JP4908604B2

JP4908604B2 - 車両用制御装置

Info

Publication number: JP4908604B2
Application number: JP2010050532A
Authority: JP
Inventors: 秀夫岡山; 芳信糀; 清信上田; 泰久足立
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2006-05-25
Filing date: 2010-03-08
Publication date: 2012-04-04
Anticipated expiration: 2027-01-26
Also published as: JP2010148354A

Description

この発明は、車両の機器などに電力を供給するために床下や屋根上等に、例えば箱形状にて艤装される車両用制御装置に関するものである。

床下に箱形状にて艤装される機器については、例えば特許文献１，特許文献３に開示されている。また屋根上に箱形状にて艤装される機器については、例えば特許文献２に開示されている。

特開２００１−２５８２６３号公報（図３）特開平７−１７３９６号公報（図３）特開平５−１９９６０１号公報（図１，図２）

特許文献１の従来技術においては、筐体に収納される主要部品の配置は記載されているものの電気的に接続する信号線や電力線の配置関係についてはほとんど触れられていない。また、実際には、部品間を接続するための信号線や電力線が縦横無尽に引き通されていることが一般的である。従って、部品を筐体に取付ける、あるいは取外す作業が容易でないという問題があり、保守，点検が簡単ではないという問題がある。また信号線や電力線が張り巡らされていることから、半導体スイッチによる電磁ノイズ経路が複雑化するため、電磁適合性（ＥＭＣ： electro-magnetic compatibility）対策部品の選定が難しくなるという問題がある。

これらを幾分改善したものとして、特許文献３があり、信号線と電力線を分離配置したものが開示されている。図１１は従来の特許文献３に示される車両用制御装置の断面図である。車両３０の床下には、上部筐体３１が車体の吊足４０に取付て固定され、これに下部筐体３２が取付て固定されている。下部筐体３２には、制御装置の主要部品である内蔵機器ユニット３３が収納されている。下部筐体３２の一側面には点検カバー３４が開閉自在に設けられている。下部筐体３２の他側面には点検カバー３５が開閉自在に設けられている。内蔵機器ユニット３３の一側面側には，電力線用締付部材３６があり、これに接続された電力線３７が上部筐体３１に配線されている。

内蔵機器ユニット３３の他側面側には，機器の信号線用コネクタ３８があり、これに接続された信号線３９が上部筐体３１に配線されている。電力線３７と信号線３９は上部筐体３１内で分離されて配置されている。この特許文献３のものでも、内蔵機器ユニット３３を取付又は取外す時は、一側面側のみならず、他側面側からも作業をする必要であり、取付，取外し，保守，点検が簡単ではないという問題があり、特に緊急修理時に手間取る問題があった。また、電力線３７が一側面に配置され、信号線３９が他側面に配置されていることから、内蔵機器ユニット３３の取付又は取外しは作業性の悪い筐体底面から行うことになり、内蔵機器ユニット３３の取付又は取外しの作業は容易ではないとういう問題があった。

この発明は、上記問題点に鑑み、装置の組立及び取外し作業の簡素化や長年に渡って装置の性能を維持するための保守及び点検作業の合理化が図れる車両用制御装置を提供することにある。

この発明の車両用制御装置は、機能が異なる複数の機能モジュールと、前記複数の機能モジュールと接続される信号線及び電力線を備える車両用制御装置において、前記各機能モジュールの一つの側面が前記信号線が接続される信号線用端子と前記電力線が接続される電力線用端子を具備したインターフェース面であり、前記各インターフェース面は、前記信号線が接続される信号線用端子が配置される第一のインターフェース領域と前記電力線が接続される電力線用端子が配置される第二のインターフェース領域に分けられており
、前記複数の機能モジュールは、前記インターフェース面同士が同じ方向を向いて隣接して並べられ、隣接して並べられた前記複数の機能モジュールの列は車両の床に並行に配置され、前記第一のインターフェース領域が共通に下方端部側に配置され、前記第二のインターフェース領域が共通に上方端部側に配置され、前記複数の機能モジュールの前記第一のインターフェース領域の前記信号線用端子を相互接続する前記信号線が前記複数の機能モジュールの前記下方端部側に配置され、前記複数の機能モジュールの前記第二のインターフェース領域の前記電力線用端子を相互接続する前記電力線が前記複数の機能モジュールの前記上方端部側に配置され、前記複数の機能モジュールには、さらに、前記第一のインターフェース領域を持ち、前記第二のインターフェース領域を持たないインターフェース面を有する制御回路の機能モジュールを備え、前記制御回路の機能モジュールの前記インターフェース面の前記第一のインターフェース領域は、他の前記複数の機能モジュールの前記インターフェース面の前記第一のインターフェース領域が配置される前記下方端部側に配置され、他の前記複数の機能モジュールの前記下方端部側に配置された前記信号線は、前記制御回路の機能モジュールの前記第一のインターフェース領域の信号線用端子と前記下方端部側で接続され、他の前記複数の機能モジュールにおける各機能モジュールの前記信号線及び前記電力線の取付又は取外しが前記インターフェース面を有する一つの側面側からでき、前記一つの側面にあるインターフェース面と反対側の側面から、前記各機能モジュールを前記各機能モジュール単位で取付又は取外しできるよう収納する筺体を備え、他の前記複数の機能モジュールは、直流架線との電気的接続及び切離しを行う開閉回路を有する機能モジュール、直流電圧を充放電する充放電回路を有する機能モジュール、直流電圧から交流電圧に変換するインバータを有する機能モジュール、及び、負荷との電気的接続及び切離しをする接触器を有する機能モジュールに分割され、前記の記載順序で接続され、補助電源装置として用いられるものである。

また、この発明の車両用制御装置は、機能が異なる複数の機能モジュールと、前記複数の機能モジュールと接続される信号線及び電力線を備える車両用制御装置において、前記各機能モジュールの一つの側面が前記信号線が接続される信号線用端子と前記電力線が接続される電力線用端子を具備したインターフェース面であり、前記各インターフェース面は、前記信号線が接続される信号線用端子が配置される第一のインターフェース領域と前記電力線が接続される電力線用端子が配置される第二のインターフェース領域に分けられており、前記複数の機能モジュールは２群に分けて２列に配置され、前記各群のインターフェース面同士が同じ方向を向いて隣接して並べられ、隣接して並べられた前記各群の複数の機能モジュールの列は車両の床に並行に配置され、その一方群の前記インターフェース面同士とその他方群の前記インターフェース面同士が互いに向かい合って配置され、その一方群と他方群の前記インターフェース面同士は、前記第一のインターフェース領域が共通に下方端部側に配置されると共に、前記第二のインターフェース領域が共通に上方端部側に配置され、前記各群のインターフェース面同士の前記第一のインターフェース領域の前記信号線用端子を相互接続する前記信号線が前記下方端部側に配置され、前記各群のインターフェース面同士の前記第二のインターフェース領域の前記電力線用端子を相互接続する前記電力線が前記上方端部側に配置され、前記複数の機能モジュールには、さらに、前記第一のインターフェース領域を持ち、前記第二のインターフェース領域を持たないインターフェース面を有する制御回路の機能モジュールを備え、前記制御回路の機能モジュールの前記インターフェース面の前記第一のインターフェース領域は、他の前記複数の機能モジュールの前記インターフェース面の前記第一のインターフェース領域が配置される前記下方端部側に配置され、他の前記複数の機能モジュールの前記下方端部側に配置された前記信号線は、前記制御回路の機能モジュールの前記第一のインターフェース領域の信号線用端子と前記下方端部側で接続され、他の前記複数の機能モジュールにおける各機能モジュールの前記信号線及び前記電力線の取付又は取外しが前記インターフェース面を有する一つの側面側からでき、前記一つの側面にあるインターフェース面と反対側の側面から、前記各機能モジュールを前記各機能モジュール単位で取付又は取外しできるよう収納する筺体を備え、他の前記複数の機能モジュールは、直流架線との電気的接続及び切離しを行う開閉回路を有する機能モジュール、直流電圧を充放電する充放電回路を有する機能モジュール、直流電圧から交流電圧に変換するインバータを有する機能モジュール、及び、負荷との電気的接続及び切離しをする接触器を有する機能モジュールに分割され、前記の記載順序で接続され、補助電源装置として用いられるものである。

また、この発明の車両用制御装置は、他の前記複数の機能モジュールは、架線側の電位と対地側の電位に等しくなる電力線以外の前記電力線の入力と出力が、それぞれ、単一本数又は単一組数であるようにしたものである。
また、この発明の車両用制御装置は、前記筺体は、他の前記複数の機能モジュールの前記第一のインターフェース領域における信号線用端子を相互接続する信号線を束ねる機能を有する配線ダクトを底面に設置されたものである。

さらに、この発明の車両用制御装置は、前記制御回路の機能モジュールを収納する筺体は、収納している前記制御回路の機能モジュールの前記インターフェース面を見ることができる点検用カバーを備えたものである。

この発明に係る車両用制御装置によれば、前記各機能モジュールの一つの側面が前記信号線が接続される信号線用端子と前記電力線が接続される電力線用端子を具備したインターフェース面であり、前記各インターフェース面は、前記信号線が接続される信号線用端子が配置される第一のインターフェース領域と前記電力線が接続される電力線用端子が配置される第二のインターフェース領域に分けられており、前記複数の機能モジュールは、前記インターフェース面同士が同じ方向を向いて隣接して並べられ、前記第一のインターフェース領域が共通に下方端部側に配置され、前記第二のインターフェース領域が共通に上方端部側に配置され、前記信号線及び前記電力線の取付又は取外しが前記インターフェース面を有する一つの側面側からできるようにしたため、信号線と電力線との電磁干渉を抑制することができ、配線経路が簡素化されて、配線作業の簡素化が図られ、装置の組立及び取外し作業の簡素化と、長年に渡って装置の性能を維持するための保守及び点検作業の合理化が図られる。特に、前記機能モジュールに接続する電力線と信号線の取付や取外しは一つの側面側からの作業となり合理化が図られる。また、制御回路の機能モジュールのインターフェース面の第一のインターフェース領域は、他の複数の機能モジュールのインターフェース面の第一のインターフェース領域が配置される下方端部側に配置されるので、信号線の電磁干渉を抑制することができる。さらに、各機能モジュール単位で取付又は取外しができるように筺体に収納されているため、機器故障時にメンテナンス、点検、交換などを各機能モジュール単位で実施することが可能になり、装置の復旧を速やかに実施できる。さらに、他の前記複数の機能モジュールは、直流架線との電気的接続及び切離しを行う開閉回路を有する機能モジュール、直流電圧を充放電する充放電回路を有する機能モジュール、直流電圧から交流電圧に変換するインバータを有する機能モジュール、及び、負荷との電気的接続及び切離しをする接触器を有する機能モジュールに分割され、前記の記載順序で接続され、補助電源装置として用いられるため、架線から入力された電気は、補助電源装置から出力されるまで、補助電源装置内に並べられた機能モジュール間を一方向に流れることから、機能モジュール間の電力線の配線経路を短くすることができる。また、車両用制御装置のある機能に問題が生じた場合に、点検又は交換しなければならない機能モジュールを限られたものに抑制でき、短時間で容易に点検又は交換ができ、すみやかに装置を復旧することができる。

この発明に係る車両用制御装置によれば、前記各機能モジュールの一つの側面が前記信号線が接続される信号線用端子と前記電力線が接続される電力線用端子を具備したインターフェース面であり、前記各インターフェース面は、前記信号線が接続される信号線用端子が配置される第一のインターフェース領域と前記電力線が接続される電力線用端子が配置される第二のインターフェース領域に分けられており、前記複数の機能モジュールは２群に分けて２列に配置され、前記各群のインターフェース面同士が同じ方向を向いて隣接して並べられ、その一方群の前記インターフェース面同士とその他方群の前記インターフェース面同士が互いに向かい合って配置され、その一方群と他方群の前記インターフェース面同士は、前記第一のインターフェース領域が共通に下方端部側に配置されると共に、前記第二のインターフェース領域が共通に上方端部側に配置され、前記各群について前記信号線及び前記電力線の取付又は取外しが前記インターフェース面を有する一つの側面側からできるようにしたため、信号線と電力線との電磁干渉を抑制することができ、配線作業の簡素化が図られ、装置の組立及び取外し作業の簡素化と、長年に渡って装置の性能を維持するための保守及び点検作業の合理化が図られる。特に各群の前記機能モジュールに接続する電力線と信号線の取付や取外しは一つの側面側からの作業となり合理化が図られる。また、制御回路の機能モジュールのインターフェース面の第一のインターフェース領域は、他の複数の機能モジュールのインターフェース面の第一のインターフェース領域が配置される下方端部側に配置されるので、信号線の電磁干渉を抑制することができる。さらに、各機能モジュール単位で取付又は取外しができるように筺体に収納されているため、機器故障時にメンテナンス、点検、交換などを各機能モジュール単位で実施することが可能になり、装置の復旧を速やかに実施できる。さらに、他の前記複数の機能モジュールは、直流架線との電気的接続及び切離しを行う開閉回路を有する機能モジュール、直流電圧を充放電する充放電回路を有する機能モジュール、直流電圧から交流電圧に変換するインバータを有する機能モジュール、及び、負荷との電気的接続及び切離しをする接触器を有する機能モジュールに分割され、前記の記載順序で接続され、補助電源装置として用いられるため、架線から入力された電気は、補助電源装置から出力されるまで、補助電源装置内に並べられた機能モジュール間を一方向に流れることから、機能モジュール間の電力線の配線経路を短くすることができる。また、車両用制御装置のある機能に問題が生じた場合に、点検又は交換しなければならない機能モジュールを限られたものに抑制でき、短時間で容易に点検又は交換ができ、すみやかに装置を復旧することができる。

また、この発明に係る車両用制御装置によれば、他の前記複数の機能モジュールは、架線側の電位と対地側の電位に等しくなる電力線以外の前記電力線の入力と出力が、それぞれ、単一本数又は単一組数であるようにしたため、架線から入力された電気は、補助電源装置から出力されるまで、補助電源装置内に並べられた機能モジュール間を一方向に流れることから、機能モジュール間の電力線の配線経路を短くすることができる。また、車両用制御装置のある機能に問題が生じた場合に、点検又は交換しなければならない機能モジュールを限られたものに抑制でき、短時間で容易に点検又は交換ができ、すみやかに装置を復旧することができる。
また、この発明に係る車両用制御装置によれば、筺体の底面に信号線を束ねる機構を有する配線ダクトを設置したことにより、信号線を吊るして固定する必要がなく、作業性が向上する。

さらに、この発明に係る車両用制御装置によれば、点検用カバーを開放することにより、点検が必要な機能モジュールを容易に確認することができ、点検・交換などの作業性を向上させることができる。

この発明の実施の形態１による車両用制御装置を示すブロック図である。図１の具体例を示す回路構成図である。実施の形態１の機能モジュールのインターフェース面を示す斜視図である。実施の形態１の車両用制御装置の断面図である。

実施の形態２による車両用制御装置を示すブロック図である。車両用制御装置の設計，製作における調達期間短縮を示す説明図である。実施の形態３による車両用制御装置を示すブロック図である。実施の形態４による他の車両用制御装置を筐体を除いて示す外形斜視図である。

実施の形態４による筐体で被った車両用制御装置に示す外形斜視図である。実施の形態５による車両用制御装置を示すブロック図である。従来の車両用制御装置の断面図である。

実施の形態１．
この発明の実施の形態１を図１―図４によって説明する。図１は実施の形態１による車両用制御装置を示すブロック図である。図では同時に幾つかの機能モジュールへの分割も示している。まず図１の構成について説明する。１は架線、２は車両用制御装置本体であり、架線１（架線側と対地側）とは入力端子群３を介して接続される。４Ａから４Ｅは機能モジュールであり、全ての機能モジュール４Ａ―４Ｅは、信号線用端子群が集約された第一のインターフェース領域５Ａ―５Ｅを備え、また機能モジュール４Ｅ以外の機能モジュール４Ａ―４Ｄは電力線用端子群が集約された第二のインターフェース領域６Ａ―６Ｄを備えている。なお、端子には、符号ａ，ｂ，ｃを付けているものがある。

７はリアクトルであり、端子群９を介して車両用制御装置本体２と接続される。また、８は変圧器（絶縁トランス）であり、端子群１０ａ，１０ｂを介して車両用制御装置本体２と接続される。１１は車両用制御装置本体の出力端子群である。１２は信号線の束を収納する線束収納部（配線ダクト）で、信号線を束ねる機能を有する。１３は図示しないが車両用制御装置を上位で制御する制御器と情報を送受信するための制御入力端子群である。

各機能モジュールの主たる機能について説明する。機能モジュール４Ａは架線１（この場合は、直流電源）との電気的接続及び切り離しを行う機能を有する開閉回路である。機能モジュール４Ｂは直流電圧の充放電機能を有し、必要に応じて電磁ノイズを抑制できる機器（例えば、コア）を配置できるスペースを有している。機能モジュール４Ｃは直流電圧から交流電圧に変換する機能を有する。機能モジュール４Ｄは出力端子群１１に接続される負荷との電気的接続及び切り離し機能を有し、必要に応じて電磁ノイズを抑制できる機器（例えば、コア）を配置できるスペースを有している。通常、負荷としては車両用照明器具、空調装置などがある。機能モジュール４Ｅは制御基板やリレー回路を構成要素にもって上位制御器から制御用入力端子群１３を介して送られる信号に従い車両用制御装置全体を制御する制御回路である。この車両用制御装置は、例えば、補助電源装置として用いられる。

図２は図１の車両用制御装置の回路構成図である。機能モジュール４Ａから４Ｅの機能定義に応じた分割例を併せて示す。各機能モジュール４の構成要件として主要な部品を説明する。機能モジュール４Ａに関してはスイッチ１４である。機能モジュール４Ｂは、充放電回路で、逆阻止形半導体スイッチ１５、充電抵抗１６、放電スイッチ１７、放電抵抗１８を有する。機能モジュール４Ｃは、インバータで、コンデンサ１９、スイッチング回路２０を有する。また機能モジュール４Ｄは接触器２１で、負荷への供給電力を開閉する。なお、図２には、例えば電圧センサや電流センサなどは図示していない。

前述のように、機能モジュール４Ａから４Ｅの機能定義に応じて分割した場合、機能モジュール４Ｃには電磁ノイズを主に発生する機器、即ちインバータが集約され、機能モジュール４Ｂと機能モジュール４Ｄには、必要に応じてノイズフィルタ機能を持たせることができる。また、図１及び図２に示すように、各機能モジュール４を配置し、ある機能モジュール４の第二のインターフェース領域６と他の機能モジュール４の第二のインターフェース領域６が電力線によって接続されている場合に、相互の機能モジュール４を接続する電力線の本数または組数（例えば、３相交流）は、架線側の電位と対地側の電位に等しくなる電力線以外の電力線について、直流について唯１本、又は多相交流について唯一組となるように機能モジュール４を設計することができる。つまり、機能モジュール４毎に、単一本数入力又は単一組数入力であり、且つ単一本数出力又は単一組数出力となるように、機能モジュール４を設計することができる。

これを図１について説明すると、架線側の電位と対地側の電位に等しくなる電力線、即ち、架線側端子３ｂ−端子６Ａａ、対地側端子３ａ―端子６Ｂｃ、及び対地側端子３ａ―端子６Ｃａを除いて、電力線、即ち、機能モジュール４Ｂは、入力側端子９ｂ−端子６Ｂａと、出力側端子６Ｂｂ−端子６Ｃｂ、機能モジュール４Ｃは、入力側端子６Ｂｂ−端子６Ｃｂと、出力側端子６Ｃｃ−端子１０ａ、機能モジュール４Ｄは、入力側端子１０ｂ−端子６Ｄａと、出力側端子６Ｄｂ−端子１１のように、複数の機能モジュールついて、単一本数入力又は単一組数入力であり、且つ単一本数出力又は単一組数出力となる。

実施の形態１のように、複数の機能モジュールは、開閉回路の機能モジュール、充放電回路の機能モジュール、インバータの機能モジュール、及び、接触器の機能モジュールが、この順序で接続されることによって、機能モジュール４Ｂ，４Ｃ，４Ｄ毎に、単一本数入力又は単一組数入力であり、且つ単一本数出力又は単一組数出力となる。このようにすると、架線１から入力された電気は、車両用補助電源装置から出力されるまで、車両用補助電源装置内に並べられた機能モジュール間を一方向に流れることから、機能モジュール間の電力線の配線経路を短くすることができる。また、車両用制御装置のある機能に問題が生じた場合に、点検又は交換しなければならない機能モジュール４を限られたものに抑制でき、短時間で容易に点検又は交換ができ、すみやかに装置を復旧することができる。

また、主に電磁ノイズの発生源となるインバータを有する機能モジュール４Ｃは、機能モジュール４Ｂと、変圧器８を経由して機能モジュール４Ｄのみに接続され、他の機能モジュールに接続されないため、補助電源装置としてはノイズ発生源を一つに集約でき、電磁ノイズを効果的に抑制することができ、ノイズ発生箇所を容易に特定できるので、ＥＭＣ対策を効果的に実施できる。そして、図１のように制御回路の機能モジュール４Ｅを接続すると、電磁ノイズを発生する機能モジュール４Ｃから遠ざけることができる。

このように、補助電源装置として用いられる車両用制御装置は、開閉回路を有する機能モジュール、充放電回路を有する機能モジュール、インバータを有する機能モジュール、及び、接触器を有する機能モジュールに分割されているので、保守，点検が機能別に分離でき、すみやかに実施できると共に、インバータを有する機能モジュールには電磁ノイズを主に発生する機器が集約され、ノイズ対策を容易に実施することができる。

図３には１つの機能モジュール４の第一のインターフェース領域５と第二のインターフェース領域６を同一面に持つインターフェース面２２を示す。第一のインターフェース領域５は信号線用端子群が集約されており、また第二のインターフェース領域６は電力線用端子群が集約されている。なお、５１は、信号線束でその機能モジュール４内の配線である。また、第一のインターフェース領域５と第二のインターフェース領域６とは図３に示すように点線部にて物理的に両領域が上下に分けられ、図３では下端部側に第一のインターフェース領域５を、上端部側に第二のインターフェース領域６を配置している。この上下関係が逆になっても良いが、全ての機能モジュール４（機能モジュール４Ｅ，４Ｉ，４Ｊを除く、４Ｉ，４Ｊは後述する）について上下関係は統一されなければならない。実施の形態１に適用される全ての機能モジュール（機能モジュール４Ｅを除く）は、図３に示すごとく、予め統一されたデザインルールに基づいて設計されることになる。

つまり、この実施の形態１の予め統一されたデザインルールは、信号線用端子と電力線用端子を有する各機能モジュールはそれぞれ、信号線用端子が集約された第一のインターフェース領域と電力線用端子が集約された第二のインターフェース領域とを分けた一方側のインターフェース面を有する。加えて、各機能モジュールにあるインターフェース面は、それぞれ、全ての機能モジュールに共通に第一のインターフェース領域を一方端部側に配置し、第二のインターフェース領域を他方端部側に配置することである。ここでは、これを配線のプレアレンジメント設計と呼ぶ。

各機能モジュールは、第一のインターフェース領域を有するインターフェース面と、第二のインターフェース領域を有するインターフェース面とは、必ずしも同一面になる必要はない。例えば、機能モジュールの一つの側面に、第一のインターフェース領域と第二のインターフェース領域が共に存在しているが、どちらか一方の領域が凹んでいても、即ち、第一のインターフェース領域と第二のインターフェース領域とに段差あっても、要は、第一と第二のインターフェース領域を有するインターフェース面が、機能モジュールの一方側にある面であればよい。

また、複数の機能モジュールの間では、インターフェース面は必ずしも互いに同一面となる必要はない。しかし、各インターフェース領域の最適な配置は、各機能モジュールにある第一のインターフェース領域のそれぞれが同一平面上にあり、各機能モジュールにある第二のインターフェース領域のそれぞれが同一平面上にある場合である。この場合は、配線経路が最も簡素化されると共に、配線長の短縮、電力線の加工の簡素化により、低コスト及び軽量な電力線を用いることができる。

図４は実施の形態１の車両用制御装置の断面図である。図４は、複数の機能モジュール４のインターフェース面２２同士が同じ方向を向いて隣接して並べられ、第一のインターフェース領域が共通に一方端部側（図では下端部側）に配置され、第二のインターフェース領域が共通に他方端部側（図では上端部側）に配置された車両用制御装置における断面図である。この場合は、複数の機能モジュール４のインターフェース面２２が同一面になる望ましい形態である。各機能モジュール４は、各機能モジュール４単位で取付，取外しができるように、機能モジュールのフレーム５２に載置され、又は囲まれ、機能モジュールを収納する筐体２５にボルト５３で固定されている。

このボルト５３のサイズ（ボルトの径）と電力線用端子用ボルト５４のサイズ（ボルトの径）を同じにすることが、機能モジュール４の取付け、取外しには作業効率上望ましい。このようにすると、機能モジュール４の取付，取外し時に、電力線用端子用ボルト５４とボルト５３に対して一種類のサイズのレンチを準備すればよく、作業性が向上する。なお、５５は信号線用端子用ボルト又はコネクタである。５６は機能モジュールの冷却用フィンである。４０は車体に固定するための車両用制御装置の吊足である。

この実施の形態によれば、複数の機能モジュールはインターフェース面同士が同じ方向を向いて隣接して並べられる。なお、機能モジュール間には、大小の隙間があってもよい。予め統一されたデザインルールのインターフェース面２２を持つ複数の機能モジュール４によって構成されることから、保守，点検単位が機能別に集約されることによって、保守，点検作業の合理化を図ることができる。つまり、電力線用端子と信号線用端子が集約されたインターフェース面が同じ方向を向くように、複数の機能モジュールを並べることで、機能モジュールに接続する電力線と信号線の取付や取外しは一方側、例えば、一側面からの作業となる。図４では点検カバー５７を取除いて、点検カバー５７側から作業することになる。また、機能モジュール４の車両用制御装置筐体への取付、取外しは、作業スペースが大きく、作業性のよい車両用制御装置筐体２５の側面から実施でき、合理化される。図４では、電力線と信号線を一方側から取外し、機能モジュール４の車両用制御装置筐体からの取外しは他側面から実施できる。

また第一のインターフェース領域５と第二のインターフェース領域６とを例えば、上下に分けて配置することから、信号線と電力線との電磁干渉を効果的に抑制することができ、電磁ノイズ経路が容易に特定できる。つまりＥＭＣ対策の効果を安定的に得ることができる。更に電力線の本数を低減できるために組立，取外しや保守，点検に必要な作業工程を低減することができる。

また、機能モジュール４Ｅは図１から分かるように、第一のインターフェース領域５Ｅを持ち、第二のインターフェース領域を持たないインターフェース面を有する別個な機能モジュール４Ｅである。その別個な機能モジュール４Ｅのインターフェース面の第一のインターフェース領域５Ｅは、他の機能モジュール４Ａ―４Ｄのインターフェース面の第一のインターフェース領域５Ａ−５Ｄが配置される側（この場合は、下端部側）に共通に配置される。機能モジュール４Ｅには、制御回路基盤、リレーなど、特にノイズで誤動作すると装置全体の健全な動作に支障をきたすものを集約する。これによって電力線とは極力分離することができ、またこの機能モジュール４Ｅに集中してノイズ対策を施すこともできる。

このようにして、機能モジュール４Ｅにおいても、他の機能モジュール４Ａ―４Ｄと同様に、組立，取外しや保守，点検作業の合理化を図ることができ、また第一のインターフェース領域５Ｅを他の第一のインターフェース領域５Ａ―５Ｄと同じ側に配置することにより、ＥＭＣ対策の効果を安定的に得ることができる。

また図３に示すように複数の機能モジュール４の第二のインターフェース領域６を構成する電力線用端子に全て同じ形状の端子を用いれば、各機能モジュール４の第二のインターフェース領域６を相互に接続する電力線としてのケーブル径、もしくは導体ブスバーの幅や厚さを統一することができる。

なお、ここで信号線とは、半導体スイッチ素子の制御信号、１００Ｖ程度以下の電源信号、リレー出力信号、センサの入力電源や出力信号を送受信するための配線及びその配線材などが該当する。電力線とは信号線に含まれない配線及びその配線材である。

実施の形態２．
図５は実施の形態２による車両用制御装置を示すブロック図である。特に機能モジュール４の追加について説明する。なお、各図において、同一符号は同一又は相当部分を示し、その説明を省略する。以下同様とする。

ここで追加する機能モジュールの例として、車両に搭載される電池を充電する機能を有する機能モジュール４Ｆ（電池充電回路）と、架線１から入力される直流電圧を降圧して機能モジュール４Ｅに給電する機能を有する機能モジュール４Ｇ（非常用給電回路）と、機能モジュール４Ｆの出力電圧を入力して降圧して図示しない他の車両搭載機器に給電する機能を有する機能モジュール４Ｈ（直流降圧回路）を挙げる。なお、非常用給電回路としての機能モジュール４Ｇは、電池電圧が定格より低くなったときに機能する。

機能モジュール４Ｆは機能モジュール４Ｄの出力である交流電圧を電池の充電に必要な直流電圧に変換できる交流／直流変換回路であれば、回路構成は問わない。また機能モジュール４Ｇは架線１から入力される高電圧な直流電圧を機能モジュール４Ｅが扱える適当な低電圧に降圧できる直流／直流変換回路であれば、回路構成は問わない。更に機能モジュール４Ｈは機能モジュール４Ｆの出力する直流電圧を異なる直流電圧に降圧できる直流／直流変換回路であれば、回路構成は問わない。なお、図５において、２３，２４は端子群、５Ｆ，５Ｇ，５Ｈは第一のインターフェース領域、６Ｆ，６Ｇ，６Ｈは、第二のインターフェース領域である。

このように機能モジュール４Ｆ、４Ｇ、４Ｈを追加した場合においても、実施の形態１の統一されたデザインルールを同じように適用することによって、他の機能モジュール４のインターフェース面２２の構成を一切変更することなく、新たな機能を持つ機能モジュール４Ｆ、４Ｇ、４Ｈを簡単に追加することができる。つまり車両用制御装置の機能拡張する際に、構造設計を簡単化することができる。またもともとの機能モジュール４の構成は変更されることがないことから、それらの機能モジュール４の信頼性はそのまま維持される。

機能モジュールは、機能モジュール間で、互いに機能的に分離（非干渉化）するように設計することによって、機器故障時のメンテナンスは、他の機能モジュールを点検または交換することなく、問題が生じた機能モジュールのみ点検または交換することで、装置の復旧をすみやかに実施できる。

車両用制御装置の筐体及び各機能モジュールの製作は、それぞれ機能的に分離しており、独立して実施することができるため、装置筐体及び各機能モジュールは並行して製作することができ、製作期間（lead time）を短縮することができる。また、装置筐体及び各機能モジュールの設計も同様に、それぞれ機能的に分離しており、独立して実施することができるため、ある機能モジュールの設計変更をする場合、他の機能モジュールの設計変更が伴わない。装置筐体及び各機能モジュールは並行して設計することができ、設計時間を短縮することができる。更に、装置筐体及び各機能モジュールの設計を独立して実施することができるため、設計の外注（outsourcing）を容易に実施することができる。

図６は車両用制御装置の設計，製作期間短縮を示す説明図である。従来では、機能モジュール１，機能モジュール２，機能モジュール３，筐体を直列的に設計，製作していたが、実施の形態では、機能モジュール１，機能モジュール２，機能モジュール３，筐体を分離して並列的に設計，製作できるので、設計，製作期間を短縮できる。

実施の形態１の車両用補助電源装置は、機能的に分離された機能モジュールの組み合わせにより構成されることから、車両運用会社の要求に対応して機能モジュールの追加、削除、改善を行う場合、他の機能モジュールの設計変更を伴わない。そのため、車両用補助電源装置では、製品ごとに機能の組み合わせが様々であるが、車両用補助電源装置は、製品ごとに必要な機能に応じて機能モジュールの追加、削除、改善を容易に実施できるため、この要求の多様性に容易に対応でき、設計変更作業の合理化を図ることができる。さらに、万一、ある部品が故障した場合や保守部品が製造中止となった場合においても、関係する機能モジュールだけを再設計して交換することができるので、車両運行に支障をきたすリスクを抑制することができる。

実施の形態３．
図７は実施の形態３による車両用制御装置を示すブロック図である。図５では全ての機能モジュール４Ａから４Ｈが水平に横並びに配列されている。図７では機能モジュール４を２群に分け、上下２列（又は水平方向に２列）に配置している。

各機能モジュール４はそれぞれ、信号線用端子群が一方端部側に集約された第一のインターフェース領域５と、電力線用端子群が他方端部側に集約された第二のインターフェース領域６とを有する一つのインターフェース面を有している。なお、機能モジュール４Ｅは信号線用端子群が一方端部側に集約された第一のインターフェース領域５のみを有するインターフェース面を有している。各列同士の各インターフェース面は共通に同じ方向を向いて配置されている。インターフェース面は各列同士の各第一のインターフェース領域５を共通に各列間側に配置し、各列同士の各第二のインターフェース領域６を共通に各列間と反対側に配置する。各列間には信号線の線束収納部１２を配置して、各第一のインターフェース領域５と接続した信号線を収納している。各列間と反対側には各第ニのインターフェース領域６と接続した電力線を配置している。

このように、各列同士の各第一のインターフェース領域５を共通に各列間側に配置すると、信号線は低電圧であるので、各列間の間隔を狭めることができる。なお、各列同士の各第一のインターフェース領域５を共通に各列間側に配置したが、反対に各列同士の各第二のインターフェース領域６を共通に各列間側に配置することも可能である。

実施の形態３によれば、車両用制御装置本体２の各列が予め統一されたデザインルールのインターフェース面２２を持つ複数の機能モジュール４によって構成されることから、保守，点検単位が機能別に集約されることに加え、一方側から保守，点検単位が確認できることによって、保守，点検作業の合理化を図ることができる。また各列の第一のインターフェース領域５と各列の第二のインターフェース領域６とを各列間とその反対側に分離配置することから、信号線と電力線との電磁干渉を効果的に抑制することができる。更に電力線の本数を低減できるために組立，取外しや保守，点検に必要な作業工程を低減することができる。

実施の形態４．
図８は実施の形態４による車両用制御装置を筐体を除いて示す外形斜視図である。特に形状が異なる機能モジュールの配列について更に具体的に説明する。図において、各機能モジュールはそれぞれ、信号線用端子群が集約された第一のインターフェース領域と電力線用端子群が集約された第二のインターフェース領域とを分離したインターフェース面２２を有し、複数の機能モジュールを２群に分け、各群のインターフェース面同士が同じ方向を向いて隣接して並べられ、その一方群の各インターフェース面とその他方群の各インターフェース面を向かい合わせて配置し、各インターフェース面はそれぞれ、第一のインターフェース領域を共通に一方側（図では下端部側）に配置し、第二のインターフェース領域を共通に他方側（図では上端部側）に配置している。なお、機能モジュール４Ｅはインターフェース面に信号線用端子群が集約された第一のインターフェース領域のみを有し、その第一のインターフェース領域が一方側（図では下端部側）に配置されている。複数の機能モジュールを２群に分け、その一方群の各インターフェース面とその他方群の各インターフェース面を向かい合わせて配置させることにより、電力線や信号線の長さを短縮できる。

図８では、入力端子群３と出力端子群１１は図に向かって右側に配置され、端子群９，１０ａ，１０ｂは左側に配置されて、それぞれ上側に配置されている。線束収納部１２は下側に配置されている。第一のインターフェース領域が下端部側にある場合、信号線を吊るして固定する必要がなく、筐体の底面に設置された信号線を束ねる機能を有する配線ダクトへ容易に収納できるため、信号線を束ねて固定する方法を簡素化、低コスト化できる。信号線又は信号線束が多い場合に、車両の下側から覗くことにより、装置の組立て作業と保守，点検作業が容易になる。

さまざまな大きさの機能モジュール４が並べられた場合にも、インターフェース面２２は平行である。図８では一方群の各インターフェース面と他方群の各インターフェース面において、横方向に配置される複数の機能モジュール４のインターフェース面２２が互いに同一面になっているケースであって、最適な実施例である。但し、一部の機能モジュール４のインターフェース面２２がずれている場合でも、インターフェース面２２が互いに平行であれば、発明の実施の形態から外れることはない。

このように、各インターフェース領域の最適な配置としては、各機能モジュールにある第一のインターフェース領域のそれぞれが同一平面上にあり、各機能モジュールにある第二のインターフェース領域のそれぞれが同一平面上にある場合である。この場合、各インターフェース領域間を接続する信号線及び電力線を同一平面上に配置することができ、配線経路が最も簡素化されるとともに、配線長の短縮、電力線の加工の簡素化により、低コスト及び軽量な電力線を用いることができる。

図８から理解できるように、機能モジュール４の形状がどのように異なる場合においても、機能モジュール４を機械的に実装したり電気的に接続する作業者の基本的動線を左右方向とすることができ、作業自体の難易度を低くすることができると同時に作業工程を低減することができる。また作業が確実に行われたことを確認する作業も容易になる。例えば、信号線の束いわゆるハーネスの取付け作業者は目線を頻繁に上げ下げすることなく作業することができる。また電力線と信号線の電磁干渉を同じように効果的に抑制することができる。このように、機能モジュール４の形状が異なる場合でも効果は同じように得ることができる。

図８に示すように、複数の機能モジュール４のインターフェース面２２を平行配置することによって、各機能モジュール４の第一のインターフェース領域５に接続される信号線に共通な配線ダクト状の線束収納部１２を設けることができる。これにより信号線束いわゆるハーネスの取付け状態は、作業ばらつきによる影響を受け難く、常に安定となることから、機能モジュール４の外部での信号線と電力線との電磁的分離を確実なものとし、耐ノイズ性を高めることができる。

図９は図８に示す機能モジュール４を箱形状に配置したものを装置筐体２５によってカバーして実際の車両に艤装する装置を示す外形斜視図である。２６は点検用カバーであり、例えばこの点検用カバー２６を開放すれば、点検が必要な機能モジュール４を見ることが可能である。

実施の形態５．
図１０は実施の形態５による車両用制御装置を示すブロック図である。図１では装置本体から分離させたリアクトル７や変圧器８を、図１０では、車両用補助電源本体２に収納させた構成を示している。このような場合においても、リアクトル７や変圧器８を構成する別個な各機能モジュール４Ｉ，４Ｊはそれぞれ、電力線用端子群が集約された第二のインターフェース領域６Ｉ，６Ｊを持ち第一のインターフェース領域を持たないインターフェース面を備え、各インターフェース面はそれぞれ、第二のインターフェース領域６Ｉ，６Ｊを他の機能モジュール４Ａ―４Ｄの第二のインターフェース領域６Ａ―６Ｄに合わせて、共通に一方側（図では上端部側）に配置する。このようにすれば、他の機能モジュール４Ａ―４Ｄの構成や構造に影響を与えることなく装置を製作することができる。

このようにして、機能モジュール４Ｉ，４Ｊにおいても、他の機能モジュール４Ａ―４Ｄと同様に、組立，取外しや保守，点検作業の合理化を図ることができ、また第二のインターフェース領域６Ｉ，６Ｊを他の第二のインターフェース領域６Ａ―６Ｄと同じ側に共通に配置することにより、ＥＭＣ対策の効果を安定的に得ることができる。

Claims

機能が異なる複数の機能モジュールと、
前記複数の機能モジュールと接続される信号線及び電力線を備える車両用制御装置において、
前記各機能モジュールの一つの側面が前記信号線が接続される信号線用端子と前記電力線が接続される電力線用端子を具備したインターフェース面であり、
前記各インターフェース面は、前記信号線が接続される信号線用端子が配置される第一のインターフェース領域と前記電力線が接続される電力線用端子が配置される第二のインターフェース領域に分けられており、
前記複数の機能モジュールは、前記インターフェース面同士が同じ方向を向いて隣接して並べられ、隣接して並べられた前記複数の機能モジュールの列は車両の床に並行に配置され、前記第一のインターフェース領域が共通に下方端部側に配置され、前記第二のインターフェース領域が共通に上方端部側に配置され、
前記複数の機能モジュールの前記第一のインターフェース領域の前記信号線用端子を相互接続する前記信号線が前記複数の機能モジュールの前記下方端部側に配置され、
前記複数の機能モジュールの前記第二のインターフェース領域の前記電力線用端子を相互接続する前記電力線が前記複数の機能モジュールの前記上方端部側に配置され、
前記複数の機能モジュールには、さらに、前記第一のインターフェース領域を持ち、前記第二のインターフェース領域を持たないインターフェース面を有する制御回路の機能モジュールを備え、
前記制御回路の機能モジュールの前記インターフェース面の前記第一のインターフェース領域は、他の前記複数の機能モジュールの前記インターフェース面の前記第一のインターフェース領域が配置される前記下方端部側に配置され、
他の前記複数の機能モジュールの前記下方端部側に配置された前記信号線は、前記制御回路の機能モジュールの前記第一のインターフェース領域の信号線用端子と前記下方端部側で接続され、
他の前記複数の機能モジュールにおける各機能モジュールの前記信号線及び前記電力線の取付又は取外しが前記インターフェース面を有する一つの側面側からでき、前記一つの側面にあるインターフェース面と反対側の側面から、前記各機能モジュールを前記各機能モジュール単位で取付又は取外しできるよう収納する筺体を備え、
他の前記複数の機能モジュールは、直流架線との電気的接続及び切離しを行う開閉回路を有する機能モジュール、直流電圧を充放電する充放電回路を有する機能モジュール、直流電圧から交流電圧に変換するインバータを有する機能モジュール、及び、負荷との電気的接続及び切離しをする接触器を有する機能モジュールに分割され、前記の記載順序で接続され、補助電源装置として用いられることを特徴とする車両用制御装置。
機能が異なる複数の機能モジュールと、
前記複数の機能モジュールと接続される信号線及び電力線を備える車両用制御装置において、
前記各機能モジュールの一つの側面が前記信号線が接続される信号線用端子と前記電力線が接続される電力線用端子を具備したインターフェース面であり、
前記各インターフェース面は、前記信号線が接続される信号線用端子が配置される第一のインターフェース領域と前記電力線が接続される電力線用端子が配置される第二のインターフェース領域に分けられており、
前記複数の機能モジュールは２群に分けて２列に配置され、前記各群のインターフェース面同士が同じ方向を向いて隣接して並べられ、隣接して並べられた前記各群の複数の機能モジュールの列は車両の床に並行に配置され、その一方群の前記インターフェース面同士とその他方群の前記インターフェース面同士が互いに向かい合って配置され、その一方群と他方群の前記インターフェース面同士は、前記第一のインターフェース領域が共通に下方端部側に配置されると共に、前記第二のインターフェース領域が共通に上方端部側に配置され、
前記各群のインターフェース面同士の前記第一のインターフェース領域の前記信号線用端子を相互接続する前記信号線が前記下方端部側に配置され、
前記各群のインターフェース面同士の前記第二のインターフェース領域の前記電力線用端子を相互接続する前記電力線が前記上方端部側に配置され、
前記複数の機能モジュールには、さらに、前記第一のインターフェース領域を持ち、前記第二のインターフェース領域を持たないインターフェース面を有する制御回路の機能モジュールを備え、
前記制御回路の機能モジュールの前記インターフェース面の前記第一のインターフェース領域は、他の前記複数の機能モジュールの前記インターフェース面の前記第一のインターフェース領域が配置される前記下方端部側に配置され、
他の前記複数の機能モジュールの前記下方端部側に配置された前記信号線は、前記制御回路の機能モジュールの前記第一のインターフェース領域の信号線用端子と前記下方端部側で接続され、
他の前記複数の機能モジュールにおける各機能モジュールの前記信号線及び前記電力線の取付又は取外しが前記インターフェース面を有する一つの側面側からでき、前記一つの側面にあるインターフェース面と反対側の側面から、前記各機能モジュールを前記各機能モジュール単位で取付又は取外しできるよう収納する筺体を備え、
他の前記複数の機能モジュールは、直流架線との電気的接続及び切離しを行う開閉回路を有する機能モジュール、直流電圧を充放電する充放電回路を有する機能モジュール、直流電圧から交流電圧に変換するインバータを有する機能モジュール、及び、負荷との電気的接続及び切離しをする接触器を有する機能モジュールに分割され、前記の記載順序で接続され、補助電源装置として用いられることを特徴とする車両用制御装置。
他の前記複数の機能モジュールは、架線側の電位と対地側の電位に等しくなる電力線以外の前記電力線の入力と出力が、それぞれ、単一本数又は単一組数であるようにしたことを特徴とする請求項１又は請求項２記載の車両用制御装置。
前記筺体は、他の前記複数の機能モジュールの前記第一のインターフェース領域における信号線用端子を相互接続する信号線を束ねる機能を有する配線ダクトを底面に設置されたことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の車両用制御装置。
前記筺体は、収納している前記機能モジュールの前記インターフェース面を見ることができる点検用カバーを備えたことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の車両用制御装置。