JP6854925B2 - 電気車制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、複数台の誘導モータによって駆動される電気車に適用され、複数台の誘導モータに電力を供給する電力変換装置を制御する電気車制御装置に関する。

電気車において、誘導モータと電力変換装置とを接続する際に、複数台の誘導モータのうちの一部の誘導モータの相順が誤配線される場合があり得る。下記特許文献１には、三相同期モータの誤配線を検出できる誤配線検出機能を備えた三相同期モータの制御装置が開示されている。

特開２０１０−２１３５５７号公報

上記特許文献１は、簡易な手法で誤配線を検出することができる。しかしながら、特許文献１は、三相同期モータを対象としたものである。特許文献１では、誘導モータにおける誤配線の検出については言及されていない。誘導モータの場合、同期モータにはない、「すべり」という概念がある。

ここで、複数台の誘導モータによって駆動される電気車において、１台の誘導モータの相順が誤配線されていたと仮定する。このとき、誤配線された誘導モータは、正常に配線された誘導モータの出力トルクに牽引されて駆動される。誘導モータには、すべりによって、誘導モータ間の運転状態の差異が吸収されてしまうという特徴がある。その結果、誤配線された誘導モータを含む複数台の誘導モータの回転速度は、指令値どおりに調整可能となってしまう。このとき、誤配線状態にある誘導モータには、無効電流が流れ続ける。無効電流が流れ続ける状態は、誘導モータにとって好ましい状態ではない。誤配線を検出できずに走行し続けた場合、誤配線状態にある誘導モータに不具合が生じるか、若しくは当該誘導モータが劣化するおそれがある。このため、複数台の誘導モータの中から、誤配線された誘導モータを簡易な手法で検出する技術が求められている。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、誘導モータに誤配線が生じているか否かを簡易な手法で検出することができる電気車制御装置を得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明では、誘導モータと、誘導モータを駆動するインバータと、誘導モータに流れるモータ電流を検出する電流検出器と、誘導モータの回転速度を検出する速度検出器と、トルク指令値、検出されたモータ電流、及び、検出された回転速度に基づいて算出した電圧指令値に基づいてインバータを制御する制御装置と、を有する駆動制御系が複数備えられる。複数の駆動制御系によって電気車は走行制御される。複数の駆動制御系における各制御装置は、モータ電流と、電圧指令値とに基づいてトルク推定値を算出し、算出したトルク推定値と、トルク指令値とに基づいて誘導モータとインバータとの間の誤配線を検出する誤配線検出部を備える。

本発明によれば、電気車制御装置において、誘導モータに誤配線が生じているか否かを簡易な手法で検出することができるという効果を奏する。

実施の形態１に係る電気車制御装置を含む電気車駆動システムの構成図 実施の形態１に係る制御装置の詳細構成を示すブロック図 誤配線検出の動作原理の説明に供する第１の図 誤配線検出の動作原理の説明に供する第２の図 実施の形態１における誤配線検出の動作フローを示すフローチャート 実施の形態１に係る制御装置の図２とは異なる構成例を示すブロック図 実施の形態２に係る制御装置の詳細構成を示すブロック図 実施の形態２における誤配線検出の動作フローを示すフローチャート 実施の形態３に係る制御装置の詳細構成を示すブロック図 実施の形態３における誤配線検出の動作フローを示すフローチャート 実施の形態１、２及び３における誤配線検出部の機能を実現するハードウェア構成の一例を示すブロック図 実施の形態１、２及び３における誤配線検出部の機能を実現するハードウェア構成の他の例を示すブロック図

以下に添付図面を参照し、本発明の実施の形態に係る電気車制御装置について詳細に説明する。なお、以下の実施の形態により、本発明が限定されるものではない。また、以下の説明では、物理的な接続と電気的な接続とを区別せずに、単に「接続」と称する。

実施の形態１．
図１は、実施の形態１に係る電気車制御装置を含む電気車駆動システムの構成図である。図１は、直流電気車への適用例である。図１に示すように、実施の形態１に係る電気車駆動システム８０は、入力回路３と、第１の駆動群５０と、第２の駆動群５２とを有する。第１の駆動群５０は第１の駆動制御系を構成し、第２の駆動群５２は第２の駆動制御系を構成する。第１の駆動群５０及び第２の駆動群５２は、電気車の走行を制御する。

入力回路３の入力側において、正側はパンタグラフ１５を介して架線１１に接続され、入力回路３の負側は車輪１６を介してレール１８に接続されている。第１の駆動群５０及び第２の駆動群５２は、入力回路３の出力側に並列に接続される。これらの接続により、架線１１、パンタグラフ１５、入力回路３、第１の駆動群５０、車輪１６及びレール１８の間で１つの電気回路が構成される。また、架線１１、パンタグラフ１５、入力回路３、第２の駆動群５２、車輪１６及びレール１８の間でもう１つの電気回路が構成される。

入力回路３には、パンタグラフ１５を介して架線１１からの電力が供給される。また、パンタグラフ１５及び入力回路３を介した架線１１からの電力は、第１の駆動群５０と、第２の駆動群５２とに供給される。

入力回路３は、遮断器２２と、フィルタコンデンサ２４と、電圧検出器２６とを有する。遮断器２２は、架線１１と、第１の駆動群５０及び第２の駆動群５２との間の接続を開閉する。フィルタコンデンサ２４は、架線１１から供給される電力を平滑して蓄積する。電圧検出器２６は、フィルタコンデンサ２４の電圧を検出する。

第１の駆動群５０は、インバータ１と、誘導モータ２と、制御装置４と、電流検出器５とを有する。

インバータ１における高電位側の接続端は入力回路３の遮断器２２を介してパンタグラフ１５に接続され、インバータ１における低電位側の接続端は入力回路３を通じて車輪１６に電気的に接続される。インバータ１は、入力回路３から供給される直流を可変電圧可変周波数の交流に変換する電力変換装置である。インバータ１の交流側には、誘導モータ２が接続される。なお、インバータ１において、入力回路３がある側を「直流側」と呼び、誘導モータ２がある側を「交流側」と呼ぶ。インバータ１は誘導モータ２を駆動する。誘導モータ２は、電気車に駆動力を付与する。

電流検出器５は、インバータ１と誘導モータ２との間に配置される。電流検出器５は、誘導モータ２に流れる相電流であるモータ電流ｉ_ｕ，ｉ_ｖ，ｉ_ｗを検出する。電流検出器５が検出するモータ電流ｉ_ｕ，ｉ_ｖ，ｉ_ｗは、複数台の誘導モータ２のうちの１台の誘導モータ２に流れる電流の検出値である。電流検出器５が検出したモータ電流ｉ_ｕ，ｉ_ｖ，ｉ_ｗは、制御装置４に入力される。

誘導モータ２には、速度検出器２８が取り付けられている。速度検出器２８は、誘導モータ２の回転速度を検出する。速度検出器２８の検出値である回転速度ω_ｄは、制御装置４に入力される。

制御装置４には、上述したモータ電流ｉ_ｕ，ｉ_ｖ，ｉ_ｗ及び回転速度ω_ｄに加え、電圧検出器２６の検出値であるフィルタコンデンサ電圧ｖ_ＦＣが入力される。制御装置４は、モータ電流ｉ_ｕ，ｉ_ｖ，ｉ_ｗ、回転速度ω_ｄ及びフィルタコンデンサ電圧ｖ_ＦＣの情報を基に、インバータ１のスイッチング素子１ａを駆動するためのゲート駆動信号を生成してインバータ１に出力する。制御装置４の内部では、電力変換装置であるインバータ１をパルス幅変調（Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ：ＰＷＭ）制御するためのＰＷＭ信号が生成される。ゲート駆動信号は、ＰＷＭ信号を用いて生成される。

第２の駆動群５２も第１の駆動群５０と同様に構成される。第２の駆動群５２の各構成要素は、第１の駆動群５０のものと同一であり、ここでの説明は割愛する。

なお、図１は、直流電気車への適用例であるが、図１に示す構成は、交流電気車にも適用可能である。交流電気車の場合、入力回路３の構成が異なるが、制御装置４の基本的な構成は同等である。また、図１では、第１の駆動群５０及び第２の駆動群５２からなる２つの駆動群を例示したが、３つ以上の駆動群に適用できることは言うまでもない。なお、誘導モータが搭載される車両では、１両の車両に２台の台車が搭載され、１台の台車に２台の誘導モータが搭載される構成が一般的である。

上述のように、実施の形態１に係る電気車駆動システム８０は、電気車を駆動する複数台の誘導モータ２のうちの１台の誘導モータ２を１つのインバータ１が個々に駆動する構成である。制御装置４は、実施の形態１に係る電気車制御装置を構成する。制御装置４の機能は、各駆動群において同一である。このため、以下では、１つの駆動群を制御する１つの制御装置４に着目して説明する。

図２は、実施の形態１に係る制御装置４の詳細構成を示すブロック図である。図１に示すものと同一又は同等の部位には、同一の符号を付して示している。

制御装置４は、ゲート駆動回路８と、電圧制御部３０と、誤配線検出部４０とを有する。

ゲート駆動回路８は、インバータ１のスイッチング素子１ａを駆動するためのゲート駆動信号を生成してインバータ１に出力する。電圧制御部３０は、インバータ１をＰＷＭ制御するためのＰＷＭ信号を生成してゲート駆動回路８に出力する。誤配線検出部４０は、駆動対象の誘導モータ２に誤配線が生じているか否かを検出する。

電圧制御部３０は、電流指令値演算部３１と、電圧指令値演算部３３と、積分器３４と、ＰＷＭ制御部３５と、座標変換部３６とを有する。

座標変換部３６は、電流検出器５により検出されたモータ電流ｉ_ｕ，ｉ_ｖ，ｉ_ｗを回転座標系の２軸であるｄ軸及びｑ軸の電流値に変換する。変換された電流値は、ｄ軸電流ｉ_ｄ及びｑ軸電流ｉ_ｑである。ｄ軸は磁束軸と称される軸であり、ｑ軸はトルク軸と称される軸である。ｄ軸及びｑ軸は、それぞれがベクトル的に直交関係にある。座標変換部３６による変換処理は公知であり、ここでの説明は割愛する。座標変換部３６によって変換されたｄ軸電流ｉ_ｄ及びｑ軸電流ｉ_ｑは、電圧指令値演算部３３と、誤配線検出部４０とに入力される。

電流指令値演算部３１には、トルク指令値Ｔ_ｍ ^＊が入力される。トルク指令値Ｔ_ｍ ^＊は、誘導モータ２に出力させるトルクの指令値である。電流指令値演算部３１は、トルク指令値Ｔ_ｍ ^＊に基づいて、トルク軸の電流指令値であるｑ軸電流指令値ｉ_ｑ ^＊と、磁束軸の電流指令値であるｄ軸電流指令値ｉ_ｄ ^＊とを演算する。電流指令値演算部３１における演算処理は公知であり、ここでの説明は割愛する。電流指令値演算部３１が演算したｑ軸電流指令値ｉ_ｑ ^＊及びｄ軸電流指令値ｉ_ｄ ^＊は、電圧指令値演算部３３に入力される。

電圧指令値演算部３３は、電流指令値演算部３１により演算されたｄ軸電流指令値ｉ_ｄ ^＊及びｑ軸電流指令値ｉ_ｑ ^＊、並びに、座標変換部３６の出力であるｄ軸電流ｉ_ｄ及びｑ軸電流ｉ_ｑに基づいて、ｄ軸電圧指令値ｖ_ｄ ^＊及びｑ軸電圧指令値ｖ_ｑ ^＊を演算する。電圧指令値は、インバータ１が出力する電圧の指令値である。ベクトル制御の場合、ｄ軸方向とｑ軸方向とに分けて演算するのが一般的な手法である。電圧指令値演算部３３における演算処理は公知であり、ここでの説明は割愛する。電圧指令値演算部３３が演算したｄ軸電圧指令値ｖ_ｄ ^＊及びｑ軸電圧指令値ｖ_ｑ ^＊は、ＰＷＭ制御部３５と、誤配線検出部４０とに入力される。

積分器３４は、入力された回転速度ω_ｄに基づき、内部演算で角周波数を求め、求めた角周波数を積分して位相θ_ｉを演算する。角周波数は、回転速度ω_ｄに誘導モータ２のすべり速度を加算することで生成することができる。積分器３４が演算した位相θ_ｉは、ＰＷＭ制御部３５と、座標変換部３６とに入力される。座標変換部３６において、位相θ_ｉは、ｄ軸電流ｉ_ｄ及びｑ軸電流ｉ_ｑを演算する際に用いられる。

ＰＷＭ制御部３５は、位相θ_ｉ、ｄ軸電圧指令値ｖ_ｄ ^＊及びｑ軸電圧指令値ｖ_ｑ ^＊、並びにフィルタコンデンサ電圧ｖ_ＦＣに基づいて、インバータ１のスイッチング素子１ａをＰＷＭ制御するためのＰＷＭ信号を生成する。ＰＷＭ信号の生成処理は公知であり、ここでの説明は割愛する。

次に、誤配線検出部４０について説明する。誤配線検出部４０は、誘導モータ２に誤配線が生じているか否かを検出する検出部である。誤配線検出部４０は、トルク推定部４１と、偏差演算部４２と、判定部４３とを有する。

トルク推定部４１には、座標変換部３６によって変換されたｄ軸電流ｉ_ｄ及びｑ軸電流ｉ_ｑと、電圧指令値演算部３３によって演算されたｄ軸電圧指令値ｖ_ｄ ^＊及びｑ軸電圧指令値ｖ_ｑ ^＊とが入力される。トルク推定部４１は、ｄ軸電流ｉ_ｄと、ｑ軸電流ｉ_ｑと、ｄ軸電圧指令値ｖ_ｄ ^＊と、ｑ軸電圧指令値ｖ_ｑ ^＊とに基づいて、トルク推定値Ｔ_ｅを演算する。トルク推定値Ｔ_ｅは、外部から入力又は指示される値ではなく、制御装置４の内部の制御パラメータによって演算されるトルクの推定値である。トルク推定部４１が演算したトルク推定値Ｔ_ｅは、偏差演算部４２に入力される。

偏差演算部４２には、トルク推定値Ｔ_ｅに加え、トルク指令値Ｔ_ｍ ^＊が入力される。偏差演算部４２は、トルク指令値Ｔ_ｍ ^＊とトルク推定値Ｔ_ｅとの偏差の絶対値｜ΔＴ｜を演算する。偏差の絶対値｜ΔＴ｜は、判定部４３に入力される。

判定部４３には、偏差の絶対値｜ΔＴ｜に加え、基準値Ｔ_ｓが入力される。基準値Ｔ_ｓは、誤配線を検出するための閾値である。判定部４３は、偏差の絶対値｜ΔＴ｜を基準値Ｔ_ｓと比較し、偏差の絶対値｜ΔＴ｜が基準値Ｔ_ｓよりも大きいときに誤配線が生じていると判定して誤配線検出信号Ｈ_ｄを出力する。誤配線検出信号Ｈ_ｄは、ゲート駆動回路８に出力される。誤配線検出信号Ｈ_ｄは、ゲート駆動回路８の動作を強制的に停止させる制御信号である。誤配線検出信号Ｈ_ｄが出力されている間、ゲート駆動回路８は、ＰＷＭ制御部３５からのＰＷＭ信号が入力されていても、インバータ１へのゲート駆動信号の出力を停止する。

次に、誤配線検出の動作原理について、図３及び図４を参照して説明する。図３は、誤配線検出の動作原理の説明に供する第１の図である。図４は、誤配線検出の動作原理の説明に供する第２の図である。

図３には、誘導モータ２の起動時におけるｑ軸電圧指令値ｖ_ｑ ^＊の時間変化波形が示されている。図３において、Ｋ１は、正常配線された誘導モータ２を制御する制御装置４によって演算されるｑ軸電圧指令値ｖ_ｑ ^＊の波形である。また、Ｋ２は、誤配線状態にある誘導モータ２を制御する制御装置４によって演算されるｑ軸電圧指令値ｖ_ｑ ^＊の波形である。前述したように、ｑ軸電圧指令値ｖ_ｑ ^＊は、電圧指令値演算部３３によって演算されるｑ軸方向の電圧指令値である。

波形Ｋ１に示されるように、正常配線された誘導モータ２を制御する制御装置４によって演算されるｑ軸電圧指令値ｖ_ｑ ^＊は、時間の経過と共に上昇する波形となる。これに対して、誤配線状態にある誘導モータ２を制御する制御装置４によって演算されるｑ軸電圧指令値ｖ_ｑ ^＊は、波形Ｋ２に示されるように、上昇して行かない。これは、トルク指令値Ｔ_ｍ ^＊によって誘導モータ２を駆動させる回転方向と、実際の回転方向とが逆方向となるためである。

また、図４には、誘導モータ２の起動時におけるトルク推定値Ｔ_ｅの時間変化波形が示されている。図４において、Ｋ３は、正常配線された誘導モータ２を制御する制御装置４によって演算されるトルク推定値Ｔ_ｅの波形である。また、Ｋ４は、誤配線状態にある誘導モータ２を制御する制御装置４によって演算されるトルク推定値Ｔ_ｅの波形である。

波形Ｋ３に示されるように、正常配線状態のときのトルク推定値Ｔ_ｅは、外部から指示された図示しないトルク指令値Ｔ_ｍ ^＊に追従する波形となる。これに対して、誤配線状態のときのトルク推定値Ｔ_ｅは、波形Ｋ４に示されるように、外部から指示されたトルク指令値Ｔ_ｍ ^＊には追従せず、また、推定値の極性も波形Ｋ３の極性と逆になっている。これは、トルク指令値Ｔ_ｍ ^＊によって誘導モータ２を駆動させる回転方向と、実際の回転方向とが逆方向となるためである。

本願発明者らは、図３又は図４に示される波形の差異を生じさせる制御パラメータに着目し、簡易且つ精度のよい誤配線の検出手法を見出すに至った。

次に、実施の形態１における誤配線検出の動作について、図２及び図５を参照して説明する。図５は、実施の形態１における誤配線検出の動作フローを示すフローチャートである。図５において、ステップＳ１０１の処理はトルク推定部４１によって実行され、ステップＳ１０２の処理は偏差演算部４２によって実行され、ステップＳ１０３からステップＳ１０６の処理は判定部４３によって実行される。

ステップＳ１０１では、トルク推定値Ｔ_ｅが算出される。ステップＳ１０２では、トルク推定値Ｔ_ｅとトルク指令値Ｔ_ｍ ^＊との偏差ΔＴが算出される。ステップＳ１０３では、ステップＳ１０２で算出された偏差ΔＴの絶対値｜ΔＴ｜が基準値Ｔ_ｓと比較される。

ここで、絶対値｜ΔＴ｜が基準値Ｔ_ｓ以上である場合（ステップＳ１０４，Ｙｅｓ）、ステップＳ１０５に進む。ステップＳ１０５では、「誤配線有り」と判定され、図５の処理フローを終える。

一方、絶対値｜ΔＴ｜が基準値Ｔ_ｓ未満である場合（ステップＳ１０４，Ｎｏ）、ステップＳ１０６に進む。ステップＳ１０６では、「誤配線無し」と判定され、図５の処理フローを終える。

なお、上記のステップＳ１０４の判定処理では、絶対値｜ΔＴ｜と基準値Ｔ_ｓとが等しい場合を“Ｙｅｓ”と判定してステップＳ１０５に移行しているが、“Ｎｏ”と判定してステップＳ１０６に移行してもよい。すなわち、絶対値｜ΔＴ｜と基準値Ｔ_ｓとが等しい場合を“Ｙｅｓ”又は“Ｎｏ”の何れで判定してもよい。

以上の説明のように、実施の形態１に係る電気車制御装置によれば、トルク指令値Ｔ_ｍ ^＊と、トルク推定値Ｔ_ｅと、に基づいて誘導モータ２の誤配線を検出することができる。実施の形態１の手法は、トルク指令値Ｔ_ｍ ^＊というトルクに関する入力情報と、トルク推定値Ｔ_ｅというトルクに関する推定情報とを用いればよいので、誘導モータ２の誤配線を簡易な手法で検出することが可能となる。

また、実施の形態１に係る電気車制御装置によれば、複数台の誘導モータ２のうちで、一部の誘導モータ２の誤配線を検出し、誤配線が検出された誘導モータ２の駆動を停止することができる。これにより、誤配線が検出された誘導モータ２に無効電流が流れ続けることを抑止できるので、誤配線状態にある誘導モータ２に不具合が生ずる可能性、もしくは劣化する可能性を小さくすることができる。

図６は、実施の形態１に係る制御装置４の図２とは異なる構成例を示すブロック図である。図２との相違点は、誤配線検出信号Ｈ_ｄの出力先である。すなわち、図２では、誤配線検出信号Ｈ_ｄをゲート駆動回路８に出力しているのに対し、図６では、誤配線検出信号Ｈ_ｄを遮断器２２に出力している。誤配線検出信号Ｈ_ｄを受信した遮断器２２は、図示しない接点を開放することで、架線１１から供給される電力を遮断する。

図２の構成では、誤配線状態にある誘導モータ２のみの駆動を停止できるので、電気車の運行を継続できるという利点がある。一方、図６の構成では、誤配線状態にある誘導モータ２のみの駆動を停止することはできない。しかしながら、図６の構成では、架線１１により近い側で電力供給を遮断できるので、電気車の運行を迅速に停止できるという利点がある。電気車において、１つのインバータが１台の誘導モータを個々に駆動する用途では、１つのインバータが複数台の誘導モータを駆動する場合に比べて、大きな電流が流れる。このため、電気車の運行を迅速に停止できる図６の構成は、大電流用途の電気車に有用である。

実施の形態２．
図７は、実施の形態２に係る制御装置４Ａの詳細構成を示すブロック図である。実施の形態２に係る制御装置４Ａは、電圧制御部３０Ａと、誤配線検出部４０Ａとを備える。

電圧制御部３０Ａには、図２に示す実施の形態１の電圧制御部３０の構成に速度推定部３８が追加されている。また、誤配線検出部４０Ａでは、図１に示す実施の形態１の誤配線検出部４０の構成において、トルク推定部４１が速度換算部４４に変更され、偏差演算部４２が偏差演算部４５に変更され、判定部４３が判定部４６に変更されている。

更に、実施の形態１に係る制御装置４は、速度検出器２８が検出する回転速度ω_ｄを制御で使用するが、実施の形態２に係る制御装置４Ａは、速度検出器２８の検出値を制御に使用しない、いわゆる速度センサレス制御を行う制御装置である。なお、その他の構成については、入出力信号を除き、実施の形態１の構成と同一又は同等であり、同一又は同等の構成部には同一の符号を付して重複する説明は割愛する。また、入出力信号については、後述する。

速度推定部３８には、座標変換部３６によって変換されたｄ軸電流ｉ_ｄ及びｑ軸電流ｉ_ｑと、電圧指令値演算部３３によって演算されたｄ軸電圧指令値ｖ_ｄ ^＊及びｑ軸電圧指令値ｖ_ｑ ^＊とが入力される。速度推定部３８は、ｄ軸電流ｉ_ｄ及びｑ軸電流ｉ_ｑ、並びに、ｄ軸電圧指令値ｖ_ｄ ^＊及びｑ軸電圧指令値ｖ_ｑ ^＊に基づいて、速度推定値ω_ｅを演算により求める。速度推定値ω_ｅは、実施の形態１で使用していた速度検出器２８の検出値である回転速度ω_ｄに代わるものである。速度推定部３８により演算された速度推定値ω_ｅは、電圧制御部３０Ａの積分器３４と、誤配線検出部４０Ａの偏差演算部４５とに入力される。なお、速度推定値ω_ｅの算出手法は公知であり、ここでの詳細な説明は割愛する。具体的な算出手法については、例えば特許第４４３７６２９号公報に開示されており、当該公報の内容を参照されたい。

積分器３４は、入力された速度推定値ω_ｅに基づき、内部演算で角周波数を求め、求めた角周波数を積分して位相θ_ｉを演算する。

速度換算部４４には、外部からの車両速度情報である車両速度Ｖ_ｓが入力される。車両速度情報は、列車によって管理されている走行速度の情報を利用してもよいし、走行速度に関する実際の検出情報を利用してもよい。速度換算部４４は、車両速度Ｖ_ｓを換算速度ω_ｃに換算する。換算速度ω_ｃは、車両速度Ｖ_ｓを誘導モータ２の回転速度に換算した換算値である。速度換算部４４が演算した換算速度ω_ｃは、偏差演算部４５に入力される。

偏差演算部４５には、換算速度ω_ｃに加え、速度推定値ω_ｅが入力される。偏差演算部４５は、換算速度ω_ｃと、速度推定値ω_ｅとの偏差の絶対値｜Δω｜を演算する。偏差の絶対値｜Δω｜は、判定部４６に入力される。

判定部４６には、偏差の絶対値｜Δω｜に加え、基準値ω_ｓが入力される。基準値ω_ｓは、誤配線を検出するための閾値である。判定部４６は、偏差の絶対値｜Δω｜を基準値ω_ｓと比較し、偏差の絶対値｜Δω｜が基準値ω_ｓよりも大きいときに誤配線が生じていると判定して誤配線検出信号Ｈ_ｄをゲート駆動回路８に出力する。なお、図７では、誤配線検出信号Ｈ_ｄは、ゲート駆動回路８に出力されるが、図６のように、遮断器２２に出力してもよい。

次に、実施の形態２における誤配線検出の動作について、図７及び図８を参照して説明する。図８は、実施の形態２における誤配線検出の動作フローを示すフローチャートである。図８において、ステップＳ２０１の処理は速度換算部４４によって実行され、ステップＳ２０２の処理は偏差演算部４５によって実行され、ステップＳ２０３からステップＳ２０６の処理は判定部４６によって実行される。

ステップＳ２０１では、車両速度Ｖ_ｓが換算速度ω_ｃに換算される。ステップＳ２０２では、速度推定値ω_ｅと換算速度ω_ｃとの偏差Δωが算出される。ステップＳ２０３では、ステップＳ２０２で算出された偏差Δωの絶対値｜Δω｜が基準値ω_ｓと比較される。基準値ω_ｓは、ノイズなどによる誤検出を防ぐための判定値として設定される。つまり、基準値ω_ｓは誤配線検出の精度を向上するために設けられる設定値である。

ここで、絶対値｜Δω｜が基準値ω_ｓ以上である場合（ステップＳ２０４，Ｙｅｓ）、ステップＳ２０５に進む。ステップＳ２０５では、「誤配線有り」と判定され、図８の処理フローを終える。

一方、絶対値｜Δω｜が基準値ω_ｓ未満である場合（ステップＳ２０４，Ｎｏ）、ステップＳ２０６に進む。ステップＳ２０６では、「誤配線無し」と判定され、図８の処理フローを終える。

なお、上記のステップＳ２０４の判定処理では、絶対値｜Δω｜と基準値ω_ｓとが等しい場合を“Ｙｅｓ”と判定してステップＳ２０５に移行しているが、“Ｎｏ”と判定してステップＳ２０６に移行してもよい。すなわち、絶対値｜Δω｜と基準値ω_ｓとが等しい場合を“Ｙｅｓ”又は“Ｎｏ”の何れで判定してもよい。

以上の説明のように、実施の形態２に係る電気車制御装置によれば、車両速度Ｖ_ｓと、速度推定値ω_ｅと、に基づいて誘導モータ２に誤配線を検出することができる。実施の形態２の手法は、車両速度Ｖ_ｓという速度に関する入力情報と、速度推定値ω_ｅという速度に関する推定情報とを用いればよい。このため、実施の形態２によれば、誘導モータ２の誤配線を簡易な手法で検出することが可能となる。

また、実施の形態２に係る電気車制御装置によれば、複数台の誘導モータ２のうちで、一部の誘導モータ２の誤配線を検出し、誤配線が検出された誘導モータ２の駆動を停止することができる。これにより、誤配線が検出された誘導モータ２に無効電流が流れ続けることを抑止できるので、誤配線状態にある誘導モータ２に不具合が生ずる可能性、もしくは劣化する可能性を小さくすることができる。

なお、図７では、誤配線検出信号Ｈ_ｄをゲート駆動回路８に出力しているが、図６と同様に、誤配線検出信号Ｈ_ｄを遮断器２２に出力してもよい。誤配線検出信号Ｈ_ｄを遮断器２２に出力することにより、実施の形態１で説明した図６に示す構成の効果を得ることができる。

実施の形態３．
図９は、実施の形態３に係る制御装置４Ｂの詳細構成を示すブロック図である。実施の形態３に係る制御装置４Ｂは、電圧制御部３０Ｂと、誤配線検出部４０Ｂとを備える。

誤配線検出部４０Ｂでは、図７に示す実施の形態２の誤配線検出部４０Ａの構成において、速度換算部４４が入力電流演算部４７に変更され、偏差演算部４５が偏差演算部４８に変更され、判定部４６が判定部４９に変更されている。

また、実施の形態３に係る制御装置４Ｂでは、入力回路３に設けられた電流検出器２７による電流検出値Ｉ_ｄと、トルク指令値Ｔ_ｍ ^＊とが、誤配線検出部４０Ｂに入力されるように構成されている。その他の構成については、実施の形態２の構成と同一又は同等であり、同一又は同等の構成部には同一の符号を付して重複する説明は割愛する。なお、電流検出器５と、電流検出器２７とを符号無しで区別する場合には、電流検出器５を「第１の電流検出器」と呼び、電流検出器２７を「第２の電流検出器」と呼ぶ。

図９の構成において、電流検出器２７は、入力回路３に流れる電流を検出する。入力回路３に流れる電流は、入力回路３に接続される複数のインバータ１に流れる電流の合計値でもある。

入力電流演算部４７には、トルク指令値Ｔ_ｍ ^＊が入力される。入力電流演算部４７は、トルク指令値Ｔ_ｍ ^＊に基づいて、インバータ１と誘導モータ２との間の配線が正常接続されたと仮定した場合に、複数のインバータ１における各々のインバータ１の入力側に流れる電流の合計値Ｉ_ｋを演算する。電流の合計値Ｉ_ｋは、公知の演算式で求めることができる。入力電流演算部４７が演算した電流の合計値Ｉ_ｋは、偏差演算部４８に入力される。

偏差演算部４８には、電流の合計値Ｉ_ｋに加え、電流検出器２７によって検出された電流検出値Ｉ_ｄが入力される。偏差演算部４８は、電流の合計値Ｉ_ｋと、電流検出値Ｉ_ｄとの偏差の絶対値｜ΔＩ｜を演算する。偏差の絶対値｜ΔＩ｜は、判定部４９に入力される。

判定部４９には、偏差の絶対値｜ΔＩ｜に加え、基準値Ｉ_ｓが入力される。基準値Ｉ_ｓは、誤配線を検出するための閾値である。判定部４９は、偏差の絶対値｜ΔＩ｜を基準値Ｉ_ｓと比較し、偏差の絶対値｜ΔＩ｜が基準値Ｉ_ｓよりも大きいときに誤配線が生じていると判定して誤配線検出信号Ｈ_ｄをゲート駆動回路８に出力する。なお、図９では、誤配線検出信号Ｈ_ｄは、ゲート駆動回路８に出力されるが、図６のように、遮断器２２に出力してもよい。

次に、実施の形態３における誤配線検出の動作について、図９及び図１０を参照して説明する。図１０は、実施の形態３における誤配線検出の動作フローを示すフローチャートである。図１０において、ステップＳ３０１の処理は入力電流演算部４７によって実行され、ステップＳ３０２の処理は偏差演算部４８によって実行され、ステップＳ３０３からステップＳ３０６の処理は判定部４９によって実行される。

ステップＳ３０１では、正常時に複数のインバータ１の入力側に流れる電流の合計値Ｉ_ｋが算出される。ステップＳ３０２では、電流の合計値Ｉ_ｋと電流検出値Ｉ_ｄとの偏差ΔＩが算出される。ステップＳ３０３では、ステップＳ３０２で算出された偏差ΔＩの絶対値｜ΔＩ｜が基準値Ｉ_ｓと比較される。

ここで、絶対値｜ΔＩ｜が基準値Ｉ_ｓ以上である場合（ステップＳ３０４，Ｙｅｓ）、ステップＳ３０５に進む。ステップＳ３０５では、「誤配線有り」と判定され、図１０の処理フローを終える。

一方、絶対値｜ΔＩ｜が基準値Ｉ_ｓ未満である場合（ステップＳ３０４，Ｎｏ）、ステップＳ３０６に進む。ステップＳ３０６では、「誤配線無し」と判定され、図１０の処理フローを終える。

なお、上記のステップＳ３０４の判定処理では、絶対値｜ΔＩ｜と基準値Ｉ_ｓとが等しい場合を“Ｙｅｓ”と判定してステップＳ３０５に移行しているが、“Ｎｏ”と判定してステップＳ３０６に移行してもよい。すなわち、絶対値｜ΔＩ｜と基準値Ｉ_ｓとが等しい場合を“Ｙｅｓ”又は“Ｎｏ”の何れで判定してもよい。

以上の説明のように、実施の形態３に係る電気車制御装置によれば、正常時に各々のインバータ１の入力側に流れる電流の合計値Ｉ_ｋと、電流検出器２７が検出する電流検出値Ｉ_ｄと、に基づいて誘導モータ２の誤配線を検出することが可能となる。上述の通り、各々のインバータ１の入力側に流れる電流の合計値Ｉ_ｋは、トルク指令値Ｔ_ｍ ^＊を用いて算出することができる。これにより、実施の形態３の手法は、トルク指令値Ｔ_ｍ ^＊というトルクに関する入力情報と、電流検出値Ｉ_ｄという電流に関する入力情報とを用いればよい。このため、実施の形態３によれば、誘導モータ２の誤配線を簡易な手法で検出することが可能となる。

なお、図９は、図７に示す実施の形態２の制御装置４Ａと同様に、速度検出器２８の検出値を制御に使用しない速度センサレス制御を行う制御装置４Ｂの構成であるが、図２に示す実施の形態１の制御装置４と同様に、速度検出器２８の検出値を利用する駆動制御系に適用してもよい。

また、図９では、誤配線検出信号Ｈ_ｄをゲート駆動回路８に出力しているが、図６と同様に、誤配線検出信号Ｈ_ｄを遮断器２２に出力してもよい。但し、実施の形態３の場合、どの誘導モータ２に誤配線が発生したかの判定は困難である。よって、誤配線状態にある誘導モータ２が１台でも存在していれば、各々の制御装置４Ｂによって誤配線が検出され、全ての誘導モータ２の駆動が停止される。従って、実施の形態３の場合、誤配線検出信号Ｈ_ｄをゲート駆動回路８に出力する場合の効果と、誤配線検出信号Ｈ_ｄを遮断器２２に出力する場合の効果との間には大きな差異はなく、両者の効果は同等である。

最後に、実施の形態１における誤配線検出部４０の機能、実施の形態２における誤配線検出部４０Ａの機能、及び実施の形態３における誤配線検出部４０Ｂの機能を実現するハードウェア構成について、図１１及び図１２を参照して説明する。

誤配線検出部４０、誤配線検出部４０Ａ又は誤配線検出部４０Ｂの各機能を実現する場合には、図１１に示すように、演算を行うプロセッサ１００、プロセッサ１００によって読みとられるプログラムが保存されるメモリ１０２、及び信号の入出力を行うインタフェース１０４を含む構成とすることができる。

プロセッサ１００は、演算装置、マイクロプロセッサ、マイクロコンピュータ、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、又はＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）といったものであってもよい。また、メモリ１０２には、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、フラッシュメモリ、ＥＰＲＯＭ（Ｅｒａｓａｂｌｅ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ ＲＯＭ）、ＥＥＰＲＯＭ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ ＥＰＲＯＭ）（登録商標）といった、不揮発性又は揮発性の半導体メモリ、磁気ディスク、フレキシブルディスク、光ディスク、コンパクトディスク、ミニディスク、ＤＶＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ Ｄｉｓｃ）を例示することができる。

メモリ１０２には、誤配線検出部４０、誤配線検出部４０Ａ又は誤配線検出部４０Ｂの各機能を実行するプログラムが格納されている。プロセッサ１００は、インタフェース１０４を介して必要な情報の授受を行うと共に、メモリ１０２に格納されたプログラムをプロセッサ１００が実行することにより、実施の形態１、２及び３で説明された各種の演算処理を実行する。プロセッサ１００による処理結果は、メモリ１０２に記憶することができる。

また、図１１に示すプロセッサ１００及びメモリ１０２は、図１２のように処理回路１０３に置き換えてもよい。処理回路１０３は、単一回路、複合回路、プログラム化したプロセッサ、並列プログラム化したプロセッサ、ＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ−Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）、又は、これらを組み合わせたものが該当する。

なお、以上の実施の形態に示した構成は、本発明の内容の一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。

１ インバータ、１ａ スイッチング素子、２ 誘導モータ、３ 入力回路、４，４Ａ，４Ｂ 制御装置、５，２７ 電流検出器、８ ゲート駆動回路、１１ 架線、１５ パンタグラフ、１６ 車輪、１８ レール、２２ 遮断器、２４ フィルタコンデンサ、２６ 電圧検出器、２８ 速度検出器、３０，３０Ａ，３０Ｂ 電圧制御部、３１ 電流指令値演算部、３３ 電圧指令値演算部、３４ 積分器、３５ ＰＷＭ制御部、３６ 座標変換部、３８ 速度推定部、４０，４０Ａ，４０Ｂ 誤配線検出部、４１ トルク推定部、４２，４５，４８ 偏差演算部、４３，４６，４９ 判定部、４４ 速度換算部、４７ 入力電流演算部、５０ 第１の駆動群、５２ 第２の駆動群、８０ 電気車駆動システム、１００ プロセッサ、１０２ メモリ、１０３ 処理回路、１０４ インタフェース。

Claims (4)

1. 誘導モータと、前記誘導モータを駆動するインバータと、前記誘導モータに流れるモータ電流を検出する電流検出器と、トルク指令値、検出された前記モータ電流に基づいて算出した電圧指令値、並びに、算出した前記電圧指令値及び検出した前記モータ電流に基づいて算出した速度推定値に基づいて前記インバータを制御する制御装置と、を有する駆動制御系を複数備え、複数の前記駆動制御系によって電気車を走行制御する電気車制御装置であって、
   各前記制御装置は、
   前記電気車の走行速度を前記誘導モータの回転速度に変換し、変換された前記回転速度と、前記速度推定値とに基づいて、前記誘導モータの誤配線を検出する誤配線検出部を備えたことを特徴とする電気車制御装置。
2. 前記誤配線検出部は、
   前記回転速度と前記速度推定値との偏差の絶対値を演算する演算部と、
   前記偏差の絶対値と基準値とを比較し、前記偏差の絶対値が前記基準値よりも大きいときに誤配線が生じていると判定して誤配線検出信号を出力する判定部と、
   を備えたことを特徴とする請求項１に記載の電気車制御装置。
3. 誘導モータと、前記誘導モータを駆動するインバータと、前記誘導モータに流れるモータ電流を検出する第１の電流検出器と、トルク指令値、及び検出された前記モータ電流に基づいて算出した電圧指令値に基づいて前記インバータを制御する制御装置と、を有する駆動制御系を複数備え、複数の前記駆動制御系によって電気車を走行制御する電気車制御装置であって、
   複数の前記駆動制御系に含まれる複数のインバータの入力側に流れる電流の合計を検出する第２の電流検出器を備え、
   各前記制御装置は、
   前記トルク指令値を用いて、正常時に前記インバータの入力側に流れる電流の合計値を算出し、算出された前記電流の合計値と、前記第２の電流検出器の検出値とに基づいて、前記誘導モータの誤配線を検出する誤配線検出部を備えたことを特徴とする電気車制御装置。
4. 前記誤配線検出部は、
   前記トルク指令値を用いて前記電流の合計値を演算する演算部と、
   前記電流の合計値と、前記第２の電流検出器の検出値との偏差の絶対値を演算する演算部と、
   前記偏差の絶対値と基準値とを比較し、前記偏差の絶対値が前記基準値よりも大きいときに誤配線が生じていると判定して誤配線検出信号を出力する判定部と、
   を備えたことを特徴とする請求項３に記載の電気車制御装置。

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