JP2005312255A - 電気車制御装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】 交流電力負荷である電動機への電力の開閉、特に同期電動機特有の逆流電力の開閉を適正に行え、しかも軽量化および簡素化を図ることができる電気車制御装置を提供することである。
【解決手段】 直流電力を複数台のインバータ装置でそれぞれ三相交流電力に変換し、それぞれの交流負荷に三相交流電力を供給する開閉装置22は、各々の交流負荷に三相交流電力を供給したり遮断したりするための三個の主接点部23を有し、その三個の主接点部23を機械的レバー部24にて機械的に連動して動作させる。一つの電磁操作部25は、機械的レバー部24を介して三個の主接点部23を連動して操作する。
【選択図】 図1
【解決手段】 直流電力を複数台のインバータ装置でそれぞれ三相交流電力に変換し、それぞれの交流負荷に三相交流電力を供給する開閉装置22は、各々の交流負荷に三相交流電力を供給したり遮断したりするための三個の主接点部23を有し、その三個の主接点部23を機械的レバー部24にて機械的に連動して動作させる。一つの電磁操作部25は、機械的レバー部24を介して三個の主接点部23を連動して操作する。
【選択図】 図1
Description
本発明は、直流電力を複数台のインバータ装置でそれぞれ三相交流電力に変換し、それぞれ開閉装置を介してそれぞれの交流負荷に三相交流電力を供給する電気車制御装置に関する。
インバータ装置を用いて交流電動機を駆動する電気車制御装置としては、1個または2個の少数の電動機を駆動する小容量のインバータ装置を必要数だけ搭載する分散インバータ方式のものがある(例えば、特許文献1参照)。この分散インバータ方式の電気車制御装置は、1個のインバータ装置で4台以上の交流電動機を駆動する方式のものと比較した場合、空転再粘着性能に優れているほかに、インバータ装置のいずれかが故障した時にも故障したインバータ装置のみを電源から解放することにより、正常なインバータ装置を用いて電気車の運転が可能となるため、運行に対する影響を最小限にすることができる利点がある。
図6は、分散インバータ方式の電気車制御装置の構成図である。1ユニットのインバータ装置11には最小1個から複数個、例えば、1個、2個、4個、8個などの電動機12が接続されている。図6では1個のインバータ装置11に1個の電動機12が接続された場合を示している。
地上架線(トロリー線)13から集電装置(パンタグラフ)14により直流電力を受電し、避雷器15、高速度遮断器16、ラインスイッチ17、抵抗18、フィルタリアクトル19およびフィルタコンデンサ20等の直流回路機器を介して、直流電力をインバータ装置11に入力する。インバータ装置11は、入力した直流電力を三相交流電力に変換して開閉器21を介して電動機12に供給する。インバータ装置11および開閉器21により主回路インバータ駆動回路を構成している。
なお、集電装置14から供給される電力は、直流電力ではなく交流電力であったもよく、集電装置14から供給される電力が交流電力である場合には、フィルタリアクトル19およびフィルタコンデンサ20の前段に、交流電力を直流電力に変換するためのコンバータ装置を設けることになる。
このような電気車制御装置において、万一、システムに異常や故障が生じた場合には、1ユニットのインバータ装置11で1個の電動機12を駆動するように構成されている場合には、電動機12の直前で三相交流電力を開放する必要は生じない。この場合は、システム全体が故障となるからである。
一方、1ユニットのインバータ装置11で複数個の電動機12を駆動するシステムの場合は、システムに異常や故障が発生した場合には、その異常や故障が発生したブロックのみ開放して運転継続が可能であるシステムとする必要がある。そこで、インバータ装置11と電動機12との間に各相ごとに開閉器21を設けている。開閉装置21としては、刃形開閉器(手動操作式)または単極式接触器が各相に配置される。
また、図7に示すように、インバータ装置11の前段の直流電力回路に開閉器21を設け、システムに異常や故障が発生した場合には、その異常や故障が発生したシステムのインバータ装置11を開放するようにしたものもある。このように、従来の鉄道車両用の電気車制御装置においては、個別にシステムを開放する場合には、図7のようにインバータ装置11の入力直前の直流回路に、刃形開閉器(手動操作式)あるいは単極式電磁開閉器等の開閉器21を配置している。
特許第3068943号公報(図1)
ところが、近年開発された永久磁石補助リアクタンスモータと称する同期電動機は、回転子に複数の永久磁石が装着されおり、インバータ装置11の出力がオフした場合、回転子が回転している間に発電機となりインバータ装置11へ逆流電力を発生する。
この逆流電力の開閉手段として、図6に示すように三相各々に単極式電磁開閉器等の開閉器21を使用しているが、個々の単極式電磁開閉器の同時動作、同時接触、同時開閉にばらつきが大きいので、遮断性能を確保できないことがある。また、単極式電磁開閉器はその重力が大きく、1個の同期電動機あたりに3個の開閉器21が必要となり、装置の大形化や重量増等デメリットが生じる。
本発明の目的は、交流電力負荷である電動機への電力の開閉、特に同期電動機特有の逆流電力の開閉を適正に行え、しかも軽量化および簡素化を図ることができる電気車制御装置を提供することである。
請求項1の発明に係わる電気車制御装置は、直流電力を複数台のインバータ装置でそれぞれ三相交流電力に変換しそれぞれ開閉装置を介してそれぞれの交流負荷に三相交流電力を供給する電気車制御装置において、前記開閉装置は、各々の前記交流負荷に三相交流電力を供給したり遮断したりするための三個の主接点部と、三個の主接点部を機械的に連動して動作させるための機械的レバー部と、前記機械的レバー部を介して三個の主接点部を連動して操作する一つの電磁操作部とを備えたことを特徴とする。
請求項2の発明に係わる電気車制御装置は、請求項1の発明において、前記主接点部は、前記電磁操作部の電磁コイルの励磁で三個ともほぼ同時投入となる常開型であることを特徴とする。
請求項3の発明に係わる電気車制御装置は、請求項2の発明において、前記主接点部は、真空バルブ内に設けられた固定電極および可動電極と、前記可動電極を駆動する電極可動軸とを備えたことを特徴とする。
請求項4の発明に係わる電気車制御装置は、請求項3の発明において、前記電磁操作部は、電磁コイルの励磁でプランジャーを吸着して前記機械的レバー部を介して三個の主接点部を連動して操作することを特徴とする請求項3記載の電気車制御装置。
請求項5の発明に係わる電気車制御装置は、請求項3の発明において、三個の前記主接点部を横方向に直線状に配置し、中央に位置する主接点部の背面側に前記電磁操作部を配置し、三個の各々の主接点部と前記電磁操作部の電磁コイルを前記機械的レバー部で連結しユニット化したことを特徴とする。
請求項6の発明に係わる電気車制御装置は、請求項5の発明において、前記中央に位置する主接点部の背面側に前記電磁操作部の電磁コイルを位置させ、前記電磁操作部の電磁コイルを前記主接点部と平行に配置したことを特徴とする。
請求項7の発明に係わる電気車制御装置は、請求項3の発明において、前記機械的レバー部は、前記主接点部の電極可動軸と前記電磁操作部の電磁コイルの可動軸との間に、てこ式リンクレバーを有し、前記主接点部の電極可動軸を上下に駆動するように機械的に連結したことを特徴とする。
請求項8の発明に係わる電気車制御装置は、請求項7の発明において、前記リンクレバーは、三個の主接点部の電極可動軸を一体的に駆動することを特徴とする。
本発明によれば、開閉装置として、一つの電磁操作部により各々の交流負荷に三相交流電力を開閉する三個の主接点部を機械的レバー部を介して機械的に連動して動作させるようにしたので、三個の主接点部をほぼ同時に操作することができる。従って、交流電力負荷である電動機への電力の開閉、特に同期電動機特有の逆流電力の開閉を適正に行える。
以下、本発明の実施の形態を説明する。図1は本発明の実施の形態に係わる電気車制御装置の構成図である。地上架線13から集電装置14により直流電力を受電し、避雷器15、高速度遮断器16、ラインスイッチ17、抵抗18、フィルタリアクトル19およびフィルタコンデンサ20等の直流回路機器を介して、直流電力をインバータ装置11に入力する。インバータ装置11は、入力した直流電力を三相交流電力に変換して開閉装置22を介して電動機12に供給する。
開閉装置22は、三個の主接点部23と機械的レバー部24と一つの電磁操作部25とを備えている。三個の主接点部23は、各々の交流負荷である電動機12に三相交流電力を供給したり遮断したりするため開閉動作を行うものであり、機械的レバー部24は、これら三個の主接点部23を機械的に連動して動作させる。一つの電磁操作部25は、機械的レバー部24を介して三個の主接点部23を連動して操作する。すなわち、インバータ装置11と電動機12との間に、一つの電磁操作部25の励磁で三個の主接点部23がほぼ同時に投入状態となる開閉装置22が接続されている。
図2は本発明の実施の形態における開閉装置22の無励磁状態の構造断面図、図3は本発明の実施の形態における開閉装置22の機械的レバー部24のリンクレバー36の説明図、図4は本発明の実施の形態における開閉装置22の励磁状態の構造断面図、図5は本発明の実施の形態における開閉装置22の正面図である。
図2において、開閉装置22の主接点部23は、真空バルブ26の内部に固定電極27と可動電極28とが収納されて構成されており、可動電極28は金属ベローズ29およびガイド30により可動可能となっている。電磁操作部25は外側鉄心31に電磁コイル32が形成されている。電磁操作部25の電磁コイル25は主接点部23と平行に配置されている。電磁コイル32に電流が印加されると、電磁コイル32が発生する磁力がプランジャー(吸引鉄心)33と固定鉄心34との間のギャップを通過し、プランジャー33が固定鉄心34に吸着することにより、プランジャー33が下方へ駆動する。
プランジャー33が下方に移動することにより、機械的レバー部24の圧縮バネ35が圧縮しリンクレバー36がヒンジピン37を支点として回動し、電極駆動軸38を上方に押し上げる力が働く。
図3は機械的レバー部24のリンクレバー36の説明図であり、図3(a)は正面図、図3(b)は側面図である。機械的レバー部24は三個の主接点部23を連動して動作させるものであり、機械的レバー部24は一つのリンクレバー36を有し、そのリンクレバー36は三個の主接点部23の電極可動軸38を一体的に駆動する。
すなわち、プランジャー33が下方に移動することにより、リンクレバー36がヒンジピン37を支点として回動し、電極駆動軸38を上方に押し上げる。電極駆動軸38が上方に移動することにより圧縮バネ39を圧縮して各々の主接点部23の可動電極28を固定電極27に接触させる。このように、機械的レバー部24は、主接点部23の電極可動軸38と電磁操作部25の電磁コイル32の可動軸との間に、てこ式のリンクレバー36を有し、主接点部23の電極可動軸38を上下に駆動するように機械的に連結されている。なお、固定電極27は固定端子41に接続され、可動電極28は撓み導体42を介して固定端子43に接続されている。
図4は、電磁コイル32に電流が印加され電磁コイル32が励磁された状態を示している。電磁コイル32が励磁されると、プランジャー33が下方に移動し機械的レバー部24を介して主接点部23の固定電極27に可動電極28が接触した状態となる。これにより主接点部23の主接点がオンした状態となる。
図5は開閉装置22の正面図であり、三個の主接点部23を横方向に直線状に配置し、中央に位置する主接点部23の背面側に電磁操作部25を配置する。そして、三個の各々の主接点部23と電磁操作部25の電磁コイル32を機械的レバー部24で連結してユニット化している。また、前述のように電磁操作部25の電磁コイル32は主接点部23と平行に配置されており、中央に位置する主接点部23の真空バルブ26の直背面に電磁コイル32を位置させているので、配置のバランスがとれ構成を簡素化している。
このように、三個の主接点部23の中央に位置する真空バルブ26と電磁操作部25とを平行に配置し、その両方の可動部である可動電極28とプランジャー33とを三個の主接点部23を同時に操作するリンクレバー24にて機械的に連動して動作させる。すなわち、リンクレバー24にて機械的に連動させるので、三個の主接点部23の開閉誤差を限りなくゼロに近くすることができ、必要とされる遮断性能を満足する開閉装置22を提供できる。また、平行に配置した可動部を相互に相違する方向へ駆動する手段として単純な一般のてこ式のリンクレバー36を使用しているので固渋やせり等の製造上の問題を極度に低下させることができ、信頼性の高い開閉装置を提供できる。
本発明の実施の形態によれば、主接点部23として、真空バルブ26内に固定電極27と可動電極28とからなる接点を使用した常開型の三相形真空電磁開閉装置を形成し、機械的レバー部24のリンクレバー24にて機械的に連動させるので同時開閉精度が高く、また、真空内遮断となるので高頻度の開閉動作の遠隔操作ができる。
これにより、電動機12への電力開閉が適正に行え、特に電動機12が同期電動機であったとしても、同期電動機特有の逆流電力開閉および電力開閉が遮断性能の合否判定の基本となる2サイクル以下の遮断が可能にできる。また、常開形であるので機械的ラッチ等、複雑な機構を有しないので信頼性が高い。特に、電動機12に同期電動機を使用した場合の高頻度の開閉に適し、回路機器の小形化、軽量化、システムの適正化が可能となる。
11…インバータ装置、12…電動機、13…地上架線、14…集電装置、15…避雷器、16…高速度遮断器、17…ラインスイッチ、18…抵抗、19…フィルタリアクトル、20…フィルタコンデンサ、21…開閉器、22…開閉装置、23…主接点部、24…機械的レバー部、25…電磁操作部、26…真空バルブ、27…固定電極、28…可動電極、29…金属ベローズ、30…ガイド、31…外側鉄心、32…電磁コイル、33…プランジャー、34…固定鉄心、35…圧縮バネ、36…リンクレバー、37…ヒンジピン、38…電極駆動軸、39…圧縮バネ、41…固定端子、42…撓み導体、43…固定端子
Claims (8)
- 直流電力を複数台のインバータ装置でそれぞれ三相交流電力に変換しそれぞれ開閉装置を介してそれぞれの交流負荷に三相交流電力を供給する電気車制御装置において、前記開閉装置は、各々の前記交流負荷に三相交流電力を供給したり遮断したりするための三個の主接点部と、三個の主接点部を機械的に連動して動作させるための機械的レバー部と、前記機械的レバー部を介して三個の主接点部を連動して操作する一つの電磁操作部とを備えたことを特徴とする電気車制御装置。
- 前記主接点部は、前記電磁操作部の電磁コイルの励磁で三個ともほぼ同時投入となる常開型であることを特徴とする請求項1記載の電気車制御装置。
- 前記主接点部は、真空バルブ内に設けられた固定電極および可動電極と、前記可動電極を駆動する電極可動軸とを備えたことを特徴とする請求項2記載の電気車制御装置。
- 前記電磁操作部は、電磁コイルの励磁でプランジャーを吸着して前記機械的レバー部を介して三個の主接点部を連動して操作することを特徴とする請求項3記載の電気車制御装置。
- 三個の前記主接点部を横方向に直線状に配置し、中央に位置する主接点部の背面側に前記電磁操作部を配置し、三個の各々の主接点部と前記電磁操作部の電磁コイルを前記機械的レバー部で連結しユニット化したことを特徴とする請求項3記載の電気車制御装置。
- 前記中央に位置する主接点部の背面側に前記電磁操作部の電磁コイルを位置させ、前記電磁操作部の電磁コイルを前記主接点部と平行に配置したことを特徴とする請求項5に記載の電気車制御装置。
- 前記機械的レバー部は、前記主接点部の電極可動軸と前記電磁操作部の電磁コイルの可動軸との間に、てこ式のリンクレバーを有し、前記主接点部の電極可動軸を上下に駆動するように機械的に連結したことを特徴とする請求項3に記載の電気車制御装置。
- 前記リンクレバーは、三個の主接点部の電極可動軸を一体的に駆動することを特徴とする請求項7に記載の電気車制御装置。
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Cited By (2)
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WO2009107233A1 (ja) * | 2008-02-29 | 2009-09-03 | 三菱電機株式会社 | 交流電動機の駆動制御装置 |
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-
2004
- 2004-04-26 JP JP2004129365A patent/JP2005312255A/ja active Pending
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