JPH027894A - 誘導電動機を用いた電気式ディーゼル車両 - 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） 本発明は例えば鉄道重両の主電動機として１回転数と負
荷とが変化する誘導電動機を用い、当該誘導電動機の電
源をディーゼル機関等の原動機によって直結駆動される
発電機から供給されるようにした場合における当該誘導
電動機の制御方法に関するものである。

（従来の技術） 誘導電動機の負荷と回転数が変化する状態で使用し、そ
の電源をディーゼル機関駆動の発電機に依存する方式、
すなわち、例えば誘導電動機を主電動機に使用した電気
式デイ−セル車両は公知である。

この方式によれば、主電動機の構造が簡易化され、高い
信頼性を保持することができるが、　ｒｌｉ両の制御は
電源電圧および周波数の可変制御によって行われるため
、人界用のコンバータ及びインバータを必要とし、装置
の弔電が重く１価格も高価となる点で問題がある。この
ような問題を解決するため、任意の回転数指令に対し、
高い精度で追従できるデイ−セル機関に交流発電機を直
結し、当該機関の回転数を可変制御することによって発
生させた可変周波数を誘導電動機に供給して制御する方
式、例えば特廓昭５５−９９４２８５Ｊなどに見られる
ごとき提案がなされた。しかし、この方式は機関の回転
数制御を高い精度で実施することが不可欠であり、その
ため調速機の機能が複雑となる点において問題がある。

（発明が解決しようとする課題） 本発明は誘導電動機を主電動機として用いた電気式ディ
ーゼル１１（両などにおいて、当該誘導電動機の出力制
御を従来の方法に比し、容易かつ確実に行える方法を提
供することによって、この方式の効率的な使用の拡大を
計ろうとするものである。

（課題を解決するための手段） 請求項１゜ 鉄道車両などの主電動機として用いられる５回転数とで
１荷とが変化する誘導電動機の電源をディーゼル機関な
どの原動機によって直結駆動される交流発電機から供給
する場合、誘導電動機の出力制御を原動機に供給される
燃料供給量の制御によって行なう。

請求項２゜ 請求項１の制御を開始するに先立って、交流発電機を直
結駆動する原動機を調速制御することによって交流発電
機を誘導電動機に同期させ、しかる後、誘導電動機に負
荷を与える。

請求項３゜ 請求項１゛の制御を開始するに先立って原動機を調速制
御して交流発電機を誘導電動機に同期させるに際し、原
動機の調速制御をその回転数を低ドさせることによって
行う場合、交流発電機の界磁を励磁し、それによって誘
導電動機に負荷をかけ、原動機の回転数低下を促進させ
る。

（実施例） 以下、本発明を電気式ディーゼル屯両に適用した場合を
例として第１図〜第６図に従って説明する。

第１図において、原動機であるディーゼル機関（以下「
機関」という）ＥＮによって直結駆動される交流発電機
３は、公知の極数切換回路４をもち、走行状態に応じて
転極可能である。本実施例においては、極数切替回路４
が、公知のマイクロ・プロセッサ、タイマ、メモリ及び
インターフェースをもつ電子制御装置Ｅ　ＣＵからの転
極指令１３を受けることによって、交流発電機３は低速
走行時には４極、中、高速走行時には８極となるものと
する。しかし、この極数は限定的ではない。誘導電動機
８は交流発電機３から電源供給を受け、図示しない車両
の動軸な直結駆動する。当該誘導電動機８は電子制御装
置ＩＥ　ＣＵからの転極指令１５を極数切換回路９を介
して受け、中、低速時には８極、高速時には４極となる
。但し、この極数も限定的ではない。

交流発電機３から誘導電動機８への電力供給回路６には
電流検出回路（以下ｒ　ＣＴ　Ｊという）７が挿入され
ており、当該ＣＴ７は交流電動機８へ流れる電流を検知
し、それを電流情報として電ｒ制御装置ＥＣＵへ出力す
る。機関ＦＮに附属し、全速度及び噴射量制御の２つの
機能をもつ公知の電子がバナ２は電ｒ制御装置ｌζＣＵ
から、運転の状況に応じ、これら２つの機能のうちのい
ずれか一方への機能に対する制御指令、すなわち、回転
数指令ＩＩ又は噴射１１１指令１２を受け、機関ｒ：、
Ｎを全速度制御モード又は噴射量制御モードで運転する
。

全速度制御モードの士での運転については、例えば特願
昭５５−３７８８４号に開示されているような回転制御
方法が公知である。

電ｒ制御装置ＥＣＵから出力される任意の回転数指令１
１に対し１機関ＥＮは高い精度で追従回転できる９機関
ＥＮの回転数検知器１’　Ｇ　Ｉおよび誘導電動機８の
回転数検知器１’　Ｇ　２が検知した機関回転数情報お
よび誘導電動機８の回転数情報（＋１（両の速度情報と
しての役［１をも併せイＪする）を電子制御装置？？Ｉ
　Ｃ［Ｊに人力させる。機関Ｅ　Ｎの運転ＯＴ能な最低
回転数には限界があるから、車両の起動時に誘導電動機
８が必装とする低い周波数を確保できない場合がある。

そのような場合には１機関回転数を許容最低値に保持し
て、交流発電機３を運転するため、誘導電動機８を所定
の周波数（以下「同期速度」という）域外の領域で運転
せざるを得ない。そこで電子制御装置ＥＣＵから界磁調
整器５に界磁調整指令１４を与え、同期速度に至るまで
の間、交ｒＩｔＬ発電機３の界磁を制御し、これによっ
て誘導電動機の出力を制御しようというものである。

以−ヒの構成において、乗務ｒ１が操作する、図示しな
い主幹ｆ、ｌＪ御器からの出力指令を受けた電子制御装
置ＥＣＵは１−述した方法で１ド両を起動し、１μ両速
度を次第に−ｆｊ７させ、やがて同期速度に達する。そ
の時点以後の出力制御については、たとえば特願昭５５
−９９４２８号に開示されているようなものが公知であ
る。すなわち、機関回転数を制御し１周波数を５７変と
して誘導電動機８のすべり率を制御する、というもので
ある。

これに対し、本発明は、以下に述べるような考え方およ
び構成によって誘導電動機の出力制御を行なおうとする
ものである。

第２図は、ある速度域、例えば、中速走行時（交流発電
機８極、誘導電動機８極の時）における同期速度域での
誘導電動機８の出力を車両の引張力に換算して示した性
能曲線を示すもので、縦軸はＩｉ両の引張力、横軸は車
両の速度を示し、車両の速度に対応した誘導電動機８の
回転数も併せて描かれている。曲線［：１は周波数ｆ１
１機関転数０１で運転し！ た時の車両の性能曲線、ｒ・’２は周波数Ｆ２゜機関回
転数０２で、ｌ：３は周波数［３、機関回転数ｎ：３で
、それぞれ運転した場合の性能曲線である。例えば、車
両速度Ｖ１．誘導電動機の回転数０１で走行した時１機
関をｎｌで回転ずれば、引張力は１°１、ｎ２で回転ず
ればｒ２．ｎ：３ではＩ’　３の引張力を得ることがで
きる。しかし、これは機関の出力に限界がないとみなし
た場合のことである。

しかし１機関を噴射（７＞制御モードで運転した場合は
、乗ａ［ｌが選択した１：、幹制御器のノツチと機関回
転数に応じて燃料噴９４　ｒＩ↑は予め定められた一定
の値をとり、それに従って各回転数での機関の出力及び
トルクも一定値をとる。よって、ある機関回転数、すな
わち、ある電源周波数の下で誘導電動機８が発揮できる
出力には限界がある。

第３３図は、それを説明するだめの性能曲線である。今
、車両がａノツチをとったとき、機関Ｅ　Ｎが回転数ｎ
ｌ（周波数ｆｌ）で発揮しつるトルクは機関性能から直
ちに判明する。そこで、その値を伝達効率ｌとして車両
の引張力に換算したものが、曲線Ｆ１．Ｌ、の点ａ！で
示されるものとする。同じく、ｎ２（「２）の時の引張
力は曲線１？２」−の点ａ２で、ｎ３（ｒ：Ｓ）のとき
は曲線Ｕ３十の点ａコ３で表わされるものとする。ａノ
ツチより高出力の１）ノツチをとったときは同様にして
、ｎ！（［１）で点ｂ１．ｎ２　（ｆ２）で点ｂ２、ｎ
３　（［３）ではｂ３で示されるものとする。これら２
つのノツチ別の各点を破線で結ぶと、曲線Δ、Ｂが得ら
れる。すなわち、交流発電機及び誘導電動機などの効率
を１とすると、ａノツチを選択した時の車両性能の限界
は曲線へで、ｂノツチをとった時の限界は曲線Ｂで表わ
せられることとなる。

実際の車両の引張力は、これらの曲線群から各部の伝達
損失を差し引いた値と、なる。

第４図は交流発電機及び誘導電動機等の効率を考慮した
性能曲線を示す。ａノツチをとったとき、機関回転数ｎ
＋、交流発電機の周波数［ｌにおける。各部の損失を差
し引いた機関１４Ｎの出力を車両の引張力に換算した（
ｎ’ｉは曲線１・１−１−の点？ｘ　Ｉ　＋で示され、
同様に。

ｎ　：Ｓ　（ｒ　：Ｓ　）では曲線ｒ：　３　ｈの点ａ
　３　ｌで示されるものとし、これらの点を結ぶ曲線を
Δ゛とする。すると、１１１１者の場合のｉｌｉ両の速
度と引張力は曲＆ＩＪＰ＋とΔ′との交点ａ１で示され
る値、すなわち、Ｖｌｌおよび［１をとり、俊者の場合
は交点ａ３１で表される値、ずなわち■；３１およびＵ
３をとる。逆に速度Ｖ２＋のときの小山の引張力はＵ２
１におけるΔ′の値、すなわちＬＪ　２となり、その時
の交流発電機の周波数は点Ｆｌ　２１を通る周波数別性
能曲線（ここではＶ　２　）となり、周波数及び機関回
転数はそれに対応する値［２およびｎ２となる。

速度がＶｌｌで、ｔＪ　ｌより大きい引張力【Ｊ４を必
要とする時には、機関回転数は点ｂ１１を通る周波数別
性能曲線（ここでは周波数［２５５機関転数ｎ２）とす
る必要がある。

しかして１機関回転数ｎ２で引張力Ｕ　４を確保するた
めに機関にどの程度の燃料噴射ｌｉｔを供給したらよい
かを検知する手段は公知である。というのは機関を回転
ｒｌｔｎ　２で回転させ、しかも交流発電機および誘導
電動機の効率を考慮した」―で、　ｌｊ両の引張力とし
てｔＪ　４を確保するために機関が出力すべきトルク、
さらにはこのトルクを出力するために必要な燃料噴＋ｔ
には機関が定まれば知ることができるからである。この
ような晴の燃料を噴射した場合のｌｊ両の引張力の限界
は点ｂ１１を通る曲線０で表わされる。

第５図は今まで述べてきたことを判り易く説明するため
に描かれたもので、車両の性能曲線に車両の゛１ε坦線
での走行抵抗を、六す曲線１？を併記しである。

曲線１）１は噴射量が少ない（ｌ　ｌノツチの下での機
関出力を第４図に示す方法で１発電機、電動機等の効率
を加味してＩＬｉＬｉ張引張力算したもの、曲線Ｄ２は
噴射量が中位の〔１２ノツチのドでのもの、曲線【）：
３は噴射１１１大の（１３ノツチの下でのものである。

車両の速度がＪ：　’ｊｌすると、゛Ｉ芝坦線上での走
行抵抗は曲線１７で示すごとく増大する。このような状
態で（１１ノツチをとったときは、速度は曲線Ｉ（とｌ
）　Ｉの交点１，１、すなわち速度Ｘｔで均衡し、機関
１・：Ｎおよび交流発電機：３は点１．１を通る性能曲
線ＩＩｌをうる周波数ｈｌ１機関回転数１１で回転する
。同様にしてｄ２ノツチでの均衡速度は曲線Ｒと曲線Ｄ
２との交点Ｌ　２における値Ｘ２となり、機関回転数及
び周波数は点【４２を通る性能曲線Ｈ２を得る！２およ
びｈ２となる。さらにｄ３ノツチの均衡速度は曲線Ｒと
１）　３との交点１．３の値Ｘ３となり、機関回転数及
び周波数は点１．；３を通る性能曲線１１３を得る１３
及び１１３となる。

そこで＋ｌｊ両を同期速度で運転している場合２例えば
電子ガバナ２を噴射量制御モードで運転し、機関１ζＮ
に供給ずべき燃料をＬ述したことに基づいて規制するこ
とにより、後述する「発明の効果」の項で詳述するよう
に誘導電動機は、噴１４ｍと機関回転数によって定まる
ディーゼル機関の出力の限界で同転し、小山は、それに
対応した速度で走行するので、従来のような複雑な回転
数制御は不要となる。又１機関は多くの回転数域で同一
噴射ｆｉｔに対してほぼ等しいトルク出力特性を有し、
さらに噴射：ｊｌとトルクはほぼ直線的な関係にあるの
で２噴射Ｍ制御で運転する機関によって駆動される交流
発電機を電源とする誘導電動機は広い速度域にｄす、容
易な方法で定トルク制御と制御の容易さを得ることがで
きる。

一方、中両を運転中、機関Ｅ　Ｎ及び交流発電機；３を
同期速度以外の領域から同期速度へ移行させる必要が生
ずる場合がある。例えば惰行中の重両を力行に移ずため
、アイドルで運転していた機関をその領域まで移す場合
、或は転極に伴なう同期速度の変化に対応して機関回転
数を同期速度の領域まで移す場合などである。

この場合１機関回転数を１．芹させて同期させる時、同
期速度に達する１１；１に噴射Ｆ１【を所定の値にセッ
トすると、機関回転数が急Ｌ′７４し、同期速度に達し
た時点でも同期することなく、慣性により同期速度を逸
脱し、誘導電動機８に過大な電流が流れたり、逆に回生
ブレーキが作用するなどの事態が生ずる。

叉、反対に機関同転数を低下させることによって同期さ
せる場合には５回転数が慣性により低ドしにくい場合が
ある。

本発明においては、このような問題を解決するため、前
者の場合は同期速度までは機関ＩＥ　Ｎの電−ｒガバナ
２がもつ全速度制御機能を活用して同１す１させた後に
電子ガバナ２を噴射砒制御モードに移行させ、後者の場
合には。

同期速度に達する前から交流発電機３の界磁調整機５を
作動させ、誘導電動機８が過負荷にならない範囲で負荷
をかけ、交流発電機３及び機関Ｆ、Ｎの回転数低下を促
進させる、という手法をとる。

第６図はこのような１法を、第１図に示ず１１■１両に
適用した場合の実施例を示す流れ図である。

第１図に示す電子制御装置ＥＣＵは機関ト：Ｎに附属す
る回転数検知器ＴＧＩからの機関回転数情報を人力し、
内蔵のメモリ、マイクロ・プロセッサ等を用い、重両速
度の変化に伴なって該機関の回転数が定められた許容の
限界に達したことを検知し、第６図に示す制御、すなわ
ち、転極制御を開始する（ステップ２＋）。

先ず、誘導電動機８に流れる電流な０とするため、交流
発電機３を該電動機８に完全に同期させる処理を行う（
ステップ２２）具体的には電子制御装置ｆＥ　ＣＩＪは
誘導電動機８のすべり率が０になる同期速度を附属する
回転数検知器′「Ｇ２で検知するとともに、その時点で
該電動機８がとっている極数を転極指令１５によって検
知し、さらに、かく検知された同期速度をつる機関回転
数を交流発電機３に出力されている転極指令Ｉ３により
検知する。次に電子；ｔＩＩ＋御装ｆｌｆｆ　Ｅ　ＣＵ
は、このようにして検知された回転数で機関ＥＮを回転
させるべき旨の指令を回転数指令ＩＩとして電子がバナ
２に出力する。電子がバナ２は。

公知の方法で機関ＥＮを調速制御して交流発電機３を完
全に同期させる。

ついでステップ２３で、電子制御装置ＥＣＵは界磁調整
器５へ界磁電流を断とすべき旨の界磁調整指令１４を与
える。なお、ステップ２３に先立って行われる完全同期
指令による処置は本発明にとって不可欠安件ではない、
しかし、かような方法をとることによって力行中の車両
から負荷が急激に解放されることによって生ずる種々の
問題点を防止できる。

この方法は転極時のみならず、車両が惰行に移行する場
合にも有効である。

ついで　ステップ２４で、電子制御装置ＥＣＵはＣ７０
によって電流が断となったことを確認し、交流発電機３
又は誘導電動機８のうちのいづれか一方の該当するもの
へ転極指令を５えた後、転極後の状態で交流発電機３が
誘導電動機８と同期するよう、さきに述べたと同じ方法
で電子がバナ２に回転数指令ｌｌを与える（ステップ２
６）。ステップ２７では１ｉ１１のステップ２６の同期
指令が機関回転数をｌ−：ｎ’させることによって行わ
れるものであるか、否かを判断する。機関回転数を降下
させるものである場合には、ステ・ツブ２８で５電子制
御装置［：、ＣＵは界磁調整器５を介し、交流発電機３
に弱い界磁電流を流して誘導電動機８に、過大とならな
い程度の負荷を与えて機関回転数の低下を促進する。必
要により、ステップ２９で電子制御装置Ｅ（、Ｕは、当
該界磁電流が適値であるか否かを、Ｃ′■°７による電
流情報を帰還させて検知し、調整する（ステップ２で）
−２）。かようなステップを踏んだ後（機関回転数がヒ
ｄする時はステップ２８．２９を経由することなく）、
ステップ３０で、機関ＥＮ及び誘導電動機８の回転数計
ＴＧＩ及び１゛Ｇ２からの回転数情報を入力した電子制
御装置ＥＣＵは、これら２つの情報によって同期速度に
近づいたことを検知した後、ステップ３１で、界磁調整
器５から交流発電機３へ界磁電流を流し、ついでステッ
プ３２で、電子がバナ２へ出力指令に応じた噴１１４　
ｎｌ指令１２を出力する。それにより車両は噴射ｈ１千
−ドに移行して、本実施例による制御は終丁する。

」−記実施例においては、惰行で運転中の車両がカ行に
入るため、それまでアイドルで回転していた機関を所定
の回転数に移行させる場合について述べていないが、そ
の場合はステップ２６から開始すればよい。

一ト記実施例においては原動機としてはディーゼル機関
を、又誘導電動機の負荷としては鉄道車両を例示したが
、原動機としては燃料を供給することによって動作する
ものであればよく、誘導電動機の負荷も車両に限らず、
誘導電動機によって駆動されるものであればよい。

（発明の効果） 請求項１゜ ディーゼル機関が発揮できる出力の限界は燃料噴射ｒｄ
と機関回転数によって定まり、この限界に対応して誘導
電動機８（車両）の引張力を表わす性能の限界も定まる
。従って鉄道車両などの１−電動機として誘導電動機を
用い、当１ゑ誘導電動機の電源をディーゼル機関などの
１駆動機によって直結駆動される交流発電機から供給し
、当該誘導電動機の出力制御を１−２原動機に供給され
る燃料供給量を制御することとすれば、誘導電動機８は
定められた出力で回転し、車両はそれに対応した速度で
走行する。このような方法をとる請求項１の発明により
、従来のような複雑な機関回転数制御は不要となる。

さらに１機関は一般に多くの回転数域で同噴射：１１に
対してはほぼ笠しいトルク出力持着を（ＴＬ、ｔ、かも
多くの回転数域で噴射：１１とトルクは直線的な関係に
あるので、噴射ｆｉｌ制御で運転する機関で駆動される
交流発電機を電源とする誘導電動機は容易な方法で、広
い速度域に亘り定トルク制御と制御の容易さを得られる
利点がある。

請求項２゜ 請求項１の制御を実施するに際し、その；ｔｉ制御を開
始するに先ηっで原動機を調速制御することによって同
期速度への移行を円滑にさせることができる。

請求項３゜ 請求項１．２を実施するに際し、原動機の回転数を低下
させる場合、交流発電機の界磁を励磁することによって
誘導電動機にｉｔ　ｄ；ｆをかけて原動機の四転数低下
、延いては同期を促進させる。などの効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例を示すブロック図、第２図〜第
５図は、それぞれ電気式ディーゼルｉｌ（両の性能曲線
を示す線図、第６図は本発明の他の実施例における制御
の流れを示すブロック図である。 交流発電機、 界磁調整器。 誘導電動機。 １ミ　Ｎ　。 、＋！ｉ関 第 図 −１（Ｋ″／１．） 第 図 第 図 粥 図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）回転数と負荷とが変化する誘導電動機の電源を原動
   機によって直結駆動される交流発電機から供給されるも
   のにおいて、当該誘導電動機の出力制御を前記交流発電
   機を駆動する原動機に供給される燃料供給量を制御する
   ことによつて行うことを特徴とする誘導電動機制御方法
   。 ２）回転数と負荷とが変化する誘導電動機の電源を原動
   機によって直結駆動される交流発電機から供給されるも
   のにおいて、当該誘導電動機の出力制御を前記交流発電
   機を駆動する原動機に供給される燃料供給量を制御する
   ことによって行うに際し、原動機を調速制御することに
   よって交流発電機を誘導電動機に同期させた後に誘導電
   動機に負荷を与えることを特徴とする誘導電動機制御方
   法。 ３）回転数と負荷とが変化する誘導電動機の電源を原動
   機によって直結駆動される交流発電機から供給されるも
   のにおいて、当該誘導電動機の出力制御を前記交流発電
   機を駆動する原動機に供給される燃料供給量を制御する
   ことによって行う場合、原動機の回転数を低下させるこ
   とによって交流発電機を誘導電動機に同期させるに際し
   、同期に先立って交流発電機の界磁を励磁し、これによ
   って原動機の回転数低下を促進させることを特徴とする
   誘導電動機制御方法。