(57)【要約】【課題】本発明は、信頼性の高い電気車制御装置を提供することを目的とする。【解決手段】電気車に搭載され電力を遮断する遮断器と、この遮断器と直列接続されたリアクトルと、前記リアクトルを介して供給された直流電力を交流電力に変換するＣＶＣＦインバータと、前記リアクトルと直列接続された充電抵抗と、前記リアクトルと直列接続され、前記充電抵抗と並列接続された第１の半導体素子と、前記リアクトルと直列接続され、前記充電抵抗と並列接続された減流抵抗と、この減流抵抗と直列接続された第２の半導体素子と、前記第１の半導体素子及び前記第２の半導体素子を制御するひとつのゲート駆動回路とを有し、前記第２の半導体素子は、常に前記第１の半導体素子よりも遅れてゲートストップされることを特徴とする電気車制御装置。【選択図】図１
2006067732.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気車に搭載され電力を遮断する遮断器と、
この遮断器と直列接続されたリアクトルと、
このリアクトルと直列接続され電流値を検出する電流検出器と、
この電流検出器と直列接続された充電抵抗と、
前記電流検出器と直列接続され、前記充電抵抗と並列接続された第１の半導体素子と、
前記電流検出器と直列接続され、前記充電抵抗と並列接続された減流抵抗と、
この減流抵抗と直列接続された第２の半導体素子と、
前記充電抵抗と、前記第１の半導体素子と、前記減流抵抗と前記第２の半導体素子からな
る直列回路と、から構成される並列回路と直列接続されるダイオードと、
このダイオードと接続されるＣＶＣＦインバータと、
このＣＶＣＦインバータの直流入出力端間に接続されるフィルターコンデンサと、
前記ダイオードと直列接続される電圧検出器と、
前記電流検出器より入力された電流値に基づき、ゲート信号を算出するシステム制御部と
前記システム制御部から入力されるゲート信号に基づき、前記第１の半導体素子及び前記
第２の半導体素子を制御するひとつのゲート駆動回路とを有し、
前記第２の半導体素子は、常に前記第１の半導体素子よりも遅れてゲートストップされる
ことを特徴とする電気車制御装置。
【請求項２】
電気車に搭載され電力を遮断する遮断器と、
この遮断器と直列接続されたリアクトルと、
前記リアクトルを介して供給された直流電力を交流電力に変換するＣＶＣＦインバータと
、
前記リアクトルと直列接続された充電抵抗と、
前記リアクトルと直列接続され、前記充電抵抗と並列接続された第１の半導体素子と、
前記リアクトルと直列接続され、前記充電抵抗と並列接続された減流抵抗と、
この減流抵抗と直列接続された第２の半導体素子と、
前記第１の半導体素子及び前記第２の半導体素子を制御するひとつのゲート駆動回路とを
有し、
前記第２の半導体素子は、常に前記第１の半導体素子よりも遅れてゲートストップされる
ことを特徴とする電気車制御装置。
【請求項３】
前記請求項１及び請求項２記載の電気車制御装置において、
前記充電抵抗の片側接続点を、前記減流抵抗器と前記第２の半導体素子の接続点とし、前
記充電抵抗の他の片側接続点は、第２の半導体素子のエミッタ側とすることを特徴とする
電気車制御装置。
【請求項４】
前記請求項１又は請求項３記載の電気車制御装置において、
前記電流検出器により検出された電流値が所定値を超えた場合に、前記ゲート駆動回路は
、前記第１の半導体素子をゲートストップし、所定の遅延時間が経過した後、前記第２の
半導体素子をゲートストップすることを特徴とする電気車制御装置。
【請求項５】
前記請求項４記載の電気車制御装置において、
前記電流検出器により検出された電流値が所定値を超え、前記ゲート駆動回路が、前記第
１の半導体素子をゲートストップしたさいに、前記遅延時間経過前に前記電圧検出器によ
り検出された電圧値が所定値を超えた場合には、前記第１の半導体素子を再ゲートスター
トすることを特徴とする電気車制御装置。
【請求項６】
前記請求項１乃至請求項５記載の電気車制御装置において、
前記第１の半導体素子及び前記第２の半導体素子は、同一のパッケージに収納された半導
体であることを特徴とする電気車制御装置。
【請求項７】
前記請求項１乃至請求項６記載の電気車制御装置において、
前記第１の半導体素子及び前記第２の半導体素子は、ＩＧＢＴであ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、電気車制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の電気車制御装置について、図を参照し詳細に説明する。図９は、従来の電気車制
御装置の構成図である。
【０００３】
従来の電気車制御装置は、電磁接触器１，リアクトル２，減流抵抗１３，充電抵抗１４，
フィルターコンデンサ７，第１のスイッチング素子であるＩＧＢＴ１０，電力を変換する
インバータ９，第２のスイッチング素子であるＩＧＢＴ１１，システム制御部４，ゲート
制御信号出力インターフェース４ａ，ゲート制御信号出力インターフェース４ｂ，ゲート
駆動回路４ｃ，ゲート駆動回路４ｄ，により構成されている。
【０００４】
このように構成された従来の電気車制御装置において、接触器１は、リアクトル２と接
続されている。リアクトル２は、減流抵抗１３及び充電抵抗１４と直列接続される。減流
抵抗１３と充電抵抗１４からなる直列回路と並列にＩＧＢＴ１０が接続されている。ＩＧ
ＢＴ１１は、充電抵抗１４と並列接続される。充電抵抗１４は、フィルターコンデンサ７
とインバータ９と接続されている。システム制御部４は、接触器１，ゲート制御信号出力
インターフェース４ａ及びゲート駆動回路４ｃを介してＩＧＢＴ１０，ゲート制御信号出
力インターフェース４ｂ及びゲート駆動回路４ｄを介してＩＧＢＴ１１と接続されている
。
【０００５】
このように構成された従来の電気車制御装置を搭載した電気車を起動する際に、リアク
トル２には、接触器１を介して架線電力が供給される。リアクトル２に供給された電力は
、減流抵抗１３，充電抵抗１４を介してフィルターコンデンサ７を充電する。フィルター
コンデンサ７が充電されると、ＩＧＢＴ１０及びＩＧＢＴ１１には、システム制御部４か
らオン指令が入力される。ＩＧＢＴ１０及びＩＧＢＴ１１はシステム制御部４からのオン
指令に従ってオン状態となる。ＩＧＢＴ１０及びＩＧＢＴ１１がオン状態となると、リア
クトル２から供給されている電力のうち大部分は、ＩＧＢＴ１０を介してインバータ９へ
供給される。インバータ９は、供給された電力を三相交流電力に変換する。インバータ９
が、アーム短絡事故を起した場合、システム制御部４は、ＩＧＢＴ１０へＯＦＦ指令を出
力する。ＩＧＢＴ１０は、システム制御部４からのＯＦＦ指令にしたがってオフ状態とな
る。ＩＧＢＴ１０がオフ状態となると、リアクトル２から供給されている電力は、減流抵
抗１３，ＩＧＢＴ１１を流れる。減流抵抗１３によりリアクトル２から供給されている電
力の電流の値が下がってから、システム制御部４は、接触器１へ接点開指令を出力し、パ
ンタグラフ１を介して架線から供給される電力を遮断する。
【０００６】
このように構成された従来の電気車制御装置は、インバータ９でアーム短絡事故が起こ
った場合でも、抵抗値の低い減流抵抗１３を介して電力が、インバータ９へ流れ、電流値
を軽減してから接触器１を開くという動作をするため、電気車制御装置の安全性を向上さ
せることができた。
【特許文献１】特開２００４−９６８７７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、従来の電気車制御装置では、ＩＧＢＴ１０とＩＧＢＴ１１の各々にゲー
ト駆動回路４ｃ，４ｄが別個に必要になり、またシステム制御部４側のゲート制御信号出
力インターフェイス回路２０ａ，２０ｂが２つ必要になる。またシステム制御部４とゲー
ト駆動回路４ｃ，４ｄ間の配線も２系統必要になる。そのため、部品点数，配線の増加に
より電気車制御装置の信頼性が低下する。
【０００８】
そこで、本発明は、信頼性の高い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】
【０００９】
上記課題は、電気車に搭載され電力を遮断する遮断器と、この遮断器と直列接続されたリ
アクトルと、このリアクトルと直列接続され電流値を検出する電流検出器と、この電流検
出器と直列接続された充電抵抗と、前記電流検出器と直列接続され、前記充電抵抗と並列
接続された第１の半導体素子と、前記電流検出器と直列接続され、前記充電抵抗と並列接
続された減流抵抗と、この減流抵抗と直列接続された第２の半導体素子と、前記充電抵抗
と、前記第１の半導体素子と、前記減流抵抗と前記第２の半導体素子からなる直列回路と
、から構成される並列回路と直列接続されるダイオードと、このダイオードと接続される
ＣＶＣＦインバータと、このＣＶＣＦインバータの直流入出力端間に接続されるフィルタ
ーコンデンサと、前記ダイオードと直列接続される電圧検出器と、前記電流検出器より入
力された電流値に基づき、ゲート信号を算出するシステム制御部と前記システム制御部か
ら入力されるゲート信号に基づき、前記第１の半導体素子及び前記第２の半導体素子を制
御するひとつのゲート駆動回路とを有し、前記第２の半導体素子は、常に前記第１の半導
体素子よりも遅れてゲートストップされることによって達成することが出来る。
【００１０】
上記課題は、電気車に搭載され電力を遮断する遮断器と、この遮断器と直列接続された
リアクトルと、前記リアクトルを介して供給された直流電力を交流電力に変換するＣＶＣ
Ｆインバータと、前記リアクトルと直列接続された充電抵抗と、前記リアクトルと直列接
続され、前記充電抵抗と並列接続された第１の半導体素子と、前記リアクトルと直列接続
され、前記充電抵抗と並列接続された減流抵抗と、この減流抵抗と直列接続された第２の
半導体素子と、前記第１の半導体素子及び前記第２の半導体素子を制御するひとつのゲー
ト駆動回路とを有し、前記第２の半導体素子は、常に前記第１の半導体素子よりも遅れて
ゲートストップされることによって達成することができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明により、信頼性の高い電気車制御装置を提供することが出来る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
（第１の実施の形態）
本発明に基づく第１の実施の形態の電気車制御装置について、図を参照し詳細に説明す
る。図１は、本発明の第１の実施の形態の電気車制御装置の構成図である。図２は、ゲー
ト駆動回路部１２の詳細ブロック図である。尚、図９に記載したものと構造上同一のもの
については、同符号を付して説明を省略する。
【００１３】
本発明に基づく第１の実施の形態の電気車制御装置は、遮断器１，フィルタリアクトル
２，電流検出器３、第１の半導体素子であるＩＧＢＴ１０、第２の半導体素子であるＩＧ
ＢＴ１１、ＩＧＢＴゲート駆動回路部１２、減流抵抗１３、充電抵抗１４、ダイオード６
、フィルタコンデンサ７、電圧検出器８、ＣＶＣＦインバータ９、システム制御部２０か
ら構成される。
【００１４】
本発明に基づく第１の実施の形態の電気車制御装置は、ひとつのＩＧＢＴゲート駆動回
路部１２で、２段のＩＧＢＴ１０，ＩＧＢＴ１２を制御できることを特徴のひとつとして
いる。
【００１５】
このように構成された電気車制御装置において、システム制御部２０は、ＩＧＢＴゲー
ト駆動回路１２と接続される。ゲート駆動回路１２は、ＩＧＢＴ１０及びＩＧＢＴ１１と
接続され、ゲート駆動回路１２は、ＩＧＢＴ１０及びＩＧＢＴ１１を制御する。システム
制御部２０には、電流検出器３から電流値を入力されるとともに、電圧検出器８から電圧
値も入力される。
【００１６】
このように構成された電気車制御装置を最初に起動するときに、遮断器１を投入すると、
充電抵抗１４を介して、コンデンサ７を充電する。その後、ＩＧＢＴ１０とＩＧＢＴ１１
にゲート信号を出し、充電抵抗１４を短絡させたあと、ＣＶＣＦインバータ９を起動させ
る。
【００１７】
このように構成された電気車制御装置において、ゲート駆動回路部１２は、図２に示さ
れているように、システム制御部２０より入力されるゲート信号の絶縁器３０，信号レベ
ル変換器３１，ＩＧＢＴ１０とＩＧＢＴ１１のゲート信号に所定の遅延時間Ｔ１を持たせ
る遅延回路３２，信号増幅器３３、ゲート抵抗器３４から構成されている。このように構
成されたゲート駆動回路１２は、遅延回路３２を備えているため、システム制御部２０か
ら入力されたゲート信号に基づきＩＧＢＴ１０をゲートストップさせてから、所定の遅延
時間Ｔ経過後にシステム制御部２０から入力されたゲート信号に基づき、ＩＧＢＴ１１を
ゲートストップさせることが出来る。
【００１８】
次に、第１の実施の形態の電気車制御装置の通常時の動作と異常時の動作について、図参
照し説明する。図３は、第１の実施の形態の電気車制御装置の通常時の動作タイムチャー
トである。図４は、第１の実施の形態の電気車制御装置の異常時動作タイムチャートであ
る。
【００１９】
第１の実施の形態の電気車制御装置は通常時には、ｔ３時点でＩＧＢＴ１０をゲートスト
ップさせ、ｔ４時点でＩＧＢＴ１１をゲートストップさせる。ｔ３時点でＩＧＢＴ１０を
ゲートストップさせると、電流が減流抵抗１３とＩＧＢＴ２に分流する。ｔ３０時点で遮
断器１が開放され、ｔ４時点でＩＧＢＴ１１がゲートストップする。通常時の場合の遅延
回路３２の遅延設定値Ｔは、遅延時間Ｔ＝ｔ３−ｔ１となる。
【００２０】
また、第１の実施の形態の電気車制御装置の異常時、例えば、ＣＶＣＦインバータ９が異
常となったような場合には、ＩＧＢＴ１０に事故電流が流れる。システム制御部２０には
、電流検出器３から電流値が入力されており、電流検出器から入力される電流値が所定値
Ｉａ以上になった場合に事故が起きたとみなし、システム制御部２０は、ゲート駆動回路
１２に停止指令を出力する。ゲート駆動回路１２は、ｔ５時点でＩＧＢＴ１０をゲートス
トップし、電流を減流抵抗１３とＩＧＢＴ２に分流させ、ｔ６時点で遮断器１を開放され
る。その後、ｔ７時点で、ＩＧＢＴ１１のゲートストップをする。
【００２１】
この場合、遅延回路３２の遅延設定値Ｔは、Ｔ＝ｔ５−ｔ３である。
【００２２】
本発明に基づく第１の実施の形態の電気車制御装置は、従来の１種類のゲート信号系統で
、新たに２段のＩＧＢＴを制御でき、充電抵抗と減流抵抗を分離できるので、最適な抵抗
値に設定できる。
【００２３】
また、本発明に基づく第１の実施の形態の電気車制御装置は、部品点数，配線の増加を防
止することが出来、その結果、信頼性の高い電気車制御装置を提供することができる。
【００２４】
（第２の実施形態）
本発明に基づく第２の実施の形態の電気車制御装置について、図を参照し詳細に説明す
る。図５は、本発明の第２の実施の形態の電気車制御装置の構成図である。図５は、ＣＶ
ＣＦインバータ９が正常な場合に、架線側の外乱で、電流検出器３の出力レベルが、所定
値以上になった場合の電気車制御装置の動作チャートである。図６（ａ）は、本発明に基
づく第２の実施の形態のシステム制御部２０のうちＩＧＢＴを制御する部分のブロック図
である。図６（ｂ）は、本発明に基づく第２の実施の形態のシステム制御部２０のうち遮
断器を制御する部分のブロック図である。尚、図１乃至図４に記載したものと同一の構造
を持つものに関しては、同符号を付して説明を省略する。
【００２５】
本発明に基づく第２の実施の形態の電気車制御装置のシステム制御部において、ｔ９時点
で電流検出器３の出力が所定値Ｉａ以上となったことを比較器４２で検出し、フリップフ
ロップ４４にセット入力すると、Ｑ−出力が「Ｌ」となるので、ＩＧＢＴ１ゲート信号発
生部４１からのゲートスタート信号をＡＮＤ論理４５により、「Ｈ」から「Ｌ」となり、
ゲートストップする。この時、反転論理４６を介して、オンタイマー４７により遅延時間
Ｔ経過した時点Ｔ１０で、ＡＮＤ論理４８の入力は「Ｈ」となる。ここで、Ｔ１０＜Ｔ９
の関係を確保する。電圧検出器８の出力を比較器４３で検出し、所定レベルＶｃ以上であ
れば、ＡＮＤ論理４８の出力は「Ｈ」となり、これがフリップフロップ４４のリセット入
力され、Ｑ−出力は、「Ｈ」となり、ＩＧＢＴ１０のゲート信号は再度ゲートスタートす
る。
【００２６】
このように構成されたシステム制御部において、ＣＶＣＦインバータ９が正常であれば、
遮断器１の開閉指令は、フリップフロップ５１の出力Ｑは、電圧検出器８のレベル比較器
４３が「Ｈ」であるため、リセット優先となるので、「Ｌ」であり、ＮＯＲ論理５２の出
力は「Ｈ」のままである。次に、ＣＶＣＦインバータ９が異常の場合（例えば、直流短絡
）を説明する。電流検出器３の出力レベルが、所定値Ｉａ以上になると、比較器４２が「
Ｈ」となり、フリップフロップ４４がセットされ、Ｑ−出力が、「Ｌ」となり、ＩＧＢＴ
１０がゲートストップするのは、前記どおりであるが、この時は電圧検出器８の出力レベ
ル比較器４３が「Ｌ」となっているので、遅延時間フリップフロップ４４はリセットされ
なイので、ＩＧＢＴ１０が再ゲートスタートすることはない。また、同様に、フリップフ
ロップ５１はセットされ、Ｑは「Ｈ」となるので、ＮＯＲ論理５２の出力は「Ｌ」となり
、ＡＮＤ論理５０の出力は「Ｌ」となり、遮断器１は開放指令となる。
【００２７】
このように構成された電気車制御装置は、架線側の外乱時には、ＩＧＢＴ１０を再度ゲー
トスタートし、異常時には、ＩＧＢＴ１０を再ゲートスタートすることが出来るので、架
線側の外乱時で電気車が正常な場合、システムが誤動作するのを防止することが出来る。
【００２８】
また本実施の形態の電気車制御装置においても、従来の１種類のゲート信号系統で、新た
に２段のＩＧＢＴを制御でき、充電抵抗と減流抵抗を分離できるので、最適な抵抗値に設
定することが可能となり、更には、部品点数，配線の増加を防止することが出来るので、
、信頼性の高い電気車制御装置を提供することができる。
【００２９】
（第３の実施形態）
本発明に基づく第３の実施の形態の電気車制御装置について、図を参照し詳細に説明する
。図７は、本発明の第３の実施の形態の電気車制御装置に搭載される２ｉｎ１タイプのＩ
ＧＢＴの構成図である。尚、図１乃至図４に記載したものと同一の構造を持つものに関し
ては、同符号を付して説明を省略する。
【００３０】
本発明に基づく第３の実施の形態の電気車制御装置は、第１若しくは第２の実施の形態の
電気車制御装置に、独立した２個のＩＧＢＴが一つのパッケージに収納された２ｉｎ１タ
イプのＩＧＢＴ５３を用いたことを特徴としている。
【００３１】
通常、電流定格が比較的小さい場合、図７に示すような独立した２個のＩＧＢＴが一つの
パッケージに収納された２ｉｎ１タイプのＩＧＢＴ５３が市販されている。鉄道車両用Ｃ
ＶＣＦインバータ９の場合は、架線入力電流は、せいぜい１００Ａ〜２００Ａ程度ゆえ、
例えば、３３００Ｖ−４００Ａ、２ｉｎ１素子５３が適用できる。
【００３２】
このように構成された第３の実施の形態の電気車制御装置は、第１若しくは第２の実施の
形態の電気車制御装置のＩＧＢＴ１０とＩＧＢＴ１１に、この２ｉｎ１タイプＩＧＢＴ５
３を適用することで、従来の図と比較しても、構成上の大型化を防ぎ、部品点数，配線の
増加を防止することが出来る
（第４の実施形態）
本発明に基づく第４の実施の形態の電気車制御装置について、図を参照し詳細に説明する
。図８は、本発明の第４の実施の形態の電気車制御装置の構成図である。尚、図１乃至図
４に記載したものと同一の構造を持つものに関しては、同符号を付して説明を省略する。
【００３３】
本発明に基づく第４の実施の形態の電気車制御装置が、第１の実施形態の電気車制御装置
と異なる部分は、減流抵抗１３とＩＧＢＴ１１の接続点より、充電抵抗１４に接続するよ
うにした点である。減流抵抗１３の抵抗値をＲ１、充電抵抗１４の抵抗値をＲ２とすると
、充電電流は、図１記載された電気車制御装置の構成では、ＥＳ／Ｒ２で決まり、図８に
記載された電気車制御装置の構成では、ＥＳ／（Ｒ１＋Ｒ２）で決まる。事故電流は、図
１及び図８に記載された電気車制御装置とも、Ｒ１で決まる。
【００３４】
従って、第１の実施の形態の電気車制御装置よりも、本実施の形態の電気車制御装置の方
が、Ｒ２すなわち、充電抵抗１４の責務が軽減でき、小型化できる。
【００３５】
また本実施の形態の電気車制御装置においても、従来の１種類のゲート信号系統で、新
たに２段のＩＧＢＴを制御でき、充電抵抗と減流抵抗を分離できるので、最適な抵抗値に
設定することが可能となり、更には、部品点数，配線の増加を防止することが出来るので
、、信頼性の高い電気車制御装置を提供することができる。
【００３６】
尚、本実施の形態の電気車制御装置の回路構成と第２及び第３の実施の形態の電気車制
御装置の構成を組み合わせても良いことは言うまでもない。
【００３７】
本発明の説明では、ＩＧＢＴを半導体素子として使用し、説明しているが、ＩＥＧＴ等
にしても同様の効果が望めるため、ＩＧＢＴに限定はしない。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明に基づく第１の実施の形態の電気車制御装置の構成図である。
【図２】本発明に基づく第１の実施の形態の電気車制御装置のゲート駆動回路部のブロック図である。
【図３】本発明に基づく第１の実施の形態の電気車制御装置の動作タイムチャートである。
【図４】本発明に基づく第１の実施の形態の電気車制御装置の動作タイムチャートである。
【図５】本発明に基づく第２の実施の形態の電気車制御装置の動作タイムチャートである。
【図６】本発明に基づく第２の実施の形態の電気車制御装置のシステム制御部のブロック図である。
【図７】本発明に基づく第３の実施の形態の電気車制御装置の２ｉｎ１ＩＧＢＴの構成図である。
【図８】本発明に基づく第４の実施の形態の電気車制御装置の構成図である。
【図９】従来の電気車制御装置の構成図である。
【符号の説明】
【００３９】
１    遮断器
２    フィルタリアクトル
３    電流検出器
４    制御回路
４ａ  ゲート制御信号出力インターフェース
４ｂ  ゲート制御信号出力インターフェース
４ｃ  ゲート駆動回路
４ｄ  ゲート駆動回路
５    充電兼減流抵抗
６    ダイオード
７    フィルタコンデンサ
８    電圧検出器
９    ＣＶＣＦインバータ
１０  第１のＩＧＢＴ
１１  第２のＩＧＢＴ
１２  ＩＧＢＴゲート駆動回路部
１３  減流抵抗
１４  充電抵抗
２０  システム制御部
３０  絶縁器
３１  信号レベル変換器
３２  遅延回路
３３  信号増幅器
３４  ゲート抵抗器
４２  比較器
４３  比較器
４４  フリップフロップ
４５  ＡＮＤ論理部
４６  反転論理部
４７  オンタイマー
４８  ＡＮＤ論理部
５０  ＡＮＤ論理部
５１  フリップフロップ
５２  ＮＯＲ論理部
５３  ２ｉｎ１タイプのＩＧＢＴ
【図１】
2006067732.tif 000003
【図２】
2006067732.tif 000004
【図３】
2006067732.tif 000005
【図４】
2006067732.tif 000006
【図５】
2006067732.tif 000007
【図６】
2006067732.tif 000008
【図７】
2006067732.tif 000009
【図８】
2006067732.tif 000010
【図９】
2006067732.tif 000011