(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
パンタグラフが受けた電力が変圧器を介して供給され、この電力を、電動機を駆動する ための電力に変換するコンバータおよびインバータと、
前記変圧器と前記コンバータとの間に設けられた第１の接触器、及びこの第１の接触器 に並列接続されるとともに互いに直列接続された第２の接触器と抵抗と、
前記コンバータとインバータとの間に設けられた第１の分圧コンデンサおよび第２の分圧コンデンサと、
前記コンバータとインバータとの間に設けられた第１の分圧コンデンサの電圧を検出する第１の電圧検出器および第２の分圧コンデンサの電圧を検出する第２の電圧検出器と、
制御部とを備え、
この制御部は、前記コンバータへゲート指令が出力される前で、前記第２の接触器を閉じるように制御した後、前記第１の接触器を閉じるように制御するまでの間、
前記第１および第２の電圧検出器がそれぞれ検出した第１の電圧値と第２の電圧値の電圧差を演算し、
この演算した電圧差と予め設定された閾値とを比較し、
この比較の結果、電圧差が閾値より大きいときに、前記第１および第２の電圧検出器の少なくとも一方が故障していると判定する
ことを特徴とする車両用制御装置。
【請求項２】
前記変圧器と前記コンバータとの間に設けられた電流検出器とを備え、
前記制御部は、前記コンバータへゲート指令が出力される前で、前記第２の接触器を閉じるように制御した後、前記第１の接触器を閉じるように制御するまでの間に、
前記第１および第２の電圧検出器がそれぞれ検出した第１の電圧値と第２の電圧値が、予め定められた電圧値を満たすか判定し、
予め定められた電圧値を満たしたと判定すると、前記電流検出器が検出した電流値と予め設定された閾値とを比較し、 
この比較の結果、電流値が閾値より大きくないときに、前記電流検出器が故障していると判定する
ことを特徴とする請求項１記載の車両用制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、主に鉄道車両の車両用制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、鉄道車両では、架線から供給される直流電力または交流電力を利用し、搭載す
る電動機を駆動するための電力を得ている。この電力は、同じく車両に搭載された電力変
換装置によって行われる。
【０００３】
架線から供給された直流電力または交流電力は、パンタグラフで受電された後、変圧器
、電量変換装置などの様々な電気回路を経由して電動機に供給されるが、このような電気
回路上には、電圧検出器や電流検出器といったセンサが設けられており、例えば、電気回
路に地絡などの異常が発生していないか、また、電力変換装置が、電動機を駆動するため
の電力を生成する際に利用されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−２７３４５５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記したようにセンサを用いて電気回路の状態を把握する場合、センサ類が正常に動作
していることが前提であることから、このようなセンサが故障していないか検修するため
の専用回路やテストモードを設けていた。しかしながら、検修するための専用回路を設け
ることは装置の大型化につながり、一方、テストモードを用いる場合はこのテストモードを実行させるための状況や環境を整える必要がある。
【０００６】
そこで、本発明では、専用回路やテストモードを用いることなくセンサが故障していな
いか検修することのできる車両用制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
実施形態の車両用制御装置は、パンタグラフが受けた電力が変圧器を介して供給され、この電力を、電動機を駆動するための電力に変換するコンバータおよびインバータと、前記変圧器と前記コンバータとの間に設けられた第１の接触器、及びこの第１の接触器に並列接続されるとともに互いに直列接続された第２の接触器と抵抗と、前記コンバータとインバータとの間に設けられた第１の分圧コンデンサおよび第２の分圧コンデンサと、前記コンバータとインバータとの間に設けられた第１の分圧コンデンサの電圧を検出する第１の電圧検出器および第２の分圧コンデンサの電圧を検出する第２の電圧検出器と、制御部とを備え、この制御部は、前記コンバータへゲート指令が出力される前で、前記第２の接触器を閉じるように制御した後、前記第１の接触器を閉じるように制御するまでの間に、前記第１および第２の電圧検出器がそれぞれ検出した第１の電圧値と第２の電圧値の電圧差を演算し、この演算した電圧差と予め設定された閾値とを比較し、この比較の結果、電圧差が閾値より大きいときに、前記第１および第２の電圧検出器の少なくとも一方が故障していると判定することを特徴とする。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１は、実施形態にかかる車両用制御装置の概略構成を示す図である。
【図２】図２は、第１の実施形態における電圧検出器の状態を判定する処理を示す図である。
【図３】図３は、第２の実施形態における電流検出器の状態を判定する処理を示す図である。
【図４】図４は、第３の実施形態における電流検出器の状態を判定する処理を示す図である。
【図５】図５は、電動機の回転速度とインバータが出力する電流及び電圧との関係を示す図である。
【図６】図６は、第４の実施形態における電圧検出器の状態を判定する処理を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、添付した図面を参照して実施形態にかかる車両用制御装置について説明する。
【００１０】
図１は、鉄道車両に搭載された車両用制御装置１００の概略構成を示している。車両用
制御装置１００は、電力変換装置などの制御およびセンサの故障を検修する機能を有する
制御部１０、架線１３からパンタグラフ１１を介して供給された交流電力を降圧する変圧
器２０、この変圧器２０で降圧された交流電力を直流電力へ変換するコンバータ３０、そ
してコンバータ３０で変換された直流電力を、電動機１２を駆動するための３相交流電力
へ変換するインバータ４０を主な構成としている。
【００１１】
また、車両用制御装置１００は、パンタグラフ１１を介して受けた交流電力が変圧器２
０の１次コイルへ入力するのを遮断するための遮断器５０、変圧器２０の２次コイルとコ
ンバータ３０との間に設けられた接触器５１〜５４、充電抵抗６１と６２、および電流検
出器８１、コンバータ３０とインバータ４０との間に設けられた分圧コンデンサ７１と７
２、放電抵抗６３と６４、および電圧検出器９２と９３、更にインバータ４０と電動機１
２との間に設けられた電流検出器８２を備えている。なお、分圧コンデンサ７１と７２お
よび電圧検出器９２と９３は、それぞれ互いに直列接続されており、更に、電圧検出器９
２と分圧コンデンサ７１はコンバータ３０とインバータ４０との間の直流回路の正極と中
性点との間に、そして分圧コンデンサ７２と電圧検出器９２は前記直流回路の中性点と負
極との間に、それぞれ並列接続されている。
【００１２】
また、変圧器２０の３次コイルには電圧検出器９１が設けられている。
【００１３】
（第１の実施形態）
ここで、図１と図２を用いて上記構成の車両用制御装置１００で実行される電圧検出器
９２と９３の検修動作について説明する。
【００１４】
まず、運転台に設けられた起動スイッチがオンになると、制御部１０は起動指令を受信
する。制御部１０は、起動指令を受信したことに応じて、分圧コンデンサ７１と７２を充
電するために、遮断器５０および接触器５１と５３を閉じる（ステップＳ１１）。この結
果、架線１３からパンタグラフ１１が受けた交流電力は、変圧器２０で降圧された後にコ
ンバータ３０に供給される。そして、変圧器２０からコンバータ３０に入力された交流電
力は、直流電力に変換され、分圧コンデンサ７１と７２に供給される。
【００１５】
このとき、変圧器２０で降圧された交流電力は、接触器５１と５３それぞれに直列接続
されている充電抵抗６１と６２を介してコンバータ２０に供給されることから、分圧コン
デンサ７１と７２には徐々にエネルギー（電荷）が蓄えられることになる。なお、分圧コ
ンデンサ７１と７２への充電が行われている間、制御部１０からコンバータ３０とインバ
ータ４０へはゲート指令が出力されないため、スイッチング素子は全てオフとなっている
。
【００１６】
分圧コンデンサ７１と７２への充電が開始、すなわち遮断器５０および接触器５１と５
３を閉じるように制御した後、制御部１０は、電圧検出器９２と９３それぞれから入力さ
れる電圧値ＶPとＶNとの電圧差Ｖdifを求め、この電圧差Ｖdifと予め設定された閾値Ｖth
とを比較する（ステップＳ１２）。なお、閾値Ｖthは、放電抵抗６３と６４の抵抗値の誤
差や電圧検出器の検出誤差を考慮して設定することが好ましい。また、電圧値ＶPとＶNは
、それぞれコンバータ３０から直流側、すなわちインバータ４０側への出力電圧が分圧コ
ンデンサ７１と７２によって分圧されたそれぞれの電圧値を示している。
【００１７】
この比較の結果、電圧差Ｖdifが閾値Ｖthより大きいことが検出されると（ステップＳ
１２のＹＥＳ）、制御部１０は、電圧検出器９２と９３の少なくとも一方で検出された電
圧値が正しくない、または電圧検出器９２と９３の少なくとも一方が故障していると判定
する（ステップＳ１３）。なお、電圧検出器９２と９３が共に正常であったとしても、ノ
イズ等の影響で検出される電圧値にばらつきが生じることが考えられることから、電圧差
Ｖdifが閾値Ｖthより大きいことが瞬間的に検出されたとしても、「検出された電圧値が
正しくない」または「電圧検出器が故障している」と判定するのではなく、電圧差Ｖdif
が閾値Ｖthより大きい状態が一定時間継続した場合に「検出された電圧値が正しくない」
または「電圧検出器が故障している」と判定するようにしてもよい。
【００１８】
制御部１０は、「検出された電圧値が正しくない」または「電圧検出器が故障している
」と判定すると、コンバータ３０へのゲート信号の出力を行わず、車両用制御装置１００
の起動を中止する（ステップＳ１４）。
【００１９】
一方、電圧差Ｖdifが閾値Ｖthより大きい値を示さない場合、制御部１０は電圧検出器
９２と９３が正常であると判定する（ステップＳ１５）。
【００２０】
以上に説明した制御部１０が実行するステップＳ１２〜ステップＳ１５の処理は、分圧
コンデンサ７１と７２の充電が完了するまで続けられる。具体的には、制御部１０は、電
圧検出器９２と９３から得た電圧値ＶPとＶNが所定の値を示し、分圧コンデンサ７１と７
２の充電が完了したことを検知すると、接触器５２と５４を閉じる制御を行うので、この
制御を行うまで続けられる。
【００２１】
そこで、制御部１０は、接触器５２と５４を閉じるための制御を行っていなければ（ス
テップＳ１６のＮＯ）、ステップＳ１２〜ステップＳ１５の処理を継続し、接触器５２と
５４を閉じるための制御を行うと（ステップＳ１６のＹＥＳ）、電圧検出器９２と９３に
対する検修動作を終了する（ステップＳ１７）。
【００２２】
このように、第１の実施形態では、車両用制御装置１００を起動した後である通常の運
用の中で電圧検出器９２と９３を検修することができるため、検修するための専用回路や
テストモードを設ける必要がなくなり、また、通常の運用が行われているときでも、車両
用制御装置１００の再起動が行われるごとに検修を行うことができるので、検修のために
通常の運用をいったん中止する必要もなくなる。
【００２３】
ところで、電圧検出器９２と９３に対する検修を、遮断器５０および接触器５１と５３
が閉じられてから接触器５２と５４が閉じられるまでの間に限っている。これは、接触器
５２と５４が閉じられた後は、制御部１０からコンバータ３０にゲート信号が出力される
が、その際、制御部１０は電圧検出器９２と９３で検出した電圧値ＶPとＶNに基づき、分
圧コンデンサ７１と７２で均等に分圧されるようゲート信号を調整してしまい、接触器５
２と５４が閉じられた後は、正しく電圧検出器９２と９３を検修できないことを考慮した
ためである。
【００２４】
なお、電圧検出器５２と５４の検修を接触器５２と５４が閉じられるまでとするのでは
なく、制御部１０がコンバータ３０に対してゲート信号を出力するまでとしてもよい。
【００２５】
また、上記説明では、電圧検出器９２と９３が故障していると判定された場合、制御部
１０は、コンバータ３０へのゲート指令の出力を行わないとしているが、ゲート指令の出
力は行い、運転台に設けられている警報ランプ等を用いて運転士に通知を行うとしてもよ
い。
【００２６】
（第２の実施形態）
次に、図１と図３を用いて車両用制御装置１００で実行される電流検出器８１の検修動
作について説明する。
【００２７】
まず、第１の実施形態と同様、運転台に設けられた起動スイッチがオンになると、制御
部１０は起動指令を受信する。制御部１０は、起動指令を受信したことに応じて、分圧コ
ンデンサ７１と７２を充電するために、遮断器５０および接触器５１と５３を閉じる（ス
テップＳ２１）。この結果、架線１３からパンタグラフ１１が受けた交流電力は、変圧器
２０で降圧された後にコンバータ３０に供給される。そして、変圧器２０からコンバータ
３０に入力された交流電力は、直流電力に変換されて分圧コンデンサ７１と７２に供給さ
れる。
【００２８】
制御部１０は、遮断器５０および接触器５１と５３を閉じると、電圧検出器９２と９３
から入力される電圧値ＶPとＶNが０より大きい値を示しているか判定する（ステップＳ２
２）。なお、上記では、制御部１０は、電圧値ＶPとＶNが０より大きい値を示しているか
判定しているが、これに代え、予め定めた０より大きい値である閾値Ｖth2と比較し、こ
の閾値Ｖth2より大きいかで判定してもよい。
【００２９】
制御部１０は、電圧検出器９２と９３から入力される電圧値ＶPとＶNが０である場合は
（ステップＳ２２のＮＯ）、電流検出器８１の検修を実行せず、電圧値ＶPとＶNが０より
大きくなるまで待機する。
【００３０】
一方、制御部１０は、電圧検出器９２と９３から入力される電圧値ＶPとＶNが０より大
きいと判定すると、電流検出器８１から入力される電流値Ｉdetと予め設定された閾値Ｉt
hとを比較する（ステップＳ２３）。これは、分圧コンデンサ７１と７２への充電が開始
され、電圧検出器９２と９３で０より大きな電圧値が検出されている場合は、コンバータ
３０の変圧器２０側に交流電流が流れるはずであることを考慮したためである。なお、閾
値Ｉthは、電流検出器の検出誤差を考慮して設定することが好ましい。
【００３１】
この比較の結果、電流値Ｉdetが閾値Ｉthより大きいことが検出されないと（ステップ
Ｓ２３のＮＯ）、制御部１０は、電流検出器８１が故障していると判定する（ステップＳ
２４）。なお、電流検出器８１が正常であったとしても、ノイズ等の影響で検出される電
流値にばらつきが生じることが考えられることから、電圧差Ｖdifが閾値Ｖth以下の状態
が瞬間的に検出されたとしても、電流検出器が故障していると判定するのではなく、電圧
値Ｉdetが閾値Ｉth以下の状態が一定時間継続した場合に電流検出器が故障していると判
定するようにしてもよい。
【００３２】
そして、制御部１０は、電流検出器が故障していると判定すると、コンバータ３０への
ゲート信号の出力を行わず、車両用制御装置１００の起動を中止する（ステップＳ２５）
。
【００３３】
一方、電流値Idetが閾値Ithより大きい値を示している場合（ステップＳ２６のＹＥＳ
）、制御部１０は電流検出器８１が正常であると判定する（ステップＳ２６）。
【００３４】
以上に説明した制御部１０が実行するステップＳ２３〜ステップＳ２６の処理は、分圧
コンデンサ７１と７２の充電が完了するまで続けられる。つまり、電圧検出器９２と９３
から得た電圧値ＶPとＶNが所定の値を示し充電が完了すると、変圧器２０に交流電流が流
れなくなるためである。
【００３５】
そこで、制御部１０は、接触器５２と５４を閉じるための制御を行っていなければ（ス
テップＳ２７のＮＯ）、ステップＳ２３〜ステップＳ２６の処理を継続し、接触器５２と
５４を閉じるための制御を行うと（ステップＳ２６のＹＥＳ）、電流検出器８１に対する
検修動作をいったん終了する（ステップＳ２８）。
【００３６】
このように、第２の実施形態では、車両用制御装置１００を起動した後である通常の運
用の中で電流検出器８１を検修することができるため、検修するための専用回路やテスト
モードを設ける必要がなくなり、また、通常の運用が行われているときでも、車両用制御
装置１００の再起動が行われるごとに検修を行うことができるので、検修のために通常の
運用をいったん中止する必要もなくなる。
【００３７】
なお、上記説明では、電流検出器８１が故障していると判定された場合、制御部１０は
、コンバータ３０へのゲート指令の出力を行わないとしているが、ゲート指令の出力は行
い、運転台に設けられている警報ランプ等を用いて運転士に通知を行うとしてもよい。
【００３８】
（第３の実施形態）
次に、図１、図４及び図５を用いて車両用制御装置１００で実行される電流検出器８１
の検修動作について説明する。
【００３９】
この第３の実施形態は、分圧コンデンサ７１と７２への充電が完了した後、制御部１０
がコンバータ３０とインバータ４０それぞれに対してゲート信号を出力して電動機１２を
駆動している状態のときに、制御部１０によって実行される電流検出器８１に対する検修
に関するものである。
【００４０】
制御部１０には、運転台に設置されているマスターコントローラによって選択された力
行ノッチ・制動ノッチの情報が通知されるため、制御部１０はこの通知に基づき、力行ノ
ッチのうち最大ノッチが選択されているか確認する（ステップＳ３１）。
【００４１】
この確認で、力行最大ノッチが選択されていない場合（ステップＳ３１のＮＯ）、制御
部１０は、電流検出器８１の検修を行わない。
【００４２】
一方、力行最大ノッチが選択されていることが確認できると（ステップＳ３１のＹＥＳ
）、制御部１０は、電流検出器８２で検出された電流値に基づいて演算した電動機１２の
回転速度が定パワー領域に入っているか確認を行う（ステップＳ３２）。
【００４３】
ここで、定パワー領域について説明する。図５は、力行最大ノッチのときにインバータ
４０から出力される電流値Ｉ、電圧値Ｖと電動機１２の回転速度との関係を纏めたもので
ある。電動機１２の回転速度が上がるにつれ、電流値Ｉが減少し、電圧値Ｖは増加するが
、電動機１２の回転速度がＦＲ1に達すると、それ以降は回転速度が大きくなっても電流
値Ｉと電圧値Ｖは一定の値を示すようになる。このように、電流値Ｉと電圧値Ｖが一定の
値を示す回転速度エリアが定パワー領域となる。
【００４４】
電動機１２の回転速度が定パワー領域にない場合（ステップＳ３２のＮＯ）、すなわち
、電動機１２の回転速度がＦＲ1より小さいとき、制御部１０は、電流検出器８１に対す
る検修は行わず、ステップＳ３１とステップＳ３２の確認処理を継続する。
【００４５】
一方、ステップＳ３２で、制御部１０が電動機１２の回転速度が定パワー領域に入った
ことを確認すると（ステップＳ３２のＹＥＳ）、電流検出器８１から入力された電流値Ｉ
detと予め設定された想定電流値Ｉpreとの電流差Ｉdifを計算し（ステップＳ３３）、こ
の求めた電流差Ｉdifが予め設定された閾値Ｉth2と比較する（ステップＳ３４）。なお、
想定電流値Ｉpreとは、架線１３の定格架線電圧における定パワー領域の電流設定値（図
５の電動機１２の回転速度がＦＲ1より大きいときの電流値Ｉ）から求められる定格２次
電流値と実際の架線１３の電圧から演算される値である。
【００４６】
ステップＳ３４の比較の結果、電流差Ｉdifが予め設定された閾値Ｉth2より小さい場合
（ステップＳ３４のＹＥＳ）、制御部１０は、電流検出器８１が正常であると判定する（
ステップＳ３５）。
【００４７】
一方、電流差Ｉdifが予め設定された閾値Ｉth2以上であるときは（ステップＳ３４のＮ
Ｏ）、制御部１０は、電流検出器８１が故障していると判定する（ステップＳ３６）。
【００４８】
このように、第３の実施形態では、車両用制御装置１００を起動した後である通常の運
用の中で電流検出器８１を検修することができるため、検修するための専用回路やテスト
モードを設ける必要がなくなる。
【００４９】
また、第３の実施形態では、電流検出器８１が故障していると判定された場合、制御部
１０はコンバータ３０とインバータ４０を停止させるのではなく、例えば、運転台に設け
られている警報ランプ等を用いて運転士に通知を行う。
【００５０】
（第４の実施形態）
次に、図１と図６を用いて車両用制御装置１００で実行される電圧検出器９１の検修動
作について説明する。
【００５１】
第４の実施形態では、第１の実施形態または第２の実施形態で説明している分圧コンデ
ンサ７１と７２への充電が完了し、更に、接触器５２と５４が制御部１０によって閉じら
れた後の処理に関するものであるため、接触器５２と５４が制御部１０によって閉じられ
る以前の処理に関する説明は省略する。なお、第１の実施形態および第２の実施形態で実
施している電圧検出器９２と９３並びに電流検出器８１の検修は、この実施の形態におい
ては必須のものではない。
【００５２】
分圧コンデンサ７１と７２への充電が完了すると、制御部１０は接触器５２と５４を閉
じるように制御することから、この制御が行ったかを確認する（ステップＳ４１）。そし
て、接触器５２と５４を閉じると（ステップＳ４１のＹＥＳ）、制御部１０は、変圧器２
０の３次コイルに接続された電圧検出器９１で検出され、入力された電圧値Ｖdetのピー
ク値ＶP-detを求め、更に、制御部１０は、電圧検出器９２と９３で検出され、入力され
た電圧値ＶPとＶNとを加算してコンバータ３０とインバータ４０との間の直流回路の電圧
値Ｖdcを求める（ステップＳ４２）。
【００５３】
制御部１０は、求めたピーク値ＶP-detと直流回路の電圧値Ｖdcとを用い、この２つの
値の差分値Ｖ´difを演算する（ステップＳ４３）。
【００５４】
差分値Ｖ´difが演算されると、制御部１０は、予め設定された閾値Ｖth3と差分値Ｖ´
difとを比較する（ステップＳ４４）。この結果、差分値Ｖ´difが閾値Ｖth3より小さい
場合（ステップＳ４４のＹＥＳ）、制御部１０は、電圧検出器９１が正常であると判定す
る（ステップＳ４５）。このように電圧検出器９１が正常であると判定されると、制御部
１０は、コンバータ３０のゲートスタート、すなわち、コンバータ３０に対してゲート信
号を出力するタイミングになったか判定し（ステップＳ４６）、まだゲート信号を出力す
るタイミングになっていない場合は（ステップＳ４６のＮＯ）、ステップＳ４２に戻って
電圧検出器９１の検修を継続する。
【００５５】
一方、差分値Ｖ´difが閾値Ｖth3以上である場合（ステップＳ４４のＮＯ）、制御部１
０は、電圧検出器９１が故障していると判定し（ステップＳ４７）、コンバータ３０への
ゲート信号の出力を行わず、車両用制御装置１００の起動を中止する（ステップＳ４８）
。
【００５６】
このように、第４の実施形態では、車両用制御装置１００を起動した後である通常の運
用の中で電圧検出器９１を検修することができるため、検修するための専用回路やテスト
モードを設ける必要がなくなり、また、通常の運用が行われているときでも、車両用制御
装置１００の再起動が行われるごとに検修を行うことができるので、検修のために通常の
運用をいったん中止する必要もなくなる。
【００５７】
なお、上記説明では、電圧検出器９１が故障していると判定された場合、制御部１０は
、コンバータ３０へのゲート指令の出力を行わないとしているが、ゲート指令の出力は行
い、運転台に設けられている警報ランプ等を用いて運転士に通知を行うとしてもよい。
【符号の説明】
【００５８】
１０…制御部、２０…変圧器、３０…コンバータ、４０…インバータ、５０…遮断器、
６１，６２，６３，６４…抵抗、７１，７２…分圧コンデンサ、８１，８２…電流検出器
、９１，９２，９３…電圧検出器、１００…車両用制御装置
【図１】
0006335040.tif 000002
【図２】
0006335040.tif 000003
【図３】
0006335040.tif 000004
【図４】
0006335040.tif 000005
【図５】
0006335040.tif 000006
【図６】
0006335040.tif 000007