＜ケースＡ＞
車速信号ＶＥＬが所定の値以下である場合、すなわち電気車が停車中と判断される場合において、集電装置状態信号ＰＵが集電装置２ａ，２ｂの両方が正常に架線１へ接触していると判断される状態であることを示している場合、選択処理部６４は信号ＩＳＬＩＭ１として信号Ａの値を選択して出力する。つまり信号ＩＳＬＩＭ１＝２００Ａとなる。
【００４８】
＜ケースＢ＞
車速信号ＶＥＬが所定の値以下である場合、すなわち電気車が停車中と判断される場合において、集電装置状態信号ＰＵが集電装置２ａ，２ｂの何れか一方が正常に架線１へ接触していないと判断される状態であることを示している場合、選択処理部６４は信号ＩＳＬＩＭ１として信号Ｃの値を選択して出力する。つまり信号ＩＳＬＩＭ１＝１００Ａとなる。
【００４９】
＜ケースＣ＞
車速信号ＶＥＬが所定の値より大きく、すなわち電気車が走行中と判断される場合において、集電装置状態信号ＰＵが集電装置２ａ，２ｂの何れか一方が正常に架線１へ接触していないと判断される状態であることを示している場合、選択処理部６４は信号ＩＳＬＩＭ１として信号Ｂの値を選択して出力する。つまり信号ＩＳＬＩＭ１＝１６０Ａとなる。
【００５０】
このように生成した信号ＩＳＬＩＭ１に基づいて、制限部６５では、コンバータ部１０の入力電流ＩＳが信号ＩＳＬＩＭ１以下となるように、充電電流指令ＩＣＲＥＦの大きさを調整して信号ＩＲＥＦを生成する。そして、電流制御部６７が、信号ＩＲＥＦに基づいてコンバータ回路１３のスイッチング素子の制御を行う。
【００５１】
このように動作することで、例えば電気車が停車中における充電時に、集電装置２ａが故障して上昇できない場合において、コンバータ部１０の入力電流をもう一台の健全な集電装置２ｂが流せる電流値以下となるように制限することが可能になるので、残りの健全な集電装置２ｂが過大電流で損傷することを回避できる。つまり、健全な集電装置２ｂの能力の範囲内で電力貯蔵部５０を充電することが可能となる。
【００５２】
また、電気車が走行中に充電を行う際に、集電装置２ａが故障して上昇できない場合などにおいて、コンバータ部１０の入力電流をもう一台の健全な集電装置２ｂが走行中に流せる電流値以下となるように制限することが可能になる。ここで、走行中においては、停車時と比べて、走行風による冷却効果があり、また架線１との接触箇所が摺動しながら移動することから接触箇所の温度上昇が抑制されるため、集電装置に流すことのできる電流値は大きくなる。上記の例では、集電装置２ａ，２ｂに走行中にそれぞれ流せる電流値を１６０Ａとしている。なお、集電装置２ａ，２ｂに、停車中に流せる電流値と走行中に流せる電流値との比率はこの例（１００Ａ：１６０Ａ）に限定されない。
【００５３】
このように、走行中では健全な集電装置２ｂの電流を可能な範囲（損傷することのない範囲）で増加させることができ、健全な集電装置２ｂの能力の範囲内で電力貯蔵部５０を充電することが可能となる。
【００５４】
なお、簡易には、車速信号ＶＥＬの条件を使用しない構成としてもよい。例えば、集電装置状態信号ＰＵの状態のみを使用して以下のように制御する構成でもよい。なお、この場合、ゲイン６１，ゲイン６２，ゲイン６３のうちゲイン６２を削除してよい。
【００５５】
＜ケースＤ＞
集電装置状態信号ＰＵが集電装置２ａ，２ｂの両方が正常に架線１へ接触していると判断される状態であることを示している場合、選択処理部６４は信号ＩＳＬＩＭ１として信号Ａの値を選択して出力する。つまり信号ＩＳＬＩＭ１＝２００Ａとなる。
【００５６】
＜ケースＥ＞
集電装置状態信号ＰＵが集電装置２ａ，２ｂの何れか一方が正常に架線１へ接触していないと判断される状態であることを示している場合、選択処理部６４は信号ＩＳＬＩＭ１として信号Ｃの値を選択して出力する。つまり信号ＩＳＬＩＭ１＝１００Ａとなる。
【００５７】
このように生成した信号ＩＳＬＩＭ１に基づいて、制限部６５では、コンバータ部１０の入力電流ＩＳが信号ＩＳＬＩＭ１以下となるように、充電電流指令ＩＣＲＥＦの大きさを調整して信号ＩＲＥＦを生成する。そして、電流制御部６７が、信号ＩＲＥＦに基づいてコンバータ回路１３のスイッチング素子の制御を行う。
【００５８】
このように動作することで、例えば電気車が停車中における充電時に、集電装置２ａが故障して上昇できない場合などにおいて、コンバータ部１０の入力電流をもう１台の健全な集電装置２ｂが流せる電流値以下となるように制限することが可能になるので、残りの健全な集電装置２ｂが過大電流で損傷することを回避できる。つまり、健全な集電装置２ｂの能力の範囲内で電力貯蔵部５０を充電することが可能となる。
【００５９】
なお、以上の説明では、電力貯蔵部５０への充電動作を説明したが、電力貯蔵部５０の電力を架線１へ放電する動作にも、同様に集電装置状態信号ＰＵに基づいて制限値を設定する動作を適用可能である。例えば、非電化区間における連続した下り勾配を回生ブレーキで走行する場合などは、電力貯蔵部５０の容量を上回る電力量が回生される場合が想定されるが、このような場合には過剰となる電力量を放電する動作が必要となる。この放電の際に、集電装置２ａ，２ｂのうちいずれか一方が正常に上昇していない場合、電力貯蔵部５０への充電動作の場合と同様に、架線１へ放電する際の放電電流を制限することにより、健全な集電装置が過大電流で損傷することを回避できる。
【００６０】
実施の形態２．
図４は、本発明にかかる電気車制御装置の実施の形態２の構成例を示す図である。実施の形態１と同様の機能を有する構成要素は、実施の形態１と同一の符号を付して重複する説明を省略する。以下、実施の形態１と異なる部分のみを説明する。
【００６１】
図４に示すように、本実施の形態では、コンバータ部は２台の並列関係に接続されたコンバータ部１０ａ，１０ｂからなり、ともに集電装置２ａ，２ｂに接続されている。また集電装置状態信号ＰＵは、コンバータ部１０ａ，１０ｂそれぞれに入力される。なお、図４ではコンバータ部を２台で構成する例で説明しているが、２台以上であれば本発明を適用できる。
【００６２】
またコンバータ部１０ａ，１０ｂのそれぞれの内部構成は実施の形態１の図２に示す構成と同様であり、コンバータ回路１３と制御部１４を有する。
【００６３】
図５は、本実施の形態の制御部１４の構成例を示す図である。本実施の形態の制御部１４は、運転判断部７４、開閉器７５および電流制御部６７を備える。本実施の形態の制御部１４は、車速信号ＶＥＬ、集電装置状態信号ＰＵが入力され、コンバータ回路１３に内蔵されるスイッチング素子へのオンオフ信号ＧＤが出力される。
【００６４】
車速信号ＶＥＬ、集電装置状態信号ＰＵは運転判断部７４に入力される。運転判断部７４では、以下の判断を行う。
【００６５】
＜ケースＡ＞
車速信号ＶＥＬが所定の値以下である場合、すなわち電気車が停車中と判断される場合において、集電装置状態信号ＰＵが集電装置２ａ，２ｂの両方が正常に架線１へ接触していると判断される状態であることを示している場合、運転判断部７４は信号ＯＫを出力する。これにより開閉器７５が閉となり、充電電流指令ＩＣＲＥＦは電流指令ＩＲＥＦとして電流制御部６７へ出力される。電流指令ＩＲＥＦに基づいて充電動作が実施される。
【００６６】
＜ケースＢ＞
車速信号ＶＥＬが所定の値以下である場合、すなわち電気車が停車中と判断される場合において、集電装置状態信号ＰＵが集電装置２ａ，２ｂの何れか一方が正常に架線１へ接触していないと判断される状態であることを示している場合、コンバータ部１０ａ（またはコンバータ部１０ｂ）の運転判断部７４は以下に説明する論理にて信号ＯＫを出力しない構成とする。これにより開閉器７５が開となり、充電電流指令ＩＣＲＥＦは電流制御部６７出力されずカットされ、電流指令ＩＲＥＦはゼロとなる。このため、コンバータ部１０ａ（またはコンバータ部１０ｂ）の電流はほぼゼロとなり、充電動作は停止する。
【００６７】
信号ＯＫを出力しない論理例としては、例えば集電装置とコンバータ部を対として考えて、コンバータ部１０ａの制御部１４は、集電装置状態信号ＰＵに基づき、集電装置２ａが正常に架線１へ接触していないと判定される場合は信号ＯＫを出力しないようにする。コンバータ部１０ｂの制御部１４は、同様に、集電装置２ｂが正常に架線１へ接触していないと判定される場合は信号ＯＫを出力しないようにする。
【００６８】
なお、集電装置２ａ，２ｂの状態と充電動作を停止させるコンバータ部１０ａ，１０ｂとの関係は上記と逆の関係でもよい。
【００６９】
また、車速信号ＶＥＬが所定の値より大きく、かつ、集電装置状態信号ＰＵが集電装置２ａ，２ｂの何れか一方が正常に架線１へ接触していないと判断される状態であることを示している場合、信号ＯＫを出力するようにしてもよいし、信号ＯＫを出力しないようにしてもよい。例えば、集電装置状態信号ＰＵが集電装置２ａ，２ｂの何れか一方が正常に架線１へ接触していない場合でも走行中であれば過熱状態とならないような条件であれば信号ＯＫを出力するよう構成し、走行中であっても集電装置状態信号ＰＵが集電装置２ａ，２ｂの何れか一方が正常に架線１へ接触していない場合に過熱状態となる条件の場合には信号ＯＫを出力しないよう構成する。
【００７０】
また、あらかじめ充電制御動作を停止させるコンバータ部を決定しておき、集電装置２ａ，２ｂの何れかが正常に架線１へ接触していないと判断される場合には、当該コンバータ部の充電動作を停止させる構成としてもよい。
【００７１】
つまり、概念としては、複数の電気的に接続された集電装置のそれぞれの状態を示す信号に基づいて、当該集電装置に接続された複数のコンバータ部の充電動作の実施／停止（コンバータ部の電流の有／無）を選択する構成であれば、上記説明以外の他の構成でもよい。
【００７２】
本実施の形態では、運転判断部７４および開閉器７５が、電流指令ＩＲＥＦの値を調整する電流調整部に相当し、電流指令ＩＲＥＦの値をＩＣＲＥＦまたはゼロとすることによりコンバータ部の充電動作の実施／停止させる。
【００７３】
図４では集電装置の台数とコンバータ部の台数はそれぞれ２としたが、集電装置の台数とコンバータ部の台数はこれに限定されない。例えば、集電装置とコンバータ部をそれぞれ３台とする場合、正常に架線１へ接触していないと判断された集電装置の数のコンバータ部の充電動作を停止させる。
【００７４】
また、簡易には、車速信号ＶＥＬを使用せずに、集電装置状態信号ＰＵのみに基づいてコンバータ部の充電動作の実施／停止を選択する構成としてもよい。例えば、集電装置状態信号ＰＵが集電装置２ａ，２ｂの何れか一方が正常に架線１へ接触していないと判断される状態であることを示している場合、コンバータ部１０ａ，１０ｂのいずれか一方を停止させる。
【００７５】
以上のとおり説明したように本発明は、制御部１４が、主回路部であるコンバータ部の電流の指令である電流指令を生成し、この電流指令に基づいてコンバータ部１０の電流を所望に制御する構成であって、制御部１４には少なくとも集電装置の状態を示す集電装置状態信号ＰＵが入力され、この集電装置状態信号ＰＵに基づいて、上記の電流指令の大きさを調整する電流調整部を有したことを特徴とするものである。
【００７６】
また本発明は、集電装置状態信号が、複数の集電装置のうちの何れかが架線１と正常に接触していない状態、すなわち電力を取り入れることができない状態であることを示している場合において、制御部１４は、コンバータ部の電流を、集電装置が全て正常である状態のときよりも低減するように電流指令の大きさを調整することを特徴とする。
【００７７】
なお、上記実施の形態に示した構成は、本発明の内容の一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、一部を省略する等、変更して構成することも可能であることは言うまでもない。
【産業上の利用可能性】
【００７８】
以上のように、本発明にかかる電気車制御装置は、走行中あるいは停車中に電力貯蔵素子への充電を行う電気車制御装置の用途に有用である。
【符号の説明】
【００７９】
１  架線（導体）
２ａ，２ｂ  集電装置（パンタグラフ）
３  車輪
４  レール
５ａ，５ｂ  集電装置状態検知部
１０，１０ａ，１０ｂ  コンバータ部（電力変換部）
１３  コンバータ回路
１４  制御部
３０  インバータ部
４０  電動機
４１  回転検出器
５０  電力貯蔵部
６１，６２，６３  ゲイン
６４  選択処理部
６５  制限部
６６  電流調整部
６７  電流制御部
７４  運転判断部
７５  開閉器
１００  電気車制御装置
【図１】
2013183152.tif 000003
【図２】
2013183152.tif 000004
【図３】
2013183152.tif 000005
【図４】
2013183152.tif 000006
【図５】
2013183152.tif 000007
【手続補正書】
【提出日】平成24年11月8日(2012.11.8)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１８】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、外部から電力を取り入れる複数の集電装置を経由して入力された電圧を所定の値の直流に変換して出力し、出力側に接続された電力貯蔵部への充放電動作を行う電力変換部を有した電気車制御装置において、前記電力変換部は、主回路部と制御部とを有し、前記制御部には、前記集電装置が正常に外部から電力を取り入れられる状態であるか否かを示す集電装置状態信号と車速を示す車速信号とが入力され、前記制御部は、前記主回路部の電流の指令である電流指令を生成し、前記集電装置状態信号と前記車速信号とに基づいて、前記電流指令の大きさを調整する電流調整部と、前記電流指令に基づいて前記主回路部の電流を制御する電流制御部と、を有し、前記集電装置状態信号が複数の前記集電装置のうちの何れかが正常に電力をとり入れることができない状態であることを示している場合において、前記車速信号に基づいて前記電流指令の大きさを調整することを特徴とする。
【手続補正２】
【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】
外部から電力を取り入れる複数の集電装置を経由して入力された電圧を所定の値の直流に変換して出力し、出力側に接続された電力貯蔵部への充放電動作を行う電力変換部を有した電気車制御装置において、
前記電力変換部は、主回路部と制御部とを有し、
前記制御部には、前記集電装置が正常に外部から電力を取り入れられる状態であるか否かを示す集電装置状態信号と車速を示す車速信号とが入力され、
前記制御部は、前記主回路部の電流の指令である電流指令を生成し、前記集電装置状態信号と前記車速信号とに基づいて、前記電流指令の大きさを調整する電流調整部と、
前記電流指令に基づいて前記主回路部の電流を制御する電流制御部と、を有し、
前記集電装置状態信号が複数の前記集電装置のうちの何れかが正常に電力をとり入れることができない状態であることを示している場合において、前記車速信号に基づいて前記電流指令の大きさを調整することを特徴とする電気車制御装置。
【請求項２】
前記電流調整部は、前記集電装置状態信号が、複数の前記集電装置のうちの何れかが正常に電力を取り入れることができない状態であることを示している場合、前記電流を前記集電装置が全て正常に電力を取り入れることができる状態のときよりも低減するように前記電流指令の大きさを調整することを特徴とする請求項１に記載の電気車制御装置。
【請求項３】
前記電流調整部は、前記集電装置状態信号が、複数の前記集電装置のうちの何れかが電力を取り入れることができない状態であることを示している場合、前記車速信号が所定値よりも大きいときは、前記車速信号が所定値以下のときよりも、前記電流の大きさを増加させるように前記電流指令の大きさを調整することを特徴とする請求項１に記載の電気車制御装置。
【請求項４】
外部から電力を取り入れる複数の集電装置を経由して入力された電圧を所定の値の直流に変換して出力し、出力側に接続された電力貯蔵部への充放電動作を行う電力変換部を複数有した電気車制御装置において、
前記電力変換部は、主回路部と制御部とを有し、
前記制御部には、前記集電装置が正常に外部から電力を取り入れられる状態であるか否かを示す集電装置状態信号と車速を示す車速信号とが入力され、
前記制御部は、前記主回路部の電流の指令である電流指令を生成し、前記電流指令に基づいて前記主回路部の電流を制御し、前記集電装置状態信号と前記車速信号とに基づいて、前記主回路部の電流の有無を制御し、
前記車速信号が所定の値以下である場合、前記集電装置状態信号に基づき前記主回路部の電流を抑制し、前記電力貯蔵部への充電動作を停止させることを特徴とする電気車制御装置。
【手続補正書】
【提出日】平成25年3月18日(2013.3.18)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１８】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、外部から電力を取り入れる複数の集電装置を経由して入力された電圧を所定の値の直流に変換して出力し、出力側に接続された電力貯蔵部への充放電動作を行う電力変換部を有した電気車制御装置において、前記電力変換部は、主回路部と制御部とを有し、前記制御部には、前記集電装置が正常に外部から電力を取り入れられる状態であるか否かを示す集電装置状態信号と車速を示す車速信号とが入力され、前記制御部は、前記主回路部の電流の指令である電流指令を生成し、前記集電装置状態信号と前記車速信号とに基づいて、前記電流指令の大きさを調整する電流調整部と、前記電流指令に基づいて前記主回路部の電流を制御する電流制御部と、を有し、前記集電装置状態信号が複数の前記集電装置のうちの何れかが正常に電力をとり入れることができない状態であることを示している場合において、前記電力変換部の入力電流が小さくなるように前記電流指令の大きさを調整し、前記車速信号に基づいて電気車が停車中であると判断された場合は電気車が走行中であると判断された場合よりも前記電流の大きさを低減するように前記電流指令の大きさを調整することを特徴とする。
【手続補正２】
【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】
外部から電力を取り入れる複数の集電装置を経由して入力された電圧を所定の値の直流に変換して出力し、出力側に接続された電力貯蔵部への充放電動作を行う電力変換部を有した電気車制御装置において、
前記電力変換部は、主回路部と制御部とを有し、
前記制御部には、前記集電装置が正常に外部から電力を取り入れられる状態であるか否かを示す集電装置状態信号と車速を示す車速信号とが入力され、
前記制御部は、前記主回路部の電流の指令である電流指令を生成し、前記集電装置状態信号と前記車速信号とに基づいて、前記電流指令の大きさを調整する電流調整部と、
前記電流指令に基づいて前記主回路部の電流を制御する電流制御部と、を有し、
前記集電装置状態信号が複数の前記集電装置のうちの何れかが正常に電力をとり入れる
ことができない状態であることを示している場合において、前記電力変換部の入力電流が小さくなるように前記電流指令の大きさを調整し、前記車速信号に基づいて電気車が停車中であると判断された場合は電気車が走行中であると判断された場合よりも前記電流の大きさを低減するように前記電流指令の大きさを調整することを特徴とする電気車制御装置。
【請求項２】
前記電流調整部は、前記集電装置状態信号が、複数の前記集電装置のうちの何れかが正常に電力を取り入れることができない状態であることを示している場合、前記電流を前記集電装置が全て正常に電力を取り入れることができる状態のときよりも低減するように前記電流指令の大きさを調整することを特徴とする請求項１に記載の電気車制御装置。
【請求項３】
前記電流調整部は、前記集電装置状態信号が、複数の前記集電装置のうちの何れかが電力を取り入れることができない状態であることを示している場合、前記車速信号が所定値よりも大きいときは、前記車速信号が所定値以下のときよりも、前記電流の大きさを増加させるように前記電流指令の大きさを調整することを特徴とする請求項１に記載の電気車制御装置。
【請求項４】
外部から電力を取り入れる複数の集電装置を経由して入力された電圧を所定の値の直流に変換して出力し、出力側に接続された電力貯蔵部への充放電動作を行う電力変換部を複数有した電気車制御装置において、
前記電力変換部は、主回路部と制御部とを有し、
前記制御部には、前記集電装置が正常に外部から電力を取り入れられる状態であるか否かを示す集電装置状態信号と車速を示す車速信号とが入力され、
前記制御部は、前記主回路部の電流の指令である電流指令を生成し、前記電流指令に基づいて前記主回路部の電流を制御し、前記集電装置状態信号と前記車速信号とに基づいて、前記主回路部の電流の有無を制御し、
前記車速信号が所定の値以下である場合かつ前記集電装置状態信号が複数の前記集電装置のうちの何れかが正常に電力を取り入れることができない状態であることを示している場合前記主回路部の電流を抑制し、前記電力貯蔵部への充電動作を停止させることを特徴とする電気車制御装置。
【請求項５】
外部から電力を取り入れる複数の集電装置を経由して入力された電圧を所定の値の直流に変換して出力し、出力側に接続された電力貯蔵部への充放電動作を行う電力変換部を有した電気車制御装置において、
前記電力変換部は、主回路部と制御部とを有し、
前記制御部には、前記集電装置が正常に外部から電力を取り入れられる状態であるか否かを示す集電装置状態信号と車速を示す車速信号とが入力され、
前記制御部は、前記主回路部の電流の指令である電流指令を生成し、前記集電装置状態信号と前記車速信号とに基づいて、前記電流指令の大きさを調整する電流調整部と、
前記電流指令に基づいて前記主回路部の電流を制御する電流制御部と、を有し、
前記電流調整部は、前記集電装置状態信号が、複数の前記集電装置のうちの何れかが電力を取り入れることができない状態であることを示している場合、前記車速信号が所定値よりも大きいときは、前記車速信号が所定値以下のときよりも、前記電流の大きさを増加させるように前記電流指令の大きさを調整することを特徴とする電気車制御装置。
【請求項６】
前記電流調整部は、前記集電装置状態信号が複数の前記集電装置の全てが正常に電力を取り入れることができる状態であることを示している場合の前記電流の大きさを第１の電流値とし、前記集電装置状態信号が複数の前記集電装置のうちの何れかが正常に電力を取り入れることができない状態であることを示している場合かつ前記車速信号が所定値より大きいときに、前記電流の大きさを前記第１の電流値より小さい第２の電流値とし、前記集電装置状態信号が複数の前記集電装置のうちの何れかが正常に電力を取り入れることができない状態であることを示している場合かつ前記車速信号が所定値以下のときに、前記電流の大きさを前記第２の電流値より小さい第３の電流値とするように前記電流指令の大きさを調整することを特徴とする請求項１に記載の電気車制御装置。
【国際調査報告】
2013183152.tif 000008
2013183152.tif 000009
2013183152.tif 000010
2013183152.tif 000011