特許 7604233 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】

(24)【登録日】2024-12-13

(45)【発行日】2024-12-23

(54)【発明の名称】電気車制御装置

(51)【国際特許分類】

   B60L 9/18 20060101AFI20241216BHJP

   B60L 3/00 20190101ALI20241216BHJP

   H02M 7/48 20070101ALI20241216BHJP

【ＦＩ】

B60L9/18 L

B60L3/00 C

H02M7/48 M

【請求項の数】 7

(21)【出願番号】P 2021000094

(22)【出願日】2021-01-04

(65)【公開番号】P2022105370

(43)【公開日】2022-07-14

【審査請求日】2023-10-13

(73)【特許権者】

【識別番号】000003078

【氏名又は名称】株式会社東芝

(73)【特許権者】

【識別番号】598076591

【氏名又は名称】東芝インフラシステムズ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110003708

【氏名又は名称】弁理士法人鈴榮特許綜合事務所

(72)【発明者】

【氏名】河村 恒毅

【審査官】加藤 昌人

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１３－２０１８００（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１３－２４３９３０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１３－１１０８２１（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０２１／２４５８００（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開平０１－３０１４５４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００３－１３４７９５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１４－２３９５７６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－０４２３５５（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許第０９１６０２１３（ＵＳ，Ｂ２）

【文献】特開２０１６－０５９１１４（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ６０Ｌ １／００－ ３／１２

Ｂ６０Ｌ ７／００－１３／００

Ｂ６０Ｌ １５／００－５８／４０

Ｈ０２Ｍ ７／４８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

車両の第１車輪を駆動する第１モータと、
前記車両の前記第１車輪よりも進行方向の後方に配置された第２車輪を駆動する第２モータと、
前記第１モータに電流を供給する第１インバータと、
前記車両の前記第１インバータよりも前記進行方向の前方に配置され、前記第２モータに電流を供給する第２インバータと、
前記第１インバータ及び第２インバータの半導体スイッチング素子の温度を推定する温度推定部と、
前記温度推定部による温度の推定結果に基づいて、前記第１インバータ及び前記第２インバータの電流指令値を制御する電流指令演算回路と、
を具備し、
前記電流指令演算回路は、前記第２インバータの半導体スイッチング素子の温度が、前記第１インバータの半導体スイッチング素子の温度を超えないように、前記第１インバータ及び前記第２インバータの電流指令値を制御する電気車制御装置。

【請求項2】

前記電流指令演算回路は、前記第２インバータの半導体スイッチング素子の温度が、予め設定された許容値を超えないように、前記第１インバータ及び前記第２インバータの電流指令値を制御する請求項１記載の電気車制御装置。

【請求項3】

前記温度推定部は、前記第１インバータまたは前記第２インバータの半導体スイッチング素子のゲート駆動回路の電源により動作し、信号絶縁器を介して温度の推定結果を前記電流指令演算回路に出力する請求項１又は請求項２記載の電気車制御装置。

【請求項4】

前記温度推定部は、前記第１インバータ及び前記第２インバータの半導体スイッチング素子の温度を検出する温度センサの検出結果に基づいて、温度の推定を行う請求項３に記載の電気車制御装置。

【請求項5】

前記第１インバータ及び前記第２インバータが配置され、前記車両の走行時に走行風を取り込む冷却ユニットをさらに具備し、
前記第１インバータは、前記車両の前記進行方向の後方に配置され、
前記第２インバータは、前記車両の前記進行方向の前方に配置される請求項１乃至３のいずれか１項に記載の電気車制御装置。

【請求項6】

車両の第１車輪を駆動する第１モータと、
前記車両の前記第１車輪よりも進行方向の後方に配置された第２車輪を駆動する第２モータと、
前記第１モータに電流を供給する第１インバータと、
前記車両の前記第１インバータよりも前記進行方向の前方に配置され、前記第２モータに電流を供給する第２インバータと、
前記第１インバータ及び第２インバータの半導体スイッチング素子の温度を推定する温度推定部と、
前記温度推定部による温度の推定結果に基づいて、前記第１インバータ及び前記第２インバータの電流指令値を制御する電流指令演算回路と、
前記第１インバータ及び前記第２インバータが配置され、前記車両の走行時に走行風を取り込む冷却ユニットと、を具備し、
前記第１インバータは、前記車両の前記進行方向の後方に配置され、
前記第２インバータは、前記車両の前記進行方向の前方に配置され、
前記電流指令演算回路は、前記冷却ユニットに設けられた温度センサの検出結果と、前記温度推定部による温度推定結果との偏差が予め設定された閾値以上になった場合、電流指令値の制御を停止する電気車制御装置。

【請求項7】

車両の第１車輪を駆動する第１モータと、
前記車両の前記第１車輪よりも進行方向の後方に配置された第２車輪を駆動する第２モータと、
前記第１モータに電流を供給する第１インバータと、
前記車両の前記第１インバータよりも前記進行方向の前方に配置され、前記第２モータに電流を供給する第２インバータと、
前記第１インバータ及び第２インバータの半導体スイッチング素子の温度を推定する温度推定部と、
前記温度推定部による温度の推定結果に基づいて、前記第１インバータ及び前記第２インバータの電流指令値を制御する電流指令演算回路と、
前記第１インバータ及び前記第２インバータが配置され、前記車両の走行時に走行風を取り込む冷却ユニットと、を具備し、
前記第１インバータは、前記車両の前記進行方向の後方に配置され、
前記第２インバータは、前記車両の前記進行方向の前方に配置され、
前記電流指令演算回路は、前記冷却ユニットに設けられた温度センサの検出結果と、前記温度推定部による温度推定結果との偏差が予め設定された閾値以上になった場合、前記第１インバータ及び前記第２インバータを停止させる電気車制御装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明の実施形態は、電気車制御装置に関する。

【背景技術】

【0002】

動力台車に設けられている車輪を駆動する永久磁石同期電動機を利用した鉄道車両駆動システムがある。永久磁石同期電動機は、回転子の回転に合わせてインバータから電圧を与える必要がある。この為、永久磁石同期電動機を用いた鉄道車両駆動システムは、永久磁石同期電動機ごとにインバータを有する必要がある。例えば、複数のインバータは、走行風を利用する１つの冷却ユニットに集約されて、車両に搭載される。

【0003】

動力台車に設けられている車輪は、例えば第１車輪と第２車輪とがある。第１車輪と第２車輪とは、車両の進行方向に沿って並べられている。車両の進行方向が所定の方向（第１方向）である場合に、第１車輪が車両の進行方向の前方になり、第２車輪が車両の進行方向の後方になるとする。このような場合、軸重移動の為、第１車輪は、第２車輪よりも軸重が軽くなる。永久磁石同期電動機を用いた鉄道車両駆動システムは、第１インバータから第１車輪を駆動する第１モータに供給する電流を、第２インバータから第２車輪を駆動する第２モータに供給する電流よりも小さく制御する。第１インバータは、冷却ユニットの車両の進行方向の後方（風下側）に設けられ、第２インバータは、冷却ユニットの車両の進行方向の前方（風上側）に設けられている。この為、第２インバータは、第１インバータに比べて冷却条件が良い。これにより、鉄道車両駆動システムは、粘着性能を確保しつつ、インバータの温度上昇を抑えることができる。

【0004】

しかしながら、インバータは、冷却系の熱時定数が小さく、電流による温度上昇が早い。この為、第１インバータの電流と、第２インバータの電流とがアンバランスとなった場合、電流により極端な温度上昇が生じ、インバータの寿命を縮める可能性があるという課題がある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】特開２０１３－２０１８００号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

本発明が解決しようとする課題は、インバータの温度上昇を抑えることができる電気車制御装置を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0007】

実施形態に係る電気車制御装置は、第１モータと、第２モータと、第１インバータと、第２インバータと、温度推定部と、電流指令演算回路と、を具備する。第１モータは、車両の第１車輪を駆動する。第２モータは、前記車両の前記第１車輪よりも進行方向の後方に配置された第２車輪を駆動する。第１インバータは、前記第１モータに電流を供給する。第２インバータは、前記車両の前記第１インバータよりも前記進行方向の前方に配置され、前記第２モータに電流を供給する。温度推定部は、前記第１インバータ及び第２インバータの半導体スイッチング素子の温度を推定する。電流指令演算回路は、前記温度推定部による温度の推定結果に基づいて、前記第１インバータ及び前記第２インバータの電流指令値を制御し、電流指令演算回路は、第２インバータの半導体スイッチング素子の温度が、第１インバータの半導体スイッチング素子の温度を超えないように、第１インバータ及び第２インバータの電流指令値を制御する。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】図１は、第１実施形態に係る電気車制御装置の構成の例について説明する為の図である。

【図2】図２は、第１実施形態に係る電気車制御装置の各構成の配置の例について説明する為の説明図である。

【図3】図３は、第１実施形態に係る冷却ユニットの構成例について説明する為の説明図である。

【図4】図４は、第１実施形態に係るインバータ装置の構成例について説明するための説明図である。

【図5】図５は、第１実施形態に係る電流指令演算回路の構成例について説明するための説明図である。

【図6】図６は、第１実施形態に係る温度推定部の構成例について説明するための説明図である。

【図7】図７は、第２実施形態に係る比率調整器の構成例について説明するための説明図である。

【図8】図８は、第３実施形態に係る冷却ユニットの構成例について説明する為の説明図である。

【図9】図９は、第３実施形態に係る電流指令演算回路の構成例について説明するための説明図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下、実施の形態について図面を参照して説明する。
（第１実施形態）
図１は、第１実施形態に係る電気車制御装置１の構成例を示す説明図である。図２は、電気車制御装置１の各構成の配置の例について説明する為の説明図である。

【0010】

電気車制御装置１は、例えば、電気車などの移動体の車両２に搭載される。電気車制御装置１は、架空電車線または第三軌条などの電車線３から集電器４を介して直流電力を受け取り、受け取った直流電力を負荷である永久磁石同期電動機５の定格に応じた交流電力に変換し、永久磁石同期電動機５に交流電力を供給する。

【0011】

本実施形態では、電気車制御装置１は、電気車に線路６上を力行させるための永久磁石同期電動機５（三相誘導電動機）に交流電力（三相交流電力）を供給する電源装置であるとして説明する。

【0012】

電気車制御装置１は、昇圧回路１１、電力変換回路１２、インバータ装置１３、及び主制御回路１４を備える。

【0013】

昇圧回路１１は、電車線３から集電器４を介して入力された直流電力を昇圧させる。昇圧回路１１は、昇圧リアクトル、昇圧チョッパを備える。

【0014】

昇圧チョッパは、スイッチ及びダイオードを備える。昇圧チョッパは、主制御回路１４の制御に基づいて、スイッチをオンオフ制御することにより、昇圧リアクトルに流れる電流を制御する。これにより、昇圧チョッパは、昇圧リアクトルに蓄えられた電磁エネルギーにより昇圧した直流電圧を出力する。また、昇圧チョッパは、出力される直流電圧を安定させるフィルタコンデンサを備えていてもよい。

【0015】

電力変換回路１２は、昇圧回路１１から出力された直流電力を、直流負荷用の電力に変換する。電力変換回路１２は、例えば、共振インバータ２１、変圧器２２、整流回路２３、及び平滑回路２４を有する。

【0016】

共振インバータ２１は、昇圧チョッパから供給される直流電圧を用いて、変圧器２２に交流電流（インバータ電流、または単相交流電流など）を供給する回路である。共振インバータ２１は、例えば、共振方式単相ハーフブリッジインバータとして構成される。共振インバータ２１は、スイッチ及びコンデンサを備える。共振インバータ２１は、スイッチをオンオフ制御することにより、コンデンサから変圧器２２に交流電流を供給する。

【0017】

変圧器２２は、磁束を発生させる１次側の巻線（１次巻線）と、１次巻線と絶縁され、且つ１次巻線に生じた磁束により励磁される２次側の巻線（２次巻線）とを有する絶縁トランスである。変圧器２２の１次巻線に共振インバータ２１から交流電流が供給された場合、１次巻線に生じる磁束が変化する。１次巻線に生じた磁束は、２次巻線に誘導電流を発生させる。これにより、変圧器２２は、１次側から入力された交流電流に応じて、２次側に電力を供給する。

【0018】

整流回路２３は、変圧器２２の２次巻線に生じた電力を整流する回路である。整流回路２３は、例えば、複数のダイオードが組み合わされた整流ブリッジとして構成される。

【0019】

平滑回路２４は、整流回路２３から供給された正電圧を平滑化する。平滑回路２４は、例えば平滑用のコンデンサを備える。平滑回路２４は、並列に接続されたインバータ装置１３に高圧の直流電圧を供給する。

【0020】

インバータ装置１３は、直流電力を交流電力（三相交流電力）に変換し、永久磁石同期電動機５である走行用電動機に出力する。インバータ装置１３は、複数のインバータと、複数の温度センサと、インバータの制御回路とを備える。具体的には、インバータ装置１３は、第１インバータ３１、第２インバータ３２、第１温度センサ３３、第２温度センサ３４、及びインバータ制御回路３５を備える。

【0021】

第１インバータ３１及び第２インバータ３２は、それぞれ上アームと下アームとを構成する複数の半導体スイッチにより構成されたレグを３つ備える。例えば、第１インバータ３１及び第２インバータ３２は、第１レグ、第２レグ、及び第３レグをそれぞれ有する。

【0022】

第１レグ、第２レグ、及び第３レグは、それぞれ平滑回路２４に並列に接続されている。第１レグ、第２レグ、及び第３レグは、平滑回路２４からの直流電圧により、永久磁石同期電動機５に交流電圧を供給する。第１レグと、第２レグと、第３レグとは、互いに位相の異なる交流電圧を永久磁石同期電動機５に供給する。具体的には、第１レグと、第２レグと、第３レグとは、互いに１２０°位相の異なる交流電圧を永久磁石同期電動機５に供給する。これにより、第１インバータ３１及び第２インバータ３２は、永久磁石同期電動機５に三相交流電力を供給する。

【0023】

第１インバータ３１は、永久磁石同期電動機５の第１モータ７１に対して三相交流電力を供給する。

【0024】

第２インバータ３２は、永久磁石同期電動機５の第２モータ７２に対して三相交流電力を供給する。

【0025】

第１温度センサ３３及び第２温度センサ３４は、それぞれインバータ内の温度を検出する。第１温度センサ３３及び第２温度センサ３４は、例えばインバータ内の半導体スイッチの近傍に設けられたサーミスタである。また、第１温度センサ３３及び第２温度センサ３４は、熱電対などにより構成されていてもよい。

【0026】

第１温度センサ３３は、第１インバータ３１内の温度を検出する。第１温度センサ３３は、温度検出結果をインバータ制御回路３５に出力する。

【0027】

第２温度センサ３４は、第２インバータ３２内の温度を検出する。第２温度センサ３４は、温度検出結果をインバータ制御回路３５に出力する。

【0028】

インバータ制御回路３５は、主制御回路１４からの指示、第１温度センサ３３からの温度検出結果、第２温度センサ３４からの温度検出結果に基づき、インバータ装置１３の動作を制御する。なお、インバータ制御回路３５の詳細な構成については後述する。

【0029】

また、図２に示されるように、車両２には、車体を線路６上で指示する動力台車４１及び冷却ユニット４２が設けられている。

【0030】

動力台車４１には、第１車輪５１、第２車輪５２、及び永久磁石同期電動機５が設けられている。

【0031】

第１車輪５１及び第２車輪５２は、車両２を力行させる為の機構である。第１車輪５１と第２車輪５２とは、車両２の進行方向に沿って並べられている。例えば、車両２の進行方向が第１方向６１である場合に、第１車輪５１が車両２の進行方向の前方になり、第２車輪５２が車両２の進行方向の後方になるように設けられている。このため、車両２が第１方向６１に進行している場合、第１車輪５１は、第２車輪５２よりも軸重が軽くなる。また、車両２が第１方向６１に進行している場合、第１方向６１と逆向きである第２方向６２に、走行風が生じる。

【0032】

また、永久磁石同期電動機５は、第１モータ７１及び第２モータ７２を有する。

【0033】

第１モータ７１及び第２モータ７２は、それぞれインバータからの電流によって動作し、第１車輪５１及び第２車輪５２を回転させ、車両２を力行させる。

【0034】

第１モータ７１は、第１インバータ３１に接続されている。第１モータ７１は、第１インバータ３１からの電力によって回転子を回転させる。回転子の回転軸には、ギアなどの機構を介して第１車輪５１が接続されている。即ち、第１モータ７１は、第１インバータ３１からの電力によって第１車輪５１を駆動する。

【0035】

第２モータ７２は、第２インバータ３２に接続されている。第２モータ７２は、第２インバータ３２からの電力によって回転子を回転させる。回転子の回転軸には、ギアなどの機構を介して第２車輪５２が接続されている。即ち、第２モータ７２は、第２インバータ３２からの電力によって第２車輪５２を駆動する。

【0036】

冷却ユニット４２は、第１インバータ３１、第２インバータ３２、第１温度センサ３３、第２温度センサ３４、及びインバータ制御回路３５を収容する。

【0037】

図３は、冷却ユニット４２の構造の例について説明する為の説明図である。

【0038】

冷却ユニット４２は、収容部８１と、エアインテーク８２とを有する。

【0039】

収容部８１は、第１インバータ３１、第２インバータ３２、第１温度センサ３３、第２温度センサ３４、及びインバータ制御回路３５を収容する空間である。

【0040】

例えば、第１インバータ３１及び第２インバータ３２は、半導体スイッチング素子を含む回路部分が筐体などに収容されて収容部８１内に配置される。半導体スイッチング素子は、例えばＩＧＢＴなどのパワー半導体素子である。第１インバータ３１及び第２インバータ３２は、収容部８１内において車両２の進行方向である第１方向６１に並ぶように配置されている。具体的には、第１インバータ３１は、収容部８１内において、第２インバータ３２よりも第１方向６１の後方に配置されている。即ち、第２インバータ３２は、収容部８１内において、第１インバータ３１よりも第１方向６１の前方に配置されている。

【0041】

エアインテーク８２は、走行風を収容部８１内に取り込むための孔である。エアインテーク８２は、例えば、進行方向である第１方向６１と逆向きである第２方向６２に対向する位置に形成されている。エアインテーク８２は、例えば、冷却ユニット４２の第１方向６１における前方にスリット状に形成されている。

【0042】

上記のような構成によると、エアインテーク８２から収容部８１内に進入した走行風は、第１インバータ３１よりも先に第２インバータ３２の筐体に当たり、収容部８１内を進み、第１インバータ３１の筐体に当たる。即ち、第１インバータ３１が車両２の進行方向の後方（風下側）に設けられ、第２インバータ３２が車両２の進行方向の前方（風上側）に設けられている為、第２インバータ３２は、第１インバータ３１に比べて冷却条件が良い。

【0043】

主制御回路１４は、昇圧回路１１、電力変換回路１２、及びインバータ装置１３の動作を制御する。主制御回路１４は、例えば図示されない運転台の操作に応じて、インバータ装置１３に運転指令を出力する。主制御回路１４は、昇圧回路１１の出力、電力変換回路１２の出力、及びインバータ装置１３の出力をそれぞれ制御する。例えば、主制御回路１４は、演算処理を実行する演算素子であるプロセッサと、プログラム及びプログラムで用いられるデータなどを記憶するメモリとを備え、プロセッサがプログラムを実行することにより、インバータ装置１３に運転指令を出力する。

【0044】

次に、インバータ装置１３における制御について詳細に説明する。
図４は、インバータ装置１３のインバータ制御回路３５の構成例について説明する為の説明図である。

【0045】

インバータ制御回路３５は、第１ＰＷＭ制御器９１、第２ＰＷＭ制御器９２、第１電流制御器９３、第２電流制御器９４、電流指令演算回路９５、及び温度推定部９６を備える。

【0046】

第１ＰＷＭ制御器９１は、第１電流制御器９３からの制御に従って、ＰＷＭゲート指令を算出し、対応する第１インバータ３１を制御する。これにより、第１モータ７１が駆動される。

【0047】

第２ＰＷＭ制御器９２は、第２電流制御器９４からの制御に従って、ＰＷＭゲート指令を算出し、対応する第２インバータ３２を制御する。これにより、第２モータ７２が駆動される。

【0048】

第１電流制御器９３は、電流指令演算回路９５からの通電電流の指令値に基づき、第１インバータ３１から指令値に対応した電流が出力されるように第１ＰＷＭ制御器９１に制御信号を出力する。

【0049】

第２電流制御器９４は、電流指令演算回路９５からの通電電流の指令値に基づき、第２インバータ３２から指令値に対応した電流が出力されるように第２ＰＷＭ制御器９２に制御信号を出力する。

【0050】

電流指令演算回路９５は、主制御回路１４からの制御と、温度推定部９６からの温度情報とに基づき、通電電流の指令値を算出し、第１電流制御器９３及び第２電流制御器９４にそれぞれ出力する。温度情報は、第１インバータ３１内の半導体スイッチング素子の温度及び／または第２インバータ３２内の半導体スイッチング素子の温度に関連する情報である。電流指令演算回路９５は、主制御回路１４からの制御と、温度推定部９６からの温度情報とに基づき、第１インバータ３１から第１モータ７１に供給される電流と第２インバータ３２から第２モータ７２に供給される電流との比を調整する。

【0051】

温度推定部９６は、第１温度センサ３３及び第２温度センサ３４から温度検出結果を取得する。温度推定部９６は、第１温度センサ３３からの温度検出結果に基づいて、第１インバータ３１内の半導体スイッチング素子の温度を推定する。また、温度推定部９６は、第２温度センサ３４からの温度検出結果に基づいて、第２インバータ３２内の半導体スイッチング素子の温度を推定する。温度推定部９６は、第１インバータ３１内の半導体スイッチング素子の推定温度と、第２インバータ３２内の半導体スイッチング素子の推定温度とに基づいて、電流指令演算回路９５に温度情報を出力する。

【0052】

図５は、電流指令演算回路９５の詳細な構成について説明する為の説明図である。
電流指令演算回路９５は、電流パターン発生器１０１、定数出力器１０２、比率調整器１０３、引算器１０４、足算器１０５、第１掛算器１０６、及び第２掛算器１０７を有する。

【0053】

電流パターン発生器１０１は、主制御回路１４からの制御信号（運転指令）に基づいて、永久磁石同期電動機５にインバータから出力する電流パターンを演算する。電流パターン発生器１０１は、電流パターンを第１掛算器１０６及び第２掛算器１０７にそれぞれ出力する。

【0054】

定数出力器１０２は、定数を引算器１０４及び足算器１０５に出力する。具体的には、定数出力器１０２は、電流指令演算回路９５内の基準電圧に基づき、定数である「１」に相当する電圧を引算器１０４及び足算器１０５に出力する。

【0055】

比率調整器１０３は、第１インバータ３１から第１モータ７１に出力される電流と、第２インバータ３２から第２モータ７２に出力される電流との比率を調整する。具体的には、比率調整器１０３は、温度推定部９６からの温度情報に基づいて、比率を調整する為の信号Ｋを引算器１０４及び足算器１０５に出力する。信号Ｋの電圧は、既知の数式に基づいて予め算出された値を、実際に比率調整器１０３が搭載される車両２において調整される。具体的には、信号Ｋは、定数出力器１０２から出力される定数「１」に対して「０．０３」～「０．１」程度の値となる。

【0056】

引算器１０４は、定数出力器１０２から出力される定数「１」から、比率調整器１０３から出力される信号Ｋを減算し、第１掛算器１０６に対して減算結果の信号を出力する。

【0057】

足算器１０５は、定数出力器１０２から出力される定数「１」に、比率調整器１０３から出力される信号Ｋを加算し、第２掛算器１０７に対して出力する。

【0058】

第１掛算器１０６は、電流パターン発生器１０１から出力された電流パターンに対して、引算器１０４から出力された信号を乗算し、通電電流の指令値として第１電流制御器９３に対して出力する。

【0059】

第２掛算器１０７は、電流パターン発生器１０１から出力された電流パターンに対して、足算器１０５から出力された信号を乗算し、通電電流の指令値として第２電流制御器９４に対して出力する。

【0060】

図６は、温度推定部９６の詳細な構成について説明する為の説明図である。
まず、インバータ内の概略的な構成について説明する。ここでは、第１インバータ３１を例に挙げて説明する。第１インバータ３１は、絶縁電源回路１１１、ゲートドライバ１１２、及びインバータ主回路１１３を有する。また、第１インバータ３１のインバータ主回路１１３の近傍には、第１温度センサ３３が設けられている。また、第２インバータ３２のインバータ主回路１１３の近傍には、第２温度センサ３４が設けられている。

【0061】

絶縁電源回路１１１は、トランス及び平滑ブリッジなどを介して交流電源から、インバータ主回路１１３の半導体スイッチング素子をオンオフする為の直流電圧を出力する。

【0062】

ゲートドライバ１１２は、絶縁電源回路１１１からインバータ主回路１１３の半導体スイッチング素子への直流電圧を出力するタイミングを、第１ＰＷＭ制御器９１からのＰＷＭゲート指令に基づき制御する。

【0063】

インバータ主回路１１３は、複数の半導体スイッチング素子を有する。インバータ主回路１１３は、ゲートドライバ１１２により半導体スイッチング素子がオンオフされた場合に、平滑回路２４からの直流電力を交流電力（三相交流電力）に変換し、第１モータ７１に出力する。

【0064】

温度推定部９６は、温度推定部電源１２１、信号送信部１２２、信号絶縁回路１２３を有する。

【0065】

温度推定部電源１２１は、絶縁電源回路１１１から信号送信部１２２に電力を供給する。温度推定部電源１２１は、第１インバータ３１から電力を取得する構成であってもよいし、第２インバータ３２から電力を取得する構成であってもよい。

【0066】

信号送信部１２２は、第１温度センサ３３及び第２温度センサ３４から温度検出結果を取得する。信号送信部１２２は、第１温度センサ３３及び第２温度センサ３４から取得した温度検出結果に基づき、フォトカプラなどの信号絶縁回路１２３を介して電流指令演算回路９５に温度情報を出力する。

【0067】

電流指令演算回路９５は、第１電流制御器９３及び第２電流制御器９４に対して、温度推定部９６からの温度情報に基づき比率を調整した通電電流の指令値を出力する。言い換えると、インバータ制御回路３５は、温度推定部９６による第１インバータ３１内の半導体スイッチング素子の温度及び／または第２インバータ３２内の半導体スイッチング素子の温度とに基づき、第１インバータ３１の出力電流と第２インバータ３２の出力電流との比率を調整する。

【0068】

具体的には、インバータ制御回路３５は、風上側のインバータの温度が、風下側のインバータの温度よりも低くなるように、第１インバータ３１の出力電流と第２インバータ３２の出力電流との比率を調整する。即ち、インバータ制御回路３５は、風上側である第２インバータ３１の半導体スイッチング素子の温度が、風下側である第１インバータ３１の半導体スイッチング素子の温度よりも低くなるように、第１インバータ３１の出力電流と第２インバータ３２の出力電流との比率を調整する。

【0069】

例えば、インバータ制御回路３５は、風上側である第２インバータ３１の半導体スイッチング素子の温度が、風下側である第１インバータ３１の半導体スイッチング素子の温度よりも高くなることが推測される場合、第２インバータ３２の出力電流を絞るように制御する。即ち、インバータ制御回路３５は、風上側である第２インバータ３１の半導体スイッチング素子の温度が、風下側である第１インバータ３１の半導体スイッチング素子の温度よりも高くなることが推測される場合、比率調整器１０３からの信号Ｋを低下させる。この結果、電気車制御装置１は、第１インバータ３１と、第２インバータ３２に大きな温度差が生じることを防ぐことができる。

【0070】

（第２実施形態）
インバータ制御回路３５は、風上側である第２インバータ３１の半導体スイッチング素子の温度が、風下側である第１インバータ３１の半導体スイッチング素子の温度よりも低くなり、且つ第２インバータ３１の半導体スイッチング素子の温度が、予め設定された素子温度許容値未満になるように、第１インバータ３１の出力電流と第２インバータ３２の出力電流との比率を調整してもよい。

【0071】

図７に示されるように、比率調整器１０３は、クロック発生器１３１、比較器１３２、及びＬＵＴ１３３を有する。

【0072】

クロック発生器１３１は、クロック信号を生成し、ＬＵＴ１３３に入力する。

【0073】

比較器１３２は、温度推定部９６からの温度情報と、素子温度許容値との比較結果をＬＵＴ１３３に出力する。この場合、温度推定部９６からの温度情報は、第２インバータ３２の半導体スイッチング素子の温度の推定結果である。即ち、比較器１３２に入力される温度情報は、後輪である第２車輪５２の駆動に用いられる第２モータ７２に電力を供給するインバータの半導体スイッチング素子の温度の推定結果である。

【0074】

ＬＵＴ１３３は、入力された比較結果と、クロック信号とに基づき、信号Ｋを電流指令演算回路９５に出力する。

【0075】

上記構成により、比率調整器１０３は、第２インバータ３２の半導体スイッチング素子の温度が、予め設定された素子温度許容値を超えないように、第１インバータ３１及び第２インバータ３２の電流指令値を制御する。即ち、インバータ制御回路３５は、風上側である第２インバータ３１の半導体スイッチング素子の温度、及び／または風下側である第１インバータ３１の半導体スイッチング素子の温度が、素子温度許容値を超えることが推測される場合、比率調整器１０３からの信号Ｋを低下させる。この結果、電気車制御装置１は、第１インバータ３１または第２インバータ３２の半導体スイッチング素子の温度が、許容値を超えることを防ぐことができる。

【0076】

また、比率調整器１０３は、第２インバータ３２の半導体スイッチング素子の温度が、予め設定された素子温度許容値を超えず、且つ、第２インバータ３１の半導体スイッチング素子の温度が、第１インバータ３１の半導体スイッチング素子の温度を超えないように第１インバータ３１及び第２インバータ３２の電流指令値を制御してもよい。即ち、インバータ制御回路３５は、第２インバータ３１の温度、及び／または第１インバータ３１の温度が、素子温度許容値を超えることが推測される場合、または、第２インバータ３１の温度が第１インバータ３１の温度を超えることが推測される場合、比率調整器１０３からの信号Ｋを低下させる。この結果、電気車制御装置１は、第１インバータ３１と、第２インバータ３２に大きな温度差が生じることを防ぎ、且つ、第１インバータ３１または第２インバータ３２の温度が許容値を超えることを防ぐことができる。

【0077】

（第３実施形態）
第３実施形態は、冷却ユニット４２にさらに温度センサが設けられている点が異なる。第３実施形態の電気車制御装置１は、冷却ユニット４２に設けられた温度センサの温度検出結果と、第１実施形態の温度情報、即ち第１インバータ３１及び／または第２インバータ３２の温度検出結果との比較結果に基づいて、インバータ内の回路の故障等の異常を検知する。

【0078】

図８は、冷却ユニット４２の他の例について説明する為の説明図である。図８の例では、冷却ユニット４２に第３温度センサ１４１が設けられている。

【0079】

第３温度センサ１４１は、冷却ユニット４２の温度を検出する。例えば、第３温度センサ１４１は、冷却ユニット４２の収容部８１内に設けられ、冷却ユニット４２の収容部８１内の温度を検出し、インバータ制御回路３５に検出結果を出力する。また、例えば、第３温度センサ１４１は、冷却ユニット４２の筐体外部に設けられ、冷却ユニット４２の筐体の温度を検出し、インバータ制御回路３５に検出結果を出力する構成であってもよい。第３温度センサ１４１は、例えばサーミスタ、または、熱電対などにより構成されている。

【0080】

図９は、インバータ制御回路３５の電流指令演算回路９５の他の構成例について説明する為の説明図である。図９の電流指令演算回路９５は、異常検知部１４２をさらに具備する点が図５の例と異なる。

【0081】

異常検知部１４２は、第３温度センサ１４１からの温度検出結果と、温度推定部９６からの温度情報とに基づいて、異常を検知し、異常信号を出力する。

【0082】

例えば、異常検知部１４２は、比率調整器１０３に異常信号を出力する。比率調整器１０３は、異常信号を受信した場合、電流指令値の制御を停止する。

【0083】

また、例えば、異常検知部１４２は、電流パターン発生器１０１に異常信号を出力してもよい。電流パターン発生器１０１は、異常信号を受信した場合、電流パターンの出力を停止する。

【0084】

また、例えば、異常検知部１４２は、主制御回路１４に異常信号を出力してもよい。主制御回路１４は、異常信号を受信した場合、第１インバータ３１及び第２インバータ３２の動作を停止させるように、インバータ装置１３に制御信号を出力する。例えば、主制御回路１４は、インバータ装置１３への運転指令を停止させる。

【0085】

また、主制御回路１４は、異常信号を受信した場合、回生ブレーキを行わないようにインバータ装置１３を制御する構成であってもよい。

【0086】

次に、異常検知部１４２における異常の検知について説明する。
異常検知部１４２は、冷却ユニット４２に設けられた第３温度センサ１４１の温度の検出結果と、温度推定部９６による温度推定結果との偏差を算出する。異常検知部１４２は、偏差が予め設定された閾値以上である場合、異常信号を出力する。

【0087】

具体的には、異常検知部１４２は、冷却ユニット４２に設けられた第３温度センサ１４１の温度の検出結果と、温度推定部９６による第１インバータ３１の半導体スイッチング素子の温度の推定結果、及び／または温度推定部９６による第２インバータ３２の半導体スイッチング素子の温度の推定結果との差分を算出する。異常検知部１４２は、算出した差分と、予め設定された閾値とを比較する。異常検知部１４２は、比較した結果、算出した差分が閾値以上である場合、異常信号を出力する。

【0088】

これにより、電気車制御装置１は、インバータに異常が生じていると推測される場合に、インバータの動作を制限することができる。

【0089】

なお、上記の実施形態では、車両２が第１方向６１に進む場合の例について説明したが、車両２が第１方向６１と逆向きである第２方向６２に進む場合、インバータ制御回路３５は、第１インバータ３１の温度が第２インバータ３２の温度より低くなるように、電流の指令値を調整すればよい。

【0090】

なお、上述の各実施の形態で説明した機能は、ハードウエアを用いて構成するに留まらず、ソフトウエアを用いて各機能を記載したプログラムをコンピュータに読み込ませて実現することもできる。また、各機能は、適宜ソフトウエア、ハードウエアのいずれかを選択して構成するものであっても良い。

【0091】

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
［付記１］
車両の第１車輪を駆動する第１モータと、
前記車両の前記第１車輪よりも進行方向の後方に配置された第２車輪を駆動する第２モータと、
前記第１モータに電流を供給する第１インバータと、
前記車両の前記第１インバータよりも前記進行方向の前方に配置され、前記第２モータに電流を供給する第２インバータと、
前記第１インバータ及び第２インバータの半導体スイッチング素子の温度を推定する温度推定部と、
前記温度推定部による温度の推定結果に基づいて、前記第１インバータ及び前記第２インバータの電流指令値を制御する電流指令演算回路と、
を具備する電気車制御装置。
［付記２］
前記電流指令演算回路は、前記第２インバータの半導体スイッチング素子の温度が、前記第１インバータの半導体スイッチング素子の温度を超えないように、前記第１インバータ及び前記第２インバータの電流指令値を制御する付記１に記載の電気車制御装置。
［付記３］
前記電流指令演算回路は、前記第２インバータの半導体スイッチング素子の温度が、予め設定された許容値を超えないように、前記第１インバータ及び前記第２インバータの電流指令値を制御する付記１または２に記載の電気車制御装置。
［付記４］
前記温度推定部は、前記第１インバータまたは前記第２インバータの半導体スイッチング素子のゲート駆動回路の電源により動作し、信号絶縁器を介して温度の推定結果を前記電流指令演算回路に出力する付記１乃至３のいずれかに記載の電気車制御装置。
［付記５］
前記温度推定部は、前記第１インバータ及び前記第２インバータの半導体スイッチング素子の温度を検出する温度センサの検出結果に基づいて、温度の推定を行う付記４に記載の電気車制御装置。
［付記６］
前記第１インバータ及び前記第２インバータが配置され、前記車両の走行時に走行風を取り込む冷却ユニットをさらに具備し、
前記第１インバータは、前記車両の前記進行方向の後方に配置され、
前記第２インバータは、前記車両の前記進行方向の前方に配置される付記１乃至４のいずれかに記載の電気車制御装置。
［付記７］
前記電流指令演算回路は、前記冷却ユニットに設けられた温度センサの検出結果と、前記温度推定部による温度推定結果との偏差が予め設定された閾値以上になった場合、電流指令値の制御を停止する付記６に記載の電気車制御装置。
［付記８］
前記電流指令演算回路は、前記冷却ユニットに設けられた温度センサの検出結果と、前記温度推定部による温度推定結果との偏差が予め設定された閾値以上になった場合、前記第１インバータ及び前記第２インバータを停止させる付記６に記載の電気車制御装置。

【符号の説明】

【0092】

１…電気車制御装置、２…車両、３…電車線、４…集電器、５…永久磁石同期電動機、６…線路、１１…昇圧回路、１２…電力変換回路、１３…インバータ装置、１４…主制御回路、２１…共振インバータ、２２…変圧器、２３…整流回路、２４…平滑回路、３１…第１インバータ、３２…第２インバータ、３３…第１温度センサ、３４…第２温度センサ、３５…インバータ制御回路、４１…動力台車、４２…冷却ユニット、５１…第１車輪、５２…第２車輪、６１…第１方向、６２…第２方向、７１…第１モータ、７２…第２モータ、８１…収容部、８２…エアインテーク、９１…第１ＰＷＭ制御器、９２…第２ＰＷＭ制御器、９３…第１電流制御器、９４…第２電流制御器、９５…電流指令演算回路、９６…温度推定部、１０１…電流パターン発生器、１０２…定数出力器、１０３…比率調整器、１０４…引算器、１０５…足算器、１０６…第１掛算器、１０７…第２掛算器、１１１…絶縁電源回路、１１２…ゲートドライバ、１１３…インバータ主回路、１２１…温度推定部電源、１２２…信号送信部、１２３…信号絶縁回路、１３１…クロック発生器、１３２…比較器、１４１…温度センサ、１４２…異常検知部。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】