(57)【要約】【課題】本発明は、車輪空転または滑走時に、車輪のすべり速度が小さく抑えられて空転が発散しにくく、なおかつ空転検知が早くトルクの絞込みが早く行われる電気車制御装置を提供することを目的とする。【解決手段】１台のインバータと、この一台のインバータに接続される４台の電動機と、４台の電動機又は車輪各々の回転速度を検出する速度センサーと、この速度センサーにより検出された４台の電動機又は車輪の回転速度に基づいて、車輪の空転又は滑走を検知する空転滑走制御部と、電動機の磁束若しくは電圧に基づいて電動機の回転速度を推定する電動機推定速度演算部と、この電動機推定速度演算部により推定された電動機の推定回転速度に基づいてインバータの制御を行う速度センサレスベクトル制御部及びＰＷＭゲート演算部とを備えたことを特徴とする電気車制御装置。【選択図】図１
2006033911.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電動機又は車輪の回転速度を検出する速度センサーと、
この速度センサーにより検出された電動機の回転速度に基づいて、車輪の空転又は滑走を検知する空転滑走制御部と、
電動機の磁束若しくは電圧に基づいて電動機の回転速度を推定する電動機推定速度演算部と、
この電動機推定速度演算部により推定された電動機の推定回転速度に基づいてインバータの制御を行う速度センサレスベクトル制御部及びＰＷＭゲート演算部とを備えたことを特徴とする電気車制御装置。
【請求項２】
前記請求項１記載の電気車制御装置において、
前記空転滑走制御部は、空転滑走を検知した場合に、トルクの絞りこみを行うことを特徴とする電気車制御装置。
【請求項３】
１台のインバータと、
この一台のインバータに接続される４台の電動機と、
４台の電動機又は車輪各々の回転速度を検出する速度センサーと、
この速度センサーにより検出された４台の電動機又は車輪の回転速度に基づいて、車輪の空転又は滑走を検知する空転滑走制御部と、
電動機の磁束若しくは電圧に基づいて電動機の回転速度を推定する電動機推定速度演算部と、
この電動機推定速度演算部により推定された電動機の推定回転速度に基づいてインバータの周波数制御を行う速度センサレスベクトル制御部及びＰＷＭゲート演算部とを備えたことを特徴とする電気車制御装置。
【請求項４】
前記請求項３記載の電気車制御装置において、
前記空転滑走制御部は、空転又は滑走を検知した場合に、トルクの絞りこみを行うことを特徴とする電気車制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気車制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の電気車制御装置は、１台のインバータで４台の電動機を駆動し、４台の電動機には各々速度センサが取付けられている。
【０００３】
このように構成された電気車制御装置は、４台の電動機の速度にもとづいて車輪の空転滑走を検知することが出来た。また、空転滑走が検知された場合にも、誘導電動機のベクトル制御によってトルクを低減して、車輪の空転滑走を抑制することが出来た。
【非特許文献１】電気学会論文誌Ｄ（産業応用部門誌）平成１５年１１月号、Vol.123,No.11,2003「電動機速度センサを有さない鉄道車両駆動用空転再粘着制御の考察」
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来の電気車制御装置は、誘導電動機のベクトル制御を４台の電動機の平均速度にもとづいて行うため、例えば、１つの車輪が空転し、電動機の平均速度も上昇してしまうと、ＶＶＶＦインバータの周波数も上昇し、他の空転していない電動機のすべり周波数も上昇してしまう。その結果、空転していなかった車輪も空転をしてしまい、４軸すべてが空転する現象となりやすい。
【０００５】
これに対して、空転が発散しにくい特性を持っているセンサレスベクトル制御方式の従来の電気車制御装置（電動機に速度センサを備えていないもの）（図４参照）の採用が考えられるが、センサレスベクトル制御で空転の検知に使用される、電動機速度推定値は、実際の電動機速度に比較して３０ｍｓ程度遅れているので、空転検知自体も遅れ、空転滑走後のトルクの低減も遅れてしまう。
【０００６】
そこで、本発明は、車輪空転または滑走時に、車輪のすべり速度が小さく抑えられて空転が発散しにくく、なおかつ空転検知が早くトルクの絞込みが早く行われる電気車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】
上記課題は、電動機又は車輪の回転速度を検出する速度センサーと、この速度センサーにより検出された電動機の回転速度に基づいて、車輪の空転又は滑走を検知する空転滑走制御部と、電動機の磁束若しくは電圧に基づいて電動機の回転速度を推定する電動機推定速度演算部と、この電動機推定速度演算部により推定された電動機の推定回転速度に基づいてインバータの制御を行う速度センサレスベクトル制御部及びＰＷＭゲート演算部と備えたことによって達成することが出来る。
【０００８】
上記課題は、１台のインバータと、この一台のインバータに接続される４台の電動機と、４台の電動機又は車輪各々の回転速度を検出する速度センサーと、この速度センサーにより検出された４台の電動機又は車輪の回転速度に基づいて、車輪の空転又は滑走を検知する空転滑走制御部と、電動機の磁束若しくは電圧に基づいて電動機の回転速度を推定する電動機推定速度演算部と、この電動機推定速度演算部により推定された電動機の推定回転速度に基づいてインバータの周波数制御を行う速度センサレスベクトル制御部及びＰＷＭゲート演算部とを備えたことによって達成することが出来る。
【発明の効果】
【０００９】
本発明により、車輪空転または滑走時に、車輪のすべり速度が小さく抑えられて空転が発散しにくく、なおかつ空転検知が早くトルクの絞込みが早く行われる電気車制御装置を提供することが出来る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
（第１の実施の形態）
本発明に基づく第１の実施の形態の電気車制御装置について、図を参照し詳細に説明する。図１は、本発明に基づく第１の実施の形態の電気車制御装置の構成図である。図２は、本発明に基づく第１の実施の形態の電気車制御装置の動作状態を示す図である。
【００１１】
本発明に基づく第１の実施の形態の電気車制御装置は、速度センサレスベクトル制御部１,空転滑走制御部２,ＰＷＭゲート演算部３,トルクパターン演算部４,ＶＶＶＦインバータ５,電動機６,速度センサー７,電動機推定速度演算部８,加算器９から構成されている。
【００１２】
このように構成された電気車制御装置において、トルクパターン演算部４は車両性能に基づいた電動機のトルクパターンを演算する。空転滑走制御部２は、電動機６の速度センサ７によって検出された電動機６の実速度に基づいて、空転滑走検知を行い、車輪の空転滑走を抑えるように電動機のトルク絞り量を演算する。加算器９は、トルクパターン演算部４により演算されたトルクパターンから、空転滑走制御部２により演算されたトルク絞り量を差し引いた値を電動機トルク指令値として演算する。速度センサレスベクトル制御部１は、加算器９により演算された電動機トルク指令値と電動機推定速度演算部８により演算された電動機の推定速度に基づいて、電圧指令を演算する。ＰＷＭゲート演算部３は、速度センサレスベクトル制御部３により演算された電圧指令に基づいて、ゲート指令を生成し、インバータ１を制御する。
【００１３】
図２を用いて、本発明に基づく第１の実施の形態の電気車制御装置の動作及び作用について説明する。ここで、図２（ａ）は、電動機の実速度と電動機の推定速度の関係図である。図２（ｂ）は、電動機の実速度とインバータ周波数の関係図である。図２（ｃ）は、電動機のすべり周波数のグラフである。図２（ｄ）は、空転検知フラグのグラフである。図２（ｅ）は、トルク絞り量のグラフである。図２（ｆ）は、トルク指令値のグラフである。尚、図２（ａ）では、実線は電動機の実速度を表し、破線は電動機の推定速度を表している。図２（ｂ）では、実線はインバータ周波数と電動機の実速度をそれぞれ表している。
【００１４】
図２（ａ）に示されているように、Ｔ１の時点で空転が発生すると、電動機６の実速度が急激に上昇し、電動機推定速度演算部８によって推定される電動機６の推定速度も上昇するが、電動機推定速度は遅れがあるため、実速度よりも緩やかなカーブを描く（上昇が遅い）。そのため、電動機推定速度に基づいて演算されるインバータ周波数も急激に上がらない。（図２（ｂ）参照）。従って、空転発生時は、インバータ周波数と実速度の差は小さくなり、場合によっては実速度がインバータ周波数を上回って、図２（ｃ）に示すように、すべり周波数が小さくなり場合によってマイナスとなって電動機の回転を抑えるように電動機トルクが発生し、空転が発散する可能性が少なくなる。
【００１５】
また、本実施の形態の電気車制御装置は、実速度を用いて空転検知を行っているので、時刻Ｔ２の時点で、空転検知を行うことが出来、トルクの絞り込みも早く行うことが出来る（図２（ｃ）,（ｄ）,（ｅ）参照）。
【００１６】
このように構成された電気車制御装置において、空転滑走制御部２は、速度センサ７によって検出された電動機の実速度に基づいて車輪の空転滑走検知を行うため、従来のセンサレスベクトル制御方式の電気車制御装置に比べ、空転滑走検知が早くなり、トルクの絞り込みも早く行われる。
【００１７】
また、本発明に基づく第１の実施の形態の電気車制御装置は、車輪に空転が発生し電動機６の実速度が上昇した場合でも、速度センサレスベクトル制御部１は、実速度よりも遅れがある推定速度を用いて電圧指令を演算しているので、センサを電動機に取付けた従来の電気車制御装置に比べ、インバータ周波数の上昇を抑制できることから空転の発散を抑えることが出来る。
【００１８】
このように構成された電気車制御装置は、速度センサレスベクトル制御での、車輪空転時のインバータ周波数の上昇が抑制され、空転が発散しにくい特性と、車輪空転時の空転検知を電動機実速度によって早く検知する特性を組み合わせることにより、車輪空転または滑走時に、車輪のすべり速度が小さく抑えられて空転が発散しにくく、なおかつ空転検知が早くトルクの絞込みが早く行われる電気車制御装置を提供すること出来る。
【００１９】
（第２の実施の形態）
本発明に基づく第２の実施の形態の電気車制御装置について、図を参照し詳細に説明する。図３は、本発明に基づく第２の実施の形態の電気車制御装置の構成図である。尚、図１に記載したものと構造上同一のものについては、同符号を付して説明を省略する。
【００２０】
本発明に基づく第２の実施の形態の電気車制御装置は、電動機６によって駆動される車輪９に速度センサーを取付けた点が、第１の実施の形態の電気車制御装置と異なる。
【００２１】
本実施の形態の電気車制御装置においても、空転滑走制御部２は、速度センサ７によって検出された電動機の実速度に基づいて車輪の空転滑走検知を行うため、従来のセンサレスベクトル制御方式の電気車制御装置に比べ、空転滑走検知が早くなり、トルクの絞り込みも早く行われる。
【００２２】
また、本発明に基づく第１の実施の形態の電気車制御装置は、車輪に空転が発生し電動機６の実速度が上昇した場合でも、速度センサレスベクトル制御部１は、実速度よりも遅れがある推定速度を用いて電圧指令を演算しているので、センサを電動機に取付けた従来の電気車制御装置に比べ、インバータ周波数の上昇を抑制できる。
【００２３】
このように構成された電気車制御装置は、速度センサレスベクトル制御での、車輪空転時のインバータ周波数の上昇が抑制され、空転が発散しにくい特性と、車輪空転時の空転検知を電動機実速度によって早く検知する特性を組み合わせることにより、車輪空転または滑走時に、車輪のすべり速度が小さく抑えられて空転が発散しにくく、なおかつ空転検知が早くトルクの絞込みが早く行われる電気車制御装置を提供すること出来る。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明に基づく第１の実施の形態の電気車制御装置の構成図である。
【図２】本発明に基づく第１の実施の形態の電気車制御装置の作用を表すグラフである。
【図３】本発明に基づく第２の実施の形態の電気車制御装置の構成図である。
【図４】従来の電気車制御装置の構成図である。
【符号の説明】
【００２５】
１  速度センサレスベクトル制御部
２  空転滑走制御部
３  ＰＷＭゲート演算部
４  トルクパターン演算部
５  ＶＶＶＦインバータ
６  電動機
７  速度センサー
８  電動機推定速度演算部
９  加算器
【図１】
2006033911.tif 000003
【図２】
2006033911.tif 000004
【図３】
2006033911.tif 000005
【図４】
2006033911.tif 000006