(57)【要約】給油設備等の新たな設備を設けることなく、また、非電化区間と電化区間を意識することなく両区間を相互に直通運転できる、機動性の高い鉄道車両システムを提供する。外部給電手段、内部給電手段、蓄電手段、各電力変換手段及び電動機駆動手段をそれぞれ制御する統括制御装置を備え、車外に設備された線路上の地上子、全地球測位システム(GPS)などの位置情報発信手段から受信した走行位置情報に基づいて、現在走行する路線区間が、電化区間であるか非電化区間であるかを判定あるいは予告し、非電化区間では外部電力源から切断し，電化区間では外部電力源と接続するよう、円滑な移行制御を行う。
2010146643.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両外部から電力を得る第一の給電手段と、
車両内部で電力を発生させる第二の給電手段と、
車両に設備され蓄電機能をもつ第三の給電手段と
前記第一ないし第三の給電手段からの電力を、第一の電圧値レベルを有する直流電力に変換する電力変換手段と、
前記第一の電圧値レベルを有する直流電力を交流電力に変換し、該交流電力により電動機を駆動する電動機駆動手段を備えるとともに、
車外に設備された位置情報発信手段から受信する位置情報に基づいて、前記車両が走行する区間が、車両外部からの電力供給が可能となる電化区間であるか、電力供給が不可能となる非電化区間であるかを判定する電化区間判定手段を設け、
前記電化区間判定手段の判断に基づいて、電化区間から非電化区間への移行時に前記第一の給電手段からの外部電力源を切断するとともに、非電化区間から電化区間への移行時に、前記第一の給電手段からの外部電力源を接続することを特徴とする、鉄道車両の駆動システム。
【請求項２】
請求項１の鉄道車両の駆動システムにおいて、
前記電化区間判定手段の判断に基づいて、前記車輌が電化区間から非電化区間に移行する時点が予告されたとき、予め前記第二の給電手段及び第三の給電手段を事前に作動させるとともに、非電化区間移行時に前記第一の給電手段からの外部電力源を切断し、
前記電化区間判定手段の判断に基づいて、前記車輌が非電化区間から電化区間に移行する時点が予告されたとき、予め前記第二の給電手段及び前記第三の給電手段を停止状態にするとともに、電化区間移行時に第一の給電手段からの外部電力源を接続することを特徴とする、鉄道車両の駆動システム。
【請求項３】
請求項１及び２の鉄道車両の駆動システムにおいて、
前記電化区間においては、前記電動機駆動手段への主たる電力供給を前記第一の給電手段で取得した電力により行い、前記第一の電力変換手段により前記第一の電圧値レベルを制御し、
前記非電化区間においては、前記電動機駆動手段への主たる電力供給を前記第二の給電手段で取得した電力に行い、前記第二の電力変換手段により前記第一の電圧値レベルを制御することを特徴とする、鉄道車両の駆動システム。
【請求項４】
先頭車両に複数の車両が編成された鉄道編成車両の駆動システムにおいて、
少なくとも編成車輌の一つに車両外部から電力を得る第一の給電手段を、そして、前記先頭車両に車両内部で電力を発生させる第二の給電手段を設備するとともに、
少なくとも編成車輌の一つに、蓄電機能をもつ第三の給電手段、前記第一ないし第三の給電手段からの電力を、第一の電圧値レベルを有する直流電力に変換する電力変換手段、及び前記第一の電圧値レベルを有する直流電力を交流電力に変換し、該交流電力により電動機を駆動する電動機駆動手段を配備し、
前記編成車輌の各車両に、前記第一ないし第三の給電手段、前記電力変換手段及び前記電動機駆動手段の各制御情報を、情報制御手段を介して相互に収受し、前記第一ないし第三の給電手段、前記電力変換手段及び前記電動機駆動手段のそれぞれを統括的に制御するシステム統括制御装置を配備し、
該システム統括制御装置は、車外に設備された位置情報発信手段から受信する位置情報に基づいて、前記編成車両が走行する区間が、車両外部からの電力供給が可能となる電化区間であるか、電力供給が不可能となる非電化区間であるかを判定する電化区間判定手段を備え、
前記電化区間判定手段の判断に基づいて、電化区間から非電化区間への移行時に前記第一の給電手段からの外部電力源を切断するとともに、非電化区間から電化区間への移行時に、前記第一の給電手段からの外部電力源を接続することを特徴とする、鉄道編成車両の駆動システム。
【請求項５】
請求項４の鉄道編成車両の駆動システムにおいて、
前記電化区間判定手段の判断に基づいて、前記編成車輌が電化区間から非電化区間に移行する時点が予告されたとき、予め前記第二の給電手段及び第三の給電手段を事前に作動させるとともに、非電化区間移行時に前記第一の給電手段からの外部電力源を切断し、
前記電化区間判定手段の判断に基づいて、前記編成車輌が非電化区間から電化区間に移行する時点が予告されたとき、予め前記第二の給電手段及び前記第三の給電手段を停止状態にするとともに、電化区間移行時に第一の給電手段からの外部電力源を接続することを特徴とする、鉄道編成車両の駆動システム。
【請求項６】
請求項４及び５の鉄道編成車両の駆動システムにおいて、
前記電化区間においては、前記電動機駆動手段への主たる電力供給を前記第一の給電手段で取得した電力により行い、前記第一の電力変換手段により前記第一の電圧値レベルを制御し、
前記非電化区間においては、前記電動機駆動手段への主たる電力供給を前記第二の給電手段で取得した電力に行い、前記第二の電力変換手段により前記第一の電圧値レベルを制御することを特徴とする、鉄道編成車両の駆動システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鉄道システムの駆動システムに係り、特に、外部給電手段と発電手段と電力蓄積手段を設備し、これらの手段より得られる電力を利用して鉄道車両を駆動する技術に関する。
【背景の技術】
【０００２】
鉄道車両は、鉄の車輪がレール面上を転がることにより走行するため、自動車に比べて走行抵抗が小さいことが特徴である。特に、最近の電気鉄道車両では、制動時に主電動機を発電機として作用させることで制動力を得ると同時に、主電動機で発生する電気的エネルギを架線に戻して他車両の力行エネルギとして再利用する回生ブレーキ制御を行っている。この回生ブレーキを備える電気鉄道車両は、回生ブレーキを備えていない電気鉄道車両に比べて、約半分のエネルギ消費で走行することが可能とされており、走行抵抗が小さい鉄道車両の特徴を生かした省エネ手法と言える。
一方、輸送密度が小さい地方路線などは、架線、変電所等が要らない気動車によるきめ細かな乗客サービスを低コストに実現している。
しかし、気動車は、架線など他車両にエネルギを渡す手段がないため、電気鉄道車両のような回生エネルギの再利用は行われておらず、このため、気動車で省エネルギを実現するためには、低燃費エンジンの開発に頼らざるを得なかった。
【０００３】
そこで、このような気動車で省エネルギを推進する方法のひとつとして、エンジンと蓄電装置を組み合わせたハイブリッド車両が考案された。ハイブリッド車両は蓄電装置を設けることにより、制動時に発生する回生エネルギを蓄電装置でいったん吸収することが可能となり、この吸収した回生エネルギを力行時に必要なエネルギの一部として再利用することにより省エネルギを実現する。
このように、減速器を介してエンジン出力を輪軸に直接伝達して車両の引張力を得る従来の気動車に対し、ハイブリッド車両は、エンジン出力で発電機を駆動して直流電力に変換し、この直流電力をインバータ装置で交流電力に変換し、電動機を駆動して引張力を発生する。一方、ブレーキ時は電動機で発電された交流電力をインバータ装置で直流電力に変換して、直流電力部に接続された蓄電装置に充電する。見方を変えるとハイブリッド車両は、電車の駆動システムに電力を発生するエンジン発電機と、回生電力を吸収する蓄電装置を付加したシステムであるといえる。
【０００４】
ハイブリッド車両の構成、制御方式については、特許文献１の鉄道車両駆動システムにおいて述べられている。
図７に特許文献１の図１に示されている鉄道車両駆動システムの機器構成図を示す。発電手段１１０と電力変換装置１２０と駆動電動機と電力蓄積手段１５０を搭載した第一の鉄道車両１０１と、電力変換装置１２０と駆動電動機と電力蓄積手段１５０を搭載した第二の鉄道車両１０２と、各手段を電力伝達手段１４０によって接続した鉄道車両駆動システムにおいて、発電手段１１０の発電電力および電力蓄積手段１５０の蓄電量を制御する電力管理手段２００を備え、電力蓄積手段１５０が、発電手段１１０が発電する電力および回生電力を蓄積し、発電手段１１０と電力蓄積手段１５０を電源として電力変換装置１２０によって駆動電動機を駆動し、列車を駆動する。
このように、特許文献１の図１に示されている鉄道車両駆動システムでは、発電手段１１０を備えた第一の鉄道車両から、電車と同様の駆動システムである電力変換装置１２０と駆動電動機と電力蓄積手段１５０を備えた第二の鉄道車両１０２に電力を供給して、車両の走行を実現している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第４１８４８７９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ハイブリッド車両には、駆動システムの基本構成は電車と同じであるため、電車と同等の走行性能を実現できることがメリットのひとつである。
従来の気動車では、走行性能がエンジン出力特性で制限されるため、電車とは走行特性が異なっていた。このため、気動車が電化区間に乗り入れたときは、気動車専用の運行ダイヤを組む必要があった。しかし、ハイブリッド車両では、電化区間に乗り入れたときでも、電車と同じ走行特性を実現できるので、電車と同じ運行ダイヤで運用できる。
ところで、通常の電車は、車両直上の空中に設備された架線から駆動システムに電力が供給される。しかし、従来のハイブリッド車両においては、電化区間に乗り入れたときであっても、駆動システムへの電力供給はエンジン発電手段により行われるため、エンジンを駆動する燃料（軽油等）が必要となる。このため、ハイブリッド車両が乗り入れる電化区間でも、車両の燃料タンクが空になることを想定して給油施設を設ける必要があると考えられる。
すなわち、ハイブリッド車両が非電化区間と電化区間を直通するためには、電化区間においても新たに給油施設等の設備投資が必要となることが課題といえる。
本発明の目的は、ハイブリッド車両の電力供給を、電化区間、非電化区間で最適に切換制御することにより、電化区間に給油設備等の新たな設備を設けることなく、また、非電化区間と電化区間を意識することなく、両区間を相互に直通運転できる、機動性の高い鉄道車両システムを実現することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の鉄道車両システムでは、車両外部から電力を得る第一の給電手段と、車両内部で電力を発生させる第二の給電手段と、車両に設備され蓄電機能をもつ第三の給電手段と、第一ないし第三の給電手段からの電力を、第一の電圧値レベルを有する直流電力に変換する電力変換手段と、第一の電圧値レベルを有する直流電力を交流電力に変換し、該交流電力により電動機を駆動する電動機駆動手段を備えるとともに、車外に設備された位置情報発信手段から受信する位置情報に基づいて、車両が走行する区間が、車両外部からの電力供給が可能となる電化区間であるか、電力供給が不可能となる非電化区間であるかを判定する電化区間判定手段を設け、前記電化区間判定手段の判断に基づいて、電化区間から非電化区間への移行時に前記第一の給電手段からの外部電力源を切断するとともに、非電化区間から電化区間への移行時に、前記第一の給電手段からの外部電力源を接続することにより、外部給電手段である第一の給電手段、内部給電手段である第二の給電手段、蓄電手段である第三の給電手段のいずれからも電動機駆動手段に電力供給可能とし、電動機駆動手段で発電した電力を外部給電手段である第一の給電手段、内部給電手段である第二の給電手段、蓄電手段である第三の給電手段の少なくともひとつで吸収可能な構成とする。
また、車両の走行位置情報を、線路上の地上子、全地球測位システム（ＧＰＳ）など、車外に設備された位置情報発信手段から受信する位置検出手段を備え、受信した走行位置情報をもとに架線などの外部電力源の有無を照合して、車両外部からの電力供給の可・不可、すなわち、現在車両が走行中の区間が、電化区間であるか非電化区間であるか予測・判断し、非電化区間であるとき、外部給電手段である第一の給電手段は、外部電力源から切断し、電化区間であるとき第一の給電手段は外部電力源と接続することが可能とする。【０００８】
さらに先頭車両に複数の車両が編成された鉄道編成車両の駆動システムにおいて、少なくとも編成車輌の一つに車両外部から電力を得る第一の給電手段を、そして、先頭車両に車両内部で電力を発生させる第二の給電手段を設備するとともに、少なくとも編成車輌の一つに、蓄電機能をもつ第三の給電手段、第一ないし第三の給電手段からの電力を、第一の電圧値レベルを有する直流電力に変換する電力変換手段、及び第一の電圧値レベルを有する直流電力を交流電力に変換し、該交流電力により電動機を駆動する電動機駆動手段を配備し、各車両に前記第一ないし第三の給電手段、電力変換手段及び電動機駆動手段の各制御情報を、情報制御手段を介して相互に収受し、前記第一ないし第三の給電手段、前記電力変換手段及び前記電動機駆動手段のそれぞれを統括的に制御するシステム統括制御装置を配備し、編成車輌において、低コスト化、重量配分等の観点から、分散配備された各手段を相互に連繋させ、統括的に制御することにより、電化区間、非電化区間に応じて、編成車輌に分散配備された各手段を統括的に制御する構成とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、電化区間に給油設備等の新たな設備を設けることなく、また、非電化区間と電化区間を意識することなく両区間を相互に直通運転できる、機動性の高い鉄道車両システムを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は本発明の鉄道車両の駆動システムにおける一実施形態の機器構成を示す図である。
【図２】図２は本発明の一実施形態における機器構成の詳細を示す図である。
【図３】図３は本発明の一実施形態における機器動作を示す図である。
【図４】図４は本発明の一実施形態における機器動作を実現する制御ブロック図である。
【図５】図５は本発明の一実施形態における電化区間での機器出力バランス制御を示す図である。
【図６】図６は本発明の一実施形態における非電化区間での機器出力バランス制御を示す図である。
【図７】図７は従来の鉄道車両駆動システムを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明していく。
【実施例】
【００１２】
図１は、本発明の鉄道車両の駆動システムにおける一実施形態の機器構成を示す図である。
車両１ａ、１ｂ、１ｃは、列車編成を構成する車両の一部である。第３両目の車両１ａは車間連結器１１ａ、１１ｂ、第２両目の車両１ｂは車間連結器１１ｃ、１１ｄ、先頭車両の車両１ｃは車間連結器１１ｅ、１１ｆをそれぞれ備えており、車両１ａと車両１ｂは車間連結器１１ｂと車間連結器１１ｃで、車両１ｂと車両１ｃは車間連結器１１ｄと車間連結器１１ｅで、連結されている。
車両１ａは、台車２ａを介して輪軸３ａ、３ｂにより、また、台車２ｂを介して輪軸３ｃ、３ｄにより、図示していないレール面上に支持されている。車両１ｂは、台車２ｃを介して輪軸３ｅ、３ｆにより、また、台車２ｄを介して輪軸３ｇ、３ｈにより、図示していないレール面上に支持されている。車両１ｃは、台車２ｅを介して輪軸３ｉ、３ｊにより、また、台車２ｆを介して輪軸３ｋ、３ｌにより、図示していないレール面上に支持されている。【００１３】
車両１ａの機器構成について説明する。
車両１ａには、線路上に配置された地上子、すなわち位置情報発信手段から位置情報を受信する地点検知器１４、第一の給電手段である集電装置１８、第一の電力供給手段である外部給電コンバータ装置１９、主変圧器２０、システム統括制御装置８ａ、情報通信装置９ａ、静電アンテナ３５の各機器が配置される。
主変圧器２０は、集電装置１８により供給される交流電力を基に、外部給電コンバータ装置１９の仕様に適合する電圧に変換する。外部給電コンバータ装置１９は、主変圧器２０により変換された電圧を有する交流電力を直流電力に変換し、電力伝達手段７ａを供給して編成内の他車両１ａ、１ｂに送られる。地点検出器１４は、車外に設備する地上子などの位置情報発信手段３７（図示していない）から発信される地点情報を検出し、システム統括制御装置８ａに送る。位置情報発信手段３７としては、静電アンテナ３５は、架線の有無情報を架線に通流する交流電流の変動により検出し、システム統括制御装置８ａに送る。ここで、位置情報発信手段３７としては、全地球測位システム（ＧＰＳ）を活用することもできる。【００１４】
システム統括制御装置８ａは、外部給電コンバータ装置１９、地点検知器１４、静電アンテナ３５と接続し、それぞれ制御要求Ｄｃｎｖ＿ａ、Ｄｓｅｎ＿ａ、Ｄａｎｔ＿ａを各装置に与えると共に、各装置の状態情報Ｓｃｎｖ＿ａ、Ｓｓｅｎ＿ａ、Ｓａｎｔ＿ａを集約する。また、システム統括制御装置８ａは、地点検知器１４、外部給電コンバータ装置１９との間で収受した情報Ｄｉｎｆ＿ａを情報通信装置９ａに送る、情報通信装置９ａは、情報伝送手段１０ａ、１０ｂ、１０ｃを経て、編成内の他車両の情報通信装置９ｂ、９ｃとの間で情報を共有できる。すなわち、情報通信装置９ａでは、列車全体の情報を収集でき、システム統括制御装置８ａは、この中から地点検知器１４、外部給電コンバータ装置１９の制御に必要な情報Ｓｉｎｆ＿ａを選択して受信する。
また、車両１ａは、編成内の他車両と電力伝達手段７ａを接続するための電力系連結器１２ａ、１２ｂを、また、編成内の他車両と情報伝送手段１０ａを接続するための情報系連結器１３ａ、１３ｂをそれぞれ設備している。【００１５】
次に、車両１ｂの機器構成について説明する。
車両１ｂには、電動機駆動手段であるインバータ装置４ａ、ＤＣ／ＤＣコンバータ装置５、第三の給電手段である蓄電装置６、システム統括制御装置８ｂ、情報通信装置９ｂの各機器が配置される。
インバータ装置４は、電力伝達手段７ｂにより供給される直流電力を基に、これを３相交流電力に変換して、図示していない電動機２７を駆動する。電動機２７の出力は、図示していない動力伝達手段を介することにより、輪軸３ｅ、３ｆ、３ｇ、３ｈの全て、またはいずれかを駆動して、車両１ｂに加減速力を与える。
チョッパ装置５は、入力側、出力側で各々端子電圧が異なる状態において、入力側、出力側それぞれの端子電圧に応じて電流を通流させる機能を持つ。ここでは、高電圧側の端子は電力伝達手段７ｂに、低電圧側の端子は蓄電装置６に接続される。すなわち、チョッパ装置５は、電力伝達手段７ｂの電力を蓄電装置６に充電し、また蓄電装置６を放電して電力伝達手段７ｂに戻すことができる。【００１６】
システム統括制御装置８ｂは、インバータ装置４、チョッパ装置５、蓄電装置６と接続し、それぞれ制御要求Ｄｉｎｖ＿ｂ、Ｄｃｈｐ＿ｂ、Ｄｂｔｒ＿ｂを各装置に与えると共に、各装置の状態情報Ｓｉｎｖ＿ｂ、Ｓｃｈｐ＿ｂ、Ｓｂｔｒ＿ｂを集約する。また、システム統括制御装置８ｂは、インバータ装置４、チョッパ装置５、蓄電装置６との間で収受した情報Ｄｉｎｆ＿ｂを情報通信装置９ｂに送る、情報通信装置９ｂは、情報伝送手段１０ａ、１０ｂ、１０ｃを経て、編成内の他車両の情報通信装置９ａ、９ｃとの間で情報を共有できる。すなわち、情報通信装置９ｂでは、列車全体の情報を収集でき、システム統括制御装置８ｂは、この中からインバータ装置４、チョッパ装置５、蓄電装置６の制御に必要な情報Ｓｉｎｆ＿ｂを選択して受信する。
また、車両１ｂは、編成内の他車両と電力伝達手段７ｂを接続するための電力系連結器１２ｃ、１２ｄを、また、編成内の他車両と情報伝送手段１０ｂを接続するための情報系連結器１３ｂ、１３ｃをそれぞれ設備している。【００１７】
次に、先頭車両である車両１ｃの機器構成について説明する。
車両１ｃには、エンジン１５、発電機１６、エンジン発電コンバータ装置１７、システム統括制御装置８ｃ、情報通信装置９ｃの各機器が配置される。
エンジン１５及び発電機１６が、車両内部で電力を発生させる第二の給電手段を構成し、エンジン１５により、発電機１６を駆動して３相交流電力を発生させる。この３相交流電力は、エンジン発電コンバータ装置１７により直流電力に変換され、電力伝達手段７ｃを供給して編成車両内の他車両１ａ、１ｂに送られる。【００１８】
システム統括制御装置８ｃは、エンジン１５、エンジン発電コンバータ装置１７と接続し、それぞれ制御要求Ｄｅｎｇ＿ｃ、Ｄｃｎｖ＿ｃを与えると共に、各装置の状態情報Ｓｅｎｇ＿ｃ、Ｓｃｎｖ＿ｃを集約する。また、システム統括制御装置８ｃは、エンジン１５、エンジン発電コンバータ装置１７との間で収受した情報Ｄｉｎｆ＿ｃを情報通信装置９ｃに送る。情報通信装置９ｃは、情報伝送手段１０ｃを経て、編成内の他車両の情報通信装置９ａ、９ｂとの間で情報を共有できる。すなわち、情報通信装置９ｃでは、列車全体の情報を収集でき、システム統括制御装置８ｃは、この中からエンジン１５、エンジン発電コンバータ装置１７の制御に必要な情報Ｓｃｎｖ＿ｃを選択して受信する。
また、車両１ｃは、編成車両内の他車両と電力伝達手段７ｃを接続するための電力系連結器１２ｅを、また、編成車両内の他車両と情報伝送手段１０ｃを接続するための情報系連結器１３ｅをそれぞれ設備している。
なお、前記外部給電コンバータ１９、エンジン発電コンバータ１７及びチョッパ装置５が、第一の給電手段である集電装置１８、第二の給電手段であるエンジン１５及び発電機１及び第三の給電手段である蓄電装置６からの電力を、一定の電圧値レベルを有する直流電力に変換する電力変換手段を構成する。【００１９】
この構成によると、受信した走行位置情報をもとに架線などの外部電力源の有無を照合して車両外部からの電力供給の可・不可、すなわち、現在走行する路線が、電化区間であるか、非電化区間であるかを判断し、車両外部から電力供給が不可であるとき外部給電手段は外部電力源から切断し、車両外部から電力供給が可であるとき外部給電手段は外部電力源と接続することが可能である。
さらに、集電装置、エンジン発電機、蓄電装置、外部給電コンバータ装置、エンジン発電コンバータ装置、インバータ装置をそれぞれ制御するシステム統括制御装置と、システム統括制御装置の制御情報を相互に収受する情報通信装置を備えることで各機器を統合的に制御し、車両外部からの電力供給が可のときはインバータ装置への主たる電力供給は集電装置からの給電電力として外部給電コンバータ装置により直流電力部を所定電圧値に制御し、集電装置からの電力供給が不可のときはインバータ装置への主たる電力供給はエンジン発電機からの給電電力としてエンジン発電コンバータにより直流電圧部を所定電圧値に制御できる。
すなわち、電化区間に給油設備等の新たな設備を設けることなく、また、非電化区間と電化区間を意識することなく両区間を相互に直通運転できる、機動性の高い鉄道車両システムを実現することができる。【００２０】
図２は、本発明の一実施形態における機器構成の詳細を示す図である。
車両１ａには、集電装置１８、主変圧器２０、外部給電コンバータ装置１９、システム統括制御装置８ａ、情報通信装置９ａ、位置検出器１４、静電アンテナ３５の各機器が配置される。
主変圧器２０は、集電装置１８により供給される交流電力を基に、外部給電コンバータ装置１９の仕様に適合する電圧に変換する。外部給電コンバータ装置１９は、主変圧器２０により変換された電圧を有する交流電力を交流電力に変換し、電力伝達手段７ａを供給して編成内の他車両１ａ、１ｂに送られる。
外部給電コンバータ回路２５は、主変圧器２０から供給される交流電力を、外部給電コンバータ制御部３１が出力するスイッチング信号ＧＰ＿ｐに基づいて、図示していないスイッチング素子を制御することにより、直流電力に変換する。また、電力伝達手段７ａからの供給電圧を測定するための電圧検出器２２ａ、供給電流を測定するための電流検出器２３ａ、主変圧器から供給される交流電力の電流を測定する電流検出器２３ｂをそれぞれ配置する。フィルタコンデンサ２１ａは、外部給電コンバータ回路２５の入力端に並列に接続され、外部給電コンバータ回路２５に流入あるいは流出する電流の変動成分を除去する。【００２１】
地点検出器１４は、車外に設備する地上子などの位置情報発信手段３７（図示していない）から発信される地点情報を検出し、システム統括制御装置８ａに送る。位置情報発信手段３７としては、静電アンテナ３５は、架線の有無情報を架線に通流する交流電流の変動により検出し、システム統括制御装置８ａに送る。ここで、位置情報発信手段３７としては、全地球測位システム（ＧＰＳ）を活用することもできる。
システム統括制御装置８ａは、外部給電コンバータ制御部３１、地点検知装置１４、静電アンテナ３５と接続し、それぞれ制御要求Ｄｃｎｖ＿ａ、Ｄｓｅｎ＿ａ、Ｄａｎｔ＿ａを与えると共に、各装置の状態情報Ｓｃｎｖ＿ａ、Ｓｓｅｎ＿ａ、Ｓａｎｔ＿ａを集約する。また、システム統括制御装置８ａは、外部給電コンバータ制御部３１、地点検知装置１４、静電アンテナ３５との間で収受した情報Ｄｉｎｆ＿ａを情報通信装置９ａに送る、情報通信装置９ａは、情報伝送手段１０ａを経て、編成内の他車両の情報通信装置９ｂ、９ｃとの間で情報を共有できる。すなわち、情報通信装置９ａでは、列車全体の情報を収集でき、システム統括制御装置８ａは、この中から外部給電コンバータ制御部３１、地点検知装置１４、静電アンテナ３５の制御に必要な情報Ｓｉｎｆ＿ｃを選択して受信する。【００２２】
車両１ｂには、インバータ装置４、電動機２７ａ、２７ｂ、チョッパ装置５、蓄電装置６、システム統括制御装置８ｂ、情報通信装置９ｂの各機器が配置される。
インバータ装置４は電力伝達手段７ｂにより供給される直流電力を基に、これを３相交流電力に変換して電動機２７ａ、２７ｂを駆動する。ここで、インバータ装置４により駆動される電動機は、電動機２７ａ、２７ｂとしているが、これは、インバータ装置４が駆動する電動機の台数を限定するものではない。インバータ回路２６は、前述の直流部分の電力を、インバータ制御部３２が出力するスイッチング信号ＧＰ＿ｔに基づいて、図示していないスイッチング素子を制御することにより、電圧可変、周波数可変の３相交流電力に変換し、電動機２７ａ、２７ｂを駆動する。また、電力供給手段７ｂからの供給電圧を測定するための電圧検出器２２ｂ、供給電流を測定するための電流検出器２３ｃをそれぞれ配置する。フィルタコンデンサ２１ｂは、インバータ回路２６の入力端に並列に接続され、インバータ回路２６に流入あるいは流出する電流の変動成分を除去する。【００２３】
チョッパ装置５は、入力側、出力側で各々端子電圧が異なる接続でも、その入力側、出力側の端子電圧に応じて電流を通流させる機能を持つ。ここでは、高電圧側の端子は、電力伝達手段７ｂに、低電圧側の端子は蓄電装置６に接続される。蓄電装置６とチョッパ回路２８の間には、平滑リアクトル２４が接続され、後述の昇降圧チョッパ動作においてチョッパ電流を平滑する役割と、昇圧チョッパ動作において電気エネルギを一次蓄積する役割を果たす。チョッパ回路２８は、チョッパ制御部３３が出力するスイッチング信号ＧＰ＿ｄに基づいて、図示していないスイッチング素子を制御することにより、電力伝達手段７ｂに接続された高電圧側の端子と、蓄電装置６に接続された低電圧側の端子の間を、それぞれの端子間電圧を維持または制御しながら、電流を通流させる。また、蓄電装置６からの供給電流を測定するための電流検出器２４を蓄電装置６とチョッパ回路２８の間に、さらに、蓄電装置６の出力電圧を測定するため電圧測定器２２ｃを蓄電装置６の出力端子間に配置する。すなわち、チョッパ装置５は、電力伝達手段７ｂの電力をもとに蓄電装置６に充電し、また蓄電装置６を放電して電力伝達手段７ｂに戻すことができる。【００２４】
システム統括制御装置８ｂは、インバータ制御部３２、チョッパ制御部３３、蓄電装置６と接続し、それぞれ制御要求Ｄｉｎｖ＿ｂ、Ｄｂｃｈ＿ｂ、Ｄｂｔｒ＿ｂを与えると共に、各装置の状態情報Ｓｉｎｖ＿ｂ、Ｓｂｃｈ＿ｂ、Ｓｂｔｒ＿ｂを集約する。また、システム統括制御装置８ｂは、インバータ制御部３２、チョッパ制御部３３、蓄電装置６との間で収受した情報Ｄｉｎｆ＿ｂを情報通信装置９ｂに送る、情報通信装置９ｂは、情報伝送手段１０ａ、１０ｂを経て、編成内の他車両の情報通信装置９ａとの間で情報を共有できる。すなわち、情報通信装置９ｂでは、列車全体の情報を収集でき、システム統括制御装置８ｂは、この中からインバータ制御部３２、チョッパ制御部３３、蓄電装置６の制御に必要な情報Ｓｉｎｆ＿ｂを選択して受信する。
また、車両１ｂは、編成内の他車両と電力伝達手段７ｂを接続するための電力系連結器１２ｃ、１２ｄを、また、編成内の他車両と情報伝送手段１０ｂを接続するための情報系連結器１３ｃ、１３ｄをそれぞれ設備している。【００２５】
車両１ｃには、発電機３０、エンジン発電コンバータ装置１７、システム統括制御装置８ｃ、情報通信装置９ｃの各機器が配置される。
発電機３０は、図示していないエンジン等の動力で駆動されて三相交流電力を発生する。エンジン発電コンバータ装置１７は、発電機３０により発生された三相交流電力を基に、これを直流電力に変換して、電力伝達手段７ｃに供給する。
エンジン発電コンバータ回路２９は、発電機３０により発生された三相交流電力を、エンジン発電コンバータ制御部３４が出力するスイッチング信号ＧＰ＿ｅに基づいて、図示していないスイッチング素子を制御することにより、直流電力に変換する。また、電力伝送装置７ｃからの供給電圧を測定するための電圧検出器２２ｄ、供給電流を測定するための電流検出器２３ｈ、発電機３０により発生された三相交流電力の各相の電流を測定する電流検出器２３ｉ、２３ｊ、２３ｋをそれぞれ配置する。フィルタコンデンサ２１ｃは、エンジン発電コンバータ回路２９の入力端に並列に接続され、エンジン発電コンバータ回路２９に流入あるいは流出する電流の変動成分を除去する。【００２６】
システム統括制御装置８ｃは、エンジン発電コンバータ制御部３４、および図示していないエンジン１５と接続し、それぞれ制御要求Ｄｅｎｇ＿ｃ、Ｄｃｎｖ＿ｃを与えると共に、各装置の状態情報Ｓｃｎｖ＿ｃ、Ｓｅｎｇ＿ｃを集約する。また、システム統括制御装置８ｃは、エンジン発電コンバータ制御部３４、および図示していないエンジン１５との間で収受した情報Ｄｉｎｆ＿ｃを情報通信装置９ｃに送る、情報通信装置９ｃは、情報伝送手段１０ｃを経て、編成内の他車両の情報通信装置９ａ、９ｂとの間で情報を共有できる。すなわち、情報通信装置９ｃでは、列車全体の情報を収集でき、システム統括制御装置８ｃは、この中からエンジン発電コンバータ装置１７、および図示していないエンジン１５の制御に必要な情報Ｓｉｎｆ＿ｃを選択して受信する。【００２７】
以上説明したように、この構成によると、受信した走行位置情報をもとに架線などの外部電力源の有無を照合して車両外部からの電力供給の可・不可、すなわち電化区間か非電化区間であるかを判断し、車両外部から電力供給が不可であるとき外部給電手段は外部電力源から切断し、車両外部から電力供給が可であるとき外部給電手段は外部電力源と接続することが可能である。
さらに、集電装置、エンジン発電機、蓄電装置、外部給電コンバータ装置、エンジン発電コンバータ装置、インバータ装置をそれぞれ制御するシステム統括制御装置と、システム統括制御装置の制御情報を相互に収受する情報通信装置を備えることで各機器を統合的に制御し、車両外部からの電力供給が可のときはインバータ装置への主たる電力供給は集電装置からの給電電力として外部給電コンバータ装置により直流電力部を所定電圧値に制御し、集電装置からの電力供給が不可のときはインバータ装置への主たる電力供給はエンジン発電機からの給電電力としてエンジン発電コンバータにより直流電圧部を所定電圧値に制御できる。
すなわち、電化区間に給油設備等の新たな設備を設けることなく、また、非電化区間と電化区間を意識することなく両区間を相互に直通運転できる、機動性の高い鉄道車両システムを提供できる。【００２８】
図３は、本発明の一実施形態における機器動作を示す図である。
ここでは、車両１ａ、１ｂ、１ｃが、非電化区間から電化区間に進入するときの集電装置６、外部給電コンバータ装置１９、エンジン発電コンバータ装置１７、インバータ装置４の各機器の動作、同じく電化区間から非電化区間に進入するときの集電装置６、外部給電コンバータ装置１９、エンジン発電コンバータ装置１７、インバータ装置４の各機器の動作について記述している。
まず、非電化区間から電化区間に進入するときの機器動作について説明する。
車両１ａ、１ｂ、１ｃが非電化区間を走行しているとき、パンタ上昇許可フラグＰＴＧ＿ｕｐ＿ｐｒｍは「０」であり、このとき集電装置６は下降状態にある。また、非電化区間では集電装置６からの給電が得られないため、外部給電コンバータゲートスタート許可フラグＣＮＶＡ＿ｇｓｔ＿ｐｒｍを「０」、すなわち、外部給電コンバータ装置１９における電力変換を停止状態とする。一方、エンジン発電からの給電を得るためエンジン発電コンバータゲートスタート許可フラグＣＮＶＢ＿ｇｓｔ＿ｐｒｍを「１」、すなわち、エンジン発電コンバータ装置１７における電力変換を動作状態とする。また、加速時またはブレーキ時はインバータゲートスタート許可フラグＩＮＶ＿ｇｓｔ＿ｐｒｍを「１」、すなわち、インバータ装置４における電力変換を動作状態とする。【００２９】
車両１ａに搭載された地点検出器１４が、電化区間が開始される地点よりも非電化区間側に設置される位置情報発信手段３７ａから「電化区間予告信号」を受信すると、インバータゲートスタート許可フラグＩＮＶ＿ｇｓｔ＿ｐｒｍを「０」、すなわち、インバータ装置４における電力変換を停止状態とする。さらに、エンジン発電コンバータゲートスタート許可フラグＣＮＶＢ＿ｇｓｔ＿ｐｒｍを「０」、すなわち、エンジン発電コンバータ装置１７における電力変換を停止状態とする。
「電化区間予告信号」を受信した地点から、予め設定する距離Ｌ１を走行した地点に達したとき、パンタ上昇許可フラグＰＴＧ＿ｕｐ＿ｐｒｍを「１」、すなわち、集電装置６を上昇させて給電手段３６と接触させる。これにより、車両１ａ、１ｂ、１ｃは給電手段３６から必要な電力を得る準備が完了する。【００３０】
車両１ａに搭載された地点検出器１４が、電化区間が開始される地点よりも電化区間側に設置され車両１ａが電化区間を走行していることを示す位置情報発信手段３７ｂから「電化区間確認信号」を受信すると、外部給電コンバータゲートスタート許可フラグＣＮＶＡ＿ｇｓｔ＿ｐｒｍを「１」、すなわち、外部給電コンバータ装置１９における電力変換を動作状態とする。これにより、外部給電コンバータ装置１９は給電手段３６から得られる交流電力を直流電力に変換してインバータ装置４に供給される。また、エンジン発電コンバータゲートスタート許可フラグＣＮＶＢ＿ｇｓｔ＿ｐｒｍを「１」、すなわち、エンジン発電コンバータ装置１７における電力変換を動作状態として、エンジン発電からの動力供給を可能とする。その後、インバータゲートスタート許可フラグＩＮＶ＿ｇｓｔ＿ｐｒｍを「１」、すなわち、インバータ装置４における電力変換を動作状態とする。【００３１】
次に、電化区間から非電化区間に進入するときの機器動作について説明する。
車両１ａ、１ｂ、１ｃが電化区間を走行しているとき、パンタ上昇許可フラグＰＴＧ＿ｕｐ＿ｐｒｍは「１」、すなわち、集電装置６は上昇状態で給電手段３５と接触している。また、電化区間では集電装置６からの給電が得られるため、外部給電コンバータゲートスタート許可フラグＣＮＶＡ＿ｇｓｔ＿ｐｒｍを「１」、すなわち、外部給電コンバータ装置１９における電力変換を動作状態とする。これにより、外部給電コンバータ装置１９は給電手段３６から得られる交流電力を直流電力に変換してインバータ装置４に供給される。さらに、エンジン発電コンバータゲートスタート許可フラグＣＮＶＢ＿ｇｓｔ＿ｐｒｍを「１」、すなわち、エンジン発電コンバータ装置１７における電力変換を動作状態として、エンジン発電からインバータ装置４への電力供給を可能とする。また、加速時またはブレーキ時はインバータゲートスタート許可フラグＩＮＶ＿ｇｓｔ＿ｐｒｍを「１」、すなわち、インバータ装置４における電力変換を動作状態とする。【００３２】
車両１ａに搭載された地点検出器１４が、非電化区間が開始される地点より電化区間よりに設置される位置情報発信手段３７ｃから「非電化区間予告信号」を受信すると、インバータゲートスタート許可フラグＩＮＶ＿ｇｓｔ＿ｐｒｍを「０」、すなわち、インバータ装置４における電力変換を停止状態とする。次に、外部給電コンバータゲートスタート許可フラグＣＮＶＡ＿ｇｓｔ＿ｐｒｍを「０」、すなわち、外部給電コンバータ１９における電力変換を停止状態とする。さらに、エンジン発電コンバータゲートスタート許可フラグＣＮＶＢ＿ｇｓｔ＿ｐｒｍを「０」、すなわち、エンジン発電コンバータ装置１７における電力変換を停止状態とする。【００３３】
「電化区間予告信号」を受信した地点から、予め設定する距離Ｌ２を走行した地点に達したとき、パンタ上昇許可フラグＰＴＧ＿ｕｐ＿ｐｒｍを「０」、すなわち、集電装置６を下降させる。これにより、車両１ａ、１ｂ、１ｃは給電手段３６からの電力供給を終了する準備を完了する。
車両１ａに搭載された地点検出器１４が、電化区間が開始される地点の直前に設置される位置情報発信手段３６ｄから「非電化区間確認信号」を受信すると、エンジン発電コンバータゲートスタート許可フラグＣＮＶＢ＿ｇｓｔ＿ｐｒｍを「１」、すなわち、エンジン発電コンバータ装置１７における電力変換を動作状態として、エンジン発電からインバータ装置４への電力供給を可能とする。また、加速時またはブレーキ時は、インバータゲートスタート許可フラグＩＮＶ＿ｇｓｔ＿ｐｒｍを「１」、すなわち、インバータ装置４における電力変換を動作状態とする。【００３４】
図４は、本発明の一実施形態における機器動作を実現する制御ブロック図である。
論理記憶回路３８ａは、電化区間予告受信フラグＳＥＣＴ＿ｅｌｅ＿ａｄｖをセット入力、電化区間確認受信フラグＳＥＣＴ＿ｅｌｅ＿ｆｉｘをリセット入力とする、リセット優先のフリップフロップ回路であり、非電化区間→電化区間移行中フラグＦＬＧ＿ｎｅｌｅ２ｅｌｅを出力する。
論理記憶回路３８ｂは、非電化区間予告受信フラグＳＥＣＴ＿ｎｅｌｅ＿ａｄｖをセット入力、非電化区間確認受信フラグＳＥＣＴ＿ｎｅｌｅ＿ｆｉｘをリセット入力とする、リセット優先のフリップフロップ回路であり、電化区間→非電化区間移行中フラグＦＬＧ＿ｅｌｅ２ｎｅｌｅを出力する。
論理記憶回路３８ｃは、電化区間確認受信フラグＳＥＣＴ＿ｎｅｌｅ＿ｆｉｘをセット入力、非電化区間確認受信フラグＳＥＣＴ＿ｎｅｌｅ＿ｆｉｘをリセット入力とする、リセット優先のフリップフロップ回路であり、電化区間予備フラグＦＬＧ＿ｅｌｅ＿ｐｒｏを出力する。
論理和回路３９は、非電化区間→電化区間移行中フラグＦＬＧ＿ｎｅｌｅ２ｅｌｅと、電化区間→非電化区間移行中フラグＦＬＧ＿ｅｌｅ２ｎｅｌｅを入力として、これらの論理和である電化・非電化区間移行中フラグＦＬＧ＿ｓｈｉｆｔを出力する。【００３５】
論理反転回路４０は、電化・非電化区間移行中フラグＦＬＧ＿ｓｈｉｆｔの論理を反転することにより、電化・非電化区間移行中はインバータ装置４、外部給電コンバータ装置１９、エンジン発電コンバータ装置１７のゲートスタートを禁止するゲートスタート禁止フラグＦＬＧ＿ｇｓｔ＿ｐｈｂを出力する。
論理遅延回路４２ａは、静電アンテナ電流検知フラグＰＬＩＮＥ＿ｃｕｒ＿ｄｃｔを入力して、フラグの立ち上り、立ち下りの何れか、あるいは両方を所定の時間だけ遅延させることにより、遅延付静電アンテナ電流検知フラグＰＬＩＮＥ＿ｃｕｒ＿ｔｄを出力する。【００３６】
論理積回路４１ａは、電化区間予備フラグＦＬＧ＿ｅｌｅ＿ｐｒｏと、遅延付静電アンテナ電流検知フラグＰＬＩＮＥ＿ｃｕｒ＿ｔｄを入力として、これらの論理積である電化区間確定フラグＦＬＧ＿ｅｌｅ＿ｆｉｘを出力する。さらに、論理遅延回路４２ｂは、電化区間確定フラグＦＬＧ＿ｅｌｅ＿ｆｉｘの立ち上り、立ち下りの何れか、あるいは両方を所定の時間だけ遅延させることにより、パンタ上昇許可フラグＰＴＧ＿ｕｐ＿ｐｒｍを出力する。【００３７】
論理積回路４１ｂは、ゲートスタート禁止フラグＦＬＧ＿ｇｓｔ＿ｐｈｂと、電化区間確定フラグＦＬＧ＿ｅｌｅ＿ｆｉｘと、外部給電コンバータゲートスタート要求フラグＣＮＶＡ＿ｇｓｔ＿ｒｅｑを入力として、これらの論理積である外部給電コンバータゲートスタート予備フラグＣＮＶＡ＿ｇｓｔ＿ｐｒｏを出力する。さらに、論理遅延回路４２ｃは、外部給電コンバータゲートスタート予備フラグＣＮＶＡ＿ｇｓｔ＿ｐｒｏの立ち上り、立ち下りの何れか、あるいは両方を所定の時間だけ遅延させることにより、外部給電コンバータゲートスタート許可フラグＣＮＶＡ＿ｇｓｔ＿ｐｒｍを出力する。【００３８】
論理積回路４１ｃは、ゲートスタート禁止フラグＦＬＧ＿ｇｓｔ＿ｐｈｂと、インバータゲートスタート要求フラグＩＮＶ＿ｇｓｔ＿ｒｅｑを入力として、これらの論理積であるインバータゲートスタート予備フラグＩＮＶ＿ｇｓｔ＿ｐｒｏを出力する。さらに、論理遅延回路４２ｄは、インバータゲートスタート予備フラグＩＮＶ＿ｇｓｔ＿ｐｒｏの立ち上り、立ち下りの何れか、あるいは両方を所定の時間だけ遅延させることにより、インバータゲートスタート許可フラグＩＮＶ＿ｇｓｔ＿ｐｒｍを出力する。【００３９】
論理積回路４１ｄは、ゲートスタート禁止フラグＦＬＧ＿ｇｓｔ＿ｐｈｂと、エンジン発電コンバータゲートスタート要求フラグＣＮＶＢ＿ｇｓｔ＿ｒｅｑを入力として、これらの論理積であるエンジン発電コンバータゲートスタート予備フラグＣＮＶＢ＿ｇｓｔ＿ｐｒｏを出力する。さらに、論理遅延回路４２ｅは、エンジン発電コンバータゲートスタート予備フラグＣＮＶＢ＿ｇｓｔ＿ｐｒｏの立ち上り、立ち下りの何れか、あるいは両方を所定の時間だけ遅延させることにより、エンジン発電コンバータゲートスタート許可フラグＣＮＶＢ＿ｇｓｔ＿ｐｒｍを出力する。【００４０】
図５は、本発明の一実施形態における電化区間での機器出力バランス制御を示す図である。
ここでは、機器出力バランス制御のうち、電化区間における力行時、および制動時の制御構成について説明する。
外部給電コンバータ制御部３１に備えられた電圧安定化制御器４５ａは、直流電力部基準電圧Ｖ＿ｐ＿ｒｅｆ、電圧検出器２２ａで検出された外部給電コンバータ装置１９の直流側端子電圧Ｖ＿ｐ、電流検出器２３ａで検出された外部給電コンバータ装置１９の直流側入出力電流Ｉ＿ｐを入力として、直流側端子電圧Ｖ＿ｐを直流電力部基準電圧Ｖ＿ｐ＿ｒｅｆに追従させるために、外部給電コンバータ装置１９に与える制御信号ＧＰ＿ｐを演算して出力する。【００４１】
インバータ装置４は、その時々に車両の力行、または制動に必要なインバータ電力Ｐ＿ｔを演算して出力する。車両の力行、または制動に必要なインバータ電力Ｐ＿ｔのうち、外部給電コンバータ装置１９だけでは供給できない電力を、蓄電装置６と、エンジン１５により補足する。チョッパ制御部３３に備えられた電力指令演算部４３は、インバータ電力Ｐ＿ｔと、蓄電装置６の蓄電量ＳＯＣを入力として、蓄電量ＳＯＣに応じて、チョッパ装置５に配分する補足電力指令Ｐ＿ｄ＿ｒｅｆ、エンジン発電コンバータ装置に配分する補足電力指令Ｐ＿ｅ＿ｒｅｆを演算して出力する。【００４２】
チョッパ制御部３３に備えられた電力安定化制御器４４ｂは、チョッパ装置５への補足電力指令Ｐ＿ｄ＿ｒｅｆ、電流検出器２３ｄで検出された蓄電装置６の入出力電流Ｉ＿ｂ、電圧検出器２２ｃで検出された蓄電装置６の端子電圧Ｖ＿ｄを入力として、蓄電装置６の入出力電力Ｉ＿ｂ×Ｖ＿ｂを、チョッパ装置５への補足電力指令Ｐ＿ｄ＿ｒｅｆに追従制御させるために、チョッパ装置５に与える制御信号ＧＰ＿ｄを出力する。【００４３】
エンジン発電コンバータ制御部３４に備えられる電力安定化制御器４４ａは、エンジン発電コンバータ装置１７への補足電力指令Ｐ＿ｅ＿ｒｅｆ、電流検出器２３ｈで検出されたエンジン発電コンバータ装置１７の入出力電流Ｉ＿ｅ、電圧検出器２２ｄで検出されたエンジン発電コンバータ装置の直流側端子電圧Ｖ＿ｅを入力として、エンジン発電コンバータ装置１７の入出力電力Ｉ＿ｅ×Ｖ＿ｅを、エンジン発電コンバータ装置１７への補足電力指令Ｐ＿ｄ＿ｒｅｆに追従制御させるために、エンジン発電コンバータ装置１７に与えられる制御信号ＧＰ＿ｅを出力する。【００４４】
以上の構成により、電化区間での力行時は、外部給電コンバータ装置１９により直流電力部分（Ａ）の電圧を所定値に追従制御するとともに、車両の駆動に必要な電力をインバータ装置４に供給する。車両の駆動に必要な電力を外部給電コンバータ装置１９だけでは供給できないときは、インバータ装置４は不足電力分を推定して、少なくとも前記不足電力よりも大きい電力をエンジン発電コンバータ装置１７または、チョッパ装置５を介して蓄電装置６から、直流電力部分（Ａ）にその電圧を保持しながら供給する。
また、電化区間での制動時は、外部給電コンバータ装置１９により直流電力部分（Ａ）の電圧を所定値に追従制御するとともに、インバータ装置４から供給される車両の制動で発生した電力を吸収する。インバータ装置４から供給される車両の制動で発生した電力を外部給電コンバータ装置１９だけでは吸収できないときは、インバータ装置４は不足電力分を推定して、少なくとも前記不足電力よりも大きい電力をチョッパ装置５により吸収して蓄電装置６に蓄電する。【００４５】
以上説明したように、この構成によると、受信した走行位置情報をもとに架線などの外部電力源の有無を照合して車両外部からの電力供給の可・不可を判断し、車両外部から電力供給が不可であるとき外部給電手段は外部電力源から切断し、車両外部から電力供給が可であるとき外部給電手段は外部電力源と接続することが可能である。さらに、集電装置、エンジン発電機、蓄電装置、外部給電コンバータ装置、エンジン発電コンバータ装置、インバータ装置をそれぞれ制御するシステム統括制御装置と、システム統括制御装置の制御情報を相互に収受する情報通信装置を備えることで各機器を統合的に制御し、車両外部からの電力供給が可のときはインバータ装置への主たる電力供給は集電装置からの給電電力として外部給電コンバータ装置により直流電力部を所定電圧値に制御できる。
すなわち、電化区間に給油設備等の新たな設備を設けることなく、また、非電化区間と電化区間を意識することなく両区間を相互に直通運転できる、機動性の高い鉄道車両システムを提供できる。【００４６】
図６は、本発明の一実施形態における非電化区間での機器出力バランス制御を示す図である。
まず、機器出力バランス制御のうち、非電化区間における力行時の制御構成について説明する。
エンジン発電コンバータ制御部３４に備えられた電圧安定化制御器４５ｂは、直流電力部基準電圧Ｖ＿ｅ＿ｒｅｆ、電圧検出器２２ｄで検出されたエンジン発電コンバータ装置１７の直流側端子電圧Ｖ＿ｅ、電流検出器２３ｈで検出された外部給電コンバータ装置１７の直流側入出力電流Ｉ＿ｅを入力として、直流側端子電圧Ｖ＿ｅを直流電力部基準電圧Ｖ＿ｅ＿ｒｅｆに追従制御させるために、エンジン発電コンバータ装置１７に与える制御信号ＧＰ＿ｅを出力する。【００４７】
インバータ装置４は、その時々に車両の力行に必要なインバータ電力Ｐ＿ｔを演算して出力する。車両の力行に必要なインバータ電力Ｐ＿ｔのうち、外部給電コンバータ装置１９だけでは供給できない電力を、蓄電装置６により補足する。チョッパ制御部３３に備えられた電力指令演算部４３は、インバータ電力Ｐ＿ｔと、蓄電装置６の蓄電量ＳＯＣを入力として、蓄電量ＳＯＣに応じて、チョッパ装置５に配分する補足電力指令Ｐ＿ｄ＿ｒｅｆを演算して出力する。【００４８】
チョッパ制御部３３に備えられた電力安定化制御器４４ｂは、チョッパ装置５への補足電力指令Ｐ＿ｄ＿ｒｅｆ、電流検出器２３ｄで検出された蓄電装置６の入出力電流Ｉ＿ｂ、電圧検出器２２ｃで検出された蓄電装置６の端子電圧Ｖ＿ｄを入力として、蓄電装置６の入出力電力Ｉ＿ｂ×Ｖ＿ｂを、チョッパ装置５への補足電力指令Ｐ＿ｄ＿ｒｅｆに追従制御させるため、チョッパ装置５に与える制御信号ＧＰ＿ｄを出力する。【００４９】
以上の構成によれば、非電化区間での力行時は、エンジン発電コンバータ装置１７により直流電力部分（Ａ）の電圧を追従制御するとともに、車両の駆動に必要な電力をインバータ装置４に供給する。車両の駆動に必要な電力をエンジン発電コンバータ装置１７だけでは供給できないときは、インバータ装置４は不足電力分を推定して、少なくとも前記不足電力よりも大きい電力をチョッパ装置５を介して蓄電装置６から直流電力部分（Ａ）にその電圧を保持しながら供給する。【００５０】
次に、機器出力バランス制御のうち、非電化区間における制動時の制御構成について説明する。
チョッパ制御部３３に備えられた電圧安定化制御器４５は、直流電力部基準電圧Ｖ＿ｂ＿ｒｅｆ、電流検出器２３ｄで検出された蓄電装置６の入出力電流Ｉ＿ｂ、電圧検出器２２ｃで検出された蓄電装置６の端子電圧Ｖ＿ｄを入力として、チョッパ装置の高圧側端子電圧Ｖ＿ｄを直流電力部基準電圧Ｖ＿ｄ＿ｒｅｆに追従制御させるため、チョッパ装置５に与える制御信号ＧＰ＿ｄを出力する。【００５１】
インバータ装置４は、その時々に車両の制動に必要なインバータ電力Ｐ＿ｔを演算して出力する。チョッパ制御部３３に備えられた電力指令演算部４３は、インバータ電力Ｐ＿ｔと、蓄電装置６の蓄電量ＳＯＣを入力として、車両の駆動に必要な電力のうち、外部給電コンバータ装置１９だけでは供給できない電力を、エンジン１５により補足するため、エンジン発電コンバータ装置１７への補足電力指令Ｐ＿ｅ＿ｒｅｆを演算して出力する。電力安定化制御器４４ａは、エンジン発電コンバータ装置１７への補足電力指令Ｐ＿ｅ＿ｒｅｆ、電流検出器２３ｈで検出されたエンジン発電コンバータ装置１７の入出力電流Ｉ＿ｅ、電圧検出器２２ｄで検出されたエンジン発電コンバータ装置の直流側端子電圧Ｖ＿ｅを入力として、エンジン発電コンバータ装置１７の入出力電力Ｉ＿ｅ×Ｖ＿ｅを、エンジン発電コンバータ装置１７への補足電力指令Ｐ＿ｅ＿ｒｅｆに追従制御させるために、エンジン発電コンバータ装置１７に与える制御信号ＧＰ＿ｅを出力する。【００５２】
以上の構成によれば、非電化区間での制動時は、蓄電装置６の充放電をチョッパ装置５で調整することにより、直流電力部分（Ａ）の電圧を所定値に追従制御するとともに、インバータ装置４から供給される車両の制動で発生した電力を吸収する。インバータ装置４から供給される車両の制動で発生した電力をチョッパ装置５だけでは吸収できないときは、インバータ装置４は不足電力分を推定して、少なくとも前記不足電力よりも大きい電力をエンジン発電コンバータ装置１７により吸収する。【００５３】
以上説明したように、この構成によると、受信した走行位置情報をもとに架線などの外部電力源の有無を照合して車両外部からの電力供給の可・不可を判断し、車両外部から電力供給が不可であるとき外部給電手段は外部電力源から切断し、車両外部から電力供給が可であるとき外部給電手段は外部電力源と接続することが可能である。さらに、集電装置、エンジン発電機、蓄電装置、外部給電コンバータ装置、エンジン発電コンバータ装置、インバータ装置をそれぞれ制御するシステム統括制御装置と、システム統括制御装置の制御情報を相互に収受する情報通信装置を備えることで各機器を統合的に制御し、集電装置からの電力供給が不可のときはインバータ装置への主たる電力供給はエンジン発電機からの給電電力としてエンジン発電コンバータにより直流電圧部を所定電圧値に制御できる。
すなわち、電化区間に給油設備等の新たな設備を設けることなく、また、非電化区間と電化区間を意識することなく両区間を相互に直通運転できる、機動性の高い鉄道車両システムを提供できる。
【符号の説明】
【００５４】
１…車両、２…台車、３…輪軸、４…インバータ装置（電動機駆動手段）、５…チョッパ装置（電力変換手段）、６…蓄電装置（第三の給電手段）、７…電力伝送手段、８…駆動システム制御装置、９…情報通信装置、１０…情報伝送手段、１１…車両連結器、１２…電力系連結器、１３…情報系連結器、１４…地点検知器、１５…エンジン（第二の給電手段）、１６…発電機（第二の給電手段）、１７…エンジン発電コンバータ装置（電力変換手段）、１８…集電装置（第一の給電手段）、１９…外部給電コンバータ装置（電力変換手段）、２０…主変圧器、２１…フィルタコンデンサ、２２…電圧検出器、２３…電流検出器、２４…平滑リアクトル、２５…外部給電コンバータ回路、２６…インバータ回路、２７…主電動機、２８…チョッパ回路、２９…エンジン発電コンバータ回路、３０…発電機、３１…外部給電コンバータ制御部、３２…インバータ制御部、３３…チョッパ制御部、３４…エンジン発電コンバータ制御部、３５…静電アンテナ、３６…給電手段、３７…位置情報発信手段、３８…論理記憶回路、３９…論理和回路、４０…論理反転回路、４１…論理積回路、４２…論理遅延回路、４３…電力指令演算部、４４…電力安定化制御器、４５…電圧安定化制御器、１０１…第一の鉄道車両、１０２…第二の鉄道車両、１１０…発電手段、１２０…電力変換装置、１３０…駆動輪、１４０…電力伝達手段、１５０…蓄電手段、２００…電力管理手段。
【図１】
2010146643.tif 000003
【図２】
2010146643.tif 000004
【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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【国際調査報告】
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