(57)【要約】【課題】永久磁石同期電動機におけるベクトル制御の場合、制御演算器において回転子位置角に応じた座標変換などの処理を行う必要があるため、回転子位置検出器から前記制御演算器までの配線が必要となる。しかし、部品数の増加はコストや設置空間を増大し、信頼性や保守性を低下させる要因である。また、永久磁石同期電動機におけるセンサレス制御では、停止時および低速域の、誘導起電力によるセンサレス制御が困難であるため、出力電流に高調波を重畳しインダクタンス値の変化により回転子を検出する必要がある。しかし、高調波を重畳することにより騒音が発生する課題がある。【解決手段】外部の電力設備からパンタグラフなどを通し給電され駆動する、複数の永久磁石同期電動機により構成される鉄道車両および編成において、前記永久磁石同期電動機の１部をセンサレス制御にて駆動することを特徴とする鉄道車両システム。【選択図】図１
2008220105.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外部の電力設備からパンタグラフなどを通し給電され駆動する、複数の永久磁石同期電動機により構成される鉄道車両および編成において、該永久磁石同期電動機の一部をセンサレス制御にて駆動することを特徴とする鉄道車両システム。
【請求項２】
前記請求項１のシステムにおいて、前記永久磁石同期電動機の一部を誘導起電力の十分発生する中高速域においてのみ、センサレス制御を行うことを特徴とする鉄道車両システム。
【請求項３】
外部の電力設備からパンタグラフなどを通し給電され駆動する、永久磁石同期電動機を含む複数の異なる電動機により構成される鉄道車両および編成において、該永久磁石同期電動機の一部または全てを、センサレス制御にて駆動することを特徴とする鉄道車両システム。
【請求項４】
前記請求項３のシステムにおいて、センサレス制御にて駆動する前記永久磁石同期電動機の一部または全てを、誘導起電力の十分発生する中高速域においてのみ、センサレス制御を行うことを特徴とする鉄道車両システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の電動機により構成される鉄道車両および編成に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、鉄道車両は駆動用電動機として誘導電動機が広く普及しているが、近年、より高効率な永久磁石同期電動機が注目され、実用化されるようになってきた。また、永久磁石同期電動機はより小形、軽量、高トルク出力であるため、部品点数の削減、保守性の向上、歯車装置などの騒音問題を解決する車輪と一体化した直接駆動方式用の電動機への導入も検討されている。
【特許文献１】特開平１０−１４２７３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
永久磁石同期電動機においてベクトル制御を行う場合、制御演算器において回転子位置角に応じた座標変換などの処理を行う必要があるため、回転子位置を検出するための回転子位置検出器および、前記回転子位置検出器から前記制御演算器までの配線が必要となる。しかし、部品数の増加はコストや設置空間を増大し、信頼性や保守性を低下させる要因である。
【０００４】
また、永久磁石同期電動機において提案されているセンサレス制御では、停止時および低速域において、誘導起電力によるセンサレス制御が困難であるため、出力電流に高調波を重畳しインダクタンス値の変化により回転子を検出する必要がある。しかし、高調波を重畳することにより騒音が発生する課題がある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決するために、請求項１に記載した発明は、外部の電力設備からパンタグラフなどを通し給電され駆動する、複数の永久磁石同期電動機により構成される鉄道車両および編成において、前記永久磁石同期電動機の１部をセンサレス制御にて駆動することを特徴とする。
【０００６】
請求項２に記載した発明は、前記請求項１のシステムにおいて、前記永久磁石同期電動機の１部を誘導起電力の十分発生する中高速域においてのみ、センサレス制御を行うことを特徴とする。
【０００７】
請求項３に記載した発明は、外部の電力設備からパンタグラフなどを通し給電され駆動する、永久磁石同期電動機を含む複数の異なる電動機により構成される鉄道車両および編成において、前記永久磁石同期電動機の１部または全てを、センサレス制御にて駆動することを特徴とする。
【０００８】
請求項４に記載した発明は、前記請求項３のシステムにおいて、センサレス制御にて駆動する前記永久磁石同期電動機の１部または全てを、誘導起電力の十分発生する中高速域においてのみ、センサレス制御を行うことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
請求項１に記載した発明によれば、複数の永久磁石同期電動機により駆動する鉄道車両また編成において、前記永久磁石同期電動機の１部を回転子位置角検出器が不要なセンサレス制御とすることで、センサレス制御を行う前記永久磁石同期電動機の回転子位置検出器とそれに伴う配線が不要となる。それにより、使用部品数の減少による車両システム全体として信頼性および保守性の向上の効果がある。
【００１０】
請求項２に記載した発明によれば、請求項１の車両システムの永久磁石同期電動機の１部を、誘導起電力の十分発生する中高速域においてのみセンサレス制御で駆動することで、請求項１に記載した効果に加え、停止時および低速域におけるセンサレス制御時に発生する騒音を低減する効果がある。
【００１１】
請求項３に記載した発明によれば、永久磁石同期電動機を含む複数の異なる電動機により構成される鉄道車両および編成において、前記永久磁石同期電動機の１部または全てを、回転子位置検出器が不要なセンサレス制御とすることで、センサレス制御を行う前記永久磁石同期電動機の回転子位置検出器とそれに伴う配線が不要となる。それにより、使用部品数の減少による車両システム全体として信頼性および保守性の向上の効果がある。
【００１２】
請求項４に記載した発明によれば、請求項３の車両システムのセンサレス制御にて駆動する永久磁石同期電動機の１部または全てを、誘導起電力の十分発生する中高速域においてのみセンサレス制御で駆動することで、請求項３に記載した効果に加え、停止時および低速域におけるセンサレス制御時に発生する騒音を低減する効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
１車両以上の任意の車両数ｎにて構成される編成で、電動機を複数搭載している鉄道車両システムにおいて、搭載する電動機を永久磁石同期電動機のみ、または誘導機などの電動機と永久磁石同期電動機とし、永久磁石同期電動機をそれぞれ異なる制御方式で駆動する。
【００１４】
以下の実施例の説明において、１は車輪（回転子位置検出器付き永久磁石同期電動機により駆動される車輪）を図示するもので、以後単に車輪１とする。２は車輪（全域センサレス制御の永久磁石同期電動機により駆動される車輪）を図示するもので、以後単に車輪２とする。３は車輪（中高速域でセンサレス制御の永久磁石同期電動機により駆動される車輪）を図示するもので、以後単に車輪３とする。４は車輪（誘導電動機などの電動機により駆動される車輪）を図示するもので、以後単に車輪４とする。
【実施例１】
【００１５】
請求項１の発明の実施形態を図１に基づいて説明する。対象となる鉄道車両システムは、図１に示されるような回転子位置検出器により回転子位置情報を得ることで制御する永久磁石同期電動機（車輪１）と、停止時から高速域までの全域センサレス制御する永久磁石同期電動機（車輪２）の２機以上を電動機として搭載している車両システムである。
【００１６】
ここで、前記永久磁石同期電動機（車輪２）は停止時から高速域までの全域センサレス制御を行うため、前記永久磁石同期電動機（車輪２）の回転子位置検出器および配線が不要となり、車両システム全体として信頼性および保守性が向上する。
【００１７】
このとき、回転子位置検出器により回転子位置情報を得ることで制御する前記永久磁石同期電動機（車輪１）と、停止時から高速域までの全域センサレス制御をおこなう前記永久磁石同期電動機（車輪２）の搭載数は、車両システムの保守性や騒音などから決定する。
【実施例２】
【００１８】
請求項２の発明の実施形態を図２に基づいて説明する。対象となる鉄道車両システムは、図２に示されるような回転子位置検出器により回転子位置情報を得ることで制御する永久磁石同期電動機（車輪１）と、停止時から高速域までの全域センサレス制御される永久磁石同期電動機（車輪２）と、誘導起電力によるセンサレス制御が可能な中高速域のみセンサレス制御する永久磁石同期電動機（車輪３）の３機以上を電動機として搭載している車両システム。
【００１９】
または、図２における回転子位置検出器により回転子位置情報を得ることで制御する永久磁石同期電動機（車輪１）が搭載されず、停止時から高速域までの全域センサレス制御される永久磁石同期電動機（車輪２）と、誘導起電力によるセンサレス制御が可能な中高速域のみセンサレス制御する永久磁石同期電動機（車輪３）の２機以上を電動機として搭載している車両システム。
【００２０】
または、図２における停止時から高速域までの全域センサレス制御される永久磁石同期電動機（車輪２）が搭載されず、回転子位置検出器により回転子位置情報を得ることで制御する永久磁石同期電動機（車輪１）と、誘導起電力によるセンサレス制御が可能な中高速域のみセンサレス制御する永久磁石同期電動機（車輪３）の２機以上を電動機として搭載している車両システムである。
【００２１】
つまり、請求項１の車両システムにおいて、永久磁石同期電動機の１部が誘導起電力によるセンサレス制御が可能な中高速域のみ、センサレス制御にて駆動する車両システムである。
【００２２】
誘導起電力によるセンサレス制御が可能な中高速域のみセンサレス制御にて駆動する前記永久磁石同期電動機（車輪３）は、停止時および低速域では前記永久磁石同期電動機（車輪１）および、前記永久磁石同期電動機（車輪２）による駆動により車両が走行することで前記永久磁石同期電動機（車輪３）が連結された車輪が回転し、前記永久磁石同期電動機（車輪３）の回転子が回転することで発生する誘導起電力を監視し、センサレス制御に十分な誘導起電力を検知した場合、センサレス制御を開始する。また、中高速域から減速しセンサレス制御に十分な誘導起電力が得られなくなった場合、速やかにセンサレス制御を停止する。
【００２３】
停止時および低速域においてセンサレス制御を行う場合、出力電流に高周波を重畳しインダクタンス値の変化により回転子位置を検出する必要がある。しかし、高調波を重畳することにより騒音が発生する。
【００２４】
そこで、停止時および低速域における騒音を低減するため、停止時および低速域でのセンサレス制御を行う前記永久磁石同期電動機（車輪２）の搭載数を減らすことで、車両システムとしての騒音を低減する。
【００２５】
このとき、それぞれ異なる制御の前記永久磁石同期電動機（車輪１〜３）の搭載数は、車両システムに必要なトルク、保守性、騒音などから決定する。
【実施例３】
【００２６】
請求項３の発明の実施形態を図３に基づいて説明する。対象となる鉄道車両システムは、図３に示されるような回転子位置検出器により回転子位置情報を得ることで制御する永久磁石同期電動機（車輪１）と、停止時から高速域までの全域センサレス制御する永久磁石同期電動機（車輪２）と、誘導電動機などの電動機（車輪４）の３機以上を電動機として搭載している車両システム。
【００２７】
または、図３における回転子位置検出器により回転子位置情報を得ることで制御する永久磁石同期電動機（車輪１）が搭載されず、停止時から高速域までの全域センサレス制御する永久磁石同期電動機２と、誘導電動機などの電動機（車輪４）の２機以上を電動機として搭載している車両システムである。
【００２８】
ここで、前記永久磁石同期電動機（車輪２）は停止時から高速域までの全域センサレス制御を行うため、前記永久磁石同期電動機（車輪２）の回転子位置検出器および配線が不要となり、車両システム全体として信頼性および保守性が向上する。
【００２９】
このとき、回転子位置検出器により回転子位置情報を得ることで制御する前記永久磁石同期電動機（車輪１）と、停止時から高速域までの全域センサレス制御をおこなう前記永久磁石同期電動機（車輪２）と、誘導電動機などの電動機（車輪４）の搭載数は、車両システムの保守性や騒音などから決定する。
【実施例４】
【００３０】
請求項４の発明の実施形態を図４に基づいて説明する。対象となる鉄道車両システムは、図４に示されるような回転子位置検出器により回転子位置情報を得ることで制御する永久磁石同期電動機（車輪１）と、停止時から高速域までの全域センサレス制御する永久磁石同期電動機（車輪２）２と、誘導起電力によるセンサレス制御が可能な中高速域のみセンサレス制御する永久磁石同期電動機（車輪３）と、誘導電動機などの電動機（車輪４）の４機以上を電動機として搭載している車両システム。
【００３１】
または、図４における回転子位置検出器により回転子位置情報を得ることで制御する永久磁石同期電動機（車輪１）が搭載されず、停止時から高速域までの全域センサレス制御する永久磁石同期電動機（車輪２）と、誘導起電力によるセンサレス制御が可能な中高速域のみセンサレス制御する永久磁石同期電動機（車輪３）と、誘導電動機などの電動機（車輪４）の３機以上を電動機として搭載している車両システム。
【００３２】
または、図４における停止時から高速域までの全域センサレス制御する永久磁石同期電動機２が搭載されず、回転子位置検出器により回転子位置情報を得ることで制御する永久磁石同期電動機（車輪１）と、誘導起電力によるセンサレス制御が可能な中高速域のみセンサレス制御する永久磁石同期電動機（車輪３）と、誘導電動機などの電動機（車輪４）の３機以上を電動機として搭載している車両システム。
【００３３】
または、図４における回転子位置検出器により回転子位置情報を得ることで制御する永久磁石同期電動機（車輪１）と、停止時から高速域までの全域センサレス制御する永久磁石同期電動機（車輪２）が搭載されず、誘導起電力によるセンサレス制御が可能な中高速域のみセンサレス制御する永久磁石同期電動機（車輪３）と、誘導電動機などの電動機（車輪４）の２機以上を電動機として搭載している車両システムである。
【００３４】
つまり、請求項３の車両システムにおいて、永久磁石同期電動機の１部または全てが誘導起電力によるセンサレス制御が可能な中高速域のみセンサレス制御にて駆動する車両システムである。
【００３５】
誘導起電力によるセンサレス制御が可能な中高速域のみセンサレス制御にて駆動する前記永久磁石同期電動機（車輪３）は、停止時および低速域では前記永久磁石同期電動機（車輪１）および、前記永久磁石同期電動機（車輪２）および、誘導電動機などの前記電動機（車輪４）による駆動により車両が走行することで前記永久磁石同期電動機（車輪３）が連結された車輪が回転し、前記永久磁石同期電動機（車輪３）の回転子が回転することで発生する誘導起電力を監視し、センサレス制御に十分な誘導起電力を検知した場合、センサレス制御を開始する。また、中高速域から減速しセンサレス制御に十分な誘導起電力が得られなくなった場合、速やかにセンサレス制御を停止する。
【００３６】
停止時および低速域においてセンサレス制御を行う場合、出力電流に高周波を重畳しインダクタンス値の変化により回転子位置を検出する必要がある。しかし、高調波を重畳することにより騒音が発生する。
【００３７】
そこで、停止時および低速域における騒音を低減するため、停止時および低速域でのセンサレス制御を行う前記永久磁石同期電動機（車輪２）の搭載数を減らすことで、車両システムとしての騒音を低減する。
【００３８】
このとき、それぞれ異なる制御の前記永久磁石同期電動機（車輪１〜３）および、誘導電動機などの電動機（車輪４）の搭載数は、車両システムに必要なトルク、保守性、騒音などから決定する。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】請求項１の車両システムの実施例を示した説明図である。
【図２】請求項２の車両システムの実施例を示した説明図である。
【図３】請求項３の車両システムの実施例を示した説明図である。
【図４】請求項４の車両システムの実施例を示した説明図である。
【符号の説明】
【００４０】
１    車輪（回転子位置検出器付き永久磁石同期電動機により駆動される車輪）
２    車輪（全域センサレス制御の永久磁石同期電動機により駆動される車輪）
３    車輪（中高速域でセンサレス制御の永久磁石同期電動機により駆動される車輪）
４    車輪（誘導電動機などの電動機により駆動される車輪）
【図１】
2008220105.tif 000003
【図２】
2008220105.tif 000004
【図３】
2008220105.tif 000005
【図４】
2008220105.tif 000006