JP5546754B2 - 電気車制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、電気車制御装置に関する。

従来、永久磁石型同期電動機を駆動源とする電気車を駆動制御する電気車制御装置として、同期電動機の磁極位置を検出器にて検出し制御する電気車制御装置が知られている。このような従来の電気車制御装置は、同期電動機の回転子位置検出器や配線を必要とし、その分、装置コストが高価なものなる問題点がある。また、それらの保守を行う必要があってメインテナンスにもコストが嵩む問題点がある。

このような問題点を回避するために同期電動機内の永久磁石の磁気突極性を利用し、回転子位置検知器を用いず制御するいわゆるセンサレス制御装置が種々提案されている。その１つ、特開２００６−２１７７５４号公報（特許文献１）には、同期電動機の複数の巻線のうち、２相間に生じる１つの線間電圧を観測し同期電動機の回転速度と回転子位置とを推定する技術が記載されている。

従来の電気車制御装置を図７に示す。図７において、１は直流電圧電源である架線、２は直流電圧を平滑する平滑コンデンサ、３は直流電圧を可変電圧可変周波数に変換するインバータ、４は負荷装置である主電動機、５はインバータ出力電流を検出する電流検出器である。また、６はインバータの制御回路であり、この制御回路６は電流指令作成部６１、電流制御部６２、座標変換部６３、ＰＷＭ制御部６４、座標変換部６５、積分器６６、インバータ周波数演算部６７で構成されている。

電流指令作成部６１は、トルク指令を入力してトルク電流指令ＩｑＲｅｆ、磁束電流指令ＩｄＲｅｆを演算し、これらトルク電流指令ＩｑＲｅｆ、磁束電流指令ＩｄＲｅｆを電流制御部６２に入力する。電流制御部６２では座標変換部６５より入力されるトルク電流Ｉｑ、磁束電流Ｉｄと、電流指令作成部６１より入力される電流指令ＩｑＲｅｆ、磁束電流指令ＩｄＲｅｆとからｑ軸電圧ＶｑＰＩ、ｄ軸電圧ＶｄＰＩを演算し、これらｑ軸電圧ＶｑＰＩ、ｄ軸電圧ＶｄＰＩを座標変換部６３に入力する。座標変換部６３では、積分器６６から出力される位相θと、電流制御部６２から出力されるｑ軸電圧ＶｑＰＩ、ｄ軸電圧ＶｄＰＩとから電圧指令Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗを演算し、これら電圧指令Ｖｕ，Ｖｖ，ＶｗをＰＷＭ制御部６４に出力する。ＰＷＭ制御部６４では、座標変換部６３より入力される電圧指令Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗからゲート信号を出力する。

また座標変換部６５では、電流検出器５で検出された電流値Ｉｕ，Ｉｗと積分器６６から入力される位相θとから座標変換によりトルク電流Ｉｑ、磁束電流Ｉｄを演算し、これらトルク電流Ｉｑ、磁束電流Ｉｄをインバータ周波数演算部６７に出力する。インバータ周波数演算部６７では、電流制御部６２から入力されるｑ軸電圧指令ＶｑＰＩ、ｄ軸電圧指令ＶｄＰＩと座標変換６５から入力されるトルク電流Ｉｑ、磁束電流Ｉｄとからインバータ出力周波数ω１を求め、このインバータ周波数ω１を積分器６６に出力する。積分器６６ではインバータ周波数演算部６７から入力されるインバータ出力周波数ω１を積分して位相θを求め、上述した座標変換部６３，６５に出力する。

上に述べたような回転子位置検出器を用いず制御するセンサレス制御の電気車制御装置では、推定した回転子位置θ，ω１が真の回転子位置と一致することが不可欠である。この推定された回転子位置が真の回転子位置と異なっている値となっている場合には、所定トルク性能が得られない。そのため、従来技術では線間電圧の正確な検出が必要であるが、回転速度が低い領域では線間電圧が小さいために検出誤差が大きくなる傾向があり、検出誤差により位置推定を失敗して過電流やそれに伴う温度上昇等を生じることある。そしてこのような状態を保持する場合、目標とする回転子位置に収束することもあるが、その場合、過渡的に大きなトルク変動が生じて乗り心地が劣化する等、電気車制御装置として望ましいものではない問題点があった。
特開２００６−２１７７５４号公報

本発明は、上記従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、センサレス制御方式の電気車制御装置において、推定回転子位置が真の位置と異なる場合に、過電流や温度上昇を抑制し、計画した車両の加減速度と実際の加減速度との差異を低減して車両推力の低下を抑制し、計画した車両の加速性能を確保することができる電気車制御装置を提供することを目的とする。

本発明は、直流を任意の周波数の交流に変換し、その変換した交流出力により電動機を駆動する電力変換器と、前記電力変換器から出力される交流の電流値を検出する電流検出器と、トルク指令に基づいて生成された電圧値と前記電流検出器で検出された電流値を利用し、センサレスで前記電動機の回転子位置を推定する推定手段と、前記トルク指令に基づいて生成された電流指令を利用して求めた第１の計算値と、前記推定手段が推定した回転子位置及び前記電流検出器で検出された電流値を利用して求めた第２の計算値とを利用して前記推定手段が推定した回転子位置の評価値を求める評価値演算手段と、前記評価値演算手段が求めた評価値が予め定めた基準を満たさないときに前記推定手段が推定した回転子位置が真の回転子位置と異なると判定する判定手段と、前記判定手段が前記推定した回転子位置が真の回転子位置と異なると判定した場合、前記電力変換器を停止させる保護動作手段とを備えた電気車制御装置を特徴とする。

本発明によれば、推定回転子位置が真の位置と異なる場合に、過電流や温度上昇を抑制し、計画した車両の加減速度と実際の加減速度との差異を低減して車両推力の低下を抑制し、計画した車両の加速性能を確保することができる。

以下、本発明の実施の形態を図に基づいて詳説する。尚、従来例の図、実施の形態の図に示した構成要素について、同様の機能を有する要素それぞれには共通の符号を用いて説明する。

（第１の実施の形態）図１は本発明の第１の実施の形態の電気車制御装置の構成を示している。本実施の形態の電気車制御装置において、架線１からインバータ３の制御回路６のインバータ周波数演算部６７までは上述した図７の従来例のものと同様である。

本実施の形態においては、制御回路６が従来例と同様の要素に加えて、乗算器６８−１〜６８−４、加算器６９−１，６９−２、減算器７０、絶対値を演算する絶対値演算器（ＡＢＳ）７１、入力された値と所定値とを比較する比較器７２、比較器７２の出力を反転する反転回路７４、ＰＷＭ制御部６４のゲート出力と反転回路７４の出力とに対するＡＮＤ回路７５を備えている。

次に、本実施の形態の電気車制御装置の動作について説明する。モータ出力ＰＯＷＥＲは電圧電流方程式により、乗算器６８−１，６８−２、加算器６９−１による演算にて、
POWER=VdPI×Id+Iq×VqPI （１）
で得られる。ただし、ＶｄＰＩはｄ軸電圧、ＶｑＰＩはｑ軸電圧、Ｉｄは磁束電流、Ｉｑはトルク電流であり、それぞれ電流制御部６２、座標変換部６５の出力である。

一方、インバータ制御回路６が制御しようとしているモータ出力、すなわちモータ出力指令ＰＯＷＥＲＥＭＦは、インバータ周波数演算部６７による演算と、乗算器６８−３，６８−４、加算器６９−２による次の演算にて得られる。

VdCRef=R1×IdRef-ω1×Lq×IqRef （２）
VqCRef=R1×IqRef-ω1×Ld×IdRef+ω1×Φ （３）
POWEREMF=VdCRef×IdRef+IqRef×VqCRef （４）
ただし、ＶｄＣＲｅｆはｄ軸電圧指令、ＶｑＣＲｅｆはｑ軸電圧指令、ＩｄＲｅｆは磁束電流指令、ＩｑＲｅｆはトルク電流指令、Ｒ１はモータ抵抗値、Ｌｄはｄ軸モータ漏れインダクタンス、Ｌｑはｑ軸モータ漏れインダクタンス、ω１はインバータ周波数、Φは磁束である。

推定回転子位置が真の値と一致している場合、式（１）、式（４）は一致し、
VdPI×Id+Iq×VqPI=VdCRef×IdRef+IqRef×VqCRef （５）
の関係が得られる。したがって、
(VdPI×Id+Iq×VqPI)-(VdCRef×IdRef+IqRef×VqCRef) （６）
はゼロとなる。

一方、推定回転子位置が真の値と一致していない場合、
VdPI×Id+Iq×VqPI≠VdCRef×IdRef+IqRef×VqCRef （７）
となり、式（６）の減算を行う減算器７０はゼロでない値を出力する。

比較器７２は、式（６）の結果の絶対値が所定の設定値ＰＯＷＥＲ＿Ｄ＿ＳＥＴを超え場合、推定回転子位置が真の値と異なったと判断し、ＰＯＷＥＲ＿Ｄに“Ｈ”を出力する。

比較器７２の出力は反転回路７４に入力する。反転回路７４ではＰＯＷＥＲ＿Ｄを反転してＡＮＤ回路７５に入力する。ＡＮＤ回路７５ではＰＷＭ制御部６４から出力されるゲート信号との論理積を演算し、最終的なゲート信号とする。そして推定回転子位置の異常を検知すれば、ＡＮＤ回路７５はＰＷＭ制御部６４からのゲート信号をオフしてインバータ３を停止させる。

本実施の形態によれば、モータ出力の実際値ＰＯＷＥＲとモータ出力指令ＰＯＷＥＲＥＭＦとを比較することで、推定回転子位置が真の値と異なっているか容易に判断することができる。そして、推定回転子位置の異常検知にて、ＰＷＭ制御部６４の出力するゲート信号をオフすることで、過電流や温度上昇を抑制し、計画した車両の加減速度と実際の加減速度との差異を低減して車両推力の低下を抑制し、計画した車両の加速性能を確保することができる。

（第２の実施の形態）図２は、本発明の第２の実施の形態の電気車制御装置の構成を示している。本実施の形態は、図１に示した第１の実施の形態とは、回転子位置の異常判断方法が異なる。永久磁石同期電動機等の電気的突極性を持つ電動機の回転子位置推定方法としては、特許第３７１９９１０号公報に記載されているように、モータの回転子にトルクを発生させるために供給する電源周波数に、これより高い周波数の電圧ないしは電流を重畳させて印加し、その結果得られる電流ないしは電圧のうち、印加した高周波と同じ周波数の成分の波形を抽出・解析し回転子位置を推定する技術が知られている。本実施の形態はこの技術を利用している。

図２に示した電気車制御装置において、インバータ周波数演算部６７Ａは、第１の実施の形態と同様に、ｄ軸電圧指令ＶｄＣＲｅｆとｑ軸電圧指令ＶｑＣＲｅｆとを演算し、図３に示す回転子位置推定回路８にて評価指標Ｈｄｃを演算し、この評価指標Ｈｄｃがゼロになるようにθ、ω１を比例積分（ＰＩ）制御する。しかしながら、評価指標Ｈｄｃがゼロにならない場合、θ、ω１、すなわち推定回転子位置が真の値と異なっている。そこで、本実施の形態では、この評価指標Ｈｄｃが所定値ＨＹＯｄ＿Ｄ＿ＳＥＴを超えた場合、異常判断する。

図２において、電流指令作成部６１Ａは、トルク指令に基づきｄ軸電流指令、ｑ軸電流指令を作成し、さらに電動機４の回転周波数に対して十分高い周波数の高周波回転電流指令をそれぞれの電流指令に重畳して、ｄ軸電流指令、ｑ軸電流指令ＩｄＲｅｆ、ＩｑＲｅｆとして出力する。

電流制御部６２では、電流指令作成部６１Ａから出力される高周波重畳のｄ軸電流指令、ｑ軸電流指令ＩｄＲｅｆ、ＩｑＲｅｆと、座標変換部６５から出力されるｄ軸電流、ｑ軸電流の実際値Ｉｄ、Ｉｑとを入力として、ｄ軸電圧指令、ｑ軸電圧指令ＶｄＰＩ、ＶｑＰＩを求めて出力する。

座標変換部６３では、電流制御部６２から出力されるｄ軸電圧指令、ｑ軸電圧指令ＶｄＰＩ、ＶｑＰＩと、インバータ周波数演算部６７Ａから出力される回転子位置推定値θとを入力として、３相電圧指令Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗを求めて出力する。

もう１つの座標変換部６５では、電動機４の３相のうちの２相の電流検出値Ｉｕ、Ｉｗと、インバータ周波数演算部６７Ａから出力される回転子位置推定値θとを入力とし、ｄ軸電流、ｑ軸電流の実際値Ｉｄ、Ｉｑを求めて出力する。

インバータ周波数演算部６７Ａにおける回転子位置推定回路８は、座標変換部６５から出力されるｄ軸電流、ｑ軸電流の実際値Ｉｄ、Ｉｑと、このインバータ周波数演算部６７Ａ内で式（２）、式（３）にて計算したｄ軸電圧指令、ｑ軸電圧指令ＶｄＣＲｅｆ、ＶｑＣＲｅｆを入力として、次のような手順により、モータ回転子の位置推定値θ及び回転角速度推定値ω１を求めて出力する。

図３に示す回転角速度推定回路８は、バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）８１−１〜８１−４、乗算器８２−１，８２−２、加算器８３、第２のバンドパスフィルタ（ＢＰＦ２）８４、減算器８５、そして減算器８５の出力する評価関数ＨｄｃをＰＩ演算して角速度推定値ω１を出力するＰＩ演算器８６を備えている。そしてこのＰＩ演算器８６の角速度推定値ω１を積分器６６にて積分して位置推定値θとする。

ｄ軸電圧指令、ｑ軸電圧指令ＶｄＣＲｅｆ、ＶｑＣＲｅｆ、ｄ軸電流、ｑ軸電流Ｉｄ、Ｉｑのバンドパスフィルタ８１−１〜８１−４を通した結果をそれぞれＶｄＲｅｆＢＰＦ、ＶｑＲｅｆＢＰＦ、ＩｄＢＦＰ、ＩｑＢＰＦとし、次のような評価関数Ｈを求める。

H=VqRefBPF×IqBPF-VdRefBPF×IdBPF （８）
次に、評価関数Ｈに対して次のような第２のバンドパスフィルタ（ＢＦＰ２）８４で、電流指令重畳高周波の２倍の周波数成分のみを選択的に遮断して評価指標Ｈｄｃを得、この評価指標ＨｄｃがゼロとなるようにＰＩ制御器８６にて比例積分制御し、回転子角周波数推定値ω１を求めて出力する。

ω1=(KpSL+KiSL/s)×Hdc （９）
ただし、ＫｐＳＬは比例ゲイン、ＫｉＳＬは積分ゲイン、ｓはラプラス演算子である。

さらに、積分器６６にてこの回転子角周波数推定値ω１を積分し、積分値をモータ回転子の位置推定値θとして出力する。

この回転子各周波数推定回路８は、速度変化率が高い運転状態におけるモータ回転子位置推定応答速度遅れをなくし、直流成分のみを取り出すことを可能にするものである。

しかしながら、評価指標Ｈｄｃがゼロにならない場合があり、その場合にはθ、ω１、すなわち推定回転子位置が真の値と異なっていることになる。そこで、本実施の形態では、絶対値演算器７１、比較器７２にて評価指標Ｈｄｃの絶対値を所定値ＨＹＯｄ＿Ｄ＿ＳＥＴと比較し、評価指標Ｈｄｃが所定値ＨＹＯｄ＿Ｄ＿ＳＥＴを超えた場合には異常と判断し、ＨＹＯｄ＿Ｄに“Ｈ”を出力する。

第１の実施の形態と同様に、比較器７２の出力ＨＹＯｄ＿Ｄは反転回路７４に入力する。反転回路７４ではＨＹＯｄ＿Ｄを反転してＡＮＤ回路７５に入力する。ＡＮＤ回路７５ではＰＷＭ制御部６４から出力されるゲート信号との論理積を演算し、最終的なゲート信号とする。

本実施の形態においても、第１の実施の形態と同様に推定回転子位置が真の値と異なっているか容易に判断することができる。また、推定回転子位置の異常検知にて、ＰＷＭ制御部６４の出力するゲート信号をオフすることで、過電流や温度上昇を抑制し、計画した車両の加減速度と実際の加減速度との差異を低減して車両推力の低下を抑制し、計画した車両の加速性能を確保することができる。

（第３の実施の形態）図４は、本発明の第３の実施の形態の電気車制御装置の構成を示している。本実施の形態は、図１に示した第１の実施の形態とは、回転子位置の異常判断方法が異なる。その他の構成は第１の実施の形態と同様であるので、共通の符号を用いて説明する。

本実施の形態においては、図７の従来例の構成に加えて、乗算器６８−１〜６８−４、加算器６９−１，６９−２、減算器７０−１〜７０−３、そして絶対値演算器７１、比較器７２、反転回路７４、ＡＮＤ回路７５を備えている。

本実施の形態の電気車制御装置は、次のように動作する。電動機４に誘起されるｑ軸誘起電圧Ｅｑは電圧電流方程式により、
Eq=VqPI-R×Iq+ω×Ld×Id （１０）
で得られる。減算器７０−１はこのＥｑを出力する。一方、インバータ制御回路６が制御しようとしているｑ軸誘起電圧指令ＥｑＲｅｆは、
EqRef=VqCRef-R×IqRef+ω1×Ld×IdRef （１１）
で得られる。減算器７０−２はこのＥｑＲｅｆを出力する。

ここで、Ｅｑはｑ軸誘起電圧、ＥｑＲｅｆはｑ軸誘起電圧指令、ＶｑＰＩはｑ軸電圧、ＶｑＣＲｅｆはｑ軸電圧指令、Ｒはモータ抵抗値、Ｉｑはトルク電流、ＩｑＲｅｆはトルク電流指令、Ｉｄは磁束電流、ＩｄＲｅｆは磁束電流指令、Ｌｄはｄ軸モータ漏れインダクタンス、ω１はインバータ周波数である。

推定回転子位置が真の値と一致している場合、式（１０）、式（１１）は一致し、
VqPI-R×Iq+ω×Ld×Id=VqCRef-R×IqRef+ω1×Ld×IdRef （１２）
の関係が得られる。したがって、
(VqPI-R×Iq+ω×Ld×Id)-(VqCRef-R×IqRef+ω1×Ld×IdRef) （１３）
はゼロとなる。

一方、推定回転子位置が真の値と一致していない場合、
VqPI-R×Iq+ω×Ld×Id≠VqCRef-R×IqRef+ω1×Ld×IdRef （１４）
となり、式（１３）はゼロでない値が出力される。減算器７０−３はこの式（１３）の結果を絶対値演算器７１に出力する。

そこで、本実施の形態の場合、式（１３）の値の絶対値が所定の設定値Ｅｑ＿Ｄ＿ＳＥＴを超え場合に、推定回転子位置が真の値と異なったと判断してＥｑ＿Ｄに“Ｈ”を出力する。すなわち、絶対値演算器７１、比較器７２にて式（１３）の絶対値を所定の設定値Ｅｑ＿Ｄ＿ＳＥＴと比較し、式（１３）の値が所定値Ｅｑ＿Ｄ＿ＳＥＴを超えた場合には異常と判断し、比較器７２からＥｑ＿Ｄに“Ｈ”を出力する。

第１の実施の形態と同様に、比較器７２の出力Ｅｑ＿Ｄは反転回路７４に入力する。反転回路７４ではＥｑ＿Ｄを反転してＡＮＤ回路７５に入力する。ＡＮＤ回路７５ではＰＷＭ制御部６４から出力されるゲート信号との論理積を演算し、最終的なゲート信号とする。

本実施の形態においては、電動機４に誘起される誘起電圧と誘起電圧指令を比較することで、推定回転子位置が真の値と異なっているか否かを容易に判断することができる。また、推定回転子位置の異常検知にて、ＰＷＭ制御部６４の出力するゲート信号をオフすることで、過電流や温度上昇を抑制し、計画した車両の加減速度と実際の加減速度との差異を低減して車両推力の低下を抑制し、計画した車両の加速性能を確保することができる。

（第４の実施の形態）図５は、本発明の第４の実施の形態の電気車制御装置の構成を示している。本実施の形態は、複数台のインバータ３ａ，３ｂを備えた場合の電気車制御装置であり、複数台のインバータ３ａ，３ｂそれぞれを制御するためにインバータ制御回路６ａ，６ｂを備えている。これらのインバータ制御回路６ａ，６ｂの構成は第１の実施の形態と同様であり、それぞれに電流指令作成部６１、電流制御部６２、座標変換部６３、ＰＷＭ制御部６４、座標変換部６５、積分器６６、インバータ周波数演算部６７を備えている。

そして、本実施の形態では、第１のインバータ制御回路６ａのインバータ周波数演算で算出されるインバータ周波数ω１＿１と第２のインバータ制御回路６ｂのインバータ周波数演算で算出されるインバータ周波数ω１＿２の差を求める減算器７０、差の絶対値を演算する絶対値演算器７１、差の絶対値を所定の設定値ＦＲ＿Ｄ＿ＳＥＴと比較し、判定値ＦＤ＿Ｄを出力する比較器７２、判定値ＦＤ＿Ｄを反転させる反転回路７４、第１のインバータ制御回路６ａ側のＰＷＭ制御部６４のゲート信号と反転回路７４の出力との論理積を求め、第１のインバータ３ａのゲート信号とするＡＮＤ回路７５ａ、第２のインバータ制御回路６ｂ側のＰＷＭ制御部６４のゲート信号と反転回路７４の出力との論理積を求め、第２のインバータ３ｂのゲート信号とするＡＮＤ回路７５ｂを備えている。

本実施の形態によれば、第１のインバータ制御回路６ａのインバータ周波数演算で算出されるインバータ周波数ω１＿１と第２のインバータ制御回路６ｂのインバータ周波数演算で算出されるインバータ周波数ω１＿２の差の絶対値が所定値ＦＲ＿Ｄ＿ＳＥＴを超えた場合、推定回転子位置が真の値と異なったと判断し、比較器７２はＦＲ＿Ｄに“Ｈ”を出力する。

第１の実施の形態と同様に、比較器７２の出力ＦＲ＿Ｄは反転回路７４に入力する。反転回路７４ではＦＤ＿Ｄを反転してＡＮＤ回路７５ａ，７５ｂそれぞれに入力する。ＡＮＤ回路７５ａでは第１のインバータ制御回路６ａ側のＰＷＭ制御部６４から出力されるゲート信号との論理積を演算し、第１のインバータ３ａに対する最終的なゲート信号とする。ＡＮＤ回路７５ｂでは第２のインバータ制御回路６ｂ側のＰＷＭ制御部６４から出力されるゲート信号との論理積を演算し、第２のインバータ３ｂに対する最終的なゲート信号とする。

本実施の形態においても、第１の実施の形態と同様に推定回転子位置が真の値と異なっているか容易に判断することができる。また、推定回転子位置の異常検知にて、第１、第２のインバータ制御回路６ａ，６ｂそれぞれのＰＷＭ制御部６４の出力するゲート信号をオフすることで、過電流や温度上昇を抑制し、計画した車両の加減速度と実際の加減速度との差異を低減して車両推力の低下を抑制し、計画した車両の加速性能を確保することができる。

（第５の実施の形態）図６は、本発明の第５の実施の形態の電気車制御装置の構成を示している。本実施の形態は、第１〜第４の各実施の形態の推定回転子位置の異常検出機能をすべて備え、かつ、それぞれの方法で算出した異常フラグＰＯＷＥＲ＿Ｄ、ＨＹＯｄ＿Ｄ、Ｅｑ＿Ｄ、ＦＲ＿Ｄの論理和を求めるＯＲ回路７３、このＯＲ回路７３の出力に対する反転回路７４、そして、ＰＷＭ制御部６４のゲート信号との論理積を求めるＡＮＤ回路７５を備えている。

本実施の形態によれば、第１〜第４の各実施の形態の推定回転子位置の異常検出方法で算出した異常フラグＰＯＷＥＲ＿Ｄ、ＨＹＯｄ＿Ｄ、Ｅｑ＿Ｄ、ＦＲ＿Ｄの論理和をＯＲ回路７３にて計算してＦＥＤ＿Ｄを反転回路７４に入力する。反転回路７４ではＦＥＤ＿Ｄを反転してＡＮＤ回路７５に入力する。ＡＮＤ回路７５ではＰＷＭ制御部６４から出力されるゲート信号との論理積を演算し、最終的なゲート信号としてインバータ３に出力する。尚、第４の実施の形態のように複数台のインバータ３ａ，３ｂをインバータ制御回路６ａ，６ｂにて個別に制御する場合、これらのＯＲ回路７３、反転回路７４、ＡＮＤ回路７５は各インバータ制御回路６ａ，６ｂ毎に設けるものとする。

本実施の形態の場合、第１〜第４の各実施の形態の推定回転子位置の異常検出方法のいずれかにより推定回転子位置の異常を検知した場合にゲート信号をオフすることで、過電流や温度上昇を抑制し、計画した車両の加減速度と実際の加減速度との差異を低減して車両推力の低下を抑制し、計画した車両の加速性能を確保することができる。

本発明の第１の実施の形態の電気車制御装置のブロック図。 本発明の第２の実施の形態の電気車制御装置のブロック図。 本発明の第２の実施の形態におけるインバータ制御回路内の回転子位置推定回路のブロック図。 本発明の第３の実施の形態の電気車制御装置のブロック図。 本発明の第４の実施の形態の電気車制御装置のブロック図。 本発明の第５の実施の形態の電気車制御装置のブロック図。 従来例の電気車制御装置のブロック図。

符号の説明

１…架線
２…平滑コンデンサ
３，３ａ，３ｂ…インバータ
４…電動機
６，６ａ，６ｂ…インバータ制御回路
８…回転子位置推定回路
６１…電流指令作成部
６２…電流制御部
６３…座標変換部
６４…ＰＷＭ制御部
６５…座標変換部
６６…積分器
６７…インバータ周波数演算部
６８−１〜６８−４…乗算器
６９−１，６９−２…加算器
７０，７０−１〜７０−３…減算器
７１…絶対値演算器
７２…比較器
７３…ＯＲ回路
７４…反転回路
７５，７５ａ，７５ｂ…ＡＮＤ回路

Claims (14)

1. 直流を任意の周波数の交流に変換し、その変換した交流出力により電動機を駆動する電力変換器と、
   前記電力変換器から出力される交流の電流値を検出する電流検出器と、
   トルク指令に基づいて生成された電圧値と前記電流検出器で検出された電流値を利用し、回転子位置検出センサを用いないで前記電動機の回転子位置を推定する推定手段と、
   前記トルク指令に基づいて生成された電流指令を利用して求めた第１の計算値と、前記推定手段が推定した回転子位置及び前記電流検出器で検出された電流値を利用して求めた第２の計算値とを利用して前記推定手段が推定した回転子位置の評価値を求める評価値演算手段と、
   前記評価値演算手段が求めた前記回転子位置の評価値が予め定めた基準を満たさないときに前記推定手段が推定した回転子位置が真の回転子位置と異なると判定する判定手段と、
   前記判定手段が前記推定した回転子位置が真の回転子位置と異なると判定した場合に、前記電力変換器を停止させる保護動作手段と
   を備えたことを特徴とする電気車制御装置。
2. 前記評価値演算手段が求める前記回転子位置の評価値は、前記第１の計算値を利用して求めた第１の電動機出力と前記第２の計算値を利用して求めた第２の電動機出力との差であることを特徴とする請求項１に記載の電気車制御装置。
3. 前記第１の計算値は、前記電流指令、モータ抵抗値、インバータ周波数、電動機のインダクタンス及び磁束を用いて求められたｄ軸電圧指令及びｑ軸電圧指令であり、
   前記第２の計算値は、前記電流検出器で検出された電流値と前記推定手段が推定した回転子位置とを用いて求められたｄ軸電流値及びｑ軸電流値であり、
   前記第１の電動機出力は、前記電流指令、前記ｄ軸電圧指令及びｑ軸電圧指令を用いて求め、前記第２の電動機出力は、前記電流検出器で検出された電流値、前記ｄ軸電流値及びｑ軸電流値を用いて求めることを特徴とする請求項２に記載の電気車制御装置。
4. 前記判定手段は、前記評価値演算手段が求めた前記第１の電動機出力と前記第２の電動機出力との差を、前記基準としての所定の設定値と比較し、前記差が前記所定の設定値を超えたときに前記推定手段が推定した回転子位置が真の回転子位置と異なると判定することを特徴とする請求項２又は３に記載の電気車制御装置。
5. 前記評価値演算手段が求める評価値は、前記第１の計算値及び前記第２の計算値を利用して得られる評価指標であることを特徴とする請求項１に記載の電気車制御装置。
6. 前記判定手段は、前記評価値演算手段が求めた評価値としての前記評価指標と前記基準としての所定の設定値とを比較し、前記評価指標が前記所定の設定値を超えたときに前記推定手段が推定した回転子位置が真の回転子位置と異なると判定することを特徴とする請求項５に記載の電気車制御装置。
7. 前記トルク指令に基づいて生成された電流指令には所定の高周波成分が重畳されており、前記評価値演算手段によって求められた評価指標は前記高周波成分の２倍の周波数成分が除去されていることを特徴とする請求項１に記載の電気車制御装置。
8. 前記評価値演算手段が求める評価値は、前記第１の計算値を利用して求めたｑ軸誘起電圧指令と前記第２の計算値を利用して求めたｑ軸誘起電圧値との差であることを特徴とする請求項１に記載の電気車制御装置。
9. 前記第１の計算値は、前記電流指令、モータ抵抗値、インバータ周波数、電動機のインダクタンス及び磁束を用いて求めたｑ軸電圧指令であり、
   前記第２の計算値は、前記電流検出器で検出された電流値と前記推定手段が推定した回転子位置を用いて求めたｑ軸電流及びｄ軸電流であり、
   前記ｑ軸誘起電圧指令は、前記電流指令、前記モータ抵抗値、前記インバータ周波数、前記電動機のインダクタンス及び前記求めたｑ軸電圧指令を用いて求め、
   前記ｑ軸誘起電圧値は、前記トルク指令値に基づいて生成された電圧値のｑ軸成分、前記モータ抵抗値、前記インバータ周波数、前記電動機のインダクタンス及び前記求めたｑ軸電流とｄ軸電流を用いて求めることを特徴とする請求項８に記載の電気車制御装置。
10. 前記判定手段は、前記評価値演算手段が求めた評価値としての前記差と前記基準としての所定の設定値とを比較し、前記差が前記所定の設定値を超えたときに前記推定手段が推定した回転子位置が真の回転子位置と異なると判定することを特徴とする請求項８又は９に記載の電気車制御装置。
11. 前記判定手段は、前記推定した回転子位置が真の回転子位置と異なることを判定するのに、電動機出力と電動機出力指令値との差が所定の設定値を超えた場合、速度推定の評価指標が所定の設定値を超えた場合、電動機のｑ軸誘起電圧とｑ軸誘起電圧指令値との誤差が所定の設定値を超えた場合、のいずれか１つの場合に前記推定した回転子位置が真の回転子位置と異なると判定することを特徴とする請求項１に記載の電気車制御装置。
12. 前記判定手段は、前記評価値演算手段が求めた前記評価値と所定の設定値とを比較し、前記評価値が前記所定値の設定値を超えたときに前記推定手段が推定した回転子位置が真の回転子位置と異なると判定することを特徴とする請求項１に記載の電気車制御装置。
13. 直流を任意の周波数の交流に変換するとともに、対応する第１及び第２の電動機それぞれを駆動する第１及び第２の電力変換器と、
    前記第１及び第２の電力変換器それぞれに対応して設けられ、出力される電流値を検出する第１及び第２の電流検出器と、
    前記第１及び第２の電力変換器それぞれに対応して設けられ、回転子位置検出手段を用いないセンサレス制御によって前記第１及び第２の電力変換器の出力を制御する第１及び第２の電力変換器制御装置と
    を備え、
    前記第１の電力変換器制御装置は、
    トルク指令に基づいて生成された電圧値と前記第１の電流検出器で検出された電流値を利用して前記第１のインバータ周波数を求める第１の周波数演算手段を有し、
    前記第２の電力変換器制御装置は、
    トルク指令に基づいて生成された電圧値と前記第２の電流検出器で検出された電流値を利用して前記第２のインバータ周波数を求める第２の周波数演算手段を有し、
    さらに、
    前記第１のインバータ周波数と第２のインバータ周波数との差が予め定めた基準を満たさないときに前記第１及び第２の電動機の推定回転子位置が真の回転子位置と異なると判定する判定手段と、
    前記判定手段が推定した回転子位置が真の回転子位置と異なると判定した場合、前記２台の電力変換器を停止させる保護動作手段と
    を備えた
    ことを特徴とする電気車制御装置。
14. 前記判定手段は、前記２台の電動機のうち少なくとも１台の電動機について、その電動機出力と電動機出力指令値との差が所定の設定値を超えた場合、速度推定の評価指標が所定の設定値を超えた場合、ｑ軸誘起電圧とｑ軸誘起電圧指令値との誤差が所定の設定値を超えた場合、前記推定した回転子位置の差が所定の設定値を超えた場合、のいずれか１つより前記推定回転子位置が真の回転子位置と異なると判定することを特徴とする請求項１３に記載の電気車制御装置。

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