(57)【要約】      （修正有）【課題】部品の劣化を抑制すると共に、牽引トルクの低下を抑制することができる車両用制御装置、および鉄道車両を提供する。【解決手段】車両用制御装置１００は、電力変換回路１１０と、開閉器１２０と、信号検出部と、電圧検出部１３０と、速度検出部４００と、距離設定部と、制御部１４０と、を持つ。電力変換回路は、集電装置２００を介して供給された電力を変換する。開閉器は、電力変換装置と集電装置との間に設けられる。信号検出部は、先頭車両電圧有無の変化を検出する。電圧検出部は、集電装置から供給された電力の電圧を検出する。制御部は、先頭車両電圧有無がオフ状態に変化した場合、先行車両からの距離および速度に基づいて、給電部材から電力変換装置に電力が供給されなくなる前に開閉器を遮断状態に切り替え、電圧検出部により検出された電圧が所定値よりも低い値から所定値よりも高い状態に変化した場合に、開閉器を導通状態に切り替える。【選択図】図２
2018038122.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
給電部材から集電装置を介して供給された電力を変換し、変換した電力を車両用電動機に供給する電力変換部と、
前記電力変換部と前記集電装置との間に設けられ、導通状態と遮断状態との間で状態が切り替えられる開閉器と、
前記給電部材から先行車両に供給されている電力の有無を表す信号の変化を検出する信号検出部と、
前記集電装置から供給された電力の電圧を検出する電圧検出部と、
自車両の速度を検出する速度検出部と、
前記先行車両と前記自車両との距離を設定する距離設定部と、
前記信号検出部により検出された信号が前記先行車両に電力が供給されていないことを表す信号に変化した場合、前記距離設定部により設定された距離および前記速度検出部により検出された速度に基づいて、前記給電部材から前記電力変換部に電力が供給されなくなる前に前記開閉器を遮断状態に切り替え、前記電圧検出部により検出された電圧が所定値よりも低い値から前記所定値よりも高い状態に変化した場合に、前記開閉器を導通状態に切り替える制御部と、
を備える、車両用制御装置。
【請求項２】
前記制御部は、前記信号検出部により検出された信号が前記先行車両に電力が供給されていないことを表す信号に変化した回数と、前記電圧検出部により検出された電圧が所定値よりも低い値から前記所定値よりも高い状態に変化した回数とが一致した場合に、前記開閉器を導通状態に切り替える、
請求項１に記載の車両用制御装置。
【請求項３】
前記制御部は、前記信号検出部により検出された信号が前記先行車両に電力が供給されていないことを表す信号に変化した第１の回数と、前記電圧検出部により検出された電圧が所定値よりも低い値から前記所定値よりも高い状態に変化した第２の回数とが一致している期間が所定時間を経過した場合に、前記開閉器を導通状態に切り替える、
請求項１に記載の車両用制御装置。
【請求項４】
前記距離設定部は、外部装置から前記自車両に供給される号車識別信号に基づいて、前記先行車両と前記自車両との距離を設定する、
請求項１から３のうちいずれか１項に記載の車両用制御装置。
【請求項５】
前記距離設定部は、
外部装置から前記自車両に供給される前後進指令信号に基づいて、前記自車両の位置が前記自車両を含む複数の車両のうち進行方向側の車両であるか否かを判定し、
前記自車両の位置が進行方向と逆側の車両である場合に、前記距離を第１の距離に設定し、
前記自車両の位置が進行方向側の車両である場合に、前記距離を前記第１の距離よりも短い第２の距離に設定する、
請求項１から３のうちいずれか１項に記載の車両用制御装置。
【請求項６】
前記速度検出部は、外部装置から前記電力変換部に供給されるトルク指令値に基づいて前記自車両の速度を推定する、
請求項１から５のうちいずれか１項に記載の車両用制御装置。
【請求項７】
前記開閉器は、機械的に開閉する開閉器を含む、
請求項１から６のうちいずれか１項に記載の車両用制御装置。
【請求項８】
前記開閉器は、半導体スイッチを含む、
請求項１から６のうちいずれか１項に記載の車両用制御装置。
【請求項９】
給電部材から自車両に供給されている電力の有無を表す信号を出力する電圧検出部を有する先頭車両と、
前記先頭車両に連結された複数の後続車両と、を有し、
前記複数の後続車両は、
前記給電部材から集電装置を介して供給された電力を変換し、変換した電力を車両用電動機に供給する電力変換部、
前記電力変換部と前記集電装置との間に設けられ、導通状態と遮断状態との間で状態が切り替えられる開閉器、
前記給電部材から前記先頭車両に供給されている電力の有無を表す信号の変化を検出する信号検出部、
前記集電装置から供給された電力の電圧を検出する電圧検出部、
前記自車両の速度を検出する速度検出部、
前記先頭車両と前記自車両との距離を設定する距離設定部、および
前記信号検出部により検出された信号が前記先頭車両に電力が供給されていないことを表す信号に変化した場合、前記距離設定部により設定された距離および前記速度検出部により検出された速度に基づいて、前記給電部材から前記電力変換部に電力が供給されなくなる前に前記開閉器を遮断状態に切り替え、前記電圧検出部により検出された電圧が所定値よりも低い値から前記所定値よりも高い状態に変化した場合に、前記開閉器を導通状態に切り替える制御部、をそれぞれ備える、
鉄道車両。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、車両用制御装置、および鉄道車両に関する。
【背景技術】
【０００２】
鉄道車両は、架線や第三軌条などから供給された電力を、電力変換装置などを介して車両モータなどに供給することで牽引トルクを発生させている。鉄道車両は、架線や第三軌条などの一部にギャップがある場合、牽引トルクが低下すると共に、部品の劣化が進む場合があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１５−１５８１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明が解決しようとする課題は、部品の劣化を抑制すると共に、牽引トルクの低下を抑制することができる車両用制御装置、および鉄道車両を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
実施形態の車両用制御装置は、電力変換回路と、開閉器と、信号検出部と、電圧検出部と、速度検出部と、距離設定部と、制御部と、を持つ。前記電力変換回路は、給電部材から集電装置を介して供給された電力を変換し、変換した電力を車両用電動機に供給する。前記開閉器は、前記電力変換装置と前記集電装置との間に設けられ、導通状態と遮断状態との間で状態が切り替えられる。前記信号検出部は、前記給電部材から前記先行車両に供給されている電力の有無を表す信号の変化を検出する。前記電圧検出部は、前記集電装置から供給された電力の電圧を検出する。前記速度検出部は、前記自車両の速度を検出する。前記距離設定部は、前記先行車両と自車両との距離を設定する。前記制御部は、前記信号検出部により検出された信号が前記先行車両に電力が供給されていないことを表す信号に変化した場合、前記距離設定部により設定された距離および前記速度検出部により検出された速度に基づいて、前記給電部材から前記電力変換装置に電力が供給されなくなる前に前記開閉器を遮断状態に切り替え、前記電圧検出部により検出された電圧が所定値よりも低い値から前記所定値よりも高い状態に変化した場合に、前記開閉器を導通状態に切り替える。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】第１の実施形態の鉄道車両１の一例を示す図。
【図２】第１の実施形態の車両用制御装置１００の一例を示す図。
【図３】第１の実施形態における距離設定部１４２の一例を示す図。
【図４】第１の実施形態における先頭車両電圧有無信号、後続車両１Ｂの検出電圧、接触器１２０の状態、車両速度、および後続車両１Ｂの走行距離の関係を示す図。
【図５】第１の実施形態における制御部１４０の処理の流れの一例を示すフローチャート。
【図６】先頭車両１Ａの集電靴の接触部２１０Ａがギャップ区間１０００＃の開始位置Ｐ１に到来した様子を示す図。
【図７】後続車両１Ｂの集電靴の接触部２１０Ｂがギャップ区間１０００＃の開始位置Ｐ１に到来した様子を示す図。
【図８】後続車両１Ｂの集電靴の接触部２１０Ｂがギャップ区間１０００＃の終了位置Ｐ２に到来した様子を示す図。
【図９】第１の実施形態における電圧値Ｖの変化の一例を示す図。
【図１０】第１の実施形態における先頭車両電圧有無信号、後続車両１Ｂ−１の検出電圧、後続車両１Ｂ−１における接触器１２０の状態、後続車両１Ｂ−２の検出電圧、後続車両１Ｂ−２における接触器１２０の状態、および後続車両１Ｂ−１および１Ｂ−２の走行距離の関係を示す図。
【図１１】第２の実施形態において、鉄道車両１と第三軌条１０００との関係の一例を示す図。
【図１２】第２の実施形態における先頭車両電圧有無信号、後続車両１Ｂの検出電圧、接触器１２０の状態、車両速度、後続車両１Ｂの走行距離、ギャップ区間１０００＃のへの進入回数と、ギャップ区間１０００＃の通過回数の関係を示す図。
【図１３】第２の実施形態における制御部１４０の処理の流れの一例を示すフローチャート。
【図１４】第３の実施形態の車両用制御装置１００Ａの一例を示す図。
【図１５】第４の実施形態の車両用制御装置１００Ｂの一例を示す図。
【図１６】第４の実施形態において、前後進指令信号を鉄道車両１の各車両に分配する一例を示す図。
【図１７】第４の実施形態における車両用制御装置１００Ｂにより先頭車両１Ａから自車両までの距離を設定する処理の流れの一例を示すフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
以下、実施形態の車両用制御装置、および鉄道車両を、図面を参照して説明する。
【０００８】
（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態の鉄道車両１の一例を示す図である。鉄道車両１は、例えば、先頭車両１Ａと、複数の後続車両１Ｂ−１、・・・１Ｂ−Ｎとを含む。Ｎは１以上の親善数である。なお、以下の説明において、後続車両を他の後続車両と区別しない場合は「後続車両１Ｂ」と記載する。先頭車両１Ａと複数の後続車両１Ｂとは機械的に連結される。先頭車両１Ａおよび複数の後続車両１Ｂは、後続車両１Ｂに備えられた車両用電動機により発生した牽引トルクにより進行方向に走行する。
【０００９】
先頭車両１Ａは、先行車両の一例である。先頭車両１Ａは、例えば、電圧検出装置１０を含む。電圧検出装置１０は、第三軌条１０００から供給されている電力の電圧の有無を検出する。第三軌条１０００は、給電部材の一例である。第三軌条１０００は、鉄道車両１が走行するレールに沿って設けられている。電圧検出装置１０は、信号線１０Ａを介して、後続車両１Ｂ内の各車両用制御装置１００に接続されている。電圧検出装置１０が検出した電圧の有無を示す先頭車両電圧有無信号は、信号線１０Ａを介して、複数の車両用制御装置１００に供給される。なお、給電部材は、第三軌条１０００であってもよいが、これに限定されない。給電部材は、架線であってもよい。
【００１０】
後続車両１Ｂは、例えば、車両用制御装置１００と、集電装置２００とを含む。車両用制御装置１００は、車両用電動機に電力を供給する。集電装置２００は、例えば、集電靴である。集電装置２００は、集電靴の接触部２１０が第三軌条１０００と接触することで、第三軌条１０００から供給された電力を車両用制御装置１００に供給する。
【００１１】
図２は、第１の実施形態の車両用制御装置１００の一例を示す図である。車両用制御装置１００は、例えば、電力変換回路１１０と、接触器１２０と、電圧検出部１３０と、制御部１４０とを含む。
【００１２】
電力変換回路１１０は、例えば、複数の半導体素子、および複数の半導体素子をオンオフ制御する制御回路を備えるスイッチング回路を含む。電力変換回路１１０には、車両用電動機３００に発生させる牽引トルクを指示するトルク指令値が供給される。電力変換回路１１０は、トルク指令値に基づいて半導体素子をオンオフ制御することで、接触器１２０を介して供給された直流電力を交流電力に変換して、車両用電動機３００に供給する。
【００１３】
接触器１２０は、機械的なスイッチである。接触器１２０は、開閉器の一例である。開閉器は、半導体素子を主回路として含む半導体スイッチであってもよい。接触器１２０は、制御部１４０から供給された制御信号Ｃに基づいて、導通状態と遮断状態との間で状態が切り替えられる。接触器１２０が遮断状態である場合、接触器１２０は、電力変換回路１１０を第三軌条１０００から切り離す。接触器１２０は、制御信号Ｃに基づいて状態を切り替えた場合に、アンサ信号Ｒを制御部１４０に出力する。
【００１４】
電圧検出部１３０は、集電装置２００を介して第三軌条１０００から車両用制御装置１００に供給されている電力の電圧を検出する。電圧検出部１３０により検出した電圧値Ｖは、制御部１４０により読み取られる。
【００１５】
制御部１４０は、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）等のプロセッサがプログラムメモリに格納されたプログラムを実行することにより実現される。また、制御部１４０のうち一部または全部は、ＬＳＩ（Large Scale Integration）、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）、またはＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）等のハードウェアにより実現されてもよい。制御部１４０には、信号線１０Ａを介して先頭車両電圧有無信号が供給される（信号検出部）。また、制御部１４０には、車両用制御装置１００が搭載された号車を示す号車識別信号が供給される。さらに、制御部１４０には、速度センサ４００が接続される。制御部１４０には、速度センサ４００から鉄道車両１の走行速度が供給される。
【００１６】
制御部１４０は、接触器１２０の状態を遮断状態に切り替える基準値としての距離（以下、距離基準値Ｄｒｅｆと記載する。）を設定する距離設定部１４２を含む。距離設定部１４２は、ＣＰＵがプログラムを実行することにより実現される機能部である。図３は、第１の実施形態における距離設定部１４２の一例を示す図である。距離設定部１４２には、号車識別信号が供給される。号車識別信号は、車両用制御装置１００が先頭車両１Ａから何番目の後続車両１Ｂであるかを示す。号車識別信号は、先頭車両１Ａから供給されてよいが、これに限定されない。号車識別信号は、車両用制御装置１００が接続された信号線（不図示）に供給されている信号レベルに基づいて判定された号車であってもよい。距離設定部１４２は、参照値としての距離Ｄ−１［メートル］、・・・Ｄ−Ｎ［メートル］のうち、いずれかの距離を距離基準値Ｄｒｅｆとして設定する。距離設定部１４２は、例えば、号車識別信号が「２号車」である場合、距離Ｄ−１を距離基準値Ｄｒｅｆとして設定する。
【００１７】
以下、第三軌条１０００にギャップ区間がある場合に、第三軌条１０００から電力変換回路１１０に電力が供給されなくなる前に接触器１２０を遮断状態に切り替え、第三軌条１０００から電力変換回路１１０への電力供給が再開した場合に接触器１２０を導通状態に切り替える動作について説明する。図４は、第１の実施形態における先頭車両電圧有無信号、後続車両１Ｂの検出電圧、接触器１２０の状態、車両速度、および後続車両１Ｂの走行距離の関係を示す図である。図５は、第１の実施形態における制御部１４０の処理の流れの一例を示すフローチャートである。
【００１８】
先頭車両１Ａおよび後続車両１Ｂが第三軌条１０００のギャップ区間１０００＃の開始位置Ｐ１に進入した場合、先頭車両１Ａおよび後続車両１Ｂは、第三軌条１０００から電力が給電されない状態になる。ギャップ区間１０００＃は、レールが交差するようなポイント切り替えなどの場所や、踏切において第三軌条１０００が１０００Ａと１０００Ｂとで途切れる区間（Ｐ１〜Ｐ２）である。図６は、先頭車両１Ａの集電靴の接触部２１０Ａがギャップ区間１０００＃の開始位置Ｐ１に到来した様子を示す図である。
【００１９】
先頭車両１Ａがギャップ区間１０００＃の開始位置Ｐ１に到来した場合、先頭車両電圧有無信号は、オン状態からオフ状態に切り替わる（時刻ｔ１）。制御部１４０は、先頭車両電圧有無信号がオフ状態であるか否かを判定することで（ステップＳ１００）、先頭車両電圧有無信号がオフ状態に変化したと判定する。
【００２０】
制御部１４０は、先頭車両電圧有無信号がオフ状態であると判定した場合、速度センサ４００から供給されている車両速度を取得する（ステップＳ１０２）。次に、制御部１４０は、先頭車両電圧有無信号がオフ状態であると判定した時刻からの経過時間および車両速度に基づいて後続車両１Ｂの走行距離を算出する（ステップＳ１０４）。次に、制御部１４０は、算出した走行距離が距離基準値Ｄｒｅｆ以上であるか否かを判定する（ステップＳ１０６）。
【００２１】
制御部１４０は、走行距離が距離基準値Ｄｒｅｆ以上である場合、接触器１２０を遮断状態に切り替える（ステップＳ１０８）。制御部１４０は、図４に示すように、走行距離が距離基準値Ｄｒｅｆ以上に至った時刻ｔ２以後、接触器１２０に投入指令としての制御信号Ｃを供給する。制御部１４０は、接触器１２０が遮断状態に切り替えられた場合に、「オフ状態」のアンサ信号Ｒを受信する（時刻ｔ３）。次に、制御部１４０は、電圧検出部１３０により検出される電圧値Ｖが閾値Ｖｔｈ以上であるか否かを判定する（ステップＳ１１０）。制御部１４０は、電圧値Ｖが閾値Ｖｔｈ以上ではない場合、待機する。
【００２２】
その後、先頭車両１Ａがギャップ区間１０００＃の終了位置Ｐ２に到来した場合、先頭車両電圧有無信号は、オフ状態からオン状態に切り替わる（時刻ｔ４）。
【００２３】
後続車両１Ｂがギャップ区間１０００＃の開始位置Ｐ１に進入した場合、電圧検出部１３０により検出される電圧値Ｖは、０付近に低下する（時刻ｔ５）。図７は、後続車両１Ｂの集電靴の接触部２１０Ｂがギャップ区間１０００＃の開始位置Ｐ１に到来した様子を示す図である。その後、後続車両１Ｂがギャップ区間１０００＃の終了位置Ｐ２に進入した場合、電圧検出部１３０により検出される電圧値Ｖは、第三軌条１０００から供給される電力の電圧まで立ち上がる（時刻ｔ６）。図８は、後続車両１Ｂの集電靴の接触部２１０Ｂがギャップ区間１０００＃の終了位置Ｐ２に到来した様子を示す図である。
【００２４】
制御部１４０は、後続車両１Ｂがギャップ区間１０００＃の終了位置Ｐ２を通過し、電圧検出部１３０により検出される電圧値Ｖが閾値Ｖｔｈ以上である場合、接触器１２０を導通状態に切り替える（ステップＳ１１２）。図９は、第１の実施形態における電圧値Ｖの変化の一例を示す図である。制御部１４０は、例えば、接触器１２０を遮断状態に切り替えた場合の電圧値Ｖが所定の低電圧値ＶＬに低下したことを判定し、且つ、低下した電圧値Ｖが閾値Ｖｔｈ以上に変化したことを判定してもよい。低電圧値ＶＬは、例えば、後続車両１Ｂが第三軌条１０００から離線したことを認識することができる値である。閾値Ｖｔｈは、後続車両１Ｂが第三軌条１０００に再着線したと認識することができる値である。
【００２５】
制御部１４０は、図４に示すように、電圧値Ｖが閾値Ｖｔｈ以上になった時刻ｔ６の後、接触器１２０に投入指令としての制御信号Ｃを供給する（時刻ｔ７）。制御部１４０は、接触器１２０が遮断状態に切り替えられた場合に、「オン状態」のアンサ信号Ｒを受信する（時刻ｔ８）。以上のように、車両用制御装置１００は、電圧値Ｖが低下する前に接触器１２０を遮断状態に切り替え、電圧値Ｖが立ち上がったことを検出した後に接触器１２０を導通状態に切り替えることができる。
【００２６】
図１０は、第１の実施形態における先頭車両電圧有無信号、後続車両１Ｂ−１の検出電圧、後続車両１Ｂ−１における接触器１２０の状態、後続車両１Ｂ−２の検出電圧、後続車両１Ｂ−２における接触器１２０の状態、および後続車両１Ｂ−１および１Ｂ−２の走行距離の関係を示す図である。後続車両１Ｂ−１は、例えば、先頭車両１Ａに連結された２号車であり、後続車両１Ｂ−２は、例えば後続車両１Ｂ−１に連結された３号車であるものとする。また、後続車両１Ｂ−１の制御部１４０は、距離基準値Ｄｒｅｆ−１を設定しており、後続車両１Ｂ−２の制御部１４０は、距離基準値Ｄｒｅｆ−１より長い距離基準値Ｄｒｅｆ−２を設定しているものとする。
【００２７】
先頭車両電圧有無信号がオン状態からオフ状態に切り替わった場合（時刻ｔ１１）、後続車両１Ｂ−１および１Ｂ−２の制御部１４０は、走行距離をそれぞれ算出する。後続車両１Ｂ−１の制御部１４０は、時刻ｔ１３において走行距離が距離基準値Ｄｒｅｆ−１に至ったと判定し、接触器１２０を遮断状態に切り替える（時刻ｔ１４）。その後、後続車両１Ｂ−１の電圧値Ｖは、後続車両１Ｂ−１がギャップ区間１０００＃の開始位置Ｐ１に進入した場合に低下し（時刻ｔ１５）、後続車両１Ｂ−１がギャップ区間１０００＃の終了位置Ｐ２に進入した場合に立ち上がる（時刻ｔ１６）。後続車両１Ｂ−１の制御部１４０は、電圧値Ｖが閾値Ｖｔｈを超えたことを判定し、接触器１２０を導通状態に切り替える（時刻ｔ１７）。
【００２８】
後続車両１Ｂ−２の制御部１４０は、時刻ｔ１８において走行距離が距離基準値Ｄｒｅｆ−２に至ったと判定し、接触器１２０を遮断状態に切り替える（時刻ｔ１９）。その後、後続車両１Ｂ−２の電圧値Ｖは、後続車両１Ｂ−２がギャップ区間１０００＃の開始位置Ｐ１に進入した場合に低下し（時刻ｔ２０）、後続車両１Ｂ−２がギャップ区間１０００＃の終了位置Ｐ２に進入した場合に立ち上がり（時刻ｔ２１）。後続車両１Ｂ−２の制御部１４０は、電圧値Ｖが閾値Ｖｔｈを超えたことを判定し、接触器１２０を導通状態に切り替える（時刻ｔ２２）。
【００２９】
以上より、鉄道車両１によれば、後続車両１Ｂがギャップ区間１０００＃の開始位置Ｐ１に進入する前に、先頭車両１Ａに近い後続車両１Ｂから順次、接触器１２０を遮断状態に切り替える。また、鉄道車両１によれば、後続車両１Ｂがギャップ区間１０００＃の終了位置Ｐ２を通過した後、先頭車両１Ａに近い後続車両１Ｂから順次、接触器１２０を導通状態に切り替える。
【００３０】
以上説明した第１の実施形態の車両用制御装置１００によれば、電圧値Ｖが低下する前に接触器１２０を遮断状態に切り替え、電圧値Ｖが立ち上がったことを検出した後に接触器１２０を導通状態に切り替えることができる。これにより、第１の実施形態の車両用制御装置１００によれば、接触器１２０を遮断してからギャップ区間１０００＃に進入するので、第三軌条１０００から車両用制御装置１００に過電圧が印加されることを抑制することができる。この結果、第２の実施形態の車両用制御装置１００によれば、接触器１２０の劣化を抑制することができる。
【００３１】
第１の実施形態の車両用制御装置１００は、先頭車両１Ａに近い後続車両１Ｂの接触器１２０を遮断状態に切り替えた場合には、先頭車両１Ａから遠い後続車両１Ｂにより牽引トルクを発生させて、鉄道車両１を走行させることができる。第１の実施形態の車両用制御装置１００は、先頭車両１Ａから遠い後続車両１Ｂの接触器１２０を遮断状態に切り替えた場合には、先頭車両１Ａに近い後続車両１Ｂにより牽引トルクを発生させて、鉄道車両１を走行させることができる。この結果、車両用制御装置１００によれば、鉄道車両１全体として力行性能が低下することを抑制することができる。また、車両用制御装置１００によれば、鉄道車両１全体の過電圧保護の発生数と、接触器１２０の接点摩耗を抑制することができる。
【００３２】
（第２の実施形態）
以下、第２の実施形態について説明する。図１１は、第２の実施形態において、鉄道車両１と第三軌条１０００との関係の一例を示す図である。第三軌条１０００は、例えば、複数のギャップ区間１０００＃−１、１０００＃−２および１０００＃−３が、各車両の進行方向長さよりも狭い間隔で設けられる場合がある。車両用制御装置１００により後続車両１Ｂがギャップ区間１０００＃の開始位置Ｐ１、Ｐ３、およびＰ５のそれぞれに進入する前に接触器１２０を遮断状態に切り替え、ギャップ区間１０００＃の終了位置Ｐ２、Ｐ４、およびＰ６のそれぞれを通過した後に接触器１２０を導通状態に切り替えると、接触器１２０の切り替えが繰り返して行われてしまう。この場合、例えば、後続車両１Ｂがギャップ区間１０００＃の終了位置Ｐ２を通過した後に後続車両１Ｂの接触器１２０を導通状態に制御しても、ギャップ区間１０００＃の開始位置Ｐ３に進入した後に接触器１２０が導通状態に切り替わってしまう可能性がある。また、先頭車両１Ａがギャップ区間１０００＃の開始位置Ｐ３に進入した後に後続車両１Ｂの接触器１２０を遮断状態に制御しても、ギャップ区間１０００＃の終了位置Ｐ４を通過した後に接触器１２０が遮断状態に切り替わってしまう可能性がある。
【００３３】
第２の実施形態の車両用制御装置１００は、先頭車両１Ａがギャップ区間１０００＃の開始位置に進入した回数と、後続車両１Ｂがギャップ区間１０００＃の終了位置を通過した回数とが一致した場合に、接触器１２０を遮断状態から導通状態に切り替える。以下、このような第２の実施形態の車両用制御装置１００の動作について説明する。
【００３４】
図１２は、第２の実施形態における先頭車両電圧有無信号、後続車両１Ｂの検出電圧、接触器１２０の状態、車両速度、後続車両１Ｂの走行距離、ギャップ区間１０００＃のへの進入回数と、ギャップ区間１０００＃の通過回数の関係を示す図である。図１３は、第２の実施形態における制御部１４０の処理の流れの一例を示すフローチャートである。なお、図１２に示した先頭車両電圧有無信号の変化は、鉄道車両１が図１１に示した第三軌条１０００に沿って走行した場合の一例を示す。図１２における先頭車両電圧有無信号の変化に、先頭車両１Ａが進入した位置Ｐ１〜Ｐ６を示す。
【００３５】
まず、制御部１４０は、先頭車両電圧有無信号がオフ状態であるか否かを判定し（ステップＳ２００）、先頭車両１Ａがギャップ区間１０００＃−１の開始位置Ｐ１に進入して先頭車両電圧有無信号がオフ状態に変化した場合（時刻ｔ３１）、ギャップ進入回数をカウントアップする（ステップＳ２０２）。これにより、後続車両１Ｂにおいてカウントされたギャップ進入回数は「１」に変化する。次に、制御部１４０は、鉄道車両１の速度を取得して（ステップＳ２０４）、後続車両１Ｂの走行距離を算出し（ステップＳ２０６）、算出した走行距離が距離基準値Ｄｒｅｆ以上である場合に（ステップＳ２０８）、接触器１２０を遮断状態に切り替える（ステップＳ２１０）。制御部１４０は、電圧値Ｖが閾値Ｖｔｈではない場合、ステップＳ２００に処理を戻す。
【００３６】
その後、先頭車両１Ａがギャップ区間１０００＃−１の終了位置Ｐ２を通過して先頭車両電圧有無信号がオン状態に変化し（時刻ｔ３４）、さらに先頭車両１Ａがギャップ区間１０００＃−２の開始位置Ｐ３に進入して先頭車両電圧有無信号がオフ状態に変化した場合（時刻ｔ３５、ステップＳ２００）、制御部１４０は、ギャップ進入回数をカウントアップする（ステップＳ２０２）。これにより、後続車両１Ｂにおいてカウントされたギャップ進入回数は「２」に変化する。さらに、先頭車両１Ａがギャップ区間１０００＃−２の開始位置Ｐ５に進入して先頭車両電圧有無信号がオフ状態に変化した場合（時刻ｔ３７、ステップＳ２００）、制御部１４０は、ギャップ進入回数をカウントアップする（ステップＳ２０２）。これにより、後続車両１Ｂにおいてカウントされたギャップ進入回数は「３」に変化する。
【００３７】
その後、後続車両１Ｂがギャップ区間１０００＃−１の開始位置Ｐ１に進入した場合に電圧値Ｖが低下し（時刻ｔ３６）、後続車両１Ｂがギャップ区間１０００＃−１の終了位置Ｐ２に進入した場合に電圧値Ｖが立ち上がる（時刻ｔ３８）。この場合、制御部１４０は、電圧値Ｖが閾値Ｖｔｈ以上であると判定し（ステップＳ２１２）、ギャップ通過回数をカウントアップする（ステップＳ２１４）。これにより、後続車両１Ｂにおいてカウントされたギャップ通過回数は「１」に変化する。
【００３８】
次に、制御部１４０は、ギャップ進入回数とギャップ通過回数が一致したか否かを判定する（ステップＳ２１６）。制御部１４０は、ギャップ進入回数とギャップ通過回数が一致していないので、ステップＳ２００に処理を戻す。これにより、制御部１４０は、接触器１２０の遮断状態を継続する。
【００３９】
その後、後続車両１Ｂがギャップ区間１０００＃−２の終了位置Ｐ４に進入した場合に電圧値Ｖが立ち上がる（時刻ｔ３９）。この場合、制御部１４０は、電圧値Ｖが閾値Ｖｔｈ以上であると判定し（ステップＳ２１２）、ギャップ通過回数をカウントアップする（ステップＳ２１４）。これにより、後続車両１Ｂにおいてカウントされたギャップ通過回数は「２」に変化する。次に、制御部１４０は、ギャップ進入回数とギャップ通過回数とが一致していないので（ステップＳ２１６）、ステップＳ２００に処理を戻す。これにより、制御部１４０は、接触器１２０の遮断状態を継続する。
【００４０】
その後、後続車両１Ｂがギャップ区間１０００＃−３の終了位置Ｐ６に進入した場合に電圧値Ｖが立ち上がる（時刻ｔ４０）。この場合、制御部１４０は、電圧値Ｖが閾値Ｖｔｈ以上であると判定し（ステップＳ２１２）、ギャップ通過回数をカウントアップする（ステップＳ２１４）。これにより、後続車両１Ｂにおいてカウントされたギャップ通過回数は「３」に変化する。次に、制御部１４０は、ギャップ進入回数とギャップ通過回数とが一致したので（ステップＳ２１６）、所定時間Ｔが経過したか否かを判定する（ステップＳ２１８）。
【００４１】
制御部１４０は、所定時間Ｔが経過していない場合、ステップＳ２００に処理を戻す。制御部１４０は、所定時間Ｔが経過した場合、接触器１２０に投入指令としての制御信号Ｃを供給する（ステップＳ２２０、時刻ｔ４１）。制御部１４０は、接触器１２０が遮断状態に切り替えられた場合に、「オン状態」のアンサ信号Ｒを受信する（時刻ｔ４２）。以上のように、車両用制御装置１００は、電圧値Ｖが低下する前に接触器１２０を遮断状態に切り替え、電圧値Ｖが立ち上がったことを検出した後に接触器１２０を導通状態に切り替えることができる。
【００４２】
以上説明したように、第２の実施形態の車両用制御装置１００によれば、ギャップ進入回数とギャップ通過回数とが一致した場合に、接触器１２０を導通状態に切り替えるので、ギャップ区間が繰り返されるような状況であっても、接触器１２０の状態を繰り返して切り替えることを抑制することができる。これにより、第２の実施形態の車両用制御装置１００によれば、接触器１２０の動作回数を削減することができる。この結果、第２の実施形態の車両用制御装置１００によれば、接触器１２０の劣化を抑制することができる。
【００４３】
また、第２の実施形態の車両用制御装置１００は、ギャップ進入回数とギャップ通過回数とが一致した後に遅れ時間としての所定時間Ｔが経過した後に、接触器１２０を導通状態に切り替える。第２の実施形態の車両用制御装置１００によれば、遅れ時間を経過する前にギャップ進入回数がカウントアップされた場合に、接触器１２０を遮断状態に維持することができる。この結果、第２の実施形態の車両用制御装置１００によれば、ギャップ区間１０００＃が繰り返される区間が経過したと判定した場合に接触器１２０を導通状態に切り替えることができ、接触器１２０の劣化を更に抑制することができる。
【００４４】
（第３の実施形態）
以下、第３の実施形態について説明する。第３の実施形態の車両用制御装置１００Ａは、外部装置から電力変換回路１１０に供給されているトルク指令値に基づいて鉄道車両１の速度を推定する点で、第１および第２の実施形態の車両用制御装置１００とは異なる。以下、この相違点を中心に説明する。
【００４５】
図１４は、第３の実施形態の車両用制御装置１００Ａの一例を示す図である。車両用制御装置１００Ａの制御部１４０は、速度推定部１４４を備える。速度推定部１４４は、トルク指令値に基づいて、車両用電動機３００の回転数などの鉄道車両１の速度を推定する情報を取得する。また、速度推定部１４４は、例えば、車両用電動機３００の回転による誘導起電力に基づいて、鉄道車両１の速度を推定してもよい。
【００４６】
第３の実施形態の車両用制御装置１００Ａによれば、速度センサ４００を備えることなく鉄道車両１の速度を推定するので、部品点数および信号線を削減することができると共に、装置の低コスト化を図ることができる。
【００４７】
（第４の実施形態）
以下、第４の実施形態について説明する。第４の実施形態の車両用制御装置１００Ｂは、外部装置から供給される前後進指令信号に基づいて、先頭車両１Ａから自車両までの距離を設定する点で、第１、第２、および第３の実施形態とは異なる。以下、この相違点を中心に説明する。
【００４８】
図１５は、第４の実施形態の車両用制御装置１００Ｂの一例を示す図である。車両用制御装置１００Ｂの制御部１４０には、外部装置から前後進指令信号が供給される。前後進指令信号は、後続車両１Ｂが前進する指令信号、または後続車両１Ｂが更新する指令信号を含む。後続車両１Ｂが前進する指令信号は、鉄道車両１のうち進行方向側の後続車両１Ｂに供給される。後続車両１Ｂが後進する指令信号は、鉄道車両１のうち進行方向とは逆側の後続車両１Ｂに供給される。
【００４９】
前後進指令信号は、例えば、電力変換回路１１０の制御回路に供給される。後続車両１Ｂ−１における電力変換回路１１０の制御回路は、車両用電動機３００が進行方向に対応する方向の牽引トルクを発生するように、車両用電動機３００を所定の方向に回転させる。後続車両１Ｂ−２および１Ｂ−３における電力変換回路１１０の制御回路は、車両用電動機３００が進行方向に対応する方向の牽引トルクを発生するように、車両用電動機３００を所定の方向とは逆方向に回転させる。
【００５０】
図１６は、第４の実施形態において、前後進指令信号を鉄道車両１の各車両に分配する一例を示す図である。後続車両１Ｂ−１は、鉄道車両１の中間位置から進行方向側の後続車両１Ｂであり、後続車両１Ｂ−２および１Ｂ−３は、鉄道車両１の中間位置から進行方向とは逆側の後続車両１Ｂである。鉄道車両１は、例えば、信号反転部５を含む。信号反転部５は、例えば、鉄道車両１の運転台に備えられる。信号反転部５は、進行方向側の後続車両１Ｂ−１に前進指令信号を供給する。信号反転部５は、前進指令信号の振幅を反転させた後進指令信号を後続車両１Ｂ−２および１Ｂ−３に供給する。
【００５１】
図１７は、第４の実施形態における車両用制御装置１００Ｂにより先頭車両１Ａから自車両までの距離を設定する処理の流れの一例を示すフローチャートである。まず、制御部１４０は、前後進指令信号を受信したか否かを判定する（ステップＳ３００）。制御部１４０は、受信した前後進指令信号が前進指令信号であるか否かを判定する（ステップＳ３０２）。制御部１４０は、例えば、前後進指令信号の振幅に基づいて、前進指令信号であるか否かを判定する。制御部１４０は、受信した前後進指令信号が前進指令信号である場合、距離基準値Ｄｒｅｆを０メートルに設定する（ステップＳ３０４）。制御部１４０は、受信した前後進指令信号が後進指令信号である場合、距離基準値Ｄｒｅｆを先頭車両１Ａから鉄道車両１の中間位置までの距離Ｄｒｅｆ＃に設定する（ステップＳ３０６）。
【００５２】
なお、制御部１４０は、前後進指令信号が後進指令信号である場合、距離基準値Ｄｒｅｆを先頭車両１Ａから鉄道車両１の中間位置までの距離Ｄｒｅｆ＃に設定してもよいが、これに限定されない。制御部１４０は、先頭車両１Ａから鉄道車両１の中間位置よりも進行方向側の位置までの距離を設定してもよい。また、制御部１４０は、受信した前後進指令信号が前進指令信号である場合、距離基準値Ｄｒｅｆを０メートルに設定してもよいが、これに限定されない。制御部１４０は、後続車両１Ｂに電力が供給されなくなる前に接触器１２０を遮断状態に切り替えればよく、先頭車両１Ａの先端から先頭車両１Ａの進行方向の逆側の位置を第２の距離に設定してもよい。
【００５３】
これにより、後続車両１Ｂ−１の制御部１４０は、距離基準値Ｄｒｅｆを０メートルに設定する。後続車両１Ｂ−１の制御部１４０は、Ｄｒｅｆが０メートルであるので、先頭車両電圧有無信号がオフ状態に変化した場合に、すぐに接触器１２０を遮断状態に制御する。このとき、制御部１４０は、走行距離の算出をすることなく、接触器１２０の遮断状態に制御してもよい。
【００５４】
後続車両１Ｂ−２および１Ｂ−３の制御部１４０は、距離基準値ＤｒｅｆをＤｒｅｆ＃に設定する。後続車両１Ｂ−２および１Ｂ−３の制御部１４０は、先頭車両電圧有無信号がオフ状態に変化した場合に、後続車両１Ｂ−２および１Ｂ−３がＤｒｅｆ＃だけ走行したことを判定した場合に接触器１２０を遮断状態に制御する。
【００５５】
以上説明した第４の実施形態の車両用制御装置１００Ｂによれば、後続車両１Ｂが辞し車両の号車を認識できないが前後進指令信号を受信した場合、距離基準値を設定することができる。これにより、第４の実施形態の車両用制御装置１００Ｂによれば、上述した実施形態と同様に、接触器１２０の劣化を抑制すると共に、力行性能の低下を抑制することができる。
【００５６】
第４の実施形態の車両用制御装置１００Ｂは、鉄道車両１における中間位置から先頭車両１Ａ側の後続車両１Ｂの接触器１２０を遮断状態に切り替えた場合には、中間位置から進行方向の逆側の後続車両１Ｂにより牽引トルクを発生させて、鉄道車両１を走行させることができる。第４の実施形態の車両用制御装置１００は、中間位置から進行方向の逆側の後続車両１Ｂの接触器１２０を遮断状態に切り替えた場合には、中間位置から先頭車両１Ａ側の後続車両１Ｂにより牽引トルクを発生させて、鉄道車両１を走行させることができる。この結果、車両用制御装置１００によれば、鉄道車両１全体として力行性能が低下することを抑制することができる。
【００５７】
例えば、ギャップ区間１０００＃がある登り区間を走行する場合において、先頭車両１Ａがギャップ区間１０００＃に進入した場合には、後進指令信号を受信している後続車両１Ｂにより鉄道車両１を加速させ、後進指令信号を受信している後続車両１Ｂがギャップ区間１０００＃に進入した場合には、前進指令信号を受信している後続車両１Ｂにより鉄道車両１を加速させることができる。これにより、車両用制御装置１００Ｂによれば、上り勾配のために鉄道車両１の加速ができない状態に陥ることを回避することができる。
【００５８】
以上説明した少なくともひとつの実施形態によれば、先頭車両電圧有無が先頭車両１Ａに電力が供給されていないことを表す値に変化した場合、距離設定部１４２により設定された距離および鉄道車両１の速度に基づいて、第三軌条１０００から電力変換回路１１０に電力が供給されなくなる前に接触器１２０を遮断状態に切り替え、電圧検出部１３０により検出された電圧が閾値Ｖｔｈよりも低い値から閾値Ｖｔｈよりも高い状態に変化した場合に、接触器１２０を導通状態に切り替える制御部１４０を持つことにより、車両用制御装置１００に過電圧が供給されること、および接触器１２０の接点摩耗を抑制することができるために部品の劣化を抑制すると共に、牽引トルクの低下を抑制することができる。
【００５９】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
【符号の説明】
【００６０】
１…鉄道車両、１Ａ…先頭車両、１Ｂ…後続車両、５…信号反転部、１０…電圧検出装置、１０Ａ…信号線、１００、１００Ａ、１００Ｂ…車両用制御装置、１１０…電力変換回路、１２０…接触器、１３０…電圧検出部、１４０…制御部、１４２…距離設定部、１４４…速度推定部、２００…集電装置、２１０…接触部、３００…車両用電動機、４００…速度センサ、１０００＃…ギャップ区間、１０００…第三軌条
【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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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