(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流電力を断流器を通してそれぞれ並列接続された複数台のＶＶＶＦインバータに入力し、これら各ＶＶＶＦインバータにより直流電力を交流電力に変換して１台又は２台の電動機に供給し、該電動機を駆動する個別制御方式の電気車制御装置において、
力行指令があることを条件に前記断流器にオン指令を与える断流器投入指令手段と、前記電動機が駆動する車輪の空転を検知する空転検知手段と、この空転検知手段により前記電動機が駆動する車輪の空転を検知すると該電動機が駆動するＶＶＶＦインバータにゲートオフ指令を与え、且つ力行指令があるとき前記断流器がオンしていることを条件にゲートオン指令を与えるゲート指令手段とを備え、前記断流器を前記電動機が駆動する車輪の空転によりＶＶＶＦインバータにゲートオフ指令が与えられてもオン状態にしてＶＶＶＦインバータの出力変動を最小限に抑えるようにしたことを特徴とする電気車制御装置。
【請求項２】
請求項１記載の電気車制御装置において、
前記１台のＶＶＶＦインバータにより駆動される電動機が駆動する車輪の空転が検知されるとすべてのＶＶＶＦインバータの出力電流を一定時間低減させるインバータ出力電流パターン制御手段を設けたことを特徴とする電気車制御装置。
【請求項３】
直流電力を断流器を通して接続された１台のＶＶＶＦインバータに入力し、このＶＶＶＦインバータにより直流電力を交流電力に変換して複数台の電動機に供給し、これらの電動機をそれぞれ駆動する集中制御方式の電気車制御装置において、
力行指令があることを条件に前記断流器にオン指令を与える断流器投入指令手段と、前記電動機が駆動するそれぞれの車輪の空転を検知する空転検知手段と、この空転検知手段により何れかの電動機が駆動する車輪の空転を検知すると前記ＶＶＶＦインバータにゲートオフ指令を与え、且つ力行指令があるとき前記断流器がオンしていることを条件にゲートオン指令を与えるゲート指令手段とを備え、前記断流器を前記電動機が駆動する車輪の空転によりＶＶＶＦインバータにゲートオフ指令が与えられてもオン状態にしてＶＶＶＦインバータの出力変動を最小限に抑えるようにしたことを特徴とする電気車制御装置。
【請求項４】
直流電力を断流器を通して接続された１台のＶＶＶＦインバータに入力し、このＶＶＶＦインバータにより直流電力を交流電力に変換して複数台の電動機に供給し、これらの電動機をそれぞれ駆動する集中制御方式の電気車制御装置において、
力行指令があることを条件に前記断流器にオン指令を与える断流器投入指令手段と、前記電動機が駆動するそれぞれの車輪の空転を検知する空転検知手段と、この空転検知手段により何れかの電動機が駆動する車輪の空転を検知すると前記インバータの出力電流を低減させるインバータ出力電流パターン指令を出力するインバータ出力電流パターン制御手段と、このインバータ出力電流パターン制御手段によりインバータの出力電流を低減させた後、前記ＶＶＶＦインバータにゲートオフ指令を与えるゲート指令手段とを備え、前記断流器を前記電動機が駆動する車輪の空転によりＶＶＶＦインバータにインバータ出力電流パターン指令及びゲートオフ指令が与えられてもオン状態にしてＶＶＶＦインバータの出力変動を最小限に抑えるようにしたことを特徴とする電気車制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、可変電圧可変周波数（以下ＶＶＶＦと略称する）インバータにより交流電動機を駆動して電気車を制御する電気車制御装置において、特に大空転時の再粘着制御を有効に行い得る電気車制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
１台のＶＶＶＦインバータにより１台または２台の交流電動機、例えば誘導電動機を駆動する車両システムは、直流架線からパンタグラフを介して集電された直流電力を断流器を通してそれぞれ並列接続された各軸に対応する複数台のＶＶＶＦインバータに入力し、これら各ＶＶＶＦインバータにより直流電力を可変電圧可変周波数の交流電力に変換して１台又は２台の誘導電動機に供給するようにしている。
【０００３】
ところで、従来のかかる車両システムにおいて、レール条件の悪化による電動機軸の大空転時に粘着制御を行う場合、図９に示すような制御シーケンスが採用されている。
【０００４】
図９においては、各ＶＶＶＦインバータに対応して粘着制御シーケンスが形成され、各粘着制御シーケンスより得られる断流器投入指令１７により補助リレー２０の励磁コイルが励磁されると閉じる接点が断流器励磁回路に直列に設けられている。従って、この断流器励磁回路の各接点が閉じていれば、断流器２の励磁コイル２２が励磁され、各ＶＶＶＦインバータに直流電力が供給される主回路に設けられた断流器２の接点がオンとなる。
【０００５】
一方、各粘着制御シーケンスは、速度センサ３により検出された誘導電動機又は車軸の回転速度が空転検知回路７に入力され、例えばその速度変化率から誘導電動機の空転が検知されると、空転検知信号をオア回路８、オフディレイ１０及びオア回路９を通して第１のフリップフロップ回路１４をリセットすることで断流器投入指令１７をオフして断流器２を開放すると共に、全ＶＶＶＦインバータのゲートをオフさせることで無トルクとして再粘着させる。
【０００６】
その後、力行指令１により第１のフリップフロップ回路１４がセットされると、その出力が断流器投入指令１７として補助リレーコイル２０を励磁し、断流器励磁回路に設けられた接点を閉じて断流器２の励磁コイル２２を励磁することで断流器２を投入すると共に、アンド回路２１により断流器２のオン信号と力行指令１とのアンド条件が満されるとその出力によりオンタイムディレイ６を介して第２のフリップフロップ１５をセットし、その出力をゲートスタート指令１８としてＶＶＶＦインバータに与えて再力行する。
【０００７】
なお、車両故障等が発生するとオア回路９を通して入力される保護検知信号４により第１のフリップフロップ回路１４をリセットし、断流器投入指令１７をオフするようにしている。
【０００８】
図１０は上述した制御のタイムチャートを示すものである。
上記の場合は１台のＶＶＶＦインバータで１台又は２台の誘導電動機を駆動する個別制御方式の車両システムであるが、１台のＶＶＶＦインバータで複数台の誘導電動機を駆動する車両システムの場合には図１１に示すように１台のＶＶＶＦインバータに対応する粘着制御シーケンスより得られる断流器投入指令により、補助リレーコイル２０が励磁されると閉じる接点を断流器励磁回路に設ける以外は図９と同様のシーケンス制御となる。
図１２は図１０のシーケンス制御のタイムチャートを示すものである。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
このように従来では１台のＶＶＶＦインバータに対して１台または２台の誘導電動機を駆動する個別制御方式の車両システムの場合、大空転時に粘着制御シーケンスより得られる断流器投入指令により断流器をオフしているため、大空転が検知されるとその大空転した車軸の誘導電動機を制御するＶＶＶＦインバータのゲートのみをオフするだけでなく、健全な他の軸のインバータ動作も断流器のオフと共に停止してしまう。このため編成全体としてのトルク変動が大きく、特に１台の断流器に対し４台あるいはそれ以上のＶＶＶＦインバータを構成している場合には、乗り心地及び加速性能が大きく損なわれるなど、運転上の影響が発生する可能性がある。
【００１０】
また、１台のＶＶＶＦインバータにより複数台の誘導電動機を駆動する車両システムの場合も、大空転時に粘着制御シーケンスより得られる断流器投入指令により断流器をオフしているため、ＶＶＶＦインバータ装置の出力トルクの変動が大きく、乗り心地が大きく損なわれるという問題がある。
【００１１】
本発明は上記のような問題点を解決するためになされたもので、大空転時においても乗り心地を著しく損ねることなく、しかも加速性能を悪化させないで粘着制御を行うことができる電気車制御装置を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記の目的を達成するため、次のような手段により電気車制御装置を構成する。
請求項１に対応する発明は、直流電力を断流器を通してそれぞれ並列接続された複数台のＶＶＶＦインバータに入力し、これら各ＶＶＶＦインバータにより直流電力を交流電力に変換して１台又は２台の電動機に供給し、該電動機を駆動する個別制御方式の電気車制御装置において、力行指令があることを条件に前記断流器にオン指令を与える断流器投入指令手段と、前記電動機が駆動する車輪の空転を検知する空転検知手段と、この空転検知手段により前記電動機が駆動する車輪の空転を検知すると該電動機が駆動するＶＶＶＦインバータにゲートオフ指令を与え、且つ力行指令があるとき前記断流器がオンしていることを条件にゲートオン指令を与えるゲート指令手段とを備え、前記断流器を前記電動機が駆動する車輪の空転によりＶＶＶＦインバータにゲートオフ指令が与えられてもオン状態にしてＶＶＶＦインバータの出力変動を最小限に抑える。
【００１４】
請求項３に対応する発明は、請求項１に対応する発明の電気車制御装置において、前記１台のＶＶＶＦインバータにより駆動される電動機が駆動する車輪の空転が検知されるとすべてのＶＶＶＦインバータの出力電流を一定時間低減させるインバータ出力電流パターン制御手段を設ける。
【００１５】
請求項４に対応する発明は、直流電力を断流器を通して接続された１台のＶＶＶＦインバータに入力し、このＶＶＶＦインバータにより直流電力を交流電力に変換して複数台の電動機に供給し、これらの電動機をそれぞれ駆動する集中制御方式の電気車制御装置において、力行指令があることを条件に前記断流器にオン指令を与える断流器投入指令手段と、前記電動機が駆動するそれぞれの車輪の空転を検知する空転検知手段と、この空転検知手段により何れかの電動機が駆動する車輪の空転を検知すると前記ＶＶＶＦインバータにゲートオフ指令を与え、且つ力行指令があるとき前記断流器がオンしていることを条件にゲートオン指令を与えるゲート指令手段とを備え、前記断流器を前記電動機が駆動する車輪の空転によりＶＶＶＦインバータにゲートオフ指令が与えられてもオン状態にしてＶＶＶＦインバータの出力変動を最小限に抑える。
【００１７】
請求項６に対応する発明は、直流電力を断流器を通して接続された１台のＶＶＶＦインバータに入力し、このＶＶＶＦインバータにより直流電力を交流電力に変換して複数台の電動機に供給し、これらの電動機をそれぞれ駆動する集中制御方式の電気車制御装置において、力行指令があることを条件に前記断流器にオン指令を与える断流器投入指令手段と、前記電動機が駆動するそれぞれの車輪の空転を検知する空転検知手段と、この空転検知手段により何れかの電動機が駆動する車輪の空転を検知すると前記インバータの出力電流を低減させるインバータ出力電流パターン指令を出力するインバータ出力電流パターン制御手段と、このインバータ出力電流パターン制御手段によりインバータの出力電流を低減させた後、前記ＶＶＶＦインバータにゲートオフ指令を与えるゲート指令手段とを備え、前記断流器を前記電動機が駆動する車輪の空転によりＶＶＶＦインバータにインバータ出力電流パターン指令及びゲートオフ指令が与えられてもオン状態にしてＶＶＶＦインバータの出力変動を最小限に抑える。
【００１８】
従って、上記請求項１及び２に対応する発明の電気車制御装置にあっては、１台のＶＶＶＦインバータにより１台又は２台の電動機を駆動する個別制御方式の場合、大空転したＶＶＶＦインバータのみゲートオフあるいはＶＶＶＦインバータの出力電流を低減し、架線とインバータシステムとを接続又はしゃ断する断流器を開放していないので、他のＶＶＶＦインバータはトルクを発生し続ける。このため、トルク低減レベルは最小限に抑えることができ、車両乗り心地及び加速性能を大幅に改善することができる。
【００１９】
また、上記請求項３及び４に対応する発明の電気車制御装置にあっては、１台のＶＶＶＦインバータにより複数台の電動機を駆動する集中制御方式の場合も何れかの電動機が空転を発生するとＶＶＶＦインバータをゲートオフあるいは出力電流を低減し、架線とインバータシステムとを接続又はしゃ断する断流器を開放していないので、他の軸に対応するＶＶＶＦインバータはトルクを発生し続ける。このため、トルク低減レベルは最小限に抑えることができ、車両乗り心地及び加速性能を大幅に改善することができる。
【００２０】
【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説明する。
図１は本発明による電気車制御装置の第１の実施形態として個別制御方式の電気車制御装置における粘着制御シーケンスのブロック図であり、図９と同一部分には同一符号を付して示す。
【００２１】
図１は各インバータ装置に対応して粘着制御シーケンスが形成され、各粘着制御シーケンスより得られる断流器投入指令１７により補助リレー２０の励磁コイルが励磁されると閉じる接点が断流器励磁回路に直列に設けられている。従って、この断流器励磁回路の各接点が閉じれば、断流器２の励磁コイル２２が励磁され、各ＶＶＶＦインバータ装置に直流電力が供給される主回路に設けられた断流器２がオンとなる。
【００２２】
一方、粘着制御シーケンスは、速度センサ３により検出された自己の誘導電動機又は車軸の回転速度が空転検知回路７に入力され、例えばその速度変化率から誘導電動機の空転が検知されると、空転検知信号をオア回路８、オフディレイ１１及びオア回路１３を通して第２のフリップフロップ回路１５をリセットすることでゲート指令１８をオフする。この時、第１のフリップフロップ回路１４は力行指令によりセット状態にあるので、断流器投入指令１７はオン状態にあり、断流器２は投入されたままである。
【００２３】
その後、車輪の再粘着により空転検知回路７が復帰すると第２のフリップフロップ回路１５はセット状態となり、自己の誘導電動機に対応するＶＶＶＦインバータにゲートスタート指令が与えられる。
【００２４】
また、他のＶＶＶＦインバータ装置に対応する誘導電動機に大空転が発生した場合には、その粘着制御シーケンスより空転検知信号が入力されると、この空転検知信号はオア回路９、オフディレイ１０を介してインバータ出力電流パターン制御回路１６に加えられる。
【００２５】
このインバータ出力電流パターン制御回路１６は、自他ともにＶＶＶＦインバータ装置に対応する誘導電動機に大空転が発生していない場合には、基本インバータ出力電流パターン１２をＶＶＶＦインバータに与えるものであるが、他のＶＶＶＦインバータ装置に対応する誘導電動機に大空転が発生すると基本インバータ出力電流パターン１２をある比率で低減させた電流パターンとし、これをインバータ出力電流パターン指令（ＩＰ）１９として自己のＶＶＶＦインバータに与える。
【００２６】
図２は上記シーケンス制御のタイムチャートを示すものである。
なお、車両故障等により保護検知信号４及び５が入力した場合には第１のフリップフロップ回路１４がリセットされて断流器投入指令１７がオフするので、断流器２がオフすると共に、第２のフリップフロップ回路１５がリセットされてゲート指令がオフとなる。
【００２７】
したがって、このようなシーケンス制御とすれば、自己のＶＶＶＦインバータ装置に大空転が発生しても他の健全なＶＶＶＦインバータ装置はトルクを発生し続けるため、トルク低減レベルを最小限に抑えることができ、車両の乗り心地及び加速性能を大幅に改善することができる。
【００２８】
図３は本発明による電気車制御装置の第２の実施の形態における粘着制御シーケンスのブロック図であり、図１と同一部分には同一符号を付して示す。
第２の実施の形態における粘着制御シーケンスは、速度センサ３により検出された自己の誘導電動機又は車軸の回転速度が空転検知回路７に入力され、例えばその速度変化率から誘導電動機の空転が検知されると、空転検知信号をオア回路８、オフディレイ１１及びオア回路１３を通して第１のインバータ出力電流パターン制御回路２３に与えることで、基本インバータ出力電流パターン１２をＶＶＶＦインバータの出力電流（例えば誘導電動機の励磁電流値）を低減させたパターンとし、これを最小値選択回路２４を通してインバータ出力電流パターン指令（ＩＰ）１９として自己のＶＶＶＦインバータに与える。
【００２９】
また、このインバータ出力電流パターン制御回路２３は、自己のＶＶＶＦインバータ装置に対応する誘導電動機に大空転が発生していない場合には、最小値選択回路２４を通して基本インバータ出力電流パターン１２をＶＶＶＦインバータに与えるものである。
【００３０】
この時、第１のフリップフロップ回路１４は力行指令によりセット状態にあるので、断流器投入指令１７はオン状態にあり、断流器２は投入されたままである。また、第２のフリップフロップ回路１５は力行指令１と断流器オン信号のアンド条件が満たされているので、セット状態にあり、ゲート指令１８はオン状態のままである。
【００３１】
その後、車輪の再粘着により空転検知回路７が復帰すると、インバータ出力電流パターン指令（ＩＰ）１９は発生しない。
また、他のＶＶＶＦインバータ装置に対応する誘導電動機に大空転が発生した場合には、その粘着制御シーケンスより空転検知信号が入力されると、この空転検知信号はオア回路９、オフディレイ１０を介して第２のインバータ出力電流パターン制御回路１６に加えられる。この第２のインバータ出力電流パターン制御回路１６は、他のＶＶＶＦインバータ装置に対応する誘導電動機に大空転が発生すると基本インバータ出力電流パターン１２をある比率で低減させた電流パターンとし、これをインバータ出力電流パターン指令（ＩＰ）１９として最小値選択回路２４を通して自己のＶＶＶＦインバータに与える。
【００３２】
図４は上記シーケンス制御のタイムチャートを示すものである。
ここで、自己のＶＶＶＦインバータ装置に対応する誘導電動機に大空転が発生した場合には、最小値選択回路２４により第１のインバータ出力電流パターン制御回路２３より得られる電流パターンが最小値選択回路２４により選択され、また他のＶＶＶＦインバータ装置に対応する誘導電動機に大空転が同時に発生した場合には第２のインバータ出力電流パターン制御回路１６より得られる電流パターンが最小値選択回路２４により選択され、これをインバータ出力電流パターン指令（ＩＰ）１９として自己のＶＶＶＦインバータに与えられる。
【００３３】
したがって、このようなシーケンス制御においても、自己のＶＶＶＦインバータ装置に大空転が発生しても他の健全なＶＶＶＦインバータ装置はトルクを発生し続けるため、トルク低減レベルを最小限に抑えることができ、車両の乗り心地及び加速性能を大幅に改善することができる。
【００３４】
図５は本発明による電気車制御装置の第３の実施の形態における粘着制御シーケンスのブロック図であり、図１１と同一部分には同一符号を付して示す。
図５は１台のＶＶＶＦインバータ装置で複数台の誘導電動機を駆動する車両システムの場合である。
【００３５】
第３の実施の形態における粘着制御シーケンスは、図５に示すように速度センサ３により検出された自己の誘導電動機又は車軸の回転速度が空転検知回路７に入力され、例えばその速度変化率から誘導電動機の空転が検知されると、その空転検知信号はオア回路８を通してインバータ出力電流パターン制御回路１６に加えられる。
【００３６】
このインバータ出力電流パターン制御回路１６は、自己のＶＶＶＦインバータ装置に対応する複数台の誘導電動機の何ずれも大空転が発生していない場合には、基本インバータ出力電流パターン１２をＶＶＶＦインバータに与えるものであるが、何ずれかの誘導電動機に大空転が発生すると基本インバータ出力電流パターン１２をある比率で低減させた電流パターンとし、これをインバータ出力電流パターン指令（ＩＰ）１９としてＶＶＶＦインバータに与え、出力電流を低減する。
【００３７】
一方、空転検知信号はオア回路８、オンディレイ２３、オフディレイ１０及びオア回路９を通して第２のフリップフロップ回路１５をリセットすることでゲート指令１８をオフする。この場合、オンディレイ２３はインバータ出力電流パターン制御回路１６によりＶＶＶＦインバータの出力電流が低減させた後に、ゲートオフされるような時間が設定されている。
【００３８】
この時、第１のフリップフロップ回路１４は力行指令によりセット状態にあるので、断流器投入指令１７はオン状態にあり、断流器２は投入されたままである。
【００３９】
その後、車輪の再粘着により空転検知回路７が復帰すると第２のフリップフロップ回路１５はセット状態となり、複数台の誘導電動機に対応するＶＶＶＦインバータ装置のＶＶＶＦインバータにゲートスタート指令が与えられる。
【００４０】
したがって、このような１台のＶＶＶＦインバータ装置で複数台の誘導電動機を駆動する車両システムの場合も、何ずれの誘導電動機に大空転を発生してもＶＶＶＦインバータ装置の出力トルクを瞬断しないので、車両の乗り心地を改善することができる。
【００４１】
図６は上記シーケンス制御のタイムチャートを示すものである。
図７は本発明による電気車制御装置の第４の実施の形態における粘着制御シーケンスのブロック図であり、図５と同一部分には同一符号を付して示す。
【００４２】
第４の実施の形態における粘着制御シーケンスは、速度センサ３により検出された何ずれかの誘導電動機又は車軸の回転速度が空転検知回路７に入力され、例えばその速度変化率から誘導電動機の空転が検知されると、空転検知信号をオア回路８、オフディレイ１０を通してインバータ出力電流パターン制御回路２３に与えることで、基本インバータ出力電流パターン１２をＶＶＶＦインバータの出力電流（例えば誘導電動機の励磁電流値）を低減させたパターンとし、これをインバータ出力電流パターン指令（ＩＰ）１９としてＶＶＶＦインバータに与える。
【００４３】
この時、第１のフリップフロップ回路１４は力行指令によりセット状態にあるので、断流器投入指令１７はオン状態にあり、断流器２は投入されたままである。また、第２のフリップフロップ回路１５は力行指令１と断流器オン信号のアンド条件が満たされているので、セット状態にあり、ゲート指令１８はオン状態のままである。
【００４４】
その後、車輪の再粘着により空転検知回路７が復帰すると、インバータ出力電流パターン制御回路２３は基本インバータ出力電流パターン１２をインバータ出力電流パターン指令（ＩＰ）１９としてＶＶＶＦインバータに与える。
【００４５】
図８は上記シーケンス制御のタイムチャートを示すものである。
したがって、このような粘着制御シーケンスとすれば、何ずれの誘導電動機に大空転を発生してもＶＶＶＦインバータ装置の出力トルクを瞬断しないので、車両の乗り心地を改善することができる。
【００４６】
【発明の効果】
以上述べたように本発明によれば、大空転時においても乗り心地を著しく損ねることなく、しかも加速性能を悪化させないで粘着制御を行うことができる電気車制御装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による電気車制御装置の第１の実施の形態における粘着制御シーケンスを示すブロック図。
【図２】同実施の形態における粘着制御シーケンスの作用を説明するためのタイムチャート。
【図３】本発明による電気車制御装置の第２の実施の形態における粘着制御シーケンスを示すブロック図。
【図４】同実施の形態における粘着制御シーケンスの作用を説明するためのタイムチャート。
【図５】本発明による電気車制御装置の第３の実施の形態における粘着制御シーケンスを示すブロック図。
【図６】同実施の形態における粘着制御シーケンスの作用を説明するためのタイムチャート。
【図７】本発明による電気車制御装置の第４の実施の形態における粘着制御シーケンスを示すブロック図。
【図８】同実施の形態における粘着制御シーケンスの作用を説明するためのタイムチャート。
【図９】従来の電気車制御装置の粘着制御シーケンスを示すブロック図。
【図１０】同粘着制御シーケンスの作用を説明するためのタイムチャート。
【図１１】従来の電気車制御装置の他の粘着制御シーケンスを示すブロック図。
【図１２】同粘着制御シーケンスの作用を説明するためのタイムチャート。
【符号の説明】
１……力行指令、２……断流器、３……温度センサ、４，５……保護検知信号、６……オンディレイ、７……空転検知回路、８，９……オア回路、１０，１１……オフディレイ、１２……基本インバータ電流パターン、１４，１５……フリップフロップ回路、１６，２３……インバータ出力電流パターン制御回路、１７……断流器投入指令、１８……ゲート指令、１９……インバータ出力電流パターン、２０……補助リレー、２１……アンド回路、２２……断流器の励磁コイル、２４……最小値選択回路。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【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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