JP2014087116A - 鉄道車両駆動システム - Google Patents

Abstract

【課題】低コストの鉄道車両駆動システムを提供する。
【解決手段】エンジン１により駆動される誘導発電機２と、誘導発電機２によって生成される交流電力を直流電力に変換するコンバータ３と、直列接続される複数の蓄電池４ａ，４ｂ，・・・を有し、前記直流電力を充電又は放電するバッテリ４と、前記直流電力を交流電力に変換し、車輪駆動用の誘導電動機６に出力するインバータ５と、前記直流電力を交流電力に変換して補機Ｂに出力するサービス電源用インバータ８と、サービス電源用インバータ８と補機Ｂとの間に介在し、スター結線される三相コンデンサ１０と、を備え、バッテリ４の中間電位が接地されるとともに、三相コンデンサ１０の中性点が接地される。
【選択図】図１

Description

本発明は、エンジン及びバッテリを備える鉄道車両駆動システムに関する。

近年、エンジンとバッテリとを組み合わせたハイブリッド鉄道車両の開発が進められている。ハイブリッド鉄道車両は、制動時に発生する回生エネルギをバッテリに充電し、力行時にバッテリから負荷に放電することで回生エネルギを再利用し、省エネルギ化を図っている。

例えば、特許文献１には、バッテリを複数個直列接続したものを１ユニットとし、複数の前記ユニットが並列接続されたバッテリ装置を備える鉄道車両駆動システムについて記載されている。

特開２００４−３１２８６３号公報

従来、鉄道車両内の補機（空調機器や照明機器など）とバッテリとの間に変圧器を設け、変圧器の一次側と二次側とを絶縁するとともに、二次側を接地して安全性を確保していた。
このような場合に用いられる変圧器は質量及び体積が大きく、変圧器を設置するためのスペースを鉄道車両に確保する必要があった。また、変圧器を設けるぶん、コストがかかるという問題があった。

そこで、本発明は、低コストの鉄道車両駆動システムを提供することを課題とする。

前記課題を解決するために、本発明に係る鉄道車両駆動システムは、インバータと補機との間に介在し、スター結線される三相コンデンサを備え、バッテリの中間電位が接地されるとともに、前記三相コンデンサの中性点が接地されることを特徴とする。

本発明によれば、低コストの鉄道車両駆動システムを提供できる。

本発明の一実施形態に係る鉄道車両駆動システムの構成図である。 エンジンを起動させる際の電力供給を示す説明図である。 バッテリを充電する際の電力供給を示す説明図である。 鉄道車両の停車時における電力供給を示す説明図である。 力行運転を行う際の電力供給を示す説明図である。 抑速ブレーキを行う際の電力供給を示す説明図である。 停止ブレーキを行う際の電力供給を示す説明図である。 制御装置のコンバータ制御部の入力信号及び出力信号を示す説明図である。 比較例に係る鉄道車両駆動システムの構成図である。

本発明の各実施形態について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。なお、各図において共通する部分には同一の符号を付し、重複した説明を省略する。

≪実施形態≫
＜鉄道車両駆動システムの構成＞
図１は、本発明の一実施形態に係る鉄道車両駆動システムの構成図である。図１に示す鉄道車両駆動システム１００は、例えば、ハイブリッド型の鉄道車両に搭載されている。
ここで「ハイブリッド型」とは、エンジンにより駆動される発電機から供給される電力と、バッテリから供給される電力と、のうち少なくとも１つを用いて電動機などを駆動するシステムを意味している。なお、本実施形態に係る鉄道車両駆動システム１００は、エンジン１を発電用として用いるため、シリーズハイブリッド方式に分類される。

鉄道車両駆動システム１００は、エンジン１と、誘導発電機２と、コンバータ３と、バッテリ４と、インバータ５と、誘導電動機６と、減速機７と、サービス電源用インバータ８と、リアクトル９と、三相コンデンサ１０と、制御装置１１と、を備えている。
その他、鉄道車両駆動システム１００は、コンデンサＣ１、抵抗器Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３、開閉器Ｑ１〜Ｑ５などを備えている。

エンジン１は、例えば軽油を燃料とするディーゼルエンジンであり、制御装置１１から入力されるエンジン出力指令信号Ｓｅに応じて駆動し、軸トルクを出力する。なお、エンジン出力指令信号Ｓｅは、加速、減速などの運転指令（図示せず）や、バッテリ４の充電量、車両の速度に応じて生成される。
誘導発電機２は、エンジン１の軸トルクを動力としてロータ（図示せず）を回転させ、三相交流電力を生成してコンバータ３に出力する。なお、誘導発電機２のステータ（図示せず）は、バッテリ４やインバータ５の回生動作などによって供給される電力により励磁される。

コンバータ３は、誘導発電機２から入力される交流電力を直流電力に変換し、開閉器Ｑ１，Ｑ４を介してインバータ５に出力する。ちなみに、前記直流電力は、制御装置１１から入力されるコンバータ出力指令信号Ｓｃに応じて調整される。
バッテリ４は、コンバータ３の二次側（直流側）に並列接続され、直流電力を充電又は放電するものである。バッテリ４は、複数の単電池（２次電池）４ａ，４ｂ，・・・が直列接続された直列ユニットを複数有し、これら複数の直列ユニットが並列接続されている。このように、複数の直列ユニットを並列接続することで、バッテリ４の必要容量を確保するとともに冗長化している。

すなわち、いずれかの単電池に異常が生じた場合、セルコントローラ（図示せず）などによる異常信号に基づいて、制御装置１１が当該単電池の属する直列ユニットを切り離し、他の直列ユニットから誘導電動機６に電力供給できるようになっている。
なお、単電池４ａ，４ｂ，・・・として、例えば、リチウムイオン蓄電池を用いることができる。

また、バッテリ４の中間電位は、抵抗器Ｒ１を介して接地されている。ここで、「中間電位」とは、バッテリ４が備えるそれぞれの直列ユニットの略中間の電位を意味している。図１に示すように、それぞれの直列ユニットの中間電位に相当する箇所Ｍ１，Ｍ２，・・・，Ｍｎのうち、隣り合う箇所どうしが接続され、抵抗器Ｒ１を介して接地されている。ちなみに、当該接地は、例えば、鉄道車両の車体や車軸を介してレール（図示せず）に対して行われる。

単電池４ａ，４ｂ，・・・の充放電は、前記したセルコントローラ（図示せず）などによる情報に基づき制御装置１１によって制御される。また、セルコントローラは、単電池４ａ，４ｂ，・・・の電圧、電流、温度などの情報に基づいて（符号Ｓｐ２を参照）、直列ユニット内の単電池４ａ，４ｂ，・・・の電圧を均等化する（符号Ｓｐ１を参照）。
図１に示すように、バッテリ４の一端Ｐ１（最も電位の高い箇所）は、開閉器Ｑ２を介して配線ａ１に接続され、他端Ｐ２（最も電位の低い箇所）は、開閉器Ｑ３を介して配線ａ２に接続されている。

インバータ５（第１インバータ）は、配線ａ１，ａ２を介してコンバータ３及び／又はバッテリ４から入力される直流電力を三相交流電力に変換して誘導電動機６に出力する。すなわち、制御装置１１から入力される制御信号Ｓｉに従って、インバータ５が有する複数のスイッチング素子（図示せず）のオン／オフが切り替わり、所定の振幅及び周波数の三相交流電力を誘導電動機６に出力するようになっている。

コンデンサＣ１は、コンバータ３から入力される電圧の脈動成分を除去するためのものであり、インバータ５の一次側に並列接続されている。
抵抗Ｒ２及び抵抗Ｒ３を含む直列ユニットは、開閉器Ｑ４とコンデンサＣ１との間に並列接続されている。そして、抵抗Ｒ２，Ｒ３は互いに直列接続され、中間電位に相当する相互接続点が配線ａ３を介して接地されている。
このように、インバータ５の一次側（直流側）の中間電位を接地することで、従来の構成（最も電位の低い箇所（Ｐ２）を接地）と比較して、配線ａ１の電位が略半分になる。これにより、高絶縁の部品を用いる必要がなくなり、製造コストを削減できる。

誘導電動機６は、力行運転時においてインバータ５から入力される三相交流電力を軸トルクに変換し、減速機７に出力するものであり、鉄道車両の車輪駆動用の電動機である。また、回生運転時において誘導電動機６は、力行運転時とは逆に発電機として機能する。なお、誘導電動機６のロータ（図示せず）は、減速機７の回転軸（図示せず）に固定されている。
減速機７は、異なる歯数の歯車の組み合わせなどを用いて誘導電動機６の回転速度を減速し、これによって増幅された軸トルクで輪軸Ａを駆動して鉄道車両を加減速する。また、減速機７は、回生運転時において輪軸Ａの回転を増速し、誘導電動機６に伝達する。

サービス電源用インバータ８（第２インバータ）は、開閉器Ｑ５を介してコンバータ３及び／又はバッテリ４から入力される直流電力を三相交流電圧に変換し、リアクトル９に出力する。なお、サービス電源用インバータ８から出力される三相交流電圧（サービス用電源電圧）は、制御装置１１から入力される制御信号Ｓｓに応じて、所定の振幅・周波数に調整される。

リアクトル９（９ａ，９ｂ，９ｃ）は、サービス電源用インバータ８の二次側（交流側）に直列接続されている。
三相コンデンサ１０は、リアクトル９よりも補機Ｂ側に設置され、スター結線（Ｙ結線）されている。すなわち、コンデンサ１０ａの一端はリアクトル９ａに接続され、他端はコンデンサ１０ｂ，１０ｃに接続されている。また、コンデンサ１０ｂの一端はリアクトル９ｂに接続され、他端はコンデンサ１０ｃ，１０ａに接続されている。また、コンデンサ１０ｃの一端はリアクトル９ｃに接続され、他端はコンデンサ１０ａ，１０ｂに接続されている。

そして、このようにスター結線されたコンデンサ１０ａ，１０ｂ，１０ｃの中性点は、配線ａ４を介して接地されている。
図１に示すように、リアクトル９ａ，９ｂ，９ｃ及びコンデンサ１０ａ，１０ｂ，１０ｃを設けることで、サービス電源用インバータ８から入力される交流電圧の高調波成分を抑制し、補機Ｂに正弦波状の交流電圧が供給される。
ちなみに、補機Ｂとは、例えば、鉄道車両に設置されている空調機器や電動空気圧縮機などであり、誘導電動機６よりも低い電圧で作動する。

制御装置１１は、鉄道車両駆動システム１００全体の動作を統括制御し、コンバータ３、インバータ５、サービス電源用インバータ８、及び開閉器Ｑ１〜Ｑ５に制御信号を出力する。
例えば、コンバータ３を駆動して電力供給する場合、制御装置１１は、開閉器Ｑ１，Ｑ４，Ｑ５をオンにする制御信号Ｓｂを出力する。また、制御装置１１は、バッテリ４を充放電する場合、開閉器Ｑ２，Ｑ３をオンにする制御信号Ｓｂを出力する。さらに、制御装置１１は、インバータ５に異常が生じた場合、開閉器Ｑ４をオンからオフに切り替える制御信号Ｓｂを出力し、回路からインバータ５を切り離す。なお、サービス電源用インバータ８の場合も同様である。

＜鉄道車両駆動システムの動作＞
（１．エンジン起動時）
図２は、エンジンを起動させる際の電力供給を示す説明図である。なお、図２では、抵抗器Ｒ２，Ｒ３、コンデンサＣ１、開閉器Ｑ１〜Ｑ５、及び制御装置１１の記載を省略している（図３〜図７も同様）。
制御装置１１は、運転席の操作手段（図示せず）から鉄道車両駆動システム１００の起動指令を受けた場合、エンジン１を起動させる。

すなわち、制御装置１１は、開閉器Ｑ１〜Ｑ３をオンにしてバッテリ４からコンバータ３に所定の直流電圧（例えば、ＤＣ３４０Ｖ）を供給する（破線矢印を参照）。そして、制御装置１１は、コンバータ３をインバータ動作させて直流電圧を交流電圧に変換する。さらに、制御装置１１は、当該交流電圧により誘導発電機２に交流電流を流入させてモータ駆動させ、エンジン１を起動（つまり、クランキング）する。
ちなみに、エンジン１の起動時において、制御装置１１は開閉器Ｑ４，Ｑ５をオフとし、インバータ５及びサービス電源用インバータ８に電力供給されないようにしている。
制御装置１１は、エンジン１を起動した後、バッテリ４やインバータ５の回生動作などによって供給される電力により誘導発電機２を励磁する。

（２．充電時）
図３は、バッテリを充電する際の電力供給を示す説明図である。
図３に示すように、前記したエンジン１の起動後、バッテリ４を充電する。なお、本実施形態ではバッテリ４が十分な容量を有しているため、エンジン１の起動後、バッテリ４への充電を行わずに誘導電動機６及び補機Ｂへの電力供給を開始してもよい（図４参照）。

エンジン１の起動後にバッテリ４を充電する場合、制御装置１１は、エンジン１を駆動して誘導発電機２のロータ（図示せず）を回転させる。これによって、誘導電動機２からコンバータ３に交流電力が出力される。そして、制御装置１１は、誘導発電機２から入力される交流電力をコンバータ３によって直流電力に変換し、当該直流電力をバッテリ４に供給（充電）する（破線矢印を参照）。

（３．停車時）
図４は、鉄道車両の停車時における電力供給を示す説明図である。
鉄道車両が停車しているときにも、空調機器や照明機器を含む補機Ｂに電力供給する必要がある。したがって、制御装置１１は、コンバータ３を用いて所定の直流電力の定電力発電を開始する。

そして、前記した直流電力が生成された後、制御装置１１はサービス電源用インバータ８のスイッチング素子（図示せず）をオン／オフして直流電力を交流電力に変換し、リアクトル９及び三相コンデンサ１０を介して補機Ｂに出力する。なお、リアクトル９及び三相コンデンサ１０によって高調波成分が抑制され、正弦波状の電圧及び電流が補機Ｂに供給される。

（４．力行運転時）
図５は、力行運転を行う際の電力供給を示す説明図である。
また、制御装置１１は、誘導電動機６及び補機Ｂで必要となる電力に応じてエンジン１の出力（エンジンノッチや回転速度）を制御する。なお、力行運転時において制御装置１１は開閉器Ｑ１〜Ｑ５をオンにして誘導電動機６及び補機Ｂに電力供給するとともに、バッテリ４からも電力供給可能な状態にする。

運転席の操作手段（図示せず）から力行ノッチ指令が入力されると、制御装置１１はエンジン１によって誘導発電機２を駆動し、誘導発電機２又はバッテリ４からの交流電力により誘導電動機６を力行運転するとともに、補機Ｂを駆動する。
この場合、制御装置１１は、コンバータ３により前記した定電力発電を継続するとともに、コンバータ３又はバッテリ４から入力される直流電圧をインバータ５により３相交流電圧に変換する。そして、インバータ５から入力される３相交流電力により誘導電動機６を駆動し、輪軸Ａを回転させる。また、制御装置１１は、前記したサービス電源用インバータ８の動作を継続させ、リアクトル９及び三相コンデンサ１０を介して補機Ｂに交流電力を供給する（図５の破線矢印を参照）。
なお、リアクトル９及び三相コンデンサ１０によって高調波成分が抑制され、正弦波状の電圧及び電流が補機Ｂに供給される。

（５．惰行運転時）
惰行運転時には誘導電動機６を駆動する必要がないため、バッテリ４又はエンジン１の駆動により生成される電力で補機Ｂを駆動する。したがって、惰行運転時における電力供給は、前記した停車時（図４参照）の場合と同様となる。
制御装置１１は、コンバータ３を用いた定電力発電（例えば、ＤＣ６８０Ｖ）を継続するとともに、補機Ｂに給電可能な所定出力でエンジン１を駆動する。そして、エンジン１の駆動により誘導発電機２で生成される交流電力をコンバータ３で直流電力に変換し、サービス電源用インバータ８に出力する。

さらに、サービス電源用インバータ８において前記直流電力を交流電力に変換し、リアクトル９及び三相コンデンサ１０を介して補機Ｂに出力する（図４の破線矢印を参照）。
なお、惰行運転時においてインバータ５には電力供給されず、誘導電動機６は停止状態となっている。

（６．抑速ブレーキ時）
図６は、抑速ブレーキを行う際の電力供給を示す説明図である。
抑速ブレーキを行う際、制御装置１１は誘導電動機６を発電機として動作させ、インバータ５を回生モードで動作させる。

この場合、輪軸Ａの慣性モーメントにより誘導電動機６のロータ（図示せず）を回転させ、交流電力を生成する。そして、制御装置１１は、誘導電動機６からの前記交流電力を、インバータ５及びサービス電源用インバータ８により所定の位相・振幅・周波数の交流電力に変換し、リアクトル９及び三相コンデンサ１０を介して補機Ｂに出力する（破線矢印を参照）。

また、制御装置１１は、余剰電力をバッテリ４に供給し，バッテリ４がこれを吸収しきれない場合はエンジン１の出力をオフにし（つまり、アイドリング状態とし）、コンバータ３をインバータ動作させ、誘導発電機２をモータ動作させる。そうすると、当該モータ動作によりエンジン１の回転速度が上昇し、発電ブレーキ（エンジンブレーキ）を実行できる。

（７．停止ブレーキ時）
図７は、停止ブレーキを行う際の電力供給を示す説明図である。
駅で停車するために減速する際、制御装置１１は誘導電動機６を発電機として動作させ、インバータ５を回生モードで動作させる。
この場合、制御装置１１は、誘導電動機６を発電機として動作させることで得られる交流電力を、インバータ５及びサービス電源用インバータ８により所定の位相・振幅・周波数の交流電力に変換し、リアクトル９及び三相コンデンサ１０を介して補機Ｂに出力する（破線矢印を参照）。

このとき、制御装置１１は、回生失効時に備えてエンジン１を継続して駆動し、コンバータ３を定電圧制御（例えば、ＤＣ６８０Ｖ）する。また、制御装置１１は、余剰電力をバッテリ４に供給して充電する。
なお、回生運転時に空気ブレーキ又はエンジンブレーキを併用して編成全体で所望の制動力を得ることが好ましい。

＜所望の出力電圧を得る方法＞
図１に示すように、鉄道車両駆動システム１は、サービス電源用インバータ８と補機Ｂとの間に変圧器を設けず、その代わり三相コンデンサ１０を設ける構成となっている。以下では、このように変圧器を設けない構成で所望の出力電圧Ｖ_ＡＣ（図１参照）を得る方法について説明する。

（１．バッテリの電圧を設定する方法）
変圧器を設けない構成で所望の出力電圧Ｖ_ＡＣを得るためには、サービス電源用インバータ８の入力電圧Ｅ１（図１参照）を適切に設定すればよい。
すなわち、三相コンデンサ１０はスター結線されているため、所望の出力電圧Ｖ_ＡＣに応じて、以下に示す（式１）の関係を満たすようにバッテリ４の電圧を設定する。当該設定は、例えば、バッテリ４を構成する単電池の電圧に応じて直列数を設定する。

例えば、補機Ｂへの出力電圧Ｖ_ＡＣを４４０Ｖにする場合、前記（式１）より入力電圧Ｅ１が７１８Ｖ以上となるようにバッテリ４の電圧を設定する。
ちなみに、リアクトル９での電圧降下や補機Ｂのインピーダンスなどを考慮し、入力電圧Ｅ１の値を１０％程度高めに設定することが好ましい。この場合、入力電圧Ｅ１を７９０Ｖ以上とすれば、補機Ｂへの出力電圧Ｖ_ＡＣとして４４０Ｖ以上を確保できる。
なお、前記の方法でバッテリ４の電圧を設定する他、公知の線間電圧変調を行うことで必要な入力電圧Ｅ１の値を１５％程度下げることができる。このような線間電圧変調を行う場合、入力電圧Ｅ１を６９０Ｖ以上とすればよい。

（２．コンバータの制御を利用する方法）
次に、バッテリ４の電圧を設定する方法とは別の方法について説明する。図８は、制御装置のコンバータ制御部の入力信号及び出力信号を示す説明図である。なお、図８に示すコンバータ制御部１１ａは、制御装置１１に含まれる。
コンバータ制御部１１ａには、発電電力指令値Ｗと、コンバータ出力電圧Ｅ２と、コンバータ出力電流Ｉ２と、ＳＩＶ入力電圧設定値Ｅ０と、ＳＩＶ入力電圧Ｅ１と、が入力される。

なお、発電電力指令値Ｗは、運転席の操作手段（図示せず）から入力される運転指令やバッテリ４の充電量に基づいて、制御装置１１により算出される。コンバータ出力電圧Ｅ２は、コンバータ３の二次側に設置されるフィルタコンデンサ（図示せず）の電圧を検出する電圧検出手段（図示せず）から入力される。コンバータ出力電流Ｉ２は、コンバータ３の２二次側の配線に設けられる電流検出手段（図示せず）から入力される。
また、ＳＩＶ（サービス電源用インバータ８）の入力電圧設定値Ｅ０は予め設定され、記憶手段（図示せず）に格納されている。ＳＩＶ入力電圧は、サービス電源用インバータ８の一次側に設置されるフィルタコンデンサ（図示せず）の電圧を検出する電圧検出手段（図示せず）から入力される。

そして、制御装置１１は、予め設定されたプログラムに従って、定電力発電制御及び定電圧制御を実行する。例えば、通常の定電力発電制御中にサービス電源用インバータ８の入力電圧Ｅ１が低下した場合、制御装置１１は、入力電圧Ｅ１が入力電圧設定値Ｅ０を下回らないようにエンジン１を駆動して発電機２で発電させ、コンバータ３のスイッチング素子（図示せず）にコンバータゲートパルス信号Ｐを出力する（図８参照）。

＜効果＞
本実施形態に係る鉄道車両駆動システム１００によれば、サービス電源用インバータ８の二次側にリアクトル９を設置し、さらに三相コンデンサ１０をスター結線している。これによって、サービス電源用インバータ８から入力される交流電圧から高調波成分をフィルタリングし、正弦波状の交流電圧を補機Ｂに供給できる。
また、図１に示すように、スター結線された三相コンデンサ１０の中性点を接地している。これによって、従来、変圧器の２次側で設けていた接地点を３相コンデンサ１０で設けることができ、安全性を確保することができる。

図９に示す比較例は、インバータ５の一次側の構成、サービス電源用インバータ８の二次側の構成、及び、バッテリ４において接地される箇所が本実施形態と異なる。なお、その他の構成は本実施形態と同様であるから説明を省略する。
当該比較例では、リアクトル９が、それぞれサービス電源用インバータ８の出力側に接続され、デルタ結線された三相コンデンサ１０Ａを介して変圧器１２が設けられている。

変圧器１２の一次側はデルタ結線され、二次側はスター結線（Ｙ結線）されて補機Ｂに接続されている。そして、スター結線された配線の中性点が配線ａ５を介して接地されている。
図９に示す構成では、補機Ｂに接続される変圧器１２の二次側を接地するとともに、変圧器１２の一次側と二次側とを絶縁している。この場合、鉄道車両に所定の質量及び体積を有する変圧器１２を設置するためのスペースを確保する必要がある。また、変圧器１２を設けるぶん、コストが増大する。

これに対して本実施形態に係る鉄道車両駆動システム１００（図１参照）によれば、補機Ｂ側を接地及び絶縁するために変圧器を設ける必要がなく、スター結線された三相コンデンサ１０の中性点をそのまま接地すればよい。したがって、変圧器１２を設ける必要がなくなるぶん設置スペースを小さくでき、軽量かつ低コストの鉄道車両駆動システム１００を提供できる。

また、図９に示す比較例では、バッテリ４の一端Ｐ４（最も電位の低い箇所）を接地して０Ｖとするので、そのぶん他端Ｐ３（最も電位の高い箇所）の電位が高くなる。例えば、３．６Ｖの単電池を１９０個直列に接続して直列ユニットを構成する場合、満充電の状態で他端Ｐ３は６８４Ｖとなる。
この方式は電位の低い箇所のスイッチ（図１に示すＱ３）を省略できるメリットがある反面、絶縁用の部品を用いる必要が生じるため、鉄道車両駆動システム１００Ａ全体にかかるコストが増大する。

これに対して本実施形態に係る鉄道車両駆動システム１００では、バッテリ４の中間電位に相当する箇所を接地しているため、各単電池の電位は、図１に示す接地箇所を基準とした値になる。例えば、３．６Ｖの単電池を１９０個直列に接続して直列ユニットとする場合、満充電の状態で一端Ｐ２（最も電位の低い箇所）の電位は−３４２Ｖになり、他端Ｐ１（最も電位の高い箇所）の電位は＋３４２Ｖになる。

同様に、インバータ５の直流側（一次側）に並列接続された抵抗器の相互接続点（中間電位）を接地することで、インバータ５の直流側の電位を下げることができる。
このように、本実施形態に係る鉄道車両駆動システム１００では、バッテリ４の電位及びインバータ５の直流側の電位を比較的低くするため、高耐圧の回路素子を用いる必要がなくなる。また、図９に示す比較例のように、変圧器１２を設ける必要がないため、コストを大幅に削減できる。

また、バッテリ４の中間電位は、抵抗器Ｒ１を介して接地されている。したがって、バッテリ４の中間電位と接地点との間に電位差が生じた場合でも、大電流が流れることを防止できる。

また、図９に示す比較例では、鉄道車両の運転を終えた場合でも、インバータ５の一次側に設置されているコンデンサＣ１が充電されたままの状態になるため、何らかの放電手段を設ける必要がある。
これに対して、本実施形態に係る鉄道車両駆動システム１００によれば、鉄道車両の運転を終えた際に、配線ａ３（図１参照）を介してコンデンサＣ１から放電される。したがって、本実施形態によれば、安全性の高い鉄道車両駆動システム１００を提供できる。

また、本実施形態では、バッテリ４の電圧を設定したり、コンバータ３の制御を利用したりすることで、変圧器を設けない構成でも所望の出力電圧を得ることができる。したがって、簡単な回路構成でも補機Ｂを適切に駆動できる。

≪変形例≫
以上、本発明に係る鉄道車両駆動システム１００について各実施形態により説明したが、本発明の実施態様はこれらの記載に限定されるものではなく、種々の変更などを行うことができる。
例えば、前記実施形態では、発電機として誘導発電機２を用い、バッテリ４からの電力により励磁される場合について説明したが、これに限らない。すなわち、誘導発電機が備えるステータが永久磁石を備える構成としてもよい。また、発電機として同期発電機を用いてもよい。

また、前記実施形態では、バッテリ４が複数の直列ユニットを備え、それぞれの直列ユニットが並列接続される場合について説明したが、これに限らない。すなわち、１つの直列ユニットによりバッテリを構成することとしてもよい。

また、前記実施形態では、直列接続された２個の抵抗器Ｒ２，Ｒ３が、インバータの一次側に並列接続される場合について説明したが、これに限らない。すなわち、コンデンサＣ１よりもコンバータ３側に並列接続される複数の抵抗器を備え、これら複数の抵抗器を相互に直列接続してもよい。この場合、抵抗器の相互接続点のうち中間電位に相当する箇所を接地することが好ましい。

また、前記実施形態では、シリーズハイブリッド方式の鉄道車両について説明したが、パラレルハイブリッド方式への適用も可能である。すなわち、図１においてエンジン１が出力する軸トルクと電動機が出力する軸トルクが変速機を介して車軸に入力される構成としてもよい。

また、エンジン１と、発電機２と、コンバータ３を省略し、バッテリ４の電力のみをインバータ５およびサービス電源用インバータ８に出力する構成としてもよい。

１００ 鉄道車両駆動システム
１ エンジン
２ 誘導発電機（発電機）
３ コンバータ
４ バッテリ
４ａ，４ｂ，・・・ 単電池
５ インバータ（第１インバータ）
６ 誘導電動機
７ 減速機
８ サービス電源用インバータ（第２インバータ）
９，９ａ，９ｂ，９ｃ リアクトル
１０ 三相コンデンサ
１０ａ，１０ｂ，１０ｃ コンデンサ
１１ 制御装置
Ｑ、Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３，Ｑ４ 開閉器
Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３ 抵抗器
Ａ 輪軸
Ｂ 補機

Claims (2)

1. エンジンにより駆動される発電機と、
   前記発電機によって生成される交流電力を直流電力に変換するコンバータと、
   前記コンバータの二次側に並列接続され、直流電力を充電又は放電するバッテリと、
   前記コンバータ及び／又は前記バッテリから入力される直流電力を交流電力に変換し、車輪駆動用の電動機に出力する第１インバータと、
   前記コンバータ及び／又は前記バッテリから入力される直流電力を交流電力に変換して補機に出力する第２インバータと、
   前記第２インバータと前記補機との間に介在し、スター結線される三相コンデンサと、を備え、
   前記バッテリの中間電位が接地されるとともに、前記三相コンデンサの中性点が接地されること
   を特徴とする鉄道車両駆動システム。
2. 前記コンバータと前記第１インバータとの間に並列接続される複数の抵抗器を備え、
   前記複数の抵抗器は、相互に直列接続され、
   前記抵抗器の相互接続点のうち中間電位に相当する箇所が接地されること
   を特徴とする請求項１に記載の鉄道車両駆動システム。

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