(57)【要約】【課題】ＰＴやＣＴと制御装置間を完全に無線化して、小型化、低コスト化した電力変換装置の制御装置を提供すること。【解決手段】電力変換器の入力電圧を検出するためのセンサ及び電子回路から成る電圧検出器１４ａと、前記電力変換器で駆動される負荷に流れる電流を検出するためのセンサ及び電子回路から成る電流検出器と、前記電圧検出器１４ａ或いは電流検出器の出力情報に基づき、前記電力変換器を構成する自己消弧型半導体素子に駆動信号を供給する制御手段を備えており、前記電圧検出器或いは電流検出器内に、該電圧検出器或いは電流検出器の電子回路を駆動するための二次電池１４０１と、検出した電圧或いは電流を前記自己消弧型半導体素子の制御手段に伝送するための無線伝送手段１４０５ａを備えた。【選択図】        図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電力変換器の入力電圧を検出するためのセンサ及び電子回路から成る電圧検出器と、
前記電力変換器で駆動される負荷に流れる電流を検出するためのセンサ及び電子回路から成る電流検出器と、
前記電圧検出器或いは電流検出器の出力情報に基づき、前記電力変換器を構成する自己消弧型半導体素子に駆動信号を供給する制御手段を備えた電力変換器の制御装置において、
前記電圧検出器或いは電流検出器内に、該電圧検出器或いは電流検出器の電子回路を駆動するための二次電池を備えたことを特徴とする電力変換器の制御装置。
【請求項２】
電力変換器の入力電圧を検出するためのセンサ及び電子回路から成る電圧検出器と、
前記電力変換器で駆動される負荷に流れる電流を検出するためのセンサ及び電子回路から成る電流検出器と、
前記電圧検出器或いは電流検出器の出力情報に基づき、前記電力変換器を構成する自己消弧型半導体素子に駆動信号を供給する制御手段を備えた電力変換器の制御装置において、
前記電圧検出器或いは電流検出器内に、該電圧検出器或いは電流検出器の電子回路を駆動するための二次電池と、検出した電圧或いは電流を前記自己消弧型半導体素子の制御手段に伝送するための無線伝送手段を備えたことを特徴とする電力変換器の制御装置。
【請求項３】
請求項１又は請求項２において、前記電圧検出器或いは電流検出器内に、前記二次電池を充電するための充電手段を備え、該充電手段は前記二次電池の充電電力を、前記自己消弧型半導体素子の制御手段から伝送される信号から得るようにしたことを特徴とする電力変換器の制御装置。
【請求項４】
請求項１又は請求項２において、前記充電手段は前記二次電池の充電電力を、前記電圧検出器或いは電流検出器の外部から供給するようにしたことを特徴とする電力変換器の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、鉄道車両用インバータ装置の制御装置に関し、特に制御に必要な電圧、電流を検出する装置の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の鉄道車両用インバータ装置の制御装置は、架線電圧やフィルタコンデンサ電圧を検出する電圧検出器（以下、ＰＴと呼ぶ）と、架線電流や電動機電流を検出する電流検出器（以下、ＣＴと呼ぶ）を備えており、これらの出力に基づいて制御を行っている。
【０００３】
以下、直流鉄道車両用インバータ装置の制御装置の一例を図７以下を用いて説明する。
架線の直流電力は、パンタグラフ１、高速度遮断器２、断流器３，及び並列接続された断流器４と抵抗器５を介して、リアクトル６（以下、フィルタリアクトルと呼ぶ）、コンデンサ７（以下、フィルタコンデンサと呼ぶ）から成るフィルタ回路に入力され、このフィルタ回路で平滑化された直流電力がインバータ装置８に供給される。
インバータ装置８はインバータ制御装置１１から出力されるＰＷＭ信号ＳＰＷＭに基づいて前記直流電力を可変電圧、可変周波数の３相交流電力に変換し、誘導電動機９に供給する。
【０００４】
一方、ＰＴ１２ａは抵抗器１２１ａを介して前記高速度遮断器２と断流器３の接続部と、グランド間に挿入され架線電圧Ｅｓを検出し、ＰＴ１２ｂは抵抗器１２１ｂを介してフィルタコンデンサ７の両端に接続されフィルタコンデンサ電圧Ｅｃｆを検出する。
また、ＣＴ１３ａ，１３ｂ，１３ｃはインバータ装置８と誘導電動機９を接続する３相の配線にそれぞれ挿入され、誘導電動機９に流れる各相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗを検出し、ＣＴ１３ｄはインバータ装置８とグランド線間に挿入され架線電流Ｉｓを検出する。
【０００５】
更に、速度信号発生器１０は誘導電動機９の回転軸に取り付けられ、回転数に応じた速度信号ＳＰＧを出力する。
インバータ制御装置１１は上記ＰＴ１２ａ，１２ｂと、ＣＴ１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄ及び速度信号発生器１０の情報を取り込み、これに基づいて前記ＰＷＭ信号ＳＰＷＭを生成する。
【０００６】
ここで、本従来例では各検出器からの情報をインバータ制御装置１１に取り込むため、ＰＴ１２ａ，１２ｂについては図８に示すように出力信号（Ｅｓ，Ｅｃｆ）配線と、インバータ制御装置１１内に信号変換のためのバッファ回路１１１ａやアナログ／デジタル変換回路（以下、Ａ／Ｄ変換回路と呼ぶ）１１２ａが必要であり、また、ＣＴ１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄについては図９に示すように出力信号（Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗ，Ｉｓ）配線、電源（Ｐ１５，Ｍ１５，ＣＯＭ）配線と、インバータ制御装置１１内に信号変換のためのバッファ回路１１１ｂ、Ａ／Ｄ変換回路１１２ｂ及び電源回路１１３が必要である。
【０００７】
同様に速度信号発生器１０についても出力信号（ＳＰＧ）配線、電源配線と、インバータ制御装置１１内に信号変換のためのバッファ回路及び電源回路が必要である。
インバータ制御装置１１では上記各検出器から取り込んだ情報を共通の演算部１１０で処理し、最終的にＰＷＭ信号ＳＰＷＭを出力する。
【０００８】
このように、上記従来例では信号配線や電源配線の製作、実装による材料、工数の増加と、バッファ回路やＡ／Ｄ変換回路等の回路規模増加がインバータ制御装置１１の小型化、低コスト化を阻む一つの要因になっていた。
このため、特許文献１記載の鉄道車両用インバータ制御装置において、ＰＴ及びＣＴにバッファ回路やＡ／Ｄ変換回路を備え、この出力信号をシリアル伝送化することにより制御装置に接続する信号配線本数を削減する方式が提案されている。
【０００９】
【特許文献１】
特開２００２−３４２６３号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
鉄道車両用インバータ装置の制御装置では、より一層の小型化、低コスト化のため、省線化による部品点数削減と工数低減を図っている。
これに対し、速度信号発生器１０については最近の速度センサレス制御技術の向上により速度信号発生器１０そのものを削除できる可能性がでてきた。
しかし、ＰＴやＣＴについては上記特許文献１記載のように、出力信号をシリアル伝送化することで、かなりの省線化は図れるものの、最低限の信号配線と電源配線が不可欠のため、完全な無線化は不可能である。
【００１１】
また、同公知例に記載のシリアル伝送化のためのハードウェアを追加することにより、ＰＴにおいては従来１０ｍＡ程度の消費電流を測定個所から供給していたのに対し、ハードウェアの追加により消費電流が約１０倍に増加するため、別途電源が必要となり、従来不要だった電源配線が必要になるといった問題がある。
本発明の目的は、ＰＴやＣＴと、制御装置間を完全に無線化するより、更なる小型化、低コスト化を可能とする車両用電力変換器の制御装置を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の電力変換装置の制御装置は、電力変換器の入力電圧を検出するためのセンサ及び電子回路から成る電圧検出器１４ａと、前記電力変換器で駆動される負荷に流れる電流を検出するためのセンサ及び電子回路から成る電流検出器と、前記電圧検出器或いは電流検出器の出力情報に基づき、前記電力変換器を構成する自己消弧型半導体素子に駆動信号を供給する制御手段を備えており、前記電圧検出器１４ａ或いは電流検出器内に、該電圧検出器或いは電流検出器の電子回路を駆動するための二次電池１４０１を備えたことを特徴とする。
【００１３】
また、電力変換器の入力電圧を検出するためのセンサ及び電子回路から成る電圧検出器と、前記電力変換器で駆動される負荷に流れる電流を検出するためのセンサ及び電子回路から成る電流検出器と、前記電圧検出器或いは電流検出器の出力情報に基づき、前記電力変換器を構成する自己消弧型半導体素子に駆動信号を供給する制御手段を備えており、前記電圧検出器或いは電流検出器内に、該電圧検出器或いは電流検出器の電子回路を駆動するための二次電池と、検出した電圧或いは電流を前記自己消弧型半導体素子の制御手段に伝送するための無線伝送手段を備えたことを特徴とする。
【００１４】
さらに前記において、前記電圧検出器或いは電流検出器内に、前記二次電池を充電するための充電手段を備え、該充電手段は前記二次電池の充電電力を、前記自己消弧型半導体素子の制御手段から伝送される信号から得るようにしたことを特徴とする。
さらに前記において、前記充電手段は前記二次電池の充電電力を、前記電圧検出器或いは電流検出器の外部から供給するようにしたことを特徴とする。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面を用いて説明する。
図１に本発明の一実施形態による直流鉄道車両用インバータ制御装置を示す。ここで、前記図７と同符号のものは同様のため説明を省略する。
図１において、ＰＴ１４ａ，１４ｂは図７に示す従来のＰＴ１２ａ，１２ｂと同様に架線電圧Ｅｓ及びフィルタコンデンサ電圧Ｅｃｆを検出し、検出した情報を無線信号によってインバータ制御装置１１に伝送する。
また、ＣＴ１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄは図７に示す従来のＣＴ１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄと同様に誘導電動機９に流れる３相の電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗ及び架線電流Ｉｓを検出し、検出した情報を無線信号によってインバータ制御装置１１に伝送する。
インバータ制御装置１１では従来と同様にこれらの電圧、電流及び速度情報に基づいて自己消弧型半導体素子より成るインバータ装置８を駆動するためのＰＷＭ信号ＳＰＷＭを生成する。
【００１６】
次に、電圧の検出方法についてＰＴ１４ａを例にとり詳細に説明する。
図２に本発明のＰＴの一構成例を示す。
図示のＰＴは、従来と同様に入力２０００Ｖ時に１０Ｖの電圧を出力する（架線電圧１５００Ｖの場合）センサ部１４００と二次電池１４０１、二次電池１４０１で駆動されるＡ／Ｄ変換回路１４０２ａ，１４０２ｂ、演算手段１４０３、無線シリアル通信手段１４０４、無線送受信アンテナ１４０５ａ，１４０５ｂ、及び二次電池充電用抵抗器１４０６、ダイオード１４０７、スイッチ１４０８から成り、演算手段１４０３がこれらを統括管理する。
【００１７】
図３に演算手段１４０３の処理をフローチャートで示す。
演算手段１４０３は、まず、ステップ１００において、受信アンテナ１４０５ｂ及び無線シリアル通信手段１４０４を介してインバータ制御装置１１からのデータ送信要求を受信した場合、ステップ１０１において、センサ部１４００から出力される架線電圧ＥｓをＡ／Ｄ変換回路１４０２ａを介して取り込み、無線シリアル通信手段１４０４及び送信アンテナ１４０５ａを介してインバータ制御装置１１に送信する。
【００１８】
ステップ１００において、インバータ制御装置１１からのデータ送信要求がなかった場合、或いはステップ１０１を実行した場合は、次に、ステップ１０２において、二次電池の出力電圧ＥｂをＡ／Ｄ変換回路１４０２ｂを介して取り込み、この電圧が予め定めた電圧下限値を下回った場合、ステップ１０３において、スイッチ１４０８を閉じて充電を開始する。
ステップ１０２において、電池の出力電圧Ｅｂが電圧下限値以上の場合は、ステップ１０４において、電池の出力電圧Ｅｂが予め定めた電圧上限値を上回っているか判断し、上回っている場合、ステップ１０５において、スイッチ１４０８を開いて充電を止める。
【００１９】
ステップ１０４において、電池の出力電圧Ｅｂが電圧上限値以下の場合、スイッチ操作は行わず、それまでの状態を維持する。
以上のように、本実施例によればＰＴに二次電池と無線通信手段を実装することにより、ＰＴとインバータ制御装置間の配線の無いインバータ制御装置を実現することができる。
【００２０】
ここで、本実施例のセンサ部１４００から二次電池を充電するために供給可能な電流は１０ｍＡ程度であるが、追加したハードウェアの消費電流は最大約１５０ｍＡ（無線通信時）であり、状況によっては十分な充電ができないことも考えられる。
このため、本インバータ制御装置１１の稼動時間を１日当たり１６時間程度と仮定すると約２．４Ａｈの容量を持った二次電池を装備し、稼動時間内に二次電池が使用不可能な状態まで放電することを防止する必要がある。
【００２１】
図４は二次電池１４０１の充電方法に関する別の実施形態を示す。
本実施例では、受信信号ＲｘＤを絶対値手段１４０９で直流に変換し、二次電池１４０１に充電電力として供給する構成とした。これにより、車両停止時や惰行時など充電可能なあらゆる条件下でインバータ制御装置１１より充電用のダミー信号を送信し、二次電池が使用不可能な状態まで放電することを防止することができる。
【００２２】
図５は二次電池１４０１の充電方法に関する更に別の実施形態を示す。
本実施例では、外部からの充電用コネクタ１４１０を装備した。これにより、１日の稼動が終了した後に外部から充電することが可能となり、二次電池が使用不可能な状態まで放電することを防止することができる。
以上のように、本実施例によればＰＴに実装した二次電池が使用不可能な状態まで放電することを防止できるため、保守性を向上することができると共に最低限の容量の二次電池を実装すればよいので低コスト化が図れる。
【００２３】
続いて、電流の検出方法についてＣＴ１５ａを例にとり説明する。
図６に本発明のＣＴの一構成例を示す。
図示のＣＴは、従来と同様に入力２０００Ａ時に１０Ｖの電圧を出力するセンサ部１５００とセンサ部１５００に±１５Ｖを供給する電源部１５１０、二次電池１５０１、二次電池１５０１で駆動されるＡ／Ｄ変換回路１５０２ａ，１５０２ｂ、演算手段１５０３、無線シリアル通信手段１５０４、無線送受信アンテナ１５０５ａ，１５０５ｂと、二次電池充電用抵抗器１５０６、ダイオード１５０７、スイッチ１５０８、及び絶対値手段１５０９から成り、演算手段１５０３がこれらを統括管理する。
ここで、演算手段１５０３の処理は、図３に示す前記ＰＴ１４ａの演算手段１４０３の処理と同様のため説明を省略する。
【００２４】
二次電池１５０１の充電方法に関しては前記図４に示す実施例と同様に、受信信号ＲｘＤを絶対値手段１５０９で直流に変換し、二次電池１５０１に充電電力として供給することにより、車両停止時や惰行時など充電可能なあらゆる条件下でインバータ制御装置１１より充電用のダミー信号を送信し、二次電池が使用不可能な状態まで放電することを防止することができる。
また、図５に示す実施例と同様に外部からの充電用コネクタを装備することにより、１日の稼動が終了した後に外部から充電するようにしても良い。
【００２５】
以上のように、本実施例によればＣＴに二次電池と無線通信手段を実装することにより、ＣＴとインバータ制御装置間の配線の無いインバータ制御装置を実現することができる。
また、ＣＴに実装した二次電池が使用不可能な状態まで放電することを防止できるため、保守性を向上することができると共に最低限の容量の二次電池を実装すればよいので低コスト化が図れる。
【００２６】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、ＰＴやＣＴとインバータ制御装置間を完全に無線化することができ、これにより小型化、低コスト化できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態を示す図。
【図２】本発明のＰＴの一構成例を示す図。
【図３】演算手段の処理を示すフローチャート。
【図４】本発明のＰＴの他の構成例を示す図。
【図５】本発明のＰＴの他の構成例を示す図。
【図６】本発明のＣＴの一構成例を示す図。
【図７】従来の実施形態を示す図。
【図８】従来のＰＴの構成を示す図。
【図９】従来のＣＴの構成を示す図。
【符号の説明】
１  パンタグラフ
２  高速度遮断機
３，４  断流器
５  抵抗器
６  フィルタリアクトル
７  フィルタコンデンサ
８  インバータ装置
９  誘導電動機
１０  速度信号発生器
１１  インバータ制御装置
１４００，１５００  センサ部
１４０１，１５０１  二次電池
１４０３，１５０３  演算手段
１４０４，１５０４  無線シリアル通信手段
１４０９，１５０９  絶対値回路
【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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