特許 6987265 軌間可変電車の制御装置、及び軌間可変電車の推進制御システム

(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】6987265

(24)【登録日】2021年12月2日

(45)【発行日】2021年12月22日

(54)【発明の名称】軌間可変電車の制御装置、及び軌間可変電車の推進制御システム

(51)【国際特許分類】

   B60L 15/20 20060101AFI20211213BHJP

   B61F 7/00 20060101ALI20211213BHJP

【ＦＩ】

   B60L15/20 Y

   B60L15/20 A

   B61F7/00

【請求項の数】9

【全頁数】18

(21)【出願番号】特願2020-546586(P2020-546586)

(86)(22)【出願日】2018年9月11日

(86)【国際出願番号】JP2018033681

(87)【国際公開番号】WO2020053970

(87)【国際公開日】20200319

【審査請求日】2020年12月4日

(73)【特許権者】

【識別番号】000006013

【氏名又は名称】三菱電機株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】591146893

【氏名又は名称】九州旅客鉄道株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100118762

【弁理士】

【氏名又は名称】高村 順

(72)【発明者】

【氏名】藤谷 幸平

(72)【発明者】

【氏名】角井 伸翼

(72)【発明者】

【氏名】森光 毅

(72)【発明者】

【氏名】味村 雄一

(72)【発明者】

【氏名】渡邉 聡一郎

【審査官】 橋本 敏行

(56)【参考文献】

【文献】 国際公開第２０１６／０６３３７５（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２０１５−３３２４１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００２−２３３００５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−１２３３１１（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ６０Ｌ １／００−３／１２

７／００−１３／００

１５／００−５８／４０

Ｂ６１Ｆ ７／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

軌間変換区間において軌間が変化する軌間可変電車に適用され、車軸に駆動力を伝達する複数の主電動機を制御する、軌間可変電車の制御装置であって、
少なくとも一つの前記主電動機に電圧を出力するインバータと、
前記インバータの出力電圧を制御する電圧制御部と、
を備え、
前記電圧制御部は、
前記インバータによって駆動力が制御される前記車軸のうちの少なくとも一つが前記軌間変換区間の内部にあるとき、
回転周波数に換算した列車速度を速度指令値とし、
前記主電動機の速度制御を行う
ことを特徴とする、軌間可変電車の制御装置。

【請求項2】

前記電圧制御部は、
前記インバータによって駆動力が制御される前記車軸のすべてが前記軌間変換区間の外部にあるとき、
前記軌間可変電車の推進力を決定する運転指令に基づき、
前記主電動機のトルク制御を行う
ことを特徴とする、請求項１に記載の軌間可変電車の制御装置。

【請求項3】

前記電圧制御部は、トルク指令演算部を備え、
前記トルク指令演算部は、
前記インバータによって駆動力が制御される前記車軸のうちの少なくとも一つが前記軌間変換区間の内部にあるとき、
回転周波数に換算した列車速度と、当該インバータが電圧を出力する前記主電動機の実際の回転速度との速度偏差に基づいて、トルク指令値を演算する
ことを特徴とする、請求項１又は２に記載の軌間可変電車の制御装置。

【請求項4】

前記電圧制御部は、
前記インバータによって駆動力が制御される前記車軸のうちの少なくとも一つが前記軌間変換区間の内部にあるとき、
前記主電動機の電気周波数に換算した列車速度を、前記出力電圧の周波数とする
ことを特徴とする、請求項１又は２に記載の軌間可変電車の制御装置。

【請求項5】

前記電圧制御部は、
前記インバータによって駆動力が制御される前記車軸のうちの少なくとも一つが前記軌間変換区間の内部にあり、
列車速度
が第１の速度よりも小さいとき、
当該インバータの電圧の出力を停止する指令を生成する
ことを特徴とする、請求項１から４の何れか１項に記載の軌間可変電車の制御装置。

【請求項6】

前記インバータに用いられるスイッチング素子の素材は、ワイドバンドギャップ半導体であることを特徴とする、請求項１から５の何れか１項に記載の軌間可変電車の制御装置。

【請求項7】

前記ワイドバンドギャップ半導体は、炭化珪素、窒化ガリウム系材料、又はダイヤモンドであることを特徴とする、請求項６に記載の軌間可変電車の制御装置。

【請求項8】

軌間変換区間において軌間が変化する軌間可変電車の推進制御システムであって、
車軸に駆動力を伝達する複数の主電動機と、
少なくとも一つの前記主電動機に電圧を出力する複数のインバータと、
複数の前記インバータのそれぞれの出力電圧を制御する複数の電圧制御部と、
を備え、
前記電圧制御部は、
当該電圧制御部に対応する前記インバータによって駆動力が制御される前記車軸のうちの少なくとも一つが前記軌間変換区間の内部にあるとき、
回転周波数に換算した列車速度を速度指令値とし、
前記主電動機の速度制御を行う
ことを特徴とする、軌間可変電車の推進制御システム。

【請求項9】

前記電圧制御部は、
当該電圧制御部に対応する前記インバータによって駆動力が制御される前記車軸のすべてが前記軌間変換区間の外部にあるとき、
前記軌間可変電車の推進力を決定する運転指令に基づき、
前記主電動機のトルク制御を行う
ことを特徴とする、請求項８に記載の軌間可変電車の推進制御システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、軌間可変電車の制御装置、及び当該制御装置によって制御される主電動機を備えた軌間可変電車の推進制御システムに関する。

【背景技術】

【0002】

軌間可変電車では、軌間が異なる線路を接続する軌間変換装置を車両が通過することによって、当該車両に設けられた車輪の間隔が変換される。軌間変換装置は、車体の荷重が車輪にかからないように車体を支持する。また、軌間変換装置は、車体が支持された状態で車輪をガイドレールに沿って車軸方向に移動させることによって、車輪の間隔を変換する。そのため、車輪の間隔を変換する間、当該車輪は空転する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００２−２３３００５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

電車の一編成中には、複数の主電動機と、それらを駆動する複数のインバータが搭載されるケースが多い。特に軌間可変電車の場合は、あるインバータの制御対象である主電動機とそれに接続される車軸が軌間変換装置を通過しているときは、他のインバータが列車の推進に寄与する必要がある。したがって、車両が軌間変換装置を通過する途中で、運転手の操作などによって列車の速度が変化し、空転している車輪の速度と列車速度とがかい離してしまう可能性がある。このような状態で車両が軌間変換装置を脱出しようとすると、空転していた車輪が再び軌道と接する際に、車輪と軌道との摩擦により損耗が生じる。特許文献１では、このような課題に対して特に考慮されていない。また特許文献１に開示されるように、空転車輪を駆動する主電動機のトルクを抑制する方法では、列車速度が車輪の空転速度を上回った場合に、列車速度と車輪の空転速度との差を解消する術がない。

【0005】

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、摩擦による車輪とレールの損耗を抑制できる、軌間可変電車の制御装置、及び軌間可変電車の推進制御システムを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、軌間変換区間において軌間が変化する軌間可変電車に適用され、車軸に駆動力を伝達する複数の主電動機を制御する、軌間可変電車の制御装置である。軌間可変電車の制御装置は、少なくとも一つの主電動機に電圧を出力するインバータ、及びインバータの出力電圧を制御する電圧制御部を備える。電圧制御部は、インバータによって駆動力が制御される車軸のうちの少なくとも一つが軌間変換区間の内部にあるとき、回転周波数に換算した列車速度を速度指令値とし、主電動機の速度制御を行う。

【発明の効果】

【0007】

本発明によれば、列車速度と車輪速度を同期させることで、車両が軌間変換装置を脱出するときに生じ得る摩擦による車輪とレールの損耗を抑制できる、という効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】実施の形態１に係る軌間可変電車の構成を示す図

【図2】実施の形態１に係る制御装置の構成を示すブロック図

【図3】実施の形態１に係るトルク指令演算部の構成例を示すブロック図

【図4】実施の形態１における軌間変換時トルクパターンの一例を示す図

【図5】実施の形態１における軌間変換時トルクパターンの他の例を示す図

【図6】実施の形態１に係るトルク指令演算部の別の構成例を示すブロック図

【図7】３つの車両からなる軌間可変電車が、軌間変換区間を通過するときの、ある時点での動作状態を説明する模式図

【図8】３つの車両からなる軌間可変電車が、軌間変換区間を通過するときの、ある時点での動作状態を説明する別の模式図

【図9】実施の形態２に係る制御装置の構成を示すブロック図

【図10】実施の形態３に係る制御装置の構成を示すブロック図

【図11】実施の形態３における要部動作を説明するためのフローチャート

【図12】実施の形態１〜実施の形態３の電圧制御部に係る機能をソフトウェアで実現する際のハードウェア構成の一例を示すブロック図

【図13】実施の形態１〜実施の形態３の電圧制御部に係るハードウェア構成の他の例を示すブロック図

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下に、本発明の実施の形態に係る軌間可変電車の制御装置及び当該制御装置によって制御される軌間可変電車の推進制御システムを図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下の実施の形態により、本発明が限定されるものではない。

【0010】

実施の形態１．
図１は、実施の形態１に係る軌間可変電車の構成を示す図である。実施の形態１に係る軌間可変電車１００は、図１に示すように、軌間が異なる線路１０１ａと線路１０１ｂとを直通運転する電気車である。軌間可変電車１００は、図１に示すように、車体の幅方向に互いに対向して配置される４対の車輪１０２ａ〜１０２ｄと、車輪１０２ａ〜１０２ｄの各対の回転中心となる４つの車軸１０３ａ〜１０３ｄと、４つの車軸１０３ａ〜１０３ｄのそれぞれに対応付けて設けられた４台の主電動機１０４ａ〜１０４ｄと、主電動機１０４ａ〜１０４ｄのトルク及び速度を制御するための制御装置２００とを備える。ここで、４台の主電動機１０４ａ〜１０４ｄのトルクとは、主電動機１０４ａ〜１０４ｄの各々に出力させるトルクを意味する。また、４台の主電動機１０４ａ〜１０４ｄの速度とは、主電動機１０４ａ〜１０４ｄの各々が回転する速度を意味する。なお、軌間可変電車１００は複数の車両が連なる列車であってもよく、主電動機１０４ａ〜１０４ｄのうちの一部が、別の車両に搭載される構成であってもよい。

【0011】

また、軌間可変電車１００は、図１に示すような軌間変換装置１０６を通過する間に、各対の車輪１０２ａ〜１０２ｄの車軸方向の間隔を変換するための図示しない機構を備える。

【0012】

軌間変換装置１０６は、線路１０１ａの通常走行区間と線路１０１ｂの通常走行区間との間に設けられる。以下、軌間変換装置１０６を含む区間を軌間変換区間と称する。軌間変換装置１０６は、軌間変換区間を通過する車体を下方から支持する車体支持部１０７と、軌間変換区間を通過中の車輪１０２ａ〜１０２ｄを案内するガイドレール１０８とを備える。

【0013】

車体支持部１０７は、車体の荷重が軌間変換区間を通過中の車輪１０２ａ〜１０２ｄにかからないように車体を下方から支持する。これにより、車輪１０２ａ〜１０２ｄのうち、軌間変換区間を通過中の車輪は、線路１０１ａ，１０１ｂのレールと非接触となり、宙に浮いた状態となる。車体支持部１０７は、軌間可変電車１００の長さ方向に、４対の車輪１０２ａ〜１０２ｄを宙に浮かせるだけの長さを有する。

【0014】

ガイドレール１０８は、軌間変換区間を通過中の車輪１０２ａ〜１０２ｄと当接して当該車輪１０２ａ〜１０２ｄを車軸方向に移動させる。軌間変換区間を通過中の車輪１０２ａ〜１０２ｄは、軌間可変電車１００の進行とともにガイドレール１０８に沿って移動する。その結果、軌間変換区間を通過中の車輪１０２ａ〜１０２ｄは、車軸方向に移動する。したがって、軌間可変電車１００が軌間変換装置１０６を通過することによって、軌間可変電車１００の進行方向に応じて、車輪１０２ａ〜１０２ｄの各対の車軸方向の間隔を広げたり、狭めたりすることができる。

【0015】

具体的に説明すると、軌間可変電車１００が同図の矢印で示す進行方向へ進み、線路１０１ａの通常走行区間から軌間変換装置１０６へ進入したとする。すると、軌間可変電車１００が車体支持部１０７により支持され、その結果、車体の荷重が、軌間変換区間を通過中の車輪１０２ａ及び１０２ｂにかからない状態となる。この場合、車輪１０２ａ及び１０２ｂがガイドレール１０８と当接することによって、車輪１０２ａ及び１０２ｂの各対の車軸方向の間隔は、軌間可変電車１００の進行に伴って次第に狭くなる。車輪１０２ｃ及び１０２ｄの各対の車軸方向の間隔も同様に、軌間可変電車１００の進行に伴って次第に狭くなる。そのため、軌間可変電車１００が同図の矢印で示す進行方向へ進むことによって、車輪１０２ａ〜１０２ｄの各対の車軸方向の間隔を狭めることができる。軌間可変電車１００が同図の矢印とは逆の方向へ進行した場合、上記とは逆に、車輪１０２ａ〜１０２ｄの各対の車軸方向の間隔は、広がることになる。

【0016】

本実施の形態に係る制御装置２００は、軌間可変電車１００に搭載される制御装置である。図２には一例として、１台のインバータ２が複数台の主電動機１０４ａ〜１０４ｄを駆動制御する構成を示す。なお、制御装置２００において、１台のインバータ２が駆動制御する主電動機は、１台であってもよいし、２台以上の複数であってもよい。

【0017】

主電動機の種別には、大別して誘導機と同期機の２種類がある。同期機の場合、電動機に印加する電圧と回転速度とが同期していなければならないという原理上、１台のインバータにつき、１台の電動機を駆動するシステムとするのが一般的である。一方で、誘導機の場合は、１台のインバータで複数台の電動機を駆動するシステムとすることが多い。図２の例では、主電動機１０４ａ〜１０４ｄは誘導機である。

【0018】

軌間可変電車１００に搭載される制御装置（以下、単に「制御装置」と称する）２００は、図２に示すように、直流電源１と、４台の主電動機１０４ａ〜１０４ｄのトルクを一括制御するインバータ２と、インバータ２の出力電圧を制御する電圧制御部３と、を備える。また、電圧制御部３は、トルク指令演算部３０、電流指令演算部３１、すべり周波数演算部３２、電圧指令演算部３３、電流フィードバック制御部３４、電流処理部３５、基準周波数演算部３６、位相演算部３７及びゲート指令部３８を備える。制御装置２００には、位置検出部１０９からの位置情報と、４台の主電動機１０４ａ〜１０４ｄに流れる電流の合計値を検出するために設けられた電流センサ１１８からの検出情報と、図示を省略した運転台からの運転指令とが入力される。また、制御装置２００には、電動機の電気周波数に換算された列車速度が入力される。列車速度としては、列車情報管理システムが管理している速度情報、又は従輪に取り付けられた図示しない車速センサからの速度情報が例示される。なお、図２では、列車速度の換算処理は制御装置２００の外部で行われるものとしたが、制御装置２００の中で換算処理が行われても何ら問題ない。

【0019】

また、以下の説明では、主電動機１０４ａ〜１０４ｄのトルクを制御する際に、検出した静止座標系における三相電流値、すなわちＵ相電流ｉ_ｕ、Ｖ相電流ｉ_ｖ、及びＷ相電流ｉ_ｗを、直交２軸回転座標系、すなわちｄｑ軸座標系における磁束軸成分の電流値であるｄ軸電流ｉ_ｄ及びトルク軸成分の電流であるｑ軸電流ｉ_ｑに分解して制御を行うベクトル制御を例示するが、本発明がベクトル制御以外にも適用できることは言うまでもない。

【0020】

トルク指令演算部３０は、運転指令に含まれるノッチ情報に基づいて、主電動機１０４ａ〜１０４ｄの１台あたりに発生すべきトルクの指令値であるトルク指令値τ^＊を演算する。また、トルク指令演算部３０には、後述する位置検出部１０９から出力される位置情報と、列車速度とが入力される。トルク指令演算部３０における、位置情報と列車速度の役割については後述する。電流指令演算部３１は、トルク指令値τ^＊、及び後述する基準周波数ｆ_ｎに基づいて、主電動機１０４ａ〜１０４ｄに流すｄ軸電流指令ｉ_ｄ^＊及びｑ軸電流指令ｉ_ｑ^＊を演算する。なお、電流指令演算部３１が演算するｄ軸電流指令ｉ_ｄ^＊及びｑ軸電流指令ｉ_ｑ^＊は、１台の主電動機に流す電流指令でもよいし、４台の主電動機に流す電流指令でもよい。

【0021】

すべり周波数演算部３２は、電流指令演算部３１からのｄ軸電流指令ｉ_ｄ^＊及びｑ軸電流指令ｉ_ｑ^＊に基づいて、主電動機１０４ａ〜１０４ｄに付与すべきすべり周波数である、すべり周波数指令ｆ_ｓを演算する。電圧指令演算部３３は、ｄ軸電流指令ｉ_ｄ^＊及びｑ軸電流指令ｉ_ｑ^＊に基づくｄ軸電圧指令ｖ_ｄ０、並びに、ｄ軸電流指令ｉ_ｄ^＊及びｑ軸電流指令ｉ_ｑ^＊に基づくｑ軸電圧指令ｖ_ｑ０を演算する。電流処理部３５は、後述する位相演算部３７が演算した制御位相角θ_ｉ、並びに、電流センサ１１８が検出したＵ相電流ｉ_ｕ、Ｖ相電流ｉ_ｖ及びＷ相電流ｉ_ｗに基づいて、ｄ軸電流ｉ_ｄ及びｑ軸電流ｉ_ｑを演算する。

【0022】

電流フィードバック制御部３４は、電流指令演算部３１からのｄ軸電流指令ｉ_ｄ^＊及びｑ軸電流指令ｉ_ｑ^＊、並びに、電流処理部３５からのｄ軸電流ｉ_ｄ及びｑ軸電流ｉ_ｑに基づいて、電流フィードバック制御のためのｄ軸電圧指令に対する補正量（以下「ｄ軸補正量」と称する）Δｖ_ｄ０及びｑ軸電圧指令に対する補正量（以下「ｑ軸補正量」と称する）Δｖ_ｑ０を演算する。電圧指令演算部３３が演算したｄ軸電圧指令ｖ_ｄ０と、電流フィードバック制御部３４が出力するｄ軸補正量Δｖ_ｄ０とは加算され、インバータ２に付与する補正後のｄ軸電圧指令ｖ_ｄ^＊となる。また、電圧指令演算部３３が演算したｑ軸電圧指令ｖ_ｑ０と、電流フィードバック制御部３４が出力するｑ軸補正量Δｖ_ｑ０とは加算され、インバータ２に付与する補正後のｑ軸電圧指令ｖ_ｑ^＊となる。

【0023】

位置検出部１０９は、位置情報を出力する装置又はセンサからの出力に基づき、４つの車軸１０３ａ〜１０３ｄの位置情報を演算し、演算結果をトルク指令演算部３０に出力する。なお、位置情報を出力する装置又はセンサとしては、ＡＴＳ（Ａｕｔｏｍａｔｉｃ Ｔｒａｉｎ Ｓｔｏｐ）の地上子、又は、ＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）の受信機が例示される。

【0024】

車軸１０３ａ〜１０３ｄのそれぞれには、図２に示すように、回転センサ５０ａ〜５０ｄが設けられている。回転センサ５０ａ〜５０ｄは、車軸１０３ａ〜１０３ｄにおける各々についての回転周波数を計測して基準周波数演算部３６に出力する。なお、本実施の形態において、回転センサ５０ａ〜５０ｄが計測する回転周波数の情報は、主電動機１０４ａ〜１０４ｄにおける各々についての回転周波数ｆ_ｍ１〜ｆ_ｍ４とする。

【0025】

なお、主電動機の回転周波数と、車軸の回転周波数とは、ギア比によって換算できることは言うまでもない。また、主電動機の回転周波数には、回転子の機械的な回転速度を表す機械周波数と、機械周波数を固定子回路の電気量の周波数に換算した電気周波数の２種類があるが、両者は主電動機の極対数によって容易に換算できる。したがって以下の説明では、車輪、車軸、及び車軸に接続される主電動機の機械周波数と電気周波数は、それぞれ定数で換算できるものとして扱い、厳密な区別をしない。また、車輪の回転周波数は、車輪径を用いて換算すると直線運動における速度に換算される。逆に、列車速度は車輪径を用いて換算すると、回転運動における回転周波数に換算される。したがって、以下の説明では、主電動機、車軸及び車輪の回転周波数のことを、単に「速度」又は「回転速度」と表現する場合がある。

【0026】

基準周波数演算部３６は、回転センサ５０ａ〜５０ｄからの回転周波数の情報に基づいて基準周波数ｆ_ｎを演算する。基準周波数ｆ_ｎの算出方法については、ｆ_ｍ１〜ｆ_ｍ４の平均値を基準周波数とすることが一般的である。基準周波数演算部３６が演算した基準周波数ｆ_ｎと、すべり周波数演算部３２が演算したすべり周波数指令ｆ_ｓとは加算され、インバータ周波数ｆ_ｉとして位相演算部３７に付与される。インバータ周波数ｆ_ｉは、インバータ２の出力電圧の周波数である。

【0027】

なお、図２では回転センサ５０ａ〜５０ｄによって主電動機１０４ａ〜１０４ｄの回転周波数を取得する構成を例示したが、ｄ軸電圧指令ｖ_ｄ０及びｑ軸電圧指令ｖ_ｑ０と、ｄ軸電流ｉ_ｄ及びｑ軸電流ｉ_ｑとを用いて、主電動機１０４ａ〜１０４ｄの回転周波数を推定する、速度推定器を備える構成としてもよい。このような、いわゆる速度センサレス制御の構成においては、主電動機１０４ａ〜１０４ｄの個々の速度を判別することはできず、主電動機１０４ａ〜１０４ｄの代表速度が１通りのみ演算される。この場合は、速度推定器の出力を、そのまま基準周波数ｆ_ｎとすればよい。

【0028】

位相演算部３７は、インバータ周波数ｆ_ｉに基づいて制御位相角θ_ｉを演算する。制御位相角θ_ｉは、静止座標系と回転座標系とで座標変換を行う際に参照される位相角であり、インバータ周波数ｆ_ｉを積分することで求めることができる。

【0029】

ゲート指令部３８は、位置検出部１０９から出力される位置情報に基づき、インバータ２の電圧出力のオンとオフとを切り替える。以下、インバータ２が電圧を出力している状態をゲートオン、インバータ２が電圧の出力を停止している状態をゲートオフと呼称する。

【0030】

次に、トルク指令演算部３０の詳細な動作について、図３〜図６を用いて説明する。図３は、実施の形態１に係るトルク指令演算部の構成例を示すブロック図である。

【0031】

図３において、トルク指令演算部３０は、モード切替判定部３０ａ、軌間変換時トルクパターン生成部３０ｂ、通常走行時トルクパターン生成部３０ｃ、及びトルク指令値選択部３０ｄを有する。

【0032】

モード切替判定部３０ａは、位置検出部１０９によって演算された４つの車軸１０３ａ〜１０３ｄの位置情報に基づき、トルク指令値τ^＊の演算方法を切り替える。具体的には、車軸１０３ａ〜１０３ｄのうち、少なくとも一つが軌間変換区間の内部にあるとき、列車速度と基準周波数との差の情報に基づいて、軌間変換時トルクパターン生成部３０ｂに保持される軌間変換時トルクパターンを参照してトルク指令値を出力する。一方、車軸１０３ａ〜１０３ｄのすべてが軌間変換区間の外部にあるときは、基準周波数と運転指令に含まれるノッチ情報とに基づいて、通常走行時トルクパターン生成部３０ｃに保持される通常走行時トルクパターンを参照してトルク指令値τ^＊を出力する。

【0033】

軌間変換時トルクパターン生成部３０ｂは、列車速度と基準周波数との差を引数として、軌間変換時トルクパターンを生成する。軌間変換時トルクパターンは、トルク指令値を出力するルックアップテーブルである。軌間変換時トルクパターンの例としては、図４または図５に示すようなトルクパターンが挙げられる。図４または図５において、横軸は列車速度と基準周波数との差を表し、縦軸はトルク指令値の大きさを表している。

【0034】

図４のトルクパターンでは、列車速度と基準周波数ｆ_ｎとの差の絶対値が第１の値ｆ_１を超えるとトルク指令値の絶対値がτ１に制限されるようになっているが、列車速度と基準周波数ｆ_ｎとの差の絶対値が第１の値ｆ_１を超えるまでは、当該絶対値が大きいほど、大きなトルク指令値が出力されるようになっている。したがって、列車速度に対して基準周波数ｆ_ｎが小さい場合には、正のトルク指令値が生成されて主電動機１０４ａ〜１０４ｄは加速し、車軸１０３ａ〜１０３ｄの回転速度が大きくなって基準周波数ｆ_ｎも大きくなり、やがては列車速度に一致する。また、列車速度に対して基準周波数ｆ_ｎが大きい場合には、負のトルク指令値が生成されて主電動機１０４ａ〜１０４ｄは減速し、車軸１０３ａ〜１０３ｄの回転速度が小さくなって基準周波数ｆ_ｎも小さくなり、やがて列車速度に一致する。

【0035】

また、図５のトルクパターンでは、列車速度と基準周波数ｆ_ｎとの差の絶対値が第２の値ｆ_２を超えるとトルク指令値の絶対値が一定値τ２になるようになっているが、列車速度と基準周波数ｆ_ｎとの差の絶対値が第２の値ｆ_２を超えるまでは、トルク指令値がゼロとなる不感帯が設けられ、トルク指令値が出力されないようになっている。このように、トルク指令値がゼロとなる不感帯を設けると、列車速度が微小変化したときに、トルク指令値が小刻みに変化するのを防ぐ効果がある。特に、列車速度の情報の分解能が低い場合に効果を発揮する。この場合も、図４のトルクパターンを用いたときと同様に、車軸１０３ａ〜１０３ｄの回転速度は、列車速度にほぼ一致する。

【0036】

また、図６は、実施の形態１に係るトルク指令演算部の別の構成例を示すブロック図である。図６のブロック図は、軌間変換時トルクパターン生成部３０ｂの代わりに、速度制御器３０ｅを備えた点で、図３と異なる。速度制御器３０ｅの代表的なものとして、ＰＩ（Ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｌ Ｉｎｔｅｇｒａｌ）補償器と称される比例積分補償器が挙げられる。図４と図５に示すようなルックアップテーブルを用いた方法は、車軸１０３ａ〜１０３ｄの速度が振動的になるといった懸念がある。そこで、列車速度と基準周波数との差を速度制御器３０ｅに入力し、速度制御のためのフィードバックループを構成することで、種々の外乱の影響を抑え、車軸１０３ａ〜１０３ｄの空転速度を列車速度と一致させる制御をより正確に行うことができる。

【0037】

上述のようにトルク指令値の演算方法を切り替えることは、言い換えると、車軸の位置情報に基づいて、主電動機のトルク制御と速度制御を切り替えているのと等しい。すなわち、インバータの制御対象である車軸のうちの少なくとも一つが軌間変換区間の内部にあるときは、車軸の回転速度を列車速度と一致させる速度制御を行い、インバータの制御対象である車軸のすべてが軌間変換区間の外部にあるときは、運転指令に基づいてトルク制御を行い、車輪の駆動力を列車の推進に寄与させる。

【0038】

図７は、３つの車両１０９ａ〜１０９ｃからなる軌間可変電車１００が、軌間変換区間を通過するときの、ある時点での動作状態を説明する模式図である。図７において、図２と同一又は同等の構成部には同一符号を付している。また、電圧制御部３ｂ，３ｃへの入力信号について、電圧制御部３ａと同一の部分は図示を省略している。また、各車輪に付しているＡ１〜Ａ４、Ｂ１〜Ｂ４及びＣ１〜Ｃ４の符号は、図７では、車軸を意味している。さらに、図７において、白抜きの車軸はトルク制御されている車軸を表し、ハッチングされている車軸は速度制御されている車軸を表している。

【0039】

図７において、インバータ２ｂの制御対象である車軸Ｂ１〜Ｂ４は、すべてが軌間変換区間の内部にあり、空転している。したがって、電圧制御部３ｂは、車軸Ｂ１〜Ｂ４の回転速度が、列車速度と一致するように速度制御を行う。電圧制御部３ｃについても、電圧制御部３ｂと同様である。一方、インバータ２ａの制御対象である車軸Ａ１〜Ａ４は、すべて軌間変換区間の外部にあり軌道と接している。したがって、電圧制御部３ａは、運転指令に基づくトルク制御を行い、車軸Ａ１〜Ａ４は駆動力が列車の推進に寄与するように制御される。

【0040】

図８は、３つの車両１０９ａ〜１０９ｃからなる軌間可変電車１００が、軌間変換区間を通過するときの、ある時点での動作状態を説明する別の模式図である。図８では、１台のインバータにつき、図示を省略した２台の主電動機に接続される車軸が制御される構成となっている点が、図７と異なる。図８において、図２及び図７と同一又は同等の構成部には同一符号を付して、重複する説明は省略する。また、電圧制御部３ａ２，３ｂ１，３ｂ２，３ｃ１，３ｃ２への入力信号について、電圧制御部３ａ１と同一の部分は図示を省略している。

【0041】

図８において、インバータ２ｂ１の制御対象である車軸Ｂ１，Ｂ２は軌間変換区間の内部にあり空転している。したがって、電圧制御部３ｂ１は車軸Ｂ１，Ｂ２の回転速度が列車速度と一致するように速度制御を行う。電圧制御部３ｂ２，３ｃ１についても同様であり、電圧制御部３ｂ２は、インバータ２ｂ２を制御して、車軸Ｂ３及びＢ４の回転速度が列車速度と一致するように速度制御を行い、電圧制御部３ｃ１は、インバータ２ｃ１を制御して、車軸Ｃ１及びＣ２の回転速度が列車速度と一致するように速度制御を行う。一方、インバータ２ａ１，２ａ２，２ｃ２については、それぞれのインバータの制御対象である車軸がすべて軌間変換区間の外部にあるので、運転指令に基づくトルク制御を行う。よって、車軸Ａ１〜Ａ４及び車軸Ｃ３，Ｃ４は、駆動力が列車の推進に寄与するように制御される。

【0042】

上記の通り、実施の形態１における電圧制御部３の動作は、１台のインバータが制御する主電動機の台数によらない。また、１台のインバータの制御対象である複数の車軸が、複数の車両にわたって配置される構成であってもよい。さらには、インバータと、その制御対象である車軸とが、別々の車両に配置される構成であってもよい。

【0043】

また、本実施の形態において、軌間可変電車１００には複数のインバータ２が搭載されており、それぞれのインバータ２に対応する数だけの電圧制御部３が搭載され、軌間可変電車の推進制御システムをなしている。そして、あるインバータ２の制御対象である車軸が軌間変換区間の内部にあるときでも、少なくとも一つのインバータ２については、当該インバータの制御対象である車軸のすべてが軌間変換区間の外部にあるように配置されている。例えば、軌間可変電車１００が図７に示す構成の場合、軌間変換区間の長さは車軸Ａ４と車軸Ｃ１との間の距離よりも短い。また、軌間可変電車１００が図８に示す構成の場合、軌間変換区間の長さは車軸Ａ２と車軸Ｃ３との間の距離よりも短い。すなわち、常に少なくとも一つの車軸は、駆動力が列車の推進に寄与するように制御できる状態にある。したがって、軌間可変電車１００が軌間変換区間を通過する途中で停止してしまった場合にも、軌間可変電車１００を再び加速させて、軌間変換区間を通過することができる。また、このように、軌間可変電車１００の速度が軌間変換区間を通過する途中で変化する場合にも、軌間変換区間の内部にある車軸の回転速度は列車速度と一致するように制御されるので、車軸が軌間変換区間を脱出するときに、当該車軸の車輪とレールとの摩擦も抑制される。

【0044】

ここで、車軸Ａ１〜Ａ４、車軸Ｂ１〜Ｂ４及び車軸Ｃ１〜Ｃ４のうち、軌間変換区間の内部にあるものと、外部にあるものが混在する場合の挙動について補足する。

【0045】

図７において、インバータ２ｃの制御対象である車軸のうち、車軸Ｃ１，Ｃ２は軌間変換区間の内部にあり空転している。一方、車軸Ｃ３，Ｃ４については軌間変換区間の外部にあって線路１０１のレールと接しており、なおかつ車両１０９ｃの荷重がかかっている。したがって、車軸Ｃ３，Ｃ４の回転速度は、当該車軸Ｃ３，Ｃ４の車輪が粘着の限界を超えて空転を起こさない限りは、列車速度と一致している。

【0046】

例えば、図７に示す状態で、列車速度がわずかに増加したとき、車軸Ｃ３，Ｃ４の回転速度は列車速度に同期して増加する。一方、車軸Ｃ１，Ｃ２の回転速度は、列車速度に比べて小さくなる。そうすると、基準周波数ｆ_ｎは、車軸Ｃ３，Ｃ４の回転周波数より小さく、車軸Ｃ１，Ｃ２の回転周波数より大きくなる。その結果、基準周波数ｆ_ｎが変化したことによって、車軸Ｃ１，Ｃ２に対応する主電動機のすべり周波数が増加する。また、トルク指令演算部３０が正のトルク指令値を演算するので、車軸Ｃ１，Ｃ２が加速される。このとき、車軸Ｃ３，Ｃ４にも、車両１０９ｃを加速又は減速させる駆動力が発生する。しかしながら、車軸Ｃ１〜Ｃ４のすべてが軌間変換区間の内部にある時点から上記の制御が継続されていれば、車軸Ｃ１〜Ｃ４のそれぞれの回転速度に大きな差が生じることはないので、車体の振動及び乗り心地の悪化といった問題の発生は抑止できる。ただし、列車速度を速度制御の目標値とすることから、列車速度に関する情報の分解能はできるだけ高く、更新周期はできるだけ短い方が望ましい。

【0047】

なお、軌間可変電車の各車軸には、機械ブレーキ、及び機械ブレーキを制御する制御装置（以下、両者をまとめて「ブレーキ制御装置」と称する）が備えられる。通常走行時、走行状態の車両又は列車が減速する際には、インバータ及び主電動機による回生ブレーキと、機械ブレーキとが併用される。

【0048】

ここで、軌間可変電車における何れかの車軸が軌間変換区間の内部にあるとき、当該車軸に対して機械ブレーキが作動すると問題が生じる。軌間変換区間の内部で、車輪が空転することは既に述べた通りである。つまり、軌間変換区間の内部で空転している車軸には車体の荷重がかかっておらず、車輪とレールとの摩擦による粘着力も発生しないため、機械ブレーキが作動すると、容易に車軸及び車輪の回転がロックしてしまうと考えられる。

【0049】

一方、実施の形態１による制御装置は、車軸の回転速度と列車速度とを一致させる速度制御を行うことを述べた。機械ブレーキによって車軸の回転がロックした状態で、主電動機の速度制御が行われると、インバータが主電動機に発生させるトルクと、機械ブレーキが発生するトルクとが干渉してしまう。したがって、軌間変換区間の内部にある車軸に対しては、機械ブレーキが作動しないようにすることが望ましい。

【0050】

以上より、実施の形態１に係る制御装置は、インバータの制御対象である車軸のうちの少なくとも一つが軌間変換区間の内部にあるとき、当該インバータの電圧制御部は、車軸の回転速度が列車速度と一致するように、主電動機の速度制御を行う。この制御により、軌間変換区間の内部で空転している車軸の回転速度と列車速度との差が生じるのを抑制し、車輪とレールとが摩擦により損耗するのを抑制することができる。

【0051】

なお、実施の形態１に係る制御装置において、インバータの制御対象である車軸のすべてが軌間変換区間の外部にあるとき、当該インバータの電圧制御部は、運転指令に基づき主電動機のトルク制御を行うことが好ましい。この制御により、当該車軸の駆動力を軌間可変電車の推進に寄与させることができる。

【0052】

実施の形態２．
実施の形態１では、インバータ２の制御対象となる車軸の速度制御を行う具体的な方法として、車軸の位置情報に基づいてトルク指令演算部３０の演算処理を切り替える方法を述べた。しかしながら、実施の形態１の方法では、軌間変換時トルクパターンの調整、又は速度制御器の制御ゲインの調整が必要となる。そこで、実施の形態２では、主電動機が誘導電動機である場合に、より簡便な方法で主電動機の速度制御を行う方法を述べる。

【0053】

図９は、実施の形態２に係る制御装置の構成を示すブロック図である。実施の形態２に係る制御装置２００は、図２に示す実施の形態１に係る制御装置２００の構成において、位相演算部３７の前段に周波数選択部３９を備えた点で、実施の形態１と異なる。その他の構成は、図２に示す実施の形態１の構成と同一又は同等であり、同一又は同等の構成部には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

【0054】

次に、実施の形態２における、周波数選択部３９の動作について述べる。周波数選択部３９は、位置検出部１０９から、４つの車軸１０３ａ〜１０３ｄの位置情報を取得する。そして、周波数選択部３９は、車軸１０３ａ〜１０３ｄのうち少なくとも一つが軌間変換区間の内部にあるとき、列車速度を電動機の電気周波数に換算した周波数換算列車速度を、インバータ周波数ｆ_ｉとして出力する。また、周波数選択部３９は、車軸１０３ａ〜１０３ｄのすべてが軌間変換区間の外部にあるとき、基準周波数演算部３６から出力される基準周波数ｆ_ｎと、すべり周波数演算部３２から出力されるすべり周波数指令ｆ_ｓとを加算した結果を、インバータ周波数ｆ_ｉとして出力する。

【0055】

次に、周波数選択部３９を上述のように動作させる意義を述べる。軌間変換区間において、車軸が空転することは前述の通りである。このとき、空転している車軸に対応する主電動機は、車輪がレールに接しているときと比べて負荷トルクが大幅に小さくなっている。摩擦及び風損を無視すると、空転する車軸に対応する主電動機の負荷トルクは、ほぼゼロに等しい。負荷トルクがゼロの誘導電動機は、回転子の回転周波数と、印加する電圧の周波数とが一致し、すべり周波数がゼロの状態で回転する。したがって、周波数選択部３９が周波数換算列車速度をインバータ周波数ｆ_ｉとして出力すると、軌間変換区間の内部で空転している車軸の回転速度は、列車速度とほぼ等しい速度に制御されることとなる。つまり、実施の形態１と同様に、軌間変換区間の内部で空転している車軸の回転が、列車速度を目標値として速度制御される。

【0056】

図７において、インバータ２ｂの制御対象である車軸Ｂ１〜Ｂ４は、すべてが軌間変換区間の内部にあり、空転している。したがって、電圧制御部３ｂの周波数選択部３９は、周波数換算列車速度をインバータ周波数ｆｉとして出力する。その結果、車軸Ｂ１〜Ｂ４の回転速度が列車速度と一致するように速度が制御される。電圧制御部３ｃについても、電圧制御部３ｂと同様である。一方、インバータ２ａの制御対象である車軸Ａ１〜Ａ４は、すべて軌間変換区間の外部にあり軌道と接している。したがって、電圧制御部３ａの周波数選択部３９は、基準周波数ｆｎとすべり周波数指令ｆｓとを加算した結果を、インバータ周波数ｆｉとして出力する。その結果、車軸Ａ１〜Ａ４は駆動力が列車の推進に寄与するようにトルクが制御される。

【0057】

ここで、車軸Ａ１〜Ａ４、車軸Ｂ１〜Ｂ４及び車軸Ｃ１〜Ｃ４のうち、軌間変換区間の内部にあるものと、外部にあるものが混在する場合の挙動について補足する。

【0058】

図７において、インバータ２ｃの制御対象である車軸のうち、車軸Ｃ１，Ｃ２は軌間変換区間の内部にあり空転している。一方、車軸Ｃ３，Ｃ４については軌間変換区間の外部にあって、車軸Ｃ３，Ｃ４の車輪は線路１０１のレールと接している。そして、車軸Ｃ１〜Ｃ４に対応する主電動機には、インバータ２ｃから同じ電圧が印加されている。

【0059】

レールと接している車輪の回転速度は、車輪が粘着の限界を超えて空転している場合を除いて、列車速度と一致している。したがって、車軸Ｃ３，Ｃ４に対応する主電動機は、周波数換算列車速度と等しい周波数で回転しており、さらに周波数換算列車速度と等しい周波数の電圧が印加されている。結果として、車軸Ｃ３，Ｃ４に対応する主電動機についてはすべり周波数がゼロの状態が実現し、トルクが発生しない。

【0060】

図９に示す実施の形態２に係る制御装置２００のブロック図において、トルク指令演算部３０の入力信号及び出力信号とは、図２に示す実施の形態１に係る制御装置２００のブロック図と同等の構成としている。上述の通り、周波数選択部３９が周波数換算列車速度をインバータ周波数ｆ_ｉとして出力している間は、すべり周波数指令ｆ_ｓが無視されるので、すべての電動機のトルクがほぼゼロとなる。つまり、車軸１０３ａ〜１０３ｄのうち少なくとも一つが軌間変換区間の内部にあるとき、トルク指令値τ^＊の変化は、主電動機１０４ａ〜１０４ｄに発生するトルクに反映されない。したがって、実施の形態２に係る制御装置２００においては、トルク指令演算部３０の演算に影響を受けず、トルク指令演算部３０の演算については、特に限定されない。

【0061】

以上より、実施の形態２に係る制御装置によれば、１台のインバータで誘導電動機である複数の主電動機を制御する際に、列車速度を電動機の電気周波数に換算した周波数換算列車速度をインバータの出力電圧の周波数とすることで、トルクパターン及び速度制御器などの調整を必要とせず、簡便に主電動機の速度制御を達成できるので、実施の形態１と同様の効果を得ることができる。

【0062】

実施の形態３．
実施の形態１及び実施の形態２では、軌間変換区間の内部で空転している車軸の回転速度が、列車速度と一致するように制御を行った。このようにする目的は、車軸が軌間変換区間から脱出する際に、列車速度と車軸の空転速度との差によって、車輪及びレールの摩擦・損耗が生じるのを防ぐためであった。しかしながら、列車速度が十分に小さく、摩擦・損耗の程度も軽微であると判断されるときは、主電動機の速度制御を継続する必要性は薄い。

【0063】

図１０と図１１を用いて、実施の形態３に係る制御装置の動作を説明する。図１０は、実施の形態３に係る制御装置の構成を示すブロック図である。実施の形態３に係る制御装置２００は、図２に示す実施の形態１に係る制御装置２００の構成において、ゲート指令部３８に列車速度の情報が入力される点で、実施の形態１と異なる。その他の構成は、図２に示す実施の形態１の構成と同一又は同等であり、同一又は同等の構成部には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。また、図１１は、実施の形態３における要部動作を説明するためのフローチャートである。

【0064】

ゲート指令部３８は、図１１に示す制御処理、詳細には、インバータ２へのゲート信号出力のオンとオフ、すなわちゲートオンとゲートオフとの切り替え処理（以下「オンオフ切り替え処理」と称する）を実行する。図１１において、ゲート指令部３８は、車軸１０３ａ〜１０３ｄのうちの少なくとも一つが軌間変換区間の内部にあり（ステップＳ３０１，Ｙｅｓ）、列車速度が判定値である第１の速度以下のとき（ステップＳ３０２，Ｙｅｓ）、インバータ２のゲート信号出力を停止あるいは停止状態を継続する処理を行い（ステップＳ３０３）、図１１のフローを抜ける。

【0065】

また、ゲート指令部３８は、車軸１０３ａ〜１０３ｄのうちの少なくとも一つが軌間変換区間の内部にあり（ステップＳ３０１，Ｙｅｓ）、列車速度が第１の速度より大きいとき（ステップＳ３０２，Ｎｏ）、インバータ２へのゲート信号出力を開始あるいはゲート信号出力の動作状態を継続する処理を行い（ステップＳ３０４）、図１１のフローを抜ける。

【0066】

また、ゲート指令部３８は、車軸１０３ａ〜１０３ｄのすべてが軌間変換区間の外部にあるとき（ステップＳ３０１，Ｎｏ）、インバータ２へのゲート信号出力を開始あるいはゲート信号出力の動作状態を継続する処理を行い（ステップＳ３０４）、図１１のフローを抜ける。

【0067】

なお、上記のステップＳ３０２の判定処理では、列車速度と第１の速度とが等しい場合を“Ｙｅｓ”と判定しているが、“Ｎｏ”と判定してもよい。すなわち、列車速度と第１の速度とが等しい場合を“Ｙｅｓ”又は“Ｎｏ”の何れで判定してもよい。

【0068】

上述のように、ゲート指令部３８は、軌間変換動作時におけるインバータ２の動作状態を切り替える処理を行うものであり、図１０には図示されない、その他の機能ブロックによって、インバータ２へのゲート信号出力のオンオフ切り替え処理が行われても何ら問題ない。例えば、機器の異常を検知したとき、又は運転手の判断によって非常停止操作が行われたときのオンオフ切り替え処理は、ゲート指令部３８及び図１１のフローに示す処理よりも、優先的に実行されるべきものである。

【0069】

なお、実施の形態３では、列車速度が第１の速度より小さいときにインバータのゲートオフを実行する構成を実施の形態１に係る制御装置２００に適用する場合について説明したが、この構成を実施の形態２に係る制御装置２００に適用できるのは言うまでもない。

【0070】

以上より、実施の形態３に係る制御装置によれば、列車速度が判定値よりも小さいときにインバータをゲートオフする処理を行うことで、無駄な電力の消費を抑制することができる。また、列車速度が判定値よりも大きいときには、実施の形態１と同様の効果を得ることができる。

【0071】

実施の形態４．
実施の形態４では、実施の形態１〜実施の形態３の電圧制御部３に係る機能をソフトウェアで実現する際のハードウェア構成について、図１２を参照して説明する。なお、ここでいう機能とは、電圧制御部３における、トルク指令演算部３０、電流指令演算部３１、すべり周波数演算部３２、電圧指令演算部３３、電流フィードバック制御部３４、電流処理部３５、基準周波数演算部３６、位相演算部３７、ゲート指令部３８及び周波数選択部３９が該当する。

【0072】

上述した機能をソフトウェアで実現する場合には、図１２に示すように、演算を行うＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ：中央処理装置）３００、ＣＰＵ３００によって読みとられるプログラムが保存されるメモリ３０２及び信号の入出力を行うインタフェース３０４を含む構成とすることができる。なお、ＣＰＵ３００は、演算装置、マイクロプロセッサ、マイクロコンピュータ、プロセッサ、又はＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）などと称されるものであってもよい。また、メモリ３０２とは、例えば、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、フラッシュメモリ、ＥＰＲＯＭ（Ｅｒａｓａｂｌｅ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ ＲＯＭ）、ＥＥＰＲＯＭ（登録商標）（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ ＥＰＲＯＭ）などの、不揮発性又は揮発性の半導体メモリなどが該当する。

【0073】

具体的に、メモリ３０２には、制御機能を実行するプログラムが格納されている。ＣＰＵ３００は、インタフェース３０４を介して、必要な情報の授受を行うことにより、本実施の形態で説明された各種の演算処理を実行する。

【0074】

また、図１２に示すＣＰＵ３００及びメモリ３０２は、図１３のように処理回路３０３に置き換えてもよい。処理回路３０３は、例えば、単一回路、複合回路、プログラム化したプロセッサ、並列プログラム化したプロセッサ、ＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ−Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）、又は、これらを組み合わせたものが該当する。

【0075】

最後に、実施の形態１〜実施の形態３の制御装置におけるインバータに用いられるスイッチング素子について説明する。実施の形態１〜実施の形態３のインバータで用いられるスイッチング素子としては、Ｓｉ（珪素）を素材とする半導体素子（ＩＧＢＴ、ＭＯＳＦＥＴ、ダイオードなど、以下「Ｓｉ素子」と称する）を用いる構成が一般的である。一方、最近では、Ｓｉに代え、近年注目されているＳｉＣ（炭化珪素）を素材とする半導体素子（以下「ＳｉＣ素子」と称する）が注目されている。

【0076】

ＳｉＣ素子の特徴として、スイッチング時間を従来素子（例えばＳｉ素子）に対して非常に短くする（約１／１０以下）ことができる。このため、スイッチング損失が小さくなる。また、ＳｉＣ素子は導通損失も小さい。このため、定常時の損失も従来素子に比して大幅（約１／１０以下）に低減することが可能である。

【0077】

実施の形態１〜実施の形態２に係る手法の特徴として、上述したように、軌間可変電車１００が軌間変換区間を通過するときでもインバータをゲートオンし続ける制御を行う。また、実施の形態３に係る手法についても、列車速度が第１の速度よりも大きいときは、実施の形態１〜実施の形態２と同様にインバータをゲートオンし続ける制御を行う。このため、軌間可変電車１００が軌間変換区間を通過するときにインバータをゲートオフする場合と比べて、スイッチング素子のスイッチング回数が増加する。また、空転車輪を駆動する主電動機の電流は減少するが、励磁電流は流れ続ける。このため、スイッチング損失及び導通損失が小さいＳｉＣ素子は、本実施の形態に係る制御装置に用いて好適である。

【0078】

なお、ＳｉＣは、Ｓｉよりもバンドギャップが大きいという特性を捉えて、ワイドバンドギャップ半導体と称される半導体の一例である。このＳｉＣ以外にも、例えば窒化ガリウム系材料、又はダイヤモンドを用いて形成される半導体もワイドバンドギャップ半導体に属しており、それらの特性も炭化珪素に類似した点が多い。したがって、ＳｉＣ以外の他のワイドバンドギャップ半導体を用いる構成も、本発明の要旨を成すものである。

【0079】

なお、以上の実施の形態に示した構成は、本発明の内容の一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。

【符号の説明】

【0080】

１ 直流電源、２，２ａ，２ｂ，２ｃ，２ａ１，２ａ２，２ｂ１，２ｂ２，２ｃ１，２ｃ２ インバータ、３，３ａ，３ｂ，３ｃ，３ａ１，３ａ２，３ｂ１，３ｂ２，３ｃ１，３ｃ２ 電圧制御部、３０ トルク指令演算部、３０ａ モード切替判定部、３０ｂ 軌間変換時トルクパターン生成部、３０ｃ 通常走行時トルクパターン生成部、３０ｄ トルク指令値選択部、３０ｅ 速度制御器、３１ 電流指令演算部、３２ すべり周波数演算部、３３ 電圧指令演算部、３４ 電流フィードバック制御部、３５ 電流処理部、３６ 基準周波数演算部、３７ 位相演算部、３８ ゲート指令部、３９ 周波数選択部、５０ａ〜５０ｄ 回転センサ、１００ 軌間可変電車、１０１ａ，１０１ｂ 線路、１０２ａ〜１０２ｄ 車輪、１０３ａ〜１０３ｄ，Ａ１〜Ａ４，Ｂ１〜Ｂ４，Ｃ１〜Ｃ４ 車軸、１０４ａ〜１０４ｄ 主電動機、１０６ 軌間変換装置、１０７ 車体支持部、１０８ ガイドレール、１０９ 位置検出部、１０９ａ，１０９ｂ，１０９ｃ 車両、１１８ 電流センサ、２００ 制御装置、３００ ＣＰＵ、３０２ メモリ、３０３ 処理回路、３０４ インタフェース。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】