(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流架線下で使用される車両に搭載され、前記車両が前記交流架線の交流き電区分の境界を通過するときには一時的に停止し自動再起動される空調機を空調制御装置で制御することにより、前記車両室内の温度を予め定められた温度設定値になるように制御する車両用空調制御システムにおいて、前記車両が前記交流架線の交流き電区分の境界を通過したときに発生する架線電圧の低下を、前記交流架線の架線電圧を降圧して前記空調機に電力を供給する主変圧器の二次側電圧が低下したことで検出し電圧低下信号を出力する電圧検出器と、前記車両が前記交流架線の交流き電区分の境界を通過したときに発生する前記主変圧器の二次側電圧の位相の急変を検出し位相急変信号を出力する位相急変検知回路と、車両室内を循環して空調機に戻る空気の温度が予め定められた温度設定値になるように前記空調機を制御すると共に前記電圧検出器からの電圧低下信号または前記位相急変検知回路からの位相急変信号を入力したときは前記空調機の圧縮機を一旦停止させ一定時間後に自動再起動させる空調制御装置とを備えたことを特徴とする車両用空調制御システム。
【請求項２】
前記位相急変検知回路は、主変圧器の二次側電圧の全波整流波形から半周期毎に位相の変化を検出する位相変化検出手段と、前記位相変化検出手段により検出された位相の変化幅が一定の位相角以上か否かを判定する位相急変判定手段と、前記位相急変判定手段により位相の急変幅が一定の位相角以上と判断された場合に前記位相急変信号を生成する位相急変出力手段とを備えたことを特徴とする請求項１記載の車両用空調制御システム。
【請求項３】
前記位相急変検知回路は、前記位相急変信号により前記圧縮機の励磁回路を直接遮断することを特徴とする請求項１または請求項２記載の車両用空調制御システム。
【請求項４】
前記位相急変出力手段は、前記位相急変判定手段により位相の急変幅が一定の位相角以上と判断された場合に、前記位相急変信号の出力時間を主変圧器の二次側電圧波形の周期の１０倍程度にしたことを特徴とする請求項２または請求項３記載の車両用空調制御システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両に搭載された空調機を空調制御装置で制御することにより、車両室内の温度を温度設定値になるように制御する車両用空調制御システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、新幹線電車を初めとする交流架線下で使用される鉄道車両には、空調機が搭載されており、この空調機は交流架線を一次側巻線に接続された主変圧器の二次側巻線から給電されている。そして、鉄道車両が交流き電区分の境界（セクション）の通過時には、空調機を一時的に停止し自動再起動させるようにしている。これは、電力の供給元であるセクションが異なると、一般に位相が異なるので、空調機における圧縮機の動作を円滑に継続させるためである。
【０００３】
図５は、この種の従来の車両用空調制御システムの構成図である。集電器１から取り込んだ架線電圧は主変圧器２で降圧され、主回路用配線遮断器３を介して空調機２９に供給される。
【０００４】
空調機２９は、空調制御された空気を室内に供給する空気送風機４と、空調制御に使用された空気を室外に排出する室外送風機５と、媒体を圧縮して所定の温度の空気を得る圧縮機７とから構成されている。
【０００５】
室内送風機４および室外送風機５には主回路用配線用遮断器３より直接的に駆動電源が供給され、一方、圧縮機７には電磁接触器６を介して主回路用配線用遮断器３より駆動電源が供給されるようになっている。
【０００６】
一方、空調機２９を制御する空調制御装置８は、空調機２９の空気吸入部に設けられた吸入部温度センサ９からの戻り空気温度をフィードバックするようにしている。
【０００７】
すなわち、空調制御装置８は、空調機２９の空気吸入部に設けられた吸入部温度センサ９により車両室内を循環して空調機２９に戻る戻り空気の温度が、予め定められた温度設定値Ｔｒになるように、その温度偏差に基づいて例えば圧縮機７の運転時間と停止時間との比率を変えることによって、冷房の強弱運転を行うようにしている。
【０００８】
また、電圧検出器１０により、主変圧器２の二次側電圧を常に監視し、その電圧が低下した場合には、電圧検出器１０の電圧低下出力リレー１１の接点のＯＦＦ情報を空調制御装置８に伝えることにより、空調制御装置８は、一旦圧縮機７を停止させ、一定時間後に自動再起動させる制御を行っている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、主変圧器２の二次側巻線に慣性モーメントが大きい送風機４、５が並列接続されているので、交流き電区分の境界で一旦架線電圧がなくなっても、送風機４、５が慣性で回り続け、その逆起電力により二次側電圧が下がらない場合がある。この場合、電圧検出器１０は交流き電区分の境界を検知することができず、圧縮機７の運転を継続させることになる。
【００１０】
一般に、次の交流き電区分は位相が異なるので、空調機２９の圧縮機７を停止させることなく、位相の異なる次のき電区分の電力供給を受けた場合、圧縮機７に印加される電圧波形の位相が急変する。このため、圧縮機７が正常に動作を継続することができず、失速電流が流れ続け、一定時間後に主回路用配線用遮断器３が保護動作（トリップ）する場合がある。
【００１１】
本発明の目的は、次の交流き電区分への切り替わりを位相の急変により検知し、位相急変を検出したときは、一旦圧縮機を停止させ正常に圧縮機を自動再起動させることができる車両用空調制御システムを提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明に係る車両用空調制御システムは、交流架線下で使用される車両に搭載され、前記車両が前記交流架線の交流き電区分の境界を通過するときには一時的に停止し自動再起動される空調機を空調制御装置で制御することにより、前記車両室内の温度を予め定められた温度設定値になるように制御する車両用空調制御システムにおいて、前記車両が前記交流架線の交流き電区分の境界を通過したときに発生する架線電圧の低下を、前記交流架線の架線電圧を降圧して前記空調機に電力を供給する主変圧器の二次側電圧が低下したことで検出し電圧低下信号を出力する電圧検出器と、前記車両が前記交流架線の交流き電区分の境界を通過したときに発生する前記主変圧器の二次側電圧の位相の急変を検出し位相急変信号を出力する位相急変検知回路と、車両室内を循環して空調機に戻る空気の温度が予め定められた温度設定値になるように前記空調機を制御すると共に前記電圧検出器からの電圧低下信号または前記位相急変検知回路からの位相急変信号を入力したときは前記空調機の圧縮機を一旦停止させ一定時間後に自動再起動させる空調制御装置とを備えたことを特徴とする。
【００１３】
請求項１の発明に係る車両用空調制御システムにおいては、電圧検出器は、車両が交流架線の交流き電区分の境界を通過したときに空調機に電力を供給する主変圧器の二次側電圧の低下を検出したときは、電圧低下信号を出力する。一方、位相急変検知回路は、車両が交流架線の交流き電区分の境界を通過したときに主変圧器の二次側電圧の位相が急変したことを検出したときは、位相急変信号を出力する。空調制御装置は、電圧検出器からの電圧低下信号または位相急変検知回路からの位相急変信号を入力したときは、空調機の圧縮機を一旦停止させ一定時間後に自動再起動させる。これにより、鉄道車両が交流き電区分の境界を通過する際に、架線からの給電が無くなったにもかかわらず電圧が下がらないままの状態であっても、位相の急変があった場合には、空調機の圧縮機を一旦停止させることができる。
【００１４】
請求項２の発明に係る車両用空調制御システムは、請求項１の発明において、前記位相急変検知回路は、主変圧器の二次側電圧の全波整流波形から半周期毎に位相の変化を検出する位相変化検出手段と、前記位相変化検出手段により検出された位相の変化幅が一定の位相角以上か否かを判定する位相急変判定手段と、前記位相急変判定手段により位相の急変幅が一定の位相角以上と判断された場合に前記位相急変信号を生成する位相急変出力手段とを備えたことを特徴とする。
【００１５】
請求項２の発明に係る車両用空調制御システムの位相急変検知回路においては、位相変化検出手段により、主変圧器の二次側電圧の全波整流波形から半周期毎に位相の変化を検出する。位相急変判定手段は、位相変化検出手段により検出された位相の変化幅が一定の位相角以上か否かを判定し、位相の急変幅が一定の位相角以上と判断された場合には、位相急変出力手段は、位相急変信号を生成し出力する。
【００１６】
請求項３の発明に係る車両用空調制御システムは、請求項１または請求項２の発明において、前記位相急変出力リレーは、前記位相急変検知回路は、前記位相急変信号により前記圧縮機の励磁回路を直接遮断することを特徴とする。
【００１７】
請求項３の発明に係る車両用空調制御システムにおいては、位相急変検知回路は、位相急変信号を空調制御装置だけでなく圧縮機の励磁回路の電磁接触器にも出力し、圧縮機の励磁回路を直接遮断する。これにより、位相急変の検出後に直ちに圧縮機を一旦停止させることができる。
【００１８】
請求項４の発明に係る車両用空調制御システムは、請求項２または請求項３のいずれか１項の発明において、前記位相急変出力手段は、前記位相急変判定手段により位相の急変幅が一定の位相角以上と判断された場合に、前記位相急変信号の出力時間を主変圧器の二次側電圧波形の周期の１０倍程度にしたことを特徴とする。
【００１９】
請求項４の発明に係る車両用空調制御システムにおいては、位相急変判定手段により位相の急変幅が一定の位相角以上と判断された場合には、位相急変信号の出力時間を主変圧器の二次側電圧波形の周期の１０倍程度とする。これにより、位相急変出力リレーの動作を確実なものとし位相急変信号を適正に出力できる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について説明する。図１は本発明の第１の実施の形態に係る車両用空調制御システムの構成図である。この第１の実施の形態は、図５に示した従来例に対し、主変圧器２の二次側電圧の位相が急変したことを検出する位相急変検知回路１２と、位相急変検知回路１２が位相急変を検出したときは位相急変信号を出力する位相急変出力リレー１３とが追加して設けらたものである。そして、空調制御装置８は位相急変出力リレー１３からの位相急変信号を入力したときは空調機２９の圧縮機７を一旦停止させ一定時間後に自動再起動させる。図５に示した従来例と同一要素には、同一符号を付し重複する説明は省略する。
【００２１】
図１において、集電器１から取り込んだ架線電圧は主変圧器２で降圧され、主回路用配線遮断器３を介して空調機２９に供給されると共に、断路器３０ａを介して電圧検出器１０に、断路器３０ｂを介して位相急変検知回路１２に入力される。
【００２２】
電圧検出器１０は、主変圧器２の二次側電圧を常に監視する。電圧低下出力リレー１１は主変圧器２の二次側電圧が電圧有りのときは、空調制御装置８への回路の接点を閉路し、電圧無しで接点を開き開路とする。従って、主変圧器２の二次側電圧が低下した場合には、電圧低下出力リレー１１の接点のＯＦＦ情報を空調制御装置８に伝える。これにより、空調制御装置８は、一旦圧縮機７を停止させ、一定時間後に自動再起動させる制御を行う。
【００２３】
また、位相急変検知回路１２は主変圧器２の二次側電圧の位相急変を常に監視し、その電圧の位相が急変した場合には、位相急変出力リレー１３の接点のＯＦＦ情報を空調制御装置８に入力する。すなわち、位相急変出力リレー１３の接点条件を、電圧検出器１０の電圧低下出力リレー１１の出力回路に割り込ませる回路構成としている。
【００２４】
位相急変検知回路１２は、主変圧器２の二次側電圧の電源周波数の半周期毎に位相の変動を常に監視している。このため、鉄道車両が交流き電区分の境界を通過する際に、前の交流き電区分からの給電がなくなった後、並列接続されている送風機４、５等の慣性負荷による逆起電力により残る電圧波形に対し、次の交流き電区分から給電される電力の電圧波形との位相差があった場合には、これを検知することになる。電圧位相の急変を検知した位相急変検知回路１２は、その位相急変出力リレー１３の駆動コイルを励磁する。
【００２５】
位相急変検知回路１２の出力で励磁された位相急変出力リレー１３は、そのｂ接点が開くことにより、本来、空調制御装置８への電圧低下検出信号の入力のみであった回路を開路する。
【００２６】
電圧低下出力リレー１１は、主変圧器２の二次側電圧が電圧有りで閉路し、電圧無しで開路となるので、空調制御装置８は、位相急変検知回路１２の出力リレー１３が励磁されそのｂ接点がＯＦＦとなった場合も、電圧低下と同一の意味の信号と認識する。
【００２７】
従って、主変圧器２の二次側電圧が下がらなかった場合でも、位相急変検知回路１２が位相の急変を検知したときは、空調制御装置８は、一旦圧縮機７を停止させ、一定時間経過後に自動再起動させることになる。
【００２８】
図２は、位相急変検知回路１２の内部の構成図であり、図３は位相急変検知回路１２の各部の動作信号の波形図である。位相急変検知回路１２は、主変圧器２の二次側電圧の全波整流波形から半周期毎に位相の変化を検出する位相変化検出手段３１と、位相変化検出手段３１により検出された位相の変化幅が一定の位相角以上か否かを判定する位相急変判定手段３２と、位相急変判定手段３２により位相の急変幅が一定の位相角以上と判断された場合に位相急変出力リレー１３の駆動信号を生成する位相急変出力手段３３とを備えている。
【００２９】
主変圧器２の二次側電圧は、位相急変検知回路１２の位相変化検出手段３１に入力される。すなわち、位相変化検出手段３１の計器用変圧器１４で一旦降圧される。
【００３０】
計器用変圧器１４で降圧された入力電圧Ｖは、図３に示すように正弦波状の信号である。入力電圧Ｖは整流回路１５により整流され、その出力信号Ｖｄは、立ち上がりワンショット回路１６および排他的論理和回路１７に入力される。立ち上がりワンショット回路１６は、電圧波形の半周期の時素（時限）を持ち、整流回路１５の出力信号Ｖｄの立ち上がりを検出して所定のパルス幅（電圧波形の半周期）の立ち上がりパルス信号Ｐｕを出力する。この立ち上がりワンショット回路１６の出力である立ち上がりパルス信号Ｐｕは排他的論理和回路１７に入力される。
【００３１】
排他的論理和回路１７では、整流回路１５の出力信号Ｖｄと立ち上がりパルス信号Ｐｕとの排他的論理和を取ることにより、位相の変化をトリガにした位相変化検知信号Ｓ１が得られる。この位相変化検知信号Ｓ１が位相変化時の正極側の位相差を認識した信号となる。
【００３２】
一方、整流回路１５の出力信号Ｖｄは、立ち下がりワンショット回路１８および反転回路１９に入力される。立ち下がりワンショット回路１８は、電圧波形の半周期の時素を持ち、整流回路１５の出力信号Ｖｄの立ち下がりを検出して所定のパルス幅の立ち下がりパルス信号Ｐｄを出力する。この立ち下がりワンショット回路１８の出力である立ち下がりパルス信号Ｐｄは排他的論理和回路２０に入力される。反転回路１９は整流回路１５の出力信号Ｖｄを反転させた反転信号Ｖｄ’を排他的論理和回路２０に出力する。
【００３３】
排他的論理和回路２０は、立ち下がりパルス信号Ｐｄと整流回路１５の出力信号Ｖｄの反転信号Ｖｄ’との排他的論理和を取ることにより、位相の変化をトリガにした位相変化検知信号Ｓ２が得られる。この位相変化検知信号Ｓ２は位相変化時の負極側の位相差を認識した信号となる。
【００３４】
次に、排他的論理和回路１７の出力である位相変化検知信号Ｓ１は、位相急変判定手段３２の立ち上がりワンショット回路２１および論理積回路２３に入力される。立ち上がりワンショット回路２１は、位相急変と判断する閾値の時素を持ち、その立ち上がりワンショット回路２１の出力信号を反転回路２２で反転する。そして、論理積回路２３により、その反転信号と排他的論理和回路１７の出力信号である位相変化検知信号Ｓ１との論理積をとることで、正極側の位相変化検知信号Ｓ１が閾値を超えた分のみの位相急変信号Ｓ１’が得られる。
【００３５】
ここで、立ち上がりワンショット回路２１が位相急変と判断する閾値は、例えば電源波形の周期の１／１０程度の時素に設定する。従って、立ち上がりワンショット回路２１は、電源波形の周期の１／１０の時素を持つことになる。
【００３６】
一方、排他的論理和回路２０の出力である位相変化検知信号Ｓ２についても同様に、位相急変判定手段３２の立ち上がりワンショット回路２４および反転回路２５、論理積回路２６から負極側の位相変化検知信号Ｓ２が位相急変と判断する閾値を超えた分のみの位相急変信号Ｓ２’が得られる。
【００３７】
そして、論理和回路２７により、位相急変信号Ｓ１’と位相急変信号Ｓ２’との論理和を取り、合成位相急変信号Ｓ３として位相急変出力手段３３の立ち上がりワンショット回路２８に出力する。この立ち上がりワンショット回路２８により、位相急変出力リレー１３の駆動信号Ｓ４に変換し位相急変信号として位相急変出力リレー１３に出力する。
【００３８】
ここで、立ち上がりワンショット回路の２８の時素設定値は、立ち上がりワンショット回路の２８によって生成される駆動信号（位相急変信号）Ｓ４が位相急変出力リレー１３の接点動作が確実に空調制御装置８に認識できるように、主変圧器２の二次側電圧波形の周期の１０倍程度にする。
【００３９】
この第１の実施の形態によれば、主変圧器２の二次側電圧の位相急変を検知したときは、空調制御装置２８は空調機２９の圧縮機７を一旦停止させ、所定の時間の経過後に再起動するので適正に空調機２９を制御できる。
【００４０】
すなわち、鉄道車両が交流き電区分の境界を通過する際、架線からの給電が無くなったにもかかわらず、慣性負荷による逆起電圧によって電圧が下がらないまま、次の交流き電区分からの給電を受けた状態であっても、位相急変検知回路がその位相の急変を検知するので圧縮機を一旦停止させることができる。
【００４１】
次に、本発明の第２の実施の形態を説明する。図４は本発明の第２の実施の形態係る車両用空調制御システムの構成図である。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、位相急変出力リレー１３は、位相急変信号を空調制御装置８だけでなく、圧縮機７の励磁回路の電磁接触器６にも出力し、圧縮機７の励磁回路を直接遮断するようにしたものである。図１に示した第１の実施の形態と同一要素には、同一符号を付し重複する説明は省略する。
【００４２】
図４に示すように、位相急変出力リレー１３の接点条件は、電圧検出器１０の電圧低下出力リレー１１の接点条件と論理積で、空調制御装置８に入力する回路に割り込ませると共に、位相急変出力リレー１３の接点条件で、空調制御装置８が圧縮機７をＯＮ／ＯＦＦするための接触器６の励磁回路を直接遮断する回路構成としている。
【００４３】
位相急変検知回路１２は、電源周波数の半周期毎に位相の変動を常に監視している。このため、鉄道車両が交流き電区分の境界を通過する際、前の交流き電区分からの給電がなくなった後に、並列接続されている送風機４、５等の慣性負荷による逆起電力により残る電圧波形に対し、次の交流き電区分から給電される電力の電圧波形との位相差があった場合には、これを検知することができる。
【００４４】
位相急変検知回路１２は、変圧器２の二次側電圧の位相の急変を検知すると位相急変出力リレー１３を励磁する。励磁された位相急変出力リレー１３は、その接点が開く。これにより、本来、空調制御装置８の電圧低下検出信号の入力のみであった回路を開路することになる。
【００４５】
電圧低下出力リレー１１は、変圧器２の二次側電圧の電圧有りで閉路し、電圧無しで開路となるため、位相急変出力リレー１３が励磁された場合も、電圧低下と同一の意味の信号を空調制御装置８へ出力する。また、位相急変検知回路１２の位相急変出力リレー１３の接点条件で、空調制御装置８が圧縮機７をＯＮ／ＯＦＦするための接触器６の励磁回路を直接遮断する回路構成であるので、位相急変検知後に直ちに圧縮機７を停止させることができる。
【００４６】
従って、主変圧器２の二次側電圧が下がらなかった場合でも、位相急変検知回路１２が位相の急変を検知することによって、即座に圧縮機７を停止させると共に、位相の急変を検知した空調制御装置８は、一定時間経過後に自動再起動させることができるようになる。
【００４７】
第２の実施の形態によれば、位相急変検知回路がその位相の急変を検知たときは、その位相の急変の検知後、直ちに圧縮機７を一旦停止させることができるので、圧縮機７にかける負担がより軽減する。
【００４８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の車両用空調制御システムによれば、鉄道車両が交流き電区分の境界を通過する際、架線からの給電がなくなり、空調機の送風機等の慣性負荷の逆起電力により主変圧器の二次側電圧が下がらないまま次のき電区分から給電を受けることになった場合でも、位相急変検知回路の動作により、一旦圧縮機を停止させ正常に自動再起動させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態の車両用空調制御システムの回路構成図。
【図２】同車両用空調制御システムにおける位相急変検知回路の内部構成例を示す機能ブロッ図。
【図３】同車両用空調制御システムにおける位相急変検知回路の回路動作を説明するタイミングチャート
【図４】本発明の第２の実施の形態の車両用空調制御システムの回路構成図。
【図５】従来の車両用空調制御システムの回路構成図。
【符号の説明】
１…集電器、２…主変圧器、３…主回路用配線遮断器、４…室内送風機、５…室外送風機、６…電磁接触器、７…圧縮機、８…空調制御装置、９…吸入部温度センサ、１０…電圧検出器、１１…電圧低下出力リレー、１２…位相急変検知回路、１３…位相急変出力リレー、１４…計器用変圧器、１５…整流回路、１６…立ち上がりワンショット回路、１７…排他的論理和回路、１８…立ち下がりワンショット回路、１９…反転回路、２０…排他的論理和回路、２１…立ち上がりワンショット回路、２２…反転回路、２３…論理積回路、２４…立ち上がりワンショット回路、２５…反転回路、２６…論理積回路、２７…論理和回路、２８…立ち上がりワンショット回路、２９…空調機、３０…断路器、３１…位相変化検出手段、３２…位相急変判定手段、３３…位相急変出力手段
【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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