特許 6703916 電気車制御装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6703916

(24)【登録日】2020年5月13日

(45)【発行日】2020年6月3日

(54)【発明の名称】電気車制御装置

(51)【国際特許分類】

   B60L 15/20 20060101AFI20200525BHJP

   H02P 21/20 20160101ALI20200525BHJP

【ＦＩ】

   B60L15/20 A

   B60L15/20 J

   H02P21/20

【請求項の数】9

【全頁数】17

(21)【出願番号】特願2016-160188(P2016-160188)

(22)【出願日】2016年8月17日

(65)【公開番号】特開2018-29435(P2018-29435A)

(43)【公開日】2018年2月22日

【審査請求日】2019年4月3日

(73)【特許権者】

【識別番号】000003115

【氏名又は名称】東洋電機製造株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100147485

【弁理士】

【氏名又は名称】杉村 憲司

(74)【代理人】

【識別番号】100161148

【弁理士】

【氏名又は名称】福尾 誠

(74)【代理人】

【識別番号】100163511

【弁理士】

【氏名又は名称】辻 啓太

(72)【発明者】

【氏名】高木 正志

【審査官】 清水 康

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１６−１２７７３９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−０６４９２６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００２−２７２１９７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭６１−２１０８０４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１１−０６９８９５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−２２９４０９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−１２９４５９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−１６７５４０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−１８５０７０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−２７３２７０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１２／０２２９０５８（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ６０Ｌ １／００ − ３／１２

Ｂ６０Ｌ ７／００ − １３／００

Ｂ６０Ｌ １５／００ − １５／４２

Ｂ６０Ｌ ５０／００ − ５８／４０

Ｈ０２Ｐ ２１／２０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

電気車を駆動する電動機を制御する電気車制御装置であって、
前記電動機に流れる電流を検出する電流検出器と、
前記電流検出器により検出された電流と、前記電動機への出力電圧を指示する電圧指令とに基づき前記電動機の回転速度を演算する速度演算部と、
前記速度演算部により演算された回転速度に基づき、前記電気車の後退を検知したか否かを示す後退検知信号を生成する車両後退検知部と、
前記電動機のすべり周波数指令を生成するすべり周波数指令生成部と、
前記速度演算部により演算された回転速度と、前記すべり周波数指令生成部により生成されたすべり周波数指令とを加算した周波数指令を生成する加算器と、
前記電動機の回転方向に応じて、前記加算器により生成された周波数指令を周波数制限した制限周波数指令を生成する周波数制限部と、
前記後退検知信号が後退未検知を示す場合には、トルク指令および磁束指令に基づき、所定の演算に従いトルク分電流指令および磁束分電流指令を生成し、前記後退検知信号が後退検知を示す場合には、前記所定の演算に従い生成されるトルク分電流指令および磁束分電流指令よりも前記電動機に流れる電流が増加するようなトルク分電流指令および磁束分電流指令を生成する電流指令制御部と、
前記周波数制限部により生成された制限周波数指令と、前記電流検出器により検出された電流と、前記電流指令制御部により生成されたトルク分電流指令および磁束分電流指令とに基づき、前記電圧指令を生成するトルク制御部と、を備えることを特徴とする電気車制御装置。

【請求項2】

請求項１に記載の電気車制御装置において、
制御量ゲインとして、前記後退検知信号が後退未検知を示す場合には１を出力し、前記後退検知信号が後退検知を示す場合には、１よりも大きい所定値を出力するゲイン生成部をさらに備え、
前記電流指令制御部は、前記ゲイン生成部から出力された制御量ゲインに応じて、前記トルク分電流指令を大きくすることを特徴とする電気車制御装置。

【請求項3】

請求項２に記載の電気車制御装置において、
前記電流指令制御部は、
前記トルク指令に前記ゲイン生成部から出力された制御量ゲインを乗算する乗算器と、
前記制御量ゲインが乗算されたトルク指令および前記磁束指令に基づき、前記トルク分電流指令を生成する電流指令生成部と、を備えることを特徴とする電気車制御装置。

【請求項4】

請求項２に記載の電気車制御装置において、
前記電流指令制御部は、
前記磁束指令および前記トルク指令に基づき、前記所定の演算に従い前記トルク分電流指令および前記磁束分電流指令を生成する電流指令生成部と、
前記電流指令生成部により生成されたトルク分電流指令に前記ゲイン生成部から出力された制御量ゲインを乗算して、前記トルク制御部に出力する乗算器と、を備えることを特徴とする電気車制御装置。

【請求項5】

請求項１に記載の電気車制御装置において、
制御量ゲインとして、前記後退検知信号が後退未検知を示す場合には１を出力し、前記後退検知信号が後退検知を示す場合には、１よりも大きい所定値を出力するゲイン生成部をさらに備え、
前記電流指令制御部は、前記ゲイン生成部から出力された制御量ゲインに応じて、前記磁束分電流指令を小さくすることを特徴とする電気車制御装置。

【請求項6】

請求項５に記載の電気車制御装置において、
前記電流指令制御部は、
前記磁束指令を前記ゲイン生成部から出力された制御量ゲインで除算する除算器と、
前記制御量ゲインで除算された磁束指令に基づき、前記磁束分電流指令を生成する電流指令生成部と、を備えることを特徴とする電気車制御装置。

【請求項7】

請求項２から６のいずれか一項に記載の電気車制御装置において、
前記ゲイン生成部は、
前記後退検知信号に応じて、前記制御量ゲインとしての出力値を１と前記所定値とで切り替える切替器を備えることを特徴とする電気車制御装置。

【請求項8】

請求項２から６のいずれか一項に記載の電気車制御装置において、
前記ゲイン生成部は、
前記後退検知信号に応じて、出力値を１と前記所定値とで切り替える切替器と、
前記制御量ゲインを前記切替器の出力値まで変化させる時間である緩衝時間を決定する緩衝時間決定部と、
前記切替器の出力値が入力されると、前記緩衝時間決定部により決定された緩衝時間をかけて、前記制御量ゲインを前記切替器の出力値まで連続的に変化させる緩衝部と、を備えることを特徴とする電気車制御装置。

【請求項9】

請求項８に記載の電気車制御装置において、
前記緩衝時間決定部は、前記後退検知信号に応じて、前記緩衝時間を決定することを特徴とする電気車制御装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、電気車を駆動する電動機を制御する電気車制御装置に関する。

【背景技術】

【0002】

電気車（車両）を駆動する電動機を制御する電気車制御装置の一例として、演算により電動機の回転速度を求めて、電動機のトルク制御を行う電気車制御装置が特許文献１に開示されている。このような電気車制御装置によれば、速度センサを用いずに、トルク指令Ｔｑｒに従って電動機を制御することができる。電動機のトルクが車両の車輪軸に伝えられることにより、車両を加減速させることができる。

【0003】

図８は、上述したような、演算により電動機の回転速度を求めて電動機の制御を行う電気車制御装置１０の構成例を示す図である。

【0004】

図８に示す電気車制御装置１０は、電力変換器１１と、電流検出器１２と、速度演算部１３と、すべり周波数指令生成部１４ａと、加算器１５と、電流指令生成部１６ａと、トルク制御部１７ａとを備える。

【0005】

トルク指令Ｔｑｒと磁束指令Ｉｆｒとが、すべり周波数指令生成部１４ａおよび電流指令生成部１６ａに入力される。

【0006】

電力変換器１１は、トルク制御部１７ａから入力された、電動機１への出力電圧を指示する電圧指令Ｖ^＊を増幅し、増幅した電圧指令Ｖ^＊に応じた電圧ｖを電動機１に印加する。

【0007】

電流検出器１２は、電動機１に流れる電流ｉを検出し、検出結果を速度演算部１３およびトルク制御部１７ａに出力する。

【0008】

速度演算部１３は、トルク制御部１７ａから入力された電圧指令Ｖ^＊と電流検出器１２により検出された電流ｉとに基づき、以下の式（１）〜（５）に従い、電動機１の回転速度（演算速度ωｍｃ）を演算する。

【0009】

【数1】

【0010】

ここで、Ｒ１，Ｒ２はそれぞれ電動機１の一次抵抗、二次抵抗であり、Ｌ１，Ｌ２はそれぞれ電動機１の一次自己インダクタンス、二次自己インダクタンスであり、Ｍは相互インダクタンスである。また、ＦＡおよびＦＢは、式（１）で求められる誘導機磁束φのａ軸成分およびｂ軸成分である。なお、電圧指令Ｖ^＊の代わりに、電動機１に印加する電圧ｖを用いてもよい。

【0011】

速度演算部１３は、演算した演算速度ωｍｃを加算器１５に出力する。

【0012】

すべり周波数指令生成部１４ａは、トルク指令Ｔｑｒと磁束指令Ｉｆｒとに基づき、以下の式（６）に従いすべり周波数指令ωｓｒを生成し、加算器１５に出力する。

【0013】

【数2】

【0014】

加算器１５は、速度演算部１３から入力された演算速度ωｍｃとすべり周波数指令生成部１４ａから入力されたすべり周波数指令ωｓｒとを加算して、電動機１に印加する電圧の周波数を指示する周波数指令ωｉを生成し、トルク制御部１７ａに出力する。

【0015】

電流指令生成部１６ａは、トルク指令Ｔｑｒと磁束指令Ｉｆｒとに基づき、以下の式（７）および式（８）に従い、電動機１の磁束を磁束指令Ｉｆｒに従って制御するために電動機１に流す電流を指示する磁束分電流指令Ｉｄ、および、電動機１のトルクをトルク指令Ｔｑｒに従って制御するために電動機１に流す電流を指示するトルク分電流指令Ｉｑを生成し、トルク制御部１７ａに出力する。

【0016】

【数3】

【0017】

トルク制御部１７ａは、電流指令生成部１６ａから入力された磁束分電流指令Ｉｄおよびトルク分電流指令Ｉｑと、電流検出器１２により検出された電流ｉと、加算器１５から入力された周波数指令ωｉとに基づき電圧指令Ｖ^＊を生成し、電力変換器１１および速度演算部１３に出力する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0018】

【特許文献1】特開平１１−６９８９５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0019】

図８に示す電気車制御装置１０においては、電動機１の温度変動により一次抵抗Ｒ１が変動すると、式（１）に従い求められる誘導機磁束φの誤差が生じ、その結果、演算速度ωｍｃにも誤差が生じる。特に、低速走行時には、誘導機磁束φや演算速度ωｍｃに大きな誤差が生じやすい。演算速度ωｍｃに誤差が生じると、電動機１のトルクをトルク指令Ｔｑｒに従って制御することができなくなる。その結果、車両を想定通りに加減速させることができず、車両の低速走行時（停止時を含む）に、所望の進行方向に対して車両が逆方向に移動してしまう（後退してしまう）ことがある。

【0020】

なお、電動機１の正転時には周波数指令ωｉを正値で下限制限し、電動機１の逆転時には、周波数指令ωｉを負値で上限制限した制限周波数指令ωｉＬを用いて電圧指令Ｖ^＊を生成することも考えられる。制限周波数指令ωｉＬを用いて電圧指令Ｖ^＊を生成することで、演算速度ωｍｃに誤差が生じても、電動機１の回転方向指令と逆方向のトルクを電動機１に出力させる電圧指令Ｖ^＊が生成されることが無くなるため、所望の進行方向に対して車両が逆方向に移動する（後退する）ことを抑制することができる。

【0021】

しかしながら、周波数指令ωｉの周波数制限を行った場合、車両が停止した停止状態または車両が後退する後退状態から電動機１を駆動すると、制限周波数指令ωｉＬ以上のすべりが電動機１に発生することがある。電動機１に発生したすべりがすべり周波数指令ωｓｒより大きいと、電動機１のトルクがトルク指令Ｔｑｒより低下してしまう。

【0022】

電動機１のトルクがトルク指令Ｔｑｒより低下すると、登り勾配で停止状態の車両の電動機１を駆動した際に、電動機１のトルクによる車両の推進力が登り勾配による重力に負け、車両が後退してしまうことがある。また、登り勾配で後退状態の車両の電動機１を駆動した際に、電動機１のトルクによる推進力が登り勾配に負け、車両の後退量が増加してしまうことがある。

【0023】

本発明の目的は、上述した課題を解決し、登り勾配での駆動時にも、車両の後退が生じる可能性を低減し、後退が生じた場合にも後退量の抑制を図ることができる電気車制御装置を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0024】

上記課題を解決するため、本発明に係る電気車制御装置は、電気車を駆動する電動機を制御する電気車制御装置であって、前記電動機に流れる電流を検出する電流検出器と、前記電流検出器により検出された電流と、前記電動機への出力電圧を指示する電圧指令とに基づき前記電動機の回転速度を演算する速度演算部と、前記速度演算部により演算された回転速度に基づき、前記電気車の後退を検知したか否かを示す後退検知信号を生成する車両後退検知部と、前記電動機のすべり周波数指令を生成するすべり周波数指令生成部と、前記速度演算部により演算された回転速度と、前記すべり周波数指令生成部により生成されたすべり周波数指令とを加算した周波数指令を生成する加算器と、前記電動機の回転方向に応じて、前記加算器により生成された周波数指令を周波数制限した制限周波数指令を生成する周波数制限部と、前記後退検知信号が後退未検知を示す場合には、トルク指令および磁束指令に基づき、所定の演算に従いトルク分電流指令および磁束分電流指令を生成し、前記後退検知信号が後退検知を示す場合には、前記所定の演算に従い生成されるトルク分電流指令および磁束分電流指令よりも前記電動機に流れる電流が増加するようなトルク分電流指令および磁束分電流指令を生成する電流指令制御部と、前記周波数制限部により生成された制限周波数指令と、前記電流検出器により検出された電流と、前記電流指令制御部により生成されたトルク分電流指令および磁束分電流指令とに基づき、前記電圧指令を生成するトルク制御部と、を備える。

【0025】

また、上記課題を解決するため、本発明に係る電気車制御装置において、制御量ゲインとして、前記後退検知信号が後退未検知を示す場合には１を出力し、前記後退検知信号が後退検知を示す場合には、１よりも大きい所定値を出力するゲイン生成部をさらに備え、前記電流指令制御部は、前記ゲイン生成部から出力された制御量ゲインに応じて、前記トルク分電流指令を大きくすることが望ましい。

【0026】

また、上記課題を解決するため、本発明に係る電気車制御装置において、前記電流指令制御部は、前記トルク指令に前記ゲイン生成部から出力された制御量ゲインを乗算する乗算器と、前記制御量ゲインが乗算されたトルク指令および前記磁束指令に基づき、前記トルク分電流指令を生成する電流指令生成部と、を備えることが望ましい。

【0027】

また、上記課題を解決するため、本発明に係る電気車制御装置において、前記電流指令制御部は、前記磁束指令および前記トルク指令に基づき、前記所定の演算に従い前記トルク分電流指令および前記磁束分電流指令を生成する電流指令生成部と、前記電流指令生成部により生成されたトルク分電流指令に前記ゲイン生成部から出力された制御量ゲインを乗算して、前記トルク制御部に出力する乗算器と、を備えることが望ましい。

【0028】

また、上記課題を解決するため、本発明に係る電気車制御装置において、制御量ゲインとして、前記後退検知信号が後退未検知を示す場合には１を出力し、前記後退検知信号が後退検知を示す場合には、１よりも大きい所定値を出力するゲイン生成部をさらに備え、前記電流指令制御部は、前記ゲイン生成部から出力された制御量ゲインに応じて、前記磁束分電流指令を小さくするが望ましい。

【0029】

また、上記課題を解決するため、本発明に係る電気車制御装置において、前記電流指令制御部は、前記磁束指令を前記ゲイン生成部から出力された制御量ゲインで除算する除算器と、前記制御量ゲインで除算された磁束指令に基づき、前記磁束分電流指令を生成する電流指令生成部と、を備えることが望ましい。

【0030】

また、上記課題を解決するため、本発明に係る電気車制御装置において、前記ゲイン生成部は、前記後退検知信号に応じて、前記制御量ゲインとしての出力値を１と前記所定値とで切り替える切替器を備えることが望ましい。

【0031】

また、上記課題を解決するため、本発明に係る電気車制御装置において、前記ゲイン生成部は、前記後退検知信号に応じて、出力値を１と前記所定値とで切り替える切替器と、前記制御量ゲインを前記切替器の出力値まで変化させる時間である緩衝時間を決定する緩衝時間決定部と、前記切替器の出力値が入力されると、前記緩衝時間決定部により決定された緩衝時間をかけて、前記制御量ゲインを前記切替器の出力値まで連続的に変化させる緩衝部と、を備えることが望ましい。

【0032】

また、上記課題を解決するため、本発明に係る電気車制御装置において、前記緩衝時間決定部は、前記後退検知信号に応じて、前記緩衝時間を決定することが望ましい。

【発明の効果】

【0033】

本発明に係る電気車制御装置によれば、登り勾配での駆動時にも、電気車の後退が生じる可能性を低減し、後退が生じた場合にも後退量の抑制を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【0034】

【図1】本発明の第１の実施形態に係る電気車制御装置の構成例を示す図である。

【図2】図１に示す車両後退検知部の構成例を示す図である。

【図3】図１に示すゲイン生成部の構成例を示す図である。

【図4】本発明の第２の実施形態に係る電気車制御装置の構成例を示す図である。

【図5】本発明の第３の実施形態に係る電気車制御装置の構成例を示す図である。

【図6】本発明の第４の実施形態に係るゲイン生成部の構成例を示す図である。

【図7】図６に示す緩衝部の動作を説明するための図である。

【図8】従来の電気車制御装置の構成例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0035】

以下、本発明の実施の形態について説明する。

【0036】

（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係る電気車制御装置１００の構成例を示す図である。図１において、図８と同様の構成については同じ符号を付し、説明を省略する。

【0037】

図１に示す電気車制御装置１００は、図８に示す電気車制御装置１０と比較して、周波数制限部１１０、車両後退検知部１２０、ゲイン生成部１３０および乗算器１４０を追加した点と、すべり周波数指令生成部１４ａ、電流指令生成部１６ａ、トルク制御部１７ａをそれぞれ、すべり周波数指令生成部１４、電流指令生成部１６、トルク制御部１７に変更した点とが異なる。乗算器１４０および電流指令生成部１６は、電流指令制御部１７０を構成する。

【0038】

周波数制限部１１０は、電動機１の回転方向を示す回転方向指令ＦＲが入力され、回転方向指令ＦＲが示す電動機１の回転方向に応じて、加算器１５から出力された周波数指令ωｉを周波数制限した制限周波数指令ωｉＬを生成し、トルク制御部１７に出力する。

【0039】

具体的には、周波数制限部１１０は、電動機１の正転時には、周波数指令ωｉが所定の制限周波数ωｉ１（＞０）以下である場合には、制限周波数ωｉ１を制限周波数指令ωｉＬとして出力し、周波数指令ωｉが制限周波数ωｉ１より大きい場合には、周波数指令ωｉを制限周波数指令ωｉＬとして出力する。

【0040】

また、周波数制限部１１０は、電動機１の逆転時には、周波数指令ωｉが所定の制限周波数ωｉ２（＜０）以上である場合には、制限周波数ωｉ２を制限周波数指令ωｉＬとして出力し、周波数指令ωｉが制限周波数ωｉ２より小さい場合には、周波数指令ωｉを制限周波数指令ωｉＬとして出力する。

【0041】

車両後退検知部１２０は、速度演算部１３から演算速度ωｍｃ（電動機１の回転速度）が入力され、入力された演算速度ωｍｃに基づき、電動機１により駆動される車両が進行方向と反対方向に移動する後退を起こしている否かを検知（車両後退検知）する。車両後退検知部１２０は、車両後退検知の結果を示す（車両の後退を検知したか否かを示す）後退検知信号ＢＫをゲイン生成部１３０に出力する。

【0042】

図２は、車両後退検知部１２０の構成例を示す図である。

【0043】

図２に示す車両後退検知部１２０は、時素ゲイン演算部１２１と、積分器１２２と、時素比較器１２３とを備える。

【0044】

時素ゲイン演算部１２１は、演算速度ωｍｃが入力され、入力された演算速度ωｍｃに応じて、無次元の係数である時素ゲインＧＴを積分器１２２に出力する。時素ゲイン演算部１２１は、演算速度ωｍｃが負値である場合、車両後退側（マイナス側）に演算速度ωｍｃが大きくなるにつれて、時素ゲインＧＴを正方向に大きくする。

【0045】

積分器１２２は、時素ゲイン演算部１２１から入力された時素ゲインＧＴを時間積分して得られる演算時素ＴＣを時素比較器１２３に出力する。演算時素ＴＣは、無次元の係数である時素ゲインＧＴを時間積分したものであるため時間量となる。積分器１２２は、例えば、演算時素ＴＣが０未満の値になる場合には、演算時素ＴＣとして０を出力してもよい（下限を０に制限してもよい）。

【0046】

時素比較器１２３は、積分器１２２から入力された演算時素ＴＣと時素基準値Ｔ０とを比較することで、車両が後退しているか否かを判定する。時素基準値Ｔ０は、時間量であり、車両後退検知の基準となる時間（基準判定時間）を示すものであるとともに、演算時素ＴＣと比較する際の閾値となる。なお、図２においては、時素比較器１２３に時素基準値Ｔ０が入力される例を示しているが、時素比較器１２３自体が時素基準値Ｔ０を算出してもよい。時素基準値Ｔ０は、例えば、時素ゲインＧＴ＝１の場合の車両後退検知までの時素として算出することができる。

【0047】

時素比較器１２３は、演算時素ＴＣが時素基準値Ｔ０を超える場合、車両が後退していると判定し、車両の後退を検知した旨（後退検知）を示す後退検知信号ＢＫを出力する。また、時素比較器１２３は、演算時素ＴＣが時素基準値Ｔ０を下回る場合、車両が後退していないと判定し、車両の後退を検知していない旨（後退未検知）を示す後退検知信号ＢＫを出力する。演算時素ＴＣと時素基準値Ｔ０とが等しい場合には、時素比較器１２３は、車両が後退していると判定してもよいし、車両が後退していないと判定してもよい。

【0048】

時素ゲイン演算部１２１は、時素ゲインＧＴを演算速度ωｍｃの非線形関数で定める。例えば、時素ゲイン演算部１２１は、演算速度ωｍｃが負値である場合、車両後退側（マイナス側）に演算速度ωｍｃが大きくなるにつれて、時素ゲインＧＴを正方向に大きくし、演算速度ωｍｃが正値である場合、時素ゲインＧＴ＝０とする。

【0049】

この場合、演算速度ωｍｃが小さいほど、すなわち、車両の後退速度が大きくなるほど、時素ゲインＧＴは大きくなる。時素ゲインＧＴが大きい場合、時素ゲインＧＴを積分して得られる演算時素ＴＣは短時間で大きくなる。そのため、演算時素ＴＣが短時間で時素基準値Ｔ０を超え、車両の後退が速やかに検知される。

【0050】

一方、演算速度ωｍｃが０を超える場合、時素ゲインＧＴは０のままであり、演算時素ＴＣも大きくなることはない。そのため、車両が後退していない場合には、演算時素ＴＣが時素基準値Ｔ０を超えることはなく、車両の後退のみを正しく検知することができる。

【0051】

図１を再び参照すると、ゲイン生成部１３０は、車両後退検知部１２０から入力された後退検知信号ＢＫに応じて制御量ゲインＧｔを生成し、乗算器１４０に出力する。

【0052】

図３は、ゲイン生成部１３０の構成例を示す図である。

【0053】

図３に示すゲイン生成部１３０は、切替器１３１を備える。

【0054】

切替器１３１は、後退検知信号ＢＫが入力され、入力された後退検知信号ＢＫに応じて、定数値１と１より大きい所定値ＧｔＡとを切り替えて制御量ゲインＧｔとして出力する。具体的には、切替器１３１は、制御量ゲインＧｔとして、後退検知信号ＢＫが後退未検知を示す場合には、定数値１を出力し、後退検知信号ＢＫが後退検知を示す場合には、所定値ＧｔＡを出力する。

【0055】

図１を再び参照すると、乗算器１４０は、トルク指令Ｔｑｒとゲイン生成部１３０から入力された制御量ゲインＧｔとを乗算し、制御量ゲインＧｔを乗算したトルク指令Ｔｑｒを増量トルク指令ＴｑＵとしてすべり周波数指令生成部１４および電流指令生成部１６に出力する。

【0056】

すべり周波数指令生成部１４は、磁束指令Ｉｆｒと、乗算器１４０から入力された増量トルク指令ＴｑＵとに基づき、すべり周波数指令ωｓｒを生成する。具体的には、すべり周波数指令生成部１４は、上述した式（６）において、トルク指令Ｔｑｒを増量トルク指令ＴｑＵ（＝トルク指令Ｔｑｒ×制御量ゲインＧｔ）に置き換えて、すべり周波数指令ωｓｒを算出する。

【0057】

電流指令生成部１６は、磁束指令Ｉｆｒと、乗算器１４０から入力された増量トルク指令ＴｑＵとに基づき、磁束分電流指令Ｉｄおよびトルク分電流指令Ｉｑを生成する。具体的には、電流指令生成部１６は、上述した式（７）に従い、磁束分電流指令Ｉｄを生成する。また、電流指令生成部１６は、上述した式（８）において、トルク指令Ｔｑｒを増量トルク指令ＴｑＵ（＝トルク指令Ｔｑｒ×制御量ゲインＧｔ）に置き換えて、トルク分電流指令Ｉｑを生成する。

【0058】

上述したように、後退検知信号ＢＫが後退未検知を示す場合には、制御量ゲインＧｔは定数値１であるため、増量トルク指令ＴｑＵ＝トルク指令Ｔｑｒである。そのため、増量トルク指令ＴｑＵおよび磁束指令Ｉｆｒに基づき算出されるトルク分電流指令Ｉｑは、トルク指令Ｔｑｒおよび磁束指令Ｉｆｒに基づき式（８）に従い算出されるトルク分電流指令Ｉｑと同じである。

【0059】

一方、後退検知信号ＢＫが後退検知を示す場合には、制御量ゲインＧｔは１よりも大きい所定値ＧｔＡであるため、増量トルク指令ＴｑＵはトルク指令Ｔｑｒよりも大きい。そのため、増量トルク指令ＴｑＵおよび磁束指令Ｉｆｒに基づき算出されるトルク分電流指令Ｉｑ（式（８）において、トルク指令Ｔｑｒを増量トルク指令ＴｑＵに置き換えて算出されるトルク分電流指令Ｉｑ）は、トルク指令Ｔｑｒおよび磁束指令Ｉｆｒに基づき式（８）に従い算出されるトルク分電流指令Ｉｑよりも、制御量ゲインＧｔに応じて大きくなる。トルク分電流指令Ｉｑが大きくなると、このトルク分電流指令Ｉｑを用いて生成される電圧指令Ｖ^＊により電動機１に流れる電流は増加する。

【0060】

すなわち、本実施形態においては、乗算器１４０および電流指令生成部１６から構成される電流指令制御部１７０の動作は、後退検知信号ＢＫが後退未検知を示す場合にはトルク指令Ｔｑｒおよび磁束指令Ｉｆｒに基づき、所定の演算（式（７），（８））に従いトルク分電流指令Ｉｑおよび磁束分電流指令Ｉｄを生成するものとなる。一方、後退検知信号ＢＫが後退検知を示す場合には、電流指令制御部１７０の動作は、所定の演算に従い生成されるトルク分電流指令Ｉｑおよび磁束分電流指令Ｉｄよりも電動機１に流れる電流が増加するようなトルク分電流指令Ｉｑおよび磁束分電流指令Ｉｄを生成するものとなる。具体的には、電流指令制御部１７０は、トルク指令Ｔｑｒおよび磁束指令Ｉｆｒに基づき式（８）に従い生成されるトルク分電流指令Ｉｑよりも大きなトルク分電流指令Ｉｑを生成する。

【0061】

トルク制御部１７は、周波数制限部１１０から出力される制限周波数指令ωｉＬと、電流検出器１２により検出された電流ｉと、電流指令生成部１６から入力されたトルク分電流指令Ｉｑおよび磁束分電流指令Ｉｄとに基づき電動機１の出力電圧を指示する電圧指令Ｖ^＊を生成し、電力変換器１１および速度演算部１３に出力する。

【0062】

ここで、上述したように、後退検知信号ＢＫが後退検知を示す場合に生成されるトルク分電流指令Ｉｑは、後退検知信号ＢＫが後退未検知を示す場合に、トルク指令Ｔｑｒおよび磁束指令Ｉｆｒに基づき式（８）に従い算出されるトルク分電流指令Ｉｑよりも、制御量ゲインＧｔに応じて大きい。そのため、トルク指令Ｔｑｒおよび磁束指令Ｉｆｒが同じであっても、後退検知信号ＢＫが後退検知を示す場合に電動機１に流れる電流は増加する。

【0063】

電動機１に流れる電流が増加すると、電動機１のトルクも増加する。そのため、周波数制限により大きくなった電動機１で発生するすべりによるトルクの低下を、トルク分電流指令Ｉｑを大きくする（電動機１に流れる電流が増加するようなトルク分電流指令Ｉｑを生成する）ことによる電動機１のトルクの増加で補償することができ、車両の後退量の抑制を図ることができる。

【0064】

このように本実施形態においては、電気車制御装置１００は、電動機１に流れる電流ｉを検出する電流検出器１２と、検出された電流ｉと電圧指令Ｖ^＊とに基づき電動機１の回転速度（演算速度ωｍｃ）を演算する速度演算部１３と、演算速度ωｍｃに基づき、後退検知信号ＢＫを生成する車両後退検知部１２０と、すべり周波数指令ωｓｒを生成するすべり周波数指令生成部１４と、演算速度ωｍｃとすべり周波数指令ωｓｒとを加算した周波数指令ωｉを生成する加算器１５と、電動機１の回転方向に応じて、周波数指令ωｉを周波数制限した制限周波数指令ωｉＬを生成する周波数制限部１１０と、後退検知信号ＢＫが後退未検知を示す場合には、トルク指令Ｔｑｒおよび磁束指令Ｉｆｒに基づき、所定の演算（式（７），（８））に従いトルク分電流指令Ｉｑおよび磁束分電流指令Ｉｄを生成し、後退検知信号ＢＫが後退検知を示す場合には、所定の演算に従い生成されるトルク分電流指令Ｉｑおよび磁束分電流指令Ｉｄよりも電動機１に流れる電流が増加するようなトルク分電流指令Ｉｑおよび磁束分電流指令Ｉｄを生成する電流指令制御部１７０と、制限周波数指令ωｉＬと、電流ｉと、トルク分電流指令Ｉｑおよび磁束分電流指令Ｉｄとに基づき、電圧指令Ｖ^＊を生成するトルク制御部１７とを備える。

【0065】

電動機１の回転方向に応じて周波数指令ωｉを周波数制限することで、電動機１の正転時には、制限周波数指令ωｉＬに示される周波数を常に正値とし、電動機１の逆転時には、制限周波数指令ωｉＬに示される周波数を常に負値とすることができる。したがって、電動機１の回転方向が回転方向指令ＦＲに示される方向と反対方向とならないようにすることができる。そのため、演算速度ωｍｃに誤差が生じたとしても、回転方向指令ＦＲと逆方向のトルクを電動機１に出力させる電圧指令Ｖ^＊が生成されることが無くなるので、後退が生じる可能性を低減することができる。

【0066】

また、後退検知信号ＢＫが後退検知を示す場合には、後退検知信号ＢＫが後退未検知を示す場合に、トルク指令Ｔｑｒおよび磁束指令Ｉｆｒに基づき所定の演算（式（７），（８））に従い生成されるトルク分電流指令Ｉｑおよび磁束分電流指令Ｉｄよりも電動機１に流れる電流が増加するようなトルク分電流指令Ｉｑおよび磁束分電流指令Ｉｄを生成する。電動機１に流れる電流が増加することで、電動機１のトルクも増加するので、周波数制限により大きくなった電動機１で発生するすべりによるトルクの低下を補償することができ、車両の後退量の抑制を図ることができる。

【0067】

（第２の実施形態）
図４は、本発明の第２の実施形態に係る電気車制御装置１００Ａの構成例を示す図である。図４において、図１と同様の構成については同じ符号を付し、説明を省略する。

【0068】

図４に示す電気車制御装置１００Ａは、図１に示す電気車制御装置１００と比較して、電流指令制御部１７０を電流指令制御部１７０Ａに変更した点と、すべり周波数指令生成部１４をすべり周波数指令生成部１４ａに変更した点とが異なる。

【0069】

電流指令制御部１７０Ａは、電流指令制御部１７０と比較して、乗算器１４０を削除した点と、電流指令生成部１６を電流指令生成部１６Ａに変更した点と、乗算器１８０を追加した点とが異なる。

【0070】

本実施形態においては、トルク指令Ｔｑｒおよび磁束指令Ｉｆｒが、電流指令生成部１６Ａおよびすべり周波数指令生成部１４ａに入力される。

【0071】

すべり周波数指令生成部１４ａは、図８と同様に、式（６）に従い、すべり周波数指令ωｓｒを生成し、加算器１５に出力する。

【0072】

電流指令生成部１６Ａは、入力されたトルク指令Ｔｑｒおよび磁束指令Ｉｆｒに基づき、式（７）に従い磁束分電流指令Ｉｄを生成し、式（８）に従いトルク分電流指令Ｉｑを生成する。電流指令生成部１６Ａは、生成した磁束分電流指令Ｉｄをトルク制御部１７に出力し、生成したトルク分電流指令Ｉｑを乗算器１８０に出力する。

【0073】

乗算器１８０は、ゲイン生成部１３０から制御量ゲインＧｔが入力され、電流指令生成部１６Ａから入力されたトルク分電流指令Ｉｑに制御量ゲインＧｔを乗算し、制御量ゲインＧｔが乗算されたトルク分電流指令Ｉｑを増量トルク分電流指令ＩｑＵとしてトルク制御部１７に出力する。増量トルク分電流指令ＩｑＵと磁束分電流指令Ｉｄとに基づき、トルク制御部１７により電圧指令Ｖ^＊が生成される。

【0074】

上述したように、後退検知信号ＢＫが後退未検知を示す場合には、制御量ゲインＧｔは定数値１であるため、増量トルク分電流指令ＩｑＵは、トルク指令Ｔｑｒおよび磁束指令Ｉｆｒに基づき、式（８）に従い算出されるトルク分電流指令Ｉｑと同じである。

【0075】

一方、後退検知信号ＢＫが後退検知を示す場合には、制御量ゲインＧｔは１よりも大きい所定値ＧｔＡであるため、増量トルク分電流指令ＩｑＵは、トルク指令Ｔｑｒおよび磁束指令Ｉｆｒに基づき、式（８）に従い算出されるトルク分電流指令Ｉｑよりも、制御量ゲインＧｔに応じて大きくなる。そのため、増量トルク分電流指令ＩｑＵを用いて生成される電圧指令Ｖ^＊により電動機１に流れる電流は増加する。

【0076】

すなわち、本実施形態においては、電流指令生成部１６Ａおよび乗算器１８０から構成される電流指令制御部１７０Ａの動作は、後退検知信号ＢＫが後退未検知を示す場合には、トルク指令Ｔｑｒおよび磁束指令Ｉｆｒに基づき、所定の演算（式（７），（８））に従いトルク分電流指令Ｉｑおよび磁束分電流指令Ｉｄを生成するものとなる。一方、後退検知信号ＢＫが後退検知を示す場合には、電流指令制御部１７０Ａの動作は、所定の演算に従い生成されるトルク分電流指令Ｉｑおよび磁束分電流指令Ｉｄよりも電動機１に流れる電流が増加するようなトルク分電流指令Ｉｑおよび磁束分電流指令Ｉｄを生成するものとなる。具体的には、電流指令制御部１７０Ａは、トルク指令Ｔｑｒおよび磁束指令Ｉｆｒに基づき式（８）に従い生成されるトルク分電流指令Ｉｑよりも制御量ゲインＧｔに応じて大きなトルク分電流指令Ｉｑを生成する。

【0077】

そのため、第１の実施形態と同様に、車両の後退が検知された場合、周波数制限により大きくなった電動機１で発生するすべりによるトルクの低下を、トルク分電流指令Ｉｑを大きくする（電動機１に流れる電流が増加するようなトルク分電流指令Ｉｑを生成する）ことによる電動機１のトルクの増加で補償することができ、車両の後退量の抑制を図ることができる。

【0078】

（第３の実施形態）
図５は、本発明の第３の実施形態に係る電気車制御装置１００Ｂの構成例を示す図である。図５において、図１と同様の構成については同じ符号を付し、説明を省略する。

【0079】

図５に示す電気車制御装置１００Ｂは、図１に示す電気車制御装置１００と比較して、電流指令制御部１７０を電流指令制御部１７０Ｂに変更した点と、すべり周波数指令生成部１４をすべり周波数指令生成部１４Ｂに変更した点とが異なる。

【0080】

電流指令制御部１７０Ｂは、電流指令制御部１７０と比較して、乗算器１４０を削除した点と、除算器１９０を追加した点と、電流指令生成部１６を電流指令生成部１６Ｂに変更した点とが異なる。

【0081】

本実施形態においては、トルク指令Ｔｑｒがすべり周波数指令生成部１４Ｂおよび電流指令生成部１６Ｂに入力され、磁束指令Ｉｆｒが除算器１９０に入力される。

【0082】

除算器１９０は、ゲイン生成部１３０から制御量ゲインＧｔが入力され、入力された磁束指令Ｉｆｒを制御量ゲインＧｔで除算する。除算器１９０は、制御量ゲインＧｔで除算された磁束指令Ｉｆｒを減衰磁束指令ＩｆｒＤとしてすべり周波数指令生成部１４Ｂおよび電流指令生成部１６Ｂに出力する。

【0083】

すべり周波数指令生成部１４Ｂは、トルク指令Ｔｑｒと、除算器１９０から入力された減衰磁束指令ＩｆｒＤとに基づき、すべり周波数指令ωｓｒを生成する。具体的には、すべり周波数指令生成部１４Ｂは、上述した式（６）において、磁束指令Ｉｆｒを減衰磁束指令ＩｆｒＤ（＝磁束指令Ｉｆｒ÷制御量ゲインＧｔ）に置き換えて、すべり周波数指令ωｓｒを算出する。

【0084】

電流指令生成部１６Ｂは、トルク指令Ｔｑｒと除算器１９０から入力された減衰磁束指令ＩｆｒＤとに基づき、磁束分電流指令Ｉｄおよびトルク分電流指令Ｉｑを生成する。具体的には、電流指令生成部１６Ｂは、上述した式（７）、（８）において、磁束指令Ｉｆｒを減衰磁束指令ＩｆｒＤ（＝磁束指令Ｉｆｒ÷制御量ゲインＧｔ）に置き換えて、磁束分電流指令Ｉｄおよびトルク分電流指令Ｉｑを算出する。

【0085】

上述したように、後退検知信号ＢＫが後退未検知を示す場合には、制御量ゲインＧｔは定数値１であるため、減衰磁束指令ＩｆｒＤ＝磁束指令Ｉｆｒである。そのため、トルク指令Ｔｑｒおよび減衰磁束指令ＩｆｒＤに基づき算出されるトルク分電流指令Ｉｑおよび磁束分電流指令Ｉｄは、トルク指令Ｔｑｒおよび磁束指令Ｉｆｒに基づき式（７），（８）に従い算出されるトルク分電流指令Ｉｑおよび磁束分電流指令Ｉｄと同じである。

【0086】

一方、後退検知信号ＢＫが後退検知を示す場合には、制御量ゲインＧｔは１よりも大きい所定値ＧｔＡであるため、減衰磁束指令ＩｆｒＤは磁束指令Ｉｆｒよりも小さくなる。そのため、トルク指令Ｔｑｒおよび減衰磁束指令ＩｆｒＤに基づき生成されるトルク分電流指令Ｉｑは、トルク指令Ｔｑｒおよび磁束指令Ｉｆｒに基づき式（８）に従い算出されるトルク指令Ｔｑよりも、制御量ゲインＧｔに応じて大きくなり、減衰磁束指令ＩｆｒＤに基づき生成される磁束分電流指令Ｉｄは、磁束指令Ｉｆｒに基づき式（７）に従い算出される磁束分電流指令Ｉｄよりも小さくなる。トルク分電流指令Ｉｑが大きくなり、磁束分電流指令Ｉｄが小さくなると、トルク分電流指令Ｉｑおよび磁束分電流指令Ｉｄを用いて生成される電圧指令Ｖ^＊により電動機１に流れる電流は大きくなる。

【0087】

すなわち、本実施形態においては、電流指令生成部１６Ｂおよび除算器１９０から構成される電流指令制御部１７０Ｂの動作は、後退検知信号ＢＫが後退未検知を示す場合には、トルク指令Ｔｑｒおよび磁束指令Ｉｆｒに基づき、所定の演算（式（７），（８））に従いトルク分電流指令Ｉｑおよび磁束分電流指令Ｉｄを生成するものとなる。一方、後退検知信号ＢＫが後退検知を示す場合には、電流指令制御部１７０Ｂの動作は、所定の演算に従い生成されるトルク分電流指令Ｉｑおよび磁束分電流指令Ｉｄよりも電動機１に流れる電流が増加するようなトルク分電流指令Ｉｑおよび磁束分電流指令Ｉｄを生成するものとなる。具体的には、電流指令制御部１７０Ｂは、トルク指令Ｔｑｒおよび磁束指令Ｉｆｒに基づき式（８）に従い生成されるトルク分電流指令Ｉｑよりも大きなトルク分電流指令Ｉｑを生成し、磁束指令Ｉｆｒに基づき式（７）に従い生成される磁束分電流指令Ｉｄよりも小さな磁束分電流指令Ｉｄを生成する。

【0088】

そのため、第１の実施形態と同様に、車両の後退が検知された場合、周波数制限により大きくなった電動機１で発生するすべりによるトルクの低下を、トルク分電流指令Ｉｑを大きくし、磁束分電流指令Ｉｄを小さくする（電動機１に流れる電流が増加するようなトルク分電流指令Ｉｑおよび磁束分電流指令Ｉｄを生成する）ことによる電動機１のトルクの増加で補償することができ、車両の後退量の抑制を図ることができる。

【0089】

（第４の実施形態）
上述した第１から第３の実施形態においては、ゲイン生成部１３０は、制御量ゲインＧｔとして、後退検知信号ＢＫが後退未検知を示す場合には、定数値１を出力し、後退検知信号ＢＫが後退検知を示す場合には、所定値ＧｔＡを出力する例を説明した。すなわち、第１から第３の実施形態においては、制御量ゲインＧｔは、定数値１および所定値ＧｔＡの２値のうち、いずれか一方の値であったが、制御量ゲインＧｔを連続的に変化させてもよい。以下では、図６を参照して、制御量ゲインＧｔを連続的に変化させるゲイン生成部１３０Ｃの構成例について説明する。なお、図６において、図３と同様の構成については同じ符号を付し、説明を省略する。

【0090】

図６に示すゲイン生成部１３０Ｃは、図３に示すゲイン生成部１３０と比較して、緩衝時間決定部１３２および緩衝部１３３を追加した点が異なる。

【0091】

緩衝時間決定部１３２は、後退検知信号ＢＫが入力され、入力された後退検知信号ＢＫに応じて緩衝時間ＦｉｌＴを決定し、緩衝部１３３に出力する。なお、緩衝時間ＦｉｌＴとは、後退検知信号ＢＫの状態が遷移した際に、制御量ゲインＧｔを所定値ＧｔＡあるいは１まで変化させる時間である。

【0092】

緩衝部１３３は、切替器１３１の出力値ＧｔＢ（１あるいは所定値ＧｔＡ）が入力されると、緩衝時間決定部１３２から入力された緩衝時間ＦｉｌＴだけかけて、制御量ゲインＧｔとしての出力値を切替器１３１の出力値ＧｔＢまで（１から所定値ＧｔＡまで、あるいは、所定値ＧｔＡから１まで）連続的に変化させる。具体的には、緩衝部１３３は、例えば、後退検知信号ＢＫの状態が後退未検知から後退検知に変化した場合、図７に示すように、ランプ状あるいは１次遅れのフィルタ状の関数に従い、緩衝時間ＦｉｌＴだけかけて、制御量ゲインＧｔを１から所定値ＧｔＡまで連続的に変化させる。

【0093】

緩衝時間決定部１３２は、後退検知信号ＢＫの状態が後退検知から後退未検知に変化した場合と、後退検知信号ＢＫの状態が後退未検知から後退検知に変化した場合とで、緩衝時間ＦｉｌＴを変更してもよい。例えば、緩衝時間決定部１３２は、後退検知信号ＢＫの状態が後退未検知から後退検知に変化した場合には、緩衝時間ＦｉｌＴを短くし、後退検知信号ＢＫの状態が後退検知から後退未検知に変化した場合には、緩衝時間ＦｉｌＴを長くする。こうすることで、車両の後退が検知されると、急速にトルクを増やし、車両の後退が検知されなくなると、緩やかにトルクを減らすことができる。

【0094】

このように本実施形態においては、ゲイン生成部１３０Ｃは、制御量ゲインＧｔを変化させる時間である緩衝時間ＦｉｌＴを決定する緩衝時間決定部１３２と、切替器１３１の出力値が１と所定値ＧｔＡとの間で切り替わると、緩衝時間ＦｉｌＴをかけて、制御量ゲインＧｔを切替器１３１の出力値まで連続的に変化させる緩衝部１３３とを備える。

【0095】

そのため、トルク指令Ｔｑｒ（第１の実施形態）、トルク分電流指令Ｉｑ（第２の実施形態）あるいは磁束指令Ｉｆｒ（第３の実施形態）を、ステップ状ではなく緩やかに変化させることができるので、後退検知信号ＢＫの状態の変化時のトルク衝動を抑制することができる。

【0096】

なお、上述した実施形態においては、電気車を駆動する電動機１を制御する電気車制御装置を例として説明したが、本発明はこれに限られるものではなく、電動機による駆動対象が外力の影響を受けるシステムへの適用が可能である。例えば、本発明は、クレーンのように、重力に逆らって荷物を持ち上げるようなシステムに適用することも可能である。

【0097】

本発明を図面および実施形態に基づき説明してきたが、当業者であれば本開示に基づき種々の変形または修正を行うことが容易であることに注意されたい。したがって、これらの変形または修正は本発明の範囲に含まれることに留意されたい。例えば、各ブロックなどに含まれる機能などは論理的に矛盾しないように再配置可能であり、複数のブロックを１つに組み合わせたり、或いは分割したりすることが可能である。

【符号の説明】

【0098】

１ 電動機
１１ 電力変換器
１２ 電流検出器
１３ 速度演算部
１４，１４Ｂ すべり周波数指令生成部
１５ 加算器
１６，１６Ａ，１６Ｂ 電流指令生成部
１７ トルク制御部
１００，１００Ａ，１００Ｂ 電気車制御装置
１１０ 周波数制限部
１２０ 車両後退検知部
１２１ 時素ゲイン演算部
１２２ 積分器
１２３ 時素比較器
１３０，１３０Ｃ ゲイン生成部
１３１ 切替器
１３２ 緩衝時間決定部
１３３ 緩衝部
１４０，１８０ 乗算器
１７０，１７０Ａ，１７０Ｂ 電流指令制御部
１９０ 除算器

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】