CN103988420A - 电车用逆变器装置 - Google Patents

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Abstract

电车用逆变器装置中设有对经由连接构件与车轮(8)相连接的电动机(3)进行控制的逆变器电路(2)、以及对电动机(3)的转矩进行控制的控制部(20)。控制部(20)包括：电流控制部(23)，该电流控制部(23)进行控制使得对电动机(3)的q轴电流指令iq*与流过电动机(3)的电流相一致；以及限制器部(21)，该限制器部(21)将q轴电流指令iq*的大小限制为不会在预先设定的规定值以下。

Description

电车用逆变器装置
技术领域
本发明涉及电车驱动用的电车用逆变器装置。
背景技术
如一般已知的那样，现有技术的电车用的逆变器装置一般具有如下结构：按期望来控制并驱动电动机所产生的转矩，该电动机经由齿轮、联轴器(连接构件)等与搭载于电动车的转向架的车轮相连结(例如，下述专利文献1)。此外，作为电动机，一般使用感应电动机。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利特开2011-173441号公报
发明内容
发明所要解决的问题
在这样的电车用逆变器装置中可举出如下问题：在转矩较小的区域中驱动电动机时，尤其在电动机所产生的转矩的极性正负地变动的情况下，齿轮及联轴器的内部构成元器件由于间隙而振动，存在由齿轮及联轴器产生机械音的现象。这样的现象在周围的环境噪音较小的条件下，即在电动机以低速且低转矩进行运转的过程中容易变得明显，因此需要做出些改善。
本发明是鉴于上述问题而完成的，其目的在于提供一种能够抑制或者降低齿轮及联轴器可能产生的不必要的机械音的电车用逆变器装置。
解决技术问题所采用的技术方案
为了解决上述问题，达到目的，本发明的电车用逆变器装置具备：逆变器电路，该逆变器电路对经由连接构件与车轮相连接的电动机进行控制；以及控制部，该控制部对所述电动机的转矩进行控制，该电车用逆变器装置的特征在于，所述控制部包括：电流控制部，该电流控制部控制使得对所述电动机的转矩指令与所述电动机的转矩相一致，或者使得对所述电动机的电流指令与流过所述电动机的电流相一致；以及限制器部，该限制器部将所述转矩指令的大小或者所述电流指令的大小限制为不会在预先设定的规定值以下。
发明效果
根据本发明，能起到抑制或者降低齿轮及联轴器可能产生的不必要的机械音的效果。
附图说明
图1是表示本实施方式的电车用逆变器装置的结构例的图。
图2是表示本实施方式的限制器部与下限值生成部的结构例的图。
图3是表示本实施方式的限制器部与下限值生成部的不同于图2的其它结构例的图。
图4是用于说明没有应用本实施方式所涉及的技术的情况下的动作的图。
图5是用于说明应用本实施方式所涉及的技术的情况下的动作的图。
具体实施方式
下面，参照附图，对本发明的实施方式所涉及的电车用逆变器装置进行说明。另外，本发明并不局限于以下示出的实施方式。
(实施方式)
图1是表示本实施方式的电车用逆变器装置的结构例的图。如图1所示，本实施方式的电车用逆变器装置由从架空线等电源1接收电力、对产生旋转驱动力的电动机3进行驱动的逆变器装置10构成。
逆变器装置10包括：将直流功率转换成交流功率的逆变器电路2、用于测量从逆变器电路2输出的导体电流的电流检测器11、控制逆变器电路2的控制部20。
逆变器电路2的输出与电动机3相连接，向电动机3提供交流功率来驱动该电动机3。电动机3例如是三相交流电动机。电动机3的转轴上配置有作为连接构件的联轴器4，与电动机侧齿轮5相连接。
车轮侧齿轮6固定于车轴7上，车轮侧齿轮6以与电动机侧齿轮5相咬合的方式配置。此外，车轴7连接车轮8。由此，电动机3的输出侧设置有经由车轴7将机械输出传递至车轮8的结构部。此外，车轮8与轨道9相接，具有通过使车轮8旋转来使电车行驶的结构。
接着，对控制部20的结构进行说明。控制部20具备限制器部21、下限值生成部22及电流控制部23。
向控制部20输入q轴电流指令iq*、d轴电流指令id*、电动机3的速度信号FM、以及电流检测器11所检测到的电动机电流检测值IM。此处，q轴电流指令iq*是相当于电动机3输出的转矩指令(对于电动机3的转矩指令)的信号，d轴电流指令id*是相当于电动机3内部的磁通指令的信号。电流控制部23进行如下控制：将后述的限制器后的q轴电流指令(为了与限制器前的q轴电流指令进行区分，下面称为“限制器后q轴电流指令”)iq1*与d轴电流指令id*作为电流指令，使得电动机电流检测值IM的q轴分量与d轴分量与各电流指令相一致。
图2是表示本实施方式的限制器部与下限值生成部的结构例的图。图2中，将q轴电流指令iq*输入至限制器部21，将速度信号FM输入至下限值生成部22。下限值生成部22构成为基于速度信号FM，来生成作为规定值的下限值信号DI。
向限制器部21输入q轴电流指令iq*及下限值信号DI。下限值生成部22在速度信号FM较小的区域中进行动作，从而将下限值信号DI的大小设为规定的大小。
限制器部21的输出例如由限制器部21内的曲线所示的输入输出特性所控制。若进行更详细的说明，则在限制器部21中进行限制器处理，使得所输入的q轴电流指令iq*的大小不会在上述下限值信号DI以下，并生成限制器后q轴电流指令iq1*输出至电流控制部23。若q轴电流指令iq*的大小在下限值信号DI以上，则限制器后q轴电流指令iq1*成为与q轴电流指令iq*相等的值。
除了如上所述那样生成的限制器后q轴电流指令iq1*以外，还将d轴电流指令id*及电动机电流检测值IM输入至电流控制部23。电流控制部23进行电流控制，使得电动机电流检测值IM的q轴分量、d轴分量分别与限制器后q轴电流指令iq1*、d轴电流指令id*相一致，生成与该电流控制相对应的栅极控制信号(PWM信号)GC并输出至逆变器电路2。逆变器电路2中，利用栅极控制信号GC来控制未图示的开关元件，将所需电力提供给电动机3。
通过以上的控制，电动机3由限制器后q轴电流指令iq1*与d轴电流指令id*决定的电流所驱动。
另外，图2中，下限值生成部22构成为基于速度信号FM生成下限值信号DI，但并不局限于该结构。例如，也可以是图3所示那样的结构：即，在将限制器部21的DI的值设为固定值，q轴电流指令iq*的大小在规定值即iq0*以下的情况下，将限制器部21的输出即限制器后q轴电流指令iq1*设定为DI来进行输出。
此处，对现有的逆变器装置的结构进行说明。例如，图1中，现有的逆变器装置中不存在限制器部21以及下限值生成部22。即，现有的逆变器装置具有如下结构：即，将q轴电流指令iq*及d轴电流指令id*输入至电流控制部23，利用由所输入的q轴电流指令iq*及d轴电流指令id*决定的电流来进行驱动。
接着，对应用了本实施方式所涉及的技术的情况与没有应用本实施方式所涉及的技术的情况下(现有的结构)的动作进行说明。图4是用于说明没有应用本实施方式所涉及的技术的情况下的动作的图。
图4中，上段的图表示q轴电流指令iq*、中段的图表示限制器后q轴电流指令iq1*(如上所述，现有结构中“q轴电流指令iq*”＝“限制器后q轴电流指令iq1*”)、下段的图表示电动机电流iq(相当于电动机电流检测值IM的q轴分量、转矩)。
在图4的示例中，以q轴电流指令iq*＝100A在运行过程中对电流指令进行抑制，使电动机3所产生的转矩减小。此外，q轴电流指令iq*以斜坡状减小后，变为0A。此时，电动机电流iq由于逆变器装置的控制性能的限制(例如，控制部20的运算延迟等)而产生过渡变动，或者由于控制误差而产生变动，从而无法恰好维持在零，而是以零为分界进行变动。即，电动机3的转矩大小的极性会产生变化。
在这样的状态下，从电动机3的转轴输出的力(转矩)的方向发生变动，因此联轴器及齿轮的构成元器件中发生振动，从而产生上述机械音。该机械音在周围环境的噪音较小的条件下，即在电车低速运行的过程中、电动机3的速度信号FM较小的区域中变得较为明显。
另一方面，图5是用于说明应用本实施方式所涉及的技术的情况下的动作的图。上段的图表示q轴电流指令iq*、中段的图表示限制器后q轴电流指令iq1*、下段的图表示电动机电流iq(相当于电动机电流检测值IM的q轴分量、转矩)。
在图5的示例中，与图4相同，以q轴电流指令iq*＝100A在运行的过程中对电流指令进行抑制，使电动机3所产生的转矩减小，q轴电流指令iq*以斜坡状减小后变为0A(参照图5的上段部)。另一方面，即使由于下限值生成部22与限制器部21的动作，限制器后q轴电流指令iq1*减少至0A的情况下，也会剩余下限值信号DI量，并输出该分量(参照图5的中段部)。
此处，电动机电流iq由于逆变器装置的控制性能(控制部20的控制运算延迟等)的限制而产生过渡变动，或者由于控制误差而产生变动，这一点与现有的情况相同。然而，在应用了本实施方式所涉及的技术的情况下，由于生成了相当于该变动量的下限值信号DI，使电动机电流iq上升相当于该分量的量，因此能避免电动机电流iq以零为分界进行变动(参照图5的下段部)。其结果是，能避免电动机3的转矩大小的极性发生变化。
如以上所说明的那样，根据本实施方式的电车用逆变器装置，将q轴电流指令iq*的大小限制为不会在预先设定的规定值以下，因此能避免由电动机3的旋转轴所输出的力(转矩)的方向发生变动，联轴器及齿轮的构成元器件不会产生振动，能够抑制或降低齿轮及联轴器可能产生的不必要的机械音。
另外，这种机械音在周围环境的噪音较小的条件下，即在电车低速运行的过程中、电动机3的速度信号FM为较小的区域中变得较为明显。因此，下限值生成部22仅在电动机的速度信号FM较小的区域中生成下限值信号DI，在速度信号FM是某个程度的速度，或上述机械音被周围的噪音所淹没而不明显的状态下，也可将下限值信号设为DI＝0。由此，能避免持续对q轴电流指令iq*施加不必要的限制，因此能使电动机3的控制性能的劣化为最小限度。
另外，作为下限值信号DI的值，从电车的用途考虑优选设定为电动机3的最大转矩(电流)的10％以下左右。若设定为10％以下左右，则不会有实用方面的问题。若设得过大，则在需要较小转矩的轻微加速减速的情况下会产生问题。若过小，则由于上述的控制误差或控制运算延迟所产生的过渡变动而使电动机电流iq处于以零为分界进行变动的状态，没有产生效果。
因此，优选将下限值信号DI设定为至少比该控制部20的控制误差或控制运算延迟所引起的电动机电流iq的变动值(＝与电动机3的转矩的变动值相当的电动机电流的变动值)要大的值。即，优选为将下限值信号DI设定为限制器后q轴电流指令iq1*能将电动机3输出的转矩的极性维持在不会正负变动的状态下的值。
另外，本实施方式中，说明了对q轴电流指令iq*实施限制器处理的结构，但对相当于q轴电流指令的转矩指令(未图示)实施限制器处理的结构也能获得同样的效果。即，也可以采用对转矩指令进行限制器处理的结构来代替对电流指令进行限制器处理的结构。另外，转矩指令与电流指令(q轴电流指令)之间的换算是本领域相关技术人员所公知的。
此外，以上的实施方式所示的结构是本发明内容的一个示例，也可以与其它公知技术相结合，在不脱离本发明的技术思想的范围内当然也可以进行变更来构成，例如可以省略其中的一部分等。
工业上的实用性
如上所述，本发明作为能抑制或者降低齿轮及联轴器可能产生的不必要的机械音的电车用逆变器装置是有用的。
标号说明
1  电源
2  逆变器电路
3  电动机
4  联轴器
5  电动机侧齿轮
6  车轮侧齿轮
7  车轴
8  车轮
9  轨道
10 逆变器装置
11 电流检测器
20 控制部
21 限制器部
22 下限值生成部
23 电流控制部

Claims (3)

1.一种电车用逆变器装置，该电车用逆变器装置具备：
逆变器电路，该逆变器电路对经由连接构件与车轮相连接的电动机进行控制；以及控制部，该控制部对所述电动机的转矩进行控制，该电车用逆变器装置的特征在于，
所述控制部包括：电流控制部，该电流控制部进行控制使得对所述电动机的转矩指令与所述电动机的转矩相一致，或者使得对所述电动机的电流指令与流过所述电动机的电流相一致；以及
限制器部，该限制器部将所述转矩指令的大小或者所述电流指令的大小限制为不会在预先设定的规定值以下。
2.如权利要求1所述的电车用逆变器装置，其特征在于，
将所述规定值设定为在所述转矩指令或者所述电流指令的大小较小的区域中，所述电动机输出的转矩的极性不会正负变动的值。
3.如权利要求1或2所述的电车用逆变器装置，其特征在于，
具有下限值生成部，该下限值生成部基于相当于所述电动机速度的信号，生成所述规定值。
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