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回路装置

国内特許コード P07A010844
整理番号 /NO33534
掲載日 2007年10月26日
出願番号 特願2005-165007
公開番号 特開2006-340561
登録番号 特許第4500217号
出願日 平成17年6月6日(2005.6.6)
公開日 平成18年12月14日(2006.12.14)
登録日 平成22年4月23日(2010.4.23)
発明者
  • 小笠 正道
  • 田口 義晃
  • 上園 恵一
  • 丸山 真範
出願人
  • 財団法人鉄道総合技術研究所
  • 東洋電機製造株式会社
発明の名称 回路装置
発明の概要

【課題】 回生エネルギを常に有効に使用するため、回生ブレーキ使用時、他に負荷が無く架線電圧が上昇した場合には回生できないエネルギを、車上に搭載した蓄電装置に蓄積し、次回力行するときに使用可能とすることができる回路装置を提供する。
【解決手段】 本発明の回路装置は、集電装置50、フィルタリアクトル51、フィルタコンデンサ52、インバータ53、車輪55およびモータ54からなる主回路200と、電流検出器11と、蓄電装置65と、チョッバ装置主回路106と、電圧検出器14と、調整充放電制御部103と、充電制御部101と、放電制御部102と、蓄電装置電流制御部104と、チョッパ装置主回路106の蓄電装置65に対する電源供給の制御を行うための信号(上アーム点弧信号PH,下アーム点弧信号PL)を生成し、該信号PH,PLをチョッパ装置主回路106へ出力するPWM変調部105と、を備えている。
【選択図】 図1

従来技術、競合技術の概要


一般に、集電装置を搭載した電気車は、回生ブレーキを使用することにより、力行で使用したエネルギを再利用できるため、省エネルギである。しかし、電気車の回生ブレーキは、近傍にエネルギを消費する他の電気車が在線することが前提であり、回生したエネルギが消費されない場合は回生絞込や回生失効が発生して機械レーキが動作し、ブレーキシューなどが消耗する。この回生絞込や回生失効を低減するため、抵抗器により回生エネルギを消費させる装置が実用に供されている。



図7は、従来の電気車の主回路図である。図7の電気車の主回路は、電気車の電源を供給する集電装置250と、車輪257と、フィルタリアクトル251と、フィルタコンデンサ251と、電流と電圧を制御するインバータ253と、車輪257を駆動するモータ254と、回生エネルギを消費させるための抵抗器256と、回生時に抵抗器256に接続するスイッチング素子255と、を備えている。



図7に示した電気車の主回路によれば、抵抗器256により回生エネルギを消費することにより、原理的に回生絞込や回生失効が発生しないため、電気車の主回路として実用上十分に機能することができた。



また、特許公開平8-196001公報の電気車制御措置においては、インバータ回路の入力側は、遮断器とリアクトルおよび第1の電流検出器が直列にされてパンタグラフと大地とへ接続され、チョッパ回路とブレーキ抵抗器との直列回路と、コンデンサおよび電圧検出器が並列に接続される。インバータ回路の出力側には、三相のうち少なくとも二相に第2の電流検出器を挿入した上で、電気車駆動用誘導電動機が接続される。電気ブレーキ時にコンデンサの電圧が上昇した場合はチョッパ回路により抵抗器の電流を加減する制御を行い、各検出器およびインバータ回路からの信号から演算して、抵抗器での電力損失が所定値を越えた場合に保護回路によりチョッパ回路を停止する。これにより、発電ブレーキ回路を有する誘導電動機駆動の直流電気車の制御装置において、ブレーキ抵抗器の小形軽量化と過熱防止及び電気ブレーキの頻度を高めることによる空気ブレーキシューの磨耗防止ができる。

【特許文献1】特許公開平8-196001公報

産業上の利用分野


本発明は、蓄電装置と集電装置を搭載した電気車の回路装置に関する。特には、蓄電装置を搭載し、回生エネルギを架線に返せない場合にもエネルギを捨てることなく蓄積し再び力行するときに使用することにより、省エネルギで且つ架線の無い区間においても走行することができる電気車の回路装置に関する。

特許請求の範囲 【請求項1】
電気車の動力電源を供給するための集電装置、フィルタリアクトル、フィルタコンデンサ、インバータ、及び、モータを含む主回路と
記集電装置と前記フィルタリアクトルとの間に直列に接続され、前記集電装置の電流値を集電装置点電流値として検出する電流検出器と、
電気車の力行時には前記主回路に電力を供給し、回生時には電力を蓄える蓄電装置と、
前記主回路と前記蓄電装置の間に接続され、前記主回路から前記蓄電装置への電源供給又は前記蓄電装置から前記主回路への電源供給を制御するチョッバ装置主回路と、
前記蓄電装置の電圧を蓄電装置電圧値として検出する電圧検出器と、
前記電圧検出器で検出された蓄電装置電圧値を入力し、当該蓄電装置電圧値が調整充電開始電圧値より低いときに調整充電指令を発生して調整充電電流値を選択し、当該蓄電装置電圧値が調整放電開始電圧値より高いときに調整放電指令を発生して調整放電電流値を選択し、前記調整充電電流値及び前記調整放電電流値の何れも選択しないときにはゼロを選択し、選択した値に基づいて生成した蓄電装置調整電流指令値を出力する調整充放電制御手段と、
前記電流検出器で検出された集電装置点電流値及び前記調整充放電制御手段から出力された蓄電装置調整電流指令値を入力し、当該集電装置点電流値及び蓄電装置調整電流指令値に基づいて生成した蓄電装置充電電流指令値を出力する充電制御手段と、
前記電流検出器で検出された集電装置点電流値及び前記調整充放電制御手段から出力された蓄電装置調整電流指令値を入力し、当該集電装置点電流値及び蓄電装置調整電流指令値に基づいて生成した蓄電装置放電電流指令値を出力する放電制御手段と、
前記充電制御手段から出力された蓄電装置充電電流指令値と前記放電制御手段から出力された蓄電装置放電電流指令とを加算した値である蓄電装置電流指令値を入力し、当該蓄電装置電流指令値に基づいて生成した通流率を出力する蓄電装置電流制御手段と、
前記蓄電装置電流制御手段から出力された通流率を入力し、当該通流率に基づいて、前記チョッパ装置主回路において電源供給の制御を行うための信号を生成し、該信号を前記チョッパ装置主回路出力するPWM変調手段と、
を備える電気車の回路装置。

【請求項2】
前記チョッバ装置主回路は、
前記主回路側に接続されたフィルタリアクトルと、
前記フィルタリアクトルに接続されたフィルタコンデンサと
記フィルタコンデンサに並列に接続され、前記フィルタコンデンサの電圧値をフィルタコンデンサ電圧値として検出する電圧検出器と、
電気車の回生時にオンとなる第1スイッチング素子と、
電気車の力行時にオンとなる第2スイッチング素子と、
前記第1スイッチング素子と第2スイッチング素子との接続点と、前記蓄電装置の正極側との間に接続されたスムージングリアクトルと、
前記第1スイッチング素子と第2スイッチング素子との接続点と、前記スムージングリアクトルとの間に接続され、前記蓄電装置への又は前記蓄電装置からの蓄電装置電流値を検出する電流検出器と、
を備える、請求項1記載の回路装置。

【請求項3】
前記調整充放電制御手段は、前記電圧検出器で検出された蓄電装置電圧値を入力し該蓄電装置電圧値が調整充電開始電圧値より低いとき調整充電指令を発生して調整充電電流値を選択し、該蓄電装置電圧値が調整放電開始電圧値より高いとき調整放電指令を発生して調整放電電流値を選択し、前記調整充電電流値及び前記調整放電電流値の何れも選択しないときにはゼロを選択し、選択した値に1/2を乗算して蓄電装置調整電流指令値として出力する、請求項1又は2記載の回路装置。

【請求項4】
前記充電制御手段は、
前記電流検出器で検出された集電装置点電流値から充電動作不感帯設定値を減算する第1の手段と、
前記第1の手段によって得られた値が入力される第1増幅器と、
前記第1の手段によって得られた値が入力される第1積分器と、
前記第1積分器の出力値を所定の充電制御上限電圧値及び所定の充電制御下限電圧値で制限して生成した値を、前記第1増幅器の出力値に加算し、該加算して得られた値を前記所定の充電制御上限電圧値及び前記所定の充電制御下限電圧値で制限して充電時FC電圧指令値を生成し、前記チョッパ装置主回路の前記電圧検出器で検出されたフィルタコンデンサ電圧値から前記充電時FC電圧指令値を減算する第2の手段と
前記第2の手段によってられた値が入力される第2増幅器と、
前記第2の手段によって得られた値が入力される第2積分器と、
を備え、前記第2積分器の出力値を所定の充電電流リミッタ値及び前記調整充放電制御手段から出力された蓄電装置調整電流指令値で制限して生成した値を、前記第2増幅器の出力値に加算し、該加算して得られた値を前記所定の充電電流リミッタ値及び前記蓄電装置調整電流指令値で制限して得られる蓄電装置充電電流指令値を出力する、請求項1~のいずれか1項記載の回路装置。

【請求項5】
前記放電制御手段は、
前記電流検出器で検出された集電装置点電流値から放電動作不感帯設定値を減算する第3の手段と、
前記第3の手段によって得られた値が入力される第増幅器と、
前記第3の手段によって得られた値が入力される第積分器と、
前記第積分器の出力値を所定の放電制御上限電圧値及び所定の放電制御下限電圧値で制限して生成した値を、前記第増幅器の出力値に加算し、該加算して得られた値を前記所定の放電制御上限電圧値及び前記所定の放電制御下限電圧値で制限して放電時FC電圧指令値を生成し、前記チョッパ装置主回路の前記電圧検出器で検出されたフィルタコンデンサ電圧値から前記放電時FC電圧指令値を減算する第4の手段と
前記第4の手段によってられた値が入力される第増幅器と、
前記第4の手段によって得られた値が入力される第積分器と、
を備え、前記第積分器の出力値を所定の放電電流リミッタ値及び前記調整充放電制御手段から出力された蓄電装置調整電流指令値で制限して生成した値を、前記第増幅器の出力値に加算し、該加算して得られた値を前記所定の放電電流リミッタ値及び前記蓄電装置調整電流指令値で制限して得られる蓄電装置放電電流指令値を出力する、請求項1~のいずれか1項記載の回路装置。

【請求項6】
前記充電制御手段及び前記放電制御手段と前記蓄電装置電流制御手段の間、前記充電制御手段から出力された蓄電装置充電電流指令値と前記放電制御手段から出力された蓄電装置放電電流指令値を加算して蓄電装置電流指令値を生成し、該蓄電装置電流指令値から前記チョッパ装置主回路の前記電流検出器で検出された蓄電装置電流値を減算する第5の手段をさらに備え
前記蓄電装置電流制御手段は、
前記第5の手段によって得られた値が入力される第5増幅器と、
前記第5の手段によって得られた値が入力される第5積分器と、
を備え、前記第5積分器の出力値を所定の蓄電装置上限電圧値及び所定の蓄電装置下限電圧値で制限して生成した値を、前記第5増幅器の出力値に加算し、該加算して得られた値を前記所定の蓄電装置上限電圧値及び前記所定の蓄電装置下限電圧値で制限して蓄電装置電圧指令値を生成し、前記チョッパ装置主回路の前記電圧検出器で検出されたフィルタコンデンサ電圧値の逆数と前記蓄電装置電圧指令値を乗算して通流率を生成し出力する、請求項5記載の回路装置。

【請求項7】
前記PWM変調手段は、前記蓄電装置電流制御手段から出力された通流率キャリアと比較してPWM変調を行い、前記PWM変調によって得られた値をオンタイムディレイして前記チョッパ装置主回路の前記第1スイッチング素子を点弧する上アーム点弧信号を生成し、該上アーム点弧信号を前記チョッパ装置主回路の前記第1スイッチング素子に出力し、前記PWM変調によって得られた値の反転値をオンタイムディレイして前記チョッパ装置主回路の前記第2スイッチング素子を点弧する下アーム点弧信号を生成し、該下アーム点弧信号を前記チョッパ装置主回路の前記第2スイッチング素子に出力する、請求項1~のいずれか1項記載の回路装置。
産業区分
  • 鉄道
  • 省エネルギー
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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JP2005165007thum.jpg
出願権利状態 権利存続中
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