(57)【要約】      （修正有）【課題】インバータに供給される電圧が過電圧となることを抑制することができる車両用制御装置を提供することである。【解決手段】車両用制御装置１は、コンバータ１０と、インバータ２４と、コンデンサ１４と、制御部２６とを持つ。コンバータは、交流電力を直流電力に変換する。インバータは、コンバータから供給される直流電力を交流電力に変換して車両用駆動モータ４に供給する。コンデンサは、コンバータとインバータとの間に接続される。制御部は、コンデンサの容量が低下したことを検知した場合に、インバータから出力可能な交流電力を制限する。【選択図】図１
2017108562.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流電力を直流電力に変換するコンバータと、
前記コンバータから供給される直流電力を交流電力に変換して車両用駆動モータに供給するインバータと、
前記コンバータと前記インバータとの間に接続されるコンデンサと、
前記コンデンサの容量が低下したことを検知した場合に、前記インバータから出力可能な交流電力を制限する制御部と
を有する、車両用制御装置。
【請求項２】
前記制御部は、前記インバータから出力可能な交流電力の最大値として、予め設定された複数の段階的な値のうち何れかの値を選択する、
請求項１に記載の車両用制御装置。
【請求項３】
前記制御部は、前記コンバータから出力される直流電圧に含まれるリプルを検出し、前記検出されたリプルが所定値以上である場合に、前記コンデンサの容量が低下したことを検知する、
請求項１に記載の車両用制御装置。
【請求項４】
前記制御部は、前記コンデンサの両端電圧の低下時間が所定時間より短い場合に、前記コンデンサの容量が低下したことを検知する、
請求項１または２に記載の車両用制御装置。
【請求項５】
前記コンデンサの温度を検出する温度検出部を有し、
前記制御部は、前記温度検出部により検出された前記コンデンサの温度が所定値を超えた場合に、前記コンデンサの容量が低下したことを検知する、
請求項１または２に記載の車両用制御装置。
【請求項６】
前記制御部は、前記コンデンサの容量が低下したことを検知した回数をカウントし、前記回数が所定時間以内に所定値以上となった場合に、前記インバータから出力可能な交流電力を制限する、
請求項３から５のうち何れか１項に記載の車両用制御装置。
【請求項７】
前記制御部は、前記インバータから出力可能な交流電力の制限量を変更する、
請求項３から５のうち何れか一項に記載の車両用制御装置。
【請求項８】
前記コンデンサに電荷を充電させ、前記コンデンサに充電された電荷を放電させる接点ユニットを有し、
前記制御部は、車両の運行開始前に、前記コンデンサに電荷を充電させ、前記コンデンサに充電された電荷を放電させるように前記接点ユニットを制御し、前記コンデンサの電荷を放電させた後の両端電圧の低下時間が所定時間より短いことに応じて前記コンデンサの容量の低下を検知する、
請求項１または２に記載の車両用制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、車両用制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、コンバータにより交流電力を直流電力に変換し、インバータにより直流電力を交流電力に変換して車両用駆動モータに供給する車両用制御装置が知られている。この車両用制御装置は、直流電力のリプルを吸収するために平滑用のコンデンサを備えている。しかしながら、平滑用のコンデンサの容量が経年劣化により低下した場合には直流電力のリプルが大きくなり、その結果、コンバータからインバータに供給される電圧が過電圧となる場合がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１２−２０５３９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明が解決しようとする課題は、インバータに供給される電圧が過電圧となることを抑制することができる車両用制御装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
実施形態の車両用制御装置は、コンバータと、インバータと、コンデンサと、制御部とを持つ。コンバータは、交流電力を直流電力に変換する。インバータは、前記コンバータから供給される直流電力を交流電力に変換して車両用駆動モータに供給する。コンデンサは、前記コンバータと前記インバータとの間に接続される。制御部は、前記コンデンサの容量が低下したことを検知した場合に、前記インバータから出力可能な交流電力を制限する。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】第１の実施形態の車両用制御装置１の構成を示すブロック図。
【図２】第１の実施形態の車両用制御装置１において、電気車の速度と引張力との関係の一例を、ノッチごとに示す図。
【図３】第１の実施形態の車両用制御装置１において実行される動作の一例を示すフローチャート。
【図４】第１の実施形態の車両用制御装置１におけるフィルタコンデンサ１４ａの温度Ｔｃの変化の一例を示す図。
【図５】第１の実施形態の車両用制御装置１において、フィルタコンデンサ１４ａの温度Ｔｃと時間閾値Ｔｔｈ１〜Ｔｔｈ２との関係を示す図。
【図６】第２の実施形態の車両用制御装置１において、フィルタコンデンサ１４ａの両端電圧の変化を示す図。
【図７】第２の実施形態の車両用制御装置１において実行される動作の一例を示すフローチャート。
【図８】第２の実施形態の車両用制御装置１において、フィルタコンデンサ１４ａの両端電圧と時間閾値Ｔｔｈ１〜Ｔｔｈ２との関係を示す図。
【図９】第３の実施形態の車両用制御装置１において、インバータ回路２４に供給される直流電力に含まれるリプル電圧の実効値の変化を示す図。
【図１０】第３の実施形態の車両用制御装置１において実行される動作の一例を示すフローチャート。
【図１１】第３の実施形態の車両用制御装置１において、インバータ回路２４に供給される直流電力に含まれるリプル電圧の変化を示す図。
【図１２】第３の実施形態の車両用制御装置１において実行される動作の他の例を示すフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
以下、実施形態の車両用制御装置を、図面を参照して説明する。
【０００８】
（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態の車両用制御装置１の構成を示すブロック図である。車両用制御装置１は鉄道車両に搭載される装置であって、集電装置３が架線から得た単相交流電力が供給される。車両用制御装置１は、単相交流電力を三相交流に変換して、車両用駆動モータ４に供給する。これにより車両用制御装置１は、車両用駆動モータ４にトルクを発生させ、鉄道車両などの電気車を走行させる。実施形態において、車両用駆動モータ４は、例えば、誘導電動機である。
【０００９】
車両用制御装置１は、運転手により操作される図示しないマスターコントローラと接続される図示しない列車情報制御装置を経由し接続される。このマスターコントローラは、運転台に取り付けられ、車両用制御装置１を搭載する電気車に対する運転操作を受け付ける。マスターコントローラに対してなされた操作量を示す信号、或いは操作に基づいて決定される制御信号は、列車情報制御装置等を経由し、車両用制御装置１に入力される。
【００１０】
マスターコントローラから、列車情報制御装置等を経由して車両用制御装置１に供給される制御信号には、操作状態に基づくノッチ指令が含まれる。ノッチ指令とは、車両用駆動モータ４が出力するパワー（電力）を指示する値である。
【００１１】
図１に示すように、車両用制御装置１は、コンバータ回路１０、充電回路１２、フィルタコンデンサユニット１４、電圧検出用抵抗１６、電圧検出器１８、放電回路２０、過電圧抑制ユニット２２、インバータ回路２４、および制御部２６を有する。
【００１２】
充電回路１２は、接触器１２ａ、接触器１２ｂ、および充電抵抗器１２ｃを有する。接触器１２ａは、トランス６の２次コイル６Ｂの正極線Ｐ側とコンバータ回路１０の入力端との間に接続されたメーク接点である主接点を有している。接触器１２ａは、制御部２６から所定の制御信号が入力された場合に主接点をオンして、トランス６の２次コイル６Ｂからからの単相交流電力をコンバータ回路１０へ入力する。その後、コンバータ回路１０によって単相交流電力から変換された直流電力は、をインバータ回路２４及びフィルタコンデンサユニット１４へと供給される。
【００１３】
一方、接触器１２ｂも、２次コイル６Ｂの正極線Ｐ側とコンバータ回路１０の入力端との間に接続され、メーク接点である主接点を有している。充電抵抗器１２ｃの出力側には、コンバータ回路１０の入力側が接続されている。充電抵抗器１２ｃは、電源投入時に発生するコンバータ回路１０への突入電流を抑制する。
【００１４】
コンバータ回路１０には、集電装置３から供給された単相交流電力が、１次コイル６Ａおよび２次コイル６Ｂを有するトランス６を介して供給される。コンバータ回路１０は、制御部２６の制御に従って内部スイッチを動作させて、単相交流電力を所定の直流電圧の直流電力に変換する。変換された直流電力は、正極線Ｐおよび負極線Ｎとの間に印加され、後段のインバータ回路２４に供給される。
【００１５】
インバータ回路２４は、車両用駆動モータ４における各相の電力を生成するスイッチング素子を備える。インバータ回路２４は、スイッチング素子が任意に導通（オン）・阻止（オフ）動作されることによって、直流電力を任意の電圧と任意の周波数を有する三相交流電力に変換する。各スイッチング素子は、例えば逆並列に接続されたダイオードを内蔵したＩＧＢＴ（絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）である。なお、スイッチング素子として、他の種類のスイッチング素子を使用してもよい。
【００１６】
放電抵抗器２０と過電圧抑制ユニット２２とは、フィルタコンデンサユニット１４に対して並列に接続されている。過電圧抑制ユニット２２は、メーク接点である主接点を有している。過電圧抑制ユニット２２は、制御部２６から所定の制御信号が入力された場合に主接点をオンし、放電抵抗器２０を介して、フィルタコンデンサユニット１４に蓄えられた電荷を放電させる。
【００１７】
フィルタコンデンサユニット１４は、コンバータ回路１０の出力端とインバータ回路２４の入力端との間に並列に接続される。フィルタコンデンサユニット１４は、コンバータ回路１０からインバータ回路２４に供給される直流電力のリプル変動を抑制する。この直流電力の変動成分（以下、リプル成分とも呼ぶ。）は、短時間で急峻に立ち上がる電圧成分であり、以下、リプル成分を含む電圧をリプル電圧と呼ぶ。
【００１８】
フィルタコンデンサユニット１４は、フィルタコンデンサ１４ａと熱電対１４ｂとを有する。フィルタコンデンサ１４ａと熱電対１４ｂとは、例えば一体化されて車両用制御装置１に取り付けられる。熱電対１４ｂは、フィルタコンデンサ１４ａの温度が検出可能となるようにフィルタコンデンサユニット１４の筐体内に埋め込まれる。
【００１９】
フィルタコンデンサ１４ａは、直流電力のリプル成分を抑制し、直流電力を平滑化する。この平滑化のために、フィルタコンデンサ１４ａの容量は、インバータ回路２４から車両用駆動モータ４に供給される電力とリプル率により決定される。熱電対１４ｂは、フィルタコンデンサ１４ａの温度に対応した電圧が制御部２６により読み取られる。これにより熱電対１４ｂは温度検出部として機能する。フィルタコンデンサユニット１４の正極線Ｐと負極線Ｎとの間に印加されている両端電圧は、電圧検出器１８により読み取られる。
【００２０】
制御部２６は、車両用制御装置１における各部を統括的に制御する。制御部２６は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）などのプロセッサが図示しない記憶部に記憶されているプログラムを実行することによって機能する。
【００２１】
図２は、第１の実施形態の車両用制御装置１において、電気車の速度と引張力との関係の一例を、ノッチごとに示す図である。なお、図２に示した電気車の速度と引張力との関係は、あくまで一例であり、例えば電気車の機種ごとに変更される。引張力は、ノッチごとの特性曲線により決定される。この電気車の速度と引張力との関係は、制御部２６における記憶部にデータテーブルとして記憶しておいてもよく、入力された速度情報およびノッチ指令に基づく演算式（関数）として記憶しておいてもよい。
【００２２】
制御部２６は、現在の電気車の速度およびノッチ指令に基づいて引張力を導出する。そして、制御部２６は、導出された引張力に対応したトルクが車両用駆動モータ４で発生されるようインバータ回路２４を制御する。これにより制御部２６は、インバータ回路２４から車両用駆動モータ４に、引張力に対応した車両用駆動モータ４のトルクを発生させるための三相交流電力を供給させる。
【００２３】
また、制御部２６は、フィルタコンデンサ１４ａの容量が低下したことを検知した場合に、インバータ回路２４から出力可能な交流電力を制限する。以下、この動作について説明する。図３は、第１の実施形態の車両用制御装置１において実行される動作の一例を示すフローチャートである。
【００２４】
先ず、制御部２６は、マスターコントローラが操作されて電気車の運行が開始されたことを検知するまで待機する（ステップＳ１００）。電気車の運行が開始されたことを検知すると（ステップＳ１００：ＹＥＳ）、制御部２６は、熱電対１４ｂにおける電圧値を監視してフィルタコンデンサ１４ａの温度Ｔｃを検出する（ステップＳ１０２）。次に、制御部２６は、検出されたフィルタコンデンサ１４ａの温度Ｔｃがコンデンサ温度閾値Ｔｃｔｈを超えたか否かを判定する（ステップＳ１０４）。このコンデンサ温度閾値Ｔｃｔｈには、フィルタコンデンサ１４ａの容量が経年劣化に起因して低下した場合（異常容量となった場合）に到達するフィルタコンデンサ１４ａの温度値が設定される。
【００２５】
図４は、第１の実施形態の車両用制御装置１におけるフィルタコンデンサ１４ａの温度Ｔｃの変化の一例を示す図である。図示するように、コンデンサ１４ａの温度Ｔｃは、経年劣化によって容量が低下し、その結果、リプル電流が増加することで温度上昇しやすい傾向を示すようになる。そして、時刻Ｔ１０でコンデンサ１４ａの温度Ｔｃがコンデンサ温度閾値Ｔｃｔｈを超えると、制御部２６は、フィルタコンデンサ１４ａの容量が低下したことを検知する。
【００２６】
制御部２６は、フィルタコンデンサ１４ａの温度Ｔｃがコンデンサ温度閾値Ｔｃｔｈを超えたと判定した場合には（ステップＳ１０４：ＹＥＳ）、フィルタコンデンサ１４ａの容量が低下したことを検知し、インバータ回路２４から車両用駆動モータ４に出力可能な交流電力の最大値を制限する（ステップＳ１０６）。このとき、制御部２６は、例えばノッチ制限を実施する。
ノッチ制限とは、ノッチ指令に上限値を設け、上限値を上回るノッチ指令が入力された場合に、上限値でノッチ指令を置き換える処理である。その時点における最大ノッチがＮノッチである場合、制御部２６は、例えばＮ−１ノッチに最大ノッチを変更する。
【００２７】
制御部２６は、フィルタコンデンサ１４ａの温度Ｔｃがコンデンサ温度閾値Ｔｃｔｈ以下であると判定した場合には（ステップＳ１０４：ＮＯ）、電気車の運行が終了したか否かを判定する（ステップＳ１０８）。制御部２６は、電気車の運行が終了した場合には（ステップＳ１０８：ＹＥＳ）、処理を終了し、電気車の運行が終了していない場合には（ステップＳ１０８：ＮＯ）、フィルタコンデンサ１４ａの温度Ｔｃの検出を継続する（ステップＳ１０２）。
【００２８】
なお、制御部２６は、インバータ回路２４から出力可能な交流電力の最大値を制限する処理（ステップＳ１０６）として、最大ノッチを変更するのではなく、最大ノッチに対応した特性曲線のうち所定の引張力Ｐ（図２を参照）以上の引張力を出力させないようにしてもよい。また、制御部２６は、最大ノッチを変更するのではなく、最大ノッチに対応した特性曲線のうち所定の速度Ｖ（図２を参照）以上の速度においてパワーを低く変更してもよい。
【００２９】
以上説明した第１の実施形態の車両用制御装置１によれば、フィルタコンデンサ１４ａの容量が低下したことを検知した場合にインバータ回路２４から出力可能な交流電力を制限するので、発生するリプル成分を小さくすることができる。この結果、フィルタコンデンサ１４ａの容量が経年劣化により低下してリプル成分の吸収力が低下した場合であっても、インバータ回路２４に供給される電圧が過電圧となるのを抑制することができる。
【００３０】
車両用制御装置１において、インバータ回路２４に供給される電圧が過電圧となったことが検知されると、インバータ回路２４におけるスイッチング素子を保護するため、コンバータ回路１０を含む直流回路からインバータ回路２４を切断する保護動作が実施され、電気車の運行が停止される場合がある。これに対し、第１の実施形態によれば、インバータ回路２４に供給される電圧が過電圧となるのを抑制することができ、この結果、フィルタコンデンサ１４ａの容量が低下したことによって電気車の運行を停止することを抑制でき、電気車の運行遅れを抑制できる。
【００３１】
また、第１の実施形態によれば、最大ノッチを切り替えることで交流電力の最大値の制限を行うため、複雑な演算が不要となり、交流電力の制限を容易に実施することができる。
【００３２】
さらに、第１の実施形態によれば、フィルタコンデンサ１４ａの温度Ｔｃが所定値（コンデンサ温度閾値Ｔｃｔｈ）を超えた場合に、フィルタコンデンサ１４ａの容量が低下したことを検知するので、フィルタコンデンサ１４ａの容量の低下を検出するための専用の設備や処理が不要となる。
【００３３】
また、第１の実施形態によれば、フィルタコンデンサユニット１４に埋め込まれた熱電対１４ｂによりフィルタコンデンサ１４ａの温度Ｔｃを測定するので、フィルタコンデンサ１４ａの使用可能温度の上限に近い温度までフィルタコンデンサ１４ａを使用することができ、交流電力の最大値が制限されることを抑制できる。
【００３４】
（第１の実施形態の変形例１）
上述した第１の実施形態において、制御部２６は、フィルタコンデンサ１４ａの温度Ｔｃがコンデンサ温度閾値Ｔｃｔｈを超えるまでの時間に基づいて、インバータ回路２４から出力可能な交流電力の最大値の制限量を変更してもよい。図５は、第１の実施形態の車両用制御装置１において、フィルタコンデンサ１４ａの温度Ｔｃと時間閾値Ｔｔｈ１〜Ｔｔｈ２との関係を示す図である。
【００３５】
時間閾値Ｔｔｈ１〜Ｔｔｈ２は、運行開始からフィルタコンデンサ１４ａの温度Ｔｃがコンデンサ温度閾値Ｔｃｔｈに達するまでの時間ｔに対応して設定される。なお、時間閾値Ｔｔｈ１〜Ｔｔｈ２は、フィルタコンデンサ１４ａの温度Ｔｃに対して任意の時間ｔを設定してもよい。
【００３６】
制御部２６は、運行開始後に図示しないタイマを起動して経過時間を計測すると共にフィルタコンデンサ１４ａの温度Ｔｃを監視する。制御部２６は、フィルタコンデンサ１４ａの温度Ｔｃがコンデンサ温度閾値Ｔｃｔｈを超えた時の経過時間ｔを判定し、経過時間ｔと時間閾値Ｔｔｈ１〜Ｔｔｈ２とを比較する。
【００３７】
制御部２６は、経過時間ｔが時間閾値Ｔｔｈ１よりも短い場合には、最大ノッチよりも３段階低いノッチに対応した特性曲線に基づいて交流電力の最大値を制限する。制御部２６は、経過時間が時間閾値Ｔｔｈ１よりも長く時間閾値Ｔｔｈ２よりも短い場合には、最大ノッチよりも２段階低いノッチに対応した特性曲線に基づいて交流電力の最大値を制限する。制御部２６は、経過時間が時間閾値Ｔｔｈ２よりも長い場合には、最大ノッチよりも１段階低いノッチに対応した特性曲線に基づいて交流電力の最大値を制限する。
【００３８】
この第１の実施形態の車両用制御装置１によれば、フィルタコンデンサ１４ａの温度Ｔｃがコンデンサ温度閾値Ｔｃｔｈに達するまでの時間ｔが短いほど交流電力の最大値の制限幅を大きくすることができる。この結果、第１の実施形態の車両用制御装置１によれば、インバータ回路２４に供給される電圧が過電圧となるのをさらに抑制することができる。
【００３９】
（第１の実施形態の変形例２）
上述した第１の実施形態において、制御部２６は、フィルタコンデンサ１４ａの温度Ｔｃがコンデンサ温度閾値Ｔｃｔｈを超える回数に基づいて、インバータ回路２４から出力可能な交流電力の最大値を制限してもよい。
【００４０】
制御部２６は、フィルタコンデンサ１４ａの温度Ｔｃが所定温度を超えたことに応じて図示しないタイマを起動して所定時間の計測を開始する。この所定温度は、上述したコンデンサ温度閾値Ｔｃｔｈである。また、この所定温度は、コンデンサ温度閾値Ｔｃｔｈより低い温度であってもよい。なお、タイマが起動されてから所定時間が経過するまでは、フィルタコンデンサ１４ａの温度Ｔｃの変動によって再び所定温度を超えたとしても、所定時間は延長されないものとする。
【００４１】
制御部２６は、所定時間を計測している期間においてフィルタコンデンサ１４ａの温度Ｔｃが所定温度を超えた回数を示すカウンタ値をインクリメントする。制御部２６は、所定時間が経過したことに応じてカウンタ値と所定回数とを比較する。所定回数は、フィルタコンデンサ１４ａの温度Ｔｃの上昇がフィルタコンデンサ１４ａの容量低下に起因していると判定される値である。制御部２６は、カウンタ値が所定回数を超えた場合には、最大電力を出力させるノッチよりも低いノッチに対応した特性曲線に基づいて、インバータ回路２４から出力可能な交流電力の最大値を制限する。なお、カウンタ値と所定回数との比較が終わると、カウンタ値はリセットされる。
【００４２】
この第１の実施形態の車両用制御装置１によれば、フィルタコンデンサ１４ａの温度Ｔｃが上昇した回数に基づいてインバータ回路２４から出力可能な交流電力の最大値を制限でき、インバータ回路２４に供給される電圧が過電圧となるのをさらに抑制することができる。
【００４３】
さらに、制御部２６は、フィルタコンデンサ１４ａの温度Ｔｃの検出を継続し、繰り返してフィルタコンデンサ１４ａの温度Ｔｃがコンデンサ温度閾値Ｔｃｔｈを超えた場合に、インバータ回路２４から出力可能な交流電力の最大値を段階的に制限してもよい。制御部２６は、最大ノッチがＮノッチである場合にＮ−１ノッチに最大ノッチを変更した後、継続してフィルタコンデンサ１４ａの温度Ｔｃがコンデンサ温度閾値Ｔｃｔｈを上回った場合には（ステップＳ１０４：ＹＥＳ）、Ｎ−２ノッチに最大ノッチを変更する（ステップＳ１０６）。この結果、制御部２６は、インバータ回路２４から出力可能な交流電力の最大値を段階的に制限でき、インバータ回路２４に供給される電圧が過電圧となるのをさらに抑制することができる。
【００４４】
これらの変形例によれば、インバータ回路２４から出力可能な交流電力の最大値として、予め設定された複数の段階的な値（ノッチ）のうち何れかの値を選択するので、段階的に交流電力の最大値を制限できる。
【００４５】
（第２の実施形態）
次に、第２の実施形態について説明する。なお、第１の実施形態と同じ部分については同一符号を付することにより詳細な説明を省略する。
【００４６】
図６は、第２の実施形態の車両用制御装置１において、フィルタコンデンサ１４ａの両端電圧の変化を示す図である。フィルタコンデンサ１４ａの両端電圧は、図６の特性ＡおよびＢに示すように、フィルタコンデンサ１４ａの放電が開始された後以降、次第に低くなる。特性Ａは、経年劣化により容量が低下していないフィルタコンデンサ１４ａの両端電圧の変化を示す。特性Ｂは、経年劣化により容量が低下したフィルタコンデンサ１４ａの両端電圧の変化を示す。経年劣化により容量が低下したフィルタコンデンサ１４ａの両端電圧は経過時間ｓ２１でＶ０まで低下する。一方、経年劣化により容量が低下していないフィルタコンデンサ１４ａは経過時間ｓ２０でＶ０まで低下する。
【００４７】
第２の実施形態における制御部２６は、この特性を利用し、フィルタコンデンサ１４ａの両端電圧の低下時間が所定時間（Ｓｔｈ）より短い場合に、フィルタコンデンサ１４ａの容量が低下したことを検知する。
【００４８】
以下、図７を参照して、図６に示した特性を利用してインバータ回路２４から出力可能な交流電力の最大値を制限する動作を説明する。図８は、第２の実施形態の車両用制御装置１において実行される動作の一例を示すフローチャートである。
【００４９】
まず、制御部２６は、マスターコントローラが操作されて電気車の運行が開始されたことを検知するまで待機する（ステップＳ１１０）。制御部２６は、電気車の運行が開始されたことを検知すると（ステップＳ１１０：ＹＥＳ）、フィルタコンデンサ１４ａに充電を開始させる（ステップＳ１１２）。このとき、制御部２６は、接触器１２ａを開放状態に維持した状態で、接触器１２ｂを導通状態に切り替える。これにより、接触器１２ｂおよび充電抵抗器１２ｃを介してフィルタコンデンサ１４ａに電流が流れ、コンバータ回路１０から出力された直流電力によってフィルタコンデンサ１４ａは充電される。
【００５０】
次に制御部２６は、フィルタコンデンサ１４ａの充電が完了するまで待機する（ステップＳ１１４）。制御部２６は、フィルタコンデンサ１４ａの充電が完了したことを検知すると（ステップＳ１１４：ＹＥＳ）、フィルタコンデンサ１４ａを放電させる（ステップＳ１１６）。制御部２６は、フィルタコンデンサ１４ａの放電を開始させると同時または放電開始の直後に、図示しないタイマにより経過時間の計測を開始させる（ステップＳ１１８）。
【００５１】
このとき、制御部２６は、電圧検出器１８により計測されたフィルタコンデンサ１４ａの両端電圧が所定値（Ｖ１）に達したと判定したことに応じてフィルタコンデンサ１４ａの充電が完了したと判定する。次に、制御部２６は、過電圧抑制ユニット２２を開放状態から導通状態に切り替えることにより、フィルタコンデンサ１４ａから放電抵抗器２０に電流を供給させて、フィルタコンデンサ１４ａの充電電力を放電させる。
【００５２】
次に制御部２６は、フィルタコンデンサ１４ａの両端電圧がＶ０に達するまで待機する（ステップＳ１２０）。制御部２６は、フィルタコンデンサ１４ａの両端電圧がＶ０に達したことに応じて（ステップＳ１２０：ＹＥＳ）、ステップＳ１１８により開始された計測時間ｓが所定の時間閾値Ｓｔｈより長いか否かを判定する（ステップＳ１２２）。時間閾値Ｓｔｈは、フィルタコンデンサ１４ａの通常の充電可能容量をフィルタコンデンサ１４ａの放電速度で除算した時間であって、フィルタコンデンサ１４ａが異常容量であるかを判定できる値が設定される。
【００５３】
制御部２６は、計測時間ｓが所定の時間閾値Ｓｔｈよりも長い場合（ステップＳ１２２：ＹＥＳ）には、インバータ回路２４から出力可能な交流電力の最大値の制限を実施しない（ステップＳ１２４）。例えば、図６の特性Ａに示すように、フィルタコンデンサ１４ａの両端電圧がＶ０に達した計測時間ｓがｓ２０であり、時間閾値Ｓｔｈを超えた場合には、フィルタコンデンサ１４ａの容量が低下していない通常容量であると判定する。これにより、制御部２６は、ノッチ指令に対応した特性曲線に基づいてインバータ回路２４から出力可能な交流電力の最大値を制御する。
【００５４】
制御部２６は、計測時間ｓが所定の時間閾値Ｓｔｈよりも短い場合（ステップＳ１２２：ＮＯ）には、インバータ回路２４から出力可能な交流電力の最大値の制限を実施する（ステップＳ１２６）。例えば、図６の特性Ｂに示すように、フィルタコンデンサ１４ａの両端電圧がＶ０に達した計測時間ｓがｓ２１であり、時間閾値Ｓｔｈを超えない場合には、フィルタコンデンサ１４ａの容量が低下した異常容量であると判定する。これにより、制御部２６は、最大ノッチよりも低いノッチに対応した特性曲線に基づいてインバータ回路２４から出力可能な交流電力の最大値を制御する。
【００５５】
以上説明した第２の実施形態の車両用制御装置１によれば、フィルタコンデンサ１４ａの両端電圧の低下時間が所定時間より短い場合に、フィルタコンデンサ１４ａの容量が低下したことを検知するので、フィルタコンデンサ１４ａの容量が経年劣化により低下しても、インバータ回路２４から出力可能な交流電力の最大値を制限することができ、インバータ回路２４に供給される電圧がリプルにより過電圧となるのを抑制することができる。
【００５６】
また、第２の実施形態によれば、電気車の運行の運行開始前に、フィルタコンデンサ１４ａに電荷を充電させ、フィルタコンデンサ１４ａに充電された電荷を放電させるように充電回路１２を制御し、フィルタコンデンサ１４ａの電荷を放電させた後の両端電圧の低下時間が所定時間より短い場合にフィルタコンデンサ１４ａの容量が低下したことを検知するので、電気車の運行開始前にフィルタコンデンサ１４ａの経年劣化を検知できる。
【００５７】
（第２の実施形態の変形例１）
上述した第２の実施形態において、制御部２６は、フィルタコンデンサ１４ａの両端電圧がＶ０に到達するまでの時間に基づいて、インバータ回路２４から出力可能な交流電力の最大値の制限量を変更してもよい。図８は、第２の実施形態の車両用制御装置１において、フィルタコンデンサ１４ａの両端電圧と時間閾値Ｓｔｈ１〜Ｓｔｈ２との関係を示す図である。
【００５８】
時間閾値Ｓｔｈ１〜Ｓｔｈ２は、放電開始後からフィルタコンデンサ１４ａの両端電圧がＶ０に達するまでの時間に対応して設定される。なお、時間閾値Ｓｔｈ１〜Ｓｔｈ２は、フィルタコンデンサ１４ａの両端電圧の低下速度に基づいて任意の時間を設定してもよい。フィルタコンデンサ１４ａの両端電圧の低下時間は、フィルタコンデンサ１４ａの容量および放電抵抗器２０の抵抗値によって設定される。
【００５９】
制御部２６は、放電開始後に図示しないタイマを起動して経過時間を計測すると共にフィルタコンデンサ１４ａの両端電圧を監視する。制御部２６は、フィルタコンデンサ１４ａの両端電圧がＶ０に達した時の経過時間を判定し、経過時間と時間閾値Ｓｔｈ１〜Ｓｔｈ２とを比較する。
【００６０】
制御部２６は、経過時間が時間閾値Ｓｔｈ１よりも短い場合には、最大ノッチよりも３段階低いノッチに対応した特性曲線に基づいて交流電力の最大値を制限する。制御部２６は、経過時間が時間閾値Ｓｔｈ１よりも長く時間閾値Ｓｔｈ２よりも短い場合には、最大ノッチよりも２段階低いノッチに対応した特性曲線に基づいて交流電力の最大値を制限する。制御部２６は、経過時間が時間閾値Ｓｔｈ２よりも長い場合には、最大ノッチよりも１段階低いノッチに対応した特性曲線に基づいて交流電力の最大値を制限する。
【００６１】
この第２の実施形態の車両用制御装置１によれば、フィルタコンデンサ１４ａの両端電圧がＶ０に達するまでの時間が短いほど交流電力の最大値の制限幅を大きくすることができる。この結果、第２の実施形態の車両用制御装置１によれば、インバータ回路２４に供給される電圧が過電圧となるのをさらに抑制することができる。
【００６２】
（第２の実施形態の変形例２）
上述した第２の実施形態において、制御部２６は、放電後のフィルタコンデンサ１４ａの両端電圧がＶ０に達する回数に基づいて、インバータ回路２４から出力可能な交流電力の最大値を制限してもよい。
【００６３】
制御部２６は、放電後のフィルタコンデンサ１４ａの両端電圧が時間閾値Ｓｔｈ内に所定電圧まで低下したことに応じてカウンタ値をインクリメントする。制御部２６は、カウンタ値をインクリメントしたことに応じて、カウンタ値と所定回数とを比較する。制御部２６は、カウンタ値が所定回数を超えた場合には、最大電力を出力させるノッチよりも低いノッチに対応した特性曲線に基づいて、インバータ回路２４から出力可能な交流電力の最大値を制限する。
【００６４】
この第２の実施形態の車両用制御装置１によれば、フィルタコンデンサ１４ａの両端電圧が時間閾値Ｓｔｈ以内に所定電圧まで低下した回数に基づいて交流電力の最大値を制限でき、インバータ回路２４に供給される電圧が過電圧となるのをさらに抑制することができる。
【００６５】
（第３の実施形態）
次に、第３の実施形態について説明する。なお、上述の実施形態と同じ部分については同一符号を付することにより詳細な説明を省略する。
【００６６】
図９は、第３の実施形態の車両用制御装置１において、インバータ回路２４に供給される直流電力に含まれるリプル電圧の実効値の変化を示す図である。図９に示すリプル電圧ｒ１、ｒ２、ｒ３は、制御部２６によりインバータ回路２４に供給される直流電力に含まれるリプル成分を抽出して得られる。リプル電圧は、架線電力の交流周波数の２倍の周波数を有し、フィルタコンデンサ１４ａの容量が低下するほど高い振幅となる。フィルタコンデンサユニット１４の経年劣化によりフィルタコンデンサ１４ａの容量が低下した場合、リプル電圧ｒ３の振幅は、Ｖｒ３を超える場合がある。
【００６７】
第３の実施形態における制御部２６は、このリプル電圧の特性を利用し、コンバータ回路１０から出力される直流電圧のリプルを検出し、検出されたリプルが所定値以上である場合に、フィルタコンデンサ１４ａの容量が低下したことを検知する。
【００６８】
以下、図１０を参照して、図９に示したリプル電圧の特性を利用してインバータ回路２４から出力可能な交流電力の最大値を制限する動作を説明する。図１０は、第３の実施形態の車両用制御装置１において実行される動作の一例を示すフローチャートである。
【００６９】
まず、制御部２６は、マスターコントローラが操作されて電気車の運行が開始されたことを検知するまで待機する（ステップＳ１３０）。制御部２６は、電気車の運行が開始されたことを検知すると（ステップＳ１３０：ＹＥＳ）、電圧検出器１８により検出される直流電圧値を監視する（ステップＳ１３２）。制御部２６は、監視されている直流電圧値からリプル電圧のピーク値を検出する（ステップＳ１３４）。このとき、制御部２６は、所定時間毎に直流電圧値を検出し、時間的に前後する直流電圧値の差分を検出することによりリプル電圧のピーク値を検出する。
【００７０】
制御部２６は、検出したリプル電圧のピーク値と所定値Ｖｒ３および所定値Ｖｒ２とを比較し、図１０のｒ３のようにリプル電圧のピーク値が所定値Ｖｒ３より高い場合には（ステップＳ１３６：ＹＥＳ）、最大ノッチよりも低いノッチに対応した特性曲線に基づいてインバータ回路２４から出力可能な交流電力の最大値を制限する（ステップＳ１３８）。
【００７１】
制御部２６は、図９のｒ２のようにリプル電圧のピーク値が所定値Ｖｒ３より低く所定値Ｖｒ２より高い場合には（（ステップＳ１４０：ＹＥＳ）、アラームを出力する（ステップＳ１４２）。所定値Ｖｒ２は、通常のリプル電圧のピーク値である所定値Ｖｒ１よりも高く、所定値Ｖｒ３よりも低い任意の値が設定され、フィルタコンデンサ１４ａの容量が低下する傾向がある範囲の値が設定される。所定値Ｖｒ１は、経年劣化がないフィルタコンデンサ１４ａを備えた場合のピーク値に近く、当該ピーク値よりも高い値が設定される。
【００７２】
このとき、制御部２６は、マスターコントローラの図示しない表示部を点灯させて警告を行う。これにより制御部２６は、フィルタコンデンサ１４ａの容量が低下する傾向があることを示唆する。なお、制御部２６は、他のユーザインターフェースを用いて警告を行ってもよい。また、制御部２６は、リプル電圧のピーク値が通常範囲より高いことを通知する。また、制御部２６は、フィルタコンデンサ１４ａの状態を通知してもよい。具体的には、制御部２６は、フィルタコンデンサ１４ａの容量が通常状態よりも低いことを通知してもよく、フィルタコンデンサ１４ａの使用期間を通知してもよい。
【００７３】
制御部２６は、図９のｒ１のようにリプル電圧のピーク値が所定値Ｖｒ３および所定値Ｖｒ２よりも高くない場合には（ステップＳ１３６、ステップＳ１４０：ＮＯ）、インバータ回路２４から出力可能な交流電力の最大値を制限しない通常動作を継続する（ステップＳ１４４）。
【００７４】
次に、制御部２６は、電気車の運行が終了したか否かを判定し（ステップＳ１４６）し、電気車の運行が終了した場合には（ステップＳ１４６：ＹＥＳ）、処理を終了し、電気車の運行が終了していない場合には（ステップＳ１４６：ＮＯ）、ステップＳ１３２に処理を戻す。
【００７５】
以上説明した第３の実施形態の車両用制御装置１によれば、コンバータ回路１０から出力される直流電圧に含まれるリプルを検出し、検出されたリプルが所定値以上である場合に、フィルタコンデンサ１４ａの容量が低下したことを検知するので、電気車の運行時においてフィルタコンデンサ１４ａの容量の低下の度合いが高くなった場合にインバータ回路２４から出力可能な交流電力の最大値を制限することができる。その結果、インバータ回路２４に供給される電圧が過電圧となるのを抑制することができる。
【００７６】
上述した第３の実施形態において、制御部２６は、リプル電圧のピーク値が所定値を超える回数に基づいて、インバータ回路２４から出力可能な交流電力の最大値を制限してもよい。図１２は、第３の実施形態の車両用制御装置１において、インバータ回路２４に供給される直流電力に含まれるリプル電圧の変化を示す図である。
【００７７】
図１１に示すように、フィルタコンデンサ１４ａが劣化により容量が低下していない状態において、リプル電圧ｒ１１のピーク値は、所定値Ｖｒ１よりも低い。これに対し、フィルタコンデンサ１４ａの容量が低下すると、リプル電圧ｒ１２のピーク値が所定値Ｖｒ１よりも高くなり、所定時間においてリプル電圧ｒ１２が所定値Ｖｒ１を超える回数が多くなる。
【００７８】
制御部２６は、このようなリプル電圧の特性を利用して、検出されたリプルが所定値以上である場合にフィルタコンデンサ１４ａの容量が低下したことを検知し、フィルタコンデンサ１４ａの容量が低下したことを検知した回数をカウントし、回数が所定時間以内に所定値以上となった場合に、インバータ回路２４から出力可能な交流電力を制限する。
【００７９】
以下、図１２を参照して、図１１に示したリプル電圧の特性を利用してインバータ回路２４から出力可能な交流電力の最大値を制限する動作を説明する。図１２は、第３の実施形態の車両用制御装置１において実行される動作の他の例を示すフローチャートである。
まず、制御部２６は、マスターコントローラが操作されて電気車の運行が開始されたことを検知するまで待機する（ステップＳ１５０）。制御部２６は、電気車の運行が開始されたことを検知し、更にノッチ指令を監視し、最大ノッチ指令であることを検知すると（ステップＳ１５０：ＹＥＳ）、電圧検出器１８により検出される直流電圧値の監視を開始し（ステップＳ１５２）、タイマによる経過時間の計測をスタートさせる（ステップＳ１５４）。
【００８０】
制御部２６は、直流電圧値が所定値Ｖｒ１により規定される範囲Ｖｒｔｈを超えたことを検知すると（ステップＳ１５６：ＹＥＳ）、回数を示すカウンタ値をカウントアップする（ステップＳ１５８）。制御部２６は、所定の容量低下検知時間が経過すると（ステップＳ１６０：ＹＥＳ）、カウンタ値が所定回数を超えているか否かを判定する。（ステップＳ１６２）。なお、所定値Ｖｒ１は、上述した通常のリプル電圧のピーク値よりも高い値であればよく、高い値であるほど誤検知を抑制できる。
【００８１】
制御部２６は、カウンタ値が所定回数を超えていない場合には（ステップＳ１６２：ＹＥＳ）、インバータ回路２４から出力可能な交流電力の最大値を制限しない（ステップＳ１６４）。一方、制御部２６は、カウンタ値が所定回数を超えた場合には（ステップＳ１６２：ＮＯ）、インバータ回路２４から出力可能な交流電力の最大値を制限する（ステップＳ１６６）。
【００８２】
次に、制御部２６は、電気車の運行が終了したか否かを判定し（ステップＳ１６８）し、電気車の運行が終了した場合には（ステップＳ１６８：ＹＥＳ）、処理を終了し、電気車の運行が終了していない場合には（ステップＳ１６８：ＮＯ）、ステップＳ１５４に処理を戻す。
【００８３】
以上説明した第３の実施形態の車両用制御装置１によれば、フィルタコンデンサ１４ａの容量が低下したことを検知した回数が所定時間以内に所定値以上となった場合に、インバータ回路２４から出力可能な交流電力を制限するので、インバータ回路２４から出力可能な交流電力の最大値を制限でき、インバータ回路２４に供給される電圧が過電圧となるのをさらに抑制することができる。また、第３の実施形態によれば、フィルタコンデンサ１４ａの容量が低下していないにもかかわらず所定値Ｖｒ１を超えた場合に誤検出をすることを抑制することができる。
【００８４】
さらに、第３の実施形態によれば、フィルタコンデンサ１４ａが経年劣化により容量が低下したことが検知可能な高い所定値Ｖｒ３を超えるリプル電圧をインバータ回路２４に供給することを抑制できるので、インバータ回路２４に供給される電圧が過電圧となるのをさらに抑制することができる。
【００８５】
以上説明した少なくとも一つの実施形態によれば、フィルタコンデンサ１４ａの容量が低下したことを検知した場合にインバータ回路２４から出力可能な交流電力を制限するので、発生するリプル成分を小さくすることができ、インバータ回路２４に供給される電圧が過電圧となるのを抑制することができる。
【００８６】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
【符号の説明】
【００８７】
１…車両用制御装置、４…車両用駆動モータ、１０…コンバータ回路、１２…充電回路、１２ｂ…接触器、１２ｃ…充電抵抗器、１４…フィルタコンデンサユニット、１４ａ…フィルタコンデンサ、１４ｂ…熱電対、１８…電圧検出器、２０…放電抵抗器、２２…過電圧抑制ユニット、２４…インバータ回路、２６…制御部
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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