(57)【要約】      （修正有）【課題】インバータの相アームによる故障の場合には、主電動機をカットすることを防ぎ、主電動機の制御を継続することができる構造を有する制御装置を提供する。【解決手段】例えば、インバータのＵ相アーム５で故障が起きた場合は、切替えスイッチ1を動作させることにより、主電動機４とインバータのＵ相アーム５の接続を切断し、切替え接続２１の接続線に主電動機４を接続することにより、故障したＵ相アーム５をカットすることが実現できる。次に、切替えスイッチ１５を動作させることにより、ブレーキチョッパを放棄し、切替え接続２１の接続線にブレーキチョッパのアーム１０を接続することができる。以上の動作によって、故障したインバータのＵ相アーム５をカットし、インバータのＵ相アーム５の代わりにブレーキチョッパのアーム１０を主電動機４に接続することにより、新たなインバータ２２を構成し主電動機４の制御を継続することを行う。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
インバータを有する鉄道車両用制御装置において、スイッチ素子の直列体よりなる相アームを複数有するインバータの該相アームと主電動機との間に接続される相アーム側切替えスイッチと、該スイッチ素子の直列体よりなるブレーキチョッパのアームに接続されるブレーキチョッパ側切替えスイッチを有するインバータ回路であって、該ブレーキチョッパ側切替えスイッチと該相アーム側切替えスイッチとを介して主電動機と接続することを特徴とする鉄道車両用制御装置。
【請求項２】
前記スイッチ素子の直列体よりなるブレーキチョッパのアームにおいて、個別の該スイッチ素子に、個別のブレーキ抵抗を、前記スイッチ素子と該ブレーキ抵抗の間に直列接続される個別のスイッチ素子側切替えスイッチを介して、ブレーキチョッパ回路を並列にそれぞれ形成することを特徴とする請求項１記載の鉄道車両用制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鉄道車両の屋根上や床下に設置される鉄道車両用制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
鉄道車両の制御装置においては、加速運転する力行時および車両の運動エネルギーを架線へ回生する電気制動(回生制動)時に、主電動機を制御するインバータを搭載するが、架線に回生負荷が無い時にも電気制動が失効しないようにブレーキ抵抗に電力を消費させて電気制動(発電制動)を行うブレーキチョッパを搭載することが行われる。
【０００３】
図５に示すのは、インバータ及びブレーキチョッパの主回路である。スイッチ素子は一例としてＩＧＢＴ素子を使用している。インバータとブレーキチョッパは前者が交流出力を制御し後者が直流出力を制御しその動作が異なるため、主電動機を制御するインバータの相アームはスイッチ動作を行うＩＧＢＴ素子と負荷エネルギー還流を行うダイオードの並列体を直列体としたものとなり、発電制御時に作用するブレーキチョッパのアームを構成する半導体はスイッチ動作を行うＩＧＢＴ素子とＩＧＢＴ素子のオフ期間にブレーキ抵抗回路内に残留した誘導エネルギーによる電流を環流させるダイオードとの直列体となることが一般的である。
【０００４】
従来の鉄道車両の制御装置においては、ブレーキチョッパとインバータは同一制御装置に収納されているが、完全に独立なシステムとして使用されているため、ブレーキチョッパとインバータの間に相互に切替えることはできない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−２７４７５６号公報(第６頁、図１)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
近年、路面電車や新交通車両の制御装置は、インバータとブレーキチョッパを搭載する場合、装置の小型化を目的として、インバータを構成する同一ユニット内にブレーキチョッパを構成する半導体を搭載することが行われる。主電動機を制御するインバータを正常に動作させるため、インバータを構成する三相分のアームは不可欠な部分となる。ここで、いずれかの相アームにおいて、温度異常、アーム短絡などによる故障が起きた場合には、主電動機を制御することはできなくなり、主電動機をカットしなければならない。路面電車や新交通車両は、単車あるいは数両程度の車両編成であり、車両に１台あるいは２台程度の制御装置で主電動機を制御する方式を採用することが多いため、インバータ故障が発生した場合は、車両推進が不能となり、走行性能が極端に低下することとなり、電車の運用に大きな影響を与える。しかも、インバータの動作停止と伴い、同一装置内に設けられたブレーキチョッパも必然的に停止させなければならないことになる。
【０００７】
本発明は、上記状況に対処するためになされたもので、その課題は、インバータの相アームに故障が起きた場合でも、主電動機をカットすることを防ぎ、主電動機の制御を継続することができる構造を有する制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、請求項１の発明によれば、インバータを有する鉄道車両用制御装置において、スイッチ素子の直列体よりなる相アームを複数有するインバータの該相アームと主電動機との間に接続される相アーム側切替えスイッチと、該スイッチ素子の直列体よりなるブレーキチョッパのアームに接続されるブレーキチョッパ側切替えスイッチを有するインバータ回路であって、該ブレーキチョッパ側切替えスイッチと該相アーム側切替えスイッチとを介して主電動機と接続することを特徴とする。
【０００９】
すなわち、鉄道車両用制御装置において、インバータと、当該インバータを構成するインバータの相アームが切替えスイッチを介して主電動機と接続され、当該インバータの相アームと同様の構成を有するブレーキチョッパのアームと、当該ブレーキチョッパのアームを切替え、スイッチを介して主電動機に接続することを行う。
【００１０】
さらに、請求項１に係わる鉄道車両用制御装置において、インバータ内のいずれの相アームに故障が起きた場合は、切替えスイッチを有する回路を介して、故障したインバータの相アームと主電動機の接続を切断し、インバータの相アームと同様なスイッチ素子構成を有するブレーキチョッパのアームを主電動機に接続することにより、新たなインバータを構成し主電動機の制御を継続することを行い、制御装置の信頼性の向上を図る。
【００１１】
請求項２の発明によれば、請求項１記載の鉄道車両用制御装置において、前記スイッチ素子の直列体よりなるブレーキチョップのアームにおいて、個別の該スイッチ素子に、個別のブレーキ抵抗を、前記スイッチ素子と該ブレーキ抵抗の間に直列接続される個別のスイッチ素子側切替えスイッチを介して、ブレーキチョッパ回路を並列にそれぞれ形成することを特徴とする。
【００１２】
すなわち、請求項１に記載のインバータと、当該インバータを構成するインバータの相アームが切替えスイッチを介して主電動機と接続され、当該インバータの相アームと同様なスイッチ素子構成を有するブレーキチョッパのアームと、当該ブレーキチョッパのアームを構成するスイッチ素子を個別にブレーキ抵抗に接続し形成したブレーキチョッパは並列に接続され、当該ブレーキチョッパのアームは切替えスイッチを介して主電動機と接続することを行う。
【００１３】
さらに、請求項２に係わる鉄道車両用制御装置において、インバータの正常動作の場合は、ブレーキチョッパのアームを構成するスイッチ素子は個別に二つのブレーキ抵抗に接続され、並列に接続されるブレーキチョッパを形成することにより、ブレーキチョッパの信頼性の向上を図る。インバータ内のいずれかの相アームで故障が起きた場合は、切替えスイッチを有する回路を介して、故障したインバータの相アームと主電動機の接続を切断し、インバータの相アームと同様なスイッチ素子を有するブレーキチョッパのアームを主電動機に接続することにより、新たなインバータを構成し主電動機の制御を継続することを行い、制御装置の信頼性の向上を図る。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の鉄道用制御装置によれば、インバータに相アーム故障が起きた場合は、故障したインバータの相アームをカットし、インバータの相アームの代わりに同一パワーユニット内に搭載したブレーキチョッパのアームを主電動機に接続することが可能となり、新たなインバータを構成して主電動機の制御を継続することができ、制御装置の信頼性の向上に役に立つことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本願の第１実施の形態に係わる制御装置の主回路を示す接続図(ａ)および 簡略図(ｂ) である。
【図２】本願の第１実施の形態に係わる制御装置の主回路はインバータの相アームの切替え状態を示す接続図(ａ)および 簡略図(ｂ) である。
【図３】本願の第２実施の形態に係わる制御装置の主回路を示す接続図(ａ)および 簡略図(ｂ) である。
【図４】本願の第２実施の形態に係わる制御装置の主回路はインバータの相アームの切替え状態を示す接続図(ａ)および 簡略図(ｂ) である。
【図５】従来のインバータとブレーキチョッパを搭載した電力変換回路を示す接続図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施の形態を説明する。図１に本発明の第１実施形態に係わる主回路を示す。
【実施例１】
【００１７】
図１(ａ)に示すように、本発明の実施形態の鉄道車両用制御装置は、インバータ８を構成するインバータのＵ相アーム５、Ｖ相アーム６、Ｗ相アーム７と、インバータの相アームと同様なＩＧＢＴ素子を有するブレーキチョッパのアーム１０で構成されている。ブレーキチョッパのアーム１０とブレーキ抵抗１８の間の接続を開放する切替えスイッチ１５が設けられ、インバータのＵ相アーム５、インバータのＶ相アーム６、インバータのＷ相アーム７と主電動機４の間の接続を開放する切替えスイッチ１、２、３が設けられ、切替えスイッチ１５は切替えスイッチ１，２，３と切替え接続２１のように接続され、インバータ８のいずれの相アームと主電動機４の間の接続を切断し、ブレーキチョッパのアーム１０を主電動機４に接続する。
【００１８】
次に、本発明の実施形態の作用を説明する。図１(ａ)に示すのは、インバータ８は正常動作状態の主回路の接続状態である。正常動作時には図１(ａ)において、切替えスイッチ１、２、３を介して、インバータ８を構成するＵ相アーム５、Ｖ相アーム６、Ｗ相アーム７を主電動機４に接続され、主電動機４の制御を行う。ブレーキチョッパのアーム１０は切替えスイッチ１５を介してブレーキ抵抗１８に接続され、ブレーキチョッパのアーム内のＩＧＢＴ素子１１をスイッチ動作させ、ブレーキチョッパのアーム内のＩＧＢＴ素子１２はゲート信号をオフにすることにより並列接続された環流ダイオードのみが機能することにより、回生失効時の発電制動の制御を行う。図１(ｂ)は切替えスイッチを省略し接続を明確にしたものである。
【００１９】
図２(ａ)はブレーキチョッパのアームをインバータの相アームに切替える状態の主回路の接続状態であり、図２(ｂ)は図２(ａ)に示される主回路の簡略図である。図２(ａ)の示すように、例えば、インバータのＵ相アーム５で故障が起きた場合は、切替えスイッチ１を動作させることにより、主電動機４とインバータのＵ相アーム５の接続を切断し、切替え接続２１の接続線に主電動機４を接続することにより、故障した相アーム５をカットすることが実現できる。次に、切替えスイッチ１５を動作させることにより、ブレーキチョッパを放棄し、切替え接続２１の接続線にブレーキチョッパのアーム１０を接続することができる。以上の動作によって、故障したインバータのＵ相アーム５をカットし、インバータの相アーム５の代わりにブレーキチョッパのアーム１０を主電動機４に接続することにより、新たなインバータ２２を構成し主電動機４の制御を継続することを行い、制御装置の信頼性の向上が図れる。
【実施例２】
【００２０】
図３に本発明の第２の実施形態に係わる主回路を示す。
【００２１】
図３(ａ)に示すように、本発明の実施形態の鉄道車両用制御装置は、インバータ８を構成するインバータのＵ相アーム５、Ｖ相アーム６、Ｗ相アーム７と、インバータの相アームと同様なＩＧＢＴ素子を有するブレーキチョッパのアーム１０で構成されている。ブレーキチョッパのアーム１０の上側のＩＧＢＴ素子１１と切替えスイッチ１３を介してブレーキ抵抗１６と接続され形成したブレーキチョッパ回路と、ブレーキチョッパのアーム１０の下側のＩＧＢＴ素子１２と切替えスイッチ１４を介してブレーキ抵抗１７と接続され形成したブレーキチョッパ回路は、切替えスイッチ１５を介して並列に接続されている。インバータのＵ相アーム５、インバータのＶ相アーム６、インバータのＷ相アーム７と主電動機４の間の接続を開放する切替えスイッチ１、２、３が設けられ、切替えスイッチ１５は切替えスイッチ１，２，３と切替え接続２１のように接続され、インバータ８のいずれの相アームと主電動機４の間の接続を切断し、ブレーキチョッパのアーム１０を主電動機４に接続する。
【００２２】
次に、本実施形態の作用を説明する。図３(ａ)の示すのは、インバータ８は正常動作状態の主回路の接続状態であり、図３(ｂ)は図３(ａ)に示される主回路の簡略図である。正常動作時には図３(ａ)において、切替えスイッチ１、２、３を介して、インバータ８を構成するインバータのＵ相アーム５、Ｖ相アーム６、Ｗ相アーム７は主電動機４に接続され、主電動機４の制御を行う。切替えスイッチ１５とブレーキチョッパのアーム１０内のＩＧＢＴ素子１２と切替えスイッチ１４を介してブレーキ抵抗１７と接続され形成したブレーキチョッパと、ブレーキチョッパのアーム１０内のＩＧＢＴ素子１１と切替えスイッチ１３を介してブレーキ抵抗１６と接続され形成したブレーキチョッパは、並列に接続される。図３（ｂ）は切替えスイッチを省略し接続を明確にしたものである。発電制動を行う時、並列に接続されるＩＧＢＴ素子１１、１２に回生電流を分担させることにより、ブレーキチョッパのアーム１０を構成するＩＧＢＴ素子の発熱を低減し、ＩＧＢＴ素子の温度変化や温度上昇の抑制が図れ、温度変化による熱サイクルに依存する半導体寿命を伸ばすことができる。これによって、ブレーキチョッパの性能と信頼性の向上が可能となる。
【００２３】
図４(ａ)はブレーキチョッパのアームをインバータの相アームに切替える状態の主回路の接続状態であり、図４(ｂ)は図４(ａ)に示される主回路の簡略図である。図４(ａ)に示すように、例えば、インバータのＵ相アーム５に故障が起きた場合は、切替えスイッチ１を動作させることにより、主電動機４とインバータのＵ相アーム５の接続回路を切断し、切替え接続２１の接続線に主電動機４を接続することにより、故障した相アーム５をカットすることが実現できる。次に、切替えスイッチ１３、１４を動作させることによりブレーキチョッパを放棄し、切替えスイッチ１５を動作させることによりブレーキチョッパのアーム１０を切替え接続２１の接続線に接続することが実現する。以上の動作によって、故障したインバータのＵ相アーム５をカットし、インバータの相アーム５の代わりにブレーキチョッパのアーム１０を主電動機４に接続することにより、新たなインバータ２２を構成し主電動機４の制御を継続することを行い、制御装置の信頼性の向上を図ることが可能となる。
【符号の説明】
【００２４】
１：切替えスイッチ
２：切替えスイッチ
３：切替えスイッチ
４：主電動機
５：インバータのＵ相アーム
６：インバータのＶ相アーム
７：インバータのＷ相アーム
８：インバータ
９：コンデンサ
１０：ブレーキチョッパのアーム
１１：ブレーキチョッパのアーム内のＩＧＢＴ素子
１２：ブレーキチョッパのアーム内のＩＧＢＴ素子
１３：切替えスイッチ
１４：切替えスイッチ
１５：切替えスイッチ
１６：ブレーキ抵抗
１７：ブレーキ抵抗
１８：ブレーキ抵抗
１９：環流ダイオード
２０：環流ダイオード
２１：切替え接続
２２：新たなインバータ
【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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