(57)【要約】      （修正有）【課題】所定の動力に基づいて発電する発電機により走行するための電力を得る車両において、当該発電機に蓄積された電荷を放電し、接触による感電を防止することができる主回路装置及び車両を提供する。【解決手段】主回路装置１は、発電機１１と、コンバータ１２と、インバータ１３と、発電機用接触器１１０と、発電機用放電抵抗１１１と、放電部１２２と、を備える。発電機は、供給された動力から交流電力を生成する。コンバータは、発電機から供給された交流電力を直流電力に変換する。インバータは、コンバータから供給された直流電力を、負荷に適した負荷用交流電力に変換して、負荷に供給する。発電機用接触器は、発電機とコンバータとを電気的に閉路または開路可能とする。発電機用放電抵抗は、発電機用接触器と並列に接続される。放電部は、コンバータとインバータとの間を接地電位と接続する。【選択図】図１
2015061397.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
供給された動力から交流電力を生成する発電機と、
前記発電機から供給された前記交流電力を直流電力に変換するコンバータと、
前記コンバータから中間直流リンクを介して供給された前記直流電力を、負荷用交流電力に変換して、負荷に供給するインバータと、
前記発電機と前記コンバータとを電気的に閉路または開路可能な発電機用接触器と、
前記発電機用接触器と並列に接続された発電機用放電抵抗と、
前記コンバータと前記インバータとの間を、接地電位線を介して接地電位と接続する放電部と、
を備える主回路装置。
【請求項２】
前記発電機は、３相の交流電力を出力し、
前記発電機用接触器は、前記３相の交流電力のそれぞれを送電する３つの交流送電線の２つ以上に設けられ、
前記発電機用放電抵抗は、前記３つの交流送電線の少なくとも１つに設けられた前記発電機用接触器と並列に接続されている
請求項１に記載の主回路装置。
【請求項３】
前記中間直流リンクに設けられ、前記コンバータと前記インバータとを電気的に閉路または開路可能な主開閉器を備え、
前記放電部は、前記中間直流リンクと前記接地電位線を接続する接触器を有する
請求項１または請求項２に記載の主回路装置。
【請求項４】
前記発電機、前記発電機用接触器、前記発電機用放電抵抗及び前記コンバータの組を複数備え、
複数の前記コンバータは、一の前記中間直流リンク及び一の前記接地電位線に対して並列に接続されている
請求項１から請求項３の何れか一項に記載の主回路装置。
【請求項５】
前記中間直流リンク及び前記接地電位線に対して前記コンバータと並列に接続され、前記インバータに直流電力を供給可能な蓄電装置と、
前記蓄電装置の蓄電電力を前記インバータへ供給するか否かを切り替える供給元切替用接触器と、
を更に備えている請求項１から請求項４の何れか一項に記載の主回路装置。
【請求項６】
前記発電機と前記中間直流リンクの間に、自装置内で発生する高調波電流を減衰させる高調波低減用コンデンサを備える
請求項１から請求項５の何れか一項に記載の主回路装置。
【請求項７】
前記発電機は、
永久磁石同期発電機である
請求項１から請求項６の何れか一項に記載の主回路装置。
【請求項８】
請求項１から請求項７の何れか一項に記載の主回路装置を備え、
前記負荷は、供給された前記負荷用交流電力から動力を生成する電動機であって、
前記電動機が生成する動力に基づいて走行する
鉄道車両。
【請求項９】
前記インバータと前記電動機とを電気的に閉路または開路可能な電動機用接触器と、
前記電動機用接触器と並列に接続された電動機用放電抵抗と、
を備える請求項８に記載の鉄道車両。
【請求項１０】
架線から供給された交流電力を直流電力に変換するコンバータと、
前記コンバータから供給された前記直流電力を、電動機に適した電動機用交流電力に変換して、当該電動機に供給するインバータと、
前記インバータと前記電動機とを電気的に閉路または開路可能な電動機用接触器と、
前記電動機用接触器と並列に接続された電動機用放電抵抗と、
前記コンバータと前記インバータの間を接地電位と接続する放電部と、
を備える主回路装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、主回路装置及び鉄道車両に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、車両用の主回路装置においては、架線から電力を受け取り、車両を駆動するのに必要な電圧・電流に変換してモータへ供給している。ここで、電圧・電流の変換には、通常、交流を直流に変換するコンバータと直流を交流に変換するインバータを含む電力変換装置が用いられる。この電力変換装置には、一般的に、整備時における作業者の安全を考慮して、コンバータとインバータ間に接続されるフィルタコンデンサ等において蓄積された電荷を放電するための放電用接触器が設けられていることが多い（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
また、主電動機として永久磁石同期電動機を使用する場合、主電動機の回転子が回転すると必ず起電力が発生してしまうため、意図せずに発生した起電力を主回路装置に送電させない目的で、主電動機を主回路装置から切り離す主電動機用接触器が設けられる。この主電動機用接触器により主電動機が切り離された場合、この主電動機の浮遊容量に蓄積された電荷は放電される経路を失って保持され続けることとなり、作業者が感電する可能性が高まる。よって、このような開放スイッチにより電動機が切り離される際に、当該電動機に蓄積された電荷が放電されるような工夫がなされている（例えば、特許文献２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１３−３４３１６号公報
【特許文献２】特開２０１０−２５９２０２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
一方、ディーゼルエンジンから動力を供給されて発電する発電機（主発電機）により、走行するための電力を得る車両（ディーゼル車）の場合は、その発電機の駆動によって発電機自身の有する浮遊容量に電荷が蓄積され、これに作業者等が不用意に接触することで感電するリスクが高まる、という課題があった。
【０００６】
本発明が解決しようとする課題は、所定の動力に基づいて発電する発電機により走行するための電力を得る車両において、当該発電機に蓄積された電荷を放電し、接触による感電を防止することができる主回路装置及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】
【０００７】
実施形態の主回路装置は、発電機と、コンバータと、インバータと、発電機用接触器と、発電機用放電抵抗と、放電部と、を備える。発電機は、供給された動力から交流電力を生成する。コンバータは、前記発電機から供給された前記交流電力を直流電力に変換する。インバータは、前記コンバータから供給された前記直流電力を、負荷に適した負荷用交流電力に変換して、当該負荷に供給する。発電機用接触器は、前記発電機と前記コンバータとを電気的に閉路または開路可能とする。発電機用放電抵抗は、前記発電機用接触器と並列に接続される。放電部は、前記コンバータと前記インバータとの間を接地電位と接続する。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】第１の実施形態の主回路装置の回路構成を示す図。
【図２】第１の実施形態の主回路装置における発電機用放電抵抗の効果を説明する図。
【図３】第２の実施形態の主回路装置の回路構成を示す図。
【図４】第３の実施形態の主回路装置の回路構成を示す図。
【図５】第４の実施形態の主回路装置の回路構成を示す図。
【図６】第５の実施形態の主回路装置の回路構成を示す図。
【図７】第５の実施形態の変形例に係る主回路装置の回路構成を示す図。
【図８】第６の実施形態の主回路装置の回路構成を示す図。
【図９】第７の実施形態の主回路装置の回路構成を示す図。
【図１０】第７の実施形態の主回路装置における電動機用放電抵抗の効果を説明する図。
【図１１】第８の実施形態の主回路装置の回路構成を示す図。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
＜第１の実施形態＞
以下、第１の実施形態に係る主回路装置を、図面を参照して説明する。
図１は、第１の実施形態に係る主回路装置の回路構成を示す図である。この図において、符号１は主回路装置である。
図１に示すように、主回路装置１は、ディーゼルエンジン１０と、主発電機１１と、コンバータ１２と、インバータ１３と、主電動機１４と、を備えている。
【００１０】
ディーゼルエンジン１０は、燃料の燃焼により動力を発生させ、主発電機１１に供給する。ディーゼルエンジン１０が生成する動力は、回転軸、クランクシャフト、フライホイール、カップリング等の機械的な動力伝達手段により、ディーゼルエンジン１０の回転力が主発電機１１に供給される。また、ディーゼルエンジン１０における燃料の燃焼により発生する排熱は、後述するように、空調装置３に利用される。また、ディーゼルエンジン１０の回転力は、冷房にも利用される。
主発電機１１は、ディーゼルエンジン１０から供給された動力から３相の交流電力を生成する。本実施形態において、主発電機１１は、永久磁石同期発電機が用いられている。具体的には、主発電機１１は、永久磁石を有する回転子と、巻線を有する固定子とを備えている。上記のような主発電機１１は、固定子が発生させる磁界に抗して回転することで誘導起電力を発生させる。したがって、主発電機１１は、ディーゼルエンジン１０から動力が供給され、当該動力に応じて回転子が回転すると、常に起電力を生成する。
なお、主発電機１１は、導電性を有する支持フレームに支持されて車両本体に取り付けられている。この支持フレームは、接地点Ｇ１に短絡されて接地されている。
コンバータ１２は、主発電機１１が生成した３相交流電力を直流電力（直流電圧及び直流電流）に変換する。このとき、コンバータ１２は、ダイオード整流器またはＰＷＭ（Pulse Width Modulation）コンバータを含む。コンバータ１２は、高電位線Ｈに直流の高電位を、低電位線Ｌに直流の低電位を印加して、インバータ１３に向けて直流電力を送電する。なお、図１に示すように、低電位線Ｌは、接地点Ｇ２をもって接地されている。したがって、実動作上、コンバータ１２は、接地電位線である低電位線Ｌを基準とした直流電圧ＶＨを、高電位線Ｈを通じて、インバータ１３に供給する。
インバータ１３は、コンバータ１２から供給された直流電力（正の直流電圧ＶＨ）を、後述する主電動機１４に適した３相の負荷用交流電力に変換して、主電動機１４に供給する。
主電動機１４は、インバータ１３から供給された３相の負荷用交流電力から動力を生成する。本実施形態において主電動機１４は、永久磁石同期電動機である。主回路装置１を搭載する車両は、この主電動機１４が生成する動力によって車輪を回転させ、走行する。主電動機１４も、主発電機１１と同様に、支持フレームによって支持されており、当該支持フレームが接地点Ｇ３に短絡されて接続されている。
【００１１】
上記構成を有する主回路装置１は、例えば、鉄道車両に搭載される。主回路装置１は、上述の構成により、ディーゼルエンジン１０において生成した動力に基づいて、主発電機１１及びコンバータ１２を通じて直流電力を生成する。さらに、主回路装置１は、生成された直流電力を、インバータ１３を通じて再度３相交流に変換し、その電圧、周波数を適切に制御することによって、主電動機１４において所望する動力を生成させる。そして、主回路装置１は、主電動機１４が生成する動力に基づき、図示しない車輪を回転させることによって車両を走行させる。
【００１２】
次に、上述の主発電機１１、コンバータ１２、インバータ１３及び主電動機１４を接続する各配線及びこれらに接続された各素子について説明する。
例えば、図１に示すように、主発電機１１と、コンバータ１２とを接続する３本の配線（交流送電線Ｐ）には、発電機用接触器１１０が設けられている。発電機用接触器１１０は、主発電機１１と、コンバータ１２との間を電気的に閉路（短絡）、開路可能なスイッチの役割を果たす。発電機用接触器１１０は、いわゆるＡ接点のスイッチで、車両全体の主電源がＯＮの場合には接触され、主電源がＯＦＦとなった際にこれと連動して開放される。
また、図１に示すように、交流送電線Ｐに設けられた発電機用接触器１１０の一つには、発電機用放電抵抗１１１が並列に接続されている。
【００１３】
また、図１に示すように、コンバータ１２と、インバータ１３との間を結ぶ高電位線Ｈと低電位線Ｌとの間には、フィルタコンデンサ１２０と、電圧検知器１２１と、放電部１２２と、がそれぞれ並列に接続されている。
フィルタコンデンサ１２０は、コンバータ１２の出力電圧を平滑化させて直流電圧ＶＨを生成する。
電圧検知器１２１は、直流電圧ＶＨを検出して、図示しない制御装置に出力する。ここで、当該制御装置は、例えば、ＰＷＭ制御により、コンバータ１２及びインバータ１３の動作を制御する。この制御装置は、電圧検知器１２１が検出する直流電圧ＶＨを参照しながら、コンバータ１２及びインバータ１３への制御信号のパルス幅（Pulse Width）を適宜変更する。このようにすることで、主電動機１４における負荷の変動に対しても、安定的に直流電圧ＶＨを出力することができる。
放電部１２２は、放電用接触器１２２ａと、抵抗器１２２ｂと、からなり、コンバータ１２とインバータ１３とを電気的に接続して直流電力を送電する配線（高電位線Ｈ）を、接地電位線（低電位線Ｌ）に短絡可能とする。ここで、放電用接触器１２２ａは、車両が走行しない状態（車庫格納時等）において、安全のため、フィルタコンデンサ１２０に蓄積された電荷を放電するために設けられた接触器である。放電用接触器１２２ａは、いわゆるＢ接点のスイッチで、車両全体の主電源がＯＮの場合には開放され、主電源がＯＦＦとなった際にこれと連動して接触される。
【００１４】
図１に示すように、インバータ１３と、主電動機１４とを接続する３本の配線（交流送電線Ｑ）には、電動機用接触器１３０が設けられている。電動機用接触器１３０は、インバータ１３と、主電動機１４との間を電気的に閉路、開路可能なスイッチの役割を果たす。電動機用接触器１３０は、いわゆるＡ接点のスイッチで、車両全体の主電源がＯＮの場合には接触され、主電源がＯＦＦとなった際にこれと連動して開放される。
また、図１に示すように、交流送電線Ｑに設けられた電動機用接触器１３０の一つには、電動機用放電抵抗１３１が並列に接続されている。
【００１５】
また、空調装置３は、主回路装置１を搭載する車両の設備の一つであり、当該車両の客室などの空調を制御する。空調装置３は、主に、ディーゼルエンジン１０の燃焼により発生する排熱を利用して空調制御を行う。具体的には、例えば空調装置３は、ディーゼルエンジン１０の燃焼機関の周囲を巡る冷却水を引き回して温水となった冷却水の熱を利用することで、当該車両の暖房設備として機能する。
【００１６】
次に、主回路装置１の利用において想定される状況の例について簡単に説明する。
例えば、図１に示す主回路装置１において、ディーゼルエンジン１０の保守点検を行う場合を想定する。この場合、ディーゼルエンジン１０の保守点検のために、ディーゼルエンジン１０を駆動させると、生成された動力が機械的に主発電機１１にも伝達するので、主発電機１１の回転子も一緒に駆動（回転）する。このとき、主発電機１１が、上述したように、永久磁石同期発電機であった場合、回転子が回転すると常に発電が行われる。したがって、不必要な駆動に基づく故障等を防止するため、ディーゼルエンジン１０の保守点検において主発電機１１が生成する不要な発電電力が、コンバータ１２に送電されないようにする工夫が必要である。
また、冬季期間において、運転中に車両の電気系統が故障して走行不可能となった場合に、救援を待つ間、ディーゼルエンジン１０のみを駆動させて、その排熱により動作可能な暖房装置（空調装置３）を利用したい場合が想定される。この場合も同様に、ディーゼルエンジン１０の駆動により、主発電機１１の回転子が回転すると常に発電が行われるため、主発電機１１が生成する不要な発電電力が、コンバータ１２に送電されないようにする必要がある。
発電機用接触器１１０は、上述したように、ディーゼルエンジン１０のみを独立して駆動させたい場合に、主発電機１１からコンバータ１２への送電の遮断を行えるようにするために備えられている。
なお、上記で説明したＡ接点、Ｂ接点は、本実施形態の表現に限られるものではなく、変更が可能である。
【００１７】
図２は、第１の実施形態に係る主回路装置における発電機用放電抵抗の効果を説明する図である。なお、この図２においては、インバータ１３、主電動機１４及び空調装置３等の記載は省略している。
図２に示すように、コンバータ１２は、一般的なコンバータと同様、６つのトランジスタ１２Ｔで構成される。ここでトランジスタ１２Ｔは、電気的な制御によりスイッチング可能なＩＧＢＴ（Insulated-Gate Bipolar Transistor）素子である。なお、トランジスタ１２Ｔには、ＩＧＢＴの他、サイリスタ等が用いられてもよい。コンバータ１２は、図示しない制御装置から６つのトランジスタ１２Ｔそれぞれのゲート端子に所定の制御信号が供給されることで、主発電機１１から供給される交流電力を直流電力に変換する。
【００１８】
ここで、主発電機１１が出力する３相の交流電力のうちの１相を送電する交流送電線Ｐａに着目する。
主発電機１１は、構造上、内部の巻線（例えば交流送電線Ｐａに接続される巻線）と、その支持フレームとの間に浮遊容量（例えば浮遊容量１１ａ）を形成する。なお、支持フレームは、上述したように、接地点Ｇ１に接続されている。
車両の走行中、主発電機１１は、コンバータ１２に供給する交流電力の発電に基づいて、この浮遊容量１１ａに電荷を蓄積する。このとき、発電機用接触器１１０は接触されており、主発電機１１が生成する交流電力は、コンバータ１２に送電されている。
【００１９】
一方、車両が走行を停止した後は、当該車両の主電源のＯＦＦに基づいて、放電部１２２（放電用接触器１２２ａ）が接触され、フィルタコンデンサ１２０に蓄えられていた電荷が放電される。
このとき、仮に、発電機用接触器１１０が存在しなかったとすると、放電部１２２における接触により、フィルタコンデンサ１２０に蓄えられていた電荷とともに、浮遊容量１１ａに蓄積されていた電荷も、コンバータ１２（トランジスタ１２Ｔ）、高電位線Ｈ、及び、放電部１２２を経由して地点Ｇ２に接続され、放電され得る。したがって、放電部１２２をもってフィルタコンデンサ１２０の電荷を放電するのみで、同時に、主発電機１１の浮遊容量（浮遊容量１１ａ）に蓄積していた電荷も放電され得る。
【００２０】
しかしながら、実際には、永久磁石同期発電機である主発電機１１を主回路装置１から切り離して、ディーゼルエンジン１０（図１）のみを駆動させて用いる状況が想定される。そしてこの場合は、主発電機１１を主回路装置１から切り離す目的で、Ａ接点の発電機用接触器１１０を交流送電線Ｐに設ける必要がある。よって、本実施形態に係る主回路装置１においては、車両の走行停止後、主電源のＯＦＦとともに、発電機用接触器１１０が開放される。
【００２１】
ここで、主回路装置１において、さらに、発電機用放電抵抗１１１が接続されていなかった場合を仮定する。この場合、主発電機１１が生成する交流電力により浮遊容量１１ａに蓄積された電荷は、発電機用接触器１１０が開放されたことにより放電のための逃げ道（放電部１２２を介して接地点Ｇ２に短絡される経路）が遮断されるため、車両の主電源をＯＦＦとした後も蓄積されたままとなる。したがって、この主発電機１１に作業者等が不用意に触れると感電するおそれがある。
しかしながら、主回路装置１は、図１、図２に示すように、発電機用接触器１１０と並列に発電機用放電抵抗１１１を接続している。これにより、発電機用接触器１１０が開放された状態であっても、放電部１２２を接触することで、浮遊容量１１ａに蓄積された電荷が、発電機用放電抵抗１１１を経由して放電される。
【００２２】
以上のように、本実施形態に係る主回路装置１によれば、主発電機１１による発電に応じて、主発電機１１及びその支持フレームに存在する浮遊容量に蓄積された電荷を放電し、接触による感電を防止することができる。
【００２３】
なお、図１に示すように、本実施形態に係る主回路装置１は、インバータ１３と、主電動機１４との間を結ぶ交流送電線Ｑにも、Ａ接点の電動機用接触器１３０が設けられ、これと並列に電動機用放電抵抗１３１が接続されている。この場合、電動機用接触器１３０が開放されて主電動機１４が電気系統から切り離された状態においては、主電動機１４の浮遊容量（交流送電線Ｑに接続される主電動機１４内部の巻線間、及び、接地点Ｇ３に接続された支持フレーム間に形成される浮遊容量）に発生した電荷が蓄積されたままとなり、感電の危険性が高くなる。そこで、放電部１２２が接触された際には、フィルタコンデンサ１２０に蓄積された電荷と同時に、主電動機１４の浮遊容量に蓄積された電荷も放電されるように、電動機用放電抵抗１３１を設けている。
つまり、本実施形態に係る主回路装置１は、コンバータ１２とインバータ１３の間に備えられた放電部１２２を接触するのみで、主発電機１１の浮遊容量に蓄積された電荷と、主電動機１４の浮遊容量に蓄積された電荷の両方を放電することができ、接触による感電のリスクが一層低減されるシステムとなっている。
【００２４】
ところで、上述の主回路装置１において、主発電機１１は、永久磁石同期発電機であるとして説明した。しかし、本実施形態に係る主回路装置１は、この態様に限定されることはなく、主発電機１１は、他の方式による発電機（例えば、誘電発電機）であってもよい。
主発電機１１が例えば誘電発電機である場合、主発電機１１は、固定子への通電により励磁された回転子が回転することで起電力が生成する。よって、上述の状況等においてディーゼルエンジン１０のみを駆動させたい場合には、単に、励磁のための通電を停止するだけでディーゼルエンジン１０を独立して使用することができるため、発電機用接触器１１０をあえて設ける必要はない。
しかしながら、例えば、主発電機１１を複数備える主回路装置の場合、この複数の主発電機１１のうち所望のもの（例えば、故障した主発電機１１）のみを、電気系統から個別に切り離して運用したい場合が想定される。このような場合は、主発電機１１が誘電発電機であっても、主発電機１１と、コンバータ１２との間に発電機用接触器１１０を設ける必要性が生じる。そして、主発電機１１が発電していた最中から、何らかの理由で、発電機用接触器１１０を開放したときに、主発電機１１自身の浮遊容量に蓄積される電荷を放電する経路が途切れ、電荷が蓄積されたままとなり、感電するリスクが高まる。
したがって、主発電機１１が誘電発電機であった場合においても、発電機用接触器１１０と並列に発電機用放電抵抗１１１を接続することで、主発電機１１の浮遊容量に蓄積された電荷を放電することができる。
【００２５】
また、上述の主回路装置１において、発電機用放電抵抗１１１は、主発電機１１の３つの交流送電線Ｐのうち一つ（交流送電線Ｐａ（図２））にのみ接続されているものとして説明したが、本実施形態に係る主回路装置１は、この態様に限定されることはない。すなわち、発電機用放電抵抗１１１は、主発電機１１に接続される３つの交流送電線Ｐうち２つ以上に備えられていてもよい。これにより、当該２以上の交流送電線Ｐと、主発電機１１の支持フレームとの間に形成される浮遊容量、及び、当該２の交流送電線Ｐ間に形成される巻線容量に蓄積された電荷についても放電することができ、感電のリスクを一層低減させることができる。
【００２６】
また、上述の主回路装置１において、放電部１２２は、放電用接触器１２２ａ及び抵抗器１２２ｂで構成されるものとして説明したが、本実施形態の変形例に係る主回路装置においては、放電部１２２は、放電用接触器１２２ａを有さず、単に抵抗器１２２ｂのみからなる構成としてもよい。この場合において、抵抗器１２２ｂは、車両の走行時において所望する直流電圧ＶＨを維持できる程度に高抵抗なものを選択する。
このようにしても、主発電機１１の浮遊容量に蓄積された電荷は、発電機用放電抵抗１１１及び放電部１２２（抵抗器１２２ｂ）を経由して接地点Ｇ２に短絡されて、放電される。また、当該変形例に係る主回路装置によれば、接触器（放電用接触器１２２ａ）を設けない分、その回路構成を簡素化することができる。
【００２７】
＜第２の実施形態＞
次に、第２の実施形態に係る主回路装置を、図面を参照して説明する。
図３は、第２の実施形態に係る主回路装置１Ａの回路構成を示す図である。なお主回路装置１Ａのうち、第１の実施形態に係る主回路装置１と同一の機能構成については、同一の符号を付してその説明を省略する。
図３に示すように、主回路装置１Ａは、第１の実施形態に係る主回路装置１と同様に、ディーゼルエンジン１０と、主発電機１１と、コンバータ１２と、インバータ１３と、主電動機１４と、を備えている。ただし、本実施形態に係る主発電機１１は、支持フレームが接地されておらず、主発電機１１全体が電気的に浮遊した状態となっている。
また、本実施形態に係る主回路装置１Ａは、主発電機１１に接続される３つの交流送電線Ｐのうち２つの交流送電線Ｐａ、Ｐｂにおいて、それぞれ２つの発電機用放電抵抗１１１ａ、１１１ｂが接続されている点で、第１の実施形態と異なっている。
【００２８】
ここで、一般に、ディーゼルエンジンで走行する車両において、主発電機（主発電機１１）は、ディーゼルエンジン（ディーゼルエンジン１０）とともに、防振ゴムによって支持されていることが多く、積極的に接地されていないことが想定される。そこで、本実施形態に係る主回路装置１は、主発電機１１の支持フレームが接地されていない場合に、２つの発電機用放電抵抗１１１ａ、１１１ｂを発電機用接触器１１０と並列に接続する。このようにすることで、発電機用接触器１１０が開放されていた場合であっても、放電部１２２を閉路した際には、交流送電線Ｐのうち２つの交流送電線Ｐａ、Ｐｂにおいて、発電機用放電抵抗１１１ａ、１１１ｂ及び放電部１２２を介して短絡されることで放電されるとともに、接地点Ｇ２に接地される。したがって、発電機用放電抵抗１１１ａ、１１１ｂを介して、この２つの交流送電線Ｐａ、Ｐｂ間に形成される浮遊容量に蓄積された電荷が放電される。
【００２９】
このように、支持フレームが接地されていない場合においては、主発電機１１の少なくとも２以上の交流送電線Ｐに発電機用放電抵抗を接続することで、当該２以上の交流送電線のそれぞれの間に形成された浮遊容量の電荷を開放する経路を確保することができる。
【００３０】
以上、本実施形態に係る主回路装置１Ａによれば、主発電機１１が防振ゴム等によって支持され、積極的に接地されていない状態であっても、主発電機１１に接続された少なくとも２以上の交流送電線Ｐに発電機用放電抵抗を接続することで、主発電機１１に存在する巻線容量に蓄積された電荷を放電することができる。
【００３１】
＜第３の実施形態＞
次に、第３の実施形態に係る主回路装置を、図面を参照して説明する。
図４は、第３の実施形態に係る主回路装置１Ｂの回路構成を示す図である。なお主回路装置１Ｂのうち、第１の実施形態に係る主回路装置１と同一の機能構成については、同一の符号を付してその説明を省略する。
【００３２】
図３に示すように、本実施形態に係る放電部１２２Ａは、過電圧保護装置１２２ｃ及び抵抗器１２２ｄによって構成される。
第１（第２）の実施形態に係る主回路装置１（１Ａ）の放電部１２２は、車両全体の主電源のＯＦＦと連動して、放電用接触器１２２ａが接触される形態としていたが、本実施形態に係る放電部１２２Ａは、過電圧保護装置１２２ｃを備え、これが図示しない外部装置（上記制御装置）からの電気的な信号（異常検知信号）に基づいて、接触又は開放を行う態様となっている。
【００３３】
具体的に説明すると、上記制御装置は、主に、コンバータ１２、インバータ１３についてのＰＷＭ制御を行うために、電圧検知器１２１を介して、フィルタコンデンサ１２０に印加される電圧（直流電圧ＶＨ）を常時監視している。ここで、フィルタコンデンサ１２０に印加される電圧が所定の電圧閾値Ｖｔｈを上回った場合には、上記制御装置は、これを異常と認識し、その保護動作として直ちに、異常検知信号を過電圧保護装置１２２ｃに出力する。この異常検知信号を受け取った過電圧保護装置１２２ｃは、短絡状態となって、フィルタコンデンサ１２０に蓄積された電荷を放電する。このような仕組みより、主回路装置１は、フィルタコンデンサ１２０への過電圧状態を防止することができる。
【００３４】
このとき、発電機用接触器１１０と並列に発電機用放電抵抗１１１が接続されていることで、この発電機用接触器１１０が開放されていた場合であっても、発電機用放電抵抗１１１及び本実施形態に係る放電部１２２Ａを経由して、主発電機１１の浮遊容量に蓄積された電荷が放電される。また、同時に、電動機用放電抵抗１３１及び放電部１２２Ａを経由して、主電動機１４の浮遊容量に蓄積された電荷も放電される。
【００３５】
以上、本実施形態に係る主回路装置１Ｂによれば、過電圧保護を目的とした過電圧保護装置１２２ｃに基づく放電処理によっても、主発電機１１に存在する浮遊容量に蓄積された電荷を放電することができる。これにより、フィルタコンデンサ１２０が過電圧状態となって異常状態に陥った際に、フィルタコンデンサ１２０の放電とともに、主発電機１１の浮遊容量に蓄積された電荷も放電されるので、接触による感電を一層防止することができる。
なお、正常時（過電圧状態となっていない状態）においても、この過電圧保護装置を利用して、必要に応じてフィルタコンデンサ１２０及び主発電機１１の浮遊容量に蓄積された電荷の放電を任意に行うことができる。
【００３６】
なお、第３の実施形態の変形例として、主回路装置は、第１の実施形態に係る放電部１２２と、第３の実施形態に係る放電部１２２Ａと、の両方を備えている態様であってもよい。
すなわち、当該変形例に係る主回路装置は、通常の接触器（放電用接触器１２２ａ）をもって、車両の主電源のＯＦＦと連動してフィルタコンデンサ１２０の電荷を放電する仕組みと、車両の主電源がＯＮの状態であっても、異常のためフィルタコンデンサ１２０に印加される電圧が過電圧となった際に、過電圧防止のためにフィルタコンデンサ１２０を放電させる仕組みの両方を備えている。この場合、いずれの放電部（放電部１２２、１２２Ａ）により、フィルタコンデンサ１２０の放電がなされた場合であっても、常に、主発電機１１及び主電動機１４の浮遊容量に蓄積された電荷が放電される。
【００３７】
＜第４の実施形態＞
次に、第４の実施形態に係る主回路装置を、図面を参照して説明する。
図５は、第４の実施形態に係る主回路装置１Ｃの回路構成を示す図である。なお主回路装置１Ｃのうち、第１の実施形態に係る主回路装置１と同一の機能構成については、同一の符号を付してその説明を省略する。また、図５では、第１の実施形態と同一の構成であるディーゼルエンジン１０、主発電機１１、主電動機１４、発電機用接触器１１０、発電機用放電抵抗１１１、電動機用接触器１３０、電動機用放電抵抗１３１、空調装置３等の記載を省略し、主回路装置１Ｃのうち、コンバータ１２からインバータ１３の間の回路のみを記載している。
【００３８】
図５に示すように、本実施形態に係る主回路装置１Ｃの放電部１２２Ｃは、主開閉器１２２ｅと、接触器１２２ｆ、１２２ｇ、抵抗器１２２ｈ、１２２ｉで構成される。
主開閉器１２２ｅは、高電位線Ｈに設けられ、コンバータ１２からインバータ１３への直流電力を遮断するスイッチである。また、接触器１２２ｆ、１２２ｇは、主開閉器１２２ｅの開放及び接触と機械的または電気的に連動して、接触及び開放する。
ここで、主回路装置１Ｃが、２台以上の主発電機１１を搭載する場合や、２台以上の主電動機１４（いずれも永久磁石同期式）を搭載するものであった場合、コンバータ１２、インバータ１３も、それぞれ主発電機１１、主電動機１４に一対一で対応するように複数台搭載される。この場合、主開閉器１２２ｅは、例えば故障等の理由により、複数のコンバータ１２又はインバータ１３のうち所望するコンバータ１２又はインバータ１３のみを主回路装置１Ｃから切り離す開放手段として利用することができる。
【００３９】
本実施形態に係る主回路装置１Ｃによれば、例えば上記理由により、一のコンバータ１２を切り離す場合に、作業者が主開閉器１２２ｅを開放する。この場合、接触器１２２ｆは、主開閉器１２２ｅの開放と連動して接触する。そうすると、高電位線Ｈと低電位線Ｌとが抵抗器１２２ｈを介して接続され、フィルタコンデンサ１２０に蓄積された電荷とともに、主発電機１１の浮遊容量に蓄積された電荷が、接触器１２２ｆ、抵抗器１２２ｈを経由して放電される。また、同時に、接触器１２２ｇが接触すると、主電動機１４の浮遊容量に蓄積された電荷も、接触器１２２ｇ、抵抗器１２２ｉを経由して放電される。
【００４０】
以上のように、本実施形態に係る主回路装置１Ｃは、コンバータ１２とインバータ１３との間に設けられた主開閉器１２２ｅと連動して動作する接触器１２２ｆ、１２２ｇによって、主発電機１１、主電動機１４の浮遊容量に蓄積された電荷が放電される仕組みとなっている。このようにすることで、接触による感電の危険性を軽減することができる。
【００４１】
＜第５の実施形態＞
次に、第５の実施形態に係る主回路装置を、図面を参照して説明する。
図６は、第５の実施形態に係る主回路装置１Ｄの回路構成を示す図である。なお主回路装置１Ｄのうち、第１の実施形態に係る主回路装置１と同一の機能構成については、同一の符号を付してその説明を省略する。また、図６では、空調装置３の記載を省略しているが、実際には、第１の実施形態（図１）と同等の態様で存在している。
【００４２】
図６に示す主回路装置１Ｄは、ディーゼルエンジン１０Ａ、１０Ｂ、主発電機１１Ａ、１１Ｂ、コンバータ１２Ａ、１２Ｂ、インバータ１３Ａ、１３Ｂ、主電動機１４Ａ、１４Ｂからなる主回路Ｘにより車両を走行させる。
この２組の各構成部からなる主回路Ｘにおいては、ディーゼルエンジン１０Ａ（１０Ｂ）と、主発電機１１Ａ（１１Ｂ）との間には、発電機用接触器１１０Ａ（１１０Ｂ）及び発電機用放電抵抗１１１Ａ（１１１Ｂ）が設けられている。また、インバータ１３Ａ（１３Ｂ）と、主電動機１４Ａ（１４Ｂ）との間には、電動機用接触器１３０Ａ（１３０Ｂ）及び電動機用放電抵抗１３１Ａ（１３１Ｂ）が設けられている。
また、図６に示すように、主回路Ｘは、中間直流リンク（コンバータ１２Ａ、１２Ｂからインバータ１３Ａ、１３Ｂとの間）を共有している。この中間直流リンクにおいては、第１の実施形態と同様に、フィルタコンデンサ１２０、電圧検知器１２１、放電部１２２（放電用接触器１２２ａ、抵抗器１２２ｂ）が並列に接続されている。
また、主回路装置１Ｄは、車両の各種設備（送風機、コンプレッサ等）を駆動するための補助回路Ｙを備えている。ここで、上記各種設備による電気的負荷をまとめて補機１４Ｃで表す。補助回路Ｙは、ディーゼルエンジン１０Ｃ、補助発電機１１Ｃ、コンバータ１２Ｃ、インバータ１３Ｃ及び補機１４Ｃで構成される。
さらに、主回路装置１Ｄは、蓄電装置２０を備えている。蓄電装置２０は、高電位線Ｈ及び低電位線Ｌに対してコンバータ１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃと並列に接続され、供給元切替用接触器２１、２２の開閉に応じて、自身の蓄電電力を放電してインバータ１３Ａ、１３Ｂ、１３Ｃに直流電力を供給可能とする。また、蓄電装置２０は、供給元切替用接触器２１、２２の接続に応じて、主発電機１１Ａ（１１Ｂ）や補助発電機１１Ｃからの発電電力や、主電動機１４Ａ（１４Ｂ）からの回生電力を供給されて充電される。
供給元切替用接触器２１、２２は、蓄電装置２０の蓄電電力をインバータ１３Ａ、１３Ｂ、１３Ｃへ供給するか否かを切り替える接触器である。
【００４３】
以上のように、主回路装置１Ｄは、複数の主発電機１１Ａ、１１Ｂ、補助発電機１１Ｃ、コンバータ１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃを有する構成となっている。このような構成とすることで、例えば主発電機１１Ａ、１１Ｂ、補助発電機１１Ｃの何れかが故障した場合等に、発電機用接触器１１０Ａ、１１０Ｂ、１１０Ｃを開放することで、当該故障した主発電機１１Ａ、１１Ｂまたは補助発電機１１Ｃを切り離すことができる。また、故障により車両が走行不能となった場合において、空調装置を運転させるためにディーゼルエンジン１０Ａ等を駆動させる際、発電機用接触器１１０Ａ、１１０Ｂ、１１０Ｃを開放させることで、不要な発電電力がコンバータ１２Ａ等に送電されることを防止することができる。
なお、本実施形態においては、上述の主回路Ｘと補助回路Ｙとを組み合わせて構成される回路を「主回路装置」と称する。
【００４４】
一方、車両の主電源がＯＦＦすると、第１の実施形態の場合と同様に、放電用接触器１２２ａが接触され、同時に、各発電機用接触器１１０Ａ、１１０Ｂ、１１０Ｃ、電動機用接触器１３０Ａ、１３０Ｂ、１３０Ｃが開放される。このとき、主発電機１１Ａ、１１Ｂ、補助発電機１１Ｃの浮遊容量に蓄積された電荷は、それぞれに対応する発電機用放電抵抗１１１Ａ、１１１Ｂ、１１１Ｃを通じて接地点Ｇ２に接続され、放電される。同様に、主電動機１４Ａ、１４Ｂ、補機１４Ｃの浮遊容量に蓄積された電荷も、それぞれに対応する電動機用放電抵抗１３１Ａ、１３１Ｂ、１３１Ｃを通じて接地点Ｇ２に接続され、放電される。
【００４５】
以上、本実施形態に係る主回路装置１Ｄによれば、複数のディーゼルエンジン、発電機等を有する主回路装置においても、その発電機ごとに発電機用放電抵抗を接続することで、各々の発電機に存在する浮遊容量に蓄積された電荷を放電することができる。
【００４６】
図７は、第５の実施形態の変形例に係る主回路装置の回路構成を示す図である。
第５の実施形態の変形例として、主回路装置１Ｄに、第４の実施形態に係る主回路装置１Ｃの構成を組み合わせたものであってもよい。
具体的には、当該変形例に係る主回路装置１Ｄ’は、中間直流リンクにおいて、主開閉器１２２ｅによって、インバータ１３Ａ、１３Ｂと、コンバータ１２Ａ、１２Ｂと、を開放し、蓄電装置２０を、接触器２１によって、中間直流リンクから開放することができる。この場合、主開閉器１２２ｅにより、主回路Ｘから切り離されたコンバータ１２Ａ、１２Ｂは、車両の走行において不要となるので、その中間直流リンクの高電位線Ｈと低電位線Ｌを短絡可能な接触器（接触器１２２ｆ）が当該主開閉器に連動して接触する。そうすると、発電機用放電抵抗１１１Ａ、１１１Ｂを経由して、主発電機１１Ａ、１１Ｂの浮遊容量に蓄積された電荷を放電することができる。また、同時に、主電動機１４Ａ、１４Ｂの浮遊容量に蓄積された電荷も放電できる。
接触器２１を開路し、接触器２２を閉路すれば、主開閉器１２２ｅを開放した状態であっても、蓄電装置２０による補助回路Ｙへの電力供給、並びに、蓄電装置２０への充電が可能である。
なお、ここでは、主回路Ｘについて、主開閉器１２２ｅを加える例を説明したが、同様に、補助回路Ｙに追加することも可能である。
【００４７】
＜第６の実施形態＞
次に、第６の実施形態に係る主回路装置を、図面を参照して説明する。
図８は、第６の実施形態に係る主回路装置１Ｅの回路構成を示す図である。なお主回路装置１Ｅのうち、第１の実施形態に係る主回路装置１と同一の機能構成については、同一の符号を付してその説明を省略する。また、図８では、主回路装置１Ｅを車両に搭載させた場合において、各接地点（Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３）へ接地するための配線がどのように引き回されるかを具体的に示している。
【００４８】
図８に示すように、主回路装置１Ｅは、主に、防振ゴム等を介して車両の床下に取り付けられる。
主回路装置１Ｅのディーゼルエンジン１０、主発電機１１、コンバータ１２、インバータ１３、主電動機１４、フィルタコンデンサ１２０、電圧検知器１２１、放電部１２２、発電機用接触器１１０、発電機用放電抵抗１１１、電動機用接触器１３０及び電動機用放電抵抗１３１は、第１の実施形態と同一の回路構成である。
【００４９】
図８に示すように、主回路装置１Ｅを搭載する車両は、車体８０、車軸８１、車輪８２を備え、主電動機１４が生成する動力により車輪８２を回転させることで車体８０がレール８３上を移動する。
ここで、図８に示すように、車軸８１には接地座４４が備えられている。接地座４４は、車輪８２の本体を介して、基準電位（接地電位）を与えるレール８３に短絡している。また、この接地座４４は、均圧線により車体８０に取り付けられた接地座４５に接続されている。これにより、車体８０とレール８３とが短絡され、車体８０全体が接地電位に均圧化される。
【００５０】
また、図８に示す接地座４０は、図１における接地点Ｇ１に対応し、（接地電位に均圧化された）車体８０に取り付けられている。また、接地座４１は、主発電機１１の支持フレームに取り付けられ、均圧線で接地座４０に接続（短絡）されている。これにより、主発電機１１の支持フレームが接地点Ｇ１に接地される。
接地座４２は、図１における接地点Ｇ２に対応し、接地座４０と同じく車体８０に取り付けられている。コンバータ１２とインバータ１３とを結ぶ低電位線Ｌは、均圧線で接地座４２に接続されることで接地点Ｇ２に接地される。
接地座４３は、主電動機１４の支持フレームに取り付けられている。接地座４３は、均圧線で、車軸８１に取り付けられた接地座４４に接続される。ここで、接地座４４は、図１における接地点Ｇ３に対応する。これにより、主電動機１４の支持フレームが接地点Ｇ３に接地される。
【００５１】
交流送電線Ｐ、Ｑに設けられた発電機用接触器１１０、発電機用放電抵抗１１１、電動機用接触器１３０、電動機用放電抵抗１３１、並びに、コンバータ１２及びインバータ１３と、その間の中間直流リンクに設けられたフィルタコンデンサ１２０、電圧検知器１２１、放電部１２２は、筐体５０に収容され、車両の床下に取り付けられている。筐体５０には、接地座４６が取り付けられており、この接地座４６が、車体８０に取り付けられた接地座４７と均圧線をもって接続（短絡）されている。これにより、筐体５０も接地電位に均圧化される。
【００５２】
また、図８に示すように、主回路装置１Ｅは、インバータ１３Ｄと、車両に備えられた各種設備である補機１４Ｄと、を備えている。
インバータ１３Ｄは、コンバータ１２とインバータ１３とを接続する高電位線Ｈ、低電位線Ｌがそれぞれ分岐して接続されており、コンバータ１２から直流電力が供給される。インバータ１３Ｄは、この直流電力を変換して、車両の床上に設置された各種設備（補機１４Ｄ）を駆動させるための交流電力を生成する。
インバータ１３Ｄと、補機１４Ｄとの間には、電動機用接触器１３０Ｄ、電動機用放電抵抗１３１Ｄが設けられている。
また、接地座４８は、補機１４Ｄの支持フレームに取り付けられており、車体８０に取り付けられた接地座４９と均圧線をもって短絡されている。
【００５３】
また、図８に示すように、主回路装置１Ｅは、低電位線Ｌと、接地座４１とを接続するように、高調波低減用コンデンサ３０が備えられている。さらに、主回路装置１Ｅは、低電位線Ｌと、接地座４３とを接続するように、高調波低減用コンデンサ３１が備えられている。
【００５４】
本実施形態に係る主回路装置１Ｅは、第１の実施形態で説明したように、主発電機１１の支持フレームを、接地座４０、４１を介して接地するとともに、発電機用接触器１１０と並列に発電機用放電抵抗１１１を備えることで、主発電機１１の浮遊容量に蓄積された電荷を、この発電機用放電抵抗１１１を通じて放電することができる。これにより、不用意な接触による感電のリスクを低減する効果を得られる。
【００５５】
ところで、一般に、主発電機１１、主電動機１４（及び補機１４Ｄ）は、その駆動に伴い、高調波電流（電気的ノイズ）を発生させることが知られている。このような高調波電流が車両の各所に伝搬（迷走）すると、例えば地上の各所に備えられた種々の電気信号系統（例えば信号設備等）における正常なやり取りに影響を及ぼすことが懸念される。特に各実施形態に係る主回路装置１（１Ａ〜１Ｅ）は、いずれも、図８で示したように、その構成要素ごとに接地点を設ける多点接地としているため、高調波電流が、各接地点を経由する様々な経路をたどって車両全体に伝搬することが想定される。
【００５６】
ここで、本実施形態に係る主回路装置１Ｅおいて、高調波低減用コンデンサ３０が備えられていないと仮定して、主発電機１１が生じさせる高調波電流の伝搬する例を説明する。本実施形態によれば、主発電機１１の支持フレームは、上述したように、接地座４１及び接地座４０を経由して車体８０に接続され、これによって接地されている。
【００５７】
この場合、主発電機１１の駆動中に発生した高調波電流は、例えば、次のように伝搬する。まず、主発電機１１で発生した高調波電流は、浮遊容量を介して支持フレームに取り付けられた接地座４１、接地座４０（接地点Ｇ１）へ伝搬し、その先の車体８０に広がる。車体８０全体を伝搬する高調波電流の一部は、例えば、接地座４２（接地点Ｇ２）を経由して、低電位線Ｌに帰還する。
また、車体８０全体を伝搬する高調波電流の一部は、接地座４７から接地座４６に伝搬し、筐体５０に伝搬する。
さらに、車体８０全体を伝搬する高調波電流の一部は、接地座４５、接地座４４、車輪８２を経由してレール８３上を伝搬する。そうすると、図８に図示しない他の車輪若しくは、他の車両にも伝搬する。
【００５８】
このように、主発電機１１の支持フレームが接地座４１、接地座４０を介して接続されると、主発電機１１が生じさせる高調波電流が、車体８０へ伝搬し、そこから、各所に備えられた接地座やレール等を経由して様々な箇所へ伝搬し、迷走する経路を形成する。そうすると、地上の各所に備えられた他の様々な電気信号系統の信頼性に影響を及ぼす懸念が増大する。
【００５９】
一方、この第６の実施形態で示した構成によれば、高調波低減用コンデンサ３０が、主発電機１１の支持フレームと、低電位線Ｌとの間を接続（短絡）する。
高調波低減用コンデンサ３０は、主発電機１１が生じさせる高調波電流の周波数に応じた容量値に設定されており、当該高調波電流を低インピーダンスで通過させることができる。これにより、主発電機１１が生じさせた高調波電流は、直接低電位線Ｌに帰還する成分が強まり、相対的に、接地座４１、４０を通じて車体８０に伝搬する成分が低減される。つまり、主回路装置内で発生する高調波電流を、高調波低減用コンデンサ３０によって減衰することが可能である。
【００６０】
以上、本実施形態に係る主回路装置１Ｅによれば、主発電機１１の支持フレームと、低電位線Ｌとの間を、高調波低減用コンデンサ３０を介して接続（短絡）することで、高調波電流の拡がり（迷走）を低減することができる。これにより、不要な高調波電流による車両全体の電気信号系統への影響を抑制することができる。
【００６１】
なお、主回路装置１Ｅでは、さらに、主電動機１４の支持フレームと、低電位線Ｌとの間を、高調波低減用コンデンサ３１を介して接続（短絡）している。これにより、主電動機１４が生じさせる高調波電流は、主に、高調波低減用コンデンサ３１を介して低電位線Ｌに直接帰還する成分が強まり、相対的に、接地座４３、４４、４５を通じて車体８０に伝搬する成分が低減される。したがって、主回路装置１Ｅは、高調波低減用コンデンサ３１を備えることで、さらに、主電動機１４が生じさせる高調波電流の拡がり（迷走）を低減することができる。
【００６２】
以上に述べた少なくともひとつの実施形態の主回路装置によれば、所定の動力に基づいて発電する発電機により走行するための電力を得る車両において、当該発電機に蓄積された電荷を放電し、接触による感電を防止することができる。
【００６３】
＜第７の実施形態＞
次に、第７の実施形態に係る主回路装置を、図面を参照して説明する。
図９は、第７の実施形態に係る主回路装置１Ｆの回路構成を示す図である。
【００６４】
上述の第１〜第６の実施形態に係る主回路装置１（１Ａ〜１Ｆ）は、いずれもディーゼルエンジンから動力を得て発電する発電機により走行するための電力を得る車両の場合において、当該主発電機の駆動によって自身に電荷が蓄積され、作業者が感電するリスクが高まる、という課題を解決するものであった。
【００６５】
しかしながら、架線からパンタグラフを介して供給される交流電力により走行する車両（交流車）の場合、主発電機を搭載することはないものの、主電動機の駆動によって自身の有する浮遊容量に電荷が蓄積され、これに作業者等が不用意に接触して感電するというリスクがある。
【００６６】
本実施形態に係る主回路装置１Ｆは、主変圧器６１、コンバータ６２、インバータ６３、主電動機６４を備えている。
主変圧器６１は、架線６００から供給される交流電圧（例えば２０ｋＶ、２５ｋＶ）を、パンタグラフ６０１を介して受電する。主変圧器６１は、供給された交流電圧を、例えば１５００Ｖ程度の交流電圧に変圧し、交流送電線Ｐを介してコンバータ６２に出力する。なお、パンタグラフ６０１と主変圧器６１との間には、主遮断器６０２と、サージ吸収等を目的とした避雷器６０３とが設けられている。
【００６７】
コンバータ６２は、主変圧器６１から供給された交流電力（例えば１５００Ｖの交流電圧）を直流電力（直流電圧及び直流電流）に変換する。コンバータ６２は、高電位線Ｈに直流の正電位を、低電位線Ｌに直流の負電位を印加して、インバータ６３に向けて直流電力を送電する。また、中間電位線Ｍは、高電位線Ｈに印加される正電位と、低電位線Ｌに印加される負電位と、の中間電位を有しており、図９に示すように接地点Ｇ２で接地される。よって、この中間電位は、車体電位（０Ｖ）となっている。
したがって、実動作上、コンバータ６２は、接地電位線である中間電位線Ｍを基準とした正の直流電圧ＶＨを、高電位線Ｈを通じてインバータ６３に供給するとともに、負の直流電圧ＶＬを、低電位線Ｌを通じてインバータ６３に供給する。
インバータ６３は、コンバータ６２から供給された直流電力（正の直流電圧ＶＨ及び負の直流電圧ＶＬ）を、主電動機６４に適した３相の電動機用交流電力に変換して、主電動機６４に供給する。
主電動機６４は、インバータ６３から供給された３相の電動機用交流電力から動力を生成する。本実施形態において主電動機６４は、永久磁石同期電動機である。主回路装置１を搭載する車両は、この主電動機６４が生成する動力によって車輪を回転させ、走行する。主電動機６４は、支持フレームによって支持されており、当該支持フレームが接地点Ｇ３に短絡されて接続されている。
【００６８】
次に、上述のコンバータ６２、インバータ６３及び主電動機６４を接続する各配線及びこれらに接続された各素子について説明する。
図９に示すように、コンバータ６２と、インバータ６３との間を結ぶ高電位線Ｈと中間電位線Ｍとの間、及び、低電位線Ｌと中間電位線Ｍの間には、それぞれ、フィルタコンデンサ６２０と、電圧検知器６２１と、放電部６２２と、が並列に接続されている。
フィルタコンデンサ６２０は、コンバータ６２の出力電圧を平滑化させて直流電圧ＶＨ、ＶＬを生成する。
電圧検知器６２１は、直流電圧ＶＨ、ＶＬを検出して、図示しない制御装置に出力する。ここで、当該制御装置は、例えば、ＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御により、コンバータ６２及びインバータ６３の動作を制御する。この制御装置は、電圧検知器６２１が検出する直流電圧ＶＨ、ＶＬを参照しながら、コンバータ６２及びインバータ６３への制御信号のパルス幅（Pulse Width）を適宜変更する。このようにすることで、主電動機６４における負荷の変動に対しても、安定的に直流電圧ＶＨ、ＶＬを出力することができる。
放電部６２２は、コンバータ６２とインバータ６３とを電気的に接続して直流電力を送電する配線（高電位線Ｈ及び低電位線Ｌ）を、接地電位（中間電位線Ｍ）に短絡する抵抗器を有している。この抵抗器は、車両が走行しない状態（車庫格納時等）において、安全のため、フィルタコンデンサ６２０に蓄積された電荷を放電するために設けられたものである。
放電部６２２は、上記抵抗器の他、いわゆるＢ接点のスイッチで、車両全体の主電源がＯＮの場合には開路され、主電源がＯＦＦとなった際にこれと連動して閉路する接触器を有していてもよい。
また、放電部６２２とインバータ６３の間に、インバータ６３の安定動作のため、フィルタコンデンサを有していてもよい。
【００６９】
図９に示すように、インバータ６３と、主電動機６４とを接続する３本の配線（交流送電線Ｑ）には、電動機用接触器６３０が設けられている。電動機用接触器６３０は、インバータ６３と、主電動機６４との間を電気的に閉路、開路可能なスイッチの役割を果たす。電動機用接触器６３０は、Ａ接点のスイッチで、車両全体の主電源がＯＮの場合には接触され、主電源がＯＦＦとなった際にこれと連動して開放される。
また、図９に示すように、交流送電線Ｑに設けられた電動機用接触器６３０の一つには、電動機用放電抵抗６３１が並列に接続されている。
【００７０】
主回路装置１Ｆにおいて、主電動機６４は永久磁石同期電動機であるので、例えば、牽引等により車両を移動させる際に車輪が回転し、これに伴って主電動機６４内部の回転子が回転すると、誘導起電力の発生により電力を生成する。このため、不必要な電力供給に基づく故障等を防止するため、主電動機６４が生成する上記電力が、インバータ６３に送電されないようにする工夫が必要である。
このように、電動機用接触器６３０は、車両を移動させた場合等に、意図せずに生成された発電電力の、インバータ６３への送電を遮断できるようにするために備えられている。
【００７１】
図１０は、第７の実施形態に係る主回路装置における電動機用放電抵抗の効果を説明する図である。なお、この図１０においては、主変圧器６１、コンバータ６２等の記載は省略している。
図１０に示すように、インバータ６３は、一般的なインバータと同様、６つのトランジスタ６３Ｔで構成される。ここでトランジスタ６３Ｔは、電気的な制御によりスイッチング可能なＩＧＢＴ素子である。なお、トランジスタ６３Ｔには、ＩＧＢＴの他、サイリスタ等が用いられてもよい。インバータ６３は、図示しない制御装置から６つのトランジスタ６３Ｔそれぞれのゲート端子に所定の制御信号が供給されることで、コンバータ６２から供給される直流電力を電動機用交流電力に変換する。
【００７２】
ここで、インバータ６３が出力する３相の交流電力のうちの１相を送電する交流送電線Ｑａに着目する。
主電動機６４は、構造上、内部の巻線（例えば交流送電線Ｑａに接続される巻線）と、その支持フレームとの間に浮遊容量（例えば浮遊容量６４ａ）を形成する。なお、支持フレームは、上述したように、接地点Ｇ３に接続されている。
車両の走行中、主電動機６４は、インバータ６３から供給される交流電力に基づいて、この浮遊容量６４ａに電荷を蓄積する。このとき、電動機用接触器６３０は接触されており、インバータ６３が生成する負荷用交流電力は、主電動機６４に送電されている。
【００７３】
一方、車両が走行を停止した後は、２つのフィルタコンデンサ６２０に蓄えられていた電荷は、放電部６２２により放電される。
このとき、仮に電動機用接触器６３０が存在しなかったとすると、放電部６２２により、フィルタコンデンサ６２０に蓄えられていた電荷とともに、浮遊容量６４ａに蓄積されていた電荷も、インバータ６３（トランジスタ６３Ｔ）、高電位線Ｈ、及び、放電部６２２を経由して地点Ｇ２に接続され、放電され得る。したがって、放電部６２２をもってフィルタコンデンサ６２０の電荷を放電するのみで、同時に、主電動機６４の浮遊容量（浮遊容量６４ａ）に蓄積していた電荷も放電され得る。
【００７４】
しかしながら、実際には、永久磁石同期発電機である主電動機６４において意図せずに発生する発電電力を送電しない目的で、電動機用接触器６３０を用いて、主電動機６４を主回路装置１Ｆから切り離す状況が想定される。よって、本実施形態に係る主回路装置１Ｆにおいては、車両の走行停止後、車両の主電源のＯＦＦとともに、電動機用接触器６３０が開放される。
【００７５】
ここで、主回路装置１Ｆにおいて、さらに、電動機用放電抵抗６３１が接続されていなかった場合を仮定する。この場合、インバータ６３が生成する電動機用交流電力により浮遊容量６４ａに蓄積された電荷は、電動機用接触器６３０が開放されたことにより放電のための逃げ道（放電部６２２を介して接地点Ｇ２に短絡される経路）が遮断されるため、車両の主電源をＯＦＦとした後も蓄積されたままとなる。したがって、この主電動機６４に作業者等が不用意に触れると感電するおそれがある。
しかしながら、主回路装置１Ｆは、図９、図１０に示すように、電動機用接触器６３０と並列に電動機用放電抵抗６３１を接続している。これにより、電動機用接触器６３０が開放された状態であっても、放電部６２２の閉路により、浮遊容量６４ａに蓄積された電荷が、電動機用接触器６３０を経由して放電される。
【００７６】
以上のように、第７の実施形態に係る主回路装置１によれば、架線から供給される交流電力により走行する車両において、搭載する電動機に蓄積された電荷を放電し、接触による感電を防止することができる。
【００７７】
また、上述の主回路装置１において、放電部６２２は、電気的な閉路、開路が可能な接触器と抵抗器の組み合わせとして説明したが、本実施形態の変形例に係る主回路装置においては、放電部６２２は、単に抵抗器のみからなる構成としてもよい。この場合において、当該抵抗器は、車両の走行時において所望する直流電圧ＶＨ及びＶＬを維持できる程度に高抵抗なものを選択する。
このようにしても、主電動機６４の浮遊容量に蓄積された電荷は、電動機用放電抵抗６３１及び放電部６２２（抵抗器）を経由して接地点Ｇ２に短絡されて、放電される。また、当該変形例に係る主回路装置によれば、放電部６２２において接触器を設けない分、その回路構成を簡素化することができる。
また、上記変形例において、放電部６２２は、異常動作によりフィルタコンデンサ６２０に印加される直流電圧ＶＨ、ＶＬが過電圧となった場合に、短絡して回路の保護を行う過電圧保護装置で構成されるものであってもよい。この場合、過電圧保護装置は、外部の制御装置から供給される電気信号に基づいて短絡し、これにより、フィルタコンデンサ６２０に蓄積された電荷、並びに、主電動機６４の浮遊容量に蓄積された電荷を放電することができる。
【００７８】
また、上述の主回路装置１Ｆは、その中間直流リンク（コンバータ６２からインバータ６３との間）において、中間電位線Ｍを接地電位線とする中点接地方式を採用する例を示したが、本実施形態の他の変形例に係る主回路装置においては、この態様に限定されることはない。例えば、当該他の変形例に係る主回路装置は、その中間直流リンクにおいて、低電位線Ｌを接地点Ｇ２に短絡して接地電位線とする方式を用いてもよい。なお、この場合において、フィルタコンデンサ６２０、電圧検知器６２１、及び放電部６２２は、高電位線Ｈと接地点Ｇ２に短絡された低電位線Ｌとの間を接続するように配される。
【００７９】
また、上述の主回路装置１Ｆは、インバータ６３及び主電動機６４をそれぞれ一つずつ備える態様として説明したが、本実施形態の他の変形例に係る主回路装置においては、中間直流リンクにおける高電位線Ｈ、低電位線Ｌが分岐して、複数のインバータ６３及び主電動機６４に、並列に送電される態様であってもよい。この場合において、当該複数のインバータ６３及び主電動機６４ごとに、その間に電動機用接触器１３０及び電動機用放電抵抗１３１が設けられる。
【００８０】
＜第８の実施形態＞
図１１は、第８の実施形態に係る主回路装置の回路構成を示す図である。
第７の実施形態に係る主回路装置１Ｆにおいて、電動機用放電抵抗６３１は、主電動機６４に接続される３つの交流送電線Ｑのうち一つ（交流送電線Ｑａ（図１０））にのみ接続されているものとして説明したが、主回路装置は、この態様に限定されることはない。例えば、図１１に示す主回路装置１Ｇは、主電動機６４に接続される３つの交流送電線Ｑうち２つの交流送電線Ｑａ、Ｑｂにおいて、それぞれ電動機用放電抵抗６３１ａ、６３１ｂを備えている。これにより、当該２の交流送電線Ｑａ、Ｑｂと、主電動機６４の支持フレームとの間に形成される浮遊容量、及び、当該２の交流送電線Ｑａ、Ｑｂ間に形成される巻線容量に蓄積された電荷についても放電することができ、感電のリスクを一層低減させることができる。
【００８１】
以上に述べた少なくともひとつの実施形態の主回路装置によれば、架線からパンタグラフを介して供給される交流電力により走行する車両において、電動機に蓄積された電荷を放電し、接触による感電を防止することができる。
【００８２】
以上、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、それぞれ組み合わせること、また、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。例えば、主発電機とコンバータが一対でなくともよく、複数台の主発電機と１台のコンバータが接続されてもよい。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とする。
【符号の説明】
【００８３】
１、１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄ、１Ｅ、１Ｆ・・・主回路装置
１１、１１Ａ、１１Ｂ・・・主発電機
１１Ｃ・・・補助発電機
１１０、１１０Ａ、１１０Ｂ、１１０Ｃ・・・発電機用接触器
１１１、１１１Ａ、１１１Ｂ、１１１Ｃ・・・発電機用放電抵抗
１２、１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ・・・コンバータ
１２０・・・フィルタコンデンサ
１２１・・・電圧検知器
１２２・・・放電部
１２２ａ・・・放電用接触器
１２２ｂ・・・抵抗器
１２２ｃ・・・過電圧保護装置
１２２ｄ・・・抵抗器
１２２ｅ・・・主開閉器
１２２ｆ、１２２ｇ・・・接触器
１２２ｈ、１２２ｉ・・・抵抗器
１３、１３Ａ、１３Ｂ、１３Ｃ、１３Ｄ・・・インバータ
１３０、１３０Ａ、１３０Ｂ、１３０Ｃ、１３０Ｄ・・・電動機用接触器
１３１、１３１Ａ、１３１Ｂ、１３１Ｃ、１３１Ｄ・・・電動機用放電抵抗
１４、１４Ａ、１４Ｂ・・・主電動機
１４Ｃ、１４Ｄ・・・補機
２０・・・蓄電装置
２１、２２・・・供給元切替用接触器
３・・・空調装置
４０、４１、４２、４３、４４、４５、４６、４７、４８、４９・・・接地座
５０・・・筐体
８０・・・車体
８１・・・車軸
８２・・・車輪
８３・・・レール
６００・・・架線
６０１・・・パンタグラフ
６０２・・・主遮断器
６０３・・・避雷器
６１・・・主変圧器
６２・・・コンバータ
６２０・・・フィルタコンデンサ
６２１・・・電圧検知器
６２２・・・放電部
６３・・・インバータ
６３０・・・電動機用接触器
６３１・・・電動機用放電抵抗
６４・・・主電動機
【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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