JP4432718B2

JP4432718B2 - 鉄道車両用ドア駆動装置

Info

Publication number: JP4432718B2
Application number: JP2004299498A
Authority: JP
Inventors: 芳信佐藤
Original assignee: Fuji Electric Systems Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 2004-10-14
Filing date: 2004-10-14
Publication date: 2010-03-17
Anticipated expiration: 2024-10-14
Also published as: JP2006111100A

Description

本発明は鉄道車両用ドア駆動装置に関し、詳しくは、ドア駆動用の電動機を過熱状態から保護する温度保護手段を備えた鉄道車両用ドア駆動装置に関するものである。

図４は、この種のドア駆動装置の従来技術を示すブロック図である。
図４において、１は鉄道車両用ドア、２はドア１を閉位置で施錠し固定する施錠装置、３はドア１に推力を与えるリニアモータ、４はドア１の位置を検出する位置センサ、５はリニアモータ３を駆動する電力変換器、６は電力変換器５の出力電流（リニアモータ３の電流）を検出する電流検出器、７はドア開閉指令と位置センサ４及び施錠装置２の出力信号が入力されてドア１の位置に応じた速度制御を行うべく電流指令値を出力する速度制御部、８は前記電流検出器６による電流検出値が前記電流指令値に一致するように制御動作する電流制御部、９は前記電流検出値に基づいてリニアモータ３の動作状態に応じた温度上昇を推定し、必要に応じて電力変換器５に停止指令を出力する温度上昇推定器である。なお、前記速度制御部７、電流制御部８及び電力変換器５はリニアモータ３の駆動手段を構成している。

この従来技術の動作を説明すると、ドア１の開閉指令に基づき、速度制御部７においてドア１の位置に応じた速度制御を行い、電流制御部８は速度制御部７からの電流指令値どおりの電流が流れるように電力変換器５に指令を与える。この指令に従って電力変換器５がリニアモータ３を駆動し、ドア１が施錠装置２の位置まで到達したら施錠装置２によりドア１を閉位置で固定する。
また、電流検出器６による電流検出値の時間積分値が設定値を超えた場合には、温度上昇推定器９が、リニアモータ３が過熱状態になったことを推定して停止指令により電力変換器５の動作を停止させ、リニアモータ３の温度保護を図るようになっている。

図５は、上記従来技術の温度保護例を示す特性図である。リニアモータ３の温度保護を行う場合には、電力変換器５の電流指令値を最大電流値からゼロに切り換えてその運転を停止させている。

ここで、電動機の温度保護に関する先行技術文献としては、特許文献１に記載されたインバータ制御装置が知られている。
このインバータ制御装置では、インバータの出力電流検出値から電動機の巻線温度上昇値を推定し、その値を時間積分した温度上昇積分値が電動機の絶縁種別に応じた許容温度上昇値を超えた場合に電動機への電力供給を停止して、電動機の過熱による焼損を防いでいる。

特開平６−２５３５９３号公報（［０００５］，［０００６］、図１，図２等）

一般的に鉄道車両において、ドアの開閉動作時に障害物が挟まった場合には、電動機がドアを閉方向または開方向に駆動する推力を出し続けるため、電動機の温度が上昇する。この場合、図４，図５に示した従来技術や特許文献１の如く温度保護のために電動機への電力供給を停止すると、ドアを駆動する力がなくなってドアを容易に開け閉めできるようになり、これによってドアから人や物が落下する危険性がある。
従って、温度保護動作を行う場合にも電動機に連続定格電流値以下の電流を供給して電動機を駆動し続けることが望ましい。

一方、鉄道車両用ドアにおいては、ドアが閉まらずに施錠できないと列車が出発できなくなり、運行上、大きな支障を生じる。
このため、鉄道車両用ドア駆動装置では、電動機の温度保護を行いながらドアの施錠に必要な推力を電動機が出力する必要がある。そこで、施錠時には、電動機の電流を連続定格電流値に維持して施錠に必要な推力を確保する方式が考えられるが、これによると電動機の体格や重量が増加するという問題がある。

そこで、本発明の解決課題は、鉄道車両用ドアに要求される、電動機の温度保護と施錠に必要な推力の確保を両立させながら、電動機の連続定格電流値を下げて電動機の体格や重量の低減を可能にした鉄道車両用ドア駆動装置を提供することにある。

上記課題を解決するため、請求項１に記載した発明は、ドアを閉位置にて施錠する施錠手段と、ドアに推力を与えるための電動機と、ドア開閉指令に応じて電動機を駆動するための駆動手段と、電動機の動作状態に基づいて電動機の温度上昇を推定する温度上昇推定手段と、この温度上昇推定手段の出力によって電動機の電流を制限する温度保護用制限手段と、施錠を行うための電動機の電流指令値を演算する施錠動作演算手段と、この施錠動作演算手段の出力によって電動機の電流を制限する施錠動作用制限手段と、を備え、
前記温度上昇推定手段により電動機の温度上昇値が設定値以上になったことを推定した場合に、前記温度保護用制限手段により電動機の電流を連続定格電流値以下に制限し、かつ、
前記ドア開閉指令による施錠動作中であってドアが動かなくなったことを検出したときには、前記施錠動作演算手段により、電動機の熱時定数よりも十分短い時間において電動機の連続定格電流値以上の電流と連続定格電流値以下の電流とを交互に流すような電流指令値を演算し、この電流指令値を前記施錠動作用制限手段に与えて電動機の熱時定数時間内の平均電流値を前記連続定格電流値以下とするものである。

電動機の熱時定数は体格にもよるが数十分程度である。また、通常、ドアの１回の開閉動作時間は数秒であり、電動機が施錠に必要な推力を出力する時間は１秒以下と、電動機の熱時定数から見れば十分に短い時間である。従って、施錠に必要な電流を電動機に流す時間も短時間で足りる。
本発明においては、ドアの施錠動作時に、連続定格電流値以上であって施錠に必要な推力を得るための電流と、連続定格電流値以下であって電動機を過熱させない程度の電流とを交互に流すような電流指令値を生成し、この電流指令値に従って電動機の熱時定数内での平均電流値を連続定格電流値以下とするものである。これにより、電動機の連続定格電流値を低い値に保って電動機の体格や重量の増加を招くことなく、電動機の温度保護と施錠に必要な推力の確保とが可能となる。

以下、図に沿って本発明の実施形態を説明する。
図１はこの実施形態の構成を示すブロック図であり、図４と同一の構成要素には同一番号を付して説明を省略し、以下では異なる部分を中心に説明する。

図１において、速度制御部７から出力される電流指令値は、温度保護用リミッタ１０と施錠動作用リミッタ１２とによって制限可能となっている。
温度保護用リミッタ１０は、温度上昇推定器９の出力によって電流制限動作を行うものであり、温度上昇推定器９の出力は図４と異なって電力変換器５には加えられていない。
また、前記施錠動作用リミッタ１２は、施錠動作演算器１１の出力によって電流制限動作を行うものであり、この施錠動作演算器１１には、施錠装置２の出力と位置センサ４の出力とが加えられている。施錠動作演算器１１は、これらの出力を用いて施錠用の電流制限パターン（後述する図３の施錠動作用リミッタ値のパターン）を演算し、施錠動作用リミッタ１２を動作させる。

ここで、リニアモータ３等の電動機の温度上昇値は数式１で示され、定常的には電動機損失に比例している。

電動機の損失Ｐには銅損、鉄損、機械損等があるが、ドア駆動用の電動機においてドアに障害物が挟まって動かない場合には銅損が支配的となり、その時の損失は電流の２乗にほぼ比例する。そこで、温度上昇推定器９では、電流検出器６の出力である電流検出値を用いて、数式２のように連続定格電流値以上の電流による損失を積算し、この損失積算値をもって温度上昇値を推定している。

温度上昇推定器９は、数式２の損失積算値Ｌが設定値を超えた場合に、リニアモータ３の温度上昇値が設定値以上になったと推定し、温度保護用リミッタ１０を動作させて電流指令値をリニアモータ３の連続定格電流値以下に抑制し、モータ３の温度保護を行う。

次に、図２は施錠動作演算器１１の動作を示すフローチャートである。
図２において、まず、ドア１の開閉指令により施錠動作を行うモード（ドア１を開閉するモード）か否かを判断し（Ｓ１）、車両走行中のような通常動作の場合（Ｓ１ＮＯ）には、後述するタイマ１，２（施錠動作演算器１１の内部に設けられている）のカウント値をクリアすると共に施錠用出力モードを解除する（Ｓ２）。そして、施錠動作用リミッタ値（リニアモータ３の電流指令値）を最大電流値として（Ｓ３）終了する。

ドア１の開閉指令により施錠動作モードであることが検出された場合（Ｓ１ＹＥＳ）、施錠途中に障害物が挟まった等の原因によりドア１が動かなくなったことを施錠装置２及び位置センサ４の出力により検出すると（Ｓ４ＹＥＳ）、タイマ１のカウント値が設定値を超えるまでの一定期間は、施錠動作用リミッタ値を連続定格電流値以上の施錠用電流指令値に保ちながらタイマ１をカウントアップする（Ｓ５ＮＯ，Ｓ６，Ｓ７）。なお、上記施錠用電流指令値は、ドア１を施錠するためにドア１に所定の推力を与えるようなリニアモータ３の電流指令値である。

そして、タイマ１のカウント値が設定値を超えたら（Ｓ５ＹＥＳ）、施錠用出力モードをクリアすると共に、タイマ１のカウント値をリセットする（Ｓ８）。
これにより、ステップＳ４のＮＯ分岐からステップＳ９へジャンプし、別のタイマ２のカウント値が設定値を超えるまでの一定期間は、施錠動作用リミッタ値を連続定格電流値以下の冷却用電流指令値に保ちながらタイマ２をカウントアップする（Ｓ９ＮＯ，Ｓ１０，Ｓ１１）。なお、上記施錠用電流指令値は、リニアモータ３を冷却するために適切な電流指令値である。

その後、タイマ２のカウント値が設定値を超えたら（Ｓ９ＹＥＳ）、施錠用出力モードをセットすると共に、タイマ２のカウント値をリセットする（Ｓ１２）。
これにより、再びステップＳ４のＹＥＳ分岐からステップＳ５へジャンプし、以後は前記同様の動作が繰り返される。すなわち、施錠動作モード（Ｓ１）が解除されるまでは、施錠動作用リミッタ値として施錠用電流指令値と冷却用電流指令値とが交互に選択されて施錠動作演算器１１から出力されることになる。

図３は、上記施錠動作用リミッタ値の時間変化を示しており、時間Ｔ_１はタイマ１のカウント値に相当する施錠用電流指令値出力時間（施錠用電流出力時間）、時間Ｔ_２はタイマ２のカウント値に相当する冷却用電流指令値出力時間（冷却用電流出力時間）である。
図３に示すように連続定格電流値以下の冷却用電流指令値に従ってリニアモータ３に電流を流すことにより、前述した数式２の損失積算値Ｌが減少し、これが設定値以下になることで温度保護用リミッタ１０による電流制限が解除される。その後、施錠に必要な推力を発生するように施錠用電流指令値に従ってモータ３に電流を流すことができるため、障害物が取り除かれてドア１が動くようになると、速やかに施錠することが可能となる。
なお、図３では施錠用電流指令値の大きさを最大電流値に等しくしているが、施錠用電流指令値は連続定格電流値以上で最大電流値以下であればよい。

この時、施錠用電流、冷却用電流及びこれらの出力時間が下記の数式３の関係を満たすように各指令値及びタイマ１，２を設定することで、リニアモータ３の熱時定数時間内の平均電流値を連続定格電流値以下に保ち、モータ３の温度保護を行いながら継続的に施錠に必要な電流を流すことが可能となるものである。なお、数式３に示すように、時間Ｔ_１，Ｔ_２の和は電動機（リニアモータ３）の熱時定数よりも十分に短いものとする。

本発明の実施形態を示すブロック図である。図１における施錠動作演算器の動作を示すフローチャートである。実施形態における施錠動作用リミッタ値の時間変化を示す図である。従来技術を示すブロック図である。従来技術におけるリニアモータの温度保護例を示す特性図である。

符号の説明

１：ドア
２：施錠装置
３：リニアモータ
４：位置センサ
５：電力変換器
６：電流検出器
７：速度制御部
８：電流制御部
９：温度上昇推定器
１０：温度保護用リミッタ
１１：施錠動作演算器
１２：施錠動作用リミッタ

Claims

ドアを閉位置にて施錠する施錠手段と、ドアに推力を与えるための電動機と、ドア開閉指令に応じて電動機を駆動するための駆動手段と、電動機の動作状態に基づいて電動機の温度上昇を推定する温度上昇推定手段と、この温度上昇推定手段の出力によって電動機の電流を制限する温度保護用制限手段と、施錠を行うための電動機の電流指令値を演算する施錠動作演算手段と、この施錠動作演算手段の出力によって電動機の電流を制限する施錠動作用制限手段と、を備え、
前記温度上昇推定手段により電動機の温度上昇値が設定値以上になったことを推定した場合に、前記温度保護用制限手段により電動機の電流を連続定格電流値以下に制限し、かつ、
前記ドア開閉指令による施錠動作中であってドアが動かなくなったことを検出したときには、前記施錠動作演算手段により、電動機の熱時定数よりも十分短い時間において電動機の連続定格電流値以上の電流と連続定格電流値以下の電流とを交互に流すような電流指令値を演算し、この電流指令値を前記施錠動作用制限手段に与えて電動機の熱時定数時間内の平均電流値を前記連続定格電流値以下とすることを特徴とする鉄道車両用ドア駆動装置。