特開 2022-190949 鉄道車両用の駆動システムおよび該駆動システムの設置方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022190949

(43)【公開日】2022-12-27

(54)【発明の名称】鉄道車両用の駆動システムおよび該駆動システムの設置方法

(51)【国際特許分類】

   B60L 9/18 20060101AFI20221220BHJP

   B60L 13/00 20060101ALI20221220BHJP

   B60L 50/53 20190101ALI20221220BHJP

   B60L 58/18 20190101ALI20221220BHJP

   H02J 7/00 20060101ALI20221220BHJP

【ＦＩ】

B60L9/18 A

B60L13/00 D

B60L50/53

B60L58/18

H02J7/00 P

【審査請求】未請求

【請求項の数】12

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021099492

(22)【出願日】2021-06-15

(71)【出願人】

【識別番号】000005108

【氏名又は名称】株式会社日立製作所

(74)【代理人】

【識別番号】110000062

【氏名又は名称】特許業務法人第一国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】円子 拓矢

(72)【発明者】

【氏名】篠宮 健志

(72)【発明者】

【氏名】高橋 智晃

(72)【発明者】

【氏名】内藤 駿弥

(72)【発明者】

【氏名】大樂 陽介

【テーマコード（参考）】

5G503

5H125

【Ｆターム（参考）】

5G503AA01

5G503AA07

5G503BA02

5G503BB02

5G503DA07

5G503DA08

5G503FA06

5G503GA19

5G503GB03

5G503GB06

5H125AA05

5H125AC02

5H125AC12

5H125BA00

5H125BA04

5H125BB07

5H125BC28

5H125CD04

5H125EE68

(57)【要約】

【課題】鉄道車両用の駆動システムにおける蓄電装置を構成する畜電池の直列数が増加しても、蓄電装置に要求される絶縁性能を低減し、蓄電装置の大型化および高コスト化を抑える。
【解決手段】鉄道車両用の駆動システムとして、交流電圧から変換した直流電圧を出力する複数のコンバータと、コンバータが出力する直流電圧を三相交流電圧に変換して電動機を駆動する複数のインバータと、複数の蓄電池を直列接続した直列蓄電池群を有しコンバータまたはインバータとの間で充放電を行う蓄電装置とを備え、複数のコンバータそれぞれと当該コンバータに対応する複数のインバータそれぞれとをつなぐ直流線路それぞれの線間に設けた各中性点および蓄電装置内の直列蓄電池群の任意の蓄電池間電位点が接地される。
【選択図】図８

【特許請求の範囲】

【請求項1】

交流電圧から変換した直流電圧を出力する複数のコンバータと、
前記コンバータが出力する前記直流電圧を三相交流電圧に変換して電動機を駆動する複数のインバータと、
複数の蓄電池を直列接続した直列蓄電池群を有し前記コンバータまたは前記インバータとの間で充放電を行う蓄電装置と
を備え、
前記複数のコンバータそれぞれと当該コンバータに対応する前記複数のインバータそれぞれとをつなぐ直流線路それぞれの線間に設けた各中性点および前記蓄電装置内の前記直列蓄電池群の任意の蓄電池間電位点が接地される
ことを特徴とする鉄道車両用の駆動システム。

【請求項2】

請求項１に記載の鉄道車両用の駆動システムであって、
前記各中性点は、前記直流線路それぞれの線間に設けた複数のコンデンサの直列回路の各中間点である
ことを特徴とする鉄道車両用の駆動システム。

【請求項3】

請求項１または２に記載の鉄道車両用の駆動システムであって、
前記各中性点および前記蓄電池間電位点は、それぞれ抵抗器を介して接続されて接地される
ことを特徴とする鉄道車両用の駆動システム。

【請求項4】

請求項１から３のいずれか１項に記載の鉄道車両用の駆動システムであって、
前記蓄電装置の正極および負極は、前記直流線路それぞれの正極側および負極側にそれぞれリアクトルを介して接続される
ことを特徴とする鉄道車両用の駆動システム。

【請求項5】

請求項４に記載の鉄道車両用の駆動システムであって、
前記蓄電装置の前記正極に接続される前記リアクトルと前記蓄電装置の前記負極に接続される前記リアクトルとは、磁気的に結合している
ことを特徴とする鉄道車両用の駆動システム。

【請求項6】

請求項１から５のいずれか１項に記載の鉄道車両用の駆動システムであって、
前記蓄電装置の正極および負極は、前記直流線路それぞれの正極側および負極側にそれぞれ遮断装置を介して接続される
ことを特徴とする鉄道車両用の駆動システム。

【請求項7】

請求項６に記載の鉄道車両用の駆動システムであって、
前記蓄電装置の前記正極に接続される前記遮断装置および前記蓄電装置の前記負極に接続される前記遮断装置は、複数の主接点を持つ遮断器１台によって構成される
ことを特徴とする鉄道車両用の駆動システム。

【請求項8】

請求項６に記載の鉄道車両用の駆動システムであって、
前記蓄電装置の前記正極に接続される前記遮断装置および前記蓄電装置の前記負極に接続される前記遮断装置は、一方の主接点に連動する補助接点が残る一方の主接点の動作コイルに接続される構造を有する
ことを特徴とする鉄道車両用の駆動システム。

【請求項9】

請求項１から８のいずれか１項に記載の鉄道車両用の駆動システムであって、
前記蓄電池間電位点と前記蓄電装置の正極側の前記直列蓄電池群との間および前記蓄電池間電位点と前記蓄電装置の負極側の前記直列蓄電池群との間にそれぞれヒューズが設けられる
ことを特徴とする鉄道車両用の駆動システム。

【請求項10】

交流電圧から変換した直流電圧を出力する複数のコンバータと、前記コンバータが出力する前記直流電圧を三相交流電圧に変換して電動機を駆動する複数のインバータと、複数の蓄電池を直列接続した直列蓄電池群を有し前記コンバータまたは前記インバータとの間で充放電を行う蓄電装置とを駆動システムとして鉄道車両に搭載し、
前記複数のコンバータそれぞれと当該コンバータに対応する前記複数のインバータそれぞれとをつなぐ直流線路それぞれの線間に設けた各中性点および前記蓄電装置内の前記直列蓄電池群の任意の蓄電池間電位点を接地する
ことを特徴とする鉄道車両用の駆動システムの設置方法。

【請求項11】

請求項１０に記載の鉄道車両用の駆動システムの設置方法であって、
前記直流線路それぞれの線間に設けた複数のコンデンサの直列回路の各中間点を前記各中性点として接地する
ことを特徴とする鉄道車両用の駆動システムの設置方法。

【請求項12】

請求項１０または１１に記載の鉄道車両用の駆動システムの設置方法であって、
前記各中性点および前記蓄電池間電位点を、それぞれ抵抗器を介して接続して接地する
ことを特徴とする鉄道車両用の駆動システムの設置方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、蓄電池を搭載する鉄道車両用の駆動システムおよび該駆動システムの設置方法に関する。

【背景技術】

【0002】

近年、リチウムイオン電池などの蓄電池の高エネルギー密度化や高出力密度化により、蓄電装置を搭載した鉄道車両として、１回の充電で１００ｋｍを超える走行を可能とする車両が導入されている。そのような鉄道車両では、モータを駆動する複数のインバータ装置や空調等の車両用補器に電力供給する補助電源装置への入力電力を確保するため、複数校の蓄電池を直並列に接続する構成を備える。

【0003】

一方、畜電池の直列数の増加により、高い絶縁性能（例えば、絶縁抵抗、耐電圧）が必要となるため、蓄電装置が大型化および高コスト化してしまう問題がある。

【0004】

また、特許文献１（特開２０１６－１３５０３０号公報）には、組電池箱を収納する金属箱を、絶縁部材により鉄道車両に対して絶縁している技術が示されている。この技術では、個々の組電池箱を樹脂製として絶縁することで、組電池箱内に収納されている機器や部品に要求される絶縁性能を低減している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２０１６－１３５０３０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

蓄電装置から複数のコンバータ装置およびインバータ装置で構成された主変換装置並びに補助電源装置に電力を供給するに当たり、蓄電装置を構成する畜電池の直列数を増加させるためには、高い絶縁性能（例えば、絶縁抵抗、耐電圧）が必要となり、蓄電装置が大型化および高コスト化してしまうことになる。

【0007】

そこで、本発明は、蓄電装置を構成する畜電池の直列数が増加しても、蓄電装置に要求される絶縁性能を低減し、蓄電装置の大型化および高コスト化を抑えることができる駆動システムを提供することを目的とする。

【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、代表的な本発明に係る鉄道車両用の駆動システムの一つは、交流電圧から変換した直流電圧を出力する複数のコンバータと、コンバータが出力する直流電圧を三相交流電圧に変換して電動機を駆動する複数のインバータと、複数の蓄電池を直列接続した直列蓄電池群を有しコンバータまたはインバータとの間で充放電を行う蓄電装置とを備え、複数のコンバータそれぞれと当該コンバータに対応する複数のインバータそれぞれとをつなぐ直流線路それぞれの線間に設けた各中性点および蓄電装置内の直列蓄電池群の任意の蓄電池間電位点が接地されるものである。

【発明の効果】

【0009】

本発明によれば、蓄電装置に要求される絶縁性能が低減されるため、その絶縁性能を確保するために蓄電装置が大型化および高コスト化することを抑えることができる。
また、上記した以外の課題、構成および効果は、以下の実施をするための形態における説明により明らかにされる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】本発明の実施例に係る鉄道車両用の駆動システムを搭載した鉄道車両の基本構成の概略を示す図である。

【図2】実施例に係る駆動装置を交流電車に搭載した構成の一例を示す図である。

【図3】実施例に係る駆動装置を直流電車に搭載した構成の一例を示す図である。

【図4】図２におけるコンバータ装置の概略構成の一例を示す図である。

【図5】図２におけるコンバータ装置の概略構成の別の一例を示す図である。

【図6】図２におけるコンバータ装置の概略構成の更なる別の一例を示す図である。

【図7】図３におけるＤＣ／ＤＣコンバータ装置の概略構成の一例を示す図である。

【図8】図２および図３における蓄電装置の概略構成の一例と主変換装置との接続態様を示す図である。

【図9】中性点や蓄電池間電位点で個別に接地した場合の電流経路を示す図である。

【図10】中性点や蓄電池間電位点を接続して接地した場合の電流経路を示す図である。

【図11】蓄電装置がリアクトルを搭載しない場合における主変換装置内の２つの群間に流れる電流の経路を示す図である。

【図12】蓄電装置がリアクトルを搭載した場合における蓄電装置を充電した際に流れる電流の経路を示す図である。

【図13】個別の鉄心を用いたリアクトルの概略構成を示す図である。

【図14】鉄心を共通化したリアクトルの概略構成を示す図である。

【図15】遮断装置の内部構成の一例を示す図である。

【図16】遮断装置の内部構成の別の一例を示す図である。

【図17】蓄電装置の正極または負極が短絡した場合の電流経路を示す図である。

【図18】蓄電装置の正極が地絡した場合の電流経路を示す図である。

【図19】蓄電装置の負極が地絡した場合の電流経路を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下、図面を参照して、本発明を実施するための形態として実施例について説明する。なお、この実施例により本発明が限定されるものではない。なお、図面の記載において、共通する部分には同一の符号を付し、重複した説明を省略し、また、本発明に直接的に影響しない構成要素（例えば、センサ、コントローラ等）については省略している。

【実施例0012】

図１は、本発明の実施例に係る鉄道車両用の駆動システムを搭載した鉄道車両の基本構成の概略を示す図である。
図１に示す基本構成は、本発明に係る駆動装置２１を搭載した車両１ａおよび駆動装置を車載していない車両１ｂである。

【0013】

車両１ａには、車輪３ａと３ｂを有する台車２ａおよび車輪３ｃと３ｄを有する台車２ｂによりレール１１から支持される。車両１ｂも同様に、車輪３ｅと３ｆを有する台車２ｃおよび車輪３ｇと３ｈを有する台車２ｄを有する。車両１ａおよび１ｂは、車間連結器６で連結されて列車編成を構成する。ただし、列車編成は、図１に示す形態に限らない。また、車両１ｂを連結せず、車両１ａのみで運用することも可能である。

【0014】

図２は、実施例に係る駆動装置２１を交流電車に搭載した構成の一例を示す図である。
駆動装置２１は、変圧装置７、主変換装置８、電動機１７、蓄電装置９、補助電源装置１０および車両用補器１９で構成され、集電装置５から架線４の交流電力を車両内へ取り込む。

【0015】

変圧装置７は、集電装置５で取り込んだ交流電力を適切な電圧値に変圧して主変換装置８に出力する。

【0016】

主変換装置８は、コンバータ装置１４およびインバータ装置１５で構成され、所要の電力変換を行って電動機１７を駆動する。その内、コンバータ装置１４は、変圧装置７から入力される交流電圧を直流電圧に変換し、インバータ装置１５は、コンバータ装置１４が変換した直流電圧を所要の三相交流電圧に変換して電動機１７を駆動する。

【0017】

蓄電装置９は、主変換装置８の直流線路に接続され、コンバータ装置１４の出力電力やインバータ装置１５からの回生電力によって充電を行い、任意のタイミングで放電することを可能とする。

【0018】

補助電源装置１０は、主変換装置８の直流線路に接続され、直流電力を交流電力に変換して車両内の空調装置や照明に代表される車両用補器１９に交流電力を供給する。

【0019】

図３は、実施例に係る駆動装置２１を直流電車に搭載した構成の一例を示す図である。
駆動装置２１は、ＤＣ／ＤＣコンバータ装置３６、インバータ装置１５、電動機１７、蓄電装置９、補助電源装置１０および車両用補器１９で構成され、集電装置５から架線４の直流電力を車両内へ取り込む。

【0020】

ＤＣ／ＤＣコンバータ装置３６は、集電装置５から入力される直流電圧を適切な直流電圧値に変圧して、インバータ装置１５、蓄電装置９および補助電源装置１０に入力する。その他の構成は、図２に示す構成と同様であるので、説明を省略する。

【0021】

ここで、図２に示すコンバータ装置１４は、出力側に中性点電位を持ち、コンバータ装置１４を構成する図示しないスイッチング素子（図４から６に示す、スイッチング素子２６）により変圧装置７に印加する電圧を制御できればよい。

【0022】

また、図３に示すＤＣ／ＤＣコンバータ装置３６は、架線側（以下、「１次側」という）とインバータ装置側（以下、「２次側」という）とが絶縁され、出力側に当たる２次側に中性点電位を持ち、双方向に電力供給が可能であればよい。

【0023】

次に、コンバータ装置１４の構成例を図４から図６に示し、ＤＣ／ＤＣコンバータ装置３６の構成例を図７に示す。

【0024】

図４は、図２におけるコンバータ装置１４の概略構成の一例を示す図である。
コンバータ装置１４は、１群側の単相３レベルコンバータ１４ａおよび２群側の単相３レベルコンバータ１４ｂの２群で構成される。ここで、１群と２群とは、電気的に並列関係であり、必要な変換電力を満足するように複数設けられる。ただし、必ずしも２群構成である必然性はない。

【0025】

単相３レベルコンバータ１４ａおよび１４ｂいずれもが、コンデンサ１６ａと１６ｂ、スイッチング素子２６、ダイオード２７および接地抵抗器３７により構成される。コンデンサ１６ａと１６ｂは直列接続され、その中間点を中性点１０２として接地している。そのため、上側のコンデンサ１６ａは正の対地電圧、下側のコンデンサ１６ｂは負の対地電圧、となる。

【0026】

単相３レベルコンバータ１４ａおよび１４ｂの中性点１０２は、コンデンサ１６ａと１６ｂとの接続点でもあり、接地抵抗器３７を介して電気的に接続され、アース１００に接続され接地される。

【0027】

単相３レベルコンバータ１４ａおよび１４ｂは、スイッチング素子２６のオン、オフを切り替え、変圧装置７にパルス状の交流電圧を印加する。印加電圧としては、コンデンサ１６ａと１６ｂそれぞれの絶対値電圧を｜Ｅ｜［Ｖ］とすると、０［Ｖ］、±｜Ｅ｜［Ｖ］、±２｜Ｅ｜［Ｖ］の３レベルとなる。

【0028】

また、単相３レベルコンバータ１４ａおよび１４ｂは、変圧装置７に印加する電圧を制御し、インバータ装置１５、補助電源装置１０および蓄電装置９に必要な直流電圧を生成する。

【0029】

コンバータ装置１４の出力を受けるインバータ装置１５には、直流電力を交流電力に変換する回路が単体ないしは複数実装されている。

【0030】

図５は、図２におけるコンバータ装置１４の概略構成の別の一例を示す図である。
図５に示す単相３レベルコンバータ１４ａおよび１４ｂの構成は、図４に示す単相３レベルコンバータ１４ａおよび１４ｂの構成に対して、ダイオード２７を不要とする。また、コンバータ装置１４の各動作モードにおいて、電流が通過するスイッチング素子やダイオードの数が減るため、高効率となる。

【0031】

また、図５に示す単相３レベルコンバータ１４ａおよび１４ｂの構成は、上述のとおり図４に示す構成とは異なるが、コンデンサ１６ａと１６ｂとの接続点でもある中性点１０２の接地の態様や変圧装置７への印加電圧は、図４の場合と同様である。

【0032】

図６は、図２におけるコンバータ装置１４の概略構成の更なる別の一例を示す図である。
図６に示す構成では、図４および図５に示すそれぞれの構成に対して、スイッチング素子２６の数が減るために、小型化ができる。コンバータ装置１４は、１群側の単相２レベルコンバータ１４ｃおよび２群側の単相２レベルコンバータ１４ｄの２群で構成される。

【0033】

単相２レベルコンバータ１４ｃおよび１４ｄは、いずれもコンデンサ１６ａと１６ｂ、スイッチング素子２６および接地抵抗器３７により構成される。単相２レベルコンバータ１４ｃおよび１４ｄそれぞれのコンデンサ１６ａと１６ｂとの接続点である中性点１０２は、接地抵抗器３７を介して電気的に接続され、アース１００に接続され接地される。

【0034】

また、単相２レベルコンバータ１４ｃおよび１４ｄの変圧装置７への出力電圧は、コンデンサ１６ａと１６ｂの絶対値電圧を｜Ｅ｜［Ｖ］とすると、０［Ｖ］、±２｜Ｅ｜［Ｖ］の２レベルとなる。

【0035】

図７は、図３におけるＤＣ／ＤＣコンバータ装置３６の概略構成の一例を示す図である。
ＤＣ／ＤＣコンバータ装置３６は、１群側のＤＣ／ＤＣコンバータ３６ａおよび２群側のＤＣ／ＤＣコンバータ３６ｂの２群で構成される。ここで、１群と２群とは、電気的に並列関係であり、必要な変換電力を満足するように複数設けられる。ただし、必ずしも２群の構成である必然性はない。

【0036】

ＤＣ／ＤＣコンバータ３６ａおよび３６ｂいずれもが、コンデンサ１６ａと１６ｂと１６ｃ、スイッチング素子２６、変圧器３５および接地抵抗器３７により構成される。

【0037】

コンデンサ１６ａと１６ｂは、直列接続され、その中間点を中性点１０２として接地している。そのため、上側のコンデンサ１６ａは正の対地電圧、下側のコンデンサ１６ｂは負の対地電圧となる。

【0038】

ＤＣ／ＤＣコンバータ３６ａおよび３６ｂの中性点１０２は、コンデンサ１６ａと１６ｂとの接続点であり、電気的に接続され、接地抵抗器３７を介してアース１００に接続され接地される。

【0039】

ＤＣ／ＤＣコンバータ３６ａおよび３６ｂは、スイッチング素子２６のオン、オフを切り替え、変圧器３５にパルス状の交流電圧を印加する。変圧器３５の両側に印可する電圧の位相および振幅を制御し、１次側または２次側に一定の電圧を出力する。

【0040】

ＤＣ／ＤＣコンバータ装置３６の出力を受けるインバータ装置１５には、直流電力を交流電力に変換する回路が単体ないしは複数実装されている。

【0041】

図８は、図２および図３における蓄電装置９の概略構成の一例と主変換装置８との接続態様を示す図である。
蓄電装置は、一般に複数の蓄電池が直並列に接続されるが、図８に示す蓄電装置９も同様に、複数個の蓄電池２３が直並列に接続されている。直列接続された蓄電池２３の任意の蓄電池間電位点１０１は、正極側と負極側それぞれがヒューズ３９を介して蓄電池２３に接続される。

【0042】

蓄電装置９の正極および負極は、リアクトル３８、遮断装置３０を介して主変換装置８へ接続される。また、蓄電池間電位点１０１は、接地抵抗器３７を介してアース１００に接続され接地される。

【0043】

主変換装置８および補助電源装置１０の中性点１０２並びに蓄電装置９の蓄電池間電位点１０１には、個々に接地抵抗器３７が接続される。各接地抵抗３７は、電気的に一点で接続された後、アース１００に接続され接地される（図８では、補助電源装置１０を図示せず）。

【0044】

図９は、中性点や蓄電池間電位点で個別に接地した場合の電流経路を示す図である。
個々の装置で個別に接地した場合には、アース１００に電流が流れる。この電流は、主変換装置８や補助電源装置１０のスイッチング動作や、コンデンサ１６ａと１６ｂや蓄電池２３の特性のばらつきにより、瞬間的に正極と負極間の電圧が不一致となることで生じる。そのため、高周波成分を含んだ電流となる。

【0045】

アース１００は、駆動装置２１を収納している箱筐体や車両１ａに電気的に接続されている。高周波成分を含んだ電流が流れると、電磁ノイズにより地上側の信号機器に悪影響を与える可能性がある。

【0046】

図１０は、中性点や蓄電池間電位点を接続して接地した場合の電流経路を示す図である。
図８に示す構成とすることで、図１０に示すとおり、アース１００には理想状態として電流が流れなくなる。

【0047】

実際には、図１０に示す場合においてもアース１００に微小な電流が流れるが、図９に示す場合に比べて小さく、更に、接地抵抗３７により低減される。

【0048】

蓄電装置９が備えるリアクトル３８は、突入電流の防止や充放電電流の平滑化を目的とし、更に、図８に示す構成では、主変換装置８内の２つの群間で不要な電流が流れることを防いでいる。

【0049】

また、図１１は、蓄電装置９がリアクトル３８を搭載しない場合における主変換装置８内の２つの群間に流れる電流経路を示す図である。

【0050】

１群側のコンバータ１４ａと２群側のコンバータ１４ｂの正極側コンデンサ１６ａに電位差が生じると、図１１に示す点線矢印の経路で電流が流れる。１群側のコンバータ１４ａと２群側のコンバータ１４ｂの負極側コンデンサ１６ｂに電位差が生じると、図１１に示す一点鎖線矢印の経路で電流が流れる。また、電流の向きは、電圧の大きい群から小さい群に向かって流れる。

【0051】

ここで、図１１に示す電流は、蓄電装置９の充放電を意図して流した電流が、群間に電位差が生じてしまったため、他方の群に流れてしまっている状態である。よって、この電流により電力損失が生じてしまう。

【0052】

図１２は、コンバータ１４ａおよび１４ｂと蓄電装置９の正極および負極との間にそれぞれリアクトル３８を搭載した場合における蓄電装置９を充電した際に流れる電流経路を示す図である。

【0053】

充電電流によりリアクトル３８内に磁界が発生し、その磁界により、リアクトル３８は充電電流と逆方向の電流に対して高インピーダンスとなる。そのため、群間に流れる電流を防ぎ、電力損失を抑えることができる。また、接地抵抗３７によりリアクトル３８の状態に依らず、常に群間に流れる電流を抑えることができる。

【0054】

次に、リアクトル３８の構成について説明する。
リアクトル３８の正極側と負極側とは、ほぼ同一の電流が流れるため、磁気的に結合し小型化を図る。

【0055】

図１３は、個別の鉄心４２を用いたリアクトル３８の概略構成を示す図である。
リアクトル３８を、正極側と負極側で個々の鉄心４２によりコイルを構成する一般的な場合に相当する。

【0056】

一方、図１４は、鉄心４２を共通化したリアクトル３８の概略構成を示す図である。
リアクトル３８を、正極側と負極側のコイルとして１つの鉄心４２に２つの巻線を巻いて構成する。そのため、正極側と負極側のコイルとは磁気的に結合している。

【0057】

図１４に示す構成は、図１３に示す構成に対して、鉄心４２が１つとなるため小型化が可能である。正極側および負極側の各巻線は、鉄心内の磁束を強め合う向きに電流が流れるように、蓄電池２３や主変換装置８と接続する。

【0058】

更に、遮断装置３０の構成について説明する。
中性点１０２に対して正極側または負極側のみが充放電し、電圧が不一致となることを防ぐために、遮断装置３０の正極側および負極側は、連動して動作する必要がある。

【0059】

図１５および図１６それぞれは、遮断装置３０の内部構成の一例を示す図である。
図１５は、遮断装置３０として、複数の主接点４３を持つ遮断器３０ａを使用した場合の構成である。２つの主接点４３は、動作コイル４４に電圧を印加すると動作する。この動作コイル４４には、操作リレー４５により電圧の印加または非印加が切り替えられる。２つの主接点４３それぞれが、主変換装置８の直流線路それぞれに接続される（図８、参照）。

【0060】

図１６は、遮断装置３０として、２つの遮断器３０ｂおよび遮断器３０ｃを使用した場合で、遮断器３０ｃの補助接点４６を遮断器３０ｂの動作コイル４４に接続させる構成である。操作リレー４５を投入して遮断器３０ｃの動作コイル４４に電圧を印加すると、遮断器３０ｃの主接点４３および補助接点４６は連動して動作する。補助接点４６の動作により、遮断器３０ｂの動作コイル４４に対する電圧の印加または非印加が切り替わることで、遮断器３０ｂの主接点４３が、遮断器３０ｃの主接点４３に連動して動作することになる。遮断器３０ｂおよび遮断器３０ｃの主接点４３それぞれが、主変換装置８の直流線路それぞれに接続される（図８、参照）。。

【0061】

図１５に示す遮断装置３０は、遮断器１台で構成できるため小型化が可能だが、複数の主接点を有する遮断器に限定されるため、最適な仕様の遮断器を選択できない可能性がある。

【0062】

図１６に示す遮断装置３０は、複数の遮断器を使用するため、図１５に示す構成に比べて大型となるが、主接点は１つ以上あればよいため、すべての遮断器が選定対象となり得る。なお、操作リレー４５は、駆動装置２１における制御により動作する。

【0063】

更に、図８に示すヒューズ３９は、蓄電装置９が内部短絡や地絡した時に、電流遮断が可能な配置構成としている。

【0064】

図１７は、蓄電装置９の正極または負極が短絡した場合の電流経路を示す図である。短絡箇所４０を介して電流が流れるが、ヒューズ３９により遮断可能である。

【0065】

図１８は、蓄電装置９の正極が地絡した場合の電流経路を示す図である。地絡箇所４１を電流が流れるが、ヒューズ３９により遮断可能である（図１８で×点で示す）。図１９は、蓄電装置９の負極が地絡した場合の電流経路を示す図である。地絡箇所４１を電流が流れるがヒューズ３９により遮断可能である（図１９で×点で示す）。

【0066】

また、図１８および図１９において、ヒューズ３９が遮断されるまでに流れる電流により発生する装置の故障を防ぐため、接地抵抗３７が電流値を抑える。更に、図１８および図１９に示す以外の地絡箇所４１においても、電流が必ずヒューズ３９を通るため遮断可能である。ただし、短絡や地絡時に、ヒューズ３９が遮断するために十分な電流が流れることを前提としている。

【0067】

蓄電装置９が備える蓄電池２３は、１群と２群において共通であり、配線数の削減が可能である。また、蓄電池２３が群ごとに独立していると、各群に等しい数の蓄電池２３を実装する必要があるが、群共通の場合には、蓄電池２３の数を最適化することができる。

【0068】

以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。

【符号の説明】

【0069】

１ａ，１ｂ…車両、２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ…台車、
３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ，３ｅ，３ｆ，３ｇ，３ｈ…車輪、４…架線、５…集電装置、
６…車間連結器、７…変圧装置、８…主変換装置、９…蓄電装置、１０…補助電源装置、
１１…レール、１４…コンバータ装置、１４ａ，１４ｂ…単相３レベルコンバータ、
１４ｃ，１４ｄ…単相２レベルコンバータ、１５…インバータ装置、
１６ａ，１６ｂ，１６ｃ…コンデンサ、１７…電動機、１９…車両用補器、
２１…駆動装置、２３…蓄電池、２６…スイッチング素子、２７…ダイオード、
３０…遮断装置、３０ａ，３０ｂ，３０ｃ…遮断器、３５…変圧器、
３６…ＤＣ／ＤＣコンバータ装置、３６ａ，３６ｂ…ＤＣ／ＤＣコンバータ、
３７…接地抵抗器、３８…リアクトル、３９…ヒューズ、４０…短絡箇所、
４１…地絡箇所、４２…鉄心、４３…主接点、４４…動作コイル、４５…操作リレー、
４６…補助接点、１００…アース、１０１…蓄電池間電位点、１０２…中性点

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】