(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両駆動用モータに給電するためのＶＶＶＦインバータである主インバータと、車両用補機に給電するためのＳＩＶインバータである副インバータと、前記主インバータの直流入力側に並列に設けた第１のフィルタコンデンサと、前記副インバータの直流入力側に並列に設けた第２のフィルタコンデンサと、前記副インバータと第２のフィルタコンデンサとの接続点と高圧側入力線との間に設けたブロッキングダイオードを備え、前記主インバータと副インバータとが架線の電力をパンタグラフを介して並列に受電する車両用電源装置であって、
前記第１のフィルタコンデンサに並列に第１の放電回路を接続し、前記ブロッキングダイオードに対して前記第２のフィルタコンデンサと並列に第２の放電回路を接続し、前記主インバータ及び副インバータに対して、高速度遮断器と、充電接触器と充電抵抗器とで構成され、前記高速度遮断器に直列に接続される充電回路と、前記高速度遮断器に対して前記充電回路と並列に接続される接触器と、前記充電回路と接触器との並列回路に直列に接続されるフィルタリアクトルとを共用するように接続したことを特徴とする車両用電源装置。
【請求項２】
車両駆動用モータに給電するためのＶＶＶＦインバータである主インバータと、車両用補機に給電するためのＳＩＶインバータである副インバータと、前記主インバータの直流入力側に並列に設けた第１のフィルタコンデンサと、前記副インバータの直流入力側に並列に設けた第２のフィルタコンデンサと、前記副インバータと第２のフィルタコンデンサとの接続点と高圧側入力線との間に設けたブロッキングダイオードを備え、前記主インバータと副インバータとが架線の電力をパンタグラフを介して並列に受電する車両用電源装置であって、
前記ブロッキングダイオードに対する前記副インバータと第２のフィルタコンデンサとの共通接続点と低圧入力線との間に、放電抵抗器と放電接触器とが直列に接続された放電回路を挿入し、前記主インバータ及び副インバータに対して、高速度遮断器と、充電接触器と充電抵抗器とで構成され、前記高速度遮断器に直列に接続される充電回路と、前記高速度遮断器に対して前記充電回路と並列に接続される接触器と、前記充電回路と接触器との並列回路に直列に接続されるフィルタリアクトルと、前記放電回路とを共用するように接続したことを特徴とする車両用電源装置。
【請求項３】
車両駆動用モータに給電するためのＶＶＶＦインバータである主インバータと、車両用補機に給電するためのＳＩＶインバータである副インバータと、前記主インバータの直流入力側に並列に設けた第１のフィルタコンデンサと、前記副インバータの直流入力側に並列に設けた第２のフィルタコンデンサと、前記副インバータと第２のフィルタコンデンサとの接続点と高圧側入力線との間に設けたブロッキングダイオードを備え、前記主インバータと副インバータとが架線の電力をパンタグラフを介して並列に受電する車両用電源装置であって、
前記第１のフィルタコンデンサに並列に第１の放電抵抗と放電用スイッチとが直列に接続された第１の放電回路を接続し、
前記第２のフィルタコンデンサに並列に第２の放電抵抗を有する第２の放電回路を接続し、
高速度遮断器と、前記高速度遮断器に直列に接続される、充電抵抗器と第１の接触器の並列回路と、前記充電抵抗器と接触器との並列回路に直列に接続されるフィルタリアクトルとを、前記主インバータに対して第２の接触器を介して接続し、かつ、前記充電抵抗器と第１の接触器の並列回路と、当該充電抵抗器と第１の接触器との並列回路に直列接続される前記フィルタリアクトルとを、前記副インバータに対して前記ブロッキングダイオード及び第３の接触器の直列接続回路を介して接続したことを特徴とする車両用電源装置。
【請求項４】
車両駆動用モータに給電するためのＶＶＶＦインバータである主インバータと、車両用補機に給電するためのＳＩＶインバータである副インバータと、前記主インバータの直流入力側に並列に設けたフィルタコンデンサと、前記副インバータの直流入力側に並列に設けたフィルタコンデンサと、前記副インバータとフィルタコンデンサとの接続点と高圧側入力線との間に設けたブロッキングダイオードを備え、前記主インバータと副インバータとが架線の電力をパンタグラフを介して並列に受電する車両用電源装置であって、
前記第１のフィルタコンデンサに並列に第１の放電抵抗器と放電用スイッチとが直列に接続された第１の放電回路を接続し、
前記第２のフィルタコンデンサに並列に第２の放電抵抗を有する第２の放電回路を接続し、
前記パンタグラフからの電力を遮断するための単一の高速度遮断器を、前記主インバータと副インバータとの両者に対して接触器とフィルタリアクトルとの直列回路それぞれを介して接続したことを特徴とする車両用電源装置。
【請求項５】
前記主インバータの回生ブレーキ動作の検出部と、前記副インバータに接続される間欠負荷に電流を流す間欠負荷制御部とを備え、前記主インバータの回生ブレーキを検出した時に前記間欠負荷に電流を流すように制御することを特徴とする請求項１又は２に記載の車両用電源装置に対する制御装置。
【請求項６】
前記主インバータの第１のフィルタコンデンサの電圧を検出する第１フィルタコンデンサ電圧検出部と、前記副インバータの第２のフィルタコンデンサの電圧を検出する第２フィルタコンデンサ電圧検出部と、前記第１のフィルタコンデンサの電圧と第２のフィルタコンデンサの電圧とを比較し、前記第１の放電回路の放電用スイッチを動作させる放電回路制御部とを備え、前記第１のフィルタコンデンサの電圧が第２のフィルタコンデンサの電圧よりも高いときに前記第１の放電回路を動作させることを特徴とする請求項３に記載の車両用電源装置に対する制御装置。
【請求項７】
前記主インバータの第１のフィルタコンデンサの電圧を検出する第１フィルタコンデンサ電圧検出部と、前記副インバータの第２のフィルタコンデンサの電圧を検出する第２フィルタコンデンサ電圧検出部と、前記第１のフィルタコンデンサの電圧と第２のフィルタコンデンサの電圧とを比較し、前記第１の放電回路の放電用スイッチを動作させる放電回路制御部とを備え、前記第１のフィルタコンデンサの電圧が第２のフィルタコンデンサの電圧よりも高いときに前記第１の放電回路を動作させることを特徴とする請求項４に記載の車両用電源装置に対する制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両用電源装置及びそれに対する制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、車両駆動用モータに給電する可変電圧可変周波数方式の主インバータ（以下、「ＶＶＶＦインバータ」と称する）と車両用補機に給電する補機用インバータ（以下、「ＳＩＶインバータ」と称する）とを備え、架線電力をパンタグラフを介して受電し、それぞれの負荷に必要な電力に変換する車両用電源装置は、図９に示す構成であった。
【０００３】
この従来の車両用電源装置において、ＶＶＶＦインバータ側の回路は、パンタグラフ（Ｐａｎ）１００、主フューズ（ＭＦ）１０１、主スイッチ（ＭＳ）１０２、高速度遮断器１０３、充電接触器（ＣＨＫ）１０４と充電抵抗器（ＣＨＲｅ）１０５の直列回路、この直列回路に並列に設けられた接触器（ＬＢ）１０６、フィルタリアクトル（ＦＬ）１０７及びフィルタコンデンサ（ＦＣ１）１０８、直流電力を交流電力に変換するＶＶＶＦインバータパワーユニット（ＶＶＶＦ−ＰＵ）１０９、これによって給電される誘導電動機１１０、フィルタコンデンサ１０８の電荷を放電させるための放電用抵抗器（ＦＣＲｅ）１１１、主スイッチ１０２に連動するスイッチ接点（ＭＳＡ）１１２、そして接地スイッチ１１３から構成されている。
【０００４】
一方、車両用電源装置におけるＳＩＶインバータ側の回路は、パンタグラフ１００に対してメインフューズ１０１と共に並列に設けられたＳＩＶ用フューズ（ＡＦ）２０１、ＳＩＶ用スイッチ（ＡＳ）２０２、ＳＩＶ用高速度遮断器（ＩｖＨＢ）２０３、ＳＩＶ用充電接触器（ＩｖＣＨＫ）２０４とＳＩＶ用充電抵抗器（ＩｖＣＨＲｅ）２０５の直列回路、この直列回路に並列に設けられたＳＩＶ用接触器（ＩｖＬＢ）２０６、ＳＩＶ用フィルタリアクトル（ＩｖＦＬ）２０７及びＳＩＶ用フィルタコンデンサ（ＦＣ２）２０８、ＳＩＶインバータパワーユニット（ＳＩＶ−ＰＵ）２０９、これによって給電される負荷２１０、ＳＩＶ用フィルタコンデンサ２０８の電荷を放電させるための放電用抵抗器（ＩｖＦＣＲｅ）２１１、接地スイッチ（ＩＧＳ）２１３、ブロッキングダイオード（ＢＤ）２１４、そして放電接触器（ＨＫ）２１５から構成されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
このような従来の車両用電源装置の場合、ＶＶＶＦインバータ回路とＳＩＶインバータ回路との入力は、パンタグラフ１００の低電位側で完全に分かれていて、高速度遮断器、充電回路を含めそれ以降の回路用品のすべてに同種のものが２個ずつ並設された構成になっており、ＶＶＶＦインバータ回路とＳＩＶインバータ回路とを含めた電源装置全体を１つのシステムとしてみると、高速度遮断器や充電回路のように重複している回路用品が数多くある。
【０００６】
このため、従来の車両用電源装置では、回路用品数が多いために故障率がそれに伴って多くなり、またコスト的にも高くなる問題点があった。
【０００７】
本発明はこのような従来の問題点に鑑みてなされたもので、回路用品数を削減し、それに伴って故障率を低減し、またコストも低減できる車両用電源装置及びそれに対する制御装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、車両駆動用モータに給電するためのＶＶＶＦインバータである主インバータと、車両用補機に給電するためのＳＩＶインバータである副インバータと、前記主インバータの直流入力側に並列に設けた第１のフィルタコンデンサと、前記副インバータの直流入力側に並列に設けた第２のフィルタコンデンサと、前記副インバータと第２のフィルタコンデンサとの接続点と高圧側入力線との間に設けたブロッキングダイオードを備え、前記主インバータと副インバータとが架線の電力をパンタグラフを介して並列に受電する車両用電源装置であって、前記第１のフィルタコンデンサに並列に第１の放電回路を接続し、前記ブロッキングダイオードに対して前記第２のフィルタコンデンサと並列に第２の放電回路を接続し、前記主インバータ及び副インバータに対して、高速度遮断器と、充電接触器と充電抵抗器とで構成され、前記高速度遮断器に直列に接続される充電回路と、前記高速度遮断器に対して前記充電回路と並列に接続される接触器と、前記充電回路と接触器との並列回路に直列に接続されるフィルタリアクトルとを共用するように接続したものである。
【０００９】
請求項２の発明は、車両駆動用モータに給電するためのＶＶＶＦインバータである主インバータと、車両用補機に給電するためのＳＩＶインバータである副インバータと、前記主インバータの直流入力側に並列に設けた第１のフィルタコンデンサと、前記副インバータの直流入力側に並列に設けた第２のフィルタコンデンサと、前記副インバータと第２のフィルタコンデンサとの接続点と高圧側入力線との間に設けたブロッキングダイオードを備え、前記主インバータと副インバータとが架線の電力をパンタグラフを介して並列に受電する車両用電源装置であって、前記ブロッキングダイオードに対する前記副インバータと第２のフィルタコンデンサとの共通接続点と低圧入力線との間に、放電抵抗器と放電接触器とが直列に接続された放電回路を挿入し、前記主インバータ及び副インバータに対して、高速度遮断器と、充電接触器と充電抵抗器とで構成され、前記高速度遮断器に直列に接続される充電回路と、前記高速度遮断器に対して前記充電回路と並列に接続される接触器と、前記充電回路と接触器との並列回路に直列に接続されるフィルタリアクトルと、前記放電回路とを共用するように接続したものである。
【００１０】
請求項３の発明は、車両駆動用モータに給電するためのＶＶＶＦインバータである主インバータと、車両用補機に給電するためのＳＩＶインバータである副インバータと、前記主インバータの直流入力側に並列に設けた第１のフィルタコンデンサと、前記副インバータの直流入力側に並列に設けた第２のフィルタコンデンサと、前記副インバータと第２のフィルタコンデンサとの接続点と高圧側入力線との間に設けたブロッキングダイオードを備え、前記主インバータと副インバータとが架線の電力をパンタグラフを介して並列に受電する車両用電源装置であって、前記第１のフィルタコンデンサに並列に第１の放電抵抗と放電用スイッチとが直列に接続された第１の放電回路を接続し、前記第２のフィルタコンデンサに並列に第２の放電抵抗を有する第２の放電回路を接続し、高速度遮断器と、前記高速度遮断器に直列に接続される、充電抵抗器と第１の接触器の並列回路と、前記充電抵抗器と接触器との並列回路に直列に接続されるフィルタリアクトルとを、前記主インバータに対して第２の接触器を介して接続し、かつ、前記充電抵抗器と第１の接触器の並列回路と、当該充電抵抗器と第１の接触器との並列回路に直列接続される前記フィルタリアクトルとを、前記副インバータに対して前記ブロッキングダイオード及び第３の接触器の直列接続回路を介して接続したものである。
【００１１】
請求項４の発明は、車両駆動用モータに給電するためのＶＶＶＦインバータである主インバータと、車両用補機に給電するためのＳＩＶインバータである副インバータと、前記主インバータの直流入力側に並列に設けたフィルタコンデンサと、前記副インバータの直流入力側に並列に設けたフィルタコンデンサと、前記副インバータとフィルタコンデンサとの接続点と高圧側入力線との間に設けたブロッキングダイオードを備え、前記主インバータと副インバータとが架線の電力をパンタグラフを介して並列に受電する車両用電源装置であって、前記第１のフィルタコンデンサに並列に第１の放電抵抗器と放電用スイッチとが直列に接続された第１の放電回路を接続し、前記第２のフィルタコンデンサに並列に第２の放電抵抗を有する第２の放電回路を接続し、前記パンタグラフからの電力を遮断するための単一の高速度遮断器を、前記主インバータと副インバータとの両者に対して接触器とフィルタリアクトルとの直列回路それぞれを介して接続したものである。
【００１３】
請求項１〜４の発明の車両用電源装置では、従来の装置と比較して、パンタグラフ以下主インバータ及び副インバータに至る回路用品、例えば、主スイッチ、高速度遮断器、充電回路、接触器、フィルタリアクトルを共用することにより部品点数を削減し、故障率の低減とコストの低減を図っている。
【００１４】
請求項５の発明の車両用電源装置に対する制御装置は、請求項１又は２の車両用電源において、前記主インバータの回生ブレーキ動作の検出部と、前記副インバータに接続される間欠負荷に電流を流す間欠負荷制御部とを備え、前記主インバータの回生ブレーキを検出した時に前記間欠負荷に電流を流すように制御するようにしたものである。
【００１５】
請求項５の発明の車両用電源装置に対する制御装置では、電気車の架線状態にかかわらず主インバータの回生電力を有効に利用する。
【００１６】
請求項６の発明の車両用電源装置に対する制御装置は、請求項３の車両用電源装置に対して、前記主インバータの第１のフィルタコンデンサの電圧を検出する第１フィルタコンデンサ電圧検出部と、前記副インバータの第２のフィルタコンデンサの電圧を検出する第２フィルタコンデンサ電圧検出部と、前記第１のフィルタコンデンサの電圧と第２のフィルタコンデンサの電圧とを比較し、前記第１の放電回路の放電用スイッチを動作させる放電回路制御部とを備え、前記第１のフィルタコンデンサの電圧が第２のフィルタコンデンサの電圧よりも高いときに前記第１の放電回路を動作させるようにしたものである。
【００１７】
請求項６の発明の車両用電源装置に対する制御装置では、主インバータから副インバータへ大電流が流れ込むことを防止する。
【００１８】
請求項７の発明の車両用電源装置に対する制御装置は、請求項４の車両用電源装置に対して、前記主インバータの第１のフィルタコンデンサの電圧を検出する第１フィルタコンデンサ電圧検出部と、前記副インバータの第２のフィルタコンデンサの電圧を検出する第２フィルタコンデンサ電圧検出部と、前記第１のフィルタコンデンサの電圧と第２のフィルタコンデンサの電圧とを比較し、前記第１の放電回路の放電用スイッチを動作させる放電回路制御部とを備え、前記第１のフィルタコンデンサの電圧が第２のフィルタコンデンサの電圧よりも高いときに前記第１の放電回路を動作させるようにしたものである。
【００１９】
請求項７の発明の車両用電源装置に対する制御装置では、主インバータから副インバータへ大電流が流れ込むことを防止する。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図に基づいて詳説する。図１は本発明の第１の実施の形態の車両用電源装置の回路構成を示している。第１の実施の形態の車両用電源装置は、車両駆動用の誘導電動機（ＩＭ）１１０に給電するためのＶＶＶＦインバータパワーユニット（ＶＶＶＦ−ＰＵ）１０９と、照明灯、ＡＣコンプレッサその他の車両用補機（ＬＯＡＤ）２１０に給電するためのＳＩＶインバータパワーユニット（ＳＩＶ−ＰＵ）２０９とを備えている。
【００２１】
ＶＶＶＦ−ＰＵ１０９には、フィルタコンデンサ（ＦＣ１）１０８と放電用抵抗器（ＦＣＲｅ）１１１を並列に設け、ＳＩＶ−ＰＵ２０９には、フィルタコンデンサ（ＦＣ２）２０８とＳＩＶ放電用抵抗器（ＩｖＦＣＲｅ）２１１を並列に設けている。
【００２２】
そしてＶＶＶＦ−ＰＵ１０９とＳＩＶ−ＰＵ２０９が架線の電力をパンタグラフ（Ｐａｎ）１００を介して並列に受電するように、このパンタグラフ１００の低電圧側に、メインフューズ（ＭＦ）１０１、メインスイッチ（ＭＳ）１０２、高速度遮断器（ＨＢ）１０３、充電接触器（ＣＨＫ）１０４と充電抵抗器（ＣＨＲｅ）１０５との直列回路で構成され、高速度遮断器１０３に直列に接続される充電回路、高速度遮断器１０３に対して充電回路と並列に接続される接触器（ＬＢ）１０６、そして充電回路と接触器１０６との並列回路に直列に接続されるフィルタリアクトル（ＦＬ）１０７が順に接続してあり、このフィルタリアクトル１０７と接地スイッチ（ＧＳ）１１３との間に、ＶＶＶＦ−ＰＵ１０９及びＳＩＶ−ＰＵ２０９が並列に接続してある。なお、ＳＩＶ−ＰＵ２０９の高圧側はフィルタリアクトル１０７に対してブロッキングダイオード（ＢＤ）２１４を介して接続してある。
【００２３】
放電用抵抗器（ＦＣＲｅ）１１１とＳＩＶ放電用抵抗器（ＩｖＦＣＲｅ）２１１の抵抗値は、主回路が架線から切り離されたときにフィルタコンデンサ１０８，２０８それぞれの電圧が３分以内にほぼ０Ｖとなるように選定する。
【００２４】
上記の回路構成の車両用電源装置は、次のように動作する。メインスイッチ１０２が投入状態にある。そしてまず、ＳＩＶ−ＰＵ２０９の投入指令により、高速度遮断器１０３がオンする。次に充電用リアクトル１０４がオンして、パンタグラフ１００からの直流電力が充電回路に流れ込み、充電抵抗器１０５によって突入電流が抑制され、さらにフィルタリアクトル１０７によって交流成分が除去された後、ＶＶＶＦインバータ側、ＳＩＶインバータ側のフィルタコンデンサ（ＦＣ１，ＦＣ２）１０８，２０８を充電する。
【００２５】
フィルタコンデンサ１０８，２０８の充電が完了すると、接触器（ＬＢ）１０６がオンし、その後に充電接触器（ＣＨＫ）１０４はオフする。そしてこの時点で、ＳＩＶ−ＰＵ２０９はゲートスタートし、補機２１０への電力供給を開始する。なお、この時点では、ＶＶＶＦ−ＰＵ１０９側はゲートスタートしていない。
【００２６】
ＶＶＶＦ−ＰＵ１０９側は、マスコンによる指令に基づいてゲートスタートし、誘導電動機１１０に交流電力を給電して回転させる。
【００２７】
この第１の実施の形態の車両用電源装置では、図９の従来例の回路構成と比較して、ＶＶＶＦ−ＰＵ１０９側ではメインスイッチ１０２に連動する連動接点１１２を削減し、ＳＩＶ−ＰＵ２０９側においては、ＳＩＶ用フューズ（ＡＦ）２０１、ＳＩＶ用スイッチ（ＡＳ）２０２、ＳＩＶ用高速度遮断器（ＩｖＨＢ）２０３、ＳＩＶ用充電接触器（ＩｖＣＨＫ）２０４とＳＩＶ用充電抵抗器（ＩｖＣＨＲｅ）２０５の直列回路、この直列回路に並列に設けられたＳＩＶ用接触器（ＩｖＬＢ）２０６、ＳＩＶ用フィルタリアクトル（ＩｖＦＬ）２０７、ＳＩＶ用接地スイッチ（ＩＧＳ）２１３及び放電接触器（ＨＫ）２１５を削減することができ、部品点数を削減して故障率を低減し、またコストも低減することができる。
【００２８】
次に、本発明の第２の実施の形態の車両用電源装置を、図２に基づいて説明する。第２の実施の形態の車両用電源装置では、図１に示した第１の実施の形態に対して、ＶＶＶＦ−ＰＵ１０９にはフィルタコンデンサ（ＦＣ１）１０８だけを並列に設け、ＳＩＶ−ＰＵ２０９にはフィルタコンデンサ（ＦＣ２）２０８だけを並列に設けている。
【００２９】
そしてＶＶＶＦ−ＰＵ１０９とＳＩＶ−ＰＵ２０９が架線の電力をパンタグラフ（Ｐａｎ）１００を介して並列に受電するように、パンタグラフ１００の低電圧側に、メインフューズ（ＭＦ）１０１、メインスイッチ（ＭＳ）１０２、高速度遮断器（ＨＢ）１０３、充電接触器（ＣＨＫ）１０４と充電抵抗器（ＣＨＲｅ）１０５とで構成される充電回路、高速度遮断器１０３に対して充電回路と並列に接続される接触器（ＬＢ）１０６、そして充電回路と接触器１０６との並列回路に直列に接続されるフィルタリアクトル（ＦＬ）１０７、ブロッキングダイオード（ＢＤ）２１４、放電用抵抗器（ＦＣＲｅ）１１１、放電用接触器（ＨＫ）２１５が順に接続してある。
【００３０】
そしてフィルタコンデンサ（ＦＣ１）１０８とＶＶＶＦ−ＰＵ１０９は、フィルタリアクトル１０７とブロッキングダイオード２１４との接続点と接地スイッチ（ＧＳ）１１３との間に、ブロッキングダイオード２１４〜放電用接触器２１５の直列回路に並列に接続してある。またフィルタコンデンサ（ＦＣ２）２０８とＳＩＶ−ＰＵ２０９は、ブロッキングダイオード２１４と放電用抵抗器１１１との接続点と接地スイッチ１１３との間に、放電用抵抗器１１１と放電用接触器２１５との直列回路に並列になるように接続してある。
【００３１】
上記の回路構成の車両用電源装置は、次のように動作する。メインスイッチ１０２が投入状態にある。また放電用接触器（ＨＫ）２１５はオフ状態である。そしてまず、ＳＩＶ−ＰＵ２０９の投入指令により、第１の実施の形態と同様に順次に回路用品が動作し、両方のフィルタコンデンサ（ＦＣ１，ＦＣ２）１０８，２０８を充電する。フィルタコンデンサ１０８，２０８の充電が完了すると、接触器（ＬＢ）１０６がオンし、その後に充電接触器（ＣＨＫ）１０４はオフする。そしてこの時点で、ＳＩＶ−ＰＵ２０９はゲートスタートし、補機２１０への電力供給を開始する。なお、この時点では、ＶＶＶＦ−ＰＵ１０９側はゲートスタートしていない。
【００３２】
ＶＶＶＦ−ＰＵ１０９側は、マスコンによる指令に基づいてゲートスタートし、誘導電動機１１０に交流電流を給電して回転させる。
【００３３】
この第２の実施の形態の車両用電源装置では、図９の従来例の回路構成と比較して、ＳＩＶ−ＰＵ２０９側において、ＳＩＶ用フューズ（ＡＦ）２０１、ＳＩＶ用スイッチ（ＡＳ）２０２、ＳＩＶ用高速度遮断器（ＩｖＨＢ）２０３、ＳＩＶ用充電接触器（ＩｖＣＨＫ）２０４、ＳＩＶ用充電抵抗器（ＩｖＣＨＲｅ）２０５、ＳＩＶ用接触器（ＩｖＬＢ）２０６、ＳＩＶ用フィルタリアクトル（ＩｖＦＬ）２０７、ＳＩＶ放電用抵抗器（ＩｖＦＣＲｅ）２１１、ＳＩＶ用接地スイッチ（ＩＧＳ）２１３を削減することができ、部品点数を削減して故障率を低減し、またコストも低減することができる。
【００３４】
次に、本発明の第３の実施の形態の車両用電源装置について、図３に基づいて説明する。第３の実施の形態の車両用電源装置では、ＶＶＶＦ−ＰＵ１０９には、フィルタコンデンサ（ＦＣ１）１０８と放電用抵抗器（ＦＣＲｅ）１１１を並列に設け、ＳＩＶ−ＰＵ２０９には、フィルタコンデンサ（ＦＣ２）２０８とＳＩＶ放電用抵抗器（ＩｖＦＣＲｅ）２１１を並列に設けている。さらにＶＶＶＦ−ＰＵ１０９側の放電用抵抗器１１１にはメインスイッチ１０２に連動する連動接点（ＭＳＡ）１１２が直列に接続され、ＳＩＶ放電用抵抗器２１１には放電接触器２１５が直列に接続されている。
【００３５】
そしてＶＶＶＦ−ＰＵ１０９とＳＩＶ−ＰＵ２０９が架線の電力をパンタグラフ（Ｐａｎ）１００を介して並列に受電するように、このパンタグラフ１００の低電圧側に、メインフューズ（ＭＦ）１０１、メインスイッチ（ＭＳ）１０２、高速度遮断器（ＨＢ）１０３、充電抵抗器（ＣＨＲｅ）１０５と接触器（ＬＢ１）１０６との並列回路、フィルタリアクトル（ＦＬ）１０７が順に接続してある。
【００３６】
さらに、このフィルタリアクトル１０７とＶＶＶＦ−ＰＵ１０９、フィルタコンデンサ１０８及び放電用抵抗器１１１の間に接触器（ＬＢ２）１１４が挿入されている。またフィルタリアクトル１０７とＳＩＶ−ＰＵ２０９、ＳＩＶ用フィルタコンデンサ２０８及びＳＩＶ放電用抵抗器２１１との間にブロッキングダイオード（ＢＤ）２１４と接触器（ＬＢ３）２１７が挿入されている。
【００３７】
上記の回路構成の車両用電源装置は、次のように動作する。メインスイッチ１０２が投入状態にある。そしてまず、ＳＩＶ−ＰＵ２０９の投入指令により、高速度遮断器１０３がオンする。次に接触器（ＬＢ２）１１４とＳＩＶ用接触器（ＬＢ３）２１７をオンして、パンタグラフ１００からの直流電力を充電抵抗器１０５とフィルタリアクトル１０７を介して両方のフィルタコンデンサ（ＦＣ１，ＦＣ２）１０８，２０８に流して充電する。
【００３８】
フィルタコンデンサ１０８，２０８の充電が完了すると、接触器（ＬＢ１）１０６がオンする。そしてこの時点で、ＳＩＶ−ＰＵ２０９はゲートスタートし、補機２１０への電力供給を開始する。なお、この時点では、ＶＶＶＦ−ＰＵ１０９側はゲートスタートしていない。
【００３９】
ＶＶＶＦ−ＰＵ１０９側は、マスコンによる指令に基づいてゲートスタートし、誘導電動機１１０に交流電流を給電して回転させる。
【００４０】
この第３の実施の形態の車両用電源装置では、機能的には、ＶＶＶＦ−ＰＵ１０９とＳＩＶ−ＰＵ２０９のどちらかが故障した場合、接触器（ＬＢ２，ＬＢ３）１１４，２１７により故障した側だけを切り離すことができる。
【００４１】
また第３の実施の形態の車両用電源装置では、図９の従来例の回路構成と比較して、ＳＩＶ−ＰＵ２０９側においては、ＳＩＶ用フューズ（ＡＦ）２０１、ＳＩＶ用スイッチ（ＡＳ）２０２、ＳＩＶ用高速度遮断器（ＩｖＨＢ）２０３、ＳＩＶ用充電抵抗器（ＩｖＣＨＲｅ）２０５、ＳＩＶ用接触器（ＩｖＬＢ）２０６、ＳＩＶ用フィルタリアクトル（ＩｖＦＬ）２０７、ＳＩＶ用接地スイッチ（ＩＧＳ）２１３及び放電接触器（ＨＫ）２１５を削減することができ、部品点数を削減して故障率を低減し、またコストも低減することができる。
【００４２】
次に、本発明の第４の実施の形態の車両用電源装置について、図４及び図５に基づいて説明する。第４の実施の形態は、図３に示した第３の実施の形態に対して、フィルタリアクトル（ＦＬ）１０７を接触器（ＬＢ２）１１４と１を入れ替え、同時に、ＳＩＶ用接触器（ＬＢ３）２１７とＳＩＶ−ＰＵ２０９、フィルタコンデンサ（ＦＣ２）２０８及びＳＩＶ放電用抵抗器（ＩｖＦＣＲｅ）２１１との間にＳＩＶ用フィルタリアクトル２０７を設けている。また、第３の実施の形態における放電用接触器（ＨＫ）２１５に代えて、メインスイッチ（ＭＳ）１０２に連動する連動接点（ＭＳＡ２）２１６を用いている。なお、ＶＶＶＦ−ＰＵ１０９側の連動接点１１２は、ここでは連動接点（ＭＳＡ１）としている。
【００４３】
この第４の実施の形態の場合、ＶＶＶＦ−ＰＵ１０９に接続するフィルタリアクトル（ＦＬ）１０７とＳＩＶ−ＰＵ２０９に接続するフィルタリアクトル（ＩｖＦＬ）２０７とを分離した構成にすることにより、ＶＶＶＦ−ＰＵ１０９の接触器（ＬＢ２）１１４とＳＩＶ−ＰＵ２０９の接触器（ＬＢ３）２１７のいずれかを開放しても、フィルタリアクトル（ＦＬ）１０７とフィルタコンデンサ（ＦＣ１）１０８、及びフィルタリアクトル（ＩｖＦＬ）２０７とフィルタコンデンサ（ＦＣ２）２０８から構成されるフィルタの特性（共振周波数）を変更しないようにできる。
【００４４】
電気車の場合、図５に示すように、フィルタリアクトルとフィルタコンデンサの定数から決定されるフィルタの特性により、電力変換器であるＶＶＶＦ−ＰＵ１０９やＳＩＶ−ＰＵ２０９から線路に流れる電流の低周波成分を抑制し、信号機器へ悪影響を与えないようにしているシステムが存在するが、本実施の形態の場合、フィルタ特性（共振周波数ｆｃ）を変更しないようにでき、第３の実施の形態の効果に加えて、高速度遮断器、充電回路が共通化していてもＶＶＶＦ−ＰＵ１０９とＳＩＶ−ＰＵ２０９の冗長性を高くできる効果がある。
【００４５】
次に、本発明の第５の実施の形態の車両用電源装置に対する制御装置を、図６に基づいて説明する。図６に示す第５の実施の形態は、図１に示した第１の実施の形態の車両用電源装置に対する制御装置の構成を示している。したがって、車両用電源装置の回路構成は図１に示したものと共通である。そして制御装置の構成は、ＶＶＶＦ−ＰＵ１０９のフィルタコンデンサ（ＦＣ１）１０８に対する電圧検出器１２０からの電圧信号（ＦＣ１電圧）とブレーキ信号を入力とし、回生ブレーキ指令が入り、かつＦＣ１電圧が所定値を超えた場合に間欠負荷始動指令を出力する回生ブレーキ検出部１と、複数の補機負荷（ＬＯＡＤ）２１０の中から動作可能な間欠負荷を選択し、強制的に動作させるための始動信号を出力するＳＩＶ間欠負荷制御部２から構成される。
【００４６】
次に、上記の構成の車両用電源装置に対する制御装置の動作について説明する。図１の車両用電源装置においてＶＶＶＦ−ＰＵ１０９が回生ブレーキ動作すると、ＶＶＶＦ−ＰＵ１０９から架線に向けて回生電力が出力される。ところが、架線電圧の変化や回生電力を消費する負荷車両が存在しない場合、フィルタコンデンサ（ＦＣ１）１０８の電圧が高くなるので、回生電力の制御が必要になる。
【００４７】
一方、ＳＩＶ−ＰＵ２０９には照明灯、ＡＣコンプレッサその他の様々な負荷２１０が接続され、常に架線から電力を供給する必要がある。そして様々な負荷の中には、一定周期で動作する負荷もある。例えば、コンプレッサ、抵抗器用ブロアなどは一定間隔で動作と停止を繰り返す。そしてこれらは停止期間中に強制的に動作させたとしても支障を来すものではなく、場合によっては回生電力を消費することによって電力料金を節約できるメリットも期待できる。
【００４８】
そこで、本実施の形態の制御装置では、回生ブレーキ検出部１が回生ブレーキ中に、ＶＶＶＦ−ＰＵ１０９のフィルタコンデンサ（ＦＣ１）１０８の電圧が上昇したことを検出した場合、ＳＩＶ間欠負荷制御部２が動作可能なＳＩＶ間欠負荷２１０を選択して起動させ、回生電力をＳＩＶ−ＰＵ２０９側に供給して選択された間欠負荷２１０によって回生電力を消費させる。
【００４９】
これにより、車両用電源装置に関しては図１の第１の実施の形態と同様の効果を奏し、しかも制御装置としては回生電力を有効に利用して電力料金の節約が図れることになる。
【００５０】
次に、本発明の第６の実施の形態の車両用電源装置に対する制御装置を、図７に基づいて説明する。図７に示す第６の実施の形態は、図２に示した第２の実施の形態の車両用電源装置に対する制御装置の構成を示している。したがって、車両用電源装置の回路構成は図２に示したものと共通である。そして制御装置は、必要な箇所に設置されている各種センサからの信号と故障信号とを入力し、ＶＶＶＦ−ＰＵ１０９とＳＩＶ−ＰＵ２０９それぞれの保護動作の必要性と必要な保護動作の種類を決定する保護動作検出部１１と、高速度遮断器（ＨＢ）１０３、充電接触器（ＣＨＫ）１０４及び接触器（ＬＢ）１０６を動作させるシーケンス制御部１２と、ＶＶＶＦ−ＰＵ１０９のゲート信号を制御するＶＶＶＦゲート制御部１３と、ＳＩＶ−ＰＵ２０９のゲート信号を制御するＳＩＶゲート制御部１４とを備え、保護動作検出部１１が検出する保護動作の種類に応じて、ＶＶＶＦ−ＰＵ１０９とＳＩＶ−ＰＵ２０９との相互の保護の影響を最小にするように高速度遮断器１０３、充電接触器１０４、接触器１０６及びゲート信号を制御するようにしたものである。
【００５１】
上記の実施の形態の車両用電源装置に対する制御装置は、次のように動作する。保護動作検出部１１は、ＶＶＶＦ−ＰＵ１０９、ＳＩＶ−ＰＵ２０９の各種センサや故障信号からシステムの保護動作を検出する。
【００５２】
例えば、ＶＶＶＦ−ＰＵ１０９において、空転動作などの外乱によるモータ過電流を検出した場合には、ＶＶＶＦ−ＰＵ１０９とＳＩＶ−ＰＵ２０９の共通回路に故障はないと判断し、軽故障指令をシーケンス制御部１２に出力する。シーケンス制御部１２では、軽故障指令を受けると、高速度遮断器１０３、接触器１０６をオフしないように指令する。同時に、ＶＶＶＦゲート制御部１３にも軽故障指令を出力し、ＶＶＶＦゲート制御部１３はこれを受けてゲート信号をオフする。この場合、保護の必要のあるのがＶＶＶＦ−ＰＵ１０９側であり、軽故障であるのでＳＩＶ−ＰＵ２０９側の保護動作は必要でないので、保護動作検出部１１はＳＩＶゲート制御部１４には軽故障指令を出力せず、ＳＩＶゲート制御部１４は継続してゲート信号を出力し、ＳＩＶ−ＰＵ２０９の動作を継続させる。
【００５３】
また、ＶＶＶＦ−ＰＵ１０９側ではなく、ＳＩＶ−ＰＵ２０９側の故障の場合には上記とは逆の動作をさせ、ＳＩＶ−ＰＵ２０９側のゲート信号をオフし、ＶＶＶＦ−ＰＵ１０９側は動作を継続させる制御を行う。
【００５４】
さらに、共用化した部分の故障やＶＶＶＦ−ＰＵ１０９、ＳＩＶ−ＰＵ２０９を同時に動作させることができない保護動作である、例えば、高速度遮断器１０３がトリップする保護のような場合は、保護動作検出部１１にて共用回路の故障と判断し、重事故指令をシーケンス制御部１２と出力する。シーケンス制御部１２はこの重事故指令を受けると、高速度遮断器１０３、接触器１０４，１０６のすべてをオフさせるように制御する。同時に、重事故指令はＶＶＶＦゲート制御部１３とＳＩＶげーと制御部１４にも出力され、ＶＶＶＦ−ＰＵ１０９もＳＩＶ−ＰＵ２０９も共にゲート信号をオフして停止させ、システムの保護協調をとる。
【００５５】
こうして、第６の実施の形態によれば、多くの回路用品をＶＶＶＦ−ＰＵ１０９とＳＩＶ−ＰＵ２０９とで共用化することによって車両用電源装置の故障率を低減し、またコストも低減できる上に、軽事故に対してはＶＶＶＦ−ＰＵ１０９，ＳＩＶ−ＰＵ２０９のいずれか必要な側だけを停止させ、反対側は継続して動作させ、重事故の場合には両方を同時に停止させるという柔軟な保護動作が可能となる。
【００５６】
次に、本発明の第７の実施の形態の車両用電源装置に対する制御装置を、図８に基づいて説明する。第７の実施の形態は、図３に示した第３の実施の形態の車両用電源装置又は図４に示した第４の実施の形態の車両用電源装置に対する制御装置であり、ＶＶＶＦ−ＰＵ１０９のフィルタコンデンサ（ＦＣ１）１０８の電圧検出器１２０の信号に基づき、このフィルタコンデンサ１０８の電圧を検出するＶＶＶＦ・ＦＣフィルタコンデンサ電圧検出部２１と、ＳＩＶ−ＰＵ２０９のフィルタコンデンサ（ＦＣ２）２０８の電圧検出器２２０の信号に基づき、このフィルタコンデンサ２０８の電圧を検出するＳＩＶ・ＦＣ電圧検出部２２と、これらのＶＶＶＦ・ＦＣ電圧検出部２１とＳＩＶ・ＦＣ電圧検出部２２との検出電圧同士を比較し、放電用抵抗器（０ＶＲｅ）１１６と放電用サイリスタ（０ＶＴＨ）１１７との放電回路に対してその放電用サイリスタ１１７を動作させる放電回路制御部２３から構成されている。
【００５７】
この車両用電源装置に対する制御装置は、次のように動作する。図３に示した第３の実施の形態の車両用電源装置あるいは図４に示した第４の実施の形態の車両用電源装置の場合、システムを起動させるとき、接触器（ＬＢ２，ＬＢ３）１１４，２１７を動作させ、架線からパンタグラフ１００を介してフィルタコンデンサ（ＦＣ１，ＦＣ２）１０８，２０８を充電する。ところが、ＶＶＶＦ−ＰＵ１０９のフィルタコンデンサ（ＦＣ１）１０８とＳＩＶ−ＰＵ２０９のフィルタコンデンサ（ＦＣ２）２０８の電位に差があると、電流を制限する抵抗素子が両者間に介在していないため、図８に矢付き破線で示したような大電流が流れ、部品が劣化する可能性がある。
【００５８】
このため、システムを起動する前にＶＶＶＦ・ＦＣ電圧検出部２１でＶＶＶＦ−ＰＵ１０９のフィルタコンデンサ１０８の電圧を検出し、ＳＩＶ・ＦＣ電圧検出部２２でＳＩＶ−ＰＵ２０９のフィルタコンデンサ２０８の電圧を検出し、放電回路制御部２３において、それぞれの検出電圧を比較し、ＶＶＶＦ−ＰＵ１０９側のフィルタコンデンサ電圧がＳＩＶ−ＰＵ２０９側のフィルタコンデンサ電圧よりも高い場合には、ＶＶＶＦ−ＰＵ１０９側の放電回路の放電用サイリスタ（０ＶＴＨ）１１７を動作させ、フィルタコンデンサ１０８に貯まっている電荷を放電用抵抗器（０ＶＲｅ）１１６によって放電させる。
【００５９】
これにより、ＶＶＶＦ−ＰＵ１０９側のフィルタコンデンサ（ＦＣ１）１０８の電位が０Ｖとなり、ＶＶＶＦ−ＰＵ１０９側のフィルタコンデンサ１０８からＳＩＶ−ＰＵ２０９側のフィルタコンデンサ２０８に大電流が流れるのを防止し、部品の劣化を防止することができる。
【００６０】
【発明の効果】
以上のように請求項１〜４の発明の車両用電源装置によれば、従来の装置と比較して、パンタグラフ以下主インバータ及び副インバータに至る回路用品、例えば、主スイッチ、高速度遮断器、充電回路、接触器、フィルタリアクトルを共用することにより部品点数を削減し、故障率の低減とコストの低減が図れる。
【００６１】
請求項５の発明の車両用電源装置に対する制御装置によれば、電気車の架線状態にかかわらず主インバータの回生電力を有効に利用することができる。
【００６２】
請求項６及び７の発明の車両用電源装置に対する制御装置によれば、主インバータから副インバータへ大電流が流れ込むことを防止することができる。
【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電源装置の回路ブロック図。
【図２】本発明の第２の実施の形態の車両用電源装置の回路ブロック図。
【図３】本発明の第３の実施の形態の車両用電源装置の回路ブロック図。
【図４】本発明の第４の実施の形態の車両用電源装置の回路ブロック図。
【図５】上記の実施の形態のフィルタ特性図。
【図６】本発明の第５の実施の形態の車両用電源装置に対する制御装置の回路ブロック図。
【図７】本発明の第６の実施の形態の車両用電源装置に対する制御装置の回路ブロック図。
【図８】本発明の第７の実施の形態の車両用電源装置に対する制御装置の回路ブロック図。
【図９】従来例の車両用電源装置の回路ブロック図。
【符号の説明】
１  回生ブレーキ検出部
２  ＳＩＶ間欠負荷制御部
１１  保護動作検出部
１２  シーケンス制御部
１３  ＶＶＶＦゲート制御部
１４  ＳＩＶゲート制御部
２１  ＶＶＶＦ・ＦＣ電圧検出部
２２  ＳＩＶ・ＦＣ電圧検出部
２３  放電回路制御部
１００  パンタグラフ（Ｐａｎ）
１０１  メインフューズ（ＭＦ）
１０２  メインスイッチ（ＭＳ）
１０３  高速度遮断器（ＨＢ）
１０４  充電接触器（ＣＨＫ）
１０５  充電抵抗器（ＣＨＲｅ）
１０６  接触器（ＬＢ）
１０７  フィルタリアクトル（ＦＬ）
１０８  フィルタコンデンサ（ＦＣ１）
１０９  ＶＶＶＦインバータパワーユニット（ＶＶＶＦ−ＰＵ）
１１０  誘導電動機（ＩＭ）
１１１  放電用抵抗器（ＦＣＲｅ）
１１２  連動接点（ＭＳＡ）
１１３  接地スイッチ（ＧＳ）
１１４  接触器（ＬＢ２）
１１６  放電用抵抗器（０ＶＲｅ）
１１７  放電用サイリスタ（０ＶＴＨ）
１２０  電圧検出器
２０８  フィルタコンデンサ（ＦＣ２）
２０９  ＳＩＶインバータパワーユニット（ＳＩＶ−ＰＵ）
２１０  補機負荷（ＬＯＡＤ）
２１１  放電用抵抗器（ＩｖＦＣＲｅ）
２１４  ブロッキングダイオード（ＢＤ）
２１５  放電用スイッチ（ＨＫ）
２１６  連動接点（ＭＳＡ２）
２１７  接触器（ＬＢ３）
２２０  電圧検出器
【図１】
0003808701.tif 000002
【図２】
0003808701.tif 000003
【図３】
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【図４】
0003808701.tif 000005
【図５】
0003808701.tif 000006
【図６】
0003808701.tif 000007
【図７】
0003808701.tif 000008
【図８】
0003808701.tif 000009
【図９】
0003808701.tif 000010