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【発明の名称】 電気車両編成列車
【発明者】 【氏名】小笠 正道

【氏名】川口 清
【要約】 【課題】回生ブレーキ車両と発電ブレーキ車両とを編成し、電気ブレーキを有効に利用して機械ブレーキの使用を最小限に抑えることができる電気車両編成列車を提供する。

【解決手段】本発明の電気車両編成列車１は、回生パワーを架線４０に出力する回生ブレーキ車両２０と、架線４０から回生パワーを取り込む発電ブレーキ車両１０と、貨車や客車などの付随車３０と、で編成されている。発電ブレーキ車両１０と回生ブレーキ車両２０間においては、高圧引通しによる電気的な接続は行っていない。発電ブレーキ車両１０では、自車両及び自編成内の回生ブレーキ車両２０からの回生パワーの他、他の編成車両からの回生パワーを取り込む。また、発電ブレーキ車両１０において、架線４０の電圧を検出し、当該電圧が所定の電圧値以上の場合に回生パワーを取り込むようにする。
【特許請求の範囲】
【請求項１】 電気車両を編成した電気車両編成列車であって、回生パワーを架線に出力する回生ブレーキ車両と、前記架線から回生パワーを取り込み可能な発電ブレーキ車両と、を編成し、前記発電ブレーキ車両と前記回生ブレーキ車両間において高圧引通しのない、ことを特徴とする電気車両編成列車。
【請求項２】 前記回生ブレーキ車両は、回生動作中に回生絞込動作を行わない、ことを特徴とする請求項１記載の電気車両編成列車。
【請求項３】 前記発電ブレーキ車両は、回生パワーを消費する固定発電抵抗回路と、前記架線と前記固定発電抵抗回路との間に設けられた架線側断路器と、架線電圧が第１の閾値以上になったとき、前記固定発電抵抗回路に前記回生ブレーキ車両からの余剰回生パワーを消費させるために前記架線側断路器を閉じ、当該架線側断路器が閉じられている場合、前記架線電圧が第２の閾値以下になったとき前記架線側断路器を開く制御回路と、を備える、ことを特徴とする請求項１又は２記載の電気車両編成列車。
【請求項４】 前記第１の閾値は、直流約１８００［Ｖ］であり、前記第２の閾値は、直流約１７５０［Ｖ］である、ことを特徴とする請求項３記載の電気車両編成列車。
【請求項５】 前記発電ブレーキ車両は、回生パワーを消費する可変抵抗回路と、前記可変抵抗回路を構成し、当該可変抵抗回路を導通するブレーキチョッパと、架線電圧が第１の閾値以上になったとき、前記可変抵抗回路に前記回生ブレーキ車両からの余剰回生パワーを消費させるためにブレーキチョッパを動作し、当該ブレーキチョッパが動作中の場合、前記架線電圧が第２の閾値以下になったとき前記ブレーキチョッパの動作をオフにする制御回路と、を備える、ことを特徴とする請求項１又は２記載の電気車両編成列車。
【請求項６】 前記第１の閾値は、直流約１８００［Ｖ］であり、前記第２の閾値は、直流約１７５０［Ｖ］である、ことを特徴とする請求項５記載の電気車両編成列車。
【請求項７】 前記発電ブレーキ車両は、回生パワーを消費する固定発電抵抗回路と、前記固定発電抵抗回路と前記架線の間に設けられた変換器と、架線電圧が第１の閾値以上になったとき前記変換器を力行モードで動作させ、当該変換器が力行モードで動作している場合、前記架線電圧が第２の閾値以下になったとき前記変換器の力行モードの動作をオフにする制御回路を備える、ことを特徴とする請求項１又は２記載の電気車両編成列車。
【請求項８】 前記第１の閾値は、交流約２２７００［Ｖ］であり、前記第２の閾値は、前記第１の閾値よりも小である、ことを特徴とする請求項７記載の電気車両編成列車。
【請求項９】 前記発電ブレーキ車両は、回生パワーを消費する可変抵抗回路と、前記可変抵抗回路を構成し、当該可変抵抗回路を導通するブレーキチョッパと、前記可変抵抗回路と前記架線の間に設けられた変換器と、架線電圧が第１の閾値以上になったとき前記変換器を力行モードで動作させ、前記変換器から出力される電圧が第２の閾値以上になったとき前記可変抵抗回路に前記回生ブレーキ車両からの余剰回生パワーを消費させるためにブレーキチョッパを動作し、前記変換器が力行モードで動作している場合、前記架線電圧が第３の閾値以下になったとき前記変換器の力行モードの動作をオフにし、当該ブレーキチョッパが動作中の場合、前記変換器から出力される電圧が第４の閾値以下になったとき前記ブレーキチョッパの動作をオフにする制御回路と、を備える、ことを特徴とする請求項１又は２記載の電気車両編成列車。
【請求項１０】 前記第１の閾値は、交流約２２７００［Ｖ］であり、前記第２の閾値は、前記交換器に前記第１の閾値の前記架線電圧に相当する降圧または昇圧後の電圧が印可された場合の出力電圧に対応する、直流約２４００［Ｖ］であり、前記第３の閾値は、前記第１の閾値よりも小であり、前記第４の閾値は、前記第２の閾値よりも小である、ことを特徴とする請求項９記載の電気車両編成列車。
【請求項１１】 前記変換器は、ＡＣ／ＤＣコンバータまたはＤＣ／ＤＣコンバータである、ことを特徴とする請求項７乃至１０記載の電気車両編成列車。
【請求項１２】 前記変換器は、ＰＷＭ（Pulse Width Modulation）コンバータである、ことを特徴とする請求項７乃至１０記載の電気車両編成列車。
【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、交流モータ等を用いて鉄道車両（以下、単に「車両」ともいう）を加減速させる電気車両を編成した電気車両編成列車に関する。特には、回生ブレーキ車両と発電ブレーキ車両とを編成し、回生ブレーキ車両からの余剰の回生エネルギーを架線を介して発電ブレーキ車両に供給することができる電気車両編成列車に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来から、交流モータ等を用いて車両を加減速させる電気車両においては、駆動電動機を発電機として電流を発生して車軸にトルクを与え車両を加減速させる。即ち、車両の発進又は加速時には駆動電動機を発電機として電流を発生して車軸に駆動トルクを与え、逆に、車両の減速又は停止時には、電気ブレーキとして車軸に制動トルクを与えて車両の減速又は停止を行っている。
【０００３】また、電気車両のブレーキシステムとしては、電気ブレーキのほか摩擦ブレーキや流体ブレーキなどが使用されている。摩擦ブレーキは、圧縮空気や油圧などによって機械的に制輪子を車軸やブレーキディスクなどに押し付けて摩擦力を発生させ車両を減速及び停止させるものである。また、流体ブレーキは、油などの流体を回転翼などで攪拌し、その際の抵抗力をブレーキ力として車両を減速及び停止させるものである。
【０００４】一般に、電気車両のブレーキにおいて、高速域での電気ブレーキ力が低速度域に比べて低下することから、所要ブレーキ力を満足できない部分は機械ブレーキにより補足している。
【０００５】また、近年では、電気車両の電気ブレーキにおいて、回生ブレーキと発電ブレーキをブレンディングしてブレーキ制御を行うブレンディング制御方式を採用する車両も存在する。この車両においては、回生ブレーキ部と発電ブレーキ部を高圧引通しで接続し、回生ブレーキ側からの回生エネルギーを発電ブレーキ側で利用して車両のブレーキングを行っている。
【０００６】また、発電ブレーキを持たない純粋な回生ブレーキ車両で閑散区間などの架線側が無負荷又は軽負荷の区間を走行した場合、即ち、回生負荷が無いか又は軽負荷の場合には、回生ブレーキ車両で不足するブレーキ力を機械ブレーキで補っている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の回生ブレーキ車両では、回生負荷が無いか又は軽負荷の場合には、電気ブレーキの絞り込みや回生失効による電気ブレーキオフの状態となり、回生ブレーキ車両で電気ブレーキ力は不足するため、機械ブレーキで補っていた。このため、機械ブレーキ分担が増えることとなり、車輪やデイスクヘの熱的負荷の増大やブレーキシュー・ライニングの摩耗の増大を伴い、車輪踏面亀裂や凹摩耗などが発生する場合もあった。
【０００８】本発明はこのような背景の中でなされたものであって、回生ブレーキ車両と発電ブレーキ車両とを編成し、回生ブレーキ車両からの余剰の回生エネルギーを架線を介して発電ブレーキ車両に供給することにより、電気ブレーキを有効に利用して機械ブレーキの使用を最小限に抑えることができる電気車両編成列車を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため、本発明の電気車両編成列車は、電気車両を編成した電気車両編成列車であって、回生パワーを架線に出力する回生ブレーキ車両と、架線から回生パワーを取り込み可能な発電ブレーキ車両と、を編成し、発電ブレーキ車両と回生ブレーキ車両間において高圧引通しのない、ことを特徴とする。
【００１０】ここで、回生ブレーキ車両は、回生動作中に回生絞込動作を行わない、ようにすることができる。
【００１１】また、発電ブレーキ車両は、回生パワーを消費する固定発電抵抗回路と、架線と固定発電抵抗回路との間に設けられた架線側断路器と、架線電圧が第１の閾値以上になったとき、固定発電抵抗回路に回生ブレーキ車両からの余剰回生パワーを消費させるために架線側断路器を閉じ、当該架線側断路器が閉じられている場合、架線電圧が第２の閾値以下になったとき架線側断路器を開く制御回路と、を備える、ことができる。このとき、第１の閾値は、直流約１８００［Ｖ］であり、第２の閾値は、直流約１７５０［Ｖ］である、ようにするとよい。
【００１２】また、発電ブレーキ車両は、回生パワーを消費する可変抵抗回路と、可変抵抗回路を構成し、可変抵抗回路を導通するブレーキチョッパと、架線電圧が第１の閾値以上になったとき、可変抵抗回路に余剰回生パワーを消費させるためにブレーキチョッパを動作し、当該ブレーキチョッパが動作中の場合、架線電圧が第２の閾値以下になったときブレーキチョッパの動作をオフにする制御回路と、を備える、ようにしてもよい。このとき、第１の閾値は、直流約１８００［Ｖ］であり、第２の閾値は、直流約１７５０［Ｖ］である、ようにするとよい。
【００１３】また、発電ブレーキ車両は、回生パワーを消費する固定発電抵抗回路と、固定発電抵抗回路と架線の間に設けられた変換器と、架線電圧が第１の閾値以上になったとき変換器を力行モードで動作させ、当該変換器が力行モードで動作している場合、架線電圧が第２の閾値以下になったとき変換器の力行モードの動作をオフにする制御回路を備える、ようにすることができる。このとき、第１の閾値は、交流約２２７００［Ｖ］であり、第２の閾値は、第１の閾値よりも小である、ようにするとよい。
【００１４】また、発電ブレーキ車両は、回生パワーを消費する可変抵抗回路と、可変抵抗回路を導通するブレーキチョッパと、可変抵抗回路と架線の間に設けられた変換器と、架線電圧が第１の閾値以上になったとき変換器を力行モードで動作させ、変換器から出力される電圧が第２の閾値以上になったとき可変抵抗回路に余剰回生パワーを消費させるためにブレーキチョッパを動作し、変換器が力行モードで動作している場合、架線電圧が第３の閾値以下になったとき変換器の力行モードの動作をオフにし、当該ブレーキチョッパが動作中の場合、変換器から出力される電圧が第４の閾値以下になったときブレーキチョッパの動作をオフにする制御回路と、を備える、ようにすることができる。このとき、第１の閾値は、交流約２２７００［Ｖ］であり、第２の閾値は、交換器に第１の閾値の架線電圧に相当する降圧または昇圧後の電圧が印可された場合の出力電圧に対応する、直流約２４００［Ｖ］であり、第３の閾値は、第１の閾値よりも小であり、第４の閾値は、第２の閾値よりも小である、ようにするとよい。
【００１５】上述において、変換器は、ＡＣ／ＤＣコンバータまたはＤＣ／ＤＣコンバータである、ようにすることができる。このとき、変換器は、ＰＷＭ（Pulse WidthModulation）コンバータにすることもできる。
【００１６】上述の本発明の電気車両編成列車においては、回生ブレーキ車両からの回生パワーを架線を介して発電ブレーキ車両に供給することができるため、効果的に電気ブレーキを利用することができ、機械ブレーキの使用を最小限に抑えることができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】以下本発明の電気車両編成列車について、図面を参照しつつ詳細に説明する。
【００１８】図１は、本発明の電気車両編成列車の実施の形態の一例を示す図である。図１において、この電気車両編成列車１は、回生パワーを架線４０に出力する回生ブレーキ車両２０と、架線４０から回生パワーを取り込む発電ブレーキ車両１０と、貨車や客車などの付随車３０と、で編成されている。
【００１９】ここで、発電ブレーキ車両１０と回生ブレーキ車両２０間においては、高圧引通しによる電気的な接続は行っておらず、回生ブレーキ車両２０からの回生パワーは、架線４０を介して、発電ブレーキ車両１０に供給される。したがって、発電ブレーキ車両１０には、自編成内の回生ブレーキ車両２０からの回生パワーの他、他の編成車両からの回生パワーを取り込むことができる。
【００２０】また、発電ブレーキ車両１０において、架線４０の電圧を検出し、当該電圧が所定の電圧値以上の場合に回生パワーを取り込むようにする。これにより、回生ブレーキ車両２０からの回生パワーは、架線４０を介して、発電ブレーキ車両１０に適宜供給されるため、回生動作中に回生絞込動作を行う必要がない。
【００２１】図２は、本発明の電気車両編成列車１に接続される発電ブレーキ車両１０ａの実施の形態の一例を示す図である。また、図３は、本発明の電気車両編成列車１に接続される回生ブレーキ車両２０ａの実施の形態の一例を示す図である。図２の発電ブレーキ車両１０ａと図３の回生ブレーキ車両２０ａによって、本発明の電気車両編成列車１が構成される。なお、本編成列車は、直流き電区間の編成である。
【００２２】図２において、この発電ブレーキ車両１０ａは、架線４０から電圧が印可され、回生パワーが供給されるパンタグラフ１１と、自車両の電気ブレーキによる回生パワー及び回生ブレーキ車両から受け入れる余剰の回生パワーを消費する固定発電抵抗回路１７と、パンタグラフ１１（架線４０側）と固定発電抵抗回路１７との間に設けられたＬＢ（Line Breaker）回路１２と、ＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御によって直流を交流に変換するＰＷＭインバータ１３と、ＰＷＭインバータ１３からの電圧に応じて車輪１５の車軸（図示せず）に電動機トルクを与える三相交流電動機（以下、単に「主電動機群」ともいう）１４と、ＬＢ回路１２の回路開閉を制御する制御回路１６ａと、を備えている。ここで、固定発電抵抗回路１７は、ＰＷＭインバータ１３側からの自車の回生パワーと架線４０側からの回生パワーとを消費することができる。
【００２３】ここで、制御回路１６ａは、ブレーキ動作中または惰行中に架線４０の電圧が所定の第１の閾値以上になったとき固定発電抵抗回路１７に余剰回生パワーを消費させるためにＬＢ回路１２を閉じ、当該ＬＢ回路１２が閉じられている場合、架線４０の電圧が所定の第２の閾値以下になったときＬＢ回路１２を開く。
【００２４】また、図３において、回生ブレーキ車両２０ａは、架線４０から電圧が印可され、回生パワーを架線４０側へ供給するパンタグラフ２１と、ＬＣ回路２６と、パンタグラフ２１（架線４０側）とＬＣ回路２６との間に設けられたＬＢ回路２２と、ＰＷＭ制御によって直流を交流に変換するＰＷＭインバータ２３と、ＰＷＭインバータ２３からの電圧に応じて車輪２５の車軸（図示せず）に電動機トルクを与える主電動機群２４と、を備えている。
【００２５】図２及び図３に示した発電ブレーキ車両１０ａと回生ブレーキ車両２０ａとを編成した電気車両編成列車１においては、発電ブレーキ車両１０ａと回生ブレーキ車両２０ａ間では、高圧引通しによる電気的な接続は行っておらず、回生ブレーキ車両２０ａからの回生パワーは、架線４０を介して、発電ブレーキ車両１０ａに供給される。したがって、発電ブレーキ車両１０ａには、自編成内の回生ブレーキ車両２０ａからの回生パワーの他、他の編成車両からの回生パワーを取り込むことができる。
【００２６】また、発電ブレーキ車両１０ａにおいて、制御回路１６ａは、パンタフラフ１１から印可される架線４０の電圧を検出し、ブレーキ動作中または惰行中に当該電圧が所定の電圧値以上の場合にＬＢ回路１２を閉じて回生パワーを取り込むようにする。これにより、回生ブレーキ車両２０ａからの回生パワーは、架線４０を介して、発電ブレーキ車両１０ａに適宜供給されるため、回生動作中に回生絞込動作を行う必要がない。
【００２７】即ち、パンタグラフ１１（架線４０側）からの電圧を検出している制御回路１６ａは、ブレーキ動作中または惰行中に架線４０の電圧が所定の第１の閾値以上になったとき固定発電抵抗回路１７に他車両の余剰回生パワーを消費させるためにＬＢ回路１２を閉じ、当該ＬＢ回路１２が閉じられている場合、架線４０の電圧が第２の閾値以下になったときＬＢ回路１２を開くようにする。例えば、架線４０の通常電圧が直流１５００［Ｖ］の場合には、第１の閾値を約１８００［Ｖ］前後にし、第２の閾値を約１７５０［Ｖ］前後に設定するとよい。
【００２８】図４は、本発明の電気車両編成列車１に接続される発電ブレーキ車両１０ｂの実施の形態の一例を示す図である。図４の発電ブレーキ車両１０ｂと上述の図３の回生ブレーキ車両２０ａによって、本発明の電気車両編成列車１を構成することができる。なお、図４の発電ブレーキ車両１０ｂは、回生・発電協調ブレーキ車両とすることができる。また、本編成列車は、直流区間の編成である。
【００２９】図４において、この発電ブレーキ車両１０ｂは、架線４０から電圧が印可され、回生パワーが供給されるパンタグラフ１１と、回生パワーを消費する可変発電抵抗回路１８と、パンタグラフ１１（架線４０側）と可変発電抵抗回路１８との間に設けられたＬＢ回路１２と、ＰＷＭ制御によって直流を交流に変換するＰＷＭインバータ１３と、ＰＷＭインバータ１３からの電圧に応じて車輪１５の車軸（図示せず）に電動機トルクを与える主電動機群１４と、可変発電抵抗回路１８の回路開閉を制御する制御回路１６ｂと、を備えている。ここで、可変発電抵抗回路１８は、ＰＷＭインバータ１３側からの自車の回生パワーと架線４０側からの回生パワーとを消費することができる。
【００３０】ここで、可変発電抵抗回路１８は、余剰回生パワーを消費する抵抗回路１８ａと、抵抗回路１８ａを導通するブレーキチョッパ１８ｂと、を備えている。
【００３１】また、制御回路１６ｂは、ブレーキ動作中または惰行中に架線４０の電圧が所定の第１の閾値以上になったとき可変発電抵抗回路１８の抵抗回路１８ａに余剰回生パワーを消費させるためにブレーキチョッパ１８ｂを動作して導通制御を行い、当該ブレーキチョッパ１８ｂが動作中の場合、架線４０の電圧が所定の第２の閾値以下になったときブレーキチョッパ１８ｂの動作をオフにする。
【００３２】即ち、パンタグラフ１１（架線４０側）からの電圧を検出している制御回路１６ｂは、ブレーキ動作中または惰行中に架線４０の電圧が所定の第１の閾値以上になったとき可変発電抵抗回路１８の抵抗回路１８ａに余剰回生パワーを消費させるためにブレーキチョッパ１８ｂを動作し、当該ブレーキチョッパ１８ｂが動作中の場合、架線４０の電圧が第２の閾値以下になったときブレーキチョッパ１８ｂの動作をオフにする。例えば、架線４０の通常電圧が直流１５００［Ｖ］の場合には、第１の閾値を約１８００［Ｖ］前後にし、第２の閾値を約１７５０［Ｖ］前後に設定するとよい。
【００３３】図５は、本発明の電気車両編成列車１に接続される発電ブレーキ車両１０ｃの実施の形態の一例を示す図である。また、図６は、本発明の電気車両編成列車１に接続される回生ブレーキ車両２０ｂの実施の形態の一例を示す図である。図５の発電ブレーキ車両１０ｃと図６の回生ブレーキ車両２０ｂによって、本発明の電気車両編成列車１が構成される。なお、本編成列車は、交流区間の編成である。
【００３４】図５において、この発電ブレーキ車両１０ｃは、架線４０から電圧が印可され、回生パワーが供給されるパンタグラフ１１と、パンタグラフ１１からの交流電圧を所定の交流電圧に変換する変圧回路３１と、交流を直流に変換する交流サイリスタ混合ブリッジ回路１９と、回生パワーを消費する固定発電抵抗回路１７と、パンタグラフ１１（架線４０側）と変圧回路３１との間に設けられたＬＢ回路１２と、ＰＷＭ制御によって直流を交流に変換するＰＷＭインバータ１３と、ＰＷＭインバータ１３からの電圧に応じて車輪１５の車軸（図示せず）に電動機トルクを与える主電動機群１４と、交流サイリスタ混合ブリッジ回路１９の位相制御を行い動作モードを切り替える制御回路１６ｃと、を備えている。ここで、固定発電抵抗回路１７は、ＰＷＭインバータ１３側からの自車の回生パワーと架線４０側からの回生パワーとを消費することができる。
【００３５】ここで、制御回路１６ｃは、ブレーキ動作中または惰行中に架線４０の電圧が所定の第１の閾値以上になったとき余剰回生パワーを消費させるために、交流サイリスタ混合ブリッジ回路１９の位相制御を行って力行モードで動作させて回生ブレーキ車両の余剰回生パワーをも抵抗消費させ、当該交流サイリスタ混合ブリッジ回路１９が力行モードで動作中に、架線４０の電圧が所定の第２の閾値以下になったとき交流サイリスタ混合ブリッジ回路１９の力行モードをオフにして、固定発電抵抗回路１７に自車両のブレーキ回生パワーのみを抵抗消費させる。
【００３６】また、図６において、回生ブレーキ車両２０ｂは、架線４０から電圧が印可され、回生パワーを架線４０側へ供給するパンタグラフ２１と、パンタグラフ２１からの交流電圧を所定の交流電圧に変換する変圧回路２７と、パンタグラフ２１（架線４０側）と変圧回路２７との間に設けられたＬＢ回路２２と、ＰＷＭ制御によって交流を直流に変換するＰＷＭコンバータ２８と、ＰＷＭ制御によって直流を交流に変換するＰＷＭインバータ２３と、ＰＷＭインバータ２３からの電圧に応じて車輪２５の車軸（図示せず）に電動機トルクを与える主電動機群２４と、を備えている。
【００３７】図５及び図６に示した発電ブレーキ車両１０ｃと回生ブレーキ車両２０ｂとを編成した電気車両編成列車１においては、発電ブレーキ車両１０ｃと回生ブレーキ車両２０ｂ間では、高圧引通しによる電気的な接続は行っておらず、回生ブレーキ車両２０ｂからの回生パワーは、架線４０を介して、発電ブレーキ車両１０ｃに供給される。したがって、発電ブレーキ車両１０ｃには、自車両及び自編成内の回生ブレーキ車両２０ｂからの回生パワーの他、他の編成車両からの回生パワーを取り込むことができる。
【００３８】また、発電ブレーキ車両１０ｃにおいて、制御回路１６ｃは、パンタフラフ１１から印可される架線４０の電圧を検出し、ブレーキ動作中または惰行中に当該電圧が所定の電圧値以上の場合に余剰回生パワーを消費させるために、交流サイリスタ混合ブリッジ回路１９の位相制御を行って力行モードで動作させて回生ブレーキ車両の余剰回生パワーをも抵抗消費させ、当該交流サイリスタ混合ブリッジ回路１９が力行モードで動作中に、架線４０の電圧が所定の第２の閾値以下になったとき交流サイリスタ混合ブリッジ回路１９の力行モードをオフにして、固定発電抵抗回路１７に自車両の回生パワーのみを抵抗消費させる。これにより、回生ブレーキ車両２０ｂからの回生パワーは、架線４０を介して、発電ブレーキ車両１０ｃに適宜供給されるため、回生動作中に回生絞込動作を行う必要がない。
【００３９】即ち、パンタグラフ１１（架線４０側）からの電圧を検出している制御回路１６ｃは、ブレーキ動作中または惰行中に架線４０の電圧が所定の第１の閾値以上になったとき余剰回生パワーを消費させるために、交流サイリスタ混合ブリッジ回路１９の位相制御を行って力行モードで動作させて回生ブレーキ車両からの余剰回生パワーをも抵抗消費させ、当該交流サイリスタ混合ブリッジ回路１９が力行モードで動作中に、架線４０の電圧が所定の第２の閾値以下になったとき交流サイリスタ混合ブリッジ回路１９の力行モードをオフにして、固定発電抵抗回路１７に自車両の回生パワーのみを抵抗消費させる。例えば、架線４０の通常電圧が交流２００００［Ｖ］の場合には、第１の閾値を約２２７００［Ｖ］前後にし、第２の閾値を第１の閾値よりも小にする。
【００４０】図７は、本発明の電気車両編成列車１に接続される発電ブレーキ車両１０ｄの実施の形態の一例を示す図である。図７の発電ブレーキ車両１０ｄと上述の図６の回生ブレーキ車両２０ｂによって、本発明の電気車両編成列車１を構成することができる。なお、本編成列車は、交流区間の編成である。また、図７の発電ブレーキ車両１０ｄは、後述する図８に示す回生ブレーキ車両２０ｃによって、本発明の電気車両編成列車１を構成することもできる。
【００４１】図７において、この発電ブレーキ車両１０ｄは、架線４０から電圧が印可され、回生パワーが供給されるパンタグラフ１１と、パンタグラフ１１からの交流電圧を所定の交流電圧に変換する変圧回路３１と、ＰＷＭ制御によって交流を直流に変換するＰＷＭコンバータ３２と、回生パワーを消費する固定発電抵抗回路１７と、パンタグラフ１１（架線４０側）と変圧回路３１との間に設けられたＬＢ回路１２と、ＰＷＭ制御によって直流を交流に変換するＰＷＭインバータ１３と、ＰＷＭインバータ１３からの電圧に応じて車輪１５の車軸（図示せず）に電動機トルクを与える主電動機群１４と、ＰＷＭコンバータ３２の動作モードを制御する制御回路１６ｄと、を備えている。ここで、固定発電抵抗回路１７は、ＰＷＭインバータ１３側からの自車の回生パワーと架線４０側からの他車両の回生パワーとを消費することができる。
【００４２】ここで、制御回路１６ｄは、ブレーキ動作中または惰行中に架線４０の電圧が所定の第１の閾値以上になったとき余剰回生パワーを消費させるために、ＰＷＭコンバータ３２の位相制御を行って力行モードで動作させて回生ブレーキ車両の余剰回生パワーをも抵抗消費させ、当該ＰＷＭコンバータ３２が力行モードで動作中に、架線４０の電圧が所定の第２の閾値以下になったときＰＷＭコンバータ３２の力行モードをオフにして、固定発電抵抗回路１７で自車両の回生パワーを抵抗消費させる。
【００４３】図７及び図６に示した発電ブレーキ車両１０ｄと回生ブレーキ車両２０ｂとを編成した電気車両編成列車１においては、発電ブレーキ車両１０ｄと回生ブレーキ車両２０ｂ間では、高圧引通しによる電気的な接続は行っておらず、回生ブレーキ車両２０ｂからの回生パワーは、架線４０を介して、発電ブレーキ車両１０ｄに供給される。したがって、発電ブレーキ車両１０ｄには、自車両及び自編成内の回生ブレーキ車両２０ｂからの回生パワーの他、他の編成車両からの回生パワーを取り込むことができる。
【００４４】また、発電ブレーキ車両１０ｄにおいて、制御回路１６ｄは、パンタフラフ１１から印可される架線４０の電圧を検出し、ブレーキ動作中または惰行中に当該電圧が所定の電圧値以上の場合に回生ブレーキ車両の余剰回生パワーを消費させるために、ＰＷＭコンバータ３２の力率制御を行って力行モードで動作させて回生ブレーキ車両の余剰回生パワーをも抵抗消費し、当該ＰＷＭコンバータ３２が力行モードで動作中に、架線４０の電圧が所定の第２の閾値以下になったときＰＷＭコンバータ３２の力行モードをオフにして、固定発電抵抗回路１７に自車両の回生パワーを抵抗消費させる。これにより、回生ブレーキ車両２０ｂからの回生パワーは、架線４０を介して、発電ブレーキ車両１０ｄに適宜供給されるため、回生動作中に回生絞込動作を行う必要がない。
【００４５】即ち、パンタグラフ１１（架線４０側）からの電圧を検出している制御回路１６ｄは、ブレーキ動作中または惰行中に架線４０の電圧が所定の第１の閾値以上になったとき余剰回生パワーを消費させるために、ＰＷＭコンバータ３２の力率制御を行って力行モードで動作させて回生ブレーキ車両の余剰回生パワーをも抵抗消費し、当該ＰＷＭコンバータ３２が力行モードで動作中に、架線４０の電圧が所定の第２の閾値以下になったときＰＷＭコンバータ３２の力行モードをオフにして、固定発電抵抗回路１７に自車両の回生パワーを抵抗消費させる。例えば、架線４０の通常電圧が交流２００００［Ｖ］の場合には、第１の閾値を約２２７００［Ｖ］前後にし、第２の閾値を第１の閾値よりも小にする。
【００４６】図８は、本発明の電気車両編成列車１に接続される回生ブレーキ車両２０ｃの実施の形態の一例を示す図である。図８の回生ブレーキ車両２０ｃと上述の図５又は図７の発電ブレーキ車両１０ｃ、１０ｄによって、本発明の電気車両編成列車１を構成することができる。なお、本編成列車は、交流区間の編成である。
【００４７】図８において、回生ブレーキ車両２０ｃは、架線４０から電圧が印可され、回生パワーを架線４０側へ供給するパンタグラフ２１と、パンタグラフ２１からの交流電圧を所定の交流電圧に変換する変圧回路２７と、パンタグラフ２１（架線４０側）と変圧回路２７との間に設けられたＬＢ回路２２と、交流を直流に変換する交流サイリスタ純ブリッジ回路２９と、電圧変換を行うＬＣ回路２６と、ＰＷＭ制御によって直流を交流に変換するＰＷＭインバータ２３と、ＰＷＭインバータ２３からの電圧に応じて車輪２５の車軸（図示せず）に電動機トルクを与える主電動機群２４と、を備えている。
【００４８】図９は、本発明の電気車両編成列車１に接続される発電ブレーキ車両１０ｅの実施の形態の一例を示す図である。図９の発電ブレーキ車両１０ｅと上述の図６又は図８の回生ブレーキ車両２０ｂ、２０ｃによって、本発明の電気車両編成列車１を構成することができる。なお、図９の発電ブレーキ車両１０ｅは、回生・発電協調ブレーキ車両とすることができる。また、本編成列車は、交流区間の編成である。
【００４９】図９において、この発電ブレーキ車両１０ｅは、架線４０から電圧が印可され、回生パワーが供給されるパンタグラフ１１と、パンタグラフ１１からの交流電圧を所定の交流電圧に変換する変圧回路３１と、ＰＷＭ制御によって交流を直流にＰＷＭコンバータ３２と、回生パワーを消費する可変発電抵抗回路１８と、パンタグラフ１１（架線４０側）と変圧回路３１との間に設けられたＬＢ回路１２と、ＰＷＭ制御によって直流を交流に変換するＰＷＭインバータ１３と、ＰＷＭインバータ１３からの電圧に応じて車輪１５の車軸（図示せず）に電動機トルクを与える主電動機群１４と、ＰＷＭコンバータ３２の力率制御を行い動作モードを切り替え、且つ可変発電抵抗回路１８の回路構成開閉を制御する制御回路１６ｅと、を備えている。ここで、可変発電抵抗回路１８は、ＰＷＭインバータ１３側からの自車の回生パワーと架線４０側からの回生パワーとを消費することができる。
【００５０】ここで、可変発電抵抗回路１８は、余剰回生パワーを消費する抵抗回路１８ａと、抵抗回路１８ａを導通するブレーキチョッパ１８ｂと、を備えている。
【００５１】また、制御回路１６ｅは、ブレーキ動作中または惰行中に架線４０の電圧が第１の閾値以上になったときＰＷＭコンバータ３２を力行モードで動作させて回生ブレーキ車両の余剰回生パワーをも抵抗消費し、ＰＷＭコンバータ３２から出力される電圧が第２の閾値以上になったとき可変発電抵抗回路１８の抵抗回路１８ａに余剰回生パワーを消費させるためにブレーキチョッパ１８ｂを動作し、ＰＷＭコンバータ３２が力行モードで動作している場合、架線４０の電圧が第３の閾値以下になったときＰＷＭコンバータ３２の力行モードの動作をオフにし、当該ブレーキチョッパ１８ｂが動作中の場合、ＰＷＭコンバータ３２から出力される電圧が第４の閾値以下になったときブレーキチョッパ１８ｂの動作をオフにする。
【００５２】即ち、パンタグラフ１１（架線４０側）からの電圧を検出している制御回路１６ｅは、ブレーキ動作中または惰行中にＰＷＭコンバータ３２の動作モードと可変発電抵抗回路１８のブレーキチョッパ１８ｂの通流率を制御する。例えば、架線４０の通常電圧が交流２００００［Ｖ］の場合には、第１の閾値を交流約２２７００［Ｖ］前後にし、第２の閾値を直流約２４００［Ｖ］前後にするとよい。このとき、第３の閾値は、第１の閾値よりも小にし、第４の閾値は、第２の閾値よりも小にする。
【００５３】ここで、制御回路１６ｅは、ブレーキ動作中または惰行中に架線４０の電圧が第１の閾値以上になったときＰＷＭコンバータ３２を力行モードで動作させ、ＰＷＭコンバータ３２から出力される電圧が第２の閾値以上になったときブレーキチョッパ１８ｂを動作して抵抗回路１８ａに余剰回生パワーを消費させ、ＰＷＭコンバータ３２が力行モードで動作している場合、架線４０の電圧が第３の閾値以下になったときＰＷＭコンバータ３２の力行モードの動作をオフにし、当該ブレーキチョッパ１８ｂが動作中の場合、ＰＷＭコンバータ３２から出力される電圧が第４の閾値以下になったときブレーキチョッパ１８ｂの動作をオフにする。
【００５４】即ち、パンタグラフ１１（架線４０側）からの電圧を検出している制御回路１６ｅは、ブレーキ動作中または惰行中にＰＷＭコンバータ３２の動作モードと可変発電抵抗回路１８のブレーキチョッパ１８ｂの通流率を制御する。例えば、架線４０の通常電圧が交流２００００［Ｖ］の場合には、第１の閾値を約２２７００［Ｖ］前後にし、第２の閾値を直流約２４００［Ｖ］前後にするとよい。このとき、第３の閾値は、第２の閾値よりも小にし、第４の閾値は、第１の閾値よりも小にする。
【００５５】
【発明の効果】以上述べた通り、本発明の電気車両編成列車によれば、回生ブレーキ車両からの回生パワーを架線を介して発電ブレーキ車両に供給することができるため、効果的に電気ブレーキを利用することができ、機械ブレーキの使用を最小限に抑えることができるようになった。
【出願人】 【識別番号】０００１７３７８４
【氏名又は名称】財団法人鉄道総合技術研究所
【出願日】 平成１３年６月１２日（２００１．６．１２）
【代理人】 【識別番号】１００１００４１３
【弁理士】
【氏名又は名称】渡部 温 （外２名）
【公開番号】 特開２００２−３６９３０７（Ｐ２００２−３６９３０７Ａ）
【公開日】 平成１４年１２月２０日（２００２．１２．２０）
【出願番号】 特願２００１−１７７１５４（Ｐ２００１−１７７１５４）