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(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】P2024169220
(43)【公開日】2024-12-05
(54)【発明の名称】電気車制御装置
(51)【国際特許分類】
H02M 1/08 20060101AFI20241128BHJP
H03K 17/082 20060101ALI20241128BHJP
H03K 17/695 20060101ALI20241128BHJP
H02M 7/48 20070101ALI20241128BHJP
H03K 17/08 20060101ALN20241128BHJP
【ＦＩ】
H02M1/08 A
H03K17/082
H03K17/695
H02M7/48 M
H03K17/08 C
【審査請求】未請求
【請求項の数】8
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2023086507
(22)【出願日】2023-05-25
(71)【出願人】
【識別番号】000003078
【氏名又は名称】株式会社東芝
(71)【出願人】
【識別番号】598076591
【氏名又は名称】東芝インフラシステムズ株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110003708
【氏名又は名称】弁理士法人鈴榮特許綜合事務所
(72)【発明者】
【氏名】河村 恒毅
【テーマコード（参考）】
5H740
5H770
5J055
【Ｆターム（参考）】
5H740AA08
5H740BA11
5H740BA12
5H740BB05
5H740BB09
5H740BB10
5H740BC01
5H740BC02
5H740MM12
5H770BA03
5H770DA03
5H770DA41
5H770FA03
5H770GA01
5H770GA16
5H770GA17
5H770HA02X
5H770HA12X
5H770HA15X
5H770JA17W
5H770JA17Z
5H770LA05X
5H770LB09
5J055AX34
5J055BX16
5J055CX20
5J055DX13
5J055DX22
5J055DX56
5J055EY01
5J055EY05
5J055EY10
5J055EY21
5J055EY29
5J055EZ07
5J055EZ09
5J055EZ10
5J055FX05
5J055FX13
5J055FX38
5J055GX01
5J055GX02
5J055GX06
(57)【要約】
【課題】短絡電流を抑制することができる電気車制御装置を提供する。
【解決手段】実施形態によれば、電気車制御装置は、スイッチング素子と、ゲート駆動回路と、を備える。スイッチング素子は、直流電圧を供給する電気線と帰線との間に接続される。ゲート駆動回路は、前記スイッチング素子をオンオフ制御することで前記直流電圧を交流電圧に変換し、前記電気線と前記帰線との間の短絡を検知し、前記短絡を検知すると、前記スイッチング素子をオフにする。
【選択図】 図２
【解決手段】実施形態によれば、電気車制御装置は、スイッチング素子と、ゲート駆動回路と、を備える。スイッチング素子は、直流電圧を供給する電気線と帰線との間に接続される。ゲート駆動回路は、前記スイッチング素子をオンオフ制御することで前記直流電圧を交流電圧に変換し、前記電気線と前記帰線との間の短絡を検知し、前記短絡を検知すると、前記スイッチング素子をオフにする。
【選択図】 図２
【特許請求の範囲】
【請求項1】
直流電圧を供給する電気線と帰線との間に接続されるスイッチング素子と、
前記スイッチング素子をオンオフ制御することで前記直流電圧を交流電圧に変換し、
前記電気線と前記帰線との間の短絡を検知し、
前記短絡を検知すると、前記スイッチング素子をオフにする、
ゲート駆動回路と、
を備える電気車制御装置。
前記スイッチング素子をオンオフ制御することで前記直流電圧を交流電圧に変換し、
前記電気線と前記帰線との間の短絡を検知し、
前記短絡を検知すると、前記スイッチング素子をオフにする、
ゲート駆動回路と、
を備える電気車制御装置。
【請求項2】
前記ゲート駆動回路は、
前記スイッチング素子に生じる電圧が所定の閾値を超えると前記短絡を検知したことを示す短絡検知信号を出力する短絡検知回路を備える、
請求項１に記載の電気車制御装置。
前記スイッチング素子に生じる電圧が所定の閾値を超えると前記短絡を検知したことを示す短絡検知信号を出力する短絡検知回路を備える、
請求項１に記載の電気車制御装置。
【請求項3】
前記短絡検知回路は、
前記スイッチング素子のドレインとソースとの間の電圧を増幅する増幅器と、
前記増幅器によって増幅された電圧が所定の閾値を超えると前記短絡検知信号を出力する比較器と、
を備える、
請求項２に記載の電気車制御装置。
前記スイッチング素子のドレインとソースとの間の電圧を増幅する増幅器と、
前記増幅器によって増幅された電圧が所定の閾値を超えると前記短絡検知信号を出力する比較器と、
を備える、
請求項２に記載の電気車制御装置。
【請求項4】
前記短絡検知回路は、
前記スイッチング素子の電流が流れる寄生インダクタンスに誘起された電圧を時間で積分する積分器と、
前記積分器からの積分結果が所定の閾値を超えると前記短絡検知信号を出力する比較器と、
を備える、
請求項２に記載の電気車制御装置。
前記スイッチング素子の電流が流れる寄生インダクタンスに誘起された電圧を時間で積分する積分器と、
前記積分器からの積分結果が所定の閾値を超えると前記短絡検知信号を出力する比較器と、
を備える、
請求項２に記載の電気車制御装置。
【請求項5】
前記電気線と前記スイッチング素子との間に、鉄芯を有するリアクトルを備える、
請求項１乃至４の何れか１項に記載の電気車制御装置。
請求項１乃至４の何れか１項に記載の電気車制御装置。
【請求項6】
前記スイッチング素子は、交流モータに接続する、
請求項１に記載の電気車制御装置。
請求項１に記載の電気車制御装置。
【請求項7】
前記リアクトルが発生する磁気をシールドする磁気シールド板を備えない、
請求項５に記載の電気車制御装置。
請求項５に記載の電気車制御装置。
【請求項8】
前記電気線と前記スイッチング素子との間に形成され前記短絡が生じると前記電気線と前記スイッチング素子との接続を遮断する遮断器を備えない、
請求項１に記載の電気車制御装置。
請求項１に記載の電気車制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明の実施形態は、電気車制御装置に関する。
【背景技術】
【0002】
列車などの電気車において直流電圧を交流電圧に変換して交流モータに供給する電気車制御装置が提供されている。そのような電気車制御装置は、トランジスタなどのスイッチング素子をオンオフすることで直流電圧を交流電圧に変換する。
【0003】
電気車制御装置において、スイッチング素子などの故障により、直流電圧の両極が短絡することがある。電気車制御装置は、短絡を検知すると遮断器を用いて直流電圧との接続を遮断する。
【0004】
従来、電気車制御装置は、短絡の検知と遮断とのタイムラグにより短絡によって生じる短絡電流が増加するという課題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【特許文献1】特開２０２０-９６４３１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
上記の課題を解決するため、短絡電流を抑制することができる電気車制御装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【0007】
実施形態によれば、電気車制御装置は、スイッチング素子と、ゲート駆動回路と、を備える。スイッチング素子は、直流電圧を供給する電気線と帰線との間に接続される。ゲート駆動回路は、前記スイッチング素子をオンオフ制御することで前記直流電圧を交流電圧に変換し、前記電気線と前記帰線との間の短絡を検知し、前記短絡を検知すると、前記スイッチング素子をオフにする。
【図面の簡単な説明】
【0008】
【発明を実施するための形態】
【0009】
以下、実施形態について、図面を参照して説明する。
実施形態に係る電気車は、線路を走行する列車を構成する。電気車は、電気線から直流電圧によって駆動する。電気車は、直流電圧を交流電圧に変換して交流モータに印加する。また、電気車は、故障などにより直流電圧の両極が短絡すると、直流電圧との接続を遮断する。
実施形態に係る電気車は、線路を走行する列車を構成する。電気車は、電気線から直流電圧によって駆動する。電気車は、直流電圧を交流電圧に変換して交流モータに印加する。また、電気車は、故障などにより直流電圧の両極が短絡すると、直流電圧との接続を遮断する。
【0010】
図１は、実施形態に係る電気車１００の構成例を示す。電気車１００は、線路としての帰線１４上を走行する。電気車１００は、電気車１００の上方に形成されている架空電車線または第三軌条などの電気線１からの直流電圧で駆動する。
【0011】
図１が示すように、電気車１００は、集電器２、接地ブラシ１２、車輪１３、電気車制御装置３０、モータ４０及び筐体９１などから構成される。
【0012】
なお、電気車１００は、図１が示すような構成の他に必要に応じた構成を具備したり、電気車１００から特定の構成が除外されたりしてもよい。
【0013】
筐体９１は、電気車１００の外形を形成する。たとえば、筐体９１は、内部に人又は荷物などを収容可能に形成されている。
【0014】
筐体９１の上部には、集電器２が形成されている。集電器２は、電気線１に電気的に接続する。集電器２は、電気線１からの直流電圧を電気車制御装置３０に供給する。
【0015】
筐体９１の下部には、車輪１３が形成されている。車輪１３は、帰線１４上を走行可能な構造である。また、車輪１３は、帰線１４に電気的に接続する。また、車輪１３は、接地ブラシ１２を介して電気車制御装置３０と電気的に接続する。
【0016】
また、筐体９１の下部には、電気車制御装置３０及びモータ４０が形成されている。
モータ４０は、電気車制御装置３０からの交流電圧によって駆動する。モータ４０は、車輪１３を回転させることで電気車１００を走行させる。たとえば、モータ４０は、三相交流モータである。
モータ４０は、電気車制御装置３０からの交流電圧によって駆動する。モータ４０は、車輪１３を回転させることで電気車１００を走行させる。たとえば、モータ４０は、三相交流モータである。
【0017】
電気車制御装置３０は、電気線１から集電器２を介して直流電圧を入力する。電気車制御装置３０は、入力された直流電圧を交流電圧に変換してモータ４０に出力する。
【0018】
電気車制御装置３０は、内部に鉄芯を有する鉄芯リアクトル１５を備える。鉄芯リアクトル１５から外部に漏れる磁気は、空芯のリアクトルのそれと比較して小さいため、電気車制御装置３０は、磁気が筐体９１内に進入することを防止する磁気シールド板などを備えなくともよい。
【0019】
図２は、電気車制御装置３０の構成例を示す回路図である。図２は、電気車制御装置３０の一相分の構成例を示す。図２が示すように、電気車制御装置３０は、遮断器３、断流器４、充電接触器５、充電抵抗器６、鉄芯リアクトル１５、制御論理回路２１及びコンバータ３１などを備える。コンバータ３１は、直流コンデンサ８、スイッチング素子１０ａ並びに１０ｂ、及び、ゲート駆動回路１１ａ並びに１１ｂなどを備える。また、コンバータ３１には、寄生インダクタンス９が発生するものとする。
【0020】
なお、電気車制御装置３０は、図２が示すような構成の他に必要に応じた構成を具備したり、電気車制御装置３０から特定の構成が除外されたりしてもよい。
ここでは、電気線１側を上流とし、帰線１４側を下流とする。
ここでは、電気線１側を上流とし、帰線１４側を下流とする。
【0021】
遮断器３は、集電器２に接続する。遮断器３は、制御論理回路２１からの制御に従って、集電器２と電気車制御装置３０とを接続又は遮断する。たとえば、電気線１と帰線１４とが短絡したことにより短絡電流が生じた場合、遮断器３は、制御論理回路２１からの制御に従って集電器２と電気車制御装置３０との接続を遮断する。
【0022】
遮断器３の下流には、断流器４が接続されている。断流器４は、制御論理回路２１からの制御に従って、集電器２と電気車制御装置３０とを接続又は遮断する。
【0023】
断流器４の下流には、充電接触器５及び充電抵抗器６が接続されている。充電接触器５及び充電抵抗器６は、制御論理回路２１からの制御によって動作する。
【0024】
充電接触器５及び充電抵抗器６の下流には、鉄芯リアクトル１５が接続されている。鉄芯リアクトル１５は、内部に鉄芯を有するリアクトルである。鉄芯リアクトル１５は、自身のリアクタンスにより短絡電流の上昇を防止する。たとえば、鉄芯リアクトル１５は、８ｍＨ程度である。
【0025】
鉄芯リアクトル１５は、コンバータ３１の直流コンデンサ８の一端及びスイッチング素子１０ａのドレインに接続されている。
【0026】
コンバータ３１は、電気線１からの直流電圧を交流電圧に変換してモータ４０に供給する。
【0027】
スイッチング素子１０ａのゲートは、ゲート駆動回路１１ａに接続する。即ち、スイッチング素子１０ａは、ゲート駆動回路１１ａからの制御に従ってオンオフ制御される。
【0028】
また、スイッチング素子１０ａのドレイン及びソースは、モータ４０に接続する。また、スイッチング素子１０ａのソースは、スイッチング素子１０ｂのドレインに接続する。たとえば、スイッチング素子１０ａは、ＭＯＳＦＥＴ（metal oxide semiconductor field effect transistor）である。
【0029】
即ち、スイッチング素子１０ａのドレインは、遮断器３、断流器４、充電接触器５、充電抵抗器６及び鉄芯リアクトル１５を介して電気線１に接続する。また、スイッチング素子１０ａのソースは、スイッチング素子１０ｂ、接地ブラシ１２及び車輪１３を介して帰線１４に接続する。
【0030】
ゲート駆動回路１１ａは、制御論理回路２１からの制御に従って、スイッチング素子１０ａをオンオフ制御する。ゲート駆動回路１１ａがスイッチング素子１０ａを所定の周期でオンオフ制御することで、直流電圧を交流電圧に変換する。
【0031】
また、ゲート駆動回路１１ａは、スイッチング素子１０ａのドレイン及びソースに接続する。ゲート駆動回路１１ａは、スイッチング素子１０ａのドレインとソースとの間における電圧に従って電気線１と帰線１４との短絡を検知する。ゲート駆動回路１１ａの短絡の検知については、後に詳述する。
【0032】
スイッチング素子１０ｂのゲートは、ゲート駆動回路１１ｂに接続する。即ち、スイッチング素子１０ｂは、ゲート駆動回路１１ｂからの制御に従ってオンオフ制御される。
【0033】
また、スイッチング素子１０ｂのドレイン及びソースは、モータ４０に接続する。また、スイッチング素子１０ｂのソースは、直流コンデンサ８の他端に接続する。また、スイッチング素子１０ｂのソースは、接地ブラシ１２及び車輪１３を介して帰線１４に接続する。たとえば、スイッチング素子１０ｂは、ＭＯＳＦＥＴである。
【0034】
ゲート駆動回路１１ｂは、制御論理回路２１からの制御に従って、ゲート駆動回路１１ａと反対の位相でスイッチング素子１０ｂをオンオフ制御する。ゲート駆動回路１１ｂがスイッチング素子１０ｂを所定の周期でオンオフ制御することで、直流電圧を交流電圧に変換する。
【0035】
また、ゲート駆動回路１１ｂは、スイッチング素子１０ｂのドレイン及びソースに接続する。ゲート駆動回路１１ｂは、スイッチング素子１０ｂのドレインとソースとの間における電圧に従って電気線１と帰線１４との短絡を検知する。
【0036】
即ち、スイッチング素子１０ｂのドレインは、遮断器３、断流器４、充電接触器５、充電抵抗器６、鉄芯リアクトル１５及びスイッチング素子１０ａを介して電気線１に接続する。また、スイッチング素子１０ｂのソースは、接地ブラシ１２及び車輪１３を介して帰線１４に接続する。
【0037】
なお、スイッチング素子１０ａ及び１０ｂは、ＩＧＢＴ（insulated gate bipolar transistor）又はパワートランジスタなどであってもよい。スイッチング素子１０ａ及び１０ｂの構成は、特定の構成に限定されるものではない。
【0038】
次に、ゲート駆動回路１１ａ及び１１ｂにおいて短絡を検知する回路（短絡検知回路）について説明する。ゲート駆動回路１１ａ及び１１ｂは、同様の短絡検知回路を有するため、代表してゲート駆動回路１１ａの短絡検知回路について説明する。
【0039】
【0040】
ここでは、スイッチング素子１０ａに導通する電流値に比例して、スイッチング素子１０ａのドレインとソースとの間において電圧が降下するものとする。
【0041】
ゲート駆動回路１１ａは、スイッチング素子１０ａのドレインとソースとの間における電圧降下を検知することで短絡を検知する。
【0042】
増幅器８１は、スイッチング素子１０ａのドレインとソースとの間における電圧（電圧降下）を所定の倍率で増幅する。増幅器８１は、増幅された電圧を比較器８２に入力する。
【0043】
閾値入力器８３は、短絡電流を検知するための閾値を比較器８２に入力する。閾値入力器８３は、短絡が発生したと判定される電流値（短絡電流閾値）に対応する電圧を比較器８２に入力する。
【0044】
比較器８２は、増幅器８１からの電圧と閾値入力器８３からの電圧とを比較する。比較器８２は、増幅器８１からの電圧が閾値入力器８３からの電圧を超えると、短絡を検知したことを示す短絡検知信号８４を出力する。
【0045】
ゲート駆動回路１１ａは、比較器８２が短絡検知信号８４を出力すると、スイッチング素子１０ａをオフにする。即ち、ゲート駆動回路１１ａは、スイッチング素子１０ａのゲートをオフにする。
【0046】
図４は、ゲート駆動回路１１ａ（又は１１ｂ）が短絡を検知した場合においてスイッチング素子１０ａに流れる電流を示す。図４では、横軸は、短絡が発生してから経過した時間を示す。また、縦軸は、スイッチング素子１０ａに流れる電流を示す。図４では、原点において短絡が発生したものとする。
【0047】
図４は、グラフ５１乃至５３を示す。
グラフ５３は、短絡が発生しスイッチング素子１０ａがオフになった場合における電流を示す。
グラフ５３は、短絡が発生しスイッチング素子１０ａがオフになった場合における電流を示す。
【0048】
図４が示すように、グラフ５３は、短絡が発生してから時間の経過と共に上昇する。
タイミング６１において、電流が短絡電流閾値７１に達する。電流が短絡電流閾値７１に達すると、ゲート駆動回路１１ａは、短絡検知信号８４を出力する。短絡検知信号８４を出力すると、ゲート駆動回路１１ａは、スイッチング素子１０ａをオフにする。スイッチング素子１０ａは、ゲートに入力される信号オフになってから所定の時間（たとえば、１０μｓ程度）が経過したタイミング６２においてドレインとソースとの間の接続を切断になる。
タイミング６１において、電流が短絡電流閾値７１に達する。電流が短絡電流閾値７１に達すると、ゲート駆動回路１１ａは、短絡検知信号８４を出力する。短絡検知信号８４を出力すると、ゲート駆動回路１１ａは、スイッチング素子１０ａをオフにする。スイッチング素子１０ａは、ゲートに入力される信号オフになってから所定の時間（たとえば、１０μｓ程度）が経過したタイミング６２においてドレインとソースとの間の接続を切断になる。
【0049】
スイッチング素子１０ａがオフになると、電流は、下降して０になる。たとえば、電流のピークは、２から３Ａ程度である。
【0050】
グラフ５２は、ゲート駆動回路１１ａが短絡を検知しない場合における電流を示す。グラフ５２が示すように、電流が短絡電流閾値７１に達した後も上昇し続ける。また、鉄芯リアクトル１５が磁気飽和することで、電流は、指数関数的に増加する。
【0051】
グラフ５１は、ゲート駆動回路１１ａが短絡を検知せず、かつ、電気車制御装置３０が鉄芯リアクトル１５の代わりに空芯リアクトルを備える場合における電流を示す。グラフ５１が示すように、電流が短絡電流閾値７１に達した後も上昇し続ける。また、空芯リアクトルは、磁気飽和しないため、電流は、時間に比例して増加する。
【0052】
次に、ゲート駆動回路１１ａの短絡検知回路の変形例について説明する。
図５は、ゲート駆動回路１１ａの短絡検知回路の変形例を示す回路図である。図５が示すように、変形例であるゲート駆動回路１１ａ’は、比較器８２、積分器８５及び閾値入力器８６などを備える。図５が示すように、ゲート駆動回路１１ａ’には、寄生インダクタンス１６が発生するものとする。比較器８２は、前述の通りである。
図５は、ゲート駆動回路１１ａの短絡検知回路の変形例を示す回路図である。図５が示すように、変形例であるゲート駆動回路１１ａ’は、比較器８２、積分器８５及び閾値入力器８６などを備える。図５が示すように、ゲート駆動回路１１ａ’には、寄生インダクタンス１６が発生するものとする。比較器８２は、前述の通りである。
【0053】
寄生インダクタンス１６には、スイッチング素子１０ａの電流が流れるものとする。
寄生インダクタンス１６に流れる電流は、以下の式で示される。
寄生インダクタンス１６に流れる電流は、以下の式で示される。
【0054】
【数1】
【0055】
ここで、ＶＬは、寄生インダクタンス１６に誘起される電圧である。また、ＬＳは、寄生インダクタンス１６の値である。ｉは、寄生インダクタンス１６に流れる電流である。
【0056】
積分器８５は、寄生インダクタンス１６に誘起される電圧を時間で積分する。即ち、積分器８５は、電圧を時間で積分することで寄生インダクタンス１６に流れる電流を算出する。
【0057】
積分器８５は、以下の式に従って電流を算出する。
【0058】
【数2】
【0059】
積分器８５は、算出された電流に対応する電圧（積分結果）を比較器８２に入力する。
【0060】
閾値入力器８６は、短絡電流を検知するための閾値を比較器８２に入力する。閾値入力器８６は、短絡が発生したと判定される電流値（短絡電流閾値）に対応する電圧を比較器８２に入力する。
【0061】
次に、電気車制御装置３０の変形例について説明する。図６は、電気車制御装置３０の変形例を示す回路図である。図６が示すように、変形例である電気車制御装置３０’は、断流器４、充電接触器５、充電抵抗器６、鉄芯リアクトル１５、制御論理回路２１及びコンバータ３１などを備える。
【0062】
電気車制御装置３０’は、遮断器３を有しない。
断流器４は、電気線１に接続する。
断流器４は、電気線１に接続する。
【0063】
断流器４、充電接触器５、充電抵抗器６、鉄芯リアクトル１５、制御論理回路２１及びコンバータ３１は、前述の通りである。
【0064】
電気車制御装置３０’は、ゲート駆動回路１１ａ及び１１ｂにより短絡を検知し電気線１と帰線１４との接続を遮断する。そのため、電気車制御装置３０’は、遮断器３を有しなくとも、短絡発生時において電気線１と帰線１４との接続を遮断することができる。
【0065】
次に、電気車１００の従来例について説明する。
図７は、電気車１００の従来例を示す。図７が示すように、従来例である電気車１００’は、集電器２、接地ブラシ１２、車輪１３、電気車制御装置３０’’、モータ４０及び筐体９１などから構成される。
集電器２、接地ブラシ１２、車輪１３、モータ４０及び筐体９１は、前述の通りである。
図７は、電気車１００の従来例を示す。図７が示すように、従来例である電気車１００’は、集電器２、接地ブラシ１２、車輪１３、電気車制御装置３０’’、モータ４０及び筐体９１などから構成される。
集電器２、接地ブラシ１２、車輪１３、モータ４０及び筐体９１は、前述の通りである。
【0066】
電気車制御装置３０’’は、鉄芯リアクトル１５に代えて空芯リアクトル７を備える。たとえば、空芯リアクトル７は、８ｍＨ程度である。
【0067】
また、電気車制御装置３０’’は、空芯リアクトル７が発生する磁気をシールドする磁気シールド板９２を備える。
電気車制御装置３０’’のゲート駆動回路１１ａ及び１１ｂは、短絡検知回路を有しない。そのため、電気車制御装置３０’’は、短絡を検知すると、遮断器３を用いて電気線１と帰線１４との接続を遮断する。たとえば、電気車制御装置３０’’は、スイッチング素子１０ａ又は１０ｂに流れる電流を測定することで短絡を検知する。
電気車制御装置３０’’のゲート駆動回路１１ａ及び１１ｂは、短絡検知回路を有しない。そのため、電気車制御装置３０’’は、短絡を検知すると、遮断器３を用いて電気線１と帰線１４との接続を遮断する。たとえば、電気車制御装置３０’’は、スイッチング素子１０ａ又は１０ｂに流れる電流を測定することで短絡を検知する。
【0068】
電気車制御装置３０’’の他の構成は、前述の通りであるため説明を省略する。
【0069】
次に、電気車制御装置３０’’が短絡を検知した場合においてスイッチング素子１０ａに流れる電流を示す。
図８は、電気車制御装置３０’’において短絡が発生した場合においてスイッチング素子１０ａに流れる電流を示す。図８では、横軸は、短絡が発生してから経過した時間を示す。また、縦軸は、スイッチング素子１０ａに流れる電流を示す。図８では、原点において短絡が発生したものとする。
図８は、電気車制御装置３０’’において短絡が発生した場合においてスイッチング素子１０ａに流れる電流を示す。図８では、横軸は、短絡が発生してから経過した時間を示す。また、縦軸は、スイッチング素子１０ａに流れる電流を示す。図８では、原点において短絡が発生したものとする。
【0070】
図８は、グラフ５１、５２及び５４を示す。グラフ５１及び５２は、前述の通りである。
グラフ５４は、短絡が発生し遮断器３がオフになった場合における電流を示す。
グラフ５４は、短絡が発生し遮断器３がオフになった場合における電流を示す。
【0071】
図８が示すように、グラフ５４は、短絡が発生してから時間の経過と共に上昇する。
タイミング６１において、電流が短絡電流閾値７１に達する。電流が短絡電流閾値７１に達すると、電気車制御装置３０’’は、遮断器３をオフにする。遮断器３は、電気車制御装置３０から接続をオフにする信号を受信してから所定の時間（たとえば、１０ｍｓ程度）が経過したタイミング６２においてオフになる。
タイミング６１において、電流が短絡電流閾値７１に達する。電流が短絡電流閾値７１に達すると、電気車制御装置３０’’は、遮断器３をオフにする。遮断器３は、電気車制御装置３０から接続をオフにする信号を受信してから所定の時間（たとえば、１０ｍｓ程度）が経過したタイミング６２においてオフになる。
【0072】
遮断器３がオフになると、電流は、下降して０になる。たとえば、電流のピークは、数千Ａ程度である。
【0073】
実施形態に係る電気車制御装置は、ゲート駆動回路において短絡を検知してスイッチング素子をオフにする。その結果、電気車制御装置は、従来の電気車制御装置と比較して、短絡が発生してから短い時間で電気線と帰線との接続を遮断する。
よって、電気車制御装置は、短絡電流の増加を抑制することができる。
よって、電気車制御装置は、短絡電流の増加を抑制することができる。
【0074】
また、電気車制御装置は、スイッチング素子をオフにして電気線と帰線との接続を遮断するため、遮断器を備えなくともよい。
【0075】
また、電気車制御装置は、電気線と帰線との接続を迅速に遮断することでリアクトルに短絡電流が流れる時間を短くすることができる。そのため、電気車制御装置は、鉄芯リアクトルを用いても磁気飽和を防止することができる。
また、電気車制御装置は、鉄芯リアクトルを用いることで磁束の漏れを抑制することができる。よって、電気車制御装置は、磁気シールド板を備えなくともよい。
また、鉄芯リアクトルは、同一のリアクタンスを有する空芯リアクトルよりも小さい。そのため、電気車制御装置は、小型化されることができる。
また、電気車制御装置は、鉄芯リアクトルを用いることで磁束の漏れを抑制することができる。よって、電気車制御装置は、磁気シールド板を備えなくともよい。
また、鉄芯リアクトルは、同一のリアクタンスを有する空芯リアクトルよりも小さい。そのため、電気車制御装置は、小型化されることができる。
【0076】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【0077】
１…電気線、２…集電器、３…遮断器、４…断流器、５…充電接触器、６…充電抵抗器、７…空芯リアクトル、８…直流コンデンサ、９…寄生インダクタンス、１０ａ…スイッチング素子、１０ｂ…スイッチング素子、１１ａ…ゲート駆動回路、１１ａ’…ゲート駆動回路、１１ｂ…ゲート駆動回路、１２…接地ブラシ、１３…車輪、１４…帰線、１５…鉄芯リアクトル、１６…寄生インダクタンス、２１…制御論理回路、３０…電気車制御装置、３０’…電気車制御装置、３０’’…電気車制御装置、３１…コンバータ、４０…モータ、５１…グラフ、５２…グラフ、５３…グラフ、５４…グラフ、６１…タイミング、６２…タイミング、７１…短絡電流閾値、８１…増幅器、８２…比較器、８３…閾値入力器、８４…短絡検知信号、８５…積分器、８６…閾値入力器、９１…筐体、９２…磁気シールド板、１００…電気車、１００’…電気車。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
