JPH01114303A - リニアモータ電気車の制御回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はリニアモータ電気車の制御回路に関する。

〔従来の技術〕

リニアモータを走行用主電動機として使用する電気車は
、リニアモータの一次回路であるコイルを車輌に積載し
、また二次回路であるリアクションプレートを二条のレ
イル間に敷設し、両回路間の吸引・反発作用により車輌
を走行させるものである。

このようなリニアモータ電気車は、その低騒音性あるい
は従来の駆動輪に装架されている回転式電動機が不要に
なることによる車輌の低床化、延いては車輌全体の小型
化による陽道断面の小型化等の長所がある。

ｉ２図は「第２１回鉄道におけるサイバネティクス利用
国際シンポジウム論文集Ｊ　、　（１９８４年１１月。

日本鉄道サイバネティクスｔａａＩ会発行）の第２０９
〜２１３頁に掲載されているリニアモータ電気車の従来
の制御回路の構成を示す回路図である。

図中１は制御パターン発生部であり、速度指令器１１か
ら与えられる指令信号ＣＳと現実の車輌の走行速度とを
一致させるべ（すべり周波数パターンｆｓ及びモータ電
圧パターンＶｘ／ｆ＋、４ｖをそれぞれ発生する。なお
、前者は後述する周波数演算器５に、また後者はインバ
ータ出力電圧の指令値Ｖｃを演算する電圧演算器２にそ
れぞれ与えられる。

電圧演算器２は上述の周波数演算器５の出力、である周
波数指令値ｆ、、ｌｖと、前述の制御パターン発生部１
の出力であるモータ電圧パターンＶＮ／ｆｌＮＶと、イ
ンバータ装置１０の入力電圧検出器１２の検出（ａＶｔ
とに基づいて、インバータ装置１０の導通率指令に相当
するインバータ出力電圧指令値Ｖｃを演算する。このイ
ンバータ出力電圧指令値Ｖｃは低位優先回路４に与えら
れる。

３は最大モータ電流リミッタであり、モータ電流検出器
１３の検出値Ｉ、がインバータ出力電流の過負荷状態を
示す場合にインバータ装置１０の出力電流を制限するた
めの制限電流値ｖＬを出力する。

なお、制限電流値ｖＬはモータ電流検出器１３の検出値
１ｙ、即ちモータ電流値に対応して、たとえばその定数
倍等として決定される。

４は低位優先回路であり、上述の最大モータ電流リミッ
タ３の出力である制限電流値ＶＬＶＬと、前述の演算器
２の出力であるインバータ出力電圧指令値Ｖεとが与え
られており、いずれか低位の方を選択してインバータ出
力電圧指令値の最終値Ｖｃ’として出力し、このインバ
ータ出力電圧指令値の最終値Ｖｃ’はインバータ装置１
０に与えられている。

周波数演算器５は、前述の如く、制御パターン発生部ｌ
の出力であるすべり周波数パターンｆｓと、速度検出器
１４の検出値ｆｒとの加減算、具体的には加速時には加
算を、減速時には減算をそれぞれ行ってインバータ周波
数指令値ｆｌＮＩｉ＋を演算する。

このインバータ周波数指令値ｆｌＮＶは図示しないイシ
バータに与えられる他、前述の電圧演算器２にも与えら
れている。

なお速度指令器１１は車輌の運転積等に設けられており
、運転士が操作することにより走行速度の指令が行なわ
れる。

入力電圧検出器１２はインバータ装置１０への入力電圧
を検出している。

モータ電圧検出器１３はリニアモータコイルへのインバ
ータ装置１０からの給電電圧を検出している。

速度検出器１４は車輌の走行速度を車輪の回転数等に基
づいて検出している。

このような従来のリニアモータ電気車の制御回路の動作
について以下に説明する。

速度指令器１１の操作により速度指令信号ＣＳが制御パ
ターン発生部ｌに与えられると、制御パターン発生部１
は与えられた速度指令信号ＣＳとその時点の荷重条件等
とによりすべり周波数パターンｆ３及びモータ電圧パタ
ーンＶ工／ｆ　ｌ　ＭＶとを発生し出力する。

すべり周波数パターンｆｓは周波数演算器５により速度
検出器１４の検出値ｆｒと加減算され、これにより周波
数演算器５は下記（１）式に従ってインバータ周波数指
令値ｆｌＮＶを発生してインバータ装置ｌＯに与える。

ｆ、、、　ｗｆｒｔｆｓ　　・・・（１）（但し、加速
時は＋、減速時は−） 一方、電圧演算器２は制御パターン発生部１から与えら
れるモータ電圧パターンｖＭ／ｆＩＮｖと、入力電圧検
出器１２から与えられるインバータへの入力電圧の検出
値Ｖ！とに基づいて下記（２）式に従ってインバータ出
力電圧指令値Ｖｃを演算して低位優先回路４に与える。

Ｖｃｍｋ　＃　（Ｖｗ　／ｆ＋ｇｖ　）　Ｘ　ｆｔａｖ
　Ｘ（１／ＶＥ　）　・・・（２）（但し、ｋは定数） この電圧演算器２の出力であるインバータ出力電圧指令
値Ｖｃは低位優先回路４に与えられるが、モータ電流が
インバータ出力゛電流の過負荷状態を示す場合には最大
モータ電流リミッタ３から低位優先回路４ヘモータ電流
検出値に相応し赳制限電流値ｖＬが与えられる。そして
、低位優先回路４に′よりインバータ出力電圧指令値Ｖ
ｃと制限電流値ｖＬとのいずれか低位の方が選択されて
インバータ出力電圧指令値の最終値Ｖｃ’としてインバ
ータ装置１０に与えられる。

以上により、インバータ装置１０にはインバータ周波数
指令値ｆｌＮＶとインバータ出力電圧指令値の最終値Ｖ
ｃ’とが与えられるので、速度指令信号Ｃ８に対応した
速度となるようにリニアモータが駆動制御される。

〔発明が解決しようとする問題点〕

以上のような構成の従来のリニアモータ電気車の＊ｍ回
路では、最大モータ電流リミッタ３による制限電流値Ｖ
Ｌの設定を適切に行なう必要がある。しかし、リニアモ
ータ電気車では、リニアモータの二次回路、即ちリアク
シランプレートの欠損部、たとえばポイントのトングレ
イル部分等での欠損部においては一時的にかなりの過電
流が流れるが、制限電流値ＶＬはこの際の過電流を見込
んだ値とする必要がある。このため、インバータ装置の
容量も制限電流値ｖＬに応じて大きくする必要があり１
、不必要に大きな容量を必要とするという問題ある。

本発明は以上のような事情に鑑みてなされたものであり
、特別な検出器等を付加することなく、リニアモータが
過負荷に到る前駆現象を検知することにより過電流を防
止し得る構成としてインバータ装置の容量を最適に設計
し得る制御回路の提供を目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明のリニアモータ電気車の制御回路は、リニアモー
タへの供給電圧の時間変化率を検知することによって過
電流に到る前駆現象を検出し、これによりインバータ装
置からリニアモータコイルへの出力電圧を減少させるよ
うにしている。

〔作用〕

本発明のリニアモータ電気車の制御回路では、過電流の
前駆現象が検出されることによりインバータ装置の出力
電圧が減少され、リニアモータの一次回路である車輌側
のコイルの励磁電流の増加による過電流を防止する。

〔発明の実施例〕

以下、本発明をその実施例を示・す図面に基づいて詳述
する。

第１図は本発明に係るリニアモータ電気車の制御回路の
構成を示す回路図であり、前述の従来技術の説明に用い
た第２図の回路図と同一または相当部分には同一の参照
符号を付与しである。　′図中１は制御パターン発生部
であり、速度指令器１１から与えられる指令信号ＣＳと
現実の車輌の走行速度とを一敗させるべ（、すべり周波
数パターンｆｓ及びモータ電圧パターンＶＷ　／ｆｔＮ
ｖをそれぞれ発生する。なお、前者は後述する周波数演
算器５に、また後者はインバータ出力電圧の指令値Ｖｃ
を演算する電圧演算器２にそれぞれ与えられる。

電圧演算器２は周波数演算器５の出力である周波数指令
値ｆｌＮＶと、前述の制御パターン発生部ｌの出力であ
るモータ電圧パターンＶｗ　／ｒ１ｍｖと、インバータ
装置１０の入力電圧検出器１２の検出値Ｖ。

とに基づいて、インバータ装！１０の導通率指令に相当
するインバータ出力電圧指令値Ｖｃを演算する。

このインバータ出力電圧指令値Ｖｃは後述する減算器８
に与えられている。

周波数演算器５は、前述の如く、制御パターン発生部１
の出力であるすべり周波数パターンｆｓと、速度検出器
１４の検出値ｆｒとの加減算、具体的には加速時には加
算を、減速時には減算をそれぞれ行ってインバータ周波
数指令値ｆｌＮｌｌを演算する。

このインバータ周波数指令値ｆ工、は図示しないインバ
ータに与えられる他、電圧演算器２にも与えられている
。

なお、速度検出器１４による速度の検出値ｆｒは後述す
るパルス幅回路９にも与えられている。

６は微分器であり、モータ電流検出器１３の検出値を微
分して時間変化率を演算する。この微分器６の出力であ
るモータ電流の微分値りは比較器７の一方の入力端子に
与えられている。

比較器７の他方の入力端子には所定の基準値Ｒが与えら
れており、微分器６の出力である微分値りが基準値Ｒを
超えた場合にパルス幅回路９に所定の信号出力を行なう
、なおこの基準値Ｒは、リニアモータの二次回路として
のリアクシランプレートがリニアモータコイルに対して
正しく位置している場合、具体的にはリアクシランプレ
ートに欠落がない場合にはとりえない値に設定されてい
る。

パルス幅回路９には速度検出器１４の検出値ｆｒと上述
の比較器７の出力信号とが与えられ、比較器７が所定の
信号を出力している間、速度検出器１４の検出値ｆｒ、
即ちその時点の速度に対応したレベルの信号を減算器８
へ減数として出力する。なお、パルス幅回路９のパルス
長、即ちパルス持続時間は本発明装置が装備されている
車輌の速度に応じて総てのリニアモータが二次回路であ
るリアクシランプレートの欠落部分を通過し得るに充分
な時間、あるいは各リニアモータが二次回路であるリア
クシランプレートの欠落部分を通過するタイミングに一
致したパルス列となっている。

なお速度指令器１１は車輌の運転席等に設けられており
、運転士が操作することにより走行速度の指令が行なわ
れる。

入力電圧検出器１２はインバータ装置ｌＯへの入力電圧
を検出している。

モータ電圧検出器１３はリニアモータコイルへのインバ
ータ装置１０からの給電電圧を検出している。

速度検出器１４は車輌の走行速度を車輪の回転数等に基
づいて検出している。

以上のように構成された本発明装置の動作は以下の如く
である。

速度指令器１１の操作により速度指令信号ＣＳが制御パ
ターン発生部１に与えられると、制御パターン発生部・
ｌは与えられた速度指令信号ＣＳとその時点の荷重条件
等とに基づいてすべり周波数パターンｆｓ及びモータ電
圧パターンＶＮ　／ｆｓＮｖとを発生し出力する。

すべり周波数パターンｔｓは周波数演算器５により速度
検出器１４の検出値ｆｒと加減算され、これにより周波
数演算器５は前述の従来例同様に下記（１）式に従って
インバータ周波数指令値ｆ１Ｍｖを発生してインバータ
装置（１０に与える。

ｆｒｍｖ　−ｆｒｆｆｓ　　＝（１） （但し、加速時は＋、減速時は−） 一方、電圧演算器２は制御パタごン発生部１から与えら
れるモータ電圧パターンＶＷ　／ｆｔＨｖと入力電圧検
出器１２から与えられるインバータ装置１０への入力電
圧の検出値Ｖ！とを基に下記（２）式に従ってインバー
タ出力電圧指令値Ｖｃを演算して減算器８に与える。

Ｖｃ−ｋ　　＊　　（ＶＷ　　／ＬＮｗ　　）　　　Ｘ
　　ｆｔ＊ｖ　　Ｘ（１／Ｖｔ　　）　　　・・・（２
）（但し、ｋは定数） この電圧演算器２の出力であるインバータ出力電圧指令
値Ｖｃは通常は減算器８を経由してインバータ装置に直
接インバータ出力電圧指令値の最終値Ｖｃ’としてイン
バータ装置１０に与えられる。。

以上により、インバータ装置１０にはインバータ周波数
指令値ｆ’ｌＮＶとインバータ出力電圧指令値の最終値
Ｖｃ’とが与えられるので、速度指令信号Ｃ５に対応し
た速度となるように図示しないリニアモータが駆動制御
される。

ところで、本発明装置を装備した電気車のリニアモータ
の一次回路であるコイルがリニアモータの二次回路であ
るリアクシランプレートの欠落部分に差掛かった際、そ
のリニアモータは二次回路の欠落によりｌモータ当たり
の励磁電流が大幅に増加する。換言すれば、インバータ
装置１０の出力電流が増加する。

このインバータ装置１０の出力電流の増加は微分器６に
より時間変化率として捉えられ、微分値りとして比較器
７に与えられる。

そして、微分値りが所定の基準値Ｒより大きい場合には
、比較器７はこれを検知してパルス幅回路９に所定の信
号を与える。即ち、リニアモータコイルがリアクシラン
プレートの欠落部分を通過する際には、そのリニアモー
タの励磁電流が大幅に増加して過電流が流れることにな
るが、微分器６によりモータ電流の時間変化率を検出す
るようにしているので、その際のインバータ装置の出力
電流の大小には拘わらず過電流の前駆現象を迅速に検出
することが可能である。

そして、比較器７から所定の信号が与えられることによ
りパルス幅回路９は減算器８へその時点のｉ度検出器１
４の検出値ｆｒに対応した値を減算値として減算器８に
与える。

これにより、減算器８からインバータ装置に与えられる
インバータ出力電圧指令値の最終値Ｖｃ’は電圧演算器
２め出力であるインバータ出力電圧指令値Ｖｃをその時
点の車輌の速度に応じて適宜に減じた値となるのて、リ
アクシランプレートの欠落部においてそれぞれのリニア
モータの励磁電流が増加したとしても、モータ電流の増
加開始と共にその時間変化率の大幅な増加が検知され、
これによりインバータ装置の出力電圧の増加が抑えられ
る。

〔発明の効果〕

以上に詳述したように、本発明のリニアモータ電気車の
制御回路によれば、リニアモータの過電流を検知するた
めの特別な検出器等を追加することなく、また容量が可
及的に小さなインバータ装置にて過電流の防止が可能に
なるので、リニアモータ電気車の制御用インバータ装置
の小型化及びコストダウンが可能になる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係るリニアモータ電気車の制御回路の
回路図、第２図は従来のリニアモータ電気車の制御回路
の回路図である。 ６・・・微分器　　７・・・比較器　　８・・・減算器
９・・・パルス幅回路　　１０−・・インバータ装置な
お、各図中同一符号は同−又は相当部分を示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、走行用リニアモータを可変電圧・可変周波数インバ
   ータ装置により給電するリニアモータ電気車の制御回路
   において、 前記リニアモータに通流する電流の時間微分値を検出す
   る微分器と、 該微分器の微分出力を所定の基準値と比較する比較器と
   、 該比較器により前記微分器の出力が前記基準値を超えた
   ことが検出された場合に、前記インバータ装置から前記
   リニアモータへの出力電圧を減少させる手段と を備えたことを特徴とするリニアモータ電気車の制御回
   路。