JP2012075317A - 電気車制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】永久磁石型同期電動機を車両駆動用電動機に採用した車両駆動システムにおいて、誘導電動機のような集中制御に近い構成にして、システムとしてのコストを低くし、外形を小型化できる電気車制御装置を提供する。
【解決手段】電気車制御装置は、電気車駆動用電動機として用意された複数台の永久磁石式同期電動機１７〜２０と、永久磁石式同期電動機それぞれを個別に１対１で駆動する複数台のＶＶＶＦインバータ９〜１２と、複数台のＶＶＶＦインバータを、各制御単位が２台以上の複数台のＶＶＶＦインバータを含むように複数の制御単位に分け、制御単位ごとに１台ずつ用意されたゲート制御装置２２，２３とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、複数台の永久磁石同期式電動機を車両駆動用電動機とし、各永久磁石同期式電動機を複数台のＶＶＶＦインバータ各々にて個別に駆動する車両駆動システムを制御する電気車制御装置に適用される。

車両駆動用電動機として誘導電動機が採用される場合、誘導電動機の２台ないし４台を並列に接続して制御単位として、制御単位ごとに１台のＶＶＶＦインバータで制御するようにしている。そして、いずれかの誘導電動機が故障した場合には、その故障した誘導電動機の属する制御単位の全誘導電動機をインバータごとに開放する構成としている。

図３の電気車制御装置は、直流電源から電力を取り込むパンタグラフ１、高速度遮断器２、充電抵抗器３及び充電抵抗短絡用接触器４、２系統に並列配置された開放接触器５，６及びフィルタリアクトル４０，４１、フィルタコンデンサ７，８、系統ごとに設置されたＶＶＶＦインバータ９，１０、各ＶＶＶＦインバータ９，１０にて同時に駆動される誘導電動機２８，２９；３０，３１、そして、ＶＶＶＦインバータ９，１０それぞれをゲート制御するゲート制御装置２６，２７から構成されている。２１は車輪である。

他方、図４の電気車制御装置は、直流電源から電力を取り込むパンタグラフ１、高速度遮断器２、充電抵抗器３及び充電抵抗短絡用接触器４、フィルタリアクトル４２、フィルタコンデンサ２４、１台のＶＶＶＦインバータ３２、このＶＶＶＦインバータ３２にて同時に駆動される４台の誘導電動機２８〜３１、そして、ＶＶＶＦインバータ９をゲート制御するゲート制御装置３３から構成されている。

図３に示すように誘導電動機ＩＭ（１）〜ＩＭ（４）の制御単位が２台の場合は台車制御、図４に示すように誘導電動機ＩＭ（１）〜ＩＭ（４）の制御単位が４台の場合は集中制御と呼んでいる。

これに対し、車両駆動用電動機として永久磁石を使用した同期電動機が採用される場合、この永久磁石型同期電動機は回転子の回転に合わせてＶＶＶＦインバータから電圧を与えて制御する必要があるため、電動機１台に専用の１台のＶＶＶＦインバータを配置していわば個別制御する必要がある。この個別制御では、いずれかの電動機が故障した場合の開放単位は台車ごとに行い、いわゆる個別開放が可能である。

このため、図５に示すように、ＶＶＶＦインバータの開放接触器、インバータゲートを制御するゲート制御装置は電動機の台数だけ配置するいわゆる個別制御と呼ばれる構成が必要である。

図５は、従来の永久磁石式同期電動機を車両駆動用電動機とする車両駆動システムに対する電気車制御装置の構成を示しており、この従来の電気車制御装置は、パンタグラフ１、高速度遮断器２、充電抵抗器３及び充電抵抗短絡用接触器４、４系統に並列配置された開放接触器５，６，３８，３９及びフィルタリアクトル４０，４１，４５，４６、フィルタコンデンサ７，８，４３，４４、４系統ごとに設置されたＶＶＶＦインバータ９，１０，１１，１２、そして各ＶＶＶＦインバータ９〜１２の交流側に挿入された３相負荷接触器１３〜１６、各ＶＶＶＦインバータ９〜１２にて駆動される永久磁石式同期電動機１７〜２０、そして、ＶＶＶＦインバータ９〜１２を個別にゲート制御する４台のゲート制御装置３４〜３７から構成されている。

このように、従来の永久磁石型同期電動機を車両駆動用電動機に採用した車両駆動システムの場合、個別制御の構成が必要であるため、インバータ開放用の接触器、ゲート制御装置が電動機の台数分だけ必要であり、コストが高くなり外形が大きくなる問題点があった。

特開２００４−１４３５７７号公報

本発明は、上述した従来の技術的課題に鑑みてなされたもので、永久磁石型同期電動機を車両駆動用電動機に採用した車両駆動システムにおいて、いずれかの電動機が故障した場合でも、電動機１台ごとに個別開放する必要がない場合には、誘導電動機のような集中制御に近い構成にして、システムとしてのコストを低くし、外形を小型化できる電気車制御装置を提供することを目的とする。

本発明は、電気車駆動用電動機として用意された複数台の永久磁石式同期電動機と、前記永久磁石式同期電動機それぞれを個別に１対１で駆動する複数台のＶＶＶＦインバータと、前記複数台のＶＶＶＦインバータを、各制御単位が２台以上の複数台のＶＶＶＦインバータを含むように複数の制御単位に分け、制御単位ごとに１台ずつ用意されたゲート制御装置とを備えた電気車制御装置を特徴とする。

本発明の電気車制御装置によれば、複数台の永久磁石式同期電動機それぞれを１対１で駆動する複数台のＶＶＶＦインバータを備えて、複数台のＶＶＶＦインバータを、各制御単位が２台以上の複数台のＶＶＶＦインバータを含むように複数の制御単位に分けて制御単位ごとに１台ずつゲート制御装置を用意したので、複数台の永久磁石式同期電動機それぞれを複数台のＶＶＶＦインバータにて個別に制御でき、かつ、複数台のＶＶＶＦインバータを複数台ずつ１台のゲート制御装置により同時に制御でき、ＶＶＶＦインバータの台数分だけゲート制御装置を必要とせず、制御単位台数の分の１の台数だけゲート制御装置を用意すればよく、システムとしてのコストを低くし、外形を小型化できる。

本発明の第１の実施の形態の電気車制御装置のブロック図。 本発明の第２の実施の形態の電気車制御装置のブロック図。 従来の誘導電動機で構成した台車制御構成の電気車制御装置のブロック図。 従来の誘導電動機で構成した集中制御構成の電気車制御装置のブロック図。 従来の永久磁石式同期電動機で構成した電気車駆動システムにおける電気車制御装置のブロック図。

以下、本発明の実施の形態を図に基づいて詳説する。

（第１の実施の形態）
図１は、本発明の第１の実施の形態の電気車制御装置の構成を示している。本実施の形態の電気車制御装置は、直流電源から電力を取り込むパンタグラフ１、高速度遮断器２、充電抵抗器３及び充電抵抗短絡用接触器４、２系統に並列配置された開放接触器５，６及びフィルタリアクトル４０，４１、フィルタコンデンサ７，８、系統ごとに並列に配置されたＶＶＶＦインバータ９，１０；１１，１２、そして各ＶＶＶＦインバータ９〜１２の交流側に挿入された３相負荷接触器１３〜１６、各ＶＶＶＦインバータ９〜１２にて駆動される永久磁石式同期電動機１７〜２０、そして、ＶＶＶＦインバータ９〜１２を各系統の２台ずつを制御単位としてゲート制御するゲート制御装置２２，２３を備えている。各制御単位に属するＶＶＶＦインバータ９，１０とＶＶＶＦインバータ１１，１２はそれぞれ、フィルタコンデンサ７，８と開放接触器５，６とゲート制御装置２２，２３それぞれを共用している。尚、各ゲート制御装置２２，２３に備えられているＣＰＵは、２台のＶＶＶＦインバータ９，１０、またＶＶＶＦインバータ１１，１２を個別に制御できる性能を有するものである。２１は車輪である。

上記構成の電気車制御装置では、ゲート制御装置２２はＶＶＶＦインバータ９のゲートとＶＶＶＦインバータ１０のゲートとの両方を制御する。そして、制御単位内の片側のインバータ、例えばＶＶＶＦインバータ９が故障した場合には当該制御単位側の開放接触器５を開いて当該制御単位内の２台のＶＶＶＦインバータ９，１０を停止させ、また永久磁石式同期電動機１７，１８を共に開放する。つまり、本実施の形態の電気車制御装置では、いわば台車開放の制御を行うことができるのである。

本実施の形態の電気車制御装置によれば、従来の永久磁石式同期電動機を採用した電気車制御装置に対して、ゲート制御装置と開放接触器の台数をそれぞれ制御単位内の台数分の１、つまり、１／２とすることができ、永久磁石を用いた同期電動機においても誘導電動機の台車制御に近い主回路構成が可能となり、コストの低減と外形の小型化が図れる。

尚、本実施の形態においてゲート制御装置２２，２３に採用したＣＰＵは、１台で複数台の電動機を制御できるものであり、車輪空転滑走制御を行う際に４台の電動機速度を高速に認識することが可能であるので、それらの電動機の差速度をいち早く検出して高速の空転滑走制御を実現できる効果がある。

（第２の実施の形態）
図２は、本発明の第２の実施の形態の電気車制御装置の構成を示している。本実施の形態の電気車制御装置は、４台のＶＶＶＦインバータを１制御単位とし、１台のゲート制御装置にて制御することを特徴とする。すなわち、４台のＶＶＶＦインバータ９〜１２が１台のフィルタコンデンサ２４とゲート制御装置２５を共用している。本実施の形態では、４台のＶＶＶＦインバータ９〜１２に対してパンタグラフ１、高速度遮断器２、充電抵抗器３、充電抵抗短絡用開閉器４、そしてフィルタリアクトル４２も共通にしている。ただし、本実施の形態では、共通の開放接触器は設置していない。

本実施の形態では、１台のゲート制御装置２５内のＣＰＵは４台のＶＶＶＦインバータ９〜１２を個別に制御する性能を有することで、ゲート制御装置を１台で構成している。

本実施の形態の電気車制御装置では、１台のゲート制御装置２５が、制御単位内の４台のＶＶＶＦインバータ９〜１２それぞれのゲートを制御する。この場合、制御単位内の１台のＶＶＶＦインバータ、例えば、ＶＶＶＦインバータ９が故障した場合には、開放接触器が設けられていないのでシステムすべてを開放する制御動作となる。つまり、本実施の形態の電気車制御装置では、いわば集中制御を実行するのである。

以上のように本実施の形態の電気車制御装置によれば、ゲート制御装置の数を従来の１／４とし、永久磁石を用いた同期電動機においても誘導電動機の集中制御に近い主回路構成が可能となり、コストの低減と外形の小型化が図れる。

５：開放用接触器
６：開放用接触器
７：フィルタコンデンサ
８：フィルタコンデンサ
９：ＶＶＶＦインバータ
１０：ＶＶＶＦインバータ
１１：ＶＶＶＦインバータ
１２：ＶＶＶＦインバータ
１７：永久磁石式同期電動機
１８：永久磁石式同期電動機
１９：永久磁石式同期電動機
２０：永久磁石式同期電動機
２２：ゲート制御装置
２３：ゲート制御装置
２４：フィルタコンデンサ
２５：ゲート制御装置

本発明は、電気車駆動用電動機として用意された４台の永久磁石式同期電動機と、前記４台の永久磁石式同期電動機それぞれをその回転子の回転に合わせて個別に１対１で電圧制御する４台のＶＶＶＦインバータであって、電源に並列に接続される４台のＶＶＶＦインバータと、前記４台のＶＶＶＦインバータを同時に電源から開放する開放手段と、前記開放手段の出力端に対して接続された、前記４台の並列接続されたＶＶＶＦインバータに共通のフィルタリアクトル及びフィルタコンデンサと、前記４台の並列接続されたＶＶＶＦインバータを制御単位とし、当該制御単位用に用意され、前記４台のＶＶＶＦインバータそれぞれを個別にゲート制御する１台のゲート制御装置とを備え、前記制御単位内の４台のＶＶＶＦインバータそれぞれを個別にゲート制御することによって前記４台の永久磁石式同期電動機それぞれを個別に電圧制御し、かつ、当該制御単位内のいずれかのＶＶＶＦインバータが故障した場合に前記開放手段を開放動作させて当該制御単位内の４台のＶＶＶＦインバータすべてを同時に電源から開放する電気車制御装置を特徴とする。

本発明の電気車制御装置によれば、制御単位内の４台のＶＶＶＦインバータそれぞれを個別にゲート制御することによって４台の永久磁石式同期電動機それぞれを個別に電圧制御し、かつ、当該制御単位内のいずれかのＶＶＶＦインバータが故障した場合に開放手段を開放動作させて当該制御単位内の４台のＶＶＶＦインバータすべてを同時に電源から開放するようにしているので、４台の永久磁石式同期電動機それぞれを４台のＶＶＶＦインバータにて個別に制御でき、かつ、４台のＶＶＶＦインバータを４台ずつ１台のゲート制御装置により同時に制御でき、ＶＶＶＦインバータの台数分だけゲート制御装置を必要とせず、制御単位に１台だけゲート制御装置、フィルタコンデンサ、フィルタリアクトルを用意すればよく、また電源から４台のＶＶＶＦインバータそれぞれを切り離す開放接触器を必要とせず、システムとしてのコストを低くし、外形を小型化できる。

Claims (4)

1. 電気車駆動用電動機として用意された複数台の永久磁石式同期電動機と、
   前記永久磁石式同期電動機それぞれを個別に１対１で駆動する複数台のＶＶＶＦインバータと、
   前記複数台のＶＶＶＦインバータを、各制御単位が２台以上の複数台のＶＶＶＦインバータを含むように複数の制御単位に分け、制御単位ごとに１台ずつ用意されたゲート制御装置とを備えたことを特徴とする電気車制御装置。
2. 前記ＶＶＶＦインバータの制御単位ごとに用意され、当該制御単位内のＶＶＶＦインバータを同時に電源から開放するインバータ開放用の接触器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. 前記複数台のＶＶＶＦインバータを２台ずつの制御単位に分けたことを特徴とする請求項１又は２に記載の電気車制御装置。
4. 前記複数台のＶＶＶＦインバータを４台ずつの制御単位に分けたことを特徴とする請求項１又は２に記載の電気車制御装置。