(57)【要約】【課題】    電動機の故障ならびに制御装置自体の故障を確実に判定し、装置の信頼性を上げるために有利な電気車制御装置を提供する。【解決手段】インバータ１０は電力を直流から交流に変換する。永久磁石同期電動機１２はインバータ１０から供給される交流電力により駆動される。電圧センサ３６は永久磁石同期電動機１２の電動機電圧Ｖｕを検出する。故障判定手段２３は電動機電圧Ｖｕを元に電動機１２に関する故障判定を行う。例えば故障判定手段は、電圧センサ３６にて検出された電動機電圧Ｖｕから電気車速度Ｖｍｏｔを演算し、制御装置外部から得られた電気車速度Ｖ＿ＭＯＮと前記演算した電気車速度Ｖｍｏｔとの差が、基準速度差より大きい場合、故障判定信号を出力する。【選択図】    図１Ａ
2008043069.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電力を直流から交流に変換するインバータと、
前記インバータから供給される交流電力により駆動される永久磁石同期電動機と、
前記永久磁石同期電動機の電動機電圧を検出する電圧センサと、
前記電動機電圧を元に前記電動機の故障判定を行う故障判定手段を備えたことを特徴とする電気車制御装置。
【請求項２】
前記故障判定手段は、前記電圧センサにて検出された電動機電圧から電気車速度を演算する速度演算手段を備え、
前記制御装置の外部から得られた電気車速度と前記演算した電気車速度との差が、基準速度差より大きい場合、故障判定信号を出力することを特徴とする請求項１に記載の電気車制御装置。
【請求項３】
前記基準速度差は、前記制御装置の外部から得られた電気車速度の増加に応じて増加する値であることを特徴とする請求項２に記載の電気車制御装置。
【請求項４】
前記故障判定手段は、前記電圧センサにて検出された電動機電圧から電動機回転周波数を演算する電動機周波数演算手段と、前記インバータに対する３相電圧指令を含む信号から、前記電動機の回転周波数を推定する周波数推定手段とを備え、
前記電動機周波数演算手段にて演算した電動機回転周波数と、前記周波数推定手段にて推定した電動機回転周波数との差が、基準周波数差より大きい場合、故障判定信号を出力することを特徴とする請求項１に記載の電気車制御装置。
【請求項５】
前記故障判定手段は、前記電圧センサにて検出された電動機電圧から電動機回転周波数を演算する電動機周波数演算手段と、前記インバータに対する３相電圧指令を含む信号から、前記電動機の回転周波数を推定する周波数推定手段と、前記制御装置の外部から得られた電気車速度から前記電動機の回転周波数を算出する算出手段とを備え、
前記算出手段にて算出した電動機回転周波数と前記電動機周波数演算手段にて演算した電動機回転周波数との差、または前記算出手段にて算出した電動機回転周波数と前記周波数推定手段にて推定された電動機回転周波数との差が、基準周波数差より大きい場合、前記故障判定信号を出力することを特徴とする請求項１に記載の電気車制御装置。
【請求項６】
前記基準周波数差は、前記制御装置の外部から得られた電気車速度の増加に応じて増加する値であることを特徴とする請求項５に記載の電気車制御装置。
【請求項７】
前記故障判定手段は、前記電圧センサにて検出された電動機電圧から電動機回転周波数を演算する電動機周波数演算手段と、前記電動機回転周波数から、前記電動機の無負荷誘起電圧を演算する無負荷誘起電圧演算手段とを備え、
前記インバータの非動作時に、前記無負荷誘起電圧演算手段にて演算された前記無負荷誘起電圧と、前記電圧センサから得られる前記電動機電圧との差が、基準電圧差より大きい場合、前記故障判定信号を出力することを特徴とする請求項１に記載の電気車制御装置。
【請求項８】
前記インバータと前記電動機との間を開放／接続する開放用接触器を更に備え、
前記故障判定手段は、故障を判定した場合に、前記開放用接触器を開放することを特徴とする請求項１乃至７のうち１項に記載の電気車制御装置。
【請求項９】
前記インバータと架線側との間を接続／開放する断流器を更に備え、
前記故障判定手段は、故障を判定した場合に前記断流器を開放することを特徴とする請求項１乃至７のうち１項に記載の電気車制御装置。
【請求項１０】
請求項６に記載の電気車制御装置において、
前記インバータと架線側との間を接続／開放する断流器を更に備え、
前記故障判定手段は、故障を判定した場合に前記開放用接触器及び前記断流器を開放することを特徴とする請求項８に記載の電気車制御装置。
【請求項１１】
前記故障判定手段は、前記電圧センサにて検出された電動機電圧から電動機回転周波数を演算する電動機周波数演算手段と、前記電動機電圧の実効値と前記電動機電圧の周波数との関係を電動機温度ごとに示すテーブルデータを有し、前記電動機周波数演算手段にて演算された前記電動機回転周波数から、前記電動機の温度を前記テーブルデータを参照して推定する温度推定手段とを備え、
前記インバータの非動作時に、前記温度推定手段にて推定された前記電動機の温度が基準温度より高い場合、故障判定信号を出力することを特徴とする請求項１に記載の電気車制御装置。
【請求項１２】
前記電圧センサは前記開放用接触器と前記永久磁石同期電動機との間に取り付けらていることを特徴とする請求項１乃至１１のうち１項に記載の電気車制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、永久磁石同期電動機をセンサレスでインバータにより駆動する装置に関し、特に装置内部で発生した故障を判定する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
永久磁石同期電動機の出力トルクを制御する場合、電動機回転子位置に基づいて電流を流し込むために回転子位置センサを取り付ける必要があった。しかしながら、回転子位置センサは比較的体積が大きいために配置上の制約があること、センサ出力を制御装置まで伝送するための制御伝送線の引き回しの煩わしさがあること、更に断線などの故障要因の増加があること、などの問題点がある。
【０００３】
これに対して、永久磁石同期電動機では、永久磁石磁束に起因して回転中に発生する電動機逆起電圧を検出することで間接的に回転子位置を知ることができ、それに基づいて高速高精度なトルク制御を行う、いわゆるセンサレスベクトル制御が既に実用に供され始めている。 
センサレスベクトル制御においては、電動機に印加したインバータ電圧指令と、電動機に流れた電流検出値とから電動機逆起電圧を推定演算するのが一般的である。しかしながら、インバータ動作開始前には、電動機の回転子位置を知ることが出来ず、特に電動機が高速に回転して逆起電圧振幅が高いときには、インバータ再起動時に、電流制御不安定による、望まざるトルク発生や、最悪の場合には過電流保護動作により、再起動できなくなる場合もあった。
【０００４】
このため特許文献１では、インバータが非動作時に電動機逆起電圧を検出することが出来る電圧センサを取付け、電圧センサの検出値をもとに回転子位置、回転周波数を推定した結果に基づいてインバータを再起動することで、スムーズな再起動を行う方法について記載している。
【特許文献１】特開２００５−６５４１０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記特許文献１では、電圧センサの故障が何ら想定されていない。電圧センサが故障すると、スムーズなインバータの再起動が困難となる。また、電車（以下電気車と記載する）に使用されている電動機を制御する従来の電気車制御装置では、電動機の故障ならびに制御装置自体の故障を確実に判定することが困難である。
【０００６】
従って本発明は、電動機の故障ならびに制御装置自体の故障を確実に判定し、装置の信頼性を上げるために有利な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】
本発明は、永久磁石同期電動機を駆動制御する装置において、電動機の端子電圧を検出する電圧センサから得た情報を元に電動機に関する故障判定を行う。
【０００８】
すなわち本発明による電気車制御装置は、電力を直流から交流に変換するインバータと、前記インバータから供給される交流電力により駆動される永久磁石同期電動機と、前記永久磁石同期電動機の電動機電圧を検出する電圧センサと、前記電動機電圧を元に前記電動機の故障判定を行う故障判定手段を備える。
【発明の効果】
【０００９】
電動機の故障ならびに制御装置自体の故障を確実に判定し、装置の信頼性を上げるために有利な電気車制御装置を提供することでき、よって電動機過温度といった故障が発生する前に、早期に保護停止させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
【００１１】
［第１実施例]
本発明による電気車制御装置１００の第１実施例の構成を図１Ａの制御ブロック図を用いて説明する。
【００１２】
図１Ａにおいて、点線部２０が制御ブロック全体を示す。制御ブロック２０において、２１はトルクパターン生成部、２３は故障判定手段、２４はＡＮＤ論理ゲート、２６はベクトル制御部、２８はゲートスタート・ストップ制御部、２９はＰＷＭゲートパルス生成ゲートロジック部、３７は電動機速度演算部である。また、９はフィルタコンデンサ、１０はインバータ、３０は電流センサ、１１は開放接触器、３６は電圧センサ、１２は永久磁石同期電動機である。次に、本実施例による作用について説明する。
【００１３】
（作用）
トルクパターン生成部２１は、運転指令、応荷重指令、ブレーキ力指令を入力として、トルク指令ＴｒｑＲｅｆを出力する。運転指令はハイまたはローの信号で、操縦レバーがニュートラルポジションのときロー、他のポジションのときハイの信号である。応荷重指令は乗客の総重量の増加に応じて大きくなる値であって、電気車制御装置外部のセンサにより算出された値である。
【００１４】
ベクトル制御部２６は、トルク指令ＴｒｑＲｅｆ、電流センサ３０により検出した電動機電流Ｉｕ、Ｉｗ、およびフィルタコンデンサ電圧ＥＦＣを入力としてインバータ１０の３相電圧指令ＶｕＲｅｆ、ＶｖＲｅｆ、ＶｗＲｅｆを出力する。ＰＷＭゲートパルス生成・ゲートロジック部２９は、ベクトル制御部２６から出力される３相電圧指令ＶｕＲｅｆ、ＶｖＲｅｆ、ＶｗＲｅｆ、およびゲートスタート・ストップ制御部２８から出力されるゲートスタート・ストップ信号ＧＳＴを入力とし、ゲートスタート・ストップ信号ＧＳＴの有無によりＧＳＴ＝“Ｈ（ハイレベル信号）”の時は３相電圧指令をパルス幅変調（Pulse Width Modulation）により変調し、インバータ１０へ３相ゲート信号ＶｕＩＮＶ、ＶｖＩＮＶ、ＶｗＩＮＶを出力する。また、ＧＳＴ＝“Ｌ（ローレベル信号）”の時はゲートストップとして３相ゲート信号ＶｕＩＮＶ、ＶｖＩＮＶ、ＶｗＩＮＶを出力せず、インバータ１０をオフする。
【００１５】
インバータ１０は、入力された直流電力を、３相電圧指令ＶｕＲｅｆ、ＶｖＲｅｆ、ＶｗＲｅｆに基づいて、パルス幅制御された可変電圧・可変周波数の３相の交流電圧Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗに変換する。この交流電圧は、通常は閉じている開放用接触器１１を通して、永久磁石同期電動機１２の固定子巻線に印加されて回転磁界を発生させる。
【００１６】
電動機速度演算部３７は、開放用接触器１１と永久磁石同期電動機１２とに接続された電圧センサ３６からのＵＶ間電圧信号Ｖｕｖを入力として電動機速度Ｖｍｏｔを出力する。電動機速度演算部３７は、図１Ｂに示すような電圧センサ３６からのＵＶ間電圧信号Ｖｕｖのゼロクロスタイミングｔ１、ｔ２、ｔ３…を検出してＵＶ間電圧信号Ｖｕｖの半周期Ｔ／２を求め、該半周期から信号Ｖｕｖの周波数ωｍｏｔを電動機回転周波数として次式のように演算する。
【００１７】
ωｍｏｔ＝１／Ｔ
電動機速度演算部３７は、周波数ωｍｏｔから次式のように電動機速度Ｖｍｏｔを求める。
【００１８】
Ｖｍｏｔ＝ωｍｏｔ×α
ここでαは、車輪径、駆動系のギヤ比等から決まる一定値である。
【００１９】
故障判定手段２３は、モニタ装置やＡＴＣ装置、ＡＴＯ装置（図示しない）などの電気車制御装置の外部にある装置から伝送線４２により伝送される車輌速度Ｖ＿ＭＯＮおよび電動機速度演算部の出力である電動機速度Ｖｍｏｔから故障を判定する。車輌速度Ｖ＿ＭＯＮは、実際の車輌速度を示し、例えば運転室の速度計に表示される速度である。
【００２０】
故障判定手段２３は、車輌速度Ｖ＿ＭＯＮと電動機速度Ｖｍｏｔを比較し、
｜Ｖ＿ＭＯＮ−Ｖｍｏｔ｜＞基準速度差
である場合、故障と判定し、ＡＮＤ論理ゲート２４へ“Ｌ”を出力する。
【００２１】
｜Ｖ＿ＭＯＮ−Ｖｍｏｔ｜≦基準速度差
である場合、正常と判定し、ＡＮＤ論理ゲート２４へ“Ｈ”を出力する。
【００２２】
運転指令信号は、運転指令ありの場合に例えば“Ｈ”、なしの場合に“Ｌ”としてＡＮＤ論理ゲート２４へ入力される。ＡＮＤ論理ゲート２４は、運転指令信号と故障判定手段の判定出力を入力し、運転指令あり（“Ｈ”）、かつ故障判定手段の出力が正常（“Ｈ”）の時のみ、例えば“Ｈ”をゲートスタート・ストップ制御部２８に出力し、運転指令あり（“Ｈ”）でも故障判定手段の出力が故障（“Ｌ”）の時は、“Ｌ”をゲートスタート・ストップ制御部２８に出力する。
【００２３】
ゲートスタート・ストップ制御部２８には、ＡＮＤ論理ゲート２４の出力信号及び電動機過電流検知信号などの他の警告信号が入力されている。ゲートスタート・ストップ制御部２８は、ＡＮＤ論理ゲート２４の出力信号が“Ｈ”及び他の警告信号が“Ｈ”（正常）の場合にゲートスタート・ストップ信号ＧＳＴ＝“Ｈ”をＰＷＭゲートパルス生成・ゲートロジック部２９へ出力する。ゲートスタート・ストップ制御部２８は、ＡＮＤ論理ゲート２４の出力信号または他の警告信号が“Ｌ”の場合にＧＳＴ＝“Ｌ”をＰＷＭゲートパルス生成・ゲートロジック部２９へ出力する。
【００２４】
このように、運転指令があっても、車輌速度Ｖ＿ＭＯＮと電動機速度Ｖｍｏｔの差が、基準速度差より大きい場合は故障と判定され、ＰＷＭゲートパルス生成・ゲートロジック部２９は、３相ゲート信号ＶｕＩＮＶ、ＶｖＩＮＶ、ＶｗＩＮＶの出力を停止し、インバータ１０をオフする。
【００２５】
尚、電動機速度演算部３７は、電圧センサ３６より得られた電動機電圧Ｖｕｖ（ＵＶ間電圧）により計算した電動機速度Ｖｍｏｔを求めているが、電圧センサ３６で得られる電動機電圧として、Ｖｖｗ（ＶＷ間電圧）もしくはＶｗｕ（ＷＵ間電圧）を用いても良い。
【００２６】
また、基準速度差は、車輌速度Ｖ＿ＭＯＮの増加に応じて大きくなる値を用いてもよい。図１Ｃは、このように基準速度差として車輌速度Ｖ＿ＭＯＮの増加に応じて大きくなる値を採用し、更に故障と判断された状態が所定時間継続した場合に故障を判定する故障判定手段２３の実施例の構成を示すブロック図である。減算器１０１は、車輌速度Ｖ＿ＭＯＮと電動機速度Ｖｍｏｔの差分Ｖｄを演算する。絶対値回路１０２は差分Ｖｄから差分絶対値Ｖａｄを求める。
【００２７】
Ｖａｄ＝｜Ｖ＿ＭＯＮ−Ｖｍｏｔ｜
基準速度差生成部１０４は、車輌速度Ｖ＿ＭＯＮに応じて変化する基準速度差ΔＶｒｅｆを出力する。図１Ｄは、車輌速度Ｖ＿ＭＯＮと基準速度差ΔＶｒｅｆの関係を示すグラフである。基準速度差ΔＶｒｅｆは、例えば車輌速度Ｖ＿ＭＯＮの５％の値である。
【００２８】
比較器１０３は、差分絶対値Ｖａｄと基準速度差ΔＶｒｅｆとを比較し、比較結果Ｖｃｄを出力する。比較器１０３は、差分絶対値Ｖａｄが基準速度差ΔＶｒｅｆより大きい場合（Ｖａｄ＞ΔＶｒｅｆ）、比較結果Ｖｃｄとして例えば“Ｌ”を出力する。また比較器１０３は、差分絶対値Ｖａｄが基準速度差ΔＶｒｅｆ以下の場合（Ｖａｄ≦ΔＶｒｅｆ）、比較結果Ｖｃｄとして“Ｈ”を出力する。
【００２９】
遅延回路１０５は比較結果Ｖｃｄの”Ｌ”が所定時間継続したとき故障と判定し、判定結果として例えば“Ｌ”を出力する。それ以外の場合、すなわち比較結果Ｖｃｄが”Ｈ”のとき、あるいは比較結果Ｖｃｄとして所定時間より短い“Ｌ”が入力されているとき、遅延回路１０５は正常と判定して“Ｈ”を出力する。これ以降の動作は上記実施例と同様である。
【００３０】
（効果）
本実施形態では、制御装置の外部から得られた電気車速度と電動機電圧より演算した電動機速度Ｖｍｏｔを比較し、その差が過大となった場合、故障判定を出力するため、電圧センサ３０の故障を確実に判定することが可能となり、早期に保護停止させることができる。すなわち、装置の信頼性を上げることができる。また、電圧センサを開放用接触器と永久磁石同期電動機との間に取り付けることにより、故障・保護動作により開放用接触器を開放した状態においても、制御装置の外部から得られた電気車速度と電動機電圧より演算した電動機速度を常に比較し、その差が過大となった場合、電圧センサの故障を検知できるため、信頼性の向上といった利点も得られる。
【００３１】
また、本実施形態では、制御装置の外部から得られた電気車速度を正しい電気車速度（基準とする電気車速度）とし、電動機電圧より演算した電動機速度との差が過大となった場合、電圧センサの故障としたが、電動機電圧より演算した電動機速度を正しい電気車速度（基準とする電気車速度）とし、制御装置の外部から得られた電気車速度との差が過大となった場合、制御装置外部の電気車速度の異常として、故障を判定するようにしてもよい。
【００３２】
[第２実施例]
本発明による電気車制御装置１００の第２実施例の構成を図２の制御ブロック図を用いて説明する。
【００３３】
図１と同一要素には同一符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる部分についてのみ述べる。すなわち、本実施の形態の制御ブロックは、図２に示すように、図１Ａの電動機速度演算部３７と伝送線４２に代えて、電動機周波数演算部３８と推定周波数演算部３９を付加し、電動機周波数演算部３８の出力である電動機周波数ωｍｏｔと推定周波数演算部３９の出力である推定周波数ωｅｓｔを、故障判定手段２３に入力する構成としている。次に、本実施例による作用について説明する。
【００３４】
（作用）
電動機周波数演算部３８は、開放用接触器１１と永久磁石同期電動機１２とに接続された電圧センサ３６からのＵＶ間電圧信号Ｖｕｖを入力として電動機周波数ωｍｏｔを出力する。電動機周波数ωｍｏｔの生成方法は図１Ｂを参照して説明した通りである。推定周波数演算部３９は、ベクトル制御部２６の出力信号ＶｕＲｅｆ、ＶｖＲｅｆ、ＶｗＲｅｆおよび電流センサ３０の出力信号Ｉｕ、Ｉｗを入力として、電動機推定周波数ωｅｓｔを出力する。推定周波数演算部３９では、電動機の回転子位置を検出するセンサを用いずに回転子位置を推定し、推定された回転子位置から回転周波数を演算する。これを「センサレス制御」 と称する。現在までに公知となっているセンサレス制御の主要例として、誘起電圧利用方法と高周波電圧重畳方法がある。前者は同期電動機の回転によって誘起される誘起電圧が、同期電動機の制御回転軸のｑ軸方向に観測されることを利用して回転子位置を推定する手法であり、後者は同期電動機を制御するための電圧指令もしくは電流指令に高周波成分を能動的に重畳し、それに対応する周波数の応答を検出することにより同期電動機のインピーダンスを推定もしくは評価関数を演算することにより回転子位置を推定する手法である。尚、本発明は永久磁石同期電動機のセンサレス制御手法を述べるものではないので詳細な説明は割愛する。
【００３５】
故障判定手段２３は、電動機周波数演算部の出力ωｍｏｔおよび推定周波数演算部３９の出力信号ωｅｓｔを入力し、電動機周波数ωｍｏｔと推定周波数ωｅｓｔを比較し、
｜ωｍｏｔ−ωｅｓｔ｜＞基準周波数差
である場合、故障と判定し、ＡＮＤ論理ゲート２４へ“Ｌ”を出力する。
【００３６】
｜ωｍｏｔ−ωｅｓｔ｜≦基準周波数差
である場合、正常と判定し、ＡＮＤ論理ゲート２４へ“Ｈ”を出力する。
【００３７】
運転指令信号は、運転指令ありの場合に例えば“Ｈ”、なしの場合“Ｌ”をＡＮＤ論理ゲート２４へ出力する。ＡＮＤ論理ゲート２４では、運転指令信号と故障判定手段の出力信号を入力とし、運転指令あり（“Ｈ”）、かつ故障判定手段の出力信号が正常（“Ｈ”）の時のみ、“Ｈ”をゲートスタート・ストップ制御部２８に出力し、運転指令あり（“Ｈ”）でも故障判定手段の出力が故障（“Ｌ”）の時は、“Ｌ”をゲートスタート・ストップ制御部２８に出力する。
【００３８】
ゲートスタート・ストップ制御部２８は、ＡＮＤ論理ゲート２４の出力信号が“Ｈ”及び他の警告信号が“Ｈ”（正常）の場合にゲートスタート・ストップ信号ＧＳＴ＝“Ｈ”をＰＷＭゲートパルス生成・ゲートロジック部２９へ出力する。ゲートスタート・ストップ制御部２８は、ＡＮＤ論理ゲート２４の出力信号または他の警告信号が“Ｌ”の場合にＧＳＴ＝“Ｌ”をＰＷＭゲートパルス生成・ゲートロジック部２９へ出力する。
【００３９】
このように、運転指令があっても、電動機周波数ωｍｏｔと推定周波数ωｅｓｔの差が基準周波数差より大きい場合は故障と判定され、ＰＷＭゲートパルス生成・ゲートロジック部２９は、３相ゲート信号ＶｕＩＮＶ、ＶｖＩＮＶ、ＶｗＩＮＶの出力を停止し、インバータ１０をオフする。 
尚、電動機周波数演算部３８は、電圧センサ３６より得られた電動機電圧Ｖｕｖ（ＵＶ間電圧）により計算した電動機周波数ωｍｏｔを求めているが、電圧センサ３６で得られる電動機電圧として、Ｖｖｗ（ＶＷ間電圧）もしくはＶｗｕ（ＷＵ間電圧）を用いても良い。
【００４０】
（効果）
本実施形態では、電動機電圧より演算した電動機周波数と推定周波数演算部により演算した電動機推定周波数を比較し、その差が過大となった場合、故障判定を出力するため、推定周波数演算の異常を判定することが可能となり、早期に保護停止させることができる。すなわち、装置の信頼性を上げることができる。また、速度センサや回転子位置センサを用いず、推定周波数異常を検知することができるため、部品点数の削減や信頼性の向上といった利点も得られる。
【００４１】
また、本実施形態では、電動機電圧より演算した電動機周波数を正しい周波数（基準とする周波数）とし、推定周波数演算部により演算した電動機推定周波数との差が過大となった場合、推定周波数演算の異常としたが、推定周波数演算部により演算した電動機推定周波数を正しい周波数（基準とする周波数）とし、電動機電圧より演算した電動機周波数との差が過大となった場合、電圧センサの故障として、故障を判定するようにしてもよい。
【００４２】
[第３実施例]
本発明による電気車制御装置１００の第３実施例を図３Ａの制御ブロック図を用いて説明する。
【００４３】
図２Ａと同一要素には同一符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる部分についてのみ述べる。すなわち本実施の形態の制御ブロックは、図３Ａに示すように、図２Ａの故障判定手段２３に外部から伝送線４２を介して車輌速度Ｖ＿ＭＯＮを入力する構成としている。
【００４４】
図３Ｂは本実施例に係る故障判定手段２３の構成を示すブロック図である。２０１は車速／周波数変換部、２０２は基準周波数差生成部、２０３、２０９は減算器、２０４、２１０は絶対値回路、２０５、２１１は比較器、２０６、２１２は遅延回路、２０７、２１３はインバータ、２０８、２１４はセット・リセットフリップフロップ、２１５はＡＮＤ論理ゲートである。次に、本実施例の作用について説明する。
【００４５】
（作用）
本実施例に係る故障判定手段２３は、電動機周波数ωｍｏｔおよび推定周波数ωｅｓｔをモニタして故障を検出した場合、その故障が電動機周波数ωｍｏｔ側（電圧センサ側回路）で発生しているか、推定周波数ωｅｓｔ側（電流センサ側回路）で発生しているかを、車輌速度Ｖ＿ＭＯＮを基準にして判定する。
【００４６】
図３Ｂにおいて、車速／周波数変換部２０１は、車輌速度Ｖ＿ＭＯＮを該車速に対応する周波数ω＿ＭＯＮに変換する。
【００４７】
ω＿ＭＯＮ＝Ｖ＿ＭＯＮ／α
ここでαは、前述したように車輪径、駆動系のギヤ比等から決まる一定値である。
【００４８】
基準周波数差生成部２０７は図３Ｃのように、周波数ω＿ＭＯＮの増加に伴って増加する基準周波数差Δωｅｆを生成する。減算器２０３は、電動機周波数ωｍｏｔと周波数ω＿ＭＯＮとの差分ωｄ１を演算する。絶対値回路２０４は差分ωｄ１から差分絶対値ａωｄ１を求める。
【００４９】
ａωｄ１＝｜ω＿ＭＯＮ−ωｍｏｔ｜
比較器２０５は、差分絶対値ａωｄ１と基準速度差Δωｒｅｆとを比較し、比較結果ｃωを出力する。比較器１０３は、差分絶対値ａωｄ１が基準速度差Δωｒｅｆより大きい場合（ａωｄ１＞Δωｒｅｆ）、比較結果ｃωとして例えば“Ｌ”を出力する。また比較器２０５は、差分絶対値ａωｄ１が基準速度差Δωｒｅｆ以下の場合（ａωｄ１≦Δωｒｅｆ）、比較結果Ｖｃｄとして“Ｈ”を出力する。
【００５０】
遅延回路２０６は比較結果ｃωの”Ｌ”が所定時間継続したとき故障と判定し、判定結果信号ｍｄとして例えば“Ｌ”を出力する。それ以外の場合、すなわち比較結果ｃωが”Ｈ”のとき、あるいは比較結果ｃωとして所定時間より短い“Ｌ”が入力されているとき、遅延回路２０６は正常と判定して“Ｈ”を出力する。
【００５１】
減算器２０９は、推定周波数ωｅｓｔと周波数ω＿ＭＯＮとの差分ωｄ２を演算する。絶対値回路２１０、比較器２１１、遅延回路２１２の動作は、上記した絶対値回路２０４、比較器２０５、遅延回路２０６とそれぞれ同様であるから詳細な説明は割愛する。
【００５２】
遅延回路２０６の判定結果信号ｍｄ１の”Ｌ”は、インバータ２０７を介してセットリセットフリップフロップ２０８のセット端子に入力され、フリップフロップ２０８をセットする。遅延回路２１２の判定結果信号ｍｄ２の”Ｌ”は、インバータ２１３を介してセットリセットフリップフロップ２１４のセット端子に入力され、フリップフロップ２１４をセットする。この結果、セットリセットフリップフロップ２０８、２１４は、故障箇所を示す信号を出力する。セットリセットフリップフロップ２０８、２１４のセット状態は、制御装置２０の外部から入力されるリセット信号によりリセットされる。
【００５３】
ＡＮＤ論理ゲート２１５は、遅延回路２０６、２１２の判定結果信号ｍｄ１、ｍｄ２のＡＮＤ論理演算を行い、最終的な故障判定信号を出力する。つまりＡＮＤ論理ゲート２１５は遅延回路２０６、２１２の少なくとも一方が”Ｌ”（故障）を出力するとき、”Ｌ”（故障）を出力する。これ以降の動作は上記第２実施例と同様である。
【００５４】
（効果）
このように本実施例では、信頼性の高い車輌速度Ｖ＿ＭＯＮを基準として、電動機周波数ωｍｏｔおよび推定周波数ωｅｓｔをモニタしている。従って、周波数情報に異常が発生した場合、どちらに異常が発生しているか確実に検出することができ、該検出結果は、セットリセットフリップフロップ２０８、２１４のＱ出力端子から故障個所信号として出力される。すなわち、故障を検出した場合、その故障が電動機周波数ωｍｏｔ側（電圧センサ側回路）で発生しているか、推定周波数ωｅｓｔ側（電流センサ側回路）で発生しているかを、故障個所信号によって容易に判断することができる。
【００５５】
[第４実施例]
本発明による電気車制御装置１００の第４実施例の構成を図４Ａの制御ブロック図を用いて説明する。
【００５６】
図１Ａと同一要素には同一符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる部分についてのみ述べる。すなわち、本実施の形態の制御ブロックは、図４Ａに示すように、図１Ａの電動機速度演算部３７と伝送線４２に代えて、電動機周波数演算部３８と無負荷誘起電圧特性演算部４０が付加し、電動機周波数演算部３８の出力である電動機周波数ωｍｏｔを無負荷誘起電圧特性演算部４０に入力し、無負荷誘起電圧特性演算部４０の出力である無負荷誘起電圧Ｖｎｏｌｏａｄと、電圧センサの出力である電動機電圧Ｖｕｖと、ゲートスタート・ストップ制御部の出力であるゲートスタート・ストップ信号ＧＳＴを、故障判定手段２３に入力する構成としている。次に、本実施例による作用について説明する。
【００５７】
（作用）
電動機周波数演算部３８は、開放用接触器１１と永久磁石同期電動機１２とに接続された電圧センサ３６の出力Ｖｕｖを入力として電動機周波数ωｍｏｔを出力する。無負荷誘起電圧特性演算部４０は、電動機周波数演算部３８の出力ωｍｏｔを入力として、電動機周波数に対する電動機定格温度時の無負荷誘起電圧（実行値）を演算する。電動機周波数に対する無負荷誘起電圧特性は、インバータがオフの状態、すなわち電動機がフリーランしている時に、永久磁石の起電力により発生する電圧であり、図４Ｂのように電動機周波数とともに上昇する。しかし、永久磁石の磁束密度は電動機の温度上昇と共に減少し、その結果、電動機の誘起電圧も減少する。
【００５８】
故障判定手段２３は、電圧センサ３６の出力である電動機電圧Ｖｕｖの実行値を求め、該実行値と、無負荷誘起電圧特性演算部の出力である電動機無負荷誘起電圧Ｖｎｏｌｏａｄと、ゲートスタート・ストップ制御部２８の出力であるゲートスタート・ストップ信号ＧＳＴを入力する。故障判定手段２３は、ゲートスタート・ストップ信号ＧＳＴ＝“Ｌ”（ゲートストップ）すなわちインバータ１０がオフの時、電動機無負荷誘起電圧Ｖｎｏｌｏａｄと電動機電圧Ｖｕｖを比較し、
｜Ｖｎｏｌｏａｄ−Ｖｕｖ｜＞基準電圧差
である場合、故障と判定し、ＡＮＤ論理ゲート２４へ“Ｌ”を出力する。
【００５９】
｜Ｖｎｏｌｏａｄ−Ｖｕｖ｜≦基準電圧差
である場合、正常と判定し、ＡＮＤ論理ゲート２４へ“Ｈ”を出力する。
【００６０】
運転指令信号は、運転指令ありの場合“Ｈ”、なしの場合“Ｌ”としてＡＮＤ論理ゲート２４へ入力される。
【００６１】
ＡＮＤ論理ゲート２４は、運転指令と故障判定手段２３の出力を入力とし、運転指令あり（“Ｈ”）、かつ故障判定手段の出力が正常（“Ｈ”）の時のみ、“Ｈ”をゲートスタート・ストップ制御部２８に出力し、運転指令あり（“Ｈ”）でも故障判定手段の出力が故障（“Ｌ”）の時は、“Ｌ”をゲートスタート・ストップ制御部２８に出力する。
【００６２】
ゲートスタート・ストップ制御部２８は、ＡＮＤ論理ゲート２４の出力信号が“Ｈ”及び他の警告信号が“Ｈ”（正常）の場合にゲートスタート・ストップ信号ＧＳＴ＝“Ｈ”をＰＷＭゲートパルス生成・ゲートロジック部２９へ出力する。ゲートスタート・ストップ制御部２８は、ＡＮＤ論理ゲート２４の出力信号または他の警告信号が“Ｌ”の場合にＧＳＴ＝“Ｌ”をＰＷＭゲートパルス生成・ゲートロジック部２９へ出力する。
【００６３】
このように、故障判定手段２３の出力により、無負荷誘起電圧Ｖｎｏｌｏａｄと電動機電圧Ｖｕｖを比較し、基準電圧差より大きい場合は故障と判定する。故障と判定された場合は、運転指令がありに変わっても、ゲートストップとして３相ゲート信号ＶｕＩＮＶ、ＶｖＩＮＶ、ＶｗＩＮＶを出力せず、インバータ１０をオフしたままとする。
【００６４】
尚、基準電圧差は、第１実施例のように車両速度Ｖ＿ＭＯＮの増加に応じて増加する値、あるいは電動機周波数ωｍｏｔの増加に応じて増加する値を用いても良い。また、電動機周波数演算部３８は、電圧センサ３６より得られた電動機電圧Ｖｕｖ（ＵＶ間電圧）により計算した電動機周波数ωｍｏｔを求めているが、電圧センサ３６で得られる電動機電圧として、Ｖｖｗ（ＶＷ間電圧）もしくはＶｗｕ（ＷＵ間電圧）を用いても良い。同様に、故障判定手段２３に入力する電動機電圧についてもＶｖｗ（ＶＷ間電圧）もしくはＶｗｕ（ＷＵ間電圧）を用いても良い。
【００６５】
（効果）
本実施形態では、ゲートオフ中すなわちインバータオフ中に、電動機無負荷誘起電圧と電圧センサより得られた電動機電圧を比較し、その差が過大となった場合、故障と判定する。電圧センサより得られた電動機電圧Ｖｕｖが電動機定格温度時の無負荷誘起電圧Ｖｎｏｌｏａｄより小さくなる場合は、
Ｖｎｏｌｏａｄ（＝ωΦ）＞  Ｖｕｖ（＝ωΦ’）
より、Φ＞  Φ’となる。
【００６６】
ここで、ω：電動機周波数、
Φ：電動機定格温度時の電動機磁束、
Φ’：電動機過温度時の電動機磁束
すなわち、電動機が過温度になることで、電動機磁束が定格温度時に比べ減少する。よって、ＶｎｏｌｏａｄとＶｕｖを検出することで電動機過温度を確実に判定することが可能となり、早期に保護停止させることができる。すなわち、装置の信頼性を上げることができる。また、電動機過温度を検出するための温度センサが不要なため、部品点数の削減や信頼性の向上といった利点も得られる。また、電圧センサを開放用接触器と永久磁石同期電動機との間に取り付けることにより、故障・保護動作により開放用接触器を開放した状態においても、電動機無負荷誘起電圧と電圧センサより得られた電動機電圧を常に比較し、その差が過大となった場合、電動機過温度を検知できるため、信頼性の向上といった利点も得られる。
【００６７】
[第５実施例]
本発明による電気車制御装置１００の第５実施例の構成を図５の制御ブロック図を用いて説明する。
【００６８】
図１Ａと同一要素には同一符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる部分についてのみ述べる。すなわち、本実施の形態の制御ブロックは、図５に示すように、図１Ａの実施例に加えて開放用接触器動作判定手段４３を付加し、開放用接触器動作判定手段４４の出力である投入開放信号ＭＫｏｆｆを開放用接触器１１に入力した構成としている。次に、本実施例による作用について説明する。
【００６９】
（作用）
運転指令信号は、運転指令ありの場合“Ｈ”、なしの場合“Ｌ”として開放用接触器動作判定手段４３へ入力される。故障判定手段２３は、故障なし（正常）の場合“Ｈ”を、故障ありの場合“Ｌ”を開放用接触器動作判定手段４３へ出力する。尚、図５では、故障判定手段の故障判定条件については、第１の実施の形態を用いて示したが、この条件に代えて、第２〜４実施例および後述の第８実施例のいずれかに示す故障判定条件を用いてもよい。
【００７０】
開放用接触器動作判定手段４３は、運転指令があり、かつ故障なし（正常）の場合、投入開放信号ＭＫｏｆｆ＝“ＣＬＯＳＥ”を出力して開放用接触器１１を投入する。一旦運転指令により開放用接触器１１を投入した後は、運転指令がない場合でも開放用接触器１１を投入したままとする。すなわち、運転指令あり／なしが繰り返されても故障なし（正常）の場合は、投入開放信号ＭＫｏｆｆ＝“ＣＬＯＳＥ”を出力して開放用接触器１１は投入したままとする。開放用接触器１１を開放するのは、故障判定手段２３の出力が“Ｌ”（故障あり）の場合のみである。故障ありの場合、開放用接触器動作判定手段４３は、投入開放信号ＭＫｏｆｆ＝“ＯＰＥＮ”を出力し、開放用接触器１１を開放する。この開放用接触器動作判定手段４３の論理を実現する回路を図５Ｂに示す。
【００７１】
図５ＡのＡＮＤ論理ゲート２４では、運転指令と故障判定手段の出力を入力とし、運転指令あり（“Ｈ”）、かつ故障判定手段の出力が正常（“Ｈ”）の時のみ、“Ｈ”をゲートスタート・ストップ制御部２８に出力し、運転指令あり（“Ｈ”）でも故障判定手段の出力が故障（“Ｌ”）の時は、“Ｌ”をゲートスタート・ストップ制御部２８に出力する。ゲートスタート・ストップ制御部２８は、ＡＮＤ論理ゲート２４の出力が“Ｌ”の場合ＧＳＴ＝“Ｌ”をＰＷＭゲートパルス生成・ゲートロジック部２９へ出力し、インバータ１０をオフする。
【００７２】
このように、故障判定手段２３により故障と判定された場合、ゲートストップし、インバータをオフするとともに、開放用接触器１１を開放する。
【００７３】
（効果）
本実施形態では、インバータオフするとともに開放用接触器を開放することにより、インバータと電動機の間が切り離される。従って、電動機が高速で回転している場合、電動機が発生する誘起電圧からインバータを保護することができるため、装置の信頼性を上げることができる。
【００７４】
[第６実施例]
本発明による電気車制御装置１００の第６実施例の構成を図６Ａの制御ブロック図を用いて説明する。
【００７５】
図１Ａと同一要素には同一符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる部分についてのみ述べる。すなわち、本実施の形態の制御ブロックは、図６Ａに示すように、図１に加えて断流器動作判定手段４４を付加し、断流器動作判定手段４４の出力である断流器投入開放信号ＬＢｏｆｆを断流器４に入力した構成としている。尚、パンタグラフ１を介して集電された直流電力は、電流の入り／切りを行なう断流器４および平滑用リアクトル６を通ってインバータ１０に入力される。次に、本実施例による作用について説明する。
【００７６】
（作用）
運転指令信号は、運転指令ありの場合“Ｈ”、なしの場合“Ｌ”として断流器動作判定手段４４へ入力される。故障判定手段２３は、故障なし（正常）の場合“Ｈ”を、故障ありの場合“Ｌ”を断流器動作判定手段４４へ出力する。尚、図６Ａでは、故障判定手段の故障判定条件については、第１の実施の形態を用いて示したが、この条件に代えて、発明の第２〜４実施例及び後述の第７実施例のいずれかに示す故障判定条件を用いてもよい。
【００７７】
断流器動作判定手段４４は、運転指令があり、かつ故障なし（正常）の場合、断流器投入開放信号ＬＢｏｆｆ＝“ＣＬＯＳＥ”を出力して断流器４を投入する。一旦運転指令により断流器４を投入した後は、運転指令がない場合でも断流器４を投入したままとしても良いし、もしくは、運転指令がある場合に投入、運転指令がない場合に開放としても良い。故障判定手段２３の出力が“Ｌ”（故障あり）の場合は、断流器投入開放信号ＬＢｏｆｆ＝“ＯＰＥＮ”を出力し、断流器４を開放する。この論理を実現する構成を図６Ｂに示す。
【００７８】
図６ＡのＡＮＤ論理ゲート２４では、運転指令と故障判定手段の出力を入力とし、運転指令あり（“Ｈ”）、かつ故障判定手段の出力が正常（“Ｈ”）の時のみ、“Ｈ”をゲートスタート・ストップ制御部２８に出力し、運転指令あり（“Ｈ”）でも故障判定手段の出力が故障（“Ｌ”）の時は、“Ｌ”をゲートスタート・ストップ制御部２８に出力する。
【００７９】
ゲートスタート・ストップ制御部２８は、ＡＮＤ論理ゲート２４の出力信号または他の警告信号が“Ｌ”の場合にＧＳＴ＝“Ｌ”をＰＷＭゲートパルス生成・ゲートロジック部２９へ出力し、インバータ１０をオフする。このように、故障判定手段２３により故障と判定された場合、ゲートストップし、インバータをオフするとともに、断流器４を開放する。
【００８０】
（効果）
本実施形態では、故障を検出した場合、インバータをオフするとともに断流器を開放することにより、フィルタコンデンサを含めたインバータ側と架線側の間が切り離される。従って、架線側との不要な電力の入出力を避け、インバータを保護することができるため、装置の信頼性を上げることができる。
【００８１】
[第７実施例]
本発明による電気車制御装置１００の第２実施例の構成を図７の制御ブロック図を用いて説明する。
【００８２】
図５Ａと同一要素には同一符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる部分についてのみ述べる。すなわち、本実施の形態の制御ブロックは、図７に示すように、図５Ａの構成に加え断流器動作判定手段４４を付加し、断流器動作判定手段４４の出力である断流器投入開放信号ＬＢｏｆｆを断流器４に入力した構成としている（尚、パンタグラフ１を介して集電された直流電力は、電流の入り切りを行なう断流器４および平滑用リアクトル６を通ってインバータ１０に入力される）。次に、本実施例による作用について説明する。
【００８３】
（作用）
運転指令信号は、運転指令ありの場合“Ｈ”、なしの場合“Ｌ”として断流器動作判定手段４４および開放用接触器動作判定手段４３へ入力される。故障判定手段２３は、故障なし（正常）の場合“Ｈ”を、故障ありの場合“Ｌ”を開放用接触器動作判定手段４３および断流器動作判定手段４４へ出力する。尚、図７では、故障判定手段の故障判定条件については、第１の実施の形態を用いて示したが、この条件に代えて、発明の実施の形態第２〜４および後述の第８実施例のいずれかに示す故障判定条件を用いてもよい。
【００８４】
開放用接触器動作判定手段４３は、運転指令があり、かつ故障なし（正常）の場合、投入開放信号ＭＫｏｆｆ＝“ＣＬＯＳＥ”を出力して開放用接触器１１を投入する。一旦運転指令により開放用接触器１１を投入した後は、運転指令がない場合でも開放用接触器１１を投入したままとする。すなわち、運転指令あり／なしが繰り返されても故障なし（正常）の場合は、投入開放信号ＭＫｏｆｆ＝“ＣＬＯＳＥ”を出力して開放用接触器１１は投入したままとする。開放用接触器１１を開放するのは、故障判定手段２３の出力が“Ｌ”（故障あり）の場合のみである。故障ありの場合、開放用接触器動作判定手段４３は、投入開放信号ＭＫｏｆｆ＝“ＯＰＥＮ”を出力し、開放用接触器１１を開放する。この論理を実現する構成を図５Ｂに示す。
【００８５】
断流器動作判定手段４４は、運転指令があり、かつ故障なし（正常）の場合、断流器投入開放信号ＬＢｏｆｆ＝“ＣＬＯＳＥ”を出力して断流器４を投入する。一旦運転指令により断流器４を投入した後は、運転指令がない場合でも断流器４を投入したままとしても良いし、もしくは、運転指令がある場合に投入、運転指令がない場合に開放としても良い。故障判定手段２３の出力が“Ｌ”（故障あり）の場合は、断流器投入開放信号ＬＢｏｆｆ＝“ＯＰＥＮ”を出力し、断流器４を開放する。この論理を実現する構成を図６Ｂに示す。
【００８６】
図６ＡのＡＮＤ論理ゲート２４では、運転指令と故障判定手段の出力を入力とし、運転指令あり（“Ｈ”）、かつ故障判定手段の出力が正常（“Ｈ”）の時のみ、“Ｈ”をゲートスタート・ストップ制御部２８に出力し、運転指令あり（“Ｈ”）でも故障判定手段の出力が故障（“Ｌ”）の時は、“Ｌ”をゲートスタート・ストップ制御部２８に出力する。ゲートスタート・ストップ制御部２８は、ＡＮＤ論理ゲート２４の出力信号または他の警告信号が“Ｌ”の場合にＧＳＴ＝“Ｌ”をＰＷＭゲートパルス生成・ゲートロジック部２９へ出力し、インバータ１０をオフする。このように、故障判定手段２３により故障と判定された場合、ゲートストップし、インバータをオフするとともに、開放用接触器１１かつ断流器４を開放する。
【００８７】
（効果）
本実施形態では、故障を検出すると、インバータオフするとともに開放用接触器かつ断流器を開放することにより、インバータと電動機の間が切り離され、かつフィルタコンデンサを含めたインバータ側と架線側の間も切り離される。従って、電動機が高速で回転している場合、電動機が発生する誘起電圧からインバータを保護することもできることに加え、架線側との不要な電力の入出力を避け、インバータを保護することができるため、より一層装置の信頼性を上げることができる。
【００８８】
[第８実施例]
本発明による電気車制御装置１００の第８実施例の構成を図８Ａの制御ブロック図を用いて説明する。
【００８９】
図４Ａと同一要素には同一符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる部分についてのみ述べる。すなわち、本実施の形態の制御ブロックは、図８Ａに示すように、図４Ａの無負荷誘起電圧特性演算部４０に代えて、温度推定手段３１を付加し、温度推定手段３１の出力である推定温度ＴＥＭＰを故障判定手段３３に入力した構成としている。次に、本実施例による作用について説明する。
【００９０】
（作用）
温度推定手段３１は、電動機周波数演算部３８の出力である電動機周波数ωｍｏｔと、電圧センサ３６の出力である電動機電圧Ｖｕｖを入力として、図８Ｂに示す温度推定手段にて電動機の温度推定を行う。
【００９１】
図８Ｂは、電動機周波数ωｍｏｔと電動機電圧Ｖｕｖの関係を示している。電動機温度が低い場合は点線“Ａ”（電動機温度＝ＴＥＭＰ＿Ａ）、電動機温度が高い場合は点線“Ｃ”（電動機温度＝ＴＥＭＰ＿Ｃ）のように電動機温度ごとにωｍｏｔとＶｕｖの関係をテーブルデータとして予め記憶しておく。温度推定手段３１は、ωｍｏｔとＶｕｖを入力として、該当する電動機温度を決定する。すなわち温度推定手段３１は、ある電動機温度での電動機周波数をωｍｏｔ１、その時の電動機電圧をＶｕｖ１とすれば、電動機温度ごとに記憶しておいたテーブルデータから、ωｍｏｔ＝ωｍｏｔ１、Ｖｕｖ＝Ｖｕｖ１となる点線“Ｂ”に相当する電動機温度＝ＴＥＭＰ＿Ｂを決定する。
【００９２】
故障判定手段２３は、温度推定手段３１の出力である電動機温度ＴＥＭＰとゲートスタート・ストップ制御部２８の出力であるゲートスタート・ストップ信号ＧＳＴを入力とし、ゲートスタート・ストップ信号ＧＳＴ＝“Ｌ”（ゲートストップ）すなわちインバータ１０がオフの時、電動機温度ＴＥＭＰが
ＴＥＭＰ＞基準温度
である場合、電動機過温度、すなわち故障と判定し、ＡＮＤ論理ゲート２４へ“Ｌ”を出力する。
【００９３】
ＴＥＭＰ≦基準温度
である場合、電動機が通常動作温度範囲内、すなわち正常と判定し、ＡＮＤ論理ゲート２４へ“Ｈ”を出力する。
【００９４】
運転指令信号は、運転指令ありの場合“Ｈ”、なしの場合“Ｌ”としてＡＮＤ論理ゲート２４へ入力される。ＡＮＤ論理ゲート２４では、運転指令信号と故障判定手段の出力を入力とし、運転指令あり（“Ｈ”）、かつ故障判定手段の出力が正常（“Ｈ”）の時のみ、“Ｈ”をゲートスタート・ストップ制御部２８に出力し、運転指令あり（“Ｈ”）でも故障判定手段の出力が故障（“Ｌ”）の時は、“Ｌ”をゲートスタート・ストップ制御部２８に出力する。
【００９５】
ゲートスタート・ストップ制御部２８は、ＡＮＤ論理ゲート２４の出力信号が“Ｈ”及び他の警告信号が“Ｈ”（正常）の場合にゲートスタート・ストップ信号ＧＳＴ＝“Ｈ”をＰＷＭゲートパルス生成・ゲートロジック部２９へ出力する。ゲートスタート・ストップ制御部２８は、ＡＮＤ論理ゲート２４の出力信号または他の警告信号が“Ｌ”の場合にＧＳＴ＝“Ｌ”をＰＷＭゲートパルス生成・ゲートロジック部２９へ出力する。
【００９６】
このように、故障判定手段の出力により、電動機温度ＴＥＭＰが基準温度より大きい場合は故障と判定する。故障と判定された場合は、運転指令がありに変わっても、ゲートストップとして３相ゲート信号ＶｕＩＮＶ、ＶｖＩＮＶ、ＶｗＩＮＶ出力せず、インバータ１０をオフしたままとする。
【００９７】
尚、基準温度は、適用する電動機の最高動作温度を設定値とするが、電圧センサ３６でのオフセットやノイズ等による電動機周波数演算部３８での誤差を考慮して、（最高動作温度＋α）℃以上の設定値としてもよい。α℃は適用する電動機によって決める値である。また、電動機周波数演算部３８は、電圧センサ３６より得られた電動機電圧Ｖｕｖ（ＵＶ間電圧）により計算した電動機周波数ωｍｏｔを求めているが、電圧センサ３６で得られる電動機電圧として、Ｖｖｗ（ＶＷ間電圧）もしくはＶｗｕ（ＷＵ間電圧）を用いても良い。同様に、温度推定手段３１に入力する電動機電圧についてもＶｖｗ（ＶＷ間電圧）もしくはＶｗｕ（ＷＵ間電圧）を用いても良い。
【００９８】
図８Ｃは本実施例に係る故障判定手段２３の構成例を示す図である。
【００９９】
比較器３０４は、電動機温度ＴＥＭＰと温度閾値を比較し、電動機温度ＴＥＭＰが基準温度を超えた場合、例えば”Ｈ”を出力する。ここで基準温度は、電動機の最高動作温度＋αの値に設定する。遅延回路３０２は、比較器３０１から入力される”Ｈ”が所定時間継続した場合に、”Ｈ”（故障）を出力する。従って、例えば電動機温度ＴＥＭＰにノイズが含まれていて、比較器３０１が瞬間的に”Ｈ”を出力しても故障とは判定されず、電動機の高温状態が所定時間継続した場合のみ故障と判定される。
【０１００】
（効果）
本実施形態では、ゲートオフ中すなわちインバータオフ中に、電圧センサより得られた電動機電圧と電動機周波数により、電動機温度を推定し、電動機温度が基準温度より過大の場合、故障判定を出力するため、電動機過温度を確実に判定することが可能となり、早期に保護停止させることができる。すなわち、装置の信頼性を上げることができる。また、電動機温度を検出するための温度センサおよび速度センサや回転子位置センサを用いずに電動機温度を推定することができるため、部品点数の削減や信頼性の向上、センサ用配線が不要ならびにメンテナンス性向上といった利点も得られる。また、電圧センサを開放用接触器と永久磁石同期電動機との間に取り付けることにより、故障・保護動作により開放用接触器を開放した状態においても、電圧センサより得られた電動機電圧と電動機周波数により、電動機温度を常に推定し、電動機温度が基準温度より過大の場合、電動機過温度を検知できるため、信頼性の向上といった利点も得られる。
【０１０１】
以上の説明はこの発明の実施の形態であって、この発明の装置及び方法を限定するものではなく、様々な変形例を容易に実施することができるものである。
【図面の簡単な説明】
【０１０２】
【図１Ａ】本発明による電気車制御装置の第１実施例の構成を示す制御ブロック図である。
【図１Ｂ】ＵＶ間電圧信号Ｖｕｖを示す図である。
【図１Ｃ】第１実施例に係る故障判定手段２３の実施例の構成を示すブロック図である。
【図１Ｄ】車輌速度Ｖ＿ＭＯＮと基準速度差ΔＶｒｅｆの関係を示すグラフである。
【図２】本発明による電気車制御装置の第２実施例の構成を示す制御ブロック図である。
【図３Ａ】本発明による電気車制御装置の第３実施例の構成を示す制御ブロック図である。
【図３Ｂ】第３実施例に係る故障判定手段２３の構成を示すブロック図である。
【図３Ｃ】周波数ω＿ＭＯＮと基準周波数差Δωｅｆの関係を示すグラフである。
【図４Ａ】本発明による電気車制御装置の第４実施例の構成を示す制御ブロック図である。
【図４Ｂ】無負荷誘起電圧特性の一例を示すグラフである。
【図５Ａ】本発明による電気車制御装置の第５実施例の構成を示す制御ブロック図である。
【図５Ｂ】開放用接触器の判定動作を示す論理図である。
【図６Ａ】本発明による電気車制御装置の第６実施例の構成を示す制御ブロック図である。
【図６Ｂ】断流器の判定動作を示す論理図である。
【図７】本発明による電気車制御装置の第７実施例の構成を示す制御ブロック図である。
【図８Ａ】本発明による電気車制御装置の第８実施例の構成を示す制御ブロック図である。
【図８Ｂ】温度推定手段の動作を説明するための図である。
【図８Ｃ】第８実施例に係る故障判定手段２３の構成例を示す図である。
【符号の説明】
【０１０３】
１・・・パンタグラフ
４・・・断流器
６・・・平滑用リアクトル
９・・・フィルタコンデンサ
１０・・・インバータ
１１・・・開放用接触器
１２・・・永久磁石同期電動機
２０・・・制御ブロック全体
２１・・・トルクパターン生成部
２３・・・故障判定手段
２４・・・ＡＮＤ論理ゲート
２６・・・ベクトル制御部
２８・・・ゲートスタート・ストップ制御部
２９・・・ＰＷＭゲートパルス生成ゲートロジック部
３０・・・電流センサ
３１・・・温度推定手段
３３・・・磁束補正手段
３６・・・電圧センサ
３７・・・電動機速度演算部
３８・・・電動機周波数演算部
３９・・・推定周波数演算部
４０・・・無負荷誘起電圧特性演算部
４２・・・伝送線
４３・・・開放用接触器動作判定手段
４４・・・断流器動作判定手段
【図１Ａ】
2008043069.tif 000003
【図１Ｂ】
2008043069.tif 000004
【図１Ｃ】
2008043069.tif 000005
【図１Ｄ】
2008043069.tif 000006
【図２】
2008043069.tif 000007
【図３Ａ】
2008043069.tif 000008
【図３Ｂ】
2008043069.tif 000009
【図３Ｃ】
2008043069.tif 000010
【図４Ａ】
2008043069.tif 000011
【図４Ｂ】
2008043069.tif 000012
【図５Ａ】
2008043069.tif 000013
【図５Ｂ】
2008043069.tif 000014
【図６Ａ】
2008043069.tif 000015
【図６Ｂ】
2008043069.tif 000016
【図７】
2008043069.tif 000017
【図８Ａ】
2008043069.tif 000018
【図８Ｂ】
2008043069.tif 000019
【図８Ｃ】
2008043069.tif 000020