(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
集電器を介して受電する直流電力の入力回路が、それぞれスイッチによって接断が可能な複数の出力回路に分岐され、これらの出力回路に、それぞれリアクトルを介在させてインバータが接続され、前記インバータの少なくとも一つが直流を定電圧定周波数の交流に変換するものであり、他が直流を可変電圧可変周波数の交流に変換するものであり、一つの定電圧定周波数形のインバータのバックアップとして一つの可変電電圧可変周波数形のインバータを、直流側及び交流側で連携して切替操作する一対の切替器を備えた電気車制御装置において、
前記直流電力の入力回路を複数の出力回路に分岐する要素を一括収納して第１の装置とし、前記リアクトルを一括収納して第２の装置とし、前記インバータ及び切替器を一括収納して第３の装置として、これらの装置間を配線したことを特徴とする電気車制御装置。
【請求項２】
集電器を介して受電する直流電力の入力回路が、それぞれスイッチによって接断が可能な複数の出力回路に分岐され、これらの出力回路に、それぞれリアクトルを介在させてインバータが接続され、前記インバータの少なくとも一つが直流を定電圧定周波数の交流に変換するものであり、他が直流を可変電圧可変周波数の交流に変換するものであり、一つの定電圧定周波数形のインバータに対して、そのバックアップとして一つの可変電電圧可変周波数形のインバータを、直流側及び交流側で連携して切替操作する一対の切替器を備えた電気車制御装置において、
前記直流電力の入力回路を複数の出力回路に分岐する要素を一括収納して第１の装置とし、前記リアクトルを一括収納して第２の装置とし、前記切替器及び切替対象の前記インバータを一括収納して第３の装置とし、切替対象外の前記インバータを一括収納して第４の装置として、これらの装置間を配線した、
ことを特徴とする電気車制御装置。
【請求項３】
集電器を介して受電する直流電力の入力回路が、それぞれスイッチによって接断が可能な複数の出力回路に分岐され、これらの出力回路に、それぞれリアクトルを介在させてインバータが接続され、前記インバータの少なくとも一つが直流を定電圧定周波数の交流に変換するものであり、他が直流を可変電圧可変周波数の交流に変換するものであり、一つの定電圧定周波数形のインバータのバックアップとして一つの可変電圧可変周波数形のインバータを、直流側及び交流側で連携して切替操作する一対の切替器を備えた電気車制御装置において、
少なくとも、切替対象の前記インバータと前記一対の切替器を、同一の装置へ一括収納したことを特徴とする電気車制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、直流を交流に変換する複数台の可変電圧可変周波数形インバータ（以下、ＶＶＶＦインバータと略称する）と少なくとも１台の定電圧定周波数形インバータ（以下、ＣＶＣＦインバータと略称する）とを備え、このＣＶＣＦインバータのバックアップとして一つのＶＶＶＦインバータを、直流側及び交流側で連携して切替操作する一対の切替器を備えた電気車制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種の従来の電気車制御装置として図５に示すものがあった。図５において、架線１に接触する集電器２に高速度遮断器３の電源側の端子が接続され、この高速度遮断器３の負荷側の端子に、充電抵抗４が並列接続された単位スイッチ５の一端が接続されている。この単位スイッチ５の他端には、開放用単位スイッチ６ａ及びフィルタリアクトル７ａの直列接続回路を介して、ＶＶＶＦインバータ８ａの直流側正極端子が接続され、また、開放用単位スイッチ６ｂ及びフィルタリアクトル７ｂの直列接続回路を介して、ＶＶＶＦインバータ８ｂの直流側正極端子が接続され、さらに、開放用単位スイッチ６ｃ及びフィルタリアクトル７ｃの直列接続回路を介して、ＶＶＶＦインバータ８ｃの直流側正極端子が接続されている。
【０００３】
また、高速度遮断器１０の負荷側に、充電抵抗１１が並列接続された単位スイッチ１２の一端が接続され、この単位スイッチ１２の他端には、フィルタリアクトル１３を介して、電源装置とも呼ばれるＣＶＣＦインバータ１５の直流側正極端子が接続されている。
【０００４】
ＶＶＶＦインバータ８ａ，８ｂ，８ｃ及びＣＶＣＦインバータ１５の各直流側負極端子は共通に接続され、車輪等を介して接地されている。そして、ＶＶＶＦインバータ８ａ，８ｂ，８ｃの交流側には車両駆動用のモータ９ａ，９ｂ，９ｃが接続されており、それぞれ入力した直流を可変電圧可変周波数の三相交流に変換してモータ９ａ，９ｂ，９ｃに供給する。一方、ＣＶＣＦインバータ１５の交流側にはトランス１６の一次巻線が接続されている。トランス１６の二次巻線には各種の負荷が接続されている。そこで、ＣＶＣＦインバータ１５は直流を定電圧定周波数の三相交流に変換してトランス１６に供給する。トランス１６はその二次巻線に接続された各種の負荷に電力を供給する。
【０００５】
この場合、車両の補助電源として機能するＣＶＣＦインバータ１５のバックアップとしてＶＶＶＦインバータ８ｃを使用するべく、これらのインバータの直流側の配線を切り替える切替器１４ａが設けられ、交流側の配線を切り替える切替器１４ｂが設けられ、これらの切替器１４ａ及び１４ｂを連携して切替操作することによって、ＣＶＣＦインバータ１５の故障時にＶＶＶＦインバータ８ｃをＣＶＣＦインバータとして機能させる構成になっている。
【０００６】
図５に示した電気車制御装置を構成する要素は機能毎に一括収納される。すなわち、図中に波線で示した如く、高速度遮断器３、単位スイッチ５、開放用単位スイッチ６ａ，６ｂ，６ｃ、高速度遮断器１０、充電抵抗１１、単位スイッチ１２、切替器１４ａ，１４ｂが断流器１７ｂとして、ＶＶＶＦインバータ８ａ，８ｂ，８ｃ及びＣＶＣＦインバータ１５がＶＶＶＦ電源１８ｄとして収納される。
【０００７】
図６はこれらの装置を単位として配線したブロック線図であり、上述した充電抵抗４が抵抗器２０として、フィルタリアクトル７ａ，７ｂ，７ｃ及び１３がリアクトル１９として、前述した断流器１７ｂ及びＶＶＶＦ電源１８ｄに接続される。これらの装置間を電力の授受と関係付けて矢印を付して配線を表示すると、集電器２と断流器１７ｂとの間に２本、断流器１７ｂと抵抗器２０との間に２本、断流器１７ｂとリアクトル１９との間に合計６本、リアクトル１９とＶＶＶＦ電源１８ｄとの間に合計２本、断流器１７ｂとＶＶＶＦ電源１８ｄとの間に８本の配線が施される。また、ＶＶＶＦ電源１８ｄから１本の接地線が導出されると共に、このＶＶＶＦ電源１８ｄにはそれぞれ３本の配線によってモータ９ａ，９ｂが接続される。一方、断流器１７ｂにはそれぞれ３本の配線によってモータ９ｃと、トランス１６とが接続される。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
図５に示した如く、高速度遮断器３、単位スイッチ５、開放用単位スイッチ６ａ，６ｂ，６ｃ、高速度遮断器１０、充電抵抗１１、単位スイッチ１２、切替器１４ａ，１４ｂが断流器１７ｂとして、ＶＶＶＦインバータ８ａ，８ｂ，８ｃ及びＣＶＣＦインバータ１５がＶＶＶＦ電源１８ｄとして一括収納した場合、図６のブロック線図から明らかなように、装置間を行き来する配線の本数が多くなってしまい、車両製作時における配線工数の増加及び車体重量の増加をきたすという問題があった。
【０００９】
また、装置毎にこれらの配線をやり取りするための端子台等のスペースを必要とするため、これらの装置を小型化する上で妨げになるという問題もあった。
【００１０】
さらに、電力変換部の主回路の配線が装置間に引き回されるため、配線からの漏れ磁束による誘導障害の対策が容易ではなかった。
【００１１】
本発明は上記の問題点を解決するためになされたもので、装置間の配線数を削減すると共に、誘導障害の発生を防止し、さらに、配線工数及び車体重量を減らすことのできる電気車制御装置を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る発明は、
集電器を介して受電する直流電力の入力回路が、それぞれスイッチによって接断が可能な複数の出力回路に分岐され、これらの出力回路に、それぞれリアクトルを介在させてインバータが接続され、インバータの少なくとも一つが直流を定電圧定周波数の交流に変換するものであり、他が直流を可変電圧可変周波数の交流に変換するものであり、一つの定電圧定周波数形のインバータのバックアップとして一つの可変電電圧可変周波数形のインバータを、直流側及び交流側で連携して切替操作する一対の切替器を備えた電気車制御装置において、
直流電力の入力回路を複数の出力回路に分岐する要素を一括収納して第１の装置とし、リアクトルを一括収納して第２の装置とし、インバータ及び切替器を一括収納して第３の装置として、これらの装置間を配線したことを特徴とする。
【００１３】
請求項２に係る発明は、
集電器を介して受電する直流電力の入力回路が、それぞれスイッチによって接、断が可能な複数の出力回路に分岐され、これらの出力回路に、それぞれリアクトルを介在させてインバータが接続され、インバータの少なくとも一つが直流を定電圧定周波数の交流に変換するものであり、他が直流を可変電圧可変周波数の交流に変換するものであり、一つの定電圧定周波数形のインバータに対して、そのバックアップとして一つの可変電電圧可変周波数形のインバータを、直流側及び交流側で連携して切替操作する一対の切替器を備えた電気車制御装置において、
直流電力の入力回路を複数の出力回路に分岐する要素を一括収納して第１の装置とし、リアクトルを一括収納して第２の装置とし、切替器及び切替対象のインバータを一括収納して第３の装置とし、切替対象外のインバータを一括収納して第４の装置として、これらの装置間を配線した、ことを特徴とする。
請求項３に係る発明は、
集電器を介して受電する直流電力の入力回路が、それぞれスイッチによって接断が可能な複数の出力回路に分岐され、これらの出力回路に、それぞれリアクトルを介在させてインバータが接続され、前記インバータの少なくとも一つが直流を定電圧定周波数の交流に変換するものであり、他が直流を可変電圧可変周波数の交流に変換するものであり、一つの定電圧定周波数形のインバータのバックアップとして一つの可変電圧可変周波数形のインバータを、直流側及び交流側で連携して切替操作する一対の切替器を備えた電気車制御装置において、
少なくとも、切替対象の前記インバータと前記一対の切替器を、同一の装置へ一括収納したことを特徴とする。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図面に示す好適な実施形態に基づいて詳細に説明する。図１は本発明に係る電気車制御装置の第１の実施形態として各構成要素の一括収納例を示したもので、図中、図５と同一の要素には同一の符号を付してその説明を省略する。ここでは、先ず、第１の装置として、直流電力の入力回路を複数の出力回路に分岐する要素、すなわち、高速度遮断器３、単位スイッチ５、開放用単位スイッチ６ａ，６ｂ，６ｃ、高速度遮断器１０、充電抵抗１１及び単位スイッチ１２を一括収納して断流器１７ａとし、次に、第２の装置として、フィルタリアクトル７ａ，７ｂ，７ｃ及びフィルタリアクトル１３を一括収納してリアクトル１９とし、さらに、第３の装置として、ＶＶＶＦインバータ８ａ，８ｂ，８ｃ、ＣＶＣＦインバータ１５、切替器１４ａ，１４ｂを一括収納してＶＶＶＦ電源１８ａとしてこれらの装置間を図２に示すように配線する。
【００１５】
図２から明らかなように、断流器１７ａとリアクトル１９とを接続する配線が従来装置の６本から４本に減らされ、しかも、断流器１７ａからリアクトル１９へ一方向に電力を供給するだけで済むこととなる。また、リアクトル１９とＶＶＶＦ電源１８ａとを直接接続する配線数は２本から４本に増えるが、断流器１７ａとの接続が不要化されて配線数の大幅な削減が可能となり、しかも、リアクトル１９からＶＶＶＦ電源１８ａへ一方向に電力を供給するだけで済むこととなる。
【００１６】
この結果、図５及び図６に示した従来の電気車制御装置と比較して、装置間の配線数を削減すると共に、誘導障害の発生を防止し、さらに、配線工数及び車体重量を減らすことができる。
【００１７】
図３は本発明に係る電気車制御装置の第２の実施形態として各構成要素の一括収納例を示したもので、図中、図１と同一の要素には同一の符号を付してその説明を省略する。ここでは、先ず、第１の装置として、直流電力の入力回路を複数の出力回路に分岐する要素、すなわち、高速度遮断器３、単位スイッチ５、開放用単位スイッチ６ａ，６ｂ，６ｃ、高速度遮断器１０、充電抵抗１１及び単位スイッチ１２を一括収納して断流器１７ａとし、次に、第２の装置として、フィルタリアクトル７ａ，７ｂ，７ｃ及びフィルタリアクトル１３を一括収納してリアクトル１９とし、続いて、第３の装置としてＶＶＶＦインバータ８ａ及び８ｂを一括収納してＶＶＶＦ電源１８ｂとし、さらに、第４の装置として、ＶＶＶＦインバータ８ｃ、ＣＶＣＦインバータ１５、切替器１４ａ，１４ｂを一括収納してＶＶＶＦ電源１８ｃとしてこれらの装置間を図４に示すように配線する。
【００１８】
図４に示すブロック線図を図２と比較すると、図２に示したＶＶＶＦ電源１８ａが単純にＶＶＶＦ電源１８ｂとＶＶＶＦ電源１８ｃとに分割された構成となり、リアクトル１９とＶＶＶＦ電源１８ｂとの接続に２本の配線を、リアクトル１９とＶＶＶＦ電源１８ｃとの接続に２本の配線を使用し、しかも、これらの配線は一方向に電力を供給するだけで済むこととなる。
【００１９】
かくして、図３及び図４に示した第２の実施形態によっても、従来の電気車制御装置と比較して、装置間の配線数を削減すると共に、誘導障害の発生を防止し、さらに、配線工数及び車体重量を減らすことができる。また、第１の実施形態と比較して、各装置の小型化が可能となり、その製造及び取り扱いが容易になるという利点も得られる。
【００２０】
また、上記の各実施形態によれば、装置ごとの端子台等のスペースが少なくて済むため、その分だけ装置の小型化、車体重量の軽量化も達成できるという効果も得られる。
【００２１】
なお、上記の各実施形態は、開放用単位スイッチ、フィルタリアクトル、可変ＶＶＶＦインバータ及びモータを３組備えた電気車について説明したが、本発明はこれに適用を限定されるものではなく、開放用単位スイッチ、フィルタリアクトル、可変ＶＶＶＦインバータ及びモータを４組以上備えた電気車制御装置にも適用することができる。
【００２２】
【発明の効果】
以上の説明によって明らかなように、本発明によれば、装置間の配線数を削減すると共に、誘導障害の発生を防止し、さらに、配線工数及び車体重量を減らすことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る電気車制御装置の第１の実施形態として各構成要素の一括収納例を破線で示した回路図。
【図２】図１に示した第１の実施形態に対応して、その構成要素を一括収納した装置間の接続を示すブロック線図。
【図３】本発明に係る電気車制御装置の第２の実施形態として各構成要素の一括収納例を破線で示した回路図。
【図４】図３に示した第２の実施形態に対応して、その構成要素を一括収納した装置間の接続を示すブロック線図。
【図５】従来の電気車制御装置の構成及び各構成要素の一括収納例を破線で示した回路図。
【図６】図５の電気車制御装置に対応して、その構成要素を一括収納した装置間の接続を示すブロック線図。
【符号の説明】
１  架線
２  集電器
３，１０  高速度遮断器
４  充電抵抗
５，１２  単位スイッチ
６ａ，６ｂ，６ｃ  開放用単位スイッチ
７ａ，７ｂ，７ｃ，１３  フィルタリアクトル
８ａ，８ｂ，８ｃ  可変電圧可変周波数形インバータ
９ａ，９ｂ，９ｃ  モータ
１４ａ，１４ｂ  切替器
１５  定電圧定周波数形インバータ
１６  トランス
１７ａ  断流器
１８ａ，１８ｂ，１８ｃ  ＶＶＶＦ電源
１９  リアクトル
２０  抵抗器
【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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