车辆用控制装置的制作方法

专利名称：车辆用控制装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种搭载于铁路用车辆等车辆中的控制装置，特别涉及一种在驱动主 电动机的电力变换装置的装置输入侧设置蓄电装置的车辆用控制装置。
背景技术：
以往，电气化铁路系统通过电车线获得电力来驱动车辆。但是，由于线路状况或周 边设备等原因而存在不能设置电车线的区间，车辆进入该区间时，不能获得电力供应。因 此，万一车辆在电车线未设置区间停止，则以后无法移动。为此，在这种位置车辆要确保事 先规定的速度，没有电车线的区间通过以滑行(coasting)方式通过等的驾驶操作来覆盖 不能供应电力区间的行驶。
但是，在这种驾驶操作中驾驶员的负担较大。并且，以滑行通过未设置电源线区间 时不能对辅助电源装置供应电力，车内的荧光灯和空调有可能停止。
此外，对于减速时由驱动用主电动机发电、并将该电力用于其他车辆的动力运行 等的再生制动，若再生制动中集电装置与电车线分离，则由主电动机产生的电力不能返回 至电车线，将产生再生制动不能动作(再生失效)的问题。
基于上述理由提出了如下的系统，通过在车上设置充放电能力足够高并且具有最 低限度充电容量的蓄电池等蓄电装置和控制用开关装置，从而解决在未设置电车线区间不 能供应电力的问题、或再生失效的问题。
例如，专利文献1中公开了一种在车上侧的变换器装置一并设置吸收再生电力的 蓄电装置的车辆用驱动控制装置的例子。图12表示将吸收再生电力的蓄电装置一并设置 在车上侧的变换器装置时的机器结构的一例。再生制动时，由主电动机105生成的电力经 由集电装置101返回至电车线，但是当电车线与集电装置101分离从而电流路径断开时，滤 波电容器103中流入再生制动电流，将提高滤波电容器103的两端电压。此时，基于由直流 电压检测机112检测出的滤波电容器103的两端电压检测值的变化率，开始由蓄电装置10 瞬时地吸收再生电力的充电控制。通过使开关装置1090开关来控制流入所述蓄电装置110 的充电电流。由此，即使再生制动中产生线路分离，也可抑制滤波电容器电压的上升防止再 生失效。
[专利文献1]特开2008-2^451号公报
图12所示的开关装置1090例如由IGBT等开关元件构成，在由开关装置控制蓄电 装置的充放电电流时，由于开关装置开关动作的损耗而消耗能量。此外，由开关装置将蓄电 装置的充放电电流的目标值设为OA进行控制的情况下，由于开关动作而产生IGBT元件的 热损耗和由微小的充放电引起的充放电损耗，从而产生上述能量损耗。
此外，在以往技术中，为了应对滤波电容器电压的急剧变动，无论是否在线路分离 区间行驶，开关装置都进行开关动作。
因此，在线路分离区间以外的区间尽管滤波电容器电压没有变动，但开关装置依 然继续开关动作，这样存在伴随着开关动作的能量损耗较大的问题。发明内容
本发明的目的在于提供一种车辆用控制装置，该车辆用控制装置缩短开关装置的 开关动作，车辆从线路分离区间进入设置了电车线的区间时，通过停止开关装置的开关动 作，从而抑制能量损耗。
为了解决上述问题，本发明的车辆用控制装置具备集电装置，从电车线获得电 力；主电动机，其驱动车轮；电力变换装置，经由所述集电装置从所述电车线接受电力供应 从而控制所述主电动机的驱动；蓄电装置，其对所述电力变换装置供应直流电；以及开关 装置，调整控制所述电力变换装置的直流部分与所述蓄电装置之间的导通电流，所述车辆 用控制装置还具有开关信号输出装置，所述开关信号输出装置在所述开关装置进行开关动 作时，根据车辆的行驶信息输出使所述开关装置的开关动作停止的开关信号，在所述开关 装置停止了开关动作时，根据所述车辆的行驶信息输出使所述开关装置进行开关动作的开 关信号。
此外，本发明的车辆用控制装置具备集电装置，从电车线获得电力；主电动机， 其驱动车轮；电力变换装置，经由所述集电装置从所述电车线接受电力供应从而控制所述 主电动机的驱动；蓄电装置，其对所述电力变换装置供应直流电；以及开关装置，调制控制 所述电力变换装置的直流部分与所述蓄电装置之间的导通电流，所述车辆用控制装置还具 有开关信号输出装置，所述开关信号输出装置在所述开关装置进行开关动作时，根据车辆 的行驶信息输出停止所述开关装置的开关动作的开关信号。
在本发明中，所谓“电车线”包含对车辆供电的架线以及由第三轨方式进行供电的 轨。此外，所谓“线路分离”是指由于未设置电车线或供电轨等原因不能进行供电的状态、在 轨道轨的合并处/分岔处供电轨的供电被切断的状态、由于行驶测试等的在经验上电车线 的振动从而发生导电弓与电车线的线路分离供电被切断的状态等。此外，所谓“行驶信息” 包含车辆的行驶距离信息、行驶位置信息、行驶速度信息。
根据本发明，由于当车辆通过线路分离区间时停止开关装置的开关动作，因此能 够减少由开关装置的开关动作引起的能量损耗，可有效地利用能量。


图1是表示本发明的第一实施方式的图。
图2是表示行驶于交流区间的车辆的电力变换装置的结构例的图。
图3是表示图1所示的开关信号输出装置23的结构例的图。
图4是表示图1所示的充放电控制装置15的结构例的框图。
图5是表示图4所示的电压直流值运算部的结构例的框图。
图6是表示应用本发明时的动作波形的图。
图7是表示本发明的第二实施方式的图。
图8是表示图8所示的开关信号输出装置23的结构例的框图。
图9是表示应用本发明的第二实施方式时的动作波形的图。
图10是表示本发明的第三实施方式的图。
图11是表示本发明的第三实施方式中的开关信号输出装置23的结构例的框图。
图12是在车上侧的变换器装置设置以往例的吸收再生电力的蓄电装置时的机器 结构的一例。
图13是表示本发明的第三实施方式中的开关信号输出装置23的结构例的框图。
图14是表示本发明的第三实施方式中的开关信号输出装置23的其他结构例的框 图。
图15是表示本发明的第三实施方式中的开关信号输出装置23的其他结构例的框 图。
图中
1、101-集电装置
2、102-滤波电抗器
3、103-滤波电容器
4、104-变换器装置
5、105-主电动机
6、106-电力变换装置
7-转换器装置
8-辅助电源装置
9a、9b、109a、109b_IGBT
10、110-蓄电装置
11、111-主平滑电抗器
12、13、112、113-直流电压检测器
14、114-直流电流检测器
15-充放电控制装置
16、116-变换器控制装置
17-辅助电源控制装置
18-蓄电控制装置
19-信息传输单元
20、120-减速器
21、121-车轮
22-旋转频率检测器
23-开关信号输出装置
24-行驶距离计算装置
25a、25b_线路分离位置存储装置
26-电压指令值运算部
27、29-减法器
28-系数器
30-ACR (电流控制部)
31-门脉冲运算器
32、36、38-切换器
33a、33b、33c、33d、33e、33f、43a、43b、43c-比较器
35-翻转器
37-触发器电路
39-延迟元件
40a、40b_车上信息设备
41a、41b_地上信息设备
42a、42b、42c_车辆速度计算部
44a、44b、44c_ 判别部
45a、45b、45c、45d、45e、45f、45g_ 逻辑电路
90、1090-开关装置
115-控制装置具体实施方式
以下，利用附图分为各实施例对本发明的实施方式进行说明。虽然在以下各实施 例中以电车线为例进行说明，但是从供电轨经由集电装置接受供电的车辆中也能够同样应用。
实施例1
以下，利用附图对本发明的实施方式进行说明。
首先，利用图1对本发明的第一实施方式进行说明，第一实施方式中以在电车线 流过直流电的直流区间行驶的车辆为例。如图所示，与电车线电连接的集电装置1、和经由 滤波电抗器2连接于电车线的变换器装置4相连接，在该变换器装置4的输入侧连接滤波 电容器3，在变换器装置4的输出侧连接主电动机5。在为行驶于直流区间的车辆的情况下， 电力变换装置6由滤波电抗器2、变换器装置4、滤波电容器3构成。
此外，辅助电源装置8与滤波电容器3并联连接。虽然图1中辅助电源装置8连 接在滤波电抗器2与滤波电容器3之间，但只要是在集电装置1与变换器装置之间与滤波 电容器3并联连接即可，可以是任意位置。
再有，开关元件90与滤波电容器3并联连接。该开关元件90构成为第一 IGBT9a的发射极与第IGBT9b的集电极连接，在IGBT分别并联连接续流二极管(freewheel diode)。IGBT9a的集电极连接于滤波电抗器2与变换器装置4之间，IGBT9b的发射极连接 于变换器装置4的直流低电位侧。在IGBT9b的集电极与发射极之间连接蓄电装置10、主平 滑电抗器11，所选择的蓄电装置10具有比变换器装置4可控制的最低直流输入电压值更低 的端子电压。此外，图1中虽然以IGBT表示开关装置90的开关元件，但是开关元件的种类 未必是IGBT。
此外，分别设置直流电压检测器12、蓄电池直流电压检测器13、以及蓄电装置直 流电流检测器14，该直流电压检测器12检测变换器装置4的直流侧与所述开关装置90的 连接点的电压值(Vfc)，该蓄电池直流电压检测器13检测蓄电装置10的端子电压(Vch) 的值，该蓄电装置直流电流检测器14检测从蓄电装置10输出至IGBT9b的集电极的电流 (Ich)的值。另外，在开关装置90连接充放电控制装置15，在变换器装置4连接变换器控 制装置16，在辅助电源装置8连接辅助电源控制装置17，在蓄电装置10连接蓄电控制装置 18，在蓄电控制装置18与充放电控制装置15之间设有信息传输单元19。蓄电控制装置18构成为检测蓄电装置10的充电量和内部温度并计算容许最大充放电电流，并且将这些信 息传送至充放电控制装置15。
再有，从检测主电动机5的旋转频率的旋转频率检测器22输出旋转频率信号f， 输入至行驶距离计算装置Μ。此外，也可考虑使主电动机5为同步电动机并检测旋转角度 而不是旋转频率的结构，该情况下基于每单位时间的旋转角度变化量来计算旋转频率f即可。
行驶距离计算装置M根据旋转频率信号f计算车辆速度，通过该车辆速度的积算 来计算车辆的行驶距离，并将该行驶距离信息输出至开关信号输出装置23。开关信号输出 装置23中具备线路分离位置存储装置，该线路分离位置存储装置预先记录着行驶路线区 间的线路分离位置，通过比对行驶距离计算装置M输入的行驶距离信息与线路分离位置 存储装置，预测车辆进入线路分离区间。判断出车辆要进入线路分离区间时，输出开关信号 K。充放电控制装置15基于该开关信号K使开关装置90的开关进行动作或停止。
根据以上结构，根据行驶距离使开关装置90的开关进行动作、停止，可以仅在进 入线路分离区间的情况下许可开关装置90的开关动作，若车辆进入未产生线路分离的区 间则停止开关装置90的开关动作。
图2是表示在电车线流过交流电的交流区间行驶的车辆的电力变换装置6的 结构例的图。从电车线供应交流电的情况下，电力变换装置6如图2所示那样由转换器 (converter)装置7、滤波电容器3、变换器(inverter)装置4构成。该情况下，开关装置 90如图所示连接于电力变换装置6的直流部分。
图3是表示图1的开关信号输出装置23的结构的图。开关信号输出装置23中具 有线路分离位置存储装置25a，该线路分离位置存储装置2 预先存储发生线路分离的行 驶位置，通过对其输入并比对行驶距离计算装置计算出的行驶距离，来判别车辆是否行驶 在线路分离区间。判断为正在发生线路分离的区间行驶的情况下，使开关信号K为高电平， 许可开关装置90的动作。相反，如果是未发生线路分离的区间则使开关信号K为低电平， 并不使开关装置90进行动作。
在此，作为从供电轨进行供电的第三轨方式的路线区间，在车站附近设置时因较 多的道岔(crossover)等导致第三轨被切断，这样出现了不能供电的问题。因此，线路分离 位置存储装置25a中将道岔区间的位置作为线路分离区间进行存储，可以在从离开车辆出 发车站附近的道岔区间起、至进入下一个车站前的道岔区间的区间为止行驶时，停止开关 装置90的动作。
以下为具体说明。在开关信号输出装置23中，将从出发车站至道岔结束的距离Xl 设定为第一线路分离区间，将从出发车站到下一个车站跟前的道岔区间入口的距离X2、和 从出发车站到下一个车站的距离X3之间的区间设定为第二线路分离区间。再有，离线位置 存储装置中输入行驶距离并判别车辆是否行驶在道岔区间。判断为正在道岔区间行驶的情 况下(0 < L < Xl或者X2 < L < X3)，使开关信号K为高电平，许可开关装置90的动作。 相反，如果是未产生线路分离的区间》1<1^<乂2的区间)则使开关信号K为低电平，不 使开关装置90的开关进行动作。
此外，除了道岔以外，将由测试行驶等电车线与导电弓(pantograph)之间的线路 分离频繁发生的区间作为线路分离区间，存储在所述线路分离区间存储装置中，可以通过与上述同样的方法输出开关信号K。
图4是表示图1的充放电控制装置15的结构例的图。在充放电控制装置15中， 进行充放电控制以使变换器装置4的直流侧电压值Vfc跟随电压指令值计算部沈输出的 直流电压指令值。以下对充放电控制装置15的动作进行说明。
由减法器27从电压指令值计算部沈输出的直流电压指令值Vref中减去直流电 压检测器12检测出的变换器装置4的直流侧电压值Vfc，由系数器观对该电压差值乘以合 适的系数K1，从而计算出大小与上述电压差值成比例的开关电流目标值IchPl。
直流侧电压值Vfc比直流电压指令值Vref大的情况下，开关装置90的开关电流 目标值IchPl为负值。因此，如后面所示那样在从变换器装置4的直流侧向蓄电装置取入 电流的方向、即降低直流侧电压值Vfc的方向进行动作。
相反，在直流侧电压值Vfc比直流电压指令值Vref小的情况下，开关装置90的开 关电流目标值IchPl为正值，从蓄电装置向变换器装置4的直流侧送出电流，在提高直流侧 电压值Vfc的方向进行动作。对该开关电流目标值IchPl，将直流电流检测器14检测出的 蓄电装置电流值Ich以从蓄电装置10放电的方向为正向进行反馈，取得开关电流目标值 Ichpl与蓄电装置电流值Ich的差值并由电流控制部(ACR) 30进行比例积分等的处置，作为 导通率指令输出至门脉冲运算器。门脉冲运算器31通过将具有与该导通率直流成比例的 脉冲宽度的脉冲信号Pp输出至开关装置90，来进行充放电控制，以使变换器装置的直流侧 电压值Vfc跟随电压指令运算部沈输出的直流电压指令值Vref。
此外，在充放电控制装置15的最后级设置切换器32，由图3所说明的开关信号K 进行切换。由此，在开关信号K为高电平时、即正在线路分离区间行驶期间，选择门脉冲运 算器31的输出，作为门脉冲信号输出至开关装置90 ；相反，在开关信号K为低电平时、即在 未产生线路分离的区间行驶的期间选择0，作为门脉冲信号输出至开关装置90。
根据上述结构，在未产生线路分离的区间行驶的期间，使门脉冲信号为0，使开关 装置90的动作处于停止状态，从而能够抑制开关损耗。
图5是表示图4所示的电压指令值运算部沈的结构例的图。电压指令值运算部 26在输入高电平的开关信号K的期间，将发生线路分离之间之前的滤波电容器3的电压作 为直流电压指令值Vref进行输出。
在电压指令值运算部沈中，首先将滤波电容器3的电压Vfc输入至比较器33a和 33b，与预先设定的基准电压值VO或者V0’进行比较。在此，比较器33中设定的VO设定为 比电车线电压低、比变换器装置4的最低动作电压高的电压值，比较器34中设定的W，设 定得比电车线电压高、比再生失效时的滤波电容器电压值低。再有，为了检测已开始再生制 动，虽然图1中并未图示，但从变换器控制装置16将再生制动标记B输出至充放电控制装 置15，由再生制动标记B对切换器36进行切换，从而在动力运行以及滑行过程中将比较器 33a的输出输入至触发器电路37的置位侧(S侧)，在再生制动过程中将比较器33b的输出 输入至触发器电路37的置位侧(S侧)。
由此，在动力运行以及滑行过程中发生线路分离、滤波电容器电压Vfc比VO低时， 或者再生制动过程中发生线路分离、滤波电容器电压Vfc超过VO的情况下，从比较器33或 者34输出的高电平信号输入至触发器电路37中，对切换器38进行切换。再有，如图5所示 那样设置延迟元件39，当发生线路分离从而由触发器电路37的输出信号对切换器38进行切换时，将线路分离发生之前的滤波电容器电压Vfc作为直流电压指令值Vref进行输出。
这样，通过将线路分离发生之前的滤波电容器电压Vfc作为直流电压指令值Vref 进行输出，能够将由于线路分离滤波电容器电压发生变动之前的电压作为控制的指令值， 能够谋求滤波电容器电压的稳定。
此外，在触发器电路37的复位侧(R侧)输入由翻转器35对开关信号K进行翻转 之后的信号，在开关信号K未输出的期间触发器电路37的输出为0，也就是说将滤波电容器 电压Vfc作为直流电压指令值Vref直接输出。
图6是说明搭载本发明的车辆用控制装置的车辆通过线路分离区间时的充放电 动作的图。
在能从电车线供应电力的地点即A点开始动力运行。此时，由于在A点接受电车 线电压，因此如图6所示变换器装置4的输入电压Vfc与电车线电压大致相等。
接下来，获得规定的电流同时在动力运行的状态下进入B-C区间所示的线路分离 区间。图3所示的线路分离位置存储装置中将B-C区间作为线路分离区间进行记录，由此 如图6c所示，在车辆到达B点之前预测出要进入线路分离区间，从开关信号输出装置23输 出开关信号K，开始开关装置90的开关动作。在此，通过在车辆到达B点之前输出开关信号 K，能够在车辆进入线路分离区间之前开始开关动作，可抑制线路分离区间内的滤波电容器 电压Vfc的急剧变动。
如上所述，由于就算在开始了开关装置90的开关动作之后，只要是接受来自电车 线的电力供应的期间，滤波电容器电压Vfc就不比电压设定值VO低，因此开关装置90控制 开关动作使其不进行充放电，不从蓄电装置10释放电力。进入B点之后、即发生线路分离 之后，如图6d所示由于流过集电装置1的电流Idc为0，因此如图6b所示那样变换器装置 4的输入电压Vfc急剧下降，但是当滤波电容器电压Vfc下降至开关装置90的控制目标VO 时，通过图4所示的充放电控制装置15的定电压控制功能，开始从蓄电装置10的放电，以 使滤波电容器电压Vfc保持在发生线路分离之前的电压值，如图6e的B-C区间所示由蓄电 装置10供应电流。
接下来，若车辆在C点再次进入电车线设置区间，则开关信号K变为低电平，开关 装置90的开关动作停止，如图6e所示蓄电装置10的放电停止。由于如图6b所示那样对 变换器装置4再次施加电车线电压，因此输入至变换器装置4的电流Iinv成为从电车线流 出的电流Idc。
接下来，在能从电车线供应电力的地点即D点开始实施再生制动。此时，在D点以 后如图6b所示那样滤波电容器电压Vfc变得比电车线电压高，电力返回至电车线。
接下来，使规定的电流返回至电车线侧的同时进入E-F区间所示的线路分离区 间。如图6c所示，在达到E点之前从开关信号输出装置23输出开关信号K，开始开关装置 90的开关动作。
在此，通过在车辆到达E点之前输出开关信号K，能够在车辆进入线路分离区间之 前开始开关动作，可抑制线路分离区间内的滤波电容器电压Vfc的急剧变动。
如上所述，即使在开始了开关装置90的开关动作之后，由于只要是使电力返回电 车线的期间，滤波电容器电压Vfc就不超过电压设定值V0’，因此开关装置90控制开关动作 以便使其不进行充放电，不对蓄电装置10进行充电。
进入E点之后、即发生线路分离之后，由于流过集电装置1的电流Idc无处可去从 而流入滤波电容器3，因此如图6b所示那样滤波电容器电压Vf c急剧上升，但是当滤波电容 器电压Vfc上升至开关装置90的控制目标V0’时，通过图4所示的充放电控制装置15的 定电压控制功能开始充电，以使Vfc保持在发生线路分离之前的电压值，如图6e的E-F区 间所示电流经由开关装置90流入蓄电装置10。
接下来，若车辆在F点再次进入电车线设置区间，则开关信号K变为低电平，如图 6e所示那样开关装置90的开关动作停止，蓄电装置10的充电停止。由于再生电力返回至 电车线，因此从变换器装置4输出的直流电流Iirw成为流入电车线的电流Idc。
根据本实施例，在车辆进入线路分离区间的情况下可进行开关装置90的开关动 作，若脱离线路分离区间则停止开关装置90的开关动作。
此外，在本实施例中，虽然对动力运行中或者再生制动中的线路分离时的充放电 动作进行了说明，但在滑行过程中进入线路分离区间的情况下，由于中断对辅助电源装置8 的电力供应，与图6b的B点同样Vfc急剧下降，因此通过与动力运行中的线路分离同样的 方法从蓄电装置10对辅助电源装置8供应电力。
在该实施例中，虽然对根据电动机的旋转频率计算车辆的行驶距离的实施方式进 行了说明，但是也可通过如下的实施方式来实施本发明，即通过GPS装置检测行驶位置的 方式或从地上信息设备(track antenna beacon)接收位置信息的方法，检测车辆的行驶位 置，并与存储于线路分离位置存储装置中的线路分离位置进行比较，从而输出开关信号K。
实施例2
图7是说明本发明的第二实施方式的图，特别针对通过第三轨方式供电的车辆提 出的实施方式。在第三轨方式中，存在由于道岔等第三轨被切断从而不能供电的问题。行 驶于道岔时，因为车辆的速度受到限制，因此在本实施方式中提出了基于车辆速度使开关 装置90动作、停止的方法。
如图所示，与电车线电连接的集电装置1经由滤波电抗器2、和连接于电车线的变 换器装置4连接，在该变换器装置4的输入侧连接滤波器电容器3，在变换器装置4的输出 侧连接主电动机5。
再有，与滤波电容器3并联连接开关装置90。该开关装置90构成为第一 IGBT9a 的发射极与第二 IGBT9b的集电极连接，在各IGBT并联连接续流二极管。IGBT9a的集电极 连接于滤波电抗器2与变换器装置4之间，IGBT9b的发射极连接于变换器装置4的直流低 电位侧。在IGBT9b的集电极与发射极之间连接蓄电装置10、主平滑电抗器11，所选择的蓄 电装置10具有比变换器装置4可控制的最低直流输入电压值低的端子电压。此外，图7中 虽然以IGBT表示开关装置90的开关元件，但是开关元件的种类并不限定。
此外，分别设置直流电压检测器12、蓄电池直流电压检测器13、以及蓄电装置直 流电流检测器14，该直流电压检测器12检测变换器装置4的直流侧与所述开关装置90的 连接点的电压值(Vfc)，该蓄电池直流电压检测器13检测蓄电装置10的端子电压(Vch) 的值，该蓄电装置直流电流检测器14检测从蓄电装置10输出至IGBT9b的集电极的电流 (Ich)的值。另外，在开关装置90连接充放电控制装置15。在变换器装置4连接变换器控 制装置16，在蓄电装置10连接蓄电控制装置18，在蓄电控制装置18与充放电控制装置15 之间设有信息传输单元19。蓄电控制装置18构成为检测蓄电装置10的充电量和内部温度并计算容许最大充放电电流，并且将这些信息传送至充放电控制装置15。
再有，从检测主电动机5的旋转频率的旋转频率检测器22输出旋转频率信号f， 输入至开关信号输出装置23。此外，也可考虑使主电动机5为同步电动机并检测旋转角度 而不是旋转频率的结构，该情况下基于每单位时间的旋转角度变化量来计算旋转频率f即可。
此外，开关信号输出装置23经由车上信息设备输入从地上信息设备发送的位置 信号，判别车辆行驶于干线、还是行驶于检车场内。由此，车辆以低速行驶于干线的情况下， 开关信号输出装置23输出开关信号K。该开关信号K输入至充放电控制装置15，从而开关 装置90开始动作。
根据以上结构，通过根据车速使开关装置90动作、停止，从而可在车辆进入线路 分离区间的情况下许可开关装置90的动作，若脱离线路分离区间则停止开关装置90的动 作。
此外，在本实施例中，虽然对利用主电动机的旋转频率信息或者同步电动机的旋 转角度信息来判断开关信号K的输出的方法进行了说明，但这些信号只要是涉及车辆行驶 速度的信息即可，可以置换。
图8是表示图7所示的实施方式中的开关信号输出装置23的结构图。
从旋转频率检测器22输出的旋转速度信号f输入至车辆速度计算部42a，基于旋 转速度信号f计算车辆行驶速度Vs。车辆速度Vs被与比较器43a中存储的预先设定的道 岔通过速度值Va、Vb进行比较，在比Va大、且比Vb小时输出高电平信号。此外，从车上信 息设备40a输出的地点信号输入至判别器44a，在行驶于干线的情况下，判别器4 输出高 电平。再有，逻辑与的逻辑电路4 中输出比较器43a与判别器4 的信号的逻辑与，仅在 干线以道岔通过速度以下行驶的期间使开关信号K为高电平进行输出，除此之外以低电平 进行输出。
此外，在应用图7、图8所示的第二实施方式的情况下，充放电控制装置15的结构 也与图4、图5所示的结构相同。
图9是说明搭载了本发明的第二实施方式的车辆用控制装置的车辆通过线路分 离区间时的充放电动作的图。
首先，在能从电车线供应电力的地点即A点车辆开始动力运行。然后，若在B点车 辆速度Vs达到道岔通过速度Va，则如图9c所示那样开关信号K变为高电平，开始开关装置 90的开关动作。但是，由于B点至C点的区间接受电车线电压，因此滤波电容器电压Vfc大 致与电车线电压相等，因为是VO以上所以从蓄电装置10放电。
接下来，获得规定的电流，从而车辆速度保持在道岔通过速度值Va至道岔通过速 度值Vb之间，在该状态下进入C-D区间所示的道岔(线路分离区间)。进入C点之后、即发 生线路分离之后，如图9d所示由于流过集电装置1的电流Idc为0，因此如图9b所示滤波 电容器Vfc急剧下降，但是若滤波电容器电压Vfc下降至开关装置90的控制目标V0，则由 图4所示的充放电控制装置15的定电压控制功能开始放电，以使滤波电容器电压Vfc保持 在发生线路分离之前的电压值，如图9e的C-D区间所示由蓄电装置10供应电流。
接下来，若车辆离开道岔部(通过D点)从而车辆速度上升，则如图9所示开关信 号变为低电平，如图9e所示那样开关装置90的开关动作停止，来自蓄电装置10的放电停13止。由于再次对变换器装置4施加电车线电压，因此输入至变换器装置4的电流Iinv成为 从电车线流出的电流Idc。
接下来，在能从电车线供应电力的地点即E点开始实施再生制动。此时，在E点以 后滤波电容器电压Vfc比电车线电压高，电力返回至电车线。并且，若在F点车辆速度Vs 达到Vb，则如图9c所示开关信号K变为高电平，开始开关装置90的开关动作。
接下来，使规定的电流返回至电车线侧的同时进入G-H区间所示的道岔部(线路 分离区间)。进入G点之后、即发生电路分离之后，由于流过集电装置1的电流Idc无处可 去从而流入滤波电容器3，因此如图9b所示那样变换器装置4的输入电压Vfc急剧上升，但 是当滤波电容器电压Vfc上升至开关装置90的控制目标V0’时，通过图4所示的充放电控 制装置15的定电压控制功能开始充电，以使滤波电容器电压Vfc保持在发生线路分离之前 的电压值，如图9d的G-H区间所示电流经由开关装置90流入蓄电装置10。
其后，若车辆在H点离开道岔部，则车辆速度变为Va以下，开关信号K变为低电平 从而开关装置90的开关动作停止。这样，仅在进入线路分离区间的情况下许可开关装置90 的开关动作，若离开线路分离区间则停止开关装置90的开关动作。
此外，在本说明中虽然对以定速或者再生制动通过道岔时的充放电动作进行了说 明，但是以滑行方式在道岔部行驶的情况下，由于中断对辅助电源装置8的电力供应，因此 与图9b的B点同样滤波电容器电压Vfc急剧下降，通过与定速行驶于道岔的情况同样的方 法从蓄电装置10对辅助电源装置8供应电力。
另外，在本实施例中，如图8所示虽然利用与车辆的行驶速度相关的信息和与行 驶位置相关的信息来输出开关信号K，但是明确了行驶在干线而不是检车场等的情况下，未 必需要与行驶位置相关的信息。也就是说，也可根据与车辆的行驶速度相关的信息判断是 否输出开关信号K。
实施例3
图10是表示本发明的第三实施方式的图。
例如行驶在供电方式为第三轨方式的路线区间的车辆中，虽然存在由于道岔等第 三导轨被切断从而不能供电的问题，但是车辆也未必通过该道岔。因此，在本实施方式中， 根据行驶距离和车辆速度使开关装置90进行动作、停止。由此，在不通过道岔而直线前进 的情况下、或由于道岔以外的原因减速的情况下，停止开关装置90的动作。
如图所示，与电车线电连接的集电装置1、和经由滤波电抗器2连接于电车线的变 换器装置4相连接，在该变换器装置4的输入侧连接滤波电容器3，在变换器装置4的输出 侧连接主电动机5。电力变换装置6由滤波电抗器2、变换器装置4、滤波电容器3构成。
此外，辅助电源装置8与滤波电容器3并联连接。虽然图1中辅助电源装置8连 接在滤波电抗器2与滤波电容器3之间，但只要是在集电装置1与变换器装置之间与滤波 电容器3并联连接即可，可以是任意位置。
再有，开关元件90与滤波电容器3并联连接。该开关元件90构成为第一 IGBT9a 的发射极与第二 IGBT9b的集电极连接，在IGBT分别并联连接续流二极管。IGBT9a的集电 极连接于滤波电抗器2与变换器装置4之间，IGBT9b的发射极连接于变换器装置4的直流 低电位侧。在IGBT9b的集电极与发射极之间连接蓄电装置10、主平滑电抗器11，所选择的 蓄电装置10具有比变换器装置4可控制的最低直流输入电压值低的端子电压。此外，图1中虽然以IGBT表示开关装置90的开关元件，但是开关元件的种类并不限定。
此外，分别设置直流电压检测器12、蓄电池直流电压检测器13、以及蓄电装置直 流电流检测器14，该直流电压检测器12检测变换器装置4的直流侧与所述开关装置90的 连接点的电压值(Vfc)，该蓄电池直流电压检测器13检测蓄电装置10的端子电压(Vch) 的值，该蓄电装置直流电流检测器14检测从蓄电装置10输出至IGBT9b的集电极的电流 (Ich)的值。另外，在开关装置90连接充放电控制装置15，在变换器装置4连接变换器控 制装置16，在辅助电源装置8连接辅助电源控制装置17，在蓄电装置10连接蓄电控制装置 18，在蓄电控制装置18与充放电控制装置15之间设有信息传输单元19。蓄电控制装置18 构成为检测蓄电装置10的充电量和内部温度并计算容许最大充放电电流，并且将这些信 息传送至充放电控制装置15。
再有，从检测主电动机5的旋转频率的旋转频率检测器22输出旋转频率信号f，输 入至开关信号输出装置23和行驶距离计算装置24。此外，也可考虑使主电动机5为同步电 动机并检测旋转角度而不是旋转频率的结构，该情况下基于每单位时间的旋转角度变化量 来计算旋转频率f即可。
此外，本实施例中，虽然对利用主电动机的旋转频率信息或者同步电动机的旋转 角度信息的方法进行了说明，但是这些信号只要是与车辆的行驶速度相关的信息即可，也 可置换。
再有，开关信号输出装置23中经由车上信息设备40从地上信息设备41输入位置 信号，能够判定车辆是行驶在干线、还是行驶在检车场内。
通过以上结构，根据行驶距离和车辆速度使开关装置90进行动作、停止，从而仅 在进入线路分离区间的情况下许可开关装置90的开关动作，若车辆进入没有再次产生线 路分离的区间则停止开关装置90的开关动作。
图11是表示图10所示的开关信号输出装置23的其他结构的图。
在第三实施方式的开关信号输出装置23中，具有线路分离位置存储装置25b，该 线路分离位置存储装置2 预先存储发生线路分离的位置，通过对其输入行驶距离并进行 比对，来判定车辆是否行驶在线路分离区间。判断为行驶在发生线路分离的区间的情况下， 使线路分离位置存储器25b的输出为高电平，相反，如果是没有发生线路分离的区间则使 线路分离位置存储装置25b的输出为低电平。
再有，从旋转频率检测器22输出的旋转速度信号f输入至车辆速度计算部42c，基 于旋转速度信号f计算车辆行驶速度Vs。车辆速度Vs被与比较器43c中存储的预先设定 的道岔通过速度值Va、Vb比较，车辆速度Vs比Va大且比Vb小时输出高电平信号。此外， 从车上信息设备40b输出的地点信号输入至判别器44d，行驶于干线的情况下，判别器44d 输出高电平信号。并且，逻辑与的逻辑电路45f中输出比较器43c与判别器44d的信号的 逻辑与，仅在干线中以道岔通过速度以下行驶的期间输出高电平，除此之外以低电平输出。
所述线路分离位置存储装置2 和逻辑与的逻辑电路45f的输出信号输入至逻辑 或的逻辑电路45g，将逻辑或的逻辑电路45g的输出作为开关信号K。由此，能够仅在道岔 以道岔通过速度行驶的情况下许可开关装置90的开关动作，在行驶于道岔以外的区间的 情况下停止开关装置90的开关动作。
此外，在本实施例中，如图11所示，虽然根据车辆的行驶距离信息、与行驶速度相15关的信息、与行驶位置相关的信息来判断开关信号K的输出，但是明确了行驶在干线而不 是检车场等的情况下，未必需要与行驶位置相关的信息。也就是说，也可根据车辆的行驶距 离信息、与车辆的行驶速度相关的信息判断是否输出开关信号K。
实施例4
上述各实施例虽然对根据开关信号K的输出开始以及停止开关装置的开关动作 的实施方式进行了说明，但是本实施例中根据开关信号K的输出停止开关装置的开关动 作，在车辆的再生/动力运行开始时，开始开关装置的开关动作。
以定速或者滑行行驶于线路分离区间的情况下，由于中断对辅助电源装置8的电 力供应，因此滤波电容器电压Vfc下降；以动力运行或者再生制动运转行驶于线路分离区 间的情况下，由于车辆的加速或制动中需要大的电力，因此滤波电容器电压Vfc的变动急 剧。因此，在本实施例中，关注于以动力运行或再生制动行驶于线路分离区间的情况下抑制 滤波电容器电压Vfc的急剧变动。
本实施例的结构与上述实施例1 3的任意一个相同。与实施例1 3的不同点 是，输出高电平侧的开关信号K的触发，是车辆再生制动运转或者动力运行运转的开始信 息。该再生制动运转或动力运行运转的开始信息，使用驾驶员输入至驾驶台的信息、或者来 自加速度传感器的车辆的加速度信息。
根据本实施例，输入动力运行运转或再生制动运转的开始信息后，输出高电平侧 的开关信号K，开始开关装置90的开关动作。其后，进出线路分离区间后，则与实施例1 3同样地输出低电平侧的开关信号，停止开关装置90的开关动作。
虽然在本实施例中，在一次的动力运行运转中或者再生制动运转中存在多个线路 分离区间的情况下，存在不能抑制滤波电容器电压的变动的问题，但是，通过将输出高电平 侧的开关信号K的触发，如图13、图14、图15那样作为再生制动运转或动力运行运转的开 始信息、和实施例1 3所示的行驶信息之间的“与”条件，从而可解决上述问题。
根据本实施例，在进出线路分离区间时，由于可停止开关装置的开关动作，因此能 缩短开关动作期间，可抑制由开关动作带来的能量损耗。
虽然在上述的各实施例中，如图5所示那样设置延迟元件39，当产生线路分离从 而由触发器电路37的输出信号对切换器38进行切换时，将发生线路分离之前的滤波电容 器电压Vfc作为直流电压指令值Vref进行输出，但是，直流电压指令值Vref也未必是发生 线路分离之前的滤波电容器电压，只要将电力变换装置与所述开关装置的连接点的电压值 保持在规定范围即可。
权利要求
1.一种车辆用控制装置，具备 集电装置，从电车线获得电力； 主电动机，其驱动车轮；电力变换装置，经由所述集电装置从所述电车线接受电力供应从而控制所述主电动机 的驱动；蓄电装置，其对所述电力变换装置供应直流电；以及开关装置，调整控制所述电力变换装置的直流部分与所述蓄电装置之间的导通电流， 所述车辆用控制装置特征在于， 具有开关信号输出装置，所述开关信号输出装置，在所述开关装置进行开关动作时，根据车辆的行驶信息输出使所述开关装置的开关动 作停止的开关信号，在所述开关装置停止了开关动作时，根据所述车辆的行驶信息输出使所述开关装置进 行开关动作的开关信号。
2.根据权利要求1所述的车辆用控制装置，其特征在于，所述行驶信息，是由行驶距离计算装置计算出的行驶距离信息、或者由GPS装置检测 出的行驶位置信息、或者从地上信息设备接收到的行驶位置信息、或者由行驶速度检测装 置检测出的行驶速度信息、或者由行驶距离计算装置计算出的行驶距离信息以及由行驶速 度检测装置检测出的行驶速度信息。
3.根据权利要求2所述的车辆用控制装置，其特征在于，具备存储装置，其存储所述车辆行驶于线路分离区间时的所述行驶信息；以及 所述开关信号输出装置，比对当前车辆的行驶信息与所述存储装置中存储的行驶信 息，从而输出停止所述开关装置的开关动作的开关信号或者进行开关动作的开关信号。
4.根据权利要求3所述的车辆用控制装置，其特征在于，从所述开关信号输出装置输出的进行开关动作的开关信号，在所述车辆进入所述线 路分离区间之前输出，所述开关装置的开关动作在所述车辆进入所述线路分离区间之前开 始。
5.根据权利要求3所述的车辆用控制装置，其特征在于，具备电压检测装置，其检测所述电力变换装置的直流部分的电压；以及 所述开关装置，在从所述开关信号输出装置输出进行所述开关装置的开关动作的开关 信号、并且所述电力变换装置的直流部分的电压比规定范围大或者小的情况下，通过控制 使所述电力变换装置的直流部分的电压以保持在进入线路分离区间之前的所述直流部分 的电压。
6.一种车辆用控制装置，具备 集电装置，从电车线获得电力； 主电动机，其驱动车轮；电力变换装置，经由所述集电装置从所述电车线接受电力供应从而控制所述主电动机 的驱动；蓄电装置，其对所述电力变换装置供应直流电；以及开关装置，调整控制所述电力变换装置的直流部分与所述蓄电装置之间的导通电流，所述车辆用控制装置特征在于，具有开关信号输出装置，所述开关信号输出装置在所述开关装置进行开关动作时，根 据车辆的行驶信息输出停止所述开关装置的开关动作的开关信号。
7.根据权利要求6所述的车辆用控制装置，其特征在于，所述行驶信息是由行驶距离计算装置计算出的行驶距离信息、或者由GPS装置检测出 的行驶位置信息、或者从地上信息设备接收到的行驶位置信息、或者由行驶速度检测装置 检测出的行驶速度信息、或者由行驶距离计算装置计算出的行驶距离信息以及由行驶速度 检测装置检测出的行驶速度信息。
8.根据权利要求7所述的车辆用控制装置，其特征在于，具备存储装置，其存储所述车辆进出线路分离区间时的所述行驶信息；以及所述开关信号输出装置，比对当前车辆的行驶信息与所述存储装置中存储的行驶信 息，从而输出停止所述开关装置的开关动作的开关信号。
9.根据权利要求8所述的车辆用控制装置，其特征在于，在所述开关装置的开关动作已停止、并且所述车辆进行动力运行或者再生运转时，所 述开关信号输出装置输出进行所述开关装置的开关动作的开关信号。
10.根据权利要求9所述的车辆用控制装置，其特征在于，具备电压检测装置，其检测所述电力变换装置的直流部分的电压；以及所述开关装置，在从所述开关信号输出装置输出进行开关动作的开关信号、并且所述 电力变换装置的直流部分的电压比规定范围大或者小的情况下，通过控制使所述电力变换 装置的直流部分的电压以保持在进入线路分离区间之前的所述直流部分的电压。
11.一种车辆用控制装置，具备集电装置，从电车线获得电力；主电动机，其驱动车轮；电力变换装置，经由所述集电装置从所述电车线接受电力供应从而控制所述主电动机 的驱动；蓄电装置，其对所述电力变换装置供应直流电；以及开关装置，调整控制所述电力变换装置的直流部分与所述蓄电装置之间的导通电流，所述车辆用控制装置特征在于，具备开关信号输出装置，所述开关信号输出装置，在所述开关装置进行开关动作时，根据车辆的行驶信息输出使所述开关装置的开关动 作停止的开关信号，在所述开关装置的开关动作已停止、并且所述车辆进行动力运行或者再生运转时，根 据所述车辆的所述行驶信息输出使所述开关装置进行开关动作的开关信号。
12.根据权利要求11所述的车辆用控制装置，其特征在于，所述行驶信息是由行驶距离计算装置计算出的行驶距离信息、或者由GPS装置检测出 的行驶位置信息、或者从地上信息设备接收到的行驶位置信息、或者由行驶速度检测装置 检测出的行驶速度信息、或者由行驶距离计算装置计算出的行驶距离信息以及由行驶速度 检测装置检测出的行驶速度信息。
13.根据权利要求12所述的车辆用控制装置，其特征在于，具备存储装置，其存储所述车辆行驶于线路分离区间时的车辆的行驶信息；以及 所述开关信号输出装置，比对当前车辆的行驶信息与所述存储装置中存储的行驶信 息，从而输出停止所述开关装置的开关动作的开关信号或者进行开关动作的开关信号。
14.根据权利要求13所述的车辆用控制装置，其特征在于， 具备电压检测装置，其检测所述电力变换装置的直流部分的电压；以及 所述开关装置，在从所述开关信号输出装置输出进行所述开关装置的开关动作的开关 信号、并且电力变换装置的直流部分的电压比规定范围大或者小的情况下，通过控制使所 述电力变换装置的直流部分的电压以保持在进入线路分离区间之前的所述直流部分的电
全文摘要
本发明提供一种铁路车辆使用的车辆用控制装置，该铁路车辆具有开关装置和蓄电装置，在电车线与集电装置线路分离的情况下，使开关装置开始动作并使蓄电装置充放电，在铁路车辆中从线路分离状态恢复之后，通过停止开关装置来抑制能量的浪费消耗。该车辆用控制装置具有直流电压检测器，其检测控制主电动机的驱动的电力变换装置与开关装置的连接点的电压值；行驶距离计算装置，计算主车辆的行驶距离；以及开关信号输出装置，由预先存储发生线路分离的位置的线路分离位置数据库构成，通过比对行驶距离值和所述线路分离位置数据库，预测出车辆要进入发生线路分离的区间，并输出开关信号。所述开关装置基于该开关信号进行动作、停止。
文档编号B60L9/18GK102029921SQ20101026231
公开日2011年4月27日 申请日期2010年8月19日 优先权日2009年9月30日
发明者丰田瑛一, 佐藤忠则, 大石亨一, 岛田基巳, 関根敏雄 申请人:株式会社日立制作所