(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
誘導電動機をインバータ装置によりトルク制御する制御装置であり、かつ、モータ回転速度の変化率が所定の値より大きいときに、出力をアクティブにして空転・滑走を検知する空転検知手段と、該空転検知手段の出力のアクティブ時に所定の引下げ率をトルク指令値に乗じてトルク指令値を引下げ、かつ非アクティブになった時点で、トルク指令値を空転・滑走を検知する以前の値に復帰させる空転・滑走再粘着制御を行う粘着制御手段とを有し、該粘着制御手段は前記空転検知手段がアクティブになる直前のトルク指令値を記憶し、空転検知手段の出力が非アクティブになってトルク指令値の復帰中に再度空転した場合は、この時点の指令値から引下げをする電気車の制御装置において、少なくとも２種類の引下げ率を指令引下げ部に設け、該指令引下げ部において、大きい引下げ率と小さい引下げ率を自走的（振動的）に繰り返し選択し、前記空転検知手段の出力がアクティブの間はトルク指令を大きく引下げる状態と小さく引下げる状態で振動させ、前記空転検知手段の出力が非アクティブになった時点でトルク指令の振動を止めるようにした自走的引下げ率選択手段を有することを特徴とする電気車制御装置。
【請求項２】
前記空転検知手段の出力がアクティブになる直前のトルク指令値を記憶する手段を設け、自走的引下げ率選択手段と連動させ、空転検知手段の出力がアクティブの間は小さい引下げ率を選択時の指令値を記憶するようにし、自走的引下げ率選択手段が大きい引下げ率と小さい引下げ率を繰り返すごとにトルク指令値の平均が指数関数的に低減するようにした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】
前記トルク指令値の引下げ量を一定値にしたことを特徴とする請求項１又は２記載の電気車制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は誘導電動機をインバータ装置でトルク制御して推進および制動力を得る電気車制御装置に関し、特に、レール軌条の車両は降雨時などに、車輪からレールにトルクが伝達されず空転や滑走をすることがあるため、この空転・滑走を粘着状態に取戻す粘着制御を行う電気車制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図７に電気車制御装置の一例を示す基本構成図であり、インバータ装置１はパンタグラフ５から電力を入力し、誘導電動機２を駆動する。誘導電動機２は回転速度センサ４を有する。
電力は通常、車輪からレールを通して接地６へ戻る。制御装置３はトルク指令１０、電動機回転速度センサ出力８、電動機電流９を入力し、インバータ装置１を構成するスイッチング素子の点弧と消弧を指令するタイミング信号７を出力する。
【０００３】
図８は制御装置３の詳細図を示す。
図８において、トルク指令は指令読替え部３０で電流指令値に置換えられ、偏差演算部３１でフィードバック値との差を演算、演算結果は誤差増幅器３２に入力する。  電動機電流９は電流演算部３３で指令値と突合わせるためのフィードバック信号に変換する。  誤差増幅器３２はすべり周波数Ｆｓに相当するものを出力し、加算部３４で電動機の回転速度に相当する信号Ｆｍと加算してインバータ周波数Ｆｉを得る。
インバータ電圧は、通常、定トルク域の制御ではインバータ周波数に比例させ、電圧指令部３６で演算する。インバータ周波数Ｆｉと電圧指令部３６の出力である電圧指令を入力するＰＷＭ演算部３５は、インバータ装置１を構成するスイッチング素子の点弧と消弧を指令するタイミング信号７を出力する。
速度演算および空転検知部３８は、パルス列または交流正弦波信号の電動機回転速度センサ出力８の周波数を演算し、インバータ周波数Ｆｉの変換比に対応する回転速度信号Ｆｍを演算すると同時に、その速度の変化率を演算し、加速時は上昇率、減速時は下降率を予め設定した値と比較して、設定値より大きいときに空転検知信号ＳＬをアクティブにする。
粘着制御部３７は空転検知信号ＳＬを受けて、正規のトルク指令Ｔ＊を、ＳＬがアクティブの間、引下げる。
【０００４】
図９は粘着制御部３７の詳細図を示す。
図９において、粘着制御部３７はソフトスタート部３７０、指令引下げ部３７１、指令保持部３７２、メモリ３７３、復帰時初期値設定部３７４から構成される。  空転が起る以前で、ＳＬが非アクティブの時は、指令引下げ部３７１のＫには指令引下げ部３７１に有するスイッチを介して「１．０」が入り、これが前段からの指令値に乗じられるため、Ｔ＊とＴｃ＊は同じ値である。  ＳＬがアクティブになると指令引下げ部３７１にあるスイッチはＡ側に切替わり、Ｋは「０．２」に設定されるため、Ｔｃ＊はＳＬがアクティブになる直前のＴ＊の値の２０％に引下げられる。なお、このとき指令保持部３７２のスイッチは反Ａ側にある。
直前のＴ＊は、その値をＫが切り替わる前のメモリ３７３が保持することと指令保持部３７２もＡ側に切替わることで実現する。
図１０はメモリ３７３の構成例を示す。ここにも指令引下げ部３７１にあるスイッチと同時に切替わるスイッチがあり、Ａ側に切替わっている間は出力は切替わり直前の値を保持することによって、直前の値を２０％引下げることができる。
【０００５】
復帰時初期値設定部３７４は、再粘着後にトルクを正規の値に復帰させる際の初期値をソフトスタート部３７０に設定するもので、信号としては、トルク指令Ｔ＊と制御された指令Ｔｃ＊との低位優先を成立させることを意味する。
したがって、図９に示す例では、ＳＬが非アクティブになった時点でソフトスタート部３７０は、直前までの値から正規のＴ＊の値へ向かってトルク指令を増加させる。ただし、ここに述べる２０％等の数値は一例であり状況に応じて変更されるものである。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
このように、確実な再粘着を促すために、空転検知直後のトルクの引下げ率を十分大きくするのが一般的である。
しかしながら、ソフトスタート部を併用しているため再粘着後のトルクの復旧に時間がかかり、加速度が低下し過ぎたり、車両速度の変動が乗り心地を損なうことがあった。
本発明は上述した点に鑑みて創案されたもので、その目的とするところは、これらの欠点を解決する電気車制御装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
つまり、その目的を達成するための手段は、
１）請求項１において、
誘導電動機をインバータ装置によりトルク制御する制御装置であり、かつ、モータ回転速度の変化率が所定の値より大きいときに、出力をアクティブにして空転・滑走を検知する空転検知手段と、該空転検知手段の出力のアクティブ時に所定の引下げ率をトルク指令値に乗じてトルク指令値を引下げ、かつ非アクティブになった時点で、トルク指令値を空転・滑走を検知する以前の値に復帰させる空転・滑走再粘着制御を行う粘着制御手段とを有し、該粘着制御手段は前記空転検知手段がアクティブになる直前のトルク指令値を記憶し、空転検知手段の出力が非アクティブになってトルク指令値の復帰中に再度空転した場合は、この時点の指令値から引下げをする電気車の制御装置に係わり、少なくとも２種類の引下げ率を指令引下げ部に設け、該指令引下げ部において、大きい引下げ率と小さい引下げ率を自走的（振動的）に繰り返し選択し、前記空転検知手段の出力がアクティブの間はトルク指令を大きく引下げる状態と小さく引下げる状態で振動させ、前記空転検知手段の出力が非アクティブになった時点でトルク指令の振動を止めるようにした自走的引下げ率選択手段を有することを特徴とする電気車制御装置である。
【０００８】
２）請求項２において、
前記空転検知手段の出力がアクティブになる直前のトルク指令値を記憶する手段を設け、自走的引下げ率選択手段と連動させ、空転検知手段の出力がアクティブの間は小さい引下げ率を選択時の指令値を記憶するようにし、自走的引下げ率選択手段が大きい引下げ率と小さい引下げ率を繰り返すごとにトルク指令値の平均が指数関数的に低減するようにしたことを特徴とする請求項１記載の電気車制御装置である。
【０００９】
３）請求項３において、
前記トルク指令値の引下げ量を一定値にしたことを特徴とする請求項１又は２記載の電気車制御装置である。
以下、本発明の一実施例を図面に基づいて詳述する。
【００１０】
【発明の実施の形態】
図１に本発明の１実施例である粘着制御部のブロック図、図２は図１のメモリ部の詳細図であり、図９の従来方法に対して指令引下げ部３７８の引下げ率選択方法が異なる。なお、図中、図９と同符号のものは同じ構成、機能を有する部分であり、その説明を割愛する。
図１において、空転検知信号ＳＬが非アクティブのときは、指令引下げ部３７８のスイッチはポジション 1にあり、Ｋ＝１．０を設定する。空転ＳＬがアクティブになるとポジション 2と 3を交互に繰り返し、Ｋ＝０．２と０．７の状態を作る。これにより出力Ｔｃ＊は振動的になる。
【００１１】
空転が一過性のものであれば、一回の粘着制御で再粘着する場合もあるが、降雨時など、定常的に粘着限界が低下した状態では、レール軌条と車輪との関係は時々刻々と変化する。従来は、空転検知信号ＳＬが非アクティブなるとトルク指令は大きな引下げ率の状態から徐々に増加させた。
本発明では、小さな引下げ率の状態へ即座に引き上げる。この状態が所定の時間持続するが、この間に再度空転検知がなければ、指令引下げ部３７８のスイッチ（引下げ率選択部）はポジション 1に戻り、ソフトスタート部３７０の出力は小さな引下げ率の状態から正規の値へ復帰する。小さな引下げ率の状態に引き上げたとき即座に再空転を検知した場合は、この小さな引下げ率の状態をベースに次サイクルの大きな引下げ率の状態へ推移する。
【００１２】
請求項２の実施例は次のようにして実現できる。
図２に示すメモリ部３７３ａのスイッチも指令引下げ部３７８のスイッチとポジション番号を同期させて動かすため、メモリ部３７３ａの出力はポジション 3のとき（Ｋ＝０．７）のＴｃ＊となる。引下げ率選択部はポジション 2と 3を繰り返すため、引続き起る次のサイクルのＫ＝０．２を選択するときは、直前のＫ＝０．７のときのＴｃ＊に対する２０％、すなわちＴｃ＊＝０．７×０．２×Ｔ＊となり、同様にこのサイクルのポジション 3ではＫ＝０．７のときのＴｃ＊に対する７０％、すなわち正規のトルク指令Ｔ＊に対してはＴｃ＊＝０．７×０．７×Ｔ＊となる。このトルク指令の振動状態を図３に示す。
【００１３】
請求項３の実施例は指令引下げ部の構成を図４のようにして実現する。
この手段は、大きな引下げ率の与え方が図１と異なる。すなわち、指令値に乗じられる引下げ率はポジション 2と 3で１．０と０．７にして、変わりに指令値の定率を逆極性で加算する／しない（Ｋ＝１．０／０．０の）演算を行う。このとき引下げ率を乗じる前段で所定の値を減算しておくと、図５のような、一定幅のトルク指令の引下げ状態となり、かつ、十分に引下げた状態では「ゼロ指令」をまたぐトルクの振動が得られる。
【００１４】
図１および図４のどちらも、明確に引下げ率選択部と空転検知部の連動を示す信号を表現していないが、空転検知部３８の出力ＳＬを解除（非アクティブに）する条件は、大きい引下げ率の選択期間はもとより、小さい引下げ率の選択期間が終るまで空転検知条件が成立しないことである。
引下げ率選択部のスイッチがポジション 3を終了する時点で空転検知条件が成立していなければスイッチポジションは 1へ移り、ＳＬを非アクティブにすると同時に指令保持部のスイッチもＡ側から反転する。
【００１５】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、大きな引下げ率と小さな引下げ率を設けてトルク指令を振動させることで、従来できなかった粘着可能なトルク指令値の探査を実現することができる。探査の様子を図６に示す。
例えば、レール軌条および車輪の乾燥時を通常状態とすると、レールと車輪の粘着限界は比較的高い値を示す。これより低い値に車両運用上の利用粘着状態があるため空転や滑走はおこらない。
降雨時は粘着限界が利用粘着より下がることで空転が発生する。従来の粘着制御状態は、大きくトルクを引下げた後、その最も引き下げた値からソフトスタートという徐々に指令を引き上げる動作をさせていた（破線）ため、トルクの減少期間が長く、車両速度に影響が現れ、加速度の低下や乗り心地を阻害する影響がでた。
本発明による粘着制御は電動機の回転子、歯車、車輪までの回転部に注入された回転エネルギーが吐き出されて粘着速度に下がるに要する短時間だけトルクを低減し、即座に所定の値に増加させる。したがって車両速度に現れる影響が小さいうちに粘着可能な低減したトルク指令値を探査できる。
また、加速度の低下を極力抑えるには、時々刻々変化する粘着状態にトルク指令を追従させる必要があるが、前記のようにトルク指令を振動させて粘着の可能性を探査するために追従は速やかに行われる。
すなわち、トルクは最も引き下げた状態から徐々に元の値に戻すのではなく、所定の値を一気に復帰させる。ここで、粘着状態が維持できれば、従来のソフトスタートによる指令の立ち上げ方よりもトルクの低減期間は短くなり、加速度や乗り心地への影響は少ない。
よって、本発明の電気車制御装置は、実用上、極めて有用性の高いものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例の粘着制御部ブロック図である。
【図２】本発明の実施例のメモリ部ブロック図である。
【図３】請求項１記載の実施状態のトルク指令値変化の説明図である。
【図４】請求項２記載の実施例の粘着制御部ブロック図である。
【図５】請求項２の実施状態のトルク指令値変化の説明図である。
【図６】本発明の実施状態のトルク指令値変化の説明図である。
【図７】電気車制御装置の基本構成例のブロック図である。
【図８】制御装置部の構成例の詳細ブロック図である。
【図９】従来の粘着制御部ブロック図である。
【図１０】従来のメモリ部ブロック図である。
【符号の説明】
１    インバータ装置
２    誘導電動機
３    制御装置
４    回転速度センサ
５    パンタグラフ
６    接地
７    タイミング信号
８    電動機回転速度センサ出力
９    電動機電流
１０    トルク指令
３０    指令読替え部
３１    偏差演算部
３２    誤差増幅器
３３    電流演算部
３４    加算部
３５    ＰＷＭ演算部
３６    電圧指令部
３７    粘着制御部
３８    空転検知部
３７０    ソフトスタート部
３７１    指令引下げ部
３７２    指令保持部
３７３    メモリ
３７３ａ  メモリ
３７４    復帰時初期値設定部
３７８    指令引下げ部
Ｔ＊    トルク指令
Ｆｍ    回転速度信号
ＳＬ    空転検知信号
Ｆｉ    インバータ周波数
Ｆｓ    すべり周波数
Ｔｃ＊  出力
Ｋ      引下げ率
【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】
0003787716.tif 000009
【図９】
0003787716.tif 000010
【図１０】
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