(57)【要約】      （修正有）【課題】本発明は、発電ブレーキを搭載した駆動システムにおいて消費電力量を削減する。【解決手段】本発明の電力変換装置は、第一の電力変換回路１０１を第二の電力変換回路１０２の直流入力電圧を直流架線１の電圧以上に上昇する昇降圧回路として機能させる制御を行い、また、第一の電力変換装置をブレーキ抵抗器１０６を用いた発電ブレーキとして機能させる制御を行う。このような制御により、発電ブレーキを搭載した電気車駆動システムを省エネルギー化する。【選択図】図２
2019009907.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
上アームおよび下アームの２つのスイッチング素子を有し、直流架線からの直流電圧がリアクトルを経由して入力される第一の電力変換回路と、
前記第一の電力変換回路の出力側に接続され、当該第一の電力変換回路から入力された直流電力を、電動機を駆動する交流電力に変換する第二の電力変換回路と、
前記第一の電力変換回路の上アームまたは下アームのスイッチング素子の何れか一方に並列に接続されたブレーキ抵抗器と、
前記スイッチング素子を制御する制御装置と、を備え、
前記制御装置が、前記第一の電力変換回路を前記第二の電力変換回路の直流入力電圧を直流架線の電圧以上に上昇する昇降圧回路として機能させる制御と、前記第一の電力変換装置を前記ブレーキ抵抗器を用いた発電ブレーキとして機能させる制御を実施することを特徴とする電力変換装置。
【請求項２】
請求項1記載の電力変換装置において、
前記リアクトルの端部を、前記上アームのスイッチング素子の何れかの端部と選択的に接続できる第一のスイッチング手段と、
前記ブレーキ抵抗器と直列で、且つ前記上アームまたは下アームのスイッチング素子の何れか一方と並列な回路を開閉できる第二のスイッチング手段と、を備え、
前記制御装置が、前記第一のスイッチング手段が前記端部の一方と閉成し、前記第二のスイッチング手段が開放した場合に前記第一の電力変換回路を前記昇降圧回路として機能させる制御を実施し、前記第一のスイッチング手段が前記端部の他方と閉成し、前記第二のスイッチング手段が閉成した場合に前記第一の電力変換回路を前記発電ブレーキとして機能させる制御を実施することを特徴とする電力変換装置。 
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の電力変換装置において、
前記スイッチング素子が、シリコンまたはシリコンより大きいバンドギャップを有する半導体材料を母材としていることを特徴とする電力変換装置。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３の何れか一項に記載の電力変換装置において、
前記スイッチング素子が、ＭＯＳＦＥＴまたはＩＧＢＴの電圧駆動型素子であることを特徴とする電力変換装置。
【請求項５】
請求項１乃至請求項４の何れか一項に記載の電力変換装置において、
前記２つのスイッチング素子として、ＭＯＳＦＥＴまたはＩＧＢＴの電圧駆動型素子が混載していることを特徴とする電力変換装置。
【請求項６】
請求項１乃至請求項５の何れか一項に記載の電力変換装置において、
前記２つのスイッチング素子が、同一のパッケージに封入されていることを特徴とする電力変換装置。
【請求項７】
請求項１乃至請求項６の何れか一項に記載の電力変換装置において、
前記第一の電力変換回路および前記第二の電力変換回路が、同一の冷却器に搭載されていることを特徴とする電力変換装置。
【請求項８】
請求項１乃至請求項７の何れか一項に記載の電力変換装置を備えた電気車。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気車の駆動システム、特に電力変換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、低炭素社会の実現に向けて省エネルギー化が求められている。鉄道分野における省エネルギー化として、電力変換装置や電動機の高効率化が検討されている。電力変換装置では、電圧駆動型スイッチング素子であるＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ  Ｇａｔｅ  Ｂｉｐｏｌａｒ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）やＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ−Ｏｘｉｄｅ−Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ｆｉｅｌｄ−Ｅｆｆｅｃｔ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）が適用されている。ＩＧＢＴやＭＯＳＦＥＴをはじめとするパワー半導体は高速なスイッチング動作によりスイッチング損失を低減できる。また、直流架線の鉄道駆動システムでは、インバータの直流電圧を直流架線の電圧よりも高くする昇降圧回路を搭載することにより、モータの損失を低減でき、鉄道駆動システムとしての消費電力量を削減できる。
【０００３】
一般に、鉄道駆動システムの減速するためのブレーキシステムとして、電気ブレーキと機械ブレーキが存在する。例えば、走行車両数が少ない区間では、電気ブレーキにより電力回生しても負荷となる車両が存在せず回生失効が生じブレーキ力が低下するため、機械ブレーキを用いて所望のブレーキ力を得るようにしている。一方、機械ブレーキはブレーキシューの摩耗が生じるため、メンテナンスが必要となる。これに対して、発電ブレーキの搭載によりブレーキシューの摩耗を防ぐことが可能となるが、発電ブレーキは省エネルギー化には寄与しない。また、発電ブレーキの搭載により鉄道駆動システムの規模が大きくなるため電気機器が大型化する。そこで、交直流車のシステムを活用することで電気機器の小型化が検討されている。
【０００４】
例えば特開２００４−３１２９３９号公報（特許文献１）には、「交流区間での回生電力を第二の変換器、第一の変換器およびトランスを介して交流区間の架線に返還し、直流区間での回生電力を第二の変換器を介して直流区間の架線に返還するようにした電気車制御装置において、直流区間での回生電力が架線に返還が不可能のときに回生電力を消費するブレーキ抵抗器とこのブレーキ抵抗器を第一の変換器のＵ相またはＶ相を構成する上下アームの何れかに並列接続する抵抗接続スイッチとを備え、ブレーキ抵抗器を接続した側の上下アームをブレーキチョッパとして回生電力をブレーキ抵抗器に消費させるようにしたもの（要約）」が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−３１２９３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本願発明者が、従来技術では回生電力を架線に返還できない場合においても回生電力を回収することについて鋭意検討した結果、次の知見を得るに至った。
【０００７】
特許文献１では、第一および第二の電力変換回路を有している交直流車が、第二の電力変換回路を用いて直流区間を走行している動作モードにおいて、回生電力を架線に返還できない場合に、第一の電力変換回路を発電ブレーキとして動作することを可能とする。これにより、駆動システムの規模を大きくせずに、機械ブレーキの摩耗を防ぐ効果がある。しかし、直流区間の走行中は、第一の電力変換回路を用いて第二の電力変換回路の直流電圧を可変できず、駆動システムの消費電力量を低減できない。
【０００８】
本発明の目的は、発電ブレーキを搭載した駆動システムにおいて消費電力量を削減することに関する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、第一の電力変換回路を第二の電力変換回路の直流入力電圧を直流架線の電圧以上に上昇する昇降圧回路として機能させ、また、第一の電力変換装置をブレーキ抵抗器を用いた発電ブレーキとして機能させることに関する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、発電ブレーキを搭載した駆動システムを省エネルギー化できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】実施例１にかかる鉄道車両の概略図である。
【図２】実施例１にかかる電力変換装置の回路図である。
【図３】実施例１にかかる電力変換装置の変形例の回路図である。
【図４】実施例１にかかる第一の電力変換回路の動作タイミングチャートである。
【図５】実施例１にかかる第一の電力変換回路が昇降圧回路として動作した時の電動機の回生特性を表すグラフである。
【図６】実施例２にかかる複数車両における電力融通の概念図である。
【図７】実施例３にかかる電力変換装置の実装形態の概念図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
実施例では、上アームおよび下アームの２つのスイッチング素子を有し、直流架線からの直流電圧がリアクトルを経由して入力される第一の電力変換回路と、第一の電力変換回路の出力側に接続され、当該第一の電力変換回路から入力された直流電力を、電動機を駆動する交流電力に変換する第二の電力変換回路と、第一の電力変換回路の上アームまたは下アームのスイッチング素子の何れか一方に並列に接続されたブレーキ抵抗器と、スイッチング素子を制御する制御装置と、を備え、制御装置が、第一の電力変換回路を第二の電力変換回路の直流入力電圧を直流架線の電圧以上に上昇する昇降圧回路として機能させる制御と、第一の電力変換装置をブレーキ抵抗器を用いた発電ブレーキとして機能させる制御を実施する電力変換装置を開示する。
【００１３】
また、実施例では、リアクトルの端部を、上アームのスイッチング素子の何れかの端部と選択的に接続できる第一のスイッチング手段と、ブレーキ抵抗器と直列で、且つ上アームまたは下アームのスイッチング素子の何れか一方と並列な回路を開閉できる第二のスイッチング手段と、を備え、制御装置が、第一のスイッチング手段が端部の一方と閉成し、第二のスイッチング手段が開放した場合に第一の電力変換回路を昇降圧回路として機能させる制御を実施し、第一のスイッチング手段が端部の他方と閉成し、第二のスイッチング手段が閉成した場合に第一の電力変換回路を発電ブレーキとして機能させる制御を実施することを開示する。
【００１４】
また、実施例では、スイッチング素子が、シリコンまたはシリコンより大きいバンドギャップを有する半導体材料を母材としていることを開示する。
【００１５】
また、実施例では、スイッチング素子が、ＭＯＳＦＥＴまたはＩＧＢＴの電圧駆動型素子であることを開示する。
【００１６】
また、実施例では、２つのスイッチング素子として、ＭＯＳＦＥＴまたはＩＧＢＴの電圧駆動型素子が混載していることを開示する。
【００１７】
また、実施例では、２つのスイッチング素子が、同一のパッケージに封入されていることを開示する。
【００１８】
また、実施例では、第一の電力変換回路および第二の電力変換回路が、同一の冷却器に搭載されていることを開示する。
【００１９】
また、実施例では、電力変換装置を備えた電気車を開示する。
【００２０】
以下、上記およびその他の本発明の特徴と効果について図面を参酌して説明する。なお、図面は専ら発明の理解のために用いるものであり、権利範囲を減縮するものではない。
【実施例１】
【００２１】
図１は、本実施例にかかる電気車の概略図である。車両８は、レール２上を走行する車輪３を備えた台車４により支えられている。車両８の上部には架線１と電気的に接触する集電装置１が設置され、車両８の床下には電力変換装置６が設置されている。台車４には、車輪３を駆動する電動機５が搭載されている。電気車を加速するための力行動作では、電力源である架線１または導電レールから集電装置７を介して車両８に電力が供給される。供給された電力は電力変換装置６を介して電動機５を駆動し、車輪３が回転することにより車両８が前進または後進する。電動機５は誘導電動機または永久磁石同期電動機のどちらでもよい。また、電気車を減速するための回生動作では、力行動作と電力の流れが逆になる。すなわち、電動機５が発電機として動作することにより発生した電力は、電力変換装置６により電力変換された後に、集電装置７を介して架線１または導電レールに回生される。なお、電気的なグランドとして、電力変換装置６の負電圧側は車輪３を介してレール２に接続されている。以下、本実施例では、架線１の電圧を直流１５００Ｖとした例を説明する。
【００２２】
図２は、本実施例にかかる電力変換装置の回路図である。スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ８は、ＭＯＳＦＥＴやＩＧＢＴなどの電圧制御型スイッチング素子や、サイリスタなどの電流制御型スイッチング素子でよい。また、ダイオードＤ１〜Ｄ８は、ＰＮダイオードやＳＢＤ（Ｓｃｈｏｔｔｋｙ  Ｂａｒｒｉｅｒ  Ｄｉｏｄｅ）などでよい。また、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ８は、ＭＯＳＦＥＴやＩＧＢＴなど複数種類のスイッチング素子が混載してもよく、半導体は、Ｓｉ（Ｓｉｌｉｃｏｎ：シリコン）やＳｉよりもバンドギャップが広い半導体であるＳｉＣ（Ｓｉｌｉｃｏｎ  Ｃａｒｂｉｄｅ：炭化ケイ素）やＧａＮ（Ｇａｌｌｉｕｍ  Ｎｉｔｒｉｄｅ：窒化ガリウム）でもよい。
【００２３】
第一の電力変換回路１０１は、スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２を備えており、スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２は、それぞれ上アームと下アームが直列接続されて一相を構成している。また、スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２には、通流方向が逆方向となるようにダイオードＤ１、Ｄ２が並列接続される。ここで、スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２がＩＧＢＴの場合には、ダイオードＤ１、Ｄ２を接続する必要があるが、スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２がＭＯＳＦＥＴなどボディダイオードを有する素子である場合には、ダイオードＤ１、Ｄ２を接続せずにＭＯＳＦＥＴのボディダイオードを利用できる。
【００２４】
第二の電力変換回路１０２は、キャパシタ１０４とスイッチング素子Ｑ３〜Ｑ８を備えており、スイッチング素子Ｑ３、Ｑ４は直列接続されてＵ相、スイッチング素子Ｑ５、Ｑ６は直列接続されてＶ相、スイッチング素子Ｑ７、Ｑ８は直列接続されてＷ相をそれぞれ構成する。各スイッチング素子Ｑ３〜Ｑ８には、通流方向が逆方向となるようにダイオードＤ３〜Ｄ８が並列接続される。ここで、スイッチング素子Ｑ３〜Ｑ８がＩＧＢＴの場合には、ダイオードＤ３〜Ｄ８を接続する必要があるが、スイッチング素子Ｑ３〜Ｑ８がＭＯＳＦＥＴなどボディダイオードを有する素子である場合には、ダイオードＤ３〜Ｄ８を接続せずにＭＯＳＦＥＴのボディダイオードを利用できる。
【００２５】
第二の電力変換回路１０２は、架線１または第一の電力変換回路１０１が出力した直流電力を平滑化し、ノイズを除去するためのキャパシタ１０４を備えている。また、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相のスイッチング素子Ｑ３〜Ｑ８を、例えばＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ  Ｗｉｄｔｈ  Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）制御することにより、キャパシタ１０４の直流電力を交流電力に変換して、電動機５に交流電力を供給する。また、集電装置７とレール２の間には、架線１の電圧を検出するための電圧センサ１０５が備えられている。
【００２６】
架線１と第一の電力変換回路１０１の間には、ノイズ電流を低減するためのリアクトル１０３とスイッチＳ１ａ、Ｓ１ｂが設けられている。また、第一の電力変換回路１０１の下アームスイッチング素子Ｑ２に対して並列にスイッチＳ２とブレーキ抵抗器１０６の直列回路が接続されている。
【００２７】
スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ８は、ゲート駆動回路からの信号により駆動される。また、ゲート駆動回路ならびにスイッチＳ１ａ、Ｓ１ｂおよびＳ２は、演算装置、メモリおよび入出力手段を備えた制御装置と接続され、所定のプログラムに従って制御される。
【００２８】
図３は、本実施例にかかる電力変換装置の変形例の回路図である。図３に示すように、スイッチＳ２とブレーキ抵抗器１０６の直列回路が、上アームスイッチング素子Ｑ１と並列に接続されていてもよい。なお、スイッチＳ１ａ、Ｓ１ｂおよびＳ２は、電流の流れを切り替えることができればよく、例えば機械スイッチや半導体スイッチでよい。
【００２９】
図４は、本実施例にかかる第一の電力変換回路１０１の動作タイミングチャートである。時刻ｔ＝０〜ｔ１の期間において、車体８は加速（力行）している。このとき、スイッチＳ１ｂがオン状態かつスイッチＳ１ａとＳ２はオフ状態であり、リアクトル１０３の一端は、第一の電力変換回路１０１のスイッチング素子Ｑ１とＱ２の間に接続している状態である。このとき、第一の電力変換回路１０１は、第二の電力変換回路１０２の直流電圧を可変できる昇降圧回路として動作する。
【００３０】
第一の電力変換回路１０１の昇降圧回路としての動作として、スイッチング素子Ｑ２がオン状態のときに架線１を介してリアクトル１０３にエネルギーを蓄え、スイッチング素子Ｑ２がオフ状態となったときにリアクトル１０３に蓄えられたエネルギーを放出する。すなわち、第二の電力変換回路１０２の直流電圧（キャパシタ１０４の両端電圧）は、架線１の電圧とリアクトル１０３に蓄えられたエネルギーの和となる。例えば、架線１の電圧が直流１５００Ｖの場合に、リアクトル１０３の出力電圧が３００Ｖとすると、第二の電力変換回路１０２の直流電圧は１８００Ｖとなる。なお、このリアクトル１０３に蓄えられるエネルギーは、スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２のデューティ比で設定できる。
【００３１】
このように第一の電力変換回路１０１が昇降圧回路として動作し、第二の電力変換回路１０２の直流電圧が架線１よりも高い電圧で動作することにより、電動機５に印加される電圧が高くなる。同一の電力を電動機５に入力するにあたり、電動機５の印加電圧が高い場合には電動機５の電流が少なくなるため、電動機５の銅損を低減でき、鉄道駆動システムとしての消費電力量を削減できる。
【００３２】
次に、時刻ｔ＝ｔ１〜ｔ２の期間において、車体８は減速（回生）している。架線１の電圧が制限値以下であるとすると、スイッチＳ１ｂがオン状態、スイッチＳ１ａおよびＳ２がオフ状態であり、第一の電力変換回路１０１が昇降圧回路として動作している。すなわち、第二の電力変換回路１０２を介して電動機５に印加される電圧は架線１よりも高くなるため、電動機５の特性が改善される。詳細は図５を用いて後述する。
【００３３】
時刻ｔ＝ｔ１〜ｔ２において自車が減速（回生）中に、周囲に負荷となる車両すなわち力行（加速）中の車両がいない場合には、架線１の電圧が上昇する。架線１の電圧が上昇し上限値に達すると回生失効となり、自車両は電力回生ブレーキを使用できなくなる。この回生失効状態の検出は、架線１の電圧を電圧センサ１０５で測定することにより可能となる。
【００３４】
自車両が回生失効状態となった場合、スイッチＳ１ｂがオフ状態、スイッチＳ１ａおよびＳ２がオン状態となる。すなわち、第一の電力変換回路１０１のスイッチング素子Ｑ１とＱ２の間にブレーキ抵抗器１０６が接続され、電動機５が発電したエネルギーを消費するための発電ブレーキ回路となる。
【００３５】
回生において電動機５は交流の発電機となる。例えばＰＷＭ制御により第二の電力変換回路１０２のスイッチング素子Ｑ３〜Ｑ８およびダイオードＤ３〜Ｄ８が動作することにより、電動機５が発電した交流電力は直流電力に変換される。
【００３６】
第一の電力変換装置１０１の発電ブレーキとしての動作として、第二の電力変換回路１０２が出力した直流電圧に対して、スイッチング素子Ｑ１がオン状態のときにはスイッチＳ２を介してブレーキ抵抗器１０６に電力が流れる。このため、電動機５が発電したエネルギーはブレーキ抵抗器１０６により熱エネルギーとして消費される。スイッチング素子Ｑ１がオフ状態になるとブレーキ抵抗器１０６に流れていた電流はスイッチング素子Ｑ２またはダイオードＤ２を介して還流する。ここで、電動機５および第二の電力変換回路１０２が発電する電圧すなわちキャパシタ１０４の電圧は、架線１の電圧以上の必要がある。
【００３７】
このように車体８の走行状態と架線１の電圧に応じて第一の電力変換回路１０１の動作モードを、昇降圧回路または発電ブレーキ回路として動作させるものに切り替える機能を有することにより、力行動作時にはモータ損失の低減による鉄道駆動システムの消費電力量の削減が可能となり、回生動作時にはブレーキ抵抗器１０６の動作により機械ブレーキの摩耗を防ぐことができる。
【００３８】
図５は、本実施例にかかる第一の電力変換回路１０１が昇降圧回路として動作した時における電動機５の回生特性を示すグラフである。電動機５の回生特性としては、車両８の速度が低い領域おいては、速度に応じて電動機５に印加する電圧が上昇するため、一定のトルクを出力する。従来の駆動装置では第二の電力変換回路１０２の直流電圧は架線１の電圧に等しいため、架線１の電圧より高い電圧を電動機５に印加することはできない。
【００３９】
特に車両８の速度が上昇すると、電動機５の逆起電力の増大に伴い電動機５の電流が減少する。すなわち、第二の電力変換回路１０２が出力できる電圧が頭打ちになると、電動機５が出力できる最大のトルクが低減する。このとき、電動機５の最大トルクを増やすために電動機５および第二の電力変換回路１０２の電流容量を増大させると、電動機５および第二の電力変換回路１０２が大型化し、さらに電動機５の損失が増加してしまう。
【００４０】
また、車両８がブレーキ動作するときには必要ブレーキ力に対して機械ブレーキと電気ブレーキを併用している。特に車両８が高速（例えば１００ｋｍ／ｈ）で走行している状態からブレーキをかけるとき、従来の駆動装置では電動機５に印加可能な電圧が頭打ちとなっているため、出力トルクが制限される。不足したブレーキ力は機械ブレーキで賄うため、熱エネルギーとして消費され省エネルギー化の弊害となっていた。
【００４１】
しかし第一の電力変換回路１０１を搭載して昇降圧回路として動作させることにより、電動機５には架線１の電圧よりも高い電圧を電動機５に印加できるため、車両８が高速で走行しているときの電気ブレーキを強くできる。例えば、従来の駆動装置では電動機５に印加される電圧が最大となる車両８の速度が５０ｋｍ／ｈであったのに対して、第一の電力変換回路１０１を搭載することにより電圧が最大となる車両８の速度が６０ｋｍ／ｈに拡大する。すなわち、全電気ブレーキ可能な領域が１０ｋｍ／ｈ上昇するため、この領域において空気ブレーキを使用する必要が無く、回生電力を最大限に回収できる。
【００４２】
この結果、回生時に第一の電力変換回路１０１が昇降圧回路として動作すると、第一の電力変換回路１０１を有していない場合に比べて、電動機５から架線１への回生電力が増大するため、鉄道駆動システムの省エネルギー化が可能となる。
【００４３】
なお、本実施例では、スイッチＳ１ａ、Ｓ１ｂおよびＳ２を接続することにより、第一の電力変換回路１０１の動作を昇降圧回路または発電ブレーキ回路として切り替えたが、第一の電力変換回路１０１が昇降圧回路または発電ブレーキとして動作する機能を有していればよい。
【実施例２】
【００４４】
本実施例では、複数車両における電力融通について説明する。以下、実施例１との相違点を中心に説明する。
【００４５】
図６は、本実施例にかかる複数車両における電力融通の概略図である。実施例１では、架線１の電圧と自車両の走行モード（力行または回生）に応じて第一の電力変換回路１０１を昇降圧回路または発電ブレーキとして動作させていたが、本実施例では、他の車両の走行モードに基づいて第一の電力変換回路１０１の動作を切り替える。自車両および他の車両を含む複数の車両にはそれぞれ車両情報制御装置９が搭載されており、各車両の力行または回生などの走行モードの情報は車両情報演算装置１０に収集される。そして、車両情報演算装置１０からの情報に基づいて、各車両は、第一の電力変換回路１０１の動作を昇降圧回路または発電ブレーキに切り替える。
【００４６】
例えば、少なくとも一つの車両が回生しているとき、同一の架線に接続されている車両の中に、力行している車両がいることを車両情報演算装置１０が検出した場合、この検出した信号に基づいて、車両情報制御装置９に信号を伝達することにより、回生車両の回生電力量を調整できる。具体的には、負荷となる力行車両が周囲に存在し、回生車両がより多くの回生電力を架線１に返還できる場合には、回生車両の第一の電力変換装置１０１を昇降圧回路として動作することにより、回生電力量を増大できる。
【００４７】
一方、回生車両と同一の架線に接続されている車両の中に、力行している車両が存在しないことを車両情報演算装置１０が検出した場合、この検出した信号に基づいて、車両情報制御装置９に信号を伝達することにより、回生車両の回生電力量を調整する。具体的には、回生車両が回生電力を架線１に返還すると負荷となる力行車両が存在しない場合には、回生車両の第一の電力変換回路１０１が発電ブレーキ回路として動作して回生電力量をブレーキ抵抗器１０６により消費することにより、架線１の上昇を防ぐことができる。
【００４８】
つまり、本実施例によれば複数の車両の走行状況に応じて第一の電力変換回路１０１の動作モードを昇降圧回路または発電ブレーキ回路として機能を切り替えることにより、回生電力量の最大化による省エネルギー化と架線１の電圧の急激な上昇を防ぐことができる。
【実施例３】
【００４９】
本実施例では、電力変換装置の実装形態について説明する。以下、実施例１または２との相違点を中心に説明する。
【００５０】
図７は、本実施例にかかる電力変換装置の実装形態の概念図である。電力変換装置６は、第二の電力変換回路１０２に加えて第一の電力変換回路１０１を搭載しているため、鉄道のように床下スペースが限られた用途では小型化が必要となる。
【００５１】
そこで、本実施例の電力変換装置６では、スイッチング素子Ｑ１とダイオードＤ１が同一のパッケージに封入された１ｉｎ１モジュールを、少なくとも８台使用している。ここで、第一の電力変換回路１０１と第二の電力変換回路１０２を同一の冷却器１０７に実装することにより、デッドスペースを削除でき、小型化に寄与できる。
【００５２】
なお、電力変換装置６の上下アーム（例えば、スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２とダイオードＤ１、Ｄ２）が同一パッケージに封入された２ｉｎ１モジュールを用いても良い。また、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ８およびダイオードＤ１〜Ｄ８は複数台のモジュールを並列に接続して構成しても良い。
【符号の説明】
【００５３】
１  架線
２  レール
３  車輪
４  台車
５  電動機
６、１００  電力変換装置
７  集電装置
８  車両
９  車両情報制御装置
１０  車両情報演算装置
Ｑ１〜Ｑ８  スイッチング素子
Ｄ１〜Ｄ８  ダイオード
Ｓ１ａ、Ｓ１ｂ、Ｓ２  スイッチ
１０１  第一の電力変換装置
１０２  第二の電力変換装置
１０３  リアクトル
１０４  キャパシタ
１０５  電圧センサ
１０６  ブレーキ抵抗器
１０７  冷却器
【図１】
2019009907.tif 000003
【図２】
2019009907.tif 000004
【図３】
2019009907.tif 000005
【図４】
2019009907.tif 000006
【図５】
2019009907.tif 000007
【図６】
2019009907.tif 000008
【図７】
2019009907.tif 000009