JP7183396B2 - 駆動制御装置および鉄道車両用駆動装置 - Google Patents
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Description
発電機および電動機を使用して鉄道車両を駆動する鉄道車両用駆動装置を図1に示す。鉄道車両用駆動装置(以下、駆動装置という)1は、動力源である内燃機関2と、内燃機関2を制御する内燃機関制御部3と、内燃機関2の回転数を検出する速度センサ4と、内燃機関2に駆動されることで発電した電力を電動機5に供給する駆動制御装置10と、駆動制御装置10から供給される電力によって駆動され、鉄道車両の推進力を発生させる電動機5と、を備える。
また内燃機関制御部3は、内燃機関2の始動後は、運転指令信号S2が示す力行ノッチに対応する目標回転数に基づき、速度センサ4から取得した内燃機関2の実回転数を目標回転数に近づけるように、内燃機関2を制御する。なお内燃機関制御部3は、各力行ノッチに対応する目標回転数の値を予め保持している。
好ましくは、自励発電機11の発電容量は、他励発電機12の発電容量より小さい。
第1制御部15は、始動指令信号S1および運転指令信号S2に従って、第1電力変換部13の複数のスイッチング素子のオン・オフのタイミングを制御するスイッチング制御信号S3を出力する。具体的には、第1制御部15は、第1電力変換部13を、自励発電機11が発電した直流電力で充電されたコンデンサC1から供給される直流電力を交流電力に変換するDC(Direct Current:直流)-AC(Alternating Current:交流)コンバータ、または、他励発電機12から供給される交流電力を直流電力に変換するAC-DCコンバータとして動作させる。
また、第1制御部15は、始動指令信号S1がHレベルで、且つ、コンデンサC1の端子間電圧が、閾値電圧EFC1に達すると、第1電力変換部13を制御する。そして第1制御部15は、第1電力変換部13に、自励発電機11が発電した直流電力で充電されたコンデンサC1から供給される直流電力を交流電力に変換して、他励発電機12に供給させる。この結果、他励発電機12が励磁される。なお閾値電圧EFC1を、他励発電機12を励磁することが可能となる電圧とする。第1制御部15は、閾値電圧EFC1を予め保持している。
内燃機関2の停止時は、図2(A),(B)に示すように、始動指令信号S1はLレベルであり、運転指令信号S2は、ブレーキノッチB1を示す。図2(C)に示すように、内燃機関2の停止時の回転数をRPM0とする。図2(D)に示すように、内燃機関2の停止時は、自励発電機11は、停止している。図2(E)に示すように、内燃機関2の停止時にコンデンサC1は放電された状態であり、放電された状態のコンデンサC1の端子間電圧を電圧EFC0とする。図2(F)に示すように、内燃機関2の停止時は、他励発電機12は停止している。以降、始動指令信号S1がLレベルからHレベルになるタイミングを時刻T1とする。
自励発電機11の発電容量を他励発電機12の発電容量より小さくする場合、自励発電機11は、他励発電機12を励磁するための電力が得られる程度の小型の発電機から構成可能である。これにより、駆動制御装置10および駆動装置1の更なる小型化が可能となる。
駆動制御装置10の回路構成は、自励発電機11が発電した電力でコンデンサC1を充電し、コンデンサC1から供給される電力で他励発電機12を励磁できれば、任意である。図4に示す実施の形態2に係る駆動制御装置20は、一端が自励発電機11の一方の出力端子に接続される接触器Q1と、一端が接触器Q1の他端に接続され、他端がコンデンサC1の一端に接続される抵抗R1と、接触器Q1を制御する接触器制御部18と、をさらに備える。駆動制御装置20の構造は、接触器Q1と、抵抗R1と、接触器制御部18とを除いて、駆動制御装置10の構造と同じである。
接触器制御部18が接触器Q1を投入すると、接触器Q1の一端と他端は互いに接続される。この結果、自励発電機11と抵抗R1は互いに電気的に接続される。そして、コンデンサC1は、自励発電機11が発電した電力で充電される。なお抵抗R1が設けられていることで、接触器Q1の投入時に、コンデンサC1に突入電流が流れることが抑制される。
また接触器制御部18が接触器Q1を開放すると、接触器Q1の一端と他端は絶縁される。この結果、抵抗R1は、自励発電機11から電気的に切り離される。
図5(C)に示すように、始動指令信号S1が時刻T1においてLレベルからHレベルになったことに応答して、内燃機関制御部3は、内燃機関2を始動する。この結果、内燃機関2の回転数が回転数RPM0から上昇し始める。そして、図5(D)に示すように、内燃機関2の回転数の上昇に伴って、内燃機関2に駆動される自励発電機11が発電を開始する。また図5(G)に示すように、自励発電機11が発電した電力でコンデンサC1を充電するため、接触器制御部18は、時刻T1において、接触器Q1を投入する。この結果、図6に実線の矢印A3で示すように、自励発電機11から、接触器Q1を通って、コンデンサC1に電流が流れ、コンデンサC1が充電される。そして図5(E)に示すように、自励発電機11が発電した電力によってコンデンサC1が充電され、コンデンサC1の端子間電圧EFCが電圧EFC0から上昇し始める。図5(F)に示すように、他励発電機12は励磁されていないため、内燃機関2に駆動されても、発電を開始しない。
自励発電機11の発電容量を他励発電機12の発電容量より小さくする場合、自励発電機11は、他励発電機12を励磁するための電力が得られる程度の小型の発電機から構成可能である。これにより、駆動制御装置20および駆動装置1の更なる小型化が可能となる。
駆動制御装置10,20の回路構成は、自励発電機11が発電した電力でコンデンサC1を充電し、コンデンサC1から供給される電力で他励発電機12を励磁する回路であれば、任意である。図7に示す実施の形態3に係る駆動制御装置30は、自励発電機21を備える。また駆動制御装置30は、駆動制御装置20の構成に加え、一次端子が自励発電機21に接続され、二次端子の一方が接触器Q1の一端に接続され、自励発電機21から供給される交流電力を直流電力に変換して直流電力を出力する第2電力変換部22と、第2電力変換部22を制御する第2制御部23と、をさらに備える。駆動制御装置30の構造は、自励発電機21と、第2電力変換部22と、第2制御部23とを除いて、駆動制御装置20の構造と同じである。
図8(C)に示すように、始動指令信号S1が時刻T1においてLレベルからHレベルになったことに応答して、内燃機関制御部3は、内燃機関2を始動する。この結果、内燃機関2の回転数が回転数RPM0から上昇し始める。そして、図8(D)に示すように、内燃機関2の回転数の上昇に伴って、自励発電機21が発電を開始する。この結果、図9に実線の矢印A5で示すように、自励発電機21から第2電力変換部22に電流が流れる。
なお第2電力変換部22を停止させてから、接触器Q1を開放することが好ましい。この場合、接触器制御部18は、スイッチング制御信号S6を取得し、第2制御部23が第2電力変換部22を停止させたことを検出してから、接触器Q1を開放すればよい。
後続の動作は、実施の形態1と同様である。
一例として、駆動制御装置30を、駆動制御装置10と同様に、接触器Q1を備えない構成とすることができる。
また駆動装置1が電力を供給する機器、換言すれば、主インバータ14の二次端子に接続される負荷は、電動機5に限られず、空調機器、照明機器等の車載機器でもよい。この場合、主インバータ14は、CVCF(Constant Voltage Constant Frequency:定電圧定周波数)インバータから構成されればよい。
また他の一例として、接触器制御部18は、コンデンサC1の端子間電圧EFCが、閾値電圧EFC1以上である時間が定められた時間以上継続した場合に、接触器Q1を開放してもよい。
Claims (8)
- 内燃機関に連結され、前記内燃機関に駆動されて、電力を発電し、発電した電力を出力する自励発電機と、
前記内燃機関に連結され、励磁された状態で、前記内燃機関に駆動されて、電力を発電し、発電した電力を出力する他励発電機と、
前記他励発電機から一次端子を介して供給される電力を直流電力に変換して二次端子から出力し、または、前記二次端子を介して供給される直流電力を前記他励発電機に供給するための電力に変換して前記一次端子から出力する第1電力変換部と、
前記第1電力変換部の前記二次端子の間に接続されるコンデンサと、
を備え、
前記自励発電機の出力端子は、前記コンデンサに接続される、
駆動制御装置。 - 前記第1電力変換部が有するスイッチング素子を制御する第1制御部をさらに備え、
前記第1制御部が前記スイッチング素子を制御することで、前記第1電力変換部は、前記自励発電機が出力する電力によって充電された前記コンデンサから前記二次端子を介して供給される直流電力を前記他励発電機に供給するための電力に変換して前記一次端子から前記他励発電機に供給し、
前記他励発電機が前記第1電力変換部から電力を供給されて励磁された後に、前記第1制御部が前記スイッチング素子を制御することで、前記第1電力変換部は、前記他励発電機から前記一次端子を介して供給される電力を直流電力に変換して前記二次端子から出力する、
請求項1に記載の駆動制御装置。 - 前記自励発電機の発電容量は、前記他励発電機の発電容量より小さい、
請求項1または2に記載の駆動制御装置。 - 一端が前記自励発電機に接続され、他端が前記コンデンサに接続される接触器と、
前記接触器を制御する接触器制御部と、をさらに備え、
前記接触器制御部は、前記内燃機関の始動後に、前記接触器を投入する、
請求項1から3のいずれか1項に記載の駆動制御装置。 - 前記接触器制御部は、前記コンデンサの端子間電圧が閾値電圧以上の場合に、前記接触器を開放する、
請求項4に記載の駆動制御装置。 - 前記自励発電機は、前記内燃機関に連結し、前記内燃機関に駆動されると、直流電力を発電し、発電した直流電力を出力する直流発電機から構成される、
請求項1から5のいずれか1項に記載の駆動制御装置。 - 前記自励発電機は、前記内燃機関に連結し、前記内燃機関に駆動されると、交流電力を発電し、発電した交流電力を出力する交流発電機から構成され、
前記自励発電機から供給される交流電力を直流電力に変換し、変換した直流電力を前記コンデンサに供給する第2電力変換部をさらに備える、
請求項1から5のいずれか1項に記載の駆動制御装置。 - 内燃機関と、
請求項1から7のいずれか1項に記載の駆動制御装置と、を備え、
前記駆動制御装置は、前記第1電力変換部から供給される直流電力を負荷に供給するための電力に変換し、変換した電力を前記負荷に供給する主インバータをさらに有する、
鉄道車両用駆動装置。
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