(57)【要約】  鉄道車両に供給される電力を遮断する第１の断流器及び第２の断流器と、鉄道車両に供給される電流を減流する減流器と、モータを駆動するための電力変換器と電力変換器を動作する際に発生する電圧の脈動を抑えるフィルタリアクトル及びフィルタコンデンサとを有し、直流架線から電力の供給を受けて鉄道車両を駆動させる鉄道車両用駆動システムにおいて、減流器は、１つ以上のパワー半導体を備えるパワーモジュールと、パワーモジュールに並列に接続された抵抗素子とを備えるようにした。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
鉄道車両に供給される電力を遮断する第１の断流器及び第２の断流器と、
前記鉄道車両に供給される電流を減流する減流器と、
モータを駆動するための電力変換器と前記電力変換器を動作する際に発生する電圧の脈動を抑えるフィルタリアクトル及びフィルタコンデンサと
を有し、
直流架線から電力の供給を受けて前記鉄道車両を駆動させる鉄道車両用駆動システムであって、
前記減流器は、
１つ以上のパワー半導体を備えるパワーモジュールと、
前記パワーモジュールに並列に接続された抵抗素子と
を備える鉄道車両用駆動システム。
【請求項２】
前記直流架線、前記第１の断流器、前記第２の断流器、及び前記フィルタリアクトルは、高電圧側の主回路に接続され、
前記減流器は、前記第１の断流器及び前記フィルタリアクトルの間に配置された
請求項１記載の鉄道車両用駆動システム。
【請求項３】
前記第１の断流器及び前記第２の断流器は並列に接続された
請求項２記載の鉄道車両用駆動システム。
【請求項４】
前記パワー半導体は２つであり、前記パワー半導体の一方はＩＧＢＴ素子からなり、前記パワー半導体の他方はダイオード素子からなり、
前記ＩＧＢＴ素子に前記ダイオード素子が逆接続された
請求項３記載の鉄道車両用駆動システム。
【請求項５】
前記パワー半導体は２つであり、前記パワー半導体の一方は第１のＩＧＢＴ素子からなり、前記パワー半導体の他方は第２のＩＧＢＴ素子からなり、前記第１のＩＧＢＴ素子及び前記第２のＩＧＢＴ素子は相補接続された
請求項３記載の鉄道車両用駆動システム。
【請求項６】
前記パワー半導体は２つであり、前記パワー半導体の一方はＳｉＣ製ＭＯＳＦＥＴ素子からなり、前記パワー半導体の他方はＳｉＣ製ＳＢＤ素子からなる
請求項３記載の鉄道車両用駆動システム。
【請求項７】
前記パワーモジュールを第１のパワーモジュールとし、前記ＩＧＢＴ素子を第１のＩＧＢＴ素子とし、前記ダイオード素子を第１のダイオード素子とし、前記抵抗素子を第１の抵抗素子とし、
第２のＩＧＢＴ素子及び前記第２のＩＧＢＴ素子と並列に接続された第２のダイオード素子から構成される第２のパワーモジュールを備え、
前記第２のパワーモジュールには第２の抵抗素子が並列に接続され、
前記第１のパワーモジュール及び前記第２のパワーモジュールは直列に接続され、
前記第１のＩＧＢＴ素子のエミッタ端子及び前記第２のＩＧＢＴ素子のコレクタ端子が接続され、
前記第１のＩＧＢＴ素子のコレクタ端子及び前記第１の断流器が接続され、
前記第２のＩＧＢＴ素子のエミッタ端子及び前記フィルタリアクトルが接続された
請求項４記載の鉄道車両用駆動システム。
【請求項８】
前記フィルタコンデンサを充電する際及び事故電流発生の際に、前記ＩＧＢＴ素子をオフ動作とし、前記抵抗素子に電流を流す
請求項４記載の鉄道車両用駆動システム。
【請求項９】
前記第１の断流器及び前記第２の断流器は直列に接続された
請求項２記載の鉄道車両用駆動システム。
【請求項１０】
さらに抵抗素子と、
当該抵抗素子に直列に接続されたコンデンサと
を備え、
当該抵抗素子及び前記コンデンサと前記パワーモジュールとは並列に接続された
請求項４記載の鉄道車両用駆動システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鉄道車両用駆動システムに関し、例えば、直流架線を使用して走行する鉄道車両用駆動システムに適用して好適なものである。
【背景技術】
【０００２】
鉄道車両用駆動システムでは架線からの電流によって鉄道車両を駆動する。鉄道車両の主回路において高電圧側と低電圧側とが短絡してしまった場合や鉄道車両が走行することによって電圧及び電流の脈動が発生した場合に架線から大電流がその鉄道車両に流入して、他の鉄道車両に影響を及ぼさないように、鉄道車両にはフィルタリアクトルが設けられている。【０００３】
このフィルタリアクトルは、鉄道車両用駆動システムにおいて主要な部品であって、質量も全体の１／３〜１／２の程度と非常に大きな割合を占めている。このため、このフィルタリアクトルを小型化及び軽量化することが鉄道車両用駆動システム全体の小型化及び軽量化につながる。【０００４】
鉄道車両用駆動システムの小型化及び軽量化によって、鉄道車両の床下における配置の自由度が増え、例えば蓄電池などの新たな機能のための設備を設置することが可能となる。このように鉄道車両の高性能化につながり、例えば蓄電池を設置した場合は、鉄道車両の省エネ化が可能となる。【０００５】
このような背景のもと、近年では鉄道車両用駆動システムの小型化及び軽量化のための研究開発が広く行われ、実用化されている。【０００６】
この種の鉄道車両用駆動システムとして、例えば特許文献１には、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）及びＰＮダイオードを並列に接続した回路をフィルタリアクトルと架線との間に配置することでフィルタリアクトル及び鉄道車両用駆動システムを小型化及び軽量化する発明が開示されている。また非特許文献１及び非特許文献２には、断流器をフィルタリアクトルと架線との間に配置することでフィルタリアクトル及び鉄道車両用駆動システムを小型化及び軽量化する発明が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１６−２２０３５８号公報
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】鉄道車両用小型・軽量システム  日立評論  １９９１年http://www.hitachihyoron.com/jp/pdf/1991/03/1991_03_03.pdf
【非特許文献２】車両技術２３１号、ＪＲ西日本３２１系通勤電車  ２００６年３月号、pp.18〜pp.38
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら特許文献１、非特許文献１及び非特許文献２などの従来の技術では、大電流の流入を抑えるために必要なインダクタンス値を実現すると、フィルタリアクトルの体積や質量が非常に大きく重くなってしまう。このため、フィルタリアクトルを小型化するためにインダクタンス値を小さく設定すること、及び、大電流の流入を抑えることの両立ができないという課題がある。【００１０】
本発明は以上の点を考慮してなされたもので、フィルタリアクトルを小型化するためにインダクタンス値を小さく設定すること、及び、大電流の流入を抑えることの両立をし得る鉄道車両用駆動システムを提案しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
かかる課題を解決するため本発明においては、鉄道車両に供給される電力を遮断する第１の断流器及び第２の断流器と、鉄道車両に供給される電流を減流する減流器と、モータを駆動するための電力変換器と電力変換器を動作する際に発生する電圧の脈動を抑えるフィルタリアクトル及びフィルタコンデンサとを有し、直流架線から電力の供給を受けて鉄道車両を駆動させる鉄道車両用駆動システムにおいて、減流器は、1つ以上のパワー半導体を備えるパワーモジュールと、パワーモジュールに並列に接続された抵抗素子とを備えるようにした。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、フィルタリアクトルを小型化するためにインダクタンス値を小さく設定すること、及び、大電流の流入を抑えることの両立をし得る鉄道車両用駆動システムを実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本実施の形態による鉄道車両用駆動システムを示す構成図である。
【図２】第１の実施の形態による素子構成要素の構成を示す回路図である。
【図３】第１の実施の形態による半導体減流器の構成を示す回路図である。
【図４】他の実施の形態による半導体減流器の構成を示す回路図である。
【図５】他の実施の形態による半導体減流器の構成を示す回路図である。
【図６】他の実施の形態による半導体減流器の構成を示す回路図である。
【図７】他の実施の形態による半導体減流器のスイッチング動作を示す特性図である。
【図８】他の実施の形態による断流部及び半導体減流器の構成を示す回路図である。
【図９】他の実施の形態による半導体減流器の構成を示す回路図である。
【図１０】他の実施の形態による半導体減流器のスイッチング動作を示す特性図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下図面について、本発明の一実施の形態を詳述する。以下の実施の形態においては、便宜上その必要があるときは、複数のセクションまたは実施の形態に分割して説明するが、特に明示した場合を除き、それらは互いに無関係なものではなく、一方は他方の一部または全部の変形例、詳細、補足説明等の関係にある。また、以下の実施の形態において、要素の数等（個数、数値、量、範囲等を含む）に言及する場合、特に明示した場合及び原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されるものではなく、特性の数以上でも以下でもよい。
【００１５】
さらに、以下の実施の形態において、その構成要素（要素ステップ等も含む）は、特に明示した場合及び原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。同様に、以下の実施の形態において、構成要素等の形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合及び原理的に明らかにそうでないと考えられる場合等を除き、実質的にその形状等に近似または類似するもの等を含むものとする。このことは、上記数値及び範囲についても同様である。
【００１６】
（１）本実施の形態による鉄道車両用駆動システムの構成
図１において、１は全体として本実施の形態による鉄道車両用駆動システムを示す。この鉄道車両用駆動システム１は、直流１５００Ｖの電圧が印加された架線ＰＡＮに接続され、架線ＰＡＮ及びアース側から鉄道車両用駆動システム１を電気的に切り離す切り離し部２と、直流の大電流(短絡電流：Ｉ)を遮断する断流部３と、短絡電流を測定するカレントトランスＣＴと、短絡電流を減流する半導体減流器４と、後述のフィルタコンデンサＦＣと組み合わせることでローパスフィルタとして機能するフィルタリアクトルＦＬと、直流電圧を交流電圧に変換するパワーユニット５と、鉄道車両を駆動させる主電動機ＭＭ１〜ＭＭ４を有する動力源６とを備えて構成される。
【００１７】
切り離し部２は、架線ＰＡＮからパワーユニット５を電気的に切り離す主スイッチＭＳ及びアース側からパワーユニット５を電気的に切り離す接地スイッチＧＳを備える。
【００１８】
断流部３は、鉄道車両用駆動システム１の回路が動作不良となった場合に回路を開放する断流器ＬＢ１、フィルタコンデンサＦＣを充電する際に鉄道車両用駆動システム１の回路を開放する断流器ＬＢ２及びフィルタコンデンサＦＣを充電する際に利用される充電抵抗ＣＨＲｅを備える。この断流部３は、断流器ＬＢ１と、直列に接続された断流器ＬＢ２及び充電抵抗ＣＨＲｅとが並列に接続される構成とする。
【００１９】
半導体減流器４は、図３に示すように減流抵抗（抵抗素子）ＤＲｅ及び減流抵抗ＤＲｅに並列に接続されたパワーモジュール１１を備える。このパワーモジュール１１は、互いに整流作用の方向が逆となるように並列に接続されたＩＧＢＴ素子（以下これをＩＧＢＴと呼ぶ）１２及びダイオード素子１３を備える。また半導体減流器４は、フィルタリアクトルＦＬよりも架線ＰＡＮ側に配置され鉄道車両用駆動システム１に流れる短絡電流を抑える。なおカレントトランスＣＴは、半導体減流器４よりも架線ＰＡＮ側に配置され、短絡電流を検知し半導体減流器４に指示を行う。
【００２０】
パワーユニット５は、第１〜第３の素子Ａ〜Ｃから構成される。素子Ａ〜Ｃは、それぞれ３相交流のＵ相、Ｖ相及びＷ相に相当する。また素子Ａの寄生インダクタンスはＬｕｐ，Ｌｕｎであり、素子Ｂの寄生インダクタンスはＬｖｐ，Ｌｖｎであり、素子Ｃの寄生インダクタンスはＬｗｐ，Ｌｗｎである。パワーユニット５のインダクタンスはＬｓｐ，Ｌｓｎとする。  
【００２１】
素子Ａ〜Ｃは、図２に示す素子構成要素７を２つ備える。素子構成要素７は、炭化ケイ素（ＳｉＣ）製ＭＯＳＦＥＴ（metal-oxide-semiconductor field-effect transistor）素子であるＳｉＣ−ＭＯＳＦＥＴ８及び炭化ケイ素（ＳｉＣ）を材料としたＳＢＤ（ショットキーバリアダイオード）素子であるＳｉＣ−ＳＢＤ９から構成される。また、素子構成要素７は１つのパッケージに同梱される。
【００２２】
次に、フィルタリアクトル端で地絡が発生し、架線ＰＡＮから地絡箇所に向かって短絡電流が発生した際の鉄道車両用駆動システム１の動作について説明する。
【００２３】
例えば上記の従来の技術においては、カレントトランスＣＴが１０００Ａを超えた電流を検知し、パワーモジュール１１に指示を行いパワーモジュール１１が電流を遮断するまでは数１０ミリ秒程度要する。
【００２４】
ここで、架線ＰＡＮの電圧を１５００Ｖ、フィルタリアクトルＦＬのインダクタンス値を２ｍＨとすると、パワーモジュール１１が電流を遮断するまでに鉄道車両用駆動システム１に流れる短絡電流は、次式
【数１】
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となる。このような大電流が鉄道車両用駆動システム１に流れ込むと、架線ＰＡＮ側にある変電所の動作が不安定になるおそれがあるが、従来の構成では、パワーモジュール１１が電流を遮断するまでに鉄道車両用駆動システム１に流れる短絡電流を次式
【数２】
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のように減らすにはフィルタリアクトルＦＬを大型化し、そのインダクタンス値を８ｍＨなどと増やすしか方法がなかった。
【００２５】
これに対して、大量の電流が流れる場合、本実施の形態における鉄道車両用駆動システム１では、パワーモジュール１１によって鉄道車両用駆動システム１に流れる電流を減らすことができる。カレントトランスＣＴが１０００Ａを超えた電流を検知し、このパワーモジュール１１に指示を行うと、パワーモジュール１１は数１０マイクロ秒程度で電流を遮断する。このため、パワーモジュール１１が電流を遮断するまでに鉄道車両用駆動システム１に流れる短絡電流は次式
【数３】
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となる。
【００２６】
（２）本実施の形態の効果
以上のように本実施の形態の鉄道車両用駆動システム１では、電力を遮断するために２つの断流器ＬＢ１，ＬＢ２及び高速動作が可能なパワーモジュール１１を使用することで、従来と同じインダクタンス値が２ｍＨのフィルタリアクトルＦＬを使用しても短絡電流を従来の短絡電流の１／７に抑えることができる。
【００２７】
従って、本鉄道車両用駆動システム１によれば、フィルタリアクトルを小型化するためにインダクタンス値を小さく設定すること、及び、大電流の流入を抑えることの両立をし得る鉄道車両用駆動システムを実現できる。
【００２８】
また本鉄道車両用駆動システム１では、半導体減流器４をフィルタリアクトルＦＬよりも架線ＰＡＮ側に配置することで、地絡などによる事故電流に対応できる範囲を広げることができる。つまり、本鉄道車両用駆動システム１は、フィルタリアクトルＦＬよりも動力源６側で発生した事故電流に対応することができ、信頼性の高いシステムを実現できる。
【００２９】
また本鉄道車両用駆動システム１では、互いに整流作用の方向が逆となるように並列にＩＧＢＴ１２及びダイオード素子１３が接続されているため、鉄道車両用駆動システム１の回生動作時において、電力の損失をダイオード素子１３による導通損失のみとすることができ、効率的に電力を運用できるシステムを実現できる。
【００３０】
（３）他の実施の形態
なお上述の実施の形態においては、本発明を鉄道車両用駆動システムに適用する場合について述べたが、本発明はこれに限らず、風力発電システムや太陽光発電システムなどのこの他種々の電力システムに広く適用することができる。
【００３１】
また上述の実施の形態においては、半導体減流器４のパワーモジュール１１が２つのパワー半導体から構成される場合について述べたが、本発明はこれに限らず、パワーモジュール１１を構成するパワー半導体は１つ以上であればよい。
【００３２】
また上述の実施の形態においては、半導体減流器４のパワーモジュール１１において互いに整流作用の方向が逆となるように並列にＩＧＢＴ１２及びダイオード素子１３が接続されている場合について述べたが、本発明はこれに限らず、図４に示した半導体減流器１５のパワーモジュール１６のように互いに整流作用の方向が逆となるように並列に２つのＩＧＢＴ１２を接続するようにしてもよい。
【００３３】
この場合、図４において下側のＩＧＢＴ１２をオフとすることで鉄道車両用駆動システム１の回生動作時の短絡電流に対応することが可能となる。この短絡電流は減流抵抗ＤＲｅに転流することで減流される。この結果、鉄道車両用駆動システム１では、回生動作時短絡電流が発生した際においても架線ＰＡＮ側にある変電所の動作に影響を与えず、安定したシステムを実現できる。
【００３４】
さらに上述の実施の形態においては、半導体減流器４のパワーモジュール１１において互いに整流作用の方向が逆となるように並列にパワー半導体であるＩＧＢＴ１２及びパワー半導体であるダイオード素子１３が接続されている場合について述べたが、本発明はこれに限らず、図５に示した半導体減流器２０のパワーモジュール２１のように互いに整流作用の方向が同じとなるように並列にパワー半導体であるＳｉＣ−ＭＯＳＦＥＴ８及びパワー半導体であるＳｉＣ−ＳＢＤ９を接続するようにしてもよい。
【００３５】
この場合、バイポーラ型のＩＧＢＴ１２ではなく、電流導通方向の膜厚を薄くできオン電圧が低いＳｉＣ−ＭＯＳＦＥＴ８を使用するため、半導体減流器２０のスイッチング損失を半導体減流器４に比べて低減でき、その冷却器サイズの小型化が可能となる。またＳｉＣ素子は耐熱性があり高温時にも安定して電流導通や遮断の動作が可能であるため、半導体素子から発生するエネルギー損失量が多くなり発熱量が多くなるチップサイズの小型化も可能である。このチップサイズの小型化は、鉄道車両用駆動システム１のコスト削減を可能とする。
【００３６】
さらに上述の実施の形態においては、半導体減流器４のパワーモジュール１１において互いに整流作用の方向が逆となるように並列にＩＧＢＴ１２及びダイオード素子１３が接続されている場合について述べたが、本発明はこれに限らず、図６に示した半導体減流器２４のように減流抵抗ＤＲｅ１を並列に接続したパワーモジュール１１Ａと、減流抵抗ＤＲｅ２を並列に接続したパワーモジュール１１Ｂとを直列に接続してもよい。具体的には、パワーモジュール１１ＡのＩＧＢＴ１２のエミッタ端子及びパワーモジュール１１ＢのＩＧＢＴ１２のコレクタ端子が接続され、パワーモジュール１１ＡのＩＧＢＴ１２のコレクタ端子及び断流器ＬＢ１が接続され、パワーモジュール１１ＢのＩＧＢＴ１２のエミッタ端子及びフィルタリアクトルＦＬが接続される。
【００３７】
この場合、減流抵抗ＤＲｅ１及び減流抵抗ＤＲｅ２の抵抗値の和を、減流抵抗ＤＲｅの抵抗値と等しくする。また図７に示すように短絡電流発生時にはパワーモジュール１１Ａ、パワーモジュール１１Ｂの順に遮断（１ｓｔＯＦＦ，２ｎｄＯＦＦ）する。
【００３８】
図７において、一点鎖線で示すグラフ２５は、パワーモジュール１１を遮断した際にパワーモジュール１１のコレクタ・エミッタ間に印加される電圧値Ｖを示す。同様に実線で示すグラフ２６は、導体素子部１１Ａを遮断した際にパワーモジュール１１Ａのコレクタ・エミッタ間に印加される電圧値Ｖ１を示し、グラフ２７は、パワーモジュール１１Ｂを遮断した際にパワーモジュール１１Ｂのコレクタ・エミッタ間に印加される電圧値Ｖ２を示す。また点線で示すグラフ２８は減流抵抗ＤＲｅ１に流れる電流値Ｉ１を示し、グラフ２９は、ＤＲｅ２に流れる電流値Ｉ２を示す。
【００３９】
上述の実施の形態において、電圧値Ｖは、減流抵抗ＤＲｅの抵抗値ＲとＤＲｅに流れる電流値Ｉとを乗じた値である。上述の実施の形態において、パワーモジュール１１を遮断し遮断電流ピーク値の電流値Ｉｐが減流抵抗ＤＲｅに流れると、グラフ２５に示すようにピーク値の電圧値Ｖｐが印加され、その後短絡電流は半導体減流器４で減流され、減流抵抗ＤＲｅに印加される電圧が低下する。そして短絡電流が断流器ＬＢ１によって減流された後、パワーモジュール１１は短絡電流を遮断（ＯＦＦ）する（図７）。
【００４０】
このため、上述の実施の形態においては、短絡電流の値を断流器ＬＢ１の定格電流よりも低い値に減流する必要がある。これに対して、図６に示す回路によれば、パワーモジュール１１Ａ及びパワーモジュール１１Ｂを設け、それぞれのコレクタ・エミッタ間に印加される電圧値Ｖ１，Ｖ２として分散させることで、電圧値Ｖ１，Ｖ２は電圧値Ｖと比較して低減することができる。
【００４１】
実際上、パワーモジュール１１Ａは、パワーモジュール１１Ｂより先に短絡電流を遮断する。このため、減流抵抗ＤＲｅ１に流れる電流は、減流抵抗ＤＲｅと比較して小さくなり、パワーモジュール１１Ａのコレクタ・エミッタ間に印加される電圧のピーク値も小さくなる。このため、パワーモジュール１１Ａの耐電圧値を小さくすることができ、低損失な半導体素子をパワーモジュール１１Ａに採用することができる。
【００４２】
次に、パワーモジュール１１Ｂは、パワーモジュール１１Ａによって減流された短絡電流を遮断する。このため、減流抵抗ＤＲｅ２に流れる電流は、減流抵抗ＤＲｅと比較して小さくなり、パワーモジュール１１Ｂのコレクタ・エミッタ間に印加される電圧のピーク値も小さくなる。このため、パワーモジュール１１Ｂの耐電圧値を小さくすることができ、低損失な半導体素子をパワーモジュール１１Ｂに採用することができる。なお、パワーモジュール１１Ａ，１１Ｂのコレクタ・エミッタ間に印加される電圧のピーク値を同程度とすることで、パワーモジュール１１Ａ，１１Ｂに印加される電圧を最小とすることができる。
【００４３】
このようにして、パワーモジュール１１Ａ，１１Ｂによって短絡電流を遮断すると、上述の実施の形態同様、断流器ＬＢ１の定格電流よりも低い値に減流することができる。図６に示す回路によれば、パワーモジュール１１Ａ，１１Ｂに低損失な半導体を採用することができるため、上述の実施の形態に比べさらに冷却装置の小型化及び軽量化が可能となり、半導体減流器２０の小型化及び軽量化が可能となる。
【００４４】
さらに上述の実施の形態においては、断流部３において断流器ＬＢ１，ＬＢ２を並列に接続する場合について述べたが、本発明はこれに限らず、図８（Ａ）に示すように断流部３０において断流器ＬＢ１，ＬＢ２を直列に接続するようにしてもよい。
【００４５】
この場合、図８（Ｂ）に示す減流抵抗ＤＲｅは、図１における減流抵抗ＤＲｅ及び充電抵抗ＣＨＲｅの役割を果たす。図８に示した回路においては、フィルタコンデンサＦＣを充電する際、パワーモジュール１１はオフ動作となる。このことで、減流抵抗ＤＲｅを介して、フィルタコンデンサＦＣを充電することができる。
【００４６】
また、短絡電流が発生した際においても、図８（Ｂ）に示した回路においては、パワーモジュール１１をオフ動作となる。このことで、発生した短絡電流は減流抵抗ＤＲｅに転流され、短絡電流は減流される。この減流された短絡電流は、断流器ＬＢ１，ＬＢ２によって遮断される。
【００４７】
このように、断流器ＬＢ１，ＬＢ２を直列に接続することで短絡電流を確実に遮断することが可能となり、上述の実施の形態と比較しより信頼性の高い鉄道車両用駆動システム１を実現することが可能となる。また、図８（Ｂ）に示す減流抵抗ＤＲｅは、図１における減流抵抗ＤＲｅ及び充電抵抗ＣＨＲｅの役割を果たすことで、部品数を削減することができ、上述の実施の形態と比較し、鉄道車両用駆動システム１をより小型化及び軽量化することが可能となる。
【００４８】
さらに上述の実施の形態においては、半導体減流器４においてパワーモジュール１１に減流抵抗ＤＲｅが並列に接続されている場合について述べたが、本発明はこれに限らず、図９に示すように半導体減流器３１においてさらにＲＣスナバ回路３２が並列に接続するようにしてもよい。
【００４９】
ＲＣスナバ回路３２は、過渡的な高電圧を吸収する保護回路であって、スナバ抵抗Ｒｓ及びスナバコンデンサＣｓが直列に接続されている回路である。このＲＣスナバ回路３２によって、短絡電流発生時において、パワーモジュール１１のコレクタ・エミッタ間に印加される電圧のピーク値を低く抑えることができる。
【００５０】
図１０のグラフ３５に、図３のパワーモジュール１１のコレクタ・エミッタ間に印加される電圧の時間による遷移の様子を示す。同様にグラフ３６に、図９のパワーモジュール１１のコレクタ・エミッタ間に印加される電圧の時間による遷移の様子を示す。ＳＴは源流の開始を示す。またグラフ３７に、地絡が発生した際（ＢＥ）にフィルタリアクトルＦＬの流れる電流の値の時間による遷移の様子を示す。なおこのフィルタリアクトルＦＬに流れる電流は図３の回路を使用した場合と図９の回路を使用した場合とにおいて同様である。
【００５１】
グラフ３７に示すように、地絡が発生するとフィルタリアクトルＦＬに流入する電流は増加するが、カレントトランスＣＴが例えば２０００Ａを超えた電流を検知するとパワーモジュール１１に指示を行いパワーモジュール１１は電流を遮断するため、フィルタリアクトルＦＬに流入する電流は遮断後された後減少する。
【００５２】
このような短絡電流に対して、図３の回路を使用する場合、パワーモジュール１１のコレクタ・エミッタ間に印加される電圧の値は、グラフ３５に示すように６ｋＶ以上に急激に上昇する。このため、図３の回路を使用する場合、パワーモジュール１１に使用する半導体素子の耐電圧を例えば６．５ｋＶなどとし、６ｋＶ以上にする必要がある。
【００５３】
これに対して、図９の回路を使用する場合、パワーモジュール１１のコレクタ・エミッタ間に印加される電圧の値は、ＲＣスナバ回路が電荷を吸収するため、グラフ３６に示すように２．５ｋＶ程度に抑えられる。このため、図９の回路を使用する場合、パワーモジュール１１に使用する半導体素子の耐電圧は例えば３．３ｋＶなどの、２．５ｋＶより大きい値であればよい。パワーモジュール１１を低耐圧素子とすることで、図９の回路を使用する場合は図３の回路を使用する場合に比べて、半導体減流器３１及び鉄道車両用駆動システム１の小型化・軽量化が可能となる。
【符号の説明】
【００５４】
１……鉄道車両用駆動システム、２……切り離し部、３,３０……断流部、４，１５，２０，２４，３１……半導体減流器、５……パワーユニット、６……動力源、７……素子構成要素、８……ＳｉＣ−ＭＯＳＦＥＴ、９……ＳｉＣ−ＳＢＤ、１１，１１Ａ，１１Ｂ，１６，２１……パワーモジュール、１２……ＩＧＢＴ，１３……ダイオード素子、３２……ＲＣスナバ回路。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【国際調査報告】
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