(57)【要約】【課題】本発明の目的は効率の良い車両用補助電源装置を提供することを目的とする。【解決手段】出力側が、互いに並列に接続され直流電力を交流電力に変換し負荷に電力を供給する複数の電力変換器と、前記電力変換器の出力電流を検出する電流検出器と、前記電流検出器の出力側に設けられた遮断器と、前記遮断器の負荷側に設けられた電圧検出器と、前記電力変換器を制御する制御器と備えたことを特徴とする車両用補助電源装置。【選択図】　図１
2004129351.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
出力を互いに並列に接続され直流電力を交流電力に変換し負荷に電力を供給する複数の電力変換器と、
前記電力変換器の出力電流を検出する電流検出器と、
前記電力変換器の出力側に設けられた遮断器と、
前記遮断器の負荷側に設けられた電圧検出器と、
前記電力変換器を制御する制御器とを有し、
前記制御器は、前記電圧検出器及び前記電流検出器により検出された電流値及び電圧値から前記電力変換器の出力電圧を所定電圧値に制御して運転を行なう電圧制御モードと前記電流検出器により検出された前記電力変換器の出力電流を所定電流値に制御して運転を行なう電流制御モードの二つの運転モードを備え、
前記制御器が、前記電圧制御モードで前記電力変換器を制御している場合に、前記電流検出器により検出された電流値が予め定めた閾値電流値に達した場合に、前記制御器は、前記電流制御モードに切り換え前記電力変換器を制御し、
前記制御器が、前記電流制御モードで前記電力変換器を制御している場合に、前記電圧検出器により検出された電圧値が予め定めた閾値電圧値に達した場合に、前記制御器は、前記電圧制御モードに切り換え前記電力変換器を制御することを、
特徴とする車両用補助電源装置。
【請求項２】
出力を互いに並列に接続され直流電力を交流電力に変換し負荷に電力を供給する複数の電力変換器と
前記電力変換器と負荷の間に設けられ前記電力変換器の運転中にのみ動作する遮断器と
前記電力変換器を制御する制御器と、
前記遮断器よりも負荷側に設けられた電圧検出器とを有し、
前記制御器は、負荷電圧が所定範囲内にあることを判定する負荷電圧判定手段と、前記負荷電圧判定手段で負荷電圧が所定電圧範囲を逸脱したと判定された場合に、負荷電圧を所定電圧値に制御して運転する手段と、前記電力変換器の出力電流が、所定電流範囲内にあることを判定する電流判定手段と、前記電流判定手段により、電力変換器電流が所定範囲を逸脱したと判定された場合に、変換器電流を所定電流値に制御して運転する手段とを
備えることを特徴とする車両用補助電源装置。
【請求項３】
前記請求項１及び請求項２記載の車両用補助電源装置において、
前記制御器は、前記電力変換器の起動時に、前記電力変換器の出力電圧の位相を負荷電圧位相に同期させる手段とを有し、
前記遮断器は、前記電力変換器の出力電圧の位相を負荷電圧位相に同期させる手段により、同期が完了した後に動作されることを、
特徴とする車両用補助電源装置。
【請求項４】
前記請求項３記載の車両用補助電源装置において、
前記電力変換器の起動の順序をつける手段を
備えたことを特徴とする車両用補助電源装置。
【請求項５】
前記請求項１乃至４記載の車両用補助電源装置において、
前記制御器は、負荷電圧の所定範囲及び前記電力変換器の所定電流範囲を引き上げる手段を有し、
負荷電圧の所定範囲及び前記電力変換器の所定電流範囲を引き上げる手段は、前記電力変換器と前記負荷が遮断器により接続された後、一定時間の間のみ使用されることを、
特徴とする車両用補助電源装置。
【請求項６】
前記請求項３乃至５記載の車両用補助電源装置において、
前記制御器は、前記電流制御モードの前記電力変換器の出力周波数変化範囲を狭くする手段を有し、
前記電力変換器の出力周波数変化範囲を狭くする手段は、前記電力変換器と前記負荷が遮断器により接続された後、一定時間のみ使用されること
を特徴とする車両用補助電源装置。
【請求項７】
前記請求項１乃至６記載の車両用補助電源装置において、
車両用補助電源装置が動作中の編成同士が併結されることを予め検知する手段と、
前記検知する手段が動作した際に、基本編成側か付属編成側かを判定する手段と、
前記基本編成側か付属編成側かを判定する手段により、付属編成側と判定された場合には、前記遮断器を開放した後、前記電力変換器出力を負荷電圧に同期させ、前記電力変換器出力と負荷電圧が同期された後、前記遮断器を閉じる手段とを、
備えたことを特徴とする車両用補助電源装置。
【請求項８】
前記請求項１乃至６記載の車両用補助電源装置において、
車両用補助電源装置が動作中の編成同士が併結されることを予め検知する手段と、
前記検知する手段が動作した際に、基本編成側か付属編成側かを判定する手段と、
前記基本編成側か付属編成側かを判定する手段により、付属編成側と判定された場合には、前記前記電力変換器のゲートを停止した後、前記制御器に負荷電圧位相を演算させ、前記制御器による演算が完了した後、前記電力変換器のゲートを再起動する手段とを、
備えたことを特徴とする車両用補助電源装置。
【請求項９】
前記請求項７及び請求項８記載の車両用補助電源装置において、
前記負荷編成側から負荷への電力供給がない期間には、前記基本編成側の前記制御器は、負荷電圧の所定範囲及び前記電力変換器の所定電流範囲を引き上げることを
特徴とする車両用補助電源装置。
【請求項１０】
前記請求項７及び請求項８記載の車両用補助電源装置において、
前記負荷編成側から負荷への電力供給がない期間には、前記基本編成側の前記制御器は、前記電流制御モードの前記電力変換器の出力周波数変化範囲を狭くすることを
特徴とする車両用補助電源装置。
【請求項１１】
前記請求項１乃至６記載の車両用補助電源装置において、
車両用補助電源装置が動作中の編成同士が併結されることを予め検知する手段と、
編成同士を接続及び開放する装置間遮断器と、
回線により他編成の電圧位相情報を相互にやり取りする手段とを有し、
編成間で電圧位相が同期した後、前記装置間遮断器を閉じることを、
特徴とする車両用補助電源装置。
【請求項１２】
前記請求項１乃至６記載の車両用補助電源装置において、
車両用補助電源装置が動作中の編成同士が併結されることを予め検知する手段と、
前記電力変換装置の出力周波数変動範囲を広くする手段とを有し、
編成同士が併結された後一定時間前記電力変換装置の出力周波数変動範囲を広くする手段により電力変換装置の出力周波数変動範囲を広くすることを、
特徴とする車両用補助電源装置。
【請求項１３】
前記請求項１乃至１２のうちいずれか１項に記載の車両用補助電源装置において、
前記電力変換器の出力電流を所定電流値に制御して運転を行う際、自己の電力変換器に付属するフィルタコンデンサの充電電流および変圧器の励磁電流を、自己の電力変換器から供給することを特徴とする車両用補助電源装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両用補助電源装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
特許文献１には、互いに並列に接続された複数の電力変換器を備えて構成された交流電源装置において、出力電圧を所定電圧値に制御して運転を行なう電圧制御モードで運転している自己の電力変換器の出力電流が、所定電流範囲内にあることを判定する出力電流判定手段と、出力電流を所定電流値に制御して運転を行なう電流制御モードで運転している自己の電力変換器の出力電圧が、所定電圧範囲内にあることを判定する出力電圧判定手段と、電圧制御モードで運転している自己の電力変換器の出力電流が、予め定めた閾電流値に達した場合に、自己の電力変換器の運転モードを電圧制御モードから電流制御モードへと切り替え、電流制御モードで運転している自己の電力変換器の出力電圧が、予め定めた閾電圧値に達した場合に、自己の電力変換器の運転モードを電流制御モードから電圧制御モードへと切り替える第１の運転切替手段とを、複数の電力変換器にそれぞれ備える交流電源装置が記載されている。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００１−１１２２６１号公報
【発明が解決しようとする課題】
しかし、特許文献１に記載された交流電源装置を搭載した車両の起動時には、既に起動した変圧器が、複数のフィルタコンデンサを充電しなければならないため、既に起動した変圧器に大きな負荷がかかるといった問題や車両を併結させるときに基本編成車両と付属編成車両に設けられた電力変換装置は異なる位相で運転しているため横流が発生するといった問題のために、結果として、車両用補助電源装置の効率が悪くなるという問題がある。そこで、本発明の目的は、効率の良い車両用補助電源装置を提供することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明に基づく車両用補助電源装置は、出力を互いに並列に接続され直流電力を交流電力に変換し負荷に電力を供給する複数の電力変換器と、前記電力変換器の出力電流を検出する電流検出器と、前記電力変換器の出力側に設けられた遮断器と、前記遮断器の負荷側に設けられた電圧検出器と、前記電力変換器を制御する制御器とを有し、前記制御器は、前記電圧検出器及び前記電流検出器により検出された電流値及び電圧値から前記電力変換器の出力電圧を所定電圧値に制御して運転を行なう電圧制御モードと前記電流検出器により検出された前記電力変換器の出力電流を所定電流値に制御して運転を行なう電流制御モードの二つの運転モードを備え、前記制御器が、前記電圧制御モードで前記電力変換器を制御している場合に、前記電流検出器により検出された電流値が予め定めた閾値電流値に達した場合に、前記制御器は、前記電流制御モードに切り換え前記電力変換器を制御し、前記制御器が、前記電流制御モードで前記電力変換器を制御している場合に、前記電圧検出器により検出された電圧値が予め定めた閾値電圧値に達した場合に、前記制御器は、前記電圧制御モードに切り換え前記電力変換器を制御することを特徴とする。
【０００５】
本発明に基づく車両用補助電源装置は、出力を互いに並列に接続され直流電力を交流電力に変換し負荷に電力を供給する複数の電力変換器と、前記電力変換器と負荷の間に設けられ前記電力変換器の運転中にのみ動作する遮断器と、前記遮断器よりも負荷側に設けられた電圧検出器とを有し、前記複数の電力変換器は各々、負荷電圧が所定範囲内にあることを判定する負荷電圧判定手段と、前記負荷電圧判定手段で負荷電圧が所定電圧範囲を逸脱したと判定された場合に、負荷電圧を所定電圧値に制御して運転する手段と、前記電力変換器の出力電流が、所定電流範囲内にあることを判定する電流判定手段と、前記電流判定手段により、電力変換器電流が所定範囲を逸脱したと判定された場合に、変換器電流を所定電流値に制御して運転する手段とを備えることを特徴とする車両用補助電源装置。
【０００６】
【発明の実施の形態】
（第１の実施の形態）
本発明に基づく第１の実施の形態の車両用補助電源装置について図を参照し詳細に説明する。図１は、本発明に基づく第１の実施の形態の車両用補助電源装置の構成図である。図２は、本発明に基づく第１の実施の形態の車両用補助電源装置の運転方法を示すフローチャートである。
なお、本発明に基づく第１の実施の形態の車両用補助電源装置においては、複数の電力変換器が用いられるが、図１では３台の電源補助装置を備えた車両用補助電源装置を代表的に示している。それぞれの電源補助装置の各々を区別する符号（ａ，ｂ，ｃ）については、特に固体を区別する必要のない場合には省略する。
本発明に基づく第１の実施の形態の車両用補助電源装置は、直流電源１，電力変換器２，　電流検出器３，フィルタリアクトル４，フィルタコンデンサ５，変圧器６，遮断器７，電圧検出器８，負荷母線９，負荷１０，制御器１１から構成されている。
このように構成された車両用補助電源装置において、直流電源１は、電力変換器２と接続される。電力変換器２は電流検出器３を介してフィルタリアクトル４と接続される。フィルタリアクトル４は、フィルタコンデンサ５及び変圧器６と接続される。変圧器６は、遮断器７と接続される。遮断器７は、電圧検出器８及び負荷母線９を介して負荷１０と接続される。電流検出器３及び電圧検出器８は、制御器１１と接続される。制御器１１は、電力変換器２と接続される。
【０００７】
このように構成された車両用補助電源装置において、直流電源１から直流電力が電力変換器２に供給される。電力変換器２は、制御器１１から起動を指令された場合に、直流電源１から供給された直流電力を交流電力に変換し出力する。電力変換器２により変換された交流電力は、電流検出器３により電流値を測定され、この電流値は制御器１１へ送られる。電力変換器２により出力された交流電力の高調波は、フィルタリアクトル４から分岐接続しているフィルタコンデンサ５へ流れる。その他の交流電力は、変圧器６側へ供給され、変圧器６により変圧される。変圧器６により変圧された電力は遮断器７が制御器１１からの指令により、投入されている（閉じている）時には、電圧測定器８，負荷母線９を介して負荷１０に電力を供給する。しかし、遮断器７が制御器１１からの指令により切り離されている（開いている）場合には、電圧測定器８，負荷母線９，負荷１０に電力は供給されない。変圧器６により変圧された交流電力は、電圧検出器８により電圧値を測定され、その電圧値は制御器１１に送信される。変圧器６を遮断器７よりも負荷側に配置したことにより、遮断器７が閉じていても母線電圧を測定することができる。
【０００８】
このように構成された車両用補助電源装置において、直流電源１は、集電装置（パンタグラフ）や直流コンデンサなどにより構成されている。
このように構成された車両用補助電源装置において、各変換器２の制御器１１は自機の出力電流・電圧のみ制御し（制御器１１ａは変換器２ａの出力電流・電圧のみを制御し）、他の変換器の制御器との間では信号のやり取りを行なわない。
このように構成された車両用補助電源装置において、制御器１１による電力変換器２の制御モードは、電圧検出器８により得られる負荷電圧振幅を一定に保つ電圧制御モード（以後、ＡＶＲモード）と、電流検出器３により得られる変換器２の電流値を所定の値に保つ電流制御モード（以後、ＡＣＲモード）を有す。尚、ＡＣＲモードには、変換器電流をほぼ０に近い状態にして待機運転をするモード（以後、ＡＣＲ（待機）モード）と、変換器電流をほぼ定格値に近い状態で制御し運転するモード（以後、ＡＣＲ（定格）モード）がある。ＡＶＲモードでは、電圧検出器８により検知される負荷電圧が所定の値になるように制御器１１により制御される。それに対し、ＡＣＲモードでは、電流検出器３により検出された変換器２電流が所定の値になるように、制御器１１により制御されるとともに、電圧検出器８により検出された電圧値から負荷電圧の位相を検知し、自機（制御器１１ａの場合には変換器２ａ）の出力を負荷母線に同期させ、電流を所定の力率に制御する。なお、定常状態においては、複数ある電力変換器２ａ〜２ｃのうち、一台のみがＡＶＲモードで運転して負荷母線電圧を一定に保ち、残りの電力変換器２はＡＣＲモードで運転を行なう。ただし、ＡＶＲモードで制御される電力変換器２は負荷の状態や変換器の起動順序などにより変動するため、１台に限定されるわけではない。
【０００９】
このように構成された車両用補助電源装置において、起動指令が制御器１１ａに与えられると、制御器１１ａは遮断器７ａを投入する（図２のＳ１及びＳ２を参照）。遮断器７ａの投入後、電圧検出器８ａから入力された電圧値から負荷電圧が不足しているか正常かを判断する（Ｓ３）。電圧検出器８ａから入力された電圧値から負荷電圧が正常であると判断した場合には、制御器１１ａは、電力変換器２ａをＡＣＲ（待機）モードで運転するように制御し、引き続き電圧検出器８ａから入力された電圧値から負荷電圧が正常であるか不足しているかを判断する（Ｓ３→Ｓ４→Ｓ３）。尚、電圧検出器８ａから入力された電圧値から負荷電圧が不足していると判断した場合には、制御器１１ａは、電力変換器２ａをＡＶＲモードで運転するように制御し、電力変換器２ａ電流が正常であるかを判断する（Ｓ３→Ｓ６→Ｓ５）。ＡＶＲモードで電力変換器２ａが制御されている場合に、電力変換器２ａ電流が許容範囲より小さい（回生）場合には、制御器１１ａは電力変換器２ａをＡＣＲ（待機）モードで制御する（Ｓ６→Ｓ５→Ｓ４）。ＡＶＲモードで電力変換器２ａが制御されている場合に、電力変換器２ａ電流が許容範囲よりも大きい（過負荷）場合には、制御器１１ａは、電力変換器２ａをＡＣＲ（定格）モードで運転されるように制御し、電圧検出器８ａから入力された電圧値から負荷電圧が正常か過電圧かを判断する（Ｓ６→Ｓ５→Ｓ７→Ｓ８）。
【００１０】
このように構成された車両用補助電源装置は、並列運転のための信号線のやり取りを行なうことなく、安定した運転を行なうことが出来る。
このように構成された車両用補助電源装置は、ＡＣＲ（待機モード）とＡＣＲ（定格）モードを備えているため、効率の良い運転を行なうことが出来る。
（第２の実施の形態）
本発明に基づく第２の実施の形態の車両用補助電源装置について、図３を用いて詳細に説明する。図３は、本発明に基づく第２の実施の形態の車両用補助電源装置の運転方法を示すフローチャートである。なお、図２と同一のものについては同符号を付して説明を書略する。尚本発明に基づく第２の実施の形態の車両用補助電源装置の構成は第１の実施の形態に係る車両用補助電源装置と同一であり、その運転方法が異なるのみである。従って、ここではその構成に関する説明を省略し、運転方法の説明のみを行う。
電力変換器２の起動前、遮断器７は開状態にしておく。制御器１１に起動指令が与えられると、遮断器７は開いたまま、制御器１１は自機出力電圧を徐々に増加させて、フィルタコンデンサ５の充電および変圧器６の励磁を行う（Ｓ１→ｓ９）。この時、電圧検出器８は遮断器７の外側にあるため、電力変換器２の出力電圧はオープンループ制御される。フィルタコンデンサ５の電流のフィードバックループがある場合には、これを生かしておく。このときの電圧指令値は、フィルタコンデンサ５への充電電流や、変圧器６の励磁電流を考慮した状態で、立ち上げ完了時でほぼ定格電圧となるように予め調整しておく。
【００１１】
自機出力電圧を増加させフィルタコンデンサ５の充電及び変圧器６の励磁を行なっている際に、負荷電圧が有るかないかを判定する（Ｓ１０）。電圧検出器８のフィードバック信号により、負荷電圧が無いと判定されれば、運転周波数は制御器１１に内蔵されている発振器（図示しない）により算出され、固定周波数運転となる。電力変換器２の出力電圧が立ち上がった段階で自機の遮断器７を閉じ、負荷に対してＡＶＲモードで給電を開始する（Ｓ１２→Ｓ５）。この時、負荷が過大で自機出力容量をオーバーした場合には、ＡＣＲ（定格）モードに移行する。
フィルタコンデンサ５の充電および変圧器６の励磁を行っている際、電圧検出器８のフィードバック信号により負荷電圧が存在すると判定されれば、その信号に対して電力変換器２の出力電圧を同期させる（ｓ１０→Ｓ１１）。電力変換器２の出力電圧が立ち上がり、負荷電圧に対して同期を行い、位相が一致した状態で自機（電力変換器２ａなら遮断器は７ａ）の遮断器７を閉じ、ＡＣＲ（待機）モードで運転を開始する（Ｓ１１→Ｓ２）。ただし、負荷電圧が存在するものの正常範囲に無い場合にはＡＶＲモードに移行し、負荷母線電圧を正常範囲まで引き上げる（Ｓ３→Ｓ６）。この時、負荷が過大で自機出力容量をオーバーした場合には、ＡＣＲ（定格）モードに移行する（Ｓ５→Ｓ７）。
【００１２】
このように構成された本発明に基づく第２の実施の形態の車両用補助電源装置は、起動時にフィルタコンデンサ５への突入電流や、変圧器６への励磁突入電流、装置間の横流を緩和することができる。
（第３の実施の形態）
本発明に基づく第３の実施の形態の車両用補助電源装置を、図４と図５を用いて説明する。図４は、本発明に基づく第３の実施の形態の車両用補助電源装置の回路構成図である。図５は、本発明に基づく第３の実施の形態の車両用補助電源装置の運転方法を示すフローチャートである。なお、図１乃至３と構造上同一のものについては同符号を付して説明を書略する。
本発明に基づく第３の実施の形態の車両用補助電源装置は、直流電源１，電力変換器２，　電流検出器３，フィルタリアクトル４，フィルタコンデンサ５，変圧器６，遮断器７，電圧検出器８，負荷母線９，負荷１０，制御器１１，運転状態モニター１２から構成されている。
このように構成された車両用補助電源装置において、編成の端にある運転状態モニタ１２は低速の回線を介して各制御器１１と接続される。運転モニタ１２は、運転状態をモニタしており、手動による電力変換器２の運転／停止操作も行えるようになっている。
【００１３】
このように構成された車両用補助電源装置において、運転状態モニタ１２から遮断器７の投入許可信号を各電力変換器２毎に時間差を持たせて出力する（Ｓ１３とＳ１４）。遮断器７への投入許可信号のかわりに、各電力変換器２の起動指令を時間差を持って与えても同じ効果が得られる。起動順序については特に制限はないが、例えば、編成内にて、起動指令を発する運転状態モニタ１２（編成の先頭もしくは最後尾）に近い電力変換器２から順次起動していくといった方法が考えられる。
従来、車両用補助電源装置において、各電力変換器２が全くランダムなタイミングで起動がかかる（例えば、集電装置を架線に接続し、直流電源部１の電圧が立ち上がったら起動する）場合、偶然に複数の電力変換器２が同時に起動する場合も存在していた。偶然複数の電力変換器２が同時に起動した場合、フィルタコンデンサ５の充電および変圧器６の励磁が進行している最中であれば問題はないが、電力変換器２の出力電圧が立ち上がった段階で自機の遮断器７を閉じた時、両者それぞれ自機の制御器１１内の発振器にて周波数制御を行っているため、位相が一致している保証はなく、遮断器７を投入した途端に大きな横流電流が流れる可能性があった。この現象が起きた場合、それぞれの電力変換器はＡＣＲ（定格）モードに移行、位相を一致させるように制御をかけるが、その間、負荷母線電圧は低下した状態になっていた。しかし、本発明に基づく第３の実施の形態の車両用補助電源装置は、起動時に複数の電力変換器２ａ〜２ｃのうち、２台以上が同時に起動することを防止することができるので、横流を防止することができる。
【００１４】
（第４の実施の形態）
本発明に基づく第４の実施の形態の車両用補助電源装置を、図６を用いて詳細に説明する。図６は、本発明に基づく第４の実施の形態の車両用補助電源装置の運転方法を示すフローチャートである。なお、図１乃至５と構造上同一のものについては同符号を付して説明を書略する。尚、本発明に基づく第４の実施の形態の補助電源装置の構成は第３の実施の形態に係る車両用補助電源装置と同一であり、その運転方法が異なるのみである。従って、ここではその構成に関する説明を省略し、運転方法の説明のみを行う。
本発明に基づく第３の実施の形態の車両用補助電源装置により、各電力変換器２の起動もしくは負荷への接続のタイミングに差を持たせた場合、最初に起動した電力変換器２は編成内の全負荷を受け持つことになる。この場合、電力変換器２ａの定格容量をオーバーしていれば、ＡＣＲ（定格）モードに移行させることは先に述べたが、次の電力変換器２ｂが起動してくるまでの間は負荷に対して供給電力が不足しているので電圧が上がらない状態が続くことになる。
そのため、本発明に基づく第４の実施形態の車両用補助電源装置において、各電力変換器２は、整流器負荷やモータ負荷への突入電流を考慮して、短時間の過負荷定格を設定している。
【００１５】
このように構成された車両用補助電源装置において、制御器１１から遮断器７への投入指令を出力してからある一定の時限の間、ＡＶＲモードからＡＣＲ（定格）モードへの移行判定部の判定レベル、およびＡＣＲ（定格）モードでの電流指令設定値を、電力変換器の通常の定格値を考慮した値ではなく、過負荷定格値を考慮した値に引き上げる（Ｓ１２→Ｓ１５）。遮断器７への投入から一定時間が経過した場合には、ＡＣＲ（定格）移行判断レベル及びＡＣＲ（定格）電流指令値を通常値に戻す（Ｓ１７及びＳ１９）。
このように構成された車両用補助電源装置において、遮断器７への投入指令を出力してからある一定の時限の間、ＡＶＲモードからＡＣＲ（定格）モードへの移行判定部の判定レベル、およびＡＣＲ（定格）モードでの電流指令設定値を、電力変換器の通常の定格値を考慮した値ではなく、過負荷定格値を考慮した値に引き上げるので、負荷が要求する電力を十分に賄うことができる。電力変換器２は、負荷が要求する電力を充分に賄うことができるため、起動時においてＡＶＲ→ＡＣＲ（定格）モードへの移行が発生せず、負荷電圧の低下は生じない。
本実施の形態の車両用補助電源装置では、この場合にのみＡＶＲ→ＡＣＲ（定格）モード移行レベルおよびＡＣＲ（定格）モードでの電流指令値を引き上げ動作を行う（Ｓ１５）ように記したが、ＡＣＲモードで立ち上がる電力変換器２に対してこの処置を施しても良い。
【００１６】
また、本実施の形態の車両用補助電源装置では、ＡＶＲ→ＡＣＲ（定格）モード移行の判定レベルおよびＡＣＲ（定格）モードでの電流指令値は、ある時限の後通常の値に戻すように記してある（ｓ１８→Ｓ１９及びＳ１６→Ｓ１７）が、２台目以降の電力変換器２が起動完了したことを検知できれば、その信号を用いて通常レベルに戻してもよい。
このように構成された車両用補助電源装置は、電力変換器２の起動直後に負荷電圧の上昇を速やかに行うことができる。
（第５の実施の形態）
本発明に基づくの第５の実施の形態の車両用補助電源装置を、図７を用いて詳細に説明する。図７は、本発明に基づく第５の実施の形態の車両用補助電源装置の運転方法を示すフローチャートである。なお、図１乃至図６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。尚、本発明に基づく第４の実施の形態の車両用補助電源装置の構成は第３の実施の形態に係る車両用補助電源装置と同一であり、その運転方法が異なるのみである。従って、ここではその構成に関する説明を省略し、運転方法の説明のみを行う。
本発明に基づくの第５の実施の形態の車両用補助電源装置において、各電力変換器２の起動もしくは負荷への接続のタイミングに差を持たせ、最初に起動した電力変換器２ａが編成内の全負荷を受け持ち、定格容量をオーバーしてＡＣＲ（定格）モードに移行した場合を考える。通常のＡＣＲモードでは、運転周波数は負荷９の電圧に対して同期をかけることにより決定されるが、この状態ではＡＶＲモードで運転している電力変換器が存在しないため、運転周波数が安定しなくなる。そこで本発明に基づく第５の実施の形態の車両用補助電源装置では、制御器１１が遮断器７への投入指令を出力してからある一定の時限の間、ＡＣＲ（定格）モードでの運転周波数範囲を狭める、もしくは固定周波数運転とする指令を出す（Ｓ１２→Ｓ２０）。そのため、本実施の形態の車両用補助電源装置は、起動時に周波数変動が大きくなることを防ぐことができる。
【００１７】
本実施の形態の車両用補助電源装置においては、起動後ＡＶＲモードで立ち上がろうとする電力変換器２ａ、すなわち、最初に起動した電力変換器２ａにのみ本発明の処置を行うが、ＡＣＲモードで立ち上がろうとする電力変換器２ｂに対しても行って良い。また、ＡＣＲ（定格）モードでの運転周波数範囲を狭める、もしくは固定周波数運転とする指令は、ある時限の後、解除される（Ｓ２１）が、２台目以降の電力変換器２が起動完了したことを検知できれば、その信号を用いて解除してもよい。
（第６の実施の形態）
本発明に基づく第６の実施の形態の車両用補助電源装置を、図を参照し詳細に説明する。図８は、本発明に基づく第６の実施の形態の車両用補助電源装置の回路構成図である。図９は、本発明に基づく第６の実施の形態の車両用補助電源装置の運転方法を示すフローチャートである。なお、図１乃至図７と構造上同一のものについては同符号を付して説明を書略する。尚図８に示すように、電力変換器２ａ、２ｂが基本編成側、２ｃが付属編成側に搭載されているとして説明を行う。
本発明に基づく第６の実施の形態の車両用補助電源装置は、直流電源１，電力変換器２，　電流検出器３，フィルタリアクトル４，フィルタコンデンサ５，変圧器６，遮断器７，電圧検出器８，負荷母線９，負荷１０，制御器１１，運転状態モニター１２，装置間遮断器１３から構成されている。
【００１８】
従来の車両用補助電源装置（図示しない）は、基本編成側車両と付属編成側車両は全く無関係な位相にて運転を行っているので、編成併結時にそのまま両者の負荷母線を接続すると、過大な横流が発生する可能性があり、横流が発生した場合、位相を同期させるまでの間、負荷母線電圧は低下した状態が継続するという問題が生じる。
本発明に基づく第６の実施の形態の車両用補助電源装置において、編成併結の情報は運転状態モニタ１２ａ及び１２ｃに入る。付属編成となる側の運転状態モニタ１２ｃからの編成併結情報により制御器１０ｃは、遮断器７ｃを開く（Ｓ２２→Ｓ２５）。装置間遮断器１３が閉じられると、付属編成側の負荷も基本編成側の電力変換器２ａ及び２ｂから給電により駆動する。遮断器を開かれた電力変換器２ｃは、位相同期制御を行い自機出力電圧を電圧検出器８ｃの信号に同期させ、同期が完了したら遮断器７ｃを閉じ、負荷電圧が正常範囲なら指令値０にてＡＣＲ（待機）モード、そうでなければＡＶＲモードにて運転を行う（Ｓ１１→Ｓ２→Ｓ３→Ｓ４又はＳ６）。
このように構成された車両用補助電源装置において、基本編成／付属編成の判定は、電力変換装置２の台数が多い方を基本編成、電力変換装置２の台数が少ない方を付属編成とすれば、併結時に一時的に基本編成の電力変換器２で付属編成の負荷もまかなう場合に過負荷になる可能性が低くなるため、電力変換装置２の台数が多いほうを基本編成としたほうが好ましい。両者の電力変換器２の台数が同一であれば、どちらを基本編成側にしても構わないと考えられる。尚、基本編成／付属編成の判定は、前述した運転状態監視装置１３により出力する。
【００１９】
なお、このように構成された車両用補助電源装置は、付属編成側のいずれの運転モードにある電力変換器も、遮断器７を開く対象としたが、ＡＣＲ（待機）モードにある変換器は対象からはずし、ＡＶＲモードにある変換器のみを対象としてもよい。
（第７の実施の形態）
本発明に基づく第７の実施の形態の車両用補助電源装置について、図を参照し詳細に説明する。図１０は、本発明に基づく第７の実施の形態の車両用補助電源装置の運転方法を示すフローチャートである。なお、図１乃至図７と構造上同一のものについては同符号を付して説明を書略する。尚、本発明に基づく第７の実施の形態の車両用補助電源装置の構成は第６の実施の形態の車両用補助電源装置と同一であり、その運転方法が異なるのみである。従って、ここではその構成に関する説明を省略し、運転方法の説明のみを行う。
本発明に基づく第６の実施の形態の車両用補助電源装置は、装置間遮断器１３と遮断器７Ｃとの切り換えのタイミングによって、付属編成側の負荷１０への電力供給が停止する期間が生じたりする可能性がある。そこで本発明に基づく第７の実施の形態の車両用補助電源装置は、編成併結の信号を運転状態モニター１２を介して制御器１１が受信し装置間遮断器１３が閉じられたら、付属編成側の電力変換器２ｃのゲート（図示しない）を一時的に停止させる。電力変換器２ｃのゲートを一時的に停止させた場合に、遮断器１５ｃを開じられているため、付属編成側のフィルタコンデンサ５ｃや変圧器６ｃへの電力も基本編成側の電力変換器２から供給されることになる。制御器１１ｃは電圧検出器８ｃからの信号を元に位相演算を行い、同期が完了したらＡＣＲ（待機）モードにて運転を再開する。
【００２０】
このように構成された車両用補助電源装置は、付属編成側の負荷１０への電力供給が停止する期間をなくすことができる。
このように構成された車両用補助電源装置は、いずれの運転モードにある電力変換器２もゲートを停止する対象としたが、ＡＣＲ（待機）モードにある変換器は対象からはずし、ＡＶＲモードにある変換器のみを対象としてもよい。
（第８の実施の形態）
本発明の第８の実施の形態の車両用補助電源装置を、図を参照し詳細に説明する。図１１は、本発明に基づく第８の実施の形態の車両用補助電源装置の運転方法を示すフローチャートである。なお、図１乃至図１０と構造上同一のものについては同符号を付して説明を書略する。尚、本発明に基づく第８の実施の形態の車両用補助電源装置の構成は第６の実施の形態の車両用補助電源装置と同一であり、その運転方法が異なるのみである。従って、ここではその構成に関する説明を省略し、運転方法の説明のみを行う。
本発明に基づく第６及び第７の実施の形態の車両用補助電源装置において、一時的に基本編成側の電力変換器２ａの負荷が増大し、負荷量によっては出力電流が変換器定格を超え、ＡＣＲ（定格）モードに移行する場合もありうる。この場合、負荷電圧が一時的に低下することになる。また、ＡＶＲモードで運転する変換器２がいなくなるので、周波数の変動が大きくなる可能性もある。
【００２１】
そのため、本発明に基づく第８の実施の形態の車両用補助電源装置において、　制御器１１が編成併結の信号を受信し、なおかつ運転状態モニタ１２により基本編成側であると判定されると、ＡＶＲモード→ＡＣＲ（定格）モードへの移行レベルおよびＡＣＲ（定格）モードでの運転指令を、短時間過負荷定格値を考慮した値に増加させる（Ｓ３４）。また、ＡＣＲ（定格）運転モードでの運転周波数を固定または運転周波数範囲の縮小を行う（Ｓ３６）。これらの動作により、併結動作時、付属編成側電力変換器２が給電停止することに起因する負荷電圧や周波数変動を軽減することができる。ＡＣＲ（定格）モードにおける運転周波数範囲の変更は実施しなくても良い。また、ＡＶＲ→ＡＣＲ（定格）モードへの移行レベルの変更とＡＣＲ（定格）モードでの電流指令値の変更を行わず、ＡＣＲ（定格）モードでの運転周波数範囲の変更のみを実施しても良い。
このように構成された車両用補助電源装置において、ＡＶＲ→ＡＣＲ（定格）モードへの移行レベル、ＡＣＲ（定格）モードでの電流指令値および運転周波数範囲を通常値に戻すタイミングは、併結が完了してから一定時限の後に行う。ただし、付属編成側の電力変換器２が復帰したことを確認する手段があれば、その信号を用いても良い。
【００２２】
このように構成された車両用補助電源装置において、編成併結時に、基本編成側の電力変換装置２が一時的な負荷１０の増大によってＡＶＲモード→ＡＣＲモードへの移行にともない負荷電圧が一時的に低下することを防止することができる。
（第９の実施の形態）
本発明に基づく第９の実施の形態の車両用補助電源装置について、図を参照し詳細に説明する。図１２は、第９の実施の形態に係る車両用補助電源装置の運転方法を示すフローチャートである。なお、図１乃至図１１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。
本発明に基づく第９の実施の形態の車両用補助電源装置において、基本編成側運転状態モニタ１２ａと付属編成側運転状態モニター１２ｃは、低速回線に等により接続され、相互に位相情報のやりとりが可能な構成となっている。そのため、併結時に、両編成間の電圧位相を予め同期させておくことが可能で、編成間の遮断器７ｂを投入した際に、負荷１０に対する電力の供給が途絶えることなく編成の併結が完了する（Ｓ３０→Ｓ３７→Ｓ３８→Ｓ３９）。併結後、しばらくの間はＡＶＲモードで運転する電力変換器２が２機存在することになるが、電力変換器２の個体差により徐々に横流が発生するため、この横流により先にＡＣＲモード移行レベルに到達した電力変換器２がＡＣＲモードに移行する。
【００２３】
このように構成された車両用補助電源装置において、予め基本編成側と付属編成側の電圧位相を同期させておくことが可能であるため、負荷１０に対する電力供給が途絶えることがないという利点がある。
（第１０の実施の形態）
本発明に基づく第１０の実施の形態の車両用補助電源装置について、図を参照し詳細に説明する。図１３は、第１０の実施の形態に係る車両用補助電源装置の運転方法を示すフローチャートである。なお、図１乃至図１２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。尚、その構成は第６の実施の形態に係る車両用補助電源装置と同一であり、その運転方法が異なるのみである。従って、ここではその構成に関する説明を省略し、運転方法の説明のみを行う。
本発明に基づく第１０の実施の形態の車両用補助電源装置は、編成併結時に電発生する横流によりＡＣＲ（定格）モードに電力変換器２ａが移行した場合には、ある一定の時限の間、運転周波数範囲を一時的に拡大することにより、位相同期動作を速やかに完了させる（Ｓ４０→Ｓ４２）。尚、編成併結後、一定時間が経過した場合には、運転周波数範囲を通常に戻す（Ｓ４１）。
【００２４】
このように構成された車両用補助電源装置において、運転周波数範囲を一時的に拡大させることにより、電力変換器２が、ＡＣＲモードからＡＶＲモードに一時的な過電圧によって切り替わることを防止することができる。電力変換器２がＡＣＲモードからＡＶＲモードに一時的な過電圧によって切り替わることを防止できるので、速やかに位相同期動作を行うことができる。
（第１１の実施の形態）
本発明に基づく第１１の実施の形態の車両用補助電源装置について、図を参照し詳細に説明する。図１４は、第１１の実施の形態に係る車両用補助電源装置の運転方法を示すフローチャートである。なお、図１乃至図１３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。尚、その構成は第６の実施の形態に係る車両用補助電源装置と同一であり、その運転方法が異なるのみである。本発明の第１１の実施の形態を、図１４を用いて説明する。その構成は第１の実施の形態に係る車両用補助電源装置と同一であり、その運転方法が異なるのみである。従って、ここではその構成に関する説明を省略し、運転方法の説明のみを行う。
本発明に基づく第１１の実施形態の車両用補助電源装置において、電力変換器２がＡＶＲモードにて運転中に、変換器６電流に予め設定された値以上の進み無効成分が流れた場合には、電流指令値を自機のフィルタコンデンサ５充電電流および変圧器２の励磁電流分を考慮した値に設定して、ＡＣＲ（待機）モードへ移行する。このように設定することにより、待機運転モードにある補助電源ユニットは、負荷母線接続点での電流がほぼ０となり、他の電力変換器２に対して負担をかけずにすむ（Ｓ４２→Ｓ４３）。
【００２５】
このように構成された車両用補助電源装置は、ＡＶＲモードで進み電流を検知した場合にのみ、本実施の形態を適用しているが、ＡＣＲ（待機）モードにある場合は常時適用してもよい。
【００２６】
【発明の効果】
本発明により、効率の良い車両用補助電源装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に基づく第１の実施の形態の車両用補助電源装置の構成図である。
【図２】本発明に基づく第１の実施の形態の車両用補助電源装置の運転方法を示すフローチャートである。
【図３】本発明に基づく第２の実施の形態の車両用補助電源装置の運転方法を示すフローチャートである。
【図４】本発明に基づく第３の実施の形態の車両用補助電源装置の回路構成図である。
【図５】本発明に基づく第３の実施の形態の車両用補助電源装置の運転方法を示すフローチャートである。
【図６】本発明に基づく第４の実施の形態の車両用補助電源装置の運転方法を示すフローチャートである。
【図７】本発明に基づく第５の実施の形態の車両用補助電源装置の運転方法を示すフローチャートである。
【図８】本発明に基づく第６の実施の形態の車両用補助電源装置の回路構成図である。
【図９】本発明に基づく第６の実施の形態の車両用補助電源装置の運転方法を示すフローチャートである。
【図１０】本発明に基づく第７の実施の形態の車両用補助電源装置の運転方法を示すフローチャートである。
【図１１】本発明に基づく第８の実施の形態の車両用補助電源装置の運転方法を示すフローチャートである。
【図１２】本発明に基づく第９の実施の形態の車両用補助電源装置の運転方法を示すフローチャートである。
【図１３】本発明に基づく第１０の実施の形態の車両用補助電源装置の運転方法を示すフローチャートである。
【図１４】本発明に基づく第１１の実施の形態の車両用補助電源装置の運転方法を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１・・・直流電源
２・・・電力変換器
３・・・電流検出器
４・・・フィルタリアクトル
５・・・フィルタコンデンサ
６・・・変圧器
７・・・遮断器
８・・・電圧検出器
９・・・負荷母線
１０・・・負荷
１１・・・制御器
１２・・・運転状態モニター
１３・・・装置間遮断器
【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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