JPS6117203B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、電動機の制御装置に係り、特に車輪を
介して車両を駆動する車両駆動用電動機の制御装
置に関する。

車両駆動用電動機として直流電動機又は誘導電
動機のいずれを用いたとしても、その装御装置と
しては粘着性能を良好ならしめるものが要求され
る。

第１図は直流電動機を用いた従来の制御装置の
例を示す図である。

この図において、１は交流架線、２はパンタグ
ラフ、３は変圧器、４は電力変換装置、６Ａ〜６
Ｄは直流直巻電動機、７Ａ〜７Ｄは電動機により
駆動される車輪（以下動輪と称する）、９は最大
値選択器、１０Ａ〜１０Ｄは電流検出器、１１は
比較器、１２は電圧制御装置である。

上記構成において、電圧制御装置１２は、電動
機６Ａ〜６Ｄのうちの最大電流Ｉ_fを電流指令Ｉ_p
に追従されるべく、その偏差Ｖ_pを零にするよう
電力変換装置の出力電圧を制御する。ここで最大
値選択器９により電動機６Ａ〜６Ｄのうちの最大
電流を電流帰還値としているのは、以下に述べる
ように粘着性能を良好ならしめるためである。空
転した車輪に連結された電動機の電流は減少する
ので、その電流を定電流制御すると、電力変換装
置４の出力電圧は最大値まで変化してしまい、大
空転は発展してしまう可能性がある。しかしなが
ら最大電流を帰還しておけば、空転により減少し
た電流が帰還されることがないので、電力変換装
置４の出力電圧を大きく変化させることがなく、
大空転に発展することがない。そして空転した車
輪に連結された電動機の電流は減少するので駆動
トルクが減少して再粘着する可能性が高くなる。
このように最大電流を帰還することにより粘着性
能を高くすることができる。

しかしながらこのような制御装置においても、
全車輪が空転した場合には、それを制御すること
ができない。なぜなら最大電流を帰還していて
も、全動輪が空転した場合は、その帰還値は空転
した身輪に連結された電動機の電流であることに
は変りなく、電力変換装置４の出力電圧は最大ま
で変化したしまい大空転に発展してしまう可能性
があるからである。

このような問題は、車輪を介して車両を駆動す
るようなものすべてに共通するものであり、駆動
電動機としては直流直巻電動機に限るものではな
い。

本発明の目的は、より粘着性能のよい車両駆動
用電動機の制御装置と提供するにある。

本発明の特徴は、電動機に流れている電流を予
測し、その予測値を電流帰還値とすることによ
り、空転が生じてもそれにより電流制御系が影響
されないようにし、もつて粘着性能を良好ならし
めた点にある。

第２図は本発明の制御装置の一度実施を示す図
である。

この図において、第１図と異なる点は、駆動電
動機の連結されてない車輪（以下従輪と称する）
７０に電動機６Ａ〜６Ｄより容量の小さい、特性
の類似した直流直巻電動機６０を連結し、それを
電力変換装置４で付勢すると共に、電動機６０に
流れる電流を検出し、その検出値を係数値６１を
介して電流帰還値Ｉ_fとした点である。電動機６
０の容量は、電動機６Ａ〜６Ｄの容量に対して十
分小さく、動輪７Ａ〜７Ｄがすべて空転しても、
従輪７０を空転させないように選ばれる。そして
仮りに10分の１に選んだとすれば、係数値６１は
検出値を10倍して帰還値とするようなものに選定
される。なお電流指令Ｉ_pの値を適当に定めるこ
とにより係数値６１を省略できることはいうまで
もない。

上記構成の制御装置における定電流制御の基本
動作は従来と何ら変らない。なぜなら粘着してい
る間は、電動機６Ａ〜６Ｄに流れる電流と電動機
６０に流れる電流は比例関係にある。このため電
動機６０の電流を定電流制御すれば、結果的に電
動機６Ａ〜６Ｄの電流を定電流制御することにな
るからである。

そして全動輪が空転した場合の電流制御系の動
作は従来と著しく異なり、本実施例においては大
空転に発展することはない。なぜなら全動輪が空
転しても、従輪７０は空転しないので、電流帰還
値Ｉ_fが減少することがなく、電流制御系は何ら
影響を受けないからである。電力変換装置４の出
力電圧が所定の値に保たれると、電動機６Ａ〜６
Ｄの駆動トルクは、空転による電流の減少に共な
つて減少するので、電動機６Ａ〜６Ｄは再粘着す
る。

本実施例によれば、電流制御系が空転に影響さ
れることがないので、空転を助長することがな
く、粘着性能を向上する。

第３図は本発明の他の実施例を示す図である。

この図において第２図と異なる点は、第２図は
示す例においては電動機６０に流れる電流を検出
することにより電動機６Ａ〜６Ｄに流れる電流を
予測していたのに対し、この第３図に示す例にお
いては、その予測を、あらかじめ電動機６Ａ〜６
Ｄの特性を記憶した記憶手段によつて行なつてい
る点である。１００は電動機６Ａ〜６Ｄに印加さ
れる直流電圧Ｖ_fに応じた信号と、従輪７０の回
転速度ｎ_fに応じた信号を取り込み、２つの信号
の組合せによつて１つの番地を決定し、この番地
に対応する記憶装置２００の記憶内容を読み出し
て電流帰還値Ｉ_fに対応する信号として出力する
入出力装置である。２００は電動機６Ａ〜６Ｄに
印加される直流電圧Ｖ_fと流れる電流Ｉ_fと回転数
ｎ_fとの関係をあらかじめ実験等により把握し、
入出力装置１００において直流電圧Ｖ_fと回転数
ｎ_fとの組合せにより決定される番地にそれら値
に対応する電流Ｉ_fに応じた値を記憶しておく記
憶装置である。３００〜３０１はＡ−Ｄ変換器、
４００はＤ−Ａ変換器、１５０は直流電圧検出器
である。ここで電圧Ｖ_fと回転数ｎ_fとから電流Ｉ_f
が予測できることについて第４図を用いて説明す
る。この図において印加電圧をＶ_f１〜Ｖ_f５と変
化させた場合の各電圧値における電流−速度特性
を示している。この特性上回転数（速度）Ｖ_fが
定まれば、電流Ｉ_fはそれぞれＩ_f１〜Ｉ_f５のよう
に決まる。このことから明らかなように、電圧Ｖ
_f，電流Ｉ_f，回転数ｎ_fの関係があらかじめわかつ
ておれば、電圧Ｖ_f，回転数ｎ_fから電流Ｉ_fを予測
できる。

上記構成の制御装置における電流制御系は、第
２図に示す制御装置と同様の定電流制御を行な
い、全動輪が空転しても大空転に発展することが
ない。

すなわち、粘着時は電流帰還値Ｉ_fが電動機６
Ａ〜６Ｄの電流にほぼ一対一に対応しており、本
来の定電流制御を行なう。空転時は電流帰還値Ｉ
_fは空転によつて直接影響される電動機６Ａ〜６
Ｄの電流とは直接関係のない予測値（動輪が粘着
しているときに電動機６Ａ〜６Ｄに流れるであろ
う電流）となるので、電動機６Ａ〜６Ｄの電流を
定電流制御することがなくなり、大空転に発展す
ることがない。これは入出力装置１００に取り込
まれる信号が動輪の空転に影響されるものでない
ことから明らかである。

なおこの実施例では、電流Ｉ_fに応じた値をあ
らかじめ記憶しておくようにしたが、電圧Ｖ_fと
回転数ｎ_fから電流Ｉ_fを求める関数式を作成して
おき、電圧Ｖ_f、回転数ｎ_fを取り込む毎に電流Ｉ_f
を計算するようにしてもよい。

上記実施例においては、車両駆動用電動機とし
て直流直巻電動機を用いたが、これに限るもので
なく、分巻電動機、複巻電動機、等いずれでもよ
い。また電力変換装置４としても交流を直流に変
換する整流器に限るものではなく、可変直流電圧
を出力するものなら何でもよい。そして電源とし
ても交流架線式に限るものでない。

さらに電動機としても直流電動機に限るもので
なく、誘導電動機でもよい。誘導電動機を用いる
場合、電力変換装置としては可変電圧、可変周波
数の交流電圧を出力するものを用いる必要がある
ことはいうまでもない。

第５図は車両駆動用電動機として誘導電動機を
用いる場合の本発明の制御装置の一実施例を示す
図である。

この図において、１１１は直流架線、２０はパ
ンタグラフ、３０はフイルタリアクトル、４０は
フイルタコンデンサ、５は電力変換装置、１６Ａ
〜１６Ｄは誘導電動機、７Ａ〜７Ｄは動輪、１６
０は小容量の誘導電動機、７０は従輪、８０は速
度検出器、１０は電流検出器、６１は係数器、１
１は比較機、１２は電圧制御装置、１３は加減算
器、１４は周波数制御装置である。

この実施例における誘導電動機１６０の容量は
第２図に示した実施例における電動機６０と同様
に、動輪７Ａ〜７Ｄがすべて空転するような場合
でも従輪７０を空転させないように十分小さく選
ばれる。仮りに電動機１６Ａ〜１６Ｄの容量に対
して10分の１に選定したとすれば、係数器６１は
入力を10倍して出力するようなものに設定され
る。

上記構成において、電流制御系は指令電流Ｉ_p
と電流帰還値Ｉ_fの偏差Ｖ_pを零にすべく電圧制御
装置１２により電力変換装置５の出力電圧を制御
する。周波数制御系は周波数帰還値ｆ_fにすべり
周波数に対応する値ｆ_fを加算（力行時）又は減
算（回生時）して周波数指令ｆ_fとし、周波数制
御装置１４により電力変換装置５の出力周波数を
制御する。

この実施例では、第２図に示した実施例と同様
全動輪７Ａ〜７Ｄが空転しても従輪７０が空転す
ることがないので、誘導電動機１６Ａ〜１６Ｄの
電流が減少しても誘導電動機１６０の電流が減少
することがない。このため空転により誘導電動機
１６Ａ〜１６Ｄの電流が減少しても、その電流を
定電流制御すべく電力変換装置５の出力電圧を増
大させるようなことがなく、空転を助長すること
がない。出力周波数も空転に影響されることがな
い。このように電力変換装置５の出力が変化がな
ければ、誘導電圧機１６Ａ〜１６Ｄはその定速特
性により再粘着する。

第６図は本発明の他の実施例の示す図である。

この図において第５図と異なる点は、第５図に
示す実施例においては誘導電動機１６０に流れる
電流を検出することにより誘導電動機１６Ａ〜１
６Ｄに流れる電流を予測していたのに対し、この
第６図に示す例において第３図に示す実施例と同
様に、その予測をあらかじめ誘導電動機１６Ａ〜
１６Ｄの特性を記憶した記憶手段によつて行なつ
ている点である。１０１は誘導電動機１６Ａ〜１
６Ｄに印加される交流電圧Ｖ_fに応じた信号と、
その周波数ｆ_pに応じた信号と、従輪７０の回転
速度の帰還値ｆ_fに応じた信号を取り込み、３つ
の信号の組合せによつて１つの番地を決定し、こ
の番地に対応する記憶装置２０１の記憶内容を読
み出して電流帰還値Ｉ_fに対応する信号として出
力する入出力装置である。２０１は、誘導電動機
１６Ａ〜１６Ｄに印加される電流電圧Ｖ_fとその
周波数ｆ_pと回転数ｆ_fと電流Ｉ_fとの関係をあら
かじめ実験等により把握し、入出力装置１０１に
おいて交流電圧Ｖ_fと周波数ｆ_pと回転数ｆ_fとの
組合せにより決定される番地にそれら値に対応す
る電流Ｉ_fに応じた値を記憶しておく記憶装置で
ある。３０２〜３０４はＡ−Ｄ変換器であり、４
００は第３図の実施例と同様Ｄ−Ａ変換器であ
る。ここで電圧Ｖ_fと周波数ｆ_pと回転数ｆ_fから
電流Ｉ_fが予測できることについて第７図を用い
て説明する。この図においては周波数をｆ_pと
し、電圧をＶ_f１〜Ｖ_f５と変化させた場合の各電
圧値における電流特性を示している。この特性上
回転数ｆ_fが定まれば、電流Ｉ_fはそれぞれＩ_f１〜
Ｉ_f５のように決まる。このことから明らかなよ
うに、電圧Ｖ_f，周波数ｆ_p，回転数ｆ_f，電流Ｉ_f
の関係があらかじめわかつておれば、電圧Ｖ_f、
周波数ｆ_p、回転数ｆ_fから電流Ｉ_fを予測でき
る。

上記構成における電流制御系及び周波数制御系
は、第５図に示す実施例と同様の作用をし、全動
輪７Ａ〜７Ｄが空転してもそれが助長されること
がなく、誘導電動機の定速特性により動輪７Ａ〜
７Ｄは再粘着する。

この実験例では、電流Ｉ_fに応じた値をあらか
じめ記憶しておくようにしたが、電圧Ｖ_fと周波
数ｆ_pと回転数ｆ_fから電流Ｉ_fを求める関数式を
作成しておき、電圧Ｖ_f、周波数ｆ_p、回転数ｆ_f
を取り込む毎に電流Ｉ_fを計算するようにしても
よい。

第５図、第６図に示す実施例において、電力変
換装置５は、可変電圧、可変周波数の交流電圧を
発生するものであればどのようなものでもよく、
その電源としても直流架線式に限らず、交流架線
式、バツテリ式、内燃機関によつて駆動される発
電機の出力を電源とする方式、等種々考えられ
る。電力変換装置５としては、電源が交流の場
合、例えば交流を交流に変換するサイクロコンバ
ータ、交流を一旦直流に変換しその直流を更に交
流に変換する整流器とインバータの組合せ、等が
考えられる。電源が直流の場合、例えばチヨツパ
とインバータの組合せ、パルス幅変調形インバー
タ、等が考えられる。

上記本発明の各実施例においては、車両駆動用
電動機（直流電動機、誘導電動機）を４個とした
が、本発明においては１個又は複数個のいずれで
もよい。また上記の動作説明は動輪の空転を例に
とつたが、動輪の滑走についても同様のことがい
えることはいうまでもない。

以上述べたように本発明によれば、より粘着性
能のよい車両駆動用誘導電動機の制御装置を提供
することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の制御装置の一例を示す図、第２
図、第３図、第５図、第６図はそれぞれ本発明の
各実施例を示す図、第４図は直流直巻電動機の特
性を示す図、第７図は誘導電動機の特性を示す図
である。 ４，５……電力変換装置、６Ａ〜６Ｄ……直流
直巻電動機、７Ａ〜７Ｄ……動輪、１２……電圧
制御装置、１４……周波数制御装置、１６Ａ〜１
６Ｄ……誘導電動機、６０……小容量直流直巻電
動機、７０……従輪、１００，１０１……入出力
装置、２００，２０１……記憶装置。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 車輪を介して車両を駆動する電動機の制御装
   置であつて、電流指令に基づいて前記電動機に流
   れる電流を制御する電力変換装置を有するものに
   おいて、前記電動機に流れている電流を予測する
   第１手段を設け、この第１手段の出力を電流帰還
   値とすることを特徴とする車両駆動用電動機の制
   御装置。 ２ 特許請求の範囲第１項記載のものにおいて、
   前記第１手段は、前記電動機と電気的に並列接続
   され、かつ前記電動機の連結されてない車輪に連
   結された、前記電動機より容量の小さい電動機
   と、この電動機の電流を検出する手段とから成る
   ことを特徴とする車両駆動用電動機の制御装置。 ３ 特許請求の範囲第１項記載のものにおいて、
   前記駆動機は直流電動機であり、前記第１手段
   は、前記直流電動機に印加される電圧と流れる電
   流と前記車両の速度との関係をあらかじめ記憶し
   ておく記憶手段と、前記直流電動機に印加される
   電圧と前記車両の速度に応じた信号を取り込み、
   前記記憶装置から電流に応じた信号を読み出す入
   出力装置とから成ることを特徴とする車両駆動用
   電動機の制御装置。 ４ 特許請求の範囲第１項記載のものにおいて、
   前記電動機は誘導電動機であり、前記第１手段
   は、前記誘導電動機に印加される電圧とその周波
   数と流れる電流と前記車両の速度との関係をあら
   かじめ記憶しておく記憶手段と、前記誘導電動機
   に印加される電圧とその周波数と前記車両の速度
   に応じた信号を取り込み、前記記憶装置から電流
   に応じた信号を読み出す入出力装置とから成るこ
   とを特徴とする車両駆動用電動機の制御装置。