JP2008086061A - Train speed detector - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、列車のATC、ATS、ATO等の列車自動運転用の列車速度を検出する列車速度検出装置に関する。 The present invention relates to a train speed detection device that detects a train speed for automatic train operation such as ATC, ATS, ATO of a train.
例えば、列車のATC、ATS、ATO用の列車速度は、主電動機軸に設けられた2個の速度検出器TGで検出するようにしている。この速度検出器TGは駆動軸の1回転につき60個のパルス信号が出力され、主電動機の回転方向は主電動機の2相分で速度検出して判断するようにしている。なお、列車の速度が5km/h以下では回転方向の情報は信頼性が落ちるので、信頼性が要求されるATC速度に対しては、その検出された回転方向は採用していない。 For example, the train speeds for ATC, ATS, and ATO of the train are detected by two speed detectors TG provided on the main motor shaft. The speed detector TG outputs 60 pulse signals per rotation of the drive shaft, and the rotational direction of the main motor is determined by detecting the speed for two phases of the main motor. In addition, since the reliability of the rotational direction falls when the train speed is 5 km / h or less, the detected rotational direction is not adopted for the ATC speed that requires reliability.
ここで、専用軌道上を運行する列車などの移動体の位置と速度を、車輪の空転や滑走、あるいは車輪径の測定誤差の影響を受けずに正確に検出できるようにしたものがある(例えば、特許文献1参照)。
しかし、列車の速度が5km/h以下で回転方向の情報が不正確であると、列車のATC、ATS、ATO用の列車速度として使用するには信頼性が落ちるので、より信頼性を高めた列車速度検出装置が望まれている。 However, if the train speed is 5 km / h or less and the information on the direction of rotation is inaccurate, the reliability of using it as the train speed for ATC, ATS, and ATO of the train is reduced, so the reliability has been improved. A train speed detection device is desired.
本発明の目的は、より精度良く列車のATC、ATS、ATO用の列車速度を検出できる列車速度検出装置を提供することである。 The objective of this invention is providing the train speed detection apparatus which can detect the train speed for ATC, ATS, and ATO of a train more accurately.
本発明の列車検出装置は、列車の編成内の主電動機を駆動制御する複数台のVVVFインバータを制御するとともに列車の速度を演算する速度演算手段を備えた複数台のVVVFインバータ制御装置と、各々のVVVFインバータ制御装置の前記速度演算手段が演算した速度の平均値を求めATC、ATS、ATOに出力する速度演算器とを備えたことを特徴とする。 The train detection device of the present invention controls a plurality of VVVF inverters that drive and control a main motor in a train formation, and includes a plurality of VVVF inverter control devices each provided with speed calculation means for calculating a train speed, And a speed calculator for obtaining an average value of speeds calculated by the speed calculation means of the VVVF inverter control device and outputting the average value to ATC, ATS, and ATO.
本発明によれば、各々のVVVFインバータ制御装置の速度演算手段が演算した速度の平均値を求めるので、より精度良く列車のATC、ATS、ATO用の列車速度を検出できる。 According to the present invention, since the average value of the speeds calculated by the speed calculation means of each VVVF inverter control device is obtained, the train speeds for ATC, ATS, and ATO of the train can be detected with higher accuracy.
図1は本発明の実施の形態に係わる列車速度検出装置を搭載した列車の編成図である。列車の編成では主電動機を搭載した車両と主電動機を搭載しない車両とが混在して編成される。図1では列車編成のうち先頭部分の3つの車両11を示しており、車両11aは主電動機を搭載していない車両であり、車両11b、11cは主電動機を搭載している車両である。
FIG. 1 is a train diagram of a train equipped with a train speed detection device according to an embodiment of the present invention. In train formation, a vehicle equipped with a main motor and a vehicle not equipped with a main motor are mixed. FIG. 1 shows three vehicles 11 at the head of the train formation. The
先頭車両11aにはATC、ATS、ATOなどの列車自動運転装置12が搭載されており、また、本発明の実施の形態に係わる列車速度検出装置における速度演算器13が設けられている。一方、車両11b、11cには、車輪15の駆動軸を駆動するための図示省略の主電動機を搭載しており、主電動機はVVVFインバータ14で駆動される。図1では車両11b、11cの各々の車輪15の駆動軸をそれぞれ駆動するための4台のVVVFインバータ14が設けられている。
The leading
VVVFインバータ14は、VVVFインバータ制御装置16により制御される。図1では1つの車両11b、11cにそれぞれ1台のVVVFインバータ制御装置16を設けた場合を示している。VVVFインバータ制御装置16は列車の速度を演算する速度演算手段を備えており、この速度演算手段により列車の速度を演算して列車の速度を求めるようにしている。
The
列車11a〜11cには信号伝送線17が付設されており、各車両毎に設けられたVVVFインバータ制御装置16の速度演算手段で演算された列車の速度は、信号伝送線17を介してATC、ATS、ATOなどの列車自動運転装置12に送信される。
A
速度演算器13は、各々のVVVFインバータ制御装置16の速度演算手段が演算した速度の平均値を求め、ATC、ATS、ATOなどの列車自動運転装置12に出力する。列車自動運転装置12は複数台のVVVFインバータ制御装置16で演算された列車の速度の平均値を列車の速度として使用するので、信頼性が向上する。
The
図2は、本発明の実施の形態に係わる列車速度検出装置の一例を示すブロック構成図である。図2に示すように、車輪の駆動軸を駆動する主電動機18はVVVFインバータ14で駆動される。VVVFインバータ14はVVVFインバータ制御装置16で制御され、1台のVVVFインバータ制御装置16で4台のVVVFインバータ14を駆動制御する場合を示している。
FIG. 2 is a block configuration diagram showing an example of a train speed detection device according to the embodiment of the present invention. As shown in FIG. 2, the
VVVFインバータ制御装置16の速度演算手段19は、例えば、トルク指令に基づき列車の速度を推定演算して列車の速度を求める。各々のVVVFインバータ制御装置16の速度演算手段19で演算された列車の速度は、速度演算器13に送信される。速度演算器13は、各々のVVVFインバータ制御装置16から入力した速度の平均値を求め列車自動運転装置12に出力する。
For example, the speed calculation means 19 of the VVVF
速度演算器13は、複数台のVVVFインバータ制御装置16で演算された列車の速度を入力し、それらの平均値を求めて列車の速度として列車自動運転装置12に出力する。列車自動運転装置12は、複数台のVVVFインバータ制御装置16で演算された列車の速度の平均値を列車の速度として使用するので、列車の速度の信頼性が向上する。例えば、主電動機18を搭載した車両(M車)が12両ある場合には、12個の速度の検出が可能であるので、これらを加算平均すれば信頼性は向上する。
The
以上の説明では、1車両の4台のVVVFインバータ14に対し、1台のVVVFインバータ制御装置19を設けた場合について説明したが、図3に示すように、VVVFインバータ14毎にVVVFインバータ制御装置16を設けるようにしてもよい。VVVFインバータ14毎にVVVFインバータ制御装置16を設けた個別制御方式の場合には、主電動機18を搭載した車両(M車)が12両ある場合には、48個の速度の検出が可能であるので、これらを加算平均すればさらに信頼性は向上する。
In the above description, a case where one VVVF
また、以上の説明では、速度演算器13では、各々のVVVFインバータ制御装置16の速度制御手段19で演算した速度の平均値を求めるようにしたが、列車の力行運転時には各々のVVVFインバータ制御装置14の速度演算手段19が演算した速度のうち低速側の速度の平均値を演算し、列車の回生運転時には各々のVVVFインバータ制御装置16の速度演算手段19が演算した速度のうち高速側の速度の平均値を演算するようにしてもよい。
Further, in the above description, the
力行運転時には車輪が空転することがあり、車輪が空転したときは実際の速度より高速と演算してしまう。そこで、力行運転時のときは信頼性の低い高速側の速度は排除して低速側の速度の平均値を演算しこれを列車の速度とする。これにより、列車の速度の信頼性が向上する。一方、回生運転時には車輪が滑走することがあり、車輪が滑走すると実際の速度より低速と演算してしまう。そこで、回生運転時のときは信頼性の低い低速側の速度は排除して高速側の速度の平均値を演算し、これを列車の速度とする。これにより、列車の速度の信頼性が向上する。 During power running, the wheel may idle, and when the wheel idles, the speed is calculated to be higher than the actual speed. Therefore, during power running, the high speed side speed with low reliability is excluded and the average value of the low speed side speed is calculated and used as the train speed. Thereby, the reliability of the speed of a train improves. On the other hand, during regenerative operation, the wheel may slide, and when the wheel slides, the speed is calculated to be lower than the actual speed. Therefore, during regenerative operation, the low-speed speed with low reliability is excluded and the average value of the high-speed speed is calculated, and this is used as the train speed. Thereby, the reliability of the speed of a train improves.
また、VVVFインバータ制御装置16は速度演算手段19で演算した速度を速度演算器13に送信するようにしたが、速度演算手段19で演算した速度に加え、速度演算手段19での速度演算異常情報や空転滑走情報を速度演算器13に送信することも可能である。
The VVVF
速度演算器13は、速度演算異常情報や空転滑走情報を受信したときは、速度演算異常の可能性や空転滑走の可能性を判断し、速度演算異常や空転滑走が発生していると判断したときは、VVVFインバータ制御装置16の速度演算手段19から送信されてきた速度を、列車の速度の演算に用いないようにする。これにより、速度演算器13での列車の速度の演算の信頼性を向上させる。
When the
次に、図4に示すように、主電動機18として永久磁石を用いた永久磁石同期電動機PMSMとし、永久磁石同期電動機PMSMの端子電圧を検出する電圧検出器20を設け、VVVFインバータ制御装置16の速度演算手段19は、電圧検出器20で検出された永久磁石同期電動機PMSMの端子電圧に基づき速度を演算するようにしてもよい。
Next, as shown in FIG. 4, a permanent magnet synchronous motor PMSM using a permanent magnet as the
この場合、電圧検出器20は、VVVFインバータ14と主電動機18との間に接続される負荷接触器21より主電動機18側に設ける。これは、負荷接触器21が遮断した場合であっても主電動機18の速度を検出可能とするためである。電圧検出器20は、主電動機18(永久磁石同期電動機PMSM)の端子電圧の少なくとも2相分を検出するように、2台の電圧検出器20が設けられている。VVVFインバータ制御装置16の速度演算手段19は、電圧検出器20で検出した永久磁石同期電動機PMSMの端子電圧の少なくとも2相分に基づいて、符号付きの速度を演算する。
In this case, the
なお、電圧検出器20は1台とし、1台の電圧検出器20で永久磁石同期電動機PMSMの端子電圧の1相分を検出し、速度演算手段19は列車の進行方向が不明である場合には、VVVFインバータ制御装置16が所定のインバータを0トルクで起動させたときの符号に基づいて符号付きの速度を求めるようにしてもよい。つまり、速度演算手段19は、1台の電圧検出器20で検出した永久磁石同期電動機PMSMの端子電圧の1相分及びVVVFインバータ制御装置16が所定のインバータを0トルクで起動させたときの符号に基づいて、符号付きの速度を求める。
The
また、電圧検出器20で検出した永久磁石同期電動機PMSMの端子電圧から基本波を抽出するフィルタを設け、フィルタで抽出された永久磁石同期電動機PMSMの端子電圧の基本波を速度演算手段19に入力するようにしてもよい。これにより、永久磁石同期電動機PMSMがPWM制御で運転されている場合であっても、その周波数を正確に把握できる
ここで、永久磁石同期電動機PMSMは速度検出器TGと原理的には変わらないが、その誘起電圧を電圧検出器20により検出し、速度演算手段19で列車の速度を演算する。つまり、速度検出器TGを電圧検出器20及び速度演算手段19に置き換える。主電動機18(永久磁石同期電動機PMSM)の誘起電圧は、電気角に対して1周期となる。いま、主電動機18(永久磁石同期電動機PMSM)と駆動軸とのギア比を3、主電動機18の極対数を3(極数6)とすると、速度検出器TGより6〜7倍の精度劣化になるが、少なくとも6〜7台以上の複数台のVVVFインバータ制御装置16の速度演算手段19で演算した速度を加算平均すれば、その信頼性は現状の速度検出器TGの信頼性を上回る。
Further, a filter for extracting a fundamental wave from the terminal voltage of the permanent magnet synchronous motor PMSM detected by the
なお、VVVFインバータ14の動作中は、永久磁石同期電動機PMSMの誘起電圧を電圧検出器20で検出することはできないが、その場合は、永久磁石同期電動機PMSMは同期電動機であるため、VVVFインバータ14の動作中にインバータ制御装置16が推定する回転数で代用しても速度の精度の劣化は生じない。また、以上の説明では、速度演算手段19は、VVVFインバータ制御装置16内に設けたが、VVVFインバータ制御装置16とは独立に設けるようにしてもよい。
During the operation of the
発明の実施の形態によれば、複数台のVVVFインバータ制御装置16で演算された列車の速度の平均値を列車の速度として使用するので、信頼性が向上する。また、力行運転時のときは信頼性の低い高速側の速度は排除して低速側の速度の平均値を演算し、回生運転時のときは信頼性の低い低速側の速度は排除して高速側の速度の平均値を演算するので、列車の速度の信頼性がさらに向上する。
According to the embodiment of the invention, since the average value of the train speed calculated by the plurality of VVVF
さらに、速度演算器13は、速度演算異常情報や空転滑走情報を受信したときは、VVVFインバータ制御装置16の速度演算手段19から送信されてきた速度を列車の速度の演算に用いないようにすることができるので、速度演算器13での列車の速度の演算の信頼性を向上できる。
Furthermore, when the
11…列車、12…列車自動運転装置、13…速度演算器、14…VVVFインバータ、15…車輪、16…VVVFインバータ制御装置、17…信号伝送線、18…速度演算器、19…速度演算手段、20…電圧検出器、21…負荷接触器 DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 ... Train, 12 ... Automatic train driving device, 13 ... Speed calculator, 14 ... VVVF inverter, 15 ... Wheel, 16 ... VVVF inverter control device, 17 ... Signal transmission line, 18 ... Speed calculator, 19 ... Speed calculation means 20 ... voltage detector, 21 ... load contactor
Claims (10)
各々のVVVFインバータ制御装置の前記速度演算手段が演算した速度の平均値を求めATC、ATS、ATOに出力する速度演算器とを備えたことを特徴とする列車速度検出装置。 A plurality of VVVF inverter control devices provided with speed calculation means for controlling a plurality of VVVF inverters that drive and control the main motors in the train formation, and for calculating the train speed;
A train speed detection device comprising: a speed calculator that calculates an average value of speeds calculated by the speed calculation means of each VVVF inverter control device and outputs the average value to ATC, ATS, and ATO.
前記VVVFインバータ制御装置の速度演算手段は、前記電圧検出器で検出した前記永久磁石同期電動機の端子電圧に基づき速度を演算することを特徴とする請求項1記載の列車速度検出装置。 The main motor is a permanent magnet synchronous motor using a permanent magnet, and has a voltage detector for detecting a terminal voltage of the permanent magnet synchronous motor,
The train speed detecting device according to claim 1, wherein the speed calculating means of the VVVF inverter control device calculates a speed based on a terminal voltage of the permanent magnet synchronous motor detected by the voltage detector.
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