JP6470947B2 - 駆動システム、及び気動車 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、駆動システム、及び気動車に関する。

近年、エンジンの出力により発電した電力を利用して、車輪を駆動する気動車が知られている。このような気動車では、上り勾配、又は下り勾配などの様々な外乱の影響を受けた場合に、安定して車輪を駆動することが困難になる可能性があった。

特開２０１３−１７６２３０号公報

本発明が解決しようとする課題は、より簡易な構成により、車輪を安定して駆動することができる駆動システム、及び気動車を提供することである。

実施形態の駆動システムは、三相全波整流装置と、インバータ装置と、蓄電装置と、チョッパ装置と、制御部とを持つ。三相全波整流装置は、発電機が発電した三相交流電力を全波整流して直流電力に変換し、前記直流電力を中間リンク部に供給する。インバータ装置は、前記中間リンク部に供給されている前記直流電力を、電動機を駆動する交流電力に変換する。蓄電装置は、電力を充放電可能である。チョッパ装置は、前記中間リンク部に接続され、チョッパ方式で、前記蓄電装置の電圧を所定の電圧に変換して前記中間リンク部に供給する放電モードと、前記中間リンク部の電圧を、前記蓄電装置を充電可能な電圧に変換して前記蓄電装置に供給する充電モードとを少なくとも有する。制御部は、前記中間リンク部の電圧が前記所定の電圧に保持されるように、前記中間リンク部の電圧に応じて、前記チョッパ装置における前記放電モードと前記充電モードとを切り替えて動作させる。前記制御部は、前記中間リンク部の電圧が、前記所定の電圧以上の電圧値である第１の閾値より高くなった場合に、前記チョッパ装置における前記充電モードを動作させて、前記直流電力を前記蓄電装置に充電させ、前記中間リンク部の電圧が、前記所定の電圧以下の電圧値である第２の閾値より低くなった場合に、前記チョッパ装置における前記放電モードを動作させて、前記蓄電装置に充電された電力を前記中間リンク部に供給させる。

実施形態の駆動システムの一例を示すブロック図。 実施形態の昇降圧チョッパ装置の制御の一例を示すフローチャート。 実施形態の中間リンク部の電圧が上昇した場合の駆動システムの動作の一例を示す図。 実施形態の中間リンク部の電圧が低下した場合の駆動システムの動作の一例を示す図。 実施形態の車輪径の経年変化を補正する駆動システムの動作の一例を示すフローチャート。

以下、実施形態の駆動システム、及び気動車を、図面を参照して説明する。
図１は、本実施形態による駆動システム１の一例を示すブロック図である。
この図に示すように、駆動システム１は、エンジン１０、発電機１１、三相全波整流装置１２、ＶＶＶＦインバータ装置１３、モータ（Ｍ１，Ｍ２）、蓄電装置１４、昇降圧チョッパ装置１５、電圧検出部１９、及び制御部３０を備えている。また、駆動システム１は、補助電源変換装置１６、変圧器１７、ブレーキチョッパ装置１８、フィルタコンデンサＦＣ１、及びブレーキ抵抗器Ｒ１を備えている。
また、本実施形態による気動車１００は、駆動システム１と車輪（ＷＨ１，ＷＨ２）とを備えている。

エンジン１０は、例えば、ディーゼルエンジンであり、制御部３０からのエンジン出力指令に基づいて、軸トルクを出力する。なお、エンジン１０は、制御部３０の制御に基づいて、回転負荷によらずに、定回転数で軸トルクを出力する。

発電機１１は、エンジン１０の駆動により交流電力を発電する。すなわち、発電機１１は、エンジン１０が出力する軸トルクを入力として、この軸トルクを交流電力に変換して出力する。発電機１１は、例えば、軸トルクを三相交流電力に変換して三相全波整流装置１２に出力する。

三相全波整流装置１２（全波整流装置の一例）は、エンジン１０の駆動により発電機１１が発電した交流電力を全波整流して直流電力に変換し、変換した直流電力を中間リンク部２０に供給する。三相全波整流装置１２は、例えば、接触器（Ｋ１〜Ｋ３）を介して、発電機１１が出力した三相交流電力を、全波整流して所定の電圧の直流電力を中間リンク直流線（Ｌ１，Ｌ２）に出力する。三相全波整流装置１２は、三相全波整流により直流電力を出力する簡易な構成であり、電圧変換機能や定電力制御機能を備えていないものとする。
ここで、中間リンク部２０は、発電機１１が発電した交流電力を直流電力に変換した所定の電圧が供給される部分のことであり、中間リンク直流線（Ｌ１，Ｌ２）を含んでいる。なお、中間リンク直流線Ｌ２は、ＧＮＤ（グランド）に接続されている。また、以下の説明において、中間リンク部２０に供給される所定の電圧を、中間リンク電圧と称して説明する。

ＶＶＶＦ（Variable Voltage Variable Frequency：可変電圧可変周波数）インバータ装置１３（インバータ装置の一例）は、例えば、ＶＶＶＦ制御方式のインバータ装置であり、中間リンク直流線（Ｌ１，Ｌ２）を介して三相全波整流装置１２と接続されている。ＶＶＶＦインバータ装置１３は、中間リンク部２０に供給された直流電力を、モータ（Ｍ１，Ｍ２）を駆動する交流電力（例えば、三相交流電力）に変換する。すなわち、ＶＶＶＦインバータ装置１３は、中間リンク部２０の電圧を三相交流電力に変換し、変換した三相交流電力をモータ（Ｍ１，Ｍ２）に供給する。ＶＶＶＦインバータ装置１３は、モータ（Ｍ１，Ｍ２）の出力トルクが、制御部３０からのインバータ出力指令に基づいたトルクを出力するように、ＶＶＶＦ制御を行う。

また、ＶＶＶＦインバータ装置１３は、モータ（Ｍ１，Ｍ２）に生じる回生電力を直流化して中間リンク部２０に供給する機能を有する。すなわち、ＶＶＶＦインバータ装置１３は、気動車１００が減速することによりモータ（Ｍ１，Ｍ２）に発生する回生電力を直流電力に変換し、変換した直流電力を中間リンク直流線（Ｌ１，Ｌ２）に出力する。

モータ（Ｍ１，Ｍ２）は、例えば、三相誘導発動機であり、気動車１００の主電動機として機能する。モータ（Ｍ１，Ｍ２）は、ＶＶＶＦインバータ装置１３が出力する三相交流電力を入力として、気動車１００の車輪（ＷＨ１，ＷＨ２）を駆動する軸トルクを出力する。また、モータ（Ｍ１，Ｍ２）は、気動車１００が減速することにより回生電力を発生する。
車輪（ＷＨ１，ＷＨ２）は、モータ（Ｍ１，Ｍ２）が出力する軸トルクによって回転されて、気動車１００を駆動する。

蓄電装置１４は、例えば、リチウムイオン電池、鉛蓄電池などの電力を充放電可能な蓄電池（不図示）を含んでいる。蓄電装置１４は、中間リンク部２０に発生した過電圧を充電により吸収するとともに、中間リンク部２０の電圧が低下した場合に、中間リンク部２０に電力を供給する。

昇降圧チョッパ装置１５（チョッパ装置の一例）は、中間リンク部２０（中間リンク直流線（Ｌ１，Ｌ２））に接続され、例えば、昇降圧チョッパ回路（不図示）を含んでいる。昇降圧チョッパ装置１５は、チョッパ方式で、蓄電装置１４の出力電圧を中間リンク電圧に変換して中間リンク部２０に供給する（放電モード）。また、昇降圧チョッパ装置１５は、チョッパ方式で、中間リンク部２０の電圧を、蓄電装置１４を充電可能な電圧に変換して蓄電装置１４に供給する（充電モード）。昇降圧チョッパ装置１５は、放電モードと、充電モードとを少なくとも有しており、制御部３０の制御により、放電モードと、充電モードと切り替えてを動作させる。なお、昇降圧チョッパ装置１５は、放電モードと、充電モードとのいずれも動作していない蓄電装置１４との接続を電気的に切断する切断モードを有していてもよい。

具体的に、昇降圧チョッパ装置１５は、放電モードにおいて、蓄電装置１４の出力電圧をチョッパ方式により中間リンク部２０の電圧として設定された中間リンク電圧に昇圧して、中間リンク直流線（Ｌ１，Ｌ２）に出力する。これにより、昇降圧チョッパ装置１５は、中間リンク部２０における不足電力を補充する。
また、昇降圧チョッパ装置１５は、充電モードにおいて、中間リンク直流線（Ｌ１，Ｌ２）に出力されている電圧をチョッパ方式により蓄電装置１４の充電可能な電圧に降圧して、蓄電装置１４に供給する。これにより、昇降圧チョッパ装置１５は、中間リンク部２０における余剰電力を蓄電装置１４に充電させる（余剰電力を蓄電装置１４に吸収させる）。

補助電源変換装置１６は、例えば、静止型インバータ装置（ＳＩＶ：Static InVerter）であり、固定電圧・固定周波数の交流電力を出力する。補助電源変換装置１６は、中間リンク部２０（中間リンク直流線（Ｌ１，Ｌ２））に接続され、中間リンク部２０に供給されている直流電力を、固定電圧・固定周波数の交流電力に変換する。補助電源変換装置１６は、変換した当該交流電力を変圧器１７に出力する。すなわち、補助電源変換装置１６は、変換した当該交流電力を、変圧器１７を介して気動車１００が備える負荷部に供給する。ここで、負荷部には、車内蛍光灯、冷暖房装置、制御部３０などが含まれる。

変圧器１７は、補助電源変換装置１６が出力する交流電力を、負荷部を使用するために必要な電圧に変換する。変圧器１７は、電圧を変換した交流電力を、交流電源として負荷部に供給する。

ブレーキチョッパ装置１８は、中間リンク部２０（中間リンク直流線（Ｌ１，Ｌ２））に接続され、例えば、降圧チョッパ回路を含んでいる。ブレーキチョッパ装置１８は、制御部３０の制御に基づいて、中間リンク部２０の直流電力の電圧を調整（例えば、降圧）してブレーキ抵抗器Ｒ１に供給する。ブレーキチョッパ装置１８は、制御部３０の制御に基づいて、回生電力を蓄電装置１４により吸収できない場合に、回生電力をブレーキ抵抗器Ｒ１に供給して消費させる。

ブレーキ抵抗器Ｒ１は、一端がブレーキチョッパ装置１８の出力線に接続され、他端が中間リンク直流線Ｌ２（ＧＮＤ）に接続されている抵抗素子である。ブレーキ抵抗器Ｒ１は、ブレーキチョッパ装置１８が電圧を調整した回生電力を熱エネルギーに変換して消費する。

フィルタコンデンサＦＣ１は、中間リンク直流線Ｌ１と、中間リンク直流線Ｌ２との間に配置されるコンデンサ素子である。フィルタコンデンサＦＣ１は、中間リンク部２０に供給される直流電力を平滑化する。

電圧検出部１９は、フィルタコンデンサＦＣ１の電圧（中間リンク部２０の電圧の一例）を検出し、検出したフィルタコンデンサＦＣ１の電圧を制御部３０に出力する。なお、以下の説明において、フィルタコンデンサＦＣ１の電圧を、コンデンサ電圧と称して説明する。

制御部３０は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）などを含むプロセッサであり、駆動システム１を統括的に制御する。例えば、制御部３０は、エンジン１０、及びＶＶＶＦインバータ装置１３を制御して、気動車１００の車輪（ＷＨ１，ＷＨ２）の駆動を制御する。
具体的に、制御部３０は、エンジン１０が定回転数で軸トルクを出力し、三相全波整流装置１２が中間リンク電圧（所定の電圧）を中間リンク部２０に出力するように、エンジン出力指令をエンジン１０に出力する。また、制御部３０は、モータ（Ｍ１，Ｍ２）の出力トルクを制御するインバータ出力指令をＶＶＶＦインバータ装置１３に出力する。

また、制御部３０は、中間リンク部２０の電圧（例えば、コンデンサ電圧）に応じて、中間リンク部２０の電圧が中間リンク電圧に保持されるように、昇降圧チョッパ装置１５における放電モードと充電モードとを動作させる。制御部３０は、例えば、電圧検出部１９が検出したコンデンサ電圧を取得し、取得したコンデンサ電圧が中間リンク電圧に保持されるように、昇降圧チョッパ装置１５の動作モード（放電モード及び充電モード）を変更する制御を行う。

具体的に、制御部３０は、コンデンサ電圧が、中間リンク電圧以上の電圧値である第１の閾値より高くなった場合に、昇降圧チョッパ装置１５における充電モードを動作させて、直流電力を蓄電装置１４に充電させる。また、制御部３０は、昇降圧チョッパ装置１５を充電モードに変更した後に、コンデンサ電圧が中間リンク電圧以下になった場合に、昇降圧チョッパ装置１５における充電モードを解除させる。すなわち、制御部３０は、昇降圧チョッパ装置１５を充電モードに変更した後に、コンデンサ電圧が中間リンク電圧以下になった場合に、例えば、昇降圧チョッパ装置１５を切断モードに変更する。

また、制御部３０は、コンデンサ電圧が、中間リンク電圧以下の電圧値である第２の閾値より低くなった場合に、昇降圧チョッパ装置１５における放電モードを動作させて、蓄電装置１４に充電された電力を中間リンク部２０に供給させる。また、制御部３０は、昇降圧チョッパ装置１５を放電モードに変更した後に、コンデンサ電圧が中間リンク電圧以上になった場合に、昇降圧チョッパ装置１５における放電モードを解除させる。すなわち、制御部３０は、昇降圧チョッパ装置１５を放電モードに変更した後に、コンデンサ電圧が中間リンク電圧以上になった場合に、例えば、昇降圧チョッパ装置１５を切断モードに変更する。

ここで、第１の閾値と、第２の閾値とは、例えば、中間リンク電圧の許容範囲に基づいて予め定められている。例えば、中間リンク電圧の許容範囲を（中間リンク電圧±５％）とした場合に、第１の閾値は、（中間リンク電圧＋５％）の値に設定され、第２の閾値は、（中間リンク電圧−５％）の値に設定されてもよい。このように、第１の閾値は、中間リンク電圧の所定の割合の値を中間リンク電圧に加算した値であってもよく、第２の閾値は、中間リンク電圧の所定の割合の値を中間リンク電圧に減算した値であってもよい。

また、制御部３０は、気動車１００の減速による回生電力が、蓄電装置１４により吸収できない場合に、ブレーキチョッパ装置１８を動作させる制御を行う。制御部３０は、例えば、昇降圧チョッパ装置１５を充電モードに変更してから所定の期間以内に、充電モードが解除される否かにより、回生電力が蓄電装置１４により吸収できるか否かを判定する。すなわち、制御部３０は、所定の期間以内に、充電モードが解除されない場合に、回生電力が蓄電装置１４により吸収できない場合であると判定する。制御部３０は、回生電力が蓄電装置１４により吸収できない場合に、ブレーキチョッパ装置１８を動作させて、回生電力をブレーキ抵抗器Ｒ１に供給させて消費させる。また、制御部３０は、ブレーキチョッパ装置１８を動作させた後に、コンデンサ電圧が中間リンク電圧以下になった場合に、ブレーキチョッパ装置１８の動作を停止させる。

なお、制御部３０は、蓄電装置１４の充電量に基づいて、回生電力が蓄電装置１４により吸収できるか否かを判定してもよい。また、制御部３０は、コンデンサ電圧に基づいて、回生電力が蓄電装置１４により吸収できるか否かを判定してもよい。例えば、制御部３０は、コンデンサ電圧が、第１の閾値よりも高い第３の閾値以上になった場合に、回生電力が蓄電装置１４に吸収できない場合であると判定してもよい。この場合、第３の閾値は、例えば、中間リンク部２０に接続されている装置及び部品の耐圧値に基づいて、設定される。

また、制御部３０は、車輪（ＷＨ１，ＷＨ２）の経年変化を補正する制御を行う。制御部３０は、気動車１００の絶対速度と、モータ（Ｍ１，Ｍ２）のロータ周波数とに基づいて、車輪（ＷＨ１，ＷＨ２）の径（以下、車輪径という）を検出し、検出した当該車輪径に応じて、中間リンク電圧を変更する。制御部３０は、気動車１００の絶対速度と、モータ（Ｍ１，Ｍ２）のロータ周波数とを取得し、取得した気動車１００の絶対速度と、モータ（Ｍ１，Ｍ２）のロータ周波数とに基づいて、車輪径を算出する。制御部３０は、算出した車輪径に応じて、中間リンク電圧を変更する。制御部３０は、例えば、経年変化によって車輪（ＷＨ１，ＷＨ２）が摩耗して車輪径が小さくなった場合に、中間リンク電圧を高くする変更を行う。具体的に、制御部３０は、記憶部（不図示）が記憶する中間リンク電圧の値を変更するとともに、中間リンク部２０の電圧が変更した中間リンク電圧になるように、エンジン１０及び昇降圧チョッパ装置１５を制御する。

例えば、制御部３０は、算出した車輪径（摩耗した車輪径）と、新品の（摩耗していない）車輪径との差分を算出する。制御部３０は、この車輪径の差分に基づいて、摩耗した車輪径で摩耗していない車輪径と同様の駆動特性が得られるように、中間リンク電圧を補正する。ここで、駆動特性とは、例えば、ロータ周波数に対する気動車１００の絶対速度の特性である。

次に、本実施形態による駆動システム１の動作について説明する。
まず、駆動システム１の車輪（ＷＨ１，ＷＨ２）を駆動する基本動作について説明する。
制御部３０から出力されたエンジン出力指令に基づいて、エンジン１０は、定回転で軸トルクを発電機１１に出力する。発電機１１は、エンジン１０が出力する軸トルクに基づいて、この軸トルクを交流電力に変換して、三相交流電力を発電する。発電機１１は、発電した三相交流電力を三相全波整流装置１２に出力する。三相全波整流装置１２は、発電機１１が発電した三相交流電力を全波整流により中間リンク電圧の直流電力に変換し、中間リンク電圧の直流電力を中間リンク部２０に出力する。中間リンク部２０に出力された直流電力は、フィルタコンデンサＦＣ１によって平滑化される。

ＶＶＶＦインバータ装置１３は、制御部３０が出力するインバータ出力指令に基づいて、中間リンク部２０に出力された直流電力を、モータ（Ｍ１，Ｍ２）を駆動する三相交流電力に変換する。ＶＶＶＦインバータ装置１３は、変換した三相交流電力をモータ（Ｍ１，Ｍ２）に出力する。モータ（Ｍ１，Ｍ２）は、ＶＶＶＦインバータ装置１３が出力した三相交流電力により回転し、インバータ出力指令に対応した所定の軸トルクを出力し、車輪（ＷＨ１，ＷＨ２）を駆動する。
このように、車輪（ＷＨ１，ＷＨ２）が駆動されることにより、気動車１００が駆動される。

次に、図２を参照して、本実施形態における中間リンク部２０の電圧を一定に保つ動作について説明する。
図２は、本実施形態における昇降圧チョッパ装置１５の制御の一例を示すフローチャートである。

図２に示すように、駆動システム１は、まず、コンデンサ電圧を検出する（ステップＳ１０１）。すなわち、電圧検出部１９が、フィルタコンデンサＦＣ１の電圧（中間リンク部２０の電圧）を、コンデンサ電圧として検出し、制御部３０に出力する。制御部３０は、電圧検出部１９が検出したコンデンサ電圧を取得する。

次に、制御部３０は、コンデンサ電圧が、第１の閾値より高い（コンデンサ電圧＞第１の閾値）か否かを判定する（ステップＳ１０２）。制御部３０は、コンデンサ電圧が、第１の閾値より高い場合（ステップＳ１０２：ＹＥＳ）に、処理をステップＳ１０４に進め、中間リンク部２０の電圧を低下させる制御を行う。また、制御部３０は、コンデンサ電圧が、第１の閾値以下である場合（ステップＳ１０２：ＮＯ）に、処理をステップＳ１０３に進める。

ステップＳ１０３において、制御部３０は、コンデンサ電圧が、第２の閾値より低い（コンデンサ電圧＜第２の閾値）か否かを判定する。制御部３０は、コンデンサ電圧が、第２の閾値より低い場合（ステップＳ１０３：ＹＥＳ）に、処理をステップＳ１０８に進め、中間リンク部２０の電圧を上昇させる制御を行う。また、制御部３０は、コンデンサ電圧が、第２の閾値以上である場合（ステップＳ１０３：ＮＯ）に、処理をステップＳ１０１に戻す。

ステップＳ１０４において、制御部３０は、昇降圧チョッパ装置１５を充電モードに変更する。これにより、昇降圧チョッパ装置１５は、中間リンク部２０の電圧を、蓄電装置１４を充電可能な電圧に降圧して、蓄電装置１４に出力する。蓄電装置１４は、昇降圧チョッパ装置１５から中間リンク部２０の直流電力が供給されることにより、充電により電力を吸収して、上昇した中間リンク部２０の電圧を低下させる。

次に、制御部３０は、コンデンサ電圧を検出する（ステップＳ１０５）。すなわち、電圧検出部１９が、再びコンデンサ電圧として検出し、制御部３０に出力する。制御部３０は、電圧検出部１９が検出したコンデンサ電圧を取得する。

次に、制御部３０は、コンデンサ電圧が所定の電圧（例えば、中間リンク電圧）以下（コンデンサ電圧≦中間リンク電圧）であるか否かを判定する（ステップＳ１０６）。制御部３０は、コンデンサ電圧が中間リンク電圧以下である場合（ステップＳ１０６：ＹＥＳ）に、処理をステップＳ１０７に進め、昇降圧チョッパ装置１５の充電モードを解除する。制御部３０は、ステップＳ１０７の処理後に、処理をステップＳ１０１に戻す。
また、ステップＳ１０６において、制御部３０は、コンデンサ電圧が中間リンク電圧以下でない（中間リンク電圧より高い）場合（ステップＳ１０６：ＮＯ）に、処理をステップＳ１０４に戻し、昇降圧チョッパ装置１５の充電モードを維持させる。

また、ステップＳ１０８において、制御部３０は、昇降圧チョッパ装置１５を放電モードに変更する。これにより、昇降圧チョッパ装置１５は、蓄電装置１４の電圧を、中間リンク電圧に昇圧して、中間リンク部２０に供給する。蓄電装置１４は、昇降圧チョッパ装置１５から中間リンク部２０に直流電力が供給されることにより、不足した直流電力を蓄電装置１４から補充して、低下した中間リンク部２０の電圧を上昇させる。

次に、制御部３０は、コンデンサ電圧を検出する（ステップＳ１０９）。すなわち、電圧検出部１９が、再びコンデンサ電圧として検出し、制御部３０に出力する。制御部３０は、電圧検出部１９が検出したコンデンサ電圧を取得する。

次に、制御部３０は、コンデンサ電圧が所定の電圧（例えば、中間リンク電圧）以上（コンデンサ電圧≧中間リンク電圧）であるか否かを判定する（ステップＳ１１０）。制御部３０は、コンデンサ電圧が中間リンク電圧以上である場合（ステップＳ１１０：ＹＥＳ）に、処理をステップＳ１１１に進め、昇降圧チョッパ装置１５の放電モードを解除する。制御部３０は、ステップＳ１１１の処理後に、処理をステップＳ１０１に戻す。
また、ステップＳ１１０において、制御部３０は、コンデンサ電圧が中間リンク電圧以上でない（中間リンク電圧より低い）場合（ステップＳ１１０：ＮＯ）に、処理をステップＳ１０９に戻し、昇降圧チョッパ装置１５の放電モードを維持させる。

このように、制御部３０は、中間リンク部２０の電圧が中間リンク電圧に保持されるように、昇降圧チョッパ装置１５の放電モードと充電モードとを選択的に動作させる。

次に、図３及び図４を参照して、昇降圧チョッパ装置１５の制御の詳細について説明する。
図３は、本実施形態における中間リンク部２０の電圧が上昇した場合の駆動システム１の動作の一例を示す図である。
この図において、上段から順に、中間リンク部２０の電圧（コンデンサ電圧）のグラフと、昇降圧チョッパ装置１５の動作モードとを示している。

また、この中間リンク部２０の電圧のグラフにおいて、横軸は、時間を示し、縦軸は、電圧を示している。また、波形Ｗ１は、中間リンク部２０の電圧の波形を示している。
また、この中間リンク部２０の電圧のグラフにおいて、電圧Ｖ０は、設定された中間リンク電圧を示し、電圧Ｖ１は、第１の閾値を示し、電圧Ｖ２は、第２の閾値を示している。

なお、中間リンク部２０の電圧が上昇する場合としては、気動車１００が下り勾配にさしかかる、又はブレーキが掛けられて回生電力が発生した場合、補助電源変換装置１６が電力を供給する負荷部の負荷が低減した場合などが考えられる。ここでは、一例として、気動車１００が下り勾配にさしかかった場合について説明するが、他の場合の動作も気動車１００が下り勾配にさしかかった場合と同様である。

気動車１００が下り勾配にさしかかると、モータ（Ｍ１，Ｍ２）に回生電力が発生し、ＶＶＶＦインバータ装置１３は、発生した回生電力を直流電力に変換して、中間リンク部２０に供給する。その結果、図３の波形Ｗ１に示すように、コンデンサ電圧が中間リンク電圧（電圧Ｖ０）から上昇し、時刻Ｔ１において、第１の閾値（電圧Ｖ１）に達する。制御部３０は、コンデンサ電圧が第１の閾値より高くなった場合に、昇降圧チョッパ装置１５を充電モードに変更する。これにより、昇降圧チョッパ装置１５は、中間リンク部２０の電圧を、蓄電装置１４を充電可能な電圧に降圧して、蓄電装置１４に出力する。蓄電装置１４は、昇降圧チョッパ装置１５から中間リンク部２０の直流電力が供給されることにより、充電により上述した回生電力を吸収して、上昇した中間リンク部２０の電圧を低下させる。

次に、時刻Ｔ２において、コンデンサ電圧が中間リンク電圧（電圧Ｖ０）に戻ると、制御部３０は、昇降圧チョッパ装置１５の充電モードを解除する。これにより、蓄電装置１４の充電が停止し、中間リンク電圧（電圧Ｖ０）が保持される。
このように、気動車１００が下り勾配にさしかかった場合に、制御部３０は、回生電力を蓄電装置１４に充電させて、中間リンク部２０の電圧を第１の閾値以下に保持する。すなわち、制御部３０は、中間リンク部２０の電圧が中間リンク電圧（電圧Ｖ０）に保持されるように、昇降圧チョッパ装置１５を制御する。

また、図４は、本実施形態における中間リンク部２０の電圧が低下した場合の駆動システム１の動作の一例を示す図である。
この図において、図３と同様に、上段から順に、中間リンク部２０の電圧（コンデンサ電圧）のグラフと、昇降圧チョッパ装置１５の動作モードとを示している。

また、この中間リンク部２０の電圧のグラフにおいて、横軸は、時間を示し、縦軸は、電圧を示している。また、波形Ｗ２は、中間リンク部２０の電圧の波形を示している。
また、この中間リンク部２０の電圧のグラフにおいて、電圧Ｖ０、電圧Ｖ１、及び電圧Ｖ２は、図３と同様である。

なお、中間リンク部２０の電圧が低下する場合としては、気動車１００が上り勾配にさしかかった場合、気動車１００の応加重（例えば、乗客）が増加した場合、補助電源変換装置１６が電力を供給する負荷部の負荷が増加した場合などが考えられる。ここでは、一例として、気動車１００が上り勾配にさしかかった場合について説明するが、他の場合の動作も気動車１００が上り勾配にさしかかった場合と同様である。

気動車１００が上り勾配にさしかかると、モータ（Ｍ１，Ｍ２）がより多くの電力を消費する。その結果、図４の波形Ｗ２に示すように、コンデンサ電圧が中間リンク電圧（電圧Ｖ０）から低下し、時刻Ｔ３において、第２の閾値（電圧Ｖ２）に達する。制御部３０は、コンデンサ電圧が第２の閾値より低くなった場合に、昇降圧チョッパ装置１５を放電モードに変更する。これにより、昇降圧チョッパ装置１５は、蓄電装置１４の電圧を、中間リンク電圧に昇圧して、中間リンク部２０に出力する。中間リンク部２０は、昇降圧チョッパ装置１５から蓄電装置１４に充電された直流電力が供給されることにより、低下した中間リンク部２０の電圧を上昇させる。

次に、時刻Ｔ４において、コンデンサ電圧が中間リンク電圧（電圧Ｖ０）に戻ると、制御部３０は、昇降圧チョッパ装置１５の放電モードを解除する。これにより、蓄電装置１４の放電が停止し、中間リンク電圧（電圧Ｖ０）が保持される。
このように、気動車１００が上り勾配にさしかかった場合に、制御部３０は、蓄電装置１４に充電させている電力を昇圧して中間リンク部２０に供給して中間リンク部２０の電圧を第２の閾値以上に保持する。すなわち、制御部３０は、中間リンク部２０の電圧が中間リンク電圧（電圧Ｖ０）に保持されるように、昇降圧チョッパ装置１５を制御する。

次に、図５を参照して、本実施形態における車輪径の経年変化を補正する駆動システム１の動作について説明する。
図５は、本実施形態における車輪径の経年変化を補正する駆動システム１の動作の一例を示すフローチャートである。
なお、図５に示す車輪径の経年変化を補正する処理は、所定の期間ごとに定期的に実行されるものとする。
この図において、駆動システム１は、まず、気動車１００の車輪径を検出する（ステップＳ２０１）。例えば、駆動システム１の制御部３０は、気動車１００の絶対速度と、モータ（Ｍ１，Ｍ２）のロータ周波数とを取得し、取得した気動車１００の絶対速度と、モータ（Ｍ１，Ｍ２）のロータ周波数とに基づいて、車輪径を算出する。

次に、制御部３０は、車輪径が摩耗しているか否かを判定する（ステップＳ２０２）。制御部３０は、例えば、算出した車輪径が摩耗していない車輪径と比較して、所定の値以上摩耗しているか否かにより、車輪径が摩耗しているか否かを判定する。制御部３０は、車輪径が摩耗していると判定した場合（ステップＳ２０２：ＹＥＳ）に、処理をステップＳ２０３に進める。また、制御部３０は、車輪径が摩耗していないと判定した場合（ステップＳ２０２：ＮＯ）に、処理をステップＳ２０４に進める。

ステップＳ２０３において、制御部３０は、車輪径に応じて、中間リンク部２０の設定電圧（中間リンク電圧）を変更する。すなわち、制御部３０は、車輪径の摩耗量に応じて、中間リンク電圧を高めるように変更する。具体的に、制御部３０は、車輪径の摩耗量が多い程、中間リンク電圧を高めるように変更する制御を行う。ステップＳ２０３の処理後に、制御部３０は、車輪径の経年変化を補正する処理を終了する。

また、ステップＳ２０４において、制御部３０は、中間リンク部２０の設定電圧（中間リンク電圧）を基準電圧に変更する。ここで、基準電圧とは、摩耗していない場合に設定される中間リンク電圧のことである。ステップＳ２０４の処理後に、制御部３０は、車輪径の経年変化を補正する処理を終了する。

以上説明したように、本実施形態による駆動システム１は、三相全波整流装置１２（全波整流装置）と、ＶＶＶＦインバータ装置１３（インバータ装置）と、蓄電装置１４と、昇降圧チョッパ装置１５（チョッパ装置）と、制御部３０とを備えている。三相全波整流装置１２は、エンジン１０の駆動により発電機１１が発電した交流電力を全波整流して直流電力に変換し、変換した直流電力を中間リンク部２０に供給する。ＶＶＶＦインバータ装置１３は、中間リンク部２０に供給された直流電力を、モータ（Ｍ１，Ｍ２）（電動機）を駆動する交流電力に変換する。昇降圧チョッパ装置１５は、中間リンク部２０に接続され、放電モードと、充電モードとを少なくとも有する。ここで、放電モードは、チョッパ方式で、蓄電装置１４の電圧を所定の電圧に変換して中間リンク部２０に供給する。また、充電モードは、中間リンク部２０の電圧を、蓄電装置１４を充電可能な電圧に変換して蓄電装置１４に供給する。制御部３０は、中間リンク部２０の電圧が所定の電圧（例えば、中間リンク電圧）に保持されるように、中間リンク部２０の電圧に応じて、昇降圧チョッパ装置１５における放電モードと充電モードとを動作させる。

これにより、本実施形態による駆動システム１は、例えば、上り勾配、又は下り勾配などの様々な外乱の影響を受けた場合であっても、中間リンク部２０の電圧を所定の電圧（例えば、中間リンク電圧）に保持するように制御する。よって、本実施形態による駆動システム１は、気動車１００の車輪（ＷＨ１，ＷＨ２）を安定して駆動することができる。
また、本実施形態では、三相全波整流装置１２は、三相全波整流により直流電力を出力する簡易な構成であり、コンバータ装置のように電圧変換機能や定電力制御機能を備える必要がない。したがって、本実施形態による駆動システム１は、より簡易な構成により、気動車１００の車輪（ＷＨ１，ＷＨ２）を安定して駆動することができる。

また、本実施形態では、制御部３０は、中間リンク部２０の電圧が、所定の電圧（例えば、中間リンク電圧）以上の電圧値である第１の閾値より高くなった場合に、昇降圧チョッパ装置１５における充電モードを動作させて、直流電力を蓄電装置１４に充電させる。
これにより、例えば、気動車１００が下り勾配にさしかかる、又はブレーキが掛けられて回生電力が発生した場合、もしくは、補助電源変換装置１６が電力を供給する負荷部の負荷が低減した場合であっても、本実施形態による駆動システム１は、中間リンク部２０の電圧を安定させることができる。よって、本実施形態による駆動システム１は、中間リンク部２０の電圧が上昇する外乱が生じた場合などであっても、気動車１００の車輪（ＷＨ１，ＷＨ２）を安定して駆動することができる。また、本実施形態による駆動システム１は、中間リンク部２０の電圧が上昇した分の電力を、蓄電装置１４に充電して再利用可能にするので、エンジン１０の燃料の消費を節約することができる。

また、本実施形態では、制御部３０は、中間リンク部２０の電圧が、所定の電圧以下の電圧値である第２の閾値より低くなった場合に、昇降圧チョッパ装置１５における放電モードを動作させて、蓄電装置１４に充電された電力を中間リンク部２０に供給させる。
これにより、例えば、上り勾配にさしかかった場合、気動車１００の応加重（例えば、乗客）が増加した場合、又は補助電源変換装置１６が電力を供給する負荷部の負荷が増加した場合などであっても、本実施形態による駆動システム１は、中間リンク部２０の電圧を安定させることができる。よって、本実施形態による駆動システム１は、中間リンク部２０の電圧が低下する外乱が生じた場合であっても、気動車１００の車輪（ＷＨ１，ＷＨ２）を安定して駆動することができる。

また、本実施形態では、モータ（Ｍ１，Ｍ２）は、気動車１００の車輪（ＷＨ１，ＷＨ２）を駆動する。制御部３０は、気動車１００の絶対速度と、モータ（Ｍ１，Ｍ２）のロータ周波数とに基づいて、車輪（ＷＨ１，ＷＨ２）の径を検出し、検出した当該車輪（ＷＨ１，ＷＨ２）の径に応じて、所定の電圧（例えば、中間リンク電圧）を変更する。
これにより、本実施形態による駆動システム１は、車輪（ＷＨ１，ＷＨ２）の径の経年変化による駆動効率の低下を補正することができる。よって、本実施形態による駆動システム１は、例えば、車輪（ＷＨ１，ＷＨ２）の径が経年変化で摩耗した場合であっても、気動車１００の車輪（ＷＨ１，ＷＨ２）を安定して駆動することができる。

また、本実施形態では、ＶＶＶＦインバータ装置１３は、モータ（Ｍ１，Ｍ２）に生じる回生電力を直流化して中間リンク部２０に供給する機能を有する。
これにより、本実施形態による駆動システム１は、中間リンク部２０を介して、回生電力を蓄電装置１４に充電させることができる。よって、本実施形態による駆動システム１は、エンジン１０の燃料の消費を節約することができる。

また、本実施形態による駆動システム１は、補助電源変換装置１６を備えている。補助電源変換装置１６は、中間リンク部２０に接続され、中間リンク部２０に供給されている直流電力を、モータ（Ｍ１，Ｍ２）を駆動する交流電力とは異なる交流電力に変換し、変換した当該交流電力を気動車１００が備える負荷部に供給する。
これにより、本実施形態による駆動システム１は、負荷部に安定した電力を供給することができるとともに、負荷部の負荷変動が生じた場合であっても、中間リンク部２０の電圧を安定させることができる。よって、本実施形態による駆動システム１は、負荷部の負荷変動が生じた場合であっても、気動車１００の車輪（ＷＨ１，ＷＨ２）を安定して駆動することができる。

また、本実施形態による気動車１００は、上述した駆動システム１を備えている。
これにより、本実施形態による気動車１００は、駆動システム１と同様に、気動車１００の車輪（ＷＨ１，ＷＨ２）を安定して駆動することができる。

なお、上記の実施形態において、インバータ装置の一例として、昇降圧チョッパ装置１５を備える例を説明したが、昇降圧チョッパ装置１５の代わりに、昇圧チョッパ装置を備えてもよい。この場合、昇圧チョッパ装置は、充電モードにおいて、中間リンク部２０の電圧をそのまま蓄電装置１４に供給して蓄電装置１４の充電を行う。

また、上記の実施形態において、第１の閾値と、第２の閾値と、中間リンク電圧とは、同一の値であってもよい。すなわち、中間リンク電圧を第１の閾値及び第２の閾値として用いてもよい。
また、上記の実施形態において、制御部３０は、昇降圧チョッパ装置１５を充電モードに変更した後に、コンデンサ電圧が中間リンク電圧以下になった場合に、充電モードを解除させる例を説明したが、これに限定されるものではない。例えば、制御部３０は、コンデンサ電圧が第１の閾値以下になった場合に、充電モードを解除させてもよいし、他の閾値以下になった場合に、充電モードを解除させてもよい。また、制御部３０は、昇降圧チョッパ装置１５を放電モードに変更した後に、コンデンサ電圧が中間リンク電圧以上になった場合に、放電モードを解除させる例を説明したが、これに限定されるものではない。例えば、制御部３０は、コンデンサ電圧が第２の閾値以上になった場合に、放電モードを解除させてもよいし、他の閾値以上になった場合に、放電モードを解除させてもよい。

また、上記の実施形態において、車輪（ＷＨ１，ＷＨ２）の経年変化を補正する場合に、制御部３０は、中間リンク電圧の設定を変更する例を説明したが、中間リンク電圧の設定の変更とともに、第１の閾値、及び第２の閾値を併せて変更してもよい。

また、上記の実施形態において、昇降圧チョッパ装置１５は、充電モードと、放電モードと、切断モードとの３つもモードを備える例を説明したが、充電モードと、放電モードと、切断モードとの２つのモードを備える構成であってもよい。この場合、制御部３０は、常に昇降圧チョッパ装置１５を放電モードで動作させて、コンデンサ電圧が上昇した場合に、充電モードに切り替えて動作させてもよい。また、制御部３０は、常に昇降圧チョッパ装置１５を充電モードで動作させて、コンデンサ電圧が低下した場合に、放電モードに切り替えて動作させてもよい。

以上説明した少なくともひとつの実施形態によれば、エンジン１０の駆動により発電機１１が発電した交流電力を全波整流して中間リンク部２０に供給する三相全波整流装置１２と、中間リンク部２０の電圧に応じて、中間リンク電圧に保持されるように、昇降圧チョッパ装置１５の放電モードと充電モードとを動作させる制御部３０を持つことにより、より簡易な構成により、気動車１００の車輪（ＷＨ１，ＷＨ２）を安定して駆動することができる。

なお、実施形態における制御部３０の機能を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することにより上述した制御部３０における処理を行ってもよい。ここで、「記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行する」とは、コンピュータシステムにプログラムをインストールすることを含む。ここでいう「コンピュータシステム」とは、ＯＳや周辺機器等のハードウェアを含むものとする。
また、「コンピュータシステム」は、インターネットやＷＡＮ、ＬＡＮ、専用回線等の通信回線を含むネットワークを介して接続された複数のコンピュータ装置を含んでもよい。また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＣＤ−ＲＯＭ等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。このように、プログラムを記憶した記録媒体は、ＣＤ−ＲＯＭ等の非一過性の記録媒体であってもよい。

また、記録媒体には、当該プログラムを配信するために配信サーバからアクセス可能な内部又は外部に設けられた記録媒体も含まれる。なお、プログラムを複数に分割し、それぞれ異なるタイミングでダウンロードした後に制御部３０で合体される構成や、分割されたプログラムのそれぞれを配信する配信サーバが異なっていてもよい。さらに「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、ネットワークを介してプログラムが送信された場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリ（ＲＡＭ）のように、一定時間プログラムを保持しているものも含むものとする。また、上記プログラムは、上述した機能の一部を実現するためのものであってもよい。さらに、上述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるもの、いわゆる差分ファイル（差分プログラム）であってもよい。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

１…駆動システム、１０…エンジン、１１‥発電機、１２…三相全波整流装置、１３…ＶＶＶＦインバータ装置、１４…蓄電装置、１５…昇降圧チョッパ装置、１６…補助電源変換装置、１７…変圧器、１８…ブレーキチョッパ装置、１９…電圧検出部、２０…中間リンク部、３０…制御部、１００…気動車、ＦＣ１…フィルタコンデンサ、Ｋ１，Ｋ２，Ｋ３…接触器、Ｌ１，Ｌ２…中間リンク直流線、Ｍ１，Ｍ２…モータ、Ｒ１…ブレーキ抵抗器、ＷＨ１，ＷＨ２…車輪

Claims (5)

1. 発電機が発電した三相交流電力を全波整流して直流電力に変換し、前記直流電力を中間リンク部に供給する三相全波整流装置と、
   前記中間リンク部に供給された前記直流電力を、電動機を駆動する交流電力に変換するインバータ装置と、
   電力を充放電可能な蓄電装置と、
   前記中間リンク部に接続され、チョッパ方式で、前記蓄電装置の電圧を所定の電圧に変換して前記中間リンク部に供給する放電モードと、前記中間リンク部の電圧を、前記蓄電装置を充電可能な電圧に変換して前記蓄電装置に供給する充電モードとを少なくとも有するチョッパ装置と、
   前記中間リンク部の電圧が前記所定の電圧に保持されるように、前記中間リンク部の電圧に応じて、前記チョッパ装置における前記放電モードと前記充電モードとを切り替えて動作させる制御部と
   を備え、
   前記制御部は、
   前記中間リンク部の電圧が、前記所定の電圧以上の電圧値である第１の閾値より高くなった場合に、前記チョッパ装置における前記充電モードを動作させて、前記直流電力を前記蓄電装置に充電させ、
   前記中間リンク部の電圧が、前記所定の電圧以下の電圧値である第２の閾値より低くなった場合に、前記チョッパ装置における前記放電モードを動作させて、前記蓄電装置に充電された電力を前記中間リンク部に供給させる
   駆動システム。
2. 前記電動機は、気動車の車輪を駆動し、
   前記制御部は、
   前記気動車の絶対速度と、前記電動機のロータ周波数とに基づいて、前記車輪の径を検出し、検出した当該車輪の径に応じて、前記所定の電圧を変更する
   請求項１に記載の駆動システム。
3. 前記インバータ装置は、
   前記電動機に生じる回生電力を直流化して前記中間リンク部に供給する機能を有する
   請求項１又は請求項２に記載の駆動システム。
4. 前記中間リンク部に接続され、前記中間リンク部に供給されている前記直流電力を、前記電動機を駆動する交流電力とは異なる交流電力に変換し、変換した当該交流電力を気動車が備える負荷部に供給する補助電源変換装置を備える
   請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の駆動システム。
5. 請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の駆動システムを備える
   気動車。

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