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電動機制御装置および空転滑走検出方法 新技術説明会

国内特許コード P07A011611
整理番号 /NO30650
掲載日 2007年11月22日
出願番号 特願2001-047086
公開番号 特開2002-112404
登録番号 特許第3749132号
出願日 平成13年2月22日(2001.2.22)
公開日 平成14年4月12日(2002.4.12)
登録日 平成17年12月9日(2005.12.9)
優先権データ
  • 特願2000-224212 (2000.7.25) JP
発明者
  • 渡邉 朝紀
  • 山下 道寛
出願人
  • 公益財団法人鉄道総合技術研究所
発明の名称 電動機制御装置および空転滑走検出方法 新技術説明会
発明の概要 【課題】 本発明の課題は、速度センサを用いずに、電動機の空転あるいは滑走を高精度に検出することである。
【解決手段】 電動機制御装置1は、給電ラインに複数並列に接続された誘導電動機11~14を一括して制御する電動機制御装置である。電流センサ31~34によって検出した誘導電動機11~14それぞれに流入する電流を、d-q座標に変換した上で比較する等により、空転滑走検出部60は、誘導電動機11~14それぞれが駆動する駆動軸の空転あるいは滑走の発生を検出する。
従来技術、競合技術の概要


従来、誘導電動機を動力とする電動機構(電車の駆動機構等)において、誘導電動機(以下、単に「電動機」という。)を制御する際に、駆動軸(電車の車軸等)の回転速度を速度センサによって検出し、検出された速度に基づいて、電動機に対する給電を制御する電動機制御装置が知られている。



この速度センサを用いる電動機制御装置においては、例えば、電車の電動機を制御する場合、電車の床下の車輪間に設けられた、車軸を駆動する電動機に速度センサが備えられ、当該電動機の回転速度が検出される。



速度センサは、主に、電動機に組み込まれたコイルおよびコイルに発生する誘導起電力を検出する起電力検出回路によって構成される。そして、起電力検出回路によって検出された検出信号(速度センサ信号)が、電動機制御装置に備えられた、車軸の空転・滑走を検出する検出回路に入力される。さらに、検出回路によって、電動機の回転速度に基づいて車軸の空転・滑走が検出される。図17は、速度センサを用いる電動機制御装置の空転・滑走検出回路の一例を示す図である。



電動機の速度センサによって車軸の回転速度を検出する原理は以下の通りである。速度センサは、電動機軸に嵌め込まれた歯車と、これと対向するように電動機の固定子側に固定されたコイル及び増幅器とから構成される。電動機軸が回転すると、速度センサのコイルと歯車の“山”が対向するか、或いは“谷”が対向するかによって、速度センサの歯車とコイルの間の距離が変化し、コイルのインダクタンスが変化する。このため、コイルに一定振幅の交流電圧を加えると、流れる電流の大きさがコイルに対向する歯車の山谷に合わせて変化する。これを増幅器にて波形整形し、コイルに対向する歯車の歯に対応した矩形波の電圧又は電流信号を得る。さらに、得られた電圧又は電気信号に基づいて所定の処理を行うことにより電動機の回転速度を検出し、検出した回転速度をさらに電動機と車軸の回転数比で割ることによって車軸速度を検出する。



この速度センサを用いる電動機制御装置には、以下のような問題があった。
速度センサが車軸の回転速度を検出する場合、車軸の歯車の歯(歯幅4mm程度)が磁束を切る際にコイルに発生する微小な誘導起電力を検出しなければならず、精密に誘導起電力の検出を行う必要があった。また、検出回路はIC等のデバイスを多数備えているため、電動機付近のような環境条件の厳しい場所に配設された場合、故障が発生しやすかった。さらに、微小信号である速度センサ信号には、電動機の制御動作に伴うノイズがのりやすく、検出回路の動作にエラーが生じやすかった。



また、速度センサは、上述の通りコイル等の検出機構を備えるため、比較的大型となり、車輪間の限られたスペースに配設される場合には、電動機の占有スペースを圧迫することとなっていた。そのため、電動機の大型化が阻まれ、電動機の出力を制限する要因となっていた。



このような問題を解決すべく、近年、速度センサを用いない電動機制御方法が開発されつつある。



図18は、速度センサを用いず、電動機に給電される電流のみに基づいて電動機を制御する電動機制御装置100の制御部を示す概略図である。



図18に示す電動機制御装置100は、車軸を駆動する電動機の回転速度を検出する速度センサを用いる代わりに、電動機に給電される電流を検出する電流センサ130を用いる。そして、電流センサ130によって検出された電流に基づいて、ベクトル制御演算器140が誘導電動機に印加する電圧を算出し、インバータ120に指示信号を出力する。このようにして、インバータ120が誘導電動機111~114を1つの仮想電動機110として制御する。



この電流センサを用いる電動機制御装置の場合、電流センサは、もともとインバータ制御に必要なもので、速度センサがない分、電動機の大型化を図ることができ、電動機の高出力化が可能となる。また、電流センサは、一般的に耐環境性に優れている。このような利点から、電流センサと速度センサを用いる方法に代えて、電流センサのみによって電動機を制御する方法の実用化が期待されている。

産業上の利用分野


本発明は、誘導電動機を動力とする電動機構における電動機制御装置およびその空転滑走検出方法に関する。

特許請求の範囲 【請求項1】
給電ラインに複数並列に接続された誘導電動機複数を、ベクトル制御による給電によって一括して制御する電動機制御装置であって、
前記複数の誘導電動機の内の一部の誘導電動機に流入する電流を検出する電流検出手段と、
前記電流検出手段によって検出された電流に基づいて、前記複数の誘導電動機それぞれが駆動する駆動軸の内、何れかの駆動軸における空転あるいは滑走の発生を検出する空転滑走検出手段と、
を備えることを特徴とする電動機制御装置。

【請求項2】
給電ラインに複数並列に接続された誘導電動機複数を、ベクトル制御による給電によって一括して制御する電動機制御装置であって、
前記複数の誘導電動機の内、少なくとも2つの誘導電動機に流入する同一且つ一相の電流を検出する電流検出手段と、
前記電流検出手段によって検出された電流に基づいて、前記複数の誘導電動機それぞれが駆動する駆動軸の内、何れかの駆動軸における空転あるいは滑走の発生を検出する空転滑走検出手段と、
を備えることを特徴とする電動機制御装置。

【請求項3】
前記電流検出手段は、前記複数の誘導電動機それぞれに流入する電流を検出し、
前記空転滑走検出手段は、前記電流検出手段によって検出された電流に基づいて、前記複数の誘導電動機それぞれが駆動する駆動軸の空転あるいは滑走の発生を検出する、
ことを特徴とする請求項2記載の電動機制御装置。

【請求項4】
前記空転滑走検出手段は、前記電流検出手段によって検出された、前記複数の誘導電動機それぞれに流入する電流の相対値に基づいて、空転あるいは滑走が発生した駆動軸を検出することを特徴とする請求項3記載の電動機制御装置。

【請求項5】
前記空転滑走検出手段は、前記電流検出手段によって検出された、前記複数の誘導電動機それぞれに流入する電流の時間変化率に基づいて、空転あるいは滑走が発生した駆動軸を検出することを特徴とする請求項3記載の電動機制御装置。

【請求項6】
前記空転滑走検出手段は、前記電流検出手段によって検出された、前記複数の誘導電動機それぞれに流入する電流の相対値および時間変化率の組み合わせに基づいて、空転あるいは滑走が発生した駆動軸を検出することを特徴とする請求項3記載の電動機制御装置。

【請求項7】
前記電流検出手段によって検出された電流に基づいて、前記複数の誘導電動機それぞれの回転速度を推定する回転速度推定手段をさらに備え、
前記空転滑走検出手段は、前記回転速度推定手段によって推定された、前記複数の誘導電動機それぞれの回転速度の相対値に基づいて、空転あるいは滑走が発生した駆動軸を検出することを特徴とする請求項3記載の電動機制御装置。

【請求項8】
前記空転滑走検出手段は、
前記回転速度推定手段によって推定された回転速度に基づいて、前記複数の誘導電動機それぞれの回転加速度を算出する加速度算出手段を備え、
前記加速度算出手段によって算出された、前記複数の誘導電動機それぞれの回転加速度と所定の閾値とを比較することにより、空転あるいは滑走が発生した駆動軸を検出することを特徴とする請求項7記載の電動機制御装置。

【請求項9】
前記ベクトル制御による給電によって、当該電動機制御装置に入力される指令電流に適応した定電流制御を行う請求項1記載の電動機制御装置であって、
前記空転滑走検出手段は、前記給電電流あるいは前記指令電流と、前記電流検出手段によって検出された電流との相対値に基づいて、前記複数の誘導電動機それぞれが駆動する駆動軸の内、何れかの駆動軸における空転あるいは滑走の発生を検出することを特徴とする電動機制御装置。

【請求項10】
前記空転滑走検出手段は、前記電流検出手段によって検出された電流の時間変化率に基づいて、前記複数の誘導電動機それぞれが駆動する駆動軸の内、何れかの駆動軸における空転あるいは滑走の発生を検出することを特徴とする請求項1記載の電動機制御装置。

【請求項11】
前記ベクトル制御による給電によって、当該電動機制御装置に入力される指令電流に適応した定電流制御を行う請求項1記載の電動機制御装置であって、
前記空転滑走検出手段は、前記給電電流あるいは前記指令電流と、前記電流検出手段によって検出された電流との相対値、および、前記電流検出手段によって検出された電流の時間変化率、の組み合わせに基づいて、前記複数の誘導電動機それぞれが駆動する駆動軸の内、何れかの駆動軸における空転あるいは滑走の発生を検出することを特徴とする電動機制御装置。

【請求項12】
給電ラインに複数並列に接続された誘導電動機複数を、ベクトル制御による給電によって一括して制御する際に、駆動軸の空転滑走を検出する空転滑走検出方法であって、
前記複数の誘導電動機の内の一部の誘導電動機に流入する電流を検出する電流検出工程と、
前記検出した電流に基づいて、前記複数の誘導電動機それぞれが駆動する駆動軸の内、何れかの駆動軸における空転あるいは滑走の発生を検出する空転滑走検出工程と、
を含むことを特徴とする空転滑走検出方法。

【請求項13】
給電ラインに複数並列に接続された誘導電動機複数を、ベクトル制御による給電によって一括して制御する際に、駆動軸の空転滑走を検出する空転滑走検出方法であって、
前記複数の誘導電動機の内、少なくとも2つの誘導電動機に流入する同一且つ一相の電流を検出する電流検出工程と、
前記検出した電流に基づいて、前記複数の誘導電動機それぞれが駆動する駆動軸の内、何れかの駆動軸における空転あるいは滑走の発生を検出する空転滑走検出工程と、
を含むことを特徴とする空転滑走検出方法。

【請求項14】
給電ラインに複数並列に接続された誘導電動機複数を、ベクトル制御による給電によって一括して制御する際に、駆動軸の空転滑走を検出する空転滑走検出方法であって、
前記複数の誘導電動機それぞれに流入する同一且つ一相の電流を検出する電流検出工程と、
前記検出した電流に基づいて前記複数の誘導電動機それぞれが駆動する駆動軸の空転あるいは滑走の発生を検出する空転滑走検出工程と、
を含むことを特徴とする空転滑走検出方法。

【請求項15】
前記空転滑走検出工程は、検出した電流に基づいて前記複数の誘導電動機それぞれの回転速度を推定する工程を含み、
前記推定された回転速度に基づいて、前記複数の誘導電動機それぞれが駆動する駆動軸の空転あるいは滑走の発生を検出することを特徴とする請求項14記載の空転滑走検出方法。
国際特許分類(IPC)
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