JPH0690593A

JPH0690593A - リニアモータ駆動電気車の発電制動制御装置

Info

Publication number: JPH0690593A
Application number: JP4238078A
Authority: JP
Inventors: Susumu Tadakuma; 進多田隈; Shigeru Tanaka; 茂田中
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1992-09-07
Filing date: 1992-09-07
Publication date: 1994-03-29
Anticipated expiration: 2017-12-16
Also published as: JP3357690B2

Abstract

(57)【要約】【目的】チョッパ制御時の制動抵抗器の騒音を低く
し、リプルを小さくする。【構成】この発明のリニアモータ駆動電気車の発電制
動制御装置は、リニアモータの発電制動を行なう際、制
御論理回路は、制動電流の大小に応じて電流制御回路の
電流通流量を制御し、この電流制御回路の電流通流量制
御だけではそこに接続されている抵抗器によって制動電
流を消費しきれない場合には、その消費しきれない電流
の大きさに応じてオンまたはオフする開閉器の数を調節
する。こうして、制動電流の大部分を開閉器のオン、オ
フにより複数の制動抵抗器に通流させて消費させ、残り
の成分のみを電流制御回路の電流通流量を制御すること
によってそれに接続された制動抵抗器で消費させること
により、制動用の抵抗器の騒音を小さくし、また電流制
御回路の動作に起因するリプル電流も小さくする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、リニアモータ駆動電
気車の発電制動を制御する制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、地上一次リニアモータを用いた
電気車においては、地上に敷設された電機子コイルに電
力変換装置を通して電力を供給する。このリニアモータ
の形式が同期電動機であれ誘導電動機であれ、その駆動
制御原理は回転機の場合と同じであり、加速および定速
走行モード（つまり、電動機モード）においては電力は
電源からリニアモータへ供給され、制動モードでは逆
に、リニアモータから電源側へ流れる。そして、制動エ
ネルギを電源にすべて返す方式が回生制動であり、電源
に戻す前に抵抗器に消費させると発電制動となる。車両
の安全性の面から、一般にはその他にブレーキシューに
よる機械ブレーキも併用されるのが普通である。

【０００３】このような制動方式のうち、回生制動は特
別な部品を追加することなく、制御論理を切り替えるだ
けで十分な制動力が得られるが、停電の時や万一、制御
回路に不具合が発生したときには制動をかけることがで
きなくなる。また機械ブレーキは、摺動面の寿命をでき
るだけ長くする必要性があり、あまり多用することは好
ましくない。

【０００４】このような考察から、回生制動に不具合が
あったり、回生制動を使用しないシステムにも対応でき
る発電制動が重要になってくる。

【０００５】図１１は、リニアモータ駆動電気車にあっ
て、車両を発電制動によって減速させる発電制動機能を
備えたものにおいて、その発電制動を制御する発電制動
制御装置の従来例を示している。

【０００６】浮上車両１は地上に敷設された推進コイル
２上を走行する。推進コイル２は一般には交流三相構成
に結線されている。この推進コイル２に供給する電力
は、商用系統５０／６０Ｈｚより受電し、コンバータＣ
ＯＮによって交流を直流に変換し、これをインバータＩ
ＮＶによって再び可変電圧可変周波数の三相交流に変換
して推進コイル２に供給するようにしている。

【０００７】そしてコンバータＣＯＮの位相制御のため
に、コンバータＣＯＮの直流母線に大容量のコンデンサ
Ｃを介挿し、その両端直流電圧Ｖd を増幅器ＡＭＰで検
出し、これを比較器Ｃ１において電圧指令値Ｖd ^*と比
較し、両者が一致するようにコンバータＣＯＮの位相制
御を行なうようにしている。なお、この位相制御による
直流電圧の制御方式は従来から一般的に行なわれてきて
いる方式が用いられるので、ここでその詳細な説明は省
略する。

【０００８】このような従来のリニアモータ用電力供給
システムにおいて、リニアモータ制動時の発電制動を制
御する発電制御制御装置の構成について説明すれば、６
段に分割された制動用抵抗器Ｒ0 ，Ｒ1 ，Ｒ2 ，Ｒ3 ，
Ｒ4 ，Ｒ5 と、これらの各々に直列に接続されたチョッ
パ装置ＣＨＯ0 ，ＣＨＯ1 ，ＣＨＯ2 ，ＣＨＯ3 ，ＣＨ
Ｏ4 ，ＣＨＯ5 と、これらのチョッパ装置ＣＨＯ0 〜Ｃ
ＨＯ5 を制御する制御論理回路３から構成されている。

【０００９】この従来のリニアモータ駆動電気車の発電
制御制御装置では、加速および定速走行モードにおいて
は、電力が電源からコンバータＣＯＮ−インバータＩＮ
Ｖを通してリニアモータへ供給されるが、このとき一般
には、直流回路のコンデンサＣの電圧Ｖd は指令値Ｖd
^*の値を維持するように電力系統から電力が供給され
る。逆に制動モードでは、電力はリニアモータ側からイ
ンバータＩＮＶを介して直流回路に供給されるので、コ
ンバータＣＯＮが回生能力を有しないときには直流電圧
Ｖd を押し上げることになる。そこで、常に直流電圧Ｖ
d が指令値Ｖd ^*になるように、制御論理回路３により
制動用チョッパ装置ＣＨＯ0 〜ＣＨＯ5 を動作させて、
回生電力を制動抵抗器Ｒ0 〜Ｒ5 によって消費させる。

【００１０】このチョッパ装置ＣＨＯ0 〜ＣＨＯ5 の動
作は、電流指令値Ｉ0 ^*〜Ｉ5 ^*に見合うような電流Ｉ
0 〜Ｉ5 を制動抵抗器Ｒ0 〜Ｒ5 に流すようにフィード
バック制御される。

【００１１】この場合に、複数のチョッパ装置ＣＨＯ0
〜ＣＨＯ5 に同じ電流指令値を与えて同一位相で電流制
御を行なうと、大容量の単一チョッパ装置で制御した場
合と等価になり、合成電流ＩB のリプルは非常に大きな
ものとなり、抵抗器の騒音や振動を大きくする原因とな
る。また、チョッパ装置の制御周波数を可聴周波数以下
に下げる方法も考えられるが、単一チョッパ装置で制御
したり複数のチョッパ装置に同じ電流指令を与えて同一
位相で電流制御を行なうと、電流リプルのピーク値が大
きくなりすぎるので、非常に不経済なシステムとなる。

【００１２】そこで、６段のチョッパ装置ＣＨＯ0 〜Ｃ
ＨＯ5 の制御位相をずらす、いわゆる多重チョッパ装置
とすると、合成電流ＩB のリプルは小さくなるが、今度
は合成電流ＩB のリプル周波数が高くなり、騒音の音域
が低音から高音に移り、聴覚に感じられるようになり、
総合的にみた場合には騒音があまり小さくならない問題
点があった。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】上述のように従来のリ
ニアモータ駆動電気車の発電制動制御装置によれば、複
数のチョッパ装置を同一位相で制御する場合には、合成
電流のリプルが非常に大きくなって抵抗器の騒音や振動
を大きくする問題点があり、複数のチョッパ装置を異な
った位相で制御する場合には、合成電流のリプルは小さ
くなるものの、リプル周波数が高くなって抵抗器からの
騒音の音域が聴覚に感じられるような高音となり、総合
的にみた場合の騒音を小さくすることができない問題点
があった。

【００１４】この発明は、このような従来の問題点に鑑
みなされたもので、発電制動時の制動電流のリプルを小
さくし、制動抵抗器から発生する騒音を小さくすること
ができるリニアモータ駆動電気車の発電制動制御装置を
提供することを目的とする。

【００１５】

【課題を解決するための手段】この発明は、地上に電機
子を敷設し、車上に磁石もしくは二次導体を取り付け、
速度指令に応じて必要な推進電流または制動電流を演算
し、前記電機子に供給するための電力変換装置を備えた
リニアモータ駆動電気車の発電制動制御装置において、
リニアモータの制動エネルギを消費するために並設され
た複数の抵抗器と、これらの抵抗器のうちの一部を残し
てその他の各々に対して直列に介挿され、制動電流の通
流断路を行なう複数の開閉器と、前記抵抗器のうちの残
された一部に対して直列に介挿され、制動電流の通流量
を可変制御する電流制御回路と、制動電流の大小に応じ
て、前記開閉器各々の開閉動作と前記電流制御回路の電
流通流量の可変制御を行なう制御論理回路とを備えたも
のである。

【００１６】またこの発明のリニアモータ駆動電気車の
発電制動制御装置は、前記制御論理回路から出力する制
動電流指令値直流成分に、ゆらぎ電流成分を重畳するゆ
らぎ信号発生回路を付加することができる。

【００１７】またこの発明は、前記ゆらぎ信号発生回路
が出力するゆらぎ電流成分として、その周波数スペクト
ルが周波数ｆの１／ｆⁿに比例し、かつｎ＝０．６５〜
０．３５であるものとすることができる。

【００１８】

【作用】この発明のリニアモータ駆動電気車の発電制動
制御装置では、リニアモータの発電制動を行なう際、制
御論理回路は、制動電流の大小に応じて電流制御回路の
電流通流量を制御し、この電流制御回路の電流通流量制
御だけではそこに接続されている抵抗器によって制動電
流を消費しきれない場合には、その消費しきれない電流
の大きさに応じてオンまたはオフする開閉器の数を調節
する。

【００１９】こうして、制動電流の大部分を開閉器のオ
ン、オフにより複数の制動抵抗器に通流させて消費さ
せ、残りの成分のみを電流制御回路の電流通流量を制御
することによってそれに接続された制動抵抗器で消費さ
せることにより、制動用の抵抗器の騒音を小さくし、ま
た電流制御回路の動作に起因するリプル電流も小さくす
る。

【００２０】またこの発明のリニアモータ駆動電気車の
発電制動制御装置では、制御論理回路から出力する制動
電流指令値直流成分に、ゆらぎ電流成分を重畳するゆら
ぎ信号発生回路を付加することにより、制動電流の基本
成分を直流電流で与え、制動電流の残りの部分を半導体
チョッパ装置によって電流制御し、さらに制動電流の大
きさに平均的な制動力が０になるゆらぎ電流成分を加算
することができて、制動用抵抗器から発生する騒音を人
間が不快感を覚えないようなレベルにまで抑制すること
ができる。

【００２１】

【実施例】以下、この発明の実施例を図に基づいて詳説
する。

【００２２】図１はこの発明の一実施例の回路構成を示
している。この図１の実施例では、従来例として示した
図１１の回路と共通する部分には同一の符号を付して示
してある。すなわち、５０／６０Ｈｚの商用電源系統か
らの交流を直流電力に変換するコンバータＣＯＮと、こ
の直流出力側に介挿された大容量のコンデンサＣと、直
流電力を再度可変電圧可変周波数の三相交流電力に変換
してリニアモータの推進コイル２に供給するインバータ
ＩＮＶと、コンデンサＣの直流電圧を検出する増幅器Ａ
ＭＰと、この増幅器ＡＭＰの検出する直流電圧Ｖd を電
圧指令値Ｖd ^*と比較する比較器Ｃ１を備えている。

【００２３】そして、この実施例の特徴として、６段に
並設された制動抵抗器Ｒ0 〜Ｒ5 と、これらのうちの１
つの抵抗器Ｒ0 を残して他の抵抗器Ｒ1 〜Ｒ5 各々に直
列に接続された開閉器Ｓ1 〜Ｓ5 と、残りの１つの抵抗
器Ｒ0 に直列に接続されたチョッパ装置ＣＨＯと、これ
らの開閉器Ｓ1 〜Ｓ5 およびチョッパ回路ＣＨＯの動作
制御を行なう制御論理回路４を備えている。なお、開閉
器Ｓ1 〜Ｓ5 は接触器あるいは半導体素子を使用した単
なる開閉器であってよい。

【００２４】そしてこの制御論理回路４は図２の構成で
あり、比較器Ｃ１における直流電圧Ｖd と電圧指令Ｖd
^*との偏差出力εの反転増幅器５と、電圧−周波数変換
器（Ｖ−ｆ）６と、これと並列に設けられた切り替え回
路７と、この切り替え回路７によってアップ−ダウンの
切り替えを行なうスイッチ８ａ，８ｂと、電圧−周波数
変換器６の出力をカウントし、そのカウント値でチョッ
パ装置ＣＨＯを制御するアップダウンカウンタ９と、こ
のカウンタ９にリセット指令Ｒ、セット指令Ｓを与える
リセット回路１０、セット回路１１、そして開閉器Ｓ1
〜Ｓ5 それぞれに対するオン、オフ制御信号を与えるシ
フトレジスタ１２を備えている。

【００２５】次に、上記構成のリニアモータ駆動電気車
の発電制動制御装置の動作について説明する。

【００２６】まず、この実施例の発電制動制御装置の動
作原理について説明する。図３は制動力、したがって制
動電流の大きさが徐々に大きくなっていくときの開閉器
Ｓ1〜Ｓ5 とチョッパ装置ＣＨＯの動作を示しており、
同図（ａ）は作動する開閉器Ｓ1 〜Ｓ5 とチョッパ装置
ＣＨＯの添え字の番号（チョッパ装置は０としている）
を示しており、同図（ｂ）はチョッパ装置ＣＨＯの通流
率を示している。

【００２７】この図３に示すように、例えば制動力、し
たがって制動電流が０〜ＩB1の範囲にあり、小さいとき
には抵抗Ｒ0 のみに電流が流れるようにチョッパ装置Ｃ
ＨＯだけが動作し、通流率は電流の大きさに比例して０
〜１００％の間で連続的に変化する。

【００２８】次に、制動電流がＩB1〜ＩB2の間になる
と、開閉器Ｓ1 が投入（オン）され、チョッパ装置ＣＨ
Ｏは同じく、０〜１００％の間で変化する。

【００２９】以降も、制動電流が増加しても同じように
動作し、例えば制動電流がＩB5以上となれば、開閉器Ｓ
1 〜Ｓ5 はすべて投入（オン）され、チョッパ装置ＣＨ
Ｏは同じように通流率０〜１００％の間で変化する。そ
して、通流率が１００％となると、このチョッパ装置Ｃ
ＨＯも導通状態になる。

【００３０】図４は制動力、したがって制動電流が徐々
に小さくなるときの開閉器Ｓ1 〜Ｓ5 とチョッパ装置Ｃ
ＨＯの動作を示しており、同図（ａ）の番号は開閉器Ｓ
1 〜Ｓ5 のうちの作動しているものの添え字を示してい
る。

【００３１】この図４の制動電流が徐々に小さくなる場
合の動作について説明すれば、最初大きな制動電流ＩB
が流れているときには、開閉器Ｓ1 〜Ｓ5 がすべて投入
（オン）され、チョッパ装置ＣＨＯも導通状態にある
が、制動電流が減少してくれば、まずチョッパ装置ＣＨ
Ｏが通流率１００〜０％に減少し、チョッパ装置ＣＨＯ
で吸収できなくなる制動電流ＩB5〜ＩB4 の範囲では、
開閉器Ｓ5 〜Ｓ1 のうちＳ5 だけが開放（オフ）され、
チョッパ装置ＣＨＯが制御電流の減少に応じて１００〜
０％の間で変化する。

【００３２】以下、同様にして、チョッパ装置ＣＨＯが
０％になっても制動電流が減少すれば、次の開閉器Ｓ4
も開放し、チョッパ装置ＣＨＯを再び１００〜０％の間
で制御する。最後に、開閉器Ｓ1 も開放されれば、チョ
ッパ装置ＣＨＯだけで制動電流をその制動抵抗器Ｒ0 に
通流されて吸収する。

【００３３】こうして制動電流の大小に応じて６段の開
閉器Ｓ1 〜Ｓ5 の開閉動作を制御し、それと共にこれら
の開閉器の動作により制動抵抗器Ｒ1 〜Ｒ5 によって吸
収しきれない残りの制動電流をチョッパ装置ＣＨＯの通
流率を制御することによってその制動抵抗器Ｒ0 によっ
て吸収するようにし、チョッパ装置による電流制御は制
動抵抗器Ｒ0 の１個分だけであり、リプル成分を小さく
抑えることができるのである。

【００３４】次に、図１および図２の回路、そして図５
および図６の動作説明図に基づいて、以上の動作原理を
達成するための回路動作について説明する。

【００３５】比較器Ｃ１における直流電圧Ｖd と電圧指
令Ｖd ^*との偏差εは反転増幅器５によって反転増幅さ
れ、その出力は電圧−周波数変換器６において電圧−周
波数（Ｖ−ｆ）変換され、偏差εが正の場合には次段の
カウンタ９で加算され、負の場合には減算される。カウ
ンタ９の出力はカウント値に応じてチョッパ装置ＣＨＯ
の通流率を制御すると共に、次の論理でカウンタ９をリ
セットまたはセットする。なお、図５および図６におい
て、カウント値をＶCNT 、チョッパ装置ＣＨＯの通流率
１００％に相当するカウント値をＶ100 とする。

【００３６】＜＜直流電圧Ｖd が指令値Ｖd ^*より大きい場合＞＞
（図５）この場合には、制動電流を流し、余剰エネルギ
を消費して直流電圧を下げる必要があり、カウンタ９の
前後のスイッチ８ａ，８ｂはＵＰ側に倒される。そこ
で、カウント値ＶCNT が上昇してＶ100 になったなら、
カウンタ９をクリアしてリセットする。それと同時に、
シフトレジスタ１２に信号を与える。したがって、シフ
トレジスタ１２の第１段目の出力が１になり、開閉器Ｓ
1 が投入されて制動抵抗器Ｒ1 に制動電流が流されるよ
うになると共に、カウンタ９は再び０からカウントを開
始し、チョッパ装置ＣＨＯの通流率は０％から１００％
の間で制御される。

【００３７】カウント値が再び上昇し、ＶCNT がＶ100
に等しくなると、再びリセット信号Ｒが発生され、シフ
トレジスタ１２がカウントアップされ、第２段目の出力
も１となり、開閉器Ｓ1 と共に開閉器Ｓ2 も投入されて
制動抵抗器Ｒ1 ，Ｒ2 に制動電流が流れるようになる。
そして、これと共にカウント値は再びリセットされて０
となる。

【００３８】以下、同様にして制動電流が上昇するにし
たがって開閉器Ｓ3 〜Ｓ5 が順次投入されていき、制動
電流が制動抵抗器Ｒ3 〜Ｒ5 によって消費され、その残
りがチョッパ装置ＣＨＯにより通流率０〜１００％の間
で制御され、制動抵抗器Ｒ0で消費される。

【００３９】＜＜直流電圧Ｖd が指令値Ｖd ^*より低い場合＞＞（図
６）この場合には、制動電流を減らして直流電圧が急降
下するのを抑制する必要があり、カウンタ９の前後のス
イッチ８ａ，８ｂはＤＮ側に倒される。そこで、制動電
流を少しずつ小さくしていく場合、シフトレジスタ１２
が一段下がると、チョッパ装置ＣＨＯは通流率１００％
から漸減させる必要がある。

【００４０】いま、開閉器Ｓ1 〜Ｓ5 がすべてオンにな
っている状態で、カウント値ＶCNTが減少し、チョッパ
装置ＣＨＯの通流率が０に達すると、セットパルスが発
生され、シフトレジスタ１２は一段下げられ、開閉器Ｓ
5 がオフし（開閉器Ｓ1 〜Ｓ4 はオンのまま）、カウン
タ９はフルスケールにセットされる。

【００４１】次いで、制動電流がさらに小さくなり、カ
ウンタ９のカウント値が再び０となれば、開閉器Ｓ4 が
オフとなり、カウンタ９はフルスケールにリセットされ
る。

【００４２】以下、同様にして、カウンタ９のカウント
値が０になれば順次開閉器Ｓ3 〜Ｓ1 をオフしていき、
オンしている開閉器の制動抵抗器で制動電流を消費し、
残りの分はチョッパ装置ＣＨＯの通流率の制御によって
吸収するのである。

【００４３】このようにして、制動電流の大小に応じて
投入する開閉器の数を１個〜５個の間で増減させ、それ
らの制動抵抗器Ｒ1 〜Ｒ5 によって制動電流を消費さ
せ、消費しきれない残りの成分をチョッパ装置ＣＨＯの
通流率の制御によってその制動抵抗器Ｒ0 で消費させる
ようにし、極端な場合、制動電流の５／６は直流電流と
して制動抵抗器Ｒ1 〜Ｒ5 で消費させ、残りの１／６の
電流だけをチョッパ制御するのである。したがって、制
動電流の一部分だけをチョッパ装置で制御し、このチョ
ッパ装置によって制御する電流成分は制動電流が増減し
ても同じであるため、チョッパ制御に起因する制動抵抗
器の騒音を低く抑えることができ、同時に、リプルも小
さなものとすることができるのである。

【００４４】なお、この発明は上記の実施例に限定され
ることはなく、次のような構成とすることもできる。す
なわち、上記の実施例では、動作モードによって抵抗器
Ｒ1〜Ｒ5 の発熱が異なってくる。例えば、開閉器Ｓ1
のみがオンしているときには、制動抵抗器Ｒ1 のみに制
動電流が流れ、開閉器Ｓ2 〜Ｓ5 はオフしていてその制
動抵抗器Ｒ2 〜Ｒ5 には制動電流が流れないので、抵抗
器Ｒ1 のみが発熱し、他は冷えたままとなる。そこで、
この発熱のアンバランスを解消するために、抵抗器Ｒ1
〜Ｒ5 の発熱を平均化すればよいが、そのために、図７
（ａ）〜（ｄ）に示すように、制動電流の大きさに応じ
て５個の開閉器Ｓ1 〜Ｓ5 のうち常に１個が導通してい
る状態、また２個の開閉器が常に導通している状態、さ
らに３個の開閉器が常に導通している状態、さらにまた
４個の開閉器が常に導通している状態になるように開閉
器Ｓ1 〜Ｓ5 のオン／オフを順繰りに制御し、発熱が一
部の抵抗器に集中することを防止するようにしてもよ
い。なお、この場合、導通開閉器をＳ1 〜Ｓ5 の間で移
動切換する速さは、チョッパ装置の制御周波数に比べて
十分小さなものとすることにより、導通素子の移動に起
因する騒音の増加を防ぐことができる。

【００４５】図８はこの発明の他の実施例の回路構成を
示している。この図８の実施例でも、従来例として示し
た図１１の回路と共通する部分には同一の符号を付して
示してある。すなわち、５０／６０Ｈｚの商用電源系統
からの交流を直流電力に変換するコンバータＣＯＮと、
この直流出力側に介挿された大容量のコンデンサＣと、
直流電力を再度可変電圧可変周波数の三相交流電力に変
換してリニアモータの推進コイル２に供給するインバー
タＩＮＶと、コンデンサＣの直流電圧を検出する増幅器
ＡＭＰと、この増幅器ＡＭＰの検出する直流電圧Ｖd を
電圧指令値Ｖd^*と比較する比較器Ｃ１を備えている。

【００４６】そして、この実施例の特徴として、制動抵
抗器Ｒ0 〜Ｒ5 の６段に分割され、初段の抵抗器Ｒ0 の
みが半導体素子ＧＴＯを用いたチョッパ装置ＣＨＯで制
動電流Ｉ0 が指令値Ｉ0 ^*に一致するように精密制御で
きるようになり、他の抵抗器Ｒ1 〜Ｒ5 にはそれぞれ接
触器または半導体素子を使用した単なる開閉器Ｓ1 〜Ｓ
5 が直列に接続されている。ＧＣはチョッパ装置ＣＨＯ
のゲインコントローラ、Ｃ０は比較器である。

【００４７】また第１実施例と同様に開閉器Ｓ1 〜Ｓ5
およびチョッパ回路ＣＨＯの動作制御を行なう図２に示
す回路構成の制御論理回路４と、図９にその回路構成が
詳しく示されているゆらぎ信号発生回路２０とが備えら
れている。

【００４８】このゆらぎ信号発生回路２０は、チョッパ
装置ＣＨＯの動作に起因する騒音をさらに低減するため
に設けられたものであり、具体的にはチョッパ電流指令
Ｉ0^*の中に人間に最も自然な感覚を与えるといわれる
「ゆらぎ」の成分を混入させ、減速時の乗り心地を人間
の感性に合うように制御し、また電磁音の強さを人間の
感性に合うように制御するものである。

【００４９】このゆらぎとは、音、光、物理的な運動な
ど自然界のあらゆる現象に見られるものである。一般に
人間の受ける感覚としては、単調な動きはすぐに飽きる
し、不快にも感じるが、他方、まったくランダムな動き
は人間の経験によって学習してすでに持っている情報と
合致しないため、これもまた不快に感じる。人間にとっ
ては、過去との相関を持つ期待感と適度な意外性がある
とき最も満足感が得られるものである。例えば、自然界
の音について考えてみると、「まったくランダムに変化
する」音（白色雑音）から「完全に規則的な」音（例え
ば、メトロノームの音）まで多様であるが、これらのパ
ワースペクトル密度の周波数（ｆ）特性を調べてみる
と、前者は１／ｆ⁰に比例していて人間にとって不快に
感じる音であり、後者は１／ｆ²に比例していて人間に
は飽きがくる音である。そしてパワースペクトル密度が
１／ｆに比例するときが人間にとっていちばん快適感を
覚える。理論的には、パワースペクトル密度（変動の２
乗平均）が周波数に関して１／ｆ²に比例すると単調な
動きとなり、１／ｆ⁰に比例するとき白色雑音のような
ランダムな動きになる。しかし自然界には１／ｆに比例
するものが最も多く、人間に快適感を与えるといわれて
いる。

【００５０】このようなゆらぎの考えをチョッパ装置Ｃ
ＨＯによる制動電流の制御に取り込み、減速時に生じる
騒音に１／ｆのゆらぎを発生させることによって乗客に
与える不快感を軽減する目的を持って、この第２実施例
では、制御論理回路４からの制動電流指令値ｉ0 ^*に１
／ｆ特性のゆらぎ電流ｉf ^*を重畳してゆらぎ特性を持
つ電流指令値Ｉ0 ^*をチョッパ装置ＣＨＯに与えるため
に、ゆらぎ信号発生回路２０と加算回路Ａ１を追加して
いるのである。

【００５１】このゆらぎ信号発生回路２０は図９に詳し
く示すように、周波数１，１０，１０，１０００Ｈｚ成
分のユニット正弦波ｖ1 ，ｖ10，ｖ100 ，ｖ1000のそれ
ぞれを比例要素２１，２２，２３，２４に入力し、これ
らの比例要素に設定されているゲイン（図中に数字で示
してある）の大きさをかけ、さらに加算器２５で合成
し、変換器２６でゲインＫをかけて出力信号ｉf ^*を加
算器Ａ１に出力し、制御論理回路４からの制動電流指令
値ｉ0 ^*に加算し、チョッパ装置ＣＨＯに電流指令Ｉ0
^*として出力する構成となっている。

【００５２】次に、上記構成のリニアモータ駆動電気車
の発電制動制御装置の動作について説明する。

【００５３】まず、この実施例の発電制動制御装置の動
作原理は、図１に示した第１実施例とまったく同じであ
るのでその詳しい説明を省略する。すなわち、制動電流
の大小に応じて投入する開閉器の数を１個〜５個の間で
増減させ、それらの制動抵抗器Ｒ1 〜Ｒ5 によって制動
電流を消費させ、消費しきれない残りの成分をチョッパ
装置ＣＨＯの通流率の制御によってその制動抵抗器Ｒ0
で消費させるようにし、極端な場合、制動電流の５／６
は直流電流として制動抵抗器Ｒ1 〜Ｒ5 で消費させ、残
りの１／６の電流だけをチョッパ制御するのである。し
たがって、制動電流の一部分だけをチョッパ装置で制御
し、このチョッパ装置によって制御する電流成分は制動
電流が増減しても同じであるため、チョッパ制御に起因
する制動抵抗器の騒音を低く抑えることができ、同時
に、リプルも小さなものとすることができるのである。

【００５４】そしてゆらぎ信号発生回路２０は、次のよ
うに動作する。

【００５５】パワースペクトル密度が１／ｆに比例する
ということは両対数グラフに書き表すと図１０のように
なる。この図１０のグラフでは、横軸がｌｏｇ（ｆ）、
縦軸がｌｏｇ｛Ｓ（ｆ）｝であり、傾きが−１になって
いる。しかしながら、この傾きが−１の直線というのは
無数にあり、図１０のグラフに示す状態から上下にも、
また左右にもスライドさせることができ、パワースペク
トル密度の大きさがどの程度が適当か、また周波数成分
としてどのような成分を混入させるのがよいかは主とし
て経験により決定されるものである。

【００５６】パワースペクトル密度は、別の言い方をす
ると「変動の２乗平均」である。これを式で表せば、Ｓ
（ｆ）を電流の周波数成分とみなすと、Ｓ（ｆ）＝Δｉ（ｆ）² の関係があり、１ｋＨｚ成分の大きさを１として他の周
波数成分を求めると、周波数成分と電流の大きさの関係
は次のようになる。

【００５７】

【数１】ｆ＝１０００のとき、Ｓ（ｆ）＝１ Δｉ（ｆ）
＝１ｆ＝１００のとき、Ｓ（ｆ）＝１０ Δｉ（ｆ）
＝３．１６ｆ＝１０のとき、Ｓ（ｆ）＝１００ Δｉ（ｆ）
＝１０ｆ＝１のとき、Ｓ（ｆ）＝１０００ Δｉ（ｆ）
＝３１．６そこで、制動電流指令値の中にこれらのゆらぎ成分を組
み込むために、図９の回路のように、周波数１，１０，
１００，１０００Ｈｚ成分のユニット正弦波ｖ1 ，ｖ1
0，ｖ100 ，ｖ1000それぞれを比例要素２１，２２，２
３，２４に入力してすでに設定されているゲインの大き
さをかけ、この出力を加算器２５によって合成する。こ
の加算器２５の出力は種々の周波数成分の電流変動を含
むゆらぎ信号となるので、これを変換器２６に導いてゲ
インＫをかけ、出力信号ｉf ^*にして加算器Ａ１に出力
する。

【００５８】加算器Ａ１では、制御論理回路４からの制
動電流指令値ｉ0 ^*とこのゆらぎ電流成分ｉf ^*とを合
成し、制動電流指令値Ｉ0 ^*を生成し、これをチョッパ
装置ＣＨＯに与えることになる。

【００５９】こうして与えられる制動電流指令値Ｉ0 ^*
には、直流成分ｉ0 ^*とゆらぎ信号発生回路２０からの
交流ゆらぎ成分ｉf ^*が含まれ、直流成分ｉ0 ^*は必要
な制動力を発生させるための平均電流であり、交流成分
ｉf ^*はこの平均電流の周辺で微妙に電流を変動させ、
人間に対して退屈させることなくかつ不快感を与えない
ように電流指令値となり、この電流指令値Ｉ0 ^*が図８
のチョッパ装置ＣＨＯの基準電流となり、比較器Ｃ０に
おいて実電流Ｉ0 と比較され、所定の制動電流の制御が
行なわれる。

【００６０】このようにして制動電流を制御する場合、
制動抵抗器の発生する電磁音にゆらぎが生じ、白色ノイ
ズのような耳障りな音ではなく、またメトロノームのよ
うな単調な不快感を与えるような音でもなく、乗客にと
って自然な音として聞こえ、不快感を覚えさせないこと
になる。しかもこのゆらぎ成分を重畳することによって
も、その平均電流は０であるために全体としての制動力
に影響を与える恐れはない。

【００６１】なお、この第２実施例において、ゆらぎ信
号を生成するために図９に示す回路２０では、図１０に
示すような４種類の周波数成分とその大きさを決めた
が、実際にはその効果を最大にするために、１／ｆの特
性を上下、あるいは左右にスライドさせることができ
る。そして上下にスライドさせる場合には、変換器２６
のゲインＫを別のものに選択することができ、左右のス
ライドさせる場合には、どの周波数のユニット正弦波を
取り入れるかを選択することができ、図示の実施例の場
合のようにｖ1 ，ｖ10，ｖ100 ，ｖ1000とする代わり
に、１桁ずつ上げてｖ10，ｖ100 ，ｖ1000，ｖ10000 な
どとすることができる。またユニット正弦波は必ずしも
４つでなくてもよく、１つまたは２つであっても効果を
期待することができる。

【００６２】また上記実施例において、精密電流制御を
行なうための電流指令を所定の制動力を維持するために
電流指令と電流の周波数スペクトルが周波数の（−ｎ）
乗に比例し、かつｎ＝０．６５〜０．３５の範囲をとる
ような電流成分を加算して求め、その合成を新しい電流
指令として制動用抵抗の電流制御をすることができる。

【００６３】なお、この第２実施例においても、第１実
施例と同様に、各抵抗器での発熱のアンバランスを解消
するために、抵抗器Ｒ1 〜Ｒ5 の発熱を平均化すればよ
いが、そのために、図７（ａ）〜（ｄ）に示すように、
制動電流の大きさに応じて５個の開閉器Ｓ1 〜Ｓ5 のう
ち常に１個が導通している状態、また２個の開閉器が常
に導通している状態、さらに３個の開閉器が常に導通し
ている状態、さらにまた４個の開閉器が常に導通してい
る状態になるように開閉器Ｓ1 〜Ｓ5 のオン／オフを順
繰りに制御し、発熱が一部の抵抗器に集中することを防
止するようにしてもよい。

【００６４】

【発明の効果】以上のようにこの発明によれば、リニア
モータの発電制動を行なう際、制御論理回路が制動電流
の大小に応じて電流制御回路の電流通流量を制御し、こ
の電流制御回路の電流通流量制御だけではそこに接続さ
れている抵抗器によって制動電流を消費しきれない場合
には、その消費しきれない電流の大きさに応じてオンす
る開閉器の数を調節し、制動電流の大部分を開閉器のオ
ン、オフにより複数の制動抵抗器に通流させて消費し、
残りの成分のみを電流制御回路の電流通流量を制御する
ことによってそれに接続された制動抵抗器で消費させる
ようにしているので、制動用の抵抗器の騒音を小さく
し、また電流制御回路の動作に起因するリプル電流も小
さくすることができ、乗り心地の改善が図れる。

【００６５】またこの発明によれば、制動電流指令値に
ゆらぎ成分を重畳するようにしているので、制動抵抗器
から発生する騒音を人間が不快感を覚えないレベルまで
抑制することができ、いっそうの乗り心地の改善が図れ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例の回路ブロック図。

【図２】上記実施例における制御論理回路の内部構成を
示す回路ブロック図。

【図３】上記実施例における制動電流増加時の発電制動
動作原理を示す説明図。

【図４】上記実施例における制動電流減少時の発電制動
動作原理を示す説明図。

【図５】上記実施例における制動電流増加時の制御論理
回路の動作を示す説明図。

【図６】上記実施例における制動電流減少時の制御論理
回路の動作を示す説明図。

【図７】この発明の他の実施例の開閉器のオン／オフ動
作の制御タイミングを示すタイミングチャート。

【図８】この発明の他の実施例の回路ブロック図。

【図９】上記実施例におけるゆらぎ信号発生回路の回路
ブロック図。

【図１０】上記実施例におけるゆらぎ特性の説明図。

【図１１】従来例の回路ブロック図。

【符号の説明】

１車両２推進コイル４制御論理回路２０ゆらぎ信号発生回路ＣＯＮコンバータＩＮＶインバータＣコンデンサＣ０比較器Ｃ１比較器ＡＭＰ増幅器Ｓ1 〜Ｓ5 開閉器Ｒ0 〜Ｒ5 制動抵抗器ＣＨＯチョッパ装置Ａ１加算器Ｉ0 ^*制動電流指令値Ｉ0 制動電流ｉ0 ^*制動電流指令値直流成分ｉf ^*制動電流指令値交流成分

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】地上に電機子を敷設し、車上に磁石もし
くは二次導体を取り付け、速度指令に応じて必要な推進
電流または制動電流を演算し、前記電機子に供給するた
めの電力変換装置を備えたリニアモータ駆動電気車の発
電制動制御装置において、リニアモータの制動エネルギを消費するために並設され
た複数の抵抗器と、これらの抵抗器のうちの一部を残し
てその他の各々に対して直列に介挿され、制動電流の通
流断路を行なう複数の開閉器と、前記抵抗器のうちの残
された一部に対して直列に介挿され、制動電流の通流量
を可変制御する電流制御回路と、制動電流の大小に応じ
て、前記開閉器各々の開閉動作と前記電流制御回路の電
流通流量の可変制御を行なう制御論理回路とを備えて成
るリニアモータ駆動電気車の発電制動制御装置。
【請求項２】前記制御論理回路から出力する制動電流
指令値直流成分に、ゆらぎ電流成分を重畳するゆらぎ信
号発生回路を備えて成る請求項１に記載のリニアモータ
駆動電気車の発電制動制御装置。