JP2010206983A - 鉄道車両駆動制御装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】駅から発車するときや駅へ停車するときなどの低速での電動機による耳障りな電
磁音を低減するとともに、トルクショックを防止して乗り心地が悪化することを防止する
ことが可能な鉄道車両駆動制御装置を提供することを目的とする
【解決手段】
車両を駆動する交流電動機と、直流電圧を任意の電圧と任意の周波数の交流電圧に変換し
て前記の交流電動機に交流電力を供給する電力変換手段と、前記電力変換手段が内蔵する
スイッチング素子を各々ＯＮ（導通）・ＯＦＦ（阻止）するためのスイッチング信号を出
力する制御手段を有し、前記制御手段において、スイッチング信号として出力する波形を
、非同期パルス波形から同期パルス波形へ、または同期パルス波形から非同期パルス波形
へ切替える場合に、前記出力周波数と前記搬送波周波数に基づき切替えることを特徴とす
る鉄道車両駆動制御装置。
【選択図】図１
磁音を低減するとともに、トルクショックを防止して乗り心地が悪化することを防止する
ことが可能な鉄道車両駆動制御装置を提供することを目的とする
【解決手段】
車両を駆動する交流電動機と、直流電圧を任意の電圧と任意の周波数の交流電圧に変換し
て前記の交流電動機に交流電力を供給する電力変換手段と、前記電力変換手段が内蔵する
スイッチング素子を各々ＯＮ（導通）・ＯＦＦ（阻止）するためのスイッチング信号を出
力する制御手段を有し、前記制御手段において、スイッチング信号として出力する波形を
、非同期パルス波形から同期パルス波形へ、または同期パルス波形から非同期パルス波形
へ切替える場合に、前記出力周波数と前記搬送波周波数に基づき切替えることを特徴とす
る鉄道車両駆動制御装置。
【選択図】図１
Description
本発明は、鉄道車両駆動制御装置に関する。
従来の鉄道車両駆動制御装置の構成について、図１９を参照し、詳細に説明する。図１９
は、従来の鉄道車両駆動制御装置の構成図である。
は、従来の鉄道車両駆動制御装置の構成図である。
図１９において、１は直流電源である架線、２は集電器、３は直流回路遮断器、４は直流
回路開閉器、５は充電用開閉器、６は充電回路抵抗器、７は平滑リアクトル、８は車輪、
９は帰線であるレール、１０は電源電圧検出手段、１１は平滑コンデンサ、１２は直流電
圧検出手段、２１は車両を駆動する交流電動機、２２はインバータ回路である電力変換手
段、２３Ｕ〜２３Ｚはインバータ回路のスイッチング素子、２４Ｕ、２４Ｗは電動機回路
に流れる電流を検出するための電動機電流検出手段、２５は回転子角度検出手段である。
交流電動機２１は、車両の駆動力を得る駆動用電動機であり、回転子に永久磁石を有する
永久磁石形同期電動機である。
回路開閉器、５は充電用開閉器、６は充電回路抵抗器、７は平滑リアクトル、８は車輪、
９は帰線であるレール、１０は電源電圧検出手段、１１は平滑コンデンサ、１２は直流電
圧検出手段、２１は車両を駆動する交流電動機、２２はインバータ回路である電力変換手
段、２３Ｕ〜２３Ｚはインバータ回路のスイッチング素子、２４Ｕ、２４Ｗは電動機回路
に流れる電流を検出するための電動機電流検出手段、２５は回転子角度検出手段である。
交流電動機２１は、車両の駆動力を得る駆動用電動機であり、回転子に永久磁石を有する
永久磁石形同期電動機である。
インバータ回路である電力変換手段２２は、スイッチング素子２３Ｕ〜２３Ｚを内蔵して
おり、この６個のスイッチング素子を任意にＯＮ（導通）・ＯＦＦ（阻止）動作すること
によって、直流電圧を任意の電圧と任意の周波数の３相交流電圧に変換する機能を有して
いる。
おり、この６個のスイッチング素子を任意にＯＮ（導通）・ＯＦＦ（阻止）動作すること
によって、直流電圧を任意の電圧と任意の周波数の３相交流電圧に変換する機能を有して
いる。
交流電動機２１には、電力変換手段２２からＵ相電流Ｉｕ、Ｖ相電流Ｉｖ、Ｗ相電流Ｉｗ
の３相交流電力が供給される。またこのとき、交流電動機２１の各端子には電力変換手段
２２から線間電圧Ｖｕｖ、Ｖｖｗ、Ｖｗｕが印加される。
の３相交流電力が供給される。またこのとき、交流電動機２１の各端子には電力変換手段
２２から線間電圧Ｖｕｖ、Ｖｖｗ、Ｖｗｕが印加される。
平滑リアクトル７および平滑コンデンサ１１は、架線１から電力変換手段２２への電圧と
電流を平滑する機能を有する。
電流を平滑する機能を有する。
直流回路遮断器３は、機能的には開閉器の一種であり、直流電源である架線と鉄道車両駆
動制御装置との間の回路の接続・切り離しをおこなう。
動制御装置との間の回路の接続・切り離しをおこなう。
充電用開閉器５と充電回路抵抗器６は、電力変換手段２２を起動する前に平滑コンデンサ
１１を充電するためのものである。
１１を充電するためのものである。
鉄道車両駆動制御装置の運転を開始する場合や、走行中に保護機能が保護検知したために
一旦鉄道車両駆動制御装置を停止した後に再度運転を開始する場合には、まず、充電用開
閉器５を投入して充電回路抵抗器６で制限された電流によって平滑コンデンサ１１が充電
される。平滑コンデンサ１１の充電が完了した後に直流回路開閉器４が投入されるととも
に、充電用開閉器５が開放される。
一旦鉄道車両駆動制御装置を停止した後に再度運転を開始する場合には、まず、充電用開
閉器５を投入して充電回路抵抗器６で制限された電流によって平滑コンデンサ１１が充電
される。平滑コンデンサ１１の充電が完了した後に直流回路開閉器４が投入されるととも
に、充電用開閉器５が開放される。
直流回路遮断器３と直流回路開閉器４が投入されて鉄道車両駆動制御装置の回路が構成
された後、電力変換手段２２は、制御手段２０１から出力されるスイッチング信号によっ
て、内蔵するスイッチング素子のＯＮ・ＯＦＦ動作を開始して起動する。
された後、電力変換手段２２は、制御手段２０１から出力されるスイッチング信号によっ
て、内蔵するスイッチング素子のＯＮ・ＯＦＦ動作を開始して起動する。
従来の鉄道車両駆動制御装置の制御手段２０１の構成について、図２０を参照し詳細に説
明する。
明する。
図２０において、２０２は出力周波数演算手段、２０３はベクトル制御手段、２０４は搬
送波発生手段、２０５は非同期パルス波形発生手段、２０６は同期パルス波形発生手段、
２０７はパルスモード切替手段である。
送波発生手段、２０５は非同期パルス波形発生手段、２０６は同期パルス波形発生手段、
２０７はパルスモード切替手段である。
また、１１０は電源電圧検出手段１０の出力信号、１１２は直流電圧検出手段１２の出力
信号、１２４Ｕ、１２４Ｗは電動機電流検出手段２４Ｕ、２４Ｗの出力信号、１２５は回
転子角度検出手段の出力信号、１０３は直流回路遮断器投入指令信号、１０４は直流回路
開閉器投入指令信号、１０５は充電用開閉器投入指令信号、１２３Ｕ〜１２３Ｗはスイッ
チング信号である。
信号、１２４Ｕ、１２４Ｗは電動機電流検出手段２４Ｕ、２４Ｗの出力信号、１２５は回
転子角度検出手段の出力信号、１０３は直流回路遮断器投入指令信号、１０４は直流回路
開閉器投入指令信号、１０５は充電用開閉器投入指令信号、１２３Ｕ〜１２３Ｗはスイッ
チング信号である。
同期パルス発生手段２０６は、ベクトル制御手段２０３の出力である出力電圧の大きさ|
Ｖ1|と、直流電圧検出手段１２の出力である直流電圧検出値１１２（Ｖdc）と、出力電圧
位相角θiを入力として、交流出力電圧の各相の基本波の半周期に対してパルス数が一定
となる同期パルス波形を出力する。図２１に示した同期パルス波形は、例として交流出力
電圧の各相の基本波の半周期に対してパルス数が３となる波形である。
Ｖ1|と、直流電圧検出手段１２の出力である直流電圧検出値１１２（Ｖdc）と、出力電圧
位相角θiを入力として、交流出力電圧の各相の基本波の半周期に対してパルス数が一定
となる同期パルス波形を出力する。図２１に示した同期パルス波形は、例として交流出力
電圧の各相の基本波の半周期に対してパルス数が３となる波形である。
搬送波発生手段２０４は、直流電圧検出手段１２の出力である直流電圧検出値１１２（Ｖ
dc）を入力として、非同期パルス発生手段２０５に対して予め設定された搬送波周波数の
搬送波Carを出力する。
dc）を入力として、非同期パルス発生手段２０５に対して予め設定された搬送波周波数の
搬送波Carを出力する。
非同期パルス波形発生手段２０５は、搬送波Carと、ベクトル制御手段２０３の出力であ
る出力電圧の大きさ|Ｖ1|と、出力電圧位相角θiを入力として、交流出力電圧のＵ相、Ｖ
相、Ｗ相の変調波と搬送波とを比較してパルス幅変調をおこない、図２２に示したような
非同期パルス波形を出力する。
る出力電圧の大きさ|Ｖ1|と、出力電圧位相角θiを入力として、交流出力電圧のＵ相、Ｖ
相、Ｗ相の変調波と搬送波とを比較してパルス幅変調をおこない、図２２に示したような
非同期パルス波形を出力する。
パルスモード切替手段２０７は、非同期パルス波形発生手段２０５の出力である各相の非
同期パルス波形と、同期パルス波形発生手段２０６の出力である各相の同期パルス波形と
、出力周波数演算手段２０２の出力であるインバータ周波数Ｆinvを入力として、出力周
波数Ｆinvが切替周波数ｆ0（ｆ0は任意に設定した周波数）よりも小さいときは非同期パ
ルス波形をスイッチング信号として選択し、出力周波数Ｆinvが切替周波数ｆ0以上のとき
は同期パルス波形をスイッチング信号として選択し、電力変換手段２２の各スイッチング
素子をＯＮ・ＯＦＦ動作させるためのスイッチング信号１２３Ｕ〜１２３Ｗを出力する。
同期パルス波形と、同期パルス波形発生手段２０６の出力である各相の同期パルス波形と
、出力周波数演算手段２０２の出力であるインバータ周波数Ｆinvを入力として、出力周
波数Ｆinvが切替周波数ｆ0（ｆ0は任意に設定した周波数）よりも小さいときは非同期パ
ルス波形をスイッチング信号として選択し、出力周波数Ｆinvが切替周波数ｆ0以上のとき
は同期パルス波形をスイッチング信号として選択し、電力変換手段２２の各スイッチング
素子をＯＮ・ＯＦＦ動作させるためのスイッチング信号１２３Ｕ〜１２３Ｗを出力する。
交流電圧出力周波数Ｆinvに対するスイッチング素子のスイッチング周波数Ｆswのの例
を図２３に示す。図２３において、非同期パルス波形では搬送波周波数Ｆcとスイッチン
グ素子のスイッチング周波数Ｆswは等しくなる。また、同期パルス波形では、本説明の例
ではパルス数が３の例であるので、スイッチング周波数Ｆswは（３×出力周波数Ｆinv）
と等しくなる。
を図２３に示す。図２３において、非同期パルス波形では搬送波周波数Ｆcとスイッチン
グ素子のスイッチング周波数Ｆswは等しくなる。また、同期パルス波形では、本説明の例
ではパルス数が３の例であるので、スイッチング周波数Ｆswは（３×出力周波数Ｆinv）
と等しくなる。
鉄道車両から発生する騒音には、車輪がレールの上を転がることによる転動音や、車両に
搭載されている機器からの音、駆動用電動機の回転音、駆動用歯車の音、台車のバネの音
、集電器（パンタグラフ）の空力音、車体の空力音などのさまざまな音が複合している。
搭載されている機器からの音、駆動用電動機の回転音、駆動用歯車の音、台車のバネの音
、集電器（パンタグラフ）の空力音、車体の空力音などのさまざまな音が複合している。
鉄道車両が駅を発車するときや駅に停車するときには、速度が低いために車輪の転動音や
駆動用電動機の回転に伴う騒音などは小さいので、車内や車外（駅のホームなど）への騒
音の主なものは車両に搭載された機器からの騒音であって、駆動制御装置としてはインバ
ータ回路のスイッチングに伴って発生する駆動用電動機からの電磁音が支配的になる。
駆動用電動機の回転に伴う騒音などは小さいので、車内や車外（駅のホームなど）への騒
音の主なものは車両に搭載された機器からの騒音であって、駆動制御装置としてはインバ
ータ回路のスイッチングに伴って発生する駆動用電動機からの電磁音が支配的になる。
一般的な産業用やエレベータなどの駆動制御装置では、インバータ回路のスイッチングに
伴う駆動用電動機からの電磁音を低減するためには、電磁音の周波数が人間の可聴範囲よ
りも大きい周波数になるように、搬送波周波数を例えば１０ｋＨｚよりも大きくすること
が効果的であるとされている。
伴う駆動用電動機からの電磁音を低減するためには、電磁音の周波数が人間の可聴範囲よ
りも大きい周波数になるように、搬送波周波数を例えば１０ｋＨｚよりも大きくすること
が効果的であるとされている。
一方、鉄道車両駆動制御装置は、車両の床下や屋根上の限られたスペースに搭載されるた
め装置の小型化が必要という鉄道車両特有の技術的課題がある。
め装置の小型化が必要という鉄道車両特有の技術的課題がある。
搬送波周波数を大きくしてスイッチング周波数を大きくすると、スイッチング素子の損失
（発熱）が大きくなり、スイッチング素子を冷却するための機構が大形になり冷却機構を
内蔵している電力変換手段を鉄道車両に搭載できなくなってしまう。このため、鉄道車両
駆動制御装置では、低速領域で用いる非同期パルス波形においても、電磁音が可聴範囲外
となるまで搬送波周波数を大きくすることができず、現状では、数百Ｈｚから２０００Ｈ
ｚ程度に設定することが一般的となっており、この周波数は、ちょうど人間の可聴周波数
のうちでも耳障りと感じる周波数に近い値になってしまっている。
（発熱）が大きくなり、スイッチング素子を冷却するための機構が大形になり冷却機構を
内蔵している電力変換手段を鉄道車両に搭載できなくなってしまう。このため、鉄道車両
駆動制御装置では、低速領域で用いる非同期パルス波形においても、電磁音が可聴範囲外
となるまで搬送波周波数を大きくすることができず、現状では、数百Ｈｚから２０００Ｈ
ｚ程度に設定することが一般的となっており、この周波数は、ちょうど人間の可聴周波数
のうちでも耳障りと感じる周波数に近い値になってしまっている。
非同期パルス波形の搬送波周波数を比較的低い周波数に設定しながら、駆動用電動機から
の電磁音が耳障りな単一の周波数の音色（ピュアトーン）を発生することを防止するため
に、搬送波周波数を短時間のうちに任意に変更して発生する電磁音の周波数を分散させて
、耳障りな聴感を低減する方法が知られている。
の電磁音が耳障りな単一の周波数の音色（ピュアトーン）を発生することを防止するため
に、搬送波周波数を短時間のうちに任意に変更して発生する電磁音の周波数を分散させて
、耳障りな聴感を低減する方法が知られている。
非特許文献１には、非同期パルス波形の発生に用いる搬送波の周波数をランダムに変更し
て、電力変換手段の負荷（駆動対象）から発生する電磁音の周波数の分散を図る例が記載
されている。
て、電力変換手段の負荷（駆動対象）から発生する電磁音の周波数の分散を図る例が記載
されている。
図２４は、例として、非同期パルス波形における搬送波周波数分散方式と、搬送波周波数
一定の方式について、電動機からの電磁音を測定した周波数解析結果を示す。搬送波周波
数分散方式では、スイッチングに伴う電磁音の周波数成分が分散されて、特定の周波数成
分のピークを発生しないために耳障りな聴感を低減できることがわかる。
一定の方式について、電動機からの電磁音を測定した周波数解析結果を示す。搬送波周波
数分散方式では、スイッチングに伴う電磁音の周波数成分が分散されて、特定の周波数成
分のピークを発生しないために耳障りな聴感を低減できることがわかる。
搬送波周波数分散方式の場合の、交流電圧出力周波数Ｆinvに対するスイッチング素子
のスイッチング周波数Ｆswの例を図２５に示す。
のスイッチング周波数Ｆswの例を図２５に示す。
前述のように、鉄道車両駆動制御装置では、非同期パルス波形の搬送波周波数を数百Ｈ
ｚから２０００Ｈｚ程度に設定することが一般的となっており、このため、速度が大きい
領域では交流電圧出力周波数に対して非同期パルス波形のパルス数が不足し、非同期パル
ス波形の基本波成分が歪んで正常な駆動制御ができなくなってしまう。このために、低速
領域では非同期パルス波形を使用し、高速領域では同期パルス波形を使用することが一般
的である。
ｚから２０００Ｈｚ程度に設定することが一般的となっており、このため、速度が大きい
領域では交流電圧出力周波数に対して非同期パルス波形のパルス数が不足し、非同期パル
ス波形の基本波成分が歪んで正常な駆動制御ができなくなってしまう。このために、低速
領域では非同期パルス波形を使用し、高速領域では同期パルス波形を使用することが一般
的である。
「Random pulse width modulation techniques for converter-fed drive systems-a review」、Industry Applications, IEEE Transactions on , Volume 30,Issue 5,1994
しかしながら、非同期パルス波形と同期パルス波形を切替えるとき、切替えの条件を全く
考慮しない場合には、図２６に示した計算機シミュレーション波形のように、切替え時に
交流電動機の電流が急変してトルクショックを生じることがある。さらに、前述の搬送波
周波数分散方式の場合は、搬送波周波数上限値と搬送波周波数下限値との差が大きいほど
耳障りな電磁音の低減効果が大きい一方で、搬送波周波数が一定にならないため、切替え
るタイミングでの非同期パルス波形の搬送波周波数が一義的に決まらないので、切替える
タイミングによって交流電動機のトルクショックがさらに大きくなる場合がある。これは
鉄道車両の乗り心地を悪化させるため、防止しなくてはならない。
考慮しない場合には、図２６に示した計算機シミュレーション波形のように、切替え時に
交流電動機の電流が急変してトルクショックを生じることがある。さらに、前述の搬送波
周波数分散方式の場合は、搬送波周波数上限値と搬送波周波数下限値との差が大きいほど
耳障りな電磁音の低減効果が大きい一方で、搬送波周波数が一定にならないため、切替え
るタイミングでの非同期パルス波形の搬送波周波数が一義的に決まらないので、切替える
タイミングによって交流電動機のトルクショックがさらに大きくなる場合がある。これは
鉄道車両の乗り心地を悪化させるため、防止しなくてはならない。
本発明はこれらの技術的課題に鑑みてなされたもので、車両を駆動する交流電動機に交流
電力を供給するインバータ回路のスイッチングにともなって交流電動機から発せられる電
磁音について、駅から発車するときや駅へ停車するときなどの低速での耳障りな電磁音を
低減し、かつ、非同期パルス波形と同期パルス波形の切替え時のトルクショックを防止し
て乗り心地が悪化することを防止するという、２つの技術的課題を両立することが可能な
、鉄道車両駆動制御装置を提供することを目的とする。
電力を供給するインバータ回路のスイッチングにともなって交流電動機から発せられる電
磁音について、駅から発車するときや駅へ停車するときなどの低速での耳障りな電磁音を
低減し、かつ、非同期パルス波形と同期パルス波形の切替え時のトルクショックを防止し
て乗り心地が悪化することを防止するという、２つの技術的課題を両立することが可能な
、鉄道車両駆動制御装置を提供することを目的とする。
上記課題は、車両を駆動する交流電動機と、直流電圧を任意の電圧と任意の周波数の交
流電圧に変換して前記の交流電動機に交流電力を供給する電力変換手段と、前記電力変換
手段が内蔵するスイッチング素子を各々ＯＮ（導通）・ＯＦＦ（阻止）するためのスイッ
チング信号を出力する制御手段を有し、制御手段には、前記電力変換手段が出力する交流
電圧の基本波の周波数（出力周波数）を演算して出力する出力周波数演算手段と、前記電
力変換手段が出力する交流電圧の各相の交流電圧基本波の半周期に対してパルス数がｍ（
ｍは任意の数）となる波形を出力する同期パルス波形発生手段と、搬送波を発生して出力
する搬送波発生手段と、前記電力変換手段が出力する交流電圧基本波の半周期あたりの出
力パルス数が不定で、変調波と前記搬送波を比較してパルス幅変調波形を出力する非同期
パルス波形発生手段と、前記非同期パルス波形発生手段から出力される非同期パルス波形
と、前記同期パルス波形発生手段から出力される同期パルス波形を入力として、非同期パ
ルス波形と同期パルス波形を選択してスイッチング信号として出力するパルスモード切替
手段とを有しており、前記の搬送波発生手段は、前記出力周波数が小さいときには搬送波
周波数上限値と搬送波周波数下限値との差が大きく、また前記出力周波数が大きいときに
は搬送波周波数上限値と搬送波周波数下限値との差が小さくなり、かつ、前記出力周波数
がｆ（ｆは任意の周波数）以上では搬送波周波数上限値と搬送波周波数下限値の差がゼロ
となるように、搬送波周波数上限値と搬送波周波数下限値が前記出力周波数に関係して演
算され、搬送波周波数を搬送波周波数上限値と搬送波周波数下限値との間で任意に変更し
て搬送波を発生して出力し、前記パルスモード切替手段は、スイッチング信号として出力
する波形を、非同期パルス波形から同期パルス波形へ、または同期パルス波形から非同期
パルス波形へ切替える場合に、前記出力周波数と前記搬送波周波数に基づき切替えること
により達成することが出来る。
流電圧に変換して前記の交流電動機に交流電力を供給する電力変換手段と、前記電力変換
手段が内蔵するスイッチング素子を各々ＯＮ（導通）・ＯＦＦ（阻止）するためのスイッ
チング信号を出力する制御手段を有し、制御手段には、前記電力変換手段が出力する交流
電圧の基本波の周波数（出力周波数）を演算して出力する出力周波数演算手段と、前記電
力変換手段が出力する交流電圧の各相の交流電圧基本波の半周期に対してパルス数がｍ（
ｍは任意の数）となる波形を出力する同期パルス波形発生手段と、搬送波を発生して出力
する搬送波発生手段と、前記電力変換手段が出力する交流電圧基本波の半周期あたりの出
力パルス数が不定で、変調波と前記搬送波を比較してパルス幅変調波形を出力する非同期
パルス波形発生手段と、前記非同期パルス波形発生手段から出力される非同期パルス波形
と、前記同期パルス波形発生手段から出力される同期パルス波形を入力として、非同期パ
ルス波形と同期パルス波形を選択してスイッチング信号として出力するパルスモード切替
手段とを有しており、前記の搬送波発生手段は、前記出力周波数が小さいときには搬送波
周波数上限値と搬送波周波数下限値との差が大きく、また前記出力周波数が大きいときに
は搬送波周波数上限値と搬送波周波数下限値との差が小さくなり、かつ、前記出力周波数
がｆ（ｆは任意の周波数）以上では搬送波周波数上限値と搬送波周波数下限値の差がゼロ
となるように、搬送波周波数上限値と搬送波周波数下限値が前記出力周波数に関係して演
算され、搬送波周波数を搬送波周波数上限値と搬送波周波数下限値との間で任意に変更し
て搬送波を発生して出力し、前記パルスモード切替手段は、スイッチング信号として出力
する波形を、非同期パルス波形から同期パルス波形へ、または同期パルス波形から非同期
パルス波形へ切替える場合に、前記出力周波数と前記搬送波周波数に基づき切替えること
により達成することが出来る。
本発明の鉄道車両駆動制御装置によれば、車両を駆動する交流電動機に交流電力を供給す
るインバータ回路のスイッチングにともなって交流電動機から発せられる電磁音について
、駅から発車するときや駅へ停車するときなどの低速での耳障りな電磁音を低減し、かつ
、非同期パルス波形と同期パルス波形の切替え時のトルクショックを防止して乗り心地が
悪化することを防止するという、２つの技術的課題を両立することが可能となる鉄道車両
駆動制御装置を実現できる。
るインバータ回路のスイッチングにともなって交流電動機から発せられる電磁音について
、駅から発車するときや駅へ停車するときなどの低速での耳障りな電磁音を低減し、かつ
、非同期パルス波形と同期パルス波形の切替え時のトルクショックを防止して乗り心地が
悪化することを防止するという、２つの技術的課題を両立することが可能となる鉄道車両
駆動制御装置を実現できる。
（第１の実施の形態）
本発明に基づく第１の実施の形態の鉄道車両駆動制御装置について、図を参照し、詳細に
説明する。
本発明に基づく第１の実施の形態の鉄道車両駆動制御装置について、図を参照し、詳細に
説明する。
図１は、本発明の第１の実施の形態の鉄道車両駆動制御装置の構成を示している。
図１において、１は直流電源である架線、２は集電器、３は直流回路遮断器、４は直流回
路開閉器、５は充電用開閉器、６は充電回路抵抗器、７は平滑リアクトル、８は車輪、９
は帰線であるレール、１０は電源電圧検出手段、１１は平滑コンデンサ、１２は直流電圧
検出手段、２１は車両を駆動する交流電動機（永久磁石形同期電動機）、２２はインバー
タ回路である電力変換手段、２３Ｕ〜２３Ｚはインバータ回路のスイッチング素子、２４
Ｕ、２４Ｗは電動機電流検出手段、２５は回転子角度検出手段である。
路開閉器、５は充電用開閉器、６は充電回路抵抗器、７は平滑リアクトル、８は車輪、９
は帰線であるレール、１０は電源電圧検出手段、１１は平滑コンデンサ、１２は直流電圧
検出手段、２１は車両を駆動する交流電動機（永久磁石形同期電動機）、２２はインバー
タ回路である電力変換手段、２３Ｕ〜２３Ｚはインバータ回路のスイッチング素子、２４
Ｕ、２４Ｗは電動機電流検出手段、２５は回転子角度検出手段である。
電力変換手段２２はインバータ回路であり、スイッチング素子２３Ｕ〜２３Ｚを内蔵し
ており、この６個のスイッチング素子を任意に導通（ＯＮ）・阻止（ＯＦＦ）動作させる
ことによって、直流電圧を任意の電圧と任意の周波数の３相交流電圧に変換する機能を有
している。
ており、この６個のスイッチング素子を任意に導通（ＯＮ）・阻止（ＯＦＦ）動作させる
ことによって、直流電圧を任意の電圧と任意の周波数の３相交流電圧に変換する機能を有
している。
図１では、スイッチング素子２３Ｕ〜２３Ｚは、適用例として、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）として記載している
が、電流を導通（ＯＮ）・阻止（ＯＦＦ）する機能を有した素子であれば種類はＩＧＢＴ
に限定されず適用可能である。また、ダイオードを内蔵しないＩＧＢＴを適用してこれと
逆並列に別構成要素のダイオードを接続した回路構成としても良い。
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）として記載している
が、電流を導通（ＯＮ）・阻止（ＯＦＦ）する機能を有した素子であれば種類はＩＧＢＴ
に限定されず適用可能である。また、ダイオードを内蔵しないＩＧＢＴを適用してこれと
逆並列に別構成要素のダイオードを接続した回路構成としても良い。
直流回路遮断器３は、機能的には開閉器の一種であり、直流電源である架線１と電力変
換手段２２との回路の接続・切り離しをおこなう。直流回路遮断器３は、例えば、鉄道車
両駆動制御装置の制御回路電源が投入されると遮断器・開閉器制御手段２０８から出力さ
れる投入指令信号によって投入される。
換手段２２との回路の接続・切り離しをおこなう。直流回路遮断器３は、例えば、鉄道車
両駆動制御装置の制御回路電源が投入されると遮断器・開閉器制御手段２０８から出力さ
れる投入指令信号によって投入される。
平滑リアクトル７は、架線１から電力変換手段２２への電流を平滑する機能を有する。
充電用開閉器５と充電回路抵抗器６は、電力変換手段２２を起動する前に平滑コンデン
サ１１を充電するためのものある。
サ１１を充電するためのものある。
平滑コンデンサ１１は、電力変換手段２２に供給される直流電圧を安定させる作用を持
つ。
つ。
鉄道車両駆動制御装置の運転を開始する場合や、走行中に保護機能が保護検知したため
に一旦鉄道車両駆動制御装置を停止した後に再度運転を開始する場合には、まず、充電用
開閉器５を投入して平滑コンデンサ１１を充電する。充電用開閉器５が投入されると充電
回路抵抗器６で制限された電流によって平滑コンデンサ１１が充電される。平滑コンデン
サ１１の充電が完了した後に直流回路開閉器４が投入されるとともに、充電用開閉器５が
開放される。
に一旦鉄道車両駆動制御装置を停止した後に再度運転を開始する場合には、まず、充電用
開閉器５を投入して平滑コンデンサ１１を充電する。充電用開閉器５が投入されると充電
回路抵抗器６で制限された電流によって平滑コンデンサ１１が充電される。平滑コンデン
サ１１の充電が完了した後に直流回路開閉器４が投入されるとともに、充電用開閉器５が
開放される。
直流回路開閉器４を投入するタイミングについては、充電回路抵抗器６の抵抗値と平滑
コンデンサ１１の静電容量から予め求められる充電時間を考慮して、充電用開閉器５を投
入した後に前記の充電時間が経過したことで、直流回路開閉器４を投入するとともに充電
用開閉器５を開放する。または別の方式として、直流電圧検出手段１２の出力信号である
電圧検出値を監視して平滑コンデンサ１１の電圧が予め設定された閾値を超えたときに直
流回路開閉器４を投入するとともに充電用開閉器５を開放しても良い。
コンデンサ１１の静電容量から予め求められる充電時間を考慮して、充電用開閉器５を投
入した後に前記の充電時間が経過したことで、直流回路開閉器４を投入するとともに充電
用開閉器５を開放する。または別の方式として、直流電圧検出手段１２の出力信号である
電圧検出値を監視して平滑コンデンサ１１の電圧が予め設定された閾値を超えたときに直
流回路開閉器４を投入するとともに充電用開閉器５を開放しても良い。
交流電動機２１は、その回転子が歯車などを介して駆動用車輪の車軸と接続されるか、
または回転子が駆動用車輪の車軸と直接接続されて鉄道車両を駆動するためのもので、例
えば回転子に永久磁石を有している永久磁石形同期電動機である。交流電動機２１には電
力変換手段２２からＵ相電流Ｉｕ、Ｖ相電流Ｉｖ、Ｗ相電流Ｉｗの３相交流電力が供給さ
れる。またこのとき、交流電動機２１のそれぞれの端子には電力変換手段２２から線間電
圧Ｖｕｖ、Ｖｖｗ、Ｖｗｕが印加される。
または回転子が駆動用車輪の車軸と直接接続されて鉄道車両を駆動するためのもので、例
えば回転子に永久磁石を有している永久磁石形同期電動機である。交流電動機２１には電
力変換手段２２からＵ相電流Ｉｕ、Ｖ相電流Ｉｖ、Ｗ相電流Ｉｗの３相交流電力が供給さ
れる。またこのとき、交流電動機２１のそれぞれの端子には電力変換手段２２から線間電
圧Ｖｕｖ、Ｖｖｗ、Ｖｗｕが印加される。
図２は、図１に示した本発明の第１の実施の形態の鉄道車両駆動制御装置の制御手段２
０１の構成例を示した図である。
０１の構成例を示した図である。
図２において、１１０は電源電圧検出手段１０の検出値である出力信号、１１２は直流
電圧検出手段１２の検出値である出力信号、１２４Ｕ、１２４Ｗは電動機電流検出手段２
４Ｕ、２４Ｗの検出値である出力信号、１２５は回転子角度検出手段の検出値である出力
信号、２０２は出力周波数演算手段、２０３はベクトル制御手段、２０４は搬送波発生手
段、２０５は非同期パルス波形発生手段、２０６は同期パルス波形発生手段、２０７はパ
ルスモード切替手段、２０８は遮断器・開閉器制御手段、１０３は直流回路遮断器投入指
令信号、１０４は直流回路開閉器投入指令信号、１０５は充電用開閉器投入指令信号、１
２３Ｕ〜１２３Ｗは電力変換手段２２の各スイッチング素子を導通（ＯＮ）・阻止（ＯＦ
Ｆ）動作させるためのＵ相，Ｖ相，Ｗ相それぞれのスイッチング信号である。
電圧検出手段１２の検出値である出力信号、１２４Ｕ、１２４Ｗは電動機電流検出手段２
４Ｕ、２４Ｗの検出値である出力信号、１２５は回転子角度検出手段の検出値である出力
信号、２０２は出力周波数演算手段、２０３はベクトル制御手段、２０４は搬送波発生手
段、２０５は非同期パルス波形発生手段、２０６は同期パルス波形発生手段、２０７はパ
ルスモード切替手段、２０８は遮断器・開閉器制御手段、１０３は直流回路遮断器投入指
令信号、１０４は直流回路開閉器投入指令信号、１０５は充電用開閉器投入指令信号、１
２３Ｕ〜１２３Ｗは電力変換手段２２の各スイッチング素子を導通（ＯＮ）・阻止（ＯＦ
Ｆ）動作させるためのＵ相，Ｖ相，Ｗ相それぞれのスイッチング信号である。
出力周波数演算手段２０２は、回転子角度検出手段２５の検出値である出力信号１２５
（θr）を入力として、θrを時間微分することによって交流電圧の出力周波数Ｆinvを演
算して出力する。
出力信号１２５（θr）と、電動機電流検出値である電動機電流検出手段２４Ｕ、２４Ｗ
の出力信号１２４Ｕ、１２４Ｗと、出力周波数演算手段２０２の出力である交流電圧の出
力周波数Ｆinvを入力として、交流電動機２１の発生トルクを制御するための演算をおこ
ない、出力電圧の大きさ|Ｖ1|と、出力電圧ベクトルのｄ軸方向からの位相角θγを出力
する。
インバータ回路である電力変換手段２２を動作させて交流電動機２１を制御する方法と
しては、いわゆるベクトル制御方式がある。ベクトル制御は、電圧・電流・磁束をベクト
ル量として演算して制御する方法であり、ｄ軸（磁束方向軸）とｑ軸（直交方向軸）とし
て定義される回転する座標系上で制御をおこなう。ベクトル制御手段２０３の構成例を図
３に示す。３０１は電流指令演算手段、３０２は座標変換手段、３０３は電圧指令演算手
段、３０４は座標変換手段である。
しては、いわゆるベクトル制御方式がある。ベクトル制御は、電圧・電流・磁束をベクト
ル量として演算して制御する方法であり、ｄ軸（磁束方向軸）とｑ軸（直交方向軸）とし
て定義される回転する座標系上で制御をおこなう。ベクトル制御手段２０３の構成例を図
３に示す。３０１は電流指令演算手段、３０２は座標変換手段、３０３は電圧指令演算手
段、３０４は座標変換手段である。
ベクトル制御方式は、周知の技術であり多くの方式が存在するが、いずれの方式を適用
しても本発明の実施の形態には影響せず、またいずれの方式を適用しても本発明の効果を
同様に得られるため、説明は省略する。
しても本発明の実施の形態には影響せず、またいずれの方式を適用しても本発明の効果を
同様に得られるため、説明は省略する。
搬送波発生手段２０４の動作を図４と図５を用いて説明する。搬送波発生手段２０４は
、直流電圧検出手段１２の検出値である出力信号１１２（Ｖdc）と、出力周波数演算手段
２０２の出力である出力周波数Ｆinvを入力として、搬送波周波数上限値ＦcUと搬送波周
波数下限値ＦcLを演算し、搬送波周波数上限値ＦcUと搬送波周波数下限値ＦcLとの間で搬
送波周波数Ｆcを任意に変更して、搬送波Carを出力する。
、直流電圧検出手段１２の検出値である出力信号１１２（Ｖdc）と、出力周波数演算手段
２０２の出力である出力周波数Ｆinvを入力として、搬送波周波数上限値ＦcUと搬送波周
波数下限値ＦcLを演算し、搬送波周波数上限値ＦcUと搬送波周波数下限値ＦcLとの間で搬
送波周波数Ｆcを任意に変更して、搬送波Carを出力する。
搬送波周波数Ｆcを任意に変更する方法は、例えばランダムな変数を演算してこの変数
を用いて搬送波周波数Ｆcを演算してランダムに変更するか、または正弦波関数を用いて
搬送波周波数Ｆcを演算して変更するなどの方法が適用できる。
を用いて搬送波周波数Ｆcを演算してランダムに変更するか、または正弦波関数を用いて
搬送波周波数Ｆcを演算して変更するなどの方法が適用できる。
搬送波周波数上限値ＦcUと搬送波周波数下限値ＦcLは、図４のように、出力周波数Ｆin
vに関係して演算され、出力周波数Ｆinvが小さい領域では搬送波周波数上限値ＦcUと搬送
波周波数下限値ＦcLとの差が大きくなるようにし、また出力周波数Ｆinvが大きくなるに
つれて搬送波周波数上限値ＦcUと搬送波周波数下限値ＦcLとの差が小さくなるように演算
する。出力周波数ＦinvがＦinv１よりも大きい領域では、搬送波周波数上限値ＦcUと搬送
波周波数下限値ＦcLとの差がゼロとなり、図４では搬送波周波数ＦcはＦc1となる。
vに関係して演算され、出力周波数Ｆinvが小さい領域では搬送波周波数上限値ＦcUと搬送
波周波数下限値ＦcLとの差が大きくなるようにし、また出力周波数Ｆinvが大きくなるに
つれて搬送波周波数上限値ＦcUと搬送波周波数下限値ＦcLとの差が小さくなるように演算
する。出力周波数ＦinvがＦinv１よりも大きい領域では、搬送波周波数上限値ＦcUと搬送
波周波数下限値ＦcLとの差がゼロとなり、図４では搬送波周波数ＦcはＦc1となる。
このときの搬送波Car（三角波）の波形例を図５に示す。搬送波周波数Ｆcは、搬送波周
波数上限値ＦcUと搬送波周波数下限値ＦcLとの間で、時間の経過にともなって任意に変更
される。図５では期間１→期間２→期間３と経過するにともなって搬送波周波数Ｆcが変
更されて、図５に示したような波形の搬送波Carが出力される。なお、搬送波周波数Ｆcを
変更する期間の長さ（図５の期間１、期間２などの長さ）については、図５の例のように
搬送波Carの複数の周期の期間としても良く、また搬送波Carの１周期毎に変更しても良く
、さらに搬送波Carの山と谷のタイミングで変更しても良く、いずれの方法を適用しても
本発明の効果を得ることが可能である。
波数上限値ＦcUと搬送波周波数下限値ＦcLとの間で、時間の経過にともなって任意に変更
される。図５では期間１→期間２→期間３と経過するにともなって搬送波周波数Ｆcが変
更されて、図５に示したような波形の搬送波Carが出力される。なお、搬送波周波数Ｆcを
変更する期間の長さ（図５の期間１、期間２などの長さ）については、図５の例のように
搬送波Carの複数の周期の期間としても良く、また搬送波Carの１周期毎に変更しても良く
、さらに搬送波Carの山と谷のタイミングで変更しても良く、いずれの方法を適用しても
本発明の効果を得ることが可能である。
次に、非同期パルス波形発生手段２０５の動作を図６を用いて説明する。非同期パルス
波形発生手段２０５は、搬送波発生手段２０４の出力である搬送波Carと、ベクトル制御
手段２０３の出力である出力電圧の大きさ|Ｖ1|と、出力電圧位相角θiを入力として、Ｕ
相、Ｖ相、Ｗ相の非同期パルス波形ＶuAS，ＶvAS，ＶwASを出力する。
波形発生手段２０５は、搬送波発生手段２０４の出力である搬送波Carと、ベクトル制御
手段２０３の出力である出力電圧の大きさ|Ｖ1|と、出力電圧位相角θiを入力として、Ｕ
相、Ｖ相、Ｗ相の非同期パルス波形ＶuAS，ＶvAS，ＶwASを出力する。
出力電圧位相角θiを用いて、各相の出力電圧位相角θu，θv，θwを演算する。ベクト
ル制御の回転座標のｄ軸方向がＵＶＷ相座標のＵ相方向にあるときをθr＝０度としたと
き、
出力電圧位相角θi＝θr＋θγ
Ｕ相出力電圧位相角θu＝θi＋（π／２）
Ｖ相出力電圧位相角θv＝θi−（２π／３）＋（π／２） ・・・（式２）
Ｗ相出力電圧位相角θw＝θi＋（２π／３）＋（π／２）
ここで、θr：回転子角度検出手段の検出値
θγ：出力電圧ベクトルの位相角
変調波であるＵ相、Ｖ相、Ｗ相の出力電圧Ｖu，Ｖv，Ｖwは次の式により演算される。
ル制御の回転座標のｄ軸方向がＵＶＷ相座標のＵ相方向にあるときをθr＝０度としたと
き、
出力電圧位相角θi＝θr＋θγ
Ｕ相出力電圧位相角θu＝θi＋（π／２）
Ｖ相出力電圧位相角θv＝θi−（２π／３）＋（π／２） ・・・（式２）
Ｗ相出力電圧位相角θw＝θi＋（２π／３）＋（π／２）
ここで、θr：回転子角度検出手段の検出値
θγ：出力電圧ベクトルの位相角
変調波であるＵ相、Ｖ相、Ｗ相の出力電圧Ｖu，Ｖv，Ｖwは次の式により演算される。
Ｕ相出力電圧Ｖu＝ ・|Ｖ1|・sinθu
Ｖ相出力電圧Ｖv＝ ・|Ｖ1|・sinθv ・・・（式３）
Ｗ相出力電圧Ｖw＝ ・|Ｖ1|・sinθw
搬送波Carと各相の出力電圧Ｖu，Ｖv，Ｖwを比較することにより、各相の非同期パルス波
形を演算して出力する。
Ｕ相非同期パルス波形ＶuAS
Ｖu＞CarのときＶuAS＝１
Ｖu≦CarのときＶuAS＝０
Ｖ相非同期パルス波形ＶvAS
Ｖv＞CarのときＶvAS＝１ ・・・（式４）
Ｖv≦CarのときＶvAS＝０
Ｗ相非同期パルス波形ＶwAS
Ｖw＞CarのときＶwAS＝１
Ｖw≦CarのときＶwAS＝０
同期パルス波形発生手段２０６は、直流電圧検出手段１２の検出値である出力信号１１
２（Ｖdc）と、出力電圧位相角θiと、ベクトル制御手段２０３の出力である出力電圧の
大きさ|Ｖ1|を入力として、各相の同期パルス波形ＶuSYN，ＶvSYN，ＶwSYNを出力する。
図７に示した同期パルス波形は、交流出力電圧の基本波の半周期に対してパルス数ｍ＝３
の場合の波形例である。
パルスモード切替手段２０７は、非同期パルス波形発生手段２０５から出力される各相
の非同期パルス波形ＶuAS，ＶvAS，ＶwASと、同期パルス波形発生手段２０６から出力さ
れる各相の同期パルス波形ＶuSYN，ＶvSYN，ＶwSYNと、出力周波数Ｆinvを入力として、
スイッチング信号１２３Ｕ〜１２３Ｗを出力する。
の非同期パルス波形ＶuAS，ＶvAS，ＶwASと、同期パルス波形発生手段２０６から出力さ
れる各相の同期パルス波形ＶuSYN，ＶvSYN，ＶwSYNと、出力周波数Ｆinvを入力として、
スイッチング信号１２３Ｕ〜１２３Ｗを出力する。
図８にパルスモード切替手段２０７の構成例を示す。出力周波数Ｆinvと切替周波数Ｆi
nv2を比較して、Ｆinv＜Ｆinv2の場合に非同期パルス波形ＶuAS，ＶvAS，ＶwASをスイッ
チング信号１２３Ｕ〜１２３Ｗとして出力し、Ｆinv≧Ｆinv2の場合に同期パルス波形Ｖu
SYN，ＶvSYN，ＶwSYNをスイッチング信号１２３Ｕ〜１２３Ｗとして出力する。
nv2を比較して、Ｆinv＜Ｆinv2の場合に非同期パルス波形ＶuAS，ＶvAS，ＶwASをスイッ
チング信号１２３Ｕ〜１２３Ｗとして出力し、Ｆinv≧Ｆinv2の場合に同期パルス波形Ｖu
SYN，ＶvSYN，ＶwSYNをスイッチング信号１２３Ｕ〜１２３Ｗとして出力する。
切替周波数Ｆinv2は、搬送波発生手段２０４において、搬送波周波数上限値ＦcUと搬送
波周波数下限値ＦcLの差がゼロであり搬送波周波数ＦcがＦc１となる予め設定されている
出力周波数Ｆinv1（前述図４）について
Ｆinv2≧Ｆinv1 ・・・（式５）
の関係であり、このときの搬送波周波数Ｆc＝Ｆc1を出力周波数Ｆinvで除した値ｎが、
ｎ＝（Ｆc1／Ｆinv）≧ｍ ・・・（式６）
ここで、ｍは同期パルス波形の交流出力電圧基本波半周期のパルス数
を満たす奇数の値となるように設定される。本実施の形態の例では、同期パルス波形発生
手段２０６のパルス数ｍ＝３であるから、上記ｎは３以上の値を満たす奇数（例えば３，
５，７，９，１１，１３，１５のいずれか）となる条件の切替周波数Ｆinv2が設定される
。
波周波数下限値ＦcLの差がゼロであり搬送波周波数ＦcがＦc１となる予め設定されている
出力周波数Ｆinv1（前述図４）について
Ｆinv2≧Ｆinv1 ・・・（式５）
の関係であり、このときの搬送波周波数Ｆc＝Ｆc1を出力周波数Ｆinvで除した値ｎが、
ｎ＝（Ｆc1／Ｆinv）≧ｍ ・・・（式６）
ここで、ｍは同期パルス波形の交流出力電圧基本波半周期のパルス数
を満たす奇数の値となるように設定される。本実施の形態の例では、同期パルス波形発生
手段２０６のパルス数ｍ＝３であるから、上記ｎは３以上の値を満たす奇数（例えば３，
５，７，９，１１，１３，１５のいずれか）となる条件の切替周波数Ｆinv2が設定される
。
ここで、搬送波発生手段２０４で発生して出力される搬送波Carの搬送波周波数Ｆcは予
めＦinv1などの値が設定されているので、切替周波数Ｆinv2は必ずしも常時演算する必要
は無く、予め求めて設定しておくことができる。
めＦinv1などの値が設定されているので、切替周波数Ｆinv2は必ずしも常時演算する必要
は無く、予め求めて設定しておくことができる。
本発明の第１の実施の形態における、出力周波数Ｆinvに対するスイッチング素子のス
イッチング周波数Ｆswの例を図９に示す。出力周波数Ｆinvが切替周波数Ｆinv2よりも小
さいときは、スイッチング周波数Ｆswは非同期パルス波形の搬送波周波数Ｆcと等しくな
る。出力周波数Ｆinvが切替周波数Ｆinv2以上のときは、スイッチング周波数Ｆswは同期
パルス波形に依存し、本説明では同期パルス波形のパルス数ｍ＝３の例であるので、スイ
ッチング周波数Fswは（３×出力周波数Ｆinv）と等しくなる。
イッチング周波数Ｆswの例を図９に示す。出力周波数Ｆinvが切替周波数Ｆinv2よりも小
さいときは、スイッチング周波数Ｆswは非同期パルス波形の搬送波周波数Ｆcと等しくな
る。出力周波数Ｆinvが切替周波数Ｆinv2以上のときは、スイッチング周波数Ｆswは同期
パルス波形に依存し、本説明では同期パルス波形のパルス数ｍ＝３の例であるので、スイ
ッチング周波数Fswは（３×出力周波数Ｆinv）と等しくなる。
参考として、これら設定値の例を示すと、同期パルス波形のパルス数ｍ＝３とした場合
、搬送波周波数ＦcのＦc1の値を例として７５０Ｈｚに設定し、搬送波周波数上限値ＦcU
と搬送波周波数下限値ＦcLの差がゼロとなる出力周波数Ｆinv1＝１００Ｈｚに設定したと
すると、非同期パルス波形と同期パルス波形の切替点における前述のｎを５とした場合、
切替周波数の設定値Ｆinv2は１５０Ｈｚとなる。
、搬送波周波数ＦcのＦc1の値を例として７５０Ｈｚに設定し、搬送波周波数上限値ＦcU
と搬送波周波数下限値ＦcLの差がゼロとなる出力周波数Ｆinv1＝１００Ｈｚに設定したと
すると、非同期パルス波形と同期パルス波形の切替点における前述のｎを５とした場合、
切替周波数の設定値Ｆinv2は１５０Ｈｚとなる。
同期パルス波形のパルス数ｍ＝３
Ｆc1＝７５０Ｈｚ
Ｆinv1＝１００Ｈｚ ・・・（式７）
ｎ＝（Ｆc1／Ｆinv2）＝５
切替周波数Ｆinv2＝１５０Ｈｚ
計算機シミュレーションによる波形例を図１０に示す。本発明の鉄道車両駆動制御装置
の動作を模擬し、例として、パルス数ｍ＝３の同期パルス波形から、非同期パルス波形へ
切替えるタイミングの波形を計算機シミュレーションした結果である。この計算機シミュ
レーションでは、前述の搬送波周波数を出力周波数で除した値ｎが５と７となる出力周波
数で切替えている。図１０に示した波形のように、本発明の技術を適用した鉄道車両駆動
制御装置は、パルス波形の切替えにおいて電動機電流と電動機トルクが急変せずに、トル
クショックが発生しないことがわかる。
なお、本発明の第１の実施の形態の鉄道車両駆動制御装置の説明において、搬送波発生
手段２０４で演算される搬送波周波数上限値ＦcUと搬送波周波数下限値ＦcLは、例として
図４を示したが、別の構成の例として、図１１や図１２に示すような値に出力周波数Ｆin
vに関係して演算する構成としても、本発明の効果を同様に得ることができる。
手段２０４で演算される搬送波周波数上限値ＦcUと搬送波周波数下限値ＦcLは、例として
図４を示したが、別の構成の例として、図１１や図１２に示すような値に出力周波数Ｆin
vに関係して演算する構成としても、本発明の効果を同様に得ることができる。
（第２の実施の形態）
本発明に基づく第２の実施の形態の鉄道車両駆動制御装置について、図を参照し、詳細
に説明する。
本発明に基づく第２の実施の形態の鉄道車両駆動制御装置について、図を参照し、詳細
に説明する。
本発明の第２の実施の形態の鉄道車両駆動制御装置は、前述の本発明の第１の実施の形態
の鉄道車両駆動制御装置に比較して、制御手段２０１とパルスモード切替手段２０７の構
成と動作が異なる。
の鉄道車両駆動制御装置に比較して、制御手段２０１とパルスモード切替手段２０７の構
成と動作が異なる。
その他の構成要素と動作については、前述の本発明の第１の実施の形態の鉄道車両駆動
制御装置と同様であるので、動作が異なる部分について説明する。
制御装置と同様であるので、動作が異なる部分について説明する。
図１３は本発明の第２の実施の形態の鉄道車両駆動制御装置の制御手段２０１の構成例
を示す図である。
を示す図である。
パルスモード切替手段２０７は、出力周波数演算手段２０２の出力である出力周波数Ｆ
invと、ベクトル制御手段２０３の出力である出力電圧の大きさ|Ｖ1|と、非同期パルス波
形発生手段２０５から出力される各相の非同期パルス波形ＶuAS，ＶvAS，ＶwASと、同期
パルス波形発生手段２０６から出力される各相の同期パルス波形ＶuSYN，ＶvSYN，ＶwSYN
を入力として、スイッチング信号１２３Ｕ〜１２３Ｗを出力する。
invと、ベクトル制御手段２０３の出力である出力電圧の大きさ|Ｖ1|と、非同期パルス波
形発生手段２０５から出力される各相の非同期パルス波形ＶuAS，ＶvAS，ＶwASと、同期
パルス波形発生手段２０６から出力される各相の同期パルス波形ＶuSYN，ＶvSYN，ＶwSYN
を入力として、スイッチング信号１２３Ｕ〜１２３Ｗを出力する。
図１４はパルスモード切替手段２０７の構成例を示す図である。
出力電圧の大きさ|Ｖ1|と切替電圧Ｖchgを比較し、また出力周波数Ｆinvと切替周波数
Ｆinv3とＦinv4を比較して、|Ｖ1|＜ＶchgかつＦinv4≧Ｆinv≧Ｆinv3の条件を満たす場
合に、スイッチング信号１２３Ｕ〜１２３Ｗとして出力する波形を同期パルス波形ＶuSYN
，ＶvSYN，ＶwSYNから非同期パルス波形ＶuAS，ＶvAS，ＶwASへ切替える。
Ｆinv3とＦinv4を比較して、|Ｖ1|＜ＶchgかつＦinv4≧Ｆinv≧Ｆinv3の条件を満たす場
合に、スイッチング信号１２３Ｕ〜１２３Ｗとして出力する波形を同期パルス波形ＶuSYN
，ＶvSYN，ＶwSYNから非同期パルス波形ＶuAS，ＶvAS，ＶwASへ切替える。
また、|Ｖ1|≧ＶchgかつＦinv4≧Ｆinv≧Ｆinv3の条件を満たす場合に、スイッチング
信号１２３Ｕ〜１２３Ｗとして出力する波形を非同期パルス波形ＶuAS，ＶvAS，ＶwASか
ら同期パルス波形ＶuSYN，ＶvSYN，ＶwSYNへ切替える。
信号１２３Ｕ〜１２３Ｗとして出力する波形を非同期パルス波形ＶuAS，ＶvAS，ＶwASか
ら同期パルス波形ＶuSYN，ＶvSYN，ＶwSYNへ切替える。
切替周波数Ｆinv3とＦinv4は、搬送波発生手段２０４において、搬送波周波数上限値Ｆ
cUと搬送波周波数下限値ＦcLの差がゼロであり搬送波周波数ＦcがＦc１となる予め設定さ
れている出力周波数Ｆinv1（前述図４）について
Ｆinv4＞Ｆinv3≧Ｆinv1 ・・・（式８）
の関係であり、このときの搬送波周波数Ｆc＝Ｆc1を切替周波数Ｆinvで除した値ｎが、任
意の奇数の値ｐに対して、
ｎ＝（Ｆc1／Ｆinv）
ｐ＋０．５≧ｎ≧ｐ−０．５ ・・・（式９）
ｐ≧ｍ
ここで、ｍは同期パルス波形の交流出力電圧基本波半周期のパルス数
を満たす値となるように設定される。本実施の形態の例では、同期パルス波形発生手段２
０６のパルス数ｍ＝３であるから、上記の奇数ｐは３以上の値を満たす奇数（例えば３，
５，７，９，１１，１３，１５のいずれか）となる条件の切替周波数Ｆinv3とＦinv4が設
定される。
cUと搬送波周波数下限値ＦcLの差がゼロであり搬送波周波数ＦcがＦc１となる予め設定さ
れている出力周波数Ｆinv1（前述図４）について
Ｆinv4＞Ｆinv3≧Ｆinv1 ・・・（式８）
の関係であり、このときの搬送波周波数Ｆc＝Ｆc1を切替周波数Ｆinvで除した値ｎが、任
意の奇数の値ｐに対して、
ｎ＝（Ｆc1／Ｆinv）
ｐ＋０．５≧ｎ≧ｐ−０．５ ・・・（式９）
ｐ≧ｍ
ここで、ｍは同期パルス波形の交流出力電圧基本波半周期のパルス数
を満たす値となるように設定される。本実施の形態の例では、同期パルス波形発生手段２
０６のパルス数ｍ＝３であるから、上記の奇数ｐは３以上の値を満たす奇数（例えば３，
５，７，９，１１，１３，１５のいずれか）となる条件の切替周波数Ｆinv3とＦinv4が設
定される。
搬送波発生手段２０４で発生して出力される搬送波Carの搬送波周波数Ｆcは予めＦinv1
等の値が設定されているので、切替周波数Ｆinv3とＦinv4は必ずしも常時演算する必要は
無く、予め求めて設定しておくことができる。
等の値が設定されているので、切替周波数Ｆinv3とＦinv4は必ずしも常時演算する必要は
無く、予め求めて設定しておくことができる。
参考として、これら設定値の例を示すと、同期パルス波形のパルス数ｍ＝３とした場合
、搬送波周波数ＦcのＦc1の値を例として７５０Ｈｚに設定し、搬送波周波数上限値ＦcU
と搬送波周波数下限値ＦcLの差がゼロとなる出力周波数Ｆinv1＝１００Ｈｚに設定したと
すると、非同期パルス波形と同期パルス波形の切替点における前述のｎを５とした場合、
切替周波数の設定値Ｆinv3は１３６．４Ｈｚ、設定値Ｆinv4は１６６．７Ｈｚとなる。
、搬送波周波数ＦcのＦc1の値を例として７５０Ｈｚに設定し、搬送波周波数上限値ＦcU
と搬送波周波数下限値ＦcLの差がゼロとなる出力周波数Ｆinv1＝１００Ｈｚに設定したと
すると、非同期パルス波形と同期パルス波形の切替点における前述のｎを５とした場合、
切替周波数の設定値Ｆinv3は１３６．４Ｈｚ、設定値Ｆinv4は１６６．７Ｈｚとなる。
出力周波数Ｆinvが前述の条件Ｆinv4≧Ｆinv≧Ｆinv3において非同期パルス波形と同期
パルス波形を切替えることにより、パルス波形の切替えに伴うトルクショックを防止する
ことができる。
パルス波形を切替えることにより、パルス波形の切替えに伴うトルクショックを防止する
ことができる。
（第３の実施の形態）
次に、本発明に基づく第３の実施の形態の鉄道車両駆動制御装置について説明する。本
発明の第３の実施の形態の鉄道車両駆動制御装置は、前述の本発明の第１の実施の形態の
鉄道車両駆動制御装置に比較して、パルスモード切替手段２０７の動作が異なる。
次に、本発明に基づく第３の実施の形態の鉄道車両駆動制御装置について説明する。本
発明の第３の実施の形態の鉄道車両駆動制御装置は、前述の本発明の第１の実施の形態の
鉄道車両駆動制御装置に比較して、パルスモード切替手段２０７の動作が異なる。
その他の構成要素と動作については、前述の本発明の第１の実施の形態の鉄道車両駆動
制御装置と同様であるので、動作が異なる部分について説明する。
制御装置と同様であるので、動作が異なる部分について説明する。
本発明の第３の実施の形態の鉄道車両駆動制御装置は、出力周波数Ｆinvと比較する切
替周波数Finv2を、搬送波周波数上限値と搬送波周波数下限値の差がゼロとなる出力周波
数Ｆinv1よりも小さい周波数に設定すること、つまり、搬送波周波数が分散幅で任意に変
更されている状態で非同期パルス波形と同期パルス波形を切替えるようにしたことが特徴
である。
替周波数Finv2を、搬送波周波数上限値と搬送波周波数下限値の差がゼロとなる出力周波
数Ｆinv1よりも小さい周波数に設定すること、つまり、搬送波周波数が分散幅で任意に変
更されている状態で非同期パルス波形と同期パルス波形を切替えるようにしたことが特徴
である。
切替周波数Ｆinv2は、出力周波数Ｆinvに対して、搬送波周波数上限値ＦcUを出力周波
数Ｆinvで除した値ｎ1と、搬送波周波数下限値ＦcLを出力周波数Ｆinvで除した値ｎ2が、
同期パルス波形のパルス数ｍ以上の任意の奇数の値ｐに対して、
ｎ1＝（ＦcU／Ｆinv） ≦ｐ＋０．５
ｎ2＝（ＦcL／Ｆinv） ≧ｐ−０．５ ・・・（式１０）
ｐ≧ｍ
ここで、ｍは同期パルス波形の交流出力電圧基本波半周期のパルス数
の条件を満たすときの出力周波数Ｆinvの値がＦinv2として設定される。本実施の形態の
例では、同期パルス波形発生手段２０６のパルス数ｍ＝３であるから、上記の奇数ｐは３
以上の値を満たす奇数（例えば３，５，７，９，１１，１３，１５のいずれか）となる条
件の切替周波数Ｆinv2が設定される。
数Ｆinvで除した値ｎ1と、搬送波周波数下限値ＦcLを出力周波数Ｆinvで除した値ｎ2が、
同期パルス波形のパルス数ｍ以上の任意の奇数の値ｐに対して、
ｎ1＝（ＦcU／Ｆinv） ≦ｐ＋０．５
ｎ2＝（ＦcL／Ｆinv） ≧ｐ−０．５ ・・・（式１０）
ｐ≧ｍ
ここで、ｍは同期パルス波形の交流出力電圧基本波半周期のパルス数
の条件を満たすときの出力周波数Ｆinvの値がＦinv2として設定される。本実施の形態の
例では、同期パルス波形発生手段２０６のパルス数ｍ＝３であるから、上記の奇数ｐは３
以上の値を満たす奇数（例えば３，５，７，９，１１，１３，１５のいずれか）となる条
件の切替周波数Ｆinv2が設定される。
搬送波周波数上限値ＦcUと搬送波周波数下限値ＦcLは、搬送波発生手段２０４において
出力周波数Ｆinvに関係して演算されるので、出力周波数Ｆinvの値に対してそれぞれ一義
的な値となる。よって、切替周波数Ｆinv2は必ずしも常時演算する必要は無く、予め求め
て設定しておくことができる。
出力周波数Ｆinvに関係して演算されるので、出力周波数Ｆinvの値に対してそれぞれ一義
的な値となる。よって、切替周波数Ｆinv2は必ずしも常時演算する必要は無く、予め求め
て設定しておくことができる。
出力周波数Ｆinvが前述の条件Ｆinv2において非同期パルス波形と同期パルス波形を切
替えることにより、トルクショックを防止することができる。
替えることにより、トルクショックを防止することができる。
（第４の実施の形態）
次に、本発明に基づく第４の実施の形態の鉄道車両駆動制御装置について説明する。本
発明の第４の実施の形態の鉄道車両駆動制御装置は、前述の本発明の第２の実施の形態の
鉄道車両駆動制御装置に比較して、制御手段２０１とパルスモード切替手段２０７の構成
と動作が異なる。
次に、本発明に基づく第４の実施の形態の鉄道車両駆動制御装置について説明する。本
発明の第４の実施の形態の鉄道車両駆動制御装置は、前述の本発明の第２の実施の形態の
鉄道車両駆動制御装置に比較して、制御手段２０１とパルスモード切替手段２０７の構成
と動作が異なる。
その他の構成要素と動作については、前述の本発明の第２の実施の形態の鉄道車両駆動
制御装置と同様であるので、動作が異なる部分について説明する。
制御装置と同様であるので、動作が異なる部分について説明する。
図１５は本発明の第４の実施の形態の鉄道車両駆動制御装置の制御手段２０１の構成例
を示す図である。
を示す図である。
搬送波発生手段２０４は、搬送波Carと、搬送波周波数Ｆcを出力する。
パルスモード切替手段２０７は、出力周波数演算手段２０２の出力である出力周波数Ｆ
invと、搬送波発生手段２０４の出力である搬送波周波数Ｆcと、ベクトル制御手段２０３
の出力である出力電圧の大きさ|Ｖ1|と、非同期パルス波形発生手段２０５から出力され
る各相の非同期パルス波形ＶuAS，ＶvAS，ＶwASと、同期パルス波形発生手段２０６から
出力される各相の同期パルス波形ＶuSYN，ＶvSYN，ＶwSYNを入力として、スイッチング信
号１２３Ｕ〜１２３Ｗを出力する。
invと、搬送波発生手段２０４の出力である搬送波周波数Ｆcと、ベクトル制御手段２０３
の出力である出力電圧の大きさ|Ｖ1|と、非同期パルス波形発生手段２０５から出力され
る各相の非同期パルス波形ＶuAS，ＶvAS，ＶwASと、同期パルス波形発生手段２０６から
出力される各相の同期パルス波形ＶuSYN，ＶvSYN，ＶwSYNを入力として、スイッチング信
号１２３Ｕ〜１２３Ｗを出力する。
パルスモード切替手段２０７は、搬送波周波数Ｆcを出力周波数Ｆinvで除した値ｎを常
時演算して、スイッチング信号１２３Ｕ〜１２３Ｗとして出力する波形を同期パルス波形
ＶuSYN，ＶvSYN，ＶwSYNから非同期パルス波形ＶuAS，ＶvAS，ＶwASへ切替える場合、ま
たは、非同期パルス波形ＶuAS，ＶvAS，ＶwASから同期パルス波形ＶuSYN，ＶvSYN，ＶwSY
Nへ切替える場合に、前記ｎが同期パルス波形のパルス数ｍ以上の奇数の値であることを
条件として切替える。
時演算して、スイッチング信号１２３Ｕ〜１２３Ｗとして出力する波形を同期パルス波形
ＶuSYN，ＶvSYN，ＶwSYNから非同期パルス波形ＶuAS，ＶvAS，ＶwASへ切替える場合、ま
たは、非同期パルス波形ＶuAS，ＶvAS，ＶwASから同期パルス波形ＶuSYN，ＶvSYN，ＶwSY
Nへ切替える場合に、前記ｎが同期パルス波形のパルス数ｍ以上の奇数の値であることを
条件として切替える。
（第５の実施の形態）
次に、本発明に基づく第５の実施の形態の鉄道車両駆動制御装置について説明する。本
発明の第５の実施の形態の鉄道車両駆動制御装置は、前述の本発明の第４の実施の形態の
鉄道車両駆動制御装置に比較して、パルスモード切替手段２０７の動作が異なる。
次に、本発明に基づく第５の実施の形態の鉄道車両駆動制御装置について説明する。本
発明の第５の実施の形態の鉄道車両駆動制御装置は、前述の本発明の第４の実施の形態の
鉄道車両駆動制御装置に比較して、パルスモード切替手段２０７の動作が異なる。
その他の構成要素と動作については、前述の本発明の第４の実施の形態の鉄道車両駆動
制御装置と同様であるので、動作が異なる部分について説明する。
制御装置と同様であるので、動作が異なる部分について説明する。
同期パルス波形のパルス数ｍ以上の奇数の値ｐを予め設定したとき、パルスモード切替
手段２０７は、搬送波周波数Ｆcを出力周波数Ｆinvで除した値ｎを常時演算して、スイッ
チング信号１２３Ｕ〜１２３Ｗとして出力する波形を同期パルス波形ＶuSYN，ＶvSYN，Ｖ
wSYNから非同期パルス波形ＶuAS，ＶvAS，ＶwASへ切替える場合、または、非同期パルス
波形ＶuAS，ＶvAS，ＶwASから同期パルス波形ＶuSYN，ＶvSYN，ＶwSYNへ切替える場合に
、前記ｎが前記ｐ−０．５以上かつｐ＋０．５以下の範囲の値であることを条件として切
替える。
手段２０７は、搬送波周波数Ｆcを出力周波数Ｆinvで除した値ｎを常時演算して、スイッ
チング信号１２３Ｕ〜１２３Ｗとして出力する波形を同期パルス波形ＶuSYN，ＶvSYN，Ｖ
wSYNから非同期パルス波形ＶuAS，ＶvAS，ＶwASへ切替える場合、または、非同期パルス
波形ＶuAS，ＶvAS，ＶwASから同期パルス波形ＶuSYN，ＶvSYN，ＶwSYNへ切替える場合に
、前記ｎが前記ｐ−０．５以上かつｐ＋０．５以下の範囲の値であることを条件として切
替える。
（第６の実施の形態）
次に、本発明に基づく第６の実施の形態の鉄道車両駆動制御装置について説明する。本
発明の第６の実施の形態の鉄道車両駆動制御装置は、前述の本発明の第２の実施の形態の
鉄道車両駆動制御装置に比較して、制御手段２０１の構成と搬送波発生手段２０４の出力
と、パルスモード切替手段２０７の動作が異なる。
次に、本発明に基づく第６の実施の形態の鉄道車両駆動制御装置について説明する。本
発明の第６の実施の形態の鉄道車両駆動制御装置は、前述の本発明の第２の実施の形態の
鉄道車両駆動制御装置に比較して、制御手段２０１の構成と搬送波発生手段２０４の出力
と、パルスモード切替手段２０７の動作が異なる。
その他の構成要素と動作については、前述の本発明の第２の実施の形態の鉄道車両駆動
制御装置と同様であるので、動作が異なる部分について説明する。
制御装置と同様であるので、動作が異なる部分について説明する。
図１６に制御手段２０１の構成例を示す。
搬送波発生手段２０４は、搬送波周波数上限値ＦcUと、搬送波周波数下限値ＦcLと、搬
送波Carを出力する。
送波Carを出力する。
パルスモード切替手段２０７は、出力周波数演算手段２０２の出力である出力周波数Ｆ
invと、搬送波発生手段２０４の出力である搬送波周波数上限値ＦcUと、搬送波周波数下
限値ＦcLと、ベクトル制御手段２０３の出力である出力電圧の大きさ|Ｖ1|と、非同期パ
ルス波形発生手段２０５から出力される各相の非同期パルス波形ＶuAS，ＶvAS，ＶwASと
、同期パルス波形発生手段２０６から出力される各相の同期パルス波形ＶuSYN，ＶvSYN，
ＶwSYNを入力として、スイッチング信号１２３Ｕ〜１２３Ｗを出力する。
invと、搬送波発生手段２０４の出力である搬送波周波数上限値ＦcUと、搬送波周波数下
限値ＦcLと、ベクトル制御手段２０３の出力である出力電圧の大きさ|Ｖ1|と、非同期パ
ルス波形発生手段２０５から出力される各相の非同期パルス波形ＶuAS，ＶvAS，ＶwASと
、同期パルス波形発生手段２０６から出力される各相の同期パルス波形ＶuSYN，ＶvSYN，
ＶwSYNを入力として、スイッチング信号１２３Ｕ〜１２３Ｗを出力する。
同期パルス波形のパルス数ｍ以上の奇数の値ｐを予め設定したとき、パルスモード切替
手段２０７は、搬送波周波数上限値ＦcUを出力周波数Ｆinvで除した値ｎ1と搬送波周波数
下限値ＦcLを出力周波数Ｆinvで除した値ｎ2を常時演算して、スイッチング信号１２３Ｕ
〜１２３Ｗとして出力する波形を同期パルス波形ＶuSYN，ＶvSYN，ＶwSYNから非同期パル
ス波形ＶuAS，ＶvAS，ＶwASへ切替える場合、または、非同期パルス波形ＶuAS，ＶvAS，
ＶwASから同期パルス波形ＶuSYN，ＶvSYN，ＶwSYNへ切替える場合に、前記ｎ1が前記ｐ＋
０．５以下で、かつ前記ｎ2がｐ−０．５以上の範囲の値であることを条件として切替え
る。
手段２０７は、搬送波周波数上限値ＦcUを出力周波数Ｆinvで除した値ｎ1と搬送波周波数
下限値ＦcLを出力周波数Ｆinvで除した値ｎ2を常時演算して、スイッチング信号１２３Ｕ
〜１２３Ｗとして出力する波形を同期パルス波形ＶuSYN，ＶvSYN，ＶwSYNから非同期パル
ス波形ＶuAS，ＶvAS，ＶwASへ切替える場合、または、非同期パルス波形ＶuAS，ＶvAS，
ＶwASから同期パルス波形ＶuSYN，ＶvSYN，ＶwSYNへ切替える場合に、前記ｎ1が前記ｐ＋
０．５以下で、かつ前記ｎ2がｐ−０．５以上の範囲の値であることを条件として切替え
る。
本発明に基づく鉄道車両駆動制御装置の特徴は、非同期パルス波形発生手段２０５に用
いる搬送波Carの搬送波周波数Ｆcについて、出力周波数Ｆinvが小さい領域では搬送波周
波数上限値ＦcUと搬送波周波数下限値ＦcLとの差が大きく、出力周波数Ｆinvが大きくな
るにつれて搬送波周波数上限値ＦcUと搬送波周波数下限値ＦcLとの差が小さくなるように
したことである。この特徴により、鉄道車両が駅を発車する場合などの速度が小さい領域
でインバータ回路のスイッチングに伴う電磁音の周波数の分散幅を大きくすることができ
るため、耳障りな聴感の低減効果を大きくすることができる。
いる搬送波Carの搬送波周波数Ｆcについて、出力周波数Ｆinvが小さい領域では搬送波周
波数上限値ＦcUと搬送波周波数下限値ＦcLとの差が大きく、出力周波数Ｆinvが大きくな
るにつれて搬送波周波数上限値ＦcUと搬送波周波数下限値ＦcLとの差が小さくなるように
したことである。この特徴により、鉄道車両が駅を発車する場合などの速度が小さい領域
でインバータ回路のスイッチングに伴う電磁音の周波数の分散幅を大きくすることができ
るため、耳障りな聴感の低減効果を大きくすることができる。
また、出力周波数Ｆinvが大きくなるにつれて搬送波周波数上限値ＦcUと搬送波周波数
下限値ＦcLの差を小さくすることで、鉄道車両の速度の変化に対応して電磁音が急激に変
化せずに徐々に変化することによって、耳障りな電磁音の聴感の低減効果を大きくするこ
とができる。
下限値ＦcLの差を小さくすることで、鉄道車両の速度の変化に対応して電磁音が急激に変
化せずに徐々に変化することによって、耳障りな電磁音の聴感の低減効果を大きくするこ
とができる。
さらに、出力周波数Ｆinvが大きくなるにつれて搬送波周波数上限値ＦcUと搬送波周波
数下限値ＦcLの差を小さくすることで、非同期パルス波形と同期パルス波形との切替えに
おいてトルクショックを生じない最適な切替周波数の条件（前述のＦinv2、Ｆinv3、Ｆin
v4）を設定することができるので、この切替周波数においてパルス波形を切替えることで
トルクショックを防止することができる。
数下限値ＦcLの差を小さくすることで、非同期パルス波形と同期パルス波形との切替えに
おいてトルクショックを生じない最適な切替周波数の条件（前述のＦinv2、Ｆinv3、Ｆin
v4）を設定することができるので、この切替周波数においてパルス波形を切替えることで
トルクショックを防止することができる。
これらの効果により、本発明の第１から第６の実施の形態の鉄道車両駆動制御装置によ
れば、車両を駆動する交流電動機に交流電力を供給するインバータ回路のスイッチングに
ともなって交流電動機から発せられる電磁音について、駅から発車するときや駅へ停車す
るときなどの低速での耳障りな電磁音を低減し、かつ、非同期パルス波形と同期パルス波
形の切替え時のトルクショックを防止して乗り心地が悪化することを防止するという、２
つの技術的課題を両立することが可能となる。
れば、車両を駆動する交流電動機に交流電力を供給するインバータ回路のスイッチングに
ともなって交流電動機から発せられる電磁音について、駅から発車するときや駅へ停車す
るときなどの低速での耳障りな電磁音を低減し、かつ、非同期パルス波形と同期パルス波
形の切替え時のトルクショックを防止して乗り心地が悪化することを防止するという、２
つの技術的課題を両立することが可能となる。
なお、前述の本発明の第１から第６の実施の形態の鉄道車両駆動制御装置の構成例では
、駆動用の交流電動機２１は永久磁石形同期電動機として説明しているが、交流電動機２
１は誘導電動機を適用しても良い。この場合は、ベクトル制御手段２０３の構成を誘導電
動機を制御するための構成にすることになる。
、駆動用の交流電動機２１は永久磁石形同期電動機として説明しているが、交流電動機２
１は誘導電動機を適用しても良い。この場合は、ベクトル制御手段２０３の構成を誘導電
動機を制御するための構成にすることになる。
また、前述の本発明の第１から第６の実施の形態の鉄道車両駆動制御装置の構成例では
、同期パルス波形発生手段２０６はパルス数ｍが３の例を示しているが、同期パルス波形
発生手段２０６にパルス数ｍが異なる複数の同期パルス波形の発生手段を内蔵して構成し
、パルス数ｍが異なる複数の同期パルス波形を選択して出力する構成としても良い。
、同期パルス波形発生手段２０６はパルス数ｍが３の例を示しているが、同期パルス波形
発生手段２０６にパルス数ｍが異なる複数の同期パルス波形の発生手段を内蔵して構成し
、パルス数ｍが異なる複数の同期パルス波形を選択して出力する構成としても良い。
また、前述の本発明の第１から第６の実施の形態の鉄道車両駆動制御装置の構成例では
、交流電動機２１の回転子の角度を回転子角度検出手段２５で検出して、ベクトル制御手
段２０３はこの回転子検出手段２５の検出値を用いて制御演算をおこなう構成としている
が、別の構成方法として、ベクトル制御の電圧と電流の制御状態から交流電動機２１の回
転子の角度を推定する方式で構成しても、本発明の効果を同様に得ることができる。
、交流電動機２１の回転子の角度を回転子角度検出手段２５で検出して、ベクトル制御手
段２０３はこの回転子検出手段２５の検出値を用いて制御演算をおこなう構成としている
が、別の構成方法として、ベクトル制御の電圧と電流の制御状態から交流電動機２１の回
転子の角度を推定する方式で構成しても、本発明の効果を同様に得ることができる。
さらに、本発明の第１の実施の形態から第６の実施の形態の鉄道車両駆動制御装置では
、それぞれの実施の形態を示した図におけるインバータ回路である電力変換手段２２につ
いて、２レベル回路で構成した例で示したが、例えば図１７に示す鉄道車両駆動制御装置
のように、インバータ回路である電力変換手段２２を中性点クランプ形の３レベル回路で
構成した場合においても本発明の効果を同様に得ることができる。つまり、本発明の実施
の形態として示した図におけるインバータ回路である電力変換手段２２は、直流電圧を任
意の大きさの電圧と任意の周波数の交流電圧に変換するインバータ回路であれば、その内
部回路の構成によらず適用可能であり、本発明の効果を同様に得ることができる。
、それぞれの実施の形態を示した図におけるインバータ回路である電力変換手段２２につ
いて、２レベル回路で構成した例で示したが、例えば図１７に示す鉄道車両駆動制御装置
のように、インバータ回路である電力変換手段２２を中性点クランプ形の３レベル回路で
構成した場合においても本発明の効果を同様に得ることができる。つまり、本発明の実施
の形態として示した図におけるインバータ回路である電力変換手段２２は、直流電圧を任
意の大きさの電圧と任意の周波数の交流電圧に変換するインバータ回路であれば、その内
部回路の構成によらず適用可能であり、本発明の効果を同様に得ることができる。
また、前述の本発明の第１の実施の形態から第６の実施の形態の鉄道車両駆動制御装置
では、架線１が直流架線（直流電源）の場合を例として記載しているが、架線１が交流架
線（交流電源）の場合には、図１８に示した構成例のように、集電器２と平滑コンデンサ
１１との間に、交流電源を任意の電圧の直流電圧に変換してインバータ回路に供給するた
めの、コンバータ回路を設置することになる。
では、架線１が直流架線（直流電源）の場合を例として記載しているが、架線１が交流架
線（交流電源）の場合には、図１８に示した構成例のように、集電器２と平滑コンデンサ
１１との間に、交流電源を任意の電圧の直流電圧に変換してインバータ回路に供給するた
めの、コンバータ回路を設置することになる。
さらに、前述の本発明の第１の実施の形態から第６の実施の形態の鉄道車両駆動制御装
置では、鉄道車両駆動制御装置の電源が架線の場合を例として記載しているが、電源が電
池の場合には、架線１と集電器２と帰線９の代わりに、電源である電池を接続することに
なる。また、電源が発電機の場合には、架線１と集電器２と帰線９の代わりに、電源であ
る発電機を接続することになり、さらに発電機の出力が交流電圧である場合は、交流電圧
を直流電圧に変換する整流回路やコンバータ回路を設けることになる。
置では、鉄道車両駆動制御装置の電源が架線の場合を例として記載しているが、電源が電
池の場合には、架線１と集電器２と帰線９の代わりに、電源である電池を接続することに
なる。また、電源が発電機の場合には、架線１と集電器２と帰線９の代わりに、電源であ
る発電機を接続することになり、さらに発電機の出力が交流電圧である場合は、交流電圧
を直流電圧に変換する整流回路やコンバータ回路を設けることになる。
なお、この発明は、前記実施の形態そのままに限定されるものではなく、実施段階では
その要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、前記実施の形態に
開示されている複数の構成要素を適宜組み合わせることによって種々の発明を形成できる
。例えば、実施の形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。更
に、異なる実施の形態に亘る構成要素を適宜組み合わせてもよい。
その要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、前記実施の形態に
開示されている複数の構成要素を適宜組み合わせることによって種々の発明を形成できる
。例えば、実施の形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。更
に、異なる実施の形態に亘る構成要素を適宜組み合わせてもよい。
１ 直流電源（架線）
２ 集電器
３ 直流回路遮断器
４ 直流回路開閉器
５ 充電用開閉器
６ 充電回路抵抗器
７ 平滑リアクトル
８ 車輪
９ レール（帰線）
１０ 電源電圧検出手段
１１ 平滑コンデンサ
１２ 直流電圧検出手段
２１ 交流電動機（永久磁石形同期電動機）
２２ 電力変換手段（インバータ回路）
２３Ｕ〜２３Ｚ 電力変換手段（インバータ回路）のスイッチング素子
２４Ｕ、２４Ｗ 電動機電流検出手段
２５ 回転子角度検出手段
３２ コンバータ回路
３３Ｕ〜３３Ｙ コンバータ回路のスイッチング素子
６１ 交流電源（架線）
６２ 交流回路遮断器
６３ 変圧器１次巻線
６４ 変圧器２次巻線
６５ 変圧器３次巻線
６６ 交流電圧検出手段
６７ 交流回路開閉器
６８ 交流回路電流検出手段
１０３ 直流回路遮断器投入指令信号
１０４ 直流回路開閉器投入指令信号
１０５ 充電用開閉器投入指令信号
１１０ 電源電圧検出手段の出力信号（検出値）
１１２ 直流電圧検出手段の出力信号（検出値）
１２３Ｕ〜１２３Ｗ 電力変換手段のスイッチング素子のスイッチング信号
１２４Ｕ、１２４Ｗ 電動機電流検出手段の出力信号
１２５ 回転子角度検出手段の出力信号（検出値）
２０１ 制御手段
２０２ 出力周波数演算手段
２０３ ベクトル制御手段
２０４ 搬送波発生手段
２０５ 非同期パルス波形発生手段
２０６ 同期パルス波形発生手段
２０７ パルスモード切替手段
２０８ 遮断器・開閉器制御手段
３０１ 電流指令演算手段
３０２ 座標変換手段
３０３ 電圧指令演算手段
３０４ 座標変換手段
２ 集電器
３ 直流回路遮断器
４ 直流回路開閉器
５ 充電用開閉器
６ 充電回路抵抗器
７ 平滑リアクトル
８ 車輪
９ レール（帰線）
１０ 電源電圧検出手段
１１ 平滑コンデンサ
１２ 直流電圧検出手段
２１ 交流電動機（永久磁石形同期電動機）
２２ 電力変換手段（インバータ回路）
２３Ｕ〜２３Ｚ 電力変換手段（インバータ回路）のスイッチング素子
２４Ｕ、２４Ｗ 電動機電流検出手段
２５ 回転子角度検出手段
３２ コンバータ回路
３３Ｕ〜３３Ｙ コンバータ回路のスイッチング素子
６１ 交流電源（架線）
６２ 交流回路遮断器
６３ 変圧器１次巻線
６４ 変圧器２次巻線
６５ 変圧器３次巻線
６６ 交流電圧検出手段
６７ 交流回路開閉器
６８ 交流回路電流検出手段
１０３ 直流回路遮断器投入指令信号
１０４ 直流回路開閉器投入指令信号
１０５ 充電用開閉器投入指令信号
１１０ 電源電圧検出手段の出力信号（検出値）
１１２ 直流電圧検出手段の出力信号（検出値）
１２３Ｕ〜１２３Ｗ 電力変換手段のスイッチング素子のスイッチング信号
１２４Ｕ、１２４Ｗ 電動機電流検出手段の出力信号
１２５ 回転子角度検出手段の出力信号（検出値）
２０１ 制御手段
２０２ 出力周波数演算手段
２０３ ベクトル制御手段
２０４ 搬送波発生手段
２０５ 非同期パルス波形発生手段
２０６ 同期パルス波形発生手段
２０７ パルスモード切替手段
２０８ 遮断器・開閉器制御手段
３０１ 電流指令演算手段
３０２ 座標変換手段
３０３ 電圧指令演算手段
３０４ 座標変換手段
Claims (7)
- 車両を駆動する交流電動機と、
直流電圧を任意の電圧と任意の周波数の交流電圧に変換して前記の交流電動機に交流電力
を供給する電力変換手段と、
前記電力変換手段が内蔵するスイッチング素子を各々ＯＮ（導通）・ＯＦＦ（阻止）する
ためのスイッチング信号を出力する制御手段を有し、
制御手段には、
前記電力変換手段が出力する交流電圧の基本波の周波数（出力周波数）を演算して出力す
る出力周波数演算手段と、
前記電力変換手段が出力する交流電圧の各相の交流電圧基本波の半周期に対してパルス数
がｍ（ｍは任意の数）となる波形を出力する同期パルス波形発生手段と、
搬送波を発生して出力する搬送波発生手段と、
前記電力変換手段が出力する交流電圧基本波の半周期あたりの出力パルス数が不定で、変
調波と前記搬送波を比較してパルス幅変調波形を出力する非同期パルス波形発生手段と、
前記非同期パルス波形発生手段から出力される非同期パルス波形と、前記同期パルス波形
発生手段から出力される同期パルス波形を入力として、非同期パルス波形と同期パルス波
形を選択してスイッチング信号として出力するパルスモード切替手段とを有しており、
前記の搬送波発生手段は、前記出力周波数が小さいときには搬送波周波数上限値と搬送波
周波数下限値との差が大きく、また前記出力周波数が大きいときには搬送波周波数上限値
と搬送波周波数下限値との差が小さくなり、かつ、前記出力周波数がｆ（ｆは任意の周波
数）以上では搬送波周波数上限値と搬送波周波数下限値の差がゼロとなるように、搬送波
周波数上限値と搬送波周波数下限値が前記出力周波数に関係して演算され、搬送波周波数
を搬送波周波数上限値と搬送波周波数下限値との間で任意に変更して搬送波を発生して出
力し、
前記パルスモード切替手段は、スイッチング信号として出力する波形を、非同期パルス波
形から同期パルス波形へ、または同期パルス波形から非同期パルス波形へ切替える場合に
、前記出力周波数と前記搬送波周波数に基づき切替えることを特徴とする鉄道車両駆動制
御装置。 - 前記請求項１記載の鉄道車両駆動制御装置において、
前記のパルスモード切替手段は、スイッチング信号として出力する波形を、非同期パルス
波形から同期パルス波形へ、または同期パルス波形から非同期パルス波形へ切替える場合
に、前記出力周波数が前記ｆ以上であり、かつ、前記搬送波周波数を前記出力周波数で除
した値をｎとしたとき、ｎが前記ｍ以上の奇数の値となる条件で切替えるようにしたこと
を特徴とする鉄道車両駆動制御装置。 - 前記請求項１記載の鉄道車両駆動制御装置において、
前記のパルスモード切替手段は、スイッチング信号として出力する波形を、非同期パルス
波形から同期パルス波形へ、または同期パルス波形から非同期パルス波形へ切替える場合
に、前記出力周波数が前記ｆ以上であり、かつ、前記搬送波周波数を前記出力周波数で除
した値をｎとしたとき、前記ｍ以上の任意の奇数の値ｐに対して、前記ｎがｐ―０．５以
上かつｐ＋０．５以下の範囲となる条件で切替えるようにしたことを特徴とする鉄道車両
駆動制御装置。 - 前記請求項１記載の鉄道車両駆動制御装置において、
前記のパルスモード切替手段は、スイッチング信号として出力する波形を、非同期パルス
波形から同期パルス波形へ、または同期パルス波形から非同期パルス波形へ切替える場合
に、前記搬送波周波数上限値を前記出力周波数で除した値をｎ１とし、前記搬送波周波数
下限値を前記出力周波数で除した値をｎ２としたとき、前記ｎ１が前記ｍ以上の任意の奇
数の値ｐに対してｐ＋０．５以下であり、かつ、前記ｎ２が前記ｐに対してｐ−０．５以
上となる条件で切替えるようにしたことを特徴とする鉄道車両駆動制御装置。 - 前記請求項１記載の鉄道車両駆動制御装置において、
前記のパルスモード切替手段は、スイッチング信号として出力する波形を、非同期パルス
波形から同期パルス波形へ、または同期パルス波形から非同期パルス波形へ切替える場合
に、前記搬送波周波数を前記出力周波数で除した値をｎとしたとき、ｎが前記ｍ以上の奇
数の値となる条件を判断して切替えるようにしたことを特徴とする鉄道車両駆動制御装置
。 - 前記請求項１記載の鉄道車両駆動制御装置において、
前記のパルスモード切替手段は、スイッチング信号として出力する波形を、非同期パルス
波形から同期パルス波形へ、または同期パルス波形から非同期パルス波形へ切替える場合
に、前記搬送波周波数を前記出力周波数で除した値をｎとしたとき、前記ｍ以上の任意の
奇数の値ｐに対して、前記ｎがｐ―０．５以上かつｐ＋０．５以下の範囲となる条件を判
断して切替えるようにしたことを特徴とする鉄道車両駆動制御装置。 - 前記請求項１記載の鉄道車両駆動制御装置において、
前記のパルスモード切替手段は、スイッチング信号として出力する波形を、非同期パルス
波形から同期パルス波形へ、または同期パルス波形から非同期パルス波形へ切替える場合
に、前記搬送波周波数上限値を前記出力周波数で除した値をｎ１とし、前記搬送波周波数
下限値を前記出力周波数で除した値をｎ２としたとき、前記ｎ１が前記ｍ以上の任意の奇
数の値ｐに対してｐ＋０．５以下であり、かつ、前記ｎ２が前記ｐに対してｐ−０．５以
上となる条件を判断して切替えるようにしたことを特徴とする鉄道車両駆動制御装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2009050968A JP2010206983A (ja) | 2009-03-04 | 2009-03-04 | 鉄道車両駆動制御装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2009050968A JP2010206983A (ja) | 2009-03-04 | 2009-03-04 | 鉄道車両駆動制御装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2010206983A true JP2010206983A (ja) | 2010-09-16 |
Family
ID=42967903
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2009050968A Pending JP2010206983A (ja) | 2009-03-04 | 2009-03-04 | 鉄道車両駆動制御装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2010206983A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2019193546A (ja) * | 2018-04-27 | 2019-10-31 | 株式会社豊田自動織機 | インバータ |
| WO2024057449A1 (ja) * | 2022-09-14 | 2024-03-21 | 三菱電機株式会社 | 回転機制御装置 |
-
2009
- 2009-03-04 JP JP2009050968A patent/JP2010206983A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2019193546A (ja) * | 2018-04-27 | 2019-10-31 | 株式会社豊田自動織機 | インバータ |
| WO2024057449A1 (ja) * | 2022-09-14 | 2024-03-21 | 三菱電機株式会社 | 回転機制御装置 |
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| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| RD02 | Notification of acceptance of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7422 Effective date: 20111125 |
|
| RD04 | Notification of resignation of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7424 Effective date: 20111205 |