(57)【要約】  フィルタコンデンサおよび放電用抵抗器の長寿命化を図ることができる駆動制御装置を得ること。架線１から集電装置２および遮断器５を介して供給される電力を変換して電動機１３に供給する電力変換部３２と、電力変換部３２の入力側に設けられたフィルタコンデンサ７と、フィルタコンデンサ７を放電させる放電部８と、放電部８を制御する放電制御部１１と、を備え、放電制御部１１は、遮断器５の開閉常態を示す状態信号と、電気車の速度情報とに基づいて、放電部８を制御してフィルタコンデンサ７を放電させるようにした。
2013021437.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
架線から集電装置および遮断器を介して供給される電力に基づいて駆動される電動機により走行する電気車の駆動制御装置であって、
前記電力を変換して前記電動機に供給する電力変換部と、
前記電力変換部の入力側に設けられたフィルタコンデンサと、
前記フィルタコンデンサを放電させる放電部と、
前記放電部を制御する放電制御部と、
を備え、
前記放電制御部は、前記遮断器の開閉常態を示す状態信号と、前記電気車の速度情報とに基づいて、前記放電部を制御して前記フィルタコンデンサを放電させることを特徴とする駆動制御装置。
【請求項２】
前記放電制御部は、前記状態信号が開放状態を示し、かつ前記速度情報が予め設定された所定値未満である場合、フィルタコンデンサの電荷を放電するゲート制御信号を出力することを特徴とする請求項１に記載の駆動制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気車に搭載される電動機を駆動制御する駆動制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電気車は、架線から集電装置を介して電力を取り入れ、取り入れた電力を所望の交流電力に変換して電動機を駆動して走行する。一般に、電気車の電動機を駆動する駆動制御装置では、電動機に供給する交流電力を生成する電力変換部の入力側に大容量のコンデンサを備え、取り入れた電力をそのコンデンサに充電することにより、電力変換部に与える定電圧源としている。このコンデンサは、高調波電流を抑制する機能も有しているため、フィルタコンデンサとも呼ばれている。【０００３】
このフィルタコンデンサの充電時には、数ｋＶの高電圧となるため、電気車内で異常が検知された場合等に作業者がフィルタコンデンサ周辺に近づく場合には、フィルタコンデンサを放電して作業者の安全確保を行っている。フィルタコンデンサには、放電用抵抗器およびサイリスタからなる放電回路が並列に接続され、架線からの電力供給が断たれたことや過電圧等の電圧異常を検知して、サイリスタが点弧（オン）され、フィルタコンデンサの放電が行われる。【０００４】
フィルタコンデンサは、充放電の繰り返しにより特性の劣化が進行して容量値が低下する寿命部品であり、また、放電用抵抗器もフィルタコンデンサの放電回数をあらかじめ想定して電流容量が決定される寿命部品である。したがって、これらフィルタコンデンサや放電用抵抗器の寿命を延ばすためには、フィルタコンデンサの充放電回数を低減する必要がある。【０００５】
一方、各変電所毎に架線に電力を供給する電力区間を区切るため、各電力区間の境界には、所謂デッドセクション（無給電区間）が存在する。従来、このデッドセクションを電気車が通過する際の電力供給の消失を検知して、電力遮断およびフィルタコンデンサの放電を実施している。このため、デッドセクションの通過毎にフィルタコンデンサの放電が実施され、フィルタコンデンサや放電用抵抗器の寿命に影響を及ぼす。【０００６】
なお、フィルタコンデンサや放電用抵抗器と同様に寿命部品である遮断器の寿命を延ばす技術として、フィルタコンデンサの電圧低下を検出して電動機に流れる電流を徐々に減少させることにより、デッドセクション通過時に生じる過電圧、過電流を、遮断器を作動させることなく防止する技術が開示されている（例えば、特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開昭６１−２２７６０２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上述したように、従来、デッドセクションを電気車が通過する際の電力供給の消失を検知して、電力遮断およびフィルタコンデンサの放電を実施している。このため、デッドセクションの通過頻度が高い場合等、フィルタコンデンサの放電回数が想定したよりも多い場合には、フィルタコンデンサおよび放電用抵抗器の劣化が早く進行して寿命が短くなる、という問題があった。【０００９】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、フィルタコンデンサおよび放電用抵抗器の長寿命化を図ることができる駆動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】
【００１０】
上述した課題を解決し、目的を達成するため、本発明にかかる駆動制御装置は、架線から集電装置および遮断器を介して供給される電力に基づいて駆動される電動機により走行する電気車の駆動制御装置であって、前記電力を変換して前記電動機に供給する電力変換部と、前記電力変換部の入力側に設けられたフィルタコンデンサと、前記フィルタコンデンサを放電させる放電部と、前記放電部を制御する放電制御部と、を備え、前記放電制御部は、前記遮断器の開閉常態を示す状態信号と、前記電気車の速度情報とに基づいて、前記放電部を制御して前記フィルタコンデンサを放電させることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、フィルタコンデンサおよび放電用抵抗器の長寿命化を図ることができる、という効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１は、実施の形態１にかかる駆動制御装置の一構成例を示す図である。
【図２】図２は、実施の形態１にかかる駆動制御装置における放電制御部の一構成例を示す図である。
【図３】図３は、図２に示した放電制御部の構成例との比較対象として、電気車の速度をフィルタコンデンサの放電条件に加えていない場合の一構成例を示す図である。
【図４】図４は、実施の形態２にかかる駆動制御装置の一構成例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下に添付図面を参照し、本発明の実施の形態にかかる駆動制御装置について説明する。なお、以下に示す実施の形態により本発明が限定されるものではない。
【００１４】
実施の形態１．
図１は、実施の形態１にかかる駆動制御装置の一構成例を示す図である。本実施の形態では、交流電化区間を走行する交流電気車に適用する例について説明する。図１に示すように、架線１とレール４との間には、図示しない外部電源である変電所からの交流電力が供給され、架線１から集電装置２を介して取り入れられた交流電力は、遮断器５および車輪４を介して主変圧器３１に入力され、主変圧器３１で所望の電圧値に変圧され駆動制御部２００に入力される。駆動制御部２００は、入力された交流電力を所望の交流電力に変換して電動機１３を駆動する。
【００１５】
実施の形態１にかかる駆動制御装置２００は、主たる構成要素として、接触器６、コンバータ部３２、フィルタコンデンサ７、放電部８、放電制御部１１、インバータ部（電力変換部）１２を備えている。放電部８は、放電用抵抗器９およびサイリスタ１０が直列に接続されて構成され、フィルタコンデンサ７に並列に接続されている。
【００１６】
コンバータ部３２は、交流−直流変換を行う主回路であり、主変圧器３１から接触器６を介して入力された交流電力を所望の電圧値の直流電力に変換して出力する。このコンバータ部３２としては、ＰＷＭコンバータ回路が好適である。フィルタコンデンサ７は、コンバータ部３２から出力された直流電力の電圧を平滑してインバータ部１２に供給する。このとき、フィルタコンデンサ７は、コンバータ部３２から出力された直流電力により充電される。なお、コンバータ部３２の回路構成は公知であるので、ここではその詳細な説明は省略する。
【００１７】
インバータ部１２は、直流−交流変換を行う主回路であり、フィルタコンデンサ７により平滑された直流電力を所望の三相交流電力に変換して電動機１３に供給する。このインバータ部１２としては、電圧型インバータ回路が好適であり、例えば、ＶＶＶＦ制御（可変電圧可変周波数制御）により電動機１３を駆動する。なお、インバータ部１２の回路構成は公知であるので、ここではその詳細な説明は省略する。
【００１８】
遮断器５は、集電装置２への架線１からの電力供給の消失等の電圧異常が発生した場合に、架線１からの電力供給を遮断する機能を有し、遮断器５の開閉状態を示す状態信号である遮断器インタロック信号（ＢＯＮ）を出力する。この遮断器インタロック信号（ＢＯＮ）は、遮断器５が開状態（オン）である場合には”Ｈ”レベルとなり、遮断器５は閉状態（オフ）である場合には”Ｌ”レベルとなる。なお、この遮断器インタロック信号ＢＯＮを出力する手段に関しては、遮断器５の開閉状態を示す情報が得られる手段であれば何でもよい。
【００１９】
電動機１３には、速度センサ３３が取り付けられている。この速度センサ３３は、電気車の速度情報（ＶＥＬ）を出力する。なお、この速度情報（ＶＥＬ）を出力する手段に関しては、速度センサ３３と同様に電気車の速度情報が得られる手段であれば何でもよい。
【００２０】
放電制御部１１には、上述した遮断器インタロック信号（ＢＯＮ）および速度情報（ＶＥＬ）が入力され、遮断器５の開閉状態および電気車の速度に応じて、サイリスタ１０のゲート制御信号を出力する。
【００２１】
放電部８は、放電制御部１１から出力されるゲート制御信号に応じてサイリスタ１０が点孤（オン）されることにより、フィルタコンデンサ７の電荷を放電用抵抗器９により放電する。なお、サイリスタ１０については、同等の機能が得られれば、つまり、ゲート制御信号に応じてオン／オフ制御可能であれば何でもよく、例えば、ＩＧＢＴ等のパワー半導体素子を用いてもよい。
【００２２】
図２は、実施の形態１にかかる駆動制御装置における放電制御部の一構成例を示す図である。図２に示すように、放電制御部１１は、速度比較回路１０１、反転回路（ＮＯＴ回路）１０２、論理積回路（ＡＮＤ回路）１０３、論理和回路（ＯＲ回路）１０５を備えている。
【００２３】
速度比較回路１０１は、速度情報（ＶＥＬ）とあらかじめ設定された所定の速度閾値（ＶＥＬＲｅｆ）とを比較し、ＬｏｗＶＥＬ信号を出力する。このＬｏｗＶＥＬ信号は、電気車の速度（ＶＥＬ）が速度閾値（ＶＥＬＲｅｆ）以上である場合には”Ｌ”レベルとなり、電気車の速度（ＶＥＬ）が速度閾値（ＶＥＬＲｅｆ）未満である場合には”Ｈ”レベルとなる。なお、速度閾値は、車庫構内などで決められた速度域に基づき決める。例えば構内１２ｋｍ／ｈ以下の場合、速度閾値を１５ｋｍ／ｈとする。
【００２４】
反転回路１０２は、遮断器インタロック信号（ＢＯＮ）の論理値を反転させたＢＯＦＦ信号を出力する。このＢＯＦＦ信号は、遮断器５が開状態（オン）である場合には”Ｌ”レベルとなり、遮断器５は閉状態（オフ）である場合には”Ｈ”レベルとなる。
【００２５】
論理積回路１０３は、ＬｏｗＶＥＬ信号とＢＯＦＦ信号との論理積演算を行い、ＧＡＴＥ１信号を出力する。このＧＡＴＥ１信号は、ＢＯＦＦ信号とＬｏｗＶＥＬ信号とが共に”Ｈ”レベルである場合に”Ｈ”レベルとなり、それ以外の場合には”Ｌ”レベルとなる。つまり、架線１からの電力供給の消失等の電圧異常が発生して遮断器５が開状態となり、且つ、電気車の速度が速度閾値未満である場合に、ＧＡＴＥ１信号が”Ｈ”レベルとなる。
【００２６】
一方、架線１からの電力供給の消失等の電圧異常が発生する場合以外にも、その他の保護機能によりフィルタコンデンサ７の電荷を放電する必要がある場合がある。このような場合には、図示しない他の保護制御部から”Ｈ”レベルとなる保護制御信号（ＧＡＴＥ２信号）が入力される。
【００２７】
論理和回路１０５は、ＧＡＴＥ１信号とＧＡＴＥ２信号との論理和演算を行い、ゲート制御信号（ＧＡＴＥ信号）を出力する。このＧＡＴＥ信号は、ＧＡＴＥ１信号およびＧＡＴＥ２信号の少なくとも一方が”Ｈ”レベルである場合に”Ｈ”レベルとなり、それ以外の場合には”Ｌ”レベルとなる。つまり、架線１からの電力供給の消失等の電圧異常が発生して遮断器５が開状態となり、且つ、電気車の速度が速度閾値未満である場合、あるいは、その他の保護機能によりフィルタコンデンサ７の電荷を放電する必要がある場合に、ＧＡＴＥ信号が”Ｈ”レベルとなる。これにより、サイリスタ１０が点弧（オン）され、放電用抵抗器９を介して、フィルタコンデンサ７の電荷が放電される。
【００２８】
つぎに、電気車の走行中において、各変電所（図示せず）毎に架線１に電力を供給する電力区間の境界に設けられたデッドセクション（無給電区間）を通過することにより、遮断器５が開放される場合について説明する。図３は、図２に示した放電制御部の構成例との比較対象として、電気車の速度をフィルタコンデンサの放電条件に加えていない場合の一構成例を示す図である。
【００２９】
図３に示す放電制御部１１ａでは、実施の形態１にかかる駆動制御装置２００における放電制御部１１とは異なり、速度比較回路１０１および論理積回路１０３を備えていないため、遮断器５が開放された場合には、必ずフィルタコンデンサ７の放電を実施することとなる。
【００３０】
デッドセクションは、通常、電気車の走行中において数十分間に１回程度通過することになるが、場合によっては数分間に数回デッドセクションを通過することも考えられる。このような場合には、図３に示す構成では、デッドセクションの通過毎に、遮断器５が動作すると共にフィルタコンデンサ７の放電が実施されることとなり、フィルタコンデンサ７や放電用抵抗器９の寿命が電気車の設計時において想定した寿命より短くなることが考えられる。また、頻繁にフィルタコンデンサ７の放電を実施することにより、放電用抵抗器９の発熱が大きくなり、放電用抵抗器９の電流容量が小さい場合には放電用抵抗器９が断線する虞もあるため、放電用抵抗器９の電流容量を大きくする必要があり、放電用抵抗器９が大きくなる。
【００３１】
これに対し、本実施の形態では、電気車の速度をフィルタコンデンサ７の放電条件に加え、遮断器５が開放されていても、電気車の速度があらかじめ設定した速度閾値以上である場合には、作業者がフィルタコンデンサ７周辺に近づかないものと想定して、フィルタコンデンサ７の放電を実施しないようにしている。
【００３２】
デッドセクションの通過による集電装置２への架線１からの電力供給の消失時間は極めて短く（例えば、５０ｍｓ程度）、また、電気車が車庫構内などで決められた速度域（例えば構内１２ｋｍ／ｈ以下）を超える速度（例えば、１５ｋｍ／ｈ）以上で走行している状態で作業者がフィルタコンデンサ７周辺に近づくことはないため、作業者の安全確保を目的としたフィルタコンデンサ７の放電は必要としない。したがって、本実施の形態において説明したように、電気車の速度をフィルタコンデンサ７の放電条件に加えることは、フィルタコンデンサ７や放電用抵抗器９の長寿命化、放電用抵抗器９の電流責務の減少による電流容量の低下、放電用抵抗器９の小型化に対して有効である。
【００３３】
以上説明したように、実施の形態１の駆動制御装置によれば、電気車の速度をフィルタコンデンサの放電条件に加え、遮断器が開放された場合でも、電気車の速度があらかじめ設定した速度閾値以上である場合には、作業者がフィルタコンデンサ周辺に近づかないものと想定して、フィルタコンデンサの放電を実施しないようにしたので、フィルタコンデンサの放電頻度を抑制することができ、フィルタコンデンサおよび放電用抵抗器の長寿命化を図ることができる。
【００３４】
また、放電用抵抗器の電流責務を減少させることができるので、電流容量の小さい放電用抵抗器を用いることができ、放電用抵抗器の小型化が可能となる。
【００３５】
実施の形態２．
実施の形態１では、交流電化区間を走行する交流電気車に適用する例について説明したが、本実施の形態では、直流電化区間を走行する直流電気車に適用する例について説明する。図４は、実施の形態２にかかる駆動制御装置の一構成例を示す図である。なお、実施の形態１と同一または同等の構成部には同一符号を付して、その詳細な説明は省略する。また、実施の形態２にかかる放電制御部１１の構成は、実施の形態１と同一であるので、ここでは説明を省略する。
【００３６】
図３に示すように、架線１とレール４との間には、図示しない外部電源である変電所からの直流電力が供給され、架線１から集電装置２を介して取り入れられた直流電力は、遮断器５および車輪３を介して駆動制御部２００ａに入力される。駆動制御部２００ａは、入力された直流電力を所望の交流電力に変換して電動機１３を駆動する。
【００３７】
実施の形態２にかかる駆動制御装置２００ａでは、実施の形態１において説明したコンバータ部３２は不要であり、また、前段の主変圧器３１も不要である。架線１から集電装置２を介して取り入れられた直流電力は、フィルタコンデンサ７により平滑され、インバータ部（電力変換部）１２に入力される。
【００３８】
また、実施の形態１では、電動機１３に取り付けられた速度センサ３３から電気車の速度情報（ＶＥＬ）を出力する構成としたが、本実施の形態では、電気車に搭載されたモニタ装置３４から速度情報（ＶＥＬ）を出力する構成としている。
【００３９】
直流電化区間を走行する直流電気車に適用した場合でも、実施の形態１において説明した交流電化区間を走行する交流電気車に適用した場合と同様に、電気車の速度をフィルタコンデンサ７の放電条件に加え、遮断器５が開放されていても、電気車の速度があらかじめ設定した速度閾値（例えば、１５ｋｍ／ｈ）以上である場合には、作業者がフィルタコンデンサ７周辺に近づかないものと想定して、フィルタコンデンサ７の放電を実施しないようにしている。したがって、実施の形態１と同様に、フィルタコンデンサ７や放電用抵抗器９の長寿命化、放電用抵抗器９の電流責務の減少による電流容量の低下、放電用抵抗器９の小型化に対して有効である。
【００４０】
以上説明したように、実施の形態２の駆動制御装置によれば、直流電化区間を走行する直流電気車に適用した場合でも、実施の形態１において説明した交流電化区間を走行する交流電気車に適用した場合と同様に、フィルタコンデンサの放電頻度を抑制することができ、フィルタコンデンサおよび放電用抵抗器の長寿命化を図ることができる。また、放電用抵抗器の電流責務が減少するので、電流容量の小さい放電用抵抗器を用いることができ、放電用抵抗器の小型化が可能となる。
【００４１】
なお、上述した実施の形態では、交流電化区間を走行する交流電気車、および直流電化区間を走行する直流電気車に適用する例について説明したが、直流電化区間および交流電化区間の双方を走行できる交直両用電気車に適用した場合でも、実施の形態において説明した効果と同様の効果を得られることは言うまでもない。
【００４２】
また、以上の実施の形態に示した構成は、本発明の構成の一例であり、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。
【符号の説明】
【００４３】
１  架線
２  集電装置
３  車輪
４  レール
５  遮断器
６  接触器
７  フィルタコンデンサ
８  放電部
９  放電用抵抗器
１０  サイリスタ
１１，１１ａ  放電制御部
１２  インバータ部（電力変換部）
１３  電動機
３１  主変圧器
３２  コンバータ部
３３  速度センサ
３４  モニタ装置
１０１  速度比較回路
１０２  反転回路
１０３  論理積回路
１０５  論理和回路
２００，２００ａ  駆動制御装置
【図１】
2013021437.tif 000003
【図２】
2013021437.tif 000004
【図３】
2013021437.tif 000005
【図４】
2013021437.tif 000006
【手続補正書】
【提出日】平成25年11月20日(2013.11.20)
【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】
架線から集電装置および遮断器を介して供給される電力に基づいて駆動される電動機により走行する電気車の駆動制御装置であって、
前記電力を変換して前記電動機に供給する電力変換部と、
前記電力変換部の入力側に設けられたフィルタコンデンサと、
前記フィルタコンデンサを放電させる放電部と、
前記放電部を制御する放電制御部と、
を備え、
前記放電制御部は、前記遮断器の開閉状態を示す状態信号と、前記電気車の速度情報とに基づいて、前記放電部を制御して前記フィルタコンデンサを放電させることを特徴とする駆動制御装置。
【請求項２】
前記放電制御部は、前記状態信号が開放状態を示し、かつ前記速度情報が予め設定された所定値未満である場合、フィルタコンデンサの電荷を放電するゲート制御信号を出力することを特徴とする請求項１に記載の駆動制御装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１０】
上述した課題を解決し、目的を達成するため、本発明にかかる駆動制御装置は、架線から集電装置および遮断器を介して供給される電力に基づいて駆動される電動機により走行する電気車の駆動制御装置であって、前記電力を変換して前記電動機に供給する電力変換部と、前記電力変換部の入力側に設けられたフィルタコンデンサと、前記フィルタコンデンサを放電させる放電部と、前記放電部を制御する放電制御部と、を備え、前記放電制御部は、前記遮断器の開閉状態を示す状態信号と、前記電気車の速度情報とに基づいて、前記放電部を制御して前記フィルタコンデンサを放電させることを特徴とする。
【国際調査報告】
2013021437.tif 000007
2013021437.tif 000008
2013021437.tif 000009
2013021437.tif 000010