複電圧対応電気車両の電圧切り替え制御方法および制御システム
【課題】２つの異なる架線電圧区間でスムーズな相互の乗り入れを可能とすること。
【解決手段】き電電圧が、電気車の動作電圧である７５０Ｖより高い１５００Ｖの区間、もしくは低い６００Ｖの区間を走行する際には、切り替え手段１１，１２，２１，２２により、コンデンサ５２，５７のうちの一方のコンデンサをパンタグラフ１に接続して、上記き電電圧で充電し、この電圧を電圧コンバータ７１で７５０Ｖまで降圧もしくは昇圧して、コンデンサ５２，５７のうちの他方のコンデンサを充電し、この電圧を電気車駆動装置８に供給し、電気車を駆動する。また、き電電圧が、７５０Ｖの区間を走行する際には、切り替え手段１１，１２，２１，２２により、コンデンサ５２，５７をパンタグラフ１に接続するとともに、電気車駆動装置８に接続し、コンデンサ５２，５７に充電された７５０Ｖの電圧を電気車駆動装置８に供給し、電気車を駆動する。
【解決手段】き電電圧が、電気車の動作電圧である７５０Ｖより高い１５００Ｖの区間、もしくは低い６００Ｖの区間を走行する際には、切り替え手段１１，１２，２１，２２により、コンデンサ５２，５７のうちの一方のコンデンサをパンタグラフ１に接続して、上記き電電圧で充電し、この電圧を電圧コンバータ７１で７５０Ｖまで降圧もしくは昇圧して、コンデンサ５２，５７のうちの他方のコンデンサを充電し、この電圧を電気車駆動装置８に供給し、電気車を駆動する。また、き電電圧が、７５０Ｖの区間を走行する際には、切り替え手段１１，１２，２１，２２により、コンデンサ５２，５７をパンタグラフ１に接続するとともに、電気車駆動装置８に接続し、コンデンサ５２，５７に充電された７５０Ｖの電圧を電気車駆動装置８に供給し、電気車を駆動する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、き電電圧の異なる２つ直流電化区間を、スムーズに直通できるようにした複電圧対応電気車両の電圧切り替え制御方法および制御システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、従来からの架線より集電する電力に加え、電気車内部に備えた蓄電装置からの電力によって運行するハイブリッド電気車が研究されている（特許文献１、特許文献２等参照）。
ハイブリッド電気車では、例えば回生ブレーキ使用中の電気車が在線するとき、近傍に力行中の電気車など、負荷がない場合、車内に設けられた蓄電装置を充電することにより、回生失効を防止することが可能である。また、回生時に蓄電したエネルギーを再び力行時に使用することで、電力効率を向上させることが可能である。
また、非電化区間であっても蓄電装置から給電して走行することができるため、都市中心部など、景観上、或いはイニシャルコスト等の問題により架線の架設が困難な場合にも電気車を運行可能である。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００３】
【非特許文献１】小笠、田口、上園、丸山著、「車載高性能電池による架線ハイブリッド回生失効防止定置試験結果」２００４−１２−１７、電気学会研究会資料ＳＰＣ−０４−１７７、Ｐ４５−５０
【非特許文献２】関島、乾、戸田、門田、長谷部著「電気二重層キャパシタを適用した直流用電力貯蔵装置の開発」、２００５−３−１７、電気学会全国大会５−１７６
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来のハイブリッド電気車は、架線より集電可能な電圧範囲は限られており、電圧の異なる線区、すなわち、き電電圧の異なる線区を直通して走行することができないという問題あった。
本発明は、上記従来の問題点を解決するためになされたものであって、き電電圧が異なる区間を直通して走行することができる複電圧対応電気車両の電圧切り替え制御方法および制御システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記の課題を解決するために、本発明は、架線と、蓄電装置および走行制御システム（電気車駆動装置）との間に電圧変換器を設け、架線電圧によらずに走行制御システムへ供給される電圧が一定となるように制御する。
すなわち、本発明においては、以下のようにして上記課題を解決する。
集電装置に直列に接続された遮断器と、該遮断器を介して該集電装置に接続された電圧変換器と、電圧変換器の出力側に接続された電気車駆動装置と、上記電圧変換器の動作を制御する制御装置から構成され、異なるき電電圧区間を直通可能とした複電圧対応電気車両において、上記電気車駆動装置は蓄電装置と該蓄電装置に充電された電圧により駆動される電気車駆動用インバータ装置とを有し、この電気車駆動装置は、特定の電圧（例えば７５０Ｖ）で駆動される。
上記電圧変換器は、第１のコンデンサと、第２のコンデンサと、電圧コンバータと、第１のコンデンサ及び／または第２のコンデンサを上記遮断器を介して上記集電装置に選択的に接続するとともに、第１のコンデンサ及び／または第２のコンデンサを電気車駆動装置に選択的に接続する切り替え手段を備える。
そして、き電電圧が、上記電気車駆動装置が駆動される特定の電圧（例えば７５０Ｖ）より高い区間（例えば１５００Ｖ）、もしくは低い区間（例えば６００Ｖ）を走行する際には、上記切り替え手段により、第１もしくは第２のコンデンサのうちの一方のコンデンサを上記遮断器を介して上記集電装置に接続して、該コンデンサを、上記き電電圧で充電して、上記電圧コンバータで、該コンデンサに充電されてた電圧を上記電気車駆動装置が駆動される特定電圧まで降圧もしくは昇圧して、第１もしくは第２のコンデンサのうちの他方のコンデンサを充電し、該第１もしくは第２のコンデンサのうちの他方のコンデンサを上記電気車駆動装置に接続し、上記電気車駆動装置に上記特定の電圧を供給する。
また、き電電圧が、上記電気車駆動装置が駆動される特定の電圧に等しい区間を走行する際には、上記切り替え手段により、第１のコンデンサ及び第２のコンデンサを上記遮断器を介して上記集電装置に接続するとともに、第１のコンデンサ及び第２のコンデンサを電気車駆動装置に接続し、第１のコンデンサおよび第２のコンデンサの電圧を上記き電電圧で充電して、上記電気車駆動装置に上記特定の電圧を供給する。
【０００６】
さらに詳細には上記電圧変換器は、以下のように構成され、上記制御装置は、き電電圧が異なる区間を走行する際に以下のように制御する。
上記電圧変換器（７）は、上記遮断器（２）に接続された線路に一方の端子が接続された第１の接触器（１１）と、該第１の接触器（１１）の他方の端子と接地間に接続された第２のコンデンサ（５７）と、上記遮断器（２）に接続された線路に一方の端子が接続された第３の接触器（２１）と、該第３の接触器（２１）の他方の端子と接地間に接続された第１のコンデンサ（５２）と、上記第１のコンデンサ（５２）の電圧を昇圧して上記第２のコンデンサ（５７）に供給し、また、上記第２のコンデンサ（５７）の電圧を降圧して上記第１のコンデンサ（５２）に供給する電圧コンバータ（７１）と、上記第１のコンデンサ（５２）のプラス側端子と上記電気車駆動装置（８）との間に接続された第２の接触器（１２）と、上記第２のコンデンサ（５７）のプラス側端子と上記電気車駆動装置（８）との間に接続された第４の接触器（２２）とから構成され、上記第１〜第４の接触器（１１，１２，２１，２２）及び電圧コンバータ（７１）は、制御部（１０）により制御される。
上記制御部（１０）は、電気車駆動装置が駆動される特定の電圧（７５０Ｖ）より高いき電電圧区間（例えば１５００Ｖ）を走行する際には、上記第１、第２の接触器（１１，１２）をオン、第３、第４の接触器（２１，２２）をオフとして、第２のコンデンサ（５７）をき電電圧で充電して、上記電圧コンバータ（７１）で、第２のコンデンサ（５７）の電圧を上記特定の電圧まで降圧して上記第１のコンデンサ（５２）を充電して、上記電気車駆動装置（８）に上記特定の電圧を供給する。
また、上記特定の電圧（７５０Ｖ）より低いき電電圧区間を走行する際には、上記第３、第４の接触器（２１，２２）をオン、第１、第２の接触器（１１，１２）をオフとして、第１のコンデンサ（５２）をき電電圧で充電して、上記電圧コンバータ（７１）で、第１のコンデンサ（５２）の電圧を上記特定の電圧まで昇圧して、上記第２のコンデンサ（５７）を充電して、上記電気車駆動装置（８）に上記特定の電圧（７５０Ｖ）を供給する。
き電電圧が、上記特定の電圧（７５０Ｖ）である区間を走行する際には、上記第１、第２の接触器（１１，１２）、および第３、第４の接触器（２１，２２）をオンとして、第１のコンデンサ（５２）および第２のコンデンサ（５７）の電圧を上記特定の電圧（７５０Ｖ）で充電して、上記電気車駆動装置（８）に上記特定の電圧（７５０Ｖ）を供給する。
【０００７】
また、電気車が１５００Ｖき電区間など、架線電圧が上記特定の電圧（７５０Ｖ）を超える区間を走行後、電圧の異なるき電区間へ乗り入れる場合には、前記制御部（１０）は以下のように制御する。
制御部（１０）は、まず、集電装置（１）から電圧変換器（７）を切り離して、蓄電装置（８ｃ）からの給電へ切り替えた後、上記電圧コンバータ（７１）で、第１のコンデンサ（５２）と第２のコンデンサ（５７）の電圧が等しくなるよう制御する。第１のコンデンサ（５２）と第２のコンデンサ（５７）の電圧が等しくなったら、第３の接触器（２１）および第４の接触器（２２）をオンにする。
投入動作完了後、制御部（１０）は、次に走行する区間のき電電圧が６００Ｖなど７５０Ｖ未満である場合は、第１の接触器（１１）および第２の接触器（１２）をオフにし、前記集電装置（１）と電圧変換器（７）を接続して、第１のコンデンサ（５２）をき電電圧で充電して、上記電圧コンバータ（７１）で、第１のコンデンサ（５２）の電圧を上記特定電圧まで昇圧して上記第２のコンデンサ（５７）を充電して、上記電気車駆動装置（８）に上記特定の電圧（７５０Ｖ）を供給する。
また、き電電圧が上記特定の電圧（７５０Ｖ) である場合は、そのままの状態（第１〜第４の接触器（１１，１２，２１，２２）オン）とし、前記集電装置（１）と電圧変換器（７）を接続して、第１のコンデンサ（５２）、第２のコンデンサ（５７）をき電電圧で充電して、上記電気車駆動装置（８）に上記特定の電圧（７５０Ｖ）を供給する。
【０００８】
また、電気車が６００Ｖき電区間など、架線電圧が上記特定の電圧（７５０Ｖ）未満の区間を走行後、電圧の異なるき電区間へ乗り入れる場合には、前記制御部（１０）は以下のように制御する。
制御部（１０）は、まず、集電装置（１）から電圧変換器（７）を切り離して、蓄電装置（８ｃ）からの給電へ切り替えた後、上記電圧コンバータ（７１）で第１のコンデンサ（５２）と第２のコンデンサ（５７）の電圧が等しくなるよう制御する。第１のコンデンサ（５２）と第２のコンデンサ（５７）の電圧が等しくなったら、第１の接触器（１１）および第２の接触器（１２）をオンにする。
投入動作完了後、乗り入れる線区のき電電圧が１５００Ｖなど上記特定の電圧（７５０Ｖ）を超える場合は、第３の接触器（２１）および第４の接触器（２２）をオフにし、前記集電装置（１）と電圧変換器（７）を接続して、第２のコンデンサ（５７）をき電電圧で充電して、上記電圧コンバータ（７１）で、第２のコンデンサ（５７）の電圧を上記特定の電圧まで降圧して上記第１のコンデンサ（５２）を充電し、上記電気車駆動装置（８）に上記特定の電圧（７５０Ｖ）を供給する。
き電電圧が上記特定の電圧（７５０Ｖ) である場合は、そのままの状態（第１〜第４の接触器（１１，１２，２１，２２）オン）とし、前記集電装置（１）と電圧変換器（７）を接続して、第１のコンデンサ（５２）、第２のコンデンサ（５７）をき電電圧で充電して、上記電気車駆動装置（８）に上記特定の電圧（７５０Ｖ）を供給する。
【０００９】
さらに、電気車が上記特定の電圧（７５０Ｖ) であるき電区間を走行後、電圧の異なるき電区間へ乗り入れる場合、まず、集電装置（１）から電圧変換器（７）を切り離して、蓄電装置（８ｃ）からの給電へ切り替える。
その後、乗り入れる線区のき電電圧が上記特定の電圧（７５０Ｖ) を超える場合は、第３の接触器（２１）、第４の接触器（２２）をオフ（第１の接触器（１１）、第２の接触器（１２）はオン）にし、前記集電装置（１）と電圧変換器（７）を接続して、第２のコンデンサ（５７）をき電電圧で充電して、上記電圧コンバータ（７１）で、第２のコンデンサ（５７）の電圧を上記特定の電圧まで降圧して上記第１のコンデンサ（５２）を充電し、上記電気車駆動装置（８）に上記特定の電圧（７５０Ｖ）を供給する。
また、乗り入れる線区のき電電圧が上記特定の電圧（７５０Ｖ) 未満の場合には、第１の接触器（１１）、第２の接触器（１２）をオフ（第３の接触器（２１）、第４の接触器（２２）はオン）にし、前記集電装置（１）と電圧変換器（７）を接続して、第１のコンデンサ（５２）をき電電圧で充電して、上記電圧コンバータ（７１）で、第１のコンデンサ（５２）の電圧を上記特定の電圧まで昇圧して上記第２のコンデンサ（５７）を充電し、上記電気車駆動装置（８）に上記特定の電圧（７５０Ｖ）を供給する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明においては、以下の効果を得ることができる。
（１）集電装置と電気車駆動装置の間に電圧変換器を設け、この電圧変換器に第１のコンデンサと、第２のコンデンサと、電圧コンバータと、第１のコンデンサ及び／または第２のコンデンサを上記遮断器を介して上記集電装置に選択的に接続するとともに、第１のコンデンサ及び／または第２のコンデンサを電気車駆動装置に選択的に接続する切り替え手段を設けたので、上記電気車駆動装置を駆動する電圧とは異なるき電電圧の区間を走行することができるとともに、き電電圧が異なる区間を直通して走行することができる。
（２）上記切り替え手段は、第１、第２のコンデンサの電圧が等しくなった後に、接続を切り替えるので、切り替え手段の投入、遮断時には、切り替え手段に電流が流れず、切り替え手段として、比較的小型で安価な接触器を用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施例の複電圧対応電気車両の構成例を示す図である。
【図２】電車線切り替え区間の例を示す図である。
【図３】走行を開始する際の制御動作を示すフローチャート（１）である。
【図４】走行を開始する際の制御動作を示すフローチャート（２）である。
【図５】走行を開始する際の制御動作を示すフローチャート（３）である。
【図６】１５００Ｖから６００Ｖの区間に乗り入れるときの動作を説明する図（１）である。
【図７】１５００Ｖから６００Ｖの区間に乗り入れるときの動作を説明する図（２）である。
【図８】１５００Ｖから６００Ｖの区間に乗り入れるときの制御動作を示すフローチャート（１）である。
【図９】１５００Ｖから６００Ｖの区間に乗り入れるときの制御動作を示すフローチャート（２）である。
【図１０】６００Ｖから１５００Ｖの区間に乗り入れるときの動作を説明する図（１）である。
【図１１】６００Ｖから１５００Ｖの区間に乗り入れるときの動作を説明する図（２）である。
【図１２】６００Ｖから１５００Ｖの区間に乗り入れるときの制御動作を示すフローチャート（１）である。
【図１３】６００Ｖから１５００Ｖの区間に乗り入れるときの制御動作を示すフローチャート（２）である。
【図１４】７５０Ｖから１５００Ｖの区間に乗り入れるときの制御動作を示すフローチャート（１）である。
【図１５】７５０Ｖから１５００Ｖの区間に乗り入れるときの制御動作を示すフローチャート（２）である。
【図１６】７５０Ｖから６００Ｖの区間に乗り入れるときの制御動作を示すフローチャート（１）である
【図１７】７５０Ｖから６００Ｖの区間に乗り入れるときの制御動作を示すフローチャート（２）である
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。
図１は、本発明の実施例を示す図であり、同図（ａ）は電気車の主回路構成、同図（ｂ）はインバータ装置等から構成される電気車駆動装置である７５０Ｖ動作回路の構成例を示す。
図１（ａ）において、パンタグラフ１に直列に、高速度遮断器２、接触器３，４、リアクトル６の直列回路が接続され、上記接触器４には並列に充電抵抗５が接続される。該直列回路のリアクトル６の他端側は電圧変換器７に接続され、また、高速度遮断器２と接触器３の接続点と接地間には電圧検出器５０が設けられる。
また、電圧変換器７の出力側には、電気車を駆動するためのインバータ装置であるＶＶＶＦ（Variable Voltage Variable Frequency ）、電気車内に電源を供給するためのＳＩＶ（Static Inverter ）、および蓄電装置などから構成される電気車駆動装置（７５０Ｖ動作回路）８が接続される。なお、本実施例では、上記電気車駆動装置８は７５０Ｖで動作するものであり、以下では７５０Ｖ動作回路という。
【００１３】
電圧変換器７は、第１〜第４の接触器１１，１２，２１，２２、第１、第２のコンデンサ５２、５７、電圧検出器５１，５８、電流検出器５４と、電圧コンバータ７１とから構成され、電圧コンバータ７１はリアクトル５３、スイッチング素子５５，５６、ダイオードＤ１，Ｄ２を備える。
前記リアクトル６には、電圧変換器７の第１の接触器１１と第３の接触器２１の一方の端子が接続され、第３の接触器２１の他方の端子には、電圧コンバータ７１の第１の端子７ａが接続され、この第１の端子７ａと接地間には、第１のコンデンサ５２が接続される。
また、第１の接触器１１の他方の端子には、上記電圧コンバータ７１の第２の端子７ｂが接続されるとともに、第２の端子７ｂと接地間に第２のコンデンサ５７が接続される。さらに、上記第１のコンデンサ５２と７５０Ｖ動作回路８との間には、第２の接触器１２が接続され、さらに、上記第２のコンデンサ５７と７５０Ｖ動作回路８との間には、第４の接触器２２が接続される。
上記電圧コンバータ７１のスイッチング素子５５、スイッチング素子５６を駆動することにより、上記電圧コンバータ７１の端子７ａに供給される電圧を昇圧してコンデンサ５７を充電したり、端子７ｂに供給される電圧を降圧して、コンデンサ５２を充電することができる。
制御部１０は、電圧検出器５０，５１，５８、電流検出器５４により検出された電圧、電流などに基づき、上記接触器３，４、第１〜第４の接触器１１，１２，２１，２２、電圧コンバータ７１を制御して、き電電圧が異なる区間を走行する際の電圧切り替え制御等を行なう。
【００１４】
７５０Ｖ動作回路８は図１（ｂ）に示すように、電圧変換器７が出力する７５０Ｖの電圧で駆動されるＶＶＶＦ８ａ、ＳＩＶ８ｂ、および非電化区間に電気車を駆動するための蓄電装置８ｃから構成される。
ＶＶＶＦ８ａは、スイッチＳＷ１、コンデンサＣ１、インバータ８１から構成され、電圧変換器７が出力する７５０Ｖの直流電圧を交流に変換し、電気車駆動用モータ８ｄを駆動する。ＳＩＶ８ｂは、スイッチＳＷ２、コンデンサＣ２、インバータ８２、フィルタやトランスから構成される回路８３から構成され、電圧変換器７が出力する７５０Ｖの直流電圧を交流に変換し、室内灯や冷暖房機器のコンプレッサ等の各種機器８ｅに給電する。 蓄電装置８ｃの電圧は７５０Ｖであり、電化区間を走行中、負荷が少ないとき、あるいは回生動作中に充電され、非電化区間を走行する際には放電して、上記ＶＶＶＦ８ａ、ＳＩＶ８ｂに給電する。
【００１５】
図２は、電車線切り替え区間の例を示す図であり、同図（ａ）は異なる直流き電区間９１ａ，９１ｂの間に、給電されていない架線が設けられ、その間が無電圧区間９２になっている場合を示し、同図（ｂ）は異なる直流き電区間９１ａ，９１ｂの間には架線が設けられていない無架線区間９４となっている場合を示す。
同図（ａ）（ｂ）に示すように直流き電区間９１ａ，９１ｂはそれぞれ、異なるき電圧を給電する直流送電所９３ａ，９３ｂから給電され、電気車９５が、異なるき電圧区間を跨いで走行する場合には、上記無電圧区間９２あるいは無架線区間９４を走行し、その間、電気車９５は前記蓄電装置８ｃから給電されて走行する。
なお、以下の説明では、直流き電区間９１ａ，９１ｂの電圧が、７５０Ｖ未満（例えば６００Ｖ）、７５０Ｖ、７５０Ｖを超える場合（例えば１５００Ｖ）であり、電気車９５は上記異なった電圧の直流き電区間を走行する場合について説明する。
【００１６】
以下、本発明の実施例の制御システムの動作について説明する。
（１）走行開始時
電気車が走行を開始する際、架線電圧の電圧値に応じて、図１に示す制御部１０は次のような制御を行なう。以下、図３〜図５のフローチャートを参照しながら説明する。
（ａ）１５００Ｖき電区間など７５０Ｖを超える区間で走行を開始する場合。
図３（ａ）（ｂ）にこの場合の動作フローを示し、図３（ａ）は架線電圧が予め既知の場合や架線電圧を知らせる外部トリガ情報受信による場合の動作を示し、図３（ｂ）は外部トリガ情報受信等によらずに自動で行う場合の動作フローを示す。
【００１７】
電気車が１５００Ｖき電区間など、架線電圧が７５０Ｖを超える区間を走行するとき、１５００Ｖ区間であることが予め既知の場合や、１５００Ｖ区間であることを知らせる外部トリガ情報受信（運転台での電圧モード選択スイッチ扱いで進入区間電圧を選択、トランスポンダやトロリコンタクタ等の地上からの異電圧区間進入情報を受信、無線等による異電圧区間への進入情報を受信）した場合は、図３（ａ）に示すように、まず、制御部１０は、接触器１１および接触器１２を投入し、接触器２１および接触器２２を開放した状態でパンタグラフ１を上昇させる（図３（ａ）のステップＳ１〜Ｓ４）。
ついで、制御部１０は、高速度遮断器２、接触器３を投入することにより充電抵抗５、リアクトル６を介して架線電圧によりコンデンサ５７を充電する (ステップＳ５）。そして、電圧検出器５０により検出される架線電圧と、電圧検出器５１により検出されるコンデンサ５７の電位差が十分に小さくなったところで接触器４を投入することにより充電抵抗５を短絡して充電動作を完了する（ステップＳ６〜Ｓ７）。
コンデンサ５７の充電完了後、制御部１０は、電圧コンバータ７１のスイッチング素子５５を動作させることによりリアクトル５３を介してコンデンサ５２の電圧が７５０Ｖとなるよう降圧制御する (ステップＳ８）。
【００１８】
あるいは、走行区間電圧に応じた回路構成を、上記外部トリガ情報受信等によらず自動で行う場合には、図３（ｂ）に示すように、パンタグラフ１を上昇してから電圧検知器５０で電圧を確認し（ステップＳ１〜Ｓ２）、所定範囲内であることを確認した上で、制御部１０は、接触器１１および接触器１２を投入し、接触器２１および接触器２２を開放する（ステップＳ３〜Ｓ４）。
ついで、図３（ａ）で説明したのと同様、制御部１０は、高速度遮断器２、接触器３を投入することにより充電抵抗５、リアクトル６を介して架線電圧によりコンデンサ５７を充電する (ステップＳ５）。そして、架線電圧とコンデンサ５７の電位差が十分に小さくなったところで接触器４を投入することにより充電抵抗５を短絡して充電動作を完了する（ステップＳ６〜Ｓ７）。
コンデンサ５７の充電完了後、電圧コンバータ７１のスイッチング素子５５を動作させることによりリアクトル５３を介してコンデンサ５２の電圧が７５０Ｖとなるよう降圧制御する (ステップＳ８）。
以上の動作により、き電電圧が７５０Ｖを超える区間においても、７５０Ｖ動作回路８に印加する電圧を７５０Ｖとし、正常に動作させることが可能である。
【００１９】
（ｂ）６００Ｖき電区間など７５０Ｖ未満の区間で走行を開始する場合。
図４にこの場合の動作フローを示す。
電気車が６００Ｖき電区間など、架線電圧が７５０Ｖ未満の区間を走行するとき、６００Ｖ区間であることが予め既知の場合や、６００Ｖ区間であることを知らせる外部トリガ情報受信（運転台での電圧モード選択スイッチ扱いで進入区間電圧を選択、トランスポンダやトロリコンタクタ等の地上からの異電圧区間進入情報を受信、無線等による異電圧区間への進入情報を受信）した場合に、図４（ａ）に示すように、まず、制御部１０は、接触器２１および接触器２２を投入し、接触器１１および接触器１２を開放した状態でパンタグラフ１を上昇させる（ステップＳ１〜Ｓ４）。
ついで、制御部１０は高速度遮断器２、接触器３を投入することにより充電抵抗５、リアクトル６を介して架線電圧によりコンデンサ５２を充電する（ステップＳ５）。そして、電圧検出器５０により検出される架線電圧と、電圧検出器５１により検出されるコンデンサ５２の電位差が十分に小さくなったところで接触器４を投入することにより充電抵抗５を短絡して充電動作を完了する（ステップＳ６〜Ｓ７）。
コンデンサ５２の充電完了後、制御部１０は、電圧コンバータ７１のスイッチング素子５６を動作させることによりリアクトル５３を介してコンデンサ５７の電圧が７５０Ｖとなるよう昇圧制御する (ステップＳ８）。
【００２０】
あるいは、走行区間電圧に応じた回路構成を、上記外部トリガ情報受信等によらず自動で行う場合には、図４（ｂ）に示すように、パンタグラフ１を上昇してから電圧検知器５０で電圧を確認し、所定範囲内であることを確認した上で、制御部１０は、接触器１１および接触器１２を開放した状態で、接触器２１および接触器２２を投入する（ステップＳ１〜Ｓ４）。
ついで、制御部１０は高速度遮断器２、接触器３を投入することにより充電抵抗５、リアクトル６を介して架線電圧によりコンデンサ５２を充電する（ステップＳ５）。そして、電圧検出器５０により検出される架線電圧と、電圧検出器５１により検出されるコンデンサ５２の電位差が十分に小さくなったところで接触器４を投入することにより充電抵抗５を短絡して充電動作を完了する（ステップＳ６〜Ｓ７）。
コンデンサ５２の充電完了後、制御部１０は、電圧コンバータ７１のスイッチング素子５６を動作させることによりリアクトル５３を介してコンデンサ５７の電圧が７５０Ｖとなるよう昇圧制御する (ステップＳ８）。
以上の動作により、き電電圧が７５０Ｖ未満の区間においても、７５０Ｖ動作回路８に印加する電圧を７５０Ｖとし、正常に動作させることが可能である。
【００２１】
（ｂ）７５０Ｖのき電区間で走行を開始する場合。
図５にこの場合の動作フローを示す。
電気車が７５０Ｖであるき電区間を走行するとき、７５０Ｖ区間であることが予め既知の場合や、６００Ｖ区間であることを知らせる外部トリガ情報受信（運転台での電圧モード選択スイッチ扱いで進入区間電圧を選択、トランスポンダやトロリコンタクタ等の地上からの異電圧区間進入情報を受信、無線等による異電圧区間への進入情報を受信）した場合に、図５（ａ）に示すように、制御部１０は接触器２１および接触器２２、接触器１１および接触器１２を全て投入した状態でパンタグラフ１を上昇させる（ステップＳ１〜Ｓ４）。
ついで、制御部１０は高速度遮断器２、接触器３を投入することによりコンデンサ５２およびコンデンサ５７を充電する (ステップＳ５）。そして、電圧検出器５１，５８により検出されるコンデンサ５２およびコンデンサ５７の電圧と電圧検出器５０により検出される架線電圧との電位差が十分に小さくなったところで接触器４を投入することにより充電抵抗５を短絡して充電動作を完了する（ステップＳ６〜Ｓ７）。
【００２２】
あるいは、走行区間電圧に応じた回路構成を、上記外部トリガ情報受信等によらず自動で行う場合には、図５（ｂ）に示すようにパンタグラフ１を上昇してから電圧検知器５０で電圧を確認し、所定範囲内であることを確認した上で、制御部１０は、接触器２１および接触器２２、接触器１１および接触器１２を全て投入する（ステップＳ１〜Ｓ４）。
ついで、制御部１０は高速度遮断器２、接触器３を投入することによりコンデンサ５２およびコンデンサ５７を充電 (ステップＳ５）。そして、電圧検出器５１，５８により検出されるコンデンサ５２およびコンデンサ５７の電圧と電圧検出器５０により検出される架線電圧との電位差が十分に小さくなったところで接触器４を投入することにより充電抵抗５を短絡して充電動作を完了する（ステップＳ６〜Ｓ７）。
以上の動作により、７５０Ｖ動作回路８に印加する電圧を７５０Ｖとし、正常に動作させることが可能である。
【００２３】
（２）走行中に電圧の異なるき電区間へ乗り入れる場合。
（ａ）架線電圧が７５０Ｖを超える区間（１５００Ｖの区間）を走行後、架線電圧が７５０Ｖ未満の区間（６００Ｖの区間）に乗り入れる場合
図６、図７に、架線電圧が１５００Ｖの区間を走行後、架線電圧が６００Ｖの区間に乗り入れるときの切り替え動作を示し、図８、図９はその動作フローを示す。
以下、図６、図７、図８、図９により、架線電圧１５００Ｖでの走行から架線電圧６００Ｖでの走行への切り替え動作について説明する。
図６（ａ）は１５００Ｖ区間を走行しているときの、接触器３，４、第１〜第４の接触器１１〜２２の開閉状態を示す。この場合、図１に示した前記制御部１０は接触器３，４をオン、接触器１１，１２をオン、接触器２１、２２をオフとし、コンデンサ５７を１５００Ｖに充電させる。また、制御部１０は、電圧コンバータ７１のスイッチング素子５５を動作させて、リアクトル５３を介してコンデンサ５２の電圧が７５０Ｖとなるよう降圧制御する。これにより、７５０Ｖ動作回路８に７５０Ｖの電圧が印加され、７５０Ｖ動作回路８は正常に動作する。
【００２４】
図６（ａ）に示すように電気車が１５００Ｖき電区間など、架線電圧が７５０V を超える区間を走行後、電圧の異なるき電区間である６００Ｖの区間へ乗り入れる場合、図８のフローチャートに示すように電圧検出器５０で直接に無電圧区間を検知（ステップＳ１〜Ｓ２）、または、図９のフローチャートに示すように外部トリガ情報受信（運転台での電圧モード選択スイッチ扱いで進入区間電圧を選択、トランスポンダやトロリコンタクタ等の地上からの異電圧区間進入情報を受信、無線等による異電圧区間への進入情報を受信）に基づいて無電圧区間または無架線区間を検知（ステップＳ１〜Ｓ２）した際には、次のように制御する。
まず、制御部１０は、電圧コンバータ７１の流入電流を絞る動作（減流動作）の後、必要に応じてパンタグラフ１の下降動作を行い、一旦接触器３および接触器４を開放して架線を切り離し、７５０Ｖ動作回路８の蓄電装置８ｃからの給電に切り替える（図８のステップＳ３〜Ｓ５、図９のステップＳ３〜Ｓ６、図６（ｂ）参照）。
ついで、制御部１０は、電圧コンバータ７１のスイッチング素子５５を動作させ（微調整が必要な場合等、必要に応じてスイッチング素子５６も動作）、降圧動作によりコンデンサ５７のエネルギーをコンデンサ５２側へ放出させ、コンデンサ５２とコンデンサ５７の電圧が等しくなるように制御する（図８のステップＳ６、図９のステップＳ７、図６（ｂ）（ｃ）参照）。
【００２５】
電圧検出器５８により検出されるコンデンサ５２と、電圧検出器５１により検出されるコンデンサ５７の電圧が等しくなり７５０Ｖになったら、制御部１０は、接触器２１および接触器２２を投入する（図８のステップＳ７〜Ｓ８、図９のステップＳ８〜Ｓ１１、図７（ｄ）参照）。コンデンサ５２とコンデンサ５７の電圧が等しいため、接触器２１，２２の投入時には電流は流れない。
投入動作完了後、乗り入れる線区き電電圧が６００Ｖなど７５０Ｖ未満である場合は、制御部１０は、接触器１１および接触器１２を開放する（図８のステップＳ９、図９のステップＳ１２、図７（ｅ）参照）。接触器１１，１２には電流が流れていないため、接触器１１，１２は電流を遮断しない。なお、図９に示すように、外部トリガ受信の場合は、この間にパンタグラフを上昇させる（ステップＳ１０）。
この間、電気車は前記図２に示したように無電圧区間９２あるいは無架線区間９４を走行し、ＶＶＶＦ８ａ、ＳＩＶ８ｂへは蓄電装置８ｃから給電され、電気車は蓄電装置８ｃで走行する。
【００２６】
電気車が無電圧区間９２あるいは無架線区間９４からき電電圧が６００Ｖの区間に入ると、無電圧区間をパンタグラフ１の上昇状態で走行後はそのままで、または無架線区間をパンタグラフ１の下降状態で走行後に外部トリガ情報受信（運転台での電圧モード選択スイッチ扱いで進入区間電圧を選択、トランスポンダやトロリコンタクタ等の地上からの異電圧区間進入情報を受信、無線等による異電圧区間への進入情報を受信）に基づいてパンタグラフ上昇動作を行った後は、電圧検出器５０によりき電電圧が６００Ｖの区間に入ったことが検出され、制御部１０は、接触器３を投入する（図８のステップＳ１１、図９のステップＳ１４）。
電車線電圧が６００Ｖの場合は、コンデンサ５２から電車線に充電抵抗５を介して放電電流が流れ、コンデンサ５２の電圧は低下する（図７（ｆ）参照）。
コンデンサ５２の電圧が６００Ｖになると、制御部１０は接触器４を投入する（図８のステップＳ１２〜Ｓ１３、図９のステップＳ１５〜Ｓ１６、図７（ｇ）参照）。
制御部１０は、以後、電圧コンバータ７１によりコンデンサ５２の電圧を昇圧し、コンデンサ５７の電圧が７５０Ｖになるように制御する（図８のステップＳ１４、図９のステップＳ１７）。
これにより、７５０Ｖより電圧が高い１５００Ｖ電圧区間から、７５０Ｖより電圧が低い６００Ｖへの切り替えが行われ、電気車はき電電圧６００Ｖの区間をスムーズに走行することができる（図８のステップＳ１５、図９のステップＳ１８）。また、異なる線区へ直通する場合において、一旦コンデンサ５２およびコンデンサ５７を放電させるというプロセスを経ることなく乗り入れることが可能である。
【００２７】
（ｂ）架線電圧が架線電圧が７５０Ｖ未満の区間（６００Ｖの区間）を走行後、７５０Ｖを超える区間（１５００Ｖの区間）に乗り入れる場合。
図１０、図１１に、架線電圧が７５０Ｖ未満の区間を走行後、架線電圧が１５００Ｖの区間に乗り入れるときの切り替え動作を示し、図１２、図１３はその動作フローを示す。 以下、図１０、図１１、図１２、図１３により、架線電圧６００Ｖでの走行から架線電圧１５００Ｖでの走行への切り替え動作について説明する。
図１０（ａ）は６００Ｖ区間を走行しているときの、接触器３，４、第１〜第４の接触器１１〜２２の開閉状態を示す。この場合、図１に示した前記制御部１０は接触器３，４をオン、接触器２１，２２をオン、接触器１１、１２をオフとし、コンデンサ５２を６００Ｖに充電させる。また、制御部１０は、電圧コンバータ７１のスイッチング素子５５（回生時など），５６（力行時や蓄電装置充電時など）を動作させて、コンデンサ５７の電圧が７５０Ｖとなるよう昇圧制御する。これにより、７５０Ｖ動作回路８に７５０Ｖの電圧が印加され、７５０Ｖ動作回路８は正常に動作する。
【００２８】
図１０（ａ）に示すように電気車が６００Ｖき電区間など、架線電圧が７５０V 未満の区間を走行後、電圧の異なるき電区間である１５００Ｖの区間へ乗り入れる場合には、図１２のフローチャートに示すように、電圧検出器５０で直接に無電圧区間を検知（図１２のステップＳ１，Ｓ２）、または図１３のフローチャートに示すように、外部トリガ情報受信（運転台での電圧モード選択スイッチ扱いで進入区間電圧を選択、トランスポンダやトロリコンタクタ等の地上からの異電圧区間進入情報を受信、無線等による異電圧区間への進入情報を受信、図１３のステップＳ１，Ｓ２）に基づいて無電圧区間または無架線区間を検知した際には次のように制御する。
まず、制御部１０は、電圧コンバータ７１の流入電流を絞る動作（減流動作）の後、必要に応じてパンタグラフ１下降動作を行い、一旦接触器３および接触器４を開放して架線を切り離し、７５０Ｖ動作回路８の蓄電装置８ｃからの給電に切り替える（図１２のステップＳ３〜Ｓ５、図１３のステップＳ３〜Ｓ６、図１０（ｂ）参照）。
【００２９】
ついで、制御部１０は、電圧コンバータ７１のスイッチング素子５５を動作させ、コンデンサ５７のエネルギーをコンデンサ５２側へ放出させ、コンデンサ５２とコンデンサ５７の電圧が等しくなるように制御する（図１２のステップＳ６、図１３のステップＳ７、図１０（ｂ）（ｃ）参照）。
電圧検出器５１により検出されるコンデンサ５２と、電圧検出器５８により検出されるコンデンサ５７の電圧が等しくなり７５０Ｖになったら、制御部１０は、必要に応じてパンタグラフを上昇させ、接触器１１および接触器１２を投入する（図１２のステップＳ７〜Ｓ８、図１３のステップＳ８〜Ｓ１１、図１１（ｄ）参照）。コンデンサ５２とコンデンサ５７の電圧が等しいため、接触器１１と接触器１２の投入時には電流は流れない。
投入動作完了後、乗り入れる線区のき電電圧が１５００Ｖなど７５０Ｖを超える場合は、制御部１０は、接触器２１および接触器２２を開放する（図１２のステップＳ９、図１３のステップＳ１２、図１１（ｅ）参照）。接触器２１および接触器２２には電流は流れていないため、接触器２１と接触器２２は電流を遮断しない。
この間、電気車は前記図２に示したように無電圧区間９２あるいは無架線区間９４を走行し、ＶＶＶＦ８ａ、ＳＩＶ８ｂへは蓄電装置８ｃから給電され、電気車は蓄電装置８ｃで走行する。
【００３０】
電気車が無電圧区間９２あるいは無架線区間９４からき電電圧が１５００Ｖの区間に入ると、無電圧区間をパンタグラフ１上昇状態で走行後はそのままで、または無架線区間をパンタグラフ１の下降状態で走行後に外部トリガ情報受信（運転台での電圧モード選択スイッチ扱いで進入区間電圧を選択、トランスポンダやトロリコンタクタ等の地上からの異電圧区間進入情報を受信、無線等による異電圧区間への進入情報を受信）に基づいてパンタグラフ上昇動作を行った後は、電圧検出器５０によりき電電圧が１５００Ｖの区間に入ったことが検出され、制御部１０は、接触器３を投入する。
電車線電圧が１５００Ｖの場合には、電車線からコンデンサ５７へ充電抵抗５を介して充電電流が流入する（図１２のステップＳ１０〜Ｓ１１、図１３のステップＳ１３〜Ｓ１４、図１１（ｆ）参照）。コンデンサ５７の電圧が１５００Ｖになると、制御部１０は接触器４を投入する（図１２のステップＳ１２〜Ｓ１３、図１３のステップＳ１５〜Ｓ１６、図１１（ｇ）参照）。
制御部１０は、以後、電圧コンバータ７１によりコンデンサ５７の電圧を降圧し、コンデンサ５２の電圧が７５０Ｖになるように制御する（図１２のステップＳ１４、図１３のステップＳ１７）。
これにより、７５０Ｖより電圧が低い６００Ｖ電圧区間から、７５０Ｖより電圧が高い１５００Ｖ区間への切り替えが行われ、電気車はき電電圧１５００Ｖの区間をスムースに走行することができる。また、異なる線区へ直通する場合においても、一旦コンデンサ５２およびコンデンサ５７を放電させるというプロセスを経ることなく乗り入れることが可能である。
【００３１】
（ｃ）架線電圧が架線電圧が７５０Ｖ区間を走行後、７５０Ｖを超える区間（１５００Ｖの区間）に乗り入れる場合。
図１４、図１５にその動作フローを示す。
電気車が７５０Ｖであるき電区間を走行中は、前記したように遮断器２、接触器３，４がオン、また、接触器１１，１２，２１，２２がオンであり、コンデンサ５２，５７の電圧は７５０Ｖに充電されている。
電気車が７５０Ｖであるき電区間を走行後、電圧が７５０Ｖを超えるき電区間（１５００Ｖの区間）へ乗り入れる場合、電圧検出器５０で直接に無電圧区間を検知（図１４のステップＳ１，Ｓ２）、または外部トリガ情報受信（運転台での電圧モード選択スイッチ扱いで進入区間電圧を選択、トランスポンダやトロリコンタクタ等の地上からの異電圧区間進入情報を受信、無線等による異電圧区間への進入情報を受信、図１５のステップＳ１，Ｓ２）に基づいて無電圧区間または無架線区間を検知した際には次のように制御する。
まず、制御部１０は、電圧コンバータ７１の流入電流を絞る動作（減流動作）の後、必要に応じてパンタグラフ１下降動作を行い、一旦接触器３および接触器４を開放し、７５０Ｖ動作回路８の蓄電装置８ｃからの給電へ切り替える（図１４のステップＳ３〜Ｓ５、図１５のステップＳ３〜Ｓ６）。
その後、乗り入れる線区のき電電圧が１５００Ｖなど７５０Ｖを超える場合は、必要に応じてパンタグラフを上昇させ、接触器２１および接触器２２を開放する（図１４のステップＳ６、図１５のステップＳ７〜Ｓ９）。
【００３２】
電気車が無電圧区間９２あるいは無架線区間９４からき電電圧が１５００Ｖの区間に入ると、電圧検出器５０によりき電電圧が１５００Ｖの区間に入ったことが検出され、制御部１０は、接触器３を投入し、充電抵抗５を介してコンデンサ５７を充電させる（図１４のステップＳ７〜Ｓ８、図１５のステップＳ１０〜Ｓ１１）。
コンデンサ５７の電圧が１５００Ｖになると、制御部１０は接触器４を投入する（図１４のステップＳ９〜Ｓ１０、図１５のステップＳ１２〜Ｓ１３）。
制御部１０は、以後、電圧コンバータ７１によりコンデンサ５７の電圧を降圧し、コンデンサ５２の電圧が７５０Ｖになるように制御する（図１４のステップＳ１１、図１５のステップＳ１４）。
これにより、７５０Ｖ電圧区間から７５０Ｖより電圧が高い１５００Ｖ区間への切り替えが行われ、電気車はき電電圧１５００Ｖの区間をスムースに走行することができる。
【００３３】
（ｄ）架線電圧が架線電圧が７５０Ｖ区間を走行後、７５０Ｖ未満の区間（６００Ｖの区間）に乗り入れる場合。
図１６、図１７にその動作フローを示す。
電気車が７５０Ｖであるき電区間を走行後、電圧が７５０Ｖ未満のき電区間（６００Ｖの区間）へ乗り入れる場合、電圧検出器５０で直接に無電圧区間を検知（図１６のステップＳ１，Ｓ２）、または外部トリガ情報受信（運転台での電圧モード選択スイッチ扱いで進入区間電圧を選択、トランスポンダやトロリコンタクタ等の地上からの異電圧区間進入情報を受信、無線等による異電圧区間への進入情報を受信、図１７のステップＳ１，Ｓ２）に基づいて無電圧区間または無架線区間を検知した際には次のように制御する。
まず、制御部１０は、電圧コンバータ７１の流入電流を絞る動作（減流動作）の後、必要に応じてパンタグラフ１下降動作を行い、一旦接触器３および接触器４を開放し、７５０Ｖ動作回路８の蓄電装置８ｃからの給電へ切り替える（図１６のステップＳ３〜Ｓ５、図１７のステップＳ３〜Ｓ６）。
その後、乗り入れる線区のき電電圧が６００Ｖなど７５０V 未満である場合は、必要に応じてパンタグラフを上昇させ、接触器１１および接触器１２を開放する（図１６のステップＳ６、図１７のステップＳ７〜Ｓ９）。
【００３４】
電気車が無電圧区間９２あるいは無架線区間９４からき電電圧が６００Ｖの区間に入ると、無電圧区間をパンタグラフ１の上昇状態で走行後はそのままで、または無架線区間をパンタグラフ１下降状態で走行後に外部トリガ情報受信（運転台での電圧モード選択スイッチ扱いで進入区間電圧を選択、トランスポンダやトロリコンタクタ等の地上からの異電圧区間進入情報を受信、無線等による異電圧区間への進入情報を受信）に基づいてパンタグラフ上昇動作を行った後は、電圧検出器５０によりき電電圧が６００Ｖの区間に入ったことが検出され、制御部１０は、接触器３を投入し、充電抵抗５を介してコンデンサ５２を放電させる（図１６のステップＳ７〜Ｓ８、図１７のステップＳ１０〜Ｓ１１）。
コンデンサ５２の電圧が６００Ｖになると、制御部１０は接触器４を投入する（図１６のステップＳ９〜Ｓ１０、図１７のステップＳ１２〜Ｓ１３）。
制御部１０は、以後、電圧コンバータ７１によりコンデンサ５２の電圧を昇圧し、コンデンサ５７を７５０Ｖになるように制御する（図１６のステップＳ１１、図１７のステップＳ１４）。
これにより、７５０Ｖ電圧区間から、７５０Ｖ未満の６００Ｖ区間への切り替えが行われ、電気車はき電電圧６００Ｖの区間をスムースに走行することができる。
【００３５】
基本となる特定の電圧７５０Ｖに対して、それよりも高い架線電圧１５００Ｖと低い架線電圧６００Ｖの場合を例としてを挙げたが、例えば基本となる特定の電圧１５００Ｖ、それよりも高い架線電圧３０００Ｖ、低い架線電圧６００Ｖとなる公称電圧の組合せなど、異なる公称電圧の組合せに対しても効果は同じである。
【産業上の利用可能性】
【００３６】
本発明は、き電電圧が異なる複数の路線を直通して走行することが可能なハイブリッド電気車に利用することができる。
【符号の説明】
【００３７】
１ パンタグラフ
２ 高速度遮断器
３ 接触器
４ 接触器
５ 充電抵抗
６ リアクトル
７ 電圧変換器
８ ７５０V 動作回路
１１ 接触器
１２ 接触器
２１ 接触器
２２ 接触器
５０ 電圧検出器
５１ 電圧検出器
５２ コンデンサ
５３ リアクトル
５４ 電流検出器
５５ スイッチング素子
５６ スイッチング素子
５７ コンデンサ
５８ 電圧検出器
【技術分野】
【０００１】
本発明は、き電電圧の異なる２つ直流電化区間を、スムーズに直通できるようにした複電圧対応電気車両の電圧切り替え制御方法および制御システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、従来からの架線より集電する電力に加え、電気車内部に備えた蓄電装置からの電力によって運行するハイブリッド電気車が研究されている（特許文献１、特許文献２等参照）。
ハイブリッド電気車では、例えば回生ブレーキ使用中の電気車が在線するとき、近傍に力行中の電気車など、負荷がない場合、車内に設けられた蓄電装置を充電することにより、回生失効を防止することが可能である。また、回生時に蓄電したエネルギーを再び力行時に使用することで、電力効率を向上させることが可能である。
また、非電化区間であっても蓄電装置から給電して走行することができるため、都市中心部など、景観上、或いはイニシャルコスト等の問題により架線の架設が困難な場合にも電気車を運行可能である。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００３】
【非特許文献１】小笠、田口、上園、丸山著、「車載高性能電池による架線ハイブリッド回生失効防止定置試験結果」２００４−１２−１７、電気学会研究会資料ＳＰＣ−０４−１７７、Ｐ４５−５０
【非特許文献２】関島、乾、戸田、門田、長谷部著「電気二重層キャパシタを適用した直流用電力貯蔵装置の開発」、２００５−３−１７、電気学会全国大会５−１７６
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来のハイブリッド電気車は、架線より集電可能な電圧範囲は限られており、電圧の異なる線区、すなわち、き電電圧の異なる線区を直通して走行することができないという問題あった。
本発明は、上記従来の問題点を解決するためになされたものであって、き電電圧が異なる区間を直通して走行することができる複電圧対応電気車両の電圧切り替え制御方法および制御システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記の課題を解決するために、本発明は、架線と、蓄電装置および走行制御システム（電気車駆動装置）との間に電圧変換器を設け、架線電圧によらずに走行制御システムへ供給される電圧が一定となるように制御する。
すなわち、本発明においては、以下のようにして上記課題を解決する。
集電装置に直列に接続された遮断器と、該遮断器を介して該集電装置に接続された電圧変換器と、電圧変換器の出力側に接続された電気車駆動装置と、上記電圧変換器の動作を制御する制御装置から構成され、異なるき電電圧区間を直通可能とした複電圧対応電気車両において、上記電気車駆動装置は蓄電装置と該蓄電装置に充電された電圧により駆動される電気車駆動用インバータ装置とを有し、この電気車駆動装置は、特定の電圧（例えば７５０Ｖ）で駆動される。
上記電圧変換器は、第１のコンデンサと、第２のコンデンサと、電圧コンバータと、第１のコンデンサ及び／または第２のコンデンサを上記遮断器を介して上記集電装置に選択的に接続するとともに、第１のコンデンサ及び／または第２のコンデンサを電気車駆動装置に選択的に接続する切り替え手段を備える。
そして、き電電圧が、上記電気車駆動装置が駆動される特定の電圧（例えば７５０Ｖ）より高い区間（例えば１５００Ｖ）、もしくは低い区間（例えば６００Ｖ）を走行する際には、上記切り替え手段により、第１もしくは第２のコンデンサのうちの一方のコンデンサを上記遮断器を介して上記集電装置に接続して、該コンデンサを、上記き電電圧で充電して、上記電圧コンバータで、該コンデンサに充電されてた電圧を上記電気車駆動装置が駆動される特定電圧まで降圧もしくは昇圧して、第１もしくは第２のコンデンサのうちの他方のコンデンサを充電し、該第１もしくは第２のコンデンサのうちの他方のコンデンサを上記電気車駆動装置に接続し、上記電気車駆動装置に上記特定の電圧を供給する。
また、き電電圧が、上記電気車駆動装置が駆動される特定の電圧に等しい区間を走行する際には、上記切り替え手段により、第１のコンデンサ及び第２のコンデンサを上記遮断器を介して上記集電装置に接続するとともに、第１のコンデンサ及び第２のコンデンサを電気車駆動装置に接続し、第１のコンデンサおよび第２のコンデンサの電圧を上記き電電圧で充電して、上記電気車駆動装置に上記特定の電圧を供給する。
【０００６】
さらに詳細には上記電圧変換器は、以下のように構成され、上記制御装置は、き電電圧が異なる区間を走行する際に以下のように制御する。
上記電圧変換器（７）は、上記遮断器（２）に接続された線路に一方の端子が接続された第１の接触器（１１）と、該第１の接触器（１１）の他方の端子と接地間に接続された第２のコンデンサ（５７）と、上記遮断器（２）に接続された線路に一方の端子が接続された第３の接触器（２１）と、該第３の接触器（２１）の他方の端子と接地間に接続された第１のコンデンサ（５２）と、上記第１のコンデンサ（５２）の電圧を昇圧して上記第２のコンデンサ（５７）に供給し、また、上記第２のコンデンサ（５７）の電圧を降圧して上記第１のコンデンサ（５２）に供給する電圧コンバータ（７１）と、上記第１のコンデンサ（５２）のプラス側端子と上記電気車駆動装置（８）との間に接続された第２の接触器（１２）と、上記第２のコンデンサ（５７）のプラス側端子と上記電気車駆動装置（８）との間に接続された第４の接触器（２２）とから構成され、上記第１〜第４の接触器（１１，１２，２１，２２）及び電圧コンバータ（７１）は、制御部（１０）により制御される。
上記制御部（１０）は、電気車駆動装置が駆動される特定の電圧（７５０Ｖ）より高いき電電圧区間（例えば１５００Ｖ）を走行する際には、上記第１、第２の接触器（１１，１２）をオン、第３、第４の接触器（２１，２２）をオフとして、第２のコンデンサ（５７）をき電電圧で充電して、上記電圧コンバータ（７１）で、第２のコンデンサ（５７）の電圧を上記特定の電圧まで降圧して上記第１のコンデンサ（５２）を充電して、上記電気車駆動装置（８）に上記特定の電圧を供給する。
また、上記特定の電圧（７５０Ｖ）より低いき電電圧区間を走行する際には、上記第３、第４の接触器（２１，２２）をオン、第１、第２の接触器（１１，１２）をオフとして、第１のコンデンサ（５２）をき電電圧で充電して、上記電圧コンバータ（７１）で、第１のコンデンサ（５２）の電圧を上記特定の電圧まで昇圧して、上記第２のコンデンサ（５７）を充電して、上記電気車駆動装置（８）に上記特定の電圧（７５０Ｖ）を供給する。
き電電圧が、上記特定の電圧（７５０Ｖ）である区間を走行する際には、上記第１、第２の接触器（１１，１２）、および第３、第４の接触器（２１，２２）をオンとして、第１のコンデンサ（５２）および第２のコンデンサ（５７）の電圧を上記特定の電圧（７５０Ｖ）で充電して、上記電気車駆動装置（８）に上記特定の電圧（７５０Ｖ）を供給する。
【０００７】
また、電気車が１５００Ｖき電区間など、架線電圧が上記特定の電圧（７５０Ｖ）を超える区間を走行後、電圧の異なるき電区間へ乗り入れる場合には、前記制御部（１０）は以下のように制御する。
制御部（１０）は、まず、集電装置（１）から電圧変換器（７）を切り離して、蓄電装置（８ｃ）からの給電へ切り替えた後、上記電圧コンバータ（７１）で、第１のコンデンサ（５２）と第２のコンデンサ（５７）の電圧が等しくなるよう制御する。第１のコンデンサ（５２）と第２のコンデンサ（５７）の電圧が等しくなったら、第３の接触器（２１）および第４の接触器（２２）をオンにする。
投入動作完了後、制御部（１０）は、次に走行する区間のき電電圧が６００Ｖなど７５０Ｖ未満である場合は、第１の接触器（１１）および第２の接触器（１２）をオフにし、前記集電装置（１）と電圧変換器（７）を接続して、第１のコンデンサ（５２）をき電電圧で充電して、上記電圧コンバータ（７１）で、第１のコンデンサ（５２）の電圧を上記特定電圧まで昇圧して上記第２のコンデンサ（５７）を充電して、上記電気車駆動装置（８）に上記特定の電圧（７５０Ｖ）を供給する。
また、き電電圧が上記特定の電圧（７５０Ｖ) である場合は、そのままの状態（第１〜第４の接触器（１１，１２，２１，２２）オン）とし、前記集電装置（１）と電圧変換器（７）を接続して、第１のコンデンサ（５２）、第２のコンデンサ（５７）をき電電圧で充電して、上記電気車駆動装置（８）に上記特定の電圧（７５０Ｖ）を供給する。
【０００８】
また、電気車が６００Ｖき電区間など、架線電圧が上記特定の電圧（７５０Ｖ）未満の区間を走行後、電圧の異なるき電区間へ乗り入れる場合には、前記制御部（１０）は以下のように制御する。
制御部（１０）は、まず、集電装置（１）から電圧変換器（７）を切り離して、蓄電装置（８ｃ）からの給電へ切り替えた後、上記電圧コンバータ（７１）で第１のコンデンサ（５２）と第２のコンデンサ（５７）の電圧が等しくなるよう制御する。第１のコンデンサ（５２）と第２のコンデンサ（５７）の電圧が等しくなったら、第１の接触器（１１）および第２の接触器（１２）をオンにする。
投入動作完了後、乗り入れる線区のき電電圧が１５００Ｖなど上記特定の電圧（７５０Ｖ）を超える場合は、第３の接触器（２１）および第４の接触器（２２）をオフにし、前記集電装置（１）と電圧変換器（７）を接続して、第２のコンデンサ（５７）をき電電圧で充電して、上記電圧コンバータ（７１）で、第２のコンデンサ（５７）の電圧を上記特定の電圧まで降圧して上記第１のコンデンサ（５２）を充電し、上記電気車駆動装置（８）に上記特定の電圧（７５０Ｖ）を供給する。
き電電圧が上記特定の電圧（７５０Ｖ) である場合は、そのままの状態（第１〜第４の接触器（１１，１２，２１，２２）オン）とし、前記集電装置（１）と電圧変換器（７）を接続して、第１のコンデンサ（５２）、第２のコンデンサ（５７）をき電電圧で充電して、上記電気車駆動装置（８）に上記特定の電圧（７５０Ｖ）を供給する。
【０００９】
さらに、電気車が上記特定の電圧（７５０Ｖ) であるき電区間を走行後、電圧の異なるき電区間へ乗り入れる場合、まず、集電装置（１）から電圧変換器（７）を切り離して、蓄電装置（８ｃ）からの給電へ切り替える。
その後、乗り入れる線区のき電電圧が上記特定の電圧（７５０Ｖ) を超える場合は、第３の接触器（２１）、第４の接触器（２２）をオフ（第１の接触器（１１）、第２の接触器（１２）はオン）にし、前記集電装置（１）と電圧変換器（７）を接続して、第２のコンデンサ（５７）をき電電圧で充電して、上記電圧コンバータ（７１）で、第２のコンデンサ（５７）の電圧を上記特定の電圧まで降圧して上記第１のコンデンサ（５２）を充電し、上記電気車駆動装置（８）に上記特定の電圧（７５０Ｖ）を供給する。
また、乗り入れる線区のき電電圧が上記特定の電圧（７５０Ｖ) 未満の場合には、第１の接触器（１１）、第２の接触器（１２）をオフ（第３の接触器（２１）、第４の接触器（２２）はオン）にし、前記集電装置（１）と電圧変換器（７）を接続して、第１のコンデンサ（５２）をき電電圧で充電して、上記電圧コンバータ（７１）で、第１のコンデンサ（５２）の電圧を上記特定の電圧まで昇圧して上記第２のコンデンサ（５７）を充電し、上記電気車駆動装置（８）に上記特定の電圧（７５０Ｖ）を供給する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明においては、以下の効果を得ることができる。
（１）集電装置と電気車駆動装置の間に電圧変換器を設け、この電圧変換器に第１のコンデンサと、第２のコンデンサと、電圧コンバータと、第１のコンデンサ及び／または第２のコンデンサを上記遮断器を介して上記集電装置に選択的に接続するとともに、第１のコンデンサ及び／または第２のコンデンサを電気車駆動装置に選択的に接続する切り替え手段を設けたので、上記電気車駆動装置を駆動する電圧とは異なるき電電圧の区間を走行することができるとともに、き電電圧が異なる区間を直通して走行することができる。
（２）上記切り替え手段は、第１、第２のコンデンサの電圧が等しくなった後に、接続を切り替えるので、切り替え手段の投入、遮断時には、切り替え手段に電流が流れず、切り替え手段として、比較的小型で安価な接触器を用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施例の複電圧対応電気車両の構成例を示す図である。
【図２】電車線切り替え区間の例を示す図である。
【図３】走行を開始する際の制御動作を示すフローチャート（１）である。
【図４】走行を開始する際の制御動作を示すフローチャート（２）である。
【図５】走行を開始する際の制御動作を示すフローチャート（３）である。
【図６】１５００Ｖから６００Ｖの区間に乗り入れるときの動作を説明する図（１）である。
【図７】１５００Ｖから６００Ｖの区間に乗り入れるときの動作を説明する図（２）である。
【図８】１５００Ｖから６００Ｖの区間に乗り入れるときの制御動作を示すフローチャート（１）である。
【図９】１５００Ｖから６００Ｖの区間に乗り入れるときの制御動作を示すフローチャート（２）である。
【図１０】６００Ｖから１５００Ｖの区間に乗り入れるときの動作を説明する図（１）である。
【図１１】６００Ｖから１５００Ｖの区間に乗り入れるときの動作を説明する図（２）である。
【図１２】６００Ｖから１５００Ｖの区間に乗り入れるときの制御動作を示すフローチャート（１）である。
【図１３】６００Ｖから１５００Ｖの区間に乗り入れるときの制御動作を示すフローチャート（２）である。
【図１４】７５０Ｖから１５００Ｖの区間に乗り入れるときの制御動作を示すフローチャート（１）である。
【図１５】７５０Ｖから１５００Ｖの区間に乗り入れるときの制御動作を示すフローチャート（２）である。
【図１６】７５０Ｖから６００Ｖの区間に乗り入れるときの制御動作を示すフローチャート（１）である
【図１７】７５０Ｖから６００Ｖの区間に乗り入れるときの制御動作を示すフローチャート（２）である
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。
図１は、本発明の実施例を示す図であり、同図（ａ）は電気車の主回路構成、同図（ｂ）はインバータ装置等から構成される電気車駆動装置である７５０Ｖ動作回路の構成例を示す。
図１（ａ）において、パンタグラフ１に直列に、高速度遮断器２、接触器３，４、リアクトル６の直列回路が接続され、上記接触器４には並列に充電抵抗５が接続される。該直列回路のリアクトル６の他端側は電圧変換器７に接続され、また、高速度遮断器２と接触器３の接続点と接地間には電圧検出器５０が設けられる。
また、電圧変換器７の出力側には、電気車を駆動するためのインバータ装置であるＶＶＶＦ（Variable Voltage Variable Frequency ）、電気車内に電源を供給するためのＳＩＶ（Static Inverter ）、および蓄電装置などから構成される電気車駆動装置（７５０Ｖ動作回路）８が接続される。なお、本実施例では、上記電気車駆動装置８は７５０Ｖで動作するものであり、以下では７５０Ｖ動作回路という。
【００１３】
電圧変換器７は、第１〜第４の接触器１１，１２，２１，２２、第１、第２のコンデンサ５２、５７、電圧検出器５１，５８、電流検出器５４と、電圧コンバータ７１とから構成され、電圧コンバータ７１はリアクトル５３、スイッチング素子５５，５６、ダイオードＤ１，Ｄ２を備える。
前記リアクトル６には、電圧変換器７の第１の接触器１１と第３の接触器２１の一方の端子が接続され、第３の接触器２１の他方の端子には、電圧コンバータ７１の第１の端子７ａが接続され、この第１の端子７ａと接地間には、第１のコンデンサ５２が接続される。
また、第１の接触器１１の他方の端子には、上記電圧コンバータ７１の第２の端子７ｂが接続されるとともに、第２の端子７ｂと接地間に第２のコンデンサ５７が接続される。さらに、上記第１のコンデンサ５２と７５０Ｖ動作回路８との間には、第２の接触器１２が接続され、さらに、上記第２のコンデンサ５７と７５０Ｖ動作回路８との間には、第４の接触器２２が接続される。
上記電圧コンバータ７１のスイッチング素子５５、スイッチング素子５６を駆動することにより、上記電圧コンバータ７１の端子７ａに供給される電圧を昇圧してコンデンサ５７を充電したり、端子７ｂに供給される電圧を降圧して、コンデンサ５２を充電することができる。
制御部１０は、電圧検出器５０，５１，５８、電流検出器５４により検出された電圧、電流などに基づき、上記接触器３，４、第１〜第４の接触器１１，１２，２１，２２、電圧コンバータ７１を制御して、き電電圧が異なる区間を走行する際の電圧切り替え制御等を行なう。
【００１４】
７５０Ｖ動作回路８は図１（ｂ）に示すように、電圧変換器７が出力する７５０Ｖの電圧で駆動されるＶＶＶＦ８ａ、ＳＩＶ８ｂ、および非電化区間に電気車を駆動するための蓄電装置８ｃから構成される。
ＶＶＶＦ８ａは、スイッチＳＷ１、コンデンサＣ１、インバータ８１から構成され、電圧変換器７が出力する７５０Ｖの直流電圧を交流に変換し、電気車駆動用モータ８ｄを駆動する。ＳＩＶ８ｂは、スイッチＳＷ２、コンデンサＣ２、インバータ８２、フィルタやトランスから構成される回路８３から構成され、電圧変換器７が出力する７５０Ｖの直流電圧を交流に変換し、室内灯や冷暖房機器のコンプレッサ等の各種機器８ｅに給電する。 蓄電装置８ｃの電圧は７５０Ｖであり、電化区間を走行中、負荷が少ないとき、あるいは回生動作中に充電され、非電化区間を走行する際には放電して、上記ＶＶＶＦ８ａ、ＳＩＶ８ｂに給電する。
【００１５】
図２は、電車線切り替え区間の例を示す図であり、同図（ａ）は異なる直流き電区間９１ａ，９１ｂの間に、給電されていない架線が設けられ、その間が無電圧区間９２になっている場合を示し、同図（ｂ）は異なる直流き電区間９１ａ，９１ｂの間には架線が設けられていない無架線区間９４となっている場合を示す。
同図（ａ）（ｂ）に示すように直流き電区間９１ａ，９１ｂはそれぞれ、異なるき電圧を給電する直流送電所９３ａ，９３ｂから給電され、電気車９５が、異なるき電圧区間を跨いで走行する場合には、上記無電圧区間９２あるいは無架線区間９４を走行し、その間、電気車９５は前記蓄電装置８ｃから給電されて走行する。
なお、以下の説明では、直流き電区間９１ａ，９１ｂの電圧が、７５０Ｖ未満（例えば６００Ｖ）、７５０Ｖ、７５０Ｖを超える場合（例えば１５００Ｖ）であり、電気車９５は上記異なった電圧の直流き電区間を走行する場合について説明する。
【００１６】
以下、本発明の実施例の制御システムの動作について説明する。
（１）走行開始時
電気車が走行を開始する際、架線電圧の電圧値に応じて、図１に示す制御部１０は次のような制御を行なう。以下、図３〜図５のフローチャートを参照しながら説明する。
（ａ）１５００Ｖき電区間など７５０Ｖを超える区間で走行を開始する場合。
図３（ａ）（ｂ）にこの場合の動作フローを示し、図３（ａ）は架線電圧が予め既知の場合や架線電圧を知らせる外部トリガ情報受信による場合の動作を示し、図３（ｂ）は外部トリガ情報受信等によらずに自動で行う場合の動作フローを示す。
【００１７】
電気車が１５００Ｖき電区間など、架線電圧が７５０Ｖを超える区間を走行するとき、１５００Ｖ区間であることが予め既知の場合や、１５００Ｖ区間であることを知らせる外部トリガ情報受信（運転台での電圧モード選択スイッチ扱いで進入区間電圧を選択、トランスポンダやトロリコンタクタ等の地上からの異電圧区間進入情報を受信、無線等による異電圧区間への進入情報を受信）した場合は、図３（ａ）に示すように、まず、制御部１０は、接触器１１および接触器１２を投入し、接触器２１および接触器２２を開放した状態でパンタグラフ１を上昇させる（図３（ａ）のステップＳ１〜Ｓ４）。
ついで、制御部１０は、高速度遮断器２、接触器３を投入することにより充電抵抗５、リアクトル６を介して架線電圧によりコンデンサ５７を充電する (ステップＳ５）。そして、電圧検出器５０により検出される架線電圧と、電圧検出器５１により検出されるコンデンサ５７の電位差が十分に小さくなったところで接触器４を投入することにより充電抵抗５を短絡して充電動作を完了する（ステップＳ６〜Ｓ７）。
コンデンサ５７の充電完了後、制御部１０は、電圧コンバータ７１のスイッチング素子５５を動作させることによりリアクトル５３を介してコンデンサ５２の電圧が７５０Ｖとなるよう降圧制御する (ステップＳ８）。
【００１８】
あるいは、走行区間電圧に応じた回路構成を、上記外部トリガ情報受信等によらず自動で行う場合には、図３（ｂ）に示すように、パンタグラフ１を上昇してから電圧検知器５０で電圧を確認し（ステップＳ１〜Ｓ２）、所定範囲内であることを確認した上で、制御部１０は、接触器１１および接触器１２を投入し、接触器２１および接触器２２を開放する（ステップＳ３〜Ｓ４）。
ついで、図３（ａ）で説明したのと同様、制御部１０は、高速度遮断器２、接触器３を投入することにより充電抵抗５、リアクトル６を介して架線電圧によりコンデンサ５７を充電する (ステップＳ５）。そして、架線電圧とコンデンサ５７の電位差が十分に小さくなったところで接触器４を投入することにより充電抵抗５を短絡して充電動作を完了する（ステップＳ６〜Ｓ７）。
コンデンサ５７の充電完了後、電圧コンバータ７１のスイッチング素子５５を動作させることによりリアクトル５３を介してコンデンサ５２の電圧が７５０Ｖとなるよう降圧制御する (ステップＳ８）。
以上の動作により、き電電圧が７５０Ｖを超える区間においても、７５０Ｖ動作回路８に印加する電圧を７５０Ｖとし、正常に動作させることが可能である。
【００１９】
（ｂ）６００Ｖき電区間など７５０Ｖ未満の区間で走行を開始する場合。
図４にこの場合の動作フローを示す。
電気車が６００Ｖき電区間など、架線電圧が７５０Ｖ未満の区間を走行するとき、６００Ｖ区間であることが予め既知の場合や、６００Ｖ区間であることを知らせる外部トリガ情報受信（運転台での電圧モード選択スイッチ扱いで進入区間電圧を選択、トランスポンダやトロリコンタクタ等の地上からの異電圧区間進入情報を受信、無線等による異電圧区間への進入情報を受信）した場合に、図４（ａ）に示すように、まず、制御部１０は、接触器２１および接触器２２を投入し、接触器１１および接触器１２を開放した状態でパンタグラフ１を上昇させる（ステップＳ１〜Ｓ４）。
ついで、制御部１０は高速度遮断器２、接触器３を投入することにより充電抵抗５、リアクトル６を介して架線電圧によりコンデンサ５２を充電する（ステップＳ５）。そして、電圧検出器５０により検出される架線電圧と、電圧検出器５１により検出されるコンデンサ５２の電位差が十分に小さくなったところで接触器４を投入することにより充電抵抗５を短絡して充電動作を完了する（ステップＳ６〜Ｓ７）。
コンデンサ５２の充電完了後、制御部１０は、電圧コンバータ７１のスイッチング素子５６を動作させることによりリアクトル５３を介してコンデンサ５７の電圧が７５０Ｖとなるよう昇圧制御する (ステップＳ８）。
【００２０】
あるいは、走行区間電圧に応じた回路構成を、上記外部トリガ情報受信等によらず自動で行う場合には、図４（ｂ）に示すように、パンタグラフ１を上昇してから電圧検知器５０で電圧を確認し、所定範囲内であることを確認した上で、制御部１０は、接触器１１および接触器１２を開放した状態で、接触器２１および接触器２２を投入する（ステップＳ１〜Ｓ４）。
ついで、制御部１０は高速度遮断器２、接触器３を投入することにより充電抵抗５、リアクトル６を介して架線電圧によりコンデンサ５２を充電する（ステップＳ５）。そして、電圧検出器５０により検出される架線電圧と、電圧検出器５１により検出されるコンデンサ５２の電位差が十分に小さくなったところで接触器４を投入することにより充電抵抗５を短絡して充電動作を完了する（ステップＳ６〜Ｓ７）。
コンデンサ５２の充電完了後、制御部１０は、電圧コンバータ７１のスイッチング素子５６を動作させることによりリアクトル５３を介してコンデンサ５７の電圧が７５０Ｖとなるよう昇圧制御する (ステップＳ８）。
以上の動作により、き電電圧が７５０Ｖ未満の区間においても、７５０Ｖ動作回路８に印加する電圧を７５０Ｖとし、正常に動作させることが可能である。
【００２１】
（ｂ）７５０Ｖのき電区間で走行を開始する場合。
図５にこの場合の動作フローを示す。
電気車が７５０Ｖであるき電区間を走行するとき、７５０Ｖ区間であることが予め既知の場合や、６００Ｖ区間であることを知らせる外部トリガ情報受信（運転台での電圧モード選択スイッチ扱いで進入区間電圧を選択、トランスポンダやトロリコンタクタ等の地上からの異電圧区間進入情報を受信、無線等による異電圧区間への進入情報を受信）した場合に、図５（ａ）に示すように、制御部１０は接触器２１および接触器２２、接触器１１および接触器１２を全て投入した状態でパンタグラフ１を上昇させる（ステップＳ１〜Ｓ４）。
ついで、制御部１０は高速度遮断器２、接触器３を投入することによりコンデンサ５２およびコンデンサ５７を充電する (ステップＳ５）。そして、電圧検出器５１，５８により検出されるコンデンサ５２およびコンデンサ５７の電圧と電圧検出器５０により検出される架線電圧との電位差が十分に小さくなったところで接触器４を投入することにより充電抵抗５を短絡して充電動作を完了する（ステップＳ６〜Ｓ７）。
【００２２】
あるいは、走行区間電圧に応じた回路構成を、上記外部トリガ情報受信等によらず自動で行う場合には、図５（ｂ）に示すようにパンタグラフ１を上昇してから電圧検知器５０で電圧を確認し、所定範囲内であることを確認した上で、制御部１０は、接触器２１および接触器２２、接触器１１および接触器１２を全て投入する（ステップＳ１〜Ｓ４）。
ついで、制御部１０は高速度遮断器２、接触器３を投入することによりコンデンサ５２およびコンデンサ５７を充電 (ステップＳ５）。そして、電圧検出器５１，５８により検出されるコンデンサ５２およびコンデンサ５７の電圧と電圧検出器５０により検出される架線電圧との電位差が十分に小さくなったところで接触器４を投入することにより充電抵抗５を短絡して充電動作を完了する（ステップＳ６〜Ｓ７）。
以上の動作により、７５０Ｖ動作回路８に印加する電圧を７５０Ｖとし、正常に動作させることが可能である。
【００２３】
（２）走行中に電圧の異なるき電区間へ乗り入れる場合。
（ａ）架線電圧が７５０Ｖを超える区間（１５００Ｖの区間）を走行後、架線電圧が７５０Ｖ未満の区間（６００Ｖの区間）に乗り入れる場合
図６、図７に、架線電圧が１５００Ｖの区間を走行後、架線電圧が６００Ｖの区間に乗り入れるときの切り替え動作を示し、図８、図９はその動作フローを示す。
以下、図６、図７、図８、図９により、架線電圧１５００Ｖでの走行から架線電圧６００Ｖでの走行への切り替え動作について説明する。
図６（ａ）は１５００Ｖ区間を走行しているときの、接触器３，４、第１〜第４の接触器１１〜２２の開閉状態を示す。この場合、図１に示した前記制御部１０は接触器３，４をオン、接触器１１，１２をオン、接触器２１、２２をオフとし、コンデンサ５７を１５００Ｖに充電させる。また、制御部１０は、電圧コンバータ７１のスイッチング素子５５を動作させて、リアクトル５３を介してコンデンサ５２の電圧が７５０Ｖとなるよう降圧制御する。これにより、７５０Ｖ動作回路８に７５０Ｖの電圧が印加され、７５０Ｖ動作回路８は正常に動作する。
【００２４】
図６（ａ）に示すように電気車が１５００Ｖき電区間など、架線電圧が７５０V を超える区間を走行後、電圧の異なるき電区間である６００Ｖの区間へ乗り入れる場合、図８のフローチャートに示すように電圧検出器５０で直接に無電圧区間を検知（ステップＳ１〜Ｓ２）、または、図９のフローチャートに示すように外部トリガ情報受信（運転台での電圧モード選択スイッチ扱いで進入区間電圧を選択、トランスポンダやトロリコンタクタ等の地上からの異電圧区間進入情報を受信、無線等による異電圧区間への進入情報を受信）に基づいて無電圧区間または無架線区間を検知（ステップＳ１〜Ｓ２）した際には、次のように制御する。
まず、制御部１０は、電圧コンバータ７１の流入電流を絞る動作（減流動作）の後、必要に応じてパンタグラフ１の下降動作を行い、一旦接触器３および接触器４を開放して架線を切り離し、７５０Ｖ動作回路８の蓄電装置８ｃからの給電に切り替える（図８のステップＳ３〜Ｓ５、図９のステップＳ３〜Ｓ６、図６（ｂ）参照）。
ついで、制御部１０は、電圧コンバータ７１のスイッチング素子５５を動作させ（微調整が必要な場合等、必要に応じてスイッチング素子５６も動作）、降圧動作によりコンデンサ５７のエネルギーをコンデンサ５２側へ放出させ、コンデンサ５２とコンデンサ５７の電圧が等しくなるように制御する（図８のステップＳ６、図９のステップＳ７、図６（ｂ）（ｃ）参照）。
【００２５】
電圧検出器５８により検出されるコンデンサ５２と、電圧検出器５１により検出されるコンデンサ５７の電圧が等しくなり７５０Ｖになったら、制御部１０は、接触器２１および接触器２２を投入する（図８のステップＳ７〜Ｓ８、図９のステップＳ８〜Ｓ１１、図７（ｄ）参照）。コンデンサ５２とコンデンサ５７の電圧が等しいため、接触器２１，２２の投入時には電流は流れない。
投入動作完了後、乗り入れる線区き電電圧が６００Ｖなど７５０Ｖ未満である場合は、制御部１０は、接触器１１および接触器１２を開放する（図８のステップＳ９、図９のステップＳ１２、図７（ｅ）参照）。接触器１１，１２には電流が流れていないため、接触器１１，１２は電流を遮断しない。なお、図９に示すように、外部トリガ受信の場合は、この間にパンタグラフを上昇させる（ステップＳ１０）。
この間、電気車は前記図２に示したように無電圧区間９２あるいは無架線区間９４を走行し、ＶＶＶＦ８ａ、ＳＩＶ８ｂへは蓄電装置８ｃから給電され、電気車は蓄電装置８ｃで走行する。
【００２６】
電気車が無電圧区間９２あるいは無架線区間９４からき電電圧が６００Ｖの区間に入ると、無電圧区間をパンタグラフ１の上昇状態で走行後はそのままで、または無架線区間をパンタグラフ１の下降状態で走行後に外部トリガ情報受信（運転台での電圧モード選択スイッチ扱いで進入区間電圧を選択、トランスポンダやトロリコンタクタ等の地上からの異電圧区間進入情報を受信、無線等による異電圧区間への進入情報を受信）に基づいてパンタグラフ上昇動作を行った後は、電圧検出器５０によりき電電圧が６００Ｖの区間に入ったことが検出され、制御部１０は、接触器３を投入する（図８のステップＳ１１、図９のステップＳ１４）。
電車線電圧が６００Ｖの場合は、コンデンサ５２から電車線に充電抵抗５を介して放電電流が流れ、コンデンサ５２の電圧は低下する（図７（ｆ）参照）。
コンデンサ５２の電圧が６００Ｖになると、制御部１０は接触器４を投入する（図８のステップＳ１２〜Ｓ１３、図９のステップＳ１５〜Ｓ１６、図７（ｇ）参照）。
制御部１０は、以後、電圧コンバータ７１によりコンデンサ５２の電圧を昇圧し、コンデンサ５７の電圧が７５０Ｖになるように制御する（図８のステップＳ１４、図９のステップＳ１７）。
これにより、７５０Ｖより電圧が高い１５００Ｖ電圧区間から、７５０Ｖより電圧が低い６００Ｖへの切り替えが行われ、電気車はき電電圧６００Ｖの区間をスムーズに走行することができる（図８のステップＳ１５、図９のステップＳ１８）。また、異なる線区へ直通する場合において、一旦コンデンサ５２およびコンデンサ５７を放電させるというプロセスを経ることなく乗り入れることが可能である。
【００２７】
（ｂ）架線電圧が架線電圧が７５０Ｖ未満の区間（６００Ｖの区間）を走行後、７５０Ｖを超える区間（１５００Ｖの区間）に乗り入れる場合。
図１０、図１１に、架線電圧が７５０Ｖ未満の区間を走行後、架線電圧が１５００Ｖの区間に乗り入れるときの切り替え動作を示し、図１２、図１３はその動作フローを示す。 以下、図１０、図１１、図１２、図１３により、架線電圧６００Ｖでの走行から架線電圧１５００Ｖでの走行への切り替え動作について説明する。
図１０（ａ）は６００Ｖ区間を走行しているときの、接触器３，４、第１〜第４の接触器１１〜２２の開閉状態を示す。この場合、図１に示した前記制御部１０は接触器３，４をオン、接触器２１，２２をオン、接触器１１、１２をオフとし、コンデンサ５２を６００Ｖに充電させる。また、制御部１０は、電圧コンバータ７１のスイッチング素子５５（回生時など），５６（力行時や蓄電装置充電時など）を動作させて、コンデンサ５７の電圧が７５０Ｖとなるよう昇圧制御する。これにより、７５０Ｖ動作回路８に７５０Ｖの電圧が印加され、７５０Ｖ動作回路８は正常に動作する。
【００２８】
図１０（ａ）に示すように電気車が６００Ｖき電区間など、架線電圧が７５０V 未満の区間を走行後、電圧の異なるき電区間である１５００Ｖの区間へ乗り入れる場合には、図１２のフローチャートに示すように、電圧検出器５０で直接に無電圧区間を検知（図１２のステップＳ１，Ｓ２）、または図１３のフローチャートに示すように、外部トリガ情報受信（運転台での電圧モード選択スイッチ扱いで進入区間電圧を選択、トランスポンダやトロリコンタクタ等の地上からの異電圧区間進入情報を受信、無線等による異電圧区間への進入情報を受信、図１３のステップＳ１，Ｓ２）に基づいて無電圧区間または無架線区間を検知した際には次のように制御する。
まず、制御部１０は、電圧コンバータ７１の流入電流を絞る動作（減流動作）の後、必要に応じてパンタグラフ１下降動作を行い、一旦接触器３および接触器４を開放して架線を切り離し、７５０Ｖ動作回路８の蓄電装置８ｃからの給電に切り替える（図１２のステップＳ３〜Ｓ５、図１３のステップＳ３〜Ｓ６、図１０（ｂ）参照）。
【００２９】
ついで、制御部１０は、電圧コンバータ７１のスイッチング素子５５を動作させ、コンデンサ５７のエネルギーをコンデンサ５２側へ放出させ、コンデンサ５２とコンデンサ５７の電圧が等しくなるように制御する（図１２のステップＳ６、図１３のステップＳ７、図１０（ｂ）（ｃ）参照）。
電圧検出器５１により検出されるコンデンサ５２と、電圧検出器５８により検出されるコンデンサ５７の電圧が等しくなり７５０Ｖになったら、制御部１０は、必要に応じてパンタグラフを上昇させ、接触器１１および接触器１２を投入する（図１２のステップＳ７〜Ｓ８、図１３のステップＳ８〜Ｓ１１、図１１（ｄ）参照）。コンデンサ５２とコンデンサ５７の電圧が等しいため、接触器１１と接触器１２の投入時には電流は流れない。
投入動作完了後、乗り入れる線区のき電電圧が１５００Ｖなど７５０Ｖを超える場合は、制御部１０は、接触器２１および接触器２２を開放する（図１２のステップＳ９、図１３のステップＳ１２、図１１（ｅ）参照）。接触器２１および接触器２２には電流は流れていないため、接触器２１と接触器２２は電流を遮断しない。
この間、電気車は前記図２に示したように無電圧区間９２あるいは無架線区間９４を走行し、ＶＶＶＦ８ａ、ＳＩＶ８ｂへは蓄電装置８ｃから給電され、電気車は蓄電装置８ｃで走行する。
【００３０】
電気車が無電圧区間９２あるいは無架線区間９４からき電電圧が１５００Ｖの区間に入ると、無電圧区間をパンタグラフ１上昇状態で走行後はそのままで、または無架線区間をパンタグラフ１の下降状態で走行後に外部トリガ情報受信（運転台での電圧モード選択スイッチ扱いで進入区間電圧を選択、トランスポンダやトロリコンタクタ等の地上からの異電圧区間進入情報を受信、無線等による異電圧区間への進入情報を受信）に基づいてパンタグラフ上昇動作を行った後は、電圧検出器５０によりき電電圧が１５００Ｖの区間に入ったことが検出され、制御部１０は、接触器３を投入する。
電車線電圧が１５００Ｖの場合には、電車線からコンデンサ５７へ充電抵抗５を介して充電電流が流入する（図１２のステップＳ１０〜Ｓ１１、図１３のステップＳ１３〜Ｓ１４、図１１（ｆ）参照）。コンデンサ５７の電圧が１５００Ｖになると、制御部１０は接触器４を投入する（図１２のステップＳ１２〜Ｓ１３、図１３のステップＳ１５〜Ｓ１６、図１１（ｇ）参照）。
制御部１０は、以後、電圧コンバータ７１によりコンデンサ５７の電圧を降圧し、コンデンサ５２の電圧が７５０Ｖになるように制御する（図１２のステップＳ１４、図１３のステップＳ１７）。
これにより、７５０Ｖより電圧が低い６００Ｖ電圧区間から、７５０Ｖより電圧が高い１５００Ｖ区間への切り替えが行われ、電気車はき電電圧１５００Ｖの区間をスムースに走行することができる。また、異なる線区へ直通する場合においても、一旦コンデンサ５２およびコンデンサ５７を放電させるというプロセスを経ることなく乗り入れることが可能である。
【００３１】
（ｃ）架線電圧が架線電圧が７５０Ｖ区間を走行後、７５０Ｖを超える区間（１５００Ｖの区間）に乗り入れる場合。
図１４、図１５にその動作フローを示す。
電気車が７５０Ｖであるき電区間を走行中は、前記したように遮断器２、接触器３，４がオン、また、接触器１１，１２，２１，２２がオンであり、コンデンサ５２，５７の電圧は７５０Ｖに充電されている。
電気車が７５０Ｖであるき電区間を走行後、電圧が７５０Ｖを超えるき電区間（１５００Ｖの区間）へ乗り入れる場合、電圧検出器５０で直接に無電圧区間を検知（図１４のステップＳ１，Ｓ２）、または外部トリガ情報受信（運転台での電圧モード選択スイッチ扱いで進入区間電圧を選択、トランスポンダやトロリコンタクタ等の地上からの異電圧区間進入情報を受信、無線等による異電圧区間への進入情報を受信、図１５のステップＳ１，Ｓ２）に基づいて無電圧区間または無架線区間を検知した際には次のように制御する。
まず、制御部１０は、電圧コンバータ７１の流入電流を絞る動作（減流動作）の後、必要に応じてパンタグラフ１下降動作を行い、一旦接触器３および接触器４を開放し、７５０Ｖ動作回路８の蓄電装置８ｃからの給電へ切り替える（図１４のステップＳ３〜Ｓ５、図１５のステップＳ３〜Ｓ６）。
その後、乗り入れる線区のき電電圧が１５００Ｖなど７５０Ｖを超える場合は、必要に応じてパンタグラフを上昇させ、接触器２１および接触器２２を開放する（図１４のステップＳ６、図１５のステップＳ７〜Ｓ９）。
【００３２】
電気車が無電圧区間９２あるいは無架線区間９４からき電電圧が１５００Ｖの区間に入ると、電圧検出器５０によりき電電圧が１５００Ｖの区間に入ったことが検出され、制御部１０は、接触器３を投入し、充電抵抗５を介してコンデンサ５７を充電させる（図１４のステップＳ７〜Ｓ８、図１５のステップＳ１０〜Ｓ１１）。
コンデンサ５７の電圧が１５００Ｖになると、制御部１０は接触器４を投入する（図１４のステップＳ９〜Ｓ１０、図１５のステップＳ１２〜Ｓ１３）。
制御部１０は、以後、電圧コンバータ７１によりコンデンサ５７の電圧を降圧し、コンデンサ５２の電圧が７５０Ｖになるように制御する（図１４のステップＳ１１、図１５のステップＳ１４）。
これにより、７５０Ｖ電圧区間から７５０Ｖより電圧が高い１５００Ｖ区間への切り替えが行われ、電気車はき電電圧１５００Ｖの区間をスムースに走行することができる。
【００３３】
（ｄ）架線電圧が架線電圧が７５０Ｖ区間を走行後、７５０Ｖ未満の区間（６００Ｖの区間）に乗り入れる場合。
図１６、図１７にその動作フローを示す。
電気車が７５０Ｖであるき電区間を走行後、電圧が７５０Ｖ未満のき電区間（６００Ｖの区間）へ乗り入れる場合、電圧検出器５０で直接に無電圧区間を検知（図１６のステップＳ１，Ｓ２）、または外部トリガ情報受信（運転台での電圧モード選択スイッチ扱いで進入区間電圧を選択、トランスポンダやトロリコンタクタ等の地上からの異電圧区間進入情報を受信、無線等による異電圧区間への進入情報を受信、図１７のステップＳ１，Ｓ２）に基づいて無電圧区間または無架線区間を検知した際には次のように制御する。
まず、制御部１０は、電圧コンバータ７１の流入電流を絞る動作（減流動作）の後、必要に応じてパンタグラフ１下降動作を行い、一旦接触器３および接触器４を開放し、７５０Ｖ動作回路８の蓄電装置８ｃからの給電へ切り替える（図１６のステップＳ３〜Ｓ５、図１７のステップＳ３〜Ｓ６）。
その後、乗り入れる線区のき電電圧が６００Ｖなど７５０V 未満である場合は、必要に応じてパンタグラフを上昇させ、接触器１１および接触器１２を開放する（図１６のステップＳ６、図１７のステップＳ７〜Ｓ９）。
【００３４】
電気車が無電圧区間９２あるいは無架線区間９４からき電電圧が６００Ｖの区間に入ると、無電圧区間をパンタグラフ１の上昇状態で走行後はそのままで、または無架線区間をパンタグラフ１下降状態で走行後に外部トリガ情報受信（運転台での電圧モード選択スイッチ扱いで進入区間電圧を選択、トランスポンダやトロリコンタクタ等の地上からの異電圧区間進入情報を受信、無線等による異電圧区間への進入情報を受信）に基づいてパンタグラフ上昇動作を行った後は、電圧検出器５０によりき電電圧が６００Ｖの区間に入ったことが検出され、制御部１０は、接触器３を投入し、充電抵抗５を介してコンデンサ５２を放電させる（図１６のステップＳ７〜Ｓ８、図１７のステップＳ１０〜Ｓ１１）。
コンデンサ５２の電圧が６００Ｖになると、制御部１０は接触器４を投入する（図１６のステップＳ９〜Ｓ１０、図１７のステップＳ１２〜Ｓ１３）。
制御部１０は、以後、電圧コンバータ７１によりコンデンサ５２の電圧を昇圧し、コンデンサ５７を７５０Ｖになるように制御する（図１６のステップＳ１１、図１７のステップＳ１４）。
これにより、７５０Ｖ電圧区間から、７５０Ｖ未満の６００Ｖ区間への切り替えが行われ、電気車はき電電圧６００Ｖの区間をスムースに走行することができる。
【００３５】
基本となる特定の電圧７５０Ｖに対して、それよりも高い架線電圧１５００Ｖと低い架線電圧６００Ｖの場合を例としてを挙げたが、例えば基本となる特定の電圧１５００Ｖ、それよりも高い架線電圧３０００Ｖ、低い架線電圧６００Ｖとなる公称電圧の組合せなど、異なる公称電圧の組合せに対しても効果は同じである。
【産業上の利用可能性】
【００３６】
本発明は、き電電圧が異なる複数の路線を直通して走行することが可能なハイブリッド電気車に利用することができる。
【符号の説明】
【００３７】
１ パンタグラフ
２ 高速度遮断器
３ 接触器
４ 接触器
５ 充電抵抗
６ リアクトル
７ 電圧変換器
８ ７５０V 動作回路
１１ 接触器
１２ 接触器
２１ 接触器
２２ 接触器
５０ 電圧検出器
５１ 電圧検出器
５２ コンデンサ
５３ リアクトル
５４ 電流検出器
５５ スイッチング素子
５６ スイッチング素子
５７ コンデンサ
５８ 電圧検出器
【特許請求の範囲】
【請求項１】
集電装置に直列に接続された遮断器と、該遮断器を介して該集電装置に接続された電圧変換器と、電圧変換器の出力側に接続された電気車駆動装置と、上記電圧変換器の動作を制御する制御装置から構成され、異なるき電電圧区間を直通可能とした複電圧対応電気車両の切り替え制御方法であって、
上記電気車駆動装置は蓄電装置と該蓄電装置に充電された電圧により駆動される電気車駆動用インバータ装置とを具備し、上記電気車駆動装置は特定の電圧で駆動されるものであり、
上記電圧変換器は、第１のコンデンサと、第２のコンデンサと、電圧コンバータと、第１のコンデンサ及び／または第２のコンデンサを上記遮断器を介して上記集電装置に選択的に接続するとともに、第１のコンデンサ及び／または第２のコンデンサを電気車駆動装置に選択的に接続する切り替え手段を備え、
き電電圧が、上記電気車駆動装置が駆動される特定の電圧より高い区間、もしくは低い区間を走行する際には、上記切り替え手段により、第１もしくは第２のコンデンサのうちの一方のコンデンサを上記遮断器を介して上記集電装置に接続して、該コンデンサを、上記き電電圧で充電して、上記電圧コンバータで、該コンデンサに充電されてた電圧を上記電気車駆動装置が駆動される特定電圧まで降圧もしくは昇圧して、第１もしくは第２のコンデンサのうちの他方のコンデンサを充電し、
該第１もしくは第２のコンデンサのうちの他方のコンデンサを上記電気車駆動装置に接続し、上記電気車駆動装置に上記特定の電圧を供給する
ことを特徴とする複電圧対応電気車両の切り替え制御方法。
【請求項２】
集電装置に直列に接続された遮断器と、該遮断器を介して該集電装置に接続された電圧変換器と、電圧変換器の出力側に接続された電気車駆動装置と、上記電圧変換器の動作を制御する制御装置から構成され、異なるき電電圧区間を直通可能とした複電圧対応電気車両用制御システムであって、
上記電気車駆動装置は蓄電装置と該蓄電装置に充電された電圧により駆動される電気車駆動用インバータ装置とを具備し、上記電気車駆動装置は特定の電圧で駆動されるものであり、
上記電圧変換器は、第１のコンデンサと、第２のコンデンサと、電圧コンバータと、第１のコンデンサ及び／または第２のコンデンサを上記遮断器を介して上記集電装置に選択的に接続するとともに、第１のコンデンサ及び／または第２のコンデンサを電気車駆動装置に選択的に接続する切り替え手段を備え、
上記制御装置は、き電電圧が、上記電気車駆動装置が駆動される特定の電圧より高い区間、もしくは低い区間を走行する際には、上記切り替え手段により、第１もしくは第２のコンデンサのうちの一方のコンデンサを上記遮断器を介して上記集電装置に接続して、該コンデンサを、上記き電電圧で充電して、上記電圧コンバータで、該コンデンサに充電されてた電圧を上記電気車駆動装置が駆動される特定電圧まで降圧もしくは昇圧して、第１もしくは第２のコンデンサのうちの他方のコンデンサを充電し、
該第１もしくは第２のコンデンサのうちの他方のコンデンサを上記電気車駆動装置に接続し、上記電気車駆動装置に上記特定の電圧を供給する
ことを特徴とする複電圧対応電気車両用制御システム。
【請求項３】
き電電圧が、上記電気車駆動装置が駆動される特定の電圧に等しい区間を走行する際には、上記切り替え手段により、第１のコンデンサ及び第２のコンデンサを上記遮断器を介して上記集電装置に接続するとともに、第１のコンデンサ及び第２のコンデンサを電気車駆動装置に接続し、第１のコンデンサおよび第２のコンデンサの電圧を上記き電電圧で充電して、上記電気車駆動装置に上記特定の電圧を供給する
ことを特徴とする請求項１に記載の複電圧対応電気車両用制御システム。
【請求項４】
集電装置に直列に接続された遮断器と、該遮断器を介して該集電装置に接続された電圧変換器と、電圧変換器の出力側に接続された電気車駆動装置と、上記電圧変換器の動作を制御する制御装置から構成され、異なるき電電圧区間を直通可能とした複電圧対応電気車両用制御システムであって、
上記電気車駆動装置は蓄電装置と該蓄電装置に充電された電圧により駆動される電気車駆動用インバータ装置とを具備し、上記電気車駆動装置は特定の電圧で駆動されるものであり、
上記電圧変換器は、第１のコンデンサと、第２のコンデンサと、電圧コンバータと、第１のコンデンサ及び／または第２のコンデンサを上記遮断器を介して上記集電装置に選択的に接続するとともに、第１のコンデンサ及び／または第２のコンデンサを電気車駆動装置に選択的に接続する切り替え手段を備え、
上記制御装置は、上記電気車駆動装置が駆動される特定の電圧より高い電圧区間を走行する際には、上記切り替え手段により、第１のコンデンサを上記遮断器を介して上記集電装置に接続して、上記第１のコンデンサをき電電圧で充電して、上記電圧コンバータで、第１のコンデンサの電圧を上記電気車駆動装置が駆動される特定の電圧まで降圧して上記第２のコンデンサを充電して、第２のコンデンサを電気車駆動装置に接続して、上記電気車駆動装置に上記特定の電圧を供給し、
上記電気車駆動装置が駆動される特定の電圧より低い電圧区間を走行する際には、上記切り替え手段により、第２のコンデンサを上記遮断器を介して上記集電装置に接続して、上記第２のコンデンサをき電電圧で充電して、上記電圧コンバータで、第２のコンデンサの電圧を上記電気車駆動装置が駆動される特定の電圧まで昇圧して上記第１のコンデンサを充電して、第１のコンデンサを電気車駆動装置に接続して、上記電気車駆動装置に上記特定の電圧を供給し、
き電電圧が、上記電気車駆動装置が駆動される特定の電圧に等しい区間を走行する際には、上記切り替え手段により、第１のコンデンサ及び第２のコンデンサを上記遮断器を介して上記集電装置に接続するとともに、第１のコンデンサ及び第２のコンデンサを電気車駆動装置に接続し、第１のコンデンサおよび第２のコンデンサの電圧を上記特定の電圧で充電して、上記電気車駆動装置に上記特定の電圧を供給する
ことを特徴とする複電圧対応電気車両用制御システム。
【請求項１】
集電装置に直列に接続された遮断器と、該遮断器を介して該集電装置に接続された電圧変換器と、電圧変換器の出力側に接続された電気車駆動装置と、上記電圧変換器の動作を制御する制御装置から構成され、異なるき電電圧区間を直通可能とした複電圧対応電気車両の切り替え制御方法であって、
上記電気車駆動装置は蓄電装置と該蓄電装置に充電された電圧により駆動される電気車駆動用インバータ装置とを具備し、上記電気車駆動装置は特定の電圧で駆動されるものであり、
上記電圧変換器は、第１のコンデンサと、第２のコンデンサと、電圧コンバータと、第１のコンデンサ及び／または第２のコンデンサを上記遮断器を介して上記集電装置に選択的に接続するとともに、第１のコンデンサ及び／または第２のコンデンサを電気車駆動装置に選択的に接続する切り替え手段を備え、
き電電圧が、上記電気車駆動装置が駆動される特定の電圧より高い区間、もしくは低い区間を走行する際には、上記切り替え手段により、第１もしくは第２のコンデンサのうちの一方のコンデンサを上記遮断器を介して上記集電装置に接続して、該コンデンサを、上記き電電圧で充電して、上記電圧コンバータで、該コンデンサに充電されてた電圧を上記電気車駆動装置が駆動される特定電圧まで降圧もしくは昇圧して、第１もしくは第２のコンデンサのうちの他方のコンデンサを充電し、
該第１もしくは第２のコンデンサのうちの他方のコンデンサを上記電気車駆動装置に接続し、上記電気車駆動装置に上記特定の電圧を供給する
ことを特徴とする複電圧対応電気車両の切り替え制御方法。
【請求項２】
集電装置に直列に接続された遮断器と、該遮断器を介して該集電装置に接続された電圧変換器と、電圧変換器の出力側に接続された電気車駆動装置と、上記電圧変換器の動作を制御する制御装置から構成され、異なるき電電圧区間を直通可能とした複電圧対応電気車両用制御システムであって、
上記電気車駆動装置は蓄電装置と該蓄電装置に充電された電圧により駆動される電気車駆動用インバータ装置とを具備し、上記電気車駆動装置は特定の電圧で駆動されるものであり、
上記電圧変換器は、第１のコンデンサと、第２のコンデンサと、電圧コンバータと、第１のコンデンサ及び／または第２のコンデンサを上記遮断器を介して上記集電装置に選択的に接続するとともに、第１のコンデンサ及び／または第２のコンデンサを電気車駆動装置に選択的に接続する切り替え手段を備え、
上記制御装置は、き電電圧が、上記電気車駆動装置が駆動される特定の電圧より高い区間、もしくは低い区間を走行する際には、上記切り替え手段により、第１もしくは第２のコンデンサのうちの一方のコンデンサを上記遮断器を介して上記集電装置に接続して、該コンデンサを、上記き電電圧で充電して、上記電圧コンバータで、該コンデンサに充電されてた電圧を上記電気車駆動装置が駆動される特定電圧まで降圧もしくは昇圧して、第１もしくは第２のコンデンサのうちの他方のコンデンサを充電し、
該第１もしくは第２のコンデンサのうちの他方のコンデンサを上記電気車駆動装置に接続し、上記電気車駆動装置に上記特定の電圧を供給する
ことを特徴とする複電圧対応電気車両用制御システム。
【請求項３】
き電電圧が、上記電気車駆動装置が駆動される特定の電圧に等しい区間を走行する際には、上記切り替え手段により、第１のコンデンサ及び第２のコンデンサを上記遮断器を介して上記集電装置に接続するとともに、第１のコンデンサ及び第２のコンデンサを電気車駆動装置に接続し、第１のコンデンサおよび第２のコンデンサの電圧を上記き電電圧で充電して、上記電気車駆動装置に上記特定の電圧を供給する
ことを特徴とする請求項１に記載の複電圧対応電気車両用制御システム。
【請求項４】
集電装置に直列に接続された遮断器と、該遮断器を介して該集電装置に接続された電圧変換器と、電圧変換器の出力側に接続された電気車駆動装置と、上記電圧変換器の動作を制御する制御装置から構成され、異なるき電電圧区間を直通可能とした複電圧対応電気車両用制御システムであって、
上記電気車駆動装置は蓄電装置と該蓄電装置に充電された電圧により駆動される電気車駆動用インバータ装置とを具備し、上記電気車駆動装置は特定の電圧で駆動されるものであり、
上記電圧変換器は、第１のコンデンサと、第２のコンデンサと、電圧コンバータと、第１のコンデンサ及び／または第２のコンデンサを上記遮断器を介して上記集電装置に選択的に接続するとともに、第１のコンデンサ及び／または第２のコンデンサを電気車駆動装置に選択的に接続する切り替え手段を備え、
上記制御装置は、上記電気車駆動装置が駆動される特定の電圧より高い電圧区間を走行する際には、上記切り替え手段により、第１のコンデンサを上記遮断器を介して上記集電装置に接続して、上記第１のコンデンサをき電電圧で充電して、上記電圧コンバータで、第１のコンデンサの電圧を上記電気車駆動装置が駆動される特定の電圧まで降圧して上記第２のコンデンサを充電して、第２のコンデンサを電気車駆動装置に接続して、上記電気車駆動装置に上記特定の電圧を供給し、
上記電気車駆動装置が駆動される特定の電圧より低い電圧区間を走行する際には、上記切り替え手段により、第２のコンデンサを上記遮断器を介して上記集電装置に接続して、上記第２のコンデンサをき電電圧で充電して、上記電圧コンバータで、第２のコンデンサの電圧を上記電気車駆動装置が駆動される特定の電圧まで昇圧して上記第１のコンデンサを充電して、第１のコンデンサを電気車駆動装置に接続して、上記電気車駆動装置に上記特定の電圧を供給し、
き電電圧が、上記電気車駆動装置が駆動される特定の電圧に等しい区間を走行する際には、上記切り替え手段により、第１のコンデンサ及び第２のコンデンサを上記遮断器を介して上記集電装置に接続するとともに、第１のコンデンサ及び第２のコンデンサを電気車駆動装置に接続し、第１のコンデンサおよび第２のコンデンサの電圧を上記特定の電圧で充電して、上記電気車駆動装置に上記特定の電圧を供給する
ことを特徴とする複電圧対応電気車両用制御システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【公開番号】特開２０１１−１３０５７９（Ｐ２０１１−１３０５７９Ａ）
【公開日】平成２３年６月３０日（２０１１．６．３０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２８６３２４（Ｐ２００９−２８６３２４）
【出願日】平成２１年１２月１７日（２００９．１２．１７）
【出願人】（０００１７３７８４）公益財団法人鉄道総合技術研究所 (1,666)
【出願人】（０００００３１１５）東洋電機製造株式会社 (380)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年６月３０日（２０１１．６．３０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１２月１７日（２００９．１２．１７）
【出願人】（０００１７３７８４）公益財団法人鉄道総合技術研究所 (1,666)
【出願人】（０００００３１１５）東洋電機製造株式会社 (380)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]