(57)【要約】【課題】電動機の速度推定値を用いつつ、空転／滑走を検知するためのしきい値を適切に調整することで、空転／滑走の誤検知を防止するようにした電気車の制御装置を提供する。【解決手段】電力変換装置３により車輪駆動用の電動機４ａ〜４ｄを駆動するための電気車の制御装置において、電動機４ａ〜４ｄの速度を推定する速度推定手段１０と、速度推定手段１０による電動機４ａ〜４ｄの速度推定値うち最高値また最低値を基準速度ｎＲＥＦとして演算する基準速度演算手段７と、電動機４ａ〜４ｄの速度推定値と基準速度ｎＲＥＦとの差が速度差しきい値を超えた時に車輪の空転または滑走を検知する空転／滑走検知手段８と、電動機４ａ〜４ｄの所定のベース速度以上の領域において基準速度ｎＲＥＦに応じて増加するように速度差しきい値を演算する速度差しきい値演算手段１１と、を備える。【選択図】図１
2018182813.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電力変換装置により車輪駆動用の電動機を駆動するための電気車の制御装置において、
前記電動機の速度を推定する速度推定手段と、
前記速度推定手段による前記電動機の速度推定値から基準速度を演算する基準速度演算手段と、
前記速度推定値と前記基準速度と所定のしきい値とに基づいて車輪の空転または滑走を検知する空転／滑走検知手段と、
前記電動機の所定の速度以上の領域において前記基準速度に応じて増加するように前記しきい値を演算するしきい値演算手段と、
を備えたことを特徴とする電気車の制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載した電気車の制御装置において、
前記空転／滑走検知手段は、
前記速度推定値と前記基準速度との差が、前記しきい値としての速度差しきい値を超えた時に空転または滑走を検知することを特徴とする電気車の制御装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載した電気車の制御装置において、
前記電動機を複数台備え、
前記基準速度演算手段は、各電動機の速度推定値のうち最高値または最低値を前記基準速度として演算することを特徴とする電気車の制御装置。
【請求項４】
請求項１〜３の何れか１項に記載した電気車の制御装置において、
前記空転／滑走検知手段により空転または滑走を検知した際に前記電動機に対するトルク指令の補正パターンを生成する指令値制御手段を備え、
前記補正パターンにより前記トルク指令を補正して前記電力変換装置に与えることを特徴とする電気車の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気車の制御装置に関し、詳しくは、車輪の空転または滑走の誤検知を防止する技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図３は、特許文献１に記載された電気車の制御装置を示している。
図３において、５０は空転・滑走検知装置、６１は可変電圧・可変周波数インバータを備えた主制御装置、６２は主電動機、６３はパルス発生器、６４は速度検出器、６５は車輪である。ここで、空転・滑走検知装置５０は、パルスカウンタ５２，サンプリングホールド回路５３及び減算器５４からなる回転周波数変化率検出器５１と、検知レベル演算器５５と、比較器５６と、遅れ時間演算器５７と、遅延回路５８とを備え、遅延回路５８から出力される空転・滑走検知信号が主制御装置６１に送出されるようになっている。
【０００３】
上記従来技術において、回転周波数変化率検出器５１では、パルスカウンタ５２がパルス発生器６３の単位時間当たりの出力パルス数をカウントし、そのカウント値とサンプリングホールド回路５３の出力信号との差を求めて回転周波数変化率（速度変化率）を検出する。一方、検知レベル演算器５５では、図４に示すように、速度信号に応じて増加する検知レベルを演算して出力する。
【０００４】
比較器５６では、速度変化率が検知レベルを超えた場合に信号を出力し、この信号が遅延回路５７による設定時間以上、維持された場合に、遅延回路５７が空転・滑走検知信号を出力する。この空転・滑走検知信号は主制御装置６１に送られ、主電動機６２が発生するトルクを減少させるような制御が実行される。
【０００５】
次に、図５は特許文献２に記載された電気車の制御装置である。図５において、７０は空転検出部、７１はパルス発生器により検出した電動機回転数が入力されるリングバッファ、７２は回転数現在値出力部、７３は回転数前回値出力部、７４は減算器、７５は変化率演算部、７６は設定値、７７は比較器、７８は、電気車速度（電動機回転数）に応じて増加する特性の単位時間Ｔを回転数前回値出力部７３及び変化率演算部７５に出力する単位時間演算部である。
【０００６】
この従来技術は、電動機回転数に重畳される機械的共振等の振動が電気車速度の上昇に伴って大きくなると、電動機回転数の変化率を演算する単位時間Ｔが一定の場合には電動機回転数が大きく変動して空転を誤検知するおそれがあるため、この誤検知を防止することを目的として、単位時間演算部７８及び変化率演算部７５を備えている。
【０００７】
次いで、図６は、特許文献３に記載された電気車の制御装置とほぼ同一構成の制御装置を示している。
図６において、１は第１のトルク指令値Ｔ１＊と力行／制動の運転モード信号Ｓとを発生する指令値発生手段、２は補正パターンに従ってトルク指令値Ｔ１＊を補正し、第２のトルク指令値Ｔ２＊を生成する指令値補正手段、３はトルク指令値Ｔ２＊が与えられる電力変換装置、４ａ〜４ｄは電動機、５ａ〜５ｄはパルス発生器、６は電動機４ａ〜４ｄの速度ｎ１〜ｎ４を演算する速度検出手段、７は速度検出値ｎ１〜ｎ４のうち力行運転時の最低速度、制動運転時の最高速度を基準速度ｎＲＥＦとして演算する基準速度演算手段、８は運転モード信号Ｓと速度検出値ｎ１〜ｎ４と基準速度ｎＲＥＦと速度差しきい値とに基づいて車輪の空転／滑走（空転または滑走）を検知する空転／滑走検知手段、９は運転モード信号Ｓと速度検出値ｎ１〜ｎ４と空転／滑走検知信号とに基づいて、空転／滑走した車輪を再粘着させるための補正パターンを生成する指令値制御手段である。
【０００８】
なお、図７は、図６の変形例であり、前記パルス発生器５ａ〜５ｄ及び速度検出手段６の代わりに速度推定手段１０を備え、電動機４ａ〜４ｄの速度推定値ｎ１＃〜ｎ４＃を基準速度演算手段７、空転／滑走検知手段８及び指令値制御手段９Ａに入力してそれぞれの処理を行うようにした従来技術である。
【０００９】
図６、図７に示した従来技術では、空転／滑走検知手段８が、速度検出値ｎｉ（ｉ＝１〜４）または速度推定値ｎ１＃〜ｎ４＃と基準速度ｎＲＥＦとの差が速度差しきい値を超えた場合に当該車輪の空転または滑走を検知し、空転／滑走検知信号を出力するように構成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開昭６２−１６０００１号公報（第２頁右上欄第６行〜第３頁左上欄第３行、第１図，第２図等）
【特許文献２】特開平７−３２２４０６号公報（段落[００１９]、図２等）
【特許文献３】特開２０００−２９５７０５号公報（段落[００３１]〜[００４３]、図１〜図３等）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
図３，図５，図６に示した従来技術では、何れもパルス発生器等の速度センサを用いて電動機の速度を検出する必要がある。このため、装置の高コスト化や大型化を招く恐れがあった。
【００１２】
これに対し、図７に示した従来技術では、速度推定値を用いて空転／滑走を検知しているので、上述したような問題は生じない。
しかし、電動機４ａ〜４ｄが誘導電動機である場合には、すべり周波数が大きいほど速度推定誤差が大きくなる。すべり周波数は磁束に反比例するので、いわゆる弱め界磁制御を行う領域では、すべり周波数が増大して速度推定誤差が大きくなる。
このため、単純に速度推定値ｎ１＃〜ｎ４＃に基づいて、空転／滑走を検知する方式では誤検知を招くという問題があった。
【００１３】
そこで、本発明の解決課題は、電動機の速度推定値を用いつつ、空転／滑走を検知するためのしきい値を適切に調整することで、空転／滑走の誤検知を防止するようにした電気車の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】
【００１４】
上記の課題を解決するため、請求項１に係る発明は、電力変換装置により車輪駆動用の電動機を駆動するための電気車の制御装置において、
前記電動機の速度を推定する速度推定手段と、
前記速度推定手段による前記電動機の速度推定値から基準速度を演算する基準速度演算手段と、
前記速度推定値と前記基準速度と所定のしきい値とに基づいて車輪の空転または滑走を検知する空転／滑走検知手段と、
前記電動機の所定の速度以上の領域において前記基準速度に応じて増加するように前記しきい値を演算するしきい値演算手段と、
を備えたことを特徴とする。
【００１５】
請求項２に係る発明は、前記空転／滑走検知手段が、前記速度推定値と前記基準速度との差が、前記しきい値としての速度差しきい値を超えた時に空転または滑走を検知することを特徴とする。
【００１６】
請求項３に係る発明は、請求項１または２に記載した電気車の制御装置において、前記電動機を複数台備え、前記基準速度演算手段は、各電動機の速度推定値のうち最高値または最低値を前記基準速度として演算することを特徴とする。
【００１７】
請求項４に係る発明は、請求項１〜３の何れか１項に記載した電気車の制御装置において、前記空転／滑走検知手段により空転または滑走を検知した際に前記電動機に対するトルク指令の補正パターンを生成する指令値制御手段を更に備え、前記補正パターンにより前記トルク指令を補正して前記電力変換装置に与えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、例えば電動機が弱め界磁制御を行う場合に速度推定誤差が大きくなったとしても速度差しきい値を適切に調整することで空転または滑走の誤検知を防止することができる。
また、速度検出値を用いないため、パルス発生器等が不要であり、装置全体のコストの低減や構成の簡略化が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の実施形態を示すブロック図である。
【図２】図１における電動機の速度に対する磁束、すべり周波数、速度差しきい値の関係を示す図である。
【図３】特許文献１に記載された電気車の制御装置を示すブロック図である。
【図４】図３における検知レベル演算器の動作説明図である。
【図５】特許文献２に記載された電気車の制御装置を示すブロック図である。
【図６】特許文献３に記載された電気車の制御装置とほぼ同一構成の制御装置を示すブロック図である。
【図７】図６の変形例を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、図に沿って本発明の実施形態を説明する。
図１は、本実施形態を示す電気車の制御装置のブロック図であり、この制御装置の主な構成は図７と同様である。
【００２１】
すなわち、指令値発生手段１は、電動機４ａ〜４ｄの発生トルクを指令する第１のトルク指令値Ｔ１＊と電気車の力行／制動を指令する運転モード信号Ｓとを発生する。指令値補正手段２は、空転／滑走を検知した際に指令値制御手段９Ａからの補正パターンに従ってトルク指令値Ｔ１＊を補正し、車輪を再粘着させるための第２のトルク指令値Ｔ２＊を演算する。
【００２２】
トルク指令値Ｔ２＊はインバータ等からなる電力変換装置３に送られ、電力変換装置３は半導体スイッチング素子のオンオフ動作により、電動機４ａ〜４ｄとの間で交流電力を授受して力行運転または制動（回生）運転を行う。ここで、電動機４ａ〜４ｄは例えば誘導電動機であり、１台の電力変換装置３によって駆動される電動機の台数は図示例に何ら限定されない。
【００２３】
速度推定手段１０は、後述するように電力変換装置３の出力周波数に基づいて電動機４ａ〜４ｄの速度を推定する。電動機４ａ〜４ｄの速度推定値ｎ１＃〜ｎ４＃は基準速度演算手段７及び空転／滑走検知手段８に送られ、基準速度演算手段７では、力行運転時に速度推定値ｎ１＃〜ｎ４＃のうちの最低速度を選択し、制動運転時には速度推定値ｎ１＃〜ｎ４＃のうちの最高速度を選択してそれぞれを基準速度ｎＲＥＦとして出力する。
【００２４】
空転／滑走検知手段８は、運転モード信号Ｓに応じて、速度推定値ｎ１＃〜ｎ４＃と基準速度ｎＲＥＦとの差が速度差しきい値を超えた状態が所定時間以上、継続した時に空転（力行運転時）または滑走（制動運転時）を検知して空転／滑走検知信号を出力する。
指令値制御手段９Ａでは、運転モード信号Ｓ及び速度推定値ｎ１＃〜ｎ４＃に応じて、例えば特許文献３に記載されているように第１のトルク指令値Ｔ１＊を５０〜７０[％]に低減させるような補正パターンを生成して指令値補正手段２に送出し、車輪を再粘着させるための第２のトルク指令値Ｔ２＊を演算して電力変換装置３に出力する。
【００２５】
ここで、空転／滑走検知手段８に入力される速度差しきい値は、速度差しきい値演算手段１１により基準速度ｎＲＥＦに基づいて演算される。
以下、速度差しきい値演算手段１１及び空転／滑走検知手段８の動作について説明する。
【００２６】
図２は、電動機４ａ〜４ｄの速度に対する磁束、すべり周波数、速度差しきい値の関係を示す図である。
前述したように、誘導電動機のすべり周波数は磁束に反比例するため、例えば、図２に示すベース速度ｎＢ以上の領域で弱め界磁制御を行う場合には、すべり周波数が速度に比例して増加する。前述した速度推定手段１０は、電力変換装置３の出力周波数（電動機４ａ〜４ｄの一次周波数）からすべり周波数を減算して速度推定値を求めるので、すべり周波数が速度に比例して増加すると速度推定値の誤差も大きくなり、空転／滑走の誤検知が発生する。
【００２７】
そこで、この実施形態では、基準速度ｎＲＥＦが上記のベース速度ｎＢ未満の領域では速度差しきい値を一定値とし、基準速度ｎＲＥＦがベース速度ｎＢ以上となる領域では速度差しきい値を基準速度ｎＲＥＦに応じて増加させるようにした。これにより、ベース速度ｎＢ以上の領域では、速度推定値ｎ１＃〜ｎ４＃と基準速度ｎＲＥＦとのそれぞれの差が速度差しきい値を超えることが少なくなり、言い換えれば、弱め界磁制御時における空転／滑走の検知感度を抑制することによって誤検知を防止することができる。
【００２８】
なお、上記実施形態では、速度差しきい値を基準速度ｎＲＥＦがベース速度ｎＢ以上となる領域で増加させるようにしているが、速度差しきい値を増加させる基準速度ｎＲＥＦはベース速度ｎＢに限定されるものではない。基準速度ｎＲＥＦがベース速度ｎＢよりも低い所定の速度または高い所定の速度に達した時から速度差しきい値を増加させるようにしても、上記実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００２９】
また、ベース速度ｎＢ以上の領域における速度差しきい値は、図２に示すように直線状に増加させるだけでなく、段階的に増加させても良い。
【００３０】
以上のように、この実施形態によれば、速度センサを用いずに空転／滑走の誤検知を防止することができ、コストの低減や構造の簡略化に寄与することができる。
なお、実施形態では速度差しきい値を用いて空転／滑走を検知しているが、しきい値として、速度推定値ｎ１＃〜ｎ４＃と基準速度ｎＲＥＦとの比（速度比しきい値）を用い、この速度比しきい値を基準速度ｎＲＥＦに応じて変化させても良い。
【符号の説明】
【００３１】
１：指令値発生手段
２：指令値補正手段
３：電力変換装置
４ａ〜４ｄ：電動機
７：基準速度演算手段
８：空転／滑走検知手段
９Ａ：指令値制御手段
１０：速度推定手段
１１：速度差しきい値演算手段
【図１】
2018182813.tif 000003
【図２】
2018182813.tif 000004
【図３】
2018182813.tif 000005
【図４】
2018182813.tif 000006
【図５】
2018182813.tif 000007
【図６】
2018182813.tif 000008
【図７】
2018182813.tif 000009