(57)【要約】  ＶＶＶＦインバータ（６）の出力電圧指令と出力電流とから交流電動機（７）の回転速度を推定し、該推定値に基づいてＶＶＶＦインバータ（６）を制御する速度センサレスベクトル制御手段（１１）を備えた電気車の制御装置であって、架線（１）からの電流を検出する架線電流検出手段（４）と、ＶＶＶＦインバータ（６）が運転時に架線電流検出手段（４）により検出される架線（１）の電流の符号によって、速度センサレスベクトル制御手段（１１）が異常であることを検知する不正動作検知手段（１２）と、この不正動作検知手段（１２）が異常を検知した時にＶＶＶＦインバータを停止させるゲートストップ手段（１３）を備える。
2008053675.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
力行指令もしくはブレーキ指令に基づいて直流を任意の周波数の交流に変換するＶＶＶＦインバータ（可変電圧可変周波数インバータ）と、前記ＶＶＶＦインバータの交流側に接続される交流電動機と、前記ＶＶＶＦインバータの直流側に並列に接続されるフィルタコンデンサと、前記ＶＶＶＦインバータの交流側の電流情報を検出する電流検出手段と、前記フィルタコンデンサの直流の電圧情報を検出する電圧検出手段と、前記ＶＶＶＦインバータの出力電圧指令と前記ＶＶＶＦインバータの出力電流とから前記交流電動機の回転速度を推定し、該推定値に基づいて前記ＶＶＶＦインバータを制御する速度センサレスベクトル制御手段を備えた電気車の制御装置であって、
架線の電流を検出する架線電流検出手段もしくは前記ＶＶＶＦインバータのインバータ電流を検出するインバータ電流検出手段のいずれか１つの直流電流検出手段と、前記ＶＶＶＦインバータが運転時に力行指令もしくはブレーキ指令のいずれか１つの指令と前記直流電流検出手段により検出される架線の電流もしくはインバータ電流のいずれかの直流電流と所定の電流設定値により直流電流の符号を求め、その直流電流の符号によって前記速度センサレスベクトル制御手段が異常であることを検知する不正動作検知手段と、この不正動作検知手段が異常を検知した時に前記ＶＶＶＦインバータを停止させるゲートストップ手段とを備えたことを特徴とする電気車の制御装置。
【請求項２】
前記不正動作検知手段は、前記ＶＶＶＦインバータが力行運転時に前記架線電流検出手段もしくは前記インバータ電流検出手段のいずれか１つの前記直流電流検出手段により検出される架線の電流もしくはインバータ電流のいずれか１つの直流電流の値と不正に回生していると判断するために設定された第１の電流設定値とを比較する不正回生検知手段と、前記ＶＶＶＦインバータが回生運転時に前記架線電流検出手段もしくは前記インバータ電流検出手段のいずれか１つの前記直流検出手段により検出される架線の電流もしくはインバータ電流のいずれか１つの直流電流の値と不正に力行していると判断するために設定された第２の電流設定値とを比較する不正力行検知手段と、力行指令もしくはブレーキ指令のいずれか１つの指令に基づいて力行運転時は前記不正回生検知手段を選択し、回生運転時は前記不正力行検知手段を選択する力行回生検知選択手段とを備えたことを特徴とする請求項１に記載の電気車の制御装置。
【請求項３】
前記不正回生検知手段は、前記架線電流検出手段により検出される架線の電流の値が前記第１の電流設定値より小さくなった時からある一定の時間を経過させることができる不正回生検知時素手段を有し、前記不正力行検知手段は、前記架線電流検出手段により検出される架線の電流の値が前記第２の電流設定値より大きくなった時からある一定の時間を経過させることができる不正力行検知時素手段を有することを特徴とする請求項２に記載の電気車の制御装置。
【請求項４】
前記不正動作検知手段は、前記ＶＶＶＦインバータが回生運転時に前記架線電流検出手段もしくは前記インバータ電流検出手段のいずれか１つの前記直流電流検出手段により検出される架線の電流もしくはインバータ電流のいずれか１つの直流電流の値と、ブレーキ指令に基づいた回生時の架線電流条件設定手段に不正に力行していると判断するために設定された電流設定値と、前記不正に力行していると判断するために設定された電流設定値と架線の電流もしくはインバータ電流のいずれか１つの直流電流を比較する大なり比較手段とを備えたことを特徴とする請求項１に記載の電気車の制御装置。
【請求項５】
前記不正動作検知手段は、前記直流電流検出手段によって検出された電流のオフセット成分を補償するオフセット補償手段を備えたことを特徴とする請求項４に記載の電気車の制御装置。
【請求項６】
力行指令もしくはブレーキ指令に基づいて直流を任意の周波数の交流に変換するＶＶＶＦインバータ（可変電圧可変周波数インバータ）と、前記ＶＶＶＦインバータの交流側に接続される交流電動機と、前記ＶＶＶＦインバータの直流側に並列に接続されるフィルタコンデンサと、前記ＶＶＶＦインバータの交流側の電流情報を検出する電流検出手段と、前記フィルタコンデンサの直流の電圧情報を検出する電圧検出手段と、前記ＶＶＶＦインバータの出力電圧指令と前記ＶＶＶＦインバータの出力電流とから前記交流電動機の回転速度を推定し、該推定値に基づいて前記ＶＶＶＦインバータを制御する速度センサレスベクトル制御手段を備えた電気車の制御装置であって、
架線の電流を推定する架線電流推定手段もしくは前記ＶＶＶＦインバータのインバータ電流を推定するインバータ電流推定手段のいずれか１つの直流電流推定手段と、前記ＶＶＶＦインバータが運転時に力行指令もしくはブレーキ指令のいずれか１つの指令と前記直流電流推定手段により推定される架線の電流推定値もしくはインバータ電流推定値のいずれか１つの直流電流推定値と所定の電流設定値により直流電流推定値の符号を求め、その直流電流推定値の符号によって前記速度センサレスベクトル制御手段が異常であることを検知する不正動作検知手段と、この不正動作検知手段が異常を検知した時に前記ＶＶＶＦインバータを停止させるゲートストップ手段とを備えたことを特徴とする電気車の制御装置。
【請求項７】
前記架線電流推定手段は、前記電流検出手段により検出された電流情報と前記ＶＶＶＦインバータのスイッチング状態に基づき前記ＶＶＶＦインバータに架線から入力されるインバータ直流入力電流を推定するインバータ直流入力電流推定手段と、前記フィルタコンデンサに架線から入力されるコンデンサ入力電流を推定するコンデンサ入力電流推定手段と、前記インバータ直流入力電流推定手段及びコンデンサ入力電流推定手段それぞれの電流推定値を加算して前記不正動作検知手段に入力する加算器とを備えたことを特徴とする請求項６に記載の電気車の制御装置。
【請求項８】
前記不正動作検知手段は、前記ＶＶＶＦインバータが力行運転時に前記架線電流推定手段もしくは前記ＶＶＶＦインバータのインバータ電流を推定するインバータ電流推定手段のいずれか１つの直流電流推定手段により推定される架線の電流推定値もしくはインバータ電流推定値のいずれか１つの直流電流推定値と、不正に回生していると判断するために設定された第１の電流設定値とを比較する不正回生検知手段と、前記ＶＶＶＦインバータが回生運転時に前記架線電流推定手段もしくは前記ＶＶＶＦインバータのインバータ電流を推定するインバータ電流推定手段のいずれか１つの直流電流推定手段により推定される架線の電流推定値もしくはインバータ電流推定値のいずれか１つの直流電流推定値と、不正に力行していると判断するために設定された第２の電流設定値とを比較する不正力行検知手段と、力行指令もしくはブレーキ指令のいずれか１つの指令に基づいて、力行運転時は前記不正回生検知手段を選択し、回生運転時は前記不正力行検知手段を選択する力行回生検知選択手段とを備えたことを特徴とする請求項６に記載の電気車の制御装置。
【請求項９】
前記不正回生検知手段は、前記架線電流推定手段により推定される架線の電流推定値が前記第１の電流設定値より小さくなった時からある一定の時間を経過させることができる不正回生検知時素手段を有し、前記不正力行検知手段は、前記架線電流推定手段により推定される架線の電流推定値が前記第２の電流設定値より大きくなった時からある一定の時間を経過させることができる不正力行検知時素手段を有することを特徴とする請求項８に記載の電気車の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、速度検出器を用いずに可変電圧可変周波数インバータ（以下、ＶＶＶＦインバータとも称す。）により駆動される交流電動機を駆動源とする電気車の制御装置に係り、特に、その制御で必要となる速度推定値の異常を検知する技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、速度検出器を使用せずに、ＶＶＶＦインバータを用いて、高精度で交流電動機の制御を行う方式が提案されている。（例えば、特許文献１、特許文献２を参照。）
このような、速度検出器を使用しないで交流電動機の制御を行う方式では、電流検出値等に基づき速度推定値を演算で求めＶＶＶＦインバータの制御を行うが、電流検出器の故障や配線の断線等のために、速度推定値が正しく演算されていない場合には、これを放置すると過電流が多発し、ＶＶＶＦインバータの部品などを破壊する状態ともなりうるので、この速度推定値の異常を速やかに検知する必要がある。
【特許文献１】特許第３７３２７８４号公報（図６、式（２８））
【特許文献２】特開２００４‐６４９０５号公報（図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、特許文献１の電気車の駆動制御方法及び制御装置では、有効電力基準Ｐ＊と直流電圧Ｖｄｃとを用いて電流基準ＩＬ＊を演算し、架線の電流を検出した値ＩＬと電流基準ＩＬ＊の偏差を演算し、この偏差が下限値αと上限値βとの間にない場合には、速度推定値異常と判定するよう構成されている。
そして、電流基準ＩＬ＊は、有効電力基準Ｐ＊を直流電圧Ｖｄｃで割ることによって求めており、厳密には電流基準ＩＬ＊は架線の電流でなく、インバータの入力電流となる。その結果、架線の電流と架線の電流の基準とから偏差を求める場合には、下限値α及び上限値βを決めるのは比較的簡単であるが、架線の電流とインバータの入力電流の偏差を演算することから下限値α及び上限値βの設定定数を決めることは非常に困難である。
また、有効電力基準Ｐ＊は交流電動機やＶＶＶＦインバータが変わると変更する必要があり、よって、下限値α及び上限値βはその都度変更する必要がある。【０００４】
また、特許文献２の電気車制御装置では、電流検出器で検出したインバータの入力電流の方向を判別器で判別し、運転指令信号と比較して異常を検知しているため、異常な動作を誤検知する可能性が高い。
例えば、ノッチオフなどで運転指令信号がオフされた直後、インバータの入力電流は短い時間であるが若干流れることになり、その流れた入力電流とオフとなった運転指令信号を判別し、異常な動作であると判断する可能性が高い。
また、この異常検知システムでインバータが停止するのでなく、過電流や過電圧などの他の保護手段による保護によって急にインバータが停止する場合は、インバータを急に停止させることによってインバータの入力電流は過渡的に動作するため、運転指令信号と異なる方向の電流が流れることになり、これによって異常検知システムが働き、誤検知することになる。このように誤検知することは、システムの信頼性を低下させることになる。【０００５】
この発明は、上述の課題を解決するためになされたもので、架線の電流の符号もしくはインバータ電流の符号を検知することにより、簡単な構成で速度推定値の異常を検知する制御系を構成し、設定する定数を簡単に決定でき、交流電動機や可変電圧可変周波数インバータが変更になっても設定定数を変更することなく、速度推定値の異常を検知することができる電気車の制御装置を提供することを目的とする。【０００６】
また、速度推定値の異常を誤検知することなく、正確・確実に検知することができる電気車の制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明に係わる電気車の制御装置は、力行指令もしくはブレーキ指令に基づいて直流を任意の周波数の交流に変換するＶＶＶＦインバータ（可変電圧可変周波数インバータ）と、前記ＶＶＶＦインバータの交流側に接続される交流電動機と、前記ＶＶＶＦインバータの直流側に並列に接続されるフィルタコンデンサと、前記ＶＶＶＦインバータの交流側の電流情報を検出する電流検出手段と、前記フィルタコンデンサの直流の電圧情報を検出する電圧検出手段と、前記ＶＶＶＦインバータの出力電圧指令と前記ＶＶＶＦインバータの出力電流とから前記交流電動機の回転速度を推定し、該推定値に基づいて前記ＶＶＶＦインバータを制御する速度センサレスベクトル制御手段を備えた電気車の制御装置であって、架線の電流を検出する架線電流検出手段もしくは前記ＶＶＶＦインバータのインバータ電流を検出するインバータ電流検出手段のいずれか１つの直流電流検出手段と、前記ＶＶＶＦインバータが運転時に力行指令もしくはブレーキ指令のいずれか１つの指令と前記直流電流検出手段により検出される架線の電流もしくはインバータ電流のいずれかの直流電流と所定の電流設定値により直流電流の符号を求め、その直流電流の符号によって前記速度センサレスベクトル制御手段が異常であることを検知する不正動作検知手段と、この不正動作検知手段が異常を検知した時に前記ＶＶＶＦインバータを停止させるゲートストップ手段とを備えたものである。【０００８】
また、この発明に係わる電気車の制御装置は、力行指令もしくはブレーキ指令に基づいて直流を任意の周波数の交流に変換するＶＶＶＦインバータ（可変電圧可変周波数インバータ）と、前記ＶＶＶＦインバータの交流側に接続される交流電動機と、前記ＶＶＶＦインバータの直流側に並列に接続されるフィルタコンデンサと、前記ＶＶＶＦインバータの交流側の電流情報を検出する電流検出手段と、前記フィルタコンデンサの直流の電圧情報を検出する電圧検出手段と、前記ＶＶＶＦインバータの出力電圧指令と前記ＶＶＶＦインバータの出力電流とから前記交流電動機の回転速度を推定し、該推定値に基づいて前記ＶＶＶＦインバータを制御する速度センサレスベクトル制御手段を備えた電気車の制御装置であって、架線の電流を推定する架線電流推定手段もしくは前記ＶＶＶＦインバータのインバータ電流を推定するインバータ電流推定手段のいずれか１つの直流電流推定手段と、前記ＶＶＶＦインバータが運転時に力行指令もしくはブレーキ指令のいずれか１つの指令と前記直流電流推定手段により推定される架線の電流推定値もしくはインバータ電流推定値のいずれか１つの直流電流推定値と所定の電流設定値により直流電流推定値の符号を求め、その直流電流推定値の符号によって前記速度センサレスベクトル制御手段が異常であることを検知する不正動作検知手段と、この不正動作検知手段が異常を検知した時に前記ＶＶＶＦインバータを停止させるゲートストップ手段とを備えたものである。
【発明の効果】
【０００９】
この発明の電気車の制御装置によれば、簡単且つ低コストの構成で、速度推定値の異常即ち、速度センサレスベクトル制御手段の異常を検出することができ、過電流によるインバータ装置の部品の故障を未然に防ぐことができる。【００１０】
また、異常判定のための設定定数を簡単に設定でき、交流電動機や可変電圧可変周波数インバータが変更になっても設定定数を変更することなく、速度推定値の異常を検知することができる。【００１１】
さらに、速度推定値の異常を誤検知することなく、正確・確実に検知することができ、信頼性の高い電気車の制御装置を得ることができる。【００１２】
上述した、またその他の、この発明の目的、特徴、効果は、以下の実施の形態における詳細な説明及び図面の記載からより明らかとなるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】実施の形態１に係る電気車の制御装置の構成を示す図である。
【図２】実施の形態１における不正動作検知手段の構成を示すブ図である。
【図３】実施の形態１におけるゲートストップ手段の構成を示す図である。
【図４】実施の形態１における力行時の不正動作検知手段の各パラメータの動作説明図である。
【図５】実施の形態１における回生時の不正動作検知手段の各パラメータの動作説明図である。
【図６】実施の形態２に係る電気車の制御装置の構成を示す図である。
【図７】実施の形態２における架線電流推定手段の構成を示す図である。
【図８】本発明に使用されるＶＶＶＦインバータの回路構成図である。
【図９】実施の形態３に係る電気車の制御装置の構成を示す図である。
【図１０】実施の形態３における不正動作検知手段の構成を示す図である。
【図１１】実施の形態３におけるゲートストップ手段の構成を示す図である。
【図１２】実施の形態３における回生時の架線電流条件設定手段の構成を示す図である。
【図１３】実施の形態３における回生時素手段の構成を示す図である。
【図１４】実施の形態３におけるオフセット補償手段の構成を示す図である。
【図１５】実施の形態３に係る電気車の制御装置における制御モード切替を示す図である。
【図１６】実施の形態４に係る電気車の制御装置の構成を示す図である。
【図１７】実施の形態５に係る電気車の制御装置の構成を示す図である。
【図１８】実施の形態６に係る電気車の制御装置の構成を示す図である。
【符号の説明】
【００１４】
１  架線                              ３  直流フィルタリアクトル
４  架線電流検出手段                  ５  フィルタコンデンサ
６  可変電圧可変周波数インバータ（ＶＶＶＦインバータ）
７  交流電動機                        ８  車輪
９  レール                          １０  電流検出手段
１１  速度センサレスベクトル制御手段    １２  不正動作検知手段
１３  ゲートストップ手段                １４  不正回生検知手段
１５  不正力行検知手段                  １６  不正回生検知時素手段
１７  不正力行検知時素手段              １８  力行回生検知選択手段
１９  力行時の比較手段                  ２０  回生時の比較手段
２１  力行時の架線電流条件ＥＰＤＰＬＶＬ（第１の電流設定値）
２２  回生時の架線電流条件ＥＰＤＢＬＶＬ（第２の電流設定値）
２３  架線電流推定手段                  ２４  電圧検出手段
２５  反転（ＮＯＴ）回路                ２６  ゲート信号生成回路
２７  掛け算器                          ２８  コンデンサ入力電流推定手段
２９  インバータ直流入力電流推定手段    ３０  加算器
３１  不正動作検知手段                  ３２  ゲートストップ手段
３３  大なり比較手段                    ３４  回生時の架線電流条件設定手段
３５  回生時素手段                      ３６  掛算手段
３７ａ、３７ｂ  反転（ＮＯＴ）手段      ３８  ラッチ手段
３９  切り替え手段                      ４０  時素（ＯＮＴＤ）手段
４１  時素（ＯＮＴＤ）手段              ４２  切り替え手段
４３  可変時素（ＯＮＴＤ）手段          ４４  オフセット補償手段
４５  積分手段                          ４６  時素（ＯＮＴＤ）手段
４７  切り替え手段                      ４８  除算手段
４９  減算手段                          ５０  切り替え手段
５１  オフセット量演算手段              ５２  切り替え手段
５３  インバータ電流検出手段            ５４  インバータ電流推定手段
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、図面に基づいて、本発明の一実施の形態例について説明する。
なお、各図間において、同一符号は、同一あるいは相当のものであることを表す。
実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態１に係る電気車の制御装置について、図１〜図５を参照して説明する。
図１は、実施の形態１に係る電気車の制御装置の構成を示す図である。
なお、実施の形態１においては、一例として交流電動機を誘導電動機として制御した場合について説明するが、交流電動機は同期電動機であっても同様の効果が期待できることは勿論である。
また、実施の形態１においては、力行指令Ｐ＊に応じて動作する電気車の制御装置の場合を例にして説明するが、後述するブレーキ指令Ｂ＊で動作することも可能である。【００１６】
図１において、架線１は、パンタグラフ２、直流フィルタリアクトル３を介して、直流フィルタコンデンサ５の正側電位と接続している。また、直流フィルタコンデンサ５の負側電位は、車輪８を介して、レール９に接地している。さらに、直流フィルタコンデンサ５に並列に、直流を任意の周波数の交流に変換する可変電圧可変周波数インバータ（以下、ＶＶＶＦインバータともいう。）６が接続されており、このＶＶＶＦインバータ６は、誘導電動機である交流電動機７に三相の電圧を印加する。交流側の電流検出手段１０は、交流電動機７に発生する相電流ｉｕ、ｉｖを検出する。
図１では、交流側の電流検出手段１０として、ＶＶＶＦインバータ６と交流電動機７とを接続する回路を流れる電流をＣＴ等により検出するものを記載しているが、他の公知の手法を用いて、母線電流などＶＶＶＦインバータ６内部に流れる電流を用いて相電流を検出しても良い。
ｉｕ＋ｉｖ＋ｉｗ＝０の関係が成立するので、ｕ、ｖ２相分の検出電流からｗ相の電流を求めることができる。【００１７】
なお、交流電動機７と車輪８とは、独立した構成としているが、これは便宜的に図示しているものであり、実際には、交流電動機７がギアを介して車輪８に接続され、車輪８はレール９に接続されている。【００１８】
一方、架線１から直流フィルタリアクトル３に流れる電流Ｉｓを検出する架線電流検出手段４が設けられており、この架線電流検出手段４によって検出された架線電流値Ｉｓを、不正動作検知手段（詳細は後述する。）１２に入力するようにしている。【００１９】
架線電流検出手段４により検出された架線電流値Ｉｓが、架線１からＶＶＶＦインバータ６を通って交流電動機７に流れる（図１の矢印の方向に流れる）時を正方向と定義すると、力行運転時の架線電流Ｉｓは正方向（電流値はプラスとなる）に流れる。
逆に回生運転時の架線電流Ｉｓは、交流電動機７からＶＶＶＦインバータ６を通って架線１に流れる負方向（電流値はマイナスとなる）の流れとなる。即ち、図１の矢印の逆方向に流れることになる。【００２０】
速度センサレスベクトル制御手段１１は、ＶＶＶＦインバータ６の出力電圧指令とＶＶＶＦインバータ６の出力電流とから交流電動機７の回転速度を推定し、この推定値に基づいてＶＶＶＦインバータ６を制御し、交流電動機７を駆動制御する。この速度センサレスベクトル制御手段１１における制御系は、ｄｑ軸回転座標系上において、交流電動機７の電流、電圧、磁束を制御する速度センサレスベクトル制御方式である。
当該速度センサレスベクトル制御手段１１に関しては、既存の技術であるので、ここではその詳細説明は省略する。【００２１】
次に、不正動作検知手段１２について説明する。
図２は不正動作検知手段１２の構成の一例を示すもので、図２において、１４は力行運転時における異常を検知する不正回生検知手段であり、架線電流検出手段４で検出した架線電流検出値Ｉｓと、不正に回生していると判断するために設定された第１の電流設定値である力行時の架線電流条件ＥＰＤＰＬＶＬ２１とを比較する力行時の比較手段１９と、この比較手段１９の検出結果をある時間だけ検知時素を持たせて（遅延させて）出力する不正回生検知時素手段（力行時素）１６を備えている。
また、１５は回生運転時における異常を検知する不正力行検知手段であり、架線電流検出手段４で検出した架線電流検出値Ｉｓと、不正に力行していると判断するために設定された第２の電流設定値である回生時の架線電流条件ＥＰＤＢＬＶＬ２２とを比較する回生時の比較手段２０と、この比較手段２０の検出結果をある時間だけ検知時素を持たせて（遅延させて）出力する不正力行検知時素手段（回生時素）１７を備えている。
１８は、力行指令Ｐ＊に基づいて、力行運転時か回生運転時かによって、不正回生検知手段１４か不正力行検知手段１５のいずれかを選択する力行回生検知選択手段である。
なお、力行指令Ｐ＊は、電気車の運転台上の変速装置である指令の位置に応じた値から得られるものである。【００２２】
このように構成された不正動作検知手段１２の原理は、上述したように、速度センサレスベクトル制御手段１１が正常の力行運転時の場合には、架線電流Ｉｓが正方向（即ち、プラス）になることを利用する。
また、速度センサレスベクトル制御手段１１が正常の回生運転時の場合には、架線電流Ｉｓが負方向（即ち、マイナス）になることを利用する。【００２３】
即ち、不正動作検知手段１２は、速度センサレスベクトル制御手段１１が力行運転時に、架線電流Ｉｓが正方向でなく負方向に流れた時に、異常であると判断し、ＶＶＶＦインバータ６をゲートストップ手段１３で停止させる。
また、不正動作検知手段１２は、速度センサレスベクトル制御手段１１が回生運転時に、架線電流Ｉｓが負方向でなく正方向に流れた時に、異常であると判断し、ＶＶＶＦインバータ６をゲートストップ手段１３で停止させる。【００２４】
次に、以上のように構成された実施の形態１による電気車の制御装置の動作について説明する。【００２５】
まず、力行時の速度センサレスベクトル制御手段の異常の判別方法について説明する。図１に示す架線電流検出手段４により検出された架線電流値Ｉｓを不正動作検知手段１２に入力する。【００２６】
力行時の不正動作検知手段１２の各パラメータの動作については図４に示しており、以下、図２と図４を用いて動作説明を行う。
まず、力行時は、力行指令Ｐ＊が不正動作検知手段１２及び速度センサレスベクトル制御手段１１に入力されているため、力行回生検知選択手段１８は、Ａの接点とＣの接点が接続されていることになる。【００２７】
図４に示すように、正常時は、架線電流Ｉｓが正（プラス）方向に流れている。
異常が発生すると架線電流Ｉｓが負（マイナス）方向に流れるため、この架線電流Ｉｓと第１の電流設定値である力行時の架線電流条件ＥＰＤＰＬＶＬ２１とを、力行時の比較手段１９で比較する。例えば、力行時の架線電流条件ＥＰＤＰＬＶＬ２１は、−１０Ａと設定し、力行時の比較手段１９によって架線電流Ｉｓが−１０Ａ（力行時の架線電流条件ＥＰＤＰＬＶＬ２１）より小さくなったことを検出する。
その検出した結果から、不正回生検知時素手段１６によって、過渡的な応答などによる誤検知を防止するためにある時間だけ検知時素（遅延）を持たして、その時素（遅延）の時間が経過しても架線電流Ｉｓが力行時の架線電流条件ＥＰＤＰＬＶＬ２１より小さい状態を継続したら、不正動作検知手段１２から不正動作検知信号ＥＰＤをゲートストップ手段１３に出力する。
なお、時素の設定時間は、架線電流Ｉｓの応答を考慮して直流フィルタリアクトル３と直流フィルタコンデンサ５の共振周波数以上の時間を設定すれば良い。【００２８】
次に、回生時の速度センサレスベクトル制御手段の異常の判別方法について説明する。
回生時の不正動作検知手段１２の各パラメータの動作については図５に示しており、以下、図２と図５を用いて動作説明を行う。
まず、回生時は力行指令Ｐ＊が入力されていないため、力行回生検知選択手段１８は、Ｂの接点とＣの接点が接続されていることになる。【００２９】
図５に示すように、正常時は、架線電流Ｉｓが負（マイナス）方向に流れている。異常が発生すると架線電流Ｉｓが正（プラス）方向に流れるため、この架線電流Ｉｓと第２の電流設定値である回生時の架線電流条件ＥＰＤＢＬＶＬ２２とを、回生時の比較手段２０で比較する。
例えば、回生時の架線電流条件ＥＰＤＢＬＶＬ２２は、＋１０Ａと設定し、回生時の比較手段２０によって架線電流Ｉｓが＋１０Ａ（回生時の架線電流条件ＥＰＤＢＬＶＬ２２）より大きくなったことを検出する。
その検出した結果から、不正力行検知時素手段１７によって、過渡的な応答などによる誤検知を防止するためにある時間だけ検知時素（遅延）を持たして、その時素（遅延）の時間が経過しても架線電流Ｉｓが回生時の架線電流条件ＥＰＤＢＬＶＬ２２より大きい状態を継続したら、不正動作検知手段１２から不正動作検知信号のＥＰＤをゲートストップ手段１３に出力する。
なお、時素の設定時間は、架線電流Ｉｓの応答を考慮して直流フィルタリアクトル３と直流フィルタコンデンサ５の共振周波数以上の時間を設定すれば良い。【００３０】
架線電流Ｉｓの正または負の符号によって不正動作検知手段１２で異常を判定した場合（ＥＰＤ＝１）には、保護動作と判断してゲートストップ手段１３の作用によりＶＶＶＦインバータ６の全スイッチング素子へのゲート信号をオフとする。【００３１】
図３は、ゲートストップ手段１３の構成の一例を示すものである。
図３において、ゲートストップ手段１３は、速度センサレスベクトル制御手段１１によって演算された電圧指令を基に、ゲート信号指令生成回路２６によってゲート信号を生成する。
また、不正動作検知手段１２によって異常を判断した場合は、信号ＥＰＤが１となり、その信号を反転（ＮＯＴ）回路２５によって反転させて零とし、これを掛け算器２７に入力してＶＶＶＦインバータ６の全スイッチング素子へのゲート信号がオフ（零）になるよう構成されている。
なお、ゲート信号生成回路２６に関しては、既存の技術であるので、ここではその説明を省略する。【００３２】
以上説明したように、本実施の形態による電気車の制御装置は、力行指令Ｐ＊もしくは後述するブレーキ指令Ｂ＊に基づいて直流を任意の周波数の交流に変換するＶＶＶＦインバータ（可変電圧可変周波数インバータ）６と、ＶＶＶＦインバータ６の交流側に接続される交流電動機７と、ＶＶＶＦインバータ６の直流側に並列に接続されるフィルタコンデンサ５と、ＶＶＶＦインバータ６の交流側の電流情報を検出する電流検出手段１０と、フィルタコンデンサ５の直流の電圧情報を検出する電圧検出手段２４と、ＶＶＶＦインバータ６の出力電圧指令とＶＶＶＦインバータ６の出力電流とから交流電動機７の回転速度を推定し、該推定値に基づいてＶＶＶＦインバータ６を制御する速度センサレスベクトル制御手段１１を備えた電気車の制御装置であって、架線１の電流を検出する架線電流検出手段（直流電流検出手段）４と、ＶＶＶＦインバータ６が運転時に力行指令Ｐ＊もしくはブレーキ指令Ｂ＊のいずれか１つの指令と架線電流検出手段（直流電流検出手段）４により検出される架線の電流（直流電流）と所定の電流設定値により架線の電流の符号を求め、その直流電流の符号によって速度センサレスベクトル制御手段１１が異常であることを検知する不正動作検知手段１２と、この不正動作検知手段１２が異常を検知した時にＶＶＶＦインバータ６を停止させるゲートストップ手段１３を備えている。【００３３】
また、本実施の形態における不正動作検知手段１２は、ＶＶＶＦインバータ６が力行運転時に架線電流検出手段４により検出される架線の電流（直流電流）の値と、不正に回生していると判断するために設定された第１の電流設定値とを比較する不正回生検知手段１４と、ＶＶＶＦインバータ６が回生運転時に架線電流検出手段４により検出される架線の電流（直流電流）の値と不正に力行していると判断するために設定された第２の電流設定値とを比較する不正力行検知手段１５と、力行指令Ｐ＊（もしくはブレーキ指令Ｂ＊）に基づいて力行運転時は不正回生検知手段１４を選択し、回生運転時は不正力行検知手段１５を選択する力行回生検知選択手段１５を備えている。【００３４】
また、本実施の形態における不正回生検知手段１４は、架線電流検出手段４により検出される架線１の電流の値が第１の電流設定値より小さくなった時からある一定の時間を経過させることができる不正回生検知時素手段１６を有し、不正力行検知手段１５は、架線電流検出手段４により検出される架線１の電流の値が第２の電流設定値より大きくなった時からある一定の時間を経過させることができる不正力行検知時素手段１７を有する。【００３５】
以上のように、本実施の形態によれば、ＶＶＶＦインバータが力行指令Ｐ＊もしくはブレーキ指令Ｂ＊に基づいて運転時に架線電流検出手段により検出される架線の電流の符号によって速度センサレスベクトル制御手段が異常であることを検知する不正動作検知手段を備え、この不正動作検知手段が異常を検知した時にＶＶＶＦインバータを停止させるよう構成しているので、極めて簡単且つ安価な構成で、簡単に速度センサレスベクトル制御手段の異常を検出することができ、過電流によるインバータ装置の部品の故障を未然に防ぐことができる。【００３６】
また、異常判定のための設定定数を簡単に設定でき、交流電動機や可変電圧可変周波数インバータが変更になっても設定定数を変更することなく、速度推定値の異常を検知することができる。【００３７】
また、力行時と回生時の処理をわけることにより、力行時と回生時で別々の条件を設定でき、力行時と回生時各々で速度推定値の異常を検知することができる。【００３８】
さらに、架線電流検出手段により検出される架線の電流の値が、不正に回生していると判断するために設定された第１の電流設定値より小さくなった時から、ある一定の時間を経過させることができる不正回生検知時素手段と、架線電流検出手段により検出される架線の電流の値が、不正に力行していると判断するために設定された第２の電流設定値より大きくなった時から、ある一定の時間を経過させることができる不正力行検知時素手段を備えているので、過渡応答などによる不正回生検知手段及び不正力行検知手段の誤検知を防止することができる。【００３９】
実施の形態２．
図６は、この発明の実施の形態２に係る電気車の制御装置の構成を示す図である。
なお、前述の実施の形態１と同一部分には同一符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる部分についてのみ述べる。
なお、実施の形態２においても、力行指令Ｐ＊に応じて動作する電気車の制御装置の場合を例にして説明するが、ブレーキ指令Ｂ＊で動作することも可能である。
この実施の形態２では、図６に示すように架線電流推定手段２３を備えて、その出力を不正動作検知手段１２に入力していることが特徴である。
従って、本実施の形態では、不正動作検知手段１２には架線電流検出値に代えて架線電流推定手段２３で推定（演算）された架線電流推定値が入力される。【００４０】
実施の形態1では、架線電流検出手段４によって検出された架線電流値Ｉｓを不正動作検知手段１２に入力し、速度センサレスベクトル制御手段１１の異常を判別していた。
従って、実施の形態１では架線１の電流を検出する架線電流検出手段４が必要であり、装置の製作コストが高くなることや、部品点数増加による装置の信頼性を低下させる課題があった。【００４１】
実施の形態２では、図６に示すように、架線電流推定手段２３によって架線１の電流値を推定することにより、実施の形態１で用いたような架線電流検出手段４を不要とし、より製作コストを下げ、装置の信頼性を低下させることなく、速度センサレスベクトル制御手段１１の異常を判別することができるようにしたものである。【００４２】
図７は架線電流推定手段２３の構成を示しており、図７に示すように、架線電流推定手段２３は、コンデンサ入力電流Ｉｃを推定するコンデンサ入力電流推定手段２８、インバータ直流入力電流Ｉｄｃを推定するインバータ直流入力電流推定手段２９、コンデンサ入力電流推定手段２８で推定されたコンデンサ入力推定電流Ｉｃ＿ｓとインバータ直流入力電流推定手段２９で推定されたインバータ直流推定電流Ｉｄｃ＿ｓを加算する加算器３０で構成されている。【００４３】
架線電流推定手段２３のコンデンサ入力電流Ｉｃを推定するコンデンサ入力電流推定手段２８は、ＶＶＶＦインバータ６の直流側に並列に接続されるフィルタコンデンサ５の直流の電圧情報を検出する電圧検出手段２４によって検出されたコンデンサ電圧Ｖｃを時間で微分してフィルタコンデンサ容量Ｃを掛けることによって、以下の式（１）によりコンデンサ入力推定電流Ｉｃ＿ｓを算出する。【００４４】
【数１】
2008053675.tif 000003
【００４５】
また、式（１）は、微分を用いていることから、マイコンなどのソフトウエアで実現することが困難であることや演算結果が発散することなどがあるため、実用的には以下の式（２）を用いてもよい。【００４６】
【数２】
2008053675.tif 000004
【００４７】
なお、時定数Ｔについては、ＶＶＶＦインバータ６の最大運転周波数と同じような値にすれば良い。
例えば、ＶＶＶＦインバータ６の最大運転周波数が、２００Ｈｚであるとしたら、式（２）の時定数Ｔは、以下の式（３）で算出でき、約８０ｍｓｅｃを設定すれば良い。【００４８】
【数３】
2008053675.tif 000005
【００４９】
ＶＶＶＦインバータ６の構成は、例えば図８に示すように、ＩＧＢＴ（insulated  gate  bipolar  transistor）などのスイッチング素子６個（Ｓｕ、Ｓｖ、Ｓｗ、Ｓｘ、Ｓｙ、Ｓｚ）によって構成されている。
ＶＶＶＦインバータ６では、各相の２つのスイッチング素子が同時にオンすると直流電圧が短絡され、短絡電流によってスイッチング素子が破壊される。
そのため、実際のＶＶＶＦインバータ６では、各相の２つのスイッチング素子が同時にオンすることを防止するために上下短絡防止時間（もしくは、デットタイムという）Ｔｄが設けられる。【００５０】
架線電流推定手段２３のインバータ直流入力電流Ｉｄｃを推定するインバータ直流入力電流推定手段２９は、図８に示すＶＶＶＦインバータ６のスイッチング素子Ｓｕ、Ｓｖ、Ｓｗ、Ｓｘ、Ｓｙ、Ｓｚの状態及び、ＶＶＶＦインバータ６の交流側の電流情報を検出する電流検出手段１０の検出値を用いて、以下の式（４）によりインバータ直流入力推定電流Ｉｄｃ＿ｓを演算する。【００５１】
【数４】
2008053675.tif 000006
【００５２】
なお、Ｓｕ、Ｓｖ、Ｓｗはスイッチング素子の状態を示す関数であるため、以下のような状態時にＯＮ（＋１で示す）、ＯＦＦ（０で示す）で定義することができる。
Ｓｕ、Ｓｖ、Ｓｗ＝＋１：正側（Ｐ）のスイッチング素子Ｓｕ、Ｓｖ、ＳｗがＯＮの場合又は、Ｔｄの期間且つモータ電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗ＜０の場合。
Ｓｕ、Ｓｖ、Ｓｖ＝０：正側（Ｐ）のスイッチング素子Ｓｕ、Ｓｖ、ＳｗがＯＦＦの場合又は、Ｔｄの期間且つモータ電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗ＞０の場合。【００５３】
なお、実施の形態２では、式（４）を用いたインバータ直流入力電流の推定方法について説明したが、インバータ直流入力電流の推定方法は、他にインバータ電力を算出してコンデンサ電圧Ｖｃで割ることによっても算出でき、インバータ直流入力電流を式（４）以外の他の推定方法を用いて算出してもよいことはいうまでもない。【００５４】
また、架線電流推定手段２３で演算した架線電流推定値Ｉｓ＿ｓを用いて、速度センサレスベクトル制御手段１１の異常を検知する動作である不正動作検知手段１２以降の動作及び作用は、実施の形態１と同様であるため、説明は省略する。【００５５】
以上説明したように、本実施の形態による電気車の制御装置は、力行指令Ｐ＊もしくはブレーキ指令Ｂ＊に基づいて直流を任意の周波数の交流に変換するＶＶＶＦインバータ（可変電圧可変周波数インバータ）６と、ＶＶＶＦインバータ６の交流側に接続される交流電動機７と、ＶＶＶＦインバータ６の直流側に並列に接続されるフィルタコンデンサ７と、ＶＶＶＦインバータ６の交流側の電流情報を検出する電流検出手段１０と、フィルタコンデンサ５の直流の電圧情報を検出する電圧検出手段２４と、ＶＶＶＦインバータ６の出力電圧指令とＶＶＶＦインバータ６の出力電流とから交流電動機６の回転速度を推定し、該推定値に基づいてＶＶＶＦインバータ６を制御する速度センサレスベクトル制御手段１１を備えた電気車の制御装置であって、架線１の電流を推定する架線電流推定手段（直流電流推定手段）２３と、ＶＶＶＦインバータ６が運転時に力行指令Ｐ＊もしくはブレーキ指令Ｂ＊と架線電流推定手段（直流電流推定手段）２３により推定される架線の電流推定値（直流電流推定値）と所定の電流設定値により直流電流推定値の符号を求め、その架線の電流推定値（直流電流推定値）の符号によって速度センサレスベクトル制御手段１１が異常であることを検知する不正動作検知手段１２と、この不正動作検知手段１２が異常を検知した時にＶＶＶＦインバータ６を停止させるゲートストップ手段１３を備えている。【００５６】
また、本実施の形態における架線電流推定手段２３は、電流検出手段１０により検出された電流情報とＶＶＶＦインバータ６のスイッチング状態に基づきＶＶＶＦインバータに架線１から入力されるインバータ直流入力電流を推定するインバータ直流入力電流推定手段２９と、フィルタコンデンサ５に架線１から入力されるコンデンサ入力電流を推定するコンデンサ入力電流推定手段２８と、インバータ直流入力電流推定手段２９及びコンデンサ入力電流推定手段２８それぞれの電流推定値を加算して、不正動作検知手段１２に入力する加算器３０を備えている。【００５７】
また、本実施の形態における不正動作検知手段１２は、ＶＶＶＦインバータ６が力行運転時に架線電流推定手段（直流電流推定手段）２３により推定される架線の電流推定値（直流電流推定値）と、不正に回生していると判断するために設定された第１の電流設定値とを比較する不正回生検知手段１４と、ＶＶＶＦインバータ６が回生運転時に架線電流推定手段（直流電流推定手段）２３により推定される架線の電流推定値（直流電流推定値）と、不正に力行していると判断するために設定された第２の電流設定値とを比較する不正力行検知手段１５と、力行指令もしくはブレーキ指令に基づいて、力行運転時は不正回生検知手段１４を選択し、回生運転時は不正力行検知手段１５を選択する力行回生検知選択手段１８を備えている。【００５８】
また、本実施の形態における不正回生検知手段１４は、架線電流推定手段２３により推定される架線１の電流推定値が第１の電流設定値より小さくなった時からある一定の時間を経過させることができる不正回生検知時素手段１６を有し、不正力行検知手段１５は、架線電流推定手段２３により推定される架線の電流推定値が第２の電流設定値より大きくなった時からある一定の時間を経過させることができる不正力行検知時素手段１７を有する。【００５９】
従って、本実施の形態によれば、架線の電流推定値の符号によって速度センサレスベクトル制御が異常であることを検知し、ＶＶＶＦインバータを停止させるよう構成しているので、実施の形態１の場合と同様の効果を奏すると共に、実施の形態１に比して、架線の電流を検出するセンサ（即ち、架線電流検出手段）が不要となり、部品点数の削減によるコスト低減の効果及びシステムの信頼性の向上を図ることができる。【００６０】
実施の形態３．
前述の実施の形態１及び実施の形態２では、力行指令Ｐ＊に基づいて電気車の運転が制御される場合について説明したが、実施の形態３〜実施の形態６では、ブレーキ指令Ｂ＊に基づいて電気車の運転が制御される場合について説明する。
図９は、この発明の実施の形態３に係る電気車の制御装置の構成を示す図である。
図９において、１は架線、２はパンタグラフ、３は直流フィルタリアクトル、４は架線電流検出手段、５はフィルタコンデンサ、６はＶＶＶＦインバータ、７は誘導電動機機である交流電動機である。
また、１０は交流側の電流検出手段であって、電流検出手段１０は交流電動機（誘導電動機）７に発生する相電流ｉｕ、ｉｖ、ｉｗを検出する。【００６１】
なお、図９では、交流側の電流検出手段１０として、ＶＶＶＦインバータ６と誘導電動機である交流電動機７とを接続する結線を流れる電流をＣＴ等により検出するものを示しているが、他の公知の手法を用いて、母線電流などＶＶＶＦインバータ６の内部に流れる電流を用いて相電流を検出しても良い。
１１は、速度センサレスベクトル制御手段、２４は電圧検出手段、３１は不正動作検知手段、３２はゲートストップ手段である。直流を任意の周波数の交流に変換するＶＶＶＦインバータ６は、交流電動機７（誘導電動機）に三相の電圧を印加する。【００６２】
前述の実施の形態１または２の場合と比較すると、本実施の形態においては、ブレーキ指令Ｂ＊を入力とし、架線電流Ｉｓのオフセットを補償する機能であるオフセット補償手段４４を備えた不正動作検知手段３１とブレーキ指令Ｂ＊を入力としたゲートストップ手段３２を設けている点が異なる。
なお、本実施の形態は、ブレーキ時のみ交流電動機７の回転速度推定異常を検知する。【００６３】
本実施の形態が、ブレーキ時のみ速度推定異常を検知する理由は、電気車の場合、力行時は運転台から指令である力行指令と同方向に交流電動機である交流電動機である誘導電動機が回転するように回転方向を決めるためである。
しかし、ブレーキ時は、確実に安全にブレーキ動作を行うために、ＶＶＶＦインバータ６が出力する電圧指令が交流電動機７の回転している方向と一致するように回転方向を決める必要がある。
ＶＶＶＦインバータ６が停止中には交流電動機７の回転速度を得ることができない。
そこで、本実施の形態による速度センサレスベクトル制御では、ＶＶＶＦインバータ６が動作時に、その電圧及び電流から交流電動機７の回転速度を推定できるように、ＶＶＶＦインバータ６が再動作すると、まず既に公知である特開２００３−３０９９９６号公報や特開２００４−３５０４５９号公報に示されている方法により、フリーラン状態を検出するための初期速度推定を行う。【００６４】
図１０は、本実施の形態における不正動作検知手段３１の構成を示す図である。
不正動作検知手段３１は、図１０に示すように、架線電流検出手段４により検出された架線電流検出値Ｉｓ、ブレーキ指令Ｂ＊を入力とし、大なり比較手段３３、回生時の架線電流条件設定手段３４、回生時素手段３５、オフセット補正手段４４で構成される。
また、図１１は、本実施の形態におけるゲートストップ手段３２の構成を示す図であり、ゲートストップ手段３２の構成と動作については後述する。【００６５】
不正動作検知手段３１の回生時の架線電流条件設定手段３４は、図１２に示すように、切り替え手段３９、時素（ＯＮＴＤ）手段４０ａ、時素（ＯＮＴＤ）手段４０ｂで構成される。時素（ＯＮＴＤ）手段４０ａは、遅延時間４００ｍｓｅｃを設定する。
なお、“ＯＮＴＤ”とは、ＯＮ  Ｔｉｍｅ  Ｄｅｌａｙのことである。
また、時素（ＯＮＴＤ）手段４０ｂは、遅延時間１４００ｍｓｅｃを設定する。
不正動作検知手段３１の回生時素手段３５は、図１３に示すように時素（ＯＮＴＤ）手段４１、切り替え手段４２、可変時素（ＯＮＴＤ）手段４３で構成される。【００６６】
時素（ＯＮＴＤ）手段４１は、遅延時間４００ｍｓｅｃを設定し、時素（ＯＮＴＤ）手段４１の出力は、ブレーキ指令Ｂ＊がＯＮされてから４００ｍｓｅｃ後に切り替え手段４２にＯＮ指令を出力する。
切り替え手段４２は、時素（ＯＮＴＤ）手段４１から出力するＯＮ指令を受けて、１０ｍｓｅｃから１００ｍｓｅｃに切り替えを行うことができる。
可変時素（ＯＮＴＤ）手段４３は、切り替え手段４２の出力（即ち、１０ｍｓｅｃもしくは１００ｍｓｅｃの時間）をＥＰＤＢ信号が入力されてからＥＰＤ信号を出力するまで遅らすことができる。【００６７】
オフセット補償手段４４は、図１４に示すように、オフセット量演算手段５１及び減算手段４９とで構成される。
オフセット量演算手段５１は、積分手段４５、時素（ＯＮＴＤ）手段４６、切り替え手段４７、除算手段４８、切り替え手段５０、切り替え手段５２によって構成されており、減算手段４９は、入力される架線電流検出値Ｉｓからオフセット量演算手段５１で演算されたオフセット量を減算する。
本実施の形態では、架線電流検出手段４が検出する架線電流検出値Ｉｓの符号によって不正力行あるいは不正回生であることを判断している。
そのため、架線電流検出手段４に不要な直流成分のオフセットやドリフトの影響がある場合、正確に不正力行、不正回生を判断することができなくなるが、オフセット補償手段４４によって架線電流検出手段４が検出する架線電流の不要な直流成分のオフセットやドリフトを除去でき、正確に不正力行、不正回生を判断することができる。【００６８】
また、本実施の形態におけるオフセット補償手段４４は、ブレーキ指令Ｂ＊が投入されてからある一定の時間（１００ｍｓｅｃ）の間のみでオフセット量を算出することが特徴である。
例えば、電流のオフセットを補償するために、「電流検出値にハイパスフィルタで電流検出値の直流成分を減衰させる方法」や「特公平０６−６８５０３号公報に示されている交流機の電流検出方式」では、検出した電流検出値の低周波減衰信号を算出する方法などが取られていた。
しかし、これまでの方法では、オフセット量を算出するのに計算が複雑であることと、算出するまでに時間が掛かる課題があった。
それらの課題を解決するために、オフセット補償手段４４では、オフセット量演算手段５１により短い時間でオフセット量を算出することができる。【００６９】
オフセット量演算手段５１は、ブレーキ指令Ｂ＊が投入されてからＶＶＶＦインバータが起動するまで一定時間の遅れ（タイムラグ）があることを利用して、ブレーキ指令Ｂ＊が投入されて一定時間（本実施の形態では、１００ｍｓｅｃとする）の間でオフセット量を検出するようにしている。
まず、ブレーキ指令Ｂ＊が入力されると、切り替え手段５０は、架線電流検出値Ｉｓ側にスイッチがかわる。その結果、架線電流検出値Iｓが積分手段４５に入力される。
通常、ブレーキ指令Ｂ＊投入時は、ＶＶＶＦインバータ６が起動していないため、架線電流検出値Ｉｓは零であるはずである。
しかし、架線電流検出手段４にオフセットやドリフトがあると、ＶＶＶＦインバータ６が停止中も架線電流検出値Ｉｓは零でなくなる。その零でない値を積分手段４５は検出して、ブレーキ指令Ｂ＊投入から１００ｍｓｅｃ間で貯めていくことになる。【００７０】
ブレーキ指令Ｂ＊の投入から１００ｍｓｅｃ後に、切り替え手段４７はＯＮ側に切り替わることになり、それと同時に切り替え手段５２は、ＯＮ側に切り替わることになり、積分手段４５の入力は零になり、積分手段４５はブレーキ指令Ｂ＊投入から１００ｍｓｅｃ間で演算した量で停止する。
積分手段４５においてブレーキ指令Ｂ＊投入から１００ｍｓｅｃ間で演算された量は、切り替え手段４７を通過して除算手段４８に入力され、除算手段４８で所定の定数である０.１（１００ｍ）で割り算を行う。
これにより、オフセット量（もしくはドリフト量）の平均値を算出することができる。
減算手段４９は、架線電流検出手段４により検出された架線電流検出値Ｉｓから除算手段４８により算出したオフセット量の平均値を減算する。
その結果、架線電流のオフセット量（もしくはドリフト量）分を減算でき、オフセット量の影響を除去することができる。そのため、架線電流検出手段４のオフセットの影響を除去できる。【００７１】
架線電流検出手段４により検出された架線電流検出値Ｉｓは、オフセット補償手段４４により架線電流検出手段４のオフセットの影響を除去した値Ｉｓ＿ｏｆを大なり比較手段３３に入力する。
大なり比較手段３３は、オフセット補償手段４４から出力される値Ｉｓ＿ｏｆと回生時の架線電流条件設定手段３４から出力される値ＥＰＤＢＬＶを比較する。
大なり比較手段３３に入力される回生時の架線電流条件設定手段３４の出力値ＥＰＤＢＬＶは、図１２に示すように、３種類の決まった定数（即ち、５Ａ、１０Ａ、５０Ａ）がある。
その決まった３種類の定数は、ブレーキ指令Ｂ＊が投入された後の時間によって、変更される。【００７２】
まず、ブレーキ指令Ｂ＊が投入されていない時（即ち、電気車で言う惰行時）は、切り替え手段３９ａ、３９ｂはＯＦＦ側を選択し、ＥＰＤＢＬＶは、決まった定数である「５Ａ」を選択する。
この「５Ａ」を選択する期間は、ＶＶＶＦインバータ６が動作していない惰行中［図１５の（ａ）］と、ブレーキ指令が投入されているがＶＶＶＦインバータ６が動作していない１００ｍｓｅｃ間［図１５の（ｂ）］と、ＶＶＶＦインバータ６が再動作するとまず既に公知である特開２００３−３０９９９６号公報やや特開２００４−３５０４５９号公報に示された方法によりフリーラン状態を検出するための初期速度推定を行う期間の３００ｍｓｅｃ間［図１５の（ｃ）］のみである。
なお、図１５の（ｂ）は“架線電流＝０”の期間であり、図１５の（ｃ）は小さい電流が流れる“初期速度推定時”の期間である。【００７３】
これらの期間は、ＶＶＶＦインバータ６が動作しないか、もしくはＶＶＶＦインバータ６が動作しても微小な電流のみを流す制御モードである。
そのため、この不正力行を正確に検知するためには、ＥＰＤＢＬＶを小さい値にする必要があり、このような方法を取っている。
次に、初期速度推定を行う期間後（即ち、ブレーキ指令Ｂ＊が投入されてから４００ｍｓｅｃ後）の交流電動機７のトルクを立上げる時は、図１３に示すように切り替え手段３９ａはＯＮ側にスイッチが切り替わり、切り替え手段３９ｂはＯＦＦ側のままであるため、ＥＰＤＢＬＶは、決まった定数である「１０Ａ」を選択することになる。
なお、図１５の（ｄ）は、交流電動機７のトルクを立上げる時であり、電流が増加する期間である。
制御としては、この時（即ち、図１５（ｄ）の期間）が過渡動作中であるトルクを立上げる時であるため、速度センサレスベクトル制御手段１１が異常になる可能性が大きくなる。
そのため、ＥＰＤＢＬＶ（回生時の架線電流条件設定手段３４から出力される値）は小さい値にし、検知しやすい状態にする必要がある。【００７４】
次に、図１２が示すように、ブレーキ指令Ｂ＊が投入されてから１４００ｍｓｅｃ後は、切り替え手段３９ｂがＯＮ側に切り替わり、「５０Ａ」が選択される。
制御としては、ブレーキ指令Ｂ＊が投入された後、１４００ｍｓｅｃ後は交流電動機のトルクも立ち上がって安定した状態になるため、電流も安定し、速度センサレスベクトル制御手段１１も安定に動作することになる。
そのため、この状態で速度センサレスベクトル制御手段が異常になる場合は、電流検出手段１０の故障などにより、突然大きな電流で架線電流検出値がマイナス側からプラス側に変化することが考えられるので、ＥＰＤＢＬＶは、図１５の（ａ）〜（ｄ）の状態に比べて大きな値である「５０Ａ」を選択することができる。
大なり比較手段３３によって回生時の架線電流条件設定手段３４から出力される値ＥＰＤＢＬＶとオフセット補償手段４４により架線電流検出手段４のオフセットの影響を除去した値Ｉｓ＿ｏｆを比較して、ＥＰＤＢＬＶよりＩｓ＿ｏｆが大きければ、大なり比較手段３３よりＥＰＤＢが出力されて回生時素手段３５に入力される。【００７５】
回生時素手段３５は、図１３に示すようにブレーキ指令Ｂ＊により可変時素（ＯＮＴＤ）手段４３の時素の時間をブレーキ指令Ｂ＊の投入時間により可変にしていることが特徴である。
大なり比較手段３３よりＥＰＤＢが出力されて回生時素手段３５に入力された後、誤検知を防止するために可変時素手段４３により決まった時間分を遅らせてＥＰＤ信号を出力する。
可変時素手段４３の時素は、ブレーキ指令Ｂ＊が入力され４００ｍｓｅｃを経過する前は、切り替え手段４２のＯＦＦ側の時素である１０ｍｓｅｃを選択する。
この値は、ブレーキ指令Ｂ＊が入力され４００ｍｓｅｃまでは、図１５の（ｂ）、（ｃ）に示すように、インバータが動作していない状態か、初期速度推定を行なっている状態である。
そのため、初期速度推定の時に速度センサレスベクトル制御手段１１の異常を検知するためには、可変時素手段４３の時素は、３００ｍｓｅｃより十分に短い時間である必要があり、１０ｍｓｅｃを選択する。【００７６】
ブレーキ指令Ｂ＊が投入されてから４００ｍｓｅｃ経過後は、時素手段４１からＯＮ信号が出力されて、切り替え手段４２はＯＮ側が選択されることになり、１００ｍｓｅｃが可変時素手段４３の時素となる。
ブレーキ指令Ｂ＊が投入されてから４００ｍｓｅｃ経過後は、図１５の（ｄ）、（ｅ）に示すように交流電動機のトルクを立ち上げる時になり、制御状態は１ｓｅｃの時間の単位で実施されるため、初期速度推定時の時間の時素と比較して１００ｍｓｅｃとしての長い時間を選択する。従って、更に誤検知を防止することができる。【００７７】
回生時素手段３５の出力であるＥＰＤ信号は、ゲートストップ手段３２に入力される。
速度センサレスベクトル制御手段１１の異常を示すＥＰＤ信号を受けて、ゲートストップ手段３２は、ＶＶＶＦインバータ６を停止するように動作する。
これにより、インバータ装置の拡大故障を防止している。
本実施の形態におけるゲートストップ手段３２が前述の実施の形態１または２のゲートストップ手段１３と異なる点は、図１１に示すように、ラッチ手段３８を備えていることであり、これが本実施の形態３の特徴である。
ゲートストップ手段３２は、電気車の制御動作異常を示す信号であるＥＰＤ信号（この場合、１（ＯＮレベルの信号）である）が入力されると、反転手段３７ｂにより“零”に反転して、ラッチ手段３８を通して、掛算器３６に入力されて電圧信号に零を掛けることにより、ＶＶＶＦインバータ６に供給されるゲート信号を停止することになる。【００７８】
なお、このゲートストップ手段３２の基本的な動作は、実施の形態１あるいは実施の形態２のゲートストップ手段１３と同様である。
ただ、本実施の形態におけるゲートストップ手段３２は、ラッチ手段３８を用いて、一度、ＥＰＤの信号により異常を検知したら、ブレーキ指令Ｂ＊がＯＦＦされるまでラッチ手段により反転手段３７ｂにより出力された零を保持しつづける。
その結果、ブレーキ指令Ｂ＊がＯＦＦされるまでインバータは停止した状態になる。
ブレーキの場合、インバータが停止しても機械による空制ブレーキが動作することにより電気車はブレーキ動作を行うことができ、電気車の運行上問題はない。
そのため、異常を検知したら、電気車の安定な運行を考えると、ＶＶＶＦインバータをブレーキ指令Ｂ＊がＯＦＦされるまで停止させていたほうが効果的である。
なお、ブレーキ指令Ｂ＊がＯＦＦされた時のラッチ手段３８の保持を解除する方法は、ブレーキ指令Ｂ＊がＯＦＦされると“零”が入力され反転手段３７ａにより１に変換されて、ラッチ手段３８のスイッチを切り、ラッチを解除することができる。【００７９】
以上説明したように、本実施の形態による電気車の制御装置は、ブレーキ指令Ｂ＊に基づいて直流を任意の周波数の交流に変換するＶＶＶＦインバータ（可変電圧可変周波数インバータ）６と、ＶＶＶＦインバータ６の交流側に接続される交流電動機７と、ＶＶＶＦインバータ６の直流側に並列に接続されるフィルタコンデンサ５と、ＶＶＶＦインバータ６の交流側の電流情報を検出する電流検出手段１０と、フィルタコンデンサ５の直流の電圧情報を検出する電圧検出手段２４と、ＶＶＶＦインバータ６の出力電圧指令とＶＶＶＦインバータ６の出力電流とから交流電動機７の回転速度を推定し、該推定値に基づいてＶＶＶＦインバータ６を制御する速度センサレスベクトル制御手段１１を備えた電気車の制御装置であって、架線１の電流を検出する架線電流検出手段（直流電流検出手段）４と、ＶＶＶＦインバータ６が運転時に、ブレーキ指令Ｂ＊と架線電流検出手段（直流電流検出手段）４により検出される架線の電流（直流電流）と所定の電流設定値により架線の電流の符号を求め、その直流電流の符号によって速度センサレスベクトル制御手段１１が異常であることを検知する不正動作検知手段３１と、この不正動作検知手段３１が異常を検知した時にＶＶＶＦインバータ６を停止させるゲートストップ手段３２を備えている。
そして、不正動作検知手段３１は、ＶＶＶＦインバータ６が回生運転時に架線電流検出手段（直流電流検出手段）４により検出される架線１の電流（直流電流）の値と、ブレーキ指令Ｂ＊に基づいた回生時の架線電流条件設定手段３４に不正に力行していると判断するために設定された電流設定値と、この不正に力行していると判断するために設定された電流設定値と架線１の電流を比較する大なり比較手段３３を備えている。【００８０】
従って、本実施の形態によれば、ＶＶＶＦインバータが運転時に、架線電流検出手段により検出される架線の電流の符号によって速度センサレスベクトル制御手段が異常であることを検知する不正動作検知手段を備え、この不正動作検知手段は、ＶＶＶＦインバータが回生運転時に架線電流検出手段（直流電流検出手段）により検出される架線の電流（直流電流）の値と、ブレーキ指令Ｂ＊に基づいた回生時の架線電流条件設定手段に不正に力行していると判断するために設定された電流設定値と、この不正に力行していると判断するために設定された電流設定値と架線の電流を比較する大なり比較手段３３を設け、不正動作検知手段が異常を検知した時にＶＶＶＦインバータを停止させるように構成しているので、極めて簡単且つ安価な構成で、正確に速度センサレスベクトル制御手段の異常を検出することができる。
そのため、過電流によるインバータ装置の部品の故障をより未然に確実に防ぐことができる。【００８１】
また、本実施の形態における不正動作検知手段３１は、架線電流検出手段（直流電流検出手段）４によって検出された電流のオフセット成分を補償するオフセット補償手段４４を更に備えている。
従って、オフセット補償手段によって架線電流検出手段４が検出する架線電流の不要な直流成分のオフセットやドリフトを除去でき、正確に不正力行、不正回生を判断することができる。【００８２】
実施の形態４．
図１６は、この発明の実施の形態４に係る電気車の制御装置の構成を示す図である。
図1６を参照して本実施形態による電気車の制御装置について説明する。
本実施の形態は、前述の実施形態３による電気車の制御装置の構成をベースとし、架線１の電流を推定するための架線電流推定手段２３と電圧検出手段２４とを備えていることを特徴とする。
なお、架線電流推定手段２３及び電圧検出手段２４は、実施の形態２で説明したものと同等のものであり、架線電流推定手段２３の構成と動作については、実施の形態２で詳細説明済みである。
また、不正動作検知手段３１及びゲートストップ手段３２の構成と動作は、実施の形態３で詳細説明済みである。
つまり、本実施の形態は、実施の形態３と実施の形態２を組み合わせたものである。
ただし、実施の形態２は、図２に示すように、力行指令Ｐ＊に基づいて電気車の運転が制御されるものであったが、本実施の形態では、図１６に示すように、ブレーキ指令Ｂ＊に基づいて電気車の運転が制御される。【００８３】
本実施の形態による電気車の制御装置は、図１６に示すように、ブレーキ指令Ｂ＊に基づいて直流を任意の周波数の交流に変換するＶＶＶＦインバータ（可変電圧可変周波数インバータ）６と、ＶＶＶＦインバータ６の交流側に接続される交流電動機７と、ＶＶＶＦインバータ６の直流側に並列に接続されるフィルタコンデンサ５と、ＶＶＶＦインバータ６の交流側の電流情報を検出する電流検出手段１０と、フィルタコンデンサ５の直流の電圧情報を検出する電圧検出手段２４と、ＶＶＶＦインバータ６の出力電圧指令とＶＶＶＦインバータ６の出力電流とから交流電動機７の回転速度を推定し、該推定値に基づいてＶＶＶＦインバータ６を制御する速度センサレスベクトル制御手段１１を備えた電気車の制御装置であって、架線１の電流を推定する架線電流推定手段（直流電流推定手段）２３と、ＶＶＶＦインバータ６が運転時にブレーキ指令と架線電流推定手段（直流電流推定手段）２３により推定される架線１の電流推定値（直流電流推定値）と所定の電流設定値により架線１の電流推定値（直流電流推定値）の符号を求め、架線１の電流推定値（直流電流推定値）の符号によって速度センサレスベクトル制御手段１１が異常であることを検知する不正動作検知手段３１と、この不正動作検知手段３１が異常を検知した時にＶＶＶＦインバータを停止させるゲートストップ手段３２とを備えている。【００８４】
また、前述した実施の形態２の場合と同様に、架線電流推定手段２３は、電流検出手段１０により検出された電流情報とＶＶＶＦインバータ６のスイッチング状態に基づきＶＶＶＦインバータ６に架線１から入力されるインバータ直流入力電流を推定するインバータ直流入力電流推定手段２９と、フィルタコンデンサ５に架線１から入力されるコンデンサ入力電流を推定するコンデンサ入力電流推定手段２８と、インバータ直流入力電流推定手段２９及びコンデンサ入力電流推定手段２８それぞれの電流推定値を加算して、不正動作検知手段３１に入力する加算器３０を備えている。
また、不正動作検知手段３１及びゲートストップ手段３２等の構成と動作は、前述した実施の形態３の場合と同様である。【００８５】
以上のように、本実施の形態によれば、ブレーキ指令に基づいてＶＶＶＦインバータが運転時に架線電流推定手段により推定される架線の電流の符号によって、速度センサレスベクトル制御手段が異常であることを検知する不正動作検知手段を備え、この不正動作検知手段が異常を検知した時にＶＶＶＦインバータを停止させるように構成しているので、極めて簡単且つ安価な構成で、簡単・正確に速度センサレスベクトル制御手段の異常を検出することができる。
そのため、過電流によるインバータ装置の部品の故障を未然に防ぐことができる。【００８６】
実施の形態５．
図１７は、この発明の実施の形態５に係る電気車の制御装置の構成を示す図である。
図1７を参照して本実施形態による電気車の制御装置について説明する。
本実施の形態は、図９に示した実施の形態３の構成において、架線電流検出手段４に代えてインバータ電流検出手段５３を備えていることを特徴とする。
なお、他の構成は、実施の形態３と同様であり、同一符号で示している。
実施の形態３と同一符号を付したものについては、説明を省略する。
本実施の形態は、実施の形態３と比べると、インバータ電流Ｉｄｃを検出して速度センサレスベクトル制御手段１１の異常を検知することが特徴である。【００８７】
つまり、本実施の形態による電気車の制御装置は、図１７に示すように、ブレーキ指令Ｂ＊に基づいて直流を任意の周波数の交流に変換する可変電圧可変周波数インバータ（ＶＶＶＦインバータ）６と、ＶＶＶＦインバータ６の交流側に接続される交流電動機７と、ＶＶＶＦインバータ６の直流側に並列に接続されるフィルタコンデンサ５と、ＶＶＶＦインバータ６の交流側の電流情報を検出する電流検出手段１０と、フィルタコンデンサ５の直流の電圧情報を検出する電圧検出手段２４と、ＶＶＶＦインバータ６の出力電圧指令とＶＶＶＦインバータ６の出力電流とから交流電動機７の回転速度を推定し、該推定値に基づいてＶＶＶＦインバータ６を制御する速度センサレスベクトル制御手段１１を備えた電気車の制御装置であって、ＶＶＶＦインバータ６のインバータ電流を検出するインバータ電流検出手段（直流電流検出手段）５３と、ＶＶＶＦインバータ６が運転時にブレーキ指令Ｂ＊とインバータ電流検出手段（直流電流検出手段）５３で検出されるインバータ電流（直流電流）と所定の電流設定値によりインバータ電流（直流電流）の符号を求め、そのインバータ電流（直流電流）の符号によって速度センサレスベクトル制御手段１１が異常であることを検知する不正動作検知手段３１と、この不正動作検知手段３１が異常を検知した時にＶＶＶＦインバータ６を停止させるゲートストップ手段３２とを備えている。【００８８】
本実施の形態のように、架線電流Ｉｓでなくインバータ電流Ｉｄｃを検出しても、実施の形態３の場合と同様に、速度センサレスベクトル制御手段１１の異常を検知することが可能である。
インバータ電流検出手段５３によりインバータ電流を検出する構成の場合、インバータ電流検出手段５３をインバータ装置内部に予め組み込んで取り付けることができる。
そのため、実施の形態３のように架線電流検出手段を取り付ける場合よりも、取り付け作業を簡略化できる。
また、インバータ装置内部に取り付けることにより、電気車の振動などに対して安定に検出手段を取り付けることができる。【００８９】
以上のように、本実施の形態では、ＶＶＶＦインバータが運転時にインバータ電流検出手段により検出されるインバータ電流の符号によって速度センサレスベクトル制御手段が異常であることを検知する不正動作検知手段を備え、この不正動作検知手段が異常を検知した時にインバータを停止させるように構成しているので、極めて簡単且つ安価な構成で、簡単・正確に速度センサレスベクトル制御手段の異常を検出することができる。
そのため、過電流によるインバータ装置の部品の故障を未然に防ぐことができる。【００９０】
実施の形態６．
図１８は、この発明の実施の形態６に係る電気車の制御装置の構成を示す図である。
図1８を参照して本実施形態による電気車の制御装置について説明する。
本実施の形態は、実施の形態４と比べると、架線電流推定手段２３に代えてインバータ電流推定手段５４を備えている。
なお、他の構成は実施の形態４と同様であり、同一符号で示している。
本実施の形態は、実施の形態４に比べ、インバータ電流を推定し、Ｉｄｃ＿ｓ（インバータ直流入力推定電流）を演算して速度センサレスベクトル制御手段１１の異常を検知することが特徴である。
なお、インバータ電流推定値Ｉｄｃ＿ｓ（インバータ直流入力推定電流）は、実施の形態２の式（４）によって演算する。【００９１】
つまり、本実施の形態による電気車の制御装置は、図１８に示すように、ブレーキ指令Ｂ＊に基づいて直流を任意の周波数の交流に変換するＶＶＶＦインバータ（可変電圧可変周波数インバータ）６と、ＶＶＶＦインバータ６の交流側に接続される交流電動機７と、ＶＶＶＦインバータ６の直流側に並列に接続されるフィルタコンデンサ５と、ＶＶＶＦインバータ６の交流側の電流情報を検出する電流検出手段１０と、フィルタコンデンサ５の直流の電圧情報を検出する電圧検出手段２４と、ＶＶＶＦインバータ６の出力電圧指令とＶＶＶＦインバータ６の出力電流とから交流電動機７の回転速度を推定し、該推定値に基づいてＶＶＶＦインバータ６を制御する速度センサレスベクトル制御手段１１を備えた電気車の制御装置であって、ＶＶＶＦインバータ６のインバータ電流を推定するインバータ電流推定手段（直流電流推定手段）５４と、ＶＶＶＦインバータ６が運転時にブレーキ指令Ｂ＊と直流電流推定手段（直流電流推定手段）５４により推定されるインバータ電流推定値（直流電流推定値）と所定の電流設定値によりインバータ電流推定値（直流電流推定値）の符号を求め、そのインバータ電流推定値（直流電流推定値）の符号によって速度センサレスベクトル制御手段１１が異常であることを検知する不正動作検知手段３１と、この不正動作検知手段３１が異常を検知した時にＶＶＶＦインバータ６を停止させるゲートストップ手段３２とを備えている。【００９２】
本実施の形態のように、架線電流推定値Ｉｓ＿ｓでなくインバータ電流推定値Ｉｄｃ＿ｓを推定しても、実施の形態２、実施の形態４と同様に速度センサレスベクトル制御手段１１の異常を検知することが可能である。
特に、本実施の形態では、インバータ電流推定手段５４によりインバータ電流Ｉｄｃを推定するので、実施の形態２、実施の形態４の場合と比べて、前掲の式（１）もしくは式（２）を演算する必要がなくなるため、マイコンの負荷率及び演算量を低減できる。
以上より、インバータが運転時にインバータ電流推定手段により推定されるインバータ電流の符号によって、速度センサレスベクトル制御手段が異常であることを検知する不正動作検知手段を備え、この不正動作検知手段が異常を検知した時にインバータを停止させるように構成しているので、極めて簡単且つ安価な構成で、簡単・正確に速度センサレスベクトル制御手段の異常を検出することができる。
そのため、過電流によるインバータ装置の部品の故障を未然に防ぐことができる。
【産業上の利用可能性】
【００９３】
この発明は、交流電動機を駆動源とし、特に速度センサレスベクトル制御手段を利用して交流電動機をＶＶＶＦインバータにより制御する電気車の制御装置に適用することができる。
【図１】
2008053675.tif 000007
【図２】
2008053675.tif 000008
【図３】
2008053675.tif 000009
【図４】
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【図５】
2008053675.tif 000011
【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
2008053675.tif 000019
【図１４】
2008053675.tif 000020
【図１５】
2008053675.tif 000021
【図１６】
2008053675.tif 000022
【図１７】
2008053675.tif 000023
【図１８】
2008053675.tif 000024
【手続補正書】
【提出日】平成20年6月19日(2008.6.19)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
力行指令もしくはブレーキ指令に基づいて直流を任意の周波数の交流に変換するＶＶＶＦインバータと、前記ＶＶＶＦインバータの交流側に接続される交流電動機と、前記ＶＶＶＦインバータの直流側に並列に接続されるフィルタコンデンサと、前記ＶＶＶＦインバータの交流側の電流情報を検出する電流検出手段と、前記フィルタコンデンサの直流の電圧情報を検出する電圧検出手段と、前記ＶＶＶＦインバータの出力電圧指令と前記ＶＶＶＦインバータの出力電流とから前記交流電動機の回転速度を推定し、該推定値に基づいて前記ＶＶＶＦインバータを制御する速度センサレスベクトル制御手段を備えた電気車の制御装置であって、
架線の電流を検出する架線電流検出手段もしくは前記ＶＶＶＦインバータのインバータ電流を検出するインバータ電流検出手段のいずれか１つの直流電流検出手段と、
前記ＶＶＶＦインバータが運転時に力行指令もしくはブレーキ指令のいずれか１つの指令と前記直流電流検出手段とにより検出される架線の電流もしくはインバータ電流のいずれかの直流電流と所定の電流設定値により直流電流の符号を求め、その直流電流の符号によって前記速度センサレスベクトル制御手段が異常であることを検知する不正動作検知手段と、
前記不正動作検知手段が異常を検知した時に前記ＶＶＶＦインバータを停止させるゲートストップ手段とを備えたことを特徴とする電気車の制御装置。
【請求項２】
前記不正動作検知手段は、前記ＶＶＶＦインバータが力行運転時に前記架線電流検出手段もしくは前記インバータ電流検出手段のいずれか１つの前記直流電流検出手段により検出される架線の電流もしくはインバータ電流のいずれか１つの直流電流の値と不正に回生していると判断するために設定された第１の電流設定値とを比較する不正回生検知手段と、前記ＶＶＶＦインバータが回生運転時に前記架線電流検出手段もしくは前記インバータ電流検出手段のいずれか１つの前記直流検出手段により検出される架線の電流もしくはインバータ電流のいずれか１つの直流電流の値と不正に力行していると判断するために設定された第２の電流設定値とを比較する不正力行検知手段と、力行指令もしくはブレーキ指令のいずれか１つの指令に基づいて力行運転時は前記不正回生検知手段を選択し、回生運転時は前記不正力行検知手段を選択する力行回生検知選択手段とを備えたことを特徴とする請求項１に記載の電気車の制御装置。
【請求項３】
前記不正回生検知手段は、前記架線電流検出手段により検出される架線の電流の値が前記第１の電流設定値より小さくなった時からある一定の時間を経過させることができる不正回生検知時素手段を有し、前記不正力行検知手段は、前記架線電流検出手段により検出される架線の電流の値が前記第２の電流設定値より大きくなった時からある一定の時間を経過させることができる不正力行検知時素手段を有することを特徴とする請求項２に記載の電気車の制御装置。
【請求項４】
前記不正動作検知手段は、前記ＶＶＶＦインバータが回生運転時に前記架線電流検出手段もしくは前記インバータ電流検出手段のいずれか１つの前記直流電流検出手段により検出される架線の電流もしくはインバータ電流のいずれか１つの直流電流の値と、ブレーキ指令に基づいた回生時の架線電流条件設定手段に不正に力行していると判断するために設定された電流設定値と、前記不正に力行していると判断するために設定された電流設定値と架線の電流もしくはインバータ電流のいずれか１つの直流電流を比較する大なり比較手段とを備えたことを特徴とする請求項１に記載の電気車の制御装置。
【請求項５】
前記不正動作検知手段は、前記直流電流検出手段によって検出された電流のオフセット成分を補償するオフセット補償手段を備えたことを特徴とする請求項４に記載の電気車の制御装置。
【請求項６】
力行指令もしくはブレーキ指令に基づいて直流を任意の周波数の交流に変換するＶＶＶＦインバータと、前記ＶＶＶＦインバータの交流側に接続される交流電動機と、前記ＶＶＶＦインバータの直流側に並列に接続されるフィルタコンデンサと、前記ＶＶＶＦインバータの交流側の電流情報を検出する電流検出手段と、前記フィルタコンデンサの直流の電圧情報を検出する電圧検出手段と、前記ＶＶＶＦインバータの出力電圧指令と前記ＶＶＶＦインバータの出力電流とから前記交流電動機の回転速度を推定し、該推定値に基づいて前記ＶＶＶＦインバータを制御する速度センサレスベクトル制御手段を備えた電気車の制御装置であって、
架線の電流を推定する架線電流推定手段もしくは前記ＶＶＶＦインバータのインバータ電流を推定するインバータ電流推定手段のいずれか１つの直流電流推定手段と、
前記ＶＶＶＦインバータが運転時に力行指令もしくはブレーキ指令のいずれか１つの指令と前記直流電流推定手段により推定される架線の電流推定値もしくはインバータ電流推定値のいずれか１つの直流電流推定値と所定の電流設定値とにより直流電流推定値の符号を求め、その直流電流推定値の符号によって前記速度センサレスベクトル制御手段が異常であることを検知する不正動作検知手段と、
前記不正動作検知手段が異常を検知した時に前記ＶＶＶＦインバータを停止させるゲートストップ手段とを備え、
前記架線電流推定手段は、前記ＶＶＶＦインバータに入力されるインバータ直流入力電流を推定するインバータ直流入力電流推定手段と、前記電圧検出手段により検出される電圧情報から前記フィルタコンデンサに入力されるコンデンサ入力電流を推定するコンデンサ入力電流推定手段を有していることを特徴とする電気車の制御装置。
【請求項７】
前記架線電流推定手段は、前記電流検出手段により検出された電流情報と前記ＶＶＶＦインバータのスイッチング状態に基づき前記ＶＶＶＦインバータに架線から入力されるインバータ直流入力電流を推定するインバータ直流入力電流推定手段と、前記フィルタコンデンサに架線から入力されるコンデンサ入力電流を推定するコンデンサ入力電流推定手段と、前記インバータ直流入力電流推定手段及びコンデンサ入力電流推定手段それぞれの電流推定値を加算して前記不正動作検知手段に入力する加算器とを備えたことを特徴とする請求項６に記載の電気車の制御装置。
【請求項８】
前記不正動作検知手段は、前記ＶＶＶＦインバータが力行運転時に前記架線電流推定手段もしくは前記ＶＶＶＦインバータのインバータ電流を推定するインバータ電流推定手段のいずれか１つの直流電流推定手段により推定される架線の電流推定値もしくはインバータ電流推定値のいずれか１つの直流電流推定値と、不正に回生していると判断するために設定された第１の電流設定値とを比較する不正回生検知手段と、前記ＶＶＶＦインバータが回生運転時に前記架線電流推定手段もしくは前記ＶＶＶＦインバータのインバータ電流を推定するインバータ電流推定手段のいずれか１つの直流電流推定手段により推定される架線の電流推定値もしくはインバータ電流推定値のいずれか１つの直流電流推定値と、不正に力行していると判断するために設定された第２の電流設定値とを比較する不正力行検知手段と、力行指令もしくはブレーキ指令のいずれか１つの指令に基づいて、力行運転時は前記不正回生検知手段を選択し、回生運転時は前記不正力行検知手段を選択する力行回生検知選択手段とを備えたことを特徴とする請求項６に記載の電気車の制御装置。
【請求項９】
前記不正回生検知手段は、前記架線電流推定手段により推定される架線の電流推定値が前記第１の電流設定値より小さくなった時からある一定の時間を経過させることができる不正回生検知時素手段を有し、前記不正力行検知手段は、前記架線電流推定手段により推定される架線の電流推定値が前記第２の電流設定値より大きくなった時からある一定の時間を経過させることができる不正力行検知時素手段を有することを特徴とする請求項８に記載の電気車の制御装置。
【手続補正書】
【提出日】平成20年11月12日(2008.11.12)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
力行指令もしくはブレーキ指令に基づいて直流を任意の周波数の交流に変換するＶＶＶＦインバータと、前記ＶＶＶＦインバータの交流側に接続される交流電動機と、前記ＶＶＶＦインバータの直流側に直列に接続されるフィルタリアクトルと、前記ＶＶＶＦインバータの直流側に並列に接続されるフィルタコンデンサと、前記ＶＶＶＦインバータの交流側の電流情報を検出する電流検出手段と、前記フィルタコンデンサの直流の電圧情報を検出する電圧検出手段と、前記ＶＶＶＦインバータの出力電圧指令と前記ＶＶＶＦインバータの出力電流とから前記交流電動機の回転速度を推定し、該推定値に基づいて前記ＶＶＶＦインバータを制御する速度センサレスベクトル制御手段を備えた電気車の制御装置であって、
架線の電流を検出する架線電流検出手段もしくは前記ＶＶＶＦインバータのインバータ電流を検出するインバータ電流検出手段のいずれか１つの直流電流検出手段と、
前記ＶＶＶＦインバータが運転時に力行指令もしくはブレーキ指令のいずれか１つの指令と前記直流電流検出手段とにより検出される架線の電流もしくはインバータ電流のいずれか１つの直流電流と所定の電流設定値により直流電流の符号を求め、その直流電流の符号によって前記速度センサレスベクトル制御手段が異常であることを検知する不正動作検知手段と、
前記不正動作検知手段が異常を検知した時に前記ＶＶＶＦインバータを停止させるゲートストップ手段とを備え、
前記不正動作検知手段は、
前記ＶＶＶＦインバータが力行運転時に前記架線電流検出手段もしくは前記インバータ電流検出手段のいずれか１つの前記直流電流検出手段により検出される架線の電流もしくはインバータ電流のいずれか１つの直流電流の値と、不正に回生していると判断するために設定された第１の電流設定値とを比較し、前記第１の電流設定値の方が大きい場合に前記フィルタリアクトルと前記フィルタコンデンサとの共振周波数で決まる一定時間を経過させることができる不正回生検知手段と、
前記ＶＶＶＦインバータが回生運転時に前記架線電流検出手段もしくは前記インバータ電流検出手段のいずれか１つの前記直流検出手段により検出される架線の電流もしくはインバータ電流のいずれか１つの直流電流の値と、不正に力行していると判断するために設定された第２の電流設定値とを比較し、前記第２の電流設定値の方が小さい場合に前記フィルタリアクトルと前記フィルタコンデンサの共振周波数で決まる一定時間を経過させることができる不正力行検知手段と、
力行指令もしくはブレーキ指令のいずれか１つの指令に基づいて力行運転時は前記不正回生検知手段を選択し、回生運転時は前記不正力行検知手段を選択する力行回生検知選択手段とを備えたことを特徴とする電気車の制御装置。
【請求項２】
前記不正動作検知手段は、前記ＶＶＶＦインバータが回生運転時に前記架線電流検出手段もしくは前記インバータ電流検出手段のいずれか１つの前記直流電流検出手段により検出される架線の電流もしくはインバータ電流のいずれか１つの直流電流の値と、ブレーキ指令に基づいた回生時の架線電流条件設定手段に不正に力行していると判断するために設定された電流設定値と、前記不正に力行していると判断するために設定された電流設定値と架線の電流もしくはインバータ電流のいずれか１つの直流電流を比較する大なり比較手段とを備えたことを特徴とする請求項１に記載の電気車の制御装置。
【請求項３】
前記不正動作検知手段は、前記直流電流検出手段によって検出された電流のオフセット成分を補償するオフセット補償手段を備え、
前記オフセット補償手段は、力行指令もしくはブレーキ指令が投入されてから前記ＶＶＶＦインバータが起動するまでにオフセット量を算出することを特徴とする請求項２に記載の電気車の制御装置。
【手続補正書】
【提出日】平成21年1月29日(2009.1.29)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
力行指令もしくはブレーキ指令に基づいて直流を任意の周波数の交流に変換するＶＶＶＦインバータと、前記ＶＶＶＦインバータの交流側に接続される交流電動機と、前記ＶＶＶＦインバータの直流側に直列に接続されるフィルタリアクトルと、前記ＶＶＶＦインバータの直流側に並列に接続されるフィルタコンデンサと、前記ＶＶＶＦインバータの交流側の電流情報を検出する電流検出手段と、前記フィルタコンデンサの直流の電圧情報を検出する電圧検出手段と、前記ＶＶＶＦインバータの出力電圧指令と前記ＶＶＶＦインバータの出力電流とから前記交流電動機の回転速度を推定し、該推定値に基づいて前記ＶＶＶＦインバータを制御する速度センサレスベクトル制御手段を備えた電気車の制御装置であって、
架線の電流を検出する架線電流検出手段もしくは前記ＶＶＶＦインバータのインバータ電流を検出するインバータ電流検出手段のいずれか１つの直流電流検出手段と、
前記ＶＶＶＦインバータが運転時に力行指令もしくはブレーキ指令のいずれか１つの指令と前記直流電流検出手段とにより検出される架線の電流もしくはインバータ電流のいずれか１つの直流電流と所定の電流設定値により直流電流の符号を求め、その直流電流の符号によって前記速度センサレスベクトル制御手段が異常であることを検知する不正動作検知手段と、
前記不正動作検知手段が異常を検知した時に前記ＶＶＶＦインバータを停止させるゲートストップ手段とを備え、
前記不正動作検知手段は、
前記ＶＶＶＦインバータが力行運転時に前記架線電流検出手段もしくは前記インバータ電流検出手段のいずれか１つの前記直流電流検出手段により検出される架線の電流もしくはインバータ電流のいずれか１つの直流電流の値と、不正に回生していると判断するために設定された第１の電流設定値とを比較し、前記第１の電流設定値の方が大きい場合に不正回生検知を前記フィルタリアクトルと前記フィルタコンデンサとの共振周波数で決まる一定時間遅延させることができる不正回生検知手段と、
前記ＶＶＶＦインバータが回生運転時に前記架線電流検出手段もしくは前記インバータ電流検出手段のいずれか１つの前記直流検出手段により検出される架線の電流もしくはインバータ電流のいずれか１つの直流電流の値と、不正に力行していると判断するために設定された第２の電流設定値とを比較し、前記第２の電流設定値の方が小さい場合に不正力
行検知を前記フィルタリアクトルと前記フィルタコンデンサの共振周波数で決まる一定時間遅延させることができる不正力行検知手段と、
力行指令もしくはブレーキ指令のいずれか１つの指令に基づいて力行運転時は前記不正回生検知手段を選択し、回生運転時は前記不正力行検知手段を選択する力行回生検知選択手段とを備えたことを特徴とする電気車の制御装置。
【請求項２】
前記不正動作検知手段は、前記ＶＶＶＦインバータが回生運転時に前記架線電流検出手段もしくは前記インバータ電流検出手段のいずれか１つの前記直流電流検出手段により検出される架線の電流もしくはインバータ電流のいずれか１つの直流電流の値と、ブレーキ指令に基づいた回生時の架線電流条件設定手段に不正に力行していると判断するために設定された電流設定値と、前記不正に力行していると判断するために設定された電流設定値と架線の電流もしくはインバータ電流のいずれか１つの直流電流を比較する大なり比較手段とを備えたことを特徴とする請求項１に記載の電気車の制御装置。
【請求項３】
前記不正動作検知手段は、前記直流電流検出手段によって検出された電流のオフセット成分を補償するオフセット補償手段を備え、
前記オフセット補償手段は、力行指令もしくはブレーキ指令が投入されてから前記ＶＶＶＦインバータが起動するまでにオフセット量を算出することを特徴とする請求項２に記載の電気車の制御装置。
【国際調査報告】
2008053675.tif 000025
2008053675.tif 000026
2008053675.tif 000027
2008053675.tif 000028