电车控制装置的制作方法

本发明的实施方式涉及电车控制装置。

背景技术：

以往，已知电车上的一种控制装置，其通过将从交流架线供给的电力转换为期望形态的电力，从而向驱动用电动机以及牵引其他车辆的电车供给转换的电力。然而，存在向其他车辆供给电力的电源装置与上述控制装置分开设置的情况。因此，在将控制装置以及电源装置设置于电车的情况下，存在难以确保设置空间和难以设计设置场所的情况。另外，存在设置后维护作业繁琐的情况。作为这种装置，有日本国的公开专利公报、特开2009-72049号公报(以下称为专利文献1)。

技术实现要素：

发明所要解决的技术问题

本发明所要解决的技术问题是提供一种便利性高的电车控制装置。

用于解决技术问题的方案

实施方式的电车控制装置具有收容在一个箱体内的第一装置、第二装置以及第三装置。第一装置将从架线供给的交流电力转换为直流电力，将所述转换的直流电力转换为用于驱动用电动机的交流电流。第二装置将从所述架线供给的交流电力转换为直流电力，将所述转换的直流电力转换为用于第一用途的交流电流。第三装置将从所述架线供给的交流电力转换为用于第二用途的直流电力。

附图说明

图1是搭载有实施方式的电车控制装置30a以及30b的电车系统1的概要结构图。

图2是示出主转换装置以及辅助电源装置和、客车电源装置分开设置的电车控制装置的一例的图。

图3是示出相位整流装置210的详细的图。

图4是示出第三转换器70的一例的图。

图5是示出设置有电车控制装置以及客车电源装置的车辆m1以及m2的一例的图。

图6是示出电车控制装置30的冷却设备的一例的图。

图7是示出第二实施方式的电车系统1的概要结构的图。

附图标记说明

1、1a：电车系统

30a、30b：电车控制装置

32a、32b：第一转换器

36a、36b：第一逆变器

50：第二转换器

54：第二逆变器

70：第三转换器

具体实施方式

下面，参照附图，对实施方式的电车控制装置进行说明。

(第一实施方式)

图1是搭载有实施方式的电车控制装置30a以及30b的电车系统1的概要结构图。通过集电器10与交流电力的供给源、即架线p相接触，搭载有电车控制装置30a以及30b的电车(例如电气机车)从架线p接收电力供给并行驶。

电车系统1具备：车轮w、电机ma至md、集电器10、变压器20、电车控制装置30a以及30b、综合控制部100、第一控制部110、第二控制部120，以作为主要的结构要素。下面，在不特别区分电车控制装置30a以及30b的情况下，简称为“电车控制装置30”。另外，电车控制装置30a以及30b的功能结构相同，赋予相同数字标记的名称的功能结构相同。

从架线p向集电器10供给交流电力。变压器20将从集电器10输出的交流电力的电压转换为期望的电压。转换成为期望的电压的交流电力被输出到电车控制装置30。

综合控制部100、第一控制部110以及第二控制部120是通过例如电车控制装置30具备的cpu(centralprocessingunit：中央处理器)等处理器执行存储在程序存储器中的程序，从而发挥功能的软件功能部。另外，综合控制部100、第一控制部110以及第二控制部120的一部分或者全体也可以是lsi(largescaleintegration：大规模集成)或者asic(applicationspecificintegratedcircuit：专用集成电路)、fpga(field-programmablegatearray：现场可编程门阵列)等硬件功能部。

综合控制部100通过通信线与第一控制部100以及第二控制部120通信。图1中示出的虚线表示通信线。综合控制部100根据电车的状态和、从主控器(未图示)输入的信号(陷波数等)等，生成用于控制电车控制装置30的控制信号，输出到第一控制部110或者第二控制部120。第一控制部110以及第二控制部120根据例如从综合控制部100取得的控制信号，生成用于控制电车控制装置30具有的转换器和逆变器的信号，并输出。

电车控制装置30具备主转换装置、辅助电源装置以及客车电源装置。主转换装置、辅助电源装置以及客车电源装置收容在一个箱体内。

(主转换装置)主转换装置具有：第一转换器32a以及32b、滤波电容器34a以及34b、第一逆变器36a以及36b、第一转换器控制部40a以及40b、第一逆变器控制部42a以及42b。主转换装置的功能结构的标记之后附带的标记“a”至“d”是示出相对于哪一个电机(“电机ma”至“电机md”)供给电力的标记。下面，省略各功能结构的数字之后附带的标记进行说明。

第一转换器32将从变压器20供给的单相交流电压转换为直流电压。第一转换器32例如是pwm(pulsewidthmodulation：脉冲宽度调制)转换器。第一转换器控制部40根据从第一控制部110(或者第二控制部120)取得的控制信号，向第一转换器32输出用于将交流电压转换为期望的直流电压的控制信号。滤波电容器34使从第一转换器32输出的直流电压的脉动成分平滑化。

第一逆变器36使用从第一转换器32侧供给的直流电压，生成三相交流电压，并向电机m供给与生成的交流电压相应的电力。第一逆变器36例如是vvvf(variablevoltagevariablefrequency：变压变频)逆变器。vvvf逆变器根据应输出的交流电压的振幅确定直流电压的脉冲宽度。第一逆变器控制部42通过控制第一逆变器36的半导体元件，从而使第一逆变器36生成期望的交流电压。

电机m通过三相交流使转子旋转，输出驱动力。电机m输出的驱动力通过未图示的齿轮等连接机构传递到车轮w，使电车行驶。电机m例如是三相鼠笼式感应电动机。此外，车轮w通过线路r接地。

(辅助电源装置)辅助电源装置具有：第二转换器50、滤波电容器52、第二逆变器54、ac滤波器56、第二转换器控制部60以及第二逆变器控制部62。

第二转换器50将从变压器20供给的单相交流电压转换为直流电压。第二转换器50例如是pwm转换器。第二转换器控制部60根据从第一控制部110(或者第二控制部120)取得的控制信号，向第二转换器50输出用于使交流电压转换为期望的直流电压的控制信号。滤波电容器52使从第二转换器50输出的直流电压的脉动成分平滑化。

第二逆变器54使用从第二转换器50侧供给的直流电压，生成三相交流电压，并向ac滤波器56供给与生成的交流电压相应的电力。第二逆变器54例如是cvcf(constantvoltageconstantfrequency：恒压恒频)逆变器。第二逆变器控制部62通过控制第二逆变器54的半导体元件，从而使第二逆变器54生成期望的交流电压。

ac滤波器56例如具备：电抗器与电容器。ac滤波器56使从第二逆变器54输出的电压所含的高频成分衰减，形成为正弦波状的交流波形。具有正弦波状的交流波形的电力用于驱动电气机车的电气组件和压缩机。

(客车电源装置)客车电源装置具有：第三转换器70、滤波转换器72以及第三转换器控制部80。第三转换器70将从变压器20供给的单相交流电压转换为直流电压。第三转换器70例如是pwm转换器。第三转换器控制部80向第三转换器70输出用于使交流电力转换为期望的直流电力的控制信号。滤波电容器72使从第三转换器70输出的直流电压的脉动成分平滑化。

第三转换器70向电气机车牵引的客车输出转换的直流电压的电力。从第三转换器70输出的电力用于驱动包括设置在客车上的空调装置的各种机器。电车控制装置30a的第三转换器70与电车控制装置30b的第三转换器70在输出侧共用。因此，即使是在一侧的客车电源装置发生了故障等的情况下，也能够维持向客车的电力供给。

在第一实施方式的电车系统1中，例如在机车内搭载有2台电车控制装置30。从变压器的四次绕组取得客车电源的交流侧输入，电压低至300v左右，如果要取得客车电源所需的400kw左右的功率，则在一次绕组上形成大电流，难以构成主变压器的绕组。因此，将四次绕组变为二次绕组，以抑制各一次绕组的电流。客车电源装置在电车控制装置30(30a以及30b)内各设置一台共计两台。客车电源装置的直流侧输出并联连接，从客车电源装置输出的电力作为客车用的电源供给到客车。通过构成为这种结构，能够比较小地构成客车电源装置中包含的转换器。另外，能够使用用于电车控制装置30的同一系统的冷却系统，冷却主转换装置、辅助电源装置以及客车电源装置(参照图6)。

在此，存在主转换装置以及辅助电源装置和、客车电源装置分开设置的情况。图2是示出主转换装置以及辅助电源装置和、客车电源装置分开设置的电车控制装置的一例的图。图2中示出的电车控制装置130a以及130b具备主转换装置以及辅助电源装置，并收容在一个箱体中，但是客车电源装置200收容在其他的箱体中。控制客车电源装置200的控制部控制客车电源装置200所含的转换元件的导通率。由此，客车电源装置200将从变压器20供给的单相交流电压转换为直流电压。平滑电路使经转换的直流电压平滑化，并向客车供给经平滑化的直流电压的电力。

客车电源装置200具备相位整流装置210、相位整流侧控制部215、以及在相位整流装置210的输出侧包括电抗器220、电容器230的平滑电路。图3是示出相位整流装置210的详细的图。相位整流装置210具有多个晶闸管等元件212-1至212-4。另外，相位整流侧控制部215例如通过通信线与综合控制部100连接。相位整流侧控制部215根据来自综合控制部100的指示，控制本装置。

相位整流侧控制部215能够任意设定使元件212-1至212-4为接通状态时的相位。另一方面，由于相位整流侧控制部215只有在电流为零时才能够使元件212-1至212-4为切断状态，因此无法任意设定使元件为切断状态时的相位。另外，由于相位整流装置210在电源的频率60[hz]中半周期时只进行一次元件212-1至212-4的接通状态或者切断状态的切换(转换)，因此无法精密控制输出的直流电压。为了抑制直流电压的脉动，相位整流装置210的输出侧需要包括大型电抗器220与电容器230的平滑电路。需要向客车供给的电力例如为400[kw]左右的容量。一台客车电源装置200为了向客车供给该容量，存在相位整流装置210以及电抗器220大型化的情况。进一步，需要用于冷却该电抗器220的专用冷却装置。

与此相对地，本实施方式的电车控制装置30包括客车电源装置。客车电源装置具有第三转换器70。第三转换器70例如是pwm转换器。图4是示出第三转换器70的一例的图。由于第三转换器控制部80在pwm转换器上采用了igbt(insulatedgatebipolartransistor：绝缘栅双极型晶体管)等自能式灭弧元件71-1至71-4，因此能够在任意的相位角控制元件71-1至71-4为接通状态或者切断状态，而与电流的状态无关。由此，第三转换器控制部80在电源频率50[hz]的一周期中进行45次第三转换器70具有的元件71-1至71-4的转换。其结果是，第三转换器控制部80能够进行2250[hz]的转换，能够抑制输出的直流电压的脉动。

在本实施方式中，无需在输出侧设置电抗器，能够在电车控制装置30的箱体内设置客车电源装置。另外，无需设置相对于电抗器的专用冷水装置，因此能够通过同一系统的冷却机构冷却设置在电车控制装置30上的装置。

图5是示出设置有电车控制装置以及客车电源装置的车辆m1以及m2的一例的图。图5(a)是示出设置有客车电源装置200、将主转换装置以及辅助电源装置收容在一个箱体内的电车控制装置130a以及130b的车辆m1以及m2的一例的图。车辆m1以及m2是牵引其他车辆的车辆(电气机车)，是包含在同一列车的编成中的车辆。客车电源装置200以及电车控制装置130载置于车辆m1的地板面f1上以及车辆m2的地板面f2上。下面，在不区分车辆m1以及m2的情况下，简称为“车辆m”，在不区分地板面f1以及地板面f2的情况下，简称为“地板面f”。

电车控制装置130a与电车控制装置130b并排载置在地板面f的宽度方向上。另外，客车电源装置200载置在电车控制装置130a的(例如与行进方向相反侧的)长度方向侧。在这种情况下，地板面f上的机器的载置状态不对称，存在不方便将装置等安装在电车上的情况。这是因为，例如无法共用装置安装时的设计，无法共用安装装置的零部件。

与此相对地，在本实施方式中，由于设置在设置有将主转换装置、辅助电源装置以及客车电源装置收容在了一个箱体的电车控制装置30的车辆m1以及m2的地板面上，因此能够提高使用者的便利性。图5(b)是示出设置有电车控制装置30的车辆m1以及m2的一例的图。电车控制装置30a以及30b并排载置在地板面f的宽度方向上。在这种情况下，地板面f上的机器的载置状态对称，能够共用装置安装时的设计，能够共用安装装置的零部件。其结果是，电车控制装置30能够提高使用者的便利性。

下面，更加具体地对本实施方式的电车控制装置30所发挥的效果进行说明。

(维护性的提高)如上所述的电车控制装置30的转换器由于在igbt转换时，或者通电时所发生的损失而发热。作为从以往开始就抑制发热的机构，存在使用使水在各冷却器间循环冷却的循环水冷、或者冷却风扇的空冷的情况。在以往的结构中，电车控制装置是水冷，客车电源装置是空冷。其理由在于，根据历史性原因，这些装置从以往开始就是独立设置并且通过不同的冷却方式制造的。

在此，从维护性的观点出发比较空冷方式和水冷方式，一般而言认为水冷方式简便。这是因为，在采用空冷方式的情况下，需要在电源装置设置风扇，另外需要清扫附着的灰尘等，维护作业比水冷方式繁琐。

图6是示出电车控制装置30的冷却设备的一例的图。电车控制装置30具有流路400以及410、泵p。泵p向流路400以及410喷出蓄积在储蓄槽里的液体，所述储蓄槽积存从热交换器供给的液体(介质)。流路400以及410使从泵p喷出的液体在电车控制装置30内循环，并将经循环的液体送至热交换器(未图示)。另外，流路400以及410与在主转换电源装置、辅助电源装置以及客车电源装置内循环的流路相连接。连接到流路400以及410的流路通过使液体循环，冷却主转换装置、辅助电源装置以及客车电源装置。此外，用于冷却主转换装置的流路包括冷却第一转换器32的流路和冷却第一逆变器36的流路。

第一实施方式的电车控制装置30能够将冷却方式全部统一成水冷方式。在该形态中，只要延长以往使用的水冷管即可，另外也能够以水冷用设备为对象统一维修，进一步，如上所述的维护内容也简便。由此，能够提高维护性。

(客车用电源输入功率的提高)在以往的客车电源装置中，由于使用如图3中示出的直流整流电路，因此仅能够控制相位，而无法控制功率。与此相对地，在第一实施方式中，客车用电源装置的交流侧输入为将交流转换为直流的pwm转换器。由于pwm转换器能够控制电流，因此能够控制功率。由于能够将功率控制在1，因此能够提高客车用电源装置的效率。

以上说明的第一实施方式的电车控制装置30通过将主转换装置、辅助电源装置以及客车电源装置收容在一个箱体内，能够提高使用者的便利性。

(第二实施方式)

下面，对第二实施方式进行说明。在此，以与第一实施方式的不同之处为中心进行说明，省略与第一实施方式相同的功能等的说明。在第一实施方式中，电车系统1a是具备电车控制装置30a以及30b的系统，而第二实施方式的电车系统1a不具备电车控制装置30b，只具备电车控制装置30a。

图7是示出第二实施方式的电车系统1a的概要结构的图。第二实施方式的电车系统1a具备：电车控制装置30a、综合控制部100以及第一控制部110。

以往，将驱动驱动用的电动机的驱动用交流转换为直流的pwm转换器、滤波电容器、vvvf逆变器以及向电气机车内的压缩机等设备供给电力的辅助电源装置搭载在同一装置内，客车电源装置为单独装置。与此相对地，由于用于电车控制装置30的pwm转换器不需要在直流的输出侧设置电抗器，因此能够实现相应程度装置的小型化。由此，能够在电车控制装置30内搭载客车电源装置。其结果是，能够减少搭载在电气机车的装置的数量，能够实现电车系统整体的小型化。作为一例，以往，作为单独装置设置的客车电源装置的大小约为800mm×1550mm×1000mm＝1.24m³，而本实施方式的电车控制装置30内的客车电源装置部分为600mm×2050mm×860mm＝1.06m³，容积削减了约20％。由此能够形成将客车电源装置一体地收容在主转换装置内的结构。

根据以上说明的第二实施方式，由于电车控制装置30a包括客车电源装置，无需另外单独设置客车电源装置，因此能够减小装置的尺寸。

此外，在本实施方式中，对包括两个主转换装置的电车控制装置30进行了说明，但是电车控制装置30也可以包括任意数量的主转换装置。

根据以上说明的至少一个实施方式，通过将主转换装置、辅助电源装置以及客车电源装置收容在一个箱体内，能够提供便利性高的电车控制装置，其中，主转换装置将从架线p供给的交流电力转换为直流电力，将转换的直流电力转换为用于电机m的交流电流；辅助电源装置将从架线p供给的交流电力转换为直流电力，将转换的直流电力转换为用于第一用途的交流电流；客车电源装置将从架线供给的交流电力转换为用于第二用途的直流电力。

以上，虽然对本发明的几个实施方式进行了说明，但是这些实施方式是作为例子提出的，并非旨在限定发明的保护范围。这些实施方式能够以其他各种方式实施，在不偏离发明宗旨的范围内，可以进行各种省略、替换、变更。这些实施方式或其变形包含在发明的保护范围或宗旨中，并且，包含在权利要求书所记载的发明和其等同的保护范围内。