(57)【要約】【課題】  車両のターミナルや走行系途中の停留所に設置した直流或いは交流の電源設備を用いて、充電コストを安価にでき、鉄道車両に搭載した車載バッテリへの急速充電を可能にすることである。【解決手段】  電動車１のターミナルに、車載バッテリ７に充電するための充電用バッテリ４５と、この充電用バッテリ４５に定電流充電する充電用電源装置４０と、充電用バッテリ４５から供給される直流電力を電動車１に供給可能な剛体架線４１，４２とを設け、電動車１に、剛体架線４１，４２に接触して充電用バッテリ４５から受電可能な＋側，−側パンタグラフ２ａ，２ｂと、この＋側，−側パンタグラフ２ａ，２ｂにより受電した受電電力で車載バッテリ７に充電させる車載充電装置８と、車載バッテリ７への充電に際して車載充電装置８を充電制御する充電制御装置１１とを設けたものである。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
走行駆動用の複数の３相誘導電動機と、直流電力を蓄電可能な車載バッテリと、この車載バッテリの電力を３相交流に変換して複数の誘導電動機に供給可能な可変電圧・可変周波数型の複数のインバータとを備え、
鉄道車両のターミナル又は走行経路途中の停留所に、
車載バッテリに充電するための充電用バッテリと、この充電用バッテリに定電流充電する充電用電源装置と、充電用バッテリから供給される直流電力を鉄道車両に供給可能な剛体架線とを設け、
鉄道車両に、
前記剛体架線に接触して充電用バッテリから受電可能な集電器と、この集電器により受電した受電電力で車載バッテリに充電させる充電装置と、車載バッテリへの充電に際して充電装置を充電制御する充電制御手段とを設けた、
ことを特徴とする鉄道車両のバッテリ用充電装置。
【請求項２】
前記充電装置は、変圧器を有し充電用バッテリから直流電力を受けて矩形波交流を発生させる交流発生手段と、この交流発生手段から前記変圧器を介して受ける矩形波交流を複数のスイッチング素子を介して変換することにより充電平均電圧を昇降圧調整可能な昇降圧手段とを有し、
前記充電制御手段は、充電用バッテリからの受電電圧と車載バッテリの電圧の電圧差に基づいて、前記昇降圧手段の複数のスイッチング素子の制御位相角を調整して車載バッテリへの充電電流を制御することを特徴とする請求項１に記載の鉄道車両のバッテリ用充電装置。
【請求項３】
前記昇降圧手段は前記交流発生手段により発生させた前記矩形波交流を充電する為の変圧器を備え、前記車載バッテリに蓄電されている電力を前記交流発生手段に供給する為のスイッチング素子と、前記変圧器に設けられた補機用巻線とを設け、前記交流発生手段により発生する矩形波交流を前記補機用巻線を介して補機類に給電する補機用給電系に供給することを特徴とする請求項２に記載の鉄道車両のバッテリ用充電装置。
【請求項４】
走行駆動用の複数の３相誘導電動機と、直流電力を蓄電可能な車載バッテリと、この車載バッテリの直流電力を３相交流に変換して複数の誘導電動機に供給可能で走行時にはＰＷＭ制御される可変電圧・可変周波数型の複数の駆動用インバータと、補機類に駆動電力を供給する定電圧・定周波数型の少なくとも１つの補機用インバータとを備え、
前記鉄道車両のターミナル又は走行経路途中の停留所に、交流電力を鉄道車両に供給可能な電源設備と剛体架線を設け、
前記鉄道車両に、
前記剛体架線から交流電力を受電可能な集電器と、
充電時には集電器を介して剛体架線から供給される交流電力を直流に変換して車載バッテリに充電するように前記複数の駆動用インバータと補機用インバータを同時に逆変換制御する充電制御手段と、
を備えたことを特徴とする鉄道車両のバッテリ用充電装置。
【請求項５】
前記充電制御手段は、所定の充電開始指令を受けて、前記補機用インバータから出力される交流電力と前記集電器を介して剛体架線から供給される交流電力とが自動並列運転となるように前記補機用インバータを制御し、前記剛体架線からの交流電力を補機類へ供給しながら前記補機用インバータをコンバータとして動作させることを特徴とする前記請求項４に記載の鉄道車両のバッテリ用充電装置。
【請求項６】
前記複数の駆動用インバータからの交流を前記誘導電動機に供給する電力供給線の途中部に、充電時には、その電力供給線を前記誘導電動機から前記集電器に切換える切換え手段を設けたことを特徴とする請求項４又は５に記載の鉄道車両のバッテリ用充電装置。
【請求項７】
走行駆動用の複数の３相誘導電動機と、直流電力を蓄電可能な車載バッテリと、この車載バッテリの直流電力を３相交流に変換して複数の誘導電動機に供給可能な可変電圧・可変周波数型の複数の駆動用インバータと、補機類に駆動電力を供給する定電圧・定周波数型の少なくとも１つの補機用インバータとを備え、
前記鉄道車両のターミナル又は走行経路途中の停留所に、交流電力を鉄道車両に供給可能な電源設備と剛体架線を設け、
前記鉄道車両に、
前記剛体架線から交流電力を受電可能な集電器と、
充電時に前記集電器を介して剛体架線から供給される交流電力を直流に変換して前記車載バッテリに充電するように前記補機用インバータを逆変換制御する充電制御手段と、
を備えたことを特徴とする鉄道車両のバッテリ用充電装置。
【請求項８】
前記充電制御手段は、運行途中における前記車載バッテリの蓄電状態を検出可能な蓄電状態検出手段を有し、前記鉄道車両の１日分の運行情報と前記蓄電状態検出手段から出力される蓄電状態とに基づいて１日の運行終了時に前記車載バッテリの蓄電量を許容範囲の最小蓄電量にして運行時以外の深夜にフル充電できるように、１日の運行中の充電量を制御することを特徴とする請求項７に記載の鉄道車両のバッテリ用充電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鉄道車両の列車に搭載した車載バッテリに、鉄道車両が停車中に、外部から供給される充電パワーにより充電でき、車載バッテリに蓄電した電力で誘導電動機を駆動させて無架線軌道（非電化路線）を走行するようにした鉄道車両のバッテリ用充電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、鉄道車両の列車に大型のバッテリを搭載し、このバッテリに蓄電された電力を放電させながら誘導電動機を駆動させるようにして、架線が設けられていない、所謂無電化路線を走行できるようにしたバッテリ駆動の鉄道車両が種々提案されている。
【０００３】
例えば、特許文献１に記載の回路装置及び車両運行システムは、電流と電圧を制御する電流電圧制御部と、この電流電圧制御部からの出力で駆動するモータと、モータの駆動時に電源を供給する蓄電部と、蓄電部に電源を供給するための充電接触子とを備え、電流電圧制御部は蓄電部に充電した電力をモータに供給する際には、直流を交流に変換するインバータとして作動し、停車中に３相充電接触子を介して地上側の交流電源から３相交流が供給される場合には、交流を直流に変換するコンバータとして作動し、蓄電部に充電するように構成されている。
【特許文献１】特開２００５−２３７１２５号公報（第５〜７頁、図１，図４，図９，図１０）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に記載の回路装置及び車両運行システムにおいては、車両の停車中に、充電接触子を介して地上側から供給される３相交流が１つの電流電圧制御部のコンバータ作動により直流に変換されて蓄電部に蓄電されるようになっている。しかし、車両が都市内交通の場合であって、平均停車時間が非常に短く（例えば、約３０秒）、この短時間の停車時間内に、次に走行する走行区間で消費する電力、例えば１５０〜２００ＡＨもの大電力を１つの電流電圧制御部により蓄電部に短時間で急速充電することは、実用的に無理がある。
【０００５】
そこで、車両がターミナルに到着したときには、次回の営業運転のための発車まで、例えば５〜１０分程待機時間があるので、この待機時間を利用して、ターミナルに設けた交流電源から車両に有する蓄電部に大電流により急速充電することが考えられるが、電力会社に対する契約電力（使用アンペア数）が大きくなり、特に昼間時においては、電力基本料金が高くなることから、電力料金が高くなるという問題がある。
【０００６】
しかも、このような急速充電に際して、外部から供給する３相交流の電圧が蓄電部の端子電圧よりも高い場合であり、電圧差が大きい場合には、蓄電部に過大電流が流れるようになり、蓄電部の破損を招く虞がある。そこで、大電流による急速充電が可能な充電装置として、サイリスタ等の複数のスイッチング素子を組み合わせたコンバータ機能を有する充電装置を地上側に設ける場合には、スイッチング素子の容量が大きくなってスイッチング素子が大型化、つまり充電装置自体が大型化し且つ高価になるとともに、スイッチング素子からの発熱量が大きくなり、充電時の充電ロスや電力ロスが顕著になる。その為、充電効率が悪く、省エネ向きではない。
【０００７】
本発明の目的は、車両のターミナルや走行系途中の停留所に設置した直流或いは交流の電源設備を用いて、充電コストを安価にでき、鉄道車両に搭載した車載バッテリへの急速充電を可能にすることである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
請求項１の鉄道車両のバッテリ用充電装置は、走行駆動用の複数の３相誘導電動機と、直流電力を蓄電可能な車載バッテリと、この車載バッテリの電力を３相交流に変換して複数の誘導電動機に供給可能な可変電圧・可変周波数型の複数のインバータとを備え、鉄道車両のターミナル又は走行経路途中の停留所に、車載バッテリに充電するための充電用バッテリと、この充電用バッテリに定電流充電する充電用電源装置と、充電用バッテリから供給される直流電力を鉄道車両に供給可能な剛体架線とを設け、鉄道車両に、剛体架線に接触して充電用バッテリから受電可能な集電器と、この集電器により受電した受電電力で車載バッテリに充電させる充電装置と、車載バッテリへの充電に際して充電装置を充電制御する充電制御手段とを設けたものである。
【０００９】
充電用電源装置は常に充電用バッテリに定電流充電されており、剛体架線にはこの充電用バッテリから供給される直流電圧が供給されている。そこで、鉄道車両がターミナル或いは走行経路途中の停留所に到着すると、鉄道車両の集電器が上がって剛体架線に接触するので、充電用バッテリに蓄電された直流電力が剛体架線と集電器を介して鉄道車両に供給可能である。
【００１０】
このとき、充電制御手段により充電装置が充電制御され、車載バッテリは受電した受電電力で充電される。ここで、充電用バッテリの内部インピーダンスは比較的小さく、しかも充電用バッテリはフル充電されているため、充電用バッテリから車載バッテリを充分に大きな充電電流で充電できるので、車載バッテリは短時間で急速充電される。
【００１１】
請求項２の鉄道車両のバッテリ用充電装置は、請求項１において、前記充電装置は、変圧器を有し充電用バッテリから直流電力を受けて矩形波交流を発生させる交流発生手段と、この交流発生手段から変圧器を介して受ける矩形波交流を複数のスイッチング素子を介して変換することにより充電平均電圧を昇降圧調整可能な昇降圧手段とを有し、充電制御手段は、充電用バッテリからの受電電圧と車載バッテリの電圧の電圧差に基づいて、昇降圧手段の複数のスイッチング素子の制御位相角を調整して車載バッテリへの充電電流を制御するものである。
【００１２】
請求項３の鉄道車両のバッテリ用充電装置は、請求項２において、前記昇降圧手段は交流発生手段により発生させた矩形波交流を受電する為の変圧器を備え、車載バッテリに蓄電されている電力を交流発生手段に供給する為のスイッチング素子と、変圧器に設けられた補機用巻線とを設け、交流発生手段により発生する矩形波交流を補機用巻線を介して補機類に給電する補機用給電系に供給するものである。
【００１３】
請求項４の鉄道車両のバッテリ用充電装置は、走行駆動用の複数の３相誘導電動機と、直流電力を蓄電可能な車載バッテリと、この車載バッテリの直流電力を３相交流に変換して複数の誘導電動機に供給可能で走行時にはＰＷＭ制御される可変電圧・可変周波数型の複数の駆動用インバータと、補機類に駆動電力を供給する定電圧・定周波数型の少なくとも１つの補機用インバータとを備え、鉄道車両のターミナル又は走行経路途中の停留所に、交流電力を鉄道車両に供給可能な電源設備と剛体架線を設け、鉄道車両に、剛体架線から交流電力を受電可能な集電器と、充電時には集電器を介して剛体架線から供給される交流電力を直流に変換して車載バッテリに充電するように複数の駆動用インバータと補機用インバータを同時に逆変換制御する充電制御手段とを備えたものである。
【００１４】
力行時には、運転士によりマスターコントローラが走行操作されるので、複数の駆動用インバータがＰＷＭ制御されて、車載バッテリに蓄電された直流電力が３相交流に変換され、この３相交流により複数の３相誘導電動機が駆動され、鉄道車両が加速走行される。この走行中に、照明や冷暖房等の補機類の動作が必要な場合には、車載バッテリに蓄電された直流電力が補機用インバータにより順変換制御され、変換された３相交流が補機用給電系に供給される。
【００１５】
一方、鉄道車両がターミナル或いは走行経路途中の停留所に到着した充電時においては、鉄道車両の集電器が上昇して剛体架線に接触するので、交流電力が剛体架線を介して複数の駆動用インバータと少なくとも１つの補機用インバータに供給される。このとき、充電制御手段によりこれら複数の駆動用インバータと少なくとも１つの補機用インバータが同時に、つまり鉄道車両に装備されている全てのインバータを動員して逆変換制御されるので、大きな充電パワーにより車載バッテリが充電される。
【００１６】
即ち、この充電動作において、鉄道車両に有する全ての駆動用インバータや補機用インバータにより直流電力に変換しした充電パワーで車載バッテリに充電されるので、車載バッテリは１つの駆動用インバータ或いは１つの補機用インバータだけによる充電パワーに比べて充電パワーが大きいため、車載バッテリは短い停車時間の間に急速充電される。
【００１７】
請求項５の鉄道車両のバッテリ用充電装置は、請求項４において、前記充電制御手段は、所定の充電開始指令を受けて、補機用インバータから出力される交流電力と集電器を介して剛体架線から供給される交流電力とが自動並列運転となるように補機用インバータを制御し、剛体架線からの交流電力を補機類へ供給しながら補機用インバータをコンバータとして動作させるものである。
【００１８】
請求項６の鉄道車両のバッテリ用充電装置は、請求項４又は５において、前記複数の駆動用インバータからの交流を誘導電動機に供給する電力供給線の途中部に、充電時には、その電力供給線を誘導電動機から集電器に切換える切換え手段を設けたものである。
【００１９】
請求項７の鉄道車両のバッテリ用充電装置は、走行駆動用の複数の３相誘導電動機と、直流電力を蓄電可能な車載バッテリと、この車載バッテリの直流電力を３相交流に変換して複数の誘導電動機に供給可能な可変電圧・可変周波数型の複数の駆動用インバータと、補機類に駆動電力を供給する定電圧・定周波数型の少なくとも１つの補機用インバータとを備え、鉄道車両のターミナル又は走行経路途中の停留所に、交流電力を鉄道車両に供給可能な電源設備と剛体架線を設け、鉄道車両に、剛体架線から交流電力を受電可能な集電器と、充電時に前記集電器を介して剛体架線から供給される交流電力を直流に変換して車載バッテリに充電するように補機用インバータを逆変換制御する充電制御手段とを備えたものである。
【００２０】
力行時には、運転士によりマスターコントローラが走行操作されるので、複数の駆動用インバータがＰＷＭ制御されて、車載バッテリに蓄電された直流電力が３相交流に変換され、この３相交流により複数の３相誘導電動機が駆動され、鉄道車両が加速走行される。この走行中に、照明や冷暖房等の補機類の動作が必要な場合には、車載バッテリに蓄電された直流電力が補機用インバータにより順変換制御され、変換された３相交流が補機用給電系に供給される。
【００２１】
一方、鉄道車両がターミナル或いは走行経路途中の停留所に到着した充電時においては、鉄道車両の集電器が上昇して剛体架線に接触するので、交流電力が剛体架線を介して少なくとも１つの補機用インバータに供給される。このとき、充電制御手段により少なくとも１つの補機用インバータが逆変換制御されるので、供給された交流電力が直流電力に変換されて車載バッテリに充電される。
【００２２】
例えば、地方都市を走行する路面電車等の鉄道車両の場合、特に朝夕のラッシュ時間を除く昼間においては乗降客が少なく、鉄道車両の運転回数が少ないため、ターミナルにおける停車時間が、例えば、２０〜３０分のように長い場合には、このターミナルにおいて補機用インバータだけにより直流電力に変換して車載バッテリに充電される。
【００２３】
請求項８の鉄道車両のバッテリ用充電装置は、請求項７において、前記充電制御手段は、運行途中における車載バッテリの蓄電状態を検出可能な蓄電状態検出手段を有し、鉄道車両の１日分の運行情報と蓄電状態検出手段から出力される蓄電状態とに基づいて１日の運行終了時に車載バッテリの蓄電量を許容範囲の最小蓄電量にして運行時以外の深夜にフル充電できるように、１日の運行中の充電量を制御するものである。
【発明の効果】
【００２４】
請求項１の発明によれば、走行駆動用の複数の３相誘導電動機と、直流電力を蓄電可能な車載バッテリと、この車載バッテリの電力を３相交流に変換して複数の誘導電動機に供給可能な可変電圧・可変周波数型の複数のインバータとを備え、鉄道車両のターミナル又は走行経路途中の停留所に、充電用バッテリと充電用電源装置と剛体架線とを設け、鉄道車両に、集電器と充電装置と充電制御手段とを設けたので、鉄道車両がターミナル或いは走行経路途中の停留所に到着すると、充電制御手段により充電装置が充電制御され、集電器を介して受電した充電用バッテリから受電した受電電力で車載バッテリに充電することができる。この場合、充電用バッテリの内部インピーダンスは比較的小さいので、充電用バッテリから車載バッテリへ充分に大きな充電電流で充電可能で、車載バッテリへの短時間による急速充電が可能になる。
【００２５】
請求項２の発明によれば、前記充電装置は、変圧器を有し充電用バッテリから直流電力を受けて矩形波交流を発生させる交流発生手段と、この交流発生手段から変圧器を介して受ける矩形波交流を複数のスイッチング素子を介して変換することにより充電平均電圧を昇降圧調整可能な昇降圧手段とを有し、充電制御手段は、充電用バッテリからの受電電圧と車載バッテリの電圧の電圧差に基づいて、昇降圧手段の複数のスイッチング素子の制御位相角を調整して車載バッテリへの充電電流を制御するので、車載バッテリの電圧が充電用バッテリからの受電電圧よりも低い場合には、この電圧差に基づいて昇降圧手段から出力される充電平均電圧が降圧側に調整され、車載バッテリに充電する充電電流が制御される。
【００２６】
一方、車載バッテリの電圧が充電用バッテリからの受電電圧よりも高くなるように充電する場合には、昇降圧手段から出力される充電平均電圧が昇圧側に調整され、車載バッテリに充電する充電電流が制御される。昇降圧手段が分担する充電パワーは全充電パワーの一部なので、全体として充電効率が高い省エネ型のバッテリ用充放電装置を実現するこができる。その他請求項１と同様の効果を奏する。
【００２７】
請求項３の発明によれば、前記昇降圧手段は交流発生手段により発生させた矩形波交流を受電する為の変圧器を備え、車載バッテリに蓄電されている電力を交流発生手段に供給する為のスイッチング素子と、変圧器に設けられた補機用巻線とを設けたので、スイッチング素子を介して交流発生手段で発生する矩形波交流を補機用巻線で受けて、補機類に給電する補機用給電系に供給できる。鉄道車両が寒冷地を走行する場合に、補機用インバータにより出力される交流電力がパワー不足であり、暖房能力に欠けるような場合でも、交流発生手段で発生する矩形波交流を補助電源として補機用給電系に供給することにより、暖房機器による暖房能力を十分に発揮できるようになり、顧客サービスの向上を図ることができる。その他請求項２と同様の効果を奏する。
【００２８】
請求項４の発明によれば、走行駆動用の複数の３相誘導電動機と、直流電力を蓄電可能な車載バッテリと、この車載バッテリの直流電力を３相交流に変換して複数の誘導電動機に供給可能で走行時にはＰＷＭ制御される可変電圧・可変周波数型の複数の駆動用インバータと、補機類に駆動電力を供給する定電圧・定周波数型の少なくとも１つの補機用インバータとを備え、鉄道車両のターミナル又は走行経路途中の停留所に、交流電力を鉄道車両に供給可能な電源設備と剛体架線を設け、鉄道車両に集電器と充電制御手段とを備えたので、これら複数の駆動用インバータと少なくとも１つの補機用インバータの全てが動員された充電パワーは、１つの駆動用インバータ或いは１つの補機用インバータだけによる充電パワーに比べて非常に大きいため、短時間の停車であっても、車載バッテリへの急速充電が可能になる。
【００２９】
請求項５の発明によれば、前記充電制御手段は、所定の充電開始指令を受けて、補機用インバータから出力される交流電力と集電器を介して剛体架線から供給される交流電力とが自動並列運転となるように補機用インバータを制御し、補機用インバータから補機類に供給されているパワーを、剛体架線からの交流電力へ徐々に切換えることが出来るので、車載バッテリへの充電に際して、照明機器や冷暖房機器等の補機類を一瞬でも停止させることなく、これら補機類の稼働運転を維持しながら、フリー状態になった補機用インバータも動員して、複数の駆動用インバータと協働しながら車載バッテリへの急速充電が可能になる。その他請求項４と同様の効果を奏する。
【００３０】
請求項６の発明によれば、前記複数の駆動用インバータからの交流を誘導電動機に供給する電力供給線の途中部に、充電時には、その電力供給線を誘導電動機から集電器に切換える切換え手段を設けたので、車載バッテリへの充電の際に、切換え手段を誘導電動機から集電器側に切換えることで、集電器を介して剛体架線から供給される交流電力により誘導電動機が不意に駆動されるのを確実に防止することができる。その他請求項４又は５と同様の効果を奏する。
【００３１】
請求項７の発明によれば、走行駆動用の複数の３相誘導電動機と、直流電力を蓄電可能な車載バッテリと、この車載バッテリの直流電力を３相交流に変換して複数の誘導電動機に供給可能な可変電圧・可変周波数型の複数の駆動用インバータと、定電圧・定周波数型の少なくとも１つの補機用インバータとを備え、鉄道車両のターミナル又は走行経路途中の停留所に電源設備と剛体架線を設け、鉄道車両に集電器と充電制御手段とを備えたので、例えば、地方都市を走行する路面電車等の鉄道車両であって、特に朝夕のラッシュ時を除いた昼間の乗降客が少なく、鉄道車両の運転回数が少ないため、ターミナルにおける停車時間が、例えば、２０〜３０分のように長い場合には、駆動用インバータを駆動させることなく、補機用インバータだけを逆変換動作させて車載バッテリへのフル充電が可能になる。
【００３２】
請求項８の発明によれば、前記充電制御手段は、運行途中における車載バッテリの蓄電状態を検出可能な蓄電状態検出手段を有し、鉄道車両の１日分の運行情報と蓄電状態検出手段から出力される蓄電状態とに基づいて１日の運行終了時に車載バッテリの蓄電量を許容範囲の最小蓄電量にして運行時以外の深夜にフル充電できるように、１日の運行中の充電量を制御するものである。
【００３３】
即ち、運行情報には、運行ダイヤのように、各走行路線に応じて、各停留所の出発時刻、停留所間距離、停留所間所要時間、停留所停車時間等が予め記憶されている。そこで、この運行情報に基づいて、停留所間の走行に要する駆動エネルギー（電流時間積）を計算できる。この駆動エネルギーにその日に運行されるであろう停留所間の数を乗算れば、１日分の総エネルギー量が求められる。これに、補機を駆動する為の総エネルギー量を加算すれば、朝の出発時点における総電流時間積が決まる。
【００３４】
この総電流時間積を１日の運行時間で除算すれば、単位時間当たりの所要電流時間積が得られる。朝の出発時刻における総電流時間積から、現在における走行時間に単位時間当たりの所要電流時間積を乗算し、この値を減算すれば、任意の時刻における残存エネルギー量が求められる。このようにして、１日の運行終了時に、残存エネルギーが車載バッテリの許容範囲の最小蓄電量になるように、不足分だけを昼間に充電するが、運行時以外の深夜であって、安価な深夜料金でにフル充電するため、充電コストの低減化を図ることができる。その他請求項７と同様の効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３５】
本実施例の鉄道車両のバッテリ用充電装置は、ターミナルに停車中において、鉄道車両に搭載した車載バッテリに地上側から供給する直流又は交流の充電パワーにより充電でき、充電された車載バッテリの蓄電電力を用いて駆動用インバータにより交流電力に変換して誘導電動機を駆動させて、非電化路線を走行できるようにしてある。
【実施例１】
【００３６】
図１に示すように、鉄道車両（以下、電動車と言う）１は、充電に際して＋側，−側剛体架線４１，４２に接触して受電可能な＋側，−側パンタグラフ２ａ，２ｂと、３相交流用の２つの誘導電動機３Ａ，３Ｂと、車載バッテリ７に充電された蓄電電力を交流電力に変換して補機１８を駆動するための１つの補機用インバータ４と、車載バッテリに充電された蓄電電力を交流電力に変換して誘導電動機３Ａ，３Ｂを駆動する２つの第１，第２駆動用インバータ５，６と、車載バッテリ７と、この車載バッテリに充電可能な車載バッテリ充電装置８等を装備している。
【００３７】
補機用インバータ４は、６つのスイッチング素子４ａ〜４ｆと還流ダイオードとをブリッジ状に接続した定電圧・定周波数型の一般的なＣＶＣＦインバータであり、後述する車載バッテリ７からフィルタリアクトル１５を介して受けた供給電力を３相交流に変換して空調や照明等の補機１８に駆動電力として供給するようになっている。
【００３８】
第１駆動用インバータ５は、６つのスイッチング素子５ａ〜５ｆと還流ダイオードとをブリッジ状に接続し、ＶＶＶＦ制御（可変電圧可変周波数制御）が可能な周知のＶＶＶＦインバータであり、車載バッテリ７から供給される直流をフィルタリアクトル１６を介してＶ(電圧)／Ｆ(周波数)一定の３相交流に変換して誘導電動機３Ａを駆動可能になっている。
【００３９】
第２駆動用インバータ６は、６つのスイッチング素子６ａ〜６ｆと還流ダイオードとをブリッジ状に接続し、第１駆動用インバータ５と同様に周知のＶＶＶＦインバータであり、車載バッテリ７からフィルタリアクトル１７を介して供給される直流をＶ(電圧)／Ｆ(周波数)一定の３相交流に変換して誘導電動機３Ｂを駆動可能になっている。
【００４０】
ここで、これらスイッチング素子４ａ〜４ｆ，５ａ〜５ｆ，６ａ〜６ｆは、トランジスタからなっている。また、これら補機用インバータ４と第１，第２駆動用インバータ５，６は一般的なものであり、その詳しい動作説明を省略する。
【００４１】
誘導電動機３Ａ，３Ｂは、第１，第２駆動用インバータ５，６から供給される３相交流の電圧と周波数と、誘導電動機３Ａ，３Ｂの回転周波数の大小関係に応じて、その動作モードが変わる。即ち、第１，第２駆動用インバータ５，６の周波数＞誘導電動機３Ａ，３Ｂの回転周波数の場合には、所謂スリップが「正」の領域で、誘導電動機３Ａ，３Ｂには加速トルクが作用する。誘導電動機３Ａ，３Ｂの停止トルクを越えない範囲内ではスリップに比例して加速トルクが増加する。
【００４２】
第１，第２駆動用インバータ５，６の周波数＝誘導電動機３Ａ，３Ｂの回転周波数の場合には、「スリップ＝０」の状態であり、加速トルクは発生しない。誘導電動機３Ａ，３Ｂは第１，第２駆動用インバータ５，６から与えられる周波数で励磁された状態であり、惰行状態である。一般に、電気車制御で言う惰行はこの状態の場合もあるが、この状態の場合、励磁による鉄損の発生が嫌われるので、殆どの惰行時においては、これら第１，第２駆動用インバータ５，６が同時にオフされ、零電圧で使用される場合が多い。
【００４３】
第１，第２駆動用インバータ５，６の周波数＜誘導電動機３Ａ，３Ｂの回転周波数の場合には、所謂スリップが「負」の領域で、誘導電動機３Ａ，３Ｂは発電機として作動し、ブレーキトルクが作用する。誘導電動機３Ａ，３Ｂの最大ブレーキトルクを越えない範囲内ではスリップに比例してブレーキトルクが増加する。ここで、コンデンサ１９，２０は、リアクトル１６，１７と協働して、第１，第２駆動用インバータ５，６のスイッチング作用により発生する高調波を吸収し、車上の機器の正常動作を妨害しないように高調波が車体の艤装線に流出するのを防止するＥＭＩフィルターを構成している。
【００４４】
車載バッテリ７は、ＤＣＬＩＮＫ２１とグランド線２２との間に介設され、複数の充電セルを直列接続されたニッケル水素電池からなり、２つの誘導電動機３Ａ，３Ｂを駆動可能な１５０〜２００ＡＨもの電流量を充電可能に構成されている。ここで、グランド線２２は−側パンタグラフ２ｂに接続されている。また、ＤＣＬＩＮＫ２１とは、電気回路において、ＶＶＶＦインバータのＤＣ部、補助回路インバータ（ＣＶＣＦインバータ）のＤＣ部、車載バッテリ７からのＤＣ部、架線からのＤＣ部等が直流側の１点で互いに連係している点を意味する。
【００４５】
次に、電動車１に搭載され、ターミナル（図示略）で停車中に車載バッテリ７に急速充電する車載バッテリ充電装置８について説明する。
車載バッテリ充電装置８は、電圧補償変換器（昇降圧手段）９と、この電圧補償変換器９の電源として機能するインバータ回路からなる単相交流発生器（交流発生手段）１０と、充電制御装置１１と、車載バッテリ７への充電電流を検出する第１電流検出器３５と、車載バッテリ７からＤＣＬＩＮＫ２１に供給される供給電流を検出する第２電流検出器３６と、車載バッテリ７の蓄電電圧を検出する蓄電電圧検出器３７と、平滑コンデンサ３８と、＋側，−側パンタグラフ２ａ，２ｂから充電用に供給される充電供給電圧Ｅｋを検出する充電電圧検出器３９等を備えたものである。
【００４６】
それ故、充電用に＋側，−側剛体架線４１，４２に供給される直流が＋側，−側パンタグラフ２ａ，２ｂで受電されるので、車載バッテリ充電装置８は、受電された供給電圧と車載バッテリ７の電圧の差分に基づいて電圧補償変換器９により電圧補償し、充電電流を調整しながら車載バッテリ７に急速充電するものである。
【００４７】
先ず、車載バッテリ充電装置８を構成する電圧補償変換器９について説明する。
図１に示すように、電圧補償変換器９は、ＮＰＮ型の第１，第２トランジスタ２５，２６と、絶縁変圧器２７等で構成されている。第１，第２トランジスタ２５，２６のエミッタが電流断続防止リアクトル２８とＤＣＬＩＮＫ２１を介して車載バッテリ７の＋端子に夫々接続されている。第１，第２トランジスタ２５，２６のコレクタは絶縁変圧器２７の二次側コイルの左右両端に接続されている。絶縁変圧器２７の二次側コイルの中点は、リアクトル２９と遮断器３０を介して＋側パンタグラフ２ａに接続されている。
【００４８】
単相交流発生器１０は、４つのトランジスタ３１〜３４をブリッジ接続し、矩形波交流を発生する一般的な単相用電源に構成されたものであり、左側の２つのトランジスタ３１，３２を直列接続するとともに、右側の２つのトランジスタ３３，３４を直列接続したものである。左側のトランジスタ３１，３２の接続点が絶縁変圧器２７の１次側コイルの左端に接続され、右側のトランジスタ３３，３４の接続点が絶縁変圧器２７の１次側コイルの右端に接続されている。
【００４９】
上側のトランジスタ３１，３３のコレクタが絶縁変圧器２７の二次側コイルの中点に夫々接続され、下側のトランジスタ３２，３４のエミッタが夫々グランド線５に接続されている。これら４つのトランジスタ３１〜３４の各々には、還流ダイオードが逆向きに接続されている。
【００５０】
充電制御装置１１は、電圧補償変換器９の２つのトランジスタ２５，２６の各ベースに点弧信号を供給するゲート駆動回路１２と、このゲート駆動回路１２に駆動信号を供給するコントローラ１３等から構成されている。
【００５１】
コントローラ１３は、図示しない入出力インターフェイスとマイクロコンピュータを有し、蓄電電圧検出器３７から出力される蓄電電圧信号と、充電電圧検出器３９から出力される充電供給電圧信号を受け、各トランジスタ２５，２６の点弧位相角、つまり制御位相角αを夫々演算により求め、各トランジスタ２５，２６の為の制御信号をゲート駆動回路１２に出力する。そこで、ゲート駆動回路１２はコントローラ１３から受けた制御信号に基づいて、対応するトランジスタ２５，２６のベースに駆動信号、つまり点弧信号を夫々出力する。
【００５２】
次に、走行用軌道の終端であるターミナルに設置され、車載バッテリ７に充電する充電用電源装置４０について説明する。但し、ここでは、ターミナルに設置された充電用電源装置４０について説明する。
【００５３】
この充電用バッテリ４５に充電する充電用電源装置４０は、＋側，−側剛体架線４１，４２と、これら＋側，−側剛体架線４１，４２に充電用直流を供給する充電変換装置４４等からなっている。充電用バッテリ４５は、前述した車載バッテリ７と同様に構成され、複数の充電セルを直列接続されたニッケル水素電池からなっている。
【００５４】
図１に示すように、ターミナルの駅構内に、充電用の＋側剛体架線４１と−側剛体架線４２とが夫々所定長さに亙って平行に配設されている。これら＋側，−側剛体架線４１，４２には、充電変換装置４４から直流電圧が供給されている。
【００５５】
充電変換装置４４は、３相商用交流電源４６から出力される４４０Ｖ／６０Ｈｚの３相交流を遮断器４７と絶縁変圧器４８とを介して充電用コンバータ４９に供給し、この充電用コンバータ４９で変換された直流により充電用バッテリ４５に定電流充電するようになっている。例えば、絶縁変圧器４８で所定電圧（例えば、８００Ｖ）に昇圧される。このように昇圧された３相交流は充電用コンバータ４９のコンバータ作動で直流に変換され、充電用バッテリ４５はこの直流により定電流充電されるようになっている。この充電用コンバータ４９は、６つのスイッチング素子４９ａ〜４９ｆをブリッジ状に接続した一般的なコンバータであるので、その詳細な作動についての説明を省略する。
【００５６】
電動車１がターミナルに進入して所定の充電位置に停車すると、電動車１の屋根に設けた＋側，−側パンタグラフ２ａ，２ｂが収納状態から受電位置に上げられて＋側，−側剛体架線４１，４２に夫々押圧接触する。このとき、電動車１の遮断器３０がオンされているので、＋側，−側剛体架線４１，４２に供給されている直流が車載バッテリ充電装置８に供給され、前述したように、車載バッテリ７に充電される。
【００５７】
ここで、充電用電源装置４０に設けられた充電用バッテリ４５と、電動車１に搭載された車載バッテリ７の諸元について説明する。この場合、電動車１の運行と充電をどのように組み合わせるのかは、運転される路線により異なる。しかし、ここでは、一般的な運行状態や運転状態に基づいて、ターミナルでの停車時に急速充電により蓄電容量を回複し、充電の前の走行で消費したエネルギーの１００％を回復するようにする。
【００５８】
例えば、非電化路線の営業距離が１０Ｋｍ、停留所区間数が４０、平均運転時間が８０秒、１回の停留所区間走行当たりの力行電力量（エネルギー量）は、ＷｐｋＷｈであり、次の停留所までの１区間走行当たりの回生電力量（回生エネルギー量）はＷｒｋＷｈである。
【００５９】
回生電力は車載バッテリ７に充電されるが、有効に活用され回生電力量は、車載バッテリ７の充放電により車載バッテリ７内に発生する損失を差引いたもので、車載バッテリ７の充放電効率をηとすると、ηＷｒｋＷｓの回生電力が得られる。また、電動車１に有する空調や照明等の補機（補助機器）により消費される消費電力Ｗａも車載バッテリ７から供給される。
【００６０】
従って、１区間走行当たりの正味のバッテリ放電量は、
ＷｐｋＷｓ−ηＷｒｋＷｓ＋ＷａｋＷｓになる。
今、仮に１区間走行当たりのバッテリー放電量を５０００ｋＷｓとすると、
全非電化路線を走行するのに必要なバッテリー放電電力量は
５０００×４０＝９３(５０００ｘ４０/（６００Ｖｘ３６００SEC）≒９３)ＡＨ
平均放電パワーを６３（５０００／８０＝６３）ｋＷとし、バッテリー電圧を直流６００Ｖとすると、平均放電電流は、１０５Ａ。車載バッテリ７の容量を１６０ＡＨとすると、急速充電時間と、充電電流の関係は、図８に示すようになる。
【００６１】
図８に示す急速充電時間と充電電流の関係から、３．５〜５分の範囲で車載バッテリ７に急速充電を行うのが現実的であると考えられる。そこで、充電時間を「約５分」とし、充放電速度を「７Ｃ」に設定する。
【００６２】
一方、充電用バッテリ４５は、電動車２両分を同時に充電可能とするために、車載バッテリ７の数倍の容量を持たせる。充電開始時における充電用バッテリ４５のバッテリーは完全充電状態とする。この場合、２両分の車載バッテリ７を急速充電完了した後の充電用バッテリ４５の放電量は９３ｘ２＝１８６ＡＨとなる。これに対して充電用バッテリ４５の残留容量は充分に余裕がある。
【００６３】
充電用バッテリ４５のcell数は、放電開始と放電終了時のバッテリー放電電圧が車載バッテリ７の充電開始電圧と充電終了電圧の間に入るように選定してある。
【００６４】
このように、充電用バッテリ４５の電圧と車載バッテリ７の電圧の間に、電圧差が存在する。即ち、充電開始時には、充電用バッテリ４５の放電電圧が車載バッテリ７の充電電圧より高く。このように電圧差が生じている状態で、充電用バッテリ４５から車載バッテリ７に充電を行なうと、過大電流が充電用バッテリ４５から車載バッテリ７に流れ、車載バッテリ７の破損を招く虞がある。そこで、前述したように、車載バッテリ充電装置８に、この電圧差を解消しながら車載バッテリ７に充電できるように、電圧補償変換器９を設けた。
【００６５】
次に、このように構成された車載バッテリ充電装置８の充電動作について説明する。ここで、充電用トランジスタ２５，２６と絶縁変圧器２７の二次巻線とバッテリ電圧を抜粋したものが図２である。絶縁変圧器４７の二次巻線が+、-で示した極性にあり、矢印の方向にトランジスタＴ２２６に電流Ｉが流れているものとする。
【００６６】
絶縁変圧器２７の一次側には単相交流発生器１０が接続されているので、絶縁変圧器２７の二次側コイルには、図３に示すように、充電供給電圧Ｅｋを中心電圧として、上下の片側振幅Ｅで且つ全波周期Ｔの単相矩形波からなる交流が発生する。この矩形波交流を電源として、トランジスタ２５，２６の導通位相角を制御して、コンバータとして動作させ得る。ここで、図３において、ｔ１はトランジスタ２５の導通期間を示し、ｔ２はトランジスタ２６の導通期間を示している。
【００６７】
図２の状態は、図３のｔ２の導通開始直後の期間に対応している。この状態では、変圧器２７の２次巻線端子Ｔａ−Ｏ間の電圧は図２に示した方向で車載バッテリ７の電位は図３に示すとおりで、充電供給電圧Ｅｋから変圧器端子Ｔａ−０間電圧Ｅを加算したものとなる。電源電圧の極性が切り替ると、Ｔａ−Ｏ間電圧の極性は図２の図示とは逆となり、バッテリの電位は、充電供給電圧Ｅｋから変圧器端子Ｔａ−０間電圧Ｅを減算したものとなる。ｔ２＝αにおいて、トランジスタ２５に点弧信号が加えられると、トランジスタ２６のゲート信号はＯＦＦされ、更に、エミッタ−コレクタ間に逆電圧が加わる。図３のｔ１の領域に入り、車載バッテリ７の電位は図３に示すとおりで、充電供給電圧Ｅｋから変圧器端子Ｔｂ−０間電圧Ｅを加算したものとなる。
【００６８】
次に、図１の単相交流発生器１０の極性が切り換ると、再度図２で示した極性の電圧が変圧器２７の２次巻線に現れ、車載バッテリ７の電位は再び図３に示すとおり、充電供給電圧Ｅｋから変圧器端子Ｔｂ−０間電圧Ｅを減算したものとなる。全体から見ると、車載バッテリ充電装置８の出力電圧の平均値は−Ｅｃで、車載バッテリ７に加わる充電電圧Ｅｊは充電供給電圧ＥｋからＥｃを減算したものとなる。この辺の状態を波形図で示したのが図３である。
【００６９】
先ず、これら２つの電圧（充電供給電圧Ｅｋとバッテリ電圧Ｅｂ）の関係が、充電供給電圧Ｅｋ＞バッテリ電圧Ｅｂ、である場合の充電作用について説明する。この場合、コントローラ１３は、制御位相角αが、π／２＜α＜πの範囲内になるように、トランジスタ２５，２６の導通位相（点弧位相）を制御する（図７のＫ１領域）。
【００７０】
この場合、車載バッテリ７に充電する際に、充電用バッテリ４５と車載バッテリ７とを直接接続すると、両者の電圧差が大きいので、充電用バッテリ４５から車載バッテリ７に向かって大電流が供給されるので、何らかの方法により、電流を許容値内に収める必要がある。
【００７１】
そこで、図２に示すように、電圧補償変換器９によって充電供給電圧Ｅｋに逆らう電圧を発生（逆変換）させ、車載バッテリ７のバッテリ電圧Ｅｂと電圧補償変換器９による補償電圧Ｅｃの和が充電供給電圧Ｅｋに等しくなる（充電用バッテリ４５から見れば、電圧補償変換器９による補償電圧Ｅｃを充電供給電圧Ｅｋから減算することになる）ようにすれば、充電用バッテリ４５から車載バッテリ７１１への過大電流を抑えることができる。
【００７２】
車載バッテリ７１１に充電される充電パワーは、バッテリ電圧Ｅｂと車載バッテリ７への充電電流Ｉの積で与えられる。電圧補償変換器９において、トランジスタ２６を通して、絶縁変圧器２７の巻線Ｔａ（右端子）→０（中点）に流れる電流Ｉと、この巻線Ｔａ−０に発生する電圧の方向が反対なので、絶縁変圧器２７から充電パワーが外部に出るのではなく、絶縁変圧器２７に充電パワーが供給されることになる。
【００７３】
矩形波用の単相交流発生器１０が、充電バッテリ４５を電源とする専用のＣＶＣＦインバータであるので、電圧補償変換器９を経由して充電バッテリ４５に戻される。即ち、車載バッテリ７への供給電圧が制御されて、車載バッテリ７に対する充電電流が「７Ｃ（１１００Ａ強）になるように制御される。
【００７４】
車載バッテリ７の充電が進行し、車載バッテリ７の端子電圧が上昇すると、充電電流が減る方向になるので、コントローラ１３はこの充電電流の変化を監視しながら、電圧補償変換器９の補償電圧Ｅｃを減らす方向に、つまり制御位相角αをπ／２に近づけるように制御する。制御位相角α＝π／２になった場合、図４に示すように、電圧補償変換器９による補償電圧Ｅｃ＝０となり、電圧補償変換器９を短絡させた場合と等価で、充電用バッテリ４５から車載バッテリ７に直接に充電されることになる。
【００７５】
更に、車載バッテリ７への充電が進めば、制御位相角α＜π／２となり、バッテリ電圧Ｅｂは更に上昇し、充電供給電圧Ｅｋ以上になる。この場合、コントローラ１３は、制御位相角αが、α＜π／２の範囲内になるように、トランジスタ２５，２６の導通位相（点弧位相）を制御する（図７のＫ２領域）。
【００７６】
そこで、図５，図６に示すように、電圧補償変換器９から出力される補償電圧＋Ｅｃが充電供給電圧Ｅｋに加算される。車載バッテリ７に充電される充電パワーは、バッテリ充電電圧Ｅｊ（充電供給電圧Ｅｋ＋電圧補償変換器９の補償電圧Ｅｃ）と電流Ｉの積で与えられる。
【００７７】
電圧補償変換器９においては、トランジスタ２５を通して絶縁変圧器２７の巻線のＴｂ（左端）−０（中点）に流れる電流Ｉとこの巻線Ｔｂ−０に発生する電圧の方向が一致するので、絶縁変圧器２７から充電パワーが外部に出ることになり、絶縁変圧器２７への充電パワーは、単相交流発生器１０が充電バッテリ４５を電源とする専用のＣＶＣＦインバータであるので、充電バッテリ４５から得ることになる。
【００７８】
このように、車載バッテリ７への充電を開始してから約５分の定電流充電により、車載バッテリ７の端子電圧は完全充電状態となり、充電用バッテリ４５の端子電圧は放電分低下する。それ故、車載バッテリ７の端子電圧の方が充電用バッテリ４５の端子電圧より高くなる。そして、車載バッテリ７の充電容量が放電量を回復したことを確認後、電圧補償変換器９による充電作動を停止し、遮断器３０をオフにし、充電動作が完了する。
【００７９】
ここで、充電完了時において、電圧補償変換器９の最大容量は、充電バッテリ電圧と車載バッテリ電圧の最大差電圧と充電電流の積で決まる。これに対して、充電用バッテリ４５からの放電電力は、充電用バッテリ放電電圧と充電電流の積で電圧補償変換器９の分は電圧比で決まる。  充電バッテリ放電電圧＞＞電圧補償変換器電圧であるので、電圧補償変換器９による充電のための変換分担分は、約10％以内でよいことになる。また、充電用バッテリ４５は、車載バッテリ７への充電時においても、充電変換装置４４により常に定電流充電されているので、充電用バッテリ４５の充電時における充電電圧の変動は、この定電流充電に見合う分だけ前述した数値よりも低減される。
【００８０】
ここで、図９に示すように、＋側，−側パンタグラフ２ａ，２ｂに、４つのダイオード５１〜５４をブリッジ型に接続した整流回路を接続し、＋側，−側剛体架線４１，４２に供給された＋電圧と−電圧を電動車１に＋側，−側パンタグラフ２ａ、２ｂで取込むようにしてもよい。この場合、電動車１の向きが逆になって走行する場合、つまり、＋側，−側パンタグラフ２ａ，２ｂで集電する直流の極性が反対になった場合でも、整流回路により、ＤＣＬＩＮＫ２１には常に＋電圧が印加され且つグランド線２２には常に−電圧が印加されるようになる。
【００８１】
このように、走行駆動用の複数の３相誘導電動機３Ａ，３Ｂと、直流電力を蓄電可能な車載バッテリ７と、この車載バッテリ７の電力を３相交流に変換して複数の誘導電動機３Ａ，３Ｂに供給可能な可変電圧・可変周波数型の第１，第２駆動用インバータ５，６とを備え、更に、走行路線のターミナルに充電用バッテリ４５と充電用電源装置４０と＋側，−側剛体架線４１，４２を設け、電動車１に車載バッテリ７と、＋側，−側パンタグラフ２ａ，２ｂと車載バッテリ充電装置８と充電制御装置１１とを設けたので、電動車１がターミナルに到着すると、コントローラ１３により車載バッテリ充電装置８が充電制御され、車載バッテリ７に受電した受電電力で充電することができる。この場合、充電用バッテリ４５の内部インピーダンスは比較的小さいので、充分に大きな充電電流を確保できるので、車載バッテリ７への短時間による急速充電が可能になる。
【００８２】
また、車載バッテリ充電装置８は、充電用バッテリ４５から直流電力を受けて矩形波交流を発生させる単相交流発生器１０と、この単相交流発生器１０から受ける矩形波交流を複数のスイッチング素子２５，２６を介して変換することにより充電平均電圧を昇降圧調整可能な電圧補償変換器９とを有し、コントローラ１３は、充電用バッテリ４５からの受電電圧と車載バッテリ７の電圧の電圧差に基づいて、電圧補償変換器９のトランジスタ２５，２６の制御位相角を調整して車載バッテリ７への充電電流を制御するので、車載バッテリ７の電圧が充電用バッテリ４５からの受電電圧よりも低い場合には、この電圧差に基づいて電圧補償変換器９から出力される充電平均電圧が降圧側に調整され、車載バッテリ７に充電する充電電流が制御される。
【００８３】
一方、車載バッテリ７の電圧が充電用バッテリ４５からの受電電圧よりも高くなるように充電する場合には、電圧補償変換器９から出力される充電平均電圧が昇圧側に調整され、車載バッテリ７に充電する充電電流が制御される。電圧補償変換器９が分担する充電パワーは全充電パワーの一部なので、全体として充電効率が高い省エネ型のバッテリ用充放電装置を実現するこができる。
【００８４】
ところで、図１０に示すように、車載バッテリ充電装置８を部分的に変更し、ＮＰＮ型の第３トランジスタ５６（スイッチング素子）を電流断続防止リアクトル２８と単相交流発生器１０の電源側に追加挿入するようにしてもよい。この場合、非電化路線の走行に際して、＋側，−側パンタグラフ２ａ，２ｂが下げられた状態で、第３トランジスタ５６をオン状態（導通状態）にすると、単相交流発生器１０が車載バッテリ７に接続される。但し、このとき、第１，第２トランジスタ２５，２６はオフ状態（非導通状態）になっている。
【００８５】
図１０に示すように、絶縁変圧器２７Ａの二次側に、第３巻線である補機用巻線２７ａが追加して設けられている。それ故、この状態で単相交流発生器８の６つのトランジスタ３１〜３４が所定の順序でオンに切換えられて、車載バッテリ７に蓄電されている蓄電電力により単相交流発生器１０が作動すると、補機用巻線２７ａには前述したような矩形波の単相交流が発生する。その結果、補機用巻線２７ａで発生する矩形波交流を、補機１８に給電する補機用給電系に供給されるようにすれば、例えば、暖房用ヒータに電力が供給される。そのため、電動車１が寒冷地を走行中に、補機用インバータ４による駆動電力だけではパワー不足の場合でも、この単相交流発生器１０で発生させた矩形波交流で暖房用ヒータを駆動でき、車内の暖房能力をを十分に発揮でき、顧客サービスの向上を図ることができる。
【実施例２】
【００８６】
図１１に示すように、鉄道車両（以下、電動車１Ａと言う）は、充電に際して第１〜第３剛体架線４１〜４３に接触して受電可能な第１〜第３パンタグラフ２ｄ〜２ｆと、３相交流用の２つの誘導電動機３Ａ，３Ｂと、車載バッテリ７に充電された蓄電電力を交流電力に変換して補機を駆動するための１つの補機用インバータ４と、車載バッテリ７に充電された蓄電電力を交流電力に変換して誘導電動機３Ａ，３Ｂを駆動する２つの第１，第２駆動用インバータ５，６と、車載バッテリ７等を装備している。
【００８７】
補機用インバータ４は、６つのスイッチング素子４ａ〜４ｆと還流ダイオードとをブリッジ状に接続した定電圧・定周波数型の一般的なＣＶＣＦインバータであり、後述する車載バッテリ７からフィルタリアクトル１５を介して受けた供給電力を３相交流に変換して空調や照明等の補機１８に駆動電力として供給するようになっている。
【００８８】
第１駆動用インバータ５は、６つのスイッチング素子５ａ〜５ｆと還流ダイオードとをブリッジ状に接続し、ＶＶＶＦ制御（可変電圧可変周波数制御）が可能な周知のＶＶＶＦインバータであり、車載バッテリ７からフィルタリアクトル１６を介して供給される直流をＶ(電圧)／Ｆ(周波数)一定の３相交流に変換して誘導電動機３Ａを駆動可能になっている。
【００８９】
第２駆動用インバータ６は、６つのスイッチング素子６ａり６ｆと還流ダイオードとをブリッジ状に接続し、第１駆動用インバータ５と同様に周知のＶＶＶＦインバータであり、車載バッテリ７からフィルタリアクトル１７を介して供給される直流をＶ(電圧)／Ｆ(周波数)一定の３相交流に変換して誘導電動機３Ｂを駆動可能になっている。
【００９０】
ここで、これらスイッチング素子４ａ〜４ｆ，５ａ〜５ｆ，６ａ〜６ｆは、トランジスタからなっている。また、これら補機用インバータ４と第１，第２駆動用インバータ５，６は一般的なものであり、その詳しい動作説明を省略する。ここで、コンデンサ１９，２０はリアクトル１６，１７と協働して、第１，第２駆動用インバータ５，６のスイッチング作用により発生する高調波を吸収し、車上機器の正常な動作を妨害しないように車体艤装線への流出を防止するＥＭＩフィルターを構成している。
【００９１】
車載バッテリ７は、ＤＣＬＩＮＫ２１とグランド線２２との間に介設され、複数の充電セルを直列接続されたニッケル水素電池からなり、２つの誘導電動機３Ａ，３Ｂを駆動可能な１５０〜２００ＡＨもの電流量を充電可能に構成されている。車載バッテリ７の＋端子はＤＣＬＩＮＫ２１に接続され、車載バッテリ７の−端子はグランド線２２に接続されている。
【００９２】
また、補機用インバータ４の電力出力線４Ａには、出力電圧整形用フィルタ６０と、出力電圧検出用変圧器６１と、パンタグラフ２ｄ〜２ｆを介して剛体架線４１〜４３から供給される交流電源の電圧を検出する交流電圧検出用変圧器６２が夫々介装されている。第１，第２駆動用インバータ５，６の電力出力線５Ａ，６Ａには、パンタグラフｄ〜２ｆを介して剛体架線４１〜４３から供給される交流電力により、コンバータ動作をさせるためのインダクタンス６３，６４と、第１，第２切換えスイッチ６５，６６とが夫々介装されている。
【００９３】
第１，第２切換えスイッチ６５，６６は、１対の第１，第２開閉スイッチ６５ａ，６５ｂ、６６ａ，６６ｂを夫々有している。そこで、走行時には、図１１に示すように、第１，第２駆動用インバータ５，６から出力される３相交流は、電力出力線５Ａ，６Ａの第１開閉スイッチ６５ａ，６６ａを介して各誘導電動機３Ａ，３Ｂに夫々供給される。一方、充電時には、図１２に示すように、パンタグラフ２ｄ〜２ｆを介して受電された交流電力が交流受電線５Ｂ，６Ｂの途中部に介設された第２開閉スイッチ６５ｂ，６６ｂを介して第１，第２駆動用インバータ５，６の電力出力線５Ａ，６Ａに夫々供給される。
【００９４】
即ち、コントローラ１３により、各第１，第２切換えスイッチ６５，６６が駆動側に切換えられると、第１開閉スイッチ６５ａ，６６ａが閉成且つ第２開閉スイッチ６５ｂ，６６ｂが開成される。各第１，第２切換えスイッチ６５，６６が充電側に切換えられると、第１開閉スイッチ６５ａ，６６ａが開成且つ第２開閉スイッチ６５ｂ，６６ｂが閉成される。
【００９５】
３相交流を受電する３つのパンタグラフ２ｄ〜２ｆは、充電時以外の走行時や停車時には、電動車１の天井の直ぐ上側に降下した収納位置に収納されているが、後述する電力供給装置からの３相交流を受電して車載バッテリ７に充電する際には、図示外の伸縮装置を介して上側の受電位置に切換え可能になっている。
【００９６】
バッテリ用充電装置７０は、剛体架線４１〜４３から交流電力を受電可能なパンタグラフ２ｄ〜２ｆと、充電時にはパンタグラフ２ｄ〜２ｆを介して剛体架線４１〜４３から供給される交流電力を直流に変換して車載バッテリ７に充電するように補機用インバータ４と第１，第２駆動用インバータ５，６を同時に逆変換制御（コンバータ制御）する充電制御装置１１Ａと、充電設備７１と、車載バッテリ７への充放電電流を検出する第１電流検出器３６と、車載バッテリ７の蓄電電圧を検出する蓄電電圧検出器３７と、補機用インバータ４と第１，第２駆動用インバータの電流を検出する第２〜第４電流検出器７６〜７８と、パンタグラフ２ｄ〜ｆから受電した３相交流の受電電流を検出する第５電流検出器７９と、補機用インバータ４の出力電圧を検出する出力電圧検出用変圧器６１と、後述する電力供給装置から供給される交流電力の交流電圧を検出する交流電圧検出用変圧器６２等を備えている。
【００９７】
充電制御装置１１Ａは、補機用インバータ４と第１，第２駆動用インバータ５，６の各スイッチング素子４ａ〜ｆ、５ａ〜５ｆ、６ａ〜６ｆの各ベースに点弧信号を供給するゲート駆動回路１２Ａと、このゲート駆動回路１２Ａに駆動信号を供給するコントローラ１３Ａ等から構成されている。
【００９８】
コントローラ１３Ａは、図示外の入出力インターフェイスとマイクロコンピュータを有し、図示外の車速センサからの車速信号と、蓄電電圧検出器３７から出力される電圧信号を受け、運転士により操作されたマスターコントローラの運転操作又はブレーキ操作に基づいて、第１，第２駆動用インバータ５，６の各スイッチング素子５ａ〜５ｆ、６ａ〜６ｆを、運転状態に応じて夫々ＰＷＭ制御するとともに、補機用インバータ４の電力出力線４Ａに介設された電磁遮断器６７，６７と、第１，第２駆動用インバータ５，６の第１，第２切換えスイッチ６５，６６の自動切換え制御を行う。
【００９９】
次に、走行用軌道の終端であるターミナル或いは走行経路途中の停留所に設置され、電動車１１に装備された車載バッテリ７に充電する３相交流を供給する電源設備７１について説明する。
【０１００】
図１２に示すように、この電源設備７１は、剛体架線４１〜４３と、この剛体架線４１〜４３に３相交流を供給する３相商用交流電源７２と、絶縁変圧器７３等からなっている。ターミナルの上側に、３相交流用の剛体架線４１〜４３が所定長さに亙って配設されている。３相商用交流電源７２から出力される３相商用交流が遮断器７４を介して絶縁変圧器７３に供給され、この絶縁変圧器７３で所定電圧に変換された交流電力が剛体架線４１〜４３に供給されるようになっている。
【０１０１】
そこで、電動車１Ａがターミナルに進入して所定の充電位置に停車すると、電動車１Ａの天井に設けたパンタグラフ２ｄ〜２ｆが受電位置に上がって剛体架線４１〜４３に押圧接触することで、剛体架線４１〜４３に供給されている３相交流が受電され、１つの補機用インバータ４及び２つの第１，第２駆動用インバータ５，６のコンバータ動作により、車載バッテリ７６に急速充電できるようになっている。
【０１０２】
次に、コントローラ１３Ａにより実行される電動車１の充電動作について、図１３の機能ブロック図に基づいて説明する。
【０１０３】
電動車１Ａが所定の充電位置に停車したことが確認され（Ｂ１）、或いは運転士により充電指令が出力されると（Ｂ２）、充電停止指令（Ｂ３１，Ｂ３１ａ）が無いことを条件に、先ず、パンタ上げ指令（Ｂ３）によりパンタグラフ２ｄ〜２ｆが受電位置に上昇して剛体架線４１〜４３に接触する。パンタグラフ２ｄ〜２ｆの受電位置への切換えが確認されると、電磁スイッチ６７のＯＮ指令（Ｂ４）により、電磁スイッチ６７がＯＮされ、剛体架線４１〜４３に供給された３相交流がパンタグラフ２ｄ〜２ｆを介して交流受電線に供給される。
【０１０４】
この状態では、補機用インバータ４は動作中であり、補機１８に駆動電力が供給されている。この時点で、出力電圧検出用変圧器６１からの検出信号に基づく補機用インバータ４からの出力電圧（Ｂ５）と、交流電圧検出用変圧器６２からの受電交流電圧（Ｂ６）とが比較され（Ｂ７）、これらの電圧に差が有る場合には、補機用インバータ４の出力電圧が受電交流電圧に等しくなるように電圧調整制御される（Ｂ８）。
【０１０５】
一方、補機用インバータ４の動作周波数と、受電した３相交流の周波数とが比較され（Ｂ９）、これらの周波数に差が有る場合には、補機用インバータ４の動作周波数が受電した３相交流の周波数に等しくなるように周波数調整制御が行なわれる（Ｂ１０）。更に、補機用インバータ４の電圧位相と、受電した３相交流の電圧位相とが比較され（Ｂ１１）、これらの電圧位相に差が有る場合には、補機用インバータ４の電圧位相が受電した３相交流の電圧位相に等しくなるように位相調整制御が行なわれる（Ｂ１２）。
【０１０６】
このように、補機用インバータ４の電圧と周波数と電圧位相とが受電した３相交流の電圧と周波数と電圧位相とに一致した時点で、電磁スイッチ６８がＯＮされる（Ｂ１３）。即ち、発電機の自動並列運転投入と同様なことが、補機用インバータ４で行なわれるのである。
【０１０７】
次に、補機用インバータ４の動作位相が受電した３相交流の位相に対して遅れるように遅れ制御される（Ｂ１４）。その結果、補機１８へ供給する駆動電力は、補機用インバータ４側から受電した３相交流側に切換えられ、補機用インバータ４の駆動電流が零になる。ここで、補機用インバータ４の動作位相を更に遅らせると、受電した３相交流が補機用インバータ４にも流れ込むようになる。
【０１０８】
補機用インバータ４の駆動電流が零にった時点で（Ｂ１５）、第１，第２切換えスイッチ６５，６６に対して充電側に切換えるように指令されるので（Ｂ１６）、第１，第２切換えスイッチ６５，６６の第１開閉スイッチ６５ａ，６６ａが開成且つ第２開閉スイッチ６５ｂ，６６ｂが閉成される（Ｂ１６ａ）。これにより、受電した３相交流が第１，第２駆動用インバータ５，６の電力出力線５Ａ，５Ｂに夫々供給される。このとき、受電した３相交流は、誘導電動機３Ａ，３Ｂに供給されることはなく、電動車１Ａが不意に走行するようなことはない。
【０１０９】
この状態で、補機用インバータ４に対してコンバータ動作するように切換えられ（Ｂ１７）、第１，第２駆動用インバータ５，６に対してもコンバータ動作するように切換えられる（Ｂ１８）。このように、剛体架線４１〜４３からの交流電力を補機１８へ供給しながら補機用インバータ４をコンバータとして動作させるので、車載バッテリ７への充電に際して、照明機器や冷暖房機器等の補機１８を一瞬でも停止させることなく、これら補機１８の稼働運転を維持しながら、フリー状態になった補機用インバータ４も動員して、第１，第２駆動用インバータ５，６と協働しながら車載バッテリ７への急速充電が可能になる。
【０１１０】
これら補機用インバータ４，第１，第２駆動用インバータ５，６のコンバータ制御においては、受電した３相交流側の力率が「１」になるように各スイッチング素子４ａ〜４ｆ、５ａ〜５ｆ、６ａ〜６ｆが夫々制御されるので、これら補機用インバータ４及び第１，第２駆動用インバータ５，６からＤＣＬＩＮＫ２１に出力される電流は最大電流となり、車載バッテリ７はこの最大電流でもって急速充電されることになる。
【０１１１】
この充電動作中においては、蓄電電圧検出器３７からのバッテリ電圧（Ｂ１９）と、第１電流検出器３６からのバッテリ電流（Ｂ２０）とが、微小時間毎に読み込まれ、車載バッテリ７のバッテリ状態が常に監視されている（Ｂ２１）。
【０１１２】
そして、バッテリ充電電流の積算値と所要充電電流積算設定値が常時比較され（Ｂ３０）、充電電流積算値が設定値を満たすと、充電停止指令が出される（Ｂ３１，Ｂ３１ａ）。そのため、先ず、第１，第２駆動用インバータ５，６のコンバータ制御が中止され、補機用インバータ４の位相戻し制御が行なわれる（Ｂ２３）。これにより、受電した３相交流が補機用インバータ４に流れなくなり、零になる（Ｂ２４）。更に、補機用インバータ４の位相戻し制御が行なわれ、受電した３相交流と等しくなると、補機１８に対して、補機用インバータ４の内部インピーダンスと電源設備７１の内部インピーダンス逆比で分担する駆動電流が、補機用インバータ４と電源設備７１とから供給されるようになる。
【０１１３】
しかし、補機用インバータ４の位相を受電した３相交流の位相に対して進めるように位相進め制御を行なうと、補機１８に対して補機用インバータ４だけから駆動電力が供給されるようになる。即ち、電源設備７１から交流受電線５Ｂ，６Ｂへの電流の流入が零なる。そこで、第５電流検出センサ７９により、交流受電線５Ｂ，６Ｂへの電流の流入が零になったことが確認されると、電磁スイッチ６８がオフされ（Ｂ２４）、第１，第２切換えスイッチ６５，６６が駆動側に切換えられ（Ｂ２６）、電磁スイッチ６７がオフされる（Ｂ２７，Ｂ２７ａ）。そして、最終的にパンタ下げ指令（Ｂ２２）により、パンタグラフ２ｄ〜２ｆが収納位置に切換えられる（Ｂ２８）。これにより、一連の充電動作が完了する。
【０１１４】
充電が完了した時点で、運転士によりマスターコントローラが走行操作されると、コントローラ１３Ａにより第１，第２駆動用インバータ５，６が運転状態に応じてＰＷＭ制御され、車載バッテリ７を電源として各誘導電動機３Ａ，３Ｂが回転駆動され、電動車１Ａが力行走行する。
【０１１５】
ここで、車載バッテリ７への充電に際して、補機１８の運転を停止させることなく、補機１８への駆動電力供給を、補機用インバータ４から電源設備７１側から受電した３相交流に切換える切換えについて説明する。
【０１１６】
図１４に示すように、
e1：外部電源電圧
e2：補機用インバータ４の電圧
Z1：外部電源内部インピーダンス
Z2：補機用インバータ４の内部インピーダンス
Z3：負荷インピーダンス
i1：外部電源からの流入電流
i2：補機用インバータ４の電流とすると、
e1=Z1・i1+Z3・（i1+i2）・・・(1)式
e2=Z2・i2+Z3・（i1+i2）・・・(2)式
I=i1+i2・・・・・・・・・・・(3)式
【０１１７】
上式を書き直すと、
e1=Z1・(I-i2)+Z3・I=-Z1・i2+(Z1+Z3)・Ｉ・・・・・・・・・(4)式
e2=Z2・i2+Z3・I・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・(5)式
i2=-(e1・Z3 -e2・(z1+z3))/(Z1・Z2+Z2・Z3+Z3・Z1)・・・(6)式
I=(e2・Z1+e1・Z2)/(Z1・Z2+Z2・Z3+Z3・Z1)・・・・・・・・・・・・(7)式
（6）式において、i2=0  とおく。
e1・Z3=e2・(Z1+Z3)
e2=e1・Z3/(Z1+Z3)・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・(6a)式
(７)式に（６a）式を代入すると、
I=e1/(Z1+Z3)
【０１１８】
ここで、Z3は負荷で力率＝１とすると、有効分のみで、Z3=R3
Z1は外部電源の内部インピーダンスであり、損失を無視すると、Z1=ｊX1 になる。
そこで、上式を(6ａ)式に代入し、更に電圧を複素数で示すと、
e1＝E・exp(ｊωｔ)
e2＝R3/(R3+JX1)・E・exp(ｊωｔ)
R3/(R3+JX1)=R3・(R3-jX1)/(R3^2+X1^2)=R3/√(R3^2 + X1^2)・exp(-jφ)
【０１１９】
従って、
e2 = R3/√(R3^2 + X1^2)・exp(-jφ) ・E・expｊωｔ
= R3/√(R3^2 + X1^2)・E・expｊ(ωｔ-φ)
Cosφ = R3/√(R3^2 + X1^2)
R3>>X1 なので、  √(R3^2 + X1^2) ?  R3
e2=E・expｊ(ωｔ-φ)
補機用インバータ４における電流零の条件は、(6ａ)式で与えられ、上式の様に書きなおせる。
【０１２０】
受電した3相交流電圧e1は
e2 = E・expｊωｔで与えられる。
従って、補機用インバータ４の電圧「e2」は、受電した3相交流電圧「e1」より位相角φだけ遅れていることが分かる。即ち、補助インバータ４の電圧位相をφだけ遅らせれば、補助インバータ４から補機へのパワー供給を零に出来ることを意味する。
【０１２１】
このように、走行駆動用の複数の３相誘導電動機３Ａ，３Ｂと、直流電力を蓄電可能な車載バッテリ７と、この車載バッテリ７の直流電力を３相交流に変換して複数の誘導電動機３Ａ，３Ｂに供給可能で走行時にはＰＷＭ制御される可変電圧・可変周波数型の第１，第２駆動用インバータ５，６と、低電圧・低周波数型の補機用インバータ４とを備え、電動車１Ａのターミナルに剛体架線４１〜４３を設け、電動車１Ａに受電用のパンタグラフ２ｄ〜２ｆと充電制御装置１１Ａとを備えたので、これら第１，第２駆動用インバータ５，６と１つの補機用インバータ４が同時にコンバータ制御（逆変換制御）され、１つの駆動用インバータ５，６或いは１つの補機用インバータ４だけによる充電に比べて充電電流が大きいため、短時間の停車であっても、車載バッテリ７への急速充電が可能になる。
【実施例３】
【０１２２】
この実施例３では、前述した実施例２を部分的に変更し、図１５に示すように、バッテリ用充電装置７０Ａは、補機用インバータ４だけで車載バッテリ７に充電するようにしている。即ち、地方都市においては、朝夕の通勤や通学時間帯を除いた昼間の時間帯は乗降客が少ないので、走行路線の終端であるターミナルにおける停止待機時間が比較的長く確保できる。そこで、このターミナルにおける停止待機時間を利用して、補機用インバータ４だけで車載バッテリ７に充電することができる。
【０１２３】
この実施例３の電動車１Ｂは、前述した実施例２の図１１に記載した電動車１Ａと同様であるため、同じ符号を付してその詳しい説明を省略する。また、ターミナルに到着した際の充電時において、補機用インバータ４により車載バッテリ７に充電する充電制御は、図１２に基づいて説明したのと略同様であるので、その説明を省略するが、パンタグラフ２ｄ〜２ｆを介して受電した３相交流と補機用インバータ４とを自動並列運転してから、補機用インバータ４だけを、運行情報に基づいてコンバータ制御して車載バッテリ７に充電する充電制御について説明する。
【０１２４】
但し、図１５に示す充電制御装置１１Ｂのコントローラ１３Ｂに有する不揮発性メモリには、１日の運行回数、路線を走破する運転時間、停留所の数、停留所間の走行時間等、１日の運行に必要な諸データを記憶した運行情報（Ｂ３０）が予め記憶されている。そこで、この運行情報に基づいて、コントローラ１３Ｂにより実行される充電制御について説明する。
【０１２５】
図１６に示すように、蓄電電圧検出器３７により車載バッテリ７のバッテリ電圧が微小時間毎に検出される（Ｂ１９）とともに、第１電流検出器３６からのバッテリ電流（Ｂ２０）が微小時間毎に検出され、このバッテリ充放電電流がその都度積分されて電流時間積、つまり、車載バッテリ７の蓄電容量が演算され（Ｂ３１）、常に監視されている（Ｂ３２）。
【０１２６】
一方、電動車１Ｂの運行情報（Ｂ３０）に基づいて、現在の運行時刻から運行終了までに必要な電流時間積が演算により求められ（Ｂ３３）、電動車１Ｂがターミナルに到着する毎に、運行情報と車載バッテリ７の蓄電状態とが常に比較され（Ｂ３４）、今後の運行に必要な電流時間積が現状の車載バッテリ７の蓄電量によってカバー出来ない場合には、ターミナルに到着後、必要に応じて充電指令が出され、補機用インバータ４によって車載バッテリ７に充電が実行される（Ｂ３５）。
【０１２７】
この実施例３においては、電動車１Ｂを閑散路線で運行する場合に、走行に必要なエネルギーコストを出来るだけ低く抑えるために、基本的には車載バッテリ７の充電は、安価な深夜電力で行なうようにし、実際に各走行時点での走行に必要な駆動電力量が不足した場合にのみ、止むを得ず、昼間においてターミナルで最低必要量を補充充電するものである。
【０１２８】
車載バッテリ７の充電量である駆動電力量が不足すると、予想される電流時間積を走行途中においてターミナルで補充充電し、運行完了の時点で車載バッテリ７の電流時間積が許容範囲の最小蓄電量として略零になるまで使い切り、運行を終了した夜間から翌日の始発までの待機時間帯において、充分な充電時間を設け、車載バッテリ７の電流時間積を安価な深夜電力による充電により、車載バッテリ７をフル状態に充電させるものである。
【０１２９】
そこで、車載バッテリ７への充電電流は、昼間と夜間とで変更する必要がある。即ち、昼間における充電には、夜間に比べて高価な電力料金による運行コストを押えるために、比較的少ない電流量で補充充電することで、充電コストを極力安価にし、夜間においては、安価な夜間料金が適用されるため、比較的大きな電流量で充電するようにしている。但し、運行しない夜間における１回のフル充電で、翌日の全走行が可能な場合もある。
【０１３０】
充電の終了は、車載バッテリ７の電流時間積が翌日の運行に必要な電流時間積を確保できたとき、或いは運転士による運転台からの充電指令ＯＦＦが発せられたときである。この充電指令がＯＦＦされると（Ｂ２２）、前記実施例２で説明したように、補機用インバータ４は電圧位相戻し制御により（Ｂ２３）、今まで受電した３相交流から補助負荷供給していたパワーを、補機用インバータ４側に徐々に移行し（Ｂ２４）、受電した３相交流からの電流が零になった時点で、電磁スイッチ６８をＯＦＦにし（Ｂ２５）、電磁スイッチ６７もＯＦＦし（Ｂ２７，Ｂ２７ａ）、パンタ下げ指令により（Ｂ２８）、パンタグラフ２ｄ〜２ｆは収納位置に下がる。このようにして、車載バッテリ７に充電されるので、電動車１Ｂは走行可能な状態になる。
【図面の簡単な説明】
【０１３１】
【図１】本発明の実施例１に係る電動車の電気配線図である。
【図２】充電用バッテリのバッテリ電圧よりも補償電圧だけ減算した充電電圧を説明する説明回路図である。
【図３】制御位相角α＞π／２のときの充電パワーを説明する説明図である。
【図４】制御位相角α＝π／２のときの充電パワーを説明する説明図である。
【図５】充電用バッテリのバッテリ電圧よりも補償電圧だけ加算した充電電圧を説明する説明回路図である。
【図６】制御位相角α＜π／２のときの充電パワーを説明する説明図である。
【図７】バッテリ電圧と充電供給電圧と制御位相角の関係を示す図表である。
【図８】充電時間と充電電流と充放電速度の関係を示す図表である。
【図９】電動車に設けた整流回路の回路図である。
【図１０】図１の電器配線図の部分変更回路図である。
【図１１】本発明の実施例２に係る電動車の電気配線図である。
【図１２】ターミナルにおける充電時の電気配線図である。
【図１３】充電制御を説明する機能ブロック図である。
【図１４】自動並列運転を説明する回路図である。
【図１５】本発明の実施例３に係る電動車の電気配線図である。
【図１６】充電制御を説明する機能ブロック図である。
【符号の説明】
【０１３２】
１      電動車（鉄道車両）
１Ａ    電動車
１Ｂ    電動車
３Ａ    ３相誘導電動機
３Ｂ    ３相誘導電動機
４      補機用インバータ
５      第１駆動用インバータ
６      第２駆動用インバータ
７      車載バッテリ
８      車載バッテリ充電装置
９      電圧補償変換器
１０    単相交流発生器
１１    充電制御装置
１１Ａ  充電制御装置
１１Ｂ  充電制御装置
２７    絶縁変圧器
２７ａ  補機用巻線
４０    充電用電源装置
４１〜４３  剛体架線
４５    充電用バッテリ
５６    第３トランジスタ
６５    第１切換えスイッチ
６６    第２切換えスイッチ
７０    バッテリ用充電装置
【図１】
2008172857.tif 000003
【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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