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JP2014155292A - Power regeneration system and vehicle including the same - Google Patents

Power regeneration system and vehicle including the same Download PDF

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JP2014155292A
JP2014155292A JP2013021940A JP2013021940A JP2014155292A JP 2014155292 A JP2014155292 A JP 2014155292A JP 2013021940 A JP2013021940 A JP 2013021940A JP 2013021940 A JP2013021940 A JP 2013021940A JP 2014155292 A JP2014155292 A JP 2014155292A
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JP
Japan
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power
unit
output
flywheel
regeneration system
Prior art date
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Pending
Application number
JP2013021940A
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Japanese (ja)
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Mikiaki Sasajima
己喜朗 笹島
Hiroya Imamura
洋弥 今村
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Nabtesco Corp
Original Assignee
Nabtesco Corp
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a power regeneration system which enables input and output of large electric power, has large power storage capacity, is compact, and reduces a burden on a global environment, and to provide a vehicle.SOLUTION: A power regeneration system 8 comprises: a capacitor part 14; a flywheel part 15; and an interface part 13. The flywheel part 15 comprises: a fly wheel 18; and a motor generator 17 which enables input/output of kinetic energy from/to the fly wheel 18. The interface part 13 may output electric power accumulated in the capacitor part 14 or output the electric power accumulated in the capacitor part 14 and electric power generated by the motor generator 17.

Description

本発明は、電力回生システム及びこれを備える車両に関する。   The present invention relates to a power regeneration system and a vehicle including the same.

例えば、気動車にバッテリとしてリチウムイオン蓄電池を搭載することで、当該気動車における省エネルギ化を図る構成が提案されている(例えば、特許文献1参照)。また、リチウムイオン蓄電池等の化学電池を用いるバッテリではなく、フライホイールを用いた物理電池を蓄電装置として用いることが提案されている(例えば、特許文献2参照)。また、電気自動車の分野等において、リチウムイオン蓄電池と電気二重層キャパシタとを組み合わせた構成が提案されている(例えば、特許文献3参照)。   For example, a configuration has been proposed in which a lithium ion storage battery is mounted as a battery in a diesel car so as to save energy in the diesel car (see, for example, Patent Document 1). In addition, it has been proposed to use a physical battery using a flywheel as a power storage device instead of a battery using a chemical battery such as a lithium ion storage battery (see, for example, Patent Document 2). In the field of electric vehicles, etc., a configuration in which a lithium ion storage battery and an electric double layer capacitor are combined has been proposed (see, for example, Patent Document 3).

特開2000−350308号公報JP 2000-350308 A 特開2006− 25489号公報JP 2006-25489 A 特開2004− 56995号公報JP 2004-56995 A

特許文献1に記載のバッテリは、リチウムイオン蓄電池であり、当該リチウムイオン蓄電池の原理上、大電力の入出力には適さない。つまり、リチウムイオン蓄電池を用いた場合、バッテリから大電力を出力できないので、バッテリ出力を用いた気動車の加速は、遅い。また、気動車が高速で走行している状態から減速する際に生じる回生電力は大きいけれども、この大きな回生電力を、リチウムイオン蓄電池では十分に回収できない。   The battery described in Patent Document 1 is a lithium ion storage battery, and is not suitable for high power input / output due to the principle of the lithium ion storage battery. That is, when a lithium ion storage battery is used, large power cannot be output from the battery, so the acceleration of the train using the battery output is slow. Moreover, although the regenerative electric power generated when decelerating from the state where the diesel car is traveling at a high speed is large, the large regenerative electric power cannot be sufficiently recovered by the lithium ion storage battery.

また、特許文献2に記載の構成では、フライホイールに接続されるモータ/ジェネレータの容量によって、単位時間当たりに入出力可能な電力量が変わる。このため、大電力を入出力するためには、モータ/ジェネレータのサイズが大きくなってしまう。   In the configuration described in Patent Document 2, the amount of power that can be input / output per unit time varies depending on the capacity of the motor / generator connected to the flywheel. For this reason, in order to input and output large power, the size of the motor / generator becomes large.

特許文献3に記載の電気二重層キャパシタは、リチウムイオン蓄電池のエネルギ密度と比べて低いエネルギ密度を有している。しかしながら、電気二重層キャパシタは、大電力の入出力が可能である。そのため、特許文献3に記載の構成では、電気二重層キャパシタとリチウムイオン蓄電池との併用により、大電力の入出力が可能でありながら、大容量の電力を蓄電することができるようになる。しかしながら、リチウムイオン蓄電池は、その特性上、深い充電及び放電を行うと、寿命が短くなってしまう。そこで、リチウムイオン蓄電池の充電量及び放電量を浅くした状態で、当該リチウムイオン蓄電池が使用されることとなる。しかしながら、このような使用方法では、リチウムイオン蓄電池のエネルギ密度は、見かけ上小さくなってしまう。このため、必要な蓄電容量を確保するために、リチウムイオン蓄電池を多数設ける必要があり、多数のリチウムイオン蓄電池全体のサイズが大きくなってしまうという問題があった。加えて、リチウムイオン蓄電池は、冷却装置を必要とする。このため、リチウムイオン蓄電池及び冷却装置を含めたシステム全体のサイズは、さらに大きくなる。その上、リチウムイオン蓄電池は、化学電池であり、廃棄される際に用いる場合、地球環境に悪影響を及ぼすおそれがある。   The electric double layer capacitor described in Patent Document 3 has a lower energy density than that of a lithium ion storage battery. However, the electric double layer capacitor can input and output large power. Therefore, in the configuration described in Patent Document 3, a large amount of power can be stored while a large amount of power can be input and output by using the electric double layer capacitor and the lithium ion storage battery in combination. However, the lithium ion storage battery has a short life due to its characteristics when deep charging and discharging are performed. Then, the said lithium ion storage battery will be used in the state which made shallow the charge amount and discharge amount of a lithium ion storage battery. However, in such a usage method, the energy density of the lithium ion storage battery is apparently reduced. For this reason, in order to ensure a required electrical storage capacity, it was necessary to provide many lithium ion storage batteries, and there existed a problem that the size of the whole many lithium ion storage batteries will become large. In addition, lithium ion storage batteries require a cooling device. For this reason, the size of the entire system including the lithium ion storage battery and the cooling device is further increased. In addition, the lithium ion storage battery is a chemical battery, and when used when discarded, there is a risk of adversely affecting the global environment.

本発明は、上記実情に鑑みることにより、大電力の入出力が可能であり、蓄電容量が大きく、コンパクトであり、且つ、地球環境への負担をより少なくできる電力回生システム及びこれを備える車両を提供することを、目的とする。   In view of the above circumstances, the present invention provides a power regeneration system that can input / output large power, has a large storage capacity, is compact, and can reduce the burden on the global environment, and a vehicle including the power regeneration system. The purpose is to provide.

(1)上記課題を解決するために、この発明のある局面に係わる電力回生システムは、キャパシタを含むキャパシタ部と、フライホイール、及び、このフライホイールと運動エネルギの入出力を可能なモータジェネレータを含むフライホイール部と、前記キャパシタ部、前記モータジェネレータ、及び前記電力回生システムの外部のそれぞれと電力の入出力を可能に構成されたインターフェイス部と、を備え、前記インターフェイス部は、前記キャパシタ部に蓄積された電力を出力可能であるか、又は前記キャパシタ部に蓄積された電力と前記モータジェネレータで発電された電力の両方を同時に出力可能である。   (1) In order to solve the above-described problem, an electric power regeneration system according to an aspect of the present invention includes a capacitor unit including a capacitor, a flywheel, and a motor generator capable of inputting and outputting kinetic energy with the flywheel. A flywheel unit including an interface unit configured to be able to input and output power with each of the capacitor unit, the motor generator, and the outside of the power regeneration system, and the interface unit is connected to the capacitor unit. The stored power can be output, or both the power stored in the capacitor unit and the power generated by the motor generator can be output simultaneously.

この構成によると、大電力を入出力可能なキャパシタが設けられている。このため、電力回生システムは、大電力の入出力を、キャパシタ部において行わせることができる。また、フライホイールは、回転により生じる慣性モーメントによって、大きな運動エネルギを蓄えることができる。このため、モータジェネレータにおいて、電力をフライホイールの運動エネルギに変換することで、フライホイール部における蓄電容量を大きくできる。また、大電力の入出力動作はキャパシタ部が担うため、フライホイール部は、大電力を入出力する必要がない。このため、フライホイール部のモータジェネレータを小さくすることができる。さらに、リチウムイオン蓄電池を用いない構成であるので、リチウムイオン蓄電池を冷却するための冷却装置が不要であり、電力回生システムを、より小さくできる。また、蓄電のための構成としてフライホイールが用いられている。フライホイールは、リチウムイオン蓄電池と異なり、廃棄される際に化学物質による地球環境の汚染のおそれが小さい。以上より、大電力の入出力が可能であり、蓄電容量が大きく、コンパクトであり、且つ、地球環境への負担をより少なくできる電力回生システムを提供できる。   According to this configuration, a capacitor capable of inputting and outputting large power is provided. For this reason, the power regeneration system can cause high-power input / output to be performed in the capacitor unit. Further, the flywheel can store a large amount of kinetic energy by the moment of inertia generated by the rotation. For this reason, in a motor generator, the electrical storage capacity in a flywheel part can be enlarged by converting electric power into the kinetic energy of a flywheel. In addition, since the capacitor unit is responsible for high power input / output operations, the flywheel unit does not need to input / output large power. For this reason, the motor generator of a flywheel part can be made small. Furthermore, since it is the structure which does not use a lithium ion storage battery, the cooling device for cooling a lithium ion storage battery is unnecessary, and a power regeneration system can be made smaller. Further, a flywheel is used as a configuration for storing electricity. Unlike a lithium ion battery, a flywheel is less likely to contaminate the global environment with chemical substances when discarded. As described above, it is possible to provide a power regeneration system that can input / output large power, has a large storage capacity, is compact, and can reduce the burden on the global environment.

(2)好ましくは、前記インターフェイス部は、前記キャパシタ部に蓄積された電力は出力せず、前記フライホイール部の前記モータジェネレータで生じた電力を前記外部へ出力可能である。   (2) Preferably, the interface unit does not output the electric power stored in the capacitor unit, and can output the electric power generated by the motor generator of the flywheel unit to the outside.

この構成によると、電力回生システムは、例えば、所定の電力以上の大電力を出力する必要がない場合、キャパシタの電力を温存しつつ、フライホイール部に蓄積された運動エネルギを電力に変換して出力することができる。これにより、電力回生システムは、機動的に、大電力の出力と、小電力の出力とを切り替えることができるので、電力を有効に活用することができる。   According to this configuration, the power regeneration system converts, for example, the kinetic energy stored in the flywheel unit into electric power while preserving the electric power of the capacitor, when it is not necessary to output a large electric power that exceeds a predetermined electric power. Can be output. As a result, the power regeneration system can flexibly switch between a high power output and a low power output, so that the power can be effectively utilized.

(3)好ましくは、前記インターフェイス部は、前記外部から入力された電力を、前記キャパシタ部へは出力せず、前記フライホイール部の前記モータジェネレータへ出力可能である。   (3) Preferably, the interface unit can output the electric power input from the outside to the motor generator of the flywheel unit without outputting the electric power to the capacitor unit.

この構成によると、例えば、電力回生システムに所定の電力未満の小電力が入力された場合、フライホイール部における蓄電容量よりも小さい蓄電容量を有するキャパシタには、当該小電力は、蓄電されないようにできる。これにより、蓄電容量の少ないキャパシタを、大電力が入力されたときに備えて温存しておくことができる。よって、電力回生システムに大電力が入力された場合に、キャパシタ部に当該大電力を蓄電することができる。したがって、電力回生システムは、回生電力を、有効に回収することができる。   According to this configuration, for example, when a small power less than a predetermined power is input to the power regeneration system, the small power is not stored in the capacitor having a storage capacity smaller than the storage capacity in the flywheel unit. it can. As a result, a capacitor with a small storage capacity can be preserved in preparation for when a large amount of power is input. Therefore, when high power is input to the power regeneration system, the high power can be stored in the capacitor unit. Therefore, the power regeneration system can effectively recover the regenerative power.

(4)好ましくは、前記インターフェイス部は、所定の電力負荷としての電力需要先に接続可能に構成されており、且つ、前記外部から入力された電力を前記キャパシタ部及び前記フライホイール部の何れにおいても蓄積不能である場合に、前記外部から入力された電力を、前記電力需要先に出力するように構成されている。   (4) Preferably, the interface unit is configured to be connectable to a power demand destination as a predetermined power load, and the electric power input from the outside is in any of the capacitor unit and the flywheel unit. When the power cannot be stored, the power input from the outside is configured to be output to the power demand destination.

この構成によると、電力回生システムは、回生電力を別の電力需要先に回送することで、当該回生電力を、より有効に利用することができる。   According to this configuration, the power regeneration system can use the regenerative power more effectively by forwarding the regenerative power to another power demand destination.

(5)好ましくは、前記インターフェイス部は、所定の電力負荷としての電力需要先に接続可能に構成されており、且つ、前記外部から電力が入力された場合に、前記キャパシタ部への給電及び前記フライホイール部の前記モータジェネレータへの給電に優先して、前記外部からの電力を前記電力需要先へ出力可能である。   (5) Preferably, the interface unit is configured to be connectable to a power demand destination as a predetermined power load, and when power is input from the outside, the power supply to the capacitor unit and the capacitor unit Prior to power supply to the motor generator of the flywheel unit, it is possible to output power from the outside to the power demand destination.

この構成によると、例えば、別の電力需要先ですぐに電力が利用される場合、電力回生システムでの電力保持に要するエネルギが消費されることなく、電力が上記別の電力需要先に出力される。これにより、回生電力の更なる有効活用が実現される。   According to this configuration, for example, when power is immediately used at another power demand destination, the energy required for power retention in the power regeneration system is not consumed, and the power is output to the other power demand destination. The Thereby, the further effective utilization of regenerative electric power is implement | achieved.

(6)好ましくは、前記インターフェイス部は、前記キャパシタ部と前記フライホイール部の前記モータジェネレータとを、前記キャパシタ部と前記フライホイール部との間で電力の入出力をするために接続可能である。   (6) Preferably, the interface unit is connectable to input and output power between the capacitor unit and the flywheel unit between the capacitor unit and the motor generator of the flywheel unit. .

この構成によると、蓄電容量は少ないけれども大電力を入出力可能なキャパシタ部と、大電力の入出力はできないけれども蓄電容量が大きいフライホイール部との間での、エネルギの入出力が可能である。その結果、電力回生システムは、必要とされる電力の態様に応じて、キャパシタ部から外部への給電と、フライホイール部から外部への給電とを使い分けることができる。したがって、電力回生システムは、電力の需要に柔軟に対応できる。   According to this configuration, energy can be input and output between a capacitor unit that has a small storage capacity but can input and output large power and a flywheel unit that cannot input and output large power but has a large storage capacity. . As a result, the power regeneration system can selectively use power feeding from the capacitor unit to the outside and power feeding from the flywheel unit to the outside depending on the required power mode. Therefore, the power regeneration system can flexibly meet the demand for power.

(7)好ましくは、前記インターフェイス部は、複数の電力供給部に接続されており、且つ、複数の前記電力供給部からの電力を、前記キャパシタ又は前記モータジェネレータへ出力可能である。   (7) Preferably, the interface unit is connected to a plurality of power supply units, and can output power from the plurality of power supply units to the capacitor or the motor generator.

この構成によると、複数の電力入力部からの電力を、電力回生システムで蓄積できる。これにより、複数の電力入力部からの電力が、より有効に活用される。   According to this configuration, power from a plurality of power input units can be stored in the power regeneration system. Thereby, the electric power from a several electric power input part is utilized more effectively.

(8)上記課題を解決するために、この発明のある局面に係わる車両は、車輪と、前記車輪に連結されたモータと、前記の電力回生システムと、を備え、前記モータは、前記電力回生システムの前記外部として設けられており、前記インターフェイス部との間で電力の入出力を可能である。   (8) In order to solve the above-described problem, a vehicle according to an aspect of the present invention includes a wheel, a motor connected to the wheel, and the power regeneration system, and the motor regenerates the power. It is provided as the outside of the system, and power can be input / output to / from the interface unit.

この構成によると、大電力の入出力が可能であり、蓄電容量が大きく、コンパクトであり、且つ、地球環境への負荷をより少なくできる電力回生システムを備えた車両を実現できる。よって、車両全体としても、コンパクトな構成を実現できる。   According to this configuration, it is possible to realize a vehicle that can input / output large power, has a large storage capacity, is compact, and includes a power regeneration system that can reduce the load on the global environment. Therefore, a compact configuration can be realized for the entire vehicle.

本発明によると、大電力の入出力が可能であり、且つ蓄電容量が大きく、コンパクトであり、且つ、地球環境への負担をより少なくできる電力回生システムを提供することができる。   According to the present invention, it is possible to provide a power regeneration system that can input / output large power, has a large storage capacity, is compact, and can reduce the burden on the global environment.

本発明の第1実施形態に係る電力回生システムを備える鉄道車両の模式的な側面図である。It is a typical side view of a railway vehicle provided with the electric power regeneration system which concerns on 1st Embodiment of this invention. 鉄道車両の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of a rail vehicle. 鉄道車両の加速時の電力の流れを説明するための、鉄道車両のブロック図である。It is a block diagram of a railway vehicle for demonstrating the flow of the electric power at the time of acceleration of a railway vehicle. 鉄道車両の加速時の電力の流れを説明するための、グラフ図である。It is a graph for demonstrating the flow of the electric power at the time of acceleration of a railway vehicle. 鉄道車両の抑速ブレーキ時の電力の流れを説明するための、鉄道車両のブロック図である。It is a block diagram of a railway vehicle for demonstrating the flow of the electric power at the time of the deceleration brake of a railway vehicle. 鉄道車両の減速時(その1)の電力の流れを説明するための、鉄道車両のブロック図である。It is a block diagram of a railway vehicle for demonstrating the flow of the electric power at the time of the deceleration of a railway vehicle (the 1). 鉄道車両の減速時の電力の流れを説明するための、グラフ図である。It is a graph for demonstrating the flow of the electric power at the time of the deceleration of a railway vehicle. 鉄道車両の減速時(その2)の電力の流れを説明するための、鉄道車両のブロック図である。It is a block diagram of a railway vehicle for demonstrating the flow of the electric power at the time of the deceleration of a railway vehicle (the 2). 鉄道車両の停車時における電力の流れを説明するための、鉄道車両のブロック図である。It is a block diagram of a railway vehicle for demonstrating the flow of the electric power at the time of a railway vehicle stop. 鉄道車両が慣性で走行している場合の電力の流れを説明するための、鉄道車両のブロック図である。It is a block diagram of a railway vehicle for demonstrating the flow of electric power when the railway vehicle is drive | working by inertia. 本発明の第2実施形態に係る電力回生システムを備える鉄道車両の模式的な側面図である。It is a typical side view of a railway vehicle provided with the electric power regeneration system which concerns on 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第2実施形態に係る鉄道車両の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the rail vehicle which concerns on 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第2実施形態に係る鉄道車両の加速時の電力の流れを説明するための、鉄道車両のブロック図である。It is a block diagram of a railway vehicle for demonstrating the flow of the electric power at the time of the acceleration of the railway vehicle which concerns on 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第2実施形態に係る鉄道車両の加速時の電力の流れを説明するための、グラフ図である。It is a graph for demonstrating the flow of the electric power at the time of the acceleration of the railway vehicle which concerns on 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第2実施形態に係る鉄道車両の減速時の電力の流れを説明するための、鉄道車両のブロック図である。It is a block diagram of a railway vehicle for demonstrating the flow of the electric power at the time of the deceleration of the railway vehicle which concerns on 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第2実施形態に係る鉄道車両の減速時の電力の流れを説明するための、グラフ図である。It is a graph for demonstrating the flow of the electric power at the time of the deceleration of the rail vehicle which concerns on 2nd Embodiment of this invention.

以下、本発明を実施するための形態について図面を参照しつつ説明する。尚、本発明は、以下の実施形態で例示した形態に限らず、電力回生システムとして広く適用することができる。   Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings. In addition, this invention is not limited to the form illustrated by the following embodiment, It can apply widely as an electric power regeneration system.

[第1実施形態]
[鉄道車両の概略構成]
図1は、本発明の第1実施形態に係る電力回生システム8を備える鉄道車両1の模式的な側面図である。図2は、鉄道車両1の構成を示すブロック図である。図1及び図2を参照して、本実施形態において、鉄道車両1は、本発明の「車両」の一例としての気動車であり、内燃機関としてのエンジン5で発生した動力を電力に変換し、この電力を用いたモータ12の駆動によって、走行する。
[First Embodiment]
[Schematic configuration of railway vehicle]
FIG. 1 is a schematic side view of a railway vehicle 1 including a power regeneration system 8 according to the first embodiment of the present invention. FIG. 2 is a block diagram showing the configuration of the railway vehicle 1. With reference to FIG.1 and FIG.2, in this embodiment, the rail vehicle 1 is a pneumatic vehicle as an example of the "vehicle" of this invention, converts the motive power generated with the engine 5 as an internal combustion engine into electric power, The vehicle travels by driving the motor 12 using this electric power.

鉄道車両1は、車体2と、台車3と、車輪4と、エンジン5と、ジェネレータ6と、コンバータ7と、電力回生システム8と、インバータ9と、ユーティリティ機器10と、第1インバータコンバータ11と、モータ12と、を有している。   The railway vehicle 1 includes a vehicle body 2, a carriage 3, wheels 4, an engine 5, a generator 6, a converter 7, a power regeneration system 8, an inverter 9, a utility device 10, and a first inverter converter 11. And a motor 12.

車体2の下部に、台車3が複数(例えば2つ)設けられている。各台車3に、複数(例えば、4つ)の車輪4が設けられている。   A plurality of (for example, two) carriages 3 are provided at the lower portion of the vehicle body 2. Each cart 3 is provided with a plurality of (for example, four) wheels 4.

エンジン5は、ディーゼル機関等の内燃機関であり、車体2に収容されている。エンジン5の出力は、ジェネレータ6に与えられる。   The engine 5 is an internal combustion engine such as a diesel engine and is housed in the vehicle body 2. The output of the engine 5 is given to the generator 6.

ジェネレータ6は、例えば、回転子と固定子とを有する発電機であり、エンジン5の出力軸の回転によって上記回転子が回転される。これにより、ジェネレータ6は、交流電力を、コンバータ7へ出力する。   The generator 6 is a generator having, for example, a rotor and a stator, and the rotor is rotated by the rotation of the output shaft of the engine 5. Thereby, generator 6 outputs AC power to converter 7.

コンバータ7は、交流電力を直流電力へ変換する電力変換器として設けられている。コンバータ7は、ジェネレータ6からの交流電力を直流電力に変換し、当該直流電力を電力回生システム8へ出力する。   The converter 7 is provided as a power converter that converts AC power into DC power. Converter 7 converts AC power from generator 6 into DC power and outputs the DC power to power regeneration system 8.

電力回生システム8は、ジェネレータ6(エンジン5)からの電力、及びモータ12からの回生電力を蓄積可能であり、蓄積したエネルギを、電力としてユーティリティ機器10及びモータ12へ出力するように構成されている。電力回生システム8の詳細は、後述する。電力回生システム8は、インバータ9に接続されている。   The power regeneration system 8 can store power from the generator 6 (engine 5) and regenerative power from the motor 12, and is configured to output the stored energy to the utility device 10 and the motor 12 as power. Yes. Details of the power regeneration system 8 will be described later. The power regeneration system 8 is connected to the inverter 9.

インバータ9は、直流電力を交流電力に変換する電力変換器として設けられている。インバータ9は、電力回生システム8から出力された直流電力を交流電力に変換し、この交流電力を、ユーティリティ機器10へ出力する。   The inverter 9 is provided as a power converter that converts DC power into AC power. The inverter 9 converts the DC power output from the power regeneration system 8 into AC power, and outputs this AC power to the utility device 10.

ユーティリティ機器10は、乗員等に利用される機器である。ユーティリティ機器10として、エアコンディショナ、電灯等を例示することができる。ユーティリティ機器10は、電力を消費する電力負荷である。本実施形態では、ユーティリティ機器10からは、電力は出力されない。   The utility device 10 is a device used by a passenger or the like. As the utility device 10, an air conditioner, an electric light, etc. can be illustrated. The utility device 10 is a power load that consumes power. In the present embodiment, no power is output from the utility device 10.

第1インバータコンバータ11は、電力変換器であり、直流電力は交流電力に変換し、交流電力は直流電力に変換する。第1インバータコンバータ11は、コンバータ7を介したジェネレータ6からの直流電力、及び電力回生システム8からの直流電力を、交流電力に変換し、この交流電力をモータ12へ出力する。また、第1インバータコンバータ11は、モータ12からの回生電力としての交流電力を直流電力に変換する。この直流電力は、電力回生システム8へ与えられ、さらに電力回生システム8において、電力回生システム8又はインバータ9へ配分される。   The first inverter converter 11 is a power converter, which converts DC power into AC power, and converts AC power into DC power. The first inverter converter 11 converts the DC power from the generator 6 via the converter 7 and the DC power from the power regeneration system 8 into AC power, and outputs this AC power to the motor 12. The first inverter converter 11 converts AC power as regenerative power from the motor 12 into DC power. This DC power is supplied to the power regeneration system 8 and further distributed to the power regeneration system 8 or the inverter 9 in the power regeneration system 8.

モータ12は、回転電機である。モータ12の回転子は、車輪4に連結されており、第1インバータコンバータ11から与えられた交流電力によって駆動する。これにより、鉄道車両1が走行する。また、モータ12の回転子は、鉄道車両1の減速時及び抑速ブレーキ時(速度増加抑制時)に、車輪4からの回転力を受けて回転される。これにより、モータ12は、発電機として機能し、交流電力を第1インバータコンバータ11へ出力する。   The motor 12 is a rotating electrical machine. The rotor of the motor 12 is connected to the wheels 4 and is driven by AC power supplied from the first inverter converter 11. Thereby, the rail vehicle 1 travels. In addition, the rotor of the motor 12 is rotated by receiving the rotational force from the wheels 4 when the railway vehicle 1 is decelerated and when the brake is braked (when the speed increase is suppressed). Thereby, the motor 12 functions as a generator and outputs AC power to the first inverter converter 11.

次に、電力回生システム8の構成を説明する。電力回生システム8は、インターフェイス部13と、キャパシタ部14と、フライホイール部15と、を有している。   Next, the configuration of the power regeneration system 8 will be described. The power regeneration system 8 includes an interface unit 13, a capacitor unit 14, and a flywheel unit 15.

インターフェイス部13は、コンバータ7、インバータ9、第1インバータコンバータ11、キャパシタ部14、及びフライホイール部15の後述する第2インバータコンバータ16に接続されている。インターフェイス部13は、本実施形態では、電力配分器として設けられている。インターフェイス部13は、ジェネレータ(電力供給部)6、ユーティリティ機器(電力負荷としての電力需要先)10、モータ(電力供給部)12、キャパシタ部14、及び後述するモータジェネレータ17のそれぞれと電力を入出力可能に構成されている。   The interface unit 13 is connected to a converter 7, an inverter 9, a first inverter converter 11, a capacitor unit 14, and a second inverter converter 16 described later of the flywheel unit 15. In the present embodiment, the interface unit 13 is provided as a power distributor. The interface unit 13 inputs power to each of the generator (power supply unit) 6, utility equipment (power demand destination as a power load) 10, motor (power supply unit) 12, capacitor unit 14, and motor generator 17 described later. It is configured to allow output.

本実施形態では、インターフェイス部13は、例えば、PLC(Programmable Logic Controller)であり、CPU(Central Processing Unit)、RAM(Random Access Memory)、ROM(Read Only Memory)等を含んでいる。インターフェイス部13は、このインターフェイス部13に入出力される電力値等に基づいて、電力の配分を設定することができる。   In the present embodiment, the interface unit 13 is, for example, a PLC (Programmable Logic Controller), and includes a CPU (Central Processing Unit), a RAM (Random Access Memory), a ROM (Read Only Memory), and the like. The interface unit 13 can set power distribution based on a power value input / output to / from the interface unit 13 or the like.

尚、本実施形態では、インターフェイス部13がソフトウェアによってプログラム的に動作する例を説明する。しかしながら、インターフェイス部13は、リレー回路によって構成されていてもよいし、他の機構によって構成されていてもよい。   In the present embodiment, an example in which the interface unit 13 operates programmatically by software will be described. However, the interface unit 13 may be configured by a relay circuit or may be configured by another mechanism.

キャパシタ部14は、静電容量によって電荷を蓄えることで蓄電(充電)するように構成されている。キャパシタ部14として、電気二重層キャパシタ等を例示することができる。キャパシタ部14は、インターフェイス部13から直流電力を与えられることで蓄電する。また、キャパシタ部14は、蓄積した電力を、インターフェイス部13へ出力可能である。キャパシタ部14は、大電力を入出力可能である。但し、キャパシタ部14の蓄電容量は、フライホイール部15における蓄電容量より小さい。尚、本実施形態において、「大電力」とは、フライホイール部15において入出力可能な電力よりも大きい電力のことをいう。   The capacitor unit 14 is configured to be charged (charged) by accumulating electric charges by electrostatic capacity. An example of the capacitor unit 14 is an electric double layer capacitor. The capacitor unit 14 is charged by receiving DC power from the interface unit 13. Further, the capacitor unit 14 can output the accumulated power to the interface unit 13. The capacitor unit 14 can input and output large power. However, the storage capacity of the capacitor unit 14 is smaller than the storage capacity of the flywheel unit 15. In the present embodiment, “high power” refers to power that is larger than power that can be input and output in the flywheel unit 15.

フライホイール部15は、電力をフライホイール18の運動エネルギに変換し、この運動エネルギを保存するように構成されている。また、フライホイール部15は、保存した運動エネルギを電力に変換し、この電力を出力するように構成されている。   The flywheel unit 15 is configured to convert electric power into kinetic energy of the flywheel 18 and store this kinetic energy. The flywheel unit 15 is configured to convert the stored kinetic energy into electric power and output the electric power.

フライホイール部15は、第2インバータコンバータ16と、モータジェネレータ17と、フライホイール18と、を有している。   The flywheel unit 15 includes a second inverter converter 16, a motor generator 17, and a flywheel 18.

第2インバータコンバータ16は、電力変換器であり、直流電力は交流電力に変換し、交流電力は直流電力に変換する。第2インバータコンバータ16は、インターフェイス部13からの直流電力を交流電力に変換し、この交流電力をモータジェネレータ17へ出力する。また、第2インバータコンバータ16は、モータジェネレータ17からの交流電力を直流電力に変換し、この直流電力をインターフェイス部13へ出力する。   The second inverter converter 16 is a power converter, which converts DC power into AC power, and converts AC power into DC power. Second inverter converter 16 converts DC power from interface unit 13 into AC power and outputs this AC power to motor generator 17. Second inverter converter 16 converts AC power from motor generator 17 into DC power, and outputs this DC power to interface unit 13.

モータジェネレータ17は、回転電機であり、固定子と、回転子とを有している。回転子は、フライホイール18に連結されている。モータジェネレータ17は、交流電力を与えられることで、回転子及びフライホイール18を回転する。一方、モータジェネレータ17は、フライホイール18によって回転子を回転されることで発電し、交流電力を第2モータジェネレータ17へ出力する。   The motor generator 17 is a rotating electrical machine, and has a stator and a rotor. The rotor is connected to the flywheel 18. The motor generator 17 rotates the rotor and the flywheel 18 by being supplied with AC power. On the other hand, the motor generator 17 generates power by rotating the rotor by the flywheel 18 and outputs AC power to the second motor generator 17.

フライホイール18は、モータジェネレータ17と運動エネルギの入出力(入力及び出力)が可能に構成されている。具体的には、フライホイール18は、所定の質量を有する円盤状部材であり、モータジェネレータ17の回転子に連結されている。尚、フライホイール18とモータジェネレータ17の回転子とは、直結されていてもよいし、変速機を介して連結されていてもよい。フライホイール18は、モータジェネレータ17からトルクを与えられることで空転し、これにより、運動エネルギを蓄積する。また、フライホイール18は、モータジェネレータ17の回転子にトルクを与えることで、回転子を回転させ、モータジェネレータ17に発電を行わせる。   The flywheel 18 is configured to be able to input and output (input and output) kinetic energy with the motor generator 17. Specifically, the flywheel 18 is a disk-shaped member having a predetermined mass, and is connected to the rotor of the motor generator 17. In addition, the flywheel 18 and the rotor of the motor generator 17 may be directly connected or may be connected via a transmission. The flywheel 18 rotates idly by being given torque from the motor generator 17, thereby accumulating kinetic energy. The flywheel 18 applies torque to the rotor of the motor generator 17 to rotate the rotor and cause the motor generator 17 to generate power.

本実施形態では、フライホイール部15において、モータジェネレータ17は、小電力を入出力可能である。尚、本実施形態において、「小電力」とは、キャパシタ部14において入出力可能な電力の最大値よりも、小さい値の電力のことをいう。   In the present embodiment, in the flywheel unit 15, the motor generator 17 can input and output small power. In the present embodiment, “small power” refers to power having a value smaller than the maximum value of power that can be input and output in the capacitor unit 14.

以上が、鉄道車両1の概略構成である。   The above is the schematic configuration of the railway vehicle 1.

[鉄道車両1の基本動作]
次に、鉄道車両1における基本動作の一例を説明する。本実施形態では、鉄道車両1における基本動作として、以下の(1)〜(8)の動作態様が設定されている。
[Basic operation of railway vehicle 1]
Next, an example of a basic operation in the railway vehicle 1 will be described. In the present embodiment, the following operation modes (1) to (8) are set as basic operations in the railway vehicle 1.

基本動作(1)においては、インターフェイス部13は、モータ12に必要な電力値としての第1電力要求値を検出する。インターフェイス部13は、第1電力要求値が、所定の第1要求しきい値Th1未満である場合、フライホイール部15からの電力をモータ12へ出力する処理を行う。より具体的には、インターフェイス部13は、第1インバータコンバータ11と、第2インバータコンバータ16とを接続する。これにより、フライホイール18の運動エネルギは、モータジェネレータ17によって交流電力に変換された後、第2インバータコンバータ16で直流電力に変換される。この直流電力は、インターフェイス部13を通って第1インバータコンバータ11で交流電力に変換され、モータ12へ出力される。この場合、インターフェイス部13は、キャパシタ部14に蓄積された電力は出力しない。   In the basic operation (1), the interface unit 13 detects a first power requirement value as a power value necessary for the motor 12. The interface unit 13 performs a process of outputting the power from the flywheel unit 15 to the motor 12 when the first power request value is less than a predetermined first request threshold value Th1. More specifically, the interface unit 13 connects the first inverter converter 11 and the second inverter converter 16. Thereby, the kinetic energy of the flywheel 18 is converted into AC power by the motor generator 17 and then converted into DC power by the second inverter converter 16. This DC power is converted into AC power by the first inverter converter 11 through the interface unit 13 and output to the motor 12. In this case, the interface unit 13 does not output the power stored in the capacitor unit 14.

基本動作(2)においては、インターフェイス部13は、モータ12に必要な電力値としての第1電力要求値を検出する。第1電力要求値が、第1要求しきい値Th1以上である場合、インターフェイス部13は、フライホイール部15からの電力及びキャパシタ部14からの電力をモータ12へ出力する。より具体的には、インターフェイス部13は、第1インバータコンバータ11と、第2インバータコンバータ16とを接続するとともに、第1インバータコンバータ11と、キャパシタ部14とを接続する。これにより、フライホイール部15からの直流電力は、インターフェイス部13、及び第1インバータコンバータ11を介してモータ12へ出力される。また、キャパシタ部14からの直流電力は、インターフェイス部13、及び第1インバータコンバータ11を介してモータ12へ出力される。   In the basic operation (2), the interface unit 13 detects a first power requirement value as a power value necessary for the motor 12. When the first power request value is equal to or greater than the first request threshold value Th1, the interface unit 13 outputs the power from the flywheel unit 15 and the power from the capacitor unit 14 to the motor 12. More specifically, the interface unit 13 connects the first inverter converter 11 and the second inverter converter 16, and connects the first inverter converter 11 and the capacitor unit 14. As a result, the DC power from the flywheel unit 15 is output to the motor 12 via the interface unit 13 and the first inverter converter 11. The DC power from the capacitor unit 14 is output to the motor 12 via the interface unit 13 and the first inverter converter 11.

尚、基本動作(2)においては、フライホイール部15は、第1インバータコンバータ11と接続されなくてもよい。この場合、電力回生システム8のうちのキャパシタ部14のみからの電力が、インターフェイス部13及び第1インバータコンバータ11を介して、モータ12へ出力される。   In the basic operation (2), the flywheel unit 15 may not be connected to the first inverter converter 11. In this case, power from only the capacitor unit 14 in the power regeneration system 8 is output to the motor 12 via the interface unit 13 and the first inverter converter 11.

基本動作(3)においては、インターフェイス部13は、第1インバータコンバータ11(モータ12)から出力された電力値を測定する。この電力値が、所定の第1出力しきい値Th10未満である場合、インターフェイス部13は、第1インバータコンバータ11と、第2インバータコンバータ16とを接続する。これにより、第1インバータコンバータ11からの電力は、インターフェイス部13及び第2インバータコンバータ16を介してモータジェネレータ17へ出力され、その結果、フライホイール18に運動エネルギが付与される。即ち、フライホイール部15での蓄電が行われる。この場合、モータ12からの電力は、キャパシタ部14へは出力されない。   In the basic operation (3), the interface unit 13 measures the power value output from the first inverter converter 11 (motor 12). When the power value is less than a predetermined first output threshold value Th10, the interface unit 13 connects the first inverter converter 11 and the second inverter converter 16. Thereby, the electric power from the first inverter converter 11 is output to the motor generator 17 via the interface unit 13 and the second inverter converter 16, and as a result, kinetic energy is applied to the flywheel 18. That is, power storage in the flywheel unit 15 is performed. In this case, the electric power from the motor 12 is not output to the capacitor unit 14.

基本動作(4)においては、インターフェイス部13は、第1インバータコンバータ11から出力された電力値を測定する。この電力値が、第1出力しきい値Th10以上である場合、インターフェイス部13は、第1インバータコンバータ11と第2インバータコンバータ16とを接続し、且つ、第1インバータコンバータ11と、キャパシタ部14とを接続する。これにより、第1インバータコンバータ11からの電力は、フライホイール部15でフライホイール18の運動エネルギに変換される。即ち、フライホイール部15で蓄電が行われる。また、第1インバータコンバータ11からの電力は、キャパシタ部14へ与えられ、キャパシタ部14で蓄電される。   In the basic operation (4), the interface unit 13 measures the power value output from the first inverter converter 11. When the power value is equal to or greater than the first output threshold Th10, the interface unit 13 connects the first inverter converter 11 and the second inverter converter 16, and the first inverter converter 11 and the capacitor unit 14 And connect. Thereby, the electric power from the first inverter converter 11 is converted into the kinetic energy of the flywheel 18 by the flywheel unit 15. That is, electricity is stored in the flywheel unit 15. Further, the electric power from the first inverter converter 11 is supplied to the capacitor unit 14 and stored in the capacitor unit 14.

尚、基本動作(4)においては、インターフェイス部13は、第1インバータコンバータ11と、第2インバータコンバータ16とを接続しなくてもよい。この場合、第1インバータコンバータ11からの電力は、キャパシタ部14に蓄積されるけれども、フライホイール部15には蓄積されない。   In the basic operation (4), the interface unit 13 may not connect the first inverter converter 11 and the second inverter converter 16. In this case, the electric power from the first inverter converter 11 is accumulated in the capacitor unit 14 but is not accumulated in the flywheel unit 15.

基本動作(5)においては、インターフェイス部13は、キャパシタ部14の蓄電量と、フライホイール部15の蓄電量(フライホイール部15へ出力された電力量)と、を測定する。インターフェイス部13は、キャパシタ部14について満充電でありこれ以上蓄電され得ないと判定し、且つ、フライホイール部15でこれ以上運動エネルギを蓄積できないと判定した場合、このインターフェイス部13に入力される電力を、インバータ9を介してユーティリティ機器10へ出力する。これにより、モータ12から出力された回生電力は、ユーティリティ機器10で消費される。このような処理により、モータ12からの回生電力が無駄になることを抑制できる。   In the basic operation (5), the interface unit 13 measures the amount of electricity stored in the capacitor unit 14 and the amount of electricity stored in the flywheel unit 15 (the amount of power output to the flywheel unit 15). When the interface unit 13 determines that the capacitor unit 14 is fully charged and cannot store any more power, and determines that the kinetic energy cannot be stored any more by the flywheel unit 15, the interface unit 13 inputs this. The electric power is output to the utility device 10 via the inverter 9. Thereby, the regenerative power output from the motor 12 is consumed by the utility device 10. By such processing, it is possible to prevent the regenerative power from the motor 12 from being wasted.

尚、基本動作(5)においては、インターフェイス部13は、第1インバータコンバータ11(モータ12)からの電力をユーティリティ機器10へ出力する代わりに、インターフェイス部13で消費してもよい。   In the basic operation (5), the interface unit 13 may consume the power from the first inverter converter 11 (motor 12) at the interface unit 13 instead of outputting it to the utility device 10.

基本動作(6)においては、インターフェイス部13は、第1インバータコンバータ11(モータ12)から回生電力が出力されているか否かを判定する。インターフェイス部13は、第1インバータコンバータ11から回生電力が出力されていると判定した場合、この電力を、電力回生システム8での蓄電に先立ち、ユーティリティ機器10へ出力する。インターフェイス部13がこのような制御を行うことで、モータ12からの電力は、電力を直ちに必要とするユーティリティ機器10へ供給される。これにより、電力回生システム8における蓄電時のエネルギロスを少なくできので、モータ12からの回生電力が無駄になることを抑制できる。   In the basic operation (6), the interface unit 13 determines whether regenerative power is output from the first inverter converter 11 (motor 12). When it is determined that the regenerative power is output from the first inverter converter 11, the interface unit 13 outputs this power to the utility device 10 prior to power storage in the power regeneration system 8. When the interface unit 13 performs such control, the electric power from the motor 12 is supplied to the utility device 10 that immediately needs the electric power. Thereby, since the energy loss at the time of the electrical storage in the electric power regeneration system 8 can be decreased, it can suppress that the regenerative electric power from the motor 12 is wasted.

基本動作(7)においては、インターフェイス部13は、コンバータ7(エンジン5)から電力が出力されているか否かを判定する。インターフェイス部13は、コンバータ7から電力が出力されていると判定した場合、インターフェイス部13は、コンバータ7からの電力を、第1インバータコンバータ11、キャパシタ部14、フライホイール部15、及びインバータ9の少なくとも一つに出力する。   In the basic operation (7), the interface unit 13 determines whether power is output from the converter 7 (engine 5). When the interface unit 13 determines that power is output from the converter 7, the interface unit 13 uses the power from the converter 7 to the first inverter converter 11, the capacitor unit 14, the flywheel unit 15, and the inverter 9. Output to at least one.

基本動作(8)においては、インターフェイス部13は、キャパシタ部14と、フライホイール部15の第2インバータコンバータ16とを接続する。この場合、キャパシタ部14とフライホイール18との間で、電力の入出力が行われる。尚、この場合、インターフェイス部13は、コンバータ7、インバータ9、及び第1インバータコンバータ11の何れかと、電力の入出力を行なってもかまわない。   In the basic operation (8), the interface unit 13 connects the capacitor unit 14 and the second inverter converter 16 of the flywheel unit 15. In this case, electric power is input / output between the capacitor unit 14 and the flywheel 18. In this case, the interface unit 13 may perform power input / output with any of the converter 7, the inverter 9, and the first inverter converter 11.

より具体的には、インターフェイス部13は、ある場面において、フライホイール18の回転によってモータジェネレータ17で生じた電力を、キャパシタ部14へ出力する。これにより、キャパシタ部14が蓄電する。また、インターフェイス部13は、別の場面において、キャパシタ部14の電力を、第2インバータコンバータ16へ出力する。これにより、モータジェネレータ17が駆動され、フライホイール18の運動エネルギが増加する。即ち、フライホイール部15で蓄電される。このような接続態様とすることで、インターフェイス部13は、大容量且つ小出力の特性を有するフライホイール部15の電力と、小容量且つ大出力の特性を有するキャパシタ部14の電力とを、電力需要に応じて、柔軟に出力できる。   More specifically, the interface unit 13 outputs electric power generated by the motor generator 17 due to the rotation of the flywheel 18 to the capacitor unit 14 in a certain scene. Thereby, the capacitor unit 14 stores electricity. The interface unit 13 outputs the power of the capacitor unit 14 to the second inverter converter 16 in another scene. Thereby, the motor generator 17 is driven and the kinetic energy of the flywheel 18 increases. That is, electricity is stored in the flywheel unit 15. By adopting such a connection mode, the interface unit 13 uses the power of the flywheel unit 15 having a large capacity and a small output characteristic and the power of the capacitor unit 14 having a small capacity and a large output characteristic. It can output flexibly according to demand.

[鉄道車両1の具体的な動作]
次に、鉄道車両1における具体的な動作の一例を説明する。本実施形態では、鉄道車両1における具体的な動作として、以下の(11)〜(16)の動作態様が設定されている。即ち、(11)加速時の動作と、(12)抑速ブレーキ時の動作と、(13)減速時の動作(その1)と、(14)減速時の動作(その2)と、(15)停車時の動作と、(16)慣性走行時の動作と、が設定されている。
[Specific operation of railway vehicle 1]
Next, an example of a specific operation in the railway vehicle 1 will be described. In the present embodiment, the following operation modes (11) to (16) are set as specific operations in the railway vehicle 1. (11) Operation during acceleration, (12) Operation during deceleration braking, (13) Operation during deceleration (Part 1), (14) Operation during deceleration (Part 2), (15 The operation at the time of stopping) and the operation at the time of (16) inertia traveling are set.

[(11)加速時の動作]
図3及び図4は、それぞれ、鉄道車両1の加速時の電力の流れを説明するための、鉄道車両1のブロック図及びグラフ図である。図4においては、横軸が時間であり、縦軸が出力である。図3及び図4を参照して、鉄道車両1の加速時の動作説明においては、予めキャパシタ部14に蓄電され、且つ、フライホイール18に運動エネルギが蓄積されている状態を前提に説明する。
[(11) Operation during acceleration]
FIGS. 3 and 4 are a block diagram and a graph, respectively, of the railway vehicle 1 for explaining the flow of electric power when the railway vehicle 1 is accelerated. In FIG. 4, the horizontal axis is time, and the vertical axis is output. With reference to FIG. 3 and FIG. 4, the description of the operation of the railway vehicle 1 during acceleration will be made on the assumption that the capacitor unit 14 is charged in advance and the kinetic energy is accumulated in the flywheel 18.

鉄道車両1は、加速時において、モータ12への電力源を、以下の(i)〜(iii)の優先順位で使用する。即ち、鉄道車両1は、加速時において、(i)フライホイール部15からの電力、(ii)キャパシタ部14からの電力、(iii)エンジン5(ジェネレータ6)からの電力の優先順位で、電力をモータ12へ出力する。   The railway vehicle 1 uses the power source to the motor 12 in the following priority orders (i) to (iii) during acceleration. In other words, the railway vehicle 1 is in the order of priority of (i) power from the flywheel unit 15, (ii) power from the capacitor unit 14, and (iii) power from the engine 5 (generator 6) during acceleration. Is output to the motor 12.

より具体的には、鉄道車両1の加速時、インターフェイス部13は、まず、第2インバータコンバータ16と第1インバータコンバータ11とを接続するとともに、第2インバータコンバータ16と、インバータ9とを接続する。これにより、時間t=t110〜t111における動作状態が実現される。即ち、フライホイール18の回転に伴うモータジェネレータ17からの電力は、矢印111,112で示すように、第2インバータコンバータ16、インターフェイス部13、第1インバータコンバータ11、モータ12の順に流れる。これにより、フライホイール部15からの電力がモータ12へ出力される。また、モータジェネレータ17からの電力は、矢印111,113に示すように、インバータ9を介してユーティリティ機器10にも与えられる。これにより、ユーティリティ機器10が動作する。   More specifically, when the railway vehicle 1 is accelerated, the interface unit 13 first connects the second inverter converter 16 and the first inverter converter 11, and connects the second inverter converter 16 and the inverter 9. . Thereby, the operation state at time t = t110 to t111 is realized. That is, the electric power from the motor generator 17 accompanying the rotation of the flywheel 18 flows in the order of the second inverter converter 16, the interface unit 13, the first inverter converter 11, and the motor 12 as indicated by arrows 111 and 112. Thereby, the electric power from the flywheel unit 15 is output to the motor 12. The electric power from the motor generator 17 is also given to the utility device 10 via the inverter 9 as indicated by arrows 111 and 113. As a result, the utility device 10 operates.

インターフェイス部13は、フライホイール部15からの電力が、このフライホイール部15における最大出力に達すると(時間t=t111)、さらに、キャパシタ部14と第1インバータコンバータ11とを接続するとともに、コンバータ7と第1インバータコンバータ11とを接続する。これにより、時間t=t111〜t112における動作状態が実現される。即ち、キャパシタ部14で蓄積された電力は、矢印114,112に示すように、インターフェイス部13、及び第1インバータコンバータ11を介して、モータ12へ出力される。また、コンバータ7からの電力は、矢印115,112に示すように、インターフェイス部13及び第1インバータコンバータ11を介して、モータ12へ出力される。その結果、モータ12は、フライホイール部15、キャパシタ部14及びエンジン5からの出力を受けて大出力を発生する。時間t=t111〜t112において、キャパシタ部14からの出力は、次第に大きくなった後、急峻に低下する。   When the electric power from the flywheel unit 15 reaches the maximum output in the flywheel unit 15 (time t = t111), the interface unit 13 further connects the capacitor unit 14 and the first inverter converter 11 and 7 and the first inverter converter 11 are connected. Thereby, the operation state at time t = t111 to t112 is realized. That is, the electric power stored in the capacitor unit 14 is output to the motor 12 via the interface unit 13 and the first inverter converter 11 as indicated by arrows 114 and 112. Further, the electric power from the converter 7 is output to the motor 12 via the interface unit 13 and the first inverter converter 11 as indicated by arrows 115 and 112. As a result, the motor 12 receives the outputs from the flywheel unit 15, the capacitor unit 14, and the engine 5 and generates a large output. At time t = t111 to t112, the output from the capacitor unit 14 gradually increases and then rapidly decreases.

インターフェイス部13は、キャパシタ部14からの出力がゼロになった(時間t=t112)後も、フライホイール部15からの電力を、モータ12及びユーティリティ機器10へ出力し続ける。そして、フライホイール18の回転数の低下に伴い、フライホイール部15からの電力がユーティリティ機器10の必要電力未満になると(時間t=t113)、インターフェイス部13は、コンバータ7とインバータ9とを接続する。これにより、矢印115,113に示すように、コンバータ7(エンジン5)からの電力は、インターフェイス部13、及びインバータ9を介して、ユーティリティ機器10へ供給される。さらに時間が経過し、フライホイール部15からの出力がゼロになった場合(時間t=t114)、ジェネレータ6(エンジン5)の出力のみによって、ユーティリティ機器10及びモータ12が駆動される。   The interface unit 13 continues to output the power from the flywheel unit 15 to the motor 12 and the utility device 10 even after the output from the capacitor unit 14 becomes zero (time t = t112). And if the electric power from the flywheel part 15 becomes less than the required electric power of the utility apparatus 10 with the fall of the rotation speed of the flywheel 18 (time t = t113), the interface part 13 will connect the converter 7 and the inverter 9 To do. Thereby, as indicated by arrows 115 and 113, the electric power from the converter 7 (engine 5) is supplied to the utility device 10 via the interface unit 13 and the inverter 9. When time further elapses and the output from the flywheel unit 15 becomes zero (time t = t114), the utility device 10 and the motor 12 are driven only by the output of the generator 6 (engine 5).

鉄道車両1の速度が比較的小さい場合、電力回生システム8において、フライホイール部15からの電力が、キャパシタ部14からの電力に優先して出力される。尚、鉄道車両1の加速度が比較的小さいことによりモータ12の必要電力が小さい場合、電力回生システム8において、フライホイール部15からの電力が、キャパシタ部14からの電力に優先して出力されてもよい。この場合、鉄道車両1の加速時において、フライホイール部15からの電力では足りない電力は、キャパシタ部14からの電力で補われる。   When the speed of the railway vehicle 1 is relatively low, in the power regeneration system 8, the power from the flywheel unit 15 is output in preference to the power from the capacitor unit 14. In addition, when the required electric power of the motor 12 is small because the acceleration of the railway vehicle 1 is relatively small, the electric power from the flywheel unit 15 is output in preference to the electric power from the capacitor unit 14 in the electric power regeneration system 8. Also good. In this case, when the railway vehicle 1 is accelerated, the electric power that is insufficient from the electric power from the flywheel unit 15 is supplemented by the electric power from the capacitor unit 14.

尚、インターフェイス部13は、鉄道車両1の走行状況に応じて、ジェネレータ6(エンジン5)、フライホイール部15、キャパシタ部14のそれぞれの電力の配分を調整する。一例として、鉄道車両1が駅の近くを通過する際には、インターフェイス部13は、可能な限りエンジン5を停止した状態で鉄道車両1を走行できるように、電力回生システム8からの電力をモータ12へ出力する。   The interface unit 13 adjusts the power distribution of the generator 6 (engine 5), the flywheel unit 15, and the capacitor unit 14 in accordance with the traveling state of the railway vehicle 1. As an example, when the railway vehicle 1 passes near a station, the interface unit 13 uses electric power from the power regeneration system 8 to drive the railway vehicle 1 with the engine 5 stopped as much as possible. 12 is output.

尚、鉄道車両1の加速時において、インターフェイス部13は、フライホイール部15からの電力を出力せず、キャパシタ部14からの電力をモータ12及びユーティリティ機器10に出力してもよい。   Note that when the railway vehicle 1 is accelerated, the interface unit 13 may output the electric power from the capacitor unit 14 to the motor 12 and the utility device 10 without outputting the electric power from the flywheel unit 15.

[(12)抑速ブレーキ時の動作]
図5は、鉄道車両1の抑速ブレーキ時の電力の流れを説明するための、鉄道車両1のブロック図である。図5を参照して、本実施形態において、抑速ブレーキとは、鉄道車両1が下り坂等を走行している場合に、鉄道車両1の速度が意図せず増加することを抑制するためのブレーキをいう。
[(12) Operation during deceleration braking]
FIG. 5 is a block diagram of the railway vehicle 1 for explaining the flow of electric power during the deceleration braking of the railway vehicle 1. With reference to FIG. 5, in the present embodiment, the deceleration brake is for suppressing an unintentional increase in the speed of the railway vehicle 1 when the railway vehicle 1 is traveling on a downhill or the like. A brake.

鉄道車両1の抑速ブレーキ時において、モータ12は、電動機として動作し、モータ12に回転抵抗(制動力)を与える。この際、インターフェイス部13は、第1インバータコンバータ11と第2インバータコンバータ16とを接続するとともに、第1インバータコンバータ11とインバータ9とを接続する。これにより、モータ12からの電力は、矢印121,122に示すように、第1インバータコンバータ11、インターフェイス部13及び第2インバータコンバータ16を介して、モータジェネレータ17へ出力される。これにより、モータジェネレータ17の回転子及びフライホイール18が回転し、フライホイール18に運動エネルギが蓄積される。また、モータ12からの電力は、矢印121,123に示すように、第1インバータコンバータ11、インターフェイス部13、及びインバータ9を介してユーティリティ機器10へ与えられる。これにより、モータ12からの回生電力は、ユーティリティ機器10で消費される。   At the time of deceleration braking of the railway vehicle 1, the motor 12 operates as an electric motor and gives a rotational resistance (braking force) to the motor 12. At this time, the interface unit 13 connects the first inverter converter 11 and the second inverter converter 16, and connects the first inverter converter 11 and the inverter 9. As a result, the electric power from the motor 12 is output to the motor generator 17 via the first inverter converter 11, the interface unit 13, and the second inverter converter 16 as indicated by arrows 121 and 122. As a result, the rotor of the motor generator 17 and the flywheel 18 rotate, and kinetic energy is accumulated in the flywheel 18. Further, the electric power from the motor 12 is given to the utility device 10 through the first inverter converter 11, the interface unit 13, and the inverter 9 as indicated by arrows 121 and 123. Thereby, the regenerative power from the motor 12 is consumed by the utility device 10.

従来の気動車は、抑速ブレーキ時、エンジンの排気ブレーキと鉄道車両用の機械式ブレーキとを用いて、速度増加を抑制していた。機械式のブレーキは、ブレーキパッドを車輪に押し付ける構成であるので、抑速ブレーキ時には、気動車の運動エネルギを熱エネルギとして放出していた。これに対し、鉄道車両1においては、抑速ブレーキ時に大きな慣性モーメントを発生できるフライホイール18が用いられる。これにより、電力回生システム8は、上記熱エネルギとして放出されていたエネルギを、フライホイール18を用いることで効率的に回収できる。また、鉄道車両1は、上記気動車と同様に、機械式のブレーキ装置(図示せず)を有している。しかしながら、電力回生システム8は、鉄道車両1の運動エネルギをフライホイール18へ移動させることにより速度を抑制できるので、機械式ブレーキ装置のブレーキパッドの使用頻度を低くできる。よって、ブレーキパッドの交換周期を、より長くできる。   Conventional pneumatic vehicles use an engine exhaust brake and a railcar mechanical brake to suppress an increase in speed during deceleration braking. Since the mechanical brake is configured to press the brake pad against the wheel, the kinetic energy of the car is released as thermal energy during the deceleration braking. On the other hand, in the railway vehicle 1, a flywheel 18 that can generate a large moment of inertia at the time of deceleration braking is used. Thereby, the power regeneration system 8 can efficiently recover the energy released as the thermal energy by using the flywheel 18. Moreover, the rail vehicle 1 has a mechanical brake device (not shown) similarly to the pneumatic vehicle. However, since the power regeneration system 8 can suppress the speed by moving the kinetic energy of the railway vehicle 1 to the flywheel 18, the frequency of use of the brake pads of the mechanical brake device can be reduced. Therefore, the brake pad replacement cycle can be made longer.

[(13)減速時の動作(その1)]
図6及び図7は、それぞれ、鉄道車両1の減速時の電力の流れを説明するための、鉄道車両1のブロック図及びグラフ図である。図7においては、横軸が時間であり、縦軸が出力である。図6及び図7を参照して、本実施形態において、減速時(その1)とは、鉄道車両1が高速走行状態から減速している状態であって、モータ12からの回生電力REがユーティリティ機器10の消費電力CEを上回っている(RE>CP)状態をいう。
[(13) Operation during deceleration (1)]
FIGS. 6 and 7 are a block diagram and a graph, respectively, of the railway vehicle 1 for explaining the flow of electric power when the railway vehicle 1 is decelerated. In FIG. 7, the horizontal axis is time, and the vertical axis is output. With reference to FIGS. 6 and 7, in the present embodiment, the time of deceleration (part 1) is a state in which the railway vehicle 1 is decelerating from the high speed traveling state, and the regenerative power RE from the motor 12 is utility. A state in which the power consumption CE of the device 10 is exceeded (RE> CP).

鉄道車両1は、減速時(その1)において、以下の(i)〜(iii)の優先順位で制動動作を行う。即ち、鉄道車両1は、減速時(その1)において、(i)モータ12の回生電力をフライホイール部15へ出力し、(ii)キャパシタ部14に出力し、(iii)機械式のブレーキ装置を動作させる。   The railway vehicle 1 performs a braking operation in the following priorities (i) to (iii) during deceleration (part 1). That is, the railway vehicle 1 outputs (i) the regenerative electric power of the motor 12 to the flywheel unit 15 during the deceleration (part 1), (ii) outputs it to the capacitor unit 14, and (iii) a mechanical brake device. To work.

より具体的には、減速時(その1)において、インターフェイス部13は、第1インバータコンバータ11と、第2インバータコンバータ16とを接続し、且つ、第1インバータコンバータ11と、キャパシタ部14とを接続し、且つ、第1インバータコンバータ11と、インバータ9とを接続する。この状態で、モータ12は、車輪4によって回転されることで発電機として動作する。これにより、時間t130〜t131における動作状態が実現される。即ち、モータ12は、当該モータ12の最大の回生電力を生じる。この回生電力は、矢印131,132に示すように、第1インバータコンバータ11、インターフェイス部13、及び第2インバータコンバータ16を介してモータジェネレータ17へ出力される。これにより、フライホイール18が回転され、上記回生電力は、フライホイール18の運動エネルギとして蓄積される。この際の、フライホイール部15への出力は、フライホイール18が蓄積可能な最大の運動エネルギと同値となる。また、モータ12からの回生電力は、矢印131,133に示すように、第1インバータコンバータ11及びインターフェイス部13を介して、キャパシタ部14へ出力される。これにより、モータ12の回生電力は、キャパシタ部14に蓄積される。また、機械式のブレーキ装置が動作することにより、車輪4に摩擦抵抗が生じる。上記の動作により、車輪4には、制動力BPが生じ、車輪4の運動エネルギが低下する。   More specifically, during deceleration (part 1), the interface unit 13 connects the first inverter converter 11 and the second inverter converter 16, and connects the first inverter converter 11 and the capacitor unit 14. The first inverter converter 11 and the inverter 9 are connected. In this state, the motor 12 operates as a generator by being rotated by the wheels 4. Thereby, the operation state at the time t130 to t131 is realized. That is, the motor 12 generates the maximum regenerative power of the motor 12. The regenerative power is output to the motor generator 17 via the first inverter converter 11, the interface unit 13, and the second inverter converter 16 as indicated by arrows 131 and 132. As a result, the flywheel 18 is rotated, and the regenerative power is stored as kinetic energy of the flywheel 18. At this time, the output to the flywheel unit 15 has the same value as the maximum kinetic energy that can be accumulated by the flywheel 18. The regenerative power from the motor 12 is output to the capacitor unit 14 via the first inverter converter 11 and the interface unit 13 as indicated by arrows 131 and 133. As a result, the regenerative power of the motor 12 is accumulated in the capacitor unit 14. In addition, frictional resistance is generated in the wheel 4 by the operation of the mechanical brake device. By the above operation, the braking force BP is generated in the wheel 4, and the kinetic energy of the wheel 4 is reduced.

そして、時間t=t131〜t132の間においては、キャパシタ部14の空き容量が徐々に小さくなっていき、その結果、キャパシタ部14の単位時間あたりの充電量は、時間の経過とともに小さくなる。そして、時間t=t132のときに、キャパシタ部14への充電が完了する。時間t=t131〜t133の間において、モータ12からの回生電力のフライホイール部15への出力と、機械式のブレーキ装置による車輪4の摩擦制動とは、継続されている。   And between time t = t131-t132, the empty capacity | capacitance of the capacitor part 14 becomes small gradually, As a result, the charge amount per unit time of the capacitor part 14 becomes small with progress of time. At time t = t132, charging of the capacitor unit 14 is completed. During the time t = t131 to t133, the output of the regenerative electric power from the motor 12 to the flywheel unit 15 and the friction braking of the wheel 4 by the mechanical brake device are continued.

時間t=t133〜t134においては、インターフェイス部13は、第1インバータコンバータ11とキャパシタ部14との接続を解除している。また、機械式のブレーキ装置による車輪4の制動は、解除される。これにより、モータ12の回生電力は、矢印131,132,134に示すように、フライホイール部15及びユーティリティ機器10に供給され続ける。また、モータ12の回生動作による車輪4の制動が、継続される。そして、時間t=t134において、モータ12からの回生電力REは、ユーティリティ機器10に必要な電力(消費電力CE)未満となる。   At time t = t133 to t134, the interface unit 13 releases the connection between the first inverter converter 11 and the capacitor unit 14. Further, the braking of the wheel 4 by the mechanical brake device is released. As a result, the regenerative power of the motor 12 continues to be supplied to the flywheel unit 15 and the utility device 10 as indicated by arrows 131, 132, and 134. Further, the braking of the wheels 4 by the regenerative operation of the motor 12 is continued. At time t = t134, the regenerative power RE from the motor 12 is less than the power required for the utility device 10 (power consumption CE).

鉄道車両1が低速走行状態から減速しているか、又は鉄道車両1の減速度が小さい場合、モータ12の回生電力は、小さい。このような場合、電力回生システム8は、モータ12からの回生電力を、フライホイール部15で運動エネルギに変換してこのフライホイール部15に蓄積する。   When the railway vehicle 1 is decelerated from the low-speed running state or when the deceleration of the railway vehicle 1 is small, the regenerative power of the motor 12 is small. In such a case, the power regeneration system 8 converts the regenerative power from the motor 12 into kinetic energy by the flywheel unit 15 and accumulates it in the flywheel unit 15.

[(14)減速時の動作(その2)]
図8は、鉄道車両1の減速時(その2)の電力の流れを説明するための、鉄道車両1のブロック図である。図7及び図8を参照して、本実施形態において、減速時の動作(その2)は、減速時の動作(その1)の続きの動作をいう。より具体的には、減速時(その2)とは、鉄道車両1が高速走行状態から減速している状態であって、モータ12からの回生電力REがユーティリティ機器10の消費電力CE未満(RE<CE)である状態をいう。以下では、減速時(その1)の説明に続けて、減速時の動作(その2)を説明する。
[(14) Operation during deceleration (2)]
FIG. 8 is a block diagram of the railway vehicle 1 for explaining the flow of electric power when the railway vehicle 1 is decelerated (part 2). With reference to FIGS. 7 and 8, in the present embodiment, the operation at the time of deceleration (part 2) refers to the operation following the operation at the time of deceleration (part 1). More specifically, at the time of deceleration (part 2), the railway vehicle 1 is decelerating from the high-speed running state, and the regenerative power RE from the motor 12 is less than the power consumption CE of the utility device 10 (RE <CE). In the following, the operation at the time of deceleration (part 2) will be described following the explanation at the time of deceleration (part 1).

鉄道車両1において、時間t=t134〜t135の間において、インターフェイス部13は、第2インバータコンバータ16とインバータ9とを接続する。また、インターフェイス部13は、第1インバータコンバータ11と、インバータ9との接続状態を維持する。   In the railway vehicle 1, the interface unit 13 connects the second inverter converter 16 and the inverter 9 between times t = t134 to t135. Further, the interface unit 13 maintains the connection state between the first inverter converter 11 and the inverter 9.

これにより、モータ12の回生電力は、矢印141,142に示すように、第1インバータコンバータ11、インターフェイス部13、及びインバータ9を介してユーティリティ機器10へ出力される。また、フライホイール部15においては、フライホイール18によってモータジェネレータ17が駆動されることで生じた電力が、矢印143,142に示すように第2インバータコンバータ16、インターフェイス部13、及びインバータ9を介して、ユーティリティ機器10へ出力される。これにより、ユーティリティ機器10は、必要な電力を供給される。そして、モータ12による回生動作に伴う車輪4の減速の結果、時間t=t135において、鉄道車両1の減速動作が完了する。   As a result, the regenerative power of the motor 12 is output to the utility device 10 via the first inverter converter 11, the interface unit 13, and the inverter 9 as indicated by arrows 141 and 142. In the flywheel unit 15, the electric power generated by driving the motor generator 17 by the flywheel 18 passes through the second inverter converter 16, the interface unit 13, and the inverter 9 as indicated by arrows 143 and 142. And output to the utility device 10. As a result, the utility device 10 is supplied with necessary power. As a result of the deceleration of the wheel 4 accompanying the regenerative operation by the motor 12, the deceleration operation of the railway vehicle 1 is completed at time t = t135.

このように、モータ12の回生電力REがユーティリティ機器10の消費電力CEを下回った場合、ユーティリティ機器10の動作に必要な残りの電力は、フライホイール部15からユーティリティ機器10へ出力される。   As described above, when the regenerative power RE of the motor 12 falls below the power consumption CE of the utility device 10, the remaining power necessary for the operation of the utility device 10 is output from the flywheel unit 15 to the utility device 10.

[(15)停車時の動作]
図9は、鉄道車両1の停車時における電力の流れを説明するための、鉄道車両1のブロック図である。図9を参照して、鉄道車両1が駅等で停車している場合、この鉄道車両1は、可能な限りエンジン5を停止し、エンジン5からの排気ガスを少なくするように動作する。具体的には、鉄道車両1の停止時において、電力回生システム8のフライホイール18における運動エネルギの蓄積量が、ユーティリティ機器10の動作に必要な電力量以上である場合、エンジン5が停止される。この場合、インターフェイス部13は、第2インバータコンバータ16と、インバータ9とを接続する。これにより、フライホイール18は、モータジェネレータ17の回転子を回転し、これにより、モータジェネレータ17が発電する。この発電による電力は、矢印151,152に示すように、第2インバータコンバータ16、インターフェイス部13、及びインバータ9を介して、ユーティリティ機器10へ出力され、ユーティリティ機器10が動作する。
[(15) Operation when stopping]
FIG. 9 is a block diagram of the railway vehicle 1 for explaining the flow of electric power when the railway vehicle 1 is stopped. Referring to FIG. 9, when railway vehicle 1 is stopped at a station or the like, railway vehicle 1 operates to stop engine 5 as much as possible to reduce exhaust gas from engine 5. Specifically, when the railway vehicle 1 is stopped, if the accumulated amount of kinetic energy in the flywheel 18 of the power regeneration system 8 is greater than or equal to the amount of power required for the operation of the utility device 10, the engine 5 is stopped. . In this case, the interface unit 13 connects the second inverter converter 16 and the inverter 9. As a result, the flywheel 18 rotates the rotor of the motor generator 17, whereby the motor generator 17 generates power. The electric power generated by this power generation is output to the utility device 10 via the second inverter converter 16, the interface unit 13, and the inverter 9 as indicated by arrows 151 and 152, and the utility device 10 operates.

一方、鉄道車両1の停止時において、フライホイール18における運動エネルギの蓄積量が、ユーティリティ機器10の動作に必要な電力量未満に低下した場合、インターフェイス部13は、エンジン5を駆動させる。この際、インターフェイス部13は、コンバータ7とインバータ9とを接続するとともに、コンバータ7と第2インバータコンバータ16とを接続する。このような接続状態において、エンジン5の駆動に伴ってジェネレータ6で生じた電力は、矢印153,154に示すように、コンバータ7、インターフェイス部13、及びインバータ9を介して、ユーティリティ機器10へ出力される。また、ジェネレータ6で生じた電力は、矢印153,155に示すように、コンバータ7、インターフェイス部13、及び第2インバータコンバータ16を介してモータジェネレータ17へ出力される。これにより、モータジェネレータ17の回転子及びフライホイール18が回転し、フライホイール18に運動エネルギが蓄積される。   On the other hand, when the railway vehicle 1 is stopped, the interface unit 13 drives the engine 5 when the accumulated amount of kinetic energy in the flywheel 18 falls below the amount of power required for the operation of the utility device 10. At this time, the interface unit 13 connects the converter 7 and the inverter 9, and connects the converter 7 and the second inverter converter 16. In such a connection state, the electric power generated in the generator 6 as the engine 5 is driven is output to the utility device 10 via the converter 7, the interface unit 13, and the inverter 9 as indicated by arrows 153 and 154. Is done. Further, the electric power generated by the generator 6 is output to the motor generator 17 via the converter 7, the interface unit 13, and the second inverter converter 16 as indicated by arrows 153 and 155. As a result, the rotor of the motor generator 17 and the flywheel 18 rotate, and kinetic energy is accumulated in the flywheel 18.

[(16)慣性走行時の動作]
図10は、鉄道車両1が慣性で走行している場合の電力の流れを説明するための、鉄道車両1のブロック図である。図10を参照して、鉄道車両1が慣性で走行している場合、エンジン5は停止され、モータ12は、駆動及び回生動作の何れも行わない。この場合において、電力回生システム8は、キャパシタ部14とフライホイール部15との間でエネルギの入出力を行うことができる。即ち、インターフェイス部13は、キャパシタ部14とモータジェネレータ17とを、電力の入出力が可能なように接続する。
[(16) Operation during inertial running]
FIG. 10 is a block diagram of the railway vehicle 1 for explaining the flow of electric power when the railway vehicle 1 is traveling with inertia. Referring to FIG. 10, when railway vehicle 1 is traveling with inertia, engine 5 is stopped and motor 12 performs neither driving nor regenerative operation. In this case, the power regeneration system 8 can input and output energy between the capacitor unit 14 and the flywheel unit 15. That is, the interface unit 13 connects the capacitor unit 14 and the motor generator 17 so that power can be input and output.

具体的には、例えば、インターフェイス部13は、キャパシタ部14の電力がフライホイール部15へ出力されるように、キャパシタ部14及び第2インバータコンバータ16を接続する。これにより、キャパシタ部14の電力は、矢印161,162に示すように、インターフェイス部13及び第2インバータコンバータ16を介してモータジェネレータ17へ出力され、モータジェネレータ17が駆動する。これにより、フライホイール18に運動エネルギが蓄積される。また、インターフェイス部13は、フライホイール部15で発電された電力がキャパシタ部14へ出力されるように、キャパシタ部14及び第2インバータコンバータ16を接続することもできる。この場合、フライホイール18の回転によってモータジェネレータ17生じた電力は、矢印163,164に示すように、第2インバータコンバータ16、及びインターフェイス部13を介してキャパシタ部14に出力される。尚、このとき、ユーティリティ機器10への電力供給は継続してもかまわない。   Specifically, for example, the interface unit 13 connects the capacitor unit 14 and the second inverter converter 16 so that the power of the capacitor unit 14 is output to the flywheel unit 15. As a result, the electric power of the capacitor unit 14 is output to the motor generator 17 via the interface unit 13 and the second inverter converter 16 as indicated by arrows 161 and 162, and the motor generator 17 is driven. Thereby, kinetic energy is accumulated in the flywheel 18. The interface unit 13 can also connect the capacitor unit 14 and the second inverter converter 16 so that the electric power generated by the flywheel unit 15 is output to the capacitor unit 14. In this case, the electric power generated by the motor generator 17 due to the rotation of the flywheel 18 is output to the capacitor unit 14 via the second inverter converter 16 and the interface unit 13 as indicated by arrows 163 and 164. At this time, the power supply to the utility device 10 may be continued.

以上説明したように、鉄道車両1の電力回生システム8によると、大電力を入出力可能なキャパシタ部14が設けられている。このため、電力回生システム8は、大電力の入出力を、キャパシタ部14において行わせることができる。また、フライホイール18は、回転により生じる慣性モーメントによって、大きな運動エネルギを蓄えることができる。このため、モータジェネレータ17において、電力をフライホイール18の運動エネルギに変換することで、フライホイール部15における蓄電容量を大きくできる。また、大電力の入出力動作はキャパシタ部14が担うため、フライホイール部15は、大電力を入出力する必要がない。このため、フライホイール部15のモータジェネレータ17を小さくすることができる。さらに、リチウムイオン蓄電池を用いない構成であるので、リチウムイオン蓄電池を冷却するための冷却装置が不要であり、電力回生システム8を、より小さくできる。また、蓄電のための構成としてフライホイール18が用いられている。フライホイール18は、リチウムイオン蓄電池と異なり、廃棄される際に化学物質による地球環境の汚染のおそれが小さい。以上より、大電力の入出力が可能であり、蓄電容量が大きく、コンパクトであり、且つ、地球環境への負担をより少なくできる電力回生システム8及び鉄道車両1を提供できる。   As described above, according to the power regeneration system 8 of the railway vehicle 1, the capacitor unit 14 capable of inputting and outputting large power is provided. For this reason, the power regeneration system 8 can cause the capacitor unit 14 to input and output large power. Further, the flywheel 18 can store large kinetic energy by the moment of inertia generated by the rotation. For this reason, the electric power is converted into the kinetic energy of the flywheel 18 in the motor generator 17 so that the storage capacity of the flywheel unit 15 can be increased. Further, since the capacitor unit 14 performs high power input / output operations, the flywheel unit 15 does not need to input / output high power. For this reason, the motor generator 17 of the flywheel part 15 can be made small. Furthermore, since it is the structure which does not use a lithium ion storage battery, the cooling device for cooling a lithium ion storage battery is unnecessary, and the electric power regeneration system 8 can be made smaller. Moreover, the flywheel 18 is used as a structure for electrical storage. Unlike the lithium ion storage battery, the flywheel 18 is less likely to be contaminated with the global environment by chemical substances when discarded. From the above, it is possible to provide the power regeneration system 8 and the railway vehicle 1 that can input / output large power, have a large storage capacity, are compact, and can reduce the burden on the global environment.

また、鉄道車両1によると、例えば基本動作(1)において、インターフェイス部13は、キャパシタ部14に蓄積された電力は出力せず、フライホイール部15のモータジェネレータ17で生じた電力をモータ12へ出力可能である。この構成によると、電力回生システム8は、例えば、所定の第1要求しきい値Th1以上の大電力を出力する必要がない場合、キャパシタ部14の電力を温存できる。そして、電力回生システム8は、フライホイール部15に蓄積された運動エネルギを電力に変換して出力することができる。これにより、電力回生システム8は、機動的に、大電力の出力と、小電力の出力とを切り替えることが可能となり、電力を有効に活用することができる。   Further, according to the railway vehicle 1, for example, in the basic operation (1), the interface unit 13 does not output the electric power stored in the capacitor unit 14, and the electric power generated by the motor generator 17 of the flywheel unit 15 is supplied to the motor 12. Output is possible. According to this configuration, the power regeneration system 8 can preserve the power of the capacitor unit 14 when, for example, it is not necessary to output large power that is equal to or higher than the predetermined first required threshold Th1. And the electric power regeneration system 8 can convert the kinetic energy accumulate | stored in the flywheel part 15 into electric power, and can output it. As a result, the power regeneration system 8 can flexibly switch between a high power output and a low power output, and the power can be effectively utilized.

また、鉄道車両1によると、例えば基本動作(3)において、インターフェイス部13は、第1インバータコンバータ11(モータ12)からの回生電力を、キャパシタ部14へは出力せず、フライホイール部15のモータジェネレータ17へ出力する。この構成によると、電力回生システム8に小電力が入力された場合、フライホイール部15における蓄電容量よりも小さい蓄電容量を有するキャパシタ部14には、当該小電力は、蓄電されないようにできる。これにより、蓄電容量の少ないキャパシタ部14を、大電力が入力されたときに備えて温存しておくことができる。よって、電力回生システム8に大電力が入力された場合に、キャパシタ部14に当該大電力を蓄電することができる。したがって、電力回生システム8は、回生電力を、有効に回収することができる。   Further, according to the railway vehicle 1, for example, in the basic operation (3), the interface unit 13 does not output the regenerative power from the first inverter converter 11 (motor 12) to the capacitor unit 14, and the flywheel unit 15 Output to the motor generator 17. According to this configuration, when small power is input to the power regeneration system 8, the small power can be prevented from being stored in the capacitor unit 14 having a storage capacity smaller than the storage capacity in the flywheel unit 15. Thereby, the capacitor unit 14 having a small storage capacity can be preserved in preparation for when a large amount of power is input. Therefore, when high power is input to the power regeneration system 8, the high power can be stored in the capacitor unit 14. Therefore, the power regeneration system 8 can effectively recover the regenerative power.

また、鉄道車両1によると、例えば基本動作(5)において、モータ12から入力された電力をキャパシタ部14及びフライホイール部15の何れにおいても蓄積不能である場合に、インターフェイス部13は、モータ12から入力された電力を、ユーティリティ機器10に出力する。この構成によると、電力回生システム8は、モータ12からの回生電力をユーティリティ機器10に回送することで、当該回生電力を、より有効に利用することができる。   Further, according to the railway vehicle 1, for example, in the basic operation (5), when the electric power input from the motor 12 cannot be stored in either the capacitor unit 14 or the flywheel unit 15, the interface unit 13 is connected to the motor 12. Is output to the utility device 10. According to this configuration, the power regeneration system 8 can more effectively use the regenerative power by recirculating the regenerative power from the motor 12 to the utility device 10.

また、鉄道車両1によると、例えば基本動作(6)において、インターフェイス部13は、モータ12から電力が入力された場合に、キャパシタ部14への給電及びモータジェネレータ17への給電に優先して、モータ12からの回生電力をユーティリティ機器10へ出力可能である。この構成によると、電力回生システム8での電力保持に要するエネルギが消費されることなく、モータ12からの回生電力がユーティリティ機器10に出力される。これにより、回生電力のさらなる有効活用が実現される。   Further, according to the railway vehicle 1, for example, in the basic operation (6), when power is input from the motor 12, the interface unit 13 has priority over power supply to the capacitor unit 14 and power supply to the motor generator 17, Regenerative power from the motor 12 can be output to the utility device 10. According to this configuration, the regenerative power from the motor 12 is output to the utility device 10 without consuming the energy required for power retention in the power regeneration system 8. Thereby, the further effective utilization of regenerative electric power is implement | achieved.

また、鉄道車両1によると、例えば、鉄道車両1の(16)慣性走行時において、インターフェイス部13は、キャパシタ部14とモータジェネレータ17とを、キャパシタ部14とモータジェネレータ17との間で電力の入出力をするために接続する。この構成によると、蓄電容量は少ないけれども大電力を入出力可能なキャパシタ部14と、大電力の入出力はできないけれども蓄電容量が大きいフライホイール部15との間での、エネルギの入出力が可能である。その結果、電力回生システム8は、必要とされる電力の態様に応じて、キャパシタ部14からユーティリティ機器10,モータ12への給電と、フライホイール部15からユーティリティ機器10,モータ12への給電とを使い分けることができる。したがって、電力回生システム8は、電力の需要に柔軟に対応できる。   Further, according to the railway vehicle 1, for example, during the (16) inertia traveling of the railway vehicle 1, the interface unit 13 connects the capacitor unit 14 and the motor generator 17, and the electric power between the capacitor unit 14 and the motor generator 17. Connect for input / output. According to this configuration, energy can be input / output between the capacitor unit 14 that has a small storage capacity but can input / output large power and the flywheel unit 15 that cannot input / output large power but has a large storage capacity. It is. As a result, the power regeneration system 8 supplies power from the capacitor unit 14 to the utility device 10 and the motor 12 and supplies power from the flywheel unit 15 to the utility device 10 and the motor 12 according to the required power mode. Can be used properly. Therefore, the power regeneration system 8 can flexibly meet the demand for power.

また、鉄道車両1によると、インターフェイス部13は、ジェネレータ6からの電力及びモータ12からの電力を、キャパシタ部14又はモータジェネレータ17へ出力可能である。この構成によると、複数の電力供給部としてのジェネレータ6及びモータ12からの電力を、電力回生システム8で蓄積できるので、ジェネレータ6及びモータ12からの電力が、より有効に活用される。   Further, according to the railway vehicle 1, the interface unit 13 can output the power from the generator 6 and the power from the motor 12 to the capacitor unit 14 or the motor generator 17. According to this configuration, the power from the generator 6 and the motor 12 as a plurality of power supply units can be stored in the power regeneration system 8, so that the power from the generator 6 and the motor 12 can be used more effectively.

[第2実施形態]
図11は、本発明の第2実施形態に係る電力回生システム8を備える鉄道車両1Aの模式的な側面図である。図12は、鉄道車両1Aの構成を示すブロック図である。尚、以下では、主に第1実施形態と異なる点について説明し、第1実施形態と同様の構成については、図に同一の符号を付して説明を省略する。図11及び図12を参照して、本実施形態において、鉄道車両1Aは、電車であり、架線30に供給される電力を用いたモータ12の駆動によって、走行する。
[Second Embodiment]
FIG. 11 is a schematic side view of a railway vehicle 1A including the power regeneration system 8 according to the second embodiment of the present invention. FIG. 12 is a block diagram showing the configuration of the rail vehicle 1A. In the following description, differences from the first embodiment will be mainly described, and the same components as those in the first embodiment will be denoted by the same reference numerals and description thereof will be omitted. With reference to FIG.11 and FIG.12, in this embodiment, the rail vehicle 1A is a train, and it drive | works by the drive of the motor 12 using the electric power supplied to the overhead wire 30. FIG.

鉄道車両1Aは、車体2と、台車3と、車輪4と、第3インバータコンバータ19と、電力回生システム8と、第1インバータコンバータ11と、モータ12と、を有している。   The railway vehicle 1 </ b> A includes a vehicle body 2, a carriage 3, wheels 4, a third inverter converter 19, a power regeneration system 8, a first inverter converter 11, and a motor 12.

車体2の上部には、パンタグラフ20が設けられている。パンタグラフ20は、架線30からの電力を、第3インバータコンバータ19へ出力する。第3インバータコンバータ19は、電力変換器であり、直流電力は交流電力に変換し、交流電力は直流電力に変換する。第3インバータコンバータ19は、架線30からの交流電力を、直流電力に変換し、この直流電力をインターフェイス部13へ出力する。また、第3インバータコンバータ19は、インターフェイス部13から出力される直流電力を交流電力に変換し、この交流電力を架線30へ出力する。これにより、鉄道車両1Aは、鉄道車両1Aの近隣に存在する他の鉄道車両(図示せず)に、架線30を介して電力を供給できる。   A pantograph 20 is provided on the upper portion of the vehicle body 2. The pantograph 20 outputs the power from the overhead line 30 to the third inverter converter 19. The third inverter converter 19 is a power converter, which converts DC power into AC power, and converts AC power into DC power. The third inverter converter 19 converts the AC power from the overhead wire 30 into DC power, and outputs this DC power to the interface unit 13. The third inverter converter 19 converts the DC power output from the interface unit 13 into AC power, and outputs this AC power to the overhead wire 30. Thereby, the railway vehicle 1A can supply electric power to the other railway vehicles (not shown) existing in the vicinity of the railway vehicle 1A via the overhead line 30.

インターフェイス部13は、第3インバータコンバータ19に接続されているとともに、第1インバータコンバータ11に接続されている。インターフェイス部13は、第3インバータコンバータ19からの電力を、第1インバータコンバータ11、第2インバータコンバータ16、及びキャパシタ部14に適宜配分する。また、インターフェイス部13は、第1インバータコンバータ11からの電力を、第2インバータコンバータ16、キャパシタ部14、及び第3インバータコンバータ19に適宜配分する。また、インターフェイス部13は、第2インバータコンバータ16からの電力を、キャパシタ部14、第1インバータコンバータ11、及び第3インバータコンバータ19に適宜配分する。また、インターフェイス部13は、キャパシタ部14からの電力を、第1〜第3インバータコンバータ11,16,19に適宜配分する。   The interface unit 13 is connected to the third inverter converter 19 and to the first inverter converter 11. The interface unit 13 appropriately distributes the power from the third inverter converter 19 to the first inverter converter 11, the second inverter converter 16, and the capacitor unit 14. The interface unit 13 appropriately distributes the power from the first inverter converter 11 to the second inverter converter 16, the capacitor unit 14, and the third inverter converter 19. Further, the interface unit 13 appropriately distributes the electric power from the second inverter converter 16 to the capacitor unit 14, the first inverter converter 11, and the third inverter converter 19. Further, the interface unit 13 appropriately distributes the electric power from the capacitor unit 14 to the first to third inverter converters 11, 16, and 19.

[鉄道車両1Aの具体的な動作]
次に、鉄道車両1Aにおける具体的な動作の一例を説明する。本実施形態では、鉄道車両1Aにおける具体的な動作として、以下の(21),(22)の動作態様が設定されている。即ち、(21)加速時の動作と、(22)減速時の動作と、が設定されている。
[Specific operation of railway vehicle 1A]
Next, an example of a specific operation in the railway vehicle 1A will be described. In this embodiment, the following operation modes (21) and (22) are set as specific operations in the railway vehicle 1A. That is, (21) operation during acceleration and (22) operation during deceleration are set.

[(21)加速時の動作]
図13及び図14は、それぞれ、本発明の第2実施形態に係る鉄道車両1Aの加速時の電力の流れを説明するための、鉄道車両1Aのブロック図及びグラフ図である。図13及び図14を参照して、鉄道車両1Aの加速時の動作説明においては、予めキャパシタ部14に蓄電され、且つ、フライホイール18に運動エネルギが蓄積されている状態を前提に説明する。
[(21) Operation during acceleration]
FIGS. 13 and 14 are a block diagram and a graph, respectively, of the railway vehicle 1A for explaining the flow of electric power during acceleration of the railway vehicle 1A according to the second embodiment of the present invention. With reference to FIGS. 13 and 14, the description of the operation at the time of acceleration of the railway vehicle 1 </ b> A will be made on the assumption that power is previously stored in the capacitor unit 14 and kinetic energy is accumulated in the flywheel 18.

鉄道車両1Aは、加速時において、モータ12への電力源を、以下の(i),(ii)の優先順位で使用する。即ち、鉄道車両1Aは、加速時において、(i)フライホイール部15からの電力、(ii)キャパシタ部14からの電力の優先順位で、電力を使用する。尚、架線30からの電力が使用される段階は、以下に説明する段階に限らず、どの段階であってもよい。   The railway vehicle 1A uses the power source to the motor 12 in the following priority orders (i) and (ii) during acceleration. That is, the railway vehicle 1A uses power in the priority order of (i) power from the flywheel unit 15 and (ii) power from the capacitor unit 14 during acceleration. Note that the stage where the power from the overhead line 30 is used is not limited to the stage described below, and may be at any stage.

より具体的には、鉄道車両1Aの加速時、インターフェイス部13は、まず、第1インバータコンバータ11と第2インバータコンバータ16とを接続するとともに、第1インバータコンバータ11と第3インバータコンバータ19とを接続する。これにより、時間t=t210〜t211における動作状態が実現される。即ち、フライホイール18の回転に伴うモータジェネレータ17からの電力は、矢印211,212で示すように、第2インバータコンバータ16、インターフェイス部13、第1インバータコンバータ11、モータ12の順に流れる。また、第3インバータコンバータ19(架線30)からの電力は、矢印213,212に示すように、インターフェイス部13、第1インバータコンバータ11、モータ12の順に流れる。これにより、モータ12が駆動し、車輪4に回転力が与えられる。   More specifically, when the railway vehicle 1A is accelerated, the interface unit 13 first connects the first inverter converter 11 and the second inverter converter 16, and connects the first inverter converter 11 and the third inverter converter 19 together. Connecting. Thereby, the operation state at time t = t210 to t211 is realized. That is, the electric power from the motor generator 17 accompanying the rotation of the flywheel 18 flows in the order of the second inverter converter 16, the interface unit 13, the first inverter converter 11, and the motor 12 as indicated by arrows 211 and 212. Moreover, the electric power from the 3rd inverter converter 19 (overhead wire 30) flows in order of the interface part 13, the 1st inverter converter 11, and the motor 12, as shown to the arrow 213,212. As a result, the motor 12 is driven and a rotational force is applied to the wheels 4.

フライホイール部15からの電力が、このフライホイール部15における最大出力に達すると(時間t=t211)、インターフェイス部13は、さらに、キャパシタ部14と第1インバータコンバータ11とを接続する。これにより、時間t=t211〜t212における動作状態が実現される。即ち、キャパシタ部14で蓄積された電力は、矢印214,212に示すように、インターフェイス部13、及び第1インバータコンバータ11を介して、モータ12へ出力される。その結果、モータ12は、フライホイール部15、キャパシタ部14及び架線30からの出力を受けて大出力を発生する。時間t=t211〜t212において、キャパシタ部14からの出力は、次第に大きくなった後、急峻に低下する。   When the electric power from the flywheel unit 15 reaches the maximum output in the flywheel unit 15 (time t = t211), the interface unit 13 further connects the capacitor unit 14 and the first inverter converter 11. Thereby, the operation state at time t = t211 to t212 is realized. That is, the electric power stored in the capacitor unit 14 is output to the motor 12 via the interface unit 13 and the first inverter converter 11 as indicated by arrows 214 and 212. As a result, the motor 12 receives the outputs from the flywheel unit 15, the capacitor unit 14, and the overhead wire 30 and generates a large output. At time t = t211 to t212, the output from the capacitor unit 14 gradually increases and then rapidly decreases.

インターフェイス部13は、キャパシタ部14からの出力がゼロになった(時間t=t212)後も、フライホイール部15からの電力を、モータ12へ出力し続ける。そして、フライホイール18の回転数の低下に伴い、フライホイール部15からの電力がゼロになった(時間t=t213)後も、モータ12は、第3インバータコンバータ19(架線30)からの電力によって駆動する。   The interface unit 13 continues to output the electric power from the flywheel unit 15 to the motor 12 even after the output from the capacitor unit 14 becomes zero (time t = t212). Then, as the rotational speed of the flywheel 18 decreases, the power from the flywheel unit 15 becomes zero (time t = t213), and the motor 12 still receives power from the third inverter converter 19 (overhead wire 30). Drive by.

このように、鉄道車両1の速度が比較的小さい場合、電力回生システム8において、フライホイール部15からの電力が、キャパシタ部14からの電力に優先して出力される。尚、鉄道車両1の加速度が比較的小さいことにより必要電力が小さい場合においても、フライホイール部15からの電力が、キャパシタ部14からの電力に優先して出力されてもよい。そして、鉄道車両1の加速時において、フライホイール部15からの電力では足りない電力は、キャパシタ部14からの電力で補われる。また、フライホイール部15からの出力が低下した場合、又はキャパシタ部14からの出力が低下した場合、架線30からの電力が使用される。   Thus, when the speed of the railway vehicle 1 is relatively small, in the power regeneration system 8, the power from the flywheel unit 15 is output in preference to the power from the capacitor unit 14. Even when the required electric power is small due to the relatively small acceleration of the railway vehicle 1, the electric power from the flywheel unit 15 may be output in preference to the electric power from the capacitor unit 14. When the railway vehicle 1 is accelerated, the electric power that is insufficient from the electric power from the flywheel unit 15 is supplemented by the electric power from the capacitor unit 14. Moreover, when the output from the flywheel part 15 falls or when the output from the capacitor part 14 falls, the electric power from the overhead wire 30 is used.

このように、インターフェイス部13は、鉄道車両1Aの走行状況に応じて、架線30、フライホイール部15、キャパシタ部14のそれぞれの電力の配分を調整する。   In this manner, the interface unit 13 adjusts the distribution of electric power of the overhead wire 30, the flywheel unit 15, and the capacitor unit 14 according to the traveling state of the railway vehicle 1 </ b> A.

尚、鉄道車両1Aの加速時において、インターフェイス部13は、フライホイール部15からの電力を出力せず、キャパシタ部14からの電力を第1インバータコンバータ11に出力してもよい。   Note that the interface unit 13 may output the electric power from the capacitor unit 14 to the first inverter converter 11 without outputting the electric power from the flywheel unit 15 when the railway vehicle 1A is accelerated.

[(22)減速時の動作]
図15及び図16は、それぞれ、鉄道車両1Aの減速時の電力の流れを説明するための、鉄道車両1Aのブロック図及びグラフ図である。図15及び図16を参照して、鉄道車両1Aは、減速時において、以下の(i)〜(iii)の優先順位で制動動作を行う。即ち、鉄道車両1は、減速時において、(i)モータ12の回生電力をフライホイール部15へ出力し、(ii)キャパシタ部14に充電し、(iii)機械式のブレーキ装置で鉄道車両1を制動する。
[(22) Operation during deceleration]
FIGS. 15 and 16 are a block diagram and a graph of the railway vehicle 1A for explaining the flow of power when the railway vehicle 1A is decelerated, respectively. Referring to FIGS. 15 and 16, railway vehicle 1 </ b> A performs a braking operation in the following priority order (i) to (iii) during deceleration. In other words, the railway vehicle 1 (i) outputs the regenerative electric power of the motor 12 to the flywheel unit 15, (ii) charges the capacitor unit 14, and (iii) uses the mechanical brake device when the vehicle decelerates. Brake.

より具体的には、減速時において、インターフェイス部13は、第1インバータコンバータ11と、第2インバータコンバータ16とを接続し、且つ、第1インバータコンバータ11と、キャパシタ部14とを接続する。この状態で、モータ12は、発電機として動作する。これにより、時間t220〜t221における動作状態が実現される。即ち、モータ12は、当該モータ12の定格発電力を生じる。この回生電力は、矢印221,2222に示すように、第1インバータコンバータ11、インターフェイス部13、第2インバータコンバータ16を介してモータジェネレータ17へ出力される。これにより、フライホイール18が回転され、上記回生電力は、運動エネルギとして蓄積される。この際の、フライホイール18への出力は、フライホイール18が蓄積可能な最大の運動エネルギと同値となる。また、モータ12からの回生電力は、矢印221,223に示すように、第1インバータコンバータ11、及びインターフェイス部13を介して、キャパシタ部14へ出力される。これにより、キャパシタ部14に蓄電される。また、機械式のブレーキ装置が動作することにより、車輪4に摩擦抵抗が生じる。上記の動作により、車輪4には、制動力BPが生じる。   More specifically, during deceleration, the interface unit 13 connects the first inverter converter 11 and the second inverter converter 16, and connects the first inverter converter 11 and the capacitor unit 14. In this state, the motor 12 operates as a generator. Thereby, the operation state in time t220-t221 is implement | achieved. That is, the motor 12 generates the rated power generation of the motor 12. The regenerative power is output to the motor generator 17 via the first inverter converter 11, the interface unit 13, and the second inverter converter 16 as indicated by arrows 221 and 2222. As a result, the flywheel 18 is rotated, and the regenerative power is stored as kinetic energy. At this time, the output to the flywheel 18 has the same value as the maximum kinetic energy that can be stored in the flywheel 18. The regenerative power from the motor 12 is output to the capacitor unit 14 via the first inverter converter 11 and the interface unit 13 as indicated by arrows 221 and 223. As a result, electricity is stored in the capacitor unit 14. In addition, frictional resistance is generated in the wheel 4 by the operation of the mechanical brake device. Due to the above operation, a braking force BP is generated in the wheel 4.

そして、時間t=t221〜t222の間においては、キャパシタ部14の空き容量が徐々に小さくなっていき、その結果、キャパシタ部14の単位時間あたりの充電量は、時間の経過とともに小さくなる。そして、時間t=t222のときに、キャパシタ部14への充電が完了する。時間t=t220〜t223の間において、回生電力のフライホイール部15への出力と、機械式のブレーキ装置による車輪4の摩擦制動とは、継続されている。   And between time t = t221-t222, the empty capacity | capacitance of the capacitor part 14 becomes small gradually, As a result, the charge amount per unit time of the capacitor part 14 becomes small with progress of time. At time t = t222, charging of the capacitor unit 14 is completed. During the time t = t220 to t223, the output of the regenerative power to the flywheel unit 15 and the friction braking of the wheel 4 by the mechanical brake device are continued.

時間t=t223〜t224においては、インターフェイス部13は、第1インバータコンバータ11とキャパシタ部14との接続を解除している。また、機械式のブレーキ装置による車輪4の制動は、解除されている。この場合も、モータ12の回生電力REは、フライホイール部15に供給され続け、モータ12の回生動作による車輪4の制動が、継続される。そして、時間t=t224において、モータ12からの回生電力REがゼロになり、鉄道車両1Aの減速が完了する。   At time t = t223 to t224, the interface unit 13 releases the connection between the first inverter converter 11 and the capacitor unit 14. The braking of the wheel 4 by the mechanical brake device is released. Also in this case, the regenerative electric power RE of the motor 12 is continuously supplied to the flywheel unit 15, and the braking of the wheel 4 by the regenerative operation of the motor 12 is continued. At time t = t224, the regenerative electric power RE from the motor 12 becomes zero, and the deceleration of the railway vehicle 1A is completed.

鉄道車両1Aが低速走行状態から減速しているか、又は鉄道車両1Aの減速度が小さい場合、モータ12の回生電力は、小さい。このような場合、電力回生システム8は、モータ12からの回生電力を、キャパシタ部14には充電せず、フライホイール部15で運動エネルギに変換してフライホイール18に蓄積する。そして、鉄道車両1Aが高い減速度で減速されることにより、フライホイール部15だけでは十分な蓄電ができないような大電力がモータ12に生じている場合、インターフェイス部13は、モータ12からの回生電力を、フライホイール部15に加え、キャパシタ部14にも出力する。これにより、フライホイール部15とキャパシタ部14の両方で、モータ12からの回生電力を蓄積する。   When the railway vehicle 1A is decelerating from the low-speed traveling state or the deceleration of the railway vehicle 1A is small, the regenerative power of the motor 12 is small. In such a case, the power regeneration system 8 does not charge the regenerative power from the motor 12 into the capacitor unit 14, converts it into kinetic energy by the flywheel unit 15, and accumulates it in the flywheel 18. When the railway vehicle 1 </ b> A is decelerated at a high deceleration rate and the motor 12 generates a large amount of power that cannot be sufficiently stored by the flywheel unit 15 alone, the interface unit 13 regenerates from the motor 12. Electric power is output to the capacitor unit 14 in addition to the flywheel unit 15. Thereby, regenerative power from the motor 12 is accumulated in both the flywheel unit 15 and the capacitor unit 14.

尚、モータ12からの回生電力を、インターフェイス部13及び第3インバータコンバータ19を介して架線30へ出力できる場合、インターフェイス部13は、この回生電力を、キャパシタ部14への供給及びフライホイール部15への供給に優先して、架線30(第3インバータコンバータ19)へ出力してもよい。   When the regenerative power from the motor 12 can be output to the overhead wire 30 via the interface unit 13 and the third inverter converter 19, the interface unit 13 supplies this regenerative power to the capacitor unit 14 and the flywheel unit 15. Prior to the supply to, the overhead line 30 (third inverter converter 19) may be output.

以上の次第で、本発明の第2実施形態においても、大電力の入出力が可能であり、蓄電容量が大きく、コンパクトであり、且つ、地球環境への負担をより少なくできる電力回生システム8及び鉄道車両1Aを提供できる。   As described above, also in the second embodiment of the present invention, a power regeneration system 8 that can input / output large power, has a large storage capacity, is compact, and can reduce the burden on the global environment, and A rail vehicle 1A can be provided.

以上、本発明の実施形態について説明したけれども、本発明は、上述した実施形態に限られず、特許請求の範囲に記載した限りにおいて様々に変更して実施することができる。例えば、各上記実施形態では、回生電力システムにリチウムイオン蓄電池が設けられていない構成を説明した。しかしながら、この通りでなくてもよい。回生電力システムは、リチウムイオン蓄電池等の化学電池を有していてもよい。この場合でも、フライホイール部で大容量の電力を蓄積可能であるので、化学電池の使用量を、より少なくできる。   As mentioned above, although embodiment of this invention was described, this invention is not restricted to embodiment mentioned above, As long as it described in the claim, it can change and implement variously. For example, in each of the above-described embodiments, the configuration in which the regenerative power system is not provided with the lithium ion storage battery has been described. However, this need not be the case. The regenerative power system may have a chemical battery such as a lithium ion storage battery. Even in this case, since a large amount of electric power can be stored in the flywheel unit, the amount of chemical battery used can be reduced.

本発明は、電力回生システム、及び車両として、広く適用できる。   The present invention can be widely applied as a power regeneration system and a vehicle.

8 電力回生システム
13 インターフェイス部
14 キャパシタ部
15 フライホイール部
17 モータジェネレータ
18 フライホイール
8 Power regeneration system 13 Interface unit 14 Capacitor unit 15 Flywheel unit 17 Motor generator 18 Flywheel

Claims (8)

電力回生システムであって、
キャパシタを含むキャパシタ部と、
フライホイール、及び、このフライホイールと運動エネルギの入出力を可能なモータジェネレータを含むフライホイール部と、
前記キャパシタ部、前記モータジェネレータ、及び前記電力回生システムの外部のそれぞれと電力の入出力を可能に構成されたインターフェイス部と、を備え、
前記インターフェイス部は、前記キャパシタ部に蓄積された電力を出力可能であるか、又は前記キャパシタ部に蓄積された電力と前記モータジェネレータで発電された電力の両方を同時に出力可能であることを特徴とする、電力回生システム。
A power regeneration system,
A capacitor unit including a capacitor;
A flywheel including a flywheel and a motor generator capable of inputting and outputting kinetic energy with the flywheel;
The capacitor unit, the motor generator, and an interface unit configured to be able to input and output power with each of the outside of the power regeneration system,
The interface unit can output the electric power stored in the capacitor unit, or can output both the electric power stored in the capacitor unit and the electric power generated by the motor generator at the same time. Power regeneration system.
請求項1に記載の電力回生システムであって、
前記インターフェイス部は、前記キャパシタ部に蓄積された電力は出力せず、前記フライホイール部の前記モータジェネレータで生じた電力を前記外部へ出力可能であることを特徴とする、電力回生システム。
The power regeneration system according to claim 1,
The power regeneration system is characterized in that the interface unit does not output the electric power stored in the capacitor unit, and can output the electric power generated by the motor generator of the flywheel unit to the outside.
請求項1又は請求項2に記載の電力回生システムであって、
前記インターフェイス部は、前記外部から入力された電力を、前記キャパシタ部へは出力せず、前記フライホイール部の前記モータジェネレータへ出力可能であることを特徴とする、電力回生システム。
The power regeneration system according to claim 1 or 2,
The power regeneration system according to claim 1, wherein the interface unit can output the electric power input from the outside to the motor generator of the flywheel unit without outputting the electric power to the capacitor unit.
請求項1乃至請求項3の何れか1項に記載の電力回生システムであって、
前記インターフェイス部は、所定の電力負荷としての電力需要先に接続可能に構成されており、且つ、前記外部から入力された電力を前記キャパシタ部及び前記フライホイール部の何れにおいても蓄積不能である場合に、前記外部から入力された電力を、前記電力需要先に出力するように構成されていることを特徴とする、電力回生システム。
The power regeneration system according to any one of claims 1 to 3,
The interface unit is configured to be connectable to a power demand destination as a predetermined power load, and the power input from the outside cannot be stored in any of the capacitor unit and the flywheel unit. In addition, the power regeneration system is configured to output the power input from the outside to the power demand destination.
請求項1乃至請求項4の何れか1項に記載の電力回生システムであって、
前記インターフェイス部は、所定の電力負荷としての電力需要先に接続可能に構成されており、且つ、前記外部から電力が入力された場合に、前記キャパシタ部への給電及び前記フライホイール部の前記モータジェネレータへの給電に優先して、前記外部からの電力を前記電力需要先へ出力可能であることを特徴とする、電力回生システム。
The power regeneration system according to any one of claims 1 to 4,
The interface unit is configured to be connectable to a power demand destination as a predetermined power load, and when electric power is input from the outside, power supply to the capacitor unit and the motor of the flywheel unit A power regeneration system capable of outputting power from the outside to the power demand destination in preference to power supply to a generator.
請求項1乃至請求項5の何れか1項に記載の電力回生システムであって、
前記インターフェイス部は、前記キャパシタ部と前記フライホイール部の前記モータジェネレータとを、前記キャパシタ部と前記フライホイール部との間で電力の入出力をするために接続可能であることを特徴とする、電力回生システム。
A power regeneration system according to any one of claims 1 to 5,
The interface unit is connectable to input and output power between the capacitor unit and the flywheel unit, the capacitor unit and the motor generator of the flywheel unit, Power regeneration system.
請求項1乃至請求項6の何れか1項に記載の電力回生システムであって、
前記インターフェイス部は、複数の電力供給部に接続されており、且つ、複数の前記電力供給部からの電力を、前記キャパシタ又は前記モータジェネレータへ出力可能であることを特徴とする、電力回生システム。
The power regeneration system according to any one of claims 1 to 6,
The interface unit is connected to a plurality of power supply units, and can output power from the plurality of power supply units to the capacitor or the motor generator.
車輪と、
前記車輪に連結されたモータと、
請求項1乃至請求項7の何れか1項に記載の電力回生システムと、を備え、
前記モータは、前記電力回生システムの前記外部として設けられており、前記インターフェイス部との間で電力の入出力を可能であることを特徴とする、車両。
Wheels,
A motor coupled to the wheel;
A power regeneration system according to any one of claims 1 to 7,
The vehicle, wherein the motor is provided as the outside of the power regeneration system and can input and output power with the interface unit.
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