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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2024-11-29
(45)【発行日】2024-12-09
(54)【発明の名称】電気車制御装置
(51)【国際特許分類】
B60L 3/00 20190101AFI20241202BHJP
B60L 13/00 20060101ALI20241202BHJP
B60L 50/53 20190101ALI20241202BHJP
B60L 58/10 20190101ALI20241202BHJP
H02M 7/48 20070101ALI20241202BHJP
H02J 7/00 20060101ALI20241202BHJP
H02J 7/34 20060101ALI20241202BHJP
B60L 7/14 20060101ALN20241202BHJP
【ＦＩ】
B60L3/00 C
B60L13/00 D
B60L50/53
B60L58/10
H02M7/48 M
H02J7/00 P
H02J7/34 J
B60L7/14
【請求項の数】
8
(21)【出願番号】P 2021039229
(22)【出願日】2021-03-11
(65)【公開番号】P2022139026
(43)【公開日】2022-09-26
【審査請求日】2023-11-08
(73)【特許権者】
【識別番号】000003078
【氏名又は名称】株式会社東芝
(73)【特許権者】
【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】110002147
【氏名又は名称】弁理士法人酒井国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】上村 悠介
(72)【発明者】
【氏名】稲垣 智洋
【審査官】橋本 敏行
(56)【参考文献】
【文献】特開２０１５－０９５９９５（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１２－１２１５７０（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１１－１０１４５６（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開平０５－１３０７０２（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１６－１３４９８３（ＪＰ，Ａ）
【文献】米国特許出願公開第２０１３／０２７１０５６（ＵＳ，Ａ１）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｂ６０Ｌ １／００－３／１２
７／００－１３／００
１５／００－５８／４０
Ｈ０２Ｊ ７／００－７／１２
７／３４－７／３６
Ｈ０２Ｍ ７／４２－７／９８
Ｈ０２Ｐ ２１／００－２５／０３
２５／０４
２５／１０－２７／１８
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
第１三相スイッチング回路を有するインバータ回路と、第２三相スイッチング回路を有するチョッパ回路と、
前記チョッパ回路を介して充放電を行う蓄電池と、
前記インバータ回路において前記第１三相スイッチング回路に代えて、前記第２三相スイッチング回路を電気的に接続する切替回路と、を備え、
前記切替回路は、前記第２三相スイッチング回路を電気的に接続するのに先だって、前記第２三相スイッチング回路を前記蓄電池から遮断する、
電気車制御装置。
【請求項2】
前記インバータ回路は、電動機駆動用インバータ回路あるいは補助電源用インバータ回路である、請求項１に記載の電気車制御装置。
【請求項3】
前記インバータ回路及び前記チョッパ回路は、一体に構成されている、請求項１又は請求項２に記載の電気車制御装置。
【請求項4】
前記インバータ回路と前記チョッパ回路とは、別体に構成されており、前記インバータ回路は、前記第１三相スイッチング回路または前記第１三相スイッチング回路の周辺回路が故障状態にある旨を前記チョッパ回路に通信により通知する、
請求項１又は請求項２に記載の電気車制御装置。
【請求項5】
複数の前記インバータ回路を備え、前記切替回路は、複数の前記インバータ回路のうち、いずれかの前記第１三相スイッチング回路に代えて、前記第２三相スイッチング回路を電気的に接続する、
請求項１に記載の電気車制御装置。
【請求項6】
前記インバータ回路は、電動機駆動用インバータ回路及び補助電源用インバータ回路を含む、請求項５に記載の電気車制御装置。
【請求項7】
少なくとも前記インバータ回路のうち一つ及び前記チョッパ回路は、一体に構成されている、請求項５又は請求項６に記載の電気車制御装置。
【請求項8】
前記切替回路は、複数の接触器を備えている、請求項１乃至請求項７のいずれか一項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】
近年、鉄道車両において蓄電池及びチョッパ回路を使用して、回生電力を利用した蓄電池の充電及び蓄電した電力による力行時の電力アシストにより省電力性を向上可能な回路構成が適用されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【文献】特開２０１７－０４６５５８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
一方、鉄道車両において、電動機駆動用インバータ回路や補助電源用インバータ回路の故障した場合、運行の遅延や車内の空調機器等の電気機器の使用量制限に繋がるため、これに対して冗長性を確保することが重要視されている。
本発明は上記に鑑みてなされたものであり、回路構成の大幅な変更を伴うことなく故障時の冗長性向上を図ることが可能な電気車制御装置を提供することを目的としている。
本発明は上記に鑑みてなされたものであり、回路構成の大幅な変更を伴うことなく故障時の冗長性向上を図ることが可能な電気車制御装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【0005】
実施形態の電気車制御装置は、第１三相スイッチング回路を有するインバータ回路と、第２三相スイッチング回路を有するチョッパ回路と、チョッパ回路を介して充放電を行う蓄電池と、前記インバータ回路において第１三相スイッチング回路に代えて、第２三相スイッチング回路を電気的に接続する切替回路と、を備え、前記切替回路は、前記第２三相スイッチング回路を電気的に接続するのに先だって、前記第２三相スイッチング回路を前記蓄電池から遮断する。
【図面の簡単な説明】
【0006】
【発明を実施するための形態】
【0007】
以下、実施形態の電気車制御装置について図面を参照しながら説明する。
［１］第１実施形態
図１は、第１実施形態の電気車制御装置の主回路の構成図である。
電気車制御装置の主回路１０は、大別すると、第１電気車制御装置１１と、第２電気車制御装置１２と、電動機１３Ａ、１３Ｂと、を備えている。
なお、電動機の個数は、任意に設定が可能である。
［１］第１実施形態
図１は、第１実施形態の電気車制御装置の主回路の構成図である。
電気車制御装置の主回路１０は、大別すると、第１電気車制御装置１１と、第２電気車制御装置１２と、電動機１３Ａ、１３Ｂと、を備えている。
なお、電動機の個数は、任意に設定が可能である。
【0008】
第１電気車制御装置１１は、第１メイン接触器２１と、平滑用コンデンサ２２と、電動機駆動用インバータ回路２３と、第１制御切替接触器２４と、コントローラ２５と、を備えている。
【0009】
さらに第１電気車制御装置１１は、パンタグラフ１４と接地１５との間の電圧（入力電圧）を検出する直流電圧検出器（ＤＣＰＴ）ＤＴ１と、電動機駆動用インバータ回路２３の電動機１３Ａ、１３Ｂに対する出力電流を検出する電流検出器ＣＴ１、ＣＴ２を備えている。直流電流圧検出器ＤＴ１及び電流検出器ＣＴ１、ＣＴ２の検出出力は、コントローラ２５に出力されて、第１電気車制御装置１１の動作状態並びに電動機駆動用インバータ回路２３及びその周辺回路の故障を検出することとなる。
【0010】
第２電気車制御装置１２は、第２メイン接触器３１と、平滑用コンデンサ３２と、三相チョッパスイッチング回路３３と、第２制御切替接触器３４と、第３制御切替接触器３５と、チョッパ用リアクトル３６と、第１蓄電池用接触器３７と、第２蓄電池用接触器３８と、蓄電池３９と、コントローラ４０と、を備えている。
【0011】
さらに第２電気車制御装置１２は、パンタグラフ１４と接地１５との間の電圧（入力電圧）を検出する直流電圧検出器ＤＴ２と、三相チョッパスイッチング回路３３の第２制御切替接触器３４あるいは第３制御切替接触器３５に対する出力電流を検出する電流検出器ＣＴ３、ＣＴ４と、蓄電池３９の電圧を検出する直流電圧検出器ＤＴ２と、蓄電池３９に対する入出力電流を検出する電流検出器ＣＴ５と、を備えている。直流電流圧検出器ＤＴ２、ＤＴ３及び電流検出器ＣＴ３～ＣＴ５の検出出力は、コントローラ４０に出力されて第２電気車制御装置１２の動作状態を検出することとなる。
【0012】
上記構成において、第１メイン接触器２１及び第２メイン接触器３１は、同等の性能を有している。
また平滑用コンデンサ２２及び平滑用コンデンサ３２は、同等の性能を有している。
また平滑用コンデンサ２２及び平滑用コンデンサ３２は、同等の性能を有している。
【0013】
さらに電動機駆動用インバータ回路２３及び三相チョッパスイッチング回路３３は、各相（Ｕ、Ｖ、Ｗ）毎に上アーム及び下アームを構成するＩＧＢＴ等の３組（あるいは、３×ｎ組：ｎは２以上の整数）のスイッチング素子を有する同様の構成（耐圧、供給可能電力量等）を採っている。従って、三相チョッパスイッチング回路３３も電動機駆動用インバータ回路２３と同様の制御を行うことで同等の性能を発揮することが可能である。
【0014】
またコントローラ２５と、コントローラ４０とは、図示しない通信ネットワークを介して相互に通信可能であり、制御切替接触器の投入状態や故障状態を相互に通知可能であり、それによる制御切替が可能となっている。
【0015】
次に第１実施形態の動作を説明する。
通常時においては、第１制御切替接触器２４は、閉状態とされ、電動機駆動用インバータ回路２３は電動機１３Ａ、１３Ｂに電気的に接続されており、電動機駆動用インバータ回路２３により電動機１３Ａ、１３Ｂが駆動可能な状態となっている。
通常時においては、第１制御切替接触器２４は、閉状態とされ、電動機駆動用インバータ回路２３は電動機１３Ａ、１３Ｂに電気的に接続されており、電動機駆動用インバータ回路２３により電動機１３Ａ、１３Ｂが駆動可能な状態となっている。
【0016】
一方、第２制御切替接触器３４は、開状態とされている。
また、第３制御切替接触器３５は、閉状態とされ、三相チョッパスイッチング回路３３は、チョッパ用リアクトル３６を介して、蓄電池３９に電気的に接続されている。
また、第３制御切替接触器３５は、閉状態とされ、三相チョッパスイッチング回路３３は、チョッパ用リアクトル３６を介して、蓄電池３９に電気的に接続されている。
【0017】
すなわち、通常時においては、三相チョッパスイッチング回路３３及びチョッパ用リアクトル３６で構成されるチョッパ回路により蓄電池３９の充放電制御を行うことで電動機１３Ａ、１３Ｂの回生電力を利用した蓄電池充電や力行時の電力アシストが可能となっている。
このとき、第２制御切替接触器３４は、開状態であるため、三相チョッパスイッチング回路３３と電動機駆動用インバータ回路２３とが互いに干渉することがない。
このとき、第２制御切替接触器３４は、開状態であるため、三相チョッパスイッチング回路３３と電動機駆動用インバータ回路２３とが互いに干渉することがない。
【0018】
また、電動機駆動用インバータ回路２３またはその周辺回路が故障した場合には、まず、第１電気車制御装置１１のコントローラ２５は、第１制御切替接触器２４を開状態とすることで、電動機駆動用インバータ回路２３と電動機１３Ａ、１３Ｂの電気的接続を遮断する。
【0019】
一方、第２電気車制御装置１２のコントローラ４０は、コントローラ２５から故障により第１制御切替接触器２４を開状態としたことが通知されると、第３制御切替接触器３５を開状態とすることで、三相チョッパスイッチング回路３３に対して、チョッパ用リアクトル３６及び蓄電池３９が干渉しないようにする。
【0020】
そしてコントローラ４０は、第２制御切替接触器３４を閉状態とすることで三相チョッパスイッチング回路３３を電動機１３Ａ、１３Ｂと電気的に接続する。
この状態において、コントローラ４０は、コントローラ２５と同様の制御、すなわち電動機駆動用インバータ回路２３と同様の制御を行うことで、電動機１３Ａ、１３Ｂに駆動電力を供給して駆動する。
この状態において、コントローラ４０は、コントローラ２５と同様の制御、すなわち電動機駆動用インバータ回路２３と同様の制御を行うことで、電動機１３Ａ、１３Ｂに駆動電力を供給して駆動する。
【0021】
以上の説明のように、本第１実施形態によれば、電動機駆動用インバータ回路２３またはその周辺回路が故障した場合にも、三相チョッパスイッチング回路３３を実効的に電動機駆動用インバータ回路２３として機能させることが可能となる。
【0022】
したがって、通常時は電動機１３Ａ、１３Ｂの回生電力を利用した蓄電池充電及び蓄電した電力による力行時の電力アシストにより省エネ性を向上できる。
また、電動機駆動用インバータ回路２３またはその周辺回路が故障して電動機１３Ａ、１３Ｂの駆動ができない場合において、三相チョッパスイッチング回路３３を電動機駆動用インバータ回路２３として機能させて電動機１３Ａ、１３Ｂの駆動を行うことにより、加速の低下及び運行の遅延を防止することが可能となる。
すなわち、回路構成の大幅な変更を伴うことなく故障時の冗長性向上を図ることができる。
また、電動機駆動用インバータ回路２３またはその周辺回路が故障して電動機１３Ａ、１３Ｂの駆動ができない場合において、三相チョッパスイッチング回路３３を電動機駆動用インバータ回路２３として機能させて電動機１３Ａ、１３Ｂの駆動を行うことにより、加速の低下及び運行の遅延を防止することが可能となる。
すなわち、回路構成の大幅な変更を伴うことなく故障時の冗長性向上を図ることができる。
【0023】
［２］第２実施形態
図２は、第２実施形態の電気車制御装置の主回路の構成図である。
図２において、図１と同様の部分には、同一の符号を付すものとする。
本第２実施形態が、第１実施形態と異なる点は、第２実施形態の電気車制御装置１０Ａが第１電気車制御装置１１及び第２電気車制御装置１２に代えて、両電気車制御装置の機能を実現している点である。
第２実施形態の電気車制御装置１０Ａによれば、電動機駆動用インバータ回路２３またはその周辺回路が故障した場合にも、三相チョッパスイッチング回路３３を実効的に電動機駆動用インバータ回路２３として機能させることが可能となる。
図２は、第２実施形態の電気車制御装置の主回路の構成図である。
図２において、図１と同様の部分には、同一の符号を付すものとする。
本第２実施形態が、第１実施形態と異なる点は、第２実施形態の電気車制御装置１０Ａが第１電気車制御装置１１及び第２電気車制御装置１２に代えて、両電気車制御装置の機能を実現している点である。
第２実施形態の電気車制御装置１０Ａによれば、電動機駆動用インバータ回路２３またはその周辺回路が故障した場合にも、三相チョッパスイッチング回路３３を実効的に電動機駆動用インバータ回路２３として機能させることが可能となる。
【0024】
したがって、通常時は電動機１３Ａ、１３Ｂの回生電力を利用した蓄電池充電及び蓄電した電力による力行時の電力アシストにより省エネ性を向上できる。
また、電動機駆動用インバータ回路２３またはその周辺回路が故障して電動機１３Ａ、１３Ｂの駆動ができない場合において、三相チョッパスイッチング回路３３を電動機駆動用インバータ回路２３として機能させて電動機１３Ａ、１３Ｂの駆動を行うことにより、加速の低下及び運行の遅延を防止することが可能となる。
すなわち、回路構成の大幅な変更を伴うことなく故障時の冗長性向上を図ることができる。
また、電動機駆動用インバータ回路２３またはその周辺回路が故障して電動機１３Ａ、１３Ｂの駆動ができない場合において、三相チョッパスイッチング回路３３を電動機駆動用インバータ回路２３として機能させて電動機１３Ａ、１３Ｂの駆動を行うことにより、加速の低下及び運行の遅延を防止することが可能となる。
すなわち、回路構成の大幅な変更を伴うことなく故障時の冗長性向上を図ることができる。
【0025】
［３］第３実施形態
図３は、第３実施形態の電気車制御装置の主回路の構成図である。
図３において、図１と同様の部分には、同一の符号を付すものとする。
本第３実施形態が、第１実施形態と異なる点は、補助電源の出力を行う第３電気車制御装置１６を備えた点である。
すなわち、電気車制御装置の主回路１０Ｂは、大別すると、第１電気車制御装置１１と、第２電気車制御装置１２と、電動機１３Ａ、１３Ｂと、第３電気車制御装置１６と、Δ－Ｙ結線変圧器ＴＲ１と、を備えている。
なお、電動機の個数は、任意に設定が可能である。
第１電気車制御装置１１及び第２電気車制御装置１２は、第１実施形態と同様の構成であるので、第３電気車制御装置１６の構成について説明する。
図３は、第３実施形態の電気車制御装置の主回路の構成図である。
図３において、図１と同様の部分には、同一の符号を付すものとする。
本第３実施形態が、第１実施形態と異なる点は、補助電源の出力を行う第３電気車制御装置１６を備えた点である。
すなわち、電気車制御装置の主回路１０Ｂは、大別すると、第１電気車制御装置１１と、第２電気車制御装置１２と、電動機１３Ａ、１３Ｂと、第３電気車制御装置１６と、Δ－Ｙ結線変圧器ＴＲ１と、を備えている。
なお、電動機の個数は、任意に設定が可能である。
第１電気車制御装置１１及び第２電気車制御装置１２は、第１実施形態と同様の構成であるので、第３電気車制御装置１６の構成について説明する。
【0026】
第３電気車制御装置１６は、第３メイン接触器６１と、平滑用コンデンサ６２と、補助電源用インバータ回路６３と、第４制御切替接触器６５と、補助電源用リアクトル６６と、補助電源出力フィルタコンデンサ６７と、コントローラ６８と、を備えている。
【0027】
上記構成において、コントローラ６８、コントローラ２５及びコントローラ４０は、図示しない通信ネットワークを介して相互に通信可能であり、制御切替接触器の投入状態や故障状態を相互に通知可能であり、それによる制御切替が可能となっている。
【0028】
さらに第３電気車制御装置１６は、パンタグラフ１４と接地１５との間の電圧（入力電圧）を検出する直流電圧検出器ＤＴ４と、補助電源用インバータ回路６３の出力電流を検出する電流検出器ＣＴ６、ＣＴ７と、Δ－Ｙ結線変圧器ＴＲ１に対する出力電圧を検出する交流電圧検出器ＡＴ１と、Δ－Ｙ結線変圧器ＴＲ１に対する入出力電流を検出する電流検出器ＣＴ８、ＣＴ９５と、を備えている。直流電流圧検出器ＤＴ４、交流電圧検出器ＡＴ１及び電流検出器ＣＴ６～ＣＴ９の検出出力は、コントローラ６８に出力されて第３電気車制御装置１６の動作状態並びに補助電源用インバータ回路６３及びその周辺回路の故障を検出することとなる。
【0029】
さらに補助電源用インバータ回路６３及び三相チョッパスイッチング回路３３は、各相（Ｕ、Ｖ、Ｗ）毎に上アーム及び下アームを構成するＩＧＢＴ等の３組（あるいは、３×ｎ組：ｎは２以上の整数）のスイッチング素子を有する同様の構成（耐圧、供給可能電力量等）を採っている。従って、三相チョッパスイッチング回路３３も補助電源用インバータ回路６３と同様の制御を行うことで同等の性能を発揮することが可能である。
【0030】
従って、補助電源用インバータ回路６３またはその周辺回路が故障した場合には、まず、第３電気車制御装置１６のコントローラ６８は、第４制御切替接触器６５を開状態とすることで、補助電源用インバータ回路６３とΔ－Ｙ結線変圧器ＴＲ１との電気的接続を遮断する。
【0031】
一方、第２電気車制御装置１２のコントローラ４０は、第３電気車制御装置１６のコントローラ６８から故障により第４制御切替接触器６５を開状態としたことが通知されると、第３制御切替接触器３５を開状態とすることで、三相チョッパスイッチング回路３３に対して、チョッパ用リアクトル３６及び蓄電池３９が干渉しないようにする。
【0032】
そしてコントローラ４０は、第２制御切替接触器３４を閉状態とすることで三相チョッパスイッチング回路３３を補助電源用リアクトル６６及び補助電源出力フィルタコンデンサ６７を介してΔ－Ｙ結線変圧器ＴＲ１と電気的に接続する。
【0033】
この状態において、コントローラ４０は、コントローラ６８と同様の制御、すなわち補助電源用インバータ回路６３と同様の制御を行うことで、補助電源用リアクトル６６及び補助電源出力フィルタコンデンサ６７を介してΔ－Ｙ結線変圧器ＴＲ１に電力を供給する。
【0034】
以上の説明のように、本第３実施形態によれば、補助電源用インバータ回路６３またはその周辺回路が故障した場合にも、三相チョッパスイッチング回路３３を実効的に補助電源用インバータ回路６３として機能させることが可能となる。
【0035】
したがって、補助電源用インバータ回路６３またはその周辺回路が故障してΔ－Ｙ結線変圧器ＴＲ１に電力の供給ができない場合において、三相チョッパスイッチング回路３３を補助電源用インバータ回路６３として機能させてΔ－Ｙ結線変圧器ＴＲ１に電力の供給を行うことにより、補助電源供給先の負荷の動作停止を防止することが可能となる。
【0036】
すなわち、回路構成の大幅な変更を伴うことなく故障時の冗長性向上を図ることができる。
以上の説明においては、補助電源出力フィルタコンデンサ６７は、Δ結線の場合であったが、スター結線であってもよい。
以上の説明においては、補助電源出力フィルタコンデンサ６７は、Δ結線の場合であったが、スター結線であってもよい。
【0037】
また、以上の説明においては、変圧器として、Δ－Ｙ結線変圧器ＴＲ１を用いていたが、これは一例であり、例えば、Ｙ－Δ結線変圧器、Ｙ－Ｙ結線変圧器あるいはΔ－Δ結線変圧器を用いることも可能である。以下の各実施形態においても同様である。
【0038】
［４］第４実施形態
図４は、第４実施形態の電気車制御装置の主回路の構成図である。
図４において、図３と同様の部分には、同一の符号を付すものとする。
本第４実施形態が、第３実施形態と異なる点は、第４実施形態の電気車制御装置１０Ｃの第２電気車制御装置１２Ａが第１電気車制御装置１１及び第２電気車制御装置１２に代わり、両電気車制御装置１１，１２の機能を実現している点である。
図４は、第４実施形態の電気車制御装置の主回路の構成図である。
図４において、図３と同様の部分には、同一の符号を付すものとする。
本第４実施形態が、第３実施形態と異なる点は、第４実施形態の電気車制御装置１０Ｃの第２電気車制御装置１２Ａが第１電気車制御装置１１及び第２電気車制御装置１２に代わり、両電気車制御装置１１，１２の機能を実現している点である。
【0039】
この場合においても、第１実施形態と同様に、コントローラ２５と、コントローラ４０とは、図示しない通信ネットワークを介して相互に通信可能であり、制御切替接触器の投入状態や故障状態を相互に通知可能であり、それによる制御切替が可能となっている。
【0040】
第４実施形態の電気車制御装置１０Ｃによれば、補助電源用インバータ回路６３またはその周辺回路が故障した場合にも、三相チョッパスイッチング回路３３を実効的に補助電源用インバータ回路６３として機能させることが可能となる。
【0041】
したがって、補助電源用インバータ回路６３またはその周辺回路が故障してΔ－Ｙ結線変圧器ＴＲ１に電力の供給ができない場合において、三相チョッパスイッチング回路３３を補助電源用インバータ回路６３として機能させてΔ－Ｙ結線変圧器ＴＲ１に電力の供給を行うことにより、補助電源供給先の負荷の動作停止を防止することが可能となる。
すなわち、回路構成の大幅な変更を伴うことなく故障時の冗長性向上を図ることができる。
すなわち、回路構成の大幅な変更を伴うことなく故障時の冗長性向上を図ることができる。
【0042】
［５］第５実施形態
図５は、第５実施形態の電気車制御装置の主回路の構成図である。
図５において、図３と同様の部分には、同一の符号を付すものとする。
以上の各実施形態においては、三相チョッパスイッチング回路３３が機能できるのは、いずれか一つのインバータ回路であったが、本第５実施形態においては、電動機駆動用インバータ回路２３あるいは補助電源用インバータ回路６３またはそれらの周辺回路が故障した場合に当該故障しているインバータ回路の機能を代替できる点が異なっている。
図５は、第５実施形態の電気車制御装置の主回路の構成図である。
図５において、図３と同様の部分には、同一の符号を付すものとする。
以上の各実施形態においては、三相チョッパスイッチング回路３３が機能できるのは、いずれか一つのインバータ回路であったが、本第５実施形態においては、電動機駆動用インバータ回路２３あるいは補助電源用インバータ回路６３またはそれらの周辺回路が故障した場合に当該故障しているインバータ回路の機能を代替できる点が異なっている。
【0043】
この場合においても、第３実施形態と同様に、コントローラ６８、コントローラ２５及びコントローラ４０は、図示しない通信ネットワークを介して相互に通信可能であり、制御切替接触器の投入状態や故障状態を相互に通知可能であり、それによる制御切替が可能となっている。
【0044】
次に第５実施形態の動作を説明する。
まず、電動機駆動用インバータ回路２３またはその周辺回路が故障した場合には、まず、第１電気車制御装置１１のコントローラ２５は、第１制御切替接触器２４を開状態とすることで、電動機駆動用インバータ回路２３と電動機１３Ａ、１３Ｂの電気的接続を遮断する。
まず、電動機駆動用インバータ回路２３またはその周辺回路が故障した場合には、まず、第１電気車制御装置１１のコントローラ２５は、第１制御切替接触器２４を開状態とすることで、電動機駆動用インバータ回路２３と電動機１３Ａ、１３Ｂの電気的接続を遮断する。
【0045】
一方、第２電気車制御装置１２のコントローラ４０は、コントローラ２５から故障により第１制御切替接触器２４を開状態としたことが通知されると、第３制御切替接触器３５を開状態とすることで、三相チョッパスイッチング回路３３に対して、チョッパ用リアクトル３６及び蓄電池３９が干渉しないようにする。
【0046】
そしてコントローラ４０は、第２制御切替接触器３４を閉状態とすることで三相チョッパスイッチング回路３３を電動機１３Ａ、１３Ｂと電気的に接続する。
この状態において、コントローラ４０は、コントローラ２５と同様の制御、すなわち電動機駆動用インバータ回路２３と同様の制御を行うことで、電動機１３Ａ、１３Ｂに駆動電力を供給して駆動する。
この状態において、コントローラ４０は、コントローラ２５と同様の制御、すなわち電動機駆動用インバータ回路２３と同様の制御を行うことで、電動機１３Ａ、１３Ｂに駆動電力を供給して駆動する。
【0047】
また、補助電源用インバータ回路６３またはその周辺回路が故障した場合には、まず、第３電気車制御装置１６のコントローラ６８は、第４制御切替接触器６５を開状態とすることで、補助電源用インバータ回路６３とΔ－Ｙ結線変圧器ＴＲ１の電気的接続を遮断する。
【0048】
一方、第２電気車制御装置１２のコントローラ４０は、コントローラ６８から故障により第４制御切替接触器６５を開状態としたことが通知されると、第３制御切替接触器３５を開状態とすることで、三相チョッパスイッチング回路３３に対して、チョッパ用リアクトル３６及び蓄電池３９が干渉しないようにする。
【0049】
そしてコントローラ４０は、第５制御切替接触器３４Ａを閉状態とすることで三相チョッパスイッチング回路３３を補助電源用リアクトル６６を介して、Δ－Ｙ結線変圧器ＴＲ１と電気的に接続する。
この状態において、コントローラ４０は、コントローラ６８と同様の制御、すなわち補助電源用インバータ回路６３と同様の制御を行うことで、Δ－Ｙ結線変圧器ＴＲ１に電力を供給する。
この状態において、コントローラ４０は、コントローラ６８と同様の制御、すなわち補助電源用インバータ回路６３と同様の制御を行うことで、Δ－Ｙ結線変圧器ＴＲ１に電力を供給する。
【0050】
以上の説明のように、本第５実施形態によれば、電動機駆動用インバータ回路２３またはその周辺回路が故障した場合、あるいは、補助電源用インバータ回路６３またはその周辺回路が故障した場合のいずれであっても、三相チョッパスイッチング回路３３を実効的に電動機駆動用インバータ回路２３あるいはと補助電源用インバータ回路６３して機能させることが可能となる。
【0051】
したがって、本第５実施形態によれば、通常時は電動機１３Ａ、１３Ｂの回生電力を利用した蓄電池充電及び蓄電した電力による力行時の電力アシストによる省エネ性を向上できる。
【0052】
また、電動機駆動用インバータ回路２３またはその周辺回路が故障して電動機１３Ａ、１３Ｂの駆動ができない場合において、三相チョッパスイッチング回路３３により電動機１３Ａ、１３Ｂの駆動を行うことにより、加速の低下または運行の遅延を防止することが可能となる。
【0053】
また、補助電源用インバータ回路６３またはその周辺回路が故障して車内の空調機器等の電気機器へ電力供給できない場合でも三相チョッパスイッチング回路３３によりΔ－Ｙ結線変圧器ＴＲ１に電力を供給でき、電力使用量に制限がかかることもない。
【0054】
［６］第６実施形態
図６は、第６実施形態の電気車制御装置の主回路の構成図である。
図６において、図５と同様の部分には、同一の符号を付すものとする。
本第６実施形態が、第５実施形態と異なる点は、第６実施形態の電気車制御装置１０Ｅの第２電気車制御装置１２Ｂが第１電気車制御装置１１及び第２電気車制御装置１２に代わり、両電気車制御装置１１，１２の機能を実現している点である。
図６は、第６実施形態の電気車制御装置の主回路の構成図である。
図６において、図５と同様の部分には、同一の符号を付すものとする。
本第６実施形態が、第５実施形態と異なる点は、第６実施形態の電気車制御装置１０Ｅの第２電気車制御装置１２Ｂが第１電気車制御装置１１及び第２電気車制御装置１２に代わり、両電気車制御装置１１，１２の機能を実現している点である。
【0055】
この場合においても、コントローラ４０と、コントローラ６８とは、図示しない通信ネットワークを介して相互に通信可能であり、制御切替接触器の投入状態や故障状態を相互に通知可能であり、それによる制御切替が可能となっている。
【0056】
第６実施形態の電気車制御装置１０Ｅによれば、電動機駆動用インバータ回路２３またはその周辺回路が故障した場合、あるいは、補助電源用インバータ回路６３またはその周辺回路が故障した場合のいずれにおいても、三相チョッパスイッチング回路３３を実効的に電動機駆動用インバータ回路２３または補助電源用インバータ回路６３として機能させることが可能となる。
したがって、回路構成の大幅な変更を伴うことなく故障時の冗長性向上を図ることができる。
したがって、回路構成の大幅な変更を伴うことなく故障時の冗長性向上を図ることができる。
【0057】
［７］第７実施形態
図７は、第７実施形態の電気車制御装置の主回路の構成図である。
図７において、図５と同様の部分には、同一の符号を付すものとする。
本第７実施形態が、第５実施形態と異なる点は、第７実施形態の電気車制御装置１０Ｆの第２電気車制御装置１２Ｃが第２電気車制御装置１２及び第３電気車制御装置１６に代わり、両電気車制御装置１２，１６の機能を実現している点である。
図７は、第７実施形態の電気車制御装置の主回路の構成図である。
図７において、図５と同様の部分には、同一の符号を付すものとする。
本第７実施形態が、第５実施形態と異なる点は、第７実施形態の電気車制御装置１０Ｆの第２電気車制御装置１２Ｃが第２電気車制御装置１２及び第３電気車制御装置１６に代わり、両電気車制御装置１２，１６の機能を実現している点である。
【0058】
この場合においても、第１実施形態と同様に、コントローラ２５と、コントローラ４０とは、図示しない通信ネットワークを介して相互に通信可能であり、制御切替接触器の投入状態や故障状態を相互に通知可能であり、それによる制御切替が可能となっている。
【0059】
第７実施形態の電気車制御装置１０Ｆによっても、電動機駆動用インバータ回路２３またはその周辺回路が故障した場合、あるいは、補助電源用インバータ回路６３またはその周辺回路が故障した場合のいずれにおいても、三相チョッパスイッチング回路３３を実効的に電動機駆動用インバータ回路２３または補助電源用インバータ回路６３として機能させることが可能となる。
したがって、回路構成の大幅な変更を伴うことなく故障時の冗長性向上を図ることができる。
したがって、回路構成の大幅な変更を伴うことなく故障時の冗長性向上を図ることができる。
【0060】
［８］第８実施形態
図８は、第８実施形態の電気車制御装置の主回路の構成図である。
図８において、図５と同様の部分には、同一の符号を付すものとする。
本第８実施形態が、第５実施形態と異なる点は、第８実施形態の電気車制御装置１０Ｇの第２電気車制御装置１２Ｄが第１電気車制御装置１１、第２電気車制御装置１２及び第３電気車制御装置１６に代わり、全電気車制御装置１１、１２，１６の機能を実現している点である。
図８は、第８実施形態の電気車制御装置の主回路の構成図である。
図８において、図５と同様の部分には、同一の符号を付すものとする。
本第８実施形態が、第５実施形態と異なる点は、第８実施形態の電気車制御装置１０Ｇの第２電気車制御装置１２Ｄが第１電気車制御装置１１、第２電気車制御装置１２及び第３電気車制御装置１６に代わり、全電気車制御装置１１、１２，１６の機能を実現している点である。
【0061】
第８実施形態の電気車制御装置１０Ｇによっても、電動機駆動用インバータ回路２３またはその周辺回路が故障した場合、あるいは、補助電源用インバータ回路６３またはその周辺回路が故障した場合のいずれにおいても、三相チョッパスイッチング回路３３を実効的に電動機駆動用インバータ回路２３または補助電源用インバータ回路６３として機能させることが可能となる。
したがって、回路構成の大幅な変更を伴うことなく故障時の冗長性向上を図ることができる。
したがって、回路構成の大幅な変更を伴うことなく故障時の冗長性向上を図ることができる。
【符号の説明】
【0062】
１０Ａ～１０Ｇ 電気車制御装置
１１ 第１電気車制御装置
１２ 第２電気車制御装置
１２Ａ 第２電気車制御装置
１２Ｂ 第２電気車制御装置
１２Ｃ 第２電気車制御装置
１２Ｄ 第２電気車制御装置
１３Ａ、１３Ｂ 電動機
１４ パンタグラフ
１５ 接地
１６ 第３電気車制御装置
２１ 第１メイン接触器
２２ 平滑用コンデンサ
２３ 電動機駆動用インバータ回路（第１三相スイッチング回路）
２４ 第１制御切替接触器
２５ コントローラ
３１ 第２メイン接触器
３２ 平滑用コンデンサ
３３ 三相チョッパスイッチング回路（第２三相スイッチング回路）
３４ 第２制御切替接触器
３４Ａ 第５制御切替接触器
３５ 第３制御切替接触器
３６ チョッパ用リアクトル
３７ 第１蓄電池用接触器
３８ 第２蓄電池用接触器
３９ 蓄電池
４０ コントローラ
６１ 第３メイン接触器
６２ 平滑用コンデンサ
６３ 補助電源用インバータ回路（第１三相スイッチング回路）
６５ 第４制御切替接触器
６６ 補助電源用リアクトル
６７ 補助電源出力フィルタコンデンサ
６８ コントローラ
ＡＴ１ 交流電圧検出器
ＣＴ１～ＣＴ８ 電流検出器
ＤＴ１～ＤＴ４ 直流電流圧検出器
ＴＲ１ Δ－Ｙ結線変圧器
１１ 第１電気車制御装置
１２ 第２電気車制御装置
１２Ａ 第２電気車制御装置
１２Ｂ 第２電気車制御装置
１２Ｃ 第２電気車制御装置
１２Ｄ 第２電気車制御装置
１３Ａ、１３Ｂ 電動機
１４ パンタグラフ
１５ 接地
１６ 第３電気車制御装置
２１ 第１メイン接触器
２２ 平滑用コンデンサ
２３ 電動機駆動用インバータ回路（第１三相スイッチング回路）
２４ 第１制御切替接触器
２５ コントローラ
３１ 第２メイン接触器
３２ 平滑用コンデンサ
３３ 三相チョッパスイッチング回路（第２三相スイッチング回路）
３４ 第２制御切替接触器
３４Ａ 第５制御切替接触器
３５ 第３制御切替接触器
３６ チョッパ用リアクトル
３７ 第１蓄電池用接触器
３８ 第２蓄電池用接触器
３９ 蓄電池
４０ コントローラ
６１ 第３メイン接触器
６２ 平滑用コンデンサ
６３ 補助電源用インバータ回路（第１三相スイッチング回路）
６５ 第４制御切替接触器
６６ 補助電源用リアクトル
６７ 補助電源出力フィルタコンデンサ
６８ コントローラ
ＡＴ１ 交流電圧検出器
ＣＴ１～ＣＴ８ 電流検出器
ＤＴ１～ＤＴ４ 直流電流圧検出器
ＴＲ１ Δ－Ｙ結線変圧器
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】