JP3538663B2 - 電気車の駆動システム - Google Patents

電気車の駆動システム

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、電気車の駆動シス
テム、特に、交流電動機を走行用電動機として使用する
電気車の駆動システムに関する。
【0002】
【従来の技術】従来は、電気車の駆動システムとして、
電気車を駆動する走行用電動機とこの電動機を制御する
制御装置とは、通常運転時には、固定的に接続する方式
が原則であり、機器故障時、非常運転時などの非常時の
み走行用電動機と制御装置との接続を切換える方式であ
った。非常時のみ接続を切換える方式として、例えば、
特開昭63−28202号公報及び特開平6−5440
8号公報には、非常運転時に補助機器用電源装置を補助
機器との接続から走行用電動機との接続に切換える方式
が述べられている。また、特開平7−222301号公
報には、電力変換器の故障発生時に、その変換器と接続
されていた走行用電動機を並列運転されている健全な電
力変換器との接続に切換える方式が述べられている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】上記従来技術は、いず
れも機器故障時、非常運転時などの非常時であることを
条件に単純に制御装置を切換えるものであるため、走行
条件に応じた効率的な切換えを考慮していない。
【0004】本発明の課題は、電気車の制御装置と走行
用電動機との切換接続を走行条件に応じて高い効率で行
うに好適な電気車の駆動システムを提供することにあ
る。
【0005】
【課題を解決するための手段】上記課題は、同一出力容
量を有する複数台の走行用交流電動機を同一出力容量を
有する複数台の制御装置で可変速駆動制御して電気車を
走行駆動する電気車の駆動システムにおいて、電気車に
搭載される走行用交流電動機の台数mはm≧3で、制御
装置の台数nはn≧2で、且つ、m>nとし、1台の制
御装置で制御する走行用交流電動機の台数は、電気車の
走行方向に対して後方より前方にある方を多くするよう
に、電気車の走行方向に応じて制御装置と走行用交流電
動機を接続する台数を変えると共に、前方にある個々の
走行用交流電動機の駆動力を後方にある個々の走行用交
流電動機の駆動力より小さくすることによって、解決さ
れる。
【0006】本発明は、駆動輪によって粘着条件が異な
る場合は、条件の良い駆動輪の駆動力を高目にして走行
した方が有利である。この粘着条件の良し悪しで電動機
と制御装置との接続を切換え、条件の良い駆動輪の駆動
力を高目にして走行する。これによって、編成全体とし
て空転が少なく、効率の高い駆動システムとすることが
できる。また、荷重条件や運転条件等で所要トルクが変
化する場合は、制御装置と電動機との接続を切換え、軽
負荷のときは電動機の接続数を少なくすることにより、
電動機1台あたりの出力を大きくして効率の悪い軽負荷
運転を避けることができる。このように、本発明では、
粘着条件や荷重条件等の走行条件に応じて、高い効率で
駆動システムを稼働させることができる。
【0007】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面を
用いて説明する。図1は、本発明の一実施形態である電
気車の駆動システムを示す。本実施形態では、動軸が各
車に1軸ずつある新交通システムタイプの電気車を例に
述べる。図1において、Mc1、Mc2、M2、M3、
M4は5両連結の各電気車、1、2は同容量の制御装置
VVVF、21、22、23、24、25は各々走行用
電動機、11は転換器である。5両連結車の各電気車M
c1、Mc2、M2、M3、M4には、走行用電動機2
1〜25が各1台ずつ取り付けられ、これらの走行用電
動機21〜25は制御装置1若しくは2によって制御さ
れる。転換器11は、電気車がF方向に走行するときは
図中のF側に接続され、前側3台の電動機21〜23が
制御装置1に接続され、後側2台の電動機24〜25が
制御装置2に接続される。逆に、R方向に走行するとき
は図中のR側に接続され、前側3台の電動機23〜25
が制御装置2に接続され、後側2台の電動機21〜22
が制御装置1に接続される。
【0008】転換器11の制御回路を図2に示す。転換
器11がR側にあるとき、F側走行指令線51が加圧さ
れると、R側補助接点42を介してF側逆転器61が加
圧され、転換器11はF側に転換され、指令線51が加
圧されている間はその状態を保つ。この状態でR側走行
指令線52が加圧されると、F側補助接点41を介して
R側逆転器62が加圧され、転換器11はR側に転換さ
れて、指令線52が加圧されている間はその状態を保
つ。
【0009】ここで、一般的に粘着運転される複数連結
の車両では、前側に比べて後側の方が粘着条件が良い。
従って、粘着条件の不利な前側の駆動力を抑え、粘着条
件が有利な後側で駆動力を高めにした方が粘着条件が良
い。本実施形態では、同容量の複数台の制御装置を用い
て、負荷となる電動機の接続を走行方向によって切替
え、前側の電動機よりも後側の電動機の方に駆動力を高
く持たせることに特徴を有する。すなわち、図3に示す
ように、5両連結の各車に動軸が1軸ずつあり、進行方
向の前側から各動軸を順に1〜5軸とした場合、粘着力
の限界は前側に比べて後側の方が高く、粘着条件が良い
ため、粘着条件の不利な前側の1〜3軸の駆動力を抑
え、粘着条件が有利な後側の4〜5軸の駆動力を高くす
る。
【0010】本実施形態の動作を説明する。いま、電気
車が図1のようにR方向に走行しているとき、転換器1
1はR側に接続され、前側3台の電動機23〜25を制
御装置2に接続し、後側2台の電動機21〜22を制御
装置1に接続する。制御装置1、2は同容量であるた
め、電動機1台あたりに供給できる電力は後側2代の電
動機の方が前側3台よりも大きい。このため、電動機2
3〜25(図3の第1〜第3軸に相当)の駆動力は低
く、電動機21〜22(図3の第4〜第5軸に相当)の
駆動力は高くなる。一方、電気車がF方向に走行を転換
し、F側走行指令線51が加圧されると、R側補助接点
42を介してF側逆転器61が加圧され、転換器11は
F側に転換され、前側3台の電動機21〜23を制御装
置1に接続し、後側2台の電動機24〜25を制御装置
2に接続する。このとき、電動機21〜23(図3の第
1〜第3軸に相当)の駆動力は低く、電動機24〜25
(図3の第4〜第5軸に相当)の駆動力は高くなる。な
お、この場合、指令線51が加圧されている間、転換器
11をF側に保つ。また、電気車がF方向からR方向に
走行に転換するときも同様に動作する。
【0011】このように、本実施形態によれば、電気車
の進行方向に対して粘着条件の良い後側の電動機(駆動
軸)の駆動力を高くするように、制御装置と電動機の接
続切換えを行うので、編成全体の駆動力を最大限に引出
すことができ、制御装置の容量アップを最小限にして、
編成全体として空転の少ない高効率の駆動システムとす
ることができる。
【0012】図4は、本発明の他の実施形態を示す。本
実施形態は、4台の制御装置1〜4により、2軸動輪を
もつ台車が3台から構成(B0−B0−B0構成)される
F級(動輪6台)機関車を駆動する例である。転換器1
1〜14は、制御装置1〜4と走行用電動機21〜26
との接続を切換える。機関車がF方向に走行するとき
は、制御装置1が電動機21、23、25の3台を駆動
し、制御装置2、3、4は各々電動機22、24、26
を1台ずつ駆動する。R方向に走行するときは、制御装
置1、2、3が各々電動機21、23、25を駆動し、
制御装置4は電動機22、24、26の3台を駆動す
る。これも、2軸台車の場合、前輪よりも後輪の方が粘
着条件が良いことを考慮したものであり、考え方や効果
は図1による実施形態と同一である。また、転換器11
の制御回路も図2と同一である。
【0013】図5は、本発明の他の実施形態を示す。本
実施形態は、荷重条件や運転条件等で走行用電動機の所
要負荷が変ったときに、制御装置と電動機との接続を切
換える例である。これは、交流電動機において回転磁界
を作るときの励磁電流の全モータ電流に占める割合は、
図6に示すように、制御装置を構成する変換器のV/f
特性が一定のとき、全モータ電流値が高い程、低くな
り、駆動システムとしての効率が高くなることを考慮し
たものである。図6は、トルク−電流特性を示す。横軸
にトルク、縦軸に電流をとると、全モータ電流は90度
位相の遅れた励磁電流とトルク電流をベクトル加算した
量であり、励磁電流の全モータ電流に占める割合は、ト
ルクが大きくなるに従い低くなる。
【0014】図5において、制御装置1に走行用電動機
21〜24、制御装置2にスイッチ11および12を介
してそれぞれ走行用電動機25〜26、27〜28、制
御装置3に走行用電動機29〜32をそれぞれ接続した
場合、例えば、満車荷重時や非常運転時などで所要トル
ク大のときは、スイッチ11、12を閉じて制御装置
1、2、3とも稼働させ、電動機12台21〜32をフ
ルに稼働させる。定員荷重時などで上記の5/6程のト
ルクが所要のときは、電動機21〜32に流すモータ電
流を下げる代わりに、スイッチ12を開いて電動機21
〜26、29〜32の10台をフルに稼働させる。空車
荷重等で所要トルクが2/3程になったときは、更にス
イッチ11を開いて電動機21〜24、29〜32の8
台のみでフルに稼働させる。
【0015】本実施形態によれば、所要負荷や運転条件
等が変って電動機の所要トルクの大きさが変ったとき、
制御装置と電動機との接続を切換えるので、図6に示す
「切換有」の範囲で電動機を稼働することになり、電動
機1台あたりの出力を大きくすることができる。このた
め、編成全体として高効率の駆動システムとすることが
できる。因に、従来のように、制御装置と電動機との接
続を固定とした場合には、図6に示す「切換なし」の範
囲でモータ電流を変化させて電動機を稼働することにな
るため、特に軽負荷運転のとき、効率の悪い駆動システ
ムとなる。
【0016】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
駆動輪によって粘着条件が異なる場合は、条件の良い駆
動輪の駆動力を高目にして走行するように制御装置と電
動機との接続を切換えるので、編成全体の駆動力を最大
限に引出すことができ、制御装置の容量アップを最小限
にして、編成全体として空転が少なく、効率の高い駆動
システムとすることができる。また、荷重条件や運転条
件等で所要トルクが変化する場合は、制御装置と電動機
との接続を固定したままモータ電流を変化させる代わり
に、制御装置と電動機との接続を切換えて電動機1台あ
たりの出力を大きくするので、効率の悪い軽負荷運転を
避けることができ、高い効率で駆動システムを稼働させ
ることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態である電気車の駆動システ
ム図
【図2】転換器の制御回路図
【図3】粘着と駆動力の関係を説明する図
【図4】本発明の他の実施形態
【図5】本発明の他の実施形態
【図6】トルク−電流特性図
【符号の説明】
1〜4…制御装置 11〜13…転換器又は
スイッチ 21〜32…走行用電動機 41〜42…転換器補助
接点 51〜52…走行方向指令線 61〜62…逆転器
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平5−168104(JP,A) 特開 平4−334902(JP,A) 特開 平7−245812(JP,A) 特開 平6−54408(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H02P 7/74 B60L 9/00 - 9/32 B60L 15/00 - 15/38

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】同一出力容量を有する複数台の走行用交流
    電動機を同一出力容量を有する複数台の制御装置で可変
    速駆動制御して電気車を走行駆動する電気車の駆動シス
    テムにおいて、前記電気車に搭載される前記走行用交流電動機の台数m
    はm≧3で、前記制御装置の台数nはn≧2で、且つ、
    m>nとし、1台の前記制御装置で制御する前記走行用
    交流電動機の台数は、前記電気車の走行方向に対して後
    方より前方にある方を多くするように、前記電気車の走
    行方向に応じて前記制御装置と前記走行用交流電動機を
    接続する台数を変えると共に、前方にある個々の前記走
    行用交流電動機の駆動力を後方にある個々の前記走行用
    交流電動機の駆動力より小さくする ことを特徴とする電
    気車の駆動システム。
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