(57)【要約】【課題】速度パルスジェネレータが車軸に取り付けられた電気車両制御装置において、センサレスベクトル制御の速度推定検出部を共に用いることで、精度の良い速度検出制御ならびに電気車制御を提供する。【解決手段】実施形態の電気車制御装置は、速度パルスジェネレータ９からのパルス信号を角速度に変換し、検出角速度として提供するパルス速度変換部１０と、主電動機６をベクトル制御するベクトル制御部３と、インバータ５の電圧指令と電流検出値から前記主電動機６の角速度を推定し、該推定角速度を前記パルス速度変換部から得られる検出角速度を用いて補正し、速度情報として前記ベクトル制御部３に提供する速度補正部１１ａとを具備する。前記速度補正部１１ａは、前記パルス速度変換部１０からの前記検出角速度と前記推定角速度との差が所定値以上の場合、前記検出角速度を前記速度情報として前記ベクトル制御部３に提供し、それ以外の場合、前記推定角速度を提供する。【選択図】図１
2012105452.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
主電動機をインバータにより制御する電気車両制御装置において、
車軸の回転数に対応するパルス信号を発生するパルスジェネレータと、
前記パルスジェネレータからのパルス信号を角速度に変換し、検出角速度として提供するパルス速度変換部と、
入力されるトルク指令と、前記インバータの出力電流検出値と、前記電動機の速度情報を基に、前記インバータへの電圧指令を演算し、前記電動機をベクトル制御するベクトル制御部と、
前記電圧指令と前記電流検出値から前記電動機の角速度を推定し、該推定角速度を、前記パルス速度変換部から得られる検出角速度を用いて補正し、前記速度情報として前記ベクトル制御部に提供する速度補正部とを具備し、
前記速度補正部は、前記パルス速度変換部からの前記検出角速度と前記推定角速度との差が所定値以上の場合、前記検出角速度を前記速度情報として提供し、それ以外の場合、前記推定角速度を提供することを特徴とする電気車両制御装置。
【請求項２】
前記主電動機は誘導電動機であることを特徴とする請求項１記載の電気車両制御装置。
【請求項３】
主電動機をインバータにより制御する電気車両制御装置において、
車軸の回転数に対応するパルス信号を発生するパルスジェネレータと、
前記パルスジェネレータからのパルス信号を角速度に変換し、検出角速度として提供するパルス速度変換部と、
入力されるトルク指令と、前記インバータの出力電流検出値と、前記電動機の速度情報を基に、前記インバータへの電圧指令を演算し、前記電動機をベクトル制御するベクトル制御部と、
前記電圧指令と前記電流検出値から前記電動機の角速度を推定し、該推定角速度を前記速度情報として前記ベクトル制御部に提供する速度推定部と、
前記パルス速度変換部からの前記検出角速度を微分し、該微分値の絶対値が所定値より大きい場合、空転又は滑走が生じたと判断し、該微分値に応じて前記トルク指令の絶対値を小さい値に補正する空転滑走制御部と、
を具備することを特徴とする電気車両制御装置。
【請求項４】
主電動機は誘導電動機であることを特徴とする請求項３記載の電気車両制御装置。
【請求項５】
主電動機をインバータにより制御する電気車両の制御方法において、
車軸の回転数に対応するパルス信号を角速度に変換し、検出角速度として提供し、
入力されるトルク指令と、前記インバータの出力電流検出値と、前記電動機の速度情報を基に、前記インバータへの電圧指令を演算し、前記電動機をベクトル制御し、
前記電圧指令と前記電流検出値から前記電動機の角速度を推定し、該推定角速度を前記検出角速度にて補正し、前記速度情報として前記ベクトル制御に提供することを含み、
前記推定角速度の補正は、前記検出角速度と前記推定角速度との差分が所定値以上の場合、前記検出角速度を前記速度情報として提供し、それ以外の場合、前記推定角速度を提供することを特徴とする電気車両制御方法。
【請求項６】
主電動機をインバータにより制御する電気車両の制御方法において、
車軸の回転数に対応するパルス信号を角速度に変換し、検出角速度として提供し、
入力されるトルク指令と、前記インバータの出力電流検出値と、前記電動機の速度情報を基に、前記インバータへの電圧指令を演算し、前記電動機をベクトル制御し、
前記電圧指令と前記電流検出値から前記電動機の角速度を推定し、該推定角速度を前記速度情報として前記ベクトル制御に提供し、
前記検出角速度を微分し、該微分値の絶対値が所定値より大きい場合、空転又は滑走が生じたと判断し、該微分値に応じて前記トルク指令の絶対値を小さい値に補正することを含むことを特徴とする電気車両制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、速度検出用パルスジェネレータが誘導電動機軸ではなく、車輪の車軸に実装される電気車両の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
線路幅等の寸法上の制限により、誘導電動機が大きく電動機軸に回転速度検出用パルスジェネレータが取り付けられない場合、車輪の車軸にパルスジェネレータを取り付ける方式がある。図３はこのような方式を適用する電気車両制御装置の従来構成例を示している。
【０００３】
電気車両制御装置１０１は、ベクトル制御部１０２、インバータ部１０３、誘導電動機１０４、パルスジェネレータ１０７、パルス／速度変換部１０８、空転滑走制御部１０７を含む。
【０００４】
ベクトル制御部１０２は、運転台のマスコン(master controller)から提供されるノッチ指令等に対応するトルク指令値を入力して電動機１０４のベクトル制御を実行する。インバータ部１０３は、このベクトル制御１０２によって生成された電圧指令に基づいて生成されるＰＷＭ信号により駆動される。誘導電動機１０４は、このインバータ部１０８から出力される交流電圧によって回転が制御される。パルスジェネレータ１０７は、この誘導電動機とギア１０５を介して接続される車輪１０６の車軸に取り付けられ、速度検出用のパルスを発生する。パルス／速度変換部１０８は、パルスジェネレータ１０７からのパルスを角速度に変換する。空転滑走制御部１０７は、車輪の空転又は滑走を検出しトルク指令の大きさを減少する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
図３のように、速度検出を車輪の車軸に取り付けられたパルスジェネレータにより検出する方法では、車軸はギア１０５を介して誘導電動機により駆動されるので、ギアのバックラッシュあるいは軸のねじり等により速度検出用パルス信号にリップル（検出誤差）が乗ってしまい、このリップルがノイズとなり速度検出の精度が悪くなってしまうという問題がある。
【０００６】
パルスジェネレータ１０７の速度検出信号に重畳されるリップル分を取り除くためには、別途ノイズ除去用のフィルタ等が必要となり、その分だけ装置構成が複雑になるばかりでなく、制御に遅れが出てしまい、迅速なベクトル制御が不可能になるという不具合があった。
【０００７】
また従来の電気車制御装置において、誘導電動機が大きく、誘導電動機軸にパルスジェネレータが取り付けられない場合、センサレス制御を行うものがある。この場合、空転制御は推定速度に基づいて行わなければならず、空転速度検出に遅れがあり精度が悪かった。
【０００８】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、パルスジェネレータが車軸に取り付けられた電気車両制御装置において、センサレスベクトル制御の速度推定部を共に用いることで、精度の良い速度検出制御ならびに電気車制御を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の目的を達成するために、本発明の一実施形態は、主電動機をインバータにより制御する電気車両制御装置において、車軸の回転数に対応するパルス信号を発生するパルスジェネレータと、前記パルスジェネレータからのパルス信号を角速度に変換し、検出角速度として提供するパルス速度変換部と、入力されるトルク指令と、前記インバータの出力電流検出値と、前記電動機の速度情報を基に、前記インバータへの電圧指令を演算し、前記電動機をベクトル制御するベクトル制御部と、前記電圧指令と前記電流検出値から前記電動機の角速度を推定し、該推定角速度を、前記パルス速度変換部から得られる検出角速度にて補正し、前記速度情報として前記ベクトル制御部に提供する速度補正部とを具備し、前記速度補正部は、前記パルス速度変換部からの前記検出角速度と前記推定角速度との差が所定値以上の場合、前記検出角速度を前記速度情報として提供し、それ以外の場合、前記推定角速度を提供する。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明に係る電気車両制御装置の第１実施形態を示すブロック図である。
【図２】本発明に係る電気車両制御装置の第２実施形態を示すブロック図である。
【図３】従来の電気車両制御装置の一例を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明に係る電気車両制御装置の実施の形態について、図面を参照して説明する。
【実施例１】
【００１２】
図１は、本発明による電気車両制御装置の第１実施例の構成を示すブロック図である。
【００１３】
電気車両制御装置１ａは、ベクトル制御部３と、このベクトル制御部３からの三相電圧指令によって誘導電動機６を駆動するインバータ部５と、誘導電動機６とギア７を介して繋がる車輪８の車軸の回転数に対応するパルス信号を出力するパルスジェネレータ９と、このパルス信号を速度信号に変換するパルス／速度変換部１０と、インバータ部５から誘導電動機６に供給される三相出力電流を検出してベクトル制御部３に出力する電流センサ１２とを備えている。
【００１４】
ベクトル制御部３は、運転台等に設けられたマスコン２から入力されるトルク指令値から、回転子のｄ軸及びｑ軸（以下ｄｑ軸という）電流指令を内部で生成し、該ｄ軸電流指令とフィードバックされたｄ軸電流検出値Ｉｄ、ならびに該ｑ軸電流指令とフィードバックされたｑ軸電流検出値Ｉｑを用いてＰＩ制御（比例・積分制御）を実行し、ｄ軸電圧指令Ｖｄ及びｑ軸電圧指令Ｖｑを生成する。またベクトル制御部３は、該ｄｑ軸電流指令及び速度補正部からの速度信号ω２に基づいて、回転子のｄ軸位置信号θを生成する。
【００１５】
パルス／速度変換部１０は、車軸に設けられたパルスジェネレータ９からのパルス信号を速度信号（回転角速度）ω１に変換する。速度補正部１１は、ｄｑ軸電圧指令Ｖｄ、Ｖｑ、ｄｑ軸電流検出値Ｉｄ、Ｉｑ及びパルス／速度変換部１０からの速度信号ω１に基づいて、後述の補正速度信号ω２を生成する。
【００１６】
座標変換部４は位置信号θに基づいて、ｄｑ軸電圧指令Ｖｄ、Ｖｑを三相交流電圧指令Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗに変換しインバータ部５に供給する。座標変換部１３は位置信号θに基づいて、電流センサ１２で検出された三相出力電流検出値Ｉｕ、Ｉｗをｄｑ軸電流Ｉｄ、Ｉｑに変換する。
【００１７】
この第１実施例では、車輪８の車軸に取り付けられたパルスジェネレータ９から出力されるパルス信号がパルス／速度変換部１０により角速度ω１に変換され、速度補正部１１に供給される。速度補正部１１は角速度推定値ωｈを、速度信号ω１を参照して補正し、補正速度信号ω２を提供する。
【００１８】
以下、速度補正部１１について詳述する。
【００１９】
速度補正部１１は例えばｄｑ軸電圧指令Ｖｄ，Ｖｑ、ｄｑ軸電流検出値Ｉｄ，Ｉｑに基づいて、電動機６の推定角速度ωｈを演算する。この推定角速度ωｈは外乱のない通常運転においては、パルス／速度変換部１０から得られる検出角速度ω１より一般に精度が高い（実際値に近い）。しかし、空転あるいは滑走が生じた場合、推定演算が速度変化に追い付いてゆけず、演算誤差が生じる。従って空転あるいは滑走が生じた場合は、推定角速度ωｈより検出角速度ω１の方が精度が高い。
【００２０】
比較部１５は推定角速度ωｈとパルス／速度変換部１０からの検出角速度ω１とを比較し、その差分速度（＝ωｈ−ω１）の絶対値が所定値Ａより大きい時、空転あるいは滑走が生じていると判断し、検出角速度ω１を補正角速度ω２として出力する。差分速度が所定値以下の場合つまり通常走行時、補正角速度ω２として速度補正部１１は推定角速度ωｈを出力する。
【００２１】
この結果、ベクトル制御部３は常に精度の高い方の角速度すなわち補正角速ω２を使用するので、電動機のベクトル制御の精度が向上する。尚、空転・滑走の判断基準である所定値Ａを電気車両制御装置の特性に応じて、空転時と滑走時とで異なる値に設定してもよい。
【実施例２】
【００２２】
次に、本発明の第２実施例を説明する。
【００２３】
図２は本発明に係る電気車両制御装置の第２の実施形態の構成を示すブロック図である。図１の第１実施例と同一の構成要素には同一の参照番号を付し、説明を省略する。
【００２４】
第２実施例における電気車両制御装置１ｂは、第１実施例の電気車両制御装置１ａに比べ、空転滑走制御部１４が追加され、速度補正部１１ａの代わりに速度推定部１１ｂが設けられている。第２実施形態における電気車両制御装置１ｂの特徴は、パルス／速度変換部１０により変換された速度信号のみに基づいて、車軸の空転・滑走が判断され、トルク指令が補正される点である。
【００２５】
速度推定部１１ｂは、速度補正部１１ａと同様に、例えばｄｑ軸電圧指令Ｖｄ，Ｖｑ、ｄｑ軸電流検出値Ｉｄ，Ｉｑに基づいて、電動機６の推定角速度ωｈを演算する。しかし速度推定部１１ｂは、速度補正部１１ａとは異なり、速度補正は行わない。空転滑走制御部１４は、パルス／速度変換部１０により変換された速度信号に基づいて、車輪とレール間の空転・滑走状況を判断する。空転滑走制御部１４は微分演算部１６を有し、パルス／速度変換部１０から提供される検出角速度ω１を微分し、加減速度を求める。空転滑走制御部１４は、この加減速度の絶対値が所定値Ｂを超えた場合、その超過分を出力する。減速時、この超過分にはマイナスの符号が付加され、加速時はプラスが付加される。
【００２６】
減算器１７は、マスコンからのトルク指令から、空転滑走制御部１４から供給される超過分を減算する。マスコン２から提供されるトルク指令値は、加速指令であればプラスの値、減速指令であればマイナスの値である。つまり、マスコン２からのトルク指令値はこの超過分だけ弱められる。この結果、空転あるいは滑走状態は回避される。尚、空転・滑走の判断基準である所定値Ｂを電気車両制御装置の特性に応じて、空転時と滑走時とで異なる値に設定してもよい。
【００２７】
このように本実施例では、パルス／速度変換部１０からの速度信号のみを用いて空転・滑走制御をおこなうことにより、精度の良い空転・滑走制御が可能となり、空転による加速度不足や滑走による制動距離の増加を防ぐことができる。
【００２８】
尚、上記した本発明の実施例は、空転及び滑走を生じやすい貨物列車の機関車などに特に好適に適用される。また、上記した実施例は、誘導電動機のみならず、同期電動機にも適用可能である。
【００２９】
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。例えば、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合せにより種々の発明を構成できる。
【符号の説明】
【００３０】
１ａ，１ｂ…電気車両制御装置、２…マスコン、３…ベクトル制御部、４…座標変換部、５…インバータ部、６…誘導電動機、７…ギア、８…車輪、９…パルスジェネレータ、１０…パルス／速度変換、１１…速度補正部、１２…電流センサ、１３…座標変換部、１４…空転滑走制御部。
【図１】
2012105452.tif 000003
【図２】
2012105452.tif 000004
【図３】
2012105452.tif 000005