(57)【要約】【課題】誘導電動機を駆動する電気車制御装置において、制御シーケンスに用いる速度信号を惰行運転中も認識することの出来る、完全速度センサレス電気車制御装置を提供する。【解決手段】従来制御では、力行指令と電気ブレーキ指令の論理和による運転指令106をインバータ制御部101へ与えていたが、惰行運転中に、車両速度に応じた推定タイミングごとに速度推定のための運転指令106を極短時間出力させる、惰行速度推定制御機能を付加した、速度センサレス運転指令部122を用意する。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
誘導電動機を駆動する電気車制御装置であって、電動機速度を電動機に取り付けられた速度センサによらず、電動機電流と端子電圧指令または端子電圧検出値から演算速度を得る様にした速度センサレス電動機回転速度演算部を有し、該速度センサレス電動機回転速度演算部の出力を制御用速度信号として、インバータ制御部の制御に用いる様にした速度センサレスシステムにおいて、電気車制御装置の運転を停止し、演算速度を求めることの出来ない惰行運転中に、制御シーケンスに使用する車両速度として、シーケンス用速度信号を認識する機能を付加したことを特徴とする電気車制御装置。
【請求項２】
該電気車制御装置は、電気車が惰行運転中は、車両速度に応じた推定タイミング毎に、速度推定のための運転指令を出力し、上記速度センサレス電動機回転速度演算部は該運転指令に基づいて、該推定タイミングでの速度推定演算を実行し、該速度推定演算終了に伴い速度推定完了信号を出力し、該速度推定完了信号に基づき該運転指令をオフすると共に、該運転指令がオフになる直前の速度推定値を上記シーケンス用速度信号として用いる事を特徴とする請求項１記載の電気車制御装置。
【請求項３】
上記推定タイミングは、該電気車制御装置が運転していない状態で、車両が減速する最大減速度をもとに決定されることを特徴とする請求項２記載の電気車制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は鉄道車両用の電気車制御装置に関するものであり、特に速度センサレスシステムにおける惰行運転中の速度認識方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
鉄道車両の推進制御装置として可変電圧可変周波数のインバータ装置で多相交流電動機を駆動する方式が一般化しつつある。鉄道車両は、推進制御装置の種類に関わらず、車両全体のシステムの考え方により、停車中には主回路機器を開放するシステムを採用する場合がある。このようなシステムを採用した場合、推進制御装置としては、車両速度を認識し、制御シーケンスにて走行中、または、停車中であるかを判定している。従来の速度センサ付きのシステムにおいては、この制御シーケンスに使用する車両速度を電動機に取り付けられた速度センサから得られる速度情報を用いる方法が一般的である。（例えば、特許文献１参照。）。
図１に従来の速度センサ付きの電気車制御装置の一例をブロック図で示す。図１は電気車制御装置１が交流電動機21,22を駆動するシステムの例である。主回路開放器100は、車両が走行中であるか停車中であるかの判断を力行信号と電気ブレーキ信号の論理和より運転指令106を与える運転指令部102の情報と、制御用速度信号104をもとに、制御シーケンス部103により制御される。従来制御では、この車両速度を電動機21,22に取り付けられた速度検出器31,32で検出し、速度演算部110で制御用速度信号に変換された車両速度をインバータ制御部101、制御シーケンス部103で使用していた。
【特許文献１】特開平０５−０５６５０３号公報（図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
誘導電動機を駆動する電気車制御装置にて、電動機速度を電動機に取り付けられた速度センサによらず、電動機電流と端子電圧指令または端子電圧検出値から演算して得た演算速度を制御に用いる速度センサレスシステムにおいては、惰行運転中は、制御装置が運転していないため、車両速度を認識することが出来ず、制御シーケンスにて車両が停車しているのか、或いは惰行中であるのか判断することが出来ない。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
速度センサレスシステムにおいて、惰行運転中の車両速度を認識するため、専用の検出器を設けることなく、制御装置に対して、車両性能と線路条件より求まるタイミング毎に、極短時間、トルク制御を伴なわない速度推定のための運転を行う惰行速度推定制御を適用する。
【発明の効果】
【０００５】
本発明は、速度センサレス制御方式のシステムにおいて、惰行速度推定制御を付加することにより、制御シーケンスで必要とする惰行運転中の車両速度を認識することを可能にする電気車制御装置を提供するものである。本発明により、新たに専用の検出器を設けることなく、既存の検出器のみで完全速度センサレスシステムを確立することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
図２に本発明の惰行速度推定制御を適用した速度センサレス制御方式の電気車制御装置をブロック図で示す。図２は、電気車制御装置１が交流電動機21,22を駆動するシステムの例である。主回路構成は、主回路入力部41、主回路接地部42と、交流電動機21,22を駆動するインバータ制御部101、車両停車時に主回路を開放するための主回路開放器100から構成される。主回路開放器100は、後述する速度センサレス運転指令部122の情報と、シーケンス用速度信号105をもとに、制御シーケンス部103が走行中であるか停車中であるか判断し、主回路開放器100を開閉する。
【実施例１】
【０００７】
速度センサレス制御方式では、図２に示したブロック図のとおり交流電動機21,22には図1に見られる速度検出器31,32が省かれ、速度センサレス電動機回転速度演算部120の入力は、インバータ出力電流信号とインバータ出力電圧信号とし、電圧・電流および電動機定数を用いて電動機の回転速度を演算する。速度センサレス電動機回転速度演算部120は、インバータ制御部101で使用するための制御用速度信号104と、制御シーケンス部103で使用するため、運転指令106がオフする直前の速度信号を保持する機能を持ったシーケンス用速度信号105を出力する。
速度センサレス運転指令部122は、従来制御では力行指令と電気ブレーキ指令の論理和による運転指令106をインバータ制御部101へ与えていたが、惰行運転中は運転指令106が無いため、速度の演算が出来ず、速度センサレス電動機回転速度演算部120の出力は、停車時と同じ結果となってしまう。そこで、従来の運転指令部102に対して惰行速度推定制御機能を付加した、図３に示す速度センサレス運転指令部122を用意する。
【０００８】
図３の惰行速度推定制御部は、車両速度に応じた推定タイミングごとに速度推定のための運転指令106を出力し、速度センサレス電動機回転速度演算部120より出力される速度推定完了信号により運転指令106をオフする機能を有する。惰行速度推定制御部の推定タイミングパターンは、制御シーケンス部103が走行中であるか停車中であるか判断するためのシーケンス用速度信号105が得られればよいので、運転指令106がオフする直前の速度信号を保持したシーケンス用速度信号105の速度から、車両が停止するまでに最低1回以上の速度推定を行う必要がある。よって、推定タイミングは、車両が最短時間で停止する条件でタイミングを決めればよいので、電気車制御装置が運転していない状態で車両が減速する最大減速度、例えば、電気車制御装置が空気ブレーキ指令、非常ブレーキ指令を認識することができない車両システムの場合、非常ブレーキなどの最大空気ブレーキ減速度と、線路条件に示される最大上り勾配条件から求まる減速度を加算した値を最大減速度とし、車両の最高速度からこの最大減速度で停止するまでの時間を求め、この時間をパターン化すればよいこととなる。さらに、このパターンには、最小推定タイミング時間を設け、低速度時に連続的に速度推定運転をすることを防止している。
【０００９】
惰行速度推定制御の実施例を図４〜６に示す。図４〜６は、電気車制御装置が空気ブレーキ指令、非常ブレーキ指令を認識することができない車両システムの場合を例としている。図４は、車両が力行運転の後、惰行運転を行い電気ブレーキにて停止した場合の推定タイミング、車両速度、制御用速度信号104、シーケンス用速度信号105、主回路開放器100の動きを示す。図５は、車両が力行運転の後、惰行運転中に空気ブレーキ扱いにて停止した場合、図６は、車両が力行運転の後、上り最大勾配を惰行運転中に、最大空気ブレーキ扱いにて停止した場合を示している。
それぞれ、力行、電気ブレーキ中は、制御装置が運転状態なので制御用速度信号104、シーケンス用速度信号105ともに、車両速度と一致した速度を示すが、惰行運転中（空気ブレーキ中も含む）は、制御装置が停止しているので、制御用速度信号104は更新されることはなく、次回の運転まで0km/hの値のままとなるが、シーケンス用速度信号105は、運転指令106がオフする直前の速度を保持し、惰行速度推定制御により推定タイミング毎に速度情報が更新され、制御シーケンス部103は、このシーケンス用速度信号105をもとに車両が走行中であるか、停車中であるか判断し、主回路開放器100を開閉する。
【産業上の利用可能性】
【００１０】
速度センサレスベクトル制御された電気車両が惰行運転中の速度認識は通常は不可能であったが、本願によりシーケンス用速度信号を別途推定演算できるようにしたので、いかなる運転状態下にあっても、電動機の運転状況が把握できる。電気車両に限らず、ファンブロアの様な慣性の大きな一般産業機械装置にも利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】従来の制御方式のブロック図
【図２】本発明の実施例のブロック図
【図３】惰行速度推定制御付き運転指令部
【図４】惰行速度推定制御 実施例（惰行運転時）
【図５】惰行速度推定制御 実施例（最大空気ブレーキ時）
【図６】惰行速度推定制御 実施例（最大勾配上での最大空気ブレーキ時）
【符号の説明】
【００１２】
１    電気車制御装置
２１、２２    交流電動機
３１、３２    速度検出器
４１    主回路入力部
４２    主回路接地部
１００    主回路開放器
１０１    インバータ制御部
１０２    運転指令部
１０３    制御シーケンス部
１０４    制御用速度信号
１０５    シーケンス用速度信号
１０６    運転指令
１１０    速度演算部
１２０    速度センサレス電動機回転速度演算部
１２１    速度推定完了信号
１２２    速度センサレス運転指令部
【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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