(57)【要約】【課題】電気車のインバータ装置が複数種類の電動機のいずれでも最適に制御できるようにする。【解決手段】インバータ装置５に接続する可能性のある複数種類の電動機６それぞれに対応する制御パラメータをあらかじめパラメータ格納部１に格納しておき、制御パラメータ切換部２で格納されている電動機制御パラメータの中から現在接続されている電動機に適切な制御パラメータを取り出し、その制御パラメータを用いてインバータ装置５を制御することにより、接続されている電動機をその種類によらず常に最適な条件で電動機を制御する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
可変電圧可変周波数制御方式のインバータ装置によって車両駆動用交流電動機を駆動する電気車制御装置において、
前記インバータ装置で駆動する可能性のある複数種類の電動機それぞれの制御パラメータを格納しているパラメータ格納部と、
前記パラメータ格納部に格納されている複数種類の制御パラメータの中から、前記インバータに現在接続されている電動機に対応する制御パラメータを取り出す制御パラメータ切換部と、
前記制御パラメータ切換部に取り出すべき制御パラメータの種類を指定する制御パラメータ選択部と、
前記制御パラメータ切換部が取り出した制御パラメータを用いて前記インバータ装置を制御し、前記電動機を駆動させるインバータ制御部とを備えて成る電気車制御装置。
【請求項２】
前記電動機にインバータ装置から流れる電流を検出する電動機電流センサを備え、
前記制御パラメータ選択部は、電気車のブレーキをかけた状態で前記電動機に接続されたインバータ装置を起動し、前記電動機電流センサが検出する電動機電流の挙動に基づいて前記インバータ装置に接続されている電動機に対応した制御パラメータを選択し、前記制御パラメータ切換部に通知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】
前記制御パラメータ選択部は、前記インバータ装置から電動機にステップ状の電圧を印加させ、そのときの電動機電流の立ち上がりの時間応答に基づいて前記インバータ装置に接続されている電動機の種類を判別し、対応する制御パラメータを前記制御パラメータ切換部に通知す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】
前記電動機にインバータ装置から流れる電流を検出する電動機電流センサと電動機電圧を取得する電動機電圧取得手段とを備え、
前記インバータ制御部は、前記インバータ装置をすべり周波数ベクトル制御方式で制御するものであり、
前記制御パラメータ選択部は、電気車のだ行中に前記インバータ制御部にすべり周波数０となるように前記インバータ装置を起動させ、前記電動機電流センサの検出する電動機電流と前記電動機電圧取得手段の取得する電動機電圧とに基づいて前記インバータ装置に接続されている電動機に対応した制御パラメータを選択し、前記制御パラメータ切換部に通知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】
前記パラメータ制御部は、外部から入力される選択指令に基づいて使用すべき制御パラメータを前記制御パラメータ切換部に通知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】
電動機を前記インバータ装置に接続するコネクタ装置であって、電動機を識別するための識別コードと当該識別コードを送信する手段とを有するコネクタ装置を備え、
前記制御パラメータ選択部は、前記コネクタ装置からの識別コードを受信し、当該識別コードにより識別される電動機に対応する制御パラメータを選択し、前記制御パラメータ切換部に通知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。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は電気車制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来は、電気車用インバータ装置に接続される交流電動機の種類は、電気車の種類ごとにある特定の１種類に決められている。その決められている電動機とは別の種類の電動機をインバータ装置に接続すると、電動機の特性の違いにより適正に制御することができず、電気車起動中に電動機過電流保護動作に至ったり、電動機発生トルクが性能どおりに出力できなくて電気車の加速度、減速度が所定どおりに得られなかったりすることがある。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００２−１９９７９８号公報
【０００４】
【特許文献２】
特公平７−６９４０１号公報
【０００５】
【特許文献３】
特許第２７３７６３２号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
一般に電気車の種類によって接続される電動機は異なるので、電気車を保有する鉄道会社は上記のような問題から、電気車の種類ごとにその電気車に対応する種類の電動機の予備を保有する必要があり、予備品が多くなったり、電動機の管理が煩雑になり保守管理コストが増加する問題点があった。
【０００７】
本発明は、このような従来の問題点に鑑みてなされたもので、電気車のインバータ装置が複数種類の電動機のいずれでも最適に制御できる電気車制御装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、可変電圧可変周波数制御方式のインバータ装置によって車両駆動用交流電動機を駆動する電気車制御装置において、前記インバータ装置で駆動する可能性のある複数種類の電動機それぞれの制御パラメータを格納しているパラメータ格納部と、前記パラメータ格納部に格納されている複数種類の制御パラメータの中から、前記インバータに現在接続されている電動機に対応する制御パラメータを取り出す制御パラメータ切換部と、前記制御パラメータ切換部に取り出すべき制御パラメータの種類を指定する制御パラメータ選択部と、前記制御パラメータ切換部が取り出した制御パラメータを用いて前記インバータ装置を制御し、前記電動機を駆動させるインバータ制御部とを備えたものである。
【０００９】
請求項１の発明の電気車制御装置では、インバータ装置に接続する可能性のある複数種類の電動機それぞれに対応する制御パラメータをあらかじめパラメータ格納部に格納しておき、格納されている電動機制御パラメータの中から現在接続されている電動機に対応する制御パラメータを取り出し、その制御パラメータを用いてインバータ装置を制御することにより、接続されている電動機をその種類によらず常に最適な条件で制御する。
【００１０】
請求項２の発明は、請求項１の電気車制御装置において、前記電動機にインバータ装置から流れる電流を検出する電動機電流センサを備え、前記制御パラメータ選択部は、電気車のブレーキをかけた状態で前記電動機に接続されたインバータ装置を起動し、前記電動機電流センサが検出する電動機電流の挙動に基づいて前記インバータ装置に接続されている電動機に対応した制御パラメータを選択し、前記制御パラメータ切換部に通知することを特徴とするものである。
【００１１】
請求項２の発明の電気車制御装置では、電気車のブレーキがかかっている状態でもインバータ装置が起動できるようにして、電気車の停車中にインバータ装置を起動し、電動機電流センサが検出する電動機電流の挙動に基づいてインバータ装置に接続されている電動機の種類を判別し、それに対応した制御パラメータを選択し、インバータ装置を制御する。
【００１２】
請求項３の発明は、請求項２の電気車制御装置において、前記制御パラメータ選択部は、前記インバータ装置から電動機にステップ状の電圧を印加させ、そのときの電動機電流の立ち上がりの時間応答に基づいて前記インバータ装置に接続されている電動機の種類を判別し、対応する制御パラメータを前記制御パラメータ切換部に通知することを特徴とするものである。
【００１３】
請求項３の発明の電気車制御装置では、インバータ装置から電動機にステップ状の電圧を印加しそのときの電動機電流の応答により、インバータ装置に接続されている電動機の種類を判別し、それに対応した制御パラメータを選択し、インバータ装置を制御する。
【００１４】
請求項４の発明は、請求項１の電気車制御装置において、前記電動機にインバータ装置から流れる電流を検出する電動機電流センサと電動機電圧を取得する電動機電圧取得手段とを備え、前記インバータ制御部は、前記インバータ装置をすべり周波数ベクトル制御方式で制御するものであり、前記制御パラメータ選択部は、電気車のだ行中に前記インバータ制御部にすべり周波数０となるように前記インバータ装置を起動させ、前記電動機電流センサの検出する電動機電流と前記電動機電圧取得手段の取得する電動機電圧とに基づいて前記インバータ装置に接続されている電動機に対応した制御パラメータを選択し、前記制御パラメータ切換部に通知することを特徴とするものである。
【００１５】
請求項４の発明の電気車制御装置では、電気車がだ行中に電動機のすべり周波数がゼロとなるようにインバータ装置を起動し、そのときの誘起電圧により現在接続されている電動機を種別を判別し、それに対応した制御パラメータを選択し、インバータ装置を制御する。
【００１６】
請求項５の発明は、請求項１の電気車制御装置において、前記パラメータ制御部は、外部から入力される選択指令に基づいて使用すべき制御パラメータを前記制御パラメータ切換部に通知することを特徴とするものである。
【００１７】
請求項５の発明の電気車制御装置では、インバータ装置に接続されている電動機の種類を列車モニタ等の外部から設定することにより、接続されている電動機の種類に応じた制御パラメータを使用してインバータ装置を制御する。
【００１８】
請求項６の発明は、請求項１の電気車制御装置において、電動機を前記インバータ装置に接続するコネクタ装置であって、電動機を識別するための識別コードと当該識別コードを送信する手段とを有するコネクタ装置を備え、前記制御パラメータ選択部は、前記コネクタ装置からの識別コードを受信し、当該識別コードにより識別される電動機に対応する制御パラメータを選択し、前記制御パラメータ切換部に通知することを特徴とするものである。
【００１９】
請求項６の発明の電気車制御装置では、インバータ装置に電動機を接続するコネクタ装置に電動機を識別するための識別コードを設け、その識別コードにより識別される電動機に対応する制御パラメータを選択し、インバータ装置を制御する。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図に基づいて詳説する。図１は本発明の第１の実施の形態の電気車制御装置の構成を示している。可変電圧可変周波数（ＶＶＶＦ）インバータ５はすべり周波数制御方式によるベクトル制御方式のものであり、このＶＶＶＦインバータ５に接続し得る交流電動機６が複数種類あり、そのうちの任意の種類の電動機が接続される。
【００２１】
電動機制御パラメータ格納部１は、接続可能な複数種類の電動機６それぞれを制御する上で必要な複数種類の制御パラメータＡ〜Ｚを格納している。制御パラメータ選択部３は接続された電動機６の種類に応じて電動機制御パラメータ格納部１に格納されている複数種類の制御パラメータのうちどの制御パラメータを使用するか選択する。
【００２２】
制御パラメータ切換部２は、制御パラメータ選択部３が選択した制御パラメータをベクトル制御部４へ指令する。制御パラメータ選択部３は車両の運転台等に設置された列車モニタに含まれ、列車モニタからいずれの種類の制御パラメータを使用するかを制御パラメータ切換部２に指令する。
【００２３】
この第１の実施の形態の電気車制御装置では、運転士あるいは技術者が列車モニタの制御パラメータ選択部３で現在接続されている電動機６の種類に応じ、それに対応する制御パラメータを選択すると、この制御パラメータ選択部３が制御パラメータ切換部２に特定の制御パラメータを通知する。
【００２４】
制御パラメータ切換部２では、通知された制御パラメータをパラメータ格納部１から読み出し、これをベクトル制御部４に与える。
【００２５】
ベクトル制御部４はパラメータ切換部２を通じて与えられる制御パラメータを保持し、これに基づいてＶＶＶＦインバータ５を制御し、このＶＶＶＦインバータ５の交流出力により電動機６を駆動する。
【００２６】
これにより、第１の実施の形態の電気車制御装置では、複数種の電動機のいずれがＶＶＶＦインバータ５に接続されても、それに対応した制御パラメータを用いてＶＶＶＦインバータ５を制御し、電動機を駆動することができる。
【００２７】
そして特に本実施の形態では、列車モニタ装置７等から電動機６の種類を入力するのみで、簡単に最適な制御パラメータを選択し、その制御パラメータを用いて電動機制御することができる。
【００２８】
次に、本発明の第２の実施の形態の電気車制御装置を、図２〜図４を用いて説明する。図２に示す第２の実施の形態の電気車制御装置において、図１に示した第１の実施の形態と共通する要素は同一の符号を付してある。
【００２９】
第２の実施の形態において、図１に示した第１の実施の形態に対して追加された要素は、電動機電流センサ８、ブレーキ制御器９、車輪１０、電動機判別指令器１１である。変更された要素は、制御パラメータ選択部３が、制御パラメータ選択部３１になった点である。削除された要素は列車モニタ７である。
【００３０】
第２の実施の形態の電気車制御装置では、電動機判別指令器１１が、ブレーキ制御器９により車輪のブレーキを動作させた状態で、ＶＶＶＦインバータ５を起動する。制御パラメータ選択部３１は、そのときに流れる電動機電流を電動機電流センサ８により検出し、その検出電流値から、接続されている電動機を判別し、制御パラメータ切換部２に指令する。
【００３１】
図３に制御パラメータ選択部３１の詳細を示してある。制御パラメータ選択部３１は、検出した電動機電流を解析する電動機電流解析部１２と解析した電動機電流の各値α、β、γから該当する電動機を判別する電動機判別部１３とから構成されている。
【００３２】
図４は電動機電流解析部１２による電動機電流の各値α、β、γの解析手法の詳細を示している。電気車にブレーキをかけた状態で、ＶＶＶＦインバータ５から電動機６にステップ状の電圧を加えると、電動機電流解析部１２がそのときの電動機電流の立ち上がりを検出する。
【００３３】
電動機電流解析部１２は、電動機６にステップ状の電圧を加えた時刻を０として、その時点の電動機電流の立ち上がりの傾きを傾きαとして測定する。その後一定時間ｔ１経過した後の電動機電流上昇の傾きを傾きβとして測定する。その後、一定時間ｔ２での電動機電流の大きさを大きさγとして測定する。
【００３４】
電動機判別部１３は、電動機電流解析部１２が測定したこれらの値α、β、γを図３に示した判別条件に照らして電動機の種類を判別し、制御パラメータ切換部２に通知する。
【００３５】
制御パラメータ切換部２では、第１の実施の形態と同様に、制御パラメータ選択部３１から指令される電動機の種類に応じ、対応する制御パラメータをパラメータ格納部１から取り出してベクトル制御部４に出力する。ベクトル制御部４はパラメータ切換部２を通じて与えられる制御パラメータを保持し、これに基づいてＶＶＶＦインバータ５を制御し、このＶＶＶＦインバータ５の交流出力により電動機６を駆動する。
【００３６】
これにより、第２の実施の形態の電気車制御装置では、複数種類の電動機のいずれがＶＶＶＦインバータ５に接続されても、それに対応した制御パラメータを自動的に選択し、その制御パラメータを用いてＶＶＶＦインバータ５を制御し、電動機を駆動することができ、列車停車中に自動的に電動機の種類を判別するので、人の手によらずに最適な電動機制御が行える。
【００３７】
次に、本発明の第３の実施の形態の電気車制御装置について、図５および図６を用いて説明する。図５に示した第３の実施の形態において、図１に示した第１の実施の形態と共通する要素は同一の符号を付してある。図１に示した第１の実施の形態の電気車制御装置に対して、本実施の形態の電気車制御装置では、列車モニタ７が削除され、電動機電流センサ８、電動機判別指令器１１、電動機速度センサ１４が追加されている。また、本実施の形態では、第１の実施の形態における制御パラメータ選択部３が制御パラメータ選択部３２に変更されている。
【００３８】
本実施の形態の電気車制御装置では、電動機判別指令器１１より電動機判別指令信号が出力されると、ベクトル制御部４は電動機６のすべり周波数がゼロとなるようにＶＶＶＦインバータ５を起動する。
【００３９】
制御パラメータ選択部３２は、そのときの電動機速度センサ１４で測定した電動機速度Ｆｒとベクトル制御部４の内部で演算された電動機電圧Ｖｍとから該当する電動機６の種別を判別する。
【００４０】
図６に制御パラメータ選択部３２の詳細を示す。制御パラメータ選択部３２は、電動機電圧解析部１５と電動機判別部１６とから構成されている。電動機電圧解析部１５では、電動機電圧Ｖｍを求め、この電動機電圧Ｖｍと速度センサ１４からの電動機速度Ｆｒとから比率δを求める。電動機判別部１６は、求めた比率δの値から該当する電動機の種別を判別する。例えば、比率δがδA1＜δ＜δA2であれば電動機Ａ、δB1＜δ＜δB2であれば電動機Ｂ、δC1＜δ＜δC2であれば電動機Ｃ等と判別し、その判別結果を制御パラメータ切換部２に出力するのである。
【００４１】
これにより、第３の実施の形態では、電動機判別指令を与えることにより装置側が自動的に系を制御して電動機の種別を判別し、それに応じた適切な制御パラメータを選択して切換え、それを使用してＶＶＶＦインバータ５をすべり周波数制御方式でベクトル制御することができ、列車がだ行中に自動的に電動機の種類を判別し、人の手によらずに電気車制御装置は最適な電動機制御を行うことができる。
【００４２】
次に、本発明の第４の実施の形態の電気車制御装置について、図７および図８を用いて説明する。図７に示した第４の実施の形態において、図１に示した第１の実施の形態と共通する要素は同一の符号を付してある。図１に示した第１の実施の形態の電気車制御装置に対して、本実施の形態の電気車制御装置では、列車モニタ７と電動機判別部３が削除され、電動機接続コネクタ１７とコード判別部１８が追加されている。
【００４３】
図８にコード判別部１８の詳細な構成を示す。電動機接続コネクタ１７には、予め電動機固有の識別コードが埋め込まれており、電動機６を接続すると識別コードがコード判別部１８に入力される。例えば、識別コードが［００］であれば電動機Ａ、［０１］であれば電動機Ｂ、［１０］であれば電動機Ｃ、［１１］であれば電動機Ｄであると識別するのである。なお、図８ではこの識別コードを２ビットで示しているが、電動機の種類の数によってこのビット数は増減させてもかまわない。こうして、コード判別部１８で識別コードによって接続された電動機を判別し、その判別結果を制御パラメータ切換部２に指令する。
【００４４】
制御パラメータ切換部２は、与えられる電動機種別の指令に応じた適切な制御パラメータを選択して切換えてベクトル制御部４に与え、ベクトル制御部４はその制御パラメータを使用してＶＶＶＦインバータ５を制御する。
【００４５】
本実施の形態の場合、電動機６をＶＶＶＦインバータ５の出力コネクタに接続するだけでベクトル制御部４側には当該電動機６に応じた制御パラメータを設定することができ、自動的に電動機の種類を判別して最適な電動機制御が行える。
【００４６】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、インバータに接続されている電動機を識別できるため、電気車の電動機として複数種類の電動機のいずれでも使用することができ、電気車間で電動機の互換性が向上し、多種類の電動機を保管管理する必要性が少なくなり、それだけ保守管理面での簡略化が図れ、保守管理コストを削減できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態のブロック図。
【図２】本発明の第２の実施の形態のブロック図。
【図３】第２の実施の形態における制御パラメータ選択部のブロック図。
【図４】第２の実施の形態における制御パラメータによる電動機電流解析処理の説明図。
【図５】本発明の第３の実施の形態のブロック図。
【図６】第３の実施の形態における制御パラメータ選択部のブロック図。
【図７】本発明の第４の実施の形態のブロック図。
【図８】第４の実施の形態におけるコード判別部のブロック図。
【符号の説明】
１  パラメータ格納部
２  制御パラメータ切換部
３  制御パラメータ選択部
４  ベクトル制御部
５  ＶＶＶＦインバータ
６  電動機
７  列車モニタ
８  電流センサ
９  ブレーキ制御器
１０  車輪
１１  電動機判別指令器
１２  電動機電流解析部
１３  電動機判別部
１４  速度センサ
１５  電動機電圧解析部
１６  電動機判別部
１７  電動機接続コネクタ
１８  コード判別部
３１  制御パラメータ選択部
３２  制御パラメータ選択部
【図１】
2004194453.tif 000003
【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】
2004194453.tif 000008
【図７】
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【図８】
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