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【発明の名称】 速度起電力位相選択装置
【発明者】 【氏名】古賀 俊作

【氏名】北野 淳一
【要約】 【課題】３重き電方式のリニアシンクロナスモータ式車両の制御装置において、各き電系統ごとに生成される速度起電力位相のうち、常に安定した速度起電力位相を選択して用いることを目的とする。

【解決手段】走行中の車両７５の左右両側に位置する走行セクションのうちいずれか一方の走行セクションが次のセクションに移行するセクション渡り時であって、しかも、車両中心部が、進出しようとするセクションと進入しようとするセクションとの境界に来たときに、進入先のセクションにおける速度起電力位相を選択する。ただし、例えばＡ系変換器の異常によりＡ系速度起電力位相を選択できないときは、Ａ系セクションに進入してもＡ系速度起電力位相を選択せず、進入前に選択していた速度起電力位相を引き続き選択する。これにより、セクション渡り時であっても常に安定した速度起電力位相を得ることができる。
【特許請求の範囲】
【請求項１】 複数の推進コイルが接続されて構成される所定の長さのコイルセクションが、軌道上の車両進行方向に沿って左右両側に千鳥状にずらした状態で配置され、複数の界磁コイル群が、前記推進コイルに対向するように車両の両側且つその長さ方向に所定の間隔で搭載され、第一電力変換手段、第二電力変換手段、第三電力変換手段の三系統の電力変換手段が、前記各コイルセクションと、前記第一電力変換手段、前記第二電力変換手段、前記第三電力変換手段の順で前記各コイルセクションの千鳥配置順に電気的に接続されることにより、前記各コイルセクションには、前記三系統の電力変換手段のうち当該コイルセクションに電気的に接続されたいずれか一つの電力変換手段から出力電圧が出力され、速度起電力位相生成手段が、前記各コイルセクションのうち走行中の車両の右側に位置する右側走行セクション及び走行中の車両の左側に位置する左側走行セクションにそれぞれ誘起される速度起電力を推定し、その推定された各走行セクションの速度起電力に基づいて、前記各走行セクション毎に、車両位置を表す信号として、前記コイルセクションに対する前記界磁コイルの相対的位置を電気角で表した速度起電力位相を生成し、前記三系統の電力変換手段は、少なくとも前記各走行セクションと電気的に接続されているときに、前記速度起電力位相生成手段により前記各走行セクション毎に生成された前記各速度起電力位相のうちいずれか一つと、速度制御部から出力される電流指令値とに基づいて、前記各走行セクションに前記出力電圧を出力することにより前記車両を推進させる、リニアシンクロナスモータ式車両の制御装置において、前記速度起電力位相生成手段にて生成された前記各走行セクションにおける速度起電力位相のうち、いずれか一つを選択して前記各電力変換手段に出力する速度起電力位相選択装置であって、軌道上における前記車両の位置を検出する車両位置検出手段と、前記車両位置検出手段の検出結果に基づいて、前記車両の全長における中心部が、前記右側走行セクション又は前記左側走行セクションのうち先に進出しようとしている進出セクションと、当該進出セクションに車両進行方向に隣接する次の進入セクションとの境界に来たか否かを判定し、前記境界に来たと判定されたときに、前記進入セクションにおける速度起電力位相を選択して前記各電力変換手段に出力する速度起電力位相選択手段とを備えたことを特徴とする速度起電力位相選択装置。
【請求項２】 前記三系統の電力変換手段から前記出力電圧が正常に出力されているか否かを判断する電力変換異常判定手段を備え、前記速度起電力位相選択手段は、前記電力変換異常判定手段によって、前記進入セクションと電気的に接続されている電力変換手段から前記出力電圧が正常に出力されていないと判断された場合には、当該進入セクションにおける速度起電力位相を選択しないことを特徴とする請求項１記載の速度起電力位相選択装置。
【請求項３】 前記三系統の電力変換手段から前記出力電圧が正常に出力されているか否かを判断する電力変換異常判定手段を備え、前記速度起電力位相選択手段は、前記電力変換異常判定手段によって、前記進出セクションと電気的に接続されている電力変換手段から前記出力電圧が正常に出力されていないと判断された場合には、前記進入セクションにおける速度起電力位相を選択せず、且つ、前記電力変換異常判定手段によって、前記進入セクションと電気的に接続されている電力変換手段から前記出力電圧が正常に出力されていないと判断された場合には、当該進入セクションにおける速度起電力位相を選択する代わりに当該進入セクションと対向するコイルセクションにおける速度起電力位相を選択することを特徴とする請求項１記載の速度起電力位相選択装置。
【請求項４】 複数の推進コイルが接続されて構成される所定の長さのコイルセクションが、軌道上の車両進行方向に沿って左右両側に千鳥状にずらした状態で配置され、複数の界磁コイル群が、前記推進コイルに対向するように車両の両側且つその長さ方向に所定の間隔で搭載され、第一電力変換手段、第二電力変換手段、第三電力変換手段の三系統の電力変換手段が、前記各コイルセクションと、前記第一電力変換手段、前記第二電力変換手段、前記第三電力変換手段の順で前記各コイルセクションの千鳥配置順に電気的に接続されることにより、前記各コイルセクションには、前記三系統の電力変換手段のうち当該コイルセクションに電気的に接続されたいずれか一つの電力変換手段から出力電圧が出力され、速度起電力位相生成手段が、前記各コイルセクションのうち走行中の車両の右側に位置する右側走行セクション及び走行中の車両の左側に位置する左側走行セクションにそれぞれ誘起される速度起電力を推定し、その推定された各走行セクションの速度起電力に基づいて、前記各走行セクション毎に、車両位置を表す信号として、前記コイルセクションに対する前記界磁コイルの相対的位置を電気角で表した速度起電力位相を生成し、前記三系統の電力変換手段は、少なくとも前記各走行セクションと電気的に接続されているときに、前記速度起電力位相生成手段により前記各走行セクション毎に生成された前記各速度起電力位相のうちいずれか一つと、速度制御部から出力される電流指令値とに基づいて、前記各走行セクションに前記出力電圧を出力することにより前記車両を推進させる、リニアシンクロナスモータ式車両の制御装置において、前記速度起電力位相生成手段にて生成された前記各走行セクションにおける速度起電力位相のうち、いずれか一つを選択して前記各電力変換手段に出力する速度起電力位相選択装置であって、軌道上における前記車両の位置を検出する車両位置検出手段と、前記車両位置検出手段の検出結果に基づいて、前記車両が、前記各走行セクションのうちいずれか一方の走行セクションに完全に進入したか否かを判定し、完全に進入したと判定されたときに、当該走行セクションにおける速度起電力位相を選択して前記各電力変換手段に出力する速度起電力位相選択手段とを備えたことを特徴とする速度起電力位相選択装置。
【請求項５】 前記速度起電力位相選択手段は、前記車両位置検出手段の検出結果に基づいて、前記車両の全長における中心部が、前記走行セクションの先端部から中心部までの間における中心位置に来たときに、前記車両が当該走行セクションに進入したと判定して当該走行セクションにおける速度起電力位相を選択し、前記各電力変換手段に出力するすることを特徴とする請求項４記載の速度起電力位相選択装置。
【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、３重き電方式のリニアシンクロナスモータ式車両の制御装置に関し、特に、車両位置を示す信号として速度起電力位相を用いる場合に、各き電系統ごとに生成される速度起電力位相のうちいずれか一つを選択する速度起電力位相選択装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】車両側に搭載した超電導磁石を界磁とし、地上の軌道上に回転形モータの電機子にあたる推進コイルを配置したリニアシンクロナスモータ（以下「ＬＳＭ」と称す）を動力として浮上しながら高速走行するＬＳＭ式車両は、従来の車輪とレールによる走行に代わる次世代超高速交通機関として、実用化に向けての開発や実験が進められている。ＬＳＭに電力を供給してＬＳＭ式車両を推進させるために、種々のき電方式が考えられているが、既に建設され試験走行等が行われている超電導磁気浮上式ＬＳＭ式車両の実験線（山梨リニア実験線）では、図７に示すような３重き電方式が採用されている。以下、３重き電方式についてその概要を説明する。
【０００３】図７（ａ）に示すように、３重き電方式によるき電システムは、電力変換器７１、き電線７２、き電区分開閉装置７３、推進コイル装置７４とで構成される。車両７５の両側に構成される推進コイル装置７４は、複数の推進コイルを有する一定長のセクション７４Ａ１、７４Ｂ１、７４Ｃ１、・・・が、車両７５の進行方向に沿って左右両側に千鳥状に１／２ずつずらした状態で配置されて構成されている。また、各セクションは、図７（ｂ）に示すように、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の三相の各推進コイルを一組とする推進コイル群が車両進行方向に複数連なって配置されており、これらの推進コイル群に電力変換器７１から三相交流を供給することで、移動磁界を発生させる。
【０００４】電力変換器７１は、Ａ系変換器７１Ａ、Ｂ系変換器７１Ｂ、Ｃ系変換器７１Ｃの三系統の変換器を有し、電力変換器７１から各セクションへ電力を供給するためのき電線７２も、電力変換器７１が有する各変換器７１Ａ、７１Ｂ、７１Ｃに対応して３系統敷設されている。電力変換器７１と推進コイル装置７４とは、き電線７２及びき電区分開閉装置７３を介して電気的に接続されており、より詳細には、各変換器７１Ａ、７１Ｂ、７１Ｃが、Ａ系変換器７１Ａ、Ｂ系変換器７１Ｂ、Ｃ系変換器７１Ｃの順で各セクション７４Ａ１、７４Ｂ１、７４Ｃ１、・・・の千鳥配置順に順次接続されている（以降、各変換器７１Ａ、７１Ｂ、７１Ｃと接続されるセクションをそれぞれＡ系セクション、Ｂ系セクション、Ｃ系セクションと称す）。そして、き電区分開閉装置７３を構成する複数のき電区分開閉器７３Ａ１、７３Ｂ１、７３Ｃ１、・・・を個々に開閉制御することにより、車両７５が走行している近傍３系のセクションのみに電力を供給するようにしている。
【０００５】例えば、車両７５が図７（ａ）に示す位置を右方向に走行しているときは、三つのき電区分開閉器７３Ｃ１、７３Ａ２及び７３Ｂ２を投入して、セクション７４Ｃ１にはＣ系変換器７１Ｃから、セクション７４Ａ２にはＡ系変換器７１Ａから、セクション７４Ｂ２にはＢ系変換器７１Ｂから、それぞれ電力供給を行う。そして、車両７５がセクション７４Ｂ２の区間に移ったときは、き電区分開閉器７３Ｃ２を投入してき電区分開閉器７３Ｃ１を開くことにより、セクション７４Ｃ１への電力供給をやめ、セクション７４Ｃ２への電力供給を開始する。
【０００６】上記の３重き電方式では、電力変換器７１が有する三系統の変換器のうちいずれか一系統がダウンしてその変換器から電力供給ができなくなったとしても、残り二系統の変換器で走行することが可能であり、しかも、車両７５が存在する近傍３系のセクションのみに電力を供給することにより列車が存在しないセクションにまで電力を供給してしまうような無駄を省くことができるため、信頼度が高く且つ消費電力をできる限り低減したき電システムを構築することができる。
【０００７】車両７５は、車両７５の両側に搭載された超電導磁石によって発生する磁界と、電力変換器７１から出力される三相の出力電圧によって各セクションの推進コイルに発生する磁界との相互作用により、推進力を得て駆動される。ＬＳＭ式車両の駆動制御においては、車両７５に搭載された超電導磁石と同期をとって車両位置に応じた適切な電流を推進コイル装置７４に流すために、車両位置を検知してこれを電力変換器７１へ出力する。そのため、車両位置を常に正確に検知する必要がある。
【０００８】車両位置を検知する方法としては、軌道上の全線に渡って敷設した交差誘導線から車両位置信号として位置検知位相を得る方法があるが、この方法では軌道上の全線に渡って高精度に交差誘導線を敷設し、維持管理する必要があり、車両位置を検知するための設備の施工及び保守に多大な労力・コストが必要となる。
【０００９】そこで、交差誘導線のような地上設備を設けることなく車両位置を検知する方法として、車両７５の走行により各セクション（厳密に言えば各セクションの各推進コイル）に誘起される起電力（以下「速度起電力」と称す）を推定し、この推定値から車両位置を示す位相（以下「速度起電力位相」と称す）を得ることが考えられている。尚、位置検知位相及び速度起電力位相はいずれも、一つの推進コイル群の長さ（ここでは２．７ｍ）を電気角の一周期（３６０度）として定めたものである。
【００１０】速度起電力の推定は、例えば現代制御理論のオブザーバ理論によって行うことができ、得られた速度起電力の推定値の各成分（例えばｄｑ座標系における推定値の場合、ｄ軸成分とｑ軸成分）の比から、速度起電力位相を生成することができる。この速度起電力位相を位置検知位相の代わりに車両位置信号として用いることにより、交差誘導線などの地上設備が不要となるため、車両位置を検知する最も有効な方法の一つとして、実用化に向けた各種試験等が行われている。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】速度起電力は、走行中の車両の両側に位置する全てのセクションに誘起されるものであるため、速度起電力位相も、これらの速度起電力の推定値に基づいて、速度起電力が誘起される各セクションごとに生成される。
【００１２】例えば、車両７５が図７（ａ）に示す位置を右方向に走行しているときには、セクション７４Ｃ１及びセクション７４Ａ２に速度起電力が誘起されるため、これらの速度起電力の推定値に基づいて、各セクションごとにそれぞれ速度起電力位相が生成される。また、車両７５がセクション７４Ｂ２に進入しはじめたとき（換言すれば、車両７５に搭載されている超電導磁石による磁束が、セクション７４Ｂ２を構成する推進コイルと鎖交しはじめたとき）は、セクション７４Ｂ２にも速度起電力が誘起されるため、このときは、セクション７４Ｃ１、セクション７４Ａ２、セクション７４Ｂ２の三つのセクションにおいてそれぞれ速度起電力位相が生成されることになる。
【００１３】このように、車両７５の位置に応じて速度起電力位相は複数生成されるものの、ＬＳＭ式車両の駆動制御を行うにあたっては、いずれか一つの速度起電力位相のみを車両位置信号として用いる。このとき、どの速度起電力位相を用いて駆動制御を行うかが、大きな問題となる。例えば、上記のように車両７５がセクション７４Ｂ２に進入しはじめたばかりのときは、セクション７４Ｃ１、７４Ａ２、７４Ｂ２の三つのセクションにおいて速度起電力位相が生成されるものの、車両７５の超電導磁石はセクション７４Ｂ２に徐々に進入していくため、セクション７４Ｂ２に誘起される速度起電力も、超電導磁石の進入に応じて段階的に増加していく。逆に、超電導磁石はセクション７４Ｃ１からは徐々に進出していくことになるため、セクション７４Ｃ１に誘起される速度起電力は、超電導磁石の進出に応じて段階的に減少していく。
【００１４】そのため、車両７５がセクション７４Ｂ２に進入し始めたばかりのとき、又はセクション７４Ｃ１からの進出がほとんど終わろうとしているときは、これらのセクションにて誘起される速度起電力は非常に小さいため、この速度起電力に基づいて生成される速度起電力位相も不安定になるおそれがある。従って、車両走行によって複数生成される速度起電力位相の中から最も安定した速度起電力位相を選択し、選択した速度起電力位相を車両位置信号としてＬＳＭ式車両の駆動制御で用いる必要がある。
【００１５】本発明は上記課題に鑑みなされたものであり、３重き電方式のリニアシンクロナスモータ式車両の制御装置において車両位置を示す信号として速度起電力位相を用いる場合に、各き電系統ごとに生成される速度起電力位相のうち、車両位置に応じて、安定した速度起電力位相を選択して用いることを目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段及び発明の効果】上記課題を解決するためになされた請求項１記載の速度起電力位相選択装置は、複数の推進コイルが接続されて構成される所定の長さのコイルセクションが、軌道上の車両進行方向に沿って左右両側に千鳥状にずらした状態で配置され、複数の界磁コイル群が、推進コイルに対向するように車両の両側且つその長さ方向に所定の間隔で搭載され、速度起電力位相生成手段が、各コイルセクションのうち走行中の車両の左右両側に位置する各走行セクション（右側走行セクション、左側走行セクション）にそれぞれ誘起される速度起電力を推定し、その推定された各走行セクションの速度起電力に基づいて、各走行セクション毎に、車両位置を表す信号として、コイルセクションに対する界磁コイルの相対的位置を電気角で表した速度起電力位相を生成し、走行セクション毎に生成された各速度起電力位相のうちいずれか一つと、速度制御部から出力される電流指令値とに基づいて、電力変換手段が、少なくとも走行中の車両の左右両側に位置する走行セクションに出力電圧を出力することにより車両を推進させる、リニアシンクロナスモータ（ＬＳＭ）式車両の制御装置において、速度起電力位相生成手段にて生成された各走行セクションにおける各速度起電力位相のうち、いずれか一つを選択して電力変換手段に出力するためのものであり、軌道上における車両の位置を車両位置検出手段によって検出し、その検出結果に基づいて、速度起電力位相選択手段が、車両の全長における中心部が右側走行セクション又は左側走行セクションのいずれか一方の走行セクションのうち先に進出しようとしている進出セクションと、当該進出セクションに車両進行方向に隣接する次の進入セクションとの境界に来たか否かを判定し、境界に来たと判定されたときに、進入セクションにおける速度起電力位相を選択して電力変換手段に出力する。
【００１７】各コイルセクションへの電力供給は、三系統の電力変換手段によるいわゆる３重き電方式にて行われる。具体的には、第一電力変換手段、第二電力変換手段、第三電力変換手段の三系統の電力変換手段が、各コイルセクションと、第一電力変換手段、第二電力変換手段、第三電力変換手段の順で各コイルセクションの千鳥配置順に電気的に接続され、三系統の電力変換手段は、少なくとも走行中の車両の両側に位置する走行セクションと電気的に接続されているときに、各走行セクションに出力電圧を出力する。
【００１８】そして、本発明の速度起電力位相選択装置では、車両の全長における中心部（以下「編成中心部」と称す）が進出セクションと進入セクションとの境界（以下、「セクション境界」と称す）に来たときに、速度起電力位相選択手段が、当該進入セクションにおける速度起電力位相を選択してその選択した速度起電力位相を各電力変換手段に出力する。ＬＳＭ式車両では、上記のように複数の界磁コイル群が車両の長さ方向に所定の間隔で搭載されるため、編成中心部がセクション境界に来たときは、車両に搭載された複数の界磁コイル群のうちほぼ半分は進出セクション側に位置し、残り半分は進入セクション側に位置することになる。そのため、進出セクション及び進入セクションには共に速度起電力が確実に誘起され、このときはどちらのセクションにおける速度起電力位相を選択しても、安定した速度起電力位相を選択できることになる。このように走行セクションが移り変わろうとする（これを「セクション渡り」と称す）ときでも、速度起電力位相を確実に得ることができる。
【００１９】従って、本発明の速度起電力位相選択装置によれば、編成中心部がセクション境界に来たときに、進入セクションの速度起電力位相を選択するため、セクション渡り時でも、安定した速度起電力位相を選択して用いることができる。ここで、速度起電力位相生成手段にてなされる速度起電力の推定は、例えば電力変換手段から出力される出力電圧の値や、その出力電圧の出力によりコイルセクションに流れるコイル電流などに基づいて行うことができる。この場合、各電力変換手段から出力電圧が正常に出力されていないと、速度起電力を正確に推定することができない。つまり、例えばいずれか一系統の電力変換手段が異常で出力電圧を正常に出力できないときは、当該電力変換手段から電力供給を受けるコイルセクションにおける速度起電力位相は生成することができないことになる。
【００２０】そこで、本発明の速度起電力位相選択装置は、請求項２に記載したように、三系統の電力変換手段から出力電圧が正常に出力されているか否かを判断する電力変換異常判定手段を備え、速度起電力位相選択手段は、電力変換異常判定手段によって、進入セクションと電気的に接続されている電力変換手段から出力電圧が正常に出力されていないと判断された場合には、当該進入セクションにおける速度起電力位相を選択しないようにするとよい。
【００２１】このようにすれば、仮にいずれか一系統の電力変換手段に異常が生じてその電力変換手段から出力電圧が正常に出力されていない場合は、その異常を電力変換異常判定手段によって検出できる。そして、速度起電力位相選択手段により、電力変換異常判定手段における判定結果に基づいて、異常が検出された電力変換手段から電力供給を受けるコイルセクションにおける速度起電力位相を選択しないようにすることができる。
【００２２】従って、上記の速度起電力位相選択装置によれば、進入セクションに異常が生じている場合は、そのコイルセクションにおける速度起電力位相を選択しないため、いずれか一系統の電力変換手段が異常であっても、安定した速度起電力位相を得ることができる。
【００２３】また、例えば請求項３に記載したように、三系統の電力変換手段から出力電圧が正常に出力されているか否かを判断する電力変換異常判定手段を備え、速度起電力位相選択手段は、電力変換異常判定手段によって、進出セクションと電気的に接続されている電力変換手段から出力電圧が正常に出力されていないと判断された場合には、進入セクションにおける速度起電力位相を選択せず、且つ、電力変換異常判定手段によって、進入セクションと電気的に接続されている電力変換手段から出力電圧が正常に出力されていないと判断された場合には、当該進入セクションにおける速度起電力位相を選択する代わりに当該進入セクションと対向するコイルセクションにおける速度起電力位相を選択するようにしてもよく、この場合も、請求項２記載の速度起電力位相選択装置と同様の作用・効果を奏する。
【００２４】ところで、上記の速度起電力位相選択装置では、編成中心部がセクション境界に来たときに速度起電力位相の選択先を切り換えることで、常に安定した速度起電力位相を得ることを可能にしたが、一般に、各コイルセクションを構成する推進コイルに鎖交する界磁コイル群の磁束の量が多いほど、速度起電力は大きくなる。そのため、セクション渡り時のような、車両片側の界磁コイル群がすべて同一のコイルセクションと対向しないときには、当然ながら、全て同一のコイルセクションと対向するときに比べて、誘起される速度起電力は小さくなる。また、セクション渡り時は、進出しようとするセクションと対向する界磁コイル群が徐々に減り、逆に進入しようとするセクションと対向する界磁コイル群は徐々に増えていくため、速度起電力の大きさも徐々に変化していくことになる。
【００２５】そこで、請求項４記載の速度起電力位相選択装置は、複数の推進コイルが接続されて構成される所定の長さのコイルセクションが、軌道上の車両進行方向に沿って左右両側に千鳥状にずらした状態で配置され、複数の界磁コイル群が、推進コイルに対向するように車両の両側且つその長さ方向に所定の間隔で搭載され、速度起電力位相生成手段が、各コイルセクションのうち走行中の車両の左右両側に位置する各走行セクション（右側走行セクション、左側走行セクション）にそれぞれ誘起される速度起電力を推定し、その推定された各走行セクションの速度起電力に基づいて、各走行セクション毎に、車両位置を表す信号として、コイルセクションに対する界磁コイルの相対的位置を電気角で表した速度起電力位相を生成し、走行セクション毎に生成された各速度起電力位相のうちいずれか一つと、速度制御部から出力される電流指令値とに基づいて、電力変換手段が、少なくとも走行中の車両の左右両側に位置する走行セクションに出力電圧を出力することにより車両を推進させる、リニアシンクロナスモータ（ＬＳＭ）式車両の制御装置において、速度起電力位相生成手段にて生成された各走行セクションにおける速度起電力位相のうち、いずれか一つを選択して各電力変換手段に出力するためのものであり、車両位置検出手段が軌道上における車両の位置を検出し、その検出結果に基づいて、速度起電力位相選択手段が、車両が右側走行セクション又は左側走行セクションのうちいずれか一方の走行セクションに完全に進入したか否かを判定し、完全に進入したと判定されたときに、当該走行セクションにおける速度起電力位相を選択して前記各電力変換手段に出力する。
【００２６】つまり、請求項１〜３いずれかに記載した速度起電力位相選択装置のように、セクション渡り時に速度起電力位相の選択先を切り換えるのではなく、車両が新たな走行セクションに完全に進入したときに、速度起電力位相の選択先を切り換えるものである。
【００２７】従って、上記の速度起電力位相選択装置によれば、車両が新たな走行セクションに完全に進入してから当該走行セクションにおける速度起電力位相を選択するため、安定した速度起電力位相を確実に得ることができる。上記のように、車両が新たな走行セクションに完全に進入した状態でその走行セクションにおける速度起電力位相に切り換えることにより、安定した速度起電力位相を確実に得ることができるものの、既述のようにセクション渡り時には速度起電力の大きさは徐々に変化するため、新たな走行セクションに完全に進入した直後はまだ、その走行セクションにおける速度起電力は変化の過渡期にある。そこで、完全に進入した直後に進入セクションにおける速度起電力位相に切り換えるのではなく、例えば請求項５に記載したように、進入セクションの先端部から中心部までの間における中心位置に来たときに、その進入セクションにおける速度起電力位相に切り換えるようにするとより好ましい。このようにすれば、常に走行セクションの中心部付近における安定した速度起電力位相を選択することになるため、より安定した速度起電力位相を確実に得ることができる。
【００２８】
【発明の実施の形態】以下に、本発明の好適な実施形態を図面に基づいて説明する。図１は、本発明が適用されたＬＳＭ式車両の制御システムの概略構成を示す説明図である。この制御システムは、主として駆動制御部１、入力位相切換器２、位置検知装置３、交差誘導線４、電力変換器７１、き電線７２、き電区分開閉装置７３、推進コイル装置７４とから構成されている。
【００２９】駆動制御部１は、電力変換器７１が推進コイル装置７４へ所望の出力電圧を出力するために必要となる電流指令値Ｉ*、車両角速度ω、位相基準θ*を、電力変換器７１に出力するものである。具体的には、ＰＩ制御系で構成された速度制御部１３において、速度指令値ｖ*と速度（車両速度）ｖとの速度偏差を比例・積分演算することにより電流指令値Ｉ*を演算し出力する。速度ｖは、位相同期制御部１４にて演算され、出力される。位相同期制御部１４は、所定時間の周期（本実施形態では５ｍsec.）で、位相選択部１１により選択された速度起電力位相或いは位置検知装置３から出力される位置検知位相θｐのいずれか一方を、入力位相切換器２を介して車両位置を示す位相信号として取り込み、この位相信号と現在出力している位相基準θ*との位相偏差から補償演算を行い、車両速度ｖ及び車両角速度ωを演算する。そして、この車両角速度ωをさらに積分演算することにより、位相基準θ*が出力される。この位相基準θ*は、所定周期（本実施形態では２００μsec.）に補間して電力変換器７１へ出力される。尚、位相同期制御部１４では、軌道上の車両位置も演算され、位相選択部１１へ出力される。
【００３０】位相選択部１１は、電力変換器７１から入力されるＡ系速度起電力位相θea、Ｂ系速度起電力位相θeb、Ｃ系速度起電力位相θecのうちいずれか一つを車両位置に応じた所定の選択条件により選択して入力位相切換器２へ出力する。Ａ系速度起電力位相θea、Ｂ系速度起電力位相θeb、Ｃ系速度起電力位相θecは、後述するように、それぞれＡ系変換器７１Ａ、Ｂ系変換器７１Ｂ、Ｃ系変換器７１Ｃにて生成される。
【００３１】また、変換器異常判定部１２では、電力変換器７１が有する各変換器７１Ａ、７１Ｂ、７１Ｃが正常であるか否かを判定し、いずれかの変換器が異常である場合は、その旨の判定信号を位相選択部１１へ出力する。そして、位相選択部１１では、変換器異常判定部１２からの判定信号に基づき、異常と判定された系の変換器にて生成された速度起電力位相を選択しないようにする。
【００３２】入力位相切換器２は、位相同期制御部１４に入力される位相信号として、位相選択部１１にて選択された速度起電力位相又は位置検知装置３にて生成された位置検知位相θｐのいずれか一方のみを選択するためのものである。交差誘導線４は軌道上の全線に渡って敷設され、車両７５から交差誘導線４へ信号（電波）を発信することにより交差誘導線４に生じる正弦波状の信号を、位置検知装置３にて信号処理して位置検知位相θｐを得ている。これにより、非常に正確な位置検知を行うことができる。
【００３３】電力変換器７１、き電線７２、き電区分開閉装置７３、推進コイル装置７４は、いずれも図７で説明したものと同様の構成であるため、これらについては図７と同じ符号を付し、その説明を省略するが、ここで、電力変換器７１を構成する三系統の変換器の詳細について、図２に基づいて説明する。図２は、Ａ系変換器７１Ａの概略構成を示すブロック図である。
【００３４】Ａ系変換器７１Ａでは、まず推進コイルを流れるコイル電流Ｉ（Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗ）を電流検出器２８により検出し、三相／ｄ−ｑ変換器２１によりｄｑ０回転座標系における電流Ｉｄ、Ｉｑ、Ｉ０に変換する。そして、電流制御部２４にて、この電流Ｉｄ、Ｉｑ、Ｉ０と速度制御部１３から出力された電流指令値Ｉ*との電流偏差に対し、一次のＰＩ制御により電圧指令演算値Ｖｄ、Ｖｑ、Ｖ０を算出して出力する。
【００３５】一方、現在出力されている出力電圧ＶA （Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗ）も三相／ｄ−ｑ変換器２２によりｄｑ０回転座標系における電圧Ｖｄ、Ｖｑ、Ｖ０に変換され、この電圧Ｖｄ、Ｖｑ、Ｖ０と、電流Ｉｄ、Ｉｑ、Ｉ０と、車両角速度ωとに基づいて、速度起電力オブザーバ２５が、現代制御理論のオブザーバ理論により速度起電力推定値Ｚｄ、Ｚｑ、Ｚ０を演算して出力する。
【００３６】この速度起電力推定値Ｚｄ、Ｚｑ、Ｚ０と、電流制御部２４から出力される電圧指令演算値Ｖｄ、Ｖｑ、Ｖ０とを加減算器２６にて加算することにより、ｄｑ軸電圧指令値Ｖ*ｄ、Ｖ*ｑ、Ｖ*０を得る。そして、このＶ*ｄ、Ｖ*ｑ、Ｖ*０をｄ−ｑ／三相変換器２３により三相交流座標系における電圧Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗに変換し、この電圧Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗを電圧指令値としてインバータ２９へ出力する。
【００３７】電流制御部２４では、電流指令値Ｉ*（Ｉ*ｄ、Ｉ*ｑ）とコイル電流Ｉ（Ｉｄ、Ｉｑ）との電流偏差を算出し、算出した電流偏差の比例・積分演算が行われるが、推進コイル装置７４やき電線７２の抵抗値、インダクタンス値による電圧降下分も演算され、この電圧降下分を補償することにより、電圧指令演算値Ｖｄ、ＶｑＶ０を得ている。尚、抵抗値やインダクタンス値は、各セクション固有の値であり、車両７５が走行するセクションが変わる毎に、これらの値も変化する。また、インダクタンス値による電圧降下分を算出するために車両角速度ωも入力される。
【００３８】速度起電力位相生成部２７では、まず、速度起電力オブザーバ２５にて推定された速度起電力推定値Ｚｄ、Ｚｑに基づき、速度起電力位相補正量演算器２７ａにて、速度起電力位相補正量を演算する。そして、この速度起電力位相補正量と、現在出力されている位相基準θ*とが、加減算器２７ｂにて加算されることにより、Ａ系速度起電力位相θeaが演算される。このＡ系速度起電力位相θeaが、位相選択部１１へ入力される。
【００３９】Ｂ系変換器７１Ｂ及びＣ系変換器７１Ｃについても、Ａ系変換器７１Ａと全く同様にして、Ｂ系変換器７１ＢからはＢ系速度起電力位相θebが、Ｃ系変換器７１ＣからはＣ系速度起電力位相θecがそれぞれ出力される。尚、Ｂ系変換器７１Ｂ及びＣ系変換器７１Ｃの構成については、上記のＡ系変換器７１Ａの構成（図２参照）と全く同じであるため、ここではその説明を省略する。
【００４０】各系の変換器７１Ａ、７１Ｂ、７１Ｃから出力される出力電圧ＶA 、ＶB 、ＶC が、き電区分開閉装置７３を介して、車両７５が走行する近傍３系のセクションにのみ出力されることは、従来技術で既に説明したとおりである。また、電力変換器７１の各変換器７１Ａ、７１Ｂ、７１Ｃから出力される各出力電圧ＶA 、ＶB 、ＶC （いずれも三相電圧）は、変換器異常判定部１２にも入力される。そして、各出力電圧値に基づいて、各系の変換器が正常であるか否かが判断され、判断結果は位相選択部１１へ入力される。
【００４１】車両７５は、図１（ｂ）に示すように、３両編成で構成され、車両両側には、界磁コイル群７５ａが所定の間隔で搭載されている。以上説明したＬＳＭ式車両の制御システムでは、位相同期制御部１４へ入力する位相信号として位相選択部１１にて選択した速度起電力位相を用いるか位置検知位相θｐを用いるかを、入力位相切換器２にて切換え選択して使用する。
【００４２】速度起電力位相を用いる場合、電力変換器７１の各系の変換器７１Ａ、７１Ｂ、７１Ｃからそれぞれ各変換器毎にＡ系速度起電力位相θea、Ｂ系速度起電力位相θeb、Ｃ系速度起電力位相θecがそれぞれ出力されるが、このうちのいずれか一つを、位相選択部１１にて選択する。この選択は、後述するように、車両位置に応じて行われ、電力変換器７１においていずれか一系統の変換器に異常が生じたことが変換器異常判定部１２で検出された場合は、その判定信号に基づいて、位相選択部１１では、異常が生じた変換器にて生成される速度起電力位相を選択しないようにしている。
【００４３】このようにして選択された速度起電力位相或いは位置検知位相θｐのいずれか一方は、位相同期制御部１４を介して安定化された後、位相基準θ*として電力変換器７１へ出力される。尚、位相信号として位相同期制御部１４に入力される速度起電力位相或いは位置検知位相θｐは、それ自身が既に車両位置を位相として表したものであるため、位相同期制御部１４を介さずにそのまま位相基準θ*として用いることができるが、定常偏差をなくし、より安定した位相基準θ*を得るために、位相同期制御部１４にてこれらの入力位相を安定化させた上で、位相基準θ*として出力するようにしている。
【００４４】次に、位相選択部１１にて速度起電力位相を選択する場合に、車両７５が走行する位置に応じてどの速度起電力位相が選択されるかについて、図３及び図４に基づいて説明する。図３は、電力変換器７１が正常のときの速度起電力位相選択パターンであり、図４は、Ａ系変換器７１Ａが異常のときの速度起電力位相選択パターンである。いずれの図においても、車両７５は、右方向に走行しているものとする。
【００４５】図３に示すように、電力変換器７１における三系統の変換器７１Ａ、７１Ｂ、７１Ｃがいずれも正常であるときは、走行中の車両７５の左右両側に位置する走行セクション（右側走行セクション、左側走行セクション）のうちいずれか一方の走行セクションが次のセクションに移行するセクション渡り時に、進入先のセクション（進入セクション）における速度起電力位相が位相選択部１１によって選択される。尚、図３において、「速度起電力位相選択系」に示したＡ、Ｂ、Ｃは、それぞれＡ系速度起電力位相θea、Ｂ系速度起電力位相θeb、Ｃ系速度起電力位相θecを選択することを示し、各系の「変換器出力」に示した○印は、各変換器から当該変換器の系のセクションへ（例えばＡ系変換器からはＡ系セクションへ）出力電圧が正常に出力されていることを示している（以下、図４〜図６においても同様）。
【００４６】より詳細には、車両中心部（図１（ｂ）参照）が進出しようとするセクション（進出セクション）と進入セクションとの境界（セクション境界）に来たときに、進入セクションにおける速度起電力位相が選択される。例えば、車両７５が図３に示す位置を走行しているとき、即ち、車両７５がセクション７４Ｂ１の領域から進出してセクション７４Ａ２の領域に進入しようとしているときに、車両７５の先頭がセクション７４Ａ２の領域に入ったばかりの時はまだ、Ｂ系セクションであるセクション７４Ｂ１における速度起電力位相（Ｂ系速度起電力位相θeb）を選択しているが、車両中心部がセクション７４Ｂ１とセクション７４Ａ２との境界に来たときに、セクション７４Ａ２における速度起電力位相（Ａ系速度起電力位相θea）を選択する。
【００４７】一方、Ａ系変換器７１Ａに異常が発生してＡ系速度起電力位相θeaが正確に得られなくなったときは、図４に示すように、Ａ系変換器７１Ａから電力供給を受けるセクション（Ａ系セクション）に車両７５が進入してもそのセクションにおける速度起電力位相（Ａ系速度起電力位相θea）を選択しない。例えば、車両７５が図４に示す位置（図３における車両７５の位置と同じ）を走行しているとき、車両中心部がセクション７４Ｂ１とセクション７４Ａ２との境界に来ても、Ａ系速度起電力位相θeaを選択せず、引き続きＣ系速度起電力位相θecを選択する。尚、図４において、「Ａ系変換器出力」に示した×印は、Ａ系変換器７１ＡからＡ系セクションへ出力電圧が正常に出力されていないことを示している（以下、図５においても同様）。
【００４８】従って、本実施形態のＬＳＭ式車両の制御システムによれば、車両中心部がセクション境界に来たときに、進入セクションにおける速度起電力位相を選択するため、セクション渡り時でも、安定した速度起電力位相を選択して用いることができる。しかも、進入セクションに異常が生じている場合は、そのセクションにおける速度起電力位相を選択しないため、いずれか一系統の変換器が異常であっても、安定した速度起電力位相を得ることができる。
【００４９】ここで、本実施形態の構成要素と本発明の構成要素の対応関係を明らかにする。本実施形態において、一定長のセクション７４Ａ１、７４Ｂ１、７４Ｃ１、・・・は本発明のコイルセクションに相当し、各変換器７１Ａ、７１Ｂ、７１Ｃはそれぞれ本発明の第一電力変換手段、第二電力変換手段、第三電力変換手段に相当し、速度起電力位相生成部２７は本発明の速度起電力位相生成手段に相当し、位相同期制御部１４は本発明の車両位置検出手段に相当し、位相選択部１１は本発明の速度起電力位相選択手段に相当し、変換器異常判定部１２は本発明の電力変換異常判定手段に相当する。
【００５０】尚、本発明の実施の形態は、上記実施形態に何ら限定されるものではなく、本発明の技術的範囲に属する限り種々の形態を採り得ることはいうまでもない。例えば、上記実施形態では、車両がセクションを渡る毎に、進入先のセクションにおける速度起電力位相に切り換えることにしたが、車両７５の左右両側のセクションのうちいずれか片側のセクションのみに着目し、その片側のセクションが代わる毎に、新たな進入セクションにおける速度起電力位相を選択するようにしてもよい。
【００５１】また、いずれか一系統の変換器が異常の時、図４に示した速度起電力位相の選択方法に限らず、例えば図５に示すように、進出しようとしているセクションと電気的に接続されている変換器が異常の場合には、進入先のセクションにおける速度起電力位相に切り換えず、且つ、進入しようとしているセクションと電気的に接続されている変換器が異常の場合には、進入先のセクションにおける速度起電力位相を選択する代わりにその進入先のセクションと対向するセクションにおける速度起電力位相を選択するようにしてもよい。具体的には、例えば車両７５が図５に示す位置を走行しているとき、車両中心部がセクション７４Ａ１とセクション７４Ｃ１との境界に来ても、Ｃ系速度起電力位相θecを選択せず、引き続きＢ系速度起電力位相θebを選択する。そして、車両中心部がセクション７４Ｂ１とセクション７４Ａ２との境界に来たときは、セクション７４Ａ２における速度起電力位相を選択する代わりに、対向するセクション７４Ｃ１における速度起電力位相（Ｃ系速度起電力位相θec）を選択する。
【００５２】さらに、セクション渡り時に速度起電力位相の選択先の切換を行わず、例えば図６に示すように、車両７５の走行に伴って、各セクションの中心領域に来たときに、そのセクションにおける速度起電力位相を選択するようにしてもよい。このようにすれば、車両が新たな走行セクションに完全に進入し、しかもそのセクションの中心に向かってある程度走行したときに、当該走行セクションにおける速度起電力位相に切り換えるため、より安定した速度起電力位相を確実に得ることができる。尚、ここでいう中心領域とは、セクション全長を４等分したうち、両端の１／４をそれぞれ除いた部分をいう。
【００５３】更にまた、変換器異常判定部１２にてなされる、電力変換器７１が異常であるか否かの判定は、各変換器７１Ａ、７１Ｂ、７１Ｃからの出力電圧に基づいて判定するのに限らず、各系の変換器において速度起電力位相が正常に生成されているか否かをもって判定するようにしてもよい。このようにしても、電力変換器７１の異常を判定することができる。
【出願人】 【識別番号】３９００２１５７７
【氏名又は名称】東海旅客鉄道株式会社
【識別番号】０００１７３７８４
【氏名又は名称】財団法人鉄道総合技術研究所
【出願日】 平成１２年３月２４日（２０００．３．２４）
【代理人】 【識別番号】１０００８２５００
【弁理士】
【氏名又は名称】足立 勉 （外１名）
【公開番号】 特開２００１−２７５２０９（Ｐ２００１−２７５２０９Ａ）
【公開日】 平成１３年１０月５日（２００１．１０．５）
【出願番号】 特願２０００−８４１５２（Ｐ２０００−８４１５２）