JP4969503B2

JP4969503B2 - 車両用電力変換装置及び車両用駆動制御装置

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Publication number: JP4969503B2
Application number: JP2008106861A
Authority: JP
Inventors: 聖東; 彰佐竹
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2008-04-16
Filing date: 2008-04-16
Publication date: 2012-07-04
Anticipated expiration: 2028-04-16
Also published as: JP2009261128A

Description

この発明は、永久磁石電動機で駆動される車両を対象とし、特に高速運転時の電動機誘起電圧に対応可能な車両用電力変換装置及び車両用駆動制御装置に関する。

従来の車両用駆動制御装置においては、例えばインバータと永久磁石電動機の間に設けた電流検出器によってインバータの出力電流に異常を検出した場合、永久磁石電動機とインバータ間に接続されている開閉器を遮断する（特許文献１参照）。

特開２００７−２８８５２号公報（段落[０２１８]−[０２３２]、図５８−図６３）

従来の車両用駆動制御装置では、インバータに異常が発生すると、永久磁石電動機とインバータ間に接続されている開閉器を遮断する。従って前記異常が発生する毎に開閉器の遮断・投入の動作が発生し、開閉器の動作寿命が制限されるという問題点があった。

この発明は、上述のような問題点を解消するためになされたもので、惰行運転開始時に、永久磁石電動機からインバータへの電流の逆流を防止でき、かつ、過電流または過熱を検出したときに、チョッパ回路を制御することにより、コンデンサの電圧を永久磁石電動機の電圧以上に制御することに基づいて、車両加速運転継続により発生する永久磁石電動機の電圧上昇に対して、ブレーキトルクが発生せずに、安定した車両運転が継続できる車両用電力変換装置及び車両用駆動制御装置を得ることを目的とするものである。

また、惰行運転終了時に、永久磁石電動機からコンデンサの向きへのエネルギーの逆流を防止でき、かつ、過電流または過熱を検出したときに、チョッパ回路を制御することにより、コンデンサの電圧を永久磁石電動機の電圧以上に制御することに基づいて、車両加速運転継続により発生する永久磁石電動機の電圧上昇に対して、ブレーキトルクが発生せずに、安定した車両運転が継続できる車両用電力変換装置及び車両用駆動制御装置を得ることを目的とするものである。

この発明に係わる車両用電力変換装置は、電源系統から受電しリアクトルを介して直流電圧を得るチョッパ回路と、前記チョッパ回路の出力側に接続されたコンデンサと、前記コンデンサの直流電圧を交流電圧に変換し、永久磁石電動機に電力を供給すると共に前記永久磁石電動機を弱め界磁制御するインバータと、前記インバータ又は前記永久磁石電動機の異常を検知する異常検出器とを備え、惰行運転開始時には、前記チョッパ回路により前記コンデンサの電圧を上昇させた後に、前記インバータの運転を停止して、前記コンデンサの電圧を前記永久磁石電動機が発生する電圧以上とし、前記異常検出器が前記インバータ又は前記永久磁石電動機の異常を検出すると、前記インバータの動作を停止させると共に、前記チョッパ回路により前記コンデンサの電圧を前記永久磁石電動機が発生する電圧以上に制御するものである。

また、電源系統から受電しリアクトルを介して直流電圧を得るチョッパ回路と、前記チョッパ回路の出力側に接続されたコンデンサと、前記コンデンサの直流電圧を交流電圧に変換し、永久磁石電動機に電力を供給すると共に前記永久磁石電動機を弱め界磁制御するインバータと、前記インバータ又は前記永久磁石電動機の異常を検知する異常検出器とを備え、惰行運転終了時には、前記インバータが弱め界磁電流を出力して、前記永久磁石電動機が発生する電圧を低下させた後に、前記チョッパ回路により前記コンデンサと前記電源系統との間で相互に電流が流れるようにすると共に、前記コンデンサの電圧を前記永久磁石電動機が発生する電圧以上とし、前記異常検出器が前記インバータ又は前記永久磁石電動機の異常を検出すると、前記インバータの動作を停止させると共に、前記チョッパ回路により前記コンデンサの電圧を前記永久磁石電動機が発生する電圧以上に制御するものである。

この発明の車両用電力変換装置によれば、弱め界磁制御を行うインバータを有し、惰行運転開始時には、チョッパ回路によりコンデンサの電圧を上昇させた後に、インバータの運転を停止して、前記コンデンサの電圧を永久磁石電動機が発生する電圧以上とするので、永久磁石電動機からインバータへの電流の逆流を防止でき、かつ、過電流又は過熱を検出したときに、前記インバータの動作を停止させると共に、チョッパ回路を制御することにより、コンデンサの電圧を永久磁石電動機の電圧以上に制御するため、車両加速運転継続により発生する永久磁石電動機の電圧上昇に対して、ブレーキトルクが発生せずに、安定した車両運転が継続できる。

また、この発明の車両用電力変換装置によれば、惰行運転終了時には、インバータが弱め界磁電流を出力して、永久磁石電動機が発生する電圧を低下させた後に、チョッパ回路によりコンデンサと電源系統との間で相互に電流が流れるようにすると共に、前記コンデンサの電圧を前記永久磁石電動機が発生する電圧以上とするので、永久磁石電動機からコンデンサの向きへのエネルギーの逆流を防止でき、かつ、過電流又は過熱を検出したときに、前記インバータの動作を停止させると共に、チョッパ回路を制御することにより、コンデンサの電圧を永久磁石電動機の電圧以上に制御するため、車両加速運転継続により発生する永久磁石電動機の電圧上昇に対して、ブレーキトルクが発生せずに、安定した車両運転が継続できる。

実施の形態１.
図１はこの発明の実施の形態１である車両用駆動制御装置を示す構成図である。図１において、１は直流電力を供給する直流架線、２はパンタグラフ、３はレール、４はリアクトル、５は直流架線１（電源系統）から受電しリアクトル４を介して直流電圧を得るチョッパ回路、７はインバータ、９は永久磁石電動機（例えば、永久磁石同期電動機）、１０〜１２は開閉器である。チョッパ回路５は、スイッチＳ１及びスイッチＳ２より構成され、架線１の直流電圧を受電し、スイッチＳ２をオンすると直流架線１の電圧が、スイッチＳ２及びスイッチＳ２に逆並列接続されたダイオードを介してコンデンサ８に印加される。又はスイッチＳ２をオフしておきスイッチＳ１をオンオフすることにより、リアクトル４に電流エネルギーを蓄積・放出しながら、架線１の電圧よりも高い任意の直流電圧をインバータ７に供給する。なお、スイッチＳ１,Ｓ２は例えば、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）で構成する。また１０９はインバータ７と永久磁石電動機９間の各相の電流を検出するように設けられ、そのいずれかの相においてインバータ７又は永久磁石電動機９に流れる電流が過電流となることを検知する過電流検出器（異常検出器）である電流計、１１０は過電流検知時のインバータ制御器、１１１は過電流検知時のチョッパ制御器である。リアクトル４、チョッパ回路５、コンデンサ８、永久磁石電動機９に電力を供給するインバータ７、及び、電流計１０９で、車両用電力変換装置を構成する。

図２は、実施の形態１である車両用駆動制御装置の動作を説明するタイミング図である。図２において、（ａ）は車両運転指令、（ｂ）はインバータ運転指令、（ｃ）はチョッパ回路５のスイッチＳ１の動作、（ｄ）はチョッパ回路５のスイッチＳ２の動作、（ｅ）はコンデンサ８の電圧及び永久磁石電動機９の電圧（永久磁石電動機９の端子間電圧）を模式的に示したものである。時刻ｔ１までは加速運転指令が発令されており、周知の弱め界磁制御で永久磁石電動機９を運転し、永久磁石電動機９が発生する電圧をＶｍ１に抑制する。このときコンデンサ８の電圧Ｖｃ１は、Ｖｃ１＞Ｖｍ１の関係となり、スイッチＳ１はオフしスイッチＳ２はオンしているため、Ｖｃ１は直流架線１の電圧に概ね一致する。このため、Ｖｍ１がＶｃ１を超えることが無く、永久磁石電動機９に所望のトルクを発生させることができる。

次に時刻ｔ１にて加速から惰行運転に車両運転指令が発令されると、まずチョッパ回路５によりスイッチＳ２をオフしスイッチＳ１をオンオフして、コンデンサ８の電圧をＶｃ１からＶｃ２に上昇させる（時刻ｔ２）。なおＶｃ２はインバータ７による弱め界磁制御が消失したときの惰行運転により発生する永久磁石電動機の電圧Ｖｍ２に対して、Ｖｃ２＞Ｖｍ２の関係となるように設定する。更に時刻ｔ２にて電圧Ｖｃ２にコンデンサ８が上昇した後、時刻ｔ３にてインバータ７をオフする。インバータ７のオフに伴い弱め界磁制御が消失するため、永久磁石電動機９の電圧がＶｍ２に上昇するが、コンデンサ８の電圧はチョッパ回路５の動作によりＶｃ２（＞Ｖｍ２）に保持されるため、永久磁石電動機９からコンデンサ８の向きにエネルギーが逆流しない。従ってインバータ７が破損した時などの保護用にインバータ７と永久磁石電動機９の間に設けられた開閉器１０〜１２は、加速・減速運転から惰行運転への移行において常に投入しておけばよい。なお、図２では、加速運転から惰行運転に移行する場合のタイミング図を示すが、減速運転でも弱め界磁運転を実施しているので、減速運転から惰行運転に移行する場合のタイミング図も図２と同様である。

このように惰行運転時において、コンデンサ８の電圧を永久磁石電動機９の電圧よりも高くなるように制御することで、永久磁石電動機９からコンデンサ８の向きにエネルギーが逆流しないため、惰行運転時も安定した運転が得られるという効果がある。また永久磁石電動機９の誘起電圧定数を高く設定できるため、より多くの励磁磁束が永久磁石により確立され、結果としてトルク発生に必要な電流が低減されるため、電力変換装置の損失が低減されるという効果がある。また加速・減速運転から惰行運転への移行において開閉器を常に投入しておけばよいため、不要な開閉器の投入・遮断の動作がなくなり、開閉器の寿命を長くできるという効果がある。またチョッパ回路５は既存のリアクトル４を利用してコンデンサ８の電圧制御を行うため、別途リアクトルを接続する必要が無く、小型・軽量な車両用駆動制御装置が得られるという効果がある。

図３は実施の形態１である車両用駆動制御装置の動作を説明するタイミング図である。図３において、（ａ）は車両運転指令、（ｂ）はインバータ運転指令、（ｃ）はチョッパ回路５のスイッチＳ１の動作、（ｄ）はチョッパ回路５のスイッチＳ２の動作、（ｅ）はコンデンサ８の電圧及び永久磁石電動機９の電圧を模式的に示したものである。時刻ｔ４までは惰行運転指令が発令されており、永久磁石電動機９が発生する電圧Ｖｍ２に対してＶｍ２＜Ｖｃ２となるようにコンデンサ８の電圧がチョッパ回路５により制御される。このため安定した惰行運転が得られる。

次に時刻ｔ４にて惰行運転から加速に車両運転指令が発令されると、まずインバータ７を起動し弱め界磁制御運転を行う。これに伴い永久磁石電動機９の電圧はＶｍ１に低下する（時刻ｔ５）。時刻ｔ５にてチョッパ回路５のＳ１のスイッチングを停止し、スイッチＳ２をオンとする。このときＶｃ２（＞Ｖｃ１）を初期状態として、コンデンサ８がリアクトル４を介して直流架線１に接続されることにより、コンデンサ８の電圧はＶｃ２からＶｃ１に戻る（時刻ｔ６）。従ってＶｍ１がＶｃ１を超えることが無く、永久磁石電動機９に所望のトルクを発生させることができる。従って、前記惰行運転から加速に移行する過程において、開閉器１０〜１１は常に投入しておけばよい。同様に、前記惰行運転から減速に移行する過程において、開閉器１０〜１１は常に投入しておけばよい

このように惰行運転時においてコンデンサ８の電圧を永久磁石電動機９の電圧よりも高くなるように制御することで、永久磁石電動機９からコンデンサ８の向きにエネルギーが逆流しないため、惰行運転時も安定した運転が得られるという効果がある。また永久磁石電動機９の誘起電圧定数を高く設定できるため、より多くの励磁磁束が永久磁石により確立され、結果としてトルク発生に必要な電流が低減されるため、電力変換装置の損失が低減されるという効果がある。また惰行運転から加速・減速運転への移行において開閉器を常に投入しておけばよいため、不要な開閉器の投入・遮断の動作がなくなり、開閉器の寿命を長くできるという効果がある。またチョッパ回路５は既存のリアクトル４を利用してコンデンサ８の電圧制御を行うため、別途リアクトルを接続する必要が無く、小型・軽量な車両用駆動制御装置が得られるという効果がある。また加速時のコンデンサ８の電圧をＶｃ２よりも低い電圧に設定するため、チョッパ回路５やインバータ７で発生するスイッチング損失やＥＭＩ（electro-magnetic interference）ノイズを低くできるという効果がある。

図４は実施の形態１である車両用駆動制御装置を示す構成図で、特にその制御構成を示している。図４において、１０２は永久磁石電動機９の励磁電流指令ｉｄ＊を与える自動弱め制御器、１０３はトルク指令τ＊に従って永久磁石電動機９がトルクを発生するようにトルク電流指令ｉｑ＊を発生するトルク電流指令発生器、１０１は励磁電流指令ｉｄ＊とトルク電流指令ｉｑ＊に従ってインバータの出力電圧指令ｖｉｎｖ＊を発生して、永久磁石電動機９の電流を制御する電流制御器、１０４,１２０は切替器、１０５はローパスフィルタ、１０６は永久磁石電動機９の回転数又は回転角速度から、惰行運転時のコンデンサ電圧指令Ｖｃ２＊を発生させる電圧指令発生器である。１０８は永久磁石電動機９の回転数や回転角速度を検出する回転検出器である。図４では、直流架線１、パンタグラフ２、レール３、リアクトル４、及び開閉器１０〜１２を省略して示している。なお、各図において、同一符号は同一又は相当部分を示し、その説明を省略する。

惰行運転が発令されていない場合（加速時又は減速時）は、切替器１０４の出力として、惰行運転時以外のコンデンサ８の電圧指令Ｖｃ１（加速時又は減速時のコンデンサ電圧指令、この場合Ｖｃ１は架線電圧を採用している。）が選択される。ローパスフィルタ１０５の出力としてＶｃｆｉｌ＊を得る。ローパスフィルタ１０５を接続することにより、電圧指令を切り替えるときのショックを低減する。また切替器１２０はオフとなり、チョッパ動作はしない（図２の時刻ｔ１の前の状態である）。一方トルク電流指令発生器１０３にはトルク指令τ＊が入力され、トルク電流に相当するトルク電流指令ｉｑ＊を得る。また自動弱め制御器１０２にはインバータ出力電圧指令ｖｉｎｖ＊と電圧指令Ｖｃｆｉｌ＊が入力され、公知の方法によりｖｉｎｖ＊とＶｃｆｉｌ＊の大きさを比較して、ｖｉｎｖ＊の大きさがＶｃｆｉｌ＊におさまるように永久磁石電動機９の磁束方向の電流指令ｉｄ＊を得る。なお電流制御器１０１はｉｄ＊とｉｑ＊からインバータ出力電圧指令ｖｉｎｖ＊を得る。

惰行運転が発令されると、切替器１０４の出力として惰行運転時のコンデンサ電圧指令Ｖｃ２＊が選択される。また電圧指令発生器１０６にて、永久磁石電動機９の回転角速度ωｒより永久磁石電動機９が発生する誘起電圧Ｖｍ２を演算し、Ｖｃ２＊＞Ｖｍ２となる惰行運転時のコンデンサ電圧指令Ｖｃ２＊を得る。切替器１２０はオンとなりチョッパ回路５はコンデンサ８の電圧がＶｃ２となるように制御する（その結果、図２の時刻ｔ２となる）。なおコンデンサ８の電圧をＶｃ２に一致させると、自動弱め制御器１０２にてｉｄ＊をゼロに設定する（図２の時刻ｔ３）。このとき惰行運転発令によりτ＊がゼロであるからｉｑ＊もゼロとなる。

また惰行運転から加速又は減速運転が発令されると、自動弱め制御器１０２により永久磁石電動機９の誘起電圧をＶｍ１まで下降させた後（図３の時刻ｔ５）、切替器１０４にてＶｃ１を選択する。ここではＶｃ１＞Ｖｍ１となるように設定する。次にトルク電流指令発生器１０３によりトルク電流指令ｉｑ＊を与え、永久磁石電動機９を運転する。

前述により、実施の形態１では、次のように２とおりに、動作させるものである。
惰行運転時以外は、惰行運転時以外のコンデンサ電圧指令を切替器で選択し、チョッパ回路によりリアクトルとコンデンサを接続すると共に、その惰行運転時以外のコンデンサ電圧指令とインバータの出力電圧指令より自動弱め制御器が励磁電流指令を発生して、永久磁石電動機が発生する電圧を低下し、かつ、惰行運転開始時には、電圧指令発生器により発生させた惰行運転時のコンデンサ電圧指令を切替器で選択し、その惰行運転時のコンデンサ電圧指令に従ってチョッパ回路によりコンデンサの電圧を制御すると共に、自動弱め制御器が励磁電流指令をゼロとする。

また、惰行運転時は、電圧指令発生器により発生させた惰行運転時のコンデンサ電圧指令を切替器で選択し、その惰行運転時のコンデンサ電圧指令に従ってチョッパ回路によりコンデンサの電圧を制御すると共に、惰行運転終了後は、惰行運転時以外のコンデンサ電圧指令を切替器で選択し、自動弱め制御器により永久磁石電動機の励磁電流指令を与える。

このように加速又は減速指令から惰行運転に移行する場合、及びその逆に移行する場合に、図４の制御構成により図２及び図３の電力変換装置の動作が達成される。また惰行運転時においてコンデンサ８の電圧を永久磁石電動機９の電圧よりも高くなるように制御することで、永久磁石電動機９からコンデンサ８の向きにエネルギーが逆流しないため、惰行運転時も安定した運転が得られるという効果がある。また永久磁石電動機９の誘起電圧定数を高く設定できるため、より多くの励磁磁束が永久磁石により確立され、結果としてトルク発生に必要な電流が低減されるため、電力変換装置の損失が低減されるという効果がある。

また加速・減速運転から惰行運転への移行、又はその逆の移行において開閉器を常に投入しておけばよいため、不要な開閉器の投入・遮断の動作がなくなり、開閉器の寿命を長くできるという効果がある。またチョッパ回路５は既存のリアクトル４を利用してコンデンサ８の電圧制御を行うため、別途リアクトルを接続する必要が無く、小型・軽量な車両用駆動制御装置が得られるという効果がある。また加速又は減速時のコンデンサ８の電圧をＶｃ２よりも低い電圧に設定するため、チョッパ回路５やインバータ７で発生するスイッチング損失やＥＭＩノイズを低くできるという効果がある。

図５は実施の形態１である車両用駆動制御装置を示す構成図で、特にその制御構成を示している。図５において、１０７は励磁電流制御器であり、電圧指令発生器が励磁電流制御器１０７に置き換わった以外の構成については図４と同様である。惰行運転が発令されていない場合（加速時又は減速時）は、切替器１０４の出力として、惰行運転時以外のコンデンサ８の電圧指令Ｖｃ１（加速時又は減速時のコンデンサ電圧指令）が選択され、ローパスフィルタ１０５の出力としてＶｃｆｉｌ＊を得る。また切替器１２０はオフとなり、チョッパ動作はしない（図２の時刻ｔ１の前である）。

一方トルク電流指令発生器１０３にはトルク指令τ＊が入力され、トルク電流に相当するトルク電流指令ｉｑ＊を得る。また自動弱め制御器１０２にはインバータ出力電圧指令ｖｉｎｖ＊と電圧指令Ｖｃｆｉｌ＊が入力され、公知の方法によりｖｉｎｖ＊とＶｃｆｉｌ＊の大きさを比較して、ｖｉｎｖ＊の大きさがＶｃｆｉｌ＊におさまるように永久磁石電動機９の磁束方向の電流指令ｉｄ＊を得る。なお電流制御器１０１はｉｄ＊とｉｑ＊からインバータ出力電圧指令ｖｉｎｖ＊を得る。

惰行運転が発令されると、切替器１０４の出力として惰行運転時のコンデンサ電圧指令Ｖｃ２＊が選択される。また励磁電流制御器１０７にて、励磁電流がゼロとなるようにコンデンサ８の電圧指令を上昇させＶｃ２を得る。切替器１２０はオンとなりチョッパ回路５はコンデンサ８の電圧がＶｃ２となるように制御する（その結果、図２の時刻ｔ２となる）。このとき惰行運転発令によりτ＊がゼロであるからｉｑ＊もゼロとなる。また惰行運転から加速又は減速運転が発令されると、自動弱め制御器１０２により永久磁石電動機９の誘起電圧をＶｍ１まで下降させた後（図３で時刻ｔ５）、切替器１０４にてＶｃ１を選択する。ここではＶｃ１＞Ｖｍ１となるように設定する。次にトルク電流指令発生器１０３によりトルク電流指令ｉｑ＊を与え、永久磁石電動機９を運転する。

前述により、まとめると、実施の形態１では、次のように２とおりに、動作させるものである。
惰行運転時以外は、惰行運転時以外のコンデンサ電圧指令を切替器で選択し、チョッパ回路によりリアクトルとコンデンサを接続すると共に、その惰行運転時以外のコンデンサ電圧指令とインバータの出力電圧指令より自動弱め制御器が励磁電流指令を発生して、永久磁石電動機が発生する電圧を低下すると共に、惰行運転開始時には、励磁電流制御器の出力であるコンデンサ電圧指令を切替器で選択し、励磁電流制御器の出力であるコンデンサ電圧指令に従ってチョッパ回路により前記コンデンサの電圧を制御する。

又、惰行運転時は、励磁電流制御器の出力であるコンデンサ電圧指令を切替器で選択し、励磁電流制御器の出力であるコンデンサ電圧指令に従ってチョッパ回路によりコンデンサの電圧を制御すると共に、惰行運転終了後は、惰行運転時以外のコンデンサ電圧指令を切替器で選択し、自動弱め制御器により永久磁石電動機の励磁電流指令を与える。

このように加速又は減速指令から惰行運転に移行する場合、及びその逆に移行する場合に、図５の制御構成により図２及び図３の電力変換装置の動作が達成される。また励磁電流制御器１０７によりコンデンサ８の電圧Ｖｃ２が必要最小限に確保され、コンデンサ８、チョッパ回路５及びインバータ７に印加される直流電圧を必要最小限に低下でき、信頼性を更に向上できるという効果がある。また惰行運転時においてコンデンサ８の電圧を永久磁石電動機９の電圧よりも高くなるように制御することで、永久磁石電動機９からコンデンサ８の向きにエネルギーが逆流しないため、惰行運転時も安定した運転が得られるという効果がある。また永久磁石電動機９の誘起電圧定数を高く設定できるため、より多くの励磁磁束が永久磁石により確立され、結果としてトルク発生に必要な電流が低減されるため、電力変換装置の損失が低減されるという効果がある。

図６は実施の形態１における図１の車両用駆動制御装置の動作を説明するタイミング図である。図６において、（ａ）はトリップ信号、（ｂ）はインバータ運転指令、（ｃ）はチョッパ回路５のスイッチＳ１の動作、（ｄ）はチョッパ回路５のスイッチＳ２の動作、（ｅ）はコンデンサ８の電圧及び永久磁石電動機９の電圧を模式的に示したものである。

時刻ｔ２０までは例えば加速（又は減速）運転指令が発令されており、周知の弱め界磁制御で永久磁石電動機９を運転し、永久磁石電動機９が発生する電圧をＶｍ１に抑制すると共に、コンデンサ８の電圧Ｖｃ１は直流架線１の電圧にほぼ等しく、Ｖｃ１＞Ｖｍ１が保たれる。このため、Ｖｍ１がＶｃ１を超えることが無く、永久磁石電動機９に電力を供給して所望のトルクを発生させることができる。

次に時刻ｔ２０にて、インバータ７又は永久磁石電動機９に流れる電流に対して、過電流が流れこれを電流計１０９で検出すると、この過電流検出によりインバータ制御器１１０がインバータ７をオフ（オンオフ動作を停止）する。なお、このときの過電流とは、過電流を放置すると、機器（永久磁石電動機９又はインバータ７など）に異常が発生する電流で、速やかに遮断する必要のある電流である。インバータ７がオフすると、インバータ７による弱め界磁制御が消失し、高速惰行運転の場合には永久磁石電動機９の電圧Ｖｍ２がコンデンサ８の電圧Ｖｃ１を超える。この状態が継続すると永久磁石電動機９からコンデンサ８の向きにエネルギーが逆流し続ける。

これを回避するために、時刻ｔ２０において電流計１０９で過電流を検出すると、チョッパ制御器１１１でチョッパ回路５のスイッチＳ２をオフする。このときコンデンサ８の電圧Ｖｃ１は永久磁石電動機９側からの供給により、永久磁石電動機９の電圧Ｖｍ２に従って上昇するが、スイッチＳ２がオフのため直流架線１へのエネルギーの逆流は発生しない。つまり、チョッパ制御器１１１でチョッパ回路５のスイッチＳ２をオフすると、コンデンサ８と直流架線１間は開放され遮断される。従ってチョッパ回路５によりエネルギーが逆流する経路を絶つことにより、過電流でオフしたインバータ７を直流架線１に対して安定して開放できたことになる。

このように弱め界磁制御を行うインバータ７が過電流検出でオフしたときに、チョッパ回路５によりエネルギーが逆流する経路を絶つことにより、コンデンサ８の電圧が電動機９の電圧に概ね一致し、ブレーキトルクが発生せずに、安定した車両運転を継続できるという効果がある。またインバータ７がオフ後に、永久磁石電動機９に流れる電流がゼロになってから、開閉器１０〜１２をオフすることにより、永久磁石電動機９とインバータ７を切離してもよい。

また図７に示すように、時刻ｔ２０で電流計１０９が過電流を検出し、インバータ７をオフし、チョッパ回路５のスイッチＳ２をオフすると共に、スイッチＳ１をチョッパ動作させることにより、コンデンサ８の電圧Ｖｃ２を永久磁石電動機９の電圧Ｖｍ２よりも高く制御できるため、車両加速運転継続により発生する永久磁石電動機９の電圧上昇に対して、ブレーキトルクが発生せずに、安定した車両運転が継続できるという効果がある。

なお、実施の形態１では、インバータ７又は永久磁石電動機９の過電流を異常として検知したが、インバータ７又は永久磁石電動機９の温度を検出する温度計（異常検出器）を備え、インバータ７又は永久磁石電動機９の過熱を異常として検知してもよい。なお、このときの過熱とは、過熱を放置すると、機器に異常が発生する温度で、速やかにその原因を取り除く必要のある温度である。温度計で過熱を検出すると、インバータ制御器１１０がインバータ７をオフさせる。するとインバータ７による弱め界磁制御が消失し、高速惰行運転の場合には永久磁石電動機９の電圧Ｖｍ２がコンデンサ８の電圧Ｖｃ１を超える。この状態が継続すると永久磁石電動機９からコンデンサ８の向きにエネルギーが逆流し続ける。

これを回避するために、時刻ｔ２０において温度計で過熱を検出すると、チョッパ制御器１１１でチョッパ回路５のスイッチＳ２をオフする。スイッチＳ２をオフすると、コンデンサ８と直流架線１間は開放され遮断される。従ってチョッパ回路５により過電流でオフしたインバータ７を直流架線１に対して安定して開放できたことになる。このように弱め界磁制御を行うインバータ７が過電流検出でオフしたときに、チョッパ回路５によりエネルギーが逆流する経路を絶つことにより、コンデンサ８の電圧が電動機９の電圧に概ね一致し、ブレーキトルクが発生せずに、安定した車両運転が継続できるという効果がある。

また図７に示すように、時刻ｔ２０で温度計が過熱を検出し、インバータ７をオフし、チョッパ回路５のスイッチＳ２をオフすると共に、スイッチＳ１をチョッパ動作させることにより、コンデンサ８の電圧Ｖｃ２は永久磁石電動機９の電圧Ｖｍ２よりも高くなるように制御できるため、車両加速運転継続により発生する永久磁石電動機９の電圧上昇に対して、ブレーキトルクが発生せずに、安定した車両運転が継続できるという効果がある。

なお、チョッパ回路５を構成するスイッチＳ１及びＳ２をＩＧＢＴ（絶縁ゲート形バイポーラ素子）としているが、これらをＦＥＴ（電界効果トランジスタ）等の他のスイッチや、シリコンのみならず、シリコンカーバイド・ガリウムナイトライドなどの他の材料によるスイッチで構成しても同様の効果が得られることは言うまでもない。

実施の形態１である車両用駆動制御装置を示す構成図である。実施の形態１の車両用駆動制御装置の動作を説明するタイミング図である。実施の形態１の車両用駆動制御装置の動作を説明するタイミング図である。実施の形態１である車両用駆動制御装置を示す構成図である。実施の形態１である車両用駆動制御装置を示す構成図である。この発明の実施の形態１における図１の車両用駆動制御装置の動作を説明するタイミング図である。実施の形態１における図１の車両用駆動制御装置の動作を説明するタイミング図である。

符号の説明

１直流架線２パンタグラフ
３レール４リアクトル
５チョッパ回路７インバータ
８コンデンサ９永久磁石電動機
１０〜１２開閉器１０１電流制御器
１０２自動弱め制御器１０３トルク電流指令発生器
１０４切替器１０５フィルタ
１０６電圧指令発生器１０７励磁電流制御器
１０８回転検出器１２０切替器
１０９過電流検出器１１０インバータ制御器
１１１チョッパ制御器

Claims

電源系統から受電しリアクトルを介して直流電圧を得るチョッパ回路と、
前記チョッパ回路の出力側に接続されたコンデンサと、
前記コンデンサの直流電圧を交流電圧に変換し、永久磁石電動機に電力を供給すると共に前記永久磁石電動機を弱め界磁制御するインバータと、
前記インバータ又は前記永久磁石電動機の異常を検知する異常検出器とを備え、
惰行運転開始時には、前記チョッパ回路により前記コンデンサの電圧を上昇させた後に、前記インバータの運転を停止して、前記コンデンサの電圧を前記永久磁石電動機が発生する電圧以上とし、
前記異常検出器が前記インバータ又は前記永久磁石電動機の異常を検出すると、前記インバータの動作を停止させると共に、前記チョッパ回路により前記コンデンサの電圧を前記永久磁石電動機が発生する電圧以上に制御することを特徴とする車両用電力変換装置。
電源系統から受電しリアクトルを介して直流電圧を得るチョッパ回路と、
前記チョッパ回路の出力側に接続されたコンデンサと、
前記コンデンサの直流電圧を交流電圧に変換し、永久磁石電動機に電力を供給すると共に前記永久磁石電動機を弱め界磁制御するインバータと、
前記インバータ又は前記永久磁石電動機の異常を検知する異常検出器とを備え、
惰行運転終了時には、前記インバータが弱め界磁電流を出力して、前記永久磁石電動機が発生する電圧を低下させた後に、前記チョッパ回路により前記コンデンサと前記電源系統との間で相互に電流が流れるようにすると共に、前記コンデンサの電圧を前記永久磁石電動機が発生する電圧以上とし、
前記異常検出器が前記インバータ又は前記永久磁石電動機の異常を検出すると、前記インバータの動作を停止させると共に、前記チョッパ回路により前記コンデンサの電圧を前記永久磁石電動機が発生する電圧以上に制御することを特徴とする車両用電力変換装置。
請求項１又は請求項２記載の車両用電力変換装置を備えた車両用駆動制御装置。