(57)【要約】【課題】本発明の目的は、電源装置としての安全性能を向上でき，小形化することのできる電気車両用電源装置を提供することにある。【解決手段】架線から電力を供給されるパンタグラフと、前記パンタグラフと接続され前記パンタグラフから供給される架線電力を遮断する接触器と、前記接触器を介して供給された架線電力を三相交流電力に変換するインバータと、前記接触器と直列接続された第１の抵抗と、前記第１の抵抗と直列に接続され、前記第１の抵抗よりも抵抗値の高い第２の抵抗と、前記第１の抵抗と前記第２の抵抗からなる直列回路に並列に接続された第１のスイッチング素子と、前記第２の抵抗と並列接続された第２のスイッチング素子とを備えることを特徴とする電気車用電源装置。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
架線から電力を供給されるパンタグラフと、
前記パンタグラフと接続され前記パンタグラフから供給される架線電力を遮断する接触器と、
前記接触器を介して供給された架線電力を三相交流電力に変換するインバータと、
前記接触器と直列接続された第１の抵抗と、
前記第１の抵抗と直列に接続され、前記第１の抵抗よりも抵抗値の高い第２の抵抗と、
前記第１の抵抗と前記第２の抵抗からなる直列回路に並列に接続された第１のスイッチング素子と、
前記第２の抵抗と並列接続された第２のスイッチング素子と、
を備えることを特徴とする電気車用電源装置。
【請求項２】
架線から電力を供給されるパンタグラフと、
前記パンタグラフと接触され、前記パンタグラフから供給される架線電力を遮断する接触器と、
前記接触器を介して供給された架線電力を三相交流電力に変換するインバータと、
前記接触器と直列に接続された第１の抵抗と、
前記第１の抵抗と直列に接続され、前記第１の抵抗よりも抵抗値の低い第２の抵抗と、
前記第１の抵抗と前記第２の抵抗からなる直列回路に並列に接続された第１のスイッチング素子と、
前記第２の抵抗に並列接続された第２のスイッチング素子と、
を備えることを特徴とする電気車用電源装置。
【請求項３】
前記請求項１及び前記請求項２記載の電気車用電源装置において、
前記第１のスイッチング素子と前記第２のスイッチング素子が、ＩＧＢＴであることを特徴とする電気車用電源装置。
【請求項４】
前記請求項１及び前記請求項２記載の電気車用電源装置において、
前記第１のスイッチング素子と前記第２のスイッチング素子が、ＩＥＧＴであることを特徴とする電気車用電源装置。
【請求項５】
前記請求項１及び請求項２記載の電気車用電源装置において、
意図しないコンデンサーからの電流流出を防ぐために前記接触器と前記インバータの間に配置されたダイオードとを、
備えていることを特徴とする電気車用電源装置。
【請求項６】
前記請求項１記載の電気車用電源装置において、
前記第１の抵抗の抵抗値を１０倍した値よりも、前記第２の抵抗の抵抗値の値のほうが大きいことを
特徴とする電気車用電源装置。
【請求項７】
前記請求項１記載の電気車用電源装置において、
前記第２の抵抗の抵抗値を１０倍した値よりも、前記第１の抵抗の抵抗値の値のほうが大きいことを
特徴とする電気車用電源装置。
【請求項８】
前記請求項１記載の電気車用電源装置において、
前記インバータの故障により過電流が発生した際に、前記第１のスイッチング素子をオフにし、前記第１の抵抗により過電流を減流した後に、前記接触器を開き、前記接触器を開いた後に、前記第２のスイッチング素子をオフにすることを、特徴とする電気車用電源装置。
【請求項９】
前記請求項２記載の電気車用電源装置において、
前記インバータの故障により過電流が発生した際に、前記第１のスイッチング素子をオフにし、前記第２の抵抗により過電流を減流した後に、前記接触器を開き、前記接触器を開いた後に、前記第２のスイッチング素子をオフにすることを、特徴とする電気車用電源装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電気車用電源装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の電気車用電源装置は、特許第２６３５５４９号に開示されているように、インバータがアーム短絡事故を起こした場合に、電流の流れる経路を、サイリスタにより切り換え、直流電源側のエネルギーを抵抗で消費させ、架線電力を接触器により完全に遮断するという技術が知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来の電気車用電源装置は、インバータがアーム短絡事故を起した場合に、サイリスタを切り替えるタイミングが少しでもずれてしまうと、切り替えに失敗してしまうという問題があるため、遮断能力と遮断速度の大きな大形の接触器が必要不可欠であった。また、インバータがアーム短絡事故を起した場合に、サイリスタに高い電流が流れることから、サイリスタにも非常に性能の良いものが必要とされ、コストも高いという問題もあった。
そこで、本発明の目的は、電源装置としての安全性能を向上でき，小形化することのできる電気車両用電源装置を提供することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明に基づく電気車用電源装置は、架線から電力を供給されるパンタグラフと、前記パンタグラフと接続され前記パンタグラフから供給される架線電力を遮断する接触器と、前記接触器を介して供給された架線電力を三相交流電力に変換するインバータと、前記接触器と直列接続された第１の抵抗と、前記第１の抵抗と直列に接続され、前記第１の抵抗よりも抵抗値の高い第２の抵抗と、前記第１の抵抗と前記第２の抵抗からなる直列回路に並列に接続された第１のスイッチング素子と、前記第２の抵抗と並列接続された第２のスイッチング素子とを備えることを特徴とする。
本発明に基づく電気車用電源装置は、架線から電力を供給されるパンタグラフと、前記パンタグラフと接触され、前記パンタグラフから供給される架線電力を遮断する接触器と、前記接触器を介して供給された架線電力を三相交流電力に変換するインバータと、前記接触器と直列に接続された第１の抵抗と、前記第１の抵抗と直列に接続され、前記第１の抵抗よりも抵抗値の低い第２の抵抗と、前記第１の抵抗と前記第２の抵抗からなる直列回路に並列に接続された第１のスイッチング素子と、前記第２の抵抗に並列接続された第２のスイッチング素子とを備えることを特徴とする。
【０００５】
【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の実施の形態の電気車用電源装置について、図を参照し詳細に説明する。図１は、本発明に基づく第１の実施の形態の電気車用電源装置の構成図である。なお、図中の矢印は、信号が送られる向きを示している。
本発明に基づく第１の実施の形態の電気車用電源装置は、パンタグラフ１，電磁接触器２，リアクトル３，抵抗値が６．６Ωの第１の抵抗４，第１の抵抗よりも抵抗値の高い抵抗値が２００Ωの第２の抵抗５，フィルターコンデンサ６，第１のスイッチング素子であるＩＧＢＴ７，電力を変換するインバータ８，第２のスイッチング素子であるＩＧＢＴ９，制御回路１０，制御電源１１，電磁接触器１２により構成されている。
このように構成された第１の実施の形態の電気車用電源装置において、パンタグラフ１は、電磁接触器２と接続されている。電磁接触機２は、リアクトル３と接続されている。リアクトル３は、抵抗４及び抵抗５と直列接続される。抵抗４と抵抗５からなる直列回路と並列にＩＧＢＴ７が接続されている。ＩＧＢＴ９は、抵抗５と並列接続される。尚、抵抗４は、電磁接触器１２とも接続されている。抵抗５は、フィルターコンデンサ６とインバータ８と接続されている。制御回路１０は、電磁接触器２，ＩＧＢＴ７，ＩＧＢＴ９，電磁接触器１２と接続されている。制御電源１１は、制御回路１０と接続され制御回路１０に電力を供給している。
【０００６】
このように構成された第１の実施の形態の電気車用電源装置の電車が起動するさいには、パンタグラフ１は、架線（図示しない）から電力を受け取る。制御回路１０は、電磁接触器２に接点閉指令を出力し、電磁接触器１２に接点開信号を出力する。パンタグラフ１が、架線から供給された電力は、電磁接触器２を介してリアクトル３へと供給される。リアクトル３に供給された電力は、抵抗４，抵抗５を介してフィルターコンデンサ６を充電する。フィルターコンデンサ６が充電されると、ＩＧＢＴ７及びＩＧＢＴ９に制御回路１０からオン指令が入力される。ＩＧＢＴ７及びＩＧＢＴ９は制御回路１０からのオン指令に従ってオン状態となる。ＩＧＢＴ７及びＩＧＢＴ９がオン状態となると、リアクトル３から供給されている電力のうち大部分は、ＩＧＢＴ７を介してインバータ８へ供給される。インバータ８は、供給された電力を三相交流電力に変換する。インバータ８が、アーム短絡事故を起した場合、制御回路１０は、ＩＧＢＴ７へＯＦＦ指令を出力する。ＩＧＢＴ７は、制御回路１０からのＯＦＦ指令にしたがってオフ状態となる。ＩＧＢＴ７がオフ状態となると、リアクトル３から供給されている電力は、抵抗４，ＩＧＢＴ９を流れる。抵抗４によりリアクトル３から供給されている電力の電流の値が下がってから、制御回路１０は、電磁接触器２へ接点開指令を出力し、パンタグラフ１を介して架線から供給される電力を遮断する。電気車が一時停車時または停車時には、制御回路１０は、電磁接触器２に接点開指令を出力し、電磁接触器１２には、接点閉指令を出力する。電磁接触器１２は、接点閉指令に従い接点を閉じる。電磁接触器１２が閉じた後に、制御回路１０は、ＩＧＢＴ９にオフ指令を出力する。ＩＧＢＴ９は、制御回路１０からのオフ指令に基づきオフ状態となる。フィルターコンデンサ６に蓄積された電力は、抵抗５，電磁接触器１２を介して電車外へ供給される。
【０００７】
このように構成された第１の実施の形態の電気車用電源装置において、従来の電気車用電源装置の複雑な回路配置にくらべ、単純な構成とすることができる。回路配置を単純化することができるので、製造にかかるコストも削減することができる。
このように構成された第１の実施の形態の電気車用電源装置において、第１のスイッチング素子と第２のスイッチング素子のスイッチングのタイミングが、インバータが起動する前であれば、同時でも良いし、第２のスイッチング素子を後からスイッチングさせても良いという利点があるため、従来の電気車用電源装置において、第１のサイリスタをオンするタイミングと第２のサイリスタオフするタイミングを同時にしなければならないという問題を解決することができる。また、第１の実施の形態の電気車用電源装置は、スイッチングのタイミングが、多少ずれても問題がないため、スイッチングを失敗する可能性が大幅に軽減した。スイッチングに失敗する可能性が大幅に軽減されたため、電磁接触器の大きさや能力も小さいもので良い。
このように構成された第１の実施の形態の電気車用電源装置において、インバータ８でアーム短絡事故が起こった場合に、抵抗値の低い抵抗４を介して電力が、インバータ８へ流れるため、電流値を軽減してから電磁接触器２を開くことができるため、安全性を向上させることができる。
【０００８】
このように構成された第１の実施の形態の電気車用電源装置のインバータ８でアーム短絡事故が起こった場合に、ＩＧＢＴ９は、電磁接触器２が接点を開いてからオフ状態となるため、ＩＧＢＴ９部での過電圧発生を抑制することができる。
このように構成された第１の実施の形態の電気車用電源装置において、インバータ８でアーム短絡事故が起こった場合に、ＩＧＢＴ９は、電磁接触器２が接点を開いてからオフ状態となるため、ＩＧＢＴ９に過電圧が発生することもない。また、ＩＧＢＴ９は、電磁接触器２が接点を開いてからオフ状態となるため、従来の電気車用電源装置と比べ、スイッチング素子が故障する確率も大幅に軽減される。
（第２の実施の形態）
本発明に基づく第２の実施の形態の電気車用電源装置について、図を参照し詳細に説明する。図２は、本発明に基づく第２の実施の形態の電気車用電源装置の構成図である。なお、図１に記載したもの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２の実施の形態の電気車用電源装置は、パンタグラフ１，電磁接触器２，リアクトル３，抵抗４，抵抗４よりも抵抗値の高い抵抗５，フィルターコンデンサ６，電力を変換するインバータ８，制御回路１０，制御電源１１，電磁接触器１２，第１のスイッチング素子であるＩＧＢＴ１３，第２のスイッチング素子であるＩＧＢＴ１４により構成されている。
【０００９】
このように構成された第２の実施の形態の電気車用電源装置において、抵抗４よりも抵抗値の高い抵抗５は、リアクトル３と接続されリアクトル３から電力を受け取る。抵抗５は、ＩＧＢＴ１４と抵抗４と接続されている。ＩＧＢＴは、リアクトル３と接続されている。
このように構成された第２の実施の形態の電気車用電源装置において、フィルターコンデンサ６を充電する際には、リアクトル３から供給される電力は、抵抗５，抵抗４，を介してフィルターコンデンサ６へ供給される。フィルターコンデンサ６が充電されると、ＩＧＢＴ１３とＩＧＢＴ１４には制御回路１０からオン指令が入力される。ＩＧＢＴ１３及びＩＧＢＴ１４は、制御回路１０からのオン指令指令に基づきオンされる。ＩＧＢＴ１３がオン状態にあるため、リアクトル３からは、ＩＧＢＴ１３を介してインバータ８へと電力が供給される。インバータ８がアーム短絡事故を起した場合、ＩＧＢＴ１３には、ＯＦＦ指令が制御回路１０から入力される。ＩＧＢＴ１３は制御回路１０からのＯＦＦ指令にしたがいＯＦＦ状態になる。ＩＧＢＴ１３がＯＦＦ状態となるため、リアクトル３からＩＧＢＴ１４，抵抗４を介してインバータ８に電力が供給される。
【００１０】
このように構成された第２の実施の形態の電気車用電源装置は、従来の電気車用電源装置の複雑な回路配置にくらべ、単純な構成とすることができる。回路配置を単純化することができるので、製造にかかるコストも削減することができる。このように構成された第２の実施の形態の電気車用電源装置において、インバータ８でアーム短絡事故が起こった場合に、ＩＧＢＴ９は、電磁接触器２が接点を開いてからオフ状態となるため、従来の電気車用電源装置と比べ、スイッチング素子が故障する確率も大幅に軽減される。
（第３の実施の形態）
本発明に基づく第３の実施の形態の電気車用電源装置について、図を参照し詳細に説明する。図３は、本発明に基づく第３の実施の形態の電気車用電源装置の構成図である。図４は、本発明に基づく第３の実施の形態の電気車用電源装置の構成図である。図５は、本発明に基づく第３の実施の形態の電気車用電源装置の構成図である。なお、図１に記載したもの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３の実施の形態の電気車用電源装置は、パンタグラフ１，電磁接触器２，リアクトル３，抵抗４，抵抗５，フィルターコンデンサ６，第１のスイッチング素子であるＩＧＢＴ７，電力を変換するインバータ８，第２のスイッチング素子であるＩＧＢＴ９，制御回路１０，制御電源１１，電磁接触器１２，ダイオード１５により構成されている。
【００１１】
このように構成された電気車用電源装置において、ダイオード１５は、ＩＧＢＴ７，ＩＧＢＴ９，インバータ８と接続されている。
このように構成された電気車用電源装置において、ダイオード１５は、パンタグラフ１が架線から離線をした時に、フィルターコンデンサ６に充電された電力が、リアクトル３，電磁接触器２を介してパンタグラフ１と電気的に接続されている他のインバータ（図示しない）に電力が供給されるのを防ぐ。
このように構成された電気車用電源装置において、パンタグラフ１が離線した場合においても、フィルターコンデンサ６に充電されている電力が意図に反し放電されることがなくなるので、インバータ８がアーム短絡事故を起したさいに、ＩＧＢＴ９をオフするための電力が確保できるので、安全性を向上させることができる。
本発明に基づく第３の実施の形態の電気車用電源装置は、図４及び図５に示すように、ダイオード１５はリアクトル３，ＩＧＢＴ７，インバータ８の直流側入力端との間に直列に接続されていれば良いので、図３に示すようなダイオード１５の配置のみに限定はしない。
このように構成された第３の実施の形態の電気車用電源装置において、インバータ８でアーム短絡事故が起こった場合に、ＩＧＢＴ９は、電磁接触器２が接点を開いてからオフ状態となるため、従来の電気車用電源装置と比べ、スイッチング素子が故障する確率も大幅に軽減される。
【００１２】
（第４の実施の形態）
本発明に基づく第４の実施の形態の電気車用電源装置について、図を参照し詳細に説明する。図６は、本発明に基づく第４の実施の形態の電気車用電源装置の構成図である。図７は、本発明に基づく第４の実施の形態の電気車用電源装置の構成図である。図８は、本発明に基づく第４の実施の形態の電気車用電源装置の構成図である。なお、図１に記載したもの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４の実施の形態の電気車用電源装置は、パンタグラフ１，電磁接触器２，リアクトル３，抵抗４，抵抗５，フィルターコンデンサ６，電力を変換するインバータ８，制御回路１０，制御電源１１，電磁接触器１２，第１のスイッチング素子であるＩＧＢＴ１３，第２のスイッチング素子であるＩＧＢＴ１４，ダイオード１５により構成されている。
このように構成された電気車用電源装置において、ダイオード１５は、ＩＧＢＴ７，ＩＧＢＴ１３，インバータ８と接続されている。
このように構成された電気車用電源装置において、ダイオード１５は、パンタグラフ１が架線から離線をした時に、フィルターコンデンサ６に充電された電力が、リアクトル３，電磁接触器２を介してパンタグラフ１と電気的に接続されている他のインバータ（図示しない）に電力が供給されるのを防ぐ。
【００１３】
本発明に基づく第４の実施の形態の電気車用電源装置は、図７及び図８に示すように、ダイオード１５はリアクトル３，ＩＧＢＴ１３，インバータ８の直流側入力端との間に直列に接続されていれば良いので、図６に示すようなダイオード１５の配置のみに限定はしない。
このように構成された第４の実施の形態の電気車用電源装置において、インバータ８でアーム短絡事故が起こった場合に、ＩＧＢＴ９は、電磁接触器２が接点を開いてからオフ状態となるため、従来の電気車用電源装置と比べ、スイッチング素子が故障する確率も大幅に軽減される。
本発明に基づく電気車用電源装置において、アーム短絡事故が起こった際に、抵抗を介して電流値を落としてから電磁接触器を開くため、安全性を向上させることができる。
【００１４】
【発明の効果】
本発明に基づく電気車用電源装置は、電源装置としての安全性能を向上でき，小形化することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に基づく第１の実施の形態の電気車用電源装置の構成図。
【図２】本発明に基づく第２の実施の形態の電気車用電源装置の構成図。
【図３】本発明に基づく第３の実施の形態の電気車用電源装置の構成図。
【図４】本発明に基づく第３の実施の形態の電気車用電源装置の構成図。
【図５】本発明に基づく第３の実施の形態の電気車用電源装置の構成図。
【図６】本発明に基づく第４の実施の形態の電気車用電源装置の構成図。
【図７】本発明に基づく第４の実施の形態の電気車用電源装置の構成図。
【図８】本発明に基づく第４の実施の形態の電気車用電源装置の構成図。
【符号の説明】
１・・・パンタグラフ
２・・・電磁接触器
３・・・リアクトル
４・・・抵抗
５・・・抵抗
６・・・フィルターコンデンサ
７・・・ＩＧＢＴ
８・・・インバータ
９・・・ＩＧＢＴ
１０・・・制御回路
１１・・・制御電源
１２・・・電磁接触器
１３・・・ＩＧＢＴ
１４・・・ＩＧＢＴ
１５・・・ダイオード
【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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