WO2020004578A1 - 鉄道車両用駆動システム、及び、鉄道車両の駆動方法 - Google Patents

鉄道車両用駆動システム、及び、鉄道車両の駆動方法 Download PDF

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WO2020004578A1
WO2020004578A1 PCT/JP2019/025691 JP2019025691W WO2020004578A1 WO 2020004578 A1 WO2020004578 A1 WO 2020004578A1 JP 2019025691 W JP2019025691 W JP 2019025691W WO 2020004578 A1 WO2020004578 A1 WO 2020004578A1
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inverter
railway vehicle
drive system
current
filter device
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PCT/JP2019/025691
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French (fr)
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秋山　悟
航 成木
正登 安東
将太 三次
石川　勝美
修 中井川
Original Assignee
株式会社日立製作所
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J1/00—Circuit arrangements for dc mains or dc distribution networks
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L3/00—Electric devices on electrically-propelled vehicles for safety purposes; Monitoring operating variables, e.g. speed, deceleration or energy consumption
    • B60L3/04—Cutting off the power supply under fault conditions
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L9/00—Electric propulsion with power supply external to the vehicle
    • B60L9/16—Electric propulsion with power supply external to the vehicle using ac induction motors
    • B60L9/18—Electric propulsion with power supply external to the vehicle using ac induction motors fed from dc supply lines
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/42—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
    • H02M7/44—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode

Definitions

  • the present invention generally relates to a drive system for a railway vehicle and a method for driving a railway vehicle.
  • a current breaker is provided in a drive system for a railway vehicle.
  • a current breaker for example, current breakers disclosed in Patent Documents 1 and 2 are known.
  • the main circuit of a drive system for a railway vehicle generally has a filter capacitor and a filter reactor that suppress pulsation of voltage generated when operating an inverter loaded with an electric motor that drives the railway vehicle.
  • the filter reactor has a role of reducing the pulsation of current and voltage generated during traveling, and suppressing a large short-circuit current from flowing from the overhead wire side when a high potential and a low potential are short-circuited in the main circuit.
  • the inductance value required for such a role is generally 8 mH to 12 mH, and therefore the volume and mass of the filter reactor are large. For example, the volume and mass of the filter reactor occupy about 1/2 to 1/3 of the entire drive system except for the electric motor.
  • the filter reactor can be downsized, it contributes to downsizing of the entire drive system.
  • Patent Documents 1 and 2 disclose a configuration in which a semiconductor current reducer is applied to a drive system for a railway vehicle.
  • Patent Documents 1 and 2 disclose a reduction in size of a filter reactor and an increase in retrace noise current when a drive system for a railway vehicle in which a semiconductor current reducer is used as a current breaker to reduce the size of a filter reactor is put into practical use. There is no disclosure or suggestion of a technique that is compatible with suppression.
  • an object of the present invention is to achieve both a reduction in the size of the filter reactor and a reduction in the retrace noise current.
  • a drive system for a railway vehicle having a filter reactor and a filter capacitor for suppressing a pulsation of a generated voltage includes a semiconductor current reducer (a semiconductor switch element connected in series with a current cutoff and an inverter, and a parallel connection with the semiconductor switch element). And an active filter device for reducing a retrace noise current generated by the inverter.
  • the semiconductor current reducer can shift to the current reduction operation in a short time, the cutoff can be completed with a low current value even if the current increasing speed at the time of the accident increases by reducing the inductance of the filter reactor. Further, when the inductance of the filter reactor is reduced, there is a side effect that the performance of the filter circuit including the filter reactor and the filter capacitor may be reduced. However, this side effect is suppressed by the active filter. Thus, according to the present invention, it is possible to achieve both a reduction in the size of the filter reactor and a reduction in the retrace noise current.
  • FIG. 1 is a configuration diagram of a drive system for a railway vehicle according to a first embodiment.
  • FIG. 2 is a configuration diagram of an AF (active filter device) in FIG. 1.
  • 4 shows an outline of an operation sequence when starting the drive system. The outline of the operation sequence when the drive system is stopped will be described. The outline of the operation sequence at the time of AF abnormality detection is shown. It is an example of an outline timing chart from start to stop of the drive system. 5 is an example of a timing chart when an AF abnormality occurs.
  • FIG. 6 is a configuration diagram of a railway vehicle drive system according to a second embodiment.
  • FIG. 10 is a configuration diagram of a railway vehicle drive system according to a third embodiment.
  • FIG. 13 is a configuration diagram of a drive system for a railway vehicle according to a fourth embodiment.
  • FIG. 4 is a front view of a core-type iron core transformer to which a first adjustment method of a coupling coefficient is applied.
  • FIG. 9B is a top view of the iron core transformer shown in FIG. 9A.
  • FIG. 3 is a front view of a core-type iron core transformer to which a first adjustment method of a coupling coefficient is applied.
  • FIG. 10B is a top view of the iron core transformer shown in FIG. 10A.
  • FIG. 11 is a front view of a core-type iron core transformer to which a second adjustment method of a coupling coefficient is applied.
  • FIG. 11B is a top view of the iron core transformer shown in FIG. 11A.
  • FIG. 9 is a front view of a core-type iron core transformer to which a second adjustment method of a coupling coefficient is applied.
  • FIG. 12B is a top view of the iron core transformer shown in FIG.
  • the description will be made by dividing into a plurality of sections or embodiments, but unless otherwise specified, they are not unrelated to each other, and one is the other. In some or all of the modifications, details, supplementary explanations, and the like. Further, in the following description of the embodiments, the number of elements (including the number, numerical value, amount, range, etc.) is referred to, particularly when the number is explicitly specified, and when the number is limited to a specific number in principle. However, the number is not limited to the specific number, and may be more or less than the number of characteristics.
  • the constituent elements are not necessarily essential unless otherwise specified or considered to be essential in principle. Needless to say.
  • the shapes, positional relationships, and the like of the components and the like when referring to the shapes, positional relationships, and the like of the components and the like, unless otherwise specified, and in principle, it is considered that it is clearly not the case, etc. It shall include those similar or similar to the shape and the like. This is the same for the above numerical values and ranges.
  • FIG. 1 is a configuration diagram of a railway vehicle drive system according to the first embodiment.
  • the railway vehicle drive system drives one or a plurality of main motors 101 (IM1 to IM4 in this embodiment) that drive the railway vehicle.
  • the railway vehicle drive system may or may not include IM1 to IM4.
  • the railway vehicle drive system includes a main circuit 100 that converts DC power from an overhead line 102 (in other words, a pantograph 50 (hereinafter, referred to as PAN)) into AC power and outputs the AC power to IM1 to IM4;
  • An active filter device 155 hereinafter, referred to as AF
  • AF control logic unit 150
  • the main circuit 100 includes a main switch 111 (hereinafter, referred to as MS) for electrically separating the overhead circuit voltage (for example, DC 1500 V) from the overhead line 102 (PAN) from the main circuit 100, and electrically connects the ground side and the main circuit 100 to each other.
  • MS main switch 111
  • Ground switch 112 (hereinafter referred to as GS) for disconnecting the power supply, and a semiconductor current reducer 114 (hereinafter referred to as hereinafter) which reduces the overcurrent when an overcurrent (accident current) occurs at the inverter 113 (hereinafter referred to as INV) SHB) and one or a plurality of disconnectors 115 (in the present embodiment, two disconnectors 115 for opening the main circuit 100 in the event of a current cut-off current or when the INV malfunctions).
  • INV overcurrent
  • the main circuit 100 includes a voltmeter 116 (hereinafter, DCPT1), a voltmeter 117 (hereinafter, DCPT2), a discharge resistor 118 (hereinafter, DCHRe), a discharge switch 119 (hereinafter, DS), an overvoltage discharge Element 120 (hereinafter, OVTr), discharge resistor 121 (hereinafter, OVRe), filter reactor 122 (hereinafter, FL1), filter capacitor 124 (hereinafter, FC), contactor 125 (hereinafter, AFK), INV (An example of a first inverter).
  • DCPT1 voltmeter 116
  • DCPT2 a voltmeter 117
  • DCHRe discharge resistor 118
  • DS discharge switch 119
  • OVTr overvoltage discharge Element 120
  • OVTr discharge resistor 121
  • FL1 filter reactor 122
  • FC filter capacitor 124
  • contactor 125 hereinafter, AFK
  • INV An example of a first inverter
  • INV converts DC power from PAN into AC power using IM1 to IM4 as loads.
  • the INV is composed of one element group, and the element group has a plurality (or one) of the element units 140 (three element units A to C in this embodiment).
  • Each element unit 140 has one or more semiconductor switch elements.
  • INV may be a general inverter that forms a two-level or three-level circuit with semiconductor switch elements and converts DC power into three-phase variable frequency and variable voltage.
  • each of the IM1 to IM4 serving as the load of the INV may be a general motor (for example, a synchronous motor).
  • the FL1 and FC suppress harmonic noise flowing between the LB1 and LB2 and the INV and flowing from the overhead line and voltage pulsation generated when the INV operates.
  • the SHB includes a current reducing element 145 (hereinafter, SHBTr1), a current reducing resistor 146 (hereinafter, DRe), a charging element 147 (hereinafter, SHBTr2), and a charging resistor 148 (hereinafter, CHRe).
  • SHBTr1 is connected in series with LB2 (an example of at least one disconnector) and INV.
  • CHRe and SHBTr2 are connected in parallel
  • DRe is connected in series to a parallel body of CHRe and SHBTr2.
  • CHRe and DRe are examples of resistance in SHB
  • SHBTr1 and SHBTr2 are examples of semiconductor switch elements in SHB.
  • the semiconductor switch element is an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor)
  • each of the SHBTr1 and SHBTr2 is a parallel connection of a power module (a semiconductor switch element and a diode connected in parallel in a direction in which regenerative power flows. Body).
  • a power module a semiconductor switch element and a diode connected in parallel in a direction in which regenerative power flows.
  • Body At least one of SHBTr1 and SHBTr2 may be another power device such as a MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Semiconductor Field Effect Transistor).
  • MOSFET Metal Oxide Semiconductor Semiconductor Field Effect Transistor
  • the AFK is connected to the AF and a power supply (not shown) of the AF (hereinafter, referred to as an AF power supply).
  • an AF power supply When the AFK is turned on, power from the AF power supply is provided to the AF through the AFK.
  • the AF power supply is an external power supply of the main circuit 100 (for example, a power supply based on the power from the PAN or another power supply).
  • the control logic unit 150 may be realized by executing a program by a processor, or may be realized by a hardware circuit such as an ASIC (Application Specific Integrated Circuit) or an FPGA (Field-Programmable Gate Array). .
  • the control logic unit 150 controls operations of the inverter, AF, SHB, and the like. For example, to charge the FC first, the control logic unit 150 turns on LB1 and LB2 while SHBTr1 and SHBTr2 are off (for example, issues an on command to LB1 and LB2). FC is charged from PAN via LB1, LB2, DRe, CHRe and FL1.
  • the control logic unit 150 turns on the SHBTr1 (for example, issues an ON command to the SHBTr1 and the SHBTr2). As a result, the DC current path from SHBTr1 to INV becomes conductive. When INV operates, IM1 to IM4 operate, and the railway vehicle runs. When an accident current (overcurrent) caused by a ground fault or the like is detected by the control logic unit 150, the control logic unit 150 turns off the SHBTr1 (for example, issues an off command to the SHBTr1) to convert the current to DRe. Shed. As a result, the current decreases.
  • the control logic unit 150 cuts off the current path (main current) by turning off LB1 and LB2, for example, simultaneously.
  • main current main current
  • SHBTr1 can be turned off in a short time of several ⁇ s, and can shift to the current reduction operation. Therefore, even if the current increase rate at the time of an accident increases by reducing the inductance of FL1 (for example, even if the inductance value of FL1 is 1 mH or more and 4 mH or less), the low current that does not affect the operation of the substation You can complete the cutoff with the value.
  • the SHB is on the PAN side of the FL1, the protection range by the SHB is expanded. Further, according to the present embodiment, since LB1 and LB2 (an example of two or more disconnectors 115 connected in series among the plurality of disconnectors 115) are connected in series, one disconnector is provided. Can increase the breaking current capacity as compared with the case of using alone.
  • AF reduces the retrace noise current.
  • a reactor 123 (hereinafter, FL2) facing FL1 is prepared.
  • a transformer for example, an air-core transformer or an iron-core transformer
  • FL1 main circuit high-voltage line side
  • FL2 secondary reactor
  • AF is connected to FL2. The AF can reduce the retrace noise current that has increased due to the low inductance of the FL1. In this way, the downsizing of the FL1 and the reduction of the retrace noise current are compatible.
  • FIG. 2 is a configuration diagram of the AF (active filter device 155).
  • the AF includes a control board 200 (an example of a control device) and an inverter board 250 (the boards are not distinguished like the control board 200 and the inverter board 250, and the AF is configured as an integrated board). May be done).
  • the control board 200 includes a signal trimmer 202, a comparator 203, a microcomputer 204, a PWM (Pulse Width Modulation) generator 205, input units (for example, input terminals) 211 to 215, and an output unit (for example, output terminal) 221.
  • the inverter board 250 includes a power generator 251, a current reducing resistor 252 (hereinafter, RCL), a power switch 253, a drive circuit 254 (hereinafter, GD), an AC switch 255, and a reactor 256 (hereinafter, Lf).
  • a capacitor 257 (hereinafter, Cf), an inverter (an example of a second inverter) 258, a DC current sensor 259 (hereinafter, DCCT), input units (for example, input terminals) 261 to 264, and an output unit (for example, (Output terminals) 271 and 272.
  • the control board 200 may be outside the AF and may be integrated with the control logic unit 150, or the first part of the control device is the control board 200 and the second part of the control device is The control logic unit 150 may be used.
  • the output unit 271 of the inverter board 250 is connected to FL2 and is magnetically coupled to the P side of the main circuit 100.
  • the coupling coefficient k of the magnetically coupled FL1 and FL2 is preferably less than 1 (for example, 0 ⁇ k ⁇ 1).
  • the inverter board 250 has a DCCT, an AC switch 255, and a GD for driving the AC switch 255.
  • the overcurrent of the primary side propagating to the inverter 258 in the AF via the FL1 and FL2 can be minimized, and as a result, the coupling coefficient k can be effectively reduced.
  • the DCCT detects the overcurrent propagated to the secondary side
  • the GD turns off the AC switch 255. More specifically, it is as follows. That is, AC switch 255 interposed between inverter 258 and FL2 is normally on. This is because, as described later, the AC voltage signal (noise reduction signal) is transferred from the inverter 258 to FL1 via FL2 to reduce the retrace noise current.
  • An output voltage indicating a DC current detected by the DCCT is input to the microcomputer 204 via the output unit 272 and the input unit 215.
  • the microcomputer 204 outputs a GD drive signal.
  • the drive signal is input to the GD via the output unit 223 and the input unit 263.
  • the GD turns off the AC switch 255 in response to the drive signal.
  • the path between FL2 and the inverter 258 is cut off, and as a result, the magnetic coupling between the primary side and the secondary side is cut off.
  • the configuration of the AC switch 255 is not particularly limited.
  • the AC switch 255 may be a circuit in which a so-called analog switch capable of transmitting an AC voltage and a resistance element are connected in parallel.
  • the AF uses, as an input signal, an AC output voltage from one or a plurality of AC current sensors 201 (in this embodiment, ACCT1 and ACCT2 which are two AC current sensors 201) installed on the main circuit P side which is a primary side. I do.
  • ACCT1 and ACCT2 which are two AC current sensors 201 installed on the main circuit P side which is a primary side.
  • One purpose of AF is to eliminate AC components that can be included in DC current from PAN.
  • a sensor dedicated to AC such as ACCT1 and ACCT2
  • ACCT1 and ACCT2 may be used as a sensor, and as a result, a sensor smaller than a sensor that can extract not only an AC component but also a DC component (for example, a hall sensor) may be used.
  • AC current sensor 201 is an example of a current sensor that detects an AC current component superimposed on main circuit 100.
  • the signal trimmer 202 trims an input signal of a desired frequency band from input signals (AC current components superimposed on the main circuit) from ACCT1 and ACCT2.
  • the signal trimmer 202 corresponds to a control gain K and a band pass filter (BPF) constructed in the microcomputer 204, and trims an input signal in a desired frequency band.
  • BPF band pass filter
  • These trimmed signals are applied as a carrier wave 280 to the PWM generator 205, and the PWM control signal (PWM control signal for eliminating the AC component in the desired frequency band) 281 generated by the microcomputer 204 is used to generate the PWM signal. Input to the device 205.
  • a signal based on the carrier wave 280 and the PWM control signal 281 is generated by the PWM generator 205, and the signal is input to the inverter 258 in the inverter board 250 via the output unit 224 and the input unit 264, and is output from the inverter 258 based on the signal.
  • An AC voltage Vc is output.
  • This Vc is a voltage signal controlled to reduce the retrace noise current detected by ACCT1 installed on the primary circuit line on the primary side.
  • This noise reduction signal is shaped by a filter circuit composed of Lf and Cf, and is transferred from FL2 to FL1 (Vaf shown is the AF output voltage).
  • the noise reduction signal (voltage signal) transferred to FL1 is a signal having the opposite phase of the AC component of the signal in FL1.
  • AF reduces retrace noise current, but if AF is not normal, AF itself can generate noise.
  • the AF has a self-check function and a monitor function.
  • the monitor function will be described. According to the monitor function, the following comparison is performed (the self-check function will be described later with reference to FIG. 3).
  • the comparator 203 performs a first comparison, which is a comparison for detecting whether or not the entire AF is normal. Specifically, the comparator 203 determines whether or not the trimmed AC current component input to the AF via the input unit 212 is equal to or lower than a desired level, that is, a prescribed level of the track circuit.
  • the comparator 203 performs a second comparison which is a comparison for detecting whether or not the AC current sensor 201 has a failure. Specifically, the comparator 203 determines whether the difference between the two signals input from the ACCT1 and ACCT2 via the signal trimmer 202 is equal to or smaller than the specification value of the AC current sensor 201.
  • An AF monitor signal 291 and an AF operation signal 292 based on the results of the first and second comparisons are output. Specifically, when the AC current component exceeds the specified level (that is, when the retrace noise current exceeds the specified level), or when the difference exceeds the specified value of the AC current sensor, AF The monitor signal 291 and the AF operation signal 292 are signals indicating that the AF is abnormal.
  • the output AF monitor signal 291 is input to the control logic unit 150 via the output unit 221. Further, the AF operation signal 292 is input to the control logic unit 150 via the output unit 222. The control logic unit 150 stops the main operation of the AF as necessary based on at least one of the AF monitor signal 291 and the AF operation signal 292.
  • the significance of the second comparison is, for example, as follows.
  • the AF uses an output signal of the AC current sensor 201 as an input value. Therefore, if the input value deviates from the actual retrace noise current value, a desired signal is not output from the AF, and the AF itself may generate a noise current for the signal device of the track circuit. Therefore, in the present embodiment, ACCT1 and ACCT2 are provided as an example of at least two AC current sensors, and it is determined whether or not the difference between the AC current components detected by ACCT1 and ACCT2 exceeds a predetermined value. If the result is true, it is determined that one of ACCT1 and ACCT2 has failed.
  • an AF standby command 293 for putting the AF into a standby state an AF gate for activating the inverter 258 in the AF are provided.
  • the AF standby command 293 is input from the control logic unit 150 via the input unit 211.
  • the AF gate start command 294 is input from the control logic unit 150 via the input unit 213.
  • the AF operation signal 292 is output to the control logic unit 150 via the output unit 222.
  • the above control may be performed using the microcomputer 204.
  • a watchdog timer an interrupt controller, an arbitrary pulse output IF (interface), and a control for controlling the inverter 258 in the inverter board 250 may be performed.
  • Something like a PWM timer may be used.
  • the AF power supply is an external 100 V DC power supply.
  • An external 100V DC power is input to the power generator 251 in the inverter board 250 via the AFK.
  • a power generator 251 generates various power levels required for AF.
  • a high-voltage power supply is supplied to the inverter board 250, charging is performed via the RCL, and thereafter, the power supply switch 253 is turned on, thereby preventing generation of an inrush current.
  • reference numeral 401 denotes a lever support command.
  • Reference numeral 402 indicates a powering / regeneration command.
  • Reference numeral 403 indicates an INV gate start (state).
  • Reference numeral 404 indicates a pattern start (state) of the PWM generator 205.
  • the control logic unit 150 causes the AF to execute the self-check function before the DC power from the PAN is supplied (before turning on LB1 and LB2). Specifically, for example, it is as follows. After taking in the overhead line voltage from the PAN, for example, when a reset switch is turned on by a driver, a reset signal is input to the control logic unit 150 (FIG. 3A: S301). In response to the reset signal, the control logic unit 150 turns on the AFK, as shown in FIG. 4, and inputs the AF standby command 293 to the AF simultaneously with the reset signal for the AF (FIG. 4: t41). The AF standby command 293 (and the reset signal) is input to the microcomputer 204.
  • the microcomputer 204 performs an AF self-check (self-diagnosis) (FIG. 3A: S302).
  • the self-check includes, for example, a reset operation (power-on and various settings) of the microcomputer 204 (FIG. 3: S302A), and an A / D (analog-to-digital conversion) control unit (not shown) in the microcomputer 204 accurately detects an analog voltage signal. This includes correcting the reference voltage to be taken into the microcomputer 204 (FIG. 3: S302B), outputting a PWM test pattern (FIG. 3: S302C), and detecting a voltage signal from the DCCT (FIG. 3: S302D).
  • a PWM signal is input to the inverter 258 by the PWM generator 205, and a sine wave of a predetermined frequency is output by the inverter 258 based on the PWM signal.
  • the current value is detected by the DCCT, and a voltage signal indicating the current value detected by the DCCT is input to an analog terminal of the microcomputer 204. That is, a current flows in a closed loop of the AF, and the value of the current is detected by the DCCT and fed back to the microcomputer 204. If the input analog value is an appropriate value as the output sine wave of the predetermined frequency, the microcomputer 204 determines that the AF is normal.
  • the self-check of the AF is performed before the LB1 and LB2 are turned on (before the overhead line 102 (PAN) is electrically connected to the INV). If there is an abnormality in the AF, the AF will generate noise during the self-check, and the noise may propagate to the primary side via the FL2.However, during the self-check, LB1 and LB2 are turned off. Therefore, it is possible to prevent the output current (noise) of the AF from flowing out to the return line.
  • FIG. 3A S304-1
  • LB1 and LB2 are turned on by the control logic unit 150 (FIG. 3A: S304-2), so that charging of the FC is started.
  • Reference numeral 450 indicates that the FC is being charged.
  • control logic unit 150 turns off the SHBTr1 and SHBTr2 of the SHB (see FIG. 4) and charges the battery via the series resistance of DRe and CHRe. Since FL1 has a low inductance, if the total charging resistance value during charging is low, the gradient (di / dt) of the charging current becomes large, and a harmonic noise current may be generated. Therefore, it is preferable to charge the FC by connecting a plurality of resistors in series as in the present embodiment.
  • the control logic unit 150 stops the main operation (the inverter 285) in AF. Because, when the main operation of AF is performed during FC charging, noise is also reduced by AF with respect to the AC current component during FC charging (the output voltage is transmitted from the inverter 285 to FL1 via FL2), and as a result, This is because there is a possibility that the FC charging is hindered (the FC charging current is offset).
  • control logic unit 150 After performing the FC charging, the control logic unit 150 outputs the AF gate start command 294 (FIG. 3A: S306-1, FIG. 4: t45), and turns on SHBTr1 and SHBTr2 (FIG. 3A: S306-2, ( Figure 4: t44 and t46). As a result, the AF and the SHB are activated.
  • control logic unit 150 performs a powering / regeneration operation by starting the gate of the INV (FIG. 3A: S307).
  • the control logic unit 150 completes a series of operations such as powering, coasting, and regeneration, turns off the INV (FIG. 3B: S311, FIG. 4: t47), and turns off the lever (FIG. 3B: S312, FIG. 3B). 4: t48), AF is turned off (AF gate start command 294 is turned off) (FIG. 3B: S313-1), and LB1 and LB2 are turned off (FIG. 3B: S313-2). Finally, SHB is turned off. It is turned off (FIG. 3B: S314, FIG. 4: t49). In the SHB, SHBTr1 is turned off first (for example, turned off at t48), and thereafter (at t49), SHBTr2 is turned off.
  • SHBTr2 off corresponds to SHB off. Since SHBTr2 is on until the end, even if an accident current occurs until LB1 and LB2 are turned off, LB1 and LB2 can be turned off after the current is reduced by DRe. Even when no fault current occurs, the logic of the control logic unit 150 can be simplified by using the same control method for SHBTr1 and SHBTr2.
  • FIG. 5 also shows the case where the control logic unit 150 detects an AF abnormality once (t51), detects normality from the AF operation signal 292 (t52), and issues a powering command (t53). ing.
  • LB1 and LB2 are re-input by the control logic unit 150 (t54), and the control is the same as the set-side sequence shown in FIG. 3A until the gate start of INV (t55). According to FIG. 5, the AF self-check is not performed after the first abnormality detection.
  • the microcomputer 204 detects the overcurrent, if it is determined that the abnormality is a minor failure, it is better that the AF does not perform the self-check again.
  • the advantage is that the AF can be restarted at high speed and the drive system can be quickly restored.
  • the first detection of the AF abnormality is an example of detection of a minor failure (an example of the second type of abnormality), and the second detection of the AF abnormality is a serious failure (an example of the first type of abnormality).
  • FIG. An AF abnormality with a relatively low degree of influence on the signal device of the track circuit is a "light failure", and an AF abnormality with a relatively high degree of influence on the signal device of the track circuit is a "major failure”.
  • the degree of the influence of the track circuit on the signal device depends on the type of the AF abnormality (for example, overvoltage or overheating) and the AF abnormality.
  • a catastrophic failure is either (x) the retrace noise current exceeds a specified level and (y) one of ACCT1 and ACCT2 has failed.
  • a minor failure is an AF abnormality other than a major failure.
  • the control logic unit 150 can detect whether a minor failure or a major failure has occurred in the AF based on at least one of the AF monitor signal 291 and the AF operation signal 292 from the AF. When a serious failure (for example, the second AF abnormality) is detected, the control logic unit 150 turns off the INV, LB1, LB2, and AF (t56), and then turns off the AFK (t57). Turning off the AFK is an example of shutting off the AF power supply.
  • the SHB by using the SHB, it is possible to quickly shut off after detecting an accident current (overcurrent) generated in the railway vehicle. That is, even when the inductance of the FL1 is reduced (smaller and lighter), an increase in the fault current can be minimized. Therefore, stable operation of the substation that supplies power to the overhead wire can be ensured.
  • the use of AF makes it possible to reduce the retrace noise current. For this reason, it is possible to prevent the track circuit on the flyback from malfunctioning.
  • the self-check is started when the AF standby command 293 (ON) is input to the AF.
  • the AF gate start command 294 (ON) is input (or without the AF gate start command 294 (ON) after the self-check)
  • the AF main operation is performed.
  • the operation of propagating the AF output voltage to the FL1 side by controlling the inverter 258 on the basis of is performed.
  • the control logic unit 150 inputs the AF standby command 293 to the AF, and when the normality is specified from the AF operation signal 292 and the AF monitor signal 291 received from the AF thereafter (and when the FC charging is completed).
  • An AF gate start command 294 may be input to the AF.
  • FIG. 6 is an example of a configuration diagram of a drive system for a railway vehicle according to the second embodiment.
  • INV has two element groups 601A and 601B as an example of a plurality of element groups, and each element group 601 controls two main motors. Since the number of main motors 101 to be controlled by one element group 601 has been reduced from four to two, there is an advantage that the main motor 101 can be controlled more accurately.
  • Each element group has three element units as an example of the plurality of element units 140, as in the first embodiment.
  • circuit components such as FC and OVTr other than INV are commonly used by the two element groups 601A and 601B.
  • 1C2M inverter 2 motor
  • FIG. 7 is an example of a configuration diagram of a drive system for a railway vehicle according to the third embodiment.
  • a difference from the first embodiment is in the configuration of the SHB, specifically, the DRe and the CHRe are connected in parallel.
  • the sequence for turning off the SHBTr1 at the time of FC charging operation and detection of fault current (overcurrent) is the same as that of the first embodiment.
  • the path through which the current flows is two paths, DRe and CHRe, so that the amount of heat generated from the resistance at the time of current reduction can be consumed by the two resistors, As a result, the number of current shunt resistors and charge resistors can be reduced.
  • the current (current specific heat) of the current reducing resistor must be larger than that in the third embodiment because the current flowing through the current reducing device must be consumed only by the DRe.
  • the size of the SHB can be reduced by connecting the respective resistors in parallel.
  • FIG. 8 is an example of a configuration diagram of a drive system for a railway vehicle according to the fourth embodiment.
  • FIG. 8 also shows details of a range indicated by reference numeral 13.
  • an iron core transformer 832 is used as the transformer.
  • FL1 and FL2 are wound around the iron core 51, respectively.
  • FL1 is a filter reactor as a primary reactor, and FL2 is a secondary reactor.
  • An active filter device 802 (hereinafter, AF) is connected to FL2.
  • the control board 200 shown in FIG. 2 is integrated with the control logic unit 150 shown in FIG.
  • FIG. 8 illustrates some of the components of AF.
  • the AF includes a DC power supply 812 (hereinafter, VCC), a capacitor 84 (hereinafter, VCC). , Cp), a current reducing resistor 847 (hereinafter, RDRe), a damping capacitor 82 (hereinafter, Cd), and a damping resistor 81 (hereinafter, Rd).
  • VCC and Cp are connected in parallel with PM.
  • the AF converts the DC power of Cp into AC power and outputs it by performing, for example, PWM (Pulse Width Modulation) control.
  • An LC filter composed of Lf and Cf is connected to the output terminal. Thereby, the switching ripple component due to the PWM control can be removed.
  • Lf and Cf may not be provided.
  • RDRe is connected in parallel to an AC switch 255 interposed between FL2 and PM.
  • Cd and Rd are connected in series and are connected in parallel with Cf.
  • Cd and Rd suppress the resonance between Cf and Lf.
  • PM is a full-bridge circuit and includes semiconductor switching elements Q1 to Q4.
  • Q1 and Q2 are connected in series to form a U phase
  • Q3 and Q4 are connected in series to form a V phase.
  • a diode is connected in parallel to each of Q1 to Q4 so that the flow direction is opposite.
  • each of Q1 to Q4 is an IGBT, it is necessary to connect a diode.
  • each of Q1 to Q4 is an element having a body diode such as a MOSFET, connect a body diode of the MOSFET instead of connecting a diode. Can be used.
  • the coupling coefficient k of the magnetic coupling between FL1 and FL2 is set to less than 1 (for example, 0.95 or less). Specifically, the coupling coefficient is not adjusted to less than 1 as a result of not being able to realize the ideal coefficient of 1 (there is a slight leakage inductance), but is positively adjusted to less than 1.
  • the coupling coefficient k in the transformer is set to 1, which is an ideal coefficient as in general. This is because if the coupling coefficient is as high as 1, the retrace noise current can be sufficiently suppressed even if the AF scale is small.
  • the FL1 is generally provided under the floor of a railway vehicle, and therefore, there is a possibility that a ground fault occurs in the FL1.
  • a ground fault occurs in FL1
  • a large current flows from the PAN to the main circuit 100.
  • the higher the coupling coefficient k the stronger the influence of the large current in the main circuit 100 on the AF.
  • the coupling coefficient k is positively (in other words, intentionally) smaller than 1.
  • an iron core transformer 832 is employed as the transformer.
  • the type of the iron core transformer 832 there are an inner iron type and an outer iron type.
  • the inner iron type there is one magnetic circuit, and the winding is on the iron core, which is the magnetic circuit. Therefore, in appearance, the iron core becomes the core of the winding.
  • the outer iron type the winding is surrounded by an iron core which is two or more magnetic circuits. Thus, the winding is inside and the outside is surrounded by the iron core.
  • the coupling coefficient k is adjusted to less than 1 regardless of the type of the iron core transformer 832.
  • the coupling coefficient k is adjusted to less than 1 irrespective of whether the type of the iron core transformer 832 is an inner iron type or an outer iron type.
  • the method of adjusting the coupling coefficient k may depend on the configuration of the transformer. For example, as described above, it can be expected to be realized by adjusting the winding ratio of FL1 and FL2 and adjusting the relative position of FL1 and FL2.
  • any of the following first adjustment method and second adjustment method can be adopted.
  • First adjustment method one of the primary winding constituting FL1 and the secondary winding constituting FL2 surrounds the other part of the primary winding and the secondary winding.
  • Second adjustment method The primary winding constituting FL1 and the secondary winding constituting FL2 are separated along the same axis.
  • either of the first adjustment method and the second adjustment method is applicable regardless of whether the type of the iron core transformer 832 is an inner iron type or an outer iron type.
  • FIG. 9A is a front view of a core-type iron core transformer 832A to which the first adjustment method is applied.
  • FIG. 9B is a top view of iron core transformer 832A shown in FIG. 9A (a plan view of iron core transformer 832A viewed from A in FIG. 9A).
  • a primary winding 822A constituting FL1 surrounds the core portion extending in the vertical direction (longitudinal direction), and the primary winding 822A constitutes FL2.
  • the secondary winding 823A surrounds.
  • the outer circumference of the primary winding 822A is separated from the inner circumference of the secondary winding 823A.
  • the overall length of the secondary winding 823A in the vertical direction is shorter than the overall length of the primary winding 822A in the vertical direction, and the entire secondary winding 823A overlaps a part of the primary winding 822A.
  • the secondary winding 823A surrounds a central portion of the primary winding 822A.
  • FIG. 10A is a front view of a core-type iron core transformer 832B to which the first adjustment method is applied.
  • FIG. 10B is a top view of iron core transformer 832B shown in FIG. 10A.
  • a primary winding 822B surrounds a vertically extending central portion of the core of the iron core 51B, and a secondary winding 823B surrounds the primary winding 822B.
  • the relative relationship between the primary winding 822B and the secondary winding 823B is the same as the relationship shown in FIGS. 9A and 9B.
  • the parameters depending on the coupling coefficient k are the ratio of the winding ratio between the primary winding 822 and the secondary winding 823 and the relative position between the primary winding 822 and the secondary winding 823. Possibly at least one of them. By adjusting at least one of these parameters, the coupling coefficient k can be adjusted within a range of less than 1.
  • FIG. 11A is a front view of a core-type iron core transformer 832C to which the second adjustment method is applied.
  • FIG. 11B is a top view of the iron core transformer 832C shown in FIG. 11A.
  • a primary winding 822C and a secondary winding 823C surround the core portions, respectively.
  • the primary winding 822C and the secondary winding 823C are separated by a separation distance t along the longitudinal direction of the core portion.
  • FIG. 12A is a front view of a shell-type iron core transformer 832D to which the second adjustment method is applied.
  • FIG. 12B is a top view of the iron core transformer 832D shown in FIG. 12A.
  • a primary winding 822D and a secondary winding 823D respectively surround the centrally extending core portion of the iron core 51D. Similar to FIGS. 11A and 11B, the primary winding 822D and the secondary winding 823D are separated by a separation distance t along the longitudinal direction of the core portion.
  • the parameter that depends on the coupling coefficient k is at least the separation distance t.
  • the coupling coefficient k can be adjusted within a range of less than 1.
  • a turn ratio between the primary winding 822 and the secondary winding 823 may be further used.
  • the first and second adjustment methods as an adjustment method of the coupling coefficient k.
  • the first adjustment method since the secondary winding 823 overlaps with the primary winding 822, the size along the longitudinal direction is shorter than that of the second adjustment method. It can be expected that it is smaller than the adjustment method of 2.
  • the second adjustment method the number of positions that can be selected as the relative positions of the primary winding 822 and the secondary winding 823 is larger than that of the first adjustment method. It can be expected that the value is larger than the first adjustment method (for example, the minimum value of the coupling coefficient k is smaller than the first adjustment method).
  • the coupling coefficient k is less than 1, it is possible to achieve both the reduction of the influence of potential fluctuations at both ends of the FL1 on the main circuit P side and the reduction of the retrace noise current.
  • K belonging to the first coefficient range may be adjustable by at least the first adjustment method of the first and second adjustment methods
  • k belonging to the second coefficient range may be adjusted by the first and second adjustment methods. The adjustment may be made by at least a second adjustment method of the methods.
  • any of the following controls may be performed. Note that any of the following controls may be performed, for example, by specifying a detection value of DCCT by the control logic unit 150 and instructing from the control logic unit 150.
  • the AF causes the RDRe to commutate the induced current when the AC switch 255 is turned off.
  • the AF sets the PM operation mode to the reflux mode. Specifically, for example, the PM turns on Q1 and Q3.
  • each of the first control and the second control is, for example, as follows.
  • the induced current is reduced. For this reason, the current rating specifications of the components in the AF can be kept low.
  • the first control may be employed when k belongs to the first coefficient range.
  • the AC switch 255 and RDRe may not be provided. This is because the magnitude of the induced current is considered to be a magnitude that does not need to be reduced, and it is expected that the rated current of the components in the AF can be kept low even without the AC switch 255 and the RDRe.
  • the mode may be such that the induced current is not reduced and the capacitor Cp on the input side in the AF is charged via the PM.
  • the input side potential of the AF rises, and there is a concern that the withstand voltage of Cp may be exceeded.
  • the second control is executed. According to the second control, since the induced current flows back in the PM, no charge occurs in Cp. Therefore, the breakdown voltage of Cp can be suppressed.
  • the circuit configuration of the SHB according to the third embodiment and the 1C2M control method according to the second embodiment may be combined.
  • the configuration of the element group used for the INV is a so-called 2in1 type power module configuration in which the upper and lower arms are integrated into one, but is not limited to this.
  • the element group a so-called 1-in-1 type power module on which each arm is mounted may be used.
  • the configuration of the INV may be a power unit configuration in which the inverter power unit and the brake chopper element are shared.
  • the transformer (for example, a transformer-type filter reactor FL1) may be an air-core type or an iron-core type.
  • electric motor 101 may be an induction motor or a permanent magnet synchronous motor.
  • the INV has a plurality of (for example, four groups) element groups, and members such as FC and OVTr are shared by some of the element groups. With this configuration, it is possible to contribute to reducing the loss of the main motor and reducing the weight of the drive system.
  • the present invention is not limited to a drive system for a railway vehicle, and includes a system (for example, a system including at least one of a reactor (for example, the above-described filter reactor), a capacitor, and a power converter (for example, an inverter)). And power control systems such as wind power generation systems and photovoltaic power generation systems).
  • a system for example, a system including at least one of a reactor (for example, the above-described filter reactor), a capacitor, and a power converter (for example, an inverter)).
  • power control systems such as wind power generation systems and photovoltaic power generation systems).
  • an example of transmission of the command (signal) is as follows.
  • the command (signal) may be turned on or asserted.
  • an example of transmission of a command to end the operation according to the command is an OFF or negation of the corresponding command of the AF standby command 293 and the AF gate start command 294. Is fine.
  • any type of transformer may be adopted as the transformer including FL1.
  • the magnetic flux is substantially closed to the core, so that the AF can be provided near any of the SHB, INV, and FL.
  • whether the iron-core transformer or the air-core transformer is adopted may be determined depending on whether or not the position of the transformer is close to the SHB, INV, and FL.
  • the inductance value of FL1 may be 1 mH or more and 4 mH or less. According to the study of the present inventor, an example of the technical significance of 1 mH is that even if the inductance value is smaller than 1 mH, it is considered that further downsizing of FL1 does not substantially occur. An example of the technical significance of 4 mH is that the inductance value required for the role of the filter reactor is 8 mH to 12 mH or less, which contributes to downsizing of the filter reactor.
  • the configuration of the above-described drive system for a railway vehicle is one of the results of the present inventors' earnest studies on the practical use of a drive system for a railway vehicle in which a semiconductor current reducer is used as a current breaker and the filter reactor is reduced in size.
  • a system other than a railway vehicle drive system for example, a semiconductor
  • a filter reactor is downsized by employing a semiconductor current reducer as a current breaker.
  • the present invention may be applied to a system employing a current breaker other than the current reducer, or a system employing a filter reactor having a general inductance value. That is, for such a system, for example, the following expressions are possible.
  • the AF described in at least one of the above-described embodiments may be applied to the following active filter device.
  • An interrupter that cuts off the DC power from the overhead line, an inverter that converts a DC power into an AC power using a motor that drives a railway vehicle as a load, and operates the inverter interposed between the interrupter and the inverter.
  • a drive circuit for a railway vehicle including a main circuit having a filter reactor and a filter capacitor for suppressing voltage pulsation generated when the inverter is driven, characterized by having an active filter device for suppressing a flyback noise current generated by the inverter. Drive system for railway vehicles.

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Abstract

架線からの直流電力を遮断する断流器と、鉄道車両を駆動する電動機を負荷とし直流電力を交流電力に変換するインバータと、断流器とインバータとの間に介在しインバータを動作する際に発生する電圧の脈動を抑えるフィルタリアクトル及びフィルタコンデンサとを有する鉄道車両用駆動システムが、半導体減流器（断流器とインバータとに直列に接続された半導体スイッチ素子と、当該半導体スイッチ素子に並列に接続された抵抗とを有する）と、インバータが発生する帰線ノイズ電流を抑制するアクティブフィルタ装置とを有する。

Description

鉄道車両用駆動システム、及び、鉄道車両の駆動方法
　本発明は、概して、鉄道車両用駆動システム、及び、鉄道車両の駆動方法に関する。
　鉄道車両用の駆動システムには、一般に、電流遮断器が設けられる。電流遮断器の一例として、例えば、特許文献１～２に開示の電流遮断器が知られている。
特開2004-096877号公報 特開2006-067732号公報
　本願発明者が、電流遮断器として半導体減流器を採用してフィルタリアクトルを小型化した鉄道車両用駆動システムの実用化について鋭意検討した結果、次の知見を得るに至った。
　鉄道車両用の駆動システムの主回路は、一般に、鉄道車両を駆動する電動機を負荷としたインバータを動作する際に発生する電圧の脈動を抑えるフィルタコンデンサ及びフィルタリアクトルを有する。フィルタリアクトルは、走行時に発生する電流及び電圧の脈動の低減や、主回路中で高電位と低電位が短絡した際に大きな短絡電流が架線側から流れるのを抑える役割を担っている。このような役割に必要なインダクタンス値は、一般に、8mH～12mHであり、故に、フィルタリアクトルの体積や質量が大きい。例えば、フィルタリアクトルの体積や質量は、電動機を除けば、駆動システム全体の1/2から1/3程度を占める。
　このため、フィルタリアクトルの小型化が実現できると駆動システム全体の小型化に寄与する。
　フィルタリアクトルを小型化するためには、インダクタンス値を小さく設定することが必要である。しかし、フィルタリアクトルを低インダクタンス化すると、フィルタコンデンサとフィルタリアクトルとを含んだフィルタの性能、すなわち、インバータから発生し帰線に出る高調波電圧である帰線ノイズ電流の増加を抑える性能が低下してしまう。これは、軌道回路上の信号機器の動作を不安定にする可能性がある。
　特許文献１及び２には、鉄道車両用の駆動システムに半導体減流器を適用した構成が開示されている。
　しかし、特許文献１及び２には、電流遮断器として半導体減流器を採用してフィルタリアクトルを小型化した鉄道車両用駆動システムの実用化に際してフィルタリアクトルの小型化と帰線ノイズ電流の増加を抑えることとを両立する技術は、開示も示唆もされていない。
　従って、本発明の目的は、フィルタリアクトルの小型化と帰線ノイズ電流の低減とを両立することにある。
　架線からの直流電力を遮断する断流器と、鉄道車両を駆動する電動機を負荷とし直流電力を交流電力に変換するインバータと、断流器とインバータとの間に介在しインバータを動作する際に発生する電圧の脈動を抑えるフィルタリアクトル及びフィルタコンデンサとを有する鉄道車両用駆動システムが、半導体減流器（断流器とインバータとに直列に接続された半導体スイッチ素子と、当該半導体スイッチ素子に並列に接続された抵抗とを有する）と、インバータが発生する帰線ノイズ電流を低減するアクティブフィルタ装置とを有する。
　半導体減流器は、短時間で減流動作に移行できるため、フィルタリアクトルを低インダクタンス化することで事故時の電流増加速度が増加しても、低電流値で遮断完了できる。更に、フィルタリアクトルを低インダクタンス化すると、フィルタリアクトルとフィルタコンデンサとを含むフィルタ回路の性能が低下し得るという副作用があるが、アクティブフィルタにより、この副作用は抑制される。このようにして、本発明によれば、フィルタリアクトルの小型化と帰線ノイズ電流の低減とを両立することができる。
実施例１に係る鉄道車両用駆動システムの構成図である。 図１におけるAF（アクティブフィルタ装置）の構成図である。 駆動システムの起動の際の動作シーケンスの概要を示す。 駆動システムの停止の際の動作シーケンスの概要を示す。 AF異常検知の際の動作シーケンスの概要を示す。 駆動システムの起動から停止までの概要のタイミングチャートの一例である。 AF異常が発生した場合のタイミングチャートの一例である。 実施例２に係る鉄道車両用駆動システムの構成図である。 実施例３に係る鉄道車両用駆動システムの構成図である。 実施例４に係る鉄道車両用駆動システムの構成図である。 結合係数の第１の調整方法が適用された内鉄型の鉄芯トランスの正面図である。 図９Ａに示される鉄芯トランスの上面図である。 結合係数の第１の調整方法が適用された外鉄型の鉄芯トランスの正面図である。 図１０Ａに示される鉄芯トランスの上面図である。 結合係数の第２の調整方法が適用された内鉄型の鉄芯トランスの正面図である。 図１１Ａに示される鉄芯トランスの上面図である。 結合係数の第２の調整方法が適用された外鉄型の鉄芯トランスの正面図である。 図１２Ａに示される鉄芯トランスの上面図である。
　以下の実施例の説明においては、便宜上その必要があるときは、複数のセクション又は実施例に分割して説明するが、特に明示した場合を除き、それらは互いに無関係なものではなく、一方は他方の一部又は全部の変形例、詳細、補足説明等の関係にある。また、以下の実施例の説明において、要素の数等（個数、数値、量、範囲等を含む）に言及する場合、特に明示した場合及び原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されるものではなく、特性の数以上でも以下でもよい。
　さらに、以下の実施例の説明において、その構成要素（要素ステップ等も含む）は、特に明示した場合及び原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。同様に、以下の実施例の説明において、構成要素等の形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合及び原理的に明らかにそうでないと考えられる場合等を除き、実質的にその形状等に近似又は類似するもの等を含むものとする。このことは、上記数値及び範囲についても同様である。
　実施例１に係る駆動システム及びそれを用いた鉄道車両について、図１から図５を用いて説明する。
　図１は、実施例１に係る鉄道車両用駆動システムの構成図である。
　鉄道車両用駆動システムは、鉄道車両を駆動する１又は複数の主電動機１０１（本実施例では、IM1～IM4）を駆動する。鉄道車両用駆動システムは、IM1～IM4を含んでも含まなくてもよい。鉄道車両用駆動システムは、架線１０２（言い換えれば、パンタグラフ５０（以下、PAN））からの直流電力を交流電力に変換してIM1～IM4へ出力する主回路１００と、主回路１００のP側（High側）と磁気結合されているアクティブフィルタ装置１５５（以下、AF）と、AFや主回路１００等を制御する制御論理部１５０（制御装置の一例）とを有する。
　主回路１００が、架線１０２（PAN）からの架線電圧（例えば直流1500V）と主回路１００とを電気的に切り離すための主スイッチ１１１（以下、MS）と、アース側と主回路１００とを電気的に切り離すための接地スイッチ１１２（以下、GS）と、インバータ１１３（以下、INV）側で過電流（事故電流）が発生したときにその過電流を減流する半導体減流器１１４（以下、SHB）と、減流電流を断流するためやINVが動作不良となった場合の主回路１００を開放するための１又は複数の断流器１１５（本実施例では、２つの断流器１１５であるLB1及びLB2）とを有する。また、主回路１００は、電圧計１１６（以下、DCPT1）と、電圧計１１７（以下、DCPT2）と、放電抵抗１１８（以下、DCHRe）と、放電用スイッチ１１９（以下、DS）と、過電圧放電用素子１２０（以下、OVTr）と、放電抵抗１２１（以下、OVRe）と、フィルタリアクトル１２２（以下、FL1）と、フィルタコンデンサ１２４（以下、FC）と、コンタクタ１２５（以下、AFK）と、INV（第１のインバータの一例）とを有する。
　INVは、IM1～IM4を負荷としPANからの直流電力を交流電力に変換する。INVは、１つの素子群から構成されており、当該素子群が、複数（又は１つ）の素子ユニット１４０（本実施例では、３つの素子ユニットA～C）を有する。各素子ユニット１４０は、１又は複数の半導体スイッチ素子を有する。INVは、半導体スイッチ素子で２レベルあるいは３レベル回路を構成し、直流電力を三相の可変周波数及び可変電圧に変換する一般的なインバータでよい。なお、INVの負荷となるIM1～IM4の各々も、一般的な電動機（例えば同期電動機）でよい。
　FL1及びFCは、LB1及びLB2とINVとの間に介在し架線から流入する高調波ノイズや、INVが動作する際に発生する電圧の脈動を抑える。
　SHBは、減流用素子１４５（以下、SHBTr1）と、減流抵抗１４６（以下、DRe）と、充電用素子１４７（以下、SHBTr2）と、充電抵抗１４８（以下、CHRe）とを有する。SHBにおいて、SHBTr1が、LB2（少なくとも１つの断流器の一例）とINVとに直列に接続されている。また、CHReとSHBTr2とが並列に接続されており、DReが、CHReとSHBTr2との並列体に直列に接続されている。CHRe及びDReが、ＳＨＢにおける抵抗の一例であり、SHBTr1及びSHBTr2が、SHBにおける半導体スイッチ素子の一例である。本実施例において、半導体スイッチ素子は、IGBT（Insulated Gate Bipolar Transistor）であり、SHBTr1及びSHBTr2の各々は、パワーモジュール（半導体スイッチ素子と、回生電力を通流する方向に並列接続したダイオードとの並列体）である。SHBTr1及びSHBTr2の少なくとも１つは、MOSFET（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）等他のパワーデバイスとしてもよい。MOSFET等のボディーダイオードを有するパワーデバイスが用いられる場合には、ダイオードは省略されてもよい。
　AFKは、AFとそれの図示しない電源（以下、AF電源）とに接続されている。AFKがオンとなると、AF電源からの電力がAFK通じてAFに提供される。なお、AF電源は、図示しないが、主回路１００の外部電源（例えば、PANからの電力に基づく電源、又は、別の電源）である。
　制御論理部１５０は、プログラムがプロセッサによって実行されることで実現されてもよいし、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）やＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）のようなハードウェア回路によって実現されてもよい。制御論理部１５０は、インバータ、AF及びSHB等の動作を制御する。例えば、最初にFCを充電するため、制御論理部１５０は、SHBTr1及びSHBTr2がオフの状態でLB1及びLB2をオンする（例えばLB1及びLB2にオン指令を出す）。PANからLB1、LB2、DRe、CHRe及びFL1経由でFCが充電される。FCの充電完了後、制御論理部１５０は、SHBTr1をオンする（例えばSHBTr1及びSHBTr2にオン指令を出す）。これにより、SHBTr1からINVに至る直流電流経路が導通する。INVが動作すると、IM1～IM4が動作し、鉄道車両は走行する。地絡事故等により生じた事故電流（過電流）が制御論理部１５０により検出された場合、制御論理部１５０は、SHBTr1をオフする（例えばSHBTr1にオフ指令を出す）ことで電流をDReに転流する。結果、電流が減流する。電流がLB1及びLB2の直列体で遮断可能なレベルまで減流したら、制御論理部１５０は、LB1及びLB2を例えば同時にオフすることで電流経路（主電流）を遮断する。一般的な機械式高速遮断器では、事故電流の遮断に10ms程度の時間を要するのに対し、SHBTr1は数μsの短時間でオフし、減流動作に移行することができる。このため、FL1を低インダクタンス化することで事故時の電流増加速度が増加しても（例えば、FL1のインダクタンス値を1mH以上4mH以下としても）、変電所の動作に影響を与えない、低い電流値で遮断完了することができる。なお、本実施例によれば、SHBがFL1よりもPAN側にあるので、SHBによる保護範囲が拡大する。また、本実施例によれば、LB1及びLB2（複数の断流器１１５のうち直列に接続された２以上の断流器１１５の一例）は直列に接続されているので、１つの断流器を単体で使用した場合に比べ、遮断電流容量を増加させることができる。
　SHBは、短時間で減流動作に移行することができるため、FL1を低インダクタンス化することで事故時の電流増加速度が増加しても、低い電流値で遮断完了することができる。FL1を低インダクタンス化すると、FL1とFCとを含むフィルタ回路の性能が低下し得るという副作用があるが、当該副作用を抑制するため、本実施例では、AFが用意される。AFにより、帰線ノイズ電流が低減される。具体的には、FL1に対向したリアクトル１２３（以下、FL2）が用意される。FL1（主回路高圧線側）を一次リアクトルとしFL2を二次リアクトルとしたトランス（例えば空芯トランスや鉄芯トランス）が構成される。FL2に、AFが接続される。AFにより、FL1の低インダクタンス化により増加した帰線ノイズ電流を低減することができる。このようにして、FL1の小型化と帰線ノイズ電流の低減が両立される。
　図２は、AF（アクティブフィルタ装置１５５）の構成図である。
　図に示すように、AFは、制御基板２００（制御装置の一例）とインバータ基板２５０から構成される（制御基板２００とインバータ基板２５０のように基板が区別されておらずAFは一体基板で構成されてもよい）。
　制御基板２００は、信号トリマ２０２と、比較器２０３と、マイコン２０４と、PWM（Pulse Width Modulation）生成器２０５と、入力部（例えば入力端子）２１１～２１５と、出力部（例えば出力端子）２２１～２２４とを有する。インバータ基板２５０は、電源生成器２５１と、減流抵抗２５２（以下、RCL）と、電源用スイッチ２５３と、駆動回路２５４（以下、GD）と、交流スイッチ２５５と、リアクトル２５６（以下、Lf）と、コンデンサ２５７（以下、Cf）と、インバータ（第２のインバータの一例）２５８と、直流電流センサ２５９（以下、DCCT）と、入力部（例えば入力端子）２６１～２６４と、出力部（例えば出力端子）２７１及び２７２とを有する。なお、制御基板２００は、AFの外にあり制御論理部１５０と一体であってもよいし、制御装置のうちの第１の部分が制御基板２００であり制御装置のうちの第２の部分が制御論理部１５０でもよい。
　インバータ基板２５０の出力部２７１は、FL2と接続され、主回路１００のP側と磁気結合されている。なお、磁気結合されたFL1及びFL2の結合係数kは、１未満（例えば、0<k<1）であるとよい。これにより、一次側の高圧主回路側の電圧変動が二次側のAFに与える影響を低減できる利点がある。この利点は、鉄道車両について大きいと考えられる。なぜなら、一般に、FL1は、鉄道車両の床下に設けられており、鉄道車両の床下は、雨や雪に晒されるため、FL1に地絡が発生する可能性があり、地絡が発生すると、PANから主回路１００に大電流が流れるためである。なお、結合係数kを１未満とすることは、FL1とFL2の巻線比や、FL1とFL2の相対的な位置を調整することで実現することが期待できる。
　また、本実施例では、インバータ基板２５０が、DCCTと、交流スイッチ２５５と、交流スイッチ２５５を駆動するGDとを有する。これにより、FL1及びFL2経由でAF内のインバータ２５８に伝搬する一次側の過電流を最小限に抑えることができ、結果として、結合係数kを実効的に下げることができる。具体的には、二次側に伝搬した過電流をDCCTが検知した場合、GDが交流スイッチ２５５をオフとする。より具体的には、次の通りである。すなわち、インバータ２５８とFL2との間に介在する交流スイッチ２５５は、通常はオン状態である。なぜなら、後述するように、インバータ２５８から交流電圧信号（ノイズ低減信号）をFL2経由でFL1に転送することで帰線ノイズ電流を低減するためである。DCCTが検知した直流電流を示す出力電圧が、出力部２７２及び入力部２１５経由でマイコン２０４に入力される。DCCTからの出力電圧が、二次側に伝搬した過電流を示している場合、マイコン２０４は、GDの駆動信号を出力する。駆動信号は、出力部２２３及び入力部２６３経由でGDに入力される。GDは、その駆動信号に応答して、交流スイッチ２５５をオフにする。これにより、FL2とインバータ２５８間の経路が遮断され、結果として、一次側と二次側の磁気結合が遮断される。このような制御が行われることで、二次側に伝搬する過電流を最小限に抑えることができ、結果として、AFのノイズ耐性を強化し信頼性の向上やインバータ２５８の小型化を実現することができる。なお、交流スイッチ２５５の構成は特に限定しない。交流スイッチ２５５は、交流電圧を伝搬できるいわゆるアナログスイッチと抵抗素子を並列接続した回路でもよい。
　AFは、一次側である主回路P側に設置した１又は複数の交流電流センサ２０１（本実施例では、２つの交流電流センサ２０１であるACCT1及びACCT2）からの交流出力電圧を入力信号として利用する。AFの一つの目的は、PANからの直流電流に含まれ得る交流成分を無くすことである。このため、センサとして、ACCT1及びACCT2のように交流専用のセンサが採用されればよく、結果として、交流成分だけでなく直流成分も抽出可能なセンサ（例えばホールセンサ）に比べて小型のセンサが採用されればよい。交流電流センサ２０１は、主回路１００に重畳された交流電流成分を検出する電流センサの一例である。
　信号トリマ２０２は、ACCT1及びACCT2からの入力信号（主回路に重畳された交流電流成分）から所望の周波数帯の入力信号をトリミングする。具体的には、例えば、信号トリマ２０２は、マイコン２０４内にて構築された制御ゲインKとバンドパスフィルタ（BPF）とに相当し、所望の周波数帯の入力信号をトリミングする。これらのトリミングされた信号が、PWM生成器２０５への搬送波２８０として適用され、マイコン２０４で生成したPWM制御信号（上記所望の周波数帯の交流成分を消すためのPWM制御信号）２８１が、PWM生成器２０５へ入力される。PWM生成器２０５により、搬送波２８０及びPWM制御信号２８１に基づく信号が生成されてインバータ基板２５０内のインバータ２５８に当該信号が出力部２２４及び入力部２６４経由で入力され、当該信号に基づきインバータ２５８から交流電圧Vcが出力される。このVcは、一次側の主回路線に設置されたACCT1で検知された帰線ノイズ電流を低減するように制御された電圧信号である。このノイズ低減信号は、Lf及びCfから構成されるフィルタ回路で成形され、FL2からFL1に転送される（図示のVafは、AFの出力電圧である）。FL1に転送されたノイズ低減信号（電圧信号）は、FL1における信号の交流成分の逆相の信号である。以上のような構成とすることで、FL1を低インダクタンス化した場合においても、帰線ノイズ電流を低減することができ、結果として、軌道回路上の信号機器が誤動作することを防ぐことができる。
　なお、AFは、帰線ノイズ電流を低減するが、AFが正常でなければ、AF自体がノイズを生成することになり得る。
　そこで、AFは、セルフチェック機能とモニタ機能とを有する。
　モニタ機能について説明する。モニタ機能によれば、下記の比較が行われる（なお、セルフチェック機能については、図３以降で説明する）。
　第１に、比較器２０３は、AF全体が正常か否かを検出るための比較である第１の比較を行う。具体的には、比較器２０３は、AFへ入力部２１２経由で入力されトリミングされた交流電流成分が、所望のレベル、即ち軌道回路の規定レベル以下かを判定する。
　第２に、比較器２０３は、交流電流センサ２０１の故障の有無を検出するための比較である第２の比較を行う。具体的には、比較器２０３は、ACCT1及びACCT2から信号トリマ２０２経由でそれぞれ入力された２つの信号の差分が交流電流センサ２０１の仕様規定値以下かを判定する。
　第１及び第２の比較の結果に基づくAFモニタ信号２９１及びAF動作信号２９２が出力される。具体的には、上記交流電流成分が規定レベルを超過した場合（つまり、帰線ノイズ電流が規定レベルを超過した場合）、又は、上記差分が交流電流センサの仕様規定値を超過した場合、AFモニタ信号２９１及びAF動作信号２９２は、そのようなAF異常であることを示す信号である。
　出力されたAFモニタ信号２９１は、出力部２２１経由で制御論理部１５０に入力される。また、AF動作信号２９２が、出力部２２２経由で制御論理部１５０に入力される。制御論理部１５０は、AFモニタ信号２９１及びAF動作信号２９２のうちの少なくとも１つに基づき、必要に応じて、AFのメイン動作を停止する。
　なお、第２の比較の意義は、例えば次の通りである。AFは交流電流センサ２０１の出力信号を入力値として用いる。このため、入力値が実際の帰線ノイズ電流値とずれてしまうと、AFから所望の信号が出力されずAF自体が軌道回路の信号機器にとってノイズ電流を生成してしまう恐れがある。そこで、本実施例では、少なくとも２つの交流電流センサの一例としてACCT1及びACCT2が備えられ、ACCT1及びACCT2がそれぞれ検知した交流電流成分の差分が既定値を超えているか否かが判定され、その判定結果が真の場合には、ACCT1及びACCT2の一方が故障していると判定される。
　以上のモニタ機能により、AFが正常か否かの状態を監視することが可能となる。なお、AFと外部機器（例えば制御論理部１５０）のインターフェースとしては、例えば、AFモニタ信号２９１の他に、AFをスタンバイ状態にするAFスタンバイ指令２９３、AF内のインバータ２５８を活性化するAFゲートスタート指令２９４、及び、AFが正常動作しているかを伝達するAF動作信号２９２がある。AFスタンバイ指令２９３は、制御論理部１５０から入力部２１１経由で入力される。AFゲートスタート指令２９４は、制御論理部１５０から入力部２１３経由で入力される。AF動作信号２９２は、出力部２２２経由で制御論理部１５０へ出力される。また、好適には、マイコン２０４を用いて上記の制御が行われてよく、例えば、ウォッチドッグタイマ、割込みコントローラ、任意のパルス出力IF（インターフェース）、インバータ基板２５０内のインバータ２５８の制御のためのPWMタイマといったものが利用されてよい。
　なお、本実施例では、AF電源は、外部のDC100V電源である。外部からDC100V電源が、AFKを介して、インバータ基板２５０内の電源生成器２５１に入力される。電源生成器２５１が、AFに必要な各種電源レベルを生成する。インバータ基板２５０に高圧電源を投入する際には、RCL経由で充電が行われ、その後に、電源用スイッチ２５３が導通されることで、突入電流発生が防止される。
　次に、本実施例に係る駆動システムで行われる制御の詳細を、図３Ａ～図５を用いて説明する。なお、図４において、符号４０１は、レバーサ指令を示す。符号４０２は、力行／回生指令を示す。符号４０３は、INVゲートスタート（状態）を示す。符号４０４は、PWM生成器２０５のパタンスタート（状態）を示す。
　はじめに、図３Ａ及び図４を用いて、駆動システムの起動（セット側）を説明する。
　制御論理部１５０が、PANからの直流電力が通電する前に（LB1及びLB2をオンとする前に）、AFにセルフチェック機能を実行させる。具体的には、例えば、次の通りである。PANから架線電圧を取り込んだ後、例えば運転手によってリセットスイッチがオンとされることで、リセット信号が、制御論理部１５０に投入される（図３Ａ：Ｓ３０１）。リセット信号に応答して、制御論理部１５０は、図４に示すように、AFKをオンとし、AFに、AFスタンバイ指令２９３をAFに対するリセット信号と同時に投入する（図４：ｔ４１）。AFスタンバイ指令２９３（及びリセット信号）は、マイコン２０４に入力される。AFスタンバイ指令２９３（及びリセット信号）に応答して、マイコン２０４により、AFのセルフチェック（自己診断）が実施される（図３Ａ：Ｓ３０２）。セルフチェックは、例えば、マイコン２０４のリセット動作（電源投入や各種設定）（図３：Ｓ３０２Ａ）、マイコン２０４内の図示しないA/D（アナログデジタル変換）制御部にて、アナログ電圧信号を正確にマイコン２０４に取り込むための基準電圧を補正すること（図３：Ｓ３０２Ｂ）、PWMテストパターンの出力（図３：Ｓ３０２Ｃ）、及び、DCCTからの電圧信号の検出（図３：Ｓ３０２Ｄ）、を含む。セルフチェックの際には、PWM生成器２０５によりインバータ２５８にPWM信号を入力し、そのPWM信号に基づきインバータ２５８により所定周波数の正弦波を出力する。その際に、DCCTでその電流値を検知し、DCCTが検出した電流値を示す電圧信号がマイコン２０４のアナログ端子に入力される。つまり、AFの閉じたループにおいて電流が流れ、その電流の値がDCCTにより検知されマイコン２０４にフィードバックされる。入力されたアナログ値が、出力された所定周波数の正弦波として妥当な値であれば、マイコン２０４は、AFが正常であると判定する。
　以上のように、LB1及びLB2がオンとされる前に（架線１０２（PAN）とINVとが電気的に接続される前に）、AFのセルフチェックが実施される。AFに異常があると、AFのセルフチェックにおいてAFがノイズを発生し、そのノイズがFL2を経由して一次側に伝搬するおそれがあるが、セルフチェックの際には、LB1及びLB2がオフとなっているため、AFの出力電流（ノイズ）が帰線に流出することを防ぐことができる。
　セルフチェックにおいて異常が検出されなければ、セルフチェックの後、レバーサが投入される（図３Ａ：Ｓ３０３、図４：ｔ４２）。なお、セルフチェックにおいて異常が検出されなければ、正常を示すAF動作信号２９２が制御論理部１５０に出力される。
　更に、力行／回生指令が投入され（図３Ａ：Ｓ３０４－１）、また、制御論理部１５０によりLB1及びLB2がオンとされ（図３Ａ：Ｓ３０４－２）、故に、FCの充電が開始される（図３Ａ：Ｓ３０５、図４：ｔ４３）。符号４５０は、FC充電中を示す。
　この際、制御論理部１５０は、SHBのSHBTr1及びSHBTr2をオフとし（図４参照）、DReとCHReの直列抵抗を経由して充電することが望ましい。FL1が低インダクタンスであるため、充電時のトータルの充電抵抗値が低いと充電電流の傾き(di/dt)が大きくなり高調波ノイズ電流が発生する可能性がある。このため本実施例のように複数の抵抗を直列接続してFCに充電するとよい。
　また、FC充電中、制御論理部１５０は、AFにメイン動作（インバータ２８５）を止めておく。なぜなら、FC充電中にAFのメイン動作が行われると、FC充電時の交流電流成分に関してもAFによりノイズ低減が行われ（インバータ２８５から出力電圧がFL2経由でFL1へと伝搬され）、結果として、FC充電を妨げる（FC充電電流を相殺する）おそれがあるからである。
　FC充電を実施した後、制御論理部１５０は、AFゲートスタート指令２９４を出力し（図３Ａ：Ｓ３０６－１、図４：ｔ４５）、SHBTr1及びSHBTr2をオンとする（図３Ａ：Ｓ３０６－２、図４：ｔ４４及びｔ４６）。これにより、AFとSHBが動作状態となる。
　その後、制御論理部１５０は、INVをゲートスタートさせることで（図３Ａ：Ｓ３０７）、力行／回生動作を実施する。
　次に、図３Ｂ及び図４を用いて、駆動システムの停止（リセット側）を説明する。
　制御論理部１５０は、力行、惰行及び回生といった一連の動作を完了し、INVをゲートオフとさせ（図３Ｂ：Ｓ３１１、図４：ｔ４７）、レバーサ遮断とする際には（図３Ｂ：Ｓ３１２、図４：ｔ４８）、AFをオフとし（AFゲートスタート指令２９４をオフとし）（図３Ｂ：Ｓ３１３－１）、且つ、LB1及びLB2をオフとし（図３Ｂ：Ｓ３１３－２）、最後に、SHBをオフとする（図３Ｂ：Ｓ３１４、図４：ｔ４９）。なお、SHBのうち、SHBTr1が先にオフとされ（例えば、ｔ４８でオフとされ）、その後に（ｔ４９で）、SHBTr2がオフとされる。SHBTr2のオフがSHBのオフに相当する。最後までSHBTr2がオン状態であるので、LB1及びLB2のオフまでの後に事故電流が生じても、DReで減流させた後にLB1及びLB2のオフを実現することができる。また事故電流が発生しない場合においても、SHBTr1、SHBTr2の制御方法を同じとすることで制御論理部１５０の論理を簡略化できる。
　次に、AFの異常を検知した場合について、図３Ｃ及び図５を用いて説明する。
　図３Ｃによれば、AF異常が検知された場合（Ｓ３２１）、レバーサの状態が維持される（つまり、レバーサが遮断されない）点以外は、リセット側動作と同じシーケンスで、上述のＳ３１３－１、Ｓ３１３－２及びＳ３１４と同じ処理、すなわち、AF遮断（Ｓ３２２－１）、断流器（LB1及びLB2）の遮断（Ｓ３２２－２）、及び、SHBの遮断（Ｓ３２３）が順次に行われる。
　なお、図５は、制御論理部１５０により、AF異常を一度検知した後に（ｔ５１）、AF動作信号２９２から正常を検知し（ｔ５２）、力行指令が投入される場合（ｔ５３）を併せて示している。この場合、制御論理部１５０によりLB1及びLB2が再投入され（ｔ５４）、INVのゲートスタート（ｔ５５）までは、図３Ａに示したセット側シーケンスと同じ制御である。なお、図５によれば、一回目の異常検知後にAFのセルフチェックが実施されない。例えば、AF内のインバータ２５８にて過電流が発生し、マイコン２０４側で過電流を検知した場合において、この異常は軽故障であると判定された場合には、AFが再度セルフチェックをしないほうが、AFの再起動を高速に実施でき、駆動システムの復帰を迅速に行えるメリットがある。
　図５によれば、１回目のAF異常の検知は、軽故障（第２種の異常の一例）の検知の一例であり、２回目のAF異常の検知は、重故障（第１種の異常の一例）の検知の一例である。軌道回路の信号機器への影響度が相対的に低いAF異常が「軽故障」であり、軌道回路の信号機器への影響度が相対的に高いAF異常が「重故障」である。軌道回路の信号機器への影響度の高さは（言い換えれば、AF異常が軽故障であるか重故障であるかは）、AF異常の種別（例えば、過電圧、過昇温）と、AF異常の発生回数とのうちの少なくとも１つに従い定義することができる。重故障は、（ｘ）帰線ノイズ電流が規定レベルを超過、及び、（ｙ）ACCT1及びACCT2のいずれかが故障、のうちのいずれかである。一方、軽故障は、重故障以外のAF異常である。
　制御論理部１５０は、AFからのAFモニタ信号２９１及びAF動作信号２９２の少なくとも１つを基に、AFにおいて軽故障と重故障のいずれが発生したかを検知できる。重故障（例えば２回目のAF異常）が検知された場合、制御論理部１５０は、INV、LB1、LB2及びAFをオフとし（ｔ５６）、その後、AFKをオフとする（ｔ５７）。AFKのオフは、AF電源の遮断の一例である。
　以上が、実施例１の説明である。実施例１によれば、SHBを用いることで、鉄道車両内で発生した事故電流（過電流）を検知後に高速に遮断をすることができる。即ち、FL1を低インダクタンス化（小型軽量化）した際にも、事故電流の増加を最小限に抑えることができる。このため、架線に電力を供給する変電所の安定動作を確保できる。また、AFを用いることで、帰線ノイズ電流の低減が可能となる。このため、帰線上の軌道回路を誤動作させることを防ぐことができる。
　なお、実施例１では、AFスタンバイ指令２９３（オン）がAFに入力された場合に、セルフチェックが開始される。また、実施例１では、AFゲートスタート指令２９４（オン）が入力された場合に（又は、セルフチェック後、AFゲートスタート指令２９４（オン）無しに）、AFメイン動作（ACCT1及びACCT2からの入力に基づきインバータ２５８を制御することでAFの出力電圧をFL1側へ伝搬させる動作）が行われる。また、制御論理部１５０は、AFスタンバイ指令２９３をAFに入力し、その後にAFから受信したAF動作信号２９２及びAFモニタ信号２９１から正常が特定された場合に（且つFC充電が完了した場合に）、AFゲートスタート指令２９４をAFに入力してよい。
　次に本発明の実施例２を説明する。その際、実施例１との相違点を主に説明し、実施例１との共通点については説明を省略又は簡略する。
　図６は、実施例２に係る鉄道車両用駆動システムの構成図の一例である。
　実施例１と異なる点は、INVが、複数の素子群の一例として、２つの素子群６０１Ａ及び６０１Ｂを有し、各素子群６０１で制御する主電動機が２つであることである。１つの素子群６０１の制御対象となる主電動機１０１の数が４から２に減っているため、主電動機１０１をより精度よく制御できる利点がある。なお、各素子群は、実施例１と同様、複数の素子ユニット１４０の一例として３つの素子ユニットを有する。
　また、本実施例によれば、INV以外のFCやOVTr等の回路部品（構成要素）は、２つの素子群６０１Ａ及び６０１Ｂで共通利用される。このように、いわゆる1C2M（１インバータ２モータ）制御の一部回路部品を共通利用とすることで、駆動システムの部品点数が増加するのを抑えることが可能となる。
　次に本発明の実施例３を説明する。その際、実施例１との相違点を主に説明し、実施例１との共通点については説明を省略又は簡略する。
　図７は、実施例３に係る鉄道車両用駆動システムの構成図の一例である。
　実施例１と異なる点は、SHBの構成、具体的には、DReとCHReが並列接続されている点である。FC充電動作や、事故電流（過電流）検知時にSHBTr1をオフするためのシーケンスは実施例１と同じである。DReとCHReを並列接続する利点としては、減流電流が流れる経路がDReとCHReの２つの経路となるため、減流時に抵抗から発生する発熱量を、２つの抵抗で消費することができ、結果的に、減流抵抗と充電抵抗の本数を削減できることにある。実施例１では、減流電流をDReのみで消費する必要があるため、実施例３に比べて減流抵抗の質量（比熱）を大きく取らなければならない。このように、実施例３によれば、それぞれの抵抗を並列接続することで、SHBの小型化が可能となる。
　次に本発明の実施例４を説明する。その際、実施例３との相違点を主に説明し、実施例３との共通点については説明を省略又は簡略する。また、以下の説明では、同種の要素を区別しないで説明する場合には、参照符号のうちの共通部分を使用し、同種の要素を区別する場合は、参照符号を使用することがある。例えば、一次巻線を区別しない場合には、「一次巻線８２２」と言い、一次巻線を区別する場合には、「一次巻線８２２Ａ」、「一次巻線８２２Ｂ」のように言うことがある。
　図８は、実施例４に係る鉄道車両用駆動システムの構成図の一例である。なお、図８は、符号１３が示す範囲の詳細も示す。
　実施例４では、トランスとして、鉄芯トランス８３２が採用される。鉄芯トランス８３２において、鉄芯コア５１に、FL1及びFL2がそれぞれ巻き付けられている。FL1は、一次リアクトルとしてのフィルタリアクトルであり、FL2は、二次リアクトルである。
　FL2にアクティブフィルタ装置８０２（以下、AF）が接続されている。なお、本実施例では、図２に示した制御基板２００は、図１に示した制御論理部１５０と一体である。
　図８には、AFの構成要素の一部が例示されている。図８によれば、AFは、上述したLf、交流スイッチ２５５、RCL、電源用スイッチ２５３、インバータ２５８（以下、PM）及びDCCTの他に、直流電源８１２（以下、VCC）、コンデンサ８４（以下、Cp）、減流抵抗８４７（以下、RDRe）、ダンピングコンデンサ８２（以下、Cd）及びダンピング抵抗８１（以下、Rd）を備える。
　VCC及びCpが、PMに並列接続されている。AFは、例えばPWM（Pulse Width Modulation）制御することにより、Cpの直流電力を交流電力に変換して出力する。その出力端には、LfとCfで構成されるLCフィルタが接続されている。これにより、PWM制御に起因するスイッチングリプル成分を除去することができる。なお、AFのスイッチング周波数が十分に高い場合には、Lf及びCfが無くてもよい。
　RDReが、FL2とPM間に介在する交流スイッチ２５５に並列に接続されている。
　Cd及びRdは、直列に接続されており、且つ、Cfに並列に接続されている。Cd及びRdは、CfとLfの共振を抑制する。
　PMは、フルブリッジ回路であり、半導体スイッチ素子Q1～Q4を備えている。Q1及びQ2は直列接続されてＵ相を構成し、Q3及びQ4は直列接続されてＶ相を構成する。Q1～Q4の各々には、通流方向が逆方向となるようにダイオードが並列接続される。Q1～Q4の各々がIGBTである場合にはダイオードを接続する必要があるが、Q1～Q4の各々がMOSFETなどボディーダイオードを有する素子である場合にはダイオードを接続する代わりにMOSFETのボディーダイオードを利用することができる。
　本実施例では、FL1とFL2との磁気結合の結合係数kは、１未満（例えば、０．９５以下）とされる。具体的には、結合係数が、理想的な係数である１を実現できない（若干の漏れインダクタンスがある）結果として１未満となるのではなく、積極的に１未満に調整される。
　INVが発生する帰線ノイズ電流を抑制することがAFの主な役割であることを鑑みると、トランスにおける結合係数kは一般と同様に理想的な係数である１とされることが考えられる。結合係数が１と最も高ければ、AFの規模が小さくても帰線ノイズ電流の抑制を十分に行うことが期待できるからである。
　しかし、上述したように、FL1は、一般に、鉄道車両の床下に設けられ、故に、FL1に地絡が発生する可能性がある。FL1に地絡が発生した場合には、PANから主回路１００に大電流が流れる。このとき、結合係数kが高いほど、主回路１００における大電流の影響をAFが強く受けることになる。例えば、主回路P側で地絡が発生した場合、その瞬間FL1の両端電位は架線電圧とほぼ同等になる。このため、理想的なトランス（k=1）の場合は、その電位変動が二次側に伝搬する。このため、AF側に高電位が伝搬して、AF内の部品を破損する恐れがある。
　そこで、本実施例では、上述したように、結合係数kが、積極的に（言い換えれば意図的に）１未満とされる。結合係数kが１未満の範囲で調整されることで、主回路P側のFL1の両端電位変動の影響を受けにくくすることと帰線ノイズ電流を低減することとを両立することができる。
　本実施例では、トランスとして鉄芯トランス８３２が採用される。鉄芯トランス８３２のタイプとして、内鉄型と外鉄型がある。内鉄型によれば、磁気回路が一つであり、巻線が、その磁気回路である鉄芯上にある。従って、外観上、鉄芯が巻線の芯になる。一方、外鉄型によれば、巻線が二つ以上の磁気回路である鉄芯によって包み囲まれる。従って、巻線が内側にあり、その外側を鉄芯が囲む。
　鉄芯トランス８３２がタイプに関わらず、結合係数kが１未満に調整される。例えば、鉄芯トランス８３２のタイプが内鉄型であるか外鉄型であるかに関わらず、結合係数kが１未満に調整される。
　結合係数kは、１－（漏れインダクタンス／自己インダクタンス）の平方根である。つまり、k={1-(Ls/Lop)}^(1/2)である。Lsは、漏れインダクタンスである。Lopは、自己インダクタンスである。Lopに対するLsが、結合係数kが１未満となる値に調整されている。つまり、結合係数kが１未満となるよう漏洩磁束を調整できる。結合係数kの調整方法は、トランスの構成に依存してよい。例えば、上述したように、FL1及びFL2の巻線比を調整したり、FL1及びFL2の相対位置を調整したりすることで実現することが期待できる。
　結合係数kを１未満に調整する方法として、例えば、下記の第１の調整方法と第２の調整方法のいずれかの方法を採用することができる。
（１）第１の調整方法：FL1を構成する一次巻線と、FL2を構成する二次巻線との一方が、当該一次巻線と当該二次巻線との他方の一部を囲む。
（２）第２の調整方法：FL1を構成する一次巻線と、FL2を構成する二次巻線とが、同一の軸に沿って離間する。
　第１の調整方法と第２の調整方法のいずれかの方法も、鉄芯トランス８３２のタイプが内鉄型であるか外鉄型であるかに関わらず適用可能である。
　図９Ａは、第１の調整方法が適用された内鉄型の鉄芯トランス８３２Ａの正面図である。図９Ｂは、図９Ａに示される鉄芯トランス８３２Ａの上面図（図９ＡにおいてＡから見た鉄芯トランス８３２Ａの平面視を示す図）である。
　鉄芯コア５１Ａにおける平行な２つのコア部分の各々について、FL1を構成する一次巻線８２２Ａが、上下方向（長手方向）に延びた当該コア部分を囲み、一次巻線８２２Ａを、FL2を構成する二次巻線８２３Ａが囲む。一次巻線８２２Ａの外周と二次巻線８２３Ａの内周は離間している。二次巻線８２３Ａの上下方向に沿った全長は、一次巻線８２２Ａの上下方向に沿った全長よりも短く、二次巻線８２３Ａの全体が一次巻線８２２Ａの一部と重複している。例えば、二次巻線８２３Ａは、一次巻線８２２Ａの中央部分を囲む。
　図１０Ａは、第１の調整方法が適用された外鉄型の鉄芯トランス８３２Ｂの正面図である。図１０Ｂは、図１０Ａに示される鉄芯トランス８３２Ｂの上面図である。
　鉄芯コア５１Ｂの中央の上下方向に延びたコア部分を、一次巻線８２２Ｂが囲み、一次巻線８２２Ｂを、二次巻線８２３Ｂが囲む。一次巻線８２２Ｂと二次巻線８２３Ｂの相対的な関係は、図９Ａ及び図９Ｂに示す関係と同じである。
　第１の調整方法では、結合係数kに依存するパラメータは、一次巻線８２２と二次巻線８２３の巻線比、及び、一次巻線８２２と二次巻線８２３の相対的な位置、のうちの少なくとも一つと考えられる。これらのパラメータのうちの少なくとも一つを調整することで、結合係数kを１未満の範囲で調整できる。
　図１１Ａは、第２の調整方法が適用された内鉄型の鉄芯トランス８３２Ｃの正面図である。図１１Ｂは、図１１Ａに示される鉄芯トランス８３２Ｃの上面図である。
　鉄芯コア５１Ｃの平行な２つのコア部分の各々について、当該コア部分を、一次巻線８２２Ｃと二次巻線８２３Ｃがそれぞれ囲む。一次巻線８２２Ｃと二次巻線８２３Ｃとが、当該コア部分の長手方向に沿って離隔距離ｔを隔てて離れている。
　図１２Ａは、第２の調整方法が適用された外鉄型の鉄芯トランス８３２Ｄの正面図である。図１２Ｂは、図１２Ａに示される鉄芯トランス８３２Ｄの上面図である。
　鉄芯コア５１Ｄの中央の上下方向に延びたコア部分を、一次巻線８２２Ｄと二次巻線８２３Ｄがそれぞれ囲む。図１１Ａ及び図１１Ｂと同様に、一次巻線８２２Ｄと二次巻線８２３Ｄとが、当該コア部分の長手方向に沿って離隔距離ｔを隔てて離れている。
　第２の調整方法では、結合係数kに依存するパラメータは、少なくとも離間距離ｔである。離間距離ｔを調整することで、結合係数kを１未満の範囲で調整できる。第２の調整方法において、結合係数kに依存するパラメータは、更に、一次巻線８２２と二次巻線８２３の巻線比が採用されてもよい。
　このように、結合係数kの調整方法として、第１及び第２の調整方法がある。第１の調整方法によれば、二次巻線８２３が一次巻線８２２と重複するので、長手方向に沿ったサイズを第２の調整方法よりも短く、以って、鉄芯トランス８３２が第２の調整方法よりも小さいことが期待できる。一方、第２の調整方法によれば、一次巻線８２２と二次巻線８２３の相対位置として選択可能な位置が第１の調整方法よりも多いので、結合係数kの調整可能な範囲が第１の調整方法よりも大きいこと（例えば、第１の調整方法よりも結合係数kの最小値が小さいこと）が期待できる。
　以上のように、結合係数kを１未満とすることで、主回路P側のFL1の両端電位変動の影響を受けにくくすることと帰線ノイズ電流を低減することとを両立することができる。また、結合係数kが１未満（0<k<1）である範囲において、比較的kが大きい範囲である第１の係数範囲と、第１の係数範囲以外の範囲である第２の係数範囲があってもよい。第１の係数範囲に属するkは、第１及び第２の調整方法のうちの少なくとも第１の調整方法により調整可能でよく、第２の係数範囲に属するkは、第１及び第２の調整方法のうちの少なくとも第２の調整方法により調整可能でよい。
　FL2側に電位（例えば過電流の影響としての高電位）が伝搬したことが例えばDCCTの検出値により特定された場合、下記のうちのいずれかの制御が行われてよい。なお、下記のいずれの制御も、例えば、DCCTの検出値が制御論理部１５０により特定され、制御論理部１５０からの指示により行われてよい。
（第１の制御）AFが、交流スイッチ２５５オフすることでRDReに誘起電流を転流させる。
（第２の制御）AFが、PMの動作モードを還流モードとする。具体的には、例えば、PMが、Q1及びQ3をオン状態にする。
　第１の制御及び第２の制御の各々の技術的意義は、例えば以下の通りである。
　第１の制御によれば、誘起電流が減流することになる。このため、AF内の部品の電流定格仕様を低く抑えることができる。
　第１の制御は、kが第１の係数範囲に属する場合に採用されてよい。
　一方、kが第２の係数範囲に属する程に小さければ、交流スイッチ２５５及びRDReが無くてもよい。誘起電流の大きさは、減流しなくてもよい程度の大きさと考えられ、交流スイッチ２５５及びRDReが無くても、AFにおける部品の定格電流を低く抑えることが期待できるからである。
　しかし、RDReが無いと、誘起電流は減流されずにPMを介してAF内の入力側のコンデンサCpを充電するモードになる場合がある。充電モードになると、AFの入力側電位が上昇するため、Cpの耐圧の超過が懸念される。
　そこで、第２の制御が実行される。第２の制御によれば、誘起電流はPM内を還流するため、Cpに充電が生じない。故に、Cpの耐圧を抑えることができる。
　以上、幾つかの実施例を説明したが、本発明はそれらの実施例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。
　上記した実施例は、本発明を分かり易く説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、実施例の構成の一部について、他の構成の追加、削除及び置換の少なくとも１つをすることが可能である。
　例えば、実施例３に係るSHBの回路構成と、実施例２に係る1C2M制御方式が組み合わされてもよい。また、INVに用いられている素子群の構成は、上下アームを一つに纏めたいわゆる2in1型のパワーモジュール構成であるが、もちろんこれに限定されない。素子群として、各アームを実装したいわゆる1in1型のパワーモジュールが用いられてもよい。さらには、INVの構成が、インバータパワーユニットとブレーキチョッパ素子を共通化したパワーユニット構成であってもよいことは言うまでもない。さらには、トランス（例えば、トランス型のフィルタリアクトルであるFL1）は空芯型でもよいし、鉄芯型でもよい。また、電動機１０１は、誘導電動機でもよいし永久磁石同期電動機でもよい。電動機１０１として永久磁石同期電動機を用いる場合は、図６に示したようにINVが複数（例えば４群分）の素子群を有し、一部の素子群でFCやOVTr等の部材は共通化する構成とすれば、主電動機の低損失化と駆動システムの軽量化に貢献できる。
　また、例えば、本発明は、鉄道車両用駆動システムに限定されるものではなく、リアクトル（例えば上述したフィルタリアクトル）、コンデンサ及び電力変換器（例えばインバータ）のうちの少なくとも１つを含むシステム（例えば、風力発電システムや太陽光発電システムといった電力制御システム全般）などにも適用することが期待できる。
　また、例えば、AFスタンバイ指令２９３（第１の指令の一例）、AFゲートスタート指令２９４（第２の指令の一例）及びAF動作信号の各々について、当該の指令（信号）の送信の一例が、指令（信号）のオン又はアサートでよい。また、AFスタンバイ指令２９３及びAFゲートスタート指令２９４の各々について、当該指令に従う動作の終了の指令の送信の一例が、AFスタンバイ指令２９３及びAFゲートスタート指令２９４のうちの該当の指令のオフ又はネゲートでよい。
　また、FL1を含むトランスとして、いずれの種類のトランスを採用するかは任意であってよい。例えば、鉄芯トランスによれば、磁束が、実質的にコアに閉じるので、AFを、SHB、INV及びFLのうちのいずれのそばにも設けることができる。このため、トランスの位置が、SHB、INV及びFLから近いか否かによって、鉄芯トランスと空芯トランスのいずれを採用するかが決められてよい。
　また、FL1のインダクタンス値は、1mH以上4mH以下でよい。本願発明者の検討によれば、1mHの技術的意義の一例は、インダクタンス値が1mHより小さくされてもFL1の更なる小型化が実質的に生じないと考えられることにある。4mHの技術的意義の一例は、フィルタリアクトルの役割に必要なインダクタンス値として一般に採用されている8mH～12mHの半分以下であることが、フィルタリアクトルの小型化に貢献することにある。
　また、上述した鉄道車両用駆動システムの構成は、電流遮断器として半導体減流器を採用してフィルタリアクトルを小型化した鉄道車両用駆動システムの実用化について本願発明者が鋭意検討した結果の一つとして想到された構成であるが、上述した構成のうちの少なくともAFは、電流遮断器として半導体減流器を採用してフィルタリアクトルを小型化した鉄道車両用駆動システム以外のシステム（例えば、半導体減流器以外の電流遮断器が採用されたシステムや、一般的なインダクタンス値のフィルタリアクトルが採用されたシステム）に適用されてもよい。すなわち、そのようなシステムに関し、例えば、下記のような表現が可能である。下記のアクティブフィルタ装置に、上述した実施例のうちの少なくとも一つに記載のAFが適用されてよい。
＜表現＞
架線からの直流電力を遮断する断流器と、鉄道車両を駆動する電動機を負荷とし直流電力を交流電力に変換するインバータと、前記断流器と前記インバータとの間に介在し前記インバータを動作する際に発生する電圧の脈動を抑えるフィルタリアクトル及びフィルタコンデンサとを有する主回路を含んだ鉄道車両用駆動システムにおいて、前記インバータが発生する帰線ノイズ電流を抑制するアクティブフィルタ装置を有することを特徴とする鉄道車両用駆動システム。
　１１４：半導体減流器　１５５：アクティブフィルタ装置

Claims (24)

  1. 　架線からの直流電力を遮断する断流器と、鉄道車両を駆動する電動機を負荷とし直流電力を交流電力に変換するインバータと、前記断流器と前記インバータとの間に介在し前記インバータを動作する際に発生する電圧の脈動を抑えるフィルタリアクトル及びフィルタコンデンサとを有する主回路を含んだ鉄道車両用駆動システムにおいて、
    　前記断流器と前記インバータとに直列に接続された半導体スイッチ素子と、前記半導体スイッチ素子に並列に接続された抵抗とを有し前記主回路に設けられた半導体減流器と、
    　前記インバータが発生する帰線ノイズ電流を抑制するアクティブフィルタ装置と
    を有することを特徴とする鉄道車両用駆動システム。
  2. 　前記アクティブフィルタ装置は、前記フィルタリアクトルを一次リアクトルとしたトランスにおける二次リアクトルに接続されている、
    ことを特徴とする請求項１に記載の鉄道車両用駆動システム。
  3. 　前記アクティブフィルタ装置は、前記主回路のP側と前記二次リアクトルを介して磁気結合されている、
    ことを特徴とする請求項２に記載の鉄道車両用駆動システム。
  4. 　前記アクティブフィルタ装置は、前記二次リアクトルに接続されたスイッチを有し、
    　前記アクティブフィルタ装置は、前記フィルタリアクトルから前記二次リアクトル経由で伝搬した過電流を検出した場合に、前記スイッチをオフとする、
    ことを特徴とする請求項２に記載の鉄道車両用駆動システム。
  5. 　制御装置を更に備え、
    　前記インバータは、第１のインバータであり、
    　前記アクティブフィルタ装置は、前記スイッチを介して前記二次リアクトルに接続された第２のインバータを備え、
    　前記主回路のP側に、前記主回路に重畳された交流電流成分を検出する電流センサが設置されており、
    　前記制御装置は、前記電流センサにより検出された交流電流成分に基づき、前記二次リアクトルを介して前記主回路に伝搬される交流電圧信号を出力する前記第２のインバータを制御する、
    ことを特徴とする請求項４に記載の鉄道車両用駆動システム。
  6. 　前記主回路に、前記主回路に重畳された交流電流成分を検出する電流センサが設置されており、
    　前記アクティブフィルタ装置は、前記電流センサにより検出された交流電流成分に基づき、前記二次リアクトルを介して前記主回路に伝搬される交流電圧信号を制御する、
    ことを特徴とする請求項２に記載の鉄道車両用駆動システム。
  7. 　前記電流センサは、交流電流センサである、
    ことを特徴とする請求項６に記載の鉄道車両用駆動システム。
  8. 　前記アクティブフィルタ装置は、前記架線と前記インバータが電気的に接続される前に、前記アクティブフィルタ装置の自己診断を行う、
    ことを特徴とする請求項１に記載の鉄道車両用駆動システム。
  9. 　前記断流器、前記半導体減流器及び前記アクティブフィルタ装置に接続された制御装置を更に有し、
    　前記制御装置が、
    　　前記断流器をオンにする前に、前記自己診断を行う契機となる指令であるスタンバイ指令を前記アクティブフィルタ装置に送信し、
    　　前記スタンバイ指令に対して前記アクティブフィルタ装置から受信した応答が正常を示している場合に、前記断流器をオンにする、
    ことを特徴とする請求項８に記載の鉄道車両用駆動システム。
  10. 　前記断流器がオンとされた場合に前記フィルタコンデンサの充電が開始され、
    　前記制御装置は、前記フィルタコンデンサの充電後に、前記インバータが発生する帰線ノイズ電流を抑制するというメイン動作を前記アクティブフィルタ装置に開始させる、
    ことを特徴とする請求項９に記載の鉄道車両用駆動システム。
  11. 　前記断流器がオンとされた場合に前記フィルタコンデンサの充電が開始され、
    　前記フィルタコンデンサの充電後に、前記インバータが発生する帰線ノイズ電流を抑制するというメイン動作を前記アクティブフィルタ装置が開始する、
    ことを特徴とする請求項１に記載の鉄道車両用駆動システム。
  12. 　前記断流器、前記半導体減流器及び前記アクティブフィルタ装置に接続された制御装置を更に有し、
    　前記半導体減流器は、前記半導体スイッチ素子を含む複数の半導体スイッチ素子を有し、
    　前記制御装置は、前記断流器をオンとした後に前記アクティブフィルタ装置の異常が検出された場合、前記断流器及び前記アクティブフィルタ装置をオフにした後に、前記複数の半導体スイッチ素子のうちの所定の半導体スイッチ素子をオフにする、
    ことを特徴とする請求項１に記載の鉄道車両用駆動システム。
  13. 　前記半導体スイッチ素子は、第１の半導体スイッチ素子であり、
    　前記抵抗が、第１の抵抗であり、
    　前記半導体減流器は、更に、
    　　前記第１の抵抗に直列接続された並列体を有し、
    　前記並列体は、
    　　第２の半導体スイッチ素子と、
    　　前記第２の半導体スイッチ素子に並列接続された第２の抵抗と
    を有する、
    ことを特徴とする請求項１に記載の鉄道車両用駆動システム。
  14. 　前記半導体スイッチ素子は、第１の半導体スイッチ素子であり、
    　前記抵抗が、第１の抵抗であり、
    　前記半導体減流器は、更に、
    　　前記第１の抵抗に直列接続された第２の半導体スイッチ素子と、
    　　前記第１の抵抗及び前記第２の半導体スイッチ素子に並列接続された第２の抵抗と
    を有する、
    ことを特徴とする請求項１に記載の鉄道車両用駆動システム。
  15. 　前記フィルタリアクトルである一次リアクトルと、前記アクティブフィルタ装置が接続されている前記二次リアクトルとの磁気結合の結合係数は、１未満である、
    ことを特徴とする請求項３に記載の鉄道車両用駆動システム。
  16. 　前記アクティブフィルタ装置は、前記二次リアクトルに接続されたスイッチと、前記スイッチに接続された減流抵抗とを有し、
    　前記アクティブフィルタ装置は、前記一次リアクトルから前記二次リアクトル経由で伝搬した電位を検出した場合に、前記スイッチをオフとする、
    ことを特徴とする請求項１５に記載の鉄道車両用駆動システム。
  17. 　前記アクティブフィルタ装置は、複数の半導体スイッチ素子を有するフルブリッジ回路を有し、
    　前記アクティブフィルタ装置は、前記一次リアクトルから前記二次リアクトル経由で伝搬した電位を検出した場合に、前記フルブリッジ回路の動作モードを還流モードとする、
    ことを特徴とする請求項１５に記載の鉄道車両用駆動システム。
  18. 　前記一次リアクトルを構成する一次巻線と、前記二次リアクトルを構成する二次巻線との一方が、前記一次巻線と前記二次巻線との他方の一部を囲む、
    ことを特徴とする請求項１５に記載の鉄道車両用駆動システム。
  19. 　前記二次巻線が、前記一次巻線を囲んでおり、且つ、前記二次巻線の全体が前記前記一次巻線の一部と重複している、
    ことを特徴とする請求項１８に記載の鉄道車両用駆動システム。
  20. 　前記一次リアクトルを構成する一次巻線と、前記二次リアクトルを構成する二次巻線とが、同一の軸に沿って離間している、
    ことを特徴とする請求項１５に記載の鉄道車両用駆動システム。
  21. 　前記結合係数は、１－（漏れインダクタンス／自己インダクタンス）の平方根であり、
    　前記自己インダクタンスに対する前記漏れインダクタンスが、前記結合係数が１未満となる値に調整されている、
    ことを特徴とする請求項１５に記載の鉄道車両用駆動システム。
  22. 　前記フィルタリアクトルのインダクタンス値が1mH以上4mH以下である、
    ことを特徴とする請求項１乃至２１のうちのいずれか１項に記載の鉄道車両用駆動システム。
  23. 　前記電動機として、複数の電動機があり、
    　前記インバータが、複数のインバータ部を有し、
    　前記複数のインバータ部の各々について、
    　　当該インバータ部には、前記複数の電動機のうち、当該インバータ部以外のいずれのインバータ部にも接続されていない一部の電動機が接続されている、
    ことを特徴とする請求項１乃至２１のうちのいずれか１項に記載の鉄道車両用駆動システム。
  24. 　架線からの直流電力を遮断する断流器と、鉄道車両を駆動する電動機を負荷とし直流電力を交流電力に変換するインバータと、前記断流器と前記インバータとの間に介在し前記インバータを動作する際に発生する電圧の脈動を抑えるフィルタリアクトル及びフィルタコンデンサとを有する主回路を含んだ鉄道車両の駆動方法において、
    　前記断流器をオンとし、
    　前記断流器と前記インバータとに直列に接続された半導体スイッチ素子と、前記半導体スイッチ素子に並列に接続された抵抗とを有し前記主回路に設けられた半導体減流器における半導体スイッチ素子をオンとし、
    　前記断流器及び前記半導体スイッチ素子がオン状態である場合に、前記インバータが発生する帰線ノイズ電流をアクティブフィルタ装置により抑制する、
    ことを特徴とする鉄道車両の駆動方法。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2022070944A1 (ja) * 2020-09-29 2022-04-07 ローム株式会社 信号伝達装置、電子機器、車両

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS60141101A (ja) * 1983-12-28 1985-07-26 Toyo Electric Mfg Co Ltd 車両用制御装置
JPS61203802A (ja) * 1985-03-06 1986-09-09 Hitachi Ltd 誘導電動機式電気車制御装置
JPH1080002A (ja) * 1996-09-04 1998-03-24 Toshiba Transport Eng Kk 電気車制御装置
JP2001037004A (ja) * 1999-07-26 2001-02-09 Hitachi Ltd インバータ式電気車制御装置
JP2006054933A (ja) * 2004-08-10 2006-02-23 Hitachi Ltd インバータ装置
JP2006067732A (ja) * 2004-08-27 2006-03-09 Toshiba Corp 電気車制御装置

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011103455A (ja) * 2009-10-14 2011-05-26 Railway Technical Research Institute 一体化リアクトル及びアクティブフィルタ
JP2015019022A (ja) * 2013-07-12 2015-01-29 東芝テック株式会社 電力伝送装置及びコイル装置

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS60141101A (ja) * 1983-12-28 1985-07-26 Toyo Electric Mfg Co Ltd 車両用制御装置
JPS61203802A (ja) * 1985-03-06 1986-09-09 Hitachi Ltd 誘導電動機式電気車制御装置
JPH1080002A (ja) * 1996-09-04 1998-03-24 Toshiba Transport Eng Kk 電気車制御装置
JP2001037004A (ja) * 1999-07-26 2001-02-09 Hitachi Ltd インバータ式電気車制御装置
JP2006054933A (ja) * 2004-08-10 2006-02-23 Hitachi Ltd インバータ装置
JP2006067732A (ja) * 2004-08-27 2006-03-09 Toshiba Corp 電気車制御装置

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2022070944A1 (ja) * 2020-09-29 2022-04-07 ローム株式会社 信号伝達装置、電子機器、車両

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