(57)【要約】【課題】  回転角検出手段を用いずに、目標速度に対応して加速モードと制動モードを切り替え定速走行を実現することを達成する。【解決手段】    モードの加速モードは、（Ｖ１）へ向かい、（Ｖｃｓ）から（Ｖ２）に到達すると、制動モードに切り替わる。制度モードに切り替わると、今度は（Ｖ２）、（Ｖｃｓ）から（Ｖ１）に到達した時点で再度、加速モードに切り替わる。ｑ軸電流指令値Ｉｑ*は、モードが加速モードのとき、（Ｖ２）に向かって逓減していく。ｑ軸電流指令値Ｉｑ*、電動機電流実行値は、モードの切り替えに追従して、トルク、電動機電流の出力を調整する。ゲート信号出力許可信号は“１”を継続し、インバータ回路２２の動作状態も“ＯＮ”を継続する。以上のように車両の定速走行は、定速速度領域内で加速モードと制動モードの切り替えを行うことにより定速速度が維持される。【選択図】  図４
2011166960.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両を駆動する永久磁石形同期電動機と、
電源電圧を任意の電圧と任意の周波数のｎ相交流電圧（ｎは交流の相数を表す任意の数）
に変換して前記の永久磁石形同期電動機に交流電力を供給する電力変換手段と、
前記電力変換手段と前記永久磁石形同期電動機との間に流れる電流を検出するための電動
機電流検出手段と、
前記の電力変換手段が内蔵するスイッチング素子を導通（ＯＮ）・阻止（ＯＦＦ）動作さ
せるためのゲート信号を出力する制御手段
を有しており、
前記の制御手段は、
ゲート信号の出力を開始または停止するための許可信号を出力するゲート信号出力許可手
段と、
前記電力変換手段から前記永久磁石形同期電動機へ供給される電流と電圧から前記永久磁
石形同期電動機の回転子の回転周波数を演算する回転周波数演算手段と、
前記の回転周波数演算手段の出力を入力として鉄道車両の速度を演算して出力する速度演
算手段と、
鉄道車両駆動制御装置の定速運転モードにおける目標速度を演算して出力する目標速度設
定手段と、
前記の目標速度と前記の鉄道車両の速度を入力として、定速運転モードにおける電動機電
流指令値を演算して出力する電動機電流指令値演算手段
を有しており、
前記の電動機電流指令値演算手段は、定速運転モードにおいて、
鉄道車両が加速する方向に電動機トルクを出力する電動機電流指令値を演算して出力する
加速モードと、鉄道車両が減速する方向に電動機トルクを出力する電動機電流指令値を演
算して出力する制動モードの２つのモードを有しており、
目標速度に対する速度差の設定値を、第１の設定速度差Ｖ１と第２の設定速度差Ｖ２（目
標速度―１＜目標速度＋１）としたとき、
鉄道車両の速度が（目標速度−Ｖ１）未満から（目標速度＋Ｖ２）へ加速しながら推移す
る期間は加速モードとなり、さらに鉄道車両の速度が（目標速度＋Ｖ２）を超えると制動
モードに移行し、
また、鉄道車両の速度が（目標速度＋Ｖ２）超から（目標速度−Ｖ１）へ減速しながら推
移する期間は制動モードとなり、さらに鉄道車両の速度が（目標速度−Ｖ１）未満となる
と加速モードに移行し、
鉄道車両の速度が目標速度に対して推移するのに対応して、加速モードと制動モードが切
り替わりつつ電動機電流指令値が出力されることに伴って電力変換手段と永久磁石形同期
電動機との間の電動機電流が継続すること
を特徴とする鉄道車両駆動制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載の鉄道車両駆動制御装置において、
電動機電流指令値演算手段は、定速運転モードにおいて、
鉄道車両が加速する方向に電動機トルクを出力する電動機電流指令値を演算して出力する
加速モードと、鉄道車両が減速する方向に電動機トルクを出力する電動機電流指令値を演
算して出力する制動モードの２つのモードを有しており、
目標速度に対する速度差の設定値を、第１の設定速度差Ｖ１と第２の設定速度差Ｖ２とし
たとき、
鉄道車両の速度が（目標速度−Ｖ１）未満から（目標速度＋Ｖ２）へ加速しながら推移す
る期間は加速モードとなり、さらに鉄道車両の速度が（目標速度＋Ｖ２）を超えると制動
モードに移行し、
また、鉄道車両の速度が（目標速度＋Ｖ２）超から（目標速度−Ｖ１）へ減速しながら推
移する期間は制動モードとなり、さらに鉄道車両の速度が（目標速度−Ｖ１）未満となる
と加速モードに移行し、
加速モードにおいては、鉄道車両の速度が低下するにつれて加速方向の電動機トルクが増
加する電動機電流指令値を出力し、
制動モードにおいては、鉄道車両の速度が上昇するにつれて減速方向の電動機トルクが増
加する電動機電流指令値を出力し、
鉄道車両の速度が目標速度に対して推移するのに対応して、加速モードと制動モードが切
り替わりつつ電動機電流指令値が出力されることに伴って電力変換手段と永久磁石形同期
電動機との間の電動機電流が継続すること
を特徴とする鉄道車両駆動制御装置。
【請求項３】
請求項１に記載の鉄道車両駆動制御装置において、
電動機電流指令値演算手段は、定速運転モードにおいて、
鉄道車両が加速する方向に電動機トルクを出力する電動機電流指令値を演算して出力する
加速モードと、鉄道車両が減速する方向に電動機トルクを出力する電動機電流指令値を演
算して出力する制動モードの２つのモードを有しており、
目標速度に対する速度差の設定値を、第１の設定速度差Ｖ１と第２の設定速度差Ｖ２とし
たとき、
鉄道車両の速度が（目標速度−Ｖ１）未満から（目標速度＋Ｖ２）へ加速しながら推移す
る期間は加速モードとなり、さらに鉄道車両の速度が（目標速度＋Ｖ２）を超えると制動
モードに移行し、
また、鉄道車両の速度が（目標速度＋Ｖ２）超から（目標速度−Ｖ１）へ減速しながら推
移する期間は制動モードとなり、さらに鉄道車両の速度が（目標速度−Ｖ１）未満となる
と加速モードに移行し、
加速モードにおいては、鉄道車両の速度が目標速度−Ｖ１未満の場合は、速度が低下する
につれて加速方向の電動機トルクが増加する電動機電流指令値を出力し、また鉄道車両の
速度が目標速度−Ｖ１以上の場合は一定の電動機電流指令値となり、
制動モードにおいて、鉄道車両の速度が目標速度＋Ｖ２を超える場合は、速度が上昇する
につれて減速方向の電動機トルクが増加する電動機電流指令値を出力し、速度が目標速度
＋Ｖ２以下の場合は一定の電動機電流指令値となり、
鉄道車両の速度が目標速度に対して推移するのに対応して、加速モードと制動モードが切
り替わりつつ電動機電流指令値が出力されることに伴って電力変換手段と永久磁石形同期
電動機との間の電動機電流が継続すること
を特徴とする鉄道車両駆動制御装置。
【請求項４】
請求項１に記載の鉄道車両駆動制御装置において、
電動機電流指令値演算手段は、定速運転モードにおいて、
鉄道車両が加速する方向に電動機トルクを出力する電動機電流指令値を演算して出力する
加速モードと、鉄道車両が減速する方向に電動機トルクを出力する電動機電流指令値を演
算して出力する制動モードの２つのモードを有しており、
目標速度に対する速度差の設定値を、第１の設定速度差Ｖ１と第２の設定速度差Ｖ２とし
たとき、
鉄道車両の速度が（目標速度−Ｖ１）未満から（目標速度＋Ｖ２）へ加速しながら推移す
る期間は加速モードとなり、さらに鉄道車両の速度が（目標速度＋Ｖ２）を超えると制動
モードに移行し、
また、鉄道車両の速度が（目標速度＋Ｖ２）超から（目標速度−Ｖ１）へ減速しながら推
移する期間は制動モードとなり、さらに鉄道車両の速度が（目標速度−Ｖ１）未満となる
と加速モードに移行し、
加速モードにおいては、鉄道車両の速度が目標速度−Ｖ１未満の場合は、速度が低下する
につれて加速方向の電動機トルクが増加する電動機電流指令値を出力し、また鉄道車両の
速度が目標速度−Ｖ１以上の場合は、電動機電流の振幅が電動機電流検出手段の定格検出
値の１００分の１以上となる一定の電動機電流指令値となり、
制動モードにおいて、鉄道車両の速度が目標速度＋Ｖ２を超える場合は、速度が上昇する
につれて減速方向の電動機トルクが増加する電動機電流指令値を出力し、速度が目標速度
＋Ｖ２以下の場合は、電動機電流の振幅が電動機電流検出手段の定格検出値の１００分の
１以上となる一定の電動機電流指令値となり、
鉄道車両の速度が目標速度に対して推移するのに対応して、加速モードと制動モードが切
り替わりつつ電動機電流指令値が出力されることに伴って電力変換手段と永久磁石形同期
電動機との間の電動機電流が継続すること
を特徴とする鉄道車両駆動制御装置。
【請求項５】
請求項１に記載の鉄道車両駆動制御装置において、
電動機電流指令値演算手段は、定速運転モードにおいて、
鉄道車両が加速する方向に電動機トルクを出力する電動機電流指令値を演算して出力する
加速モードと、鉄道車両が減速する方向に電動機トルクを出力する電動機電流指令値を演
算して出力する制動モードの２つのモードを有しており、
目標速度に対する速度差の設定値を、第１の設定速度差Ｖ１と第２の設定速度差Ｖ２とし
たとき、
鉄道車両の速度が（目標速度−Ｖ１）未満から（目標速度＋Ｖ２）へ加速しながら推移す
る期間は加速モードとなり、さらに鉄道車両の速度が（目標速度＋Ｖ２）を超えると制動
モードに移行し、
また、鉄道車両の速度が（目標速度＋Ｖ２）超から（目標速度−Ｖ１）へ減速しながら推
移する期間は制動モードとなり、さらに鉄道車両の速度が（目標速度−Ｖ１）未満となる
と加速モードに移行し、
加速モードにおいては、鉄道車両の速度が目標速度−Ｖ１未満の場合は、速度が低下する
につれて加速方向の電動機トルクが増加する電動機電流指令値を出力し、また鉄道車両の
速度が目標速度−Ｖ１以上の場合は電動機電流指令値は電動機トルクを発生しない磁束方
向電流成分のみとなり、
制動モードにおいて、鉄道車両の速度が目標速度＋Ｖ２を超える場合は、速度が上昇する
につれて減速方向の電動機トルクが増加する電動機電流指令値を出力し、速度が目標速度
＋Ｖ２以下の場合は電動機電流指令値は電動機トルクを発生しない磁束方向電流成分のみ
となり、
鉄道車両の速度が目標速度に対して推移するのに対応して、加速モードと制動モードが切
り替わりつつ電動機電流指令値が出力されることに伴って電力変換手段と永久磁石形同期
電動機との間の電動機電流が継続すること
を特徴とする鉄道車両駆動制御装置。
【請求項６】
本発明の請求項１に記載の鉄道車両駆動制御装置において、
電動機電流指令値演算手段は、定速運転モードにおいて、
鉄道車両が加速する方向に電動機トルクを出力する電動機電流指令値を演算して出力する
加速モードと、鉄道車両が減速する方向に電動機トルクを出力する電動機電流指令値を演
算して出力する制動モードの２つのモードを有しており、
目標速度に対する速度差の設定値を、第１の設定速度差Ｖ１と第２の設定速度差Ｖ２とし
たとき、
鉄道車両の速度が（目標速度−Ｖ１）未満から（目標速度＋Ｖ２）へ加速しながら推移す
る期間は加速モードとなり、さらに鉄道車両の速度が（目標速度＋Ｖ２）を超えると制動
モードに移行し、
また、鉄道車両の速度が（目標速度＋Ｖ２）超から（目標速度−Ｖ１）へ減速しながら推
移する期間は制動モードとなり、さらに鉄道車両の速度が（目標速度−Ｖ１）未満となる
と加速モードに移行し、
加速モードにおいては、鉄道車両の速度が目標速度−Ｖ１未満の場合は、速度が低下する
につれて加速方向の電動機トルクが増加する電動機電流指令値を出力し、また鉄道車両の
速度が目標速度−Ｖ１以上の場合は電動機電流指令値は電動機電流の振幅が電動機電流検
出手段の定格検出値の１００分の１以上となる一定の大きさでありかつ電動機トルクを発
生しない磁束方向電流成分のみとなり、
制動モードにおいて、鉄道車両の速度が目標速度＋Ｖ２を超える場合は、速度が上昇する
につれて減速方向の電動機トルクが増加する電動機電流指令値を出力し、速度が目標速度
＋Ｖ２以下の場合は電動機電流指令値は電動機電流の振幅が電動機電流検出手段の定格検
出値の１００分の１以上となる一定の大きさでありかつ電動機トルクを発生しない磁束方
向電流成分のみとなり、
鉄道車両の速度が目標速度に対して推移するのに対応して、加速モードと制動モードが切
り替わりつつ電動機電流指令値が出力されることに伴って電力変換手段と永久磁石形同期
電動機との間の電動機電流が継続すること
を特徴とする鉄道車両駆動制御装置。  
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鉄道車両を駆動するための制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来技術の鉄道車両駆動制御装置の構成を図７に示す。１は直流電源である架線、２は集
電器、３は直流回路遮断器、４は直流回路開閉器、５は充電用開閉器、６は充電回路抵抗
器、７は平滑リアクトル、８は車輪、９は帰線であるレール、１０は電源電圧検出手段で
ある電源電圧センサ、１１は平滑コンデンサ、１２は直流電圧検出手段である直流電圧セ
ンサ、２１は車両を駆動する永久磁石形同期電動機、２２はインバータ回路である電力変
換手段、２３Ｕ〜２３Ｚはインバータ回路のスイッチング素子、２４Ｕ、２４Ｖ、２４Ｗ
は電動機回路に流れる電流を検出するための電動機電流検出手段である電動機電流センサ
、２５は永久磁石形同期電動機の回転子（ロータ）の回転角検出手段である回転角センサ
、２０１は制御手段である制御部である。
【０００３】
直流電源１は直流プラス側で、パンタグラフ（集電器）２、直流回路遮断器３、直流回路
開閉器４、直流回路開閉器４と並列に接続された充電用開閉器５と充電回路抵抗器６の直
列回路、平滑リアクトル７を介してインバータ回路２２と接続されている。直流マイナス
側では、車輪８とインバータ回路２２が接続されている。電源電圧センサ１０は、直流プ
ラス側では直流回路遮断器３と直流回路開閉器４の間に接続され、直流マイナス側では、
車輪８とインバータ回路２２の間に接続されている。平滑コンデンサ１１と直流電圧セン
サ１２は、直流プラス側では平滑リアクトル７とインバータ回路２２の間に接続され、直
流マイナス側では、電源電圧センサ１０とインバータ回路２２の間に接続されている。イ
ンバータ回路２２は、３相線を介して永久磁石同期電動機２１と接続されている。３相線
のＵ相の電動機電流センサ２４Ｕ、Ｖ相には電動機電流センサ２５Ｖ、Ｗ相には電動機電
流センサ２５Ｗが接続され、永久磁石同期電動機２１には、回転角センサ２５が接続され
ている。
【０００４】
このような構成の鉄道車両駆動制御装置において制御部２０１は、直流回路遮断器３、直
流回路開閉器４、充電用開閉器５、インバータ回路２２に接続されている。
【０００５】
平滑リアクトル７および平滑コンデンサ１１は、架線１からインバータ回路２２への電圧
と電流を平滑する機能を有する。インバータ回路であるインバータ回路２２は、スイッチ
ング素子２３Ｕ〜２３Ｚを内蔵しており、この６個のスイッチング素子を任意にＯＮ・Ｏ
ＦＦ動作することによって、電源である直流電圧を任意の電圧と任意の周波数の三相交流
電圧に変換する機能を有している。永久磁石形同期電動機２１は、その回転子が歯車など
を介して駆動用車輪の車軸と接続されるか、または回転子が駆動用車輪の車軸と直接接続
されて鉄道車両を駆動するためのものである。永久磁石形同期電動機２１には、インバー
タ回路２２からＵ相電流Ｉｕ、Ｖ相電流ＩＶ、Ｗ相電流Ｉｗの三相交流電力が供給される
。またこのとき、それぞれの永久磁石形同期電動機２１の各端子にはインバータ回路２２
から線間電圧ＶｕＶ、ＶＶｗ、Ｖｗｕが印加される。直流回路遮断器３は、機能的には開
閉器の一種であり、直流電源である架線と鉄道車両駆動制御装置との間の回路の接続・切
り離しをおこなう。充電用開閉器５と充電回路抵抗器６は、インバータ回路２２を起動す
る前に平滑コンデンサ１１を充電するためのものである。直流回路遮断器３と直流回路開
閉器４が投入されて鉄道車両駆動制御装置の回路が構成された後、インバータ回路２２は
内蔵するスイッチング素子のＯＮ・ＯＦＦ動作を開始して起動する。
【０００６】
図８は従来技術の鉄道車両駆動制御装置の制御手段２０１の構成例を示す図である。イン
バータ制御手段２０２は、直流電圧検出値である直流電圧センサ１２の出力信号１１２と
、電動機電流検出値である電動機電流センサ２４Ｕ〜２４Ｗの出力信号１２４Ｕ〜１２４
Ｗと、電動機電流指令値演算手段２０６の出力である電流指令値（ｑ軸電流指令値Ｉｑ*
とｄ軸電流指令値Ｉｄ*）と、ゲート信号出力許可手段２０７の出力であるゲート信号出
力許可信号２０８を入力として、永久磁石形同期電動機２１の発生トルクを制御するため
の演算をおこない、インバータ回路２２の各スイッチング素子を導通（ＯＮ）・阻止（Ｏ
ＦＦ）動作させるためのゲート信号１２３Ｕ〜１２３Ｚを出力する。回転周波数演算手段
２０９は、回転角センサ２５の出力信号１２５（回転角検出値θr）を入力として、時間
微分することによって永久磁石形同期電動機の回転子の回転周波数ｆrを演算して出力す
る。
【０００７】
ωr＝（ｄ／ｄｔ）×θr     （式１）
ｆr＝ωr／２π             （式２）
ｆr：永久磁石形同期電動機の回転子の回転周波数
ωr：永久磁石形同期電動機の回転子の角周波数
θr：永久磁石形同期電動機の回転子の回転角検出値
速度演算手段２１０は、回転周波数演算手段２０９の出力である回転周波数ｆrを入力
として、永久磁石形同期電動機と車軸との間のギア比や、車輪径に関係している係数Ｋを
回転周波数ｆrに乗じて、鉄道車両の速度Ｖを演算して出力する。
【０００８】
目標速度設定手段２１１は、速度演算手段２１０の出力である速度Ｖと、定速運転指令
２０５を入力として、定速運転指令２０５が入力された時点の速度Ｖを保持することによ
って目標速度Ｖｃｓを設定して出力する。電動機電流指令値演算手段２０６は、永久磁石
形同期電動機の制御回転座標軸上での磁束方向と直交する方向の電流成分であるｑ軸電流
指令値Ｉｑ*と、磁束方向と同方向の電流成分であるｄ軸電流指令値Ｉｄ*を出力する。ブ
レーキ運転指令２０４が入力された場合は、鉄道車両が減速する方向に電動機トルクを出
力する予め設定されたｑ軸電流指令値Ｉｑ*とｄ軸電流指令値Ｉｄ*が選択されて出力され
る。加速運転指令２０３が入力された場合は、鉄道車両が加速する方向に電動機トルクを
出力する予め設定されたｑ軸電流指令値Ｉｑ*とｄ軸電流指令値Ｉｄ*が選択されて出力さ
れる。定速運転指令２０５が入力された場合は、鉄道車両の速度Ｖと目標速度Ｖｃｓとの
速度差に対応して予め設定されたｑ軸電流指令値Ｉｑ*とｄ軸電流指令値Ｉｄ*が選択され
て出力される。
【０００９】
ここで、従来の鉄道車両駆動制御装置の場合は、加速する場合と制動（減速）する場合に
は車両駆動用電動機に電力変換手段から電力を供給するが、加速力も制動力も不要な場合
（惰性で走行する場合）には電力変換手段を停止する（車両駆動用電動機に電流を流さな
い）という鉄道車両特有の運転方法が一般的におこなわれている。
【００１０】
定速運転モードにおいては、鉄道車両の速度Ｖが目標速度Ｖｃｓを超過すると減速し、
目標速度Ｖｃｓを下回ると加速するという、目標速度Ｖｃｓ近傍で加速と減速を交互に繰
り返して乗り心地を悪化させることを防止するために、鉄道車両の速度Ｖが目標速度Ｖｃ
ｓの近傍であるときは、車両駆動用電動機の発生トルクをゼロにするために電力変換手段
を停止して惰性で走行する方法がおこなわれる。
【００１１】
ゲート信号出力許可手段２０７は、直流回路遮断器３と直流回路開閉器４が投入されて
鉄道車両駆動制御装置の回路が構成された条件と、加速運転指令２０３とブレーキ運転指
令２０４と定速運転指令２０５の入力条件によってゲート信号出力許可信号を出力する。
定速運転モードにおいては、目標速度Ｖｃｓと鉄道車両の速度Ｖとの速度差に対応して、
ゲート信号出力許可信号２０８が出力される。
【００１２】
図９に定速運転モードにおける電動機電流指令値演算手段２０６の出力と、ゲート信号
出力許可信号２０８、および電力変換手段の動作・停止の例を示す。鉄道車両の速度Ｖが
（目標速度Ｖｃｓ−Ｖ１）から（目標速度Ｖｃｓ＋Ｖ２）の間の速度範囲では、電力変換
手段は停止して鉄道車両は惰性で走行する。
【００１３】
永久磁石形同期電動機２１を駆動制御（電動機電流を制御または発生トルクを制御）する
ためには、永久磁石形同期電動機２１の回転子（ロータ）の回転角と回転方向および回転
周波数を認識する必要がある。このために、従来技術の鉄道車両駆動制御装置では、永久
磁石形同期電動機２１に回転角検出手段である回転角センサ２５を設けていた。
【００１４】
しかしながら、従来技術の鉄道車両駆動制御装置では、次のような問題があった。前述
の回転角センサ２５を永久磁石形同期電動機２１に設ける方法は、車両駆動用電動機が車
軸や台車に取り付けられる鉄道車両特有の形態を考えると、回転角検出手段も、汚損が激
しい場所、また走行に伴なう車軸からの振動を受ける場所に取り付けられることになり、
回転角検出手段自体、および回転角検出手段への配線の、強度、耐久性、信頼性を十分に
考慮しなくてはならないという問題点がある。この問題点を解決する方法として、回転角
検出手段を設けずに、電力変換手段から永久磁石形同期電動機２１へ供給される電流と電
圧から、回転子の回転方向と回転周波数および回転角を推定する方法がある。インバータ
回路２２から永久磁石形同期電動機２１へ供給される電流と電圧から回転方向と回転周波
数および回転角を推定する方法の主要例としては、永久磁石形同期電動機２１の誘起電圧
を利用する方法と、高周波電圧重畳方法とがある。永久磁石形同期電動機２１の誘起電圧
を利用する方法は、永久磁石形同期電動機２１が駆動制御される状態において、回転子の
回転に伴って誘起される誘起電圧成分が制御回転座標軸の磁束方向と直交する方向に現れ
ることを利用して、回転子回転角を推定するとともに回転方向と回転周波数を推定する方
法である。（例えば、特許文献１参照）。
【００１５】
また、高周波電圧重畳方法は、永久磁石形同期電動機２１を駆動制御する電圧指令に高周
波成分を重畳して、その高周波成分に応答する電流を検出することにより永久磁石形同期
電動機２１のインピーダンスを推定、または評価関数を演算することにより回転子回転角
を推定するとともに回転方向と回転周波数を推定する方法である。（例えば、特許文献２
参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１６】
【特許文献１】特許第３６９２０８５号公報
【特許文献２】特許第３７１９９１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
しかしながら、従来技術の鉄道車両駆動制御装置のようにインバータ回路から永久磁石形
同期電動機へ供給される電流と電圧から回転子の回転方向と回転周波数および回転角を推
定する方法を適用することを考えると、回転周波数を推定できるのは電力変換手段が動作
して永久磁石同期電動機に電力を供給している状態の時のみ可能であり、電力変換手段が
停止している場合には回転周波数を推定すること、つまりは鉄道車両の速度を演算するこ
とが困難である。これは、図９に示した定速運転モードにおいて、鉄道車両の速度が目標
速度の近傍となったときにインバータ回路が停止すると回転周波数が認識できなくなり、
つまりは、その時点での鉄道車両の速度および目標速度との速度差が認識できなくなると
いう問題がある。よって、従来技術の鉄道車両駆動制御装置では、鉄道車両が定速運転を
行うために鉄道車両駆動制御装置に定速運転モードを設けようとした場合、電力変換手段
から永久磁石形同期電動機へ供給される電流と電圧から回転子の回転方向と回転周波数お
よび回転角を推定する方法を適用することができず、回転角センサ等の回転角検出手段を
削除することが非常に困難であった。
【００１８】
本発明は、上記問題点を解決するためになされたもので、回転角センサ等の回転角検出手
段を不要とし、目標速度に追従しながら加速モードと制動モードを切替えながら鉄道車両
を定速運転することが可能な鉄道車両駆動制御装置を実現するためのものである。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
上記を解決するために、本発明による鉄道車両駆動制御装置は、車両を駆動する永久磁
石形同期電動機と、電源電圧を任意の電圧と任意の周波数のｎ相交流電圧（ｎは交流の相
数を表す任意の数）に変換して前記の永久磁石形同期電動機に交流電力を供給する電力変
換手段と、前記電力変換手段と前記永久磁石形同期電動機との間に流れる電流を検出する
ための電動機電流検出手段と、前記の電力変換手段が内蔵するスイッチング素子を導通（
ＯＮ）・阻止（ＯＦＦ）動作させるためのゲート信号を出力する制御手段を有しており、
前記の制御手段は、ゲート信号の出力を開始または停止するための許可信号を出力するゲ
ート信号出力許可手段と、前記電力変換手段から前記永久磁石形同期電動機へ供給される
電流と電圧から前記永久磁石形同期電動機の回転子の回転周波数を演算する回転周波数演
算手段と、前記の回転周波数演算手段の出力を入力として鉄道車両の速度を演算して出力
する速度演算手段と、鉄道車両駆動制御装置の定速運転モードにおける目標速度を演算し
て出力する目標速度設定手段と、前記の目標速度と前記の鉄道車両の速度を入力として、
定速運転モードにおける電動機電流指令値を演算して出力する電動機電流指令値演算手段
を有しており、前記の電動機電流指令値演算手段は、定速運転モードにおいて、鉄道車両
が加速する方向に電動機トルクを出力する電動機電流指令値を演算して出力する加速モー
ドと、鉄道車両が減速する方向に電動機トルクを出力する電動機電流指令値を演算して出
力する制動モードの２つのモードを有しており、目標速度に対する速度差の設定値を、第
１の設定速度差Ｖ１と第２の設定速度差Ｖ２（Ｖ２＞Ｖ１）としたとき、鉄道車両の速度
が（目標速度−Ｖ１）未満から（目標速度＋Ｖ２）へ加速しながら推移する期間は加速モ
ードとなり、さらに鉄道車両の速度が（目標速度＋Ｖ２）を超えると制動モードに移行し
、また、鉄道車両の速度が（目標速度＋Ｖ２）超から（目標速度−Ｖ１）へ減速しながら
推移する期間は制動モードとなり、さらに鉄道車両の速度が（目標速度−Ｖ１）未満とな
ると加速モードに移行し、鉄道車両の速度が目標速度に対して推移するのに対応して、加
速モードと制動モードが切り替わりつつ電動機電流指令値が出力されることに伴って電力
変換手段と永久磁石形同期電動機との間の電動機電流が継続することを特徴としている。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、回転角検出手段を用いずに、目標速度に対応して加速モードと制動モー
ドを切り替え定速走行を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の第１の実施形態の鉄道車両駆動制御装置の回路構成図。
【図２】本発明の第１の実施形態の鉄道車両駆動制御装置の制御手段のブロック図。
【図３】本発明の第１の実施形態の鉄道車両駆動制御装置のゲート信号出力許可手段のブロック図。
【図４】本発明の第１の実施形態の鉄道車両駆動制御装置の定速運転モードの動作図。
【図５】本発明の第２の実施形態の鉄道車両駆動制御装置の定速運転モードの動作図。
【図６】本発明の第３の実施形態の鉄道車両駆動制御装置の定速運転モードの動作図。
【図７】従来の発明の鉄道車両駆動制御装置の回路構成図。
【図８】従来の発明の鉄道車両駆動制御装置の制御手段のブロック図。
【図９】従来の発明の鉄道車両駆動制御装置の定速運転モードの動作図。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明の実施形態を図に基づいて説明する。
【００２３】
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態の鉄道車両駆動制御装置の構成例を示している。図１の
各構成要素を以下に説明する。１は直流電源である架線、２は集電器、３は直流回路遮断
器、４は直流回路開閉器、５は充電用開閉器、６は充電回路抵抗器、７は平滑リアクトル
、８は車輪、９は帰線であるレール、１０は電源電圧検出手段である電源電圧センサ、１
１は平滑コンデンサ、１２は直流電圧検出手段である直流電圧センサ、２１は車両を駆動
する永久磁石形同期電動機、２２は電力変換手段であるインバータ回路、２３Ｕ〜２３Ｚ
はインバータ回路のスイッチング素子、２４Ｕ〜２４Ｗは電動機電流検出手段である電動
機電流センサ、２０１は制御手段の制御部である。
【００２４】
直流電源１は直流プラス側で、パンタグラフ（集電器）２、直流回路遮断器３、直流回路
開閉器４、直流回路開閉器４と並列に接続された充電用開閉器５と充電回路抵抗器６の直
列回路、平滑リアクトル７を介してインバータ回路２２と接続されている。直流マイナス
側では、車輪８とインバータ回路２２が接続されている。電源電圧センサ１０の一方の端
子側は、直流プラス側では、直流回路遮断器３と直流回路開閉器４の間に接続され、もう
一方の端子側は、直流マイナス側では、インバータ回路２２と車輪８の間に接続される。
また、直流プラス側で、平滑コンデンサ１１と直流電圧センサ１２の一方の端子側は、平
滑リアクトル７とインバータ回路２２の間に接続され、直流マイナス側で、電源電圧セン
サ１０とインバータ回路２２の間に接続されている。インバータ回路２２は、３相線を介
して永久磁石同期電動機２１と接続されている。３相線のＵ相の電動機電流センサ２４Ｕ
、Ｖ相には電動機電流センサ２５Ｖ、Ｗ相には電動機電流センサ２５Ｗが接続されている
。インバータ回路２２は上側アームを構成するＵ相のスイッチング素子２３Ｕ、Ｖ相のス
イッチング素子２３Ｖ、Ｗ相のスイッチング素子２３Ｗが、下側アームを構成するＵ相の
スイッチング素子２３Ｘ、Ｖ相のスイッチング素子２３Ｙ、Ｗ相のスイッチング素子２３
Ｚのそれぞれを内臓し、構成されている。
【００２５】
このように構成される鉄道車両駆動制御装置において、制御部３００は直流回路遮断器３
、直流回路開閉器４、充電用開閉器５、電源電圧センサ１０、直流電圧センサ１２、イン
バータ回路２２、電動機電流センサ２４と接続されている。
【００２６】
インバータ回路２２は６個のスイッチング素子２３Ｕ〜２３Ｚを任意に導通（ＯＮ）・阻
止（ＯＦＦ）動作させることによって、直流電圧を任意の電圧と任意の周波数の三相交流
電圧に変換する機能を有している。
【００２７】
図１では、スイッチング素子２３Ｕ〜２３Ｚは、適用例として、逆並列に接続されたダイ
オードを内蔵したＩＧＢＴ（絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）として記載しているが
、電流を導通（ＯＮ）・阻止（ＯＦＦ）する機能を有した素子であれば種類はＩＧＢＴに
限定されず適用可能である。また、ダイオードを内蔵しないＩＧＢＴを適用してこれと逆
並列に別構成要素のダイオードを接続した回路構成としても良い。
【００２８】
直流回路遮断器３は、機能的には開閉器の一種であり、直流電源である架線と電力変換手
段２２との回路の接続・切り離しをおこなう。直流回路遮断器３は、例えば、鉄道車両駆
動制御装置の制御回路電源が投入されると制御手段２０１から出力される投入指令信号に
よって投入される。
【００２９】
平滑リアクトル７および平滑コンデンサ１１は、架線１から電力変換手段２２への電圧と
電流を平滑する機能を有する。
【００３０】
充電用開閉器５と充電回路抵抗器６は、電力変換手段２２を起動する前に平滑コンデンサ
１１を充電するためのものある。
【００３１】
鉄道車両駆動制御装置の運転を開始する場合や、走行中に保護機能が保護検知したために
一旦鉄道車両駆動制御装置を停止した後に再度運転を開始する場合には、まず、充電用開
閉器５を投入して平滑コンデンサ１１を充電する。充電用開閉器５が投入されると充電回
路抵抗器６で制限された電流によって平滑コンデンサ１１が充電される。平滑コンデンサ
１１の充電が完了した後に直流回路開閉器４が投入されるとともに、充電用開閉器５が開
放される。
【００３２】
直流回路開閉器４を投入するタイミングについては、充電回路抵抗器６の抵抗値と平滑コ
ンデンサ１１の静電容量から予め求められる充電時間を考慮して、充電用開閉器５を投入
した後に前記の充電時間が経過したことで、直流回路開閉器４を投入するとともに充電用
開閉器５を開放する。または別の方式として、直流電圧検出手段１２の出力信号である電
圧検出値を監視して平滑コンデンサ１１の電圧が予め設定された閾値を超えたときに直流
回路開閉器４を投入するとともに充電用開閉器５を開放しても良い。
【００３３】
永久磁石形同期電動機２１は、その回転子が歯車などを介して駆動用車輪の車軸と接続さ
れるか、または回転子が駆動用車輪の車軸と直接接続されて鉄道車両を駆動するためのも
ので、例えば永久磁石同期電動機や永久磁石補助形リラクタンス電動機などであり、永久
磁石を利用し、それ故にその回転子（ロータ）の回転により誘起電圧を発生する方式の電
動機である。永久磁石形同期電動機２１にはインバータ回路２２からＵ相電流Ｉｕ、Ｖ相
電流ＩＶ、Ｗ相電流Ｉｗの三相交流電力が供給される。またこのとき、永久磁石形同期電
動機２１のそれぞれの端子にはインバータ回路２２から線間電圧ＶｕＶ、ＶＶｗ、Ｖｗｕ
が印加される。
【００３４】
図２は、図１に示した本発明の第１の実施形態の鉄道車両駆動制御装置の制御部２０１の
構成例を示した図である。
【００３５】
図２において、１１０は電源電圧センサ１０の出力信号、１１２は直流電圧センサ１２の
出力信号、１２４Ｕ〜１２４Ｗは電動機電流センサ２４Ｕ〜２４Ｗの出力信号、２０２は
インバータ制御手段、２０３は加速運転指令、２０４ブレーキ運転指令、２０５は定速運
転指令、２０６は電動機電流指令値演算手段、２０７はゲート信号出力許可手段、２０８
はゲート信号出力許可信号、２０９は回転周波数演算手段、２１０は速度演算手段、２１
１は目標速度設定手段、２１２は接触器制御手段、２１３は直流回路遮断器投入指令信号
、２１４は直流回路開閉器投入指令信号、２１５は充電用開閉器投入指令信号、３０３は
直流回路遮断器アンサ、３０４は直流回路開閉器アンサである。
【００３６】
図１と図２では、本発明の実施形態の動作を理解しやすくするために、構成要素と、各構
成要素への入力および各構成要素から出力される信号として、本発明の実施形態の動作の
説明に関係する信号のみを記載している。
【００３７】
インバータ制御手段２０２は、直流電圧センサ１２によって検出された直流電圧値の出力
信号１１２と、電動機電流センサ２４Ｕ〜２４Ｗによって検出された電動機電流検出値の
出力信号１２４Ｕ〜１２４Ｗと、ゲート信号出力許可手段２０７の出力であるゲート信号
出力許可信号２０８と、電動機電流指令値演算手段２０６の出力であるｑ軸電流指令値Ｉ
ｑ*およびｄ軸電流指令値Ｉｄ*を入力として、永久磁石形同期電動機２１の発生トルクを
制御するための演算をおこない、ゲート信号出力許可信号２０８が”１”であるとき電力
変換手段２２の各スイッチング素子を導通（ＯＮ）・阻止（ＯＦＦ）動作させるためのゲ
ート信号１２３Ｕ〜１２３Ｚを出力する。また制御回転座標軸の位相角θｒとｄ軸電圧Ｖ
ｄとｑ軸電圧Ｖｑを回転周波数演算手段２０９へ出力する。
【００３８】
インバータ制御手段２０２がおこなう永久磁石形同期電動機２１の発生トルクを制御する
ための演算の方法は、例えば、永久磁石形同期電動機２１に流れる電流（電動機電流セン
サ２４Ｕ、２４Ｖ、２４Ｗの検出値）を座標変換の方法を用いて制御回転座標軸上の磁束
方向成分（ｄ軸電流Ｉｄ）と磁束方向と直交方向成分（ｑ軸電流Ｉｑ）とに分離して電流
制御をおこなうベクトル制御などの方法があるが、周知の技術であるとともにどの方式を
適用しても本発明の鉄道車両駆動制御装置の実施形態には影響しないため詳細な説明を省
略する。
【００３９】
インバータ回路２２のスイッチング素子のＯＮ・ＯＦＦ動作の方法については例えばパル
ス幅変調（ＰＷＭ）方式などがあるが、周知の技術であるとともにどの方式を適用しても
本発明の鉄道車両駆動制御装置の実施形態には影響しないため詳細な説明を省略する。
【００４０】
回転周波数演算手段２０９は、電動機電流センサ２４Ｕ〜２４Ｗの検出値である各相の
電流１２４Ｕ〜１２４Ｗとインバータ制御手段のベクトル制御演算の出力であるｄ軸電圧
Ｖｄとｑ軸電圧Ｖｑと位相角θrを入力として、各相の電流１２４Ｕ〜１２４Ｗを座標変
換の方法を用いて制御回転座標軸上の磁束方向成分と磁束方向と直交方向成分とに分離し
たｄ軸電流Ｉｄとｑ軸電流Ｉｑ、および、ｄ軸電圧Ｖｄとｑ軸電圧Ｖｑから、永久磁石形
同期電動機２１の等価回路モデルにおける電圧電流方程式（式３）と（式４）から回転子
の回転角周波数ωrを求め、さらに（式５）から回転周波数ｆrを演算する。
【００４１】
Ｖｄ＝Ｒ１×Ｉｄ−ωr×Ｌｑ×Ｉｑ                （式３）
Ｖｑ＝Ｒ１×Ｉｑ＋ωr×Ｌｄ×Ｉｄ＋ωr×Φf      （式４）
ｆr＝ωr／２π                             （式５）
ｆr：永久磁石形同期電動機の回転子の回転周波数，
ωr：永久磁石形同期電動機の回転子の角周波数，
Ｖｄ：ｄ軸電圧，
Ｖｑ：ｑ軸電圧，
Ｉｄ：ｄ軸電流，
Ｉｑ：ｑ軸電流，
Ｒ１：一次抵抗，
Ｌｄ：ｄ軸インダクタンス，
Ｌｑ：ｑ軸インダクタンス，
Φf：永久磁石磁束
速度演算手段２１０は、回転周波数演算手段２０９の出力である回転周波数ｆrを入力
として、永久磁石形同期電動機２１と車軸との間のギア比や車輪径に関係している係数Ｋ
を回転周波数ｆrに乗じて、鉄道車両の速度Ｖを演算して出力する。
【００４２】
目標速度設定手段２１１は、速度演算手段２１０の出力である速度Ｖと、定速運転指令
２０５を入力として、定速運転指令２０５が入力された時点の速度Ｖを保持することによ
って目標速度Ｖｃｓを設定して出力する。
【００４３】
ゲート信号出力許可手段２０７は、直流回路遮断器３と直流回路開閉器４が投入されて
鉄道車両駆動制御装置の回路が構成された条件と、加速運転指令２０３とブレーキ運転指
令２０４と定速運転指令２０５の入力条件によって、構成例として図３の論理でゲート信
号出力許可信号２０８を出力する。
【００４４】
ブレーキ運転指令２０４が入力された場合は、鉄道車両が減速する方向に電動機トルクを
出力する予め設定されたｑ軸電流指令値Ｉｑ*とｄ軸電流指令値Ｉｄ*が選択されて出力さ
れる。加速運転指令２０３が入力された場合は、鉄道車両が加速する方向に電動機トルク
を出力する予め設定されたｑ軸電流指令値Ｉｑ*とｄ軸電流指令値Ｉｄ*が選択されて出力
される。定速運転指令２０５が入力された場合は、鉄道車両の速度Ｖと目標速度Ｖｃｓと
の速度差に対応して予め設定されたｑ軸電流指令値Ｉｑ*とｄ軸電流指令値Ｉｄ*が選択さ
れて出力される。電動機電流指令値演算手段２０６は、永久磁石形同期電動機２１の制御
回転座標軸上での磁束方向と直交する方向の電流成分であるｑ軸電流指令値Ｉｑ*と、磁
束方向と同方向の電流成分であるｄ軸電流指令値Ｉｄ*を出力する。
【００４５】
図４は、本発明の第１の実施形態の鉄道車両駆動制御装置における、定速運転指令２０５
が入力されたときに鉄道車両駆動制御装置が定速運転モードである場合の、電動機電流指
令値演算手段２０６が出力するｑ軸電流指令値Ｉｑ*とｄ軸電流指令値Ｉｄ*と、ゲート信
号出力許可手段２０７の出力であるゲート信号出力許可信号２０８と、電力変換手段が定
速運転モードにおいて動作が継続する状態の例を示す図である。
【００４６】
まず、モードの加速モードは、（Ｖ１）へ向かい、（Ｖｃｓ）から（Ｖ２）に到達すると
、制動モードに切り替わる。制度モードに切り替わると、今度は（Ｖ２）、（Ｖｃｓ）か
ら（Ｖ１）に到達した時点で再度、加速モードに切り替わる。このようにモードは、（Ｖ
２）に到達した時点で制動モードへ、（Ｖ１）に到達時点で加速モードへの切り替えを繰
り返す。
【００４７】
ｑ軸電流指令値Ｉｑ*は、モードが加速モードのとき、（Ｖ２）に向かって逓減していく
。モードが制動モードのとき、ｑ軸電流指令値Ｉｑ*は、（Ｖ１）に向かって逓増してい
く。このようにｑ軸電流指令値Ｉｑ*は、モードの切り替えに追従して、トルクの出力を
調整する。ｄ軸電流指令値は、モードが加速モードの場合も制動モードの場合も一定の値
を保つ。電動機電流実効値は、モードが加速モードのとき、（Ｖ２）に向かって逓減して
いく。モードが制動モードのとき、電動機電流実効値は、（Ｖ１）に向かって逓減してい
く。このよう電動機電流実効値は、モードの切り替えに追従して、電動機電流の出力を調
整する。ゲート信号出力許可信号は“１”を継続し、インバータ回路２２の動作状態も“
ＯＮ”を継続する。
【００４８】
以上のように車両の定速走行は、（Ｖ１―Ｖｃｓ―Ｖ２）の速度領域内で加速モードと制
動モードの切り替えを行うことにより定速速度が維持される。
【００４９】
このような鉄道車両駆動制御装置では、従来の車両駆動用電動機の回転角検出手段自体
、及び回転角検出手段への配線の強度、耐久性、信頼性を十分に考慮しなくてはならない
のに対し、回転角検出手段を不要とし、電力変換手段から永久磁石同期電動機２１へ供給
される電流と電圧から回転子の回転方向と回転周波数及び回転角を推定する制御方法を適
用しつつ、目標速度に追従しながら加速モードと制動モードを切り替えながら鉄道車両を
定速運転することが可能な、鉄道車両駆動制御装置を実現できる。
【００５０】
また従来、必要であった永久磁石同期電動機２１を再起動するための複雑な制御システ
ムが不要となり、制御のソフトウェアソースが減少し、制御システムの簡素化が可能とな
る。
【００５１】
（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態の鉄道車両駆動制御装置について説明する。本発明の第２
の実施形態の鉄道車両駆動制御装置は、前述の本発明の第１の実施形態の鉄道車両駆動制
御装置に比較して、電動機電流指令値演算手段２０６の演算方法と出力が異なる。
【００５２】
図５は、本発明の第２の実施形態の鉄道車両駆動制御装置における、定速運転指令２０５
が入力されたときに鉄道車両駆動制御装置が定速運転モードである場合の、電動機電流指
令値演算手段２０６が出力するｑ軸電流指令値Ｉｑ*とｄ軸電流指令値Ｉｄ*と、ゲート信
号出力許可手段２０７の出力であるゲート信号出力許可信号２０８と、電力変換手段の動
作の例を示す図である。
【００５３】
加速モードにおけるｑ軸電流指令値Ｉｑ*とｄ軸電流指令値Ｉｄ*が、鉄道車両の速度Ｖ
が（Ｖｃｓ−Ｖ１）から（Ｖｃｓ＋Ｖ２）の領域において一定の値となる。また、制動モ
ードにおけるｑ軸電流指令値Ｉｑ*とｄ軸電流指令値Ｉｄ*が、鉄道車両の速度Ｖが（Ｖｃ
ｓ＋Ｖ２）から（Ｖｃｓ−Ｖ１）の領域において一定の値となる。
【００５４】
その他の構成要素と動作については、前述の本発明の第１の実施形態の鉄道車両駆動制御
装置と同様であり、同様の効果を得ることができる。
【００５５】
（第３の実施形態）
次に、本発明の第３の実施形態の鉄道車両駆動制御装置について説明する。本発明の第３
の実施形態の鉄道車両駆動制御装置は、前述の本発明の第２の実施形態の鉄道車両駆動制
御装置に比較して、電動機電流指令値演算手段２０６の演算方法と出力が異なる。
【００５６】
本発明の第３の実施形態の鉄道車両駆動制御装置における、定速運転指令２０５が入力
されたときに鉄道車両駆動制御装置が定速運転モードである場合の、電動機電流指令値演
算手段２０６が出力するｑ軸電流指令値Ｉｑ*とｄ軸電流指令値Ｉｄ*と、ゲート信号出力
許可手段２０７の出力であるゲート信号出力許可信号２０８と、電力変換手段の動作は、
前述の図５と同様であるが、以下が異なる。
【００５７】
加速モードにおけるｑ軸電流指令値Ｉｑ*とｄ軸電流指令値Ｉｄ*が、鉄道車両の速度Ｖ
が（Ｖｃｓ−Ｖ１）から（Ｖｃｓ＋Ｖ２）の領域において一定の値になるとともに、その
ときの電動機電流の振幅が電動機電流検出手段２４Ｕ〜２４Ｗの定格検出電流の１００分
の１以上となるようにｑ軸電流指令値Ｉｑ*とｄ軸電流指令値Ｉｄ*の大きさが予め設定さ
れている。
【００５８】
また、制動モードにおけるｑ軸電流指令値Ｉｑ*とｄ軸電流指令値Ｉｄ*が、鉄道車両の速
度Ｖが（Ｖｃｓ＋Ｖ２）から（Ｖｃｓ−Ｖ１）の領域において一定の値となるとともに、
そのときの電動機電流の振幅が電動機電流検出手段２４Ｕ〜２４Ｗの定格検出電流の１０
０分の１以上となるようにｑ軸電流指令値Ｉｑ*とｄ軸電流指令値Ｉｄ*の大きさが予め設
定されている。
【００５９】
これにより、インバータ制御手段２０２がおこなう永久磁石形同期電動機２１の発生トル
クを制御するための演算において、電動機電流検出手段の検出値がゼロ近傍における出力
オフセットによる誤差や、検出値がゼロ近傍における出力直線性の誤差の影響を防止する
ことができる。
【００６０】
その他の構成要素と動作については、前述の本発明の第２の実施形態の鉄道車両駆動制御
装置と同様であり、同様の効果を得ることができる。
【００６１】
（第４の実施形態）
次に、本発明の第４の実施形態の鉄道車両駆動制御装置について説明する。本発明の第４
の実施形態の鉄道車両駆動制御装置は、前述の本発明の第１の実施形態の鉄道車両駆動制
御装置に比較して、電動機電流指令値演算手段２０６の演算方法と出力が異なる。
【００６２】
図６は、本発明の第４の実施形態の鉄道車両駆動制御装置における、定速運転指令２０
５が入力されたときに鉄道車両駆動制御装置が定速運転モードである場合の、電動機電流
指令値演算手段２０６が出力するｑ軸電流指令値Ｉｑ*とｄ軸電流指令値Ｉｄ*と、ゲート
信号出力許可手段２０７の出力であるゲート信号出力許可信号２０８と、電力変換手段の
動作を示す図である。
【００６３】
加速モードにおけるｑ軸電流指令値Ｉｑ*とｄ軸電流指令値Ｉｄ*が、鉄道車両の速度Ｖ
が（Ｖｃｓ−Ｖ１）から（Ｖｃｓ＋Ｖ２）の領域においてｑ軸電流指令値Ｉｑ*はゼロと
なり、ｄ軸電流指令値Ｉｄ*は一定の値となる。これにより鉄道車両の速度Ｖが（Ｖｃｓ
−Ｖ１）から（Ｖｃｓ＋Ｖ２）の領域において永久磁石形同期電動機にはｄ軸電流のみが
流れることになり発生トルクをゼロとし、目標速度近傍において鉄道車両を惰性で走行さ
せることができる。
【００６４】
また、制動モードにおけるｑ軸電流指令値Ｉｑ*とｄ軸電流指令値Ｉｄ*が、鉄道車両の速
度Ｖが（Ｖｃｓ＋Ｖ２）から（Ｖｃｓ−Ｖ１）の領域においてｑ軸電流指令値Ｉｑ*はゼ
ロとなり、ｄ軸電流指令値Ｉｄ*は一定の値となる。これにより鉄道車両の速度Ｖが（Ｖ
ｃｓ＋Ｖ２）から（Ｖｃｓ−Ｖ１）の領域において永久磁石形同期電動機にはｄ軸電流の
みが流れることになり発生トルクをゼロとし、目標速度近傍において鉄道車両を惰性で走
行させることができる。
【００６５】
その他の構成要素と動作については、前述の本発明の第１の実施形態の鉄道車両駆動制御
装置と同様であり、同様の効果を得ることができる。
【００６６】
（第５の実施形態）
次に、本発明の第５の実施形態の鉄道車両駆動制御装置について説明する。本発明の第５
の実施形態の鉄道車両駆動制御装置は、前述の本発明の第４の実施形態の鉄道車両駆動制
御装置に比較して、電動機電流指令値演算手段２０６の演算方法と出力が異なる。
【００６７】
本発明の第５の実施形態の鉄道車両駆動制御装置における、定速運転指令２０５が入力
されたときに鉄道車両駆動制御装置が定速運転モードである場合の、電動機電流指令値演
算手段２０６が出力するｑ軸電流指令値Ｉｑ*とｄ軸電流指令値Ｉｄ*と、ゲート信号出力
許可手段２０７の出力であるゲート信号出力許可信号２０８と、電力変換手段の動作は、
前述の図６と同様であるが、以下が異なる。
【００６８】
加速モードにおけるｑ軸電流指令値Ｉｑ*とｄ軸電流指令値Ｉｄ*が、鉄道車両の速度Ｖ
が（Ｖｃｓ−Ｖ１）から（Ｖｃｓ＋Ｖ２）の領域においてｑ軸電流指令値Ｉｑ*はゼロと
なり、ｄ軸電流指令値Ｉｄ*は一定の値になるとともに、そのときの電動機電流の振幅が
電動機電流検出手段２４Ｕ〜２４Ｗの定格検出電流の１００分の１以上となるようにｄ軸
電流指令値Ｉｄ*の大きさが予め設定されている。
【００６９】
また、制動モードにおけるｑ軸電流指令値Ｉｑ*とｄ軸電流指令値Ｉｄ*が、鉄道車両の速
度Ｖが（Ｖｃｓ＋Ｖ２）から（Ｖｃｓ−Ｖ１）の領域においてｑ軸電流指令値Ｉｑ*はゼ
ロとなり、ｄ軸電流指令値Ｉｄ*は一定の値となるとともに、そのときの電動機電流の振
幅が電動機電流検出手段２４Ｕ〜２４Ｗの定格検出電流の１００分の１以上となるように
ｄ軸電流指令値Ｉｄ*の大きさが予め設定されている。
【００７０】
これにより、インバータ制御手段２０２がおこなう永久磁石形同期電動機２１の発生トル
クを制御するための演算において、電動機電流検出手段の検出値がゼロ近傍における出力
オフセットによる誤差や、検出値がゼロ近傍における出力直線性の誤差の影響を防止する
ことができる。
【００７１】
その他の構成要素と動作については、前述の本発明の第４の実施形態の鉄道車両駆動制御
装置と同様であり、同様の効果を得ることができる。
【００７２】
前述の本発明の第１から第５の実施形態の鉄道車両駆動制御装置の構成例を示した図１で
は、永久磁石形同期電動機とインバータ回路である電力変換手段をそれぞれ１台ずつ備え
た構成例としているが、１台の鉄道車両駆動制御装置が複数の永久磁石形同期電動機を駆
動制御する場合には、複数の永久磁石形同期電動機と、これに対応する複数の電力変換手
段を備えることになる。これは、永久磁石形同期電動機と電力変換手段と電動機電流検出
手段の組み合わせの数が増加したのみで、本発明の実施形態における各構成要素の動作は
同様であり、同様の効果を得ることができる。
【００７３】
また、本発明の第１の実施形態から第５の実施形態の鉄道車両駆動制御装置では、それぞ
れの実施形態を示した図におけるインバータ回路である電力変換手段２２ついて、２レベ
ル回路で構成した例で示したが、例えばインバータ回路である電力変換手段２２を中性点
クランプ形の３レベル回路で構成した場合においても本発明の効果を同様に得ることがで
きる。つまり、本発明の実施形態として示した図におけるインバータ回路である電力変換
手段２２は、直流電圧を任意の大きさの電圧と任意の周波数の交流電圧に変換するインバ
ータ回路であれば、その内部回路の構成によらず適用可能であり、同様の効果を得ること
ができる。
【００７４】
前述の本発明の第１の実施形態から第５の実施形態の鉄道車両駆動制御装置では、架線１
が直流架線（直流電源）の場合を例として記載しているが、架線１が交流架線（交流電源
）の場合には、集電器２と平滑コンデンサ１１との間に、交流電源を任意の電圧の直流電
圧に変換してインバータ回路に供給するための、コンバータ回路を設置することになる。
【００７５】
また、前述の本発明の第１の実施形態から第５の実施形態の鉄道車両駆動制御装置では、
鉄道車両駆動制御装置の電源が架線の場合を例として記載しているが、電源が電池の場合
には、架線１と集電器２と帰線９の代わりに、電源である電池を接続することになる。ま
た、電源が発電機の場合には、架線１と集電器２と帰線９の代わりに、電源である発電機
を接続することになり、さらに発電機の出力が交流電圧である場合は、交流電圧を直流電
圧に変換する整流回路やコンバータ回路を設けることになる。
【符号の説明】
【００７６】
１  直流電源（架線）
２  集電器
３  直流回路遮断器
４  直流回路開閉器
５  充電用開閉器
６  充電回路抵抗器
７  平滑リアクトル
８  車輪
９  レール（帰線）
１０  電源電圧検出手段
１１  平滑コンデンサ
１２  直流電圧検出手段
２１  永久磁石形同期電動機
２２  電力変換手段（インバータ回路）
２３Ｕ〜２３Ｚ  電力変換手段（インバータ回路）のスイッチング素子
２４Ｕ〜２４Ｗ  電動機電流検出手段
２５  回転角検出手段
１１０  電源電圧検出手段の出力信号
１１２  直流電圧検出手段の出力信号
１２３Ｕ〜１２３Ｚ  電力変換手段ゲート信号
１２４Ｕ〜１２４Ｗ  電動機電流検出手段の出力信号
１２５  回転角検出手段の出力信号
２０１  制御手段
２０２  インバータ制御手段
２０３  加速運転指令
２０４  ブレーキ運転指令
２０５  定速運転指令
２０６  電動機電流指令値演算手段
２０７  ゲート信号出力許可手段
２０８  ゲート信号出力許可信号
２０９  回転周波数演算手段
２１０  速度演算手段
２１１  目標速度設定手段
２１２  接触器制御手段
２１３  直流回路遮断器投入指令信号
２１４  直流回路開閉器投入指令信号
２１５  充電用開閉器投入指令信号
３００  制御部
３０３  直流回路遮断器アンサ
３０４  直流回路開閉器アンサ
３０５  ＯＲ論理手段
３０６  ＡＮＤ論理手段
【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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