(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流電力を交流電力に変換するインバータと、
このインバータの出力により駆動される複数台の電動機と、
これら複数台の電動機に備えられ、前記電動機の回転数をそれぞれ検出する複数台の回転数検出手段と、
前記複数台の電動機の回転方向をそれぞれ検出する複数台の回転方向検出手段と、
前記複数台の回転数検出手段の故障を検出する故障検出手段と、
前記回転方向検出手段により検出され、前記故障検出手段が故障を検出した回転数検出手段が備えられた電動機以外の電動機の回転方向に基づき、基準回転方向信号を決定する判定手段と、
この判定手段により決定された基準回転方向信号と前記複数台の回転数検出手段により検出された回転数に対応して、前記インバータの出力電圧と出力周波数を制御する制御手段と
を有し、
前記判定手段は、前記故障検出手段が前記複数台の回転数検出手段全ての故障を検出した際に、電気車の前後進指令を与える主幹制御器の指示により前記基準回転方向信号を決定することを特徴とする電気車の制御装置。
【請求項２】
直流電力を交流電力に変換するインバータと、
このインバータの出力により駆動される複数台の電動機と、
これら複数台の電動機に備えられ、前記電動機の回転数をそれぞれ検出する複数台の回転数検出手段と、
前記複数台の電動機の回転方向をそれぞれ検出する複数台の回転方向検出手段と、
通常時は前記回転方向検出手段により検出された前記複数台の電動機の回転方向に基づいて基準回転方向信号を決定し、前記複数台の電動機の回転方向が相反して各々同数となった際には、電気車の前後進指令を与える主幹制御器の指示により前記基準回転方向信号を決定する判定手段と、
この判定手段により決定された基準回転方向信号と前記複数台の回転数検出手段により検出された回転数に対応して、前記インバータの出力電圧と出力周波数を制御する制御手段と
を有する電気車の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電気車の制御装置に係り、特に交流電動機を可変電圧可変周波数インバータで駆動する電気車の制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の電気車の制御装置の一例として、図５に示される構成のものがある。この従来例は、１台のインバータ３が２台の電動機41，42を駆動する電気車の制御装置である。図５で、架線１に供給されている直流電源は、集電器２により集電され、インバータ３に供給される。
【０００３】
パルスジェネレータ51は、電動機41の回転数に応じてパルス信号ＰＧ11，ＰＧ12の単位時間当たりのパルス数を変化させる。ここで、パルス信号ＰＧ11，ＰＧ12は各々同一の周波数で、電動機41の回転方向に応じて90°または−90°の位相差を持つパルス信号である。同様に、パルスジェネレータ52は、電動機42の回転数に応じてパルス信号ＰＧ21，ＰＧ22の単位時間当たりのパルス数を変化させ、電動機42の回転方向に応じてパルス信号ＰＧ21，ＰＧ22の位相差を90°または−90°とする。
【０００４】
回転周波数検出器61，62，63，64は、例えば、パルス周期をＴとすると回転周波数が１／Ｔに比例するとして電動機41の回転周波数ｆｒ11，ｆｒ12を、電動機42の回転周波数ｆｒ21，ｆｒ22を演算する。演算された回転周波数ｆｒ11，ｆｒ12，ｆｒ21，ｆｒ22は選択器７に送られ、制御用の回転周波数信号ｆｒａが演算される。
【０００５】
尚、本従来例では回転周波数の演算は前述の通りパルス信号の周期に基づき演算されているので、回転周波数信号ｆｒａには回転方向の情報は含まれない。したがって、当該周波数信号を制御に使用するためには、何らかの手段により電動機41，42の回転方向の情報を与える必要が生ずる。
【０００６】
81，82は位相検出器で、パルス信号ＰＧ11，ＰＧ12の位相差に基づき電動機41の回転方向ＤＩＲ１を、パルス信号ＰＧ21，ＰＧ22の位相差に基づき電動機42の回転方向ＤＩＲ２を検出する。
【０００７】
比較器91，92は、電動機41，42の回転方向が主幹制御器10より入力される前後進指令と一致しているか否かの比較を行う。すなわち、比較器91は位相検出器81で検出された電動機41の回転方向と主幹制御器10より入力される前後進指令とを比較して、電動機41の回転方向が主幹制御器より入力される前後進指令と一致している時にＤＲＰ１＝１として、電動機41が主幹制御器より入力される前後進指令と逆の方向に回転している時にＤＲＰ１＝−１とする。比較器92は比較器91と同様に、位相検出器82で検出された電動機42の回転方向と主幹制御器10より入力される前後進指令とを比較して、電動機42の回転方向が主幹制御器10より入力される前後進指令と一致している時にＤＲＰ２＝１として、電動機42が主幹制御器10より入力される前後進指令と逆の方向に回転している時にＤＲＰ２＝−１とする。
【０００８】
比較器91，92で演算された信号ＤＲＰ１，ＤＲＰ２は判定手段１１に送られ、基準回転方向信号ＤＲＰと、回転方向検出故障検出信号ＤＲＰＦを得る。すなわち、判定手段11では、例えば図６に示される真理値表に従って制御に使用する基準回転方向信号ＤＲＰと回転方向故障検出信号ＤＲＰＦを出力する。ここで、基準回転方向信号ＤＲＰは、図６の真理値表に示されるとおり、電動機41と電動機42の回転方向がいずれも主幹制御器10より入力される前後進指令と一致している時にＤＲＰ＝１となり、電動機41と電動機42の回転方向がいずれも主幹制御器10より入力される前後進指令と逆の方向に回転している時にＤＲＰ＝−１となる信号である。また、回転方向検出故障信号ＤＲＰＦは、信号ＤＲＰ１の示す回転方向と信号ＤＲＰ２の示す回転方向が不一致となった場合には基準回転方向信号ＤＲＰを得ることが出来ないので、図６の真理値表に示されるとおり、信号ＤＲＰ１の示す回転方向と信号ＤＲＰ２の示す回転方向が不一致となった場合に‘Ｈ’となり、インバータ３の動作を停止させる動作を行う信号である。演算された基準回転方向信号ＤＲＰは、乗算器12で回転周波数信号ｆｒａと乗算され、回転方向の情報が与えられた制御用回転周波数信号ｆｒが得られる。
【０００９】
このｆｒに電流制御系13で演算されたすべり周波数ｆｓを加算してインバータ周波数指令ｆｉｎｖを得、このインバータ周波数指令ｆｉｎｖに基づきＶ／ｆ一定制御を行うＶ／ｆ一定制御部14により電圧指令Ｖｉｎｖを演算し、ＰＷＭ制御部15によってインバータ３のゲート信号を発生させている。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来例の構成を持つ電気車の制御装置では、２台のパルスジェネレータ51，52のうち１台でも故障して、パルス信号ＰＧ11，ＰＧ12，ＰＧ21，ＰＧ22のいずれかが検出不能となると、運転不能の状態となる問題点があった。すなわちいまパルスジェネレータ51が故障して、この出力であるパルス信号ＰＧ12が得られなくなったとする。この場合、位相検出器81に必要な２つの入力信号の１つが得られなくなる。こうなると、位相検出器81の出力であるＤＩＲ１の値は不定となり、この結果、当該信号を入力とする比較器91の出力である信号ＤＲＰ１は、もはや制御状態に関係なく−１又は１いずれかの任意の値を示す不定な値となってしまう。
【００１１】
一方、判定手段11は、信号ＤＲＰ１，ＤＲＰ２に基づき制御用の基準回転方向信号ＤＲＰと回転方向故障検出信号ＤＲＰＦを決定しているが、信号ＤＲＰ１が不定な値となると、図６に示す真理値表からも明らかなように、制御用の基準回転方向信号ＤＲＰと回転方向故障検出信号ＤＲＰＦも不定な値となる。特に、信号ＤＲＰ１，ＤＲＰ２が不一致となると、回転方向故障検出信号ＤＲＰＦを‘Ｈ’として、インバータ３の動作を停止させる動作を行ってしまい、運転不能の状態となるのである。
【００１２】
そこで本発明は従来技術における上述した問題点を解決するためになされたもので、電動機の回転数を検出する手段が故障して電動機の回転方向情報が失われても、運転を継続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。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上述した目的を達成するために請求項１に記載の発明は、直流電力を交流電力に変換するインバータと、このインバータの出力により駆動される複数台の電動機と、これら複数台の電動機に備えられ、前記電動機の回転数をそれぞれ検出する複数台の回転数検出手段と、前記複数台の電動機の回転方向をそれぞれ検出する複数台の回転方向検出手段と、前記複数台の回転数検出手段の故障を検出する故障検出手段と、前記回転方向検出手段により検出され、前記故障検出手段が故障を検出した回転数検出手段が備えられた電動機以外の電動機の回転方向に基づき、基準回転方向信号を決定する判定手段と、この判定手段により決定された基準回転方向信号と前記複数台の回転数検出手段により検出された回転数に対応して、前記インバータの出力電圧と出力周波数を制御する制御手段とを有し、前記判定手段は、前記故障検出手段が前記複数台の回転数検出手段全ての故障を検出した際に、電気車の前後進指令を与える主幹制御器の指示により前記基準回転方向信号を決定することを特徴とする。
【００１５】
又請求項２に記載の発明は、直流電力を交流電力に変換するインバータと、このインバータの出力により駆動される複数台の電動機と、これら複数台の電動機に備えられ、前記電動機の回転数をそれぞれ検出する複数台の回転数検出手段と、前記複数台の電動機の回転方向をそれぞれ検出する複数台の回転方向検出手段と、通常時は前記回転方向検出手段により検出された前記複数台の電動機の回転方向に基づいて基準回転方向信号を決定し、前記複数台の電動機の回転方向が相反して各々同数となった際には、電気車の前後進指令を与える主幹制御器の指示により前記基準回転方向信号を決定する判定手段と、この判定手段により決定された基準回転方向信号と前記複数台の回転数検出手段により検出された回転数に対応して、前記インバータの出力電圧と出力周波数を制御する制御手段とを有してなる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して詳細に説明をする。図１は本発明の第１の実施の形態を示す電気車の制御装置の構成図で、従来の図５に示したものと同一の構成要素については同一の符号を付している。
【００１７】
図１において、161 ，162 ，163 ，164 は故障検出器で、各々パルス信号ＰＧ11，ＰＧ12，ＰＧ21，ＰＧ22からパルスジェネレータ51，52の故障を検出する。故障検出器161 ，162 の出力は論理和回路171 で論理和がとられ、パルスジェネレータ51の故障信号ＰＧＤ１として判定手段111 に送られる。また故障検出器163 ，164 の出力は論理和回路172 で論理和がとられ、パルスジェネレータ52の故障信号ＰＧＤ２として判定手段111 に送られる。
【００１８】
判定手段111 は、回転方向信号ＤＲＰ１，ＤＲＰ２とパルスジェネレータ51，52の故障信号ＰＧＤ１，ＰＧＤ２に基づき、制御用の基準回転方向信号ＤＲＰと回転方向故障検出信号ＤＲＰＦを決定する。図２は、判定手段111 の入力と出力の関係を示す真理値表である。なお図２の真理値表において、入力信号として‘Ｘ’の記号が使用されている箇所があるが、これは、出力の決定に当該箇所の入力が影響を与えないことを意味する。
【００１９】
次に、上記構成の電気車の制御装置の動作について説明する。いまパルスジェネレータ51が故障して、この出力であるパルス信号ＰＧ12が得られなくなったとする。この場合、位相検出器81に必要な２つの入力信号の１つが得られなくなり、位相検出器81の出力であるＤＩＲ１の値は不定となり、さらに比較器91の出力である信号ＤＲＰ１も不定となる。この結果、判定手段111 には、もはや制御状態に関係なく−１又は１いずれかの任意の値を示すＤＲＰ１が送られるが、これと同時に、故障検出器162 でパルス信号ＰＧ12の故障が検出されて、パルスジェネレータ51の故障信号ＰＧＤ１が判定手段111 に送られる。一方、図２の真理値表が示すとおり、判定手段111 は、故障信号ＰＧＤ１が‘Ｈ’の時はＤＲＰ１の値を無視する論理となっているので、出力信号である制御用の基準回転方向信号ＤＲＰと回転方向故障検出信号ＤＲＰＦの状態は、
ＤＲＰ＝ＤＲＰ２
ＤＲＰＦ＝Ｌ
となる。この結果、インバータ３は制御用の基準回転方向信号ＤＲＰとして信号ＤＲＰ２を用いて運転が継続される。
【００２０】
なお、上記動作説明では、パルス信号ＰＧ12が得られなくなった場合について説明したが、その他の任意のパルス信号の内１つが得られなくなった場合についても、同様の結果が得られることは言うまでもない。また、同一のパルスジェネレータの２つのパルス信号が同時に得られなくなった場合、例えば、本実施例ではパルス信号ＰＧ11，ＰＧ12またはパルス信号ＰＧ21，ＰＧ22が同時に得られなくなった場合についても同様の結果が得られる。
【００２１】
図３は、本発明の第２の実施の形態を示す電気車の制御装置の構成図で、従来の図５および第１の実施の形態の図１に示したものと同一の構成要素については同一の符号を付している。
【００２２】
判定手段112 では、回転方向信号ＤＲＰ１，ＤＲＰ２とパルスジェネレータ51，52の故障信号ＰＧＤ１，ＰＧＤ２に基づき、制御用の基準回転方向信号ＤＲＰを出力するが、その出力論理は図４に示される真理値表に従っている。なお、図４の真理値表において、入力信号として‘Ｘ’の記号が使用されている箇所があるが、これは、出力の決定に当該箇所の入力が影響を与えないことを意味する。
【００２３】
次に、上記構成の電気車の制御装置の動作について説明する。いまパルスジェネレータ51，52が故障して、この出力であるパルス信号ＰＧ12とパルス信号ＰＧ21が得られなくなったとする。こうなると、位相検出器81，82はいずれも各々必要な２つの入力信号の１つが得られなくなり、その出力であるＤＩＲ１とＤＩＲ２の値は不定となる。この結果、判定手段112 の入力である信号ＤＲＰ１，ＤＲＰ２とも不定となるが、これと同時に、故障検出器162 ，163 でパルス信号ＰＧ12，ＰＧ21の故障が検出されて、パルスジェネレータ51の故障信号ＰＧＤ１とパルスジェネレータ52の故障信号ＰＧＤ２が判定手段112 に送られる。一方、図４の真理値表が示すとおり、判定手段112 は、故障信号ＰＧＤ１と故障信号ＰＧＤ２が両方とも‘Ｈ’となると、出力信号である制御用の回転信号ＤＲＰの値としてＤＲＰ＝１、すなわち、電動機41と電動機42の回転方向がいずれも主幹制御器10より入力される前後進指令と一致していることを示す値が与えられる。
【００２４】
さて、主幹制御器10の操作を運転士が行う電器車の場合、一般に、軌道の勾配などに起因する車両の後退時以外は、電動機41，42の回転方向は主幹制御器10より入力される前後進指令と一致しているので、制御用の基準回転方向信号としてＤＲＰ＝１、すなわち電動機41と電動機42の回転方向がいずれも主幹制御器10より入力される前後進指令と一致していることにしても、車両の後退時以外は、運転の継続には支障が無いのである。なお、上記動作説明では、パルス信号ＰＧ12とパルス信号ＰＧ21が得られなくなった場合について説明したが、パルス信号ＰＧ11，ＰＧ12のいずれか１つ又はその両方と、パルス信号ＰＧ21，ＰＧ21のいずれか１つ又はその両方が得られなくなった場合についても、同様の結果が得られることは言うまでもない。
【００２５】
さらに、何らかの理由により電動機41の回転方向を示すＤＩＲ１と電動機42の回転方向を示すＤＩＲ２が相反する方向を示したとする。こうなると、判定手段112 の入力であるＤＲＰ１とＤＲＰ２も相反する値となるが、図４の真理値表に示すとおり、判定手段112 は、
ＤＲＰ１＝１かつＤＲＰ２＝−１
または、
ＤＲＰ１＝−１かつＤＲＰ２＝１
となると、出力信号である制御用の回転信号ＤＲＰの値として、ＤＲＰ＝１を与える論理となっている。この結果、インバータ３は制御用の回転方向信号としてＤＲＰ＝１、すなわち、電動機41と電動機42の回転方向がいずれも主幹制御器10より入力される前後進指令と一致していることを示す値が与えられる。したがって、この場合も、車両の後退時以外は運転の継続が可能なのである。
【００２６】
なお、以上の実施の形態の動作において、何らかの手段で車両の後退を検出して車両を停止させる等の、本発明に含まれない保護手段を持たせてもよい。また、このような保護手段は、必要なければ、無論、設けることを強要しない。
【００２７】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、電動機の回転数を検出する手段が故障した場合でも故障していない残りの回転数検出手段から制御に必要な回転方向の情報を得ることにより、電気車の運転の継続を図ることができる。
【００２８】
又本発明によれば、電動機の回転数を検出する手段が全て故障した場合や複数の回転数検出手段の回転方向が相反する場合でも、主幹制御器により定められる回転方向指令信号を制御に必要な回転方向の情報として使用しているので、電気車の運転の継続を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態の構成を示す電気車の制御装置の構成図である。
【図２】図１の判定手段111 が用いる真理値表である。
【図３】本発明の第２の実施の形態を示す電気車の制御装置の構成図である。
【図４】図３の判定手段112 が用いる真理値表である。
【図５】従来の電気車の制御装置の構成図である。
【図６】図５の判定手段11が用いる真理値表である。
【符号の説明】
１…架線
２…集電器
３…インバータ
41，42…電動機
51，52…パルスジェネレータ
61，62，63，64…回転周波数検出器
７…選択器
81，82…位相検出器
91，92…比較器
10…主幹制御器
11，111 ，112 …判定手段
12…乗算器
13…電流制御系
14…Ｖ／ｆ一定制御部
15…ＰＷＭ制御部
161 ，162 ，163 ，164 …故障検出器
【図１】
0003640758.tif 000002
【図２】
0003640758.tif 000003
【図３】
0003640758.tif 000004
【図４】
0003640758.tif 000005
【図５】
0003640758.tif 000006
【図６】
0003640758.tif 000007