(57)【要約】【課題】補助電源装置の一部が故障しても電力の出力減少を生じることなく重量面の増加およびコスト面の増加も抑制できる鉄道車両用補助電源装置を提供することである。【解決手段】電源に対して並列に接続された２台のインバータと、２台のインバータの出力が直列となるように一次側を接続する出力トランスと、２台のインバータのいずれかのインバータの待機用として設けられた待機用インバータと、２台のインバータのいずれかのインバータが故障したとき故障インバータから待機用インバータに切り換える切換用接触器とを備える。【選択図】  図１
2007336750.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電源に対して並列に接続された２台のインバータと、２台のインバータの出力が直列となるように一次側を接続する出力トランスと、２台のインバータのいずれかのインバータの待機用として設けられた待機用インバータと、２台のインバータのいずれかのインバータが故障したとき故障インバータから待機用インバータに切り換える切換用接触器とを備えたことを特徴とする鉄道車両用補助電源装置。
【請求項２】
前記切換用接触器は、前記待機用インバータの入出力側に設けられ、２台のインバータのいずれかのインバータを前記待機用インバータに切り換えることを特徴とする請求項１記載の鉄道車両用補助電源装置。
【請求項３】
電源に対して直列に接続された２台のインバータと、２台のインバータの出力が直列となるように一次側を接続する出力トランスと、２台のインバータのいずれかのインバータの待機用として設けられた待機用インバータと、２台のインバータのいずれかのインバータが故障したとき故障インバータから待機用インバータに切り換える切換用接触器とを備えたことを特徴とする鉄道車両用補助電源装置。
【請求項４】
前記切換用接触器は、前記待機用インバータの入力側および出力側に、少なくとも２台のインバータのいずれかのインバータと切り換えるための切換用接触器を備えたことを特徴とする請求項３記載の鉄道車両用補助電源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鉄道車両の照明や空調装置に電力を供給する鉄道車両用補助電源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、鉄道車両用補助電源装置においては、架線から電力を受け取り、電気車に照明や空調装置などの電源を供給する。このような鉄道車両用補助電源装置においては、冗長系を有するために１編成に２台以上の補助電源装置を搭載するか、予備用の補助電源装置を待機させている。
【０００３】
図３は従来の鉄道車両用補助電源装置の一例の説明図である。図３では１編成に２台の補助電源装置１１ａ、１１ｂが搭載されている場合を示している。２台の補助電源装置１１ａ、１１ｂは常時動作しており、負荷接触器１２ａ、１２ｂを介して負荷系統１３ａ、１３ｂに電力を供給している。通常時においては融通接触器１４は開いている。
【０００４】
いま、補助電源装置１１ａが故障したとすると、負荷接触器１２ａが切り離され融通接触器１４が閉路される。これにより、負荷系統１３ａに対し補助電源装置１１ｂから電源融通を行う。この場合、補助電源装置１１ｂで負荷系統１３ａ、１３ｂの双方を負担することになるので、出力電力が不足することになる。そこで、負荷系統１３ａ、１３ｂに接続されるサービス機器の約半分をカットして、最小のサービス低下で運転を継続する方法が採られている。
【０００５】
図４は従来の鉄道車両用補助電源装置の他の一例の説明図である。この一例は、２台の補助電源装置１１ａ、１１ｂに加え予備用の補助電源装置１１ｃを有している。通常時は、予備用の補助電源装置１１ｃの負荷接触器１２ｃは開いており、２台の補助電源装置１１ａ、１１ｂから負荷接触器１２ａ、１２ｂを介して負荷系統１３に電力を供給している。いま、補助電源装置１１ａが故障したとすると、負荷接触器１２ａが切り離され、負荷接触器１２Ｃが閉じて予備用の補助電源装置１１ｃから負荷系統１３に電力が供給される。これにより、負荷系統１３への電力の供給が不足することはないので、安定して負荷系統１３に電力を供給できる。
【０００６】
ここで、補助電源装置１１の故障を分析すると、出力トランスといったものの故障率は非常に低く皆無といってもよい。逆にインバータ装置やその周辺の電子装置の故障率が高い。従って、故障率の高い部分を予備装置として具備しておき、故障が発生したときにその予備装置に切り換えるようにしたものがある（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００５−１６８１３５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、図３に示すものでは、いずれかの補助電源装置が故障したときに電力の供給が低下するのでサービス低下が発生する。また、図４に示すものでは、待機予備用の補助電源装置を別に準備しなければならないので、重量が大きくなりコストも高くなる。さらに、特許文献１のものでは、直列多重インバータ装置内に２台のインバータを用意して２台１組でインバータユニットを構成するようになっているのでコスト高となる。すなわち、待機予備用に２台のインバータを１組としたインバータユニットを用意する必要がありコスト高となる。
【０００８】
本発明の目的は、補助電源装置の一部が故障しても電力の出力減少を生じることなく重量面の増加およびコスト面の増加も抑制できる鉄道車両用補助電源装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係わる鉄道車両用補助電源装置は、電源に対して並列に接続された２台のインバータと、２台のインバータの出力が直列となるように一次側を接続する出力トランスと、２台のインバータのいずれかのインバータの待機用として設けられた待機用インバータと、２台のインバータのいずれかのインバータが故障したとき故障インバータから待機用インバータに切り換える切換用接触器とを備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、出力減少を伴うこともなく、重量面の増加を最少にできだけでなくコスト面の増加も最小にできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
（第１の実施の形態）
図１は本発明の第１の実施の形態に係わる鉄道車両用補助電源装置の構成図である。電源は、図示省略の架線およびパンタグラフを通して遮断器１５を介して入力される。遮断器１５を介して得られた電源は、フィルタリアクトル１６および充電電流抑制部１７を通り、それぞれ入力側の接触器１８ａ、１８ｂおよびフィルタコンデンサ１９ａ、１９ｂを介して２台１組のインバータ２０ａ、２０ｂに入力される。同様に、入力側の接触器１８ｃおよびフィルタコンデンサ１９ｃを介して待機用インバータ２０ｃに入力される。２台１組のインバータ２０ａ、２０ｂおよび待機用インバータ２０ｃは、電源に対して並列に接続されている。
【００１２】
また、２台１組のインバータ２０ａ、２０ｂは、出力側の接触器２１ａ、２１ｂおよび交流フィルタ２２ａ、２２ｂを介して出力トランス２３に接続される。出力トランス２３に一次側は、２台１組のインバータ２０ａ、２０ｂの出力が直列となるように接続されている。待機用インバータ２０ｃの出力側には２台の接触器２１ｃ１、２１ｃ２が接続され、待機用インバータ２０ｃは接触器２１ｃ１を介して交流フィルタ２２ａに接続され、接触器２１ｃ２を介して交流フィルタ２２ｂに接続されている。
【００１３】
入力側の各々接触器１８ａ、１８ｂ、１８ｃおよび出力側の各々の接触器２１ａ、２１ｂ、２１ｃ１、２１ｃ２は、２台１組のインバータ２１ａ、２１ｂのいずれかのインバータが故障したときに、切換用の接触器として動作し、故障インバータから待機用インバータ２０ｃに切り換えるように開閉動作される。
【００１４】
いま、２台１組のインバータ２１ａ、２１ｂが稼動しており、待機用インバータ２０ｃが待機しているとする。この状態では、入力側の接触器１８ａ、１８ｂおよび出力側の接触器２１ａ、２１ｂは閉じており、入力側の接触器１８ｃおよび出力側の接触器２１ｃ１、２１ｃ２は開いている。
【００１５】
この状態で、インバータ２０ａが故障したとすると、入力側の接触器１８ａおよび出力側の接触器２１ａを開き、インバータ２０ａを切り離すとともに、入力側の接触器１８ｃおよび出力側の接触器２１ｃ１を閉じて、待機用インバータ２０ｃを接続する。これにより、故障したインバータ２０ａから待機用インバータ２０ｃに切り換える。
【００１６】
一方、２台のインバータ２１ａ、２１ｂが稼動しており、待機用インバータ２０ｃが待機している状態で、インバータ２０ｂが故障したとすると、入力側の接触器１８ｂおよび出力側の接触器２１ｂを開き、インバータ２０ｂを切り離すとともに、入力側の接触器１８ｃおよび出力側の接触器２１ｃ２を閉じて、待機用インバータ２０ｃを接続する。これにより、故障したインバータ２０ｂから待機用インバータ２０ｃに切り換える。
【００１７】
以上の説明では、切換対象となったインバータ２０ａ、２０ｂの入力側の接触器１８ａ、１８ｂおよび出力側の２１ａ、２１ｂを開いて、切換対象となったインバータ２０ａ、２０ｂを切り離すようにしたが、切換対象となったインバータの動作を停止（ゲートブロック）するようにしてもよい。その場合には、必ずしも入力側の接触器１８ａ、１８ｂおよび出力側の２１ａ、２１ｂを開かなくともよい。また、待機用インバータ２０ｃも待機中は動作を停止（ゲートブロック）しておき、切り換え時にオンするようにしてもよい。つまり、接触器は少なくとも待機用インバータ２０ｃの出力側に切り換え用として２台の接触器２１ｃ１、２１ｃ２を設ければよい。
【００１８】
第１の実施の形態によれば、電源に並列に２台１組のインバータ２０ａ、２０ｂが接続され、出力トランス２３で多重接続されたインバータユニットに対し、待機用インバータ２０ｃを待機予備として構成し、２台１組のインバータ２０ａ、２０ｂのいずれかが故障したときに接触器２１ｃ１、２１ｃ２で切り換えを行うので、待機用インバータ２０ｃは、２台１組の一方のインバータ２０ａが故障した際も、他方のインバータ２０ｂが故障した際も双方に対応できる。すなわち、２台１組のインバータ２０ａ、２０ｂのうちのどちらのインバータの故障時にも、その待機用インバータ２０ｃと入れ換えることができる。従って、２台１組の待機用のインバータユニットを用意する必要がなくなるので、重量が軽くなりコストも軽減される。
【００１９】
（第２の実施の形態）
図２は本発明の第２の実施の形態に係わる鉄道車両用補助電源装置の構成図である。この第２の実施の形態は、図１に示した第１の実施の形態に対し、電源に対して並列に接続された２台のインバータに代えて、電源に対して直列に接続された２台のインバータを備えたものである。図１と同一要素には同一符号を付し重複する説明は省略する。
【００２０】
図２において、２台１組のインバータ２０ａ、２０ｂは電源に対して直列接続されている。インバータ２０ａは入力側の接触器１８ａ１を介して電源と接続され、インバータ２０ａとインバータ２０ｂとは入力側の接触器１８ａ２、１８ｂ１を介して直列接続され、インバータ２０ｂは入力側の接触器１８ｂ２を介して接地されている。また、待機用インバータ２０ｃは、入力側に４個の接触器１８ｃ１〜１８ｃ４を有し、２台１組のインバータ２０ａ、２０ｂのいずれのインバータが故障した場合であっても、２台１組のインバータ２０ａ、２０ｂに直列接続できるようになっている。
【００２１】
いま、２台１組のインバータ２１ａ、２１ｂが稼動しており、待機用インバータ２０ｃが待機しているとする。この状態では、入力側の接触器１８ａ１、１８ａ２、１８ｂ１、１８ｂ２および出力側の接触器２１ａ、２１ｂは閉じており、入力側の接触器１８ｃ１〜１８ｃ４および出力側の接触器２１ｃ１、２１ｃ２は開いている。
【００２２】
この状態で、インバータ２０ａが故障したとすると、入力側の接触器１８ａ１、１８ａ２および出力側の接触器２１ａを開き、インバータ２０ａを切り離すとともに、入力側の接触器１８ｃ２、１８ｃ３および出力側の接触器２１ｃ１を閉じて、待機用インバータ２０ｃを接続する。これにより、故障したインバータ２０ａから待機用インバータ２０ｃに切り換える。
【００２３】
一方、２台のインバータ２１ａ、２１ｂが稼動しており、待機用インバータ２０ｃが待機している状態で、インバータ２０ｂが故障したとすると、入力側の接触器１８ｂ１、１８ｂ２および出力側の接触器２１ｂを開き、インバータ２０ｂを切り離すとともに、入力側の接触器１８ｃ１、１８ｃ４および出力側の接触器２１ｃ２を閉じて、待機用インバータ２０ｃを接続する。これにより、故障したインバータ２０ｂから待機用インバータ２０ｃに切り換える。
【００２４】
以上の説明では、切換対象となったインバータ２０ａ、２０ｂの入力側の接触器１８ａ１、１８ａ２、１８ｂ１、１８ｂ２および出力側の２１ａ、２１ｂを開いて、切換対象となったインバータ２０ａ、２０ｂを切り離すようにしたが、切換対象となったインバータの動作を停止（ゲートブロック）するようにしてもよい。その場合には、必ずしも入力側の接触器１８ａ１、１８ａ２、１８ｂ１、１８ｂ２および出力側の２１ａ、２１ｂを開かなくともよい。また、待機用インバータ２０ｃも待機中は動作を停止（ゲートブロック）しておき、切り換え時にオンするようにしてもよい。つまり、接触器は少なくとも待機用インバータ２０ｃの出力側に切り換え用として２台の接触器２１ｃ１、２１ｃ２を設ければよい。
【００２５】
第２の実施の形態によれば、電源に直列に２台１組のインバータ２０ａ、２０ｂが接続され、出力トランス２３で多重接続されたインバータユニットに対し、待機用インバータ２０ｃを待機予備として構成し、２台１組のインバータ２０ａ、２０ｂのいずれかが故障したときに接触器２１ｃ１、２１ｃ２で切り換えを行うので、待機用インバータ２０ｃは、２台１組の一方のインバータ２０ａが故障した際も、他方のインバータ２０ｂが故障した際も双方に対応できる。すなわち、２台１組のインバータ２０ａ、２０ｂのうちのどちらのインバータの故障時にも、その待機用インバータ２０ｃと入れ換えることができる。従って、２台１組の待機用のインバータユニットを用意する必要がなくなるので、重量が軽くなりコストも軽減される。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係わる鉄道車両用補助電源装置の構成図。
【図２】本発明の第２の実施の形態に係わる鉄道車両用補助電源装置の構成図。
【図３】従来の鉄道車両用補助電源装置の一例の説明図。
【図４】従来の鉄道車両用補助電源装置の他の一例の説明図。
【符号の説明】
【００２７】
１１…補助電源装置、１２…負荷接触器、１３…負荷系統、１４…融通接触器、１５…遮断器、１６…フィルタリアクトル、１７…充電電流抑制部、１８…入力側接触器、１９…フィルタコンデンサ、２０ａ、２０ｂ…インバータ、２０ｃ…待機用インバータ、２１…出力側接触器、２２…交流フィルタ、２３…出力トランス
【図１】
2007336750.tif 000003
【図２】
2007336750.tif 000004
【図３】
2007336750.tif 000005
【図４】
2007336750.tif 000006