| 【発明の名称】 |
鉄道車両駆動用リニア誘導電動機の制御装置 |
| 【発明者】 |
【氏名】清水 秀幸
【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
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| 【要約】 |
【課題】リニア誘導電動機の等価回路パラメータの変化に対応して、常に電流フィードバック制御の最適な制御ゲインが得、リニア誘導電動機を安定に制御する。
【解決手段】リニア誘導電動機のすべりがゼロで制御される期間の電力変換装置の出力電圧および出力電流から電流フィードバック制御ゲインを求める。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 リニア誘導電動機を駆動源とし、前記リニア誘導電動機を電力変換装置によって駆動する鉄道車両駆動用のリニア誘導電動機の制御装置において、前記リニア誘導電動機に電力を供給する電力変換装置の出力電流指令値を演算して出力する電流指令演算手段と、前記電力変換装置の出力電流をフィードバックして、前記出力電流指令値に対して電流フィードバック制御演算によって前記電力変換装置の出力電圧を調整する電流制御手段と、前記リニア誘導電動機のすべりがゼロで制御される期間の前記電力変換装置の出力電圧および出力電流に基づいて、前記電流フィードバック制御演算用のゲインを演算して出力するゲイン演算手段と、を備えて成ることを特徴とするリニア誘導電動機の制御装置。
【請求項２】 前記請求項１に記載の鉄道車両駆動用リニア誘導電動機の制御装置において、前記電流指令演算手段としては、前記電力変換装置の動作開始時に、任意の期間、前記リニア誘導電動機のすべりがゼロとなるような出力電流指令値を演算して出力するようにしたことを特徴とする鉄道車両駆動用リニア誘導電動機の制御装置。
【請求項３】 前記請求項１に記載の鉄道車両駆動用リニア誘導電動機の制御装置において、前記電流指令演算手段としては、前記電力変換装置の動作開始時に、任意の期間、前記リニア誘導電動機のすべりがゼロとなるような出力電流指令値を演算すると共に、当該出力電流指令値の大きさを制限して出力するようにしたことを特徴とする鉄道車両駆動用リニア誘導電動機の制御装置。
【請求項４】 前記請求項１に記載の鉄道車両駆動用リニア誘導電動機の制御装置において、前記ゲイン演算手段としては、前記電流フィードバック制御ゲインの演算値を所定値内に制限する手段を有することを特徴とする鉄道車両駆動用リニア誘導電動機の制御装置。
【請求項５】 前記請求項１に記載の鉄道車両駆動用リニア誘導電動機の制御装置において、前記電流制御手段としては、フィードフォワード電圧を演算して前記リニア誘導電動機の誘起電圧をあらかじめ補償する手段を有することを特徴とする鉄道車両駆動用リニア誘導電動機の制御装置。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、鉄道車両駆動用のリニア誘導電動機の制御装置に係り、特にリニア誘導電動機の１次側コイルと２次側リアクションプレートとの間の空隙の変化や、２次側リアクションプレートのバックアイアンの材質、１次側コイルの温度によって変化する等価回路パラメータに対応して、リニア誘導電動機の電流フィードバック制御の安定性の低下を抑制し、最適な電流制御応答を維持してリニア誘導電動機を安定に制御できるようにした鉄道車両駆動用リニア誘導電動機の制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】図４は駆動用電動機としてリニア誘導電動機を適用した鉄道車両の駆動システムの構成例を示す概要図である。
【０００３】図４に示すように、本駆動システムは、車両の駆動用電動機としてリニア誘導電動機を有している。
【０００４】そして、台車３０に取り付けられたリニア誘導電動機の１次側コイル３に、電力変換装置から三相交流電流が供給されることによって、軌道に設置されたリニア誘導電動機の２次側リアクションプレート４との間に推進力を発生して、車両の駆動力を得るシステムである。
【０００５】車両重量は、車輪６にて支持されるが、通常の鉄道車両と異なり、車輪６自体が推進力を伝達するものではない。
【０００６】また、車軸には、速度検出器５が備えられ、車輪６の回転数を検出するようにしている。
【０００７】図５は、従来の鉄道車両用のリニア誘導電動機の制御装置の全体構成例を示すブロック図である。
【０００８】図５に示すように、リニア誘導電動機の１次側コイル３に三相交流電流を供給する電力変換装置１は、架線８から集電器７を介して供給される電源の直流電圧を三相交流電圧に変換する機能を有しており、一般にインバータと称されている。
【０００９】また、電力変換装置１の直流入力側には、フィルタコンデンサ１１が接続されている。
【００１０】さらに、電力変換装置１の３相交流出力側には、リニア誘導電動機の１次側コイル３が接続され、電力変換装置１からＵ相電流Ｉｕ、Ｖ相電流Ｉｖ、Ｗ相電流Ｉｗがそれぞれ供給される。
【００１１】また、この時、リニア誘導電動機の各端子には、線間電圧Ｖｕｖ、Ｖｕｗ、Ｖｗｕが印加されている。
【００１２】リニア誘導電動機の１次側コイル３に供給されている３相電流のうち、少なくとも２相の電流を電流検出器１２によって検出して制御部２に入力し、当該制御部２にてリニア誘導電動機内部の磁界に同期したｄｑ軸座標系のｄ軸電流Ｉｄおよびｑ軸電流Ｉｑに座標変換する。
【００１３】図６は、図５に示す従来の鉄道車両用のリニア誘導電動機の制御装置における制御部２の構成例を示すブロック図である。
【００１４】図６に示すように、電流指令演算部１６は、リニア誘導電動機の磁束指令値φRefおよび推進力指令値TorqRefを入力として、ｄ軸電流指令値ＩdRefとｑ軸電流指令値ＩdRefとすべり角周波数ωｓとを演算して出力する。
【００１５】
【数１】
【００１６】ここで、Ｍ、ｌ２、Ｒ２は、図８に示すリニア誘導電動機の等価回路における等価回路パラメータである。
【００１７】ロータ角周波数演算部１９は、速度検出器５からの出力である車輪の回転数ωを入力として、リニア誘導電動機のロータ角周波数ωｒを、下記の（２）式により演算して出力する。
【００１８】ωr＝K×ω ・・・・・・・・・（２）
ωr：ロータ角周波数K：車輪回転数−ロータ角周波数変換係数インバータ出力角周波数（１次角周波数）ωｌは、下記の（３）式で求められる。
【００１９】ωl＝ωr＋ωs ・・・・・・・・・（３）
ωl：インバータ出力角周波数ωr：ロータ角周波数ωs：すべり角周波数位相角演算部２０は、インバータ角周波数ωｌを時間積分して、位相角θを演算して出力する。
【００２０】座標変換部１７は、電流検出器１２からの出力であるＵ相電流ＩｕおよびＷ相電流Ｉｗと、前記位相角演算部２０からの出力である位相角θとを入力として、下記の（４）式の演算を行なって、インバータ出力電流のｄ軸電流Ｉｄおよびｑ軸電流Ｉｑを出力する。
【００２１】
【数２】
I u Ｕ相電流I v Ｖ相電流I w Ｗ相電流I a ２相変換後ａ相電流I b ２相変換後ｂ相電流I d ｄ軸電流I q ｑ軸電流θ 位相角電流制御演算部１８は、前記電流指令演算部１６からの出力であるｄ軸電流指令値ＩdRefおよびｑ軸電流指令値ＩqRefと、座標変換部１７からの出力であるインバータ出力電流のｄ軸電流Ｉｄおよびｑ軸電流Ｉｑとを入力として、電流フィードバック制御の比例・積分演算によって、インバータ出力電圧のｄ軸電圧Ｖｄおよびｑ軸電圧Ｖｑを出力する（（５）式）。
【００２２】すなわち、この場合、比例・積分演算によって、ｄ軸電流指令値ＩdRef、ｑ軸電流指令値ＩqRefに対して、実際のｄ軸電流Ｉｄ、ｑ軸電流Ｉｑが一致するように、ｄ軸電圧Ｖｄ、ｑ軸電圧Ｖｑが調整される。
【００２３】
【数３】
【００２４】相電圧指令演算部２１は、ｄ軸電圧Ｖｄ、ｑ軸電圧Ｖｑ、位相角θ、フィルタコンデンサ電圧Ｖdcを入力として、各相の電圧指令値であるＵ相電圧指令値Ｖｕ、Ｖ相電圧指令値Ｖｖ、Ｗ相電圧指令値Ｖｗを出力する。
【００２５】ゲート信号発生部２３は、相電圧指令演算部２１からの出力であるＵ相電圧指令値Ｖｕ、Ｖ相電圧指令値Ｖｖ、Ｗ相電圧指令値Ｖｗとを入力として、電力変換装置１（インバータ）のスイッチング素子１４Ｕ〜１４ＺへのＰＷＭゲート信号を発生して出力する。
【００２６】なお、上述した各相の電圧指令値であるＵ相電圧指令値Ｖｕ、Ｖ相電圧指令値Ｖｖ、Ｗ相電圧指令値Ｖｗの演算、およびＰＷＭ制御については、周知の技術であるので、ここではその詳細な説明を省略する。
【００２７】
【発明が解決しようとする課題】ところで、以上のようなリニア誘導電動機では、車体３１または台車３０に搭載された１次側コイル３と、地上（軌道）に設置された２次側リアクションプレート４との間に推進力が発生して、車両の駆動源となる。
【００２８】この１次側コイル３と２次側リアクションプレート４との間の空隙は、例えば５ミリメートルから１０ミリメートル程度に設計される。
【００２９】しかしながら、１次側コイル３と２次側リアクションプレート４との間の空隙は、車体３１の重量（荷重）の変化や、２次側リアクションプレート４の設置誤差等のために、一定とはならず、実際には数ミリメートルの範囲で変動する。
【００３０】図７は、２次側リアクションプレートの構成例を示す概要図である。
【００３１】図７に示すように、２次側リアクションプレート４は、推進力を発生する過電流を流すための非磁性体（アルミニウムや銅）製のプレート４ａと、１次側コイル３から誘起される磁束を通し易くするための磁性体（鉄等）製のバックアイアン４ｂとから構成される。
【００３２】このバックアイアン４ｂの材質や厚みは、路線（レール）９全体で同一とは限らず、路線９の区間によってバックアイアン４ｂの材質や厚みの異なる２次側リアクションプレート４が設置される場合がある。
【００３３】そして、この１次側コイル３と２次側リアクションプレート４との空隙や、２次側リアクションプレート４のバックアイアン４ｂが変化すると、リニア誘導電動機の特性、すなわち図８に示すようなリニア誘導電動機の等価回路における等価回路パラメータが変化する。
【００３４】そこで、リニア誘導電動機を安定に制御するためには、電流フィードバック制御が有効である。
【００３５】また、制御される実際の電流の制御応答が速く、かつ実際の電流が指令値に対してオーバーシュートを生じないことが望ましい。
【００３６】そして、電流フィードバック制御を安定に行なうためには、実際の電流の応答（電流指令値に対する追従）が１次遅れとなるように、制御ゲインが選定される。
【００３７】図９は、リニア誘導電動機の電圧と電流をベクトルで表わし、２次磁束の方向の電圧をＶｄ、電流をＩｄ、また２次磁束と直交する方向の電圧をＶｑ、電流をＩｑと表現した場合の、リニア誘導電動機のｄｑ軸等価回路を示すブロック図である。
【００３８】なお、図９に示すブロックは、リニア誘導電動機の場合にも、回転形誘導電動機の場合にも同様である。
【００３９】図９に示すように、電流フィードバック制御は、誘導電動機の等価回路ブロックの「１／（Ｒ１＋ｐσＬ１）」の項に対して１次遅れ応答となるように、比例・積分演算で構成される。
【００４０】ここで、比例・積分演算において、比例ゲインＧｐが小さすぎ、積分ゲインＧｉが大きすぎる場合には、電流指令値の変化に対して電流の応答がオーバーシュートする。
【００４１】また、比例ゲインＧｐが大きすぎ、積分ゲインが小さすぎる場合には、電流の応答が１次遅れとならず、かつ電流指令値への収束が遅くなり、電流制御の安定には望ましくない電流制御応答になる（図１０）。
【００４２】前述の（５）式で示した比例・積分演算の場合、その比例ゲインＧｐ、および積分ゲインＧｉは、下記の（６）式で求められる。
【００４３】
【数４】
【００４４】ここで、上記の（６）式から、比例ゲインＧｐの最適値は、誘導電動機の相互インダクタンスＭと漏れインダクタンスｌに関係し、積分ゲインＧｉは、誘導電動機の１次抵抗Ｒ１に関係することがわかる。
【００４５】鉄道車両駆動用のリニア誘導電動機では、等価回路の相互インダクタンスＭが、１次側コイル３と２次側リアクションプレート４との間の空隙の変化、または２次側リアクションプレート４のバックアイアン４ｂの材質によって変化する。
【００４６】また、１次抵抗Ｒ１は、１次側コイル３の温度によって変化する。
【００４７】従って、電流フィードバック制御を安定して行なうためには、比例ゲインＧｐと積分ゲインＧｉは、常に上記の（６）式の値（最適値）であることが望ましい。
【００４８】しかしながら、従来の鉄道車両駆動用のリニア誘導電動機の制御装置においては、リニア誘導電動機の等価回路パラメータの変化を正確に把握できないことから、比例ゲインＧｐと積分ゲインＧｉは、予想される等価回路パラメータの変動範囲内で一定の値に設定されている。
【００４９】すなわち、車両の走行に伴なって逐次変化するリニア誘導電動機の等価回路パラメータに対して、常に安定に制御するための最適な電流フィードバック制御ゲインを得ることができない。
【００５０】その結果、リニア誘導電動機を安定に制御することが難しい。
【００５１】本発明の目的は、リニア誘導電動機を駆動源とする鉄道車両の制御装置において、リニア誘導電動機の１次側コイルと２次側リアクションプレートとの間の空隙の変化や、２次側リアクションプレートのバックアイアンの材質、１次側コイルの温度によって変化する等価回路パラメータに対応して、リニア誘導電動機の電流フィードバック制御の安定性の低下を抑制し、最適な電流制御応答を維持してリニア誘導電動機を安定に制御することが可能な鉄道車両駆動用リニア誘導電動機の制御装置を提供することにある。
【００５２】
【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、リニア誘導電動機を駆動源とし、リニア誘導電動機を電力変換装置によって駆動する鉄道車両駆動用のリニア誘導電動機の制御装置において、リニア誘導電動機に電力を供給する電力変換装置の出力電流指令値を演算して出力する電流指令演算手段と、電力変換装置の出力電流をフィードバックして、出力電流指令値に対して電流フィードバック制御演算によって電力変換装置の出力電圧を調整する電流制御手段と、リニア誘導電動機のすべりがゼロで制御される期間の電力変換装置の出力電圧および出力電流に基づいて、上記電流フィードバック制御演算用のゲインを演算して出力するゲイン演算手段とを備えている。
【００５３】従って、請求項１に対応する発明の鉄道車両駆動用リニア誘導電動機の制御装置においては、リニア誘導電動機のすべりがゼロで制御される期間の電力変換装置の出力電圧および出力電流から電流フィードバック制御ゲインを求めることにより、リニア誘導電動機の１次側コイルと２次側リアクションプレートとの間の空隙の変化や、２次側リアクションプレートのバックアイアンの材質の変化、また１次側コイルの温度変化に伴なうリニア誘導電動機の等価回路パラメータの変化に対応して、常に電流フィードバック制御の最適なゲインが得られるため、リニア誘導電動機を安定に制御することができる。
【００５４】また、請求項２に対応する発明では、上記請求項１に対応する発明の鉄道車両駆動用リニア誘導電動機の制御装置において、電流指令演算手段としては、電力変換装置の動作開始時に、任意の期間、リニア誘導電動機のすべりがゼロとなるような出力電流指令値を演算して出力するようにしている。
【００５５】従って、請求項２に対応する発明の鉄道車両駆動用リニア誘導電動機の制御装置においては、電力変換装置の動作開始時に、任意の期間、リニア誘導電動機のすべりがゼロとなるような出力電流指令値を演算することにより、前述したリニア誘導電動機の等価回路パラメータの変化に対応して、常に電流フィードバック制御の最適なゲインが得られるため、リニア誘導電動機をより一層安定に制御することができる。
【００５６】さらに、請求項３に対応する発明では、上記請求項１に対応する発明の鉄道車両駆動用リニア誘導電動機の制御装置において、電流指令演算手段としては、電力変換装置の動作開始時に、任意の期間、リニア誘導電動機のすべりがゼロとなるような出力電流指令値を演算し、かつ当該出力電流指令値の大きさを制限して出力するようにしている。
【００５７】従って、請求項３に対応する発明の鉄道車両駆動用リニア誘導電動機の制御装置においては、電力変換装置の動作開始時に、任意の期間、リニア誘導電動機のすべりがゼロとなるような出力電流指令値を演算し、かつ当該出力電流指令値の大きさを制限することにより、前述したリニア誘導電動機の等価回路パラメータの変化に対応して、常に電流フィードバック制御の最適なゲインが得られるため、リニア誘導電動機をより一層安定に制御することができる。
【００５８】また、請求項４に対応する発明では、上記請求項１に対応する発明の鉄道車両駆動用リニア誘導電動機の制御装置において、ゲイン演算手段としては、電流フィードバック制御ゲインの演算値を所定値内に制限する手段を有するものとしている。
【００５９】従って、請求項４に対応する発明の鉄道車両駆動用リニア誘導電動機の制御装置においては、電流フィードバック制御ゲインの演算値を所定値内に制限することにより、前述したリニア誘導電動機の等価回路パラメータの変化に対応して、常に電流フィードバック制御の最適なゲインが得られるため、リニア誘導電動機をより一層安定に制御することができる。
【００６０】さらに、請求項５に対応する発明では、上記請求項１に対応する発明の鉄道車両駆動用リニア誘導電動機の制御装置において、電流制御手段としては、フィードフォワード電圧を演算してリニア誘導電動機の誘起電圧をあらかじめ補償する手段を有するものとしている。
【００６１】従って、請求項５に対応する発明の鉄道車両駆動用リニア誘導電動機の制御装置においては、フィードフォワード電圧を演算してリニア誘導電動機の誘起電圧をあらかじめ補償することにより、前述したリニア誘導電動機の等価回路パラメータの変化に対応して、常に電流フィードバック制御の最適なゲインが得られると共に、リニア誘導電動機の誘起電圧をあらかじめ補償して、リニア誘導電動機をより一層安定に制御することができる。
【００６２】
【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。
【００６３】（第１の実施の形態）図１は、本実施の形態による鉄道車両用のリニア誘導電動機の制御装置における制御部２の構成例を示すブロック図であり、図６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。
【００６４】図１において、電流指令演算部１６は、前記リニア誘導電動機に電力を供給する電力変換装置１の出力電流指令値を演算して出力する。
【００６５】電流制御演算部１８は、電力変換装置１の出力電流をフィードバックして、出力電流指令値に対して電流フィードバック制御演算によって電力変換装置１の出力電圧を調整する。
【００６６】ゲイン演算手段２２は、リニア誘導電動機のすべりがゼロで制御される期間の電力変換装置の出力電圧および出力電流に基づいて、上記電流フィードバック制御演算用のゲインを演算して出力する。
【００６７】次に、以上のように構成した本実施の形態による鉄道車両駆動用リニア誘導電動機の制御装置の作用について説明する。
【００６８】図１において、電流指令演算部１６では、リニア誘導電動機の磁束指令値φRefと推進力指令値TorqRefとが入力され、前述の（１）式によって、ｄ軸電流指令値ＩdRefとｑ軸電流指令値ＩqRefとすべり角周波数ωｓとが演算されて出力される。
【００６９】ゲイン演算手段２２では、電流制御演算部１８からの出力であるｄ軸電圧Ｖｄおよびｑ軸電圧Ｖｑと、座標変換部１７からの出力であるインバータ出力電流のｄ軸電流Ｉｄおよびｑ軸電流Ｉｑと、ロータ角周波数演算部１９からの出力であるロータ角周波数ωｒと、磁束指令値φRefとが入力され、電流フィードバック制御ゲインである比例ゲインＧｐおよび積分ゲインＧｉが演算されて出力される。
【００７０】ここで、図８に示すリニア誘導電動機の等価回路図から、微分演算子ｐを含む過度成分項を除き、２次磁束に関してφ２＝φ2d、φ2q＝０が成立していると、リニア誘導電動機の電圧・電流方程式は、下記の（７）式で表わされる。
【００７１】
【数５】
【００７２】本実施の形態のように、電流フィードバック制御を行なっている場合には、２次磁束に関してφ２＝φ2d、φ2q＝０が成立している時、下記の（８）式が成立する。
【００７３】
【数６】
【００７４】リニア誘導電動機の「すべり」がゼロ、すなわちすべり角周波数ωｓがゼロ（ωｓ＝０）の時には、上記の（７）式からｑ軸電流Ｉｑ＝０となる。
【００７５】上記の（７）式に、上記の（８）式とＩｑ＝０とを代入すると、下記の（９）式が導かれる。
【００７６】
【数７】
【００７７】ゲイン演算手段２２では、上記の（９）式から導かれる下記の（１０）式と上記の（６）式とによって、比例ゲインＧｐおよび積分ゲインＧｉが演算されて出力される。
【００７８】
【数８】
【００７９】電流制御演算部１８では、電流指令演算部１６からの出力であるｄ軸電流指令値ＩdRefおよびｑ軸電流指令値ＩqRefと、座標変換部１７からの出力であるインバータ出力電流のｄ軸電流Iｄおよびｑ軸電流Ｉqと、ゲイン演算手段２２からの出力である比例ゲインＧｐおよび積分ゲインＧｉとが入力され、上記の（５）式の比例・積分演算によって、インバータ出力電圧のｄ軸電圧Ｖｄおよびｑ軸電圧Ｖｑが演算されて出力される。
【００８０】以上のような作用により、リニア誘導電動機の１次側コイル３と２次側リアクションプレート４との間の空隙の変化や、２次側リアクションプレート４のバックアイアン４ｂの材質の変化、または１次コイル３の温度変化に伴なうリニア誘導電動機の等価回路パラメータの変化に対応して、常に電流フィードバック制御の最適な制御ゲインが得られるため、リニア誘導電動機を安定に制御することができる。
【００８１】なお、その他の作用については、前述した図６に示す従来の鉄道車両用のリニア誘導電動機の制御装置における制御部２と同様であるので、ここではその説明を省略する。
【００８２】上述したように、本実施の形態による鉄道車両駆動用リニア誘導電動機の制御装置では、リニア誘導電動機のすべりがゼロで制御される期間の電力変換装置１の出力電圧および出力電流から電流フィードバック制御ゲインを求めるようにしているので、リニア誘導電動機の１次側コイルと２次側リアクションプレートとの間の空隙の変化や、２次側リアクションプレートのバックアイアンの材質の変化、また１次側コイルの温度変化に伴なうリニア誘導電動機の等価回路パラメータの変化に対応して、常に電流フィードバック制御の最適なゲインが得られるため、リニア誘導電動機を安定に制御することが可能となる。
【００８３】（変形例１）上記第１の実施の形態では、ゲイン演算手段２２の入力であるｄ軸電圧Ｖｄおよびｑ軸電圧Ｖｑとしては、電流制御演算部１８からの出力を用いているが、これに限らず、電力変換装置１の三相出力回路に電圧検出器を設置することにより、線間電圧Ｖｕｖ、Ｖｖｗ、Ｖｗｕのうちの少なくとも２つを直接検出して、前記座標変換部１７と同様な座標変換によって、ｄ軸電圧Ｖｄおよびｑ軸電圧Ｖｑを求めるようにしてもよい。
【００８４】（変形例２）上記第１の実施の形態では、電流指令演算部１６においてリニア誘導電動機の相互インダクタンスＭを演算に用いているが、これに限らず、このリニア誘導電動機の相互インダクタンスＭは、あらかじめ設定した値の場合でも、制御部２にリニア誘導電動機の相互インダクタンスＭの変化を補償する機能を付与した場合においても、本発明の特徴であるゲイン演算手段２２の作用は、上記第１の実施の形態の場合と同様である。
【００８５】（変形例３）上記第１の実施の形態では、リニア誘導電動機の２次側リアクションプレート４のプレート４ａの材質によって、リニア誘導電動機の等価回路パラメータの２次抵抗Ｒ２が異なることが一般的に知られているが、２次抵抗Ｒ２が変化する場合の例については説明していない。
【００８６】しかし、上記制御部２に、この２次抵抗Ｒ２の変化を補償する機能を付与した場合においても、本発明の特徴であるゲイン演算手段２２の作用は、上記第１の実施の形態の場合と同様である。
【００８７】（第２の実施の形態）本実施の形態による鉄道車両用のリニア誘導電動機の制御装置は、前述した図１に示す第１の実施の形態による鉄道車両用のリニア誘導電動機の制御装置の制御部２において、前記電流指令演算部１６として、電力変換装置（インバータ）１の動作開始時に、任意の期間、リニア誘導電動機のすべりがゼロとなるような出力電流指令値を演算して出力する手段を付加した構成としている。
【００８８】次に、以上のように構成した本実施の形態による鉄道車両駆動用リニア誘導電動機の制御装置の作用について、図２に示すタイムチャート図を参照して説明する。
【００８９】なお、図１と同一部分の作用についてはその説明を省略し、ここでは異なる部分の作用についてのみ述べる。
【００９０】電流指令演算部１６では、電力変換装置（インバータ）１の動作開始（インバータゲートスタート）時に、あらかじめ設定した任意の期間Ｔ１に、下記の（１１）式によってｄ軸電流指令値ＩdRefおよびｑ軸電流指令値ＩqRefが演算されて出力される。
【００９１】
【数９】
【００９２】また、あらかじめ設定した任意の期間Ｔ１が経過した後は、前記の（１）式によってｄ軸電流指令値ＩdRefおよびｑ軸電流指令値ＩqRefが演算されて出力される。
【００９３】なお、ｄ軸電流指令値ＩdRefおよびｑ軸電流指令値ＩqRefは、その変化をステップ状（図２（ａ）の例１）としても、乗り心地を考慮して変化率制限（図２（ｂ）の例２）等を設けた場合においても、本発明の特徴である電流指令演算部１６において、Ｔ１の任意の期間、リニア誘導電動機のすべりがゼロとなる出力電流指令値を演算する作用は同様である。
【００９４】ゲイン演算手段２２では、電流制御演算部１８からの出力であるｄ軸電圧Ｖｄおよびｑ軸電圧Ｖｑと、座標変換部１７からの出力であるインバータ出力電流のｄ軸電流Ｉｄおよびｑ軸電流Ｉｑと、ロータ角周波数演算部１９からの出力であるロータ角周波数ωｒと、磁束指令値φRefとが入力され、リニア誘導電動機のすべりがゼロの任意の期間Ｔ１において、前述した第１の実施の形態の場合と同様に、電流フィードバック制御ゲインである比例ゲインＧｐおよび積分ゲインＧｉが演算されて出力される。
【００９５】上述したように、本実施の形態による鉄道車両駆動用リニア誘導電動機の制御装置では、電力変換装置１の動作開始時に、任意の期間、リニア誘導電動機のすべりがゼロとなるような出力電流指令値を演算するようにしているので、リニア誘導電動機の等価回路パラメータの変化に対応して、常に電流フィードバック制御の最適なゲインが得られるため、リニア誘導電動機をより一層安定に制御することが可能となる。
【００９６】（第３の実施の形態）本実施の形態による鉄道車両用のリニア誘導電動機の制御装置は、前述した図１に示す第１の実施の形態による鉄道車両用のリニア誘導電動機の制御装置の制御部２において、前記電流指令演算部１６として、電力変換装置（インバータ）１の動作開始時に、任意の期間、リニア誘導電動機のすべりがゼロとなるような出力電流指令値を演算すると共に、当該すべりがゼロとなる期間の出力電流指令値の大きさを制限して出力する手段を付加した構成としている。
【００９７】次に、以上のように構成した本実施の形態による鉄道車両駆動用リニア誘導電動機の制御装置の作用について説明する。
【００９８】なお、図１と同一部分の作用についてはその説明を省略し、ここでは異なる部分の作用についてのみ述べる。
【００９９】電流指令演算部１６では、前述した第２の実施の形態の場合と同様に、前記図２に示すように、電力変換装置（インバータ）１の動作開始（インバータゲートスタート）時に、あらかじめ設定した任意の期間Ｔ１に、前記の（１１）式によってｄ軸電流指令値ＩdRefおよびｑ軸電流指令値ＩqRefが演算されて出力される。
【０１００】この時、Ｔ１の任意の期間のｄ軸電流指令値ＩdRefは、次の演算によってあらかじめ設定された値Ｉlimtに制限される。
【０１０１】
I dRef≦I limitの時 ： I dRef=I dRefI dRef＞I limitの時 ： I dRef=I limitここで、I limit：あらかじめ設定した電流指令値の上限本電流指令演算部１６の機能によって、リニア誘導電動機のすべりがゼロで制御される期間に、電力変換装置（インバータ）１とリニア誘導電動機に過大な電流が流れるのを防止すると共に、すべりがゼロの場合に発生する１次側コイル３と２次側リアクションプレート４との間の過大な吸引力を防止することができる。
【０１０２】ゲイン演算手段２２では、電流制御演算部１８からの出力であるｄ軸電圧Ｖｄおよびｑ軸電圧Ｖｑと、座標変換部１７からの出力であるインバータ出力電流のｄ軸電流Ｉｄおよびｑ軸電流Ｉｑと、ロータ角周波数演算部１９からの出力であるロータ角周波数ωｒと、磁束指令値φRefとが入力され、リニア誘導電動機のすべりがゼロの任意の期間Ｔ１において、前述した第１の実施の形態の場合と同様に、電流フィードバック制御ゲインである比例ゲインＧｐおよび積分ゲインＧｉが演算されて出力される。
【０１０３】上述したように、本実施の形態による鉄道車両駆動用リニア誘導電動機の制御装置では、電力変換装置の動作開始時に、任意の期間、リニア誘導電動機のすべりがゼロとなるような出力電流指令値を演算し、かつ当該出力電流指令値の大きさを制限するようにしているので、リニア誘導電動機の等価回路パラメータの変化に対応して、常に電流フィードバック制御の最適なゲインが得られるため、リニア誘導電動機をより一層安定に制御することが可能となる。
【０１０４】（第４の実施の形態）本実施の形態による鉄道車両用のリニア誘導電動機の制御装置は、前述した図１に示す第１の実施の形態による鉄道車両用のリニア誘導電動機の制御装置の制御部２において、ゲイン演算手段２２として、前記電流フィードバック制御ゲインである比例ゲインＧｐおよび積分ゲインＧｉの演算値を所定値内に制限する手段を追加した構成としている。
【０１０５】次に、以上のように構成した本実施の形態による鉄道車両駆動用リニア誘導電動機の制御装置の作用について説明する。
【０１０６】なお、図１と同一部分の作用についてはその説明を省略し、ここでは異なる部分の作用についてのみ述べる。
【０１０７】ゲイン演算手段２２では、前記演算された電流フィードバック制御ゲインである比例ゲインＧｐおよび積分ゲインＧｉの値が所定値内に制限されて出力される。
【０１０８】
ＧｐLimitＬ≦Ｇｐ≦ＧｐLimitUの時 ： Ｇｐ＝ＧｐＧｐ＞ＧｐLimitUの時 ： Ｇｐ＝ＧｐLimitＵＧｐ＜ＧｐLimitLの時 ： Ｇｐ＝ＧｐLimitLＧｉLimitＬ≦Ｇｉ≦ＧｉLimitUの時 ： Ｇｉ＝ＧｉＧｉ＞ＧｉLimitUの時 ： Ｇｉ＝ＧｉLimitＵＧｉ＜ＧｉLimitLの時 ： Ｇｉ＝ＧｉLimitLここで、ＧｐLimitU：あらかじめ設定した比例ゲインＧｐの上限値ＧｐLimitL：あらかじめ設定した比例ゲインＧｐの下限値ＧｉLimitU：あらかじめ設定した積分ゲインＧｉの上限値ＧｉLimitL：あらかじめ設定した積分ゲインＧｉの下限値本ゲイン演算手段２２の機能によって、電流フィードバック制御ゲインである比例ゲインＧｐおよび積分ゲインＧｉの演算結果が、予想される所定値の範囲を逸脱した場合に制限を与えて、電流フィードバック制御が異常な動作となるのを防止することができる。
【０１０９】上述したように、本実施の形態による鉄道車両駆動用リニア誘導電動機の制御装置では、電流フィードバック制御ゲインである比例ゲインおよび積分ゲインの演算値を所定値内に制限するようにしているので、リニア誘導電動機の等価回路パラメータの変化に対応して、常に電流フィードバック制御の最適なゲインが得られるため、リニア誘導電動機をより一層安定に制御することが可能となる。
【０１１０】（第５の実施の形態）図３は、本実施の形態による鉄道車両用のリニア誘導電動機の制御装置における制御部２の構成例を示すブロック図であり、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。
【０１１１】すなわち、図３に示すように、本実施の形態による鉄道車両用のリニア誘導電動機の制御装置は、前記図１における電流制御手段１８に、フィードフォワード電圧を演算してリニア誘導電動機の誘起電圧をあらかじめ補償する手段を追加した構成としている。
【０１１２】次に、以上のように構成した本実施の形態による鉄道車両駆動用リニア誘導電動機の制御装置の作用について説明する。
【０１１３】なお、図１と同一部分の作用についてはその説明を省略し、ここでは異なる部分の作用についてのみ述べる。
【０１１４】電流制御手段１８では、電流指令演算部１６からの出力であるｄ軸電流指令値ＩdRefおよびｑ軸電流指令値ＩqRefと、座標変換部１７からの出力であるインバータ出力電流のｄ軸電流Ｉｄおよびｑ軸電流Ｉｑと、ゲイン演算手段２２からの出力である比例ゲインＧｐおよび積分ゲインＧｉと、１次角周波数ωｌとが入力され、インバータ出力電圧のｄ軸電圧Ｖｄおよびｑ軸電圧Ｖｑが演算されて出力される。
【０１１５】
【数１０】
ＶdFF ｄ軸フィードフォワード電圧ＶqFF ｑ軸フィードフォワード電圧Ｖd ｄ軸電圧Ｖq ｑ軸電圧Ｇp 比例ゲインＧi 積分ゲインｐ 微分演算子ＩdRef ｄ軸電流指令ＩqRef ｑ軸電流指令Ｉd ｄ軸電流Ｉq ｑ軸電流ωl １次角周波数φRef 磁束指令Ｒ1 １次抵抗ｌ1 １次漏れインダクタンスｌ2 ２次漏れインダクタンスＭ 相互インダクタンス本電流制御手段１８の機能によって、ｄ軸電流指令値ＩdRef、ｄ軸電流指令値ＩqRef、磁束指令値φRefから演算したフィードフォワード電圧によって、リニア誘導電動機の誘起電圧をあらかじめ補償して、電流フィードバック制御をより一層安定に行なうことができる。
【０１１６】上述したように、本実施の形態による鉄道車両駆動用リニア誘導電動機の制御装置では、フィードフォワード電圧を演算してリニア誘導電動機の誘起電圧をあらかじめ補償するようにしているので、リニア誘導電動機の等価回路パラメータの変化に対応して、常に電流フィードバック制御の最適なゲインが得られると共に、リニア誘導電動機の誘起電圧をあらかじめ補償して、リニア誘導電動機をより一層安定に制御することが可能となる。
【０１１７】（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。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。【０１１８】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の鉄道車両用リニア誘導電動機の制御装置によれば、リニア誘導電動機のすべりがゼロで制御される期間の電力変換装置の出力電圧および出力電流から電流フィードバック制御ゲイン（比例ゲインおよび積分ゲイン）を求めるようにしているので、リニア誘導電動機の１次側コイルと２次側リアクションプレートとの間の空隙の変化や、２次側リアクションプレートのバックアイアンの材質の変化、または１次コイルの温度変化に伴なうリニア誘導電動機の等価回路パラメータの変化に対応して、常に電流フィードバック制御の最適な制御ゲインが得られるため、リニア誘導電動機を安定に制御することが可能となる。
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| 【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
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| 【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）
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| 【公開番号】 |
特開２００３−２６４９０７（Ｐ２００３−２６４９０７Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１５年９月１９日（２００３．９．１９） |
| 【出願番号】 |
特願２００２−６２５１０（Ｐ２００２−６２５１０） |
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