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【発明の名称】 電気車制御装置
【発明者】 【氏名】松岡 学
【住所又は居所】東京都府中市東芝町１番地 株式会社東芝府中事業所内

【氏名】逸見 琢磨
【住所又は居所】東京都府中市東芝町１番地 株式会社東芝府中事業所内

【氏名】安岡 育雄
【住所又は居所】東京都府中市東芝町１番地 株式会社東芝府中事業所内
【要約】 【課題】速度検出手段の故障時に、該当する群のインバータ装置の運転を継続させて行なうこと。

【解決手段】ＶＶＶＦ制御方式のインバータ装置を用いて、電気車駆動用の交流電動機7を駆動制御する電気車制御装置において、交流電動機7の速度を検出する速度検出手段8と、速度検出手段8の故障を検知する故障検知手段10とを備え、故障検知手段10により速度検出手段8の故障が検知された場合に、インバータ装置6の制御モードを、速度検出手段8からの検出速度を用いた有センサ制御モード11から、速度検出手段8からの検出速度を用いない速度センサレス制御モード12に切り換えて、インバータ装置6の制御を継続する。
【特許請求の範囲】
【請求項１】 可変電圧可変周波数（ＶＶＶＦ）制御方式のインバータ装置を用いて、電気車駆動用の交流電動機を駆動制御する電気車制御装置において、前記交流電動機の速度を検出する速度検出手段と、前記速度検出手段の故障を検知する故障検知手段とを備え、前記故障検知手段により前記速度検出手段の故障が検知された場合に、前記インバータ装置の制御モードを、前記速度検出手段からの検出速度を用いた有センサ制御モードから、前記速度検出手段からの検出速度を用いない速度センサレス制御モードに切り換えて、前記インバータ装置の制御を継続するようにしたことを特徴とする電気車制御装置。
【請求項２】 前記請求項１に記載の電気車制御装置において、前記インバータ装置が、１台のインバータ装置で１台の交流電動機を制御する個別インバータ制御方式であることを特徴とする電気車制御装置。
【請求項３】 前記請求項１に記載の電気車制御装置において、前記インバータ装置が、１台のインバータ装置で複数台の交流電動機を制御する集中インバータ制御方式であることを特徴とする電気車制御装置。
【請求項４】 前記請求項１に記載の電気車制御装置において、前記故障検知手段としては、前記速度検出手段からの検出速度の信号が、入力されないか、または他の速度検出手段からの検出速度の信号と大きな偏差があることにより、前記速度検出手段の故障を検知するようにしたことを特徴とする電気車制御装置。
【請求項５】 前記請求項１に記載の電気車制御装置において、前記故障検知手段により、前記速度検出手段が故障から復帰したことが検知された場合に、前記インバータ装置の制御モードを、前記速度センサレス制御モードから前記有速度センサ制御モードに切り換えて、前記インバータ装置の制御を行なうようにしたことを特徴とする電気車制御装置。
【請求項６】 前記請求項１に記載の電気車制御装置において、前記インバータ装置の制御モードの切り換え／復帰を、運転台または電気車編成からの指令により行なうようにしたことを特徴とする電気車制御装置。
【請求項７】 前記請求項１に記載の電気車制御装置において、前記速度検出手段の故障時に当該速度検出手段からの検出速度を用いない速度センサレス制御状態であることを、前記電気車の運転台への表示すると共に前記電気車のメンテナンス所へ指令する手段を付加したことを特徴とする電気車制御装置。
【請求項８】 前記請求項１に記載の電気車制御装置において、前記故障検知手段としては、前記速度検出手段からの検出速度の信号を、前記電気車編成間の他の速度検出手段からの検出速度の信号と比較し、当該結果検出速度の信号が、入力されないか、または他の検出速度の信号と大きな偏差があることにより、前記速度検出手段の故障を検知するようにしたことを特徴とする電気車制御装置。
【請求項９】 前記請求項１に記載の電気車制御装置において、前記故障検知手段としては、前記速度検出手段からの検出速度の信号を、前記電気車編成内の速度計、ブレーキ装置、保安機器等の電気車制御装置以外の装置のいずれかの速度を検出する他の速度検出手段からの検出速度の信号と比較し、当該結果検出速度の信号が、入力されないか、または他の検出速度の信号と大きな偏差があることにより、前記速度検出手段の故障を検知するようにしたことを特徴とする電気車制御装置。
【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、可変電圧可変周波数（以下、ＶＶＶＦと称する）制御方式のインバータ装置を用いて、電気車駆動用の交流電動機を駆動制御する電気車制御装置に係り、特に速度検出手段の故障時に、インバータ装置の運転を継続させて行なえるようにした電気車制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来から、ＶＶＶＦ制御方式のインバータ装置を用いて、電気車駆動用の交流電動機を駆動制御する電気車制御装置においては、交流電動機に設置している速度センサ等の速度検出手段により、交流電動機駆動軸の速度を検出し、その検出速度を用いてインバータ装置を制御する、有速度センサ制御手法が多く採用されてきている。
【０００３】図９は、この種の従来の電気車制御装置の一構成例を示す制御ブロック図である。
【０００４】なお、図９では、インバータ装置が、１台の交流電動機を駆動する小容量のインバータ装置を必要数だけ搭載する、すなわち１台のインバータ装置で１台の交流電動機を制御する、いわゆる個別インバータ制御方式で、有速度センサ制御手法を用いた場合の例について示している。
【０００５】図９において、個別インバータ制御方式の電気車制御装置は、直流架線１とレールとの間の直流入力部に、直流電力集電器２から、１つもしくは分割した４個の遮断器３,４を介し、さらに分割した４個のフィルタリアクトル５を介して、通常、４台程度のＶＶＶＦインバータ装置（以下、単にインバータ装置と称する）６により、直流を３相交流に変換して、それぞれ１台の交流電動機（例えば誘導電動機）７に電力を供給するように回路を構成している。
【０００６】速度検出手段である速度センサ８は、通常、各交流電動機７に１台ずつ取り付けている。
【０００７】各インバータ装置６は、それぞれが駆動する交流電動機７に取り付けられた速度センサ８からの検出速度の信号を用いて、インバータ装置６を制御するようにしている。
【０００８】すなわち、従来の個別インバータ制御方式による電気車制御装置は、速度センサ８の信号から速度を検出する速度検出部９と、速度センサ８の故障を検知する故障検知部１０と、検出速度を用いた有速度センサ制御部１１と、故障検知部１０による速度センサ８の故障検知の有無に応じて、有速度センサ制御部１１側またはインバータ開放側の切り換えを行なう制御切り換え部１３と、インバータ制御指令を生成する指令生成部１４とから構成している。
【０００９】かかる構成の電気車制御装置において、ある交流電動機７の速度センサ８が故障した場合には、その故障を故障検知部１０で検知して、制御切り換え部１３により、該当するインバータ装置６を開放して不動作にする制御を行なう。
【００１０】この場合、残りの正常な速度センサ８を有するインバータ装置６および交流電動機７が動作することにより、電気車を駆動させるようにしている。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、以上のような従来のインバータ制御方式による電気車制御装置では、速度センサ８が故障した場合に、該当する群のインバータ装置６は正常であっても、その群のインバータ装置６および交流電動機７を開放して動作させなくするようにしているため、電気車全体としての合計の駆動トルクが、意図した設計値よりも低下することになる。そして、これが電気車運行上の遅延等を発生させる要因になるという問題点がある。
【００１２】また、近年の技術向上によって、速度センサ８なしで速度を推定する制御方式が開発されつつあるが、電気車の場合には、線路面の変化による外乱(空転や滑走)による速度の急激な変化や惰行制御(インバータのゲートをオフさせる)を行なうことから、速度センサ８がない場合には、インバータ装置６のゲートスタート時に速度推定を行なう等、時間的な遅れが発生することから、性能的にやや劣ることがある。
【００１３】本発明の目的は、速度検出手段の故障時に、インバータ装置の運転を継続させて行ない、速度検出手段故障時の冗長性を向上することが可能な電気車制御装置を提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するために、請求項１に対応する発明では、ＶＶＶＦ制御方式のインバータ装置を用いて、電気車駆動用の交流電動機を駆動制御する電気車制御装置において、交流電動機の速度を検出する速度検出手段と、速度検出手段の故障を検知する故障検知手段とを備え、故障検知手段により速度検出手段の故障が検知された場合に、インバータ装置の制御モードを、速度検出手段からの検出速度を用いた有センサ制御モードから、速度検出手段からの検出速度を用いない速度センサレス制御モードに切り換えて、インバータ装置の制御を継続するようにしている。
【００１５】従って、請求項１に対応する発明の電気車制御装置においては、速度検出手段が正常時には、その検出速度を用いて速応性に優れた有速度センサ制御モードによりインバータ装置を制御し、速度検出手段が故障時には、制御応答の劣化よりも電気車の正常運転継続を優先的に考慮して、速度センサレス制御モードに切り換えて、該当する群のインバータ装置の運転を継続することにより、従来では動作停止させていたインバータ装置を動作継続可能とすることができ、速度検出手段故障時の冗長性を向上することができる。
【００１６】また、請求項２に対応する発明では、上記請求項１に対応する発明の電気車制御装置において、インバータ装置を、１台のインバータ装置で１台の交流電動機を制御する個別インバータ制御方式としている。
【００１７】従って、請求項２に対応する発明の電気車制御装置においては、インバータ装置を、１台のインバータ装置で１台の交流電動機を制御する個別インバータ制御方式とすることにより、ある群の速度検出手段が故障した場合には、その群のインバータ装置の制御モードのみを、有速度センサ制御モードから、検出速度を用いない速度センサレス制御モードに切り換えることにより、故障した該当する群のインバータ装置を開放することなく運転を継続して行なうことができる。
【００１８】さらに、請求項３に対応する発明では、上記請求項１に対応する発明の電気車制御装置において、インバータ装置を、１台のインバータ装置で複数台の交流電動機を制御する集中インバータ制御方式としている。
【００１９】従って、請求項３に対応する発明の電気車制御装置においては、インバータ装置を、１台のインバータ装置で複数台の交流電動機を制御する集中インバータ制御方式とすることにより、従来では、１台の速度検出手段が故障した場合には、残りの正常な速度検出手段から制御に使用する基準速度を算出してインバータ装置を駆動するが、全ての速度検出手段が故障して検出速度が得られなくなったような場合には、インバータ装置は動作不可能となるが、この場合にインバータ装置の制御モードを速度センサレス制御モードに切り換えることで、インバータ装置の運転を継続して行なうことができる。
【００２０】一方、請求項４に対応する発明では、上記請求項１に対応する発明の電気車制御装置において、故障検知手段としては、速度検出手段からの検出速度の信号が、入力されないか、または他の速度検出手段からの検出速度の信号と大きな偏差があることにより、速度検出手段の故障を検知するようにしている。
【００２１】従って、請求項４に対応する発明の電気車制御装置においては、速度検出手段からの検出速度の信号が、入力されないか、または他の速度検出手段からの検出速度の信号と大きな偏差があることで、速度検出手段の故障を検知することにより、速度検出手段の故障の検出精度を高くして、速度検出手段の故障をより一層確実に検知できるようになり、信頼性を向上することができる。
【００２２】また、請求項５に対応する発明では、上記請求項１に対応する発明の電気車制御装置において、故障検知手段により、速度検出手段が故障から復帰したことが検知された場合に、インバータ装置の制御モードを、速度センサレス制御モードから有速度センサ制御モードに切り換えて、インバータ装置の制御を行なうようにしている。
【００２３】従って、請求項５に対応する発明の電気車制御装置においては、速度検出手段が故障から復帰したことが検知された場合に、インバータ装置の制御モードを、速度センサレス制御モードから有速度センサ制御モードに切り換えて、インバータ装置の制御を行なうことにより、速度検出手段の故障状態が解除すると、自動的に復帰させることができ、電気車の操作性を向上することができる。
【００２４】さらに、請求項６に対応する発明では、上記請求項１に対応する発明の電気車制御装置において、インバータ装置の制御モードの切り換え／復帰を、運転台または電気車編成からの指令により行なうようにしている。
【００２５】従って、請求項６に対応する発明の電気車制御装置においては、インバータ装置の制御モードの切り換え／復帰を、運転台または電気車編成からの指令により行なうことにより、速度検出手段の故障に限らず、任意にインバータ装置の制御モードの切り換え／復帰を行なうことができ、制御モード試験時等に故障動作させることなく、機能確認ができ、メンテナンス性を向上することができる。
【００２６】一方、請求項７に対応する発明では、上記請求項１に対応する発明の電気車制御装置において、速度検出手段の故障時に当該速度検出手段からの検出速度を用いない速度センサレス制御状態であることを、電気車の運転台への表示すると共に電気車のメンテナンス所へ指令する手段を付加している。
【００２７】従って、請求項７に対応する発明の電気車制御装置においては、速度検出手段の故障時に検出速度を用いない速度センサレス制御状態であることを、電気車の運転台への表示すると共に電気車のメンテナンス所へ指令することにより、制御状態をガイダンス表示して運転状態を明確にすることができ、さらにメンテナンス工場へも連絡することで、速度検出手段の部品の交換準備、段取り作業を、電気車運行に影響することなく行なうことができ、電気車のメンテナンス性を向上することができる。
【００２８】また、請求項８に対応する発明では、上記請求項１に対応する発明の電気車制御装置において、故障検知手段としては、速度検出手段からの検出速度の信号を、電気車編成間の他の速度検出手段からの検出速度の信号と比較し、当該結果検出速度の信号が、入力されないか、または他の検出速度の信号と大きな偏差があることにより、速度検出手段の故障を検知するようにしている。
【００２９】従って、請求項８に対応する発明の電気車制御装置においては、速度検出手段からの検出速度の信号を、電気車編成間の他の速度検出手段からの検出速度の信号と比較し、当該結果検出速度の信号が、入力されないか、または他の検出速度の信号と大きな偏差があることで、速度検出手段の故障を検知することにより、速度検出手段の故障の検出精度を高くして、速度検出手段の故障をより一層確実に検知できるようになり、信頼性を向上することができる。
【００３０】さらに、請求項９に対応する発明では、上記請求項１に対応する発明の電気車制御装置において、故障検知手段としては、速度検出手段からの検出速度の信号を、電気車編成内の速度計、ブレーキ装置、保安機器等の電気車制御装置以外の装置のいずれかの速度を検出する他の速度検出手段からの検出速度の信号と比較し、当該結果検出速度の信号が、入力されないか、または他の検出速度の信号と大きな偏差があることにより、速度検出手段の故障を検知するようにしている。
【００３１】従って、請求項９に対応する発明の電気車制御装置においては、速度検出手段からの検出速度の信号を、電気車編成内の速度計、ブレーキ装置、保安機器等の電気車制御装置以外の装置のいずれかの速度を検出する他の速度検出手段からの検出速度の信号と比較し、当該結果検出速度の信号が、入力されないか、または他の検出速度の信号と大きな偏差があることで、速度検出手段の故障を検知することにより、速度検出手段の故障の検出精度を高くして、速度検出手段の故障をより一層確実に検知できるようになり、信頼性を向上することができる。
【００３２】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
【００３３】（第１の実施の形態：請求項１、請求項２、請求項４、請求項５に対応）図１は本実施の形態による電気車制御装置の構成例を示す制御ブロック図、図２は同電気車制御装置の主回路構成例を示すブロック図であり、図９と同一要素には同一符号を付して示している。
【００３４】なお、図１および図２では、インバータ装置が、１台の交流電動機を駆動する小容量のインバータ装置を必要数だけ搭載する、すなわち１台のインバータ装置で１台の交流電動機を制御する、いわゆる個別インバータ制御方式を用いた場合の例について示している。
【００３５】図２において、個別インバータ制御方式の電気車制御装置の主回路は、直流架線１とレールとの間の直流入力部に、直流電力集電器２から、１つもしくは分割した４個の遮断器３,４を介し、さらに分割した４個のフィルタリアクトル５を介して、４台のインバータ装置６により、直流を３相交流に変換して、それぞれ１台の交流電動機（例えば誘導電動機）７に電力を供給するように回路を構成している。
【００３６】速度検出手段である速度センサ８は、各交流電動機７に１台ずつ取り付けている。
【００３７】一方、図１に示すように、本個別インバータ制御方式の電気車制御装置は、速度センサ８の信号から速度を検出する速度検出部９と、速度センサ８の故障を検知する故障検知部１０と、速度検出部９からの検出速度を用いた有速度センサ制御部１１と、速度検出部９からの検出速度を用いない速度センサレス制御部１２と、故障検知部１０による速度センサ８の故障検知の有無に応じて、有速度センサ制御部１１側または速度センサレス制御部１２側の切り換えを行なう制御切り換え部１３と、インバータ制御指令を生成する指令生成部１４とから構成している。
【００３８】ここで、故障検知部１０としては、速度センサ８の故障によって、速度検出部９からの検出速度の信号が、入力されないか、または他の速度センサ８からの検出速度の信号と大きな偏差があることで、速度センサ８の故障を検知するようにしている。
【００３９】また、制御切り換え部１３は、故障検知部１０による速度センサ８の故障検知が有る場合には、有速度センサ制御部１１側から速度センサレス制御部１２側への切り換えを行ない、一方故障検知部１０による速度センサ８の故障検知が無い場合（故障検知部１０が故障から復帰したことが検知された場合）には、速度センサレス制御部１２側から有速度センサ制御部１１側への切り換えを行なうようにしている。
【００４０】そして、故障検知部１０により速度センサ８の故障が検知された場合に、該当するインバータ装置６の制御モードを、有速度センサ制御部１１によるモードから速度センサレス制御部１２によるモードに切り換えて、インバータ装置６の制御を継続するようにしている。
【００４１】次に、以上のように構成した本実施の形態による個別インバータ制御方式の電気車制御装置の動作について説明する。
【００４２】速度センサ８からの速度信号は、一般的に１台の交流電動機７について２つの速度信号があり、複数台の交流電動機７を制御する場合には、故障検知部１０には、交流電動機７の台数の２倍の速度信号が入力される。
【００４３】この時、故障検知部１０では、入力した速度信号のいずれかがある一定値以上となった場合、入力されない速度センサ８があるか、または複数入力された速度センサ８の速度信号と大きな偏差がある速度信号を検知することで、速度センサ８の故障が検知される。
【００４４】一方、検出速度を用いた有速度センサ制御部１１と、検出速度を用いずに推定速度を用いる速度センサレス制御部１２とを、制御切り換え部１３により選択可能な構成となっており、故障検知部１０が速度センサ８の故障を検知した場合には、有速度センサ制御部１１側から速度センサレス制御部１２側に、インバータ装置６の制御モードを切り換えることにより、速度センサ８が故障した該当する群の群のインバータ装置６の運転を継続して行なうことができる。
【００４５】すなわち、速度センサレス制御部１２では、速度センサ８による計測値以外の計測値、パラメータから速度を推定し、その推定速度によりインバータ装置６を制御するため、速度センサ８が故障時においても、インバータ装置６の制御を行なうことが可能である。
【００４６】本実施の形態では、速度センサ８が正常時には、その検出速度を用いて速応性に優れた有速度センサ制御部１１によりインバータ装置６を制御し、速度センサ８が故障時には、制御応答の劣化よりも電気車の正常運転継続を優先的に考慮して、速度センサレス制御部１２にインバータ装置６の制御を切り換えて、該当インバータ装置６群の運転を継続することができる。
【００４７】これにより、速度センサ８故障時の冗長性を向上することが可能となる。
【００４８】一方、上記故障した速度センサ８を交換することにより、故障検知部１０による速度センサ８の故障の検知が解除されるため、インバータ装置６の制御モードは、速度センサレス制御部１２側から有速度センサ制御部１１側に自動的に復帰させることができる。
【００４９】これにより、電気車の操作性を向上することが可能となる。
【００５０】上述したように、本実施の形態による個別インバータ制御方式の電気車制御装置では、速度センサ８が正常時には、その検出速度を用いて速応性に優れた有速度センサ制御モードによりインバータ装置６を制御し、速度センサ８が故障時には、制御応答の劣化よりも電気車の正常運転継続を優先的に考慮して、速度センサレス制御モードに切り換えて、該当する群のインバータ装置６の運転を継続するようにしているので、従来では動作停止させていた該当する群のインバータ装置６を動作継続可能とすることができ、速度センサ８故障時の冗長性を向上することが可能となる。
【００５１】また、１台のインバータ装置で１台の交流電動機を制御する個別インバータ制御方式とするようにしているので、ある群の速度センサ８が故障した場合には、その群のインバータ装置６の制御モードのみを、有速度センサ制御モードから、検出速度を用いない速度センサレス制御モードに切り換えることにより、故障した群のインバータ装置６を開放することなく運転を継続して行なうことが可能となる。
【００５２】さらに、速度センサ８からの検出速度の信号が、入力されないか、または他の速度センサ８からの検出速度の信号と大きな偏差があることで、速度センサ８の故障を検知するようにしているので、速度センサ８の故障の検出精度を高くして、速度センサ８の故障をより一層確実に検知できるようになり、信頼性を向上することが可能となる。
【００５３】さらにまた、速度センサ８が故障から復帰したことが検知された場合に、インバータ装置６の制御モードを、速度センサレス制御モードから有速度センサ制御モードに切り換えて、インバータ装置６の制御を行なうようにしているので、速度センサ８の故障状態が解除すると、自動的に復帰させることができ、電気車の操作性を向上することが可能となる。
【００５４】（第２の実施の形態：請求項３に対応）図３は本実施の形態による電気車制御装置の構成例を示す制御ブロック図、図４は同電気車制御装置の主回路構成例を示すブロック図であり、図９と同一要素には同一符号を付して示している。
【００５５】なお、図３および図４では、インバータ装置が、１台のインバータ装置で複数台の交流電動機を制御する、いわゆる集中インバータ制御方式を用いた場合の例について示している。
【００５６】図４において、集中インバータ制御方式の電気車制御装置の主回路は、直流架線１とレールとの間の直流入力部に、直流電力集電器２から、１個の遮断器３を介し、さらに１個のフィルタリアクトル５を介して、１台のインバータ装置６により、直流を３相交流に変換して、４台の交流電動機（例えば誘導電動機）７に電力を供給するように回路を構成している。
【００５７】速度検出手段である速度センサ８は、各交流電動機７に１台ずつ取り付けている。
【００５８】一方、図３に示すように、本集中インバータ制御方式の電気車制御装置は、各速度センサ８の信号から基準速度を検出する速度検出部９と、速度センサ８の故障を検知する故障検知部１０と、速度検出部９からの基準速度を用いた有速度センサ制御部１１と、速度検出部９からの基準速度を用いない速度センサレス制御部１２と、故障検知部１０による速度センサ８の故障検知の有無に応じて、有速度センサ制御部１１側または速度センサレス制御部１２側の切り換えを行なう制御切り換え部１３と、インバータ制御指令を生成する指令生成部１４とから構成している。
【００５９】ここで、速度検出部９は、各速度センサ８の信号を入力してそれぞれの速度を算出する速度信号演算部１６と、速度信号演算部１６からのそれぞれの速度に基づいて、基準となる速度（基準速度）を算出する基準速度演算部１５とからなっている。
【００６０】また、故障検知部１０としては、全ての速度センサ８の故障によって、速度検出部９からの検出速度から算出された基準速度の信号が入力されないことで、全ての速度センサ８の故障を検知するようにしている。
【００６１】さらに、制御切り換え部１３は、故障検知部１０による全ての速度センサ８の故障検知が有る場合には、有速度センサ制御部１１側から速度センサレス制御部１２側への切り換えを行ない、一方故障検知部１０による全ての速度センサ８の故障検知が無い場合（故障検知部１０が故障から復帰したことが検知された場合）には、速度センサレス制御部１２側から有速度センサ制御部１１側への切り換えを行なうようにしている。
【００６２】そして、故障検知部１０により全ての速度センサ８の故障が検知された場合に、インバータ装置６の制御モードを、有速度センサ制御部１１によるモードから速度センサレス制御部１２によるモードに切り換えて、インバータ装置６の制御を継続するようにしている。
【００６３】次に、以上のように構成した本実施の形態による集中インバータ制御方式の電気車制御装置の動作について説明する。
【００６４】速度検出部９では、各速度センサ８の信号からそれぞれの速度が速度信号演算部１６により算出され、この各速度に基づいて基準速度が基準速度演算部１５により算出される。
【００６５】故障検知部１０には、速度検出部９で検出速度から算出された基準速度の信号が入力される。
【００６６】この時、故障検知部１０では、速度検出部９から基準速度の信号が入力されなかったことを検知することで、全ての速度センサ８の故障が検知される。
【００６７】一方、検出速度から算出した基準速度を用いた有速度センサ制御部１１と、基準速度を用いずに推定速度を用いる速度センサレス制御部１２とを、制御切り換え部１３により選択可能な構成となっており、故障検知部１０が全ての速度センサ８の故障を検知した場合には、有速度センサ制御部１１側から速度センサレス制御部１２側に、インバータ装置６の制御モードを切り換えることにより、インバータ装置６の運転を継続して行なうことができる。
【００６８】すなわち、速度センサレス制御部１２では、速度センサ８による計測値以外の計測値、パラメータから速度を推定し、その推定速度によりインバータ装置６を制御するため、全ての速度センサ８が故障時においても、インバータ装置６の制御を行なうことが可能である。
【００６９】本実施の形態では、速度センサ８が正常時には、その検出速度を用いて速応性に優れた有速度センサ制御部１１によりインバータ装置６を制御し、全ての速度センサ８が故障時には、制御応答の劣化よりも電気車の正常運転継続を優先的に考慮して、速度センサレス制御部１２にインバータ装置６の制御を切り換えて、該当インバータ装置６群の運転を継続することができる。
【００７０】これにより、速度センサ８故障時の冗長性を向上することが可能となる。
【００７１】一方、上記故障した全ての速度センサ８を交換することにより、故障検知部１０による全ての速度センサ８の故障の検知が解除されるため、インバータ装置６の制御モードは、速度センサレス制御部１２側から有速度センサ制御部１１側に自動的に復帰させることができる。
【００７２】これにより、電気車の操作性を向上することが可能となる。
【００７３】上述したように、本実施の形態による個別インバータ制御方式の電気車制御装置では、速度センサ８が正常時には、その検出速度を用いて速応性に優れた有速度センサ制御モードによりインバータ装置６を制御し、速度センサ８が故障時には、制御応答の劣化よりも電気車の正常運転継続を優先的に考慮して、速度センサレス制御モードに切り換えて、該当する群のインバータ装置６の運転を継続するようにしているので、従来では動作停止させていたインバータ装置６を動作継続可能とすることができ、速度センサ８故障時の冗長性を向上することが可能となる。
【００７４】また、１台のインバータ装置で複数台の交流電動機を制御する集中インバータ制御方式とするようにしているので、従来では、１台の速度センサ８が故障した場合には、残りの正常な速度センサ８から制御に使用する基準速度を算出してインバータ装置６を駆動するが、全ての速度センサ８が故障して検出速度が得られなくなったような場合には、インバータ装置６は動作不可能となるが、この場合にインバータ装置６の制御モードを速度センサレス制御モードに切り換えることで、インバータ装置６の運転を継続して行なうことが可能となる。
【００７５】さらに、全ての速度センサ８が故障から復帰したことが検知された場合に、インバータ装置６の制御モードを、速度センサレス制御モードから有速度センサ制御モードに切り換えて、インバータ装置６の制御を行なうようにしているので、全ての速度センサ８の故障状態が解除すると、自動的に復帰させることができ、電気車の操作性を向上することが可能となる。
【００７６】（第３の実施の形態：請求項６に対応）図５は、本実施の形態による電気車制御装置の構成例を示す制御ブロック図であり、図１と同一部分には同一符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる部分についてのみ述べる。
【００７７】すなわち、図５に示すように、本実施の形態による電気車制御装置は、前記図１における故障検知部１０を省略し、これに代えて新たに、運転台または電気車編成からの指令手段２１を備えた構成としている。
【００７８】運転台または電気車編成からの指令手段２１は、運転台または電気車編成から必要に応じて、インバータ装置６の制御モードの切り換え／復帰の指令を前記制御切り換え部１３に対して与えるものである。
【００７９】これにより、前記実施の形態では、故障検知部１０により制御切り換え部１３を動作させていたのを、インバータ装置６の制御モードの切り換え／復帰の動作を、運転台または電気車編成からの指令により行なうようにしている。
【００８０】次に、以上のように構成した本実施の形態による電気車制御装置の動作について説明する。
【００８１】なお、図１と同一部分の動作についてはその説明を省略し、ここでは異なる部分の動作についてのみ述べる。
【００８２】図５において、運転台または電気車編成からの指令手段２１により、運転台または電気車編成から必要に応じて、インバータ装置６の制御モードの切り換え／復帰の指令が制御切り換え部１３に与えられる。
【００８３】すると、制御切り換え部１３により、有速度センサ制御部１１側から速度センサレス制御部１２側へのインバータ装置６の制御モードの切り換え、または速度センサレス制御部１２側から有速度センサ制御部１１側へのインバータ装置６の制御モードの復帰が行なわれる。
【００８４】これにより、速度センサ８の故障に限らず、任意にインバータ装置６の制御モードの切り換え、復帰を行なうことが可能となるため、制御モード試験時等に故障動作させることなく、制御状態による動作の確認試験を容易にすることができ、メンテナンス性を向上することができる。
【００８５】（変形例）本実施の形態では、故障検知部１０を省略し、これに代えて運転台または電気車編成からの指令手段２１を備えた構成としているが、これに限らず、故障検知部１０、および運転台または電気車編成からの指令手段２１の両方を備えて、故障検知部１０による速度センサ８の故障検知の有無により、あるいは運転台または電気車編成からの指令手段２１からの指令により、制御切り換え部１３で有速度センサ制御部１１側または速度センサレス制御部１２側の切り換えを行なうようにしてもよいことは言うまでもない。
【００８６】上述したように、本実施の形態による電気車制御装置では、速度センサ８の故障に限らず、任意にインバータ装置６の制御モードの切り換え／復帰を行なうことができ、制御モード試験時等に故障動作させることなく、機能確認ができ、メンテナンス性を向上することが可能となる。
【００８７】（第４の実施の形態：請求項７に対応）図６は、本実施の形態による電気車制御装置の構成例を示す制御ブロック図であり、図１と同一部分には同一符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる部分についてのみ述べる。
【００８８】すなわち、図６に示すように、本実施の形態による電気車制御装置は、前記図１に、運転台への表示指令手段３１と、電気車のメンテナンスエ場指令手段３２とを付加した構成としている。
【００８９】運転台への表示指令手段３１は、速度センサ８の故障時に当該速度センサ８からの検出速度を用いない速度センサレス制御状態であることを、電気車の運転台へ表示するものである。
【００９０】電気車のメンテナンスエ場指令手段３２は、速度センサ８の故障時に当該速度センサ８からの検出速度を用いない速度センサレス制御状態であることを、電気車のメンテナンス所へ指令するものである。
【００９１】次に、以上のように構成した本実施の形態による電気車制御装置の動作について説明する。
【００９２】なお、図１と同一部分の動作についてはその説明を省略し、ここでは異なる部分の動作についてのみ述べる。
【００９３】図６において、速度センサ８の故障時に、インバータ装置６の制御モードが、検出速度を用いる有速度センサ制御状態から検出速度を用いない速度センサレス制御状態であることが、運転台への表示指令手段３１、および電気車のメンテナンスエ場指令手段３２により、電気車の運転台、および電気車のメンテナンスエ場（または指令所）に指令される。
【００９４】これにより、運転台への表示指令手段３１により、電気車の運転台にその旨の制御状態を表示することが可能となり、さらに電気車のメンテナンスエ場指令手段３２により、電気車のメンテナンス工場においては速度センサ８の部品および交換作業を事前に準備することが可能となる。
【００９５】このため、例えば速度センサ８の故障後に、速度センサレス制御モードで営業運転を行なっている間に、速度センサ８および工場の交換準備を行ない、営業終了後に、メンテナンス工場にて、速やかに交換作業を行なうことができ、速度センサ８の交換までの時間を短縮することができる。
【００９６】上述したように、本実施の形態による電気車制御装置では、制御状態をガイダンス表示して運転状態を明確にすることができ、さらにメンテナンス工場へも連絡することで、速度センサ８の部品の交換準備、段取り作業を、電気車運行に影響することなく行なうことができ、電気車のメンテナンス性を向上することが可能となる。
【００９７】（第５の実施の形態：請求項８に対応）図７は、本実施の形態による電気車制御装置の構成例を示す制御ブロック図であり、図１と同一部分には同一符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる部分についてのみ述べる。
【００９８】すなわち、図７に示すように、本実施の形態による電気車制御装置は、前記図１に、他の速度検出部４１を付加した構成としている。
【００９９】速度検出部４１は、電気車編成間の速度センサの信号から速度を検出するものである。
【０１００】故障検知部１０は、前記速度検出部９からの検出速度の信号を、速度検出部４１からの検出速度の信号と比較し、当該結果検出速度の信号が、入力されないか、または他の検出速度の信号と大きな偏差があることにより、速度センサ８の故障を検知するようにしている。
【０１０１】次に、以上のように構成した本実施の形態による電気車制御装置の動作について説明する。
【０１０２】なお、図１と同一部分の動作についてはその説明を省略し、ここでは異なる部分の動作についてのみ述べる。
【０１０３】図７において、故障検知部１０では、前記速度センサ８の信号から速度検出部９により検出した速度信号と、電気車編成間の速度センサの信号から速度検出部４１により検出した速度信号とが比較される。
【０１０４】その結果、速度検出部９からの速度信号が、入力されないか、または他の速度信号と大きな偏差があることで、速度センサ８の故障が検知される。
【０１０５】すると、故障検知部１０が速度センサ８の故障を検知したことで、制御切り換え部１３により、有速度センサ制御部１１側から速度センサレス制御部１２側に、インバータ装置６の制御モードを切り換えることにより、インバータ装置６の運転を継続して行なうことができる。
【０１０６】すなわち、同電気車編成の場合には、同じ速度で走行するため、電気車編成内の速度センサの出力速度と比較することで、速度センサの信号が、これまでの出力されないだけでなく、車輪径差以上の速度偏差異常となった場合等、出力した状態の故障も検出できるため、速度センサ８の故障の検出精度を高くして、速度センサ８の故障をより一層確実に検知できるようになり、信頼性を向上することができる。
【０１０７】上述したように、本実施の形態による電気車制御装置では、速度センサ８の故障をより一層確実に検知できるようになり、信頼性を向上することが可能となる。
【０１０８】（第６の実施の形態：請求項９に対応）図８は、本実施の形態による電気車制御装置の構成例を示す制御ブロック図であり、図１と同一部分には同一符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる部分についてのみ述べる。
【０１０９】すなわち、図８に示すように、本実施の形態による電気車制御装置は、前記図１に、他の速度検出部５４を付加した構成としている。
【０１１０】速度検出部５４は、電気車編成内の速度計５１、ブレーキ装置５２、保安機器５３等の電気車制御装置以外の装置のいずれかの速度を検出するものである。
【０１１１】故障検知部１０は、前記速度検出部９からの検出速度の信号を、速度検出部５４からの検出速度の信号と比較し、当該結果検出速度の信号が、入力されないか、または他の検出速度の信号と大きな偏差があることにより、速度センサ８の故障を検知するようにしている。
【０１１２】次に、以上のように構成した本実施の形態による電気車制御装置の動作について説明する。
【０１１３】なお、図１と同一部分の動作についてはその説明を省略し、ここでは異なる部分の動作についてのみ述べる。
【０１１４】図８において、故障検知部１０では、速度センサ８の信号から速度検出部９により検出した速度信号と、電気車編成内の速度計５１、ブレーキ装置５２、保安機器５３等の電気車制御装置以外の装置のいずれかの信号から速度検出部５４により検出した速度信号とが比較される。
【０１１５】その結果、速度検出部９からの速度信号が、入力されないか、または他の速度信号と大きな偏差があることで、速度センサ８の故障が検知される。
【０１１６】すると、故障検知部１０が速度センサ８の故障を検知したことで、制御切り換え部１３により、有速度センサ制御部１１側から速度センサレス制御部１２側に、インバータ装置６の制御モードを切り換えることにより、インバータ装置６の運転を継続して行なうことができる。
【０１１７】すなわち、この場合にも、前述した第５の実施の形態の場合と同様に、電気車編成内の速度情報が多く得られるため、速度センサ８の故障の検出精度を高くして、速度センサ８の故障をより一層確実に検知できるようになり、信頼性を向上することができる。
【０１１８】上述したように、本実施の形態による電気車制御装置では、速度センサ８の故障をより一層確実に検知できるようになり、信頼性を向上することが可能となる。
【０１１９】（その他の実施の形態）尚、本発明は、上記各実施の形態に限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で、種々に変形して実施することが可能である。例えば、上記各実施の形態では、電気車駆動用の交流電動機７としては、誘導電動機を用いる場合について説明したが、これに限らず、交流電動機７として同期電動機を用いる場合においても、前述の場合と同様な作用効果を得ることが可能である。
【０１２０】また、各実施の形態は可能な限り適宜組合わせて実施してもよく、その場合には組合わせた作用効果を得ることができる。さらに、上記各実施の形態には種々の段階の発明が含まれており、開示される複数の構成要件における適宜な組合わせにより、種々の発明を抽出することができる。例えば、実施の形態に示される全構成要件から幾つかの構成要件が削除されても、発明が解決しようとする課題の欄で述べた課題（の少なくとも一つ）が解決でき、発明の効果の欄で述べられている効果（の少なくとも一つ）が得られる場合には、この構成要件が削除された構成を発明として抽出することができる。【０１２１】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の電気車制御装置によれば、電気車の速度を検出する速度検出手段が故障した場合に、インバータ装置の制御モードを、速度検出手段からの検出速度を用いた有センサ制御モードから、速度検出手段からの検出速度を用いない速度センサレス制御モードに切り換えるようにしているので、従来では動作停止させていたインバータ装置を動作継続することができ、速度検出手段故障時の冗長性を向上することが可能となる。
【０１２２】また、本発明の電気車制御装置によれば、速度検出手段の故障をより一層確実に検知できるようになり、信頼性を向上することが可能となる。
【０１２３】さらに、本発明の電気車制御装置によれば、速度検出手段の故障状態が解除すると、自動的に復帰させることができ、電気車の操作性を向上することが可能となる。
【０１２４】また、本発明の電気車制御装置によれば、速度検出手段の故障に限らず、任意にインバータ装置の制御モードの切り換え／復帰を行なうことができ、制御モード試験時等に故障動作させることなく、機能確認ができ、メンテナンス性を向上することが可能となる。
【０１２５】さらに、本発明の電気車制御装置によれば、制御状態をガイダンス表示して運転状態を明確にすることができ、さらにメンテナンス工場へも連絡することで、速度検出手段の部品の交換準備、段取り作業を、電気車運行に影響することなく行なうことができ、電気車のメンテナンス性を向上することが可能となる。
【出願人】 【識別番号】０００００３０７８
【氏名又は名称】株式会社東芝
【住所又は居所】東京都港区芝浦一丁目１番１号
【出願日】 平成１４年３月７日（２００２．３．７）
【代理人】 【識別番号】１０００５８４７９
【弁理士】
【氏名又は名称】鈴江 武彦 （外６名）
【公開番号】 特開２００３−２６４９０１（Ｐ２００３−２６４９０１Ａ）
【公開日】 平成１５年９月１９日（２００３．９．１９）
【出願番号】 特願２００２−６２５０８（Ｐ２００２−６２５０８）