(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気車の動力源である電動機の回転速度を検出する速度センサを用いずに、前記電動機を制御する速度センサレス制御を適用した電気車制御装置であって、
前記電動機を駆動するために、直流電力を交流電力に変換するインバータと、
前記インバータを制御する制御手段と、を備え、
前記制御手段は、
前記電気車の極性のない速度を取得し、
前記電気車の前進又は後進を示す前進／後進信号を取得し、
前記取得した極性のない速度及び前記取得した前進／後進信号に基づいて、前記電気車の極性付き速度を演算し、
前記演算した極性付き速度に基づいて、第１のインバータ出力周波数を演算し、
前記演算した第１のインバータ出力周波数を利用し、前記インバータの起動時にこのインバータを制御するためのゲート指令を生成する
ことを特徴とする電気車制御装置。
【請求項２】
前記インバータと前記電動機との間を流れる電流を検出する電流検出手段を更に備え、
前記制御手段は、
前記電流検出手段により検出された電流に基づいて、前記電動機の誘起電圧を演算し、
前記演算した誘起電圧に基づいて、第２のインバータ出力周波数を演算し、
前記演算した第２のインバータ出力周波数を利用し、前記インバータの起動時以外でこのインバータを制御するためのゲート指令を生成する
ことを特徴とする請求項１に記載の電気車制御装置。
【請求項３】
前記制御手段は、
前記演算した第２のインバータ出力周波数を利用して前記電動機の回転方向を判別し
前記判別した回転方向が前記取得した前進／後進が示す回転方向と一致するか判定し、
前記判定の結果が不一致を示すとき、前記インバータの起動を禁止する
ことを特徴とする請求項２に記載の電気車制御装置。
【請求項４】
電気車の動力源である電動機の回転速度を検出する速度センサを用いずに、前記電動機を制御する速度センサレス制御を適用した電気車制御装置であって、
前記電動機を駆動するために、直流電力を交流電力に変換するインバータと、
前記インバータを制御する制御手段と、
前記インバータと前記電動機との間を流れる電流を検出する電流検出手段と、を備え、
前記制御手段は、
前記電流検出手段により検出された電流に基づいて、前記電動機の誘起電圧を演算し、
前記演算した誘起電圧に基づいて、第１のインバータ出力周波数を演算し、
前記演算した第１のインバータ出力周波数を利用し、前記インバータの起動時以外でこのインバータを制御するためのゲート指令を生成し、
前記演算した第１のインバータ出力周波数を利用して前記電動機の回転方向を判別し、
前記電気車の極性のない速度を取得し、
前記判別した回転方向及び前記取得した極性のない速度に基づいて、前記電気車の極性付き速度を演算し、
前記演算した極性付き速度に基づいて、第２のインバータ出力周波数を演算し、
前記演算した第２のインバータ出力周波数を利用し、前記インバータの起動時にこのインバータを制御するためのゲート指令を生成する
ことを特徴とする電気車制御装置。
【請求項５】
前記制御部は、
前記電気車の前進又は後進を示す前進／後進信号を取得し、
前記判別した回転方向が前記取得した前進／後進が示す回転方向と一致するか判定し、
前記判定の結果が不一致を示すとき、前記インバータの起動を禁止することを特徴とする請求項４に記載の電気車制御装置。
【請求項６】
前記制御部は、
前記電気車の極性のない速度を複数取得し、
前記取得した複数の前記極性のない速度のうち最小速度を選択し、
前記取得した複数の前記極性のない速度のうち最大速度を選択し、
前記電気車の力行時は、前記最小速度を選択し、前記電気車のブレーキ時は、前記最大速度を選択することを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の電気車制御装置。
【請求項７】
電気車の動力源である電動機の回転速度を検出する速度センサを用いずに、前記電動機を制御する速度センサレス制御を適用した電気車制御装置であって、
前記電動機を駆動するために、直流電力を交流電力に変換するインバータと、
電気車の極性付き速度を検出する速度計と、
前記インバータを制御する制御手段と、を備え、
前記制御手段は、
前記速度計で検出した電気車の極性付き速度を取得し、
前記取得した極性付き速度に基づいて、第１のインバータ出力周波数を演算し、
前記演算した第１のインバータ出力周波数を利用し、前記インバータの起動時にこのインバータを制御するためのゲート指令を生成することを特徴とする電気車制御装置。
【請求項８】
前記インバータと前記電動機との間を流れる電流を検出する電流検出手段を更に備え、
前記制御手段は、
前記検出した電流に基づいて、前記電動機の誘起電圧を演算し、
前記演算した誘起電圧に基づいて、第２のインバータ出力周波数を演算し、
前記演算した第２のインバータ出力周波数を利用し、前記インバータの起動時以外でこのインバータを制御するためのゲート指令を生成することを特徴とする請求項７に記載の電気車制御装置。
【請求項９】
前記制御部は、
前記電気車の前進又は後進を示す前進／後進信号を取得し、
前記取得した極性付き速度が示す前記電動機の回転方向が前記取得した前進／後進信号が示す回転方向と一致するか判定し、
前記判定の結果が不一致を示すとき、前記インバータの起動を禁止することを特徴とする請求項７又は請求項８に記載の電気車制御装置。
【請求項１０】
前記制御部は、
前記電気車の極性付き速度を複数取得し、
前記取得した複数の極性付き速度のうち絶対値が最小速度を選択し、
前記取得した複数の極性付き速度のうち絶対値が最大速度を選択し、
前記電気車の力行時は、前記最小速度を選択し、前記電気車のブレーキ時は、前記最大速度を選択することを特徴とする請求項７から請求項９のいずれか１項に記載の電気車制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気車を制御する電気車制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、主電動機の回転速度を検出する速度センサを設けずに、主電動機のトルクを制御する速度センサレス制御が知られている。電気車を制御する電気車制御装置は、電気的又は機械的に安定でスムーズに主電動機を始動するために、インバータ出力周波数を、回転速度即ちロータ周波数に一致させる必要がある。回転速度を把握せずに、力行指令又はブレーキ指令によって、インバータを始動した場合、不要なトルクが生じる。このような状態は、車両の乗り心地や信号系への影響が懸念される。このため、速度センサレス制御を適用した場合、主電動機の磁束又は誘起電圧に基づいて、回転速度を推定することが行われている。
【０００３】
しかし、このように回転速度を推定する方法は、電気車が惰行中などのようにインバータのゲート信号を停止して、主電動機への励磁を行っていない場合は、速度を推定することができない。このため、電気車制御装置は、主電動機が停止しているのか又は高速回転中であるのかが分からない。
【０００４】
そこで、インバータを始動した直後に、通常運転時の回転速度の推定方法とは異なる概略のロータ周波数を推定するための制御モードを設けることが知られている。このような概略のロータ周波数の推定方法としては、出力周波数指令を漸増及び漸減させて、回転速度を推定する方法が開示されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
また、自動列車停止装置（automatic train stop, ATS）、又は自動列車制御装置（automatic train operation, ATO）などの保安装置用の速度検出器を使用して速度推定する方法が開示されている（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０００−２５３５０６号公報
【特許文献２】特開２０００−３１２４０３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上述のような回転速度の推定方法では、主電動機が極低速で回転している場合に、主電動機の回転方向を誤って判断することが考えられる。よって、速度を正確に推定することができない可能性がある。このような回転速度の推定方法を適用した電気車制御装置では、極低速で回転している場合は、インバータ周波数とロータ周波数が一致しないことにより、乗り心地の劣化やトルクの出力不足による加速不良などを生じる恐れがある。
【０００８】
そこで、本発明の目的は、速度センサレス制御において、電動機が極低速で回転している場合でも、電動機を制御するためのインバータを安定して始動することのできる電気車制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の観点に従った電気車制御装置は、電気車の動力源である電動機の回転速度を検出する速度センサを用いずに、前記電動機を制御する速度センサレス制御を適用した電気車制御装置であって、前記電動機を駆動するために、直流電力を交流電力に変換するインバータと、前記インバータを制御する制御手段と、を備え、前記制御手段は、前記電気車の極性のない速度を取得し、前記電気車の前進又は後進を示す前進／後進信号を取得し、前記取得した極性のない速度及び前記取得した前進／後進信号に基づいて、前記電気車の極性付き速度を演算し、前記演算した極性付き速度に基づいて、第１のインバータ出力周波数を演算し、前記演算した第１のインバータ出力周波数を利用し、前記インバータの起動時にこのインバータを制御するためのゲート指令を生成する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、速度センサレス制御において、電動機が極低速で回転している場合でも、電動機を制御するためのインバータを安定して始動することのできる電気車制御装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る電気車制御装置の構成を示すブロック図。
【図２】第１の実施形態に係るインバータ出力周波数演算部の構成を示すブロック図。
【図３】本発明の第２の実施形態に係る電気車制御装置の構成を示すブロック図。
【図４】第２の実施形態に係る速度情報選択部の構成を示すブロック図。
【図５】本発明の第３の実施形態に係る電気車制御装置の構成を示すブロック図。
【図６】第３の実施形態に係るインバータ出力周波数演算部の構成を示すブロック図。
【図７】本発明の第４の実施形態に係る電気車制御装置の構成を示すブロック図。
【図８】第４の実施形態に係るインバータ出力周波数演算部の構成を示すブロック図。
【図９】本発明の第５の実施形態に係る電気車制御装置の構成を示すブロック図。
【図１０】第５の実施形態に係るインバータ出力周波数演算部の構成を示すブロック図。
【図１１】本発明の第６の実施形態に係る電気車制御装置の構成を示すブロック図。
【図１２】第６の実施形態に係るインバータ出力周波数演算部の構成を示すブロック図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。
【００１３】
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係る電気車制御装置１０の構成を示すブロック図である。なお、各図における同一部分には同一符号を付してその詳しい説明を省略し、異なる部分について主に述べる。以降の実施形態も同様にして重複する説明を省略する。
【００１４】
電気車制御装置１０は、インバータ１と、インバータ制御部２と、主電動機３と、交流電流検出器４Ｕ，４Ｗと、フィルタコンデンサ５と、フィルタリアクトル６と、パンタグラフ７と、車輪８と、運転台９と、速度計１１とを備えている。
【００１５】
主電動機３は、電気車を走行させる動力源である。
【００１６】
パンタグラフ７は、電気車の直流架線と接触するように取り付けられている。パンタグラフ７は、フィルタリアクトル６を介して、インバータ１の正極側に接続されている。パンタグラフ７は、直流架線から電気車制御装置１０に直流電力を取り込む集電装置である。パンタグラフ７は、取り込んだ直流電力をインバータ１に供給する。
【００１７】
インバータ１は、力行時では、パンタグラフ７により取り込まれた直流電力を交流電力に変換する。インバータ１は、変換した交流電力を主電動機３に供給することにより、主電動機３を駆動制御する。インバータ１は、回生時では、主電動機３から発生した回生電力を直流電力に変換する。インバータ１は、変換した直流電力を、パンタグラフ７を介して直流架線に供給（返還）する。インバータ１は、パルス幅変調により制御されるＰＷＭ(Pulse Width Modulation)インバータである。インバータ１は、直流を任意の周波数の交流に変換するＶＶＶＦ(Variable Voltage Variable Frequency)インバータである。
【００１８】
交流電流検出器４Ｕ，４Ｗは、インバータ１から主電動機３に流れる三相交流電流を検出する。交流電流検出器４Ｕは、Ｕ相電流Ｉｕを検出する。交流電流検出器４Ｗは、Ｗ相電流Ｉｗを検出する。交流電流検出器４Ｕ，４Ｗは、それぞれが検出したＵ相電流Ｉｕ及びＷ相電流Ｉｗをインバータ制御部２に出力する。
【００１９】
フィルタコンデンサ５は、インバータ１の直流側の正極端子と負極端子との間に接続されている。フィルタリアクトル６は、パンタグラフ７とインバータ１の正極とを接続する電気経路に挿入されている。フィルタコンデンサ５及びフィルタリアクトル６は、フィルタ回路を構成する。このフィルタ回路は、電流リプルを低減する。
【００２０】
車輪８は、インバータ１の直流側の負極端子に接続されている。車輪８は、正極である直流架線に対する負極となるレールと電気的に接触する。
【００２１】
運転台９は、電気車を運転するための操作装置である。運転台９は、電気車の運転操作に応じて、各種信号をインバータ制御部２に送信する。運転台９は、インバータ１を起動させる場合は、起動指令ＳＢをインバータ制御部２に送信する。運転台９は、電気車の進行方向に応じて、前進／後進信号ＳＤを送信する。前進／後進信号ＳＤは、電気車の進行方向が「前進」か「後進」かを示す信号である。例えば、前進／後進信号ＳＤは、レバーサ（逆転器）から出力される信号である。
【００２２】
速度計１１は、電気車の走行速度が示された極性のない速度情報Ｖをインバータ制御部２に送信する。速度計１１から出力される速度情報Ｖは、非駆動系の速度情報でもよいし、編成内にある駆動系の速度情報でもよい。例えば、非駆動系の速度情報は、モニタ装置、ブレーキ装置、ＡＴＣ、又はＡＴＯなどの速度情報である。
【００２３】
インバータ制御部２は、交流電流検出器４Ｕ，４Ｗにより検出された電流Ｉｕ，Ｉｗ、運転台９から入力された起動指令ＳＢ及び前進／後進信号ＳＤ、及び速度計１１から入力された速度情報Ｖに基づいて、インバータ１にゲート信号ＳＧを出力する。インバータ制御部２は、ゲート信号ＳＧを出力することにより、インバータ１を制御する。これにより、主電動機３は、駆動制御される。
【００２４】
次に、インバータ制御部２について、より詳細な説明をする。
【００２５】
インバータ制御部２は、すべり周波数演算部２１と、減算器２２と、インバータ出力周波数演算部２３と、電流指令演算器２４と、電圧指令演算部２５と、座標変換器２６，２７と、積分器２８と、ＰＷＭ制御部２９とを備えている。
【００２６】
電流指令演算部２４は、運転台９から受信した起動指令ＳＢにより、減算器２２から入力された回転速度ωに基づいて、励磁電流指令ＩｄＲｅｆ及びトルク電流指令ＩｑＲｅｆを演算する。励磁電流指令ＩｄＲｅｆは、主電動機３に流れるＤ軸電流（励磁電流）を制御するための基準となる指令信号である。トルク電流指令ＩｑＲｅｆは、主電動機３に流れるＱ軸電流（トルク電流）を制御するための基準となる指令信号である。電流指令演算部２４は、演算した電流指令ＩｄＲｅｆ，ＩｑＲｅｆを電圧指令演算部２５及びすべり周波数演算部２１に出力する。
【００２７】
すべり周波数演算部２１は、電流指令演算部２４により演算された電流指令ＩｄＲｅｆ，ＩｑＲｅｆに基づいて、次式により、すべり周波数基準Ｗｓ＊を演算する。すべり周波数演算部２１は、演算したすべり周波数基準Ｗｓ＊を減算器２２に出力する。
【００２８】
Ｗｓ＊＝Ｒ２／Ｌ２×ＩｑＲｅｆ／ＩｄＲｅｆ           式（１）
ここで、Ｒ２：２次時定数、Ｌ２：２次自己インダクタンス、である。
【００２９】
座標変換器２７は、積分器２８から入力された位相角θに基づいて、交流電流検出器４Ｕ，４Ｗにより検出された三相交流電流Ｉｕ，ＩｗをＤＱ軸電流Ｉｄ，Ｉｑに変換する。ここで、Ｄ軸とは、主電動機３の磁気トルクに作用しない軸である。Ｑ軸とは、Ｄ軸と直交する軸（磁気トルクに作用する軸）である。なお、三相交流電流のＶ相については、検出された他の二相の電流Ｉｕ，Ｉｗから算出する。座標変換器２７は、演算したＤＱ軸電流Ｉｄ，Ｉｑをインバータ出力周波数演算部２３及び電圧指令演算部２５に出力する。
【００３０】
電圧指令演算部２５は、電流指令演算部２４により演算された電流指令ＩｄＲｅｆ，ＩｑＲｅｆ及び座標変換器２７により演算されたＤＱ軸電流Ｉｄ，Ｉｑに基づいて、ＤＱ軸電圧指令Ｖｄ＊，Ｖｑ＊を演算する。ＤＱ軸電圧指令Ｖｄ＊，Ｖｑ＊は、インバータ１から出力される電圧を制御するための基準となる指令信号である。Ｄ軸電圧指令Ｖｄ＊は、励磁電流Ｉｄが励磁電流指令ＩｄＲｅｆと一致するように演算される。Ｑ軸電圧指令Ｖｑ＊は、トルク電流Ｉｑがトルク電流指令ＩｑＲｅｆと一致するように演算される。電圧指令演算部２５は、演算したＤＱ軸電圧指令Ｖｄ＊，Ｖｑ＊を、インバータ出力周波数演算部２３及び座標変換器２６に出力する。
【００３１】
インバータ出力周波数演算部２３は、運転台９から入力された起動指令ＳＢ及び前進／後進信号ＳＤ、速度計１１から入力された速度情報Ｖ、電圧指令演算部２５により演算されたＤＱ軸電圧指令Ｖｄ＊，Ｖｑ＊、及び座標変換器２７により演算されたＤＱ軸電流Ｉｄ，Ｉｑに基づいて、インバータ出力周波数基準ω１＊を演算する。インバータ出力周波数基準ω１＊は、インバータ１から出力させる周波数を制御するための基準となる値である。インバータ出力周波数演算部２３は、演算したインバータ出力周波数基準ω１＊を減算器２２及び積分器２８に出力する。
【００３２】
減算器２２には、インバータ出力周波数演算部２３により演算されたインバータ出力周波数基準ω１＊及びすべり周波数演算部２１により演算されたすべり周波数基準Ｗｓ＊が入力される。減算器２２は、インバータ出力周波数基準ω１＊からすべり周波数基準Ｗｓ＊を減算し、回転速度ωを推定する。減算器２２は、演算した回転速度ωを電流指令演算部２４に出力する。
【００３３】
積分器２８は、インバータ出力周波数演算部２３により演算されたインバータ出力周波数基準ω１＊を積分し、（静止座標系の基準軸Ａ軸に対する）Ｄ軸の位相角θを演算する。積分器２８は、演算した位相角θを座標変換器２６，２７に出力する。
【００３４】
座標変換器２６は、積分器２８から入力された位相角θに基づいて、電圧指令演算部２５により演算されたＤＱ軸電圧指令Ｖｄ＊，Ｖｑ＊を、三相電圧指令Ｖｕ＊，Ｖｖ＊，Ｖｗ＊に変換する。三相電圧指令Ｖｕ＊，Ｖｖ＊，Ｖｗ＊は、インバータ１から出力される三相交流電圧の各相を制御するための基準となる指令信号である。座標変換器２６は、演算した三相電圧指令Ｖｕ＊，Ｖｖ＊，Ｖｗ＊をＰＷＭ制御部２９に出力する。
【００３５】
ＰＷＭ制御部２９は、座標変換器２６により演算された三相電圧指令Ｖｕ＊，Ｖｖ＊，Ｖｗ＊に基づいて、ＰＷＭ制御によりゲート指令ＳＧを生成する。ＰＷＭ制御部２９は、生成したゲート指令ＳＧをインバータ１に出力して、インバータ１を駆動制御する。ＰＷＭ制御部２９は、例えば三角波比較方式によるＰＷＭ制御を行う。
【００３６】
図２は、本実施形態に係るインバータ出力周波数演算部２３の構成を示すブロック図である。
【００３７】
インバータ出力周波数演算部２３は、Ｄ軸誘起電圧演算部５１と、インバータ出力周波数制御部５２と、切替スイッチ５３，５４と、乗算器５５と、速度／インバータ出力周波数変換部５６とを備えている。
【００３８】
Ｄ軸誘起電圧演算部５１は、ＤＱ軸電圧指令Ｖｄ＊，Ｖｑ＊及びＤＱ軸電流Ｉｄ，Ｉｑに基づいて、次式により、Ｄ軸誘起電圧Ｅｄを演算する。Ｄ軸誘起電圧演算部５１は、演算したＤ軸誘起電圧Ｅｄをインバータ出力周波数制御部５２に出力する。
【００３９】
Ｅｄ＝Ｖｄ＊−Ｒ１×Ｉｄ＋ω１＊×σＬ１×Ｉｑ             式（２）
σ＝１−Ｍ×Ｍ／Ｌ１／Ｌ２                         式（３）
ここで、Ｒ１：１次抵抗、Ｌ１：１次自己インダクタンス、σ：漏れ係数、Ｍ：相互インダクタンス、である。
【００４０】
インバータ出力周波数制御部５２は、Ｄ軸誘起電圧演算部５１により演算されたＤ軸誘起電圧Ｅｄに基づいて、インバータ出力周波数を制御する。具体的には、インバータ出力周波数制御部５２は、次式により、Ｄ軸誘起電圧Ｅｄが零となるように、インバータ出力周波数基準ω１Ａ＊を演算する。インバータ出力周波数制御部５２は、演算したインバータ出力周波数基準ω１Ａ＊を切替スイッチ５３の端子Ａに出力する。
【００４１】
ω１Ａ＊＝−(Ｋｐ＋Ｋｉ／ｓ)Ｅｄ             式（４）
ここで、Ｋｐ：比例ゲイン、Ｋｉ：積分ゲイン、s：ラプラス演算子、である。
【００４２】
切替スイッチ５４の端子Ａには、「１」が設定されている。切替スイッチ５４の端子Ｂには、「−１」が設定されている。
【００４３】
切替スイッチ５４は、前進／後進信号ＳＤに応じて、出力を切り替える。切替スイッチ５４は、入力された前進／後進信号ＳＤが「前進」を示す場合、端子Ａに設定された「１」を選択する。よって、電気車が前進している場合は、切替スイッチ５４は、「１」を乗算器５５に出力する。切替スイッチ５４は、前進／後進信号ＳＤが「後進」を示す場合、端子Ｂに設定された「−１」を選択する。よって、電気車が後進している場合は、切替スイッチ５４は、「−１」を乗算器５５に出力する。
【００４４】
乗算器５５には、速度計１１から極性のない速度情報Ｖ及び切替スイッチ５４により選択された値（「１」又は「−１」）が入力される。乗算器５５は、速度情報Ｖに切替スイッチ５４により選択された値を乗算する。即ち、乗算器５５は、極性付き速度情報ＶＰを求める。乗算器５５は、演算した極性付き速度情報ＶＰを速度／インバータ出力周波数変換部５６に出力する。
【００４５】
速度／インバータ出力周波数変換部５６は、乗算器５５により演算された極性付き速度情報ＶＰをインバータ出力周波数基準ω１Ｂ＊に変換する演算をする。速度／インバータ出力周波数変換部５６は、演算したインバータ出力周波数基準ω１Ｂ＊を切替スイッチ５３の端子Ｂに出力する。
【００４６】
切替スイッチ５３は、起動指令ＳＢに応じて、出力を切り替える。切替スイッチ５３は、起動指令ＳＢがオンの場合、端子Ａに入力されたインバータ出力周波数基準ω１Ａ＊を選択する。切替スイッチ５３は、起動指令ＳＢがオフの場合、端子Ｂに入力されたインバータ出力周波数基準ω１Ｂ＊を選択する。切替スイッチ５３は、選択したインバータ出力周波数基準ω１Ａ＊，ω１Ｂ＊を、インバータ１を制御するためのインバータ出力周波数基準ω１＊として出力する。切替スイッチ５３は、インバータ出力周波数基準ω１＊をＤ軸誘起電圧演算部５１及び減算器２２に出力する。
【００４７】
上述の構成により、インバータ制御部２は、通常時（インバータ１の起動時でないとき）では、推定されたＤ軸誘起電圧Ｅｄに基づいて、インバータ出力周波数を制御する。インバータ制御部２は、インバータ１の起動時では、極性付き速度情報ＶＰに基づいて、インバータ出力周波数を制御する。
【００４８】
本実施形態によれば、電気車制御装置１０は、起動指令ＳＢがオフの場合、演算した極性付き速度をインバータ出力周波数基準ω１＊として、インバータ１の出力周波数を制御することができる。また、インバータ出力周波数基準ω１＊をＤ軸誘起電圧演算部５１に入力することで、電気車制御装置１０は、例えば、主電動機３の誘起電圧が絶対的に小さい低速回転中のインバータ１の起動指令直後の速度推定、いわゆる初期速度推定が困難とされる領域での速度推定であっても、回転方向を誤ることなく回転速度を判別することできる。
【００４９】
また、速度計１１から送信される速度情報Ｖが極性のない値であっても、電動機３の回転方向を誤ることなく、インバータ１を安定して始動させることができる。
【００５０】
従って、電気車制御装置１０は、電動機３の回転速度を検出せずに、電動機３のトルクを制御する速度センサレスベクトル制御を用いて、いかなる状況においても安定かつスムーズにインバータ１を始動することができる。
【００５１】
（第２の実施形態）
図３は、本発明の第２の実施形態に係る電気車制御装置１０Ａの構成を示すブロック図である。
【００５２】
電気車制御装置１０Ａは、図１に示す第１の実施形態に係る電気車制御装置１０において、運転台９の代わりに運転台９Ａを設け、速度計１１の代わりに４つの速度計１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃ，１１Ｄを設け、速度情報選択部１２を設けた構成である。その他の点は、第１の実施形態に係る電気車制御装置１０と同様である。
【００５３】
速度計１１Ａ〜１１Ｄは、全て１つの編成内に設けられた速度計である。速度計１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃ，１１Ｄは、それぞれが検出した速度を速度情報Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４として出力する。その他の点は、第１の実施形態に係る速度計１１と同様である。
【００５４】
運転台９Ａは、力行／ブレーキ指令信号ＰＢを速度情報選択部１２に出力する。力行／ブレーキ指令信号ＰＢは、力行指令を示す場合は、「Ｐ」である。力行／ブレーキ指令信号ＰＢは、ブレーキ指令を示す場合は、「Ｂ」である。その他の点は、第１の実施形態に係る運転台９と同様である。
【００５５】
速度情報選択部１２は、力行／ブレーキ指令信号ＰＢに応じて、４つの速度計１１Ａ〜１１Ｄから入力される速度情報Ｖ１〜Ｖ４のうち１つの速度情報Ｖを選択する。速度情報選択部１２は、選択した速度情報Ｖをインバータ制御部２に出力する。
【００５６】
図４は、本実施形態に係る速度情報選択部１２の構成を示すブロック図である。
【００５７】
速度情報選択部１２は、最小値選択部１２１と、最大値選択部１２２と、切替スイッチ１２３とを備えている。
【００５８】
最小値選択部１２１には、４つの速度計１１Ａ〜１１Ｄから入力された全ての速度情報Ｖ１〜Ｖ４が入力される。最小値選択部１２１は、速度情報Ｖ１〜Ｖ４の中で最も小さい速度情報ＶＮを選択する。最小値選択部１２１は、選択した速度情報ＶＮを切替スイッチ１２３の端子Ａに出力する。
【００５９】
最大値選択部１２２には、４つの速度計１１Ａ〜１１Ｄから入力された全ての速度情報Ｖ１〜Ｖ４が入力される。最大値選択部１２２は、速度情報Ｖ１〜Ｖ４の中で最も大きい速度情報ＶＸを選択する。最大値選択部１２２は、選択した速度情報ＶＸを切替スイッチ１２３の端子Ｂに出力する。
【００６０】
切替スイッチ１２３は、力行／ブレーキ指令信号ＰＢに応じて、出力を切り替える。切替スイッチ１２３は、力行／ブレーキ指令信号ＰＢが力行指令を示す「Ｐ」の場合、端子Ａに入力された速度情報ＶＮを選択する。切替スイッチ１２３は、力行／ブレーキ指令信号ＰＢがブレーキ指令を示す「Ｂ」の場合、端子Ｂに入力された速度情報ＶＸを選択する。切替スイッチ１２３は、選択した速度情報Ｖを、インバータ制御部２に出力する。
【００６１】
インバータ制御部２は、切替スイッチ１２３により選択された速度情報Ｖに基づいて、第１の実施形態と同様に、インバータ１を制御する。
【００６２】
本実施形態によれば、第１の実施形態による作用効果に加え、以下の作用効果を得ることができる。
【００６３】
一般に、駆動軸の速度計から得られる速度情報は、雨天走行時等において、車輪空転や車輪滑走により、正確でない可能性がある。
【００６４】
電気車制御装置１０Ａでは、複数の駆動軸の速度計１１Ａ〜１１Ｄから速度情報Ｖ１〜Ｖ４を得ている。力行時は、電気車制御装置１０Ａは、取得した複数の速度情報Ｖ１〜Ｖ４のうち最小の速度情報ＶＮを制御に用いるための速度情報Ｖとして選択する。ブレーキ時は、電気車制御装置１０Ａは、取得した複数の速度情報Ｖ１〜Ｖ４のうち最大の速度情報ＶＸを制御に用いるための速度情報Ｖとして選択する。これにより、電気車制御装置１０Ａは、車輪空転又は車輪滑走している場合でも、より正確な速度情報でインバータ１及び主電動機３を制御することができる。
【００６５】
（第３の実施形態）
図５は、本発明の第３の実施形態に係る電気車制御装置１０Ｂの構成を示すブロック図である。
【００６６】
電気車制御装置１０Ｂは、図１に示す第１の実施形態に係る電気車制御装置１０において、運転台９の代わりに運転台９Ｂを設け、インバータ制御部２の代わりにインバータ制御部２Ｂを設けた構成である。その他の点は、第１の実施形態に係る電気車制御装置１０と同様である。
【００６７】
運転台９Ｂは、図１に示す第１の実施形態に係る運転台９において、起動指令ＳＢのみをインバータ制御部２Ｂに送信し、前進／後進信号ＳＤを送信する機能を取り除いた構成である。その他の点は、第１の実施形態に係る運転台９と同様である。
【００６８】
インバータ制御部２Ｂは、図１に示す第１の実施形態に係るインバータ制御部２において、インバータ出力周波数演算部２３の代わりにインバータ出力周波数演算部２３Ｂを設けた構成である。その他の点は、第１の実施形態に係るインバータ制御部２と同様である。
【００６９】
図６は、本実施形態に係るインバータ出力周波数演算部２３Ｂの構成を示すブロック図である。
【００７０】
インバータ出力周波数演算部２３Ｂは、図２に示す第１の実施形態に係るインバータ出力周波数演算部２３において、切替スイッチ５４の代わりに極性判別部５４Ｂを設け、乗算器５５の代わりに乗算器５５Ｂを設けた構成である。その他の点は、第１の実施形態に係るインバータ出力周波数演算部２３と同様である。
【００７１】
極性判別部５４Ｂには、インバータ出力周波数制御部５２により演算されたインバータ出力周波数基準ω１Ａ＊が入力される。極性判別部５４Ｂは、インバータ出力周波数基準ω１Ａ＊に基づいて、主電動機３の回転方向を判別する。極性判別部５４Ｂは、主電動機３の回転方向が前進方向であると判別した場合、極性ＰＬを「１」にして、乗算部５５Ｂに出力する。極性判別部５４Ｂは、主電動機３の回転方向が後進方向であると判別した場合、極性ＰＬを「−１」にして、乗算部５５Ｂに出力する。
【００７２】
乗算器５５Ｂには、速度計１１から極性のない速度情報Ｖ及び極性判別部５４Ｂから出力された極性ＰＬ（「１」又は「−１」）が入力される。乗算器５５Ｂは、速度情報Ｖに極性ＰＬを乗算する。即ち、乗算器５５Ｂは、極性付き速度情報ＶＰを求める。乗算器５５Ｂは、演算した極性付き速度情報ＶＰを速度／インバータ出力周波数変換部５６に出力する。
【００７３】
本実施形態によれば、インバータ出力周波数制御部５２により演算されたインバータ出力周波数基準ω１Ａ＊に基づいて、主電動機３の回転方向を判別することができる。これにより、第１の実施形態のように、運転台９から前進／後進指令ＳＤを受信しなくとも、第１の実施形態と同様の作用効果を得ることができる。
【００７４】
（第４の実施形態）
図７は、本発明の第４の実施形態に係る電気車制御装置１０Ｃの構成を示すブロック図である。
【００７５】
電気車制御装置１０Ｃは、図１に示す第１の実施形態に係る電気車制御装置１０において、インバータ制御部２の代わりにインバータ制御部２Ｃを設けた構成である。その他の点は、第１の実施形態に係る電気車制御装置１０と同様である。
【００７６】
インバータ制御部２Ｃは、図１に示す第１の実施形態に係るインバータ制御部２において、インバータ出力周波数演算部２３の代わりにインバータ出力周波数演算部２３Ｃを設け、論理積回路３０を追加した構成である。その他の点は、第１の実施形態に係るインバータ制御部２と同様である。
【００７７】
インバータ出力周波数演算部２３Ｃは、インバータ１の起動を許可するか否かを判断する。インバータ出力周波数演算部２３Ｃは、インバータ１の起動を許可する場合は、インバータ起動許可信号ＧＳＴを「１」にして、論理積回路３０に出力する。インバータ出力周波数演算部２３Ｃは、インバータ１の起動を許可しない場合は、インバータ起動許可信号ＧＳＴを「０」にして、論理積回路３０に出力する。その他の点は、第１の実施形態に係るインバータ出力周波数演算部２３と同様である。
【００７８】
論理積回路３０には、ＰＷＭ制御部２９により生成されたゲート指令ＳＧ及びインバータ出力周波数演算部２３Ｃから出力されたインバータ起動許可信号ＧＳＴが入力される。論理積回路３０は、ゲート指令ＳＧとインバータ起動許可信号ＧＳＴとを乗算する。論理積回路３０は、乗算した結果をゲート指令ＳＧ１として出力する。よって、インバータ起動許可信号ＧＳＴが「１」の場合、論理積回路３０は、ゲート指令ＳＧをゲート指令ＳＧ１として出力する。インバータ起動許可信号ＧＳＴが「０」の場合、論理積回路３０は、ゲート指令ＳＧ１の出力を禁止する。
【００７９】
図８は、本実施形態に係るインバータ出力周波数演算部２３Ｃの構成を示すブロック図である。
【００８０】
インバータ出力周波数演算部２３Ｃは、図２に示す第１の実施形態に係るインバータ出力周波数演算部２３に、図６に示す第３の実施形態に係る極性判別部５４Ｂと、排他的論理和回路５７と、反転器５８とを追加した構成である。その他の点は、第１の実施形態に係るインバータ出力周波数演算部２３と同様である。
【００８１】
極性判別部５４Ｂは、第３の実施形態で説明したように、極性ＰＬを演算する。極性判別部５４Ｂは、演算した極性ＰＬを排他的論理和回路５７に出力する。
【００８２】
排他的論理和回路５７には、切替スイッチ５４から出力された前進／後進信号ＳＤに基づく極性及び極性判別部５４Ｂにより演算された極性ＰＬが入力される。排他的論理和回路５７は、前進／後進信号ＳＤに基づく極性と極性ＰＬとの排他的論理和を演算する。排他的論理和回路５７は、入力された２つの極性が一致する場合は、「０」を反転器５８に出力する。排他的論理和回路５７は、入力された２つの極性が一致しない場合は、「１」を反転器５８に出力する。
【００８３】
反転器５８は、排他的論理和回路５７から入力された値の論理否定を演算する。反転器５８は、演算結果をインバータ起動許可信号ＧＳＴとして出力する。よって、反転器５８は、切替スイッチ５４による極性と極性判別部５４Ｂによる極性ＰＬが一致する場合は、インバータ起動許可信号ＧＳＴを起動許可を示す「１」にして、論理積回路３０に出力する。反転器５８は、切替スイッチ５４による極性と極性判別部５４Ｂによる極性ＰＬが一致しない場合は、インバータ起動許可信号ＧＳＴを起動許可しないことを示す「０」にして、論理積回路３０に出力する。
【００８４】
本実施形態によれば、第１の実施形態による作用効果に加え、以下の作用効果を得ることができる。
【００８５】
排他的論理和回路５７は、運転台９から入力される前進／後進信号ＳＤに基づき演算された回転方向と、インバータ出力周波数制御部５２により演算されたインバータ出力周波数基準ω１Ａに基づき演算された回転方向を比較する。排他的論理和回路５７は、これらの２つの回転方向が一致した場合は、ゲート信号ＳＧ１の出力を許可する信号を出力する。排他的論理和回路５７は、これらの２つの回転方向が不一致の場合は、ゲート信号ＳＧ１の出力を禁止する信号を出力する。これにより、電気車制御装置１０Ｃは、不要なゲート出力により乗り心地を損なう危険性を低くすることができる。
【００８６】
（第５の実施形態）
図９は、本発明の第５の実施形態に係る電気車制御装置１０Ｄの構成を示すブロック図である。
【００８７】
電気車制御装置１０Ｄは、図１に示す第１の実施形態に係る電気車制御装置１０において、インバータ制御部２の代わりにインバータ制御部２Ｄを設け、運転台９の代わりに図５に示す第３の実施形態に係る運転台９Ｂを設け、速度計１１の代わりに速度計１１Ｐを設けた構成である。その他の点は、第１の実施形態に係る電気車制御装置１０と同様である。
【００８８】
速度計１１Ｐは、電気車の走行速度が示された極性付き速度情報ＶＰをインバータ制御部２Ｄに送信する。その他の点は、第１の実施形態に係る速度計１１と同様である。
【００８９】
運転台９Ｂは、第３の実施形態で説明したように、図１に示す第１の実施形態に係る運転台９において、起動指令ＳＢのみをインバータ制御部２Ｄに送信し、前進／後進信号ＳＤを送信する機能を取り除いた構成である。
【００９０】
インバータ制御部２Ｄは、図１に示す第１の実施形態に係るインバータ制御部２において、インバータ出力周波数演算部２３の代わりにインバータ出力周波数演算部２３Ｄを設けた構成である。その他の点は、第１の実施形態に係るインバータ制御部２と同様である。
【００９１】
図１０は、本実施形態に係るインバータ出力周波数演算部２３Ｄの構成を示すブロック図である。
【００９２】
インバータ出力周波数演算部２３Ｄは、図２に示す第１の実施形態に係るインバータ出力周波数演算部２３において、極性判別部５４及び乗算器５５を取り除いた構成である。その他の点は、第１の実施形態に係るインバータ出力周波数演算部２３と同様である。
【００９３】
速度／インバータ出力周波数変換部５６には、速度計１１Ｐにより検出された極性付き速度情報ＶＰが入力される。速度／インバータ出力周波数変換部５６は、極性付き速度情報ＶＰをインバータ出力周波数基準ω１Ｂ＊に変換する演算をする。速度／インバータ出力周波数変換部５６は、演算したインバータ出力周波数基準ω１Ｂ＊を切替スイッチ５３の端子Ｂに出力する。
【００９４】
本実施形態によれば、インバータ制御部２Ｄは、速度計１１Ｐから極性付き速度情報ＶＰを受信することで、第１の実施形態で使用した前進／後進信号ＳＤや第２の実施形態で使用したインバータ出力周波数基準ω１Ａ＊を使用しなくとも、起動指令直後に極性付き回転速度を求めることができる。よって、第１の実施形態と同様の作用効果を得ることができる。
【００９５】
（第６の実施形態）
図１１は、本発明の第６の実施形態に係る電気車制御装置１０Ｅの構成を示すブロック図である。
【００９６】
電気車制御装置１０Ｅは、図７に示す第４の実施形態に係る電気車制御装置１０Ｃにおいて、インバータ制御部２Ｃの代わりにインバータ制御部２Ｅを設け、速度計１１の代わりに図１１に示す第５の実施形態に係る速度計１１Ｐを設けた構成である。その他の点は、第４の実施形態に係る電気車制御装置１０Ｃと同様である。
【００９７】
速度計１１Ｐは、第５の実施形態で説明したように、電気車の極性付き速度情報ＶＰをインバータ制御部２Ｅに送信する。
【００９８】
インバータ制御部２Ｅは、図７に示す第４の実施形態に係るインバータ制御部２Ｃにおいて、インバータ出力周波数演算部２３Ｃの代わりにインバータ出力周波数演算部２３Ｅを設けた構成である。その他の点は、第４の実施形態に係るインバータ制御部２Ｃと同様である。
【００９９】
図１２は、本実施形態に係るインバータ出力周波数演算部２３Ｅの構成を示すブロック図である。
【０１００】
インバータ出力周波数演算部２３Ｅは、図８に示す第４の実施形態に係るインバータ出力周波数演算部２３Ｃにおいて、極性判別部５４Ｂの代わりに極性判別部５４Ｅを設け、乗算器５５を取り除いた構成である。その他の点は、第４の実施形態に係るインバータ出力周波数演算部２３Ｃと同様である。
【０１０１】
極性判別部５４Ｅには、速度計１１Ｐにより検出された極性付き速度情報ＶＰが入力される。極性判別部５４Ｅは、極性付き速度情報ＶＰに基づいて、極性ＰＬを判別する。極性判別部５４Ｅは、判別した極性ＰＬを排他的論理和回路５７に出力する。その他の点は、第４の実施形態に係る極性判別部５４Ｂと同様である。
【０１０２】
速度／インバータ出力周波数変換部５６には、速度計１１Ｐにより検出された極性付き速度情報ＶＰが入力される。速度／インバータ出力周波数変換部５６は、極性付き速度情報ＶＰをインバータ出力周波数基準ω１Ｂ＊に変換する演算をする。速度／インバータ出力周波数変換部５６は、演算したインバータ出力周波数基準ω１Ｂ＊を切替スイッチ５３の端子Ｂに出力する。
【０１０３】
本実施形態によれば、インバータ制御部２Ｅは、速度計１１Ｐから受信した極性付き速度情報ＶＰに基づいて極性を判別することで、第４の実施形態と同様の作用効果を得ることができる。
【０１０４】
なお、第２の実施形態では、速度情報選択部１２をインバータ制御部２の外部に設けた構成としたが、インバータ制御部２の内部に設けてもよい。また、速度計１１を４つ設けた構成としたが、２つ以上設けられていれば、いくつ設けられていてもよい。
【０１０５】
また、第２の実施形態では、第１の実施形態に係る電気車制御装置１０の構成を基本構成として説明したが、他の実施形態を基本構成としてもよい。ここで、第５の実施形態及び第６の実施形態では、速度計１１Ｐから極性付き速度情報ＶＰを受信する。このため、これらの実施形態に適用する場合には、力行指令を受信した際に選択する速度情報ＶＮは、受信した速度情報ＶＰの中で、絶対値の最も小さい速度情報ＶＮを選択するものとする。また、ブレーキ指令を受信した際に選択する速度情報ＶＸは、受信した速度情報ＶＰの中で、絶対値の最も大きい速度情報ＶＸを選択するものとする。
【０１０６】
さらに、第４の実施形態において、極性のない速度情報Ｖから極性付き速度情報ＶＰを演算するために、前進／後進信号ＳＤに基づく極性を用いたが、第３の実施形態のように、インバータ出力周波数基準ω１Ａ＊に基づく極性ＰＬを用いてもよい。
【０１０７】
なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組合せにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
【符号の説明】
【０１０８】
１…インバータ、２…インバータ制御部、３…主電動機、４Ｕ，４Ｗ…交流電流検出器、５…フィルタコンデンサ、６…フィルタリアクトル、７…パンタグラフ、８…車輪、９…運転台、１０…電気車制御装置、１１…速度計、２１…すべり周波数演算部、２２…減算器、２３…インバータ出力周波数演算部、２４…電流指令演算器、２５…電圧指令演算部、２６，２７…座標変換器、２８…積分器、２９…ＰＷＭ制御部。
【図１】
0005618690.tif 000002
【図２】
0005618690.tif 000003
【図３】
0005618690.tif 000004
【図４】
0005618690.tif 000005
【図５】
0005618690.tif 000006
【図６】
0005618690.tif 000007
【図７】
0005618690.tif 000008
【図８】
0005618690.tif 000009
【図９】
0005618690.tif 000010
【図１０】
0005618690.tif 000011
【図１１】
0005618690.tif 000012
【図１２】
0005618690.tif 000013