(57)【要約】【課題】  インバータ式の車両用電源装置に特有の、ＬＣ共振による入力過電圧の誤検知を排除することができる車両用電源装置を提供することである。【解決手段】  実施形態の車両用電源装置は、電源１と接続され、電源１より供給される入力電流を変換して、出力電流として出力するインバータ９と、インバータ９の入力電流側に接続され、電源１より供給される電流を整流するためのリアクトル３と、リアクトル３とインバータ９の間に接続され、入力電圧平準化用のコンデンサ４と、リアクトル３と並列に接続され、リアクトル３の短絡を可能とする電磁開閉器６ａと、リアクトル３の入力側に接続され、電源１からの入力電圧を検出する電圧検出器５と、電圧検出器５、電磁開閉器６ａ、インバータ９と接続され、電圧検出器５からの情報を電圧変化演算器に入力し、電圧変化演算器の演算結果より電磁開閉器６ａを操作する制御装置８を有している。【選択図】  図１
2012080663.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電源と接続され、前記電源より供給される入力電流を変換して、出力電流として出力するインバータと、
前記インバータの入力電流側に接続され、前記電源より供給される電流を整流するためのリアクトルと、
前記リアクトルと前記インバータの間に接続され、入力電圧平準化用のコンデンサと、
前記リアクトルと並列に接続され、前記リアクトルの短絡を可能とする電磁開閉器と、
前記リアクトルの入力側に接続され、前記電源からの入力電圧を検出する電圧検出器と、
前記電圧検出器、前記電磁開閉器、前記インバータと接続され、前記電圧検出器からの情報を電圧変化演算器に入力し、前記電圧変化演算器の演算結果より前記電磁開閉器を操作する制御装置と、
を有する車両用電源装置
【請求項２】
前記制御装置は、前記電圧検出器で検出される入力電圧が別途定める規定値を超えることが前記電圧変化演算器によって判定されたとき、前記制御装置からの指令により前記電磁開閉器の接点を閉路し、前記リアクトルを短絡状態にすることで、前記リアクトルと前記コンデンサとによるＬＣ共振よって発生するＬＣ共振電圧が前記電源からの入力電圧に重畳し、その電圧が入力電圧の許容範囲の上限値付近である場合に、前記ＬＣ共振電圧の重畳によって実際の前記電源からの入力電圧よりも高いと誤まった判断をして過電圧異常検知による停止を防止する請求項１記載の車両用電源装置。
【請求項３】
前記リアクトルを短絡させることの手段として、半導体スイッチを使用する請求項１記載または２記載の車両用電源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、車両用電源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、架線からの入力電圧が車両用電源装置に印加され、印加された入力電圧が入力電圧許容範囲の上限電圧付近であった場合は、車両用電源装置に備わっているリアクトルとコンデンサからＬＣ共振が発生する。そのＬＣ共振によって発生するＬＣ共振電圧が入力電圧に重畳した場合に、車両用電源装置の制御部が回路内への電圧が入力過電圧になっていると誤判定しないように、車両用電源装置では、上記の入力電圧範囲上限値や過電圧保護閾値のような値を高く設定したり、または、判定を意図的に遅らせるなど時間的遅延を持たせたりする等の方策で回避していた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平８−２５１７０１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来の車両用電源装置のＬＣ共振電圧が発生した際の入力過電圧の誤検知の回避方策では、過電圧と判定するための入力電圧上限値や過電圧保護閾値といった閾値と、実際に印加される入力電圧とに乖離があるため、車両用電源装置の耐電圧を高くする必要が生じる、判定に時間的遅延を持たせた場合は、実時間での過電圧異常の検知ができないなどの弊害があった。
【０００５】
本発明が解決しようとする課題は、インバータ式の車両用電源装置に特有の、ＬＣ共振による入力過電圧の誤検知を排除することができる車両用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】
【０００６】
実施形態の車両用電源装置は、電源と接続され、電源より供給される入力電流を変換して、出力電流として出力するインバータと、インバータの入力電流側に接続され、電源より供給される電流を整流するためのリアクトルと、リアクトルとインバータの間に接続され、入力電圧平準化用のコンデンサと、リアクトルと並列に接続され、リアクトルの短絡を可能とする電磁開閉器と、リアクトルの入力側に接続され、電源からの入力電圧を検出する電圧検出器と、電圧検出器、電磁開閉器、インバータと接続され、電圧検出器からの情報を電圧変化演算器に入力し、電圧変化演算器の演算結果よ電磁開閉器を操作する制御装置を有している。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】第１の実施形態の車両用電源装置の構成図。
【図２】第１の実施形態の制御装置の構成図。
【図３】第１の実施形態の入力電圧と、ＬＣ共振電圧と、過電圧保護閾値との関係を示す図。
【図４】第２の実施形態の車両用電源装置の構成図。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、実施形態の電源装置について図面を参照して説明する。
【０００９】
（第１の実施形態）
第１の実施形態について図を参照し、詳細に説明する。図１は、第１の実施形態の車両用電源装置の構成図である。図２は、第１の実施形態の制御装置の構成図である。図３は、第１の実施形態の入力電圧と、ＬＣ共振電圧と、過電圧保護閾値との関係を示す図である。
【００１０】
（構成）
図１に示す車両用電源装置１０は、インバータ装置９動作用のチョークコイルとして用いるリアクトル３と、架線１から集電するための集電器２と、その集電器２からの図示しない入力電圧変動を平準化させるためのコンデンサ４と、リアクトル３を短絡させるように接続した電磁開閉器６の接点６ａと、電磁開閉器６の接点６ａを操作するための操作コイル６ｂと、架線１から集電するための集電器２で得られた入力電圧２０を計測する電圧検出器５と、電圧検出器５の出力信号５ａを入力する制御装置８と、制御装置８に内蔵された電圧変化演算器４０を具備している。なお、制御装置８は前記電磁開閉器６の接点６ａを操作するための操作コイル６ｂを動作させる機能も持つ。
【００１１】
ここで、図１での架線１および集電器２は架空電車線とパンタグラフとで図示しているが、例えば、第三軌条および集電靴などの組み合わせでも良い。
【００１２】
（作用）
次に、図１、図２及、図３を用いて動作を説明する。図１に示すように架線１から集電器２を介して得られた入力電圧２０を監視する電圧検出器５の出力信号５ａは、電圧変化演算器４０に入力される。電圧変化演算器４０は、入力された入力電圧２０をもとに逐次、電圧変化を監視する。ここで、電圧変化演算部４０で行われている監視方法について図２を用いて説明する。
【００１３】
まず、電圧検出器５から出力される信号５ａは分岐器４１に入力される。分岐器４１に入力された５ａは、二つの系統の信号（４１ａ、４１ｂ）に分岐される。分岐した信号４１ａは微分器４２に入力され、もう一方の信号４１ｂは可変ゲイン乗算器４５に入力される。
【００１４】
微分器４２に入力された信号４１ａは、微分され、電圧検出器５の出力信号５ａの変化率に応じた、例えばアナログ信号（４２ａ）として出力される。微分器４２より出力される信号４２ａは比較器（ア）４３に入力され、比較器（ア）４３において予め設定されている変化率判定基準４４と比較される。信号４２ａと変化率判定基準４４を比較し、信号４２ａが大きい期間は、比較器（ア）４３から比較結果信号（ア）４３ａが出力され、可変ゲイン乗算器４５へ入力される。また、比較器（ア）４３での比較結果が正の場合（変化率判定基準４４＞信号４２ａ）は、比較結果信号（ア）４３ａは正の電圧を出力するものとする。一方で、分岐器４１から出力されるもうひとつの系統の信号４１ｂは、可変ゲイン乗算器４５に入力される。
【００１５】
この可変ゲイン乗算器４５は、比較器（ア）４３から出力された電圧４３ａが例えば正の期間のみ、入力信号にゲインを乗算した値（信号４５ｂ）を算出する。これによって、変化率基準４４より大きい変化率を際立たせることが可能になる。変ゲイン乗算器４５の出力信号４５ｂは比較器（イ）４６に入力される。比較器（イ）４６には、予め設定される過電圧保護閾値４７が入力され、信号４５ｂと比較する。比較結果が、信号４５ｂが過電圧保護閾値４７よりも大きい場合は、正常動作の範囲に入力電圧があるとして電磁開閉器操作指令８ａは、電磁開閉器６の閉鎖指令を制御装置８から電磁開閉器６へ出力する。また、比較結果が、過電圧保護閾値４７が信号４５ｂ以上の値の場合は、車両用電源装置内が過電圧になってとして電磁化開閉器操作指令８ａは、電磁開閉器６の開放指令を制御装置８から電磁開閉器６へ出力する。
【００１６】
以上の動作により、過電圧保護閾値２４の近傍になったことを検知した場合、前記制御装置８の電磁開閉器開閉指令８ａによって電磁開閉器６の操作コイル６ｂを操作し、電磁開閉器６の接点６ａを閉極する。これにより、リアクトル３は電磁開閉器６の接点６ａによって短絡状態となり、コンデンサ４とによるＬＣ共振回路が構成されなくなり、そのＬＣ共振電圧２１の重畳を排除し、入力過電圧と判断しての誤停止を防止することが可能となる。
【００１７】
（効果）
以上述べた実施形態の電源装置によれば、ＬＣ共振を誘発する回路構成を強制的に排除することで、入力過電圧と判断しての誤停止を防止することが可能となる。
【００１８】
（第２の実施形態）
第２の実施形態について図を参照し、詳細に説明する。図４は、第２の実施形態の車両用電源装置の構成図である。尚、図１乃至３と同一の構成をとるものについては、同符号を付して説明を省略する。
【００１９】
本実施形態は、第１の実施形態とは、第１の実施の形態に示した電磁開閉器６の接点６ａならびに前記電磁開閉器６の操作コイル６ｂの替わりに、半導体スイッチ７を具備する点が異なっている。以下、その点について詳細に説明する。半導体スイッチ７はＩＧＢＴの図記号で示しているが、他にサイリスタやトランジスタ等のスイッチング動作が可能な半導体でも良い。
【００２０】
（作用）  
このような構成を有する車両用電源オ装置１０の動作について以下に説明する。架線１から集電器２によって得られた電圧を監視する電圧検出器５の出力信号５ａが、制御装置８によって過電圧保護閾値２４の近傍になったことを検知した場合、制御装置８の半導体スイッチ導通指令８ｂによって半導体スイッチ７を導通状態にする。
【００２１】
これにより、リアクトル３は半導体スイッチ７によって短絡状態となり、コンデンサ４とによる図示しないＬＣ共振回路が構成されなくなり、そのＬＣ共振電圧２１の重畳を排除し、入力過電圧と判断しての誤停止を防止することが可能となる。
【００２２】
例えば、一般的な鉄道設備での変電所セクションを、列車が高速で通過する場合、頻繁に集電器２からの給電が入り切りされることになる。このとき、動作速度が比較的遅い電磁開閉器６による方式では、リアクトル３の短絡動作が遅れたり、高頻度の開閉動作での短寿命化を招いたりする。しかし半導体によるスイッチングは、電磁開閉器に比べて高速動作が可能である、かつ、機械的駆動部が無いため開閉動作による短寿命化を抑制することが可能である。
【００２３】
（効果）
以上述べた少なくともひとつの実施形態の電源装置によれば、ＬＣ共振を誘発する回路構成を強制的に排除することで、入力過電圧と判断しての誤停止を防止することが可能となる。
【００２４】
また、車両用電源装置１０の使用される環境での費用対効果によって、第１の実施の形態または本形態を選択することで、入力電圧変動が電磁開閉器６による場合に適用不可能な環境で、入力過電圧と判断しての誤停止を防止することが可能となる。
【符号の説明】
【００２５】
１…架線
２…集電器
３…リアクトル
４…コンデンサ
５…電圧検出器
５ａ…電圧検出器出力信号
６…電磁開閉器
６ａ…電磁開閉器接点
６ｂ…電磁開閉器操作コイル
７…半導体スイッチ
８…制御装置
８ａ…電磁開閉器開閉指令
８ｂ…半導体スイッチ導通指令
９…インバータ装置
１０…車両用電源装置
２０…入力電圧（図中の太線）
２１…ＬＣ共振電圧（図中の点線）
２２…入力電圧の上限電圧（図中の細線）
２３…従来の過電圧保護閾値（図中の１点鎖線）
２４…本提案を適用した過電圧保護閾値（図中の２点鎖線）
４０…電圧変化演算器
４１…分岐器
４１ａ、ｂ…分岐器４１の出力
４２…微分器
４２ａ…微分器４２の出力
４３…比較器（ア）
４３ａ…比較器（ア）４３の出力
４４…変化率判定基準
４５…可変ゲイン乗算器
４５ａ…可変ゲイン乗算器の出力
４６…比較器（イ）
【図１】
2012080663.tif 000003
【図２】
2012080663.tif 000004
【図３】
2012080663.tif 000005
【図４】
2012080663.tif 000006