JP2019071717A

JP2019071717A - インバータ制御装置及びプログラム

Info

Publication number: JP2019071717A
Application number: JP2017196279A
Authority: JP
Inventors: 和樹伊藤; Kazuki Ito
Original assignee: Toyo Electric Manufacturing Ltd
Current assignee: Toyo Electric Manufacturing Ltd
Priority date: 2017-10-06
Filing date: 2017-10-06
Publication date: 2019-05-09

Abstract

【課題】ブレーキ解除時の車両振動を抑制する。【解決手段】インバータ制御装置２０は、複数群のインバータ回路の各スイッチング素子に対するゲート信号を生成するゲート信号生成部２２と、ブレーキ解除指令から所定の時間内に力行指令を受信した場合に、インバータ回路のごとにゲート信号のゲートスタート時素を設定する時素設定部２１と、を備える。【選択図】図２

Description

本発明は、各車両の電動機を制御するインバータ回路を複数制御するインバータ制御装置及びプログラムに関する。

従来、電気車のブレーキ装置として様々な方式が存在するが、摩擦材を車両踏面やディスクに押し付け、その摩擦によってブレーキ力を得る押付機構が広く用いられている。押付機構は、車輪踏面ブレーキ方式とディスクブレーキ方式に大別される。車輪踏面ブレーキ方式では、テコ機構を介して増強された力により制輪子（ブレーキシュー）を車輪踏面に押し付ける。現在では、ブレーキシリンダとテコ機構とをコンパクトにまとめ、取り付けの簡易化と軽量化を図り、防塵構造により環境条件の影響を受けにくくしたユニットブレーキも普及している。一方、ディスクブレーキ方式では、輪軸又は車輪側面に取り付けられたブレーキディスクにライニングを押し付ける。

また、特許文献１には、鉄道車両の車輪の前後から該車輪の踏面に押し付けられる前後別個の制輪子と、空気式のブレーキシリンダと、このブレーキシリンダへの圧力空気の供給・抜き出しを制御する電磁弁と、ブレーキシリンダに装備された復元バネと、ブレーキシリンダ及び復元バネの動きを上記制輪子に伝えるリンク機構と、を備え、ブレーキシリンダへの圧力空気の供給によって制輪子が車輪に押し付けられ、圧力空気の抜き出しによって制輪子が引き離される両抱式踏面ブレーキ装置において、ブレーキシリンダに隣接して配置された、該ブレーキシリンダ内の圧力空気を急速に抜く吐出電磁弁を備えることにより、付随台車及び付随車両のブレーキ氷結現象を的確に解除でき、タイヤフラットを防止することができる両抱式踏面ブレーキ装置が開示されている。

特開２０００−２５５４２９号公報

しかしながら、従来の電気車においては、電気車の同一編成内の車両間でブレーキ方式、ブレーキ装置のメーカ、車重などが異なる場合には、停止状態（ブレーキノッチ投入状態）からブレーキ解除（ノッチオフ）後に直ちに力行操作したときに、各車両を制御する装置が同時にゲート信号を出力したとしても、ＢＣ圧（ブレーキシリンダ圧）の抜け方の違い、すなわちブレーキを解除したときの空気圧の下がり方の違いにより、車両が動き出すタイミングが異なり、車両衝動を引き起こすおそれがあった。

かかる事情に鑑みてなされた本発明の目的は、ブレーキ解除時の車両振動を抑制することが可能なインバータ制御装置及びプログラムを提供することにある。

上記課題を解決するため、本発明に係るインバータ制御装置は、各車両の電動機を制御するインバータ回路を複数制御するインバータ制御装置であって、複数のインバータ回路の各スイッチング素子に対するゲート信号を生成するゲート信号生成部と、ブレーキ解除指令から所定の時間内に力行指令を受信した場合に、前記インバータ回路ごとに前記ゲート信号のゲートスタート時素を設定する時素設定部と、を備えることを特徴とする。

さらに、本発明に係るインバータ制御装置において、前記時素設定部は、異なる車両の電動機を制御するインバータ回路間で、異なる値のゲートスタート時素を設定することを特徴とする。

さらに、本発明に係るインバータ制御装置において、前記時素設定部は、ブレーキ解除時の空気圧の下がり方が大きいブレーキ方式を採用する車両の電動機を制御するインバータ回路ほど、長いゲートスタート時素を設定することを特徴とする。

また、上記課題を解決するため、本発明に係るプログラムは、コンピュータを、上記インバータ制御装置として機能させることを特徴とする。

本発明によれば、ブレーキ解除時の車両振動を抑制することができるようになる。

電気車の同一編成内の車両間でブレーキ方式が異なる例を示す図である。本発明の一実施形態に係るインバータ制御装置の構成例を示す図である。ゲートスタート時素を設けない場合の、ＢＣ圧の抜け方と力行トルクとの関係を示す図である。各インバータ回路に同一のゲートスタート時素を設けた場合の、ＢＣ圧の抜け方と力行トルクとの関係を示す図である。本発明の一実施形態に係るインバータ制御装置によりゲートスタート時素を設けた場合の、ＢＣ圧の抜け方と力行トルクとの関係を示す図である。

以下、本発明の一実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。

図１は、電気車の同一編成内の車両間でブレーキ方式が異なる例を示す図である。ブレーキ装置は各車両に搭載される。図１（ａ）の編成で各車両のブレーキ方式が同一であったとしても、Ｔ車をＭ１車に改造して図１（ｂ）示すような編成になった場合には、Ｍ１車のブレーキ方式は、Ｍ車及びＭ２車のブレーキ方式と異なる可能性がある。ここで、Ｔ車は動力車を意味し、Ｍ車は付随車を意味し、Ｔｃ車は制御付随車を意味する。また、図１では、３台のＭ車を区別するために、Ｍ車、Ｍ１車、Ｍ２車とし、２台のＴｃ車を区別するために、Ｔｃ１車、Ｔｃ２車としている。

以下、本実施形態では、図１（ｂ）に示した編成の電気車のインバータ制御について説明する。説明の際にインバータ装置１０−１及び１０−２を区別する必要がない場合には、インバータ装置１０と称する。

インバータ装置１０は、複数のスイッチング素子を有するインバータ回路を備える。そして、インバータ装置１０は、各スイッチング素子をスイッチングさせて、集電した直流電力を三相交流電力に変換し、電動機に出力する。インバータ装置１０は一般的には、ＶＶＶＦ（Variable Voltage Variable Frequency）制御により、三相交流電力の電圧及び周波数を変化させる。

本実施形態では、インバータ装置１０−２は２群構成（複数群構成）となっており、第１群のインバータ回路がＭ１車の４個の電動機を制御し、第２群のインバータ回路がＭ２車の４個の電動機を制御する。また、インバータ装置１０−１は、１群のインバータ回路によりＭ車の４個の電動機を制御するが、後述する時素の設定のために第２群と認識させる。インバータ装置１０は、インバータ制御装置によって制御される。

図２は、本発明の一実施形態に係るインバータ制御装置の構成例を示す図である。図２に示す例では、インバータ制御装置２０は、時素設定部２１と、ゲート信号生成部２２とを備える。インバータ制御装置２０は、各車両の電動機を制御するインバータ回路を複数制御する。本実施形態では、インバータ装置１０−１が有する１つのインバータ回路と、インバータ装置１０−２が有する２つのインバータ回路とを制御する。

ゲート信号生成部２２は、複数のインバータ回路の各スイッチング素子に対するゲート信号を生成する。より詳細には、ゲート信号生成部２２は、第１群ゲート信号生成部２２１と、第２群ゲート信号生成部２２２とを備える。

第１群ゲート信号生成部２２１は、ＰＷＭ制御により、第１群のインバータ回路（本実施形態では、Ｍ１車の電動機を制御するインバータ回路）の各スイッチング素子に対するゲート信号を生成する。第２群ゲート信号生成部２２２は、ＰＷＭ制御により、第２群のインバータ回路（本実施形態では、Ｍ車の電動機を制御するインバータ回路、及びＭ２車の電動機を制御するインバータ回路）の各スイッチング素子に対するゲート信号を生成する。

時素設定部２１は、マスターコントローラ（マスコン）からブレーキ解除（ブレーキオフ）指令及び力行指令を受信する。そして、時素設定部２１は、マスターコントローラから、ブレーキ解除指令の直後（すなわち、ブレーキ解除指令から所定の時間内）に力行指令を受信した場合に、インバータ回路ごとにゲート信号のゲートスタート時素を設定する。ここで、ゲートスタート時素とは、第１群ゲート信号生成部２２１及び第２群ゲート信号生成部２２２が、それぞれ力行指令を受信してからゲート信号を出力するまでの遅延時間である。また、ブレーキ解除指令の直後に力行指令を受信する場合とは、例えば勾配起動時や後退起動時で、車両停止状態でブレーキノッチから即、力行一括ノッチを投入するような場合である。また、駅発車時などの場合でも、運転操作によってはブレーキノッチから即、力行一括ノッチを投入する場合がある。

時素設定部２１は、第１群ゲート信号生成部２２１と、第２群ゲート信号生成部２２２とにそれぞれ異なるゲートスタート時素を出力することにより、ブレーキ方式の異なる車両の電動機を制御するインバータ回路間で、異なる値のゲートスタート時素を設定することができる。なお、第１群のインバータ回路と第２群のインバータ回路のいずれか一方のみにゲートスタート時素を設定してもよい。すなわち、本明細書におけるゲートスタート時素は０秒を含むものとし、０秒のゲートスタート時素を設定することと、ゲートスタート時素を設定しないことは同義である。

短いゲートスタート時素が設定されたゲート信号により動作するインバータ回路は、長いゲートスタート時素が設定されたゲート信号により動作するインバータ回路よりも先に車両の力行動作を開始させることになる。本実施形態では、第１群のインバータ回路がＭ１車の電動機を制御し、第２群のインバータ回路がＭ車及びＭ２車の電動機を制御するため、Ｍ車及びＭ２車は同じタイミングで力行動作を開始するが、Ｍ１車とは力行動作を開始するタイミングが異なることになる。

従来のインバータ制御では、ゲートスタート時素を設けていない。この場合において、図１（ｂ）に示した編成のＭ車、Ｍ１車、Ｍ２車のＢＣ圧の抜け方と力行トルクとの関係を図３に示す。横軸は時間であり、縦軸はブレーキ力及び力行引張力である。見やすいようにＢＣ圧力（ｋｐａ）と出力トルク（Ｎ・ｍ）とを同一単位（ｋＮ）に換算している。この点は、後述する図４及び図５についても同じである。

ブレーキ解除（ブレーキオフ）すると、ブレーキ装置のＢＣ圧は徐々にゼロまで低下する。図１（ｂ）に示した編成において、Ｍ１車のＢＣ圧の抜け方は、Ｍ車及びＭ２車よりも大きい（速い）ものとする。ブレーキオフと同時に力行操作を開始すると、ゲートスタート時素がゼロである場合には、第１群のインバータ回路及び第２群のインバータ回路は、直ちに力行動作を開始し、力行トルクが所定の値に達するまで増加する。力行トルクがＢＣ圧を上回った時に車両は起動する。図３では、単位を揃えているためＢＣ圧の曲線と力行トルクの直線とが交わる時刻に車両は起動する。図３から分かるように、ゲートスタート時素を設けない場合には、Ｍ１車が起動するタイミングと、Ｍ車及びＭ２車が起動するタイミングとが一致しない。その結果、車両衝動が生じてしまう。

図４に、第１群のインバータ回路に対する第１のゲートスタート時素と第２群のインバータ回路に対する第２のゲートスタート時素とが同一である場合の、ＢＣ圧とトルクの関係を示す。ＢＣ圧の抜け方は図３と同じである。図４に示す例では、ゲートスタート時素を、ブレーキが解除されてからＭ車及びＭ２車のＢＣ圧がともにゼロになるまでの時間としている。この場合には、図４から分かるように、Ｍ１車、Ｍ車、及びＭ２車の起動タイミングは同一となるため車両振動は生じないが、車両が加速するまでに時間がかかってしまう。

一方、本発明に係るインバータ制御装置２０は、ブレーキ解除時の空気圧の下がり方が大きいブレーキ方式を採用する車両の電動機を制御するインバータ回路ほど、長いゲートスタート時素を設定する。図５に、本発明に係るインバータ制御装置２０により、第１群のインバータ回路に対する第１のゲートスタート時素と第２群のインバータ回路に対する第２のゲートスタート時素とを異なる値とした場合の、ＢＣ圧とトルクの関係を示す。ＢＣ圧の抜け方は図３及び図４と同じである。

インバータ制御装置２０は、ＢＣ圧の抜け方の大きいブレーキ方式を採用する車両（Ｍ１車）の電動機を制御する第１群のインバータ回路には長いゲートスタート時素を設定し、ＢＣ圧の抜け方の小さいブレーキ方式を採用する車両（Ｍ車及びＭ２車）の電動機を制御する第２群のインバータ回路には短いゲートスタート時素を設定する。例えば、時素設定部２１は、第１群のインバータ回路のゲートスタート時素を第２群のインバータ回路のゲートスタート時素よりも１．５秒遅い値に設定する。このように、ＢＣ圧の抜け方を考慮してインバータ回路ごとにゲートスタート時素を設定することにより、Ｍ車、Ｍ１車、及びＭ２車を同時に起動させて車両振動を抑制することができる。また、ＢＣ圧がゼロになるまで待つ必要がないため、車両の加速の遅れも短縮することができる。

以上、インバータ制御装置２０について説明したが、インバータ制御装置２０として機能させるためにコンピュータを好適に用いることが可能である。そのようなコンピュータは、インバータ制御装置２０の各機能を実現する処理内容を記述したプログラムを該コンピュータの記憶部に格納しておき、該コンピュータのＣＰＵによってこのプログラムを読み出して実行させることで実現することができる。

また、このプログラムは、コンピュータ読取り可能媒体に記録されていてもよい。コンピュータ読取り可能媒体を用いれば、コンピュータにインストールすることが可能である。ここで、プログラムが記録されたコンピュータ読取り可能媒体は、非一過性の記録媒体であってもよい。非一過性の記録媒体は、特に限定されるものではないが、例えば、ＣＤ−ＲＯＭやＤＶＤ−ＲＯＭなどの記録媒体であってもよい。

上述の実施形態は代表的な例として説明したが、本発明の趣旨及び範囲内で、多くの変更及び置換ができることは当業者に明らかである。したがって、本発明は、上述の実施形態によって制限するものと解するべきではなく、特許請求の範囲から逸脱することなく、種々の変形や変更が可能である。例えば、実施形態の構成図に記載の複数の構成ブロックを１つに組み合わせたり、あるいは１つの構成ブロックを分割したりすることが可能である。

例えば、上述の実施形態では２群のインバータ回路を制御する場合を例に説明したが、インバータ回路が３群以上の場合も同様に制御することができる。

１０インバータ装置
２０インバータ制御装置
２１時素設定部
２２ゲート信号生成部
２２１第１群ゲート信号生成部
２２２第２群ゲート信号生成部

Claims

各車両の電動機を制御するインバータ回路を複数制御するインバータ制御装置であって、
複数のインバータ回路の各スイッチング素子に対するゲート信号を生成するゲート信号生成部と、
ブレーキ解除指令から所定の時間内に力行指令を受信した場合に、前記インバータ回路ごとに前記ゲート信号のゲートスタート時素を設定する時素設定部と、
を備えることを特徴とするインバータ制御装置。
前記時素設定部は、異なる車両の電動機を制御するインバータ回路間で、異なる値のゲートスタート時素を設定することを特徴とする、請求項１に記載のインバータ制御装置。
前記時素設定部は、ブレーキ解除時の空気圧の下がり方が大きいブレーキ方式を採用する車両の電動機を制御するインバータ回路ほど、長いゲートスタート時素を設定することを特徴とする、請求項１又は２に記載のインバータ制御装置。
コンピュータを、請求項１から３のいずれか一項に記載のインバータ制御装置として機能させるためのプログラム。