JP2005312255A - 電気車制御装置 - Google Patents

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

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。

本発明の実施の形態に係わる電気車制御装置の構成図。 本発明の実施の形態における開閉装置の無励磁状態の構造断面図。 本発明の実施の形態における開閉装置の機械的レバー部のリンクレバーの説明図。 本発明の実施の形態における開閉装置の励磁状態の構造断面図。 本発明の実施の形態における開閉装置の正面図。 従来の電気車制御装置の構成図。 従来の別の一例の電気車制御装置の構成図。

符号の説明

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)

1. 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。
2. 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。
3. 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。
4. 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。
5. 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。
6. 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。
7. 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。
8. 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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