(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流電力を交流電力に変換するインバータと、当該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を備え、前記永久磁石同期電動機の回転子の位置を検出するセンサを用いずに駆動制御するセンサレス制御方式により電動機を制御する電気車制御装置において、
前記永久磁石同期電動機に流れる電流を検出する電動機電流検出器と、
当該電気車が惰行運転中に前記インバータを停止し、前記電気車の状態に応じて前記インバータの起動判定を行う起動判定手段と、
前記起動判定手段が起動判定した時に前記インバータを起動させる再起動手段とを備え、
前記起動判定手段は、前記電動機電流検出器により前記永久磁石同期電動機に電流が流れていることを検出した時に、前記再起動手段によって前記インバータを再起動させ、
前記再起動手段は、前記インバータを起動させた時に惰行制御を行い、ゼロトルクを出力するように前記インバータを制御することを特徴とする電気車制御装置。
【請求項２】
前記インバータの直流側に接続され、直流電圧を検出する直流電圧検出器を備え、
前記起動判定手段は、前記電動機電流検出器により前記永久磁石同期電動機に電流が流れていることを検出し、かつ、前記直流電圧検出器により前記直流電圧が上昇したことを検出した時に、前記再起動手段によって前記インバータを再起動させ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】
前記インバータの直流側に接続され、直流電流を検出する直流電流検出器を備え、
前記起動判定手段は、前記電動機電流検出器により前記永久磁石同期電動機に電流が流れていることを検出し、かつ、前記直流電流検出器により直流電流が回生側に流れていることを検出した時に、前記再起動手段によって前記インバータを再起動させることを特徴とする請求項２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、電気車駆動用の永久磁石同期電動機を制御する電気車制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、図１６の回路構成の電気車制御装置が知られている。この従来の電気車制御装置では、架線（図示しない）からパンタグラフ０１を介して集電された直流電力は、電流の投入、遮断を行なう断流器０２、０３、０４及び平滑用リアクトル０６を通ってインバータ１０に入力される。そして入力された直流電力は、インバータ１０により可変電圧・可変周波数の交流電力に変換されて、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へ供給される。永久磁石同期電動機１２は永久磁石を内蔵しているため、回転中は常に起電力を誘起している。この誘起電圧は速度に比例して発生し、電気車が高速で走行中の場合、架線電圧を越える電圧を発生する。このため、力行時はインバータ１０でこの誘起電圧と共に主電動機電流を制御して永久磁石同期電動機１２の駆動トルクを制御し、回生時は永久磁石同期電動機１２のブレーキトルクを制御する。
【０００３】
一方、誘導電動機を用いた制御においては、惰行時にインバータ１０を停止させるのが一般的である。しかし、永久磁石同期電動機制御の場合、インバータ１０を停止させると永久磁石同期電動機１２が発電機として作用し、インバータ１０内のダイオード１３〜１５を通して架線０１に電力を供給して車両に回生ブレーキとして作用し、惰行ではなくブレーキが掛かってしまう。この現象を防ぐために、一般には永久磁石の磁束を打ち消す方向に主電動機界磁巻線に励磁電流を流して磁束を弱め、主電動機の端子電圧を抑えてトルクを発生しないようにする惰行制御（トルク０ｋｇｆ制御）を行っている。尚、図１６中、０５は充電抵抗器、０７は過電圧抑制抵抗器、０８は過電圧抑制サイリスタ、０９はフィルタコンデンサ、１６〜１８は主回路素子（ダイオード）である。
【０００４】
図１７は、従来の電気車制御装置のブロック図である。図１７において、点線部にて囲んだ部分が制御ブロック２０である。この制御ブロック２０は、トルクパターン生成部２１、スイッチ２２、２３、ＯＲ論理ゲート２４、周波数判別部２５、ベクトル制御部２６、周波数演算部２７、ゲートスタート・ストップ制御部２８、ＰＷＭゲートパルス生成ゲートロジック部２９から構成されている。
【０００５】
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ＴｒｑＲｅｆ０を出力する。スイッチ２２は、運転指令の有無により運転指令ありの時はトルク指令ＴｒｑＲｅｆ０を選択し、運転指令なしの時（惰行時）はトルク指令０ｋｇｆ（トルク指令ゼロ）を選択し、トルク指令ＴｒｑＲｅｆとして出力する。
【０００６】
ベクトル制御部２６は、トルク指令ＴｒｑＲｅｆ、電動機電流検出器３０により検出した電動機電流Ｉｕ、Ｉｗ、周波数演算部２７の出力である電動機周波数ωｒ及びフィルタコンデンサ０９の電圧ＥＦＣを入力し、インバータ１０の３相電圧指令ＶｕＲｅｆ、ＶｖＲｅｆ、ＶｗＲｅｆを求めて出力する。
【０００７】
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、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を入力し、ゲートスタート・ストップ信号ＧＳＴの有無によりＧＳＴ＝“Ｈ”の時は３相電圧指令をパルス幅変調（ＰＷＭ：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”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。インバータ１０からはパルス幅制御された３相の交流電圧Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗが出力され、この電圧は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。
【０００８】
周波数演算部２７は、永久磁石同期電動機１２に取り付けられた回転角センサ１９の出力θｒを入力し、電動機周波数ωｒを求めて出力する。周波数判別部２５は、電動機周波数ωｒ及び基準周波数を入力し、電動機周波数ωｒが基準周波数以上である場合には“Ｈ”を、基準周波数未満である場合には“Ｌ”をスイッチ２３へ出力する。
【０００９】
スイッチ２３とＯＲ論理ゲート２４では、運転指令がありの場合には“Ｈ”を、運転指令がなしの惰行時でも電動機周波数ωｒが基準速度以上であれば“Ｈ”を、運転指令がなしで電動機周波数ωｒが基準速度未満であれば“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、ＯＲ論理ゲート２４の出力が“Ｈ”の場合にはゲートスタート・ストップ信号ＧＳＴ＝“Ｈ”を、ＯＲ論理ゲート２４の出力が“Ｌ”の場合には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。
【００１０】
このように、運転指令がなしの惰行時でも電動機周波数ωｒが基準速度以上の場合には、スイッチ２２は０ｋｇｆ側にあるため、トルク指令ＴｒｑＲｅｆ＝０ｋｇｆをベクトル制御部２６に入力し、トルク０ｋｇｆの制御を行う。
【００１１】
このような従来の永久磁石同期電動機制御では、高速度での惰行時に永久磁石同期電動機１２が発電機になって回生ブレーキを作用させることになる現象を防ぐために、永久磁石の磁束を励磁コイルによって逆に作用させて磁束を弱める制御（以下、弱め磁束制御）を行っており、弱め磁束制御を行うか否かの判定にこの永久磁石同期電動機１２に取り付けられた回転角度センサ１９の信号情報を用いている。回転角度センサ１９により永久磁石同期電動機１２の回転周波数を得ることができるため、運転指令がなしの惰行時でも電動機１２の回転周波数と誘起電圧とを算出することが可能である。電動機周波数が分かれば、数１式において、電動機電流ｉｄ及びｉｑを共にゼロとすることで、無負荷誘起電圧Ｖｍ０＝ｋ・ωｍ・Φｆを算出できる。
【数１】
0004768524.tif 000002
【００１２】
このように、永久磁石同期電動機１２の回転角度を検出する回転角度センサ１９が付いていれば、インバータ１０の停止中となる運転指令なしの惰行時である場合でも電動機周波数が分かるので、上述のとおり、電動機周波数から電動機端子電圧（無負荷誘起電圧）を算出することができる。このため、インバータ１０が停止中に電動機回転速度が上昇した場合においても、弱め界磁制御を動作させることによって永久磁石同期電動機１２の誘起電圧を抑えることが可能となる。
【００１３】
一方で、回転角度センサ１９を用いた従来の電気車制御装置には、以下に挙げるような問題点が存在する。第１に回転角度センサの存在が永久磁石同期電動機の容積を増大させることである。これは永久磁石同期電動機の出力を拡大する妨げとなる。第２に回転角度センサ自体の保守点検作業が必要になることである。これにより保守点検効率が悪化する。第３には回転角度センサからの信号線にノイズ等が重畳することにより、検出値に擾乱が乗り、制御性能が悪化することである。第４に回転角度センサはそれを駆動するための電源を必要とするものがほとんどであり、電動機駆動とは別系統の電源を具備する必要があることである。これは電源設置空間、電力供給線、コスト等において負担増の要因となる。
【００１４】
また、上に上げた問題点により、回転角度センサを用いずに回転角度を推定し、推定された回転角度により駆動制御を行う方式が開発されている。これを「センサレス制御」と称する。現在までに広く知られた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。前者は永久磁石同期電動機の回転によって誘起される誘起電圧が電動機制御回転軸のｑ軸方向に観測されることを利用して回転角度を推定する手法である。後者は永久磁石同期電動機を制御するための電圧指令若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電動機のインピーダンスを推定若しくは評価関数を演算することにより回転角度を推定する手法である。近年、これらセンサレス制御を適用した駆動装置が実用化されている。
【００１５】
しかしながら、センサレス制御を適用した場合、電動機回転角度、回転周波数を推定演算できるのはインバータが動作中の場合であり、インバータ停止中は電動機回転周波数が分からなくなる。運転指令なしの惰行時でインバータ停止中の時、上り坂・下り坂で減速・加速するといった状況では、電気車自体の速度も変化するため電動機周波数を特定することができなくなる。
【００１６】
インバータ停止中に下り坂で速度が上昇した場合、速度上昇に伴い電動機周波数も上昇するため、数１式で示すよう電動機誘起電圧も上昇する。誘起電圧がフィルタコンデンサ電圧を越えた場合、フィルタコンデンサ電圧が上昇する前にゲートオフから惰行制御（トルク０ｋｇｆ制御）に移行する必要がある。惰行制御（トルク０ｋｇｆ制御）に移行せずゲートオフ状態のままの場合、誘起電圧がフィルタコンデンサ電圧を越えて電動機からインバータを通してフィルタコンデンサ（直流側）に電流が流れ込み、フィルタコンデンサ電圧を上昇させ過電圧となる場合があり、その場合にはインバータを保護停止させる。
【００１７】
このようにセンサレス制御を適用した場合、過電圧によりインバータ保護停止となる問題点があり、また、フィルタコンデンサ自体に過大な電圧がかかり寿命の点からも好ましくない問題点があった。また、永久磁石同期電動機が発電機として作用し回生ブレーキモードとなり、惰行ではなく不要なブレーキトルクが発生する問題点も生じる。さらに、運転指令なしの惰行時でインバータ停止中の時、フィルタコンデンサ電圧が低下していった場合も同様で、前述のとおり、誘起電圧がフィルタコンデンサ電圧を越えた場合、フィルタコンデンサ電圧が上昇する前にゲートオフから惰行制御（トルク０ｋｇｆ制御）に移行する必要が生じる問題点もあった。
【特許文献１】特開２００５―２５３２６４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
本発明は、上述したような従来の技術的課題に鑑みてなされたもので、永久磁石同期電動機の回転子の位置を検出するセンサを用いずに駆動制御するセンサレス制御方式を採用した電動機制御装置にあって、インバータが停止する惰行時にゲートオフから惰行制御（トルク０ｋｇｆ制御）に移行させ、過電圧による保護停止を避けて装置の信頼性を上げると共に、インバータの稼動時間を減らして発生ロスを減らし、装置の小型化、軽量化の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】
【００１９】
本発明は、直流電力を交流電力に変換するインバータと、当該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を備え、前記永久磁石同期電動機の回転子の位置を検出するセンサを用いずに駆動制御するセンサレス制御方式により電動機を制御する電気車制御装置において、前記永久磁石同期電動機に流れる電流を検出する電動機電流検出器と、当該電気車が惰行運転中に前記インバータを停止し、前記電気車の状態に応じて前記インバータの起動判定を行う起動判定手段と、前記起動判定手段が起動判定した時に前記インバータを起動させる再起動手段とを備え、前記起動判定手段は、前記電動機電流検出器により前記永久磁石同期電動機に電流が流れていることを検出した時に、前記再起動手段によって前記インバータを再起動させ、前記再起動手段は、前記インバータを起動させた時に惰行制御を行い、ゼロトルクを出力するように前記インバータを制御することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、永久磁石同期電動機をセンサレス制御方式により駆動制御する電気車制御装置にあって、インバータが停止する惰行時にゲートオフから惰行制御に移行させる再起動手段を備えているため、過電圧による保護停止を避けて装置の信頼性を上げると共に、電気車の状態に応じてインバータの起動判定を行う起動判定手段を備えているため、インバータの稼動時間を減らして発生ロスを減らし、装置の小型化、軽量化が図れる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明の実施の形態を図に基づいて詳説する。
【００２２】
（第１の実施の形態）本発明の第１の実施の形態の電気車制御装置は、電動機電流を検出し、それに基づいてインバータの再起動を制御することを特徴とする。図１の制御ブロック図を用いて、本実施の形態の電気車制御装置について説明する。尚、図１において、図１６、図１７に示した従来例と共通する構成要素には共通の符号を付して示してある。
【００２３】
図１において、点線部が制御ブロック２０を示しており、制御ブロック２０は、トルクパターン生成部２１、スイッチ２２、２３、ＯＲ論理ゲート２４、電流判別部２５、ベクトル制御部２６、ゲートスタート・ストップ制御部２８、ＰＷＭゲートパルス生成ゲートロジック部２９、そして電流判別部３１を備えている。
【００２４】
次に、本実施の形態による作用について説明する。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し、トルク指令ＴｒｑＲｅｆ０を出力する。スイッチ２２は、運転指令の有無により運転指令ありの時はトルク指令ＴｒｑＲｅｆ０を選択し、運転指令なしの時（惰行時）はトルク指令０ｋｇｆ（トルク指令ゼロ）を選択し、トルク指令ＴｒｑＲｅｆとして出力する。ベクトル制御部２６は、トルク指令ＴｒｑＲｅｆ、電流検出器３０により検出した電動機電流Ｉｕ、Ｉｗ、及びフィルタコンデンサ０９のフィルタコンデンサ電圧ＥＦＣを入力し、インバータ１０の３相電圧指令ＶｕＲｅｆ、ＶｖＲｅｆ、ＶｗＲｅｆを求めて出力する。
【００２５】
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、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を入力し、ゲートスタート・ストップ信号ＧＳＴの有無によりＧＳＴ＝“Ｈ”の時は３相電圧指令ＶｕＲｅｆ、ＶｖＲｅｆ、ＶｗＲｅｆをパルス幅変調（ＰＷＭ）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”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（停止）する。インバータ１０からはパルス幅制御された３相の交流電圧Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗが出力され、この交流電圧Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗは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。
【００２６】
電流判別部３１は、電動機電流検出器３０の検出した電動機電流Ｉｕ、Ｉｗ及び基準電流値を入力し、電動機電流Ｉｕ、Ｉｗが基準電流値以上である場合には“Ｈ”を、基準電流値未満である場合には“Ｌ”をスイッチ２３へ出力する。
【００２７】
スイッチ２３とＯＲ論理ゲート２４では、運転指令がありの場合には“Ｈ”を、運転指令がなしの時（惰行時）でも電動機電流Ｉｕ、Ｉｗが基準電流値以上であれば“Ｈ”を、運転指令がなしで電動機電流Ｉｕ、Ｉｗが基準電流値未満であれば“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、ＯＲ論理ゲート２４の出力が“Ｈ”の場合にはゲートスタート・ストップ信号ＧＳＴ＝“Ｈ”を、ＯＲ論理ゲート２４の出力が“Ｌ”の場合には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。
【００２８】
このように、運転指令がなしの時（惰行時）でも電動機電流Ｉｕ、Ｉｗが基準電流値以上の場合は、インバータ１０へ３相ゲート信号ＶｕＩＮＶ、ＶｖＩＮＶ、ＶｗＩＮＶを出力し、インバータ１０を再起動する。また、スイッチ２２は０ｋｇｆ側にあるため、トルク指令ＴｒｑＲｅｆ＝０ｋｇｆをベクトル制御部２６に入力し、トルク０ｋｇｆの制御を行う。尚、基準電流値は、運転指令がなしの時（惰行時）で、インバータ停止中に電動機電流が流れたことを検知する設定値とするために、通常は０［Ａ］に設定するが、電動機電流検出器３０でのオフセットやノイズ等のマージンＭ１［Ａ］を考慮して、０［Ａ］以上の設定値、すなわちＭ１［Ａ］としてもよい。
【００２９】
前述のとおり、永久磁石同期電動機１２は永久磁石を内蔵しているため、回転中は速度に比例した起電力を誘起している。電気車が高速で走行中の場合、インバータ１０を停止させると永久磁石同期電動機１２が発電機として作用し、この永久磁石同期電動機１２からインバータ１０を通して回生電流がフィルタコンデンサ０９を含めた架線側（直流側）に流れる。このため、架線側に電力を供給して車両に回生ブレーキとして作用し、惰行ではなくてブレーキが掛かる。すなわち、運転指令がなしの惰行時で、インバータ１０が停止しているにもかかわらず電動機電流が流れることになる。よって、インバータ１０の停止中に電動機電流が流れたことを検知したら、インバータを再起動させてトルク０ｋｇｆ制御を行えばよい。
【００３０】
そこで、本実施の形態では、運転指令がなしの惰行時においてインバータ１０が停止中に、電流判別部３１にて電動機電流を検出し、その電動機電流が基準電流値以上の場合には、インバータ１０が停止しているにもかかわらず電動機電流が流れたとして、インバータ１０を再起動させ、トルク０ｋｇｆの制御を行う。したがって、本実施の形態によれば、インバータ１０の再起動の条件として電動機電流を見ているため、過電圧による保護停止を避けて装置の信頼性を上げると共に、インバータ１０の稼動時間を減らして発生ロスを減らし、装置の小型化、軽量化となる利点が得られる。また、従来は必須であった回転角センサ１９を省略できるため、部品点数の削減、信頼性の向上が図れる。
【００３１】
（第２の実施の形態）本発明の第２の実施の形態の電気車制御装置は、電動機電流と直流電圧とに基づいてインバータの再起動を制御することを特徴とする。本発明の第２の実施の形態の電気車制御装置を図２を用いて説明する。尚、図２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には同一の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説明する。
【００３２】
本実施の形態では、図１に示した第１の実施の形態の構成に対して、さらに直流電圧判別部３２とＡＮＤ論理ゲート３３とを付加している。直流電圧判別部３２は、フィルタコンデンサ０９のフィルタコンデンサ電圧ＥＦＣ及び基準直流電圧値を入力し、フィルタコンデンサ電圧ＥＦＣが基準直流電圧値以上である場合には“Ｈ”を、基準直流電圧値未満である場合には“Ｌ”をＡＮＤ論理ゲート３３へ出力する。尚、基準直流電圧値は、フィルタコンデンサ過電圧となる保護設定値ＯＶＤｓｅｔ［Ｖ］にマージンＭ２［Ｖ］を考慮して、（ＯＶＤｓｅｔ−Ｍ２）［Ｖ］を設定する。ＯＶＤｓｅｔ及びＭ２は、対象とする電気車の装置に合わせた値を設定する。ＡＮＤ論理ゲート３３は、直流電圧判別部３２の出力が“Ｈ”、かつ、電流判別部３１の出力が“Ｈ”の時に“Ｈ”をスイッチ２３へ出力し、直流電圧判別部３２の出力が“Ｌ”又は電流判別部３１の出力が“Ｌ”の時に“Ｌ”をスイッチ２３へ出力する。
【００３３】
スイッチ２３とＯＲ論理ゲート２４では、運転指令がありの場合には“Ｈ”を、運転指令がなしの惰行時でも、電動機電流Ｉｕ、Ｉｗが基準電流値以上かつフィルタコンデンサ電圧が基準直流電圧値以上であれば“Ｈ”を、運転指令がなしの惰行時で、電動機電流Ｉｕ、Ｉｗが基準電流値未満又はフィルタコンデンサ電圧ＥＦＣが基準直流電圧未満であれば“Ｌ”をゲートスタート・ストップ制御部２８に出力する。
【００３４】
第１の実施の形態と同様に、このゲートスタート・ストップ制御部２８は、ＯＲ論理ゲート２４の出力が“Ｈ”の場合にはゲートスタート・ストップ信号ＧＳＴ＝“Ｈ”を、ＯＲ論理ゲート２４の出力が“Ｌ”の場合には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。そして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、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を入力し、ゲートスタート・ストップ信号ＧＳＴの有無によりＧＳＴ＝“Ｈ”の時は３相電圧指令ＶｕＲｅｆ、ＶｖＲｅｆ、ＶｗＲｅｆをパルス幅変調（ＰＷＭ）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”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（停止）する。
【００３５】
このように、本実施の形態では、運転指令がなしの惰行時でも、電動機電流Ｉｕ、Ｉｗが基準電流値以上かつフィルタコンデンサ電圧ＥＦＣが基準直流電圧以上の場合にはインバータ１０へ３相ゲート信号ＶｕＩＮＶ、ＶｖＩＮＶ、ＶｗＩＮＶを出力し、インバータ１０を再起動する。また、スイッチ２２は０ｋｇｆ側にあるため、トルク指令ＴｒｑＲｅｆ＝０ｋｇｆをベクトル制御部２６に入力し、トルク０ｋｇｆの制御を行う。
【００３６】
運転指令がなしの惰行時で、インバータ停止中にもかかわらず電動機電流が流れる場合は、電動機電圧（誘起電圧）がフィルタコンデンサ電圧を越えているため、永久磁石同期電動機１２からインバータ１０を介してフィルタコンデンサ０９へ直流電流が流れ込み、フィルタコンデンサ電圧ＥＦＣが上昇する。よって、インバータ停止中に電動機電流が流れたことに加え、フィルタコンデンサ電圧ＥＦＣが上昇したことを検知したら、フィルタコンデンサ電圧が過電圧となって保護停止レベルへ上昇する前に、インバータ１０を再起動させてトルク０ｋｇｆ制御を行えばよい。
【００３７】
そこで、本実施の形態では、運転指令がなしの惰行時においてインバータ１０が停止中に、電流判別部３１にて電動機電流が基準電流値以上であると判別し、同時に、直流電圧判別部３２にてフィルタコンデンサ電圧ＥＦＣが基準直流電圧値以上であると判別した場合にインバータ１０を再起動させ、トルク０ｋｇｆの制御を行う。したがって、本実施の形態によれば、インバータ再起動の条件として電動機電流に加えてフィルタコンデンサ電圧値も見ているため、インバータ再起動の条件がより確実になり、過電圧による保護停止を避けて装置の信頼性を一層向上させることができ、加えて、インバータ１０の稼動時間を減らして発生ロスを減らし、装置の小型化、軽量化が図れる。また、従来は必須であった回転角センサ１９を省略できるため、部品点数の削減や信頼性の向上が図れる。
【００３８】
（第３の実施の形態）本発明の第３の実施の形態の電気車制御装置は、電動機電流と直流電流とに基づいてインバータの再起動を制御することを特徴とする。以下、本発明の第３の実施の形態の電気車制御装置を、図３を用いて説明する。尚、図３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には同一の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説明する。
【００３９】
本実施の形態は、図１に示した第１の実施の形態に対して、直流電流検出器３５と直流電流判別部３４、ＡＮＤ論理ゲート３３を付加した構成である。直流電流検出器３５は、フィルタコンデンサ０９とインバータ１０との間に取り付けられ、フィルタコンデンサ０９とインバータ１０との間を流れる直流電流を検出する。直流電流判別部３４は、直流電流検出器３５の出力である直流電流ＩＳ及び基準直流電流値を入力し、直流電流ＩＳが基準直流電流値未満である場合には“Ｈ”を、基準直流電流値以上である場合には“Ｌ”をＡＮＤ論理ゲート３３へ出力する。ＡＮＤ論理ゲート３３は、直流電流判別部３４の出力が“Ｈ”かつ電流判別部３１の出力が“Ｈ”の時には“Ｈ”をスイッチ２３へ出力し、直流電流判別部３４の出力が“Ｌ”又は電流判別部３１の出力が“Ｌ”の時には“Ｌ”をスイッチ２３へ出力する。
【００４０】
スイッチ２３とＯＲ論理ゲート２４では、運転指令がありの場合には“Ｈ”を、運転指令がなしの惰行時でも電動機電流Ｉｕ、Ｉｗが基準電流値以上かつ直流電流ＩＳが基準直流電流値未満であれば“Ｈ”を、運転指令がなしの惰行時で電動機電流Ｉｕ、Ｉｗが基準電流値未満又は直流電流ＩＳが基準直流電流以上であれば“Ｌ”を、ゲートスタート・ストップ制御部２８に出力する。このＯＲ論理ゲート２４の出力に対するゲートスタート・ストップ制御部２８、そしてゲートスタート・ストップ制御部２８の出力に対するＰＷＭゲートパルス生成ゲートロジック部２９の動作は、第１、第２の実施の形態と同様である。
【００４１】
以上により、本実施の形態では、運転指令がなしの惰行時でも電動機電流Ｉｕ、Ｉｗが基準電流値以上かつ直流電流ＩＳが基準直流電流未満の場合には、インバータ１０へ３相ゲート信号ＶｕＩＮＶ、ＶｖＩＮＶ、ＶｗＩＮＶを出力してインバータ１０を再起動する。また、スイッチ２２は０ｋｇｆ側にあるため、トルク指令ＴｒｑＲｅｆ＝０ｋｇｆをベクトル制御部２６に入力し、トルク０ｋｇｆの制御を行う。
【００４２】
尚、直流電流判別部３４に与える基準直流電流値は、運転指令がなしの惰行時でインバータ１０が停止中に、電動機電流がインバータ１０を介してフィルタコンデンサ０９側、すなわち直流側へが流れたことを検知する設定値とするため、通常は０［Ａ］を設定する。しかしながら、直流電流検出器３５でのオフセットやノイズ等のマージンＭ３［Ａ］を考慮して、０［Ａ］未満の設定値、すなわち負（マイナス）の値−Ｍ３［Ａ］としてもよい。ここで、直流電流ＩＳの符号は、フィルタコンデンサ０９からインバータ１０の方向へ流れる直流電流の向きを正（プラス）としている。したがって、直流電流値が０［Ａ］未満（マイナス）の場合、インバータ１０からフィルタコンデンサ０９の方向へ流れる電流、すなわち回生方向の電流であることを意味する。また、直流電流ＩＳの符号を、インバータ１０からフィルタコンデンサ０９の方向へ流れる向きを正（プラス）として考えるならば、直流電流ＩＳが基準直流電流値以上である場合には“Ｈ”を、基準直流電流値未満である場合には“Ｌ”をＡＮＤ論理ゲート３３へ出力するようにすれば、本実施の形態と同様に実現できる。
【００４３】
運転指令がなしの惰行時で、インバータ停止中にもかかわらず電動機電流が流れるといった場合は、電動機電圧（誘起電圧）がフィルタコンデンサ電圧を越えているため、永久磁石同期電動機１２からインバータ１０を介して回生電流がフィルタコンデンサ０９を含めた架線側（直流側）に流れる。このため、架線側に電力を供給して車両に回生ブレーキとして作用し、惰行ではなくブレーキが掛かる。すなわち、運転指令がなしの惰行時で、インバータが停止しているにもかかわらずフィルタコンデンサ０９へ直流電流が流れ込み、フィルタコンデンサ電圧ＥＦＣが上昇する。よって、インバータ停止中に電動機電流が流れたことに加え、直流電流が回生側に流れていることを検知したら、フィルタコンデンサ電圧ＥＦＣが過電圧となって保護停止レベルへ上昇する前に、インバータ１０を再起動させてトルク０ｋｇｆ制御を行えばよい。
【００４４】
そこで、本実施の形態では、運転指令がなしの惰行時においてインバータ１０が停止中に、電流判別部３１にて電動機電流を検出して基準電動機電流値以上である場合に加え、さらに直流電流判別部３４にてフィルタコンデンサ０９を含めた直流側に流れ込む直流電流を検出し、それが基準直流電流値未満の場合にはインバータ１０を再起動させ、トルク０ｋｇｆの制御を行う。したがって、本実施の形態によれば、インバータ再起動の条件として電動機電流に加えて直流電流も見ているため、インバータ再起動の条件がより確実になり、過電圧による保護停止を避けて装置の信頼性を一層向上させることができると共に、インバータ１０の稼動時間を減らして発生ロスを減らし、装置の小型化、軽量化が図れる。また、従来は必須であった回転角センサ１９を省略できるため、部品点数の削減や信頼性の向上が図れる利点もある。
【００４５】
尚、本実施の形態では、インバータ再起動の条件として電動機電流が基準電動機電流値以上になると共に直流電流が基準直流電流値未満の場合について説明したが、直流電流が基準直流電流値未満の場合のみの条件にてインバータ１０を再起動してもよい。すなわち、インバータ１０が停止しているにもかかわらず永久磁石同期電動機１２からインバータ１０を介して回生電流がフィルタコンデンサ０９を含めた架線側（直流側）に流れた場合、直流電流が回生側に流れるため、直流電流が基準直流電流値未満のみの条件でインバータ１０を再起動させてトルク０ｋｇｆ制御を行うことによっても、前述と同様の利点が得られる。
【００４６】
（第４の実施の形態）図４を用いて、本発明の第４の実施の形態の電気車制御装置について説明する。本実施の形態の電気車制御装置は、電動機電流かつ直流電流を検出し、その条件に基づいてインバータの再起動を制御することを特徴とする。ただし、本実施の形態の場合、図３における直流電流検出器３５に代えて、フィルタコンデンサ０９よりも架線側の位置に直流電流検出器３５−２を取り付けた点が図３の第３の実施の形態と異なる。
【００４７】
したがって、直流電流検出器３５−２の取り付け位置を除いて、本実施の形態による制御装置の作用については第３の実施の形態と同様である。すなわち、運転指令がなしの惰行時でも電動機電流Ｉｕ、Ｉｗが基準電流値以上かつ直流電流ＩＳが基準直流電流未満の場合は、インバータ１０へ３相ゲート信号ＶｕＩＮＶ、ＶｖＩＮＶ、ＶｗＩＮＶを出力し、インバータ１０を再起動する。また、スイッチ２２は０ｋｇｆ側にあるため、トルク指令ＴｒｑＲｅｆ＝０ｋｇｆをベクトル制御部２６に入力し、トルク０ｋｇｆの制御を行う。
【００４８】
尚、本実施の形態において、基準直流電流値は、運転指令がなしの惰行時で、インバータ停止中に、電動機電流がインバータ１０及びフィルタコンデンサ０９（直流側）を介して架線側に流れたことを検知する設定値とするため、通常０［Ａ］を設定するが、直流電流検出器３５―２でのオフセットやノイズ等のマージンＭ４［Ａ］を考慮して、０［Ａ］未満の設定値、すなわち負（マイナス）の値−Ｍ４［Ａ］としてもよい。また、ここでも、直流電流ＩＳの符号は架線側からフィルタコンデンサ１０の方向へ流れる直流電流の向きを正（プラス）としている。したがって、直流電流値が０［Ａ］未満の場合、フィルタコンデンサ１０から架線側方向へ、すなわち回生方向へ電流が流れていることを意味する。また、直流電流ＩＳの符号をフィルタコンデンサ０９からインバータ１０の方向へ流れる向きを正（プラス）とするならば、直流電流ＩＳが基準直流電流値以上である場合には“Ｈ”を、基準直流電流値未満である場合には“Ｌ”をＡＮＤ論理ゲート３３へ出力するようにすれば、本実施の形態と同様に実現できる。
【００４９】
これにより、本実施の形態によれば、上記第３の実施の形態と同様の作用、効果を得ることができる。また、本発明の実施の形態においても、インバータ再起動の条件として、直流電流が基準直流電流値未満の場合のみの条件にてインバータ１０を再起動する制御をしてもよい。すなわち、インバータ１０が停止しているにもかかわらず永久磁石同期電動機１２からインバータ１０を介して、回生電流がフィルタコンデンサ０９を含めた架線側（直流側）に流れた場合、直流電流が回生側に流れるため、直流電流が基準直流電流値未満のみの条件でインバータを再起動させてトルク０ｋｇｆ制御を行うことによっても、前述と同様の利点が得られる。
【００５０】
（第５の実施の形態）図５は、本発明の第５の実施の形態の電気車制御装置を示している。本実施の形態の電気車制御装置は、電動機電圧を検出し、この電動機電圧に基づいてインバータの再起動を制御することを特徴とする。以下、本発明の第５の実施の形態の電気車制御装置を、図５を用いて説明する。尚、本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には同一の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説明する。
【００５１】
本実施の形態の電気車制御装置は、図１の電気車制御装置に対して、電動機電圧検出器３６を付加し、電流判別部３１に代えて電圧判別部３７を付加した構成である。電圧判別部３７は、電動機電圧検出器３６より得られた電動機電圧Ｖｕｖ及び基準電圧値を入力し、電動機電圧Ｖｕｖより計算した電動機電圧実効値Ｖｍが基準電圧値以上である場合には“Ｈ”を、基準電圧値未満である場合には“Ｌ”をスイッチ２３へ出力する。
【００５２】
スイッチ２３とＯＲ論理ゲート２４では、運転指令がありの場合には“Ｈ”を、運転指令がなしの惰行時でも電動機電圧Ｖｕｖより計算した電動機電圧実効値Ｖｍが基準電圧値以上であれば“Ｈ”を、運転指令がなしの惰行時で電動機電圧実効値Ｖｍが基準電圧値未満であれば“Ｌ”を、ゲートスタート・ストップ制御部２８に出力する。このＯＲ論理ゲート２４の出力に対するゲートスタート・ストップ制御部２８、そしてゲートスタート・ストップ制御部２８の出力に対するＰＷＭゲートパルス生成ゲートロジック部２９の動作は、第１の実施の形態と同様である。
【００５３】
このようにして、本実施の形態では、運転指令がなしの惰行時でも電動機電圧実効値Ｖｍが基準電圧値以上の場合は、インバータ１０へ３相ゲート信号ＶｕＩＮＶ、ＶｖＩＮＶ、ＶｗＩＮＶを出力し、インバータ１０を再起動する。また、スイッチ２２は０ｋｇｆ側にあるため、トルク指令ＴｒｑＲｅｆ＝０ｋｇｆをベクトル制御部２６に入力し、トルク０ｋｇｆの制御を行う。
【００５４】
尚、基準電圧値は、フィルタコンデンサ電圧定格値Ａ［Ｖ］より、
【数２】
0004768524.tif 000003
【００５５】
となるように設定する。このフィルタコンデンサ電圧定格値Ａ［Ｖ］は、直流１５００Ｖ、７５０Ｖ、６００Ｖなどが一般的である。また、電動機電圧検出器３６でのオフセットやノイズ等のマージンＭ５［Ｖ］を考慮して、
【数３】
0004768524.tif 000004
【００５６】
と設定してもよい。ここで、Ａ及びＭ５の値は、対象とする電気車の装置に合わせた値を設定する。
【００５７】
運転指令がなしの惰行時で、インバータ停止中に、電動機電圧実効値Ｖｍが基準電圧値以上の場合、電動機１２からインバータ１０内のダイオードを通りフィルタコンデンサ０９を含めた架線側（直流側）に回生電流が流れ、直流側電圧がフィルタコンデンサ電圧定格値を越えて上昇する場合が考えられる。よって、数２式、数３式のように基準電圧値を設定し、電動機電圧が基準電圧値以上であること検知したら、インバータ１０を再起動させてトルク０ｋｇｆ制御を行えばよい。
【００５８】
そこで、本実施の形態では、運転指令がなしの惰行時においてインバータ１０が停止中に、電圧判別部３７にて計算した電動機電圧実効値Ｖｍが基準電圧値以上である場合にインバータ１０を再起動させ、トルク０ｋｇｆの制御を行う。したがって、インバータ再起動の条件として電動機電圧を見ているため、過電圧による保護停止を避けて装置の信頼性を一層向上させることができると共に、インバータ１０の稼動時間を減らして発生ロスを減らし、装置の小型化、軽量化が図れる。また、従来は必須であった回転角センサ１９を省略できるため、部品点数の削減や信頼性の向上が図れる利点もある。
【００５９】
尚、電圧判別部３７は、電動機電圧検出器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電圧実効値Ｖｍを求めるようにしたが、電動機電圧検出器３６で得られる電動機電圧として、Ｖｖｗ（ＶＷ間電圧）若しくはＶｗｕ（ＷＵ間電圧）を用いてもよい。
【００６０】
（第６の実施の形態）図６は、本発明の第６の実施の形態の電気車制御装置を示している。本実施の形態の電気車制御装置は、第５の実施の形態と同様に電動機電圧を検出し、この電動機電圧に基づいてインバータの再起動を制御するが、電動機電圧の基準電圧値を直流側電圧によって補正することを特徴とする。以下、図６を用いて、本発明の第６の実施の形態について説明する。尚、図６において、図５に示した第５の実施の形態と共通する要素には同一の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説明する。
【００６１】
本実施の形態は、図５の電気車制御装置に対して、フィルタコンデンサ電圧ＥＦＣを電圧判別部３７−２に入力する構成としている。この電圧判別部３７−２は、電動機電圧検出器３６より得られた電動機電圧Ｖｕｖ、フィルタコンデンサ電圧ＥＦＣ及び基準電圧値を入力し、基準電圧値をフィルタコンデンサ電圧ＥＦＣにより補正して補正後の基準電圧値を得、また、電動機電圧Ｖｕｖより電動機電圧実効値Ｖｍを計算し、この電動機電圧実効値Ｖｍが補正後の基準電圧値以上である場合には“Ｈ”を、補正後の基準電圧値未満である場合には“Ｌ”をスイッチ２３へ出力する。
【００６２】
スイッチ２３とＯＲ論理ゲート２４では、運転指令がありの場合には“Ｈ”を、運転指令がなしの惰行時でも電動機電圧Ｖｕｖより計算した電動機電圧実効値Ｖｍが補正後の基準電圧値以上であれば“Ｈ”を、運転指令がなしの惰行時で電動機電圧実効値Ｖｍが補正後の基準電圧値未満であれば“Ｌ”を、ゲートスタート・ストップ制御部２８に出力する。このＯＲ論理ゲート２４の出力に対するゲートスタート・ストップ制御部２８、そしてゲートスタート・ストップ制御部２８の出力に対するＰＷＭゲートパルス生成ゲートロジック部２９の動作は、第５の実施の形態と同様である。
【００６３】
このように、本実施の形態では、運転指令がなしの惰行時でも電動機電圧実効値Ｖｍがフィルタコンデンサ電圧ＥＦＣにより補正された基準電圧値以上の場合は、インバータ１０へ３相ゲート信号ＶｕＩＮＶ、ＶｖＩＮＶ、ＶｗＩＮＶを出力し、インバータ１０を再起動する。また、スイッチ２２は０ｋｇｆ側にあるため、トルク指令ＴｒｑＲｅｆ＝０ｋｇｆをベクトル制御部２６に入力し、トルク０ｋｇｆの制御を行う。
【００６４】
尚、基準電圧値は、フィルタコンデンサ電圧ＥＦＣ［Ｖ］により、
【数４】
0004768524.tif 000005
【００６５】
となるように設定する。また、電動機電圧検出器３６でのオフセットやノイズ等のマージンＭ６［Ｖ］を考慮して、
【数５】
0004768524.tif 000006
【００６６】
と設定してもよい。ここで、Ｍ６の値は、対象とする電気車の装置に合わせた値を設定する。
【００６７】
運転指令がなしの惰行時で、インバータ停止中に電動機電圧実効値Ｖｍが基準電圧値以上の場合、永久磁石同期電動機１２からインバータ１０内のダイオードを通りフィルタコンデンサ０９を含めた架線側（直流側）に回生電流が流れ、フィルタコンデンサ電圧が上昇する。よって、数４式、数５式のように基準電圧値をフィルタコンデンサ電圧ＥＦＣに応じたインバータ出力可能電圧の近傍に設定し、電動機電圧がその基準電圧値以上であることを検知したらインバータ１０を再起動させ、トルク０ｋｇｆ制御を行えばよい。
【００６８】
そこで、本実施の形態では、運転指令がなしの惰行時においてインバータ１０が停止中に、電圧判別部３７−２にて計算した電動機電圧実効値Ｖｍがフィルタコンデンサ電圧ＥＦＣにより補正した基準電圧値以上である場合にインバータ１０を再起動させ、トルク０ｋｇｆの制御を行う。したがって、インバータ再起動の条件として電動機電圧に加えてフィルタコンデンサ電圧ＥＦＣを見ているため、インバータ再起動の条件がより確実になり、過電圧による保護停止を避けて装置の信頼性を一層させることができ、その上、インバータ１０の稼動時間を減らして発生ロスを減らし、装置の小型化、軽量化が図れる。また、従来は必須であった回転角センサ１９を省略できるため、部品点数の削減や信頼性の向上が図れる利点もある。
【００６９】
尚、電圧判別部３７−２は、電動機電圧検出器３６より得られた電動機電圧Ｖｕｖ（ＵＶ間電圧）により電動機電圧実効値Ｖｍを求めているが、電動機電圧検出器３６で得られる電動機電圧としてＶｖｗ（ＶＷ間電圧）若しくはＶｗｕ（ＷＵ間電圧）を用いてもよい。
【００７０】
（第７の実施の形態）本発明の第７の実施の形態の電気車制御装置を、図７を用いて説明する。本実施の形態は、電動機周波数に基づいてインバータの再起動を制御することを特徴とし、図１に示した第１の実施の形態に対して、電動機電圧検出器３６を付加し、電流判別部３１に代えて周波数判別部３８を付加した構成としている。尚、本実施の形態において、図１における構成要素と共通するものには同一の符号を付して示し、その詳しい説明は省略する。
【００７１】
本実施の形態における周波数判別部３８は、電動機電圧検出器３６より得られた電動機電圧Ｖｕｖ及び基準周波数値を入力し、電動機電圧Ｖｕｖより計算した電動機周波数ωｍが基準周波数値以上である場合には“Ｈ”を、基準周波数値未満である場合には“Ｌ”をスイッチ２３へ出力する。
【００７２】
スイッチ２３とＯＲ論理ゲート２４では、運転指令がありの場合には“Ｈ”を、運転指令がなしの惰行時でも電動機電圧Ｖｕｖより計算した電動機周波数ωｍが基準周波数値以上であれば“Ｈ”を、運転指令がなしの惰行時で電動機周波数ωｍが基準周波数値未満であれば“Ｌ”を、ゲートスタート・ストップ制御部２８に出力する。このＯＲ論理ゲート２４の出力に対するゲートスタート・ストップ制御部２８、そしてゲートスタート・ストップ制御部２８の出力に対するＰＷＭゲートパルス生成ゲートロジック部２９の動作は、第１の実施の形態と同様である。
【００７３】
こうして本実施の形態では、運転指令がなしの惰行時でも電動機周波数ωｍが基準周波数値以上の場合はインバータ１０へ３相ゲート信号ＶｕＩＮＶ、ＶｖＩＮＶ、ＶｗＩＮＶを出力し、インバータ１０を再起動する。また、スイッチ２２は０ｋｇｆ側にあるため、トルク指令ＴｒｑＲｅｆ＝０ｋｇｆをベクトル制御部２６に入力され、トルク０ｋｇｆの制御を行う。
【００７４】
尚、基準周波数値は以下により設定する。無負荷誘起電圧Ｖｍ０＝ｋ・ωｍ・Φｆより、電動機周波数ωｍ＝Ｖｍ０／（ｋ・Φｆ）となる。
【数６】
0004768524.tif 000007
【００７５】
ただし、Ａはフィルタコンデンサ電圧定格値であり、直流１５００Ｖ、７５０Ｖ、６００Ｖなどが一般的である。
【００７６】
そして、
【数７】
0004768524.tif 000008
【００７７】
となるように設定する。また、電動機電圧検出器３６でのオフセットやノイズ等のマージンＭ７［Ｖ］を考慮して、
【数８】
0004768524.tif 000009
【００７８】
と設定してもよい。ただし、Ｍ７は、対象とする電気車の装置に合わせた値に設定する。
【００７９】
運転指令がなしの惰行時でインバータ停止中に電動機周波数ωｍが基準周波数値以上の場合、永久磁石同期電動機１２からインバータ１０内のダイオードを通りフィルタコンデンサ０９を含めた架線側（直流側）に回生電流が流れ、直流側電圧がフィルタコンデンサ電圧定格値を越えて上昇する場合が考えられる。よって、数７式、数８式のように基準周波数値を設定し、電動機周波数ωｍが基準周波数値以上であること検知したら、インバータを再起動させ、トルク０ｋｇｆ制御を行えばよい。
【００８０】
そこで、本実施の形態では、運転指令がなしの惰行時においてインバータが停止中に、周波数判別部３８にて計算した電動機周波数ωｍが基準周波数値以上である場合に、インバータ１０を再起動させ、トルク０ｋｇｆの制御を行う。したがって、本実施の形態によれば、インバータ再起動の条件として電動機周波数を見ているため、過電圧による保護停止を避けて装置の信頼性を一層向上させることができ、その上に、インバータ１０の稼動時間を減らして発生ロスを減らし、装置の小型化、軽量化が図れる利点もある。また、従来は必須であった回転角センサ１９を省略できるため、部品点数の削減や信頼性の向上が図れる利点もある。
【００８１】
尚、本実施の形態では周波数判別部３８は、電動機電圧検出器３６より得られた電動機電圧Ｖｕｖ（ＵＶ間電圧）により電動機周波数ωｍを求めているが、電動機電圧検出器３６で得られる電動機電圧としてＶｖｗ（ＶＷ間電圧）若しくはＶｗｕ（ＷＵ間電圧）を用いてもよい。
【００８２】
（第８の実施の形態）図８は、本発明の第８の実施の形態の電気車制御装置を示している。本実施の形態の電気車制御装置は、第７の実施の形態と同様に電動機周波数を検出し、この電動機周波数に基づいてインバータの再起動を制御するが、電動機周波数の基準周波数値を直流側電圧によって補正することを特徴とする。以下、図８を用いて、本発明の第８の実施の形態について説明する。尚、本実施の形態において、図７における構成要素と共通するものには同一の符号を付して示し、その詳しい説明は省略する。
【００８３】
本実施の形態は、図７に示した第７の実施の形態に対して、周波数判別部３８−２に電動機電圧Ｖｕｖを入力すると共に直流側電圧であるフィルタコンデンサ電圧ＥＦＣを入力する構成としている。
【００８４】
この周波数判別部３８―２は、電動機電圧検出器３６より得られた電動機電圧Ｖｕｖとフィルタコンデンサ０９に対するフィルタコンデンサ電圧ＥＦＣ、そして基準周波数値を入力し、電動機電圧Ｖｕｖより計算した電動機周波数ωｍがフィルタコンデンサ電圧ＥＦＣで補正された基準周波数値以上である場合には“Ｈ”を、その補正された基準周波数値未満である場合には“Ｌ”をスイッチ２３へ出力する。
【００８５】
スイッチ２３とＯＲ論理ゲート２４では、運転指令がありの場合には“Ｈ”を、運転指令がなしの惰行時でも電動機電圧Ｖｕｖより計算した電動機周波数ωｍがフィルタコンデンサ電圧ＥＦＣにより補正された基準周波数値以上であれば“Ｈ”を、運転指令がなしの惰行時で電動機周波数ωｍがフィルタコンデンサ電圧ＥＦＣにより補正された基準周波数値未満であれば“Ｌ”を、ゲートスタート・ストップ制御部２８に出力する。このＯＲ論理ゲート２４の出力に対するゲートスタート・ストップ制御部２８、そしてゲートスタート・ストップ制御部２８の出力に対するＰＷＭゲートパルス生成ゲートロジック部２９の動作は、第１の実施の形態と同様である。
【００８６】
こうして本実施の形態では、運転指令がなしの惰行時でも電動機周波数ωｍがフィルタコンデンサ電圧ＥＦＣにより補正された基準周波数値以上の場合は、インバータ１０へ３相ゲート信号ＶｕＩＮＶ、ＶｖＩＮＶ、ＶｗＩＮＶを出力し、インバータ１０を再起動する。また、スイッチ２２は０ｋｇｆ側にあるため、トルク指令ＴｒｑＲｅｆ＝０ｋｇｆをベクトル制御部２６に入力し、トルク０ｋｇｆの制御を行う。
【００８７】
尚、基準周波数値は以下により設定する。無負荷誘起電圧Ｖｍ０＝ｋ・ωｍ・Φｆより、電動機周波数ωｍ＝Ｖｍ０／（ｋ・Φｆ）となる。
【数９】
0004768524.tif 000010
【００８８】
として、
【数１０】
0004768524.tif 000011
【００８９】
となるように設定する。また、電動機電圧検出器３６でのオフセットやノイズ等のマージンＭ８［Ｖ］を考慮して、
【数１１】
0004768524.tif 000012
【００９０】
と設定してもよい。ここで、Ｍ８は対象とする電気車の装置に合わせた値を設定する。
【００９１】
運転指令がなしの惰行時でインバータ停止中に電動機周波数ωｍが基準周波数値以上の場合、電動機からインバータ１０内のダイオードを通りフィルタコンデンサ０９を含めた架線側（直流側）に回生電流が流れ、フィルタコンデンサ電圧ＥＦＣが上昇する。よって、数１０式、数１１式のように基準周波数値をフィルタコンデンサ電圧ＥＦＣに応じたインバータ出力可能電圧の近傍となる周波数に設定し、電動機周波数がその基準周波数値以上であることを検知したらインバータ１０を再起動させ、トルク０ｋｇｆ制御を行えばよい。
【００９２】
そこで、本実施の形態では、運転指令がなしの惰行時においてインバータ１０が停止中に、周波数判別部３８−２にて計算した電動機周波数が、フィルタコンデンサ電圧ＥＦＣにより補正した基準周波数値以上である場合に、インバータ１０を再起動させ、トルク０ｋｇｆの制御を行う。したがって、本実施の形態によれば、インバータ再起動の条件として電動機周波数ωｍに加えフィルタコンデンサ電圧ＥＦＣを見ているため、インバータ再起動の条件がより確実になり、過電圧による保護停止を避けて装置の信頼性を一層向上させることができ、同時に、インバータ１０の稼動時間を減らして発生ロスを減らし、装置の小型化、軽量化が図れる利点もある。また、従来は必須であった回転角センサ１９を省略できるため、部品点数の削減や信頼性の向上が図れる利点もある。
【００９３】
尚、本実施の形態にあっても、周波数判別部３８−２は、電動機電圧検出器３６より得られた電動機電圧Ｖｕｖ（ＵＶ間電圧）により電動機周波数ωｍを求めているが、電動機電圧検出器３６で得られる電動機電圧として、Ｖｖｗ（ＶＷ間電圧）若しくはＶｗｕ（ＷＵ間電圧）を用いてもよい。
【００９４】
（第９の実施の形態）図９は、本発明の第９の実施の形態の電気車制御装置を示している。本実施の形態の電気車制御装置は、第７の実施の形態と同様に電動機周波数を検出し、この電動機周波数に基づいてインバータの再起動を制御するが、電動機周波数の基準周波数値をフィルタコンデンサ電圧及び電動機温度によって補正することを特徴とする。以下、図９を用いて、本発明の第９の実施の形態について説明する。尚、本実施の形態において、図７における構成要素と共通するものには同一の符号を付して示し、その詳しい説明は省略する。
【００９５】
本実施の形態は、図７に示した第７の実施の形態に対して、永久磁石同期電動機１２の温度検出を行う温度検出器３９を付加し、この温度検出器３９の検出する電動機温度Ｔｅｍｐ及びフィルタコンデンサ電圧ＥＦＣを温度補正付周波数判別部３８−３に入力する構成である。
【００９６】
この温度補正付周波数判別部３８−３は、電動機電圧検出器３６より得られた電動機電圧Ｖｕｖ、温度検出器３９より得られた電動機温度Ｔｅｍｐ、フィルタコンデンサ電圧ＥＦＣ及び基準周波数値を入力し、電動機電圧Ｖｕｖより計算した電動機周波数ωｍがフィルタコンデンサ電圧ＥＦＣ及び電動機温度Ｔｅｍｐにより補正された基準周波数値以上である場合には“Ｈ”を、基準周波数値未満である場合には“Ｌ”をスイッチ２３へ出力する。
【００９７】
スイッチ２３とＯＲ論理ゲート２４では、運転指令がありの場合には“Ｈ”を、運転指令がなしの惰行時でも電動機電圧Ｖｕｖより計算した電動機周波数ωｍがフィルタコンデンサ電圧ＥＦＣ及び電動機温度Ｔｅｍｐにより補正された基準周波数値以上であれば“Ｈ”を、運転指令がなしで電動機周波数ωｍがフィルタコンデンサ電圧ＥＦＣ及び電動機温度Ｔｅｍｐにより補正された基準周波数値未満であれば“Ｌ”を、ゲートスタート・ストップ制御部２８に出力する。このＯＲ論理ゲート２４の出力に対するゲートスタート・ストップ制御部２８、そしてゲートスタート・ストップ制御部２８の出力に対するＰＷＭゲートパルス生成ゲートロジック部２９の動作は、第１の実施の形態と同様である。
【００９８】
ここで、電動機周波数と誘起電圧の関係を図１０に示す。図１０において、曲線Ａに示すように電動機温度が低い場合、電動機周波数ωｍ＝ωｍＡの時に電動機誘起電圧は惰行制御開始電圧Ｖｍ１になるが、曲線Ｂに示すように電動機温度が高い場合、電動機周波数ωｍ＝ωｍＢの時に電動機誘起電圧は惰行制御開始電圧Ｖｍ１になる。電動機温度による永久磁石磁束の変化により、電動機周波数と電動機誘起電圧の関係が異なるため、惰行制御開始電圧となる電動機周波数は、電動機温度が低い場合と高い場合で異なってくる。すなわち、電動機温度が高くなるに従い電動機誘起電圧は低下していく特性となる。
【００９９】
図１１は、電動機温度Ｔｅｍｐに対する惰行制御開始電動機周波数の関係を示したものである。電動機温度Ｔｅｍｐ＿Ｂ（電動機温度低い場合）の時、惰行制御開始電動機周波数ωｍ１＝ωｍＢとして周波数を下げ、電動機温度Ｔｅｍｐ＿Ａ（電動機温度高い場合）の時、惰行制御開始周波数ωｍ１＝ωｍＡとして周波数を上げる。このように、惰行制御を開始する電動機周波数ωｍを電動機温度Ｔｅｍｐにより補正することで、より正確な電動機誘起電圧（誘起電圧と直流電圧の関係）にて惰行制御に移行することが可能となる。
【０１００】
したがって、基準周波数値は以下により設定する。無負荷誘起電圧Ｖｍ０＝ｋ・ωｍ・Φｆより、電動機周波数ωｍ＝Ｖｍ０／（ｋ・Φｆ）となる。
【数１２】
0004768524.tif 000013
【０１０１】
である。そこで、電動機温度による補正式をＧ（Ｔｅｍｐ）として、基準周波数値を、
【数１３】
0004768524.tif 000014
【０１０２】
となるように設定する。また、電動機電圧検出器３６でのオフセットやノイズ等のマージンＭ９［Ｖ］を考慮して、
【数１４】
0004768524.tif 000015
【０１０３】
と設定してもよい。ただし、Ｍ９は、対象とする電気車の装置に合わせた値を設定する。
【０１０４】
尚、電動機温度による補正式Ｇ（Ｔｅｍｐ）は図１２に示すよう、電動機温度Ｔｅｍｐ＝Ｔｅｍｐ＿ｔｙｐ２（電動機定格温度）の場合にはゲイン＝１．０、電動機温度Ｔｅｍｐ＝Ｔｅｍｐ＿ｍｉｎ２（通常運転で考慮する電動機の最低温度）の場合にはゲイン＝１．０−Ｇｍｉｎ２、電動機温度Ｔｅｍｐ＝Ｔｅｍｐ＿ｍａｘ２（通常運転で考慮する電動機の最高温度）の場合にはゲイン＝１．０＋Ｇｍａｘ２とする。すなわち、前述したとおり、電動機温度が低い場合は惰行制御開始周波数を下げ、電動機温度が高い場合は惰行制御開始周波数を上げる補正式とする。ここでＧｍｉｎ２、Ｇｍａｘ２は対象とする永久磁石同期電動機１２により合わせた値を設定する。
【０１０５】
こうして本実施の形態では、運転指令がなしの惰行時でも電動機周波数ωｍがフィルタコンデンサ電圧ＥＦＣ及び電動機温度Ｔｅｍｐにより補正された基準周波数値以上の場合は、インバータ１０へ３相ゲート信号ＶｕＩＮＶ、ＶｖＩＮＶ、ＶｗＩＮＶを出力し、インバータ１０を再起動する。また、スイッチ２２は０ｋｇｆ側にあるため、トルク指令ＴｒｑＲｅｆ＝０ｋｇｆをベクトル制御部２６に入力し、トルク０ｋｇｆの制御を行う。
【０１０６】
運転指令がなしの惰行時でインバータ停止中に、電動機周波数ωｍが基準周波数値以上の場合、電動機からインバータ内のダイオードを通りフィルタコンデンサを含めた架線側（直流側）に回生電流が流れ、フィルタコンデンサ電圧が上昇する。また、前述のとおり電動機温度によって電動機周波数と誘起電圧の関係が異なるため、電動機温度により基準周波数値は異なる値になる。よって、数１３式、数１４式のように基準周波数値ωｍをフィルタコンデンサ電圧ＥＦＣと共に電動機温度に応じて補正し、電動機周波数がこの補正後の基準周波数値以上であることを検知したら、インバータを再起動させトルク０ｋｇｆ制御を行えばよい。
【０１０７】
そこで、本実施の形態では、運転指令がなしの惰行時においてインバータが停止中に、温度補正付き周波数判別部３８−３にて計算した電動機周波数ωｍが、フィルタコンデンサ電圧ＥＦＣ及び電動機温度Ｔｅｍｐにより補正した基準周波数値以上である場合に、インバータ１０を再起動させ、トルク０ｋｇｆの制御を行う。したがって、本実施の形態によれば、インバータ再起動の条件として電動機周波数に加えフィルタコンデンサ電圧と電動機温度を見ているため、インバータ再起動の条件がより確実になり、過電圧による保護停止を避けて装置の信頼性を一層向上でき、それと共に、インバータ１０の稼動時間を減らして発生ロスを減らし、装置の小型化、軽量化が図れる。また、従来は必須であった回転角センサ１９を省略できるため、部品点数の削減や信頼性の向上が図れる利点もある。
【０１０８】
尚、本実施の形態にあっても、温度補正付き周波数判別部３８−３は、電動機電圧検出器３６より得られた電動機電圧Ｖｕｖ（ＵＶ間電圧）により電動機周波数ωｍを求めているが、電動機電圧検出器３６で得られる電動機電圧として、Ｖｖｗ（ＶＷ間電圧）若しくはＶｗｕ（ＷＵ間電圧）を用いてもよい。また、本実施の形態では温度検出器３９により検出した電動機温度を用いたが、温度検出器を用いる代わりに電動機電流、電動機電圧、電動機定数等から演算した電動機温度を用いるようにしてもよい。
【０１０９】
（第１０の実施の形態）本発明の第１０の実施の形態の電気車制御装置を図１３を用いて説明する。本実施の形態の電気車制御装置は、外部から取り込む車輌速度にてインバータの再起動制御を行うことを特徴とし、図１に示した第１の実施の形態に対して、電流判別部３１に代えて速度判別部４２を付加した構成である。尚、図１３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には同一の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説明する。
【０１１０】
本実施の形態における速度判別部４２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４１により伝送される車輌速度Ｖ＿ＭＯＮ及び基準速度値を入力し、車輌速度Ｖ＿ＭＯＮが基準速度値以上である場合には“Ｈ”を、基準速度値未満である場合には“Ｌ”をスイッチ２３へ出力する。
【０１１１】
スイッチ２３とＯＲ論理ゲート２４では、運転指令がありの場合には“Ｈ”を、運転指令がなしの惰行時でも車輌速度Ｖ＿ＭＯＮが基準速度値以上であれば“Ｈ”を、運転指令がなしの惰行時で車輌速度Ｖ＿ＭＯＮが基準速度値未満であれば“Ｌ”を、ゲートスタート・ストップ制御部２８に出力する。このＯＲ論理ゲート２４の出力に対するゲートスタート・ストップ制御部２８、そしてゲートスタート・ストップ制御部２８の出力に対するＰＷＭゲートパルス生成ゲートロジック部２９の動作は、第１の実施の形態と同様である。
【０１１２】
こうして、本実施の形態では、運転指令がなしの惰行時でも車輌速度Ｖ＿ＭＯＮが基準速度値以上の場合は、インバータ１０へ３相ゲート信号ＶｕＩＮＶ、ＶｖＩＮＶ、ＶｗＩＮＶを出力し、インバータ１０を再起動する。また、スイッチ２２は０ｋｇｆ側にあるため、トルク指令ＴｒｑＲｅｆ＝０ｋｇｆをベクトル制御部２６に入力し、トルク０ｋｇｆの制御を行う。
【０１１３】
尚、基準速度値は以下により設定する。無負荷誘起電圧Ｖｍ０＝ｋ・ωｍ・Φｆより、電動機周波数ωｍ＝Ｖｍ０／（ｋ・Φｆ）となる。
【数１５】
0004768524.tif 000016
【０１１４】
とする。ここで、フィルタコンデンサ電圧定格値Ａ［Ｖ］は、直流１５００Ｖ、７５０Ｖ、６００Ｖなどが一般的である。そして、基準速度値を
【数１６】
0004768524.tif 000017
【０１１５】
となるように設定する。また、伝送線４１でのオフセット等のマージンＭ１０［ｋｍ／ｈ］を考慮して、
【数１７】
0004768524.tif 000018
【０１１６】
と設定してもよい。ここで、Ｍ１０は、対象とする電気車の装置に合わせた値を設定する。
【０１１７】
運転指令がなしの惰行時でインバータ停止中に、車輌速度Ｖ＿ＭＯＮが基準速度値以上の場合、永久磁石同期電動機１９からインバータ１０内のダイオードを通りフィルタコンデンサ０９を含めた架線側（直流側）に回生電流が流れ、直流側電圧がフィルタコンデンサ電圧定格値を越えて上昇する場合が考えられる。よって、数１６式、数１７式のように基準速度値を設定し、車輌速度Ｖ＿ＭＯＮが基準速度値以上であること検知したら、インバータを再起動させトルク０ｋｇｆ制御を行えばよい。
【０１１８】
そこで、本実施の形態では、運転指令がなしの惰行時においてインバータ１０が停止中に、電気車制御装置の外部より得られた車両速度Ｖ＿ＭＯＮが基準速度値以上である場合にインバータ１０を再起動させ、トルク０ｋｇｆの制御を行う。したがって、本実施の形態によれば、インバータ再起動の条件として車輌速度Ｖ＿ＭＯＮを見ているため、過電圧による保護停止を避けて装置の信頼性を一層向上させることができ、また、インバータ１０の稼動時間を減らして発生ロスを減らし、装置の小型化、軽量化が図れる利点がある。また、従来は必須であった回転角センサ１９を省略できるため、部品点数の削減や信頼性の向上も図れる。
【０１１９】
（第１１の実施の形態）本発明の第１１の実施の形態の電気車制御装置を、図１１を用いて説明する。本実施の形態の電気車制御装置は、惰行時にインバータを再起動せずに永久磁石同期電動機を切り離す制御を特徴とする。本実施の形態における制御ブロック２０は、トルクパターン生成部２１、スイッチ２２、２３、電流判別部３１、ベクトル制御部２６、ゲートスタート・ストップ制御部２８、ＰＷＭゲートパルス生成ゲートロジック部２９、そして開放用接触器動作判定手段４３を備えている。そして、主回路の交流側の電動機電流検出器３０と永久磁石同期電動機１２との間に開放用接触器１１を設置し、この開放用接触器１１を開放用接触器動作判定手段４３にて投入、開放制御するようにしている。
【０１２０】
次に、上記構成の電気車制御装置の動作を説明する。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し、トルク指令ＴｒｑＲｅｆ０を出力する。スイッチ２２は、運転指令の有無により運転指令ありの時はトルク指令ＴｒｑＲｅｆ０を選択し、運転指令なしの惰行時はトルク指令０ｋｇｆ（トルク指令ゼロ）を選択し、トルク指令ＴｒｑＲｅｆを出力する。ベクトル制御部２６は、トルク指令ＴｒｑＲｅｆ、電動機電流検出器３０により検出した電動機電流Ｉｕ、Ｉｗ、及びフィルタコンデンサ電圧ＥＦＣを入力し、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、及びゲートスタート・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を入力し、ゲートスタート・ストップ信号ＧＳＴの有無によりＧＳＴ＝“Ｈ”の時は３相電圧指令ＶｕＲｅｆ、ＶｖＲｅｆ、ＶｗＲｅｆをパルス幅変調（ＰＷＭ）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”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。
【０１２１】
インバータ１０からはパルス幅制御された３相の交流電圧Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗが出力され、この交流電圧Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗは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。電流判別部３１は、電動機電流検出器３０からの電動機電流Ｉｕ、Ｉｗと基準電流値とを入力し、電動機電流Ｉｕ、Ｉｗが基準電流値以上である場合には“Ｈ”を、基準電流値未満である場合には“Ｌ”をスイッチ２３へ出力する。スイッチ２３は、運転指令がありの場合には“Ｌ”を、運転指令がなしの惰行時でも電動機電流Ｉｕ、Ｉｗが基準電流値以上であれば“Ｈ”を、開放用接触器動作判定手段４１に出力する。
【０１２２】
開放用接触器動作判定手段４１は、スイッチ２３からの出力が“Ｌ”（運転指令があり）の場合、投入開放信号ＭＫｏｆｆ＝“ＣＬＯＳＥ”を出力して開放用接触器１１を閉じ、スイッチ２３からの出力が“Ｈ”（運転指令がなしの惰行時でも電動機電流Ｉｕ、Ｉｗが基準電流値以上）の場合、投入開放信号ＭＫｏｆｆ＝“ＯＰＥＮ”を出力して開放用接触器１１を開放する。尚、一旦運転指令がありで開放用接触器１１を閉じた後は、運転指令がなしでも開放用接触器１１は閉じたままである。すなわち、運転指令あり／なしが繰り返されても開放用接触器１１は通常閉じたままとし、開放用接触器１１を開放するのは前述のとおり投入開放信号ＭＫｏｆｆ＝“ＯＰＥＮ”となった時のみである。ゲートスタート・ストップ制御部２８は、運転指令ありの場合ゲートスタート・ストップ信号ＧＳＴ＝“Ｈ”、運転指令なしの場合ＧＳＴ＝“Ｌ”をＰＷＭゲートパルス生成・ゲートロジック部２９へ出力する。
【０１２３】
このように、運転指令がなしの惰行時でも電動機電流Ｉｕ、Ｉｗが基準電流値以上の場合には開放用接触器１１へ投入開放信号ＭＫｏｆｆ＝“ＯＰＥＮ”を出力し、開放用接触器１１を開放する。また、運転指令はなしのため、ゲートストップ信号ＧＳＴ＝“Ｌ”であり、ＰＷＭゲートパルス生成ゲートロジック部２９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はオフしている。
【０１２４】
尚、基準電流値は、運転指令がなしの惰行時でインバータ停止中に電動機電流が流れたことを検知する設定値とするため、通常０［Ａ］に設定するが、電動機電流検出器３０でのオフセットやノイズ等のマージンＭ１１［Ａ］を考慮して、０［Ａ］以上の設定値、すなわちＭ１１［Ａ］としてもよい。
【０１２５】
前述のとおり、永久磁石同期電動機１２は永久磁石を内蔵しているため、回転中は速度に比例した起電力を誘起している。電気車が高速で走行中の場合、インバータ１０を停止させると永久磁石同期電動機１２が発電機として作用し、電動機１２からインバータ１０を通して回生電流がフィルタコンデンサ０９を含めた架線側（直流側）に流れる。このため、架線側に電力を供給して車両に回生ブレーキとして作用し、惰行ではなくブレーキが掛かる。すなわち、運転指令がなしの惰行時で、インバータ１０が停止しているにもかかわらず電動機電流が流れることになる。よって、インバータ停止中に電動機電流が流れたことを検知したら、インバータ１０を再起動せずに開放用接触器１１を開放すればよい。
【０１２６】
そこで、本実施の形態では、運転指令がなしの惰行時においてインバータ１０が停止中に電流判別部３１にて電動機電流を検出し、その電動機電流が基準電流値以上の場合には、インバータ１０が停止しているにもかかわらず電動機電流が流れたとして開放用接触器１１を開放し、インバータ１０と永久磁石同期電動機１２とを切り離す。したがって、本実施の形態によれば、インバータ１０と永久磁石同期電動機１２との間が切り離されるため、過電圧による保護停止を避けて装置の信頼性を上げることができ、また、インバータ１０の稼動時間を減らして発生ロスを減らし、装置の小型化、軽量化が図れる。また、従来は必須であった回転角センサ１９を省略できるため、部品点数の削減や信頼性の向上を図れる利点もある。
【０１２７】
尚、本実施の形態では、電動機電流が基準電流値以上の条件で開放用接触器１１を開放するとしたが、この条件に代えて、上記第２〜１０の実施の形態で示したインバータ再起動の条件で開放用接触器１１を開放するとしてもよい。また、本実施の形態においては電動機の回転角度センサ１９がない場合について示したが、回転角度センサ１９を具備するシステムにおいても本実施の形態を適用することができる。
【０１２８】
（第１２の実施の形態）本発明の第１２の実施の形態の電気車制御装置を、図１５を用いて説明する。本実施の形態の電気車制御装置は、惰行時にインバータを再起動せずに交流側を永久磁石同期電動機から切り離し、また直流側を架線から切り離す制御を特徴とし、図１４に示した第１１の実施の形態の構成に対して、断流器動作判定部４４を付加し、断流器動作判定部４４の出力である断流器投入開放信号ＬＢｏｆｆをインバータ１０の直流側に設置されている断流器０４Ａに入力するようにした構成である。したがって、本実施の形態にあって、図１４に示した第１１の実施の形態と共通する要素には同一の符号を付して示し、その詳しい説明は省略する。尚、パンタグラフ０１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０４Ａ及び平滑用リアクトル０６を通ってインバータ１０に入力される。
【０１２９】
本実施の形態では、スイッチ２３は運転指令がありの場合には“Ｌ”を、運転指令がなしの惰行時でも電動機電流Ｉｕ、Ｉｗが基準電流値以上であれば“Ｈ”を、開放用接触器動作判定部４１に出力すると共に、断流器動作判定部４４に出力する。断流器動作判定部４４は、スイッチ２３からの出力が“Ｌ”（運転指令があり）の場合、断流器投入開放信号ＬＢｏｆｆ＝“ＣＬＯＳＥ”を出力して断流器０４Ａを閉じ、スイッチ２３からの出力が“Ｈ”（運転指令がなしの惰行時でも電動機電流Ｉｕ、Ｉｗが基準電流値以上）の場合、断流器投入開放信号ＬＢｏｆｆ＝“ＯＰＥＮ”を出力して断流器０４Ａを開放する。尚、一旦運転指令がありで断流器０４Ａを閉じた後は、運転指令がなしでも断流器０４Ａは閉じたままとしてもよいし、若しくは、運転指令ありで投入、運転指令がなしで開放としてもよい。すなわち、運転指令なしの時に断流器０４Ａが閉じている場合、前述のとおり断流器投入開放信号ＬＢｏｆｆ＝“ＯＰＥＮ”となった時に断流器０４Ａを開放する。
【０１３０】
このように、本実施の形態では、運転指令がなしの惰行時に断流器０４Ａが閉じていて電動機電流Ｉｕ、Ｉｗが基準電流値以上の場合は、断流器０４Ａへ断流器投入開放信号ＬＢｏｆｆ＝“ＯＰＥＮ”を出力し、断流器０４Ａを開放する。また、運転指令はなしのため、ゲートストップ信号ＧＳＴ＝“Ｌ”であり、ＰＷＭゲートパルス生成ゲートロジック部２９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はオフしている。
【０１３１】
尚、基準電流値は、運転指令がなしの惰行時で、インバータ停止中に電動機電流が流れたことを検知する設定値とするため通常０［Ａ］を設定するが、電動機電流検出器３０でのオフセットやノイズ等のマージンＭ１２［Ａ］を考慮して、０［Ａ］以上の設定値、すなわちＭ１２［Ａ］としてもよい。
【０１３２】
永久磁石同期電動機１２は永久磁石を内蔵しているため、回転中は速度に比例した起電力を誘起している。電気車が高速で走行中の場合、インバータ１０を停止させると永久磁石同期電動機１２が発電機として作用し、電動機１２からインバータ１０を通して回生電流がフィルタコンデンサ０９を含めた架線側（直流側）に流れる。このため、架線側に電力を供給して車両に回生ブレーキとして作用し、惰行ではなくブレーキが掛かる。すなわち、運転指令がなしの惰行時で、インバータ１０が停止しているにもかかわらず電動機電流が流れることになる。よって、インバータ停止中に電動機電流が流れたことを検知したら、インバータ１０を再起動せずに開放用接触器１１を開放すると共に断流器０４Ａを開放すればよい。
【０１３３】
そこで、本実施の形態では、運転指令がなしの惰行時においてインバータ１０が停止中に、電流判別部３１にて電動機電流が基準電流値以上であると判別した場合には、インバータ１０が停止しているにもかかわらず電動機電流が流れたとして、開放用接触器１１に加えて断流器０４Ａも開放し、インバータ１０と永久磁石同期電動機１２を切り離すことに加えてフィルタコンデンサ０９を含めたインバータ側と架線側を切り離す。したがって、本実施の形態によれば、インバータ１０と永久磁石同期電動機１２との間に加え、インバータ１０側と架線０１側との間も切り離されるため、過電圧による保護停止や架線側への不用な電力の回生を避けて装置の信頼性を向上できると共に、インバータ１０の稼動時間を減らして発生ロスを減らし、装置の小型化、軽量化が図れる利点がある。また、従来は必須であった回転角センサ１９を省略できるため、部品点数の削減や信頼性の向上が図れる利点もある。
【０１３４】
尚、本実施の形態では、電動機電流が基準電流値以上の条件で開放用接触器を開放するとしたが、この条件に代えて、発明の実施の形態第２〜６で示したインバータ再起動の条件で開放用接触器を開放するとしてもよい。
【０１３５】
また、本実施の形態において開放用接触器を開放すると共に断流器も開放する場合について示したが、開放用接触器１１は開放せず断流器０４Ａのみ開放するようにしてもよい。断流器０４Ａを開放することにより、フィルタコンデンサ０９を含めたインバータ１０側と架線０１側が切り離されるため、過電圧による保護停止や架線側への不用な電力の回生を避けられ、前述と同様な利点が得られる。
【０１３６】
さらに、上記の各実施の形態では、永久磁石同期電動機１２の回転角度センサ１９がない場合について示したが、回転角度センサ１９を具備する電気車制御装置に対しても本発明を適用することができる。さらに、第１〜１０の実施の形態については電動機開放用接触器１１を示していないが、これらの実施の形態は開放用接触器１１を具備した電気車制御装置にも適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１３７】
【図１】本発明の第１の実施の形態の電気車制御装置のブロック図。
【図２】本発明の第２の実施の形態の電気車制御装置のブロック図。
【図３】本発明の第３の実施の形態の電気車制御装置のブロック図。
【図４】本発明の第４の実施の形態の電気車制御装置のブロック図。
【図５】本発明の第５の実施の形態の電気車制御装置のブロック図。
【図６】本発明の第６の実施の形態の電気車制御装置のブロック図。
【図７】本発明の第７の実施の形態の電気車制御装置のブロック図。
【図８】本発明の第８の実施の形態の電気車制御装置のブロック図。
【図９】本発明の第９の実施の形態の電気車制御装置のブロック図。
【図１０】電動機温度が異なる時の電動機周波数と誘起電圧との関係を示すグラフ。
【図１１】電動機温度と惰行制御開始電動機周波数との関係を示すグラフ。
【図１２】温度補正関数のグラフ。
【図１３】本発明の第１０の実施の形態の電気車制御装置のブロック図。
【図１４】本発明の第１１の実施の形態の電気車制御装置のブロック図。
【図１５】本発明の第１２の実施の形態の電気車制御装置のブロック図。
【図１６】一般的な電気車駆動回路のブロック図。
【図１７】従来の電気車制御装置のブロック図。
【符号の説明】
【０１３８】
０１…パンタグラフ
０２、０３、０４、０４Ａ…断流器
０５…充電抵抗器
０６…平滑用リアクトル
０７…過電圧抑制抵抗器
０８…過電圧抑制サイリスタ
０９…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
１３、１４、１５、１６、１７、１８…ダイオード
１９…回転角センサ
２０…制御ブロック
２１…トルクパターン生成部
２２、２３…スイッチ
２４…ＯＲ論理ゲート
２５…周波数判別部
２６…ベクトル制御部
２７…周波数演算部
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…電動機電流検出器
３１…電流判別部
３２…直流電圧判別部
３３…ＡＮＤ論理ゲート
３４…直流電流判別部
３５、３５−２…直流電流検出器
３６…電動機電圧検出器
３７、３７−２…電圧判別部
３８、３８−２…周波数判別部
３８−３…温度補正付周波数判別部
３９…電動機温度検出器
４１…伝送線
４２…速度判別部
４３…開放用接触器動作判定部
４４…断流器動作判定部
【図１】
0004768524.tif 000019
【図２】
0004768524.tif 000020
【図３】
0004768524.tif 000021
【図４】
0004768524.tif 000022
【図５】
0004768524.tif 000023
【図６】
0004768524.tif 000024
【図７】
0004768524.tif 000025
【図８】
0004768524.tif 000026
【図９】
0004768524.tif 000027
【図１０】
0004768524.tif 000028
【図１１】
0004768524.tif 000029
【図１２】
0004768524.tif 000030
【図１３】
0004768524.tif 000031
【図１４】
0004768524.tif 000032
【図１５】
0004768524.tif 000033
【図１６】
0004768524.tif 000034
【図１７】
0004768524.tif 000035