(57)【要約】      （修正有）【課題】充電時にモータに交流電力が供給されないようにするための切替器を必要としない蓄電池式車両を提供する。【解決手段】三相交流モータ１１毎に設けられた走行用インバータ１２の一次側に蓄電池１３が接続され、二次側に三相交流モータ１１及び車両側充電端子１４が接続され、走行時には、走行用インバータ１２は、蓄電池１３の直流電力を三相交流電力に変換して三相交流モータ１３を駆動し、充電時には、車両側充電端子１４は、車両本体が停止状態のときに、三相交流の架線の各相毎に設けられた地上側充電端子の一相分の地上側充電端子とそれぞれ接触し、架線からそれぞれ一相分の交流電力を受電し、走行用インバータ１２は、充電時には、車両側充電端子１４からの一相分の交流電力を直流電力に変換して蓄電池１３に充電する。【選択図】図１
2012125128.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両本体の車輪を駆動する三相交流モータと、
前記三相交流モータを駆動するための電力を直流電力として蓄電した蓄電池と、
前記車両本体が停止状態のときに三相交流の架線の各相毎に設けられた地上側充電端子の一相分の地上側充電端子とそれぞれ接触し前記架線からそれぞれ一相分の交流電力を受電する車両側充電端子と、
一次側に前記蓄電池が接続され二次側に前記三相交流モータ及び前記車両側充電端子が接続され、前記蓄電池の直流電力を三相交流電力に変換して前記三相交流モータを駆動するとともに、前記車両側充電端子からの一相分の交流電力を直流電力に変換して前記蓄電池に充電する走行用インバータとを備えたことを特徴とする蓄電池式車両。
【請求項２】
車両本体の車輪を駆動する三相交流モータと、
前記三相交流モータを駆動するための電力を直流電力として蓄電した蓄電池と、
前記車両本体が停止状態のときに単相交流の架線の電圧線及び接地線毎に設けられた地上側充電端子とそれぞれ接触し前記架線からそれぞれ単相の交流電力を受電する車両側充電端子と、
一次側に前記蓄電池が接続され二次側に前記車両側充電端子が接続され、前記蓄電池の直流電力を三相交流電力に変換して前記三相交流モータを駆動するとともに、前記車両側充電端子からの単相の交流電力を直流電力に変換して前記蓄電池に充電する走行用インバータとを備えたことを特徴とする蓄電池式車両。
【請求項３】
車両本体の車輪を駆動する三相交流モータと、
前記三相交流モータを駆動するための電力を直流電力として蓄電した蓄電池と、
三相交流の架線の各相に設けられた地上側充電端子とそれぞれ接触し前記架線から三相の交流電力を受電する車両側充電端子と、
一次側に前記蓄電池が接続され二次側に前記車両側充電端子及び車載設備が接続され、前記蓄電池の直流電力を三相交流電力に変換して前記車載設備に供給するとともに前記車両側充電端子からの三相交流電力を直流電力に変換して前記蓄電池に充電する補助電源装置と、
一次側に前記蓄電池が接続され二次側に前記三相交流モータが接続され、前記蓄電池の直流電力を三相交流電力に変換して前記三相交流モータを駆動する走行用インバータとを備えたことを特徴とする蓄電池式車両。
【請求項４】
前記車両本体の進行方向の前記車両側充電端子より前方に配置され、前記地上側充電端子に接触して前記架線からの三相交流電力の受電可能であることを検出する電圧検出器と、
前記電圧検出器が前記架線からの三相交流電力の受電可能を検出したときは、前記補助電源装置の出力電圧を前記架線の三相交流の位相に同期させた後に前記車両側充電端子を前記地上側充電端子に接続し、前記車両側充電端子からの三相交流電力を前記補助電源装置で直流電力に変換して前記蓄電池に充電するように制御し、
電圧検出器が無電圧を検出したときは、前記補助電源装置を通常の交流出力動作に移行させ、前記車両側充電端子からの三相交流の入力電流が零になるように位相制御し単独運転状態に制御する制御装置とを備えたことを特徴とする請求項３記載の蓄電池式車両。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、駆動用電力を蓄電した蓄電池を車両に搭載した蓄電池式車両に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年は、地球環境に優しい都市交通手段として路面電車ＬＲＴや電気自動車ＥＶの導入が検討されている。これら車両では、蓄電池を搭載し、その蓄電池から車輪を駆動するモータに駆動用電力を供給し運転するようにしている。
【０００３】
例えば、路面電車に蓄電池を搭載し、架線のある区間ではパンタグラフから蓄電池に充電し、架線のない区間では蓄電池を電源として走行可能とした都市交通システムがある（例えば、特許文献１参照）。これは、電車停留所の軌道部分に架線を設置した区間を配置し、電車停留所で路面電車に電力補給を行うことで、他の走行区間に架線を設置する必要をなくしたものである。
【０００４】
また、鉄道車両に蓄電池を搭載し、走行時は蓄電池からの直流電力を電力変換器（電流電圧制御手段）のインバータ運転で交流電力に変換して鉄道車両のモータを駆動し、充電時には電力変換器のコンバータ運転で交流電源からの交流電力を直流電力に変換して蓄電池に充電するようにしたものがある（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−２８１６１０号公報
【特許文献２】特許第３９８９４５０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、特許文献１のものでは、架線から供給される電力は直流電力であるので、充電のために新たに架線を設置する場合には、商用電源である交流電力を直流電力に変換するための変電所が必要となる。
【０００７】
また、特許文献２のものでは、電力変換器を走行用インバータ及び充電用コンバータとして利用するので、商用電源である交流電力を直流電力に変換するための変電所が不要となるが、充電時にモータに交流電力が供給されないようにするための切替器が必要となる。
【０００８】
この切替器は、蓄電池を搭載した上にさらに車両に搭載することになるので、切替器は小型であることが望ましいが、安全を確保するためには電力の遮断能力を有した遮断器とする必要がある。切替器として遮断器を使用した場合には小型化が困難となり、車両に搭載する蓄電池の設置スペースが制約を受けることになる。
【０００９】
本発明の目的は、充電時にモータに交流電力が供給されないようにするための切替器を必要としない蓄電池式車両を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
請求項１の発明に係る蓄電池式車両は、車両本体の車輪を駆動する三相交流モータと、前記三相交流モータを駆動するための電力を直流電力として蓄電した蓄電池と、前記車両本体が停止状態のときに三相交流の架線の各相毎に設けられた地上側充電端子の一相分の地上側充電端子とそれぞれ接触し前記架線からそれぞれ一相分の交流電力を受電する車両側充電端子と、一次側に前記蓄電池が接続され二次側に前記三相交流モータ及び前記車両側充電端子が接続され、前記蓄電池の直流電力を三相交流電力に変換して前記三相交流モータを駆動するとともに、前記車両側充電端子からの一相分の交流電力を直流電力に変換して前記蓄電池に充電する走行用インバータとを備えたことを特徴とする。
【００１１】
請求項２の発明に係る蓄電池式車両は、車両本体の車輪を駆動する三相交流モータと、前記三相交流モータを駆動するための電力を直流電力として蓄電した蓄電池と、前記車両本体が停止状態のときに単相交流の架線の電圧線及び接地線毎に設けられた地上側充電端子とそれぞれ接触し前記架線からそれぞれ単相の交流電力を受電する車両側充電端子と、一次側に前記蓄電池が接続され二次側に前記車両側充電端子が接続され、前記蓄電池の直流電力を三相交流電力に変換して前記三相交流モータを駆動するとともに、前記車両側充電端子からの単相の交流電力を直流電力に変換して前記蓄電池に充電する走行用インバータとを備えたことを特徴とする。
【００１２】
請求項３の発明に係る蓄電池式車両は、車両本体の車輪を駆動する三相交流モータと、前記三相交流モータを駆動するための電力を直流電力として蓄電した蓄電池と、三相交流の架線の各相に設けられた地上側充電端子とそれぞれ接触し前記架線から三相の交流電力を受電する車両側充電端子と、一次側に前記蓄電池が接続され二次側に前記車両側充電端子及び車載設備が接続され、前記蓄電池の直流電力を三相交流電力に変換して前記車載設備に供給するとともに前記車両側充電端子からの三相交流電力を直流電力に変換して前記蓄電池に充電する補助電源装置と、一次側に前記蓄電池が接続され二次側に前記三相交流モータが接続され、前記蓄電池の直流電力を三相交流電力に変換して前記三相交流モータを駆動する走行用インバータとを備えたことを特徴とする。
【００１３】
請求項４の発明に係る蓄電池式車両は、請求項３の発明において、前記車両本体の進行方向の前記車両側充電端子より前方に配置され、前記地上側充電端子に接触して前記架線からの三相交流電力の受電可能であることを検出する電圧検出器と、前記電圧検出器が前記架線からの三相交流電力の受電可能を検出したときは、前記補助電源装置の出力電圧を前記架線の三相交流の位相に同期させた後に前記車両側充電端子を前記地上側充電端子に接続し、前記車両側充電端子からの三相交流電力を前記補助電源装置で直流電力に変換して前記蓄電池に充電するように制御し、電圧検出器が無電圧を検出したときは、前記補助電源装置を通常の交流出力動作に移行させ、前記車両側充電端子からの三相交流の入力電流が零になるように位相制御し単独運転状態に制御する制御装置とを備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
請求項１の発明によれば、充電時には、車両側充電端子は一相分（同相）の交流電力を受電する地上側充電端子に接続され、三相交流の架線の各相の一相分を各々の走行用インバータの二次側に供給し、３台の走行用インバータで三相交流電力を直流電力に変換して蓄電池に充電するので、各々の走行用インバータに接続される三相交流モータには三相交流電力が供給されることがない。従って、三相交流モータは駆動されないので切替器を必要としない。
【００１５】
請求項２の発明によれば、充電時には、車両側充電端子は単相の交流電力を受電する地上側充電端子に接続され、単相交流の架線の単相を走行用インバータの二次側に供給し、２台の走行用インバータで単相の交流電力を直流電力に変換して蓄電池に充電するので、三相交流モータには三相交流電力が供給されることがない。従って、三相交流モータは駆動されないので切替器を必要としない。このように、切替器を必要としないことから、車両に搭載する蓄電池の設置スペースを確保できる。
【００１６】
請求項３の発明によれば、蓄電池からの放電時には、補助電源装置は蓄電池の直流電力を三相交流電力に変換して車載設備に供給し、走行用インバータは蓄電池の直流電力を三相交流電力に変換して三相交流モータに供給し、蓄電池への充電時には、車両側充電端子は三相交流の架線の各相に設けられた地上側充電端子とそれぞれ接触し架線から三相交流電力を受電して車載設備及び補助電源装置に三相交流電力を供給し、補助電源装置は車両側充電端子からの三相交流電力を直流電力に変換して蓄電池に充電するので、走行中においても蓄電池に充電できるとともに、地上側充電端子からの三相交流電力を直接的に車載設備に供給できる。
【００１７】
請求項４の発明によれば、請求項３の発明の効果に加え、制御装置は、電圧検出器が架線からの三相交流電力の受電可能を検出したとき、補助電源装置の出力電圧を架線の三相交流の位相に同期させた後に、車両側充電端子を地上側充電端子に接続し、車両側充電端子からの三相交流電力を補助電源装置で直流電力に変換して蓄電池に充電するように制御し、電圧検出器が無電圧を検出したときは、前記補助電源装置を通常の交流出力動作に移行させ、前記車両側充電端子からの三相交流の入力電流が零になるように位相制御し単独運転状態に制御するので、放電状態から充電状態の切り替えの際には架線からの三相交流の受電を速やかに行うことができ、充電状態から放電状態に切り替えの際には瞬断なしで切り替えられる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の実施形態１に係る蓄電池式車両の一例で走行時の状態を示す構成図。
【図２】本発明の実施形態１に係る蓄電池式車両の一例で充電時の状態を示す構成図。
【図３】本発明の実施形態１に係る蓄電池式車両の一例で複数台の三相交流モータにつき１台の走行用インバータの構成とした場合の充電時の状態を示す構成図。
【図４】本発明の実施形態１に係る蓄電池式車両の他の一例で走行時の状態を示す構成図。
【図５】本発明の実施形態１に係る蓄電池式車両の他の一例で充電時の状態を示す構成図。
【図６】本発明の実施形態１に係る蓄電池式車両の他の一例で複数台の三相交流モータにつき１台の走行用インバータの構成とした場合の充電時の状態を示す構成図。
【図７】本発明の実施形態２に係る蓄電池式車両の一例で蓄電池の放電時の状態を示す構成図。
【図８】本発明の実施形態２に係る蓄電池式車両の一例で蓄電池の充電時の状態を示す構成図。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の実施形態１を説明する。図１は本発明の実施形態１に係る蓄電池式車両の一例で走行時の状態を示す構成図である。
【００２０】
車両本体の車輪を駆動する三相交流モータ１１ａ、１１ｂ、１１ｃは、車両本体の左右一対の車輪を駆動するものである。例えば、車両が路面電車である場合には、前方に二組の左右一対の車輪が設けられ、後方にも二組の左右一対の車輪が設けられるので、１車両あたり四組の左右一対の車輪が設けられることになる。四組の左右一対の車輪をすべて駆動する場合には４台の三相交流モータ１１が必要となるが、図１では３台の三相交流モータ１１ａ、１１ｂ、１１ｃを示しており、四組の左右一対の車輪のうちのいずれか三組の左右一対の車輪を駆動する場合を示している。
【００２１】
３台の三相交流モータ１１ａ、１１ｂ、１１ｃには、それぞれ走行用インバータ１２ａ、１２ｂ、１２ｃが設けられている。また、車両本体には蓄電池１３が搭載されており、蓄電池１３は走行用インバータ１２の一次側に接続され、３台の三相交流モータ１１ａ、１１ｂ、１１ｃは走行用インバータ１２ａ、１２ｂ、１２ｃの二次側に接続されている。
【００２２】
また、走行用インバータ１２ａ、１２ｂ、１２ｃの二次側には車両側充電端子（例えば３線式パンタグラフ）１４ａ、１４ｂ、１４ｃが接続されている。車両側充電端子１４ａ、１４ｂ、１４ｃは三相交流モータ１１ａ、１１ｂ、１１ｃの三相（ａ相、ｂ相、ｃ相）の各相に設けられ、後述の三相交流の架線から蓄電池１３に充電する際に三相交流の架線のいずれかの一相に接続される。
【００２３】
車両の走行時には、蓄電池１３に蓄電された直流電力は、それぞれの走行用インバータ１２ａ、１２ｂ、１２ｃのインバータ運転により、リアクトルＬ及びコンデンサＣを介して、三相交流電力（ａ相、ｂ相、ｃ相）に変換され、それぞれの三相交流モータ１１ａ、１１ｂ、１１ｃに供給される。これにより、各々の三相交流モータ１１ａ、１１ｂ、１１ｃは三相交流電力により駆動される。
【００２４】
図２は本発明の実施形態１に係る蓄電池式車両の一例で充電時の状態を示す構成図である。三相交流の架線１５は、例えば商用電源であり、この三相交流の架線１５のＵ相には地上側充電端子１６ｕが設けられ、三相交流の架線１５のＶ相には地上側充電端子１６ｖが設けられ、三相交流の架線１５のＷ相には地上側充電端子１６ｗが設けられている。そして、三相交流の架線１５から蓄電池１３への充電時には、Ｕ相の地上側充電端子１６ｕは車両側充電端子１４ａに、Ｖ相の地上側充電端子１６ｖは車両側充電端子１４ｂに、Ｗ相の地上側充電端子１６ｗは車両側充電端子１４ｃに接続される。
【００２５】
蓄電池式車両が走行状態から停止状態に移行するときは、走行用インバータ１２ａ、１２ｂ、１２ｃはコンバータ運転となり、三相交流モータ１１ａ、１１ｂ、１１ｃの回転エネルギーを電気エネルギーに変換し蓄電池１３に蓄電する。この回生運転により、三相交流モータ１１ａ、１１ｂ、１１ｃは電気的にブレーキが掛けられる。すなわち、蓄電池１３への充電時には、走行用インバータ１２ａ、１２ｂ、１２ｃはコンバータ運転となる。
【００２６】
車両本体が停止状態となると、車両側充電端子１４ａ、１４ｂ、１４ｃは、三相交流の架線１５の各相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）毎に設けられた地上側充電端子１６ｕ、１６ｖ、１６ｗに接続される。これにより、車両側充電端子１４ａ、１４ｂ、１４ｃは、走行用インバータ１２ａ、１２ｂ、１２ｃ毎に架線１５の三相交流の同相（一相分）に接続され、３台の走行用インバータ１２ａ、１２ｂ、１２ｃで３相を受電する形態となる。
【００２７】
これにより、走行用インバータ１２ａ、１２ｂ、１２ｃ毎の各アームは同相でスイッチングを行なうことにより、３台の走行用インバータ１２ａ、１２ｂ、１２ｃで３相交流電力を直流電力に変換するコンバータとして動作することになる。走行用インバータ１２ａ、１２ｂ、１２ｃのコンバータ運転により、変換された直流電力はリアクトルＬ及びコンデンサＣを介して蓄電池１３に蓄電される。
【００２８】
この場合、三相交流モータ１１ａ、１１ｂ、１１ｃには三相交流が印加されないので、三相交流モータ１１ａ、１１ｂ、１１ｃは駆動されることがない。従って、充電時に三相交流モータ１１ａ、１１ｂ、１１ｃに交流電力が供給されないようにするための切替器を必要としない。
【００２９】
このように、１台の三相交流モータ１１につき１台の走行用インバータ１２の構成とし、３台の走行用インバータ１２ａ、１２ｂ、１２ｃを一組として取り扱う。そして、車両本体の走行時は、それぞれの走行用インバータ１２ａ、１２ｂ、１２ｃが蓄電池１３を電源として３相交流を出力し（可変電圧可変周波数）、三相交流モータ１１ａ、１１ｂ、１１ｃを駆動する。
【００３０】
地上側充電端子１６ｕ、１６ｖ、１６ｗは、例えば、導体バーや架線のようなものとし、三相交流の架線１５からの電圧が常時印加されている。そして、車両本体が停止すると、各走行用インバータ１２ａ、１２ｂ、１２ｃと三相交流モータ１１ａ、１１ｂ、１１ｃとの間から分岐した車両側充電端子１４ａ、１４ｂ、１４ｃを地上側充電端子１６ｕ、１６ｖ、１６ｗに接触させる。車両側充電端子１４ａ、１４ｂ、１４ｃは走行用インバータ１２ａ、１２ｂ、１２ｃ毎に三相交流の架線１５の同相に接続され、３台の走行用インバータ１２ａ、１２ｂ、１２ｃで３相を受電する形態となる。
【００３１】
車両側充電端子１４ａ、１４ｂ、１４ｃと地上側充電端子１６ｕ、１６ｖ、１６ｗとの接触により、走行用インバータ１２ａ、１２ｂ、１２ｃの二次側に電圧が加圧されたことを確認し、走行用インバータ１２ａ、１２ｂ、１２ｃは一次側へのコンバータ動作を開始して蓄電池１３に充電をする。このとき、走行用インバータ１２ａ、１２ｂ、１２ｃ毎の各アームは同相でスイッチングを行なうことにより、３台の走行用インバータ１２ａ、１２ｂ、１２ｃで３相交流を直流に変換するコンバータとして動作することになる。
【００３２】
この状態で、車両本体を走行（発車）する必要が生じると、走行用インバータ１２ａ、１２ｂ、１２ｃはコンバータ運転を停止し、三相交流の架線１５からの電流がないことを確認したうえで車両側充電端子１４ａ、１４ｂ、１４ｃを地上側充電端子１６ｕ、１６ｖ、１６ｗから切り離す。そして、走行用インバータ１２ａ、１２ｂ、１２ｃの二次側の電圧がないことを確認し、走行のために通常のインバータ動作を開始する。
【００３３】
以上の説明では、１台の三相交流モータ１１につき１台の走行用インバータ１２の構成としたが、図３に示すように、複数台の三相交流モータ１１につき１台の走行用インバータ１２の構成としてもよい。例えば、３両１組の列車があり、１両ごとに４台の三相交流モータ１１ａ１〜１１ａ４、１１ｂ１〜１１ｂ４、１１ｃ１〜１１ｃ４を駆動する３台の走行用インバータ１２ａ、１２ｂ、１２ｃを備え、充電時には、各車両の走行用インバータ１２ａ、１２ｂ、１２ｃの各アームが同相でスイッチングを行なうことにより、３台の走行用インバータ１２ａ、１２ｂ、１２ｃで３相交流を直流に変換するコンバータとして動作するようにしてもよい。
【００３４】
また、以上の説明では、架線１５から三相交流が供給される場合について説明したが、架線１５から単相交流が供給される場合についても同様に適用できる。図４は架線１５から単相交流が供給される場合の蓄電池式車両の走行時の状態を示す構成図であり、図５は架線１５から単相交流が供給される場合の蓄電池式車両の充電時の状態を示す構成図である。
【００３５】
図４及び図５では、２台の三相交流モータ１１ａ、１１ｂを設けた場合を示している。図４に示すように、車両の走行時には、図１に示した場合と同様に、蓄電池１３に蓄電された直流電力は、それぞれの走行用インバータ１２ａ、１２ｂのインバータ運転により、リアクトルＬ及びコンデンサＣを介して、三相交流電力（ａ相、ｂ相、ｃ相）に変換され、それぞれの三相交流モータ１１ａ、１１ｂに供給される。これにより、各々の三相交流モータ１１ａ、１１ｂは三相交流電力により駆動される。
【００３６】
図５に示すように、蓄電池１３への充電時には、例えば、車両側充電端子１４ａは単相交流の架線１５’の電圧線に設けられた地上側充電端子１６ａに接続され、車両側充電端子１４ｂは単相交流の架線１５’の接地線に設けられた地上側充電端子１６ｂに接続される。これにより、車両側充電端子１４ａ、１４ｂは、走行用インバータ１２ａ、１２ｂ毎に架線１５の単相交流の同相（一相分）に接続され、２台の走行用インバータ１２ａ、１２ｂで単相を受電する形態となる。
【００３７】
これにより、走行用インバータ１２ａ、１２ｂ毎の各アームは同相でスイッチングを行なうことにより、２台の走行用インバータ１２ａ、１２ｂで単相交流電力を直流電力に変換するコンバータとして動作することになる。走行用インバータ１２ａ、１２ｂのコンバータ運転により、変換された直流電力はリアクトルＬ及びコンデンサＣを介して蓄電池１３に蓄電される。
【００３８】
この場合、三相交流モータ１１ａ、１１ｂには三相交流が印加されないので、三相交流モータ１１ａ、１１ｂは駆動されることがない。従って、充電時に三相交流モータ１１ａ、１１ｂに交流電力が供給されないようにするための切替器を必要としない。
【００３９】
この他の一例の場合においても、１台の三相交流モータ１１につき１台の走行用インバータ１２の構成としたが、図６に示すように、複数台の三相交流モータ１１につき１台の走行用インバータ１２の構成としてもよい。例えば、２両１組の列車があり、１両ごとに４台の三相交流モータ１１ａ１〜１１ａ４、１１ｂ１〜１１ｂ４を駆動する２台の走行用インバータ１２ａ、１２ｂを備え、充電時には、各車両の走行用インバータ１２ａ、１２ｂの各アームが同相でスイッチングを行なうことにより、３台の走行用インバータ１２ａ、１２ｂで３相交流を直流に変換するコンバータとして動作するようにしてもよい。
【００４０】
本発明の実施形態１によれば、充電時には、車両側充電端子は一相分（同相）の交流電力を受電する地上側充電端子に接続され、複数台の走行用インバータで三相交流電力または単相交流電力を直流電力に変換して蓄電池に充電するので、各々の走行用インバータに接続される三相交流モータには三相交流電力が供給されることがない。
【００４１】
従って、三相交流モータは駆動されないので切替器を必要としない。切替器を必要としないことから、車両に搭載する蓄電池の設置スペースを確保できる。また、充電時には、交流の架線から電力の供給を受けるので、直流の架線とする必要がなく、変電所などの地上設備を設ける必要がなくなる。
【００４２】
次に、本発明の実施形態２を説明する。図７は本発明の実施形態２に係る蓄電池式車両の一例で蓄電池１３からの放電時の状態を示す構成図であり、図７（ａ）は蓄電池式車両１７の説明図、図７（ｂ）は蓄電池式車両の構成図である。また、図８は、蓄電池１３の充電時の状態を示す構成図である。
【００４３】
この実施形態２は、図１に示した実施形態１に対し、車両側充電端子１４を走行用インバータ１２ａ、１２ｂ、１２ｃの二次側に接続することに代えて、補助電源装置２０の二次側に設け、走行中においても蓄電池１３に充電できるとともに、地上側充電端子からの三相交流電力を直接的に車載設備１９に供給できるようにしたものである。
【００４４】
図７（ａ）において、蓄電池式車両１７の天井部には車両側充電端子１４が搭載され、蓄電池式車両１７の進行方向に向かって、車両側充電端子１４より前方に電圧検出器１８も搭載されている。
【００４５】
図７（ｂ）において、車両本体の車輪を駆動する三相交流モータ１１ａ、１１ｂ、１１ｃは、車両本体の左右一対の車輪を駆動するものであり、実施形態１と同様に、３台の三相交流モータ１１ａ、１１ｂ、１１ｃを示している。３台の三相交流モータ１１ａ、１１ｂ、１１ｃには、それぞれ走行用インバータ１２ａ、１２ｂ、１２ｃが設けられている。また、車両本体には蓄電池１３が搭載されており、蓄電池１３はリアクトルＬ及びコンデンサＣを介して走行用インバータ１２の一次側に接続され、３台の三相交流モータ１１ａ、１１ｂ、１１ｃは走行用インバータ１２ａ、１２ｂ、１２ｃの二次側に接続されている。
【００４６】
また、車両本体には、空調設備や照明設備などの車載設備１９が搭載されており、車載設備１９には補助電源装置２０から電源が供給されるようになっている。補助電源装置２０の一次側にはリアクトルＬ１及びコンデンサＣ１を介して蓄電池１３が接続され、二次側には車載設備１９との間に車両側充電端子１４が接続されている。このように、実施形態２では、車両側充電端子１４が補助電源装置２０の二次側に設けられている。
【００４７】
蓄電池１３からの放電時には、蓄電池１３に蓄電された直流電力は、リアクトルＬ及びコンデンサＣを介して、それぞれの走行用インバータ１２ａ、１２ｂ、１２ｃに入力され、走行用インバータ１２ａ、１２ｂ、１２ｃのインバータ運転により三相交流電力に変換され、それぞれの三相交流モータ１１ａ、１１ｂ、１１ｃに供給される。これにより、各々の三相交流モータ１１ａ、１１ｂ、１１ｃは三相交流電力により駆動される。
【００４８】
一方、蓄電池１３に蓄電された直流電力は、リアクトルＬ１及びコンデンサＣ１を介して補助電源装置２０により三相交流電力に変換され車載設備１９に供給される。これにより、空調設備や照明設備などの車載設備１９は三相交流電力により駆動される。
【００４９】
図８は本発明の実施形態２に係る蓄電池式車両の一例で蓄電池１３の充電時の状態を示す構成図である。三相交流の架線１５は、例えば商用電源であり、この三相交流の架線１５のＵ相には地上側充電端子１６ｕが設けられ、三相交流の架線１５のＶ相には地上側充電端子１６ｖが設けられ、三相交流の架線１５のＷ相には地上側充電端子１６ｗが設けられている。
【００５０】
そして、三相交流の架線１５から蓄電池１３への充電時には、車両側充電端子１４は、三相交流の架線１５の各相に設けられた地上側充電端子１６ｕ、１６ｖ、１６ｗとそれぞれ接触し、架線１５から三相交流電力を受電し、車載設備１９には受電した三相交流電力をそのまま供給し、蓄電池１３には補助電源装置２０で三相交流電力を直流電力に変換して充電する。
【００５１】
次に、蓄電池式車両１７の蓄電池１３の放電時から充電時に移行する場合について説明する。いま、蓄電池式車両１７の蓄電池１３が放電状態であり、蓄電池式車両１７が走行しているとする。この状態では、補助電源装置２０は、蓄電池１３からの直流電力を交流電力に変換するＣＶＣＦ動作（定電圧定周波数動作）を行い、車載設備１９に交流電力を供給している。また、走行用インバータ１２ａ、１２ｂ、１２ｃは、蓄電池１３からの直流電力を交流電力に変換するＶＶＶＦ動作（可変電圧可変周波数動作）を行い、三相交流モータ１１ａ、１１ｂ、１１ｃを駆動している。
【００５２】
電圧検出器１８は車両本体の進行方向の車両側充電端子１４より前方に配置されているので、蓄電池式車両１７が地上側充電端子１６ｕ、１６ｖ、１６ｗの設置された箇所に到達すると、電圧検出器１８が最初に地上側充電端子１６ｕ、１６ｖ、１６ｗに接触する。電圧検出器１８が地上側充電端子１６ｕ、１６ｖ、１６ｗに接触すると、電圧検出器１８は架線１５の三相交流電圧を検出する。
【００５３】
電圧検出器１８で検出された架線１５の三相交流電圧は制御装置２１に入力される。制御装置２１は、電圧検出器１８で架線１５の三相交流電圧が検出されたことを判定すると、架線１５からの三相交流電力の受電可能であると判定し、補助電源装置２０の出力電圧を架線１５の三相交流の位相に同期させる。すなわち、制御装置２１は、補助電源装置２０を瞬時停止させて、補助電源装置２０の出力電圧が架線１５の三相交流の位相に同期するように補助電源装置２０を再起動する。
【００５４】
制御装置２１は、補助電源装置２０を再起動した後に、車両側充電端子１４を地上側充電端子１６ｕ、１６ｖ、１６ｗに接続する。これにより、車両側充電端子１４からの三相交流電力は車載設備１９に直接的に供給される。また、制御装置２１は、補助電源装置２０を逆変換動作させ、車両側充電端子１４からの三相交流電力を直流電力に変換して蓄電池１３に充電するように制御する。
【００５５】
次に、電圧検出器１８が無電圧を検出すると、補助電源装置２０は逆変換動作から通常の交流出力動作へと移行する。その際、車両側充電端子１４からの三相交流の入力電流が予め零になるように位相を制御し単独運転状態とする。従って、瞬断なしで交流出力動作への移行ができる。その後に、車両側充電端子１４を収納する。
【００５６】
本発明の実施形態２によれば、蓄電池１３からの放電時には、補助電源装置２０は蓄電池１３の直流電力を三相交流電力に変換して車載設備１９に供給し、走行用インバータ１２ａ、１２ｂ、１２ｃは蓄電池１３の直流電力を三相交流電力に変換して三相交流モータ１１ａ、１１ｂ、１１ｃに供給する。一方、蓄電池１３への充電時には、車両側充電端子１４は三相交流の架線１５の各相に設けられた地上側充電端子１６ｕ、１６ｖ、１６ｗとそれぞれ接触し、架線１５から三相交流電力を受電して車載設備１９及び補助電源装置２０に三相交流電力を供給し、補助電源装置２０は車両側充電端子１４からの三相交流電力を直流電力に変換して蓄電池１３に充電する。従って、走行中においても蓄電池１３に充電できるとともに、地上側充電端子１６ｕ、１６ｖ、１６ｗからの三相交流電力を直接的に車載設備１９に供給できる。
【００５７】
制御装置２１は、電圧検出器１８が架線１５からの三相交流電力の受電可能を検出したときは、補助電源装置２０の出力電圧を架線１５の三相交流の位相に同期させた後に、車両側充電端子１４を地上側充電端子１６ｕ、１６ｖ、１６ｗに接続し、車両側充電端子１４からの三相交流電力を補助電源装置２０で直流電力に変換して蓄電池１３に充電するように制御する。一方、電圧検出器１８が無電圧を検出したときは、補助電源装置２０を通常の交流出力動作に移行させ、車両側充電端子１４からの三相交流の入力電流が零になるように位相制御し単独運転状態に制御する。従って、放電状態から充電状態の切り替えの際には架線からの三相交流の受電を速やかに行うことができ、充電状態から放電状態に切り替えの際には瞬断なしで切り替えられる。
【符号の説明】
【００５８】
１１…三相交流モータ、１２…走行用インバータ、１３…蓄電池、１４…車両側充電端子、１５…架線、１６…地上側充電端子、１７…蓄電池式車両、１８…電圧検出器、１９…車載設備、２０…補助電源装置、２１…制御装置
【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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