(57)【要約】【課題】雨天時など線路条件が悪い場合でも加速性能の低下を抑制できる空転制御を可能とする電気車制御装置の提供。【解決手段】車両進行方向の第１軸〜第３軸のモータ１０５〜１０７に係るインバータ（ＮＯ．１−ＩＮＶ，ＮＯ．２−ＩＮＶ，ＮＯ．３−ＩＮＶ）１０１〜１０３をすべり速度検知制御とし、進行方向後方である第４軸のモータ１０８に係るインバータ（ＮＯ．４−ＩＮＶ）１０４を加速度検知制御となるよう切替える。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数台のモータを個別に制御できるインバータを有する電気車制御装置において、
モータ軸速度の時間変化率が所定値以上に増加したことを検知してトルクを絞る加速度検知制御とモータ軸速度が所定の基準値から増加した量に応じてトルクを絞るすべり速度検知制御とに前記インバータを切替えて制御する制御部を備え、
車両進行方向前方のモータに係るインバータをすべり速度検知制御とし、進行方向後方のモータに係るインバータを加速度検知制御となるよう切替えることを特徴とする電気車制御装置。
【請求項２】
前記車両が４つのモータ及びモータ単位に個別に制御できるインバータを有し、進行方向第１番乃至第３番目のモータに係るインバータをすべり速度検知制御とし、第４番目のモータに係るインバータを加速度検知制御となるよう切替える手段を具備することを特徴とする請求項１記載の電気車制御装置。
【請求項３】
前記車両が４つのモータ及びモータ単位に個別に制御できるインバータを有し、進行方向第１番及び第３番目のモータに係るインバータをすべり速度検知制御とし、第２番及び第４番目のモータに係るインバータを加速度検知制御となるよう切替える手段を具備することを特徴とする請求項１記載の電気車制御装置。
【請求項４】
前記車両が４つのモータ及びモータ単位に個別に制御できるインバータを有し、進行方向第１番及び第２番目のモータに係るインバータをすべり速度検知制御とし、第３番及び第４番目のモータに係るインバータを加速度検知制御となるよう切替える手段を具備することを特徴とする請求項１記載の電気車制御装置。
【請求項５】
複数台のモータを台車単位で制御できるインバータを有する電気車制御装置において、
モータ軸速度の時間変化率が所定値以上に増加したことを検知してトルクを絞る加速度検知制御とモータ軸速度が所定の基準値から増加した量に応じてトルクを絞るすべり速度検知制御とに前記インバータを切替えて制御する制御部を備え、
車両進行方向前方のモータに係るインバータをすべり速度検知制御とし、進行方向後方のモータに係るインバータを加速度検知制御となるよう切替えることを特徴とする電気車制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数台のモータを個別に制御できるインバータを有する電気車制御装置に係り、特に空転再粘着制御が適用された電気車制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種、鉄道車両駆動における空転再粘着制御としては、車軸、モータ軸の速度変化率を演算して空転検出する加速度検知方法と空転速度又はすべり速度を演算して空転検出するすべり速度検知方法とがある。
【０００３】
図４は電気車制御装置の構成図、図５は従来の加速度検知方法の空転再粘着制御を行う制御ブロック図である。
【０００４】
図４においては、車両の前進方向を前から第１軸、第２軸、第３軸、第４軸とし、それに対応した誘導モータ１０５〜１０８を制御するインバータ１０１〜１０４を、ＮＯ．１−ＩＮＶ，ＮＯ．２−ＩＮＶ，ＮＯ．３−ＩＮＶ，ＮＯ．４−ＩＮＶとする。すなわち、複数台のモータを個別に制御できるインバータを有しており、インバータ（ＮＯ．１−ＩＮＶ，ＮＯ．２−ＩＮＶ，ＮＯ．３−ＩＮＶ，ＮＯ．４−ＩＮＶ）１０１〜１０４で駆動されるモータ（Ｍ）１０５〜１０８の回転数を、回転数検出器（パルスジェネレータ：ＰＧ）１１１〜１１４で検出する。
【０００５】
また、図５に示すように、回転数検出器（パルスジェネレータ：ＰＧ）１１１〜１１４の信号を、速度演算部１１５〜１１８にて速度信号に変換する。加速度検知部１２１〜１２４では速度信号の変化率を求め、所定値以上になったことにより空転を判別する。
【０００６】
トルク絞り・復帰演算部１２５〜１２８は、前記の空転判別信号に応じて、トルク絞り量あるいは復帰量を演算出力する。トルク指令パターン出力部１３１〜１３４より出力されたパターンは、前記のトルク絞り・復帰制御部１２５〜１２８の出力で減算され、最終的なトルク指令として出力される。
【０００７】
上述した空転時の加速度検知制御方法の動作を、図６により説明する。
【０００８】
雨天などにより車輪とレール間の粘着が低下し、空転すると、時点ｔ１で空転検知フラグをセットし、比較的急峻な傾きでトルク絞りを開始し、時点ｔ２で再粘着すると、空転検知を解除し、時定数τの一次遅れ関数で元のトルク指令に復帰するように動作する。
【０００９】
この制御方法は時点ｔ２で確実に再粘着させるために、時点ｔ１〜ｔ２までのトルク絞り量は大きくなる傾向にあるので、空転が頻発する場合、平均加速トルクが大幅に低下する課題がある。反面、確実に再粘着できるため、空転の基準速度を安定化しやすいという特徴を有する。
【００１０】
次に、図７は、従来のすべり速度検知方法の空転再粘着制御を行う制御ブロック図である。速度演算部１１５〜１１８で演算された速度信号を基準速度演算部１４０に入力する。基準速度演算は例えば、非特許文献１に示す方法による。
【００１１】
前記の速度演算部の各モータ軸の速度信号から、前記の基準速度信号を減算し、ゼロ以上の偏差分を一次遅れ増幅部１４５〜１４８に入力する。これらの出力をトルク指令パターン出力部１３１〜１３４より減算し、最終的なトルク指令として出力される。
【００１２】
以上の空転時のすべり速度検知制御方法の動作を、図８により説明する。
【００１３】
空転により、時点ｔ１でモータ軸速度が基準速度からある値以上増加した量に応じて、トルク指令パターンから減算される。トルク絞りにより、再粘着し、モータ軸速度と基準速度の差がある値以下になった時点ｔ２でトルク絞り量がゼロになる。
【００１４】
【非特許文献１】
電気学会産業応用部門論文誌Ｖｏｌ２１−Ｄ、ＮＯ・９、２００１  ｐ９２８（図１１）
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
上述したすべり速度検知方法は、空転したすべり速度量に応じてトルク絞り量を決められるので前述した加速度検知方法に比べて、トルク絞り量は小さくできるが、一次遅れ要素のためトルク絞り応答が低下するので確実に再粘着しないモードも発生するので、１車両４軸全てが空転し続けると、基準速度を見失うおそれがある。
【００１６】
本発明の目的は、空転時のトルク絞り量を低減し且つ基準速度を見失わず、安定した加速性能が得られる電気車制御装置を提供するものである。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明は、複数台のモータを個別に制御できるインバータを有する電気車制御装置において、
モータ軸速度の時間変化率が所定値以上に増加したことを検知してトルクを絞る加速度検知制御とモータ軸速度が所定の基準値から増加した量に応じてトルクを絞るすべり速度検知制御とに前記インバータを切替えて制御する制御部を備え、
車両進行方向前方のモータに係るインバータをすべり速度検知制御とし、進行方向後方のモータに係るインバータを加速度検知制御となるよう切替えることを特徴とする。
【００１８】
また、複数台のモータを台車単位で制御できるインバータを有する電気車制御装置において、
モータ軸速度の時間変化率が所定値以上に増加したことを検知してトルクを絞る加速度検知制御とモータ軸速度が所定の基準値から増加した量に応じてトルクを絞るすべり速度検知制御とに前記インバータを切替えて制御する制御部を備え、
車両進行方向前方のモータに係るインバータをすべり速度検知制御とし、進行方向後方のモータに係るインバータを加速度検知制御となるよう切替えることを特徴とする。
【００１９】
本発明においては、車両の軸重移動について、４軸の車両の場合、軸重の大小は１番目のモータ軸が最小で、そのあとは、３番目、２番目、４番目という順番で増加する、という知見に基づき、進行方向前方のモータに係るインバータをすべり速度検知制御とし、進行方向後方のモータに係るインバータを加速度検知制御となるよう切替える、例えば、基準速度を後方の４番目の軸とし、その制御方法を加速度検知制御とすることで確実に再粘着させ、他の前方の１〜３番目の軸はすべり速度検知制御とし、トルク絞りを最小とするものである。
【００２０】
【発明の実施の形態】
（第１実施形態）
本発明の第１の実施形態に係る電気車制御装置を、図４，図５，図７と同一部分には同一符号を付した図１により説明する。
【００２１】
なお、モータ、インバータ及び回転数検出器の構成については、図４と同一であり、図１に示す制御部が従来と相違する。
【００２２】
本実施形態の制御部は、第１軸〜第４軸毎のインバータ（ＮＯ．１−ＩＮＶ，ＮＯ．２−ＩＮＶ，ＮＯ．３−ＩＮＶ，ＮＯ．４−ＩＮＶ）１０１〜１０４を、加速度検知制御とすべり速度検知制御とに切替えて制御する。
【００２３】
第１軸は、速度演算部１１５、加速度検知部２１、トルク絞り・復帰制御部１２５、一次遅れ増幅部１４５、トルク指令パターン出力部１３１を備える。同様に、第２軸は、速度演算部１１６、加速度検知部１２２、トルク絞り・復帰制御部１２６、一次遅れ増幅部１４６、トルク指令パターン出力部１３２を備え、第３軸は、速度演算部１１７、加速度検知部１２３、トルク絞り・復帰制御部１２７、一次遅れ増幅部１４７、トルク指令パターン出力部１３３を備え、第４軸は、速度演算部１１８、加速度検知部１２４、トルク絞り・復帰制御部１２８、一次遅れ増幅部１４８、トルク指令パターン出力部１３４を備える。
【００２４】
第１軸の制御について、本実施形態では加速度検知制御のためのトルク絞り・復帰制御部１２５の出力とすべり速度検知制御のための一次遅れ増幅部１４５の出力とを切替え器１５１で切替える。これは、「第１軸（ＮＯ．１−ＩＮＶ）であること」と「車両の前進指令Ｆを入力していること」とをＡＮＤ回路１５５でＡＮＤをとり、このＡＮＤ回路１５５の出力で切替え器１５１を、すべり速度検知制御からくるトルク絞り量がトルク指令パターンへ出力されるように切替える。すなわち、モータ１０５の回転数信号を速度演算部１１５で速度信号とした後、基準速度演算部１４０の出力で減算される。基準速度演算については前述した通りである。速度信号が基準速度演算部１４０の出力で減算されることで、すべり速度量となるので、これを一次遅れ増幅部１４５と切替え器１５１とを介した後、トルク指令パターン出力部１３１の出力から減算することで、図８のように空転量に応じた第１軸のインバータ（ＮＯ．１−ＩＮＶ）１０１に対するトルク指令が得られる。前進指令以外の場合は、切替え器１５１は加速度検知制御からくるトルク絞り量を指令として使う。
【００２５】
次に、第２軸と第３軸とは、常にすべり速度検知制御として動作させる。
【００２６】
第４軸は、切替え器１５４の切替え条件は「第４軸であること」と「車両の後進指令Ｒを入力していること」とをＡＮＤ回路１５６で判定するので、前進指令の場合は、加速度検知制御からくるトルク絞り量がトルク指令パターンへ出力されるように切替える。すなわち、モータ１０８の回転数信号を速度演算部１１８で速度信号とした後、加速度検知部１２４で速度変化率が所定値以上になると空転を判別し、トルク絞り・復帰制御部１２８でトルク絞り量を決め、切替え器１５４を介して、トルク指令パターン出力部１３４の出力から減算することで、図６のように急峻に絞られる第４軸のインバータ（ＮＯ．４−ＩＮＶ）１０４に対するトルク指令が得られる。
【００２７】
以上のように、本実施形態によれば、１車両４軸において、前進指令時は前進方向から第１軸〜第３軸がすべり速度検知制御となり、トルク絞りを抑え、加速優先の制御となり、軸重移動の原理から最も空転しにくい第４軸は加速度検知制御で、基準軸を確保することができ、空転時のトルク絞り量を低減し且つ基準速度を見失わず、安定した加速性能が得られる電気車制御装置が提供できるものである。
【００２８】
（第２実施形態）
図２は本発明の第２の実施形態を示す。図１と異なる点は、第２軸と第３軸の切替え器１５２と１５３の切替え条件を、ＡＮＤ回路１５６，１５７により、第２軸は第４軸と同様の動作条件とし、第３軸は第１軸と同様な動作条件としている。
【００２９】
このように構成することで、前進方向時は空転しやすい第１軸と第３軸をすべり速度検知制御とし、空転時のトルクの絞り量を抑え、空転しにくい第２軸と第４軸を加速度検知制御とすることで、より安定した基準速度が得られる。
【００３０】
（第３実施形態）
図３は、本発明の第３の実施形態を示す。図２と異なる点は、第２軸と第３軸の切替え器１５２，１５３の切替え条件であるＡＮＤ回路１５６，１５７の設定を、第２軸は第１軸と同様の動作とし、第３軸は第４軸と同様の動作とするものである。つまり、車両進行方向における前台車、後台車で、空転時の動作モードを合わせることにより乗り心地の改善がはかれる。
【００３１】
以上の実施形態においては、誘導電動機とパルスジェネレータとの組合せであったが、同期電動機の場合の回転数検出器としてはレゾルバとして上記実施形態と同様に実現可能である。また、センサレスの場合であっても、車両進行方向前方のモータに係るインバータを速度検知制御とし、進行方向後方のモータに係るインバータを加速度検知制御となるよう切替えるものである限り、上記実施形態と同様に実現可能である。
【００３２】
先の実施形態では、１車両にモータ軸が４つのあり、モータごとに加速度検知制御とすべり速度検知制御とが行えるインバータが備わる例であったが、本発明は、車両進行方向前方のモータに係るインバータを速度検知制御とし、進行方向後方のモータに係るインバータを加速度検知制御となるよう切替えるものである限り、車両、台車等の軸数を限定するものではない。
【００３３】
また全てのインバータが加速度検知制御とすべり速度検知制御とを切替えることができる構成の他に、例えば、４軸のうちで２軸のインバータが加速度検知制御とすべり速度検知制御とを切替えることができ、進行方向に応じて、車両進行方向前方のモータ軸に係るインバータをすべり速度検知制御とし、他方のモータ軸に係るインバータを加速度検知制御となるよう切替える構成であってもよい。
【００３４】
なお、本願発明は、上記各実施形態に限定されるものでなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で種々に変形することが可能である。また、各実施形態は可能な限り適宜組み合わせて実施してもよく、その場合、組み合わされた効果が得られる。さらに、上記各実施形態には種々の段階の発明が含まれており、開示される複数の構成要件における適宜な組み合わせにより種々の発明が抽出され得る。例えば実施形態に示される全構成要件から幾つかの構成要件が省略されることで発明が抽出された場合には、その抽出された発明を実施する場合には省略部分が周知慣用技術で適宜補われるものである。
【００３５】
【発明の効果】
本発明によれば、速度信号を車間を引き通すことなく、レールと車輪の粘着が悪く空転が頻発する条件でも、安定した基準速度信号が得られ、加速性能の低下も抑えることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態として複数台のモータを個別制御するインバータ群とそれぞれに対応した空転制御構成を示す図。
【図２】本発明の第２の実施形態として、変形例を示す図。
【図３】本発明の第３の実施形態として、変形例を示す図。
【図４】従来の電気車制御装置の構成図。
【図５】従来の加速度検知方法の空転再粘着制御を行う制御ブロック図。
【図６】空転時の加速度検知制御時の動作説明図。
【図７】すべり速度検知制御による制御ブロック図。
【図８】空転時のすべり速度検知制御時の動作説明図。
【符号の説明】
１０１〜１０４…インバータ（ＮＯ．１−ＩＮＶ，ＮＯ．２−ＩＮＶ，ＮＯ．３−ＩＮＶ，ＮＯ．４−ＩＮＶ）、１０５〜１０８…誘導モータ、１１１〜１１４…回転数検出器（パルスジェネレータ）、１１５〜１１８…速度演算部、１２１〜１２４…加速度検部器、１２５〜１２８…トルク絞り・復帰制御部、１４５〜１４８…一次遅れ増幅部、１３１〜１３４…トルク指令パターン出力部。
【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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