KR20130100013A

KR20130100013A - 구동 시스템, 철도 차량용 구동 시스템 및 이것을 탑재한 철도 차량, 편성 열차

Info

Publication number: KR20130100013A
Application number: KR20137020112A
Authority: KR
Inventors: 사토루 이나리다; 고지 아가츠마; 겐토 모치즈키
Original assignee: 가부시키가이샤 히타치세이사쿠쇼
Priority date: 2011-01-31
Filing date: 2012-01-10
Publication date: 2013-09-06
Also published as: EP2671748B2; JP5918788B2; AU2012212816A1; CN103338967A; BR112013019259B1; JPWO2012105282A1; US9090165B2; JP5548280B2; BR112013019259A2; KR101536492B1; CN103338967B; PL2671748T3; ES2587723T3; US20130313059A1; WO2012105282A1; EP2671748A4; EP2671748B1; AU2012212816B2; JP2014140294A; PL2671748T5

Abstract

전화 구간, 비전화 구간 각각에 있어서 최적의 전원을 사용하는 방법으로서, 복수의 다른 전력원(가선, 엔진에 의해 구동되는 발전기, 연료 전지)에 대응하는 시스템이 제안되어 있다. 그러나 전력원마다, 다른 전력 변환기가 필요해지므로 열차의 편성 중량이 증대되고, 실장 스페이스를 확보할 필요가 있으므로 열차 편성 구성의 자유도가 저하되어, 보수 비용의 증대, 부품 개수 증대에 의한 신뢰성의 저하 등의 과제가 있었다. 복수의 다른 교류 전원 중, 최대 상수와 동일한 인원수의 교류 입력 단부를 갖고, 교류 전력을 직류로 변환하는 전력 변환 회로와, 상기 교류 전원과, 상기 전력 변환 회로의 접속 상태를 전환하는 전환 수단을 구비하고, 전원에 따라서 접속 상태를 전환한다.

Description

구동 시스템, 철도 차량용 구동 시스템 및 이것을 탑재한 철도 차량, 편성 열차 {DRIVING SYSTEM, DRIVING SYSTEM FOR RAILROAD-VEHICLE, AND RAILROAD-VEHICLE AND MULTI-CAR TRAIN MOUNTED WITH SAME}

본 발명은 전동기의 구동 장치에 관한 것으로, 특히 복수의 다른 전력원으로부터 전력을 얻는 철도 차량용 구동 장치에 관한 것이다.

철도에는 트롤리 와이어나 제3 레일을 통해 지상으로부터 열차로 전력을 공급하는 설비가 구비되어 있는 구간(이하, 「전화 구간」이라고 함)과, 지상으로부터의 전력 공급 설비가 없어 열차 자신이 갖고 있는 발전 수단에 의해 전력을 얻는(또는 동력원에 의해 동력을 얻는) 구간(이하, 「비전화 구간」이라고 함)의 2종류의 구간이 있다. 전화 구간에서는 열차의 제동 시에 발생하는 회생 전력을 다른 열차에서 소비하는 것이 가능하므로, 일반적으로 전화 방식의 쪽이 에너지 효율이 높아, 열차량이 많은 구간이 우선적으로 전화되는 경향이 있다. 또한, 최근에는, 에너지 단가의 앙등을 배경으로, 비전화 구간의 전화 계획이 진행되고 있다.

한편, 열차의 운용을 효율적으로 행하기 위해서는, 전화, 비전화 구간의 구별 없이 주행할 수 있는 열차가 기대된다. 이와 같은 열차를 실현하는 수단으로서는, 전력원/동력원을 갖지 않는 차량에 의해 구성되는 열차 편성을, 전화 구간에서는 전기 기관차로 견인하고, 비전화 구간에서는 내연 기관을 동력원으로 하는, 예를 들어 디젤 기관차로 견인하는 방식이 일반적으로 널리 사용되고 있다.

전기 기관차, 디젤 기관차에 관계없이 기관차는 많은 기기를 탑재하고 있고, 통상, 열차를 구성하는 객차의 몇 배의 중량이 있다. 예를 들어, 일본 내를 주행하고 있는 신칸센 열차와 같이, 구동 장치 등의 열차에 필요한 기능을 분산 배치한 동력 분산형의 열차와 비교하여, 기관차는 축중이 있는 차축에 의해, 궤도로의 데미지가 커지거나, 혹은 중량이 집중된 차량에 대해서는, 대용량의 브레이크 장치가 필요한 것 등의 이유에 의해, 열차의 고속화에 한계가 있다고 하는 과제가 있었다.

한편, 기능 분산형의 열차에 있어서는, 전화 구간용, 비전화 구간용의 각각으로 최적화할 필요가 있어, 공통화할 수 없다고 하는 과제가 있다.

이와 같은 과제에 대해, 특허문헌 1에서는, 가선 전압 또는 디젤 엔진(및 연료 전지/Gas Cell)에 의한 발전 수단, 즉 다른 전력원(문헌 1 Fig1:11 및 12, 21, 31) 및 이들의 전력원으로부터 얻어지는 전력을 직류 전압으로 변환하여 직류 전압으로 변화되는 전력 변환기(문헌 1 Fig1:13, 20, 32)를 갖고, 주행 구간에 맞추어, 이들을 적절하게 전환함으로써, 상기의 과제를 해소할 수 있는 철도용 차량 구동 장치 및 그것을 사용한 철도용 차량을 실현하는 수단이 게재되어 있다.

EP 1 186497 A1, Railway vehicle with power supply system, ALSTOM LHBGmbH

그러나, 상기 문헌 1에 있어서는 전력원(가선, 엔진에 의해 구동되는 발전기, 연료 전지)마다, 전력원의 전압을 직류 전압(문헌 1 Fig1:1)으로 변환하는 적절한 전력 변환기가 필요(문헌 1 Fig1:13, 25, 32)해지므로 열차의 편성 중량이 증대되고, 실장 스페이스를 확보할 필요가 있으므로 열차 편성 구성의 자유도가 저하되어, 보수 비용의 증대, 부품 개수 증대에 의한 신뢰성의 저하 등의 과제가 있었다. 또한, 기기수가 많아 1량에 들어가지 않으므로, 복수의 차량에 기기를 분산 배치할 필요가 있어, 편성 구성상의 자유를 방해한다고 하는 과제도 있다.

교류 전력을 직류 전력으로 변환하는 제1 전력 변환 회로와, 제1 전력 변환 회로에서 변환된 직류 전력을 전원으로 하여 전동기를 구동하는 제2 전력 변환 회로를 구비하고, 제1 전력 변환 회로는 복수의 교류 전원과 각각 접속되어 있고, 복수의 교류 전원과 제1 전력 변환 회로 사이에 접속되어, 복수의 교류 전원의 일부를 제1 전력 변환 회로와 접속시키는 전환 수단을 구비하고, 제1 전력 변환 회로는 전환 수단에 의해 접속된 교류 전원에 따른 전력 변환 동작을 행한다.

또는, 서로 다른 상수의 교류 전력을 공급하는 복수의 교류 전원을 갖고 있고, 제1 전력 변환 회로는 전환 수단에 의해 접속된 교류 전원이 공급하는 교류 전력의 상수에 따라서, 당해 교류 전력을 직류 전력으로 변환하는 동작을 행한다.

또는, 복수의 다른 교류 전원 중, 최대 상수가 되는 교류 전원의 상수와 대응하는 수의 교류 입력 단부를 적어도 갖고, 접촉기에 의해 접속된 교류 전원의 교류 전력에 따라서 반도체 소자를 동작시켜, 당해 교류 전력을 직류 전력으로 변환한다.

본 발명에 따르면, 복수의 교류 전원으로부터 공급되는 교류 전력을 직류 전력으로 변환하는 전력 변환 회로를 공유화하여, 가동률을 올림으로써, 전력 변환 장치를 교류 전원마다 구비할 필요가 없어져, 복수의 다른 교류 전원을 갖는 구동 시스템의 소형, 경량화, 간략화가 가능해진다. 또한, 철도 차량 편성에 적용한 경우에는, 다른 교류 전원으로의 대응이 가능하면서, 열차의 편성 중량 저감, 보수 비용 저감, 부품 개수 감소에 의한 신뢰성 향상을 기대할 수 있다. 또한, 장치의 소형, 경량화에 수반하여, 장치의 실장의 자유도가 증가하여, 열차 편성 구성의 자유도도 증대되므로, 보다 범용성이 높은 철도 차량을 제공하는 것이 가능해진다.

도 1은 본 발명의 일 실시 형태를 도시하는 구동 시스템도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 형태를 도시하는 구동 시스템도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 형태를 도시하는 구동 시스템도이다.
도 4는 종래 기술을 적용한 열차 편성의 구성예를 도시하는 도면이다.
도 5는 본 발명을 적용한 열차 편성의 구성예를 도시하는 도면이다.
도 6은 종래 기술의 일례를 도시하는 구동 시스템도이다.
도 7은 본 발명을 5량 편성에 적용했을 때의 구성예를 도시하는 도면이다.
도 8은 본 발명을 6량 편성에 적용했을 때의 구성예를 도시하는 도면이다.
도 9는 본 발명을 8량 편성에 적용했을 때의 구성예를 도시하는 도면이다.
도 10은 본 발명을 7량 편성에 적용했을 때의 구성예를 도시하는 도면이다.
도 11은 본 발명을 5량 편성에 적용했을 때의 다른 구성예를 도시하는 도면이다.
도 12는 본 발명을 5량 편성에 적용했을 때의 다른 구성예를 도시하는 도면이다.

이하, 본 발명의 실시 형태에 대해, 도면을 사용하여 설명한다. 본 발명을 구성하는 철도 차량용 구동 시스템의 예 및 철도 차량 편성으로의 적용예를 도 1 내지 도 6을 사용하여 설명한다.

〔실시예 1〕

도 1에 도시한 바와 같이 본 실시예의 구동 시스템은 단상 교류 전원인 변전소와 접속되는 가선(도시하지 않음)으로부터 단상 교류 전력을 도입하는 집전 장치(1)와, 가선 전압을 강압하는 주변압기(11)를 구비하고, 주변압기(11)의 저압측에는 권선이 2개 배치되어 있고, 각 권선에는 단상 교류가 공급된다. 또한, 구동 시스템은 자기 소호 능력을 갖는 반도체 소자(예를 들어, IGBT)와 다이오드가 역병렬로 접속된 접속체를 2개 직렬 접속하여 구성된 스위칭 회로를 2상분 구비한 교류 전력을 직류 전력으로 변환하는 전원용 전력 변환 회로(21) 및 전원용 전력 변환 회로(22)와, 상기 주변압기(11)와 상기 전원용 전력 변환 회로(21, 22) 사이에 접속된 접촉기(12)와, 상기 전원용 전력 변환 회로(21, 22)의 직류측에 접속되어 직류 전압을 평활하는 평활 콘덴서(3)와, 상기 평활 콘덴서(3)의 양단부의 전압을 전압원으로 하여, 반도체 소자의 조합에 의해 구성되어 주전동기(5)를 구동하는 전동기 구동용 변환 회로(4)와, 엔진 및 상기 엔진과 연결한 발전기로 이루어져 3상 교류 전원을 공급하는 발전 유닛(6)과, 상기 주변압기(11)와 상기 전원용 전력 변환 회로(21, 22)의 접속점[상기 전원용 전력 변환 회로(21, 22)의 교류측]과, 상기 발전 유닛(6)의 3상 교류 출력 사이에 접속된 접촉기(13)를 갖는 철도 차량용 구동 시스템이다.

도 1의 예에서는 열차가 가선 아래, 즉 전화 구간을 주행하고 있는 경우에 있어서는 상기 접촉기(12)를 폐쇄하고, 상기 접촉기(13)를 개방한다. 상기 전원용 전력 변환 회로(21, 22)에는 주변환기(11)로부터 각각 단상 교류 전력이 공급되므로, 상기 전원용 전력 변환 회로(21, 22)를 구성하는 반도체 소자를 단상 교류를 직류로 변환하도록 적절하게 스위칭시킴으로써, 가선으로부터 공급되는 단상의 교류 전압을 상기 전원용 전력 변환 회로(21, 22)에 의해 변환하여, 직류 전압을 얻고, 전동기 구동용 변환 회로(4)에 의해 주전동기(5)를 구동한다.

한편, 열차가 가선이 없는 구간, 즉 비전화 구간을 주행하고 있는 경우에는 상기 접촉기(12)를 개방하고, 상기 접촉기(13)를 폐쇄한다. 여기서, 발전 유닛(6)으로부터 공급되는 3상 교류의 2상분은 상기 전원용 전력 변환 회로(21)의 교류측에 접속되고, 남은 1상분은 상기 전원용 전력 변환 회로(22)를 구성하는 2상분의 전력 변환 회로의 1상분(221)을 구성하는 반도체 소자에 접속되어 있다. 상기 전원용 전력 변환 회로(22)의 1상분(221)을 구성하는 반도체 소자와, 상기 전원용 전력 변환 회로(21)의 2상분의 전력 변환 회로를 3상 교류를 직류로 변환하도록 적절하게 스위칭시켜, 상기 발전 유닛(6)의 3상 교류 출력 전압을 직류 전압으로 변환한다. 또한, 이때 상기 전원용 전력 변환 회로(22)의 스위칭 동작하고 있지 않은 1상분(222)을 구성하는 반도체 소자에 대해서는, 불필요한 스위칭을 방지하기 위해 오프 지령을 부여한다. 여기서, 차량이 가선 아래(전화 구간)를 주행 중이며 가선이 이상 상태인 경우에, 상술한 제어를 행하여도 본 발명의 효과를 얻을 수 있다.

여기서, 비교를 위해 도 6에 도시한 종래예와의 차이로부터, 본 발명으로부터 얻어지는 이점에 대해 간단하게 설명한다. 또한, 도 1과 동일한 기능을 갖는 부분에 대해서는 동일한 번호로 나타내고, 여기서는 설명하지 않는다. 도 6의 예에서는, 주변압기(11) 전용의 전원용 전력 변환 회로(21과 22) 및 발전 유닛(6) 전용의 3상 전원용 전력 변환 회로(61)를 구비하고 있다.

이에 대해, 본 발명에서는 전원의 변경(가선 또는 발전 유닛)에 따라서 도 1에 도시하는 접촉기(12, 13)를 전환함으로써, 직류 전력을 생성하는 전력 변환 회로를 구성하는 반도체 소자를 공유화하고, 전원용 전력 변환 회로(21, 22)에, 이들이 갖는 본래의 기능인, 주변압기(11)의 교류 출력을 직류 전압으로 변환하는 전원용 전력 변환 회로의 기능에 추가하여, 발전 유닛(6)의 3상 교류 출력 전압을 직류 전압으로 변환하는 기능을 갖게 함으로써, 전력 변환 회로의 수를 감소시켜 구동 시스템의 소형, 경량화를 도모할 수 있다.

본 발명의 열차 편성에 있어서의 효과를 도 4 및 도 5를 사용하여 설명한다. 도 5에 도시한 바와 같이 종래의 구동 시스템에서는 차량의 실장 스페이스와 장치의 용적, 중량의 제약으로부터, 주변압기(11)와, 전원용 전력 변환 회로(21, 22), 평활 콘덴서(3), 구동용 전력 변환 회로(4)로 이루어지는 전력 변환 장치부와, 발전 유닛(6) 및 3상 전원용 전력 변환 회로(61)를 각각 다른 차량에 실장할 필요가 있었다. 이로 인해, 차량 사이에 걸치는 전선의 수가 증가하기 때문에 전선에 의한 중량 증대나 실장 비용의 증대 등의 과제가 있었다. 또한, 3량 편성 이상의 열차밖에 대응할 수 없다고 하는 과제가 있었다.

본 발명에 따르면, 전원용 전력 변환 회로(21, 22), 평활 콘덴서(3), 구동용 전력 변환 회로(4)로 이루어지는 전력 변환 장치부와, 발전 유닛(6)과, 접촉기(12, 13)를 동일 차량에 실장할 수 있으므로, 차량 사이를 걸치는 전선수를 종래 시스템과 비교하여 적게 할 수 있어, 열차의 경량화, 저비용화, 고신뢰화를 실현할 수 있다. 또한, 최소 차량수가 2량이 되기 때문에 편성 열차를 조립하기 위해 자유도가 높아진다. 예를 들어, 5량 편성의 편성 열차가 필요해지는 경우에, 종래예에서는 하나의 구동 시스템(3량)과 구동 시스템을 탑재하지 않은 2차량을 연결하여 편성 열차를 구성하게 되지만, 본 발명에서는 하나의 구동 시스템(2량)과 구동 시스템을 탑재하지 않은 3차량을 연결한 편성 열차, 또는 2개의 구동 시스템(4량)과 구동 시스템을 탑재하지 않은 1차량을 연결한 편성 열차 중 어느 하나를 필요한 구동력에 따라서 선택하는 것이 가능해져, 편성의 자유도가 높아진다. 또한, 적은 차종수로 열차 편성을 구성할 수 있다고 하는 장점이 얻어진다. 이 결과, 차량 관리, 운용의 관점으로부터도 자유도가 높아져, 보수, 운용을 용이하게 할 수 있다.

도 1에 도시하는 구동 시스템의 비전화 구간 주행 시에 있어서의 운전 방법으로서, 본 실시예에서는, 상술한 바와 같이 1상분(222)을 구성하는 반도체 소자에는 불필요한 스위칭을 방지하기 위해 오프 지령을 부여하고, 상기 전원용 전력 변환 회로(22)의 1상분(221)을 구성하는 반도체 소자와, 상기 전원용 전력 변환 회로(21)의 2상분의 전력 변환 회로에는 적절하게 스위칭시키는 것을 설명하였다. 그러나, 비전화 구간 주행 시에 있어서의 다른 운전 방법으로서, 하기와 같이 운전 방법도 적용 가능하다. 접촉기(12)를 개방하고, 접촉기(13)를 폐쇄하여, 전원용 전력 변환 회로(21, 22)를 구성하는 반도체 소자 전체에 오프 지령을 부여한다. 이 경우, 전원용 전력 변환 회로(21, 22)를 구성하는 각 반도체 소자에 역병렬로 접속된 다이오드에 의해, 다이오드 정류 회로가 구성되게 되므로, 발전 유닛(6)의 출력인 3상 교류 전압을 전원용 전력 변환 회로(21, 22)에 의해 정류하는 것이 가능해져, 이 운전 방법에 있어서도 본 발명의 목적을 달성할 수 있다.

여기서, 열차가 전화 구간과 비전화 구간 중 어느 쪽을 주행하고 있는지는, 팬터그래프 전압의 검출 결과에 의해 판단해도 된다. 또한, 속도 발전기나 GPS에 의해 생성되는 열차의 주행 위치와, 미리 기억해 둔 전화 구간의 위치 정보를 비교한 결과에 의해 판단해도 된다. 또한, 지상자 등의 지상측 설비로부터 전화/비전화 구간의 정보를 수신하여 판단하는 것도 가능하다.

또한, 차량이 가선 아래(전화 구간)를 주행 중이며 가선이 이상 상태인지 여부의 판단은 팬터그래프 전압의 검출 결과에 의해 판단하는 것이 가능하다.

전원용 전력 변환 회로(21, 22)를 구성하는 반도체 소자의 전류 용량은 가선으로부터 전원을 얻는 경우의 최대 전력 및 발전 유닛(6)으로부터 전원을 얻는 경우의 최대 전력이 큰 쪽에 맞추어 설계하는 것은 물론이다.

또한, 도 1의 예에서는, 주변압기(11)는 구동 시스템용 저압 권선이 2권인 경우를 예로 들고 있지만, 저압 권선을 4권으로 하여 2개의 구동 시스템에 전원을 공급해도 되고, 저압 권선을 6권으로 하여 3개의 구동 시스템에 전원을 공급해도 된다. 혹은, 저압 권선의 권수를 더욱 많게 하여, 4개 이상의 복수의 구동 시스템에 전원을 공급해도 된다.

실시예 1에서는 하나의 구동 시스템에 대해 2개의 저압 권선으로부터 전력을 공급하는 예를 들고 있지만, 본 발명은 이에 한정되지 않고, 저압 권선의 수는 3개 이상이어도 된다. 또한, 하나의 구동 시스템에 대해 전력을 공급하는 발전 유닛은 하나일 필요는 없고, 2개 이상의 발전 유닛을 접속해도 된다. 이와 같이 구동 시스템 내에 다수의 저압 권선 또는 발전 유닛으로부터 전력이 공급되는 경우에 있어서, 전원용 전력 변환 회로(21, 22)는 복수의 다른 교류 전원 중, 최대 상수가 되는 교류 전원의 상수와 대응하는 수의 교류 입력 단부를 적어도 갖고, 접촉기에 의해 접속된 교류 전원의 교류 전력에 따라서 반도체 소자를 동작시켜, 당해 교류 전력을 직류 전력으로 변환한다.

〔실시예 2〕

다음에, 도 2를 사용하여 다른 실시예에 대해 설명한다. 도 2는 주변압기(11)의 저압측의 1권선에 대해 하나의 구동 시스템이 접속되는 경우의 예이다. 도 2의 예에서는 주변압기(11)의 저압측의 1권선에 전원용 전력 변환 장치(21)가 접속되어 있고, 저압측의 1권선과 전원용 전력 변환 장치(21) 사이에는 접촉기(14)가 접속되어 있다. 즉, 도 1에 있어서의 접촉기(12) 대신에, 1상분(2상) 타입의 접촉기(14)가 접속되어 있다. 또한, 도 1에 있어서의 전원용 전력 변환 회로(22) 대신에, 전력 변환 회로 1상분의 전원용 전력 변환 회로(23)를 구비한다. 즉, 발전 유닛(6)으로부터 공급되는 3상 교류의 2상분은 상기 전원용 전력 변환 회로(21)의 교류측에 접속되고, 남은 1상분은 상기 전원용 전력 변환 회로(23)의 교류측에 접속되어 있다. 다른 부분의 구성 및 동작은 실시예 1과 동일하다.

도 2의 예에서는, 가선 아래, 즉 전화 구간에 있어서는 상기 접촉기(14)를 폐쇄하고, 상기 접촉기(13)를 개방하고, 가선을 전원으로 하여 상기 전원용 전력 변환 회로(21)를 구성하는 반도체 소자를 단상 교류를 직류로 변환하도록 적절하게 스위칭시켜, 직류 전압을 얻고, 전동기 구동용 변환 회로(4)에 의해 주전동기(5)를 구동한다. 이때, 상기 전원용 전력 변환 회로(23)를 구성하는 반도체 소자에 대해서는, 불필요한 스위칭을 방지하기 위해 오프 지령을 부여한다.

한편, 가선이 없는 구간, 즉 비전화 구간에서는, 상기 접촉기(14)를 개방하고, 상기 접촉기(1)를 폐쇄하고, 상기 전원용 전력 변환 회로(21)와, 상기 1상분의 전원용 전력 변환 회로(23)를 구성하는 반도체 소자를 3상 교류를 직류로 변환하도록 적절하게 스위칭시켜, 상기 발전 유닛(6)의 3상 교류 출력을 직류로 변환한다.

이에 의해, 실시예 1의 경우와 마찬가지로, 가선으로부터 전력을 얻는 경우에 필요한 전력 변환 회로와, 발전 유닛(6)으로부터 전력을 얻는 경우에 필요한 전력 변환 회로를 개별로 구비할 필요가 없어져, 구동 시스템을 소형, 경량화할 수 있다.

도 2에 도시하는 구동 시스템의 비전화 구간에 있어서의 운전 방법으로서, 본 실시예에서는, 상술한 바와 같이 상기 전원용 전력 변환 회로(22) 및 상기 전원용 전력 변환 회로(23)를 구성하는 반도체 소자를 적절하게 스위칭시키는 것을 설명하였지만, 비전화 구간에 있어서의 다른 운전 방법으로서, 하기와 같이 운전 방법도 적용 가능하다. 비전화 구간에 있어서 접촉기(14)를 개방하고, 접촉기(13)를 폐쇄하고, 전원용 전력 변환 회로(21, 23)를 구성하는 복수의 반도체 소자 전체에 오프 지령을 부여한다. 이 경우, 각 반도체 소자에 역병렬로 접속된 다이오드에 의해, 다이오드 정류 회로가 구성되게 되므로, 발전 유닛(6)의 출력인 3상 교류 전압을 정류하는 것이 가능해져, 이 운전 방법에 있어서도 본 발명의 목적을 달성할 수 있다.

〔실시예 3〕

다음에, 도 3을 사용하여 다른 실시예에 대해 설명한다. 도 3은 주변압기(11)의 저압측의 1권선에 대해 하나의 구동 시스템이 접속되는 경우의 실시예이고, 도 2와는 다른 실시예이다.

도 3에 있어서는, 도 2에 도시하는 실시예의 1상분의 전력 변환 회로(23) 대신에, 다이오드로 이루어지는 전력 변환 회로(24)를 적용한 것이다. 다른 부분의 구성은 실시예 1이나 실시예 2와 동일하다.

도 3의 예에서는, 가선 아래, 즉 전화 구간에 있어서는 상기 접촉기(14)를 폐쇄하고, 상기 접촉기(13)를 개방하고, 가선을 전원으로 하여 상기 전원용 전력 변환 회로(21)를 구성하는 반도체 소자를 단상 교류를 직류로 변환하도록 적절하게 스위칭시켜, 직류 전압을 얻고, 전동기 구동용 변환 회로(4)에 의해 주전동기(5)를 구동한다.

한편, 가선이 없는 구간, 즉 비전화 구간에서는 상기 접촉기(14)를 개방하고, 상기 접촉기(13)를 폐쇄하고, 전원용 전력 변환 회로(21)를 구성하는 반도체 소자에 오프 지령을 부여하고, 상기 전원용 전력 변환 회로(21)를 구성하는 다이오드 및 전력 변환 회로(24)에 의해 구성되는 정류 회로에 의해, 상기 발전 유닛(6)의 3상 교류 출력을 직류로 정류한다.

이에 의해, 비전화 구간에 있어서, 상기 전원용 전력 변환 회로(21) 및 다이오드 정류 회로인 상기 전력 변환 회로(24)에 의해 발전 유닛(6)의 3상 교류 출력으로부터 직류를 얻는 것이 가능해진다. 도 3의 예에서는, 도 2보다도 장치의 가일층의 소형, 경량화를 기대할 수 있다.

도 2 및 도 3에 도시한 실시예 2, 3에 있어서, 전원용 전력 변환 회로(21)를 구성하는 반도체 소자의 전류 용량은 가선으로부터 전원을 얻는 경우의 최대 전력 및 발전 유닛(6)으로부터 전원을 얻는 경우의 최대 전력이 큰 쪽에 맞추어 설계한다. 또한, 전원용 전력 변환 회로(23)를 구성하는 반도체 소자, 또는 전력 변환 회로(24)를 구성하는 다이오드의 전류 용량은 발전 유닛(6)으로부터 전원을 얻는 경우의 최대 전력에 맞추어 설계한다.

여기서, 가선으로부터 전력을 얻고 있는 경우의 최대 전력보다도, 차 위의 발전 유닛(6)으로부터 전력을 얻고 있는 경우의 최대 전력이 작은 경우에는, 전원용 전력 변환 회로(23)를 구성하는 반도체 소자, 또는 전력 변환 회로(24)를 구성하는 다이오드의 전류 용량ㆍ냉각 장치의 냉각 용량을 전원용 전력 변환 회로(21)보다도 소용량화할 수 있어, 가일층의 소형, 경량화를 기대할 수 있다.

또한, 도 1 내지 도 3에 기재된 각 실시예에 있어서, 전력 변환 회로(21, 22, 23, 24, 4)의 직류측에는 평활 콘덴서(3)만이 도시되어 있지만, 교류 전원의 정류에 수반하는 정류 리플을 제거하는 필터 회로가 접속되어 있어도 본 발명의 효과에 영향은 없다. 물론, 상기 평활 콘덴서(3)에 상기 평활 콘덴서(3)를 전압원으로 하여 차 위의 전기 기기(예를 들어, 조명 기기, 공조 기기 등)에 전원을 공급하는 보조 전원 장치 APS를 접속해도 본 발명의 효과가 얻어지는 것은 물론이다. 또한, 도 1 내지 도 3의 예에 있어서의 접촉기(12, 13, 14)는 접점식이든(온, 오프 지령으로 도통 상태를 전환함), 반도체 방식이든 본 발명의 효과에는 영향을 미치지 않는다.

도 2, 도 3에 도시한 실시예 2, 3에서는, 주변압기(11)는 구동 시스템용 저압 권선이 1권인 경우를 예로 들고 있지만, 저압 권선을 2권 이상으로 하여, 2개 이상의 구동 시스템에 전원 공급해도 된다.

상술한 각 실시예에서는, 복수의 전원으로서, 엔진과 발전기로 이루어지는 발전 유닛(6), 가선을 예로 들었지만, 전원은 이들로 한정되지 않고, 교류 전력이 발생하는 다른 전원으로의 치환도 가능하고, 또한 교류 전력이 발생하는 다른 전원을 추가적으로 접속하는 것도 가능하다. 그때는, 다른 전원이 3상 교류 전원인 경우에는, 각 실시예에 있어서의 전원 유닛(6)과 마찬가지로 전력 변환 회로로 접속되고, 다른 전원이 단상 교류 전원인 경우에는 각 실시예에 있어서의 주변압기(11)와 마찬가지로 전력 변환 회로로 접속된다.

상술한 각 실시예에서 설명한 구동 시스템을 탑재하는 철도 차량을 복수 연결하여, 복수의 구동 시스템을 탑재하는 편성 열차를 구성하는 것이 가능하다. 또한, 각 실시예에서 설명한 구동 시스템을 1개 탑재하는 철도 차량과 구동 시스템을 탑재하지 않은 철도 차량을 연결하여 하나의 구동 시스템을 탑재하는 편성 열차를 구성하는 것도 가능하다.

〔실시예 4〕

다음에, 실시예 1 내지 3의 각 실시예에서 설명한 구동 시스템을, 복수 차량이 연결된 편성 열차에 적용했을 때의 일 실시예에 대해, 도 7, 도 8, 도 9를 사용하여 설명한다.

도 7에서는 5개의 차량 1 내지 5에 의해 편성 열차가 구성된다. 차량 2, 3, 4에는 엔진과 발전기로 구성되는 발전 유닛(6)과, 전원용 전력 변환 회로(21, 22)로 구성되는 컨버터와, 주전동기(5)와, 전동기 구동용 변환 회로(4)와, 접촉기(12, 13)가 탑재되어 있고, 접촉기(12)가 접속된 경우에는, 컨버터는 주변압기(11)로부터 공급되는 단상의 교류 전력을 직류 전력으로 변환하여 전동기 구동용 변환 회로(4)로 공급한다. 여기서, 차량(2)에 탑재된 컨버터는 차량 1에 탑재된 주변압기(11)의 저압측의 2권선과 접촉기(12)를 통해 접속되고, 차량 3, 4에 탑재된 컨버터는 차량 5에 탑재된 주변압기(11)의 저압측의 2권선과 접촉기(12)를 통해 각각 접속되어 있다.

도 7에서는, 실시예 1의 기재와 같이, 주변압기(11)의 저압측의 2권선에 대해 하나의 구동 시스템이 접속되는 경우이며, 전원용 전력 변환 회로(21, 22)로 구성되는 컨버터를 탑재하는 예를 나타내고 있지만, 주변압기(11)의 저압측의 1권선에 대해 하나의 구동 시스템이 접속되는 경우에, 실시예 2와 같이, 컨버터를 전원용 전력 변환 회로(21)와 전원용 전력 변환 회로 1상분(23)으로 구성하는 것도 가능하고, 실시예 3과 같이, 컨버터를 전원용 전력 변환 회로(21)와 다이오드로 이루어지는 전력 변환 회로(24)로 구성하는 것도 가능하다.

차량 1, 5에는 집전 장치(1)와, 주변압기(11)와, 보조 전원 장치 APS가 탑재되어 있고, 보조 전원 장치 APS는 복수의 구동차에 탑재된 복수의 컨버터의 직류측과 접속되어, 컨버터로부터 공급되는 직류 전력을 상용 주파수의 교류 전력이나 주 회로의 직류 전력보다도 저압의 직류 전력으로 변환하여, 편성 열차의 각 차량 1 내지 5에 탑재된 조명 기기, 공조 기기 등의 보조 기계에 전원을 공급한다. 여기서, 보조 전원 장치 APS는 복수의 컨버터의 직류측의 어느 하나와 접속할 수 있도록, 접속처를 선택할 수 있는 선택 수단을 구비하고 있고, 일부의 컨버터에 이상이 발생한 경우라도, 다른 컨버터로부터 직류 전력의 공급을 받는 것이 가능해지도록 구성된다.

도 8은 도 7에 도시한 편성 열차에, 발전 유닛과 컨버터와 인버터와 전동기와 주변압기를 모두 탑재하고 있지 않은 차량을 차량 3으로서 추가한 구성이다. 이와 같이, 필요로 하는 수송량에 따라서 1량 이상의 비구동차를 적절하게 추가하는 것이 가능하다.

도 9에서는 8개의 차량 1 내지 8에 의해 편성 열차가 구성된다. 차량 2, 3, 6, 7에는 엔진과 발전기로 구성되는 발전 유닛(6)과, 전원용 전력 변환 회로(21, 22)로 구성되는 컨버터와, 주전동기(5)와, 전동기 구동용 변환 회로(4)가 탑재되어 있고, 컨버터는 주변압기(11) 또는 발전 유닛(6)으로부터 공급되는 교류 전력을 직류 전력으로 변환하여 전동기 구동용 변환 회로(4)로 당해 직류 전력을 공급한다. 여기서, 차량 2, 3에 탑재된 컨버터는 차량 1에 탑재된 주변압기(11)의 저압측의 2권선과 접속되고, 차량 6, 7에 탑재된 컨버터는 차량 8에 탑재된 주변압기(11)의 저압측의 2권선과 각각 접속되어 있다.

도 9에서는 실시예 1에 기재한 바와 같이, 주변압기(11)의 저압측의 2권선에 대해 하나의 구동 시스템이 접속되는 경우이며, 전원용 전력 변환 회로(21, 22)로 구성되는 컨버터를 탑재하는 예를 나타내고 있지만, 주변압기(11)의 저압측의 1권선에 대해 하나의 구동 시스템이 접속되는 경우에, 실시예 2와 같이, 컨버터를 전원용 전력 변환 회로(21)와 전원용 전력 변환 회로 1상분(23)으로 구성하는 것도 가능하고, 실시예 3과 같이, 컨버터를 전원용 전력 변환 회로(21)와 다이오드로 이루어지는 전력 변환 회로(24)로 구성하는 것도 가능하다.

양단부의 차량 1, 8에는 집전 장치(1)와, 주변압기(11)와, 보조 전원 장치 APS가 탑재되어 있고, 차량 5에는 보조 전원 장치 APS가 탑재되어 있다. 차량 4는 보조 전원 장치 APS나 주변압기(11)나 발전 유닛이나 전동기 등이 탑재되어 있지 않은 차량이다. 차량 1, 5, 8에 탑재된 보조 전원 장치 APS는 복수의 구동차에 탑재된 복수의 컨버터의 직류측과 접속되어, 컨버터로부터 공급되는 직류 전력을 상용 주파수의 교류 전력이나 주회로의 직류 전력보다도 저압의 직류 전력으로 변환하여, 편성 열차의 각 차량 1 내지 8에 탑재된 조명 기기, 공조 기기 등의 보조 기계에 전원을 공급한다. 여기서, 보조 전원 장치 APS는 복수의 컨버터의 직류측의 어느 한쪽과 접속할 수 있도록, 접속처를 선택할 수 있는 선택 수단을 구비하고 있고, 일부의 컨버터에 이상이 발생한 경우라도, 다른 컨버터로부터 직류 전력의 공급을 받는 것이 가능해지도록 구성된다.

도 10은 도 9에 도시하는 편성 열차로부터 보조 전원 장치 APS가 탑재되어 있는 비구동차의 차량 5를 제거하여, 7량 편성으로 한 예이다. 이와 같이, 필요로 하는 수송량이나 보조 전원의 전력이나 구동력에 따라서, 총 차량수나 보조 전원 장치 APS의 탑재수나 전동기를 탑재한 차량이나 구동차의 수를 적절하게 조정하는 것이 가능하다.

도 11에서는 5개의 차량 1 내지 5에 의해 편성 열차를 구성하여, 중앙의 차량 2, 3, 4에 발전 유닛과 컨버터와 인버터와 전동기를 탑재하고, 양단부의 차량 1, 5에는 전동기 등을 탑재하지 않은 구성으로 하고 있다. 차량 2, 3, 4에는 엔진과 발전기로 구성되는 발전 유닛(6)과, 전원용 전력 변환 회로(21, 22)로 구성되는 컨버터와, 주전동기(5)와, 전동기 구동용 변환 회로(4)가 탑재되어 있고, 컨버터는 주변압기로부터 공급되는 교류 전력을 직류 전력으로 변환하여 전동기 구동용 변환 회로(4)로 당해 직류 전력을 공급한다. 여기서, 차량 2, 3, 4에 탑재된 각 컨버터는 차량 5에 탑재된 주변압기(11)의 저압측의 2권선과 접속되어 있다.

도 11에서는 실시예 1의 기재와 같이, 주변압기(11)의 저압측의 2권선에 대해 하나의 구동 시스템이 접속되는 경우이며, 전원용 전력 변환 회로(21, 22)로 구성되는 컨버터를 탑재하는 예를 나타내고 있지만, 주변압기(11)의 저압측의 1권선에 대해 하나의 구동 시스템이 접속되는 경우에, 실시예 2와 같이, 컨버터를 전원용 전력 변환 회로(21)와 전원용 전력 변환 회로 1상분(23)으로 구성하는 것도 가능하고, 실시예 3과 같이, 컨버터를 전원용 전력 변환 회로(21)와 다이오드로 이루어지는 전력 변환 회로(24)로 구성하는 것도 가능하다.

차량 5에는 집전 장치(1)와, 주변압기(11)와, 보조 전원 장치 APS가 탑재되어 있다. 주변환기(11)는 차량 2, 3, 4에 탑재된 컨버터로 전력을 공급하기 위해, 저압측의 권선을 6개 구비하고, 2권선이 각각 컨버터와 접속되어 있다. 차량 1에는 집전 장치(1)와, 보조 전원 장치 APS가 탑재되어 있고, 차량 1의 집전 장치는 전선에 의해 차량 5의 주변압기와 접속되어 있다. 차량 1, 5에 탑재된 보조 전원 장치 APS는 복수의 구동차에 탑재된 복수의 컨버터의 직류측과 접속되어, 컨버터로부터 공급되는 직류 전력을 상용 주파수의 교류 전력이나 주회로의 직류 전력보다도 저압의 직류 전력으로 변환하여, 편성 열차의 각 차량 1 내지 5에 탑재된 조명 기기, 공조 기기 등의 보조 기계에 전원을 공급한다. 여기서, 보조 전원 장치 APS는 복수의 컨버터의 직류측의 어느 하나와 접속할 수 있도록, 접속처를 선택할 수 있는 선택 수단을 구비하고 있고, 일부의 컨버터에 이상이 발생한 경우라도, 다른 컨버터로부터 직류 전력의 공급을 받는 것이 가능해지도록 구성된다.

도 11에서는 구동력을 발생시키는 구동 시스템을 구성하는 장치를 차량 2 내지 차량 5로 분산하여 배치한 예를 나타내고 있지만, 필요로 하는 수송량에 따라서, 구동 시스템을 구성하는 장치(발전 유닛이나 컨버터나 인버터나 전동기나 변압기나 집전 장치)를 탑재하지 않은 비구동차를 1량 이상 적절하게 추가하는 것이 가능하다.

상술한 도 7 내지 도 11에서는 구동 시스템을 구성하는 각 장치를 복수의 차량으로 분산하여 배치하는 예를 나타냈지만, 비교적 저속으로 운행되기 때문에 필요로 하는 최대 구동 출력이 크지 않은 편성 열차에 본 발명을 적용하는 경우에는, 구동 시스템의 중량이 크지 않으므로, 도 12에 도시한 바와 같이 구동 시스템을 구성하는 각 장치(팬터그래프, 주변압기, 발전 유닛, 컨버터, 인버터, 전동기)를 하나의 차량에 집중하여 탑재할 수도 있다. 또한, 궤도측이 데미지에 강하고 궤도가 허용하는 차량 중량이 큰 경우에도, 마찬가지로, 구동 시스템을 구성하는 각 장치를 하나의 차량에 집중하여 탑재할 수 있다. 이와 같이, 구동 시스템을 구성하는 각 장치를 하나의 차량에 집중하여 탑재한 경우에는, 구동 시스템을 구성하는 각 장치 사이의 전기 배선의 수를 줄일 수 있다고 하는 우위성이 있다.

기관차는 편성 열차를 구동하는 구동력을 얻기 위해, 많은 기기를 탑재하고 있고, 통상, 열차를 구성하는 객차의 몇 배의 중량이 있다. 예를 들어, 일본 내를 주행하고 있는 신칸센 열차와 같이, 구동 장치 등의 열차에 필요한 기능을 분산 배치한 동력 분산형의 열차와 비교하여, 기관차는, 축중이 있는 차축에 의해, 궤도로의 데미지가 커지거나, 혹은 중량이 집중된 차량에 대해서는, 대용량의 브레이크 장치가 필요한 것 등의 이유에 의해, 열차의 고속화에 한계가 있다고 하는 과제가 있다. 그로 인해, 도 7 내지 도 11에 기재한 바와 같이 복수의 차량에 발전 유닛이나 컨버터나 전동기 구동용 변환 회로(4)나 전동기 등의 구동 시스템을 구성하는 기기를 분산 배치하는 것이 바람직하다.

그러나, 이와 같이 기기를 복수의 차량으로 분산하여 배치한 경우에는, 각 발전 유닛이 발생하는 교류 전력을 직류 전력으로 변환하는 컨버터가 필요해져, 컨버터의 수가 증대되고, 구동 시스템의 중량 증가나 비용 증가나 메인터넌스의 번잡화라고 하는 문제가 생긴다. 따라서, 본 실시예에서 설명한 바와 같이, 기기를 복수의 구동차로 분산하여 배치한 편성 열차에, 실시예 1 내지 3에서 설명한 구동 시스템을 사용함으로써, 컨버터의 수가 증대되는 것을 억제하여 구동 시스템의 중량 증가나 비용 증가나 메인터넌스의 번잡화라고 하는 문제를 방지할 수 있다.

또한, 본 실시예에 의해, 컨버터의 수를 삭감하는 것이 가능해지므로, 구동에 필요한 발전 유닛(6)이나 컨버터나 전동기 구동용 변환 회로(4)나 주전동기(5)를 1차량 내에 탑재할 수 있어, 차량 사이에 걸치는 구동 전력 공급용 전선의 수를 저감시킬 수 있다. 또한, 주변압기(11)나 보조 전원 장치 APS 등의 다른 기기를 다른 차량에 탑재함으로써, 차량 사이의 중량의 언밸런스에 의한 특정 차량의 중량이 증대되는 것을 방지할 수 있어, 궤도로의 데미지를 억제하는 것이 가능해진다.

1 : 집전 장치
3 : 직류 필터 콘덴서
4 : 전동기 구동용 변환 회로(모터 구동용 인버터 회로)
5 : 주전동기
6 : 발전 유닛
11 : 주변압기
12, 13, 14 : 접촉기
21, 22 : 전원용 전력 변환 회로
23 : 전원용 전력 변환 회로 1상분
24 : 다이오드로 이루어지는 전력 변환 회로
61 : 3상 전원용 전력 변환 회로
221, 222 : 전원용 전력 변환 회로(22)를 구성하는 변환 회로 1상분

Claims

교류 전력을 직류 전력으로 변환하는 제1 전력 변환 장치와,
상기 제1 전력 변환 장치에서 변환된 직류 전력을 전원으로 하여 전동기를 구동하는 제2 전력 변환 장치를 구비한 구동 시스템에 있어서,
상기 제1 전력 변환 장치는 복수의 교류 전원과 각각 접속되어 있고,
상기 복수의 교류 전원과 상기 제1 전력 변환 장치 사이에 접속되어, 상기 복수의 교류 전원의 일부를 상기 제1 전력 변환 장치와 접속시키는 전환 수단을 구비하고,
상기 제1 전력 변환 장치는 상기 전환 수단에 의해 접속된 교류 전원에 따른 전력 변환 동작을 행하는 것을 특징으로 하는, 구동 시스템.
제1항에 있어서, 상기 복수의 교류 전원은 서로 다른 상수의 교류 전력을 공급하는 복수의 교류 전원을 갖고 있고,
상기 제1 전력 변환 장치는 상기 전환 수단에 의해 접속된 교류 전원이 공급하는 교류 전력의 상수에 따라서, 당해 교류 전력을 직류 전력으로 변환하는 동작을 행하는 것을 특징으로 하는, 구동 시스템.
제2항에 기재된 구동 시스템에 있어서, 단상 교류 전원과 접속된 가선으로부터 단상 교류 전력을 집전하는 팬터그래프와,
집전한 상기 단상 교류 전력을 강압하는 주변압기와,
엔진과 3상 교류 발전기를 갖고 3상 교류 전력을 출력하는 발전 유닛을 구비하고,
상기 전환 수단은 상기 제1 전력 변환 장치의 교류측을, 상기 주변압기의 저압측의 권선과 상기 발전 유닛의 출력의 어느 한쪽에 접속하고, 다른 쪽을 개방하는 것을 특징으로 하는, 철도 차량용 구동 시스템.
제3항에 있어서, 상기 주변압기의 저압측에는 상기 권선이 복수개 설치되어 있고,
상기 제1 전력 변환 장치는 자기 소호 능력을 갖는 반도체 소자와 다이오드가 역병렬로 접속된 접속체를 2개 직렬 접속하여 구성되는 전력 변환 회로를 사상분 구비하고, 상기 전력 변환 회로의 2상분은 상기 전환 수단을 통해 한쪽의 상기 권선과 접속되고, 상기 전력 변환 회로의 다른 2상분은 상기 전환 수단을 통해 다른 쪽의 상기 권선과 접속되고,
차량이 가선 설치 구간을 주행하고 있는 경우에는, 상기 전환 수단에 의해, 상기 주변압기의 저압측의 2권선과 사상분의 상기 전력 변환 회로를 접속하고, 단상 교류 전력을 상기 제1 전력 변환 장치에 공급하고,
차량이 가선이 없는 구간 또는 이상 상태인 가선 구간을 주행하고 있는 경우에는, 상기 전환 수단에 의해, 상기 발전 유닛의 3상 교류 출력과 3상분의 상기 전력 변환 회로를 접속하고, 상기 발전 유닛으로부터 출력되는 3상 교류 전력을 상기 제1 전력 변환 장치에 공급하는 것을 특징으로 하는, 철도 차량용 구동 시스템.
제4항에 있어서, 차량이 가선이 없는 구간 또는 이상 상태인 가선 구간을 주행하고 있는 경우에, 상기 전환 수단에 의해 상기 발전 유닛과 접속된 3상분의 상기 전력 변환 회로를 구성하는 상기 반도체 소자가 입력되는 3상 교류 전력을 직류 전력으로 변환하도록 동작시켜, 남은 1상분의 상기 전력 변환 회로를 구성하는 상기 반도체 소자를 비도통 상태로 유지하는 것을 특징으로 하는, 철도 차량용 구동 시스템.
제4항에 있어서, 차량이 가선이 없는 구간 또는 이상 상태인 가선 구간을 주행하고 있는 경우에, 상기 전환 수단에 의해 상기 발전 유닛과 접속된 3상분의 상기 전력 변환 회로로 3상 교류 전력을 공급하고, 상기 제1 전력 변환 장치를 구성하는 모든 상기 반도체 소자를 비도통 상태로 유지하고, 상기 반도체 소자에 역병렬 접속된 상기 다이오드에 의해, 상기 발전 유닛으로부터 출력되는 3상 교류 전력을 정류하여 직류 전력을 얻는 것을 특징으로 하는, 철도 차량용 구동 시스템.
제3항에 있어서, 상기 제1 전력 변환 장치는 자기 소호 능력을 갖는 반도체 소자와 다이오드가 역병렬로 접속된 접속체를 2개 직렬 접속하여 구성되는 전력 변환 회로를 3상분 구비하고, 상기 전력 변환 회로의 2상분은 상기 전환 수단을 통해 상기 권선과 접속되고,
차량이 가선 설치 구간을 주행하고 있는 경우에는, 상기 전환 수단에 의해, 상기 주변압기의 저압측의 상기 권선과 2상분의 상기 전력 변환 회로를 접속하여, 단상 교류 전력을 상기 제1 전력 변환 장치에 공급하고,
차량이 가선이 없는 구간 또는 이상 상태인 가선 구간을 주행하고 있는 경우에는, 상기 전환 수단에 의해, 상기 발전 유닛의 3상 교류 출력과 3상분의 상기 전력 변환 회로를 접속하여, 상기 발전 유닛으로부터 출력되는 3상 교류 전력을 상기 제1 전력 변환 장치에 공급하는 것을 특징으로 하는, 철도 차량용 구동 시스템.
제7항에 있어서, 차량이 가선 설치 구간을 주행하고 있는 경우에는, 상기 전력 변환 회로의 3상분 중, 상기 전환 수단을 통해 상기 권선과 접속되어 있지 않은 1상분의 상기 전력 변환 회로를 구성하는 상기 반도체 소자를 비도통 상태로 유지하는 것을 특징으로 하는, 철도 차량용 구동 시스템.
제7항 또는 제8항에 있어서, 상기 전환 수단을 통해 상기 주변압기의 권선 및 상기 발전 유닛과 접속 가능한 2상분의 상기 전력 변환 회로는 상기 주변압기로부터 공급되는 최대 전력과 상기 발전 유닛으로부터 공급되는 최대 전력이 큰 쪽에 맞춘 전류 용량을 갖는 것을 특징으로 하는, 철도 차량용 구동 시스템.
제7항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 주변압기의 권선에는 접속되어 있지 않고, 상기 전환 수단을 통해 상기 발전 유닛과 접속 가능한 1상분의 상기 전력 변환 회로는 상기 발전 유닛의 최대 전력에 맞춘 전류 용량을 갖는 것을 특징으로 하는, 철도 차량용 구동 시스템.
제3항에 있어서, 상기 제1 전력 변환 장치는 자기 소호 능력을 갖는 반도체 소자와 다이오드가 역병렬로 접속된 접속체를 2개 직렬 접속하여 구성되는 전력 변환 회로를 2상분과, 2개의 다이오드를 직렬 접속하여 구성되는 1상분의 정류 회로를 구비하고,
상기 전력 변환 회로의 2상분은 상기 전환 수단을 통해 상기 권선과 접속되고,
차량이 가선 설치 구간을 주행하고 있는 경우에는, 상기 전환 수단에 의해, 상기 주변압기의 저압측의 상기 권선과 2상분의 상기 전력 변환 회로를 접속하여, 단상 교류 전력을 상기 제1 전력 변환 장치에 공급하고,
차량이 가선이 없는 구간 또는 이상 상태인 가선 구간을 주행하고 있는 경우에는, 상기 전환 수단에 의해, 상기 발전 유닛의 3상 교류 출력과 2상분의 상기 전력 변환 회로 및 1상분의 상기 정류 회로를 접속하고, 상기 발전 유닛으로부터 출력되는 3상 교류 전력을 상기 제1 전력 변환 장치에 공급하는 것을 특징으로 하는, 철도 차량용 구동 시스템.
제11항에 있어서, 차량이 가선이 없는 구간 또는 이상 상태인 가선 구간을 주행하고 있는 경우에는, 상기 전환 수단에 의해 상기 발전 유닛과 접속된 2상분의 상기 전력 변환 회로 및 1상분의 상기 정류 회로로 3상 교류 전력을 공급하고, 상기 2상분의 상기 전력 변환 회로를 구성하는 모든 상기 반도체 소자를 비도통 상태로 유지하고, 상기 반도체 소자에 역병렬 접속된 상기 다이오드 및 1상분의 상기 정류 회로에 의해, 상기 발전 유닛으로부터 출력되는 3상 교류 전력을 정류하여 직류 전력을 얻는 것을 특징으로 하는, 철도 차량용 구동 시스템.
제11항 또는 제12항에 있어서, 상기 전환 수단을 통해 상기 주변압기의 권선 및 상기 발전 유닛과 접속 가능한 2상분의 상기 전력 변환 회로는 상기 주변압기로부터 공급되는 최대 전력과 상기 발전 유닛으로부터 공급되는 최대 전력이 큰 쪽에 맞춘 전류 용량을 갖는 것을 특징으로 하는, 철도 차량용 구동 시스템.
제11항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 주변압기의 권선에는 접속되어 있지 않고, 상기 전환 수단을 통해 상기 발전 유닛과 접속 가능한 1상분의 상기 정류 회로는 상기 발전 유닛의 최대 전력에 맞춘 전류 용량을 갖는 것을 특징으로 하는, 철도 차량용 구동 시스템.
제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 차 위의 전기 기기에 전력을 공급하는 보조 전원 장치를 상기 제1 전력 변환 장치의 직류측에 접속하여, 상기 보조 전원 장치에 직류 전력을 공급하는 것을 특징으로 하는, 구동 시스템.
제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 기재된 구동 시스템을 탑재한, 철도 차량.
제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 기재된 구동 시스템을 탑재한 철도 차량을 복수 연결하여 구성되는, 편성 열차.
제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 기재된 구동 시스템을 탑재한 철도 차량과, 당해 구동 시스템을 탑재하고 있지 않은 철도 차량을 연결하여 구성되는, 편성 열차.
제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 기재된 구동 시스템을 복수의 철도 차량에 걸쳐서 탑재하고, 당해 복수의 철도 차량을 연결하여 구성되는, 편성 열차.
제19항에 있어서, 상기 구동 시스템을 탑재한 상기 복수의 철도 차량과, 상기 구동 시스템을 탑재하고 있지 않은 철도 차량을 연결하여 구성되는, 편성 열차.
제3항 내지 제14항 중 어느 한 항에 기재된 구동 시스템을 갖고, 복수의 철도 차량을 연결하여 구성되는 편성 열차에 있어서,
상기 팬터그래프와 상기 주변압기를 구비하는 제1 철도 차량과,
상기 발전 유닛과 상기 제1 전력 변환 장치와 상기 전동기와 상기 제2 전력 변환 장치를 구비하는 제2 철도 차량을 연결하여 구성되는, 편성 열차.
제21항에 있어서, 적어도 1량 이상의 상기 제1 철도 차량과,
적어도 2량 이상의 상기 제2 철도 차량을 구비하는 것을 특징으로 하는, 편성 열차.
제21항 또는 제22항에 있어서, 상기 제1 철도 차량과 상기 제2 철도 차량에 추가하여, 상기 팬터그래프와 상기 주변압기와 상기 발전 유닛과 상기 제1 전력 변환 장치와 상기 전동기와 상기 제2 전력 변환 장치 모두가 탑재되어 있지 않은 제3 철도 차량을 갖고,
상기 제1 철도 차량과 상기 제2 철도 차량과 제3 철도 차량을 연결하여 구성되는, 편성 열차.
제17항 또는 제22항에 있어서, 상기 제1 철도 차량은, 상기 제2 철도 차량에 탑재된 복수의 상기 제1 전력 변환 장치의 직류부와 접속되어, 차량에 탑재되는 전기 기기로 전력을 공급하는 보조 전원 장치를 구비하고,
당해 보조 전원 장치는 접속처를 복수의 상기 제1 전력 변환 장치로부터 선택 가능한 선택 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는, 편성 열차.