JP2009072049A - 電気車制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】永久磁石同期電動機に対して誘導電動機の台車制御と同等の外形とコストでシステム構成ができる電気車制御装置を提供する。
【解決手段】本発明は、電気車用駆動用電動機としての複数Ｎ台の永久磁石同期電動機３と、複数台の永久磁石同期電動機それぞれを個々に駆動する複数Ｎ台のＶＶＶＦインバータ主回路１４を有する電気車制御装置において、Ｎ台のＶＶＶＦインバータ主回路を複数Ｍ台（ＭはＮ／２以下）ずつ直列接続若しくは並列接続してそれぞれ１ユニットとする複数Ｌユニット（Ｎ＝Ｍ×Ｌ）のＶＶＶＦインバータユニット１４，１８を構成し、ＬユニットのＶＶＶＦインバータユニットそれぞれを複数Ｌ台のインバータ制御装置１２それぞれにて個別に制御するようにした電気車制御装置である。
【選択図】 図１

Description

本発明は、永久磁石同期電動を使用した車両用駆動システムにおいて、駆動用電動機を動作させるＶＶＶＦインバータ装置を備えた電気車制御装置に関する。

一般に永久磁石同期電動機は、従来の誘導電動機に比較して効率が高く省エネルギ化が図れること、また、従来の誘導電動機に比較して同一容量でも軽量化することが容易であることから、近年、永久磁石同期電動機の需要が高まっている。

図７、図８に示すように、従来より使用されている誘導電動機は、２台ないし４台の誘導電動機ＩＭ１〜ＩＭ４を並列に接続して１台のＶＶＶＦインバータで複数台の誘導電動機を同時に制御することが可能であり、いずれかの誘導電動機が故障した場合にはそれを駆動しているＶＶＶＦインバータごと開放する構成としている。

図７に示した電気車制御装置は、並列接続された２台のＶＶＶＦインバータ（ＶＶＶＦ１，ＶＶＶＦ２）１０５，１０６それぞれにて誘導電動機（ＩＭ１，ＩＭ２）１０１，１０２の２台、誘導電動機（ＩＭ３，ＩＭ４）１０３，１０４の２台それぞれを駆動する構成である。このように、誘導電動機ＩＭの制御単位が２台の場合は「台車制御」と呼ばれている。また、図８に示した電気車制御装置は、１台のＶＶＶＦインバータ１０７にて並列接続された４台の誘導電動機（ＩＭ１〜ＩＭ４）１０１〜１０４を同時に駆動する構成である。このように、誘導電動機ＩＭの制御単位が４台の場合は「集中制御」と呼ばれている。尚、図７において、ＶＶＶＦインバータ１０５はゲート制御装置１１１にてゲート制御され、ＶＶＶＦインバータ１０６はゲート制御装置１１２にてゲート制御される。また、図８において、ＶＶＶＦインバータ１０７はゲート制御装置１１０にてゲート制御される。

これに対して、永久磁石を使用した永久磁石同期電動機は、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。そのため、図９に示すように、永久磁石同期電動機（ＰＭＳＭ１〜ＰＭＳＭ４）１２１〜１２４の各１台に専用の１台のＶＶＶＦインバータ（ＶＶＶＦ１〜ＶＶＶＦ４）１２５〜１２８を配置し、各永久磁石同期電動機を個別に制御する必要がある。尚、図９において、ＶＶＶＦインバータ１２５〜１２８それぞれは、ゲート制御装置１３５〜１３８それぞれにてゲート制御される。

この永久磁石同期電動機の個別制御では、故障した場合の開放単位は電動機ごとであり、いわゆる個別開放が可能である。しかしながら、個別開放を可能にするためには、図９に示すように、ＶＶＶＦインバータ１２５〜１２８それぞれに対する開放接触器１３１〜１３４、インバータゲートを制御するゲート制御装置１３５〜１３８を永久磁石同期電動機１２１〜１２４の台数分だけ配置するシステム構成とする必要がある。このため、従来の複数台の永久磁石同期電動機を駆動制御するための電気車制御装置では、個別制御システム構成にすることで機器台数が多くなり、この結果、装置外形の大形化が避けられず、同時にコストの嵩む問題点があった。
特開２００４−１４３５７７号公報

本発明は、上記従来技術の課題に鑑みてなされたもので、永久磁石を用いた永久磁石同期電動機に対して誘導電動機の台車制御と同等の外形とコストでシステム構成ができる電気車制御装置を提供することを目的とする。

本発明の特徴は、電気車用駆動用電動機としての複数Ｎ台（Ｎは４以上の偶数）の永久磁石同期電動機と、前記複数Ｎ台の永久磁石同期電動機それぞれを個々に駆動する複数台のＶＶＶＦインバータ主回路を有する電気車制御装置において、前記Ｎ台のＶＶＶＦインバータ主回路を複数Ｍ台（ＭはＮ／２以下）ずつ直列接続若しくは並列接続してそれぞれ１ユニットとする複数Ｌユニット（Ｎ＝Ｍ×Ｌ）のＶＶＶＦインバータユニットを構成し、
前記ＬユニットのＶＶＶＦインバータユニットそれぞれを複数Ｌ台のインバータ制御装置それぞれにて個別に制御するようにした電気車制御装置である。

本発明の電気車制御装置によれば、永久磁石を用いた複数台の永久磁石同期電動機に対して、誘導電動機の台車制御と同等の外形とコストでシステム構成できる。

以下、本発明の実施の形態を図に基づいて詳説する。尚、以下の各実施の形態において、共通する若しくは類似する構成要素については共通する符号を用いて説明する。

（第１の実施の形態）本発明の第１の実施の形態の電気車制御装置を、図１を用いて説明する。本実施の形態の電気車制御装置は、４台の永久磁石同期電動機３，４，１９，２０を個別駆動制御するシステムであり、４台の永久磁石同期電動機３，４，１９，２０それぞれが個別にＶＶＶＦインバータ主回路１４Ａ，１４Ｂ，１８Ａ，１８Ｂそれぞれに接続されている。

１４，１８はＶＶＶＦインバータユニットである。ＶＶＶＦインバータユニット１４は、直列接続されたＶＶＶＦインバータ主回路１４Ａ，１４Ｂの組と、これらを同時に冷却するインバータ冷却ユニット１とで２ｉｎ１インバータとして構成されている。他方のＶＶＶＦインバータユニット１８は、直列接続されたＶＶＶＦインバータ主回路１８Ａ，１８Ｂの組と、これらを同時に冷却するインバータ冷却ユニット７１とで２ｉｎ１インバータとして構成されている。インバータ冷却ユニット１，７１それぞれは、２つ１組のＶＶＶＦインバータ主回路、すなわち永久磁石同期電動機２台分のＶＶＶＦインバータ主回路を１台の冷却器で冷却する構成である。

永久磁石同期電動機３，４，１９，２０は、ＶＶＶＦインバータ主回路１４Ａ，１４Ｂ，１８Ａ，１８Ｂ各々に１台ずつ電動機開放用の３相接触器３５，３６，５４，５５各々を経由して接続され、２ｉｎ１インバータユニット１４，１８それぞれには２台ずつ、すなわち、永久磁石同期電動機３，４の組と永久磁石同期電動機１９，２０の組がそれぞれ接続されることになる。

一方のＶＶＶＦインバータユニット１４内には、ＶＶＶＦインバータ主回路１４Ａ，１４Ｂそれぞれの直流側にフィルタコンデンサ５，６それぞれが並列接続され、また、フィルタコンデンサ５，６それぞれの両端電圧を検出するフィルタコンデンサ電圧検出器７，８と、過電圧抑制制御用素子（ＯＶＴ）１３が設けられている。また、ＶＶＶＦインバータユニット１４内のＶＶＶＦインバータ主回路１４Ａ，１４Ｂそれぞれの交流側に、各電動機に流れる交流電流を検出するインバータ出力電流検出器２７，２８，２９，３０、そして電動機端子間電圧検出器３３，３４が設けられている。上記の過電圧抑制制御用素子１３には直列に過電流抑制抵抗１０が設けられている。

他方のＶＶＶＦインバータユニット１８内にも同様に、ＶＶＶＦインバータ主回路１８Ａ，１８Ｂそれぞれの直流側にフィルタコンデンサ７２，７３それぞれが並列接続され、フィルタコンデンサ７２，７３それぞれの両端電圧を検出するフィルタコンデンサ電圧検出器７４，７５と、過電圧抑制制御用素子（ＯＶＴ）７６が設けられている。また、ＶＶＶＦインバータ主回路１８Ａ，１８Ｂそれぞれの交流側に電動機との間に流れる交流電流を検出するインバータ出力電流検出器７７，７８，７９，８０、そして端子間電圧検出器６０，６１が設けられている。上記の過電圧抑制制御用素子７６には直列に過電流抑制抵抗１７が設けられている。

ＶＶＶＦインバータユニット１４の外部には直流側主回路接続端子ＣＮ１〜ＣＮ５を設け、同様にＶＶＶＦインバータユニット１８の外部には直流側主回路接続端子ＣＮ１１〜ＣＮ１５を設け、外部接続を直列接続／並列接続間で切り替えられるようにしている。

架線電力をこれらのＶＶＶＦインバータユニット１４，１８に取り込む経路上には、パンタグラフ２４、高速度遮断器２３、充電抵抗２１、これと並列に設けられた充電抵抗短絡用接触器２２、ＶＶＶＦインバータユニット１４，１８それぞれに対する直流側接触器１１，１５、そしてフィルタリアクトル３１，３２とフィルタコンデンサ９，１６が設けられている。２５は車輪であり、電気的に接地する役目を担っている。

ＶＶＶＦインバータユニット１４，１８は、直流架線電圧が例えば１５００Ｖの場合は、図１に示す通りに内部の２ｉｎ１インバータ主回路１４Ａ，１４Ｂ、またインバータ主回路１８Ａ，１８Ｂの直流側が直列になるように接続し、直流架線電圧が７５０Ｖの場合は、図５に示す第２の実施の形態のように、内部の２ｉｎ１インバータ主回路１４Ａ，１４Ｂ、またインバータ主回路１８Ａ，１８Ｂが並列になるように接続することで、２ｉｎ１インバータユニット１４，１８内のそれぞれのインバータ主回路１４Ａ，１４Ｂ、インバータ主回路１８Ａ，１８Ｂの直流側電圧として、直流架線電圧が１５００Ｖの場合でも７５０Ｖの場合でも７５０Ｖしかかからない構成とすることで、ＶＶＶＦインバータユニット１４，１８としては２種類の直流電圧に対応できる。

２ｉｎ１インバータユニット１４，１８内のＶＶＶＦインバータ主回路１４Ａ，１４Ｂ、ＶＶＶＦインバータ主回路１８Ａ，１８Ｂの接続を第１の実施の形態のように直列に接続するか図５に示した第２の実施の形態のように並列に接続するかは、ＶＶＶＦインバータユニット１４，１８に設けてある直流側主回路接続端子ＣＮ１〜ＣＮ５，ＣＮ１１〜ＣＮ１５に対する外部接続を直列接続／並列接続間で切り替えることで接続変更が可能であり、そのいずれの接続でも、ＶＶＶＦインバータユニット１４，１８としては同一仕様のものを共通に使用することができる。

また、本実施の形態のように２ｉｎ１インバータユニット１４，１８を直列接続することで、それぞれのインバータ回路構成素子の定格は直流架線電圧の１／２で設計可能となり、素子耐圧の低い素子を使用することができることから、インバータユニット内の損失を小さく抑えることができ、ＶＶＶＦインバータユニットの冷却器１，７１を小さくすることができる。

本実施の形態の電気車制御装置における制御系の構成を、図２を用いて説明する。永久磁石同期電動機３，４を駆動するＶＶＶＦインバータユニット１４は、２台のＶＶＶＦインバータ主回路１４Ａ，１４Ｂを一括した冷却ユニットで冷却する２ｉｎ１方式のインバータ冷却ユニット１で構成され、２台のインバータ主回路１４Ａ，１４Ｂの交流出力それぞれに電動機開放用の三相接触器３５，３６を備え、ＶＶＶＦインバータ主回路１４Ａ，１４Ｂそれぞれにフィルタコンデンサ電圧検出器７，８、出力電流検出器２７，２８；２９，３０、電動機端子間電圧検出器３３，３４を備えている。過電圧抑制制御用素子１３とＶＶＶＦインバータ主回路１４Ａ，１４Ｂをゲート制御するゲート制御装置１２とそのための電源とは２ｉｎ１方式のインバータユニット１４に１台持つように構成さている。図２には示していないが、ＶＶＶＦインバータユニット１８側も同様の構成である。以下では、インバータユニット１４側についてのみ説明する。また、図２では２ｉｎ１インバータ冷却ユニット１，７１それぞれの内部の２台のインバータ主回路は架線電圧を分圧する形で直列に接続されているが、図５に示した第２の実施の形態のように２台のインバータ主回路を並列に接続した場合も同様である。

ゲート制御装置１２は、２台のＶＶＶＦインバータ主回路１４Ａ，１４Ｂのゲートと過電圧抑制制御用素子１３をスイッチングするゲート信号とを１台で制御する。このため２ｉｎ１インバータ主回路１４Ａ，１４Ｂそれぞれのフィルタコンデンサ電圧検出器７，８によるフィルタコンデンサ電圧ＰＴ１，ＰＴ２と出力電流検出器２７，２８，２９，３０による出力電流ＣＴＵ１，ＣＴＷ１，ＣＴＵ２，ＣＴＷ２、電動機端子間電圧検出器３３，３４による電動機端子間電圧ＰＴ３，ＰＴ４はすべて１台のゲート制御装置１２へ入力される。２ｉｎ１インバータ主回路１４Ａ，１４Ｂそれぞれの出力に永久磁石同期電動機３，４が１台ずつ接続され、制御単位はいわゆる個別制御方式となっているが、インバータ開放用の接触器１１，１５、フィルタリアクトル３１，３２は各ＶＶＶＦインバータユニット１４，１８それぞれに１台ずつのみ設け、開放単位は電動機２台分のインバータ主回路１４Ａ，１４Ｂの組、あるいはインバータ主回路１８Ａ，１８Ｂの組単位となる。

本実施の形態においては、さらに、ＶＶＶＦインバータ１４、１８を統括する共通制御部２６が備えられており、この共通制御部２６は運転台からのノッチ指令に応じた電動機トルクパターンをＶＶＶＦインバータユニット１４内のゲート制御装置１２とＶＶＶＦインバータユニット１８内に同様に設けられたゲート制御装置へ指令する。また、ＶＶＶＦインバータユニット１４，１８それぞれのゲート制御装置から共通制御部２６へは電動機速度がフィードバックされ、共通制御部２６で演算されるトルクパターンの演算にこの電動機速度が使用される。共通制御部２６とＶＶＶＦインバータユニット１４内に設けられたゲート制御装置１２、またＶＶＶＦインバータユニット１８内に同様に設けられたゲート制御装置とは伝送線８０のみで接続され、その他の信号線は存在しない。

次に、上記構成の電気車制御装置における電動機制御について説明する。以下ではＶＶＶＦインバータユニット１４側のゲート制御装置１２について説明するが、他方のＶＶＶＦインバータユニット１８側のゲート制御装置についても同様に動作する。

ゲート制御装置１２は、２ｉｎ１インバータユニット１４内の２台のインバータ主回路１４Ａ，１４Ｂそれぞれのゲートを同時に制御する。回路故障時には、開放接触器１１を開いて２ｉｎ１インバータユニット１４ごと開放し、２台の永久磁石同期電動機３，４が同時に開放される、いわば２個電動機開放制御を行う。

本実施の形態の電気車制御装置によれば、架線電圧を、例えば１５００Ｖ架線電圧を２台のＶＶＶＦインバータ主回路１４Ａ，１４Ｂ；１８Ａ，１８Ｂで分圧する形で接続しているため、回路諸素子には架線電圧の半分、すなわち７５０Ｖで考えられた定格の素子を使用することができる。そのため、７５０Ｖ定格の素子を採用することで発生する損失を小さくでき、パワーユニットの冷却器も小さく構成できる。また、架線電圧が７５０Ｖのシステムの場合、図５に示した第２の実施の形態のように、２台のＶＶＶＦインバータ主回路１４Ａ，１４Ｂ；１８Ａ，１８Ｂを架線に並列に接続する構成となるように外部接続端子ＣＮ１〜ＣＮ５に対する外部接続を変更するだけで同じ２ｉｎ１パワーユニットが構成でき、ＶＶＶＦインバータユニット１４，１８を第１の実施の形態と第２の実施の形態とで共通化できる利点がある。

共通制御部２６と各ＶＶＶＦインバータユニット１４，１８のゲート制御装置とを分けることにより、ゲート制御装置は車両システム、または車種ごとの仕様の違いに左右されない純粋なインバータ制御部として高速演算の行えるＣＰＵを設け、同一装置で多機種に対応できる形で標準化することができる。一方、共通制御部２６は、ＶＶＶＦインバータユニット１４，１８の外部に設け、この部分の制御は接触器１１，１５の動作、運転台のノッチ指令、ブレーキ力指令からのトルク指令の演算、列車モニタとのインターフェース等比較的高速を要求されない機能を行い、これらの機能は車両システム、または車種ごとに異なる仕様を有するため、この仕様の違いを吸収する部分として構成することができる。

図３に、ゲート制御装置１２の内部構成が示してある。ここでも、以下では一方のＶＶＶＦインバータユニット１４側の制御について説明するが、他方のＶＶＶＦインバータユニット１８側の制御についても同様であり、同様の構成のゲート制御装置が備えられている。

２ｉｎ１インバータユニット１４内の２台のＶＶＶＦインバータ主回路１４Ａ，１４Ｂそれぞれに接続された２台の永久磁石同期電動機３，４を１台のＣＰＵでベクトル制御を行う。それぞれのベクトル制御部をＳＭ１ベクトル制御部６２とＳＭ２ベクトル制御部６３としている。これらＳＭ１ベクトル制御部６２、ＳＭ２ベクトル制御部６３それぞれから、永久磁石同期電動機３，４それぞれを駆動するためのインバータゲート信号がＶＶＶＦインバータ主回路１４Ａ，１４Ｂに出力される。

ベクトル制御部６２，６３それぞれには、当該インバータ主回路１４Ａ，１４Ｂのセンサ信号、すなわちフィルタコンデンサ電圧検出器７からのフィルタコンデンサ電圧ＰＴ１，ＰＴ２、出力電流検出器２７，２８からのインバータ出力電流ＣＴＵ１，ＣＴＷ１；ＣＴＵ２，ＣＴＷ２、電動機端子電圧検出器３３，３４からの電動機端子間電圧ＰＴ３，ＰＴ４が入力され、それらの値から当該電動機３，４それぞれの速度が計算される。

空転制御部６４，６５は、計算した電動機速度から車輪の空転を検出し、空転を抑えるようにトルクを減少させる制御を行う。このとき、１台のＣＰＵで２台の電動機３，４を制御していることから、互いの空転検出信号を監視することが容易に可能であり、相手方電動機軸の車輪空転時にも自群のトルクを絞る制御をすばやく行うことが可能で、空転制御におけるトルク絞りのよる軸重変化で台車内の振動が誘発されないような制御を行うことができる。

軽負荷回生制御部６６は、それぞれのインバータ主回路１４Ａ，１４Ｂのフィルタコンデンサ電圧ＰＴ１，ＰＴ２に応じてブレーキトルクを制限するようにブレーキトルク絞り量を演算し、伝送インターフェース３７を経由して後述の共通制御部２６から指令されたトルクパターンから差し引く。

過電圧抑制制御部６７は、同様にそれぞれのインバータ主回路１４Ａ，１４Ｂのフィルタコンデンサ電圧ＰＴ１，ＰＴ２に応じて過電圧抑制制御用素子１３をスイッチングさせるＯＶＴゲート信号を出力する。この過電圧抑制制御用素子１３は、過電圧発生時にオンさせてフィルタコンデンサ５，６，９を放電させる機能とブレーキ中にフィルタコンデンサ電圧５，６，９を一定に保つように制御するブレーキチョッパの構成とすることも可能である。

ＳＭ１ベクトル制御部６２、ＳＭ２ベクトル制御部６３が求めた永久磁石同期電動機３の速度（ＳＭ１速度）、永久磁石同期電動機４の速度（ＳＭ２速度）は伝送インターフェース３７を経由して共通制御部２６へフィードバックされる。

図４に、ＶＶＶＦインバータユニット１４、１８を統括する共通制御部２６の制御ブロック図を示す。共通制御部２６は、運転台からのノッチ指令に応じた電動機トルクパターンを一方のＶＶＶＦインバータユニット１４のゲート制御装置１２と他方のＶＶＶＦインバータユニット１８内の同様に設けられたゲート制御装置へ指令する。共通制御部２６には、一方のＶＶＶＦインバータユニット１４内のゲート制御装置１２からＳＭ１速度、ＳＭ２速度が入力され、他方のＶＶＶＦインバータユニット１８内に同様に設けられたゲート制御装置から同様の演算にて得られたＳＭ３速度、ＳＭ４速度がそれぞれフィードバックされる。共通制御部２６は、これらの速度情報をもとにして車両速度を演算し、トルクパターンの演算を行う。尚、共通制御部２６と両方のＶＶＶＦインバータユニット１４，１８それぞれのゲート制御装置とは伝送線のみで接続され、その他の信号線は存在していない。

さらに、共通制御部２６は、架線電圧入力部に設けられた高速度遮断器２３と充電抵抗２１を短絡する接触器２２を開閉する機能をも有している。万一、２ｉｎ１インバータのうち１台のＶＶＶＦインバータ素子が短絡故障した場合、高速度遮断器（図中２３）を開く必要が生じるが、２ｉｎ１インバータ内の２台のＶＶＶＦインバータ主回路１４Ａ，１４Ｂを直列に接続しているため、１台のＶＶＶＦインバータ素子が短絡故障しても架線を短絡することはない。したがって、高速度遮断器（図中２３）の遮断を高速に行う必要はない。素子短絡故障の信号をゲート制御装置と共通制御部の間に専用に設ける必要はなく、その間は伝送線による信号線のみとすることができる。

本実施の形態の電気車制御装置によれば、ＶＶＶＦインバータユニット１４，１８それぞれの内の２台のＶＶＶＦインバータ主回路１４Ａ，１４Ｂ；１８Ａ，１８Ｂを直列に接続することにより回路諸素子の耐圧を架線電圧の半分で考えることができ、素子耐圧の低いものを使用することができるため、素子の損失を減らすことができて冷却器の小型化が可能である。さらに、２台のＶＶＶＦインバータ主回路１４Ａ，１４Ｂ、ＶＶＶＦインバータ主回路１８Ａ，１８Ｂそれぞれを１台のインバータ冷却ユニット１，７１に収めた２ｉｎ１インバータユニット１４，１８を使用し、さらにそれぞれ１台のゲート制御装置で２ｉｎ１インバータユニット１４，１８内の２台のインバータ主回路１４Ａ，１４Ｂ；１８Ａ，１８Ｂそれぞれを同時に制御する構成としたことにより、ゲート制御装置と開放接触器の数を、永久磁石同期電動機においても誘導電動機の台車制御と同等とすることができ、コストと外形削減の効果がある。

さらに本実施の形態の電気車制御装置によれば、１台のＣＰＵで２台の永久磁石同期電動機１４Ａ，１４Ｂ、永久磁石同期電動機１８Ａ，１８Ｂを制御できることから車輪空転滑走制御を行う際に自群のみならず相手の電動機速度から検出した空転検知信号を監視することで空転制御による台車内の振動を抑えた制御を行うことが可能となる。

（第２の実施の形態）本発明の第２の実施の形態の電気車制御装置を、図５を用いて説明する。本実施の形態の電気車制御装置は、図１に示した第１の実施の形態の電気車制御装置に対して、ＶＶＶＦインバータユニット１４，１８それぞれの内の２ｉｎ１ＶＶＶＦインバータ主回路１４Ａ，１４Ｂ、ＶＶＶＦインバータ主回路１８Ａ，１８Ｂそれぞれを外部接続用端子ＣＮ１〜ＣＮ５，ＣＮ１１〜ＣＮ１５を利用して架線電圧に対して並列に接続したことを特徴とする。本実施の形態の回路要素について、第１の実施の形態と共通するものには共通の符号を用いて説明する。

本実施の形態にあっても、ＶＶＶＦインバータユニット１４，１８それぞれのゲート制御装置は図２に示した第１の実施の形態と共通であり、また、ゲート制御装置の内部構成も図３に示した第１の実施の形態のものと共通であり、さらに、共通制御部２６の構成も図４に示した第１の実施の形態のものと共通である。

本実施の形態の電気車制御装置によれば、第１の実施の形態との関連で上述したように架線電圧を例えば７５０Ｖとして、それぞれ２台のＶＶＶＦインバータ主回路１４Ａ，１４Ｂ；１８Ａ，１８Ｂを架線に並列に接続する構成とすることで、第１の実施の形態のように１５００Ｖの架線電圧に対して２台のＶＶＶＦインバータ主回路１４Ａ，１４Ｂ；１８Ａ，１８Ｂを架線に直列に接続した構成の場合の２ｉｎ１パワーユニットとＶＶＶＦインバータユニット１４，１８を共通化できる利点がある。

また、第１の実施の形態でも説明したように、直列接続／並列接続を切り替えることができる外部接続用端子ＣＮ１〜ＣＮ５，ＣＮ１１〜ＣＮ１５を設け、ＶＶＶＦインバータユニット１４，１８は直流架線電圧が例えば１５００Ｖの場合は図１に示す２ｉｎ１インバータ主回路１４Ａ，１４Ｂ、またインバータ主回路１８Ａ，１８Ｂの直流側が直列になるように接続し、直流架線電圧が７５０Ｖの場合は図５に示す２ｉｎ１インバータ主回路１４Ａ，１４Ｂ、またインバータ主回路１８Ａ，１８Ｂが並列になるように接続することで、２ｉｎ１インバータユニット１４，１８内のそれぞれのインバータ主回路１４Ａ，１４Ｂ、インバータ主回路１８Ａ，１８Ｂの直流側電圧として直流架線電圧が１５００Ｖの場合でも７５０Ｖの場合でも７５０Ｖしかかからない構成とすることができ、これによってＶＶＶＦインバータユニット１４，１８としては２種類の直流電圧に対応できる構成にすることができる。

（第３の実施の形態）本発明の第３の実施の形態の電気車制御装置について、図６を用いて説明する。本実施の形態は、交流架線に適用する電気車制御装置を特徴とする。すなわち、交流架線に２ｉｎ１インバータユニット１４，１８を適用した場合、インバータユニット１４，１８の直流入力側に交流架線電圧を変圧するメイントランス６８と、このメイントランス６８の出力を交直変換するＰＷＭコンバータ７０とを接続することで交流架線に対応する構成としている。６９はコンバータ入力電流検出器である。その他のインバータユニット１４，１８側の構成は第１の実施の形態と共通する。

本実施の形態の電気車制御装置の場合、交流架線電圧をＰＷＭコンバータ７０にて交直変換して直流電圧を作り出し、この直流電圧を２ｉｎ１インバータユニット１４，１８それぞれの直流入力電圧とする。２ｉｎ１インバータユニット１４，１８それぞれにおけるＶＶＶＦインバータ主回路１４Ａ，１４Ｂ；１８Ａ，１８Ｂそれぞれの制御は第１の実施の形態と同様である。

本実施の形態によれば、各ＶＶＶＦインバータユニット１４，１８内の２台のＶＶＶＦインバータ主回路１４Ａ，１４Ｂ；１８Ａ，１８Ｂをそれぞれ直列に接続することにより回路素子の耐圧を架線電圧の半分で考えることができ、素子耐圧の低いものを使用することができ、この結果として、素子の損失を減らすことができて冷却器の小型化が可能である。さらに、２台のＶＶＶＦインバータ主回路１４Ａ，１４Ｂ、またＶＶＶＦインバータ主回路１８Ａ，１８Ｂそれぞれを１台のインバータ冷却ユニット１，７１に収めた２ｉｎ１インバータユニット１４，１８を使用し、さらにそれぞれ１台のゲート制御装置１２で２ｉｎ１インバータユニット１４，１８それぞれの内部の２台のインバータ主回路１４Ａ，１４Ｂ、インバータ主回路１８Ａ，１８Ｂを制御する構成とすることにより、ゲート制御装置と開放接触器１１，１５の数を、永久磁石を用いた永久磁石同期電動機の電気車制御装置においても誘導電動機の台車制御と同等とすることができ、コストと外形削減の効果がある。

さらに、第１の実施の形態と同様に１台のＣＰＵで複数台の永久磁石同期電動機を制御できることから、車輪空転滑走制御を行う際に自群のみならず相手の電動機速度から検出した空転検知信号を監視することで空転制御による台車内の振動を抑えた制御を行うことが可能となる。

本発明の第１の実施の形態の電気車制御装置の回路図。 上記第１の実施の形態、第２の実施の形態の電気車制御装置において共通するゲート制御系統のブロック図。 上記第１の実施の形態、第２の実施の形態の電気車制御装置において共通するゲート制御装置の内部構成を示すブロック図。 上記第１の実施の形態、第２の実施の形態の電気車制御装置において共通する共通制御部のブロック図。 本発明の第２の実施の形態の電気車制御装置の回路図。 本発明の第３の実施の形態の電気車制御装置の回路図。 従来例の誘導電動機で構成した台車制御を特徴とする電気車制御装置のブロック図。 従来例の誘導電動機で構成した集中制御を特徴とする電気車制御装置のブロック図。 従来例の永久磁石同期電動機を制御する電気車制御装置のブロック図。

符号の説明

１ ＶＶＶＦインバータ冷却ユニット
３ 永久磁石同期電動機
４ 永久磁石同期電動機
１１ 開放接触器
１２ ゲート制御装置
１４ ＶＶＶＦインバータユニット
１５ 開放接触器
１８ ＶＶＶＦインバータユニット
１９ 永久磁石同期電動機
２０ 永久磁石同期電動機
２６ 共通制御部
３５ 電動機開放接触器
３６ 電動機開放接触器
５４ 電動機開放接触器
５５ 電動機開放接触器
６４ 空転制御部
６５ 空転制御部
７０ ＰＷＭコンバータ
７１ ＶＶＶＦインバータ冷却ユニット

Claims (7)

1. 電気車用駆動用電動機としての複数Ｎ台（Ｎは４以上の偶数）の永久磁石同期電動機と、前記複数台の永久磁石同期電動機それぞれを個々に駆動する複数Ｎ台のＶＶＶＦインバータ主回路を有する電気車制御装置において、
   前記Ｎ台のＶＶＶＦインバータ主回路を複数Ｍ台（ＭはＮ／２以下）ずつ直列接続若しくは並列接続してそれぞれ１ユニットとする複数Ｌユニット（Ｎ＝Ｍ×Ｌ）のＶＶＶＦインバータユニットを構成し、
   前記ＬユニットのＶＶＶＦインバータユニットそれぞれを複数Ｌ台のインバータ制御装置それぞれにて個別に制御するようにしたことを特徴とする電気車制御装置。
2. 前記複数ＬユニットのＶＶＶＦインバータユニットそれぞれを外部電源と並列接続構成／直列接続構成のいずれかに選択して接続できる外部接続端子群を設け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ＬユニットのＶＶＶＦインバータユニットそれぞれに属するＭ台のＶＶＶＦインバータ主回路を同時に冷却するインバータ冷却ユニットを、前記ＶＶＶＦインバータユニットそれぞれに設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. 複数ＬユニットのＶＶＶＦインバータユニットそれぞれを直流電源に対して複数Ｌ台の開閉器それぞれを介して接続し、当該開閉器によるインバータ主回路の開放は、同じＶＶＶＦインバータユニットに属する前記Ｍ台のインバータ主回路ごとに行うようにしたことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の電気車制御装置。
5. 前記ゲート制御装置は、前記Ｍ台のＶＶＶＦインバータ主回路それぞれに接続される永久磁石同期電動機の速度を比較していずれかの永久磁石同期電動機の空転を検知し、かつ、いずれかの永久磁石同期電動機の空転を検知した時に当該Ｍ台のＶＶＶＦインバータ主回路それぞれに接続される永久磁石同期電動機すべての電動機トルクを絞り込む制御をすることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の電気車制御装置。
6. 前記複数ＬユニットのＶＶＶＦインバータユニットの外部に設けられ、当該電気車制御装置の外部機器とのインターフェースを行う共通制御部を備え、
   前記共通制御部は、前記ＬユニットのＶＶＶＦインバータユニットそれぞれが有するゲート制御装置それぞれと伝送路を介して接続されていることを特徴とする請求項５に記載の電気車制御装置。
7. 前記共通制御部は、運転台からのノッチ指令と電動機速度とに基づいて電動機トルク指令を演算して出力し、架線と前記複数ＬユニットのＶＶＶＦインバータユニットそれぞれとの間に設けられた接触器及び各ＶＶＶＦインバータ主回路と電動機との間に設けられた接触器の開閉制御指令を出力し、
   前記複数ＬユニットのＶＶＶＦインバータユニットそれぞれの内に有するゲート制御装置は、前記共通制御部で演算された電動機トルク指令に基づいて電動機をトルク制御することを特徴とする請求項６に記載の電気車制御装置。

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