JP2732853B2 - Linear motor electric vehicle controller - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、誘導型リニアモータ推進による電気車の制
御装置に係り、特に、比較的早い速度で運行されるリニ
アモータ電気車に好適な制御装置に関する。Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to a control device for an electric vehicle driven by an induction type linear motor, and more particularly to a control suitable for a linear motor electric vehicle operated at a relatively high speed. Related to the device.

［従来の技術］ 従来の技術では、電気車推進用のリニアモータにおい
ても、そのリニアモータ駆動用のインバータについて
は、通常の誘導電動機と同じようにして、インバータの
出力電圧と滑り周波数を制御していた。[Prior art] According to the conventional art, even in a linear motor for electric vehicle propulsion, an inverter for driving the linear motor controls the output voltage and slip frequency of the inverter in the same manner as a normal induction motor. I was

すなわち、従来技術では、インバータの出力電圧と周
波数の関係については、第２図のように、PWM領域（可
変電圧領域）では、インバータ出力電圧を周波数に比例
して、ほぼ直線的に変化させ、他方、滑り周波数は、第
３図に示すように、PWM領域では所定値に一定に保ち、
全電圧領域では、インバータ周波数に応じて変化させる
ようにし、これにより、リニアモータを定トルク、定出
力制御するようにしていた。That is, in the prior art, the relationship between the output voltage and the frequency of the inverter is substantially linearly changed in proportion to the frequency in the PWM region (variable voltage region) as shown in FIG. On the other hand, the slip frequency is kept constant at a predetermined value in the PWM region, as shown in FIG.
In the entire voltage range, the linear motor is changed in accordance with the inverter frequency, thereby controlling the linear motor at a constant torque and a constant output.

なお、この種の装置として関連するものとしては、例
えば、 電気学会技術報告（II部）、第251号 電気車の制御方式専門委員会（昭62年）；“電気車
の交流電動機駆動・インバータ制御方式",第28頁、5.2
図 の開示を挙げることができる。Related devices of this type include, for example, the Technical Report of the Institute of Electrical Engineers of Japan (Part II), No. 251 Technical Committee on Electric Vehicle Control Systems (1987); Control method ", page 28, 5.2
The disclosure of the figure can be cited.

［発明が解決しようとする課題］ 上記従来技術は、比較的高速で運行される電気車の駆
動にリニアモータを適用した場合での、リニアモータの
推力特性の変化について配慮がされておらず、電気車に
必要な、所定の推力特性保持の点で問題があつた。[Problems to be Solved by the Invention] The above-mentioned conventional technology does not consider changes in the thrust characteristics of the linear motor when the linear motor is applied to drive an electric vehicle that operates at a relatively high speed. There was a problem in maintaining the required thrust characteristics required for electric vehicles.

すなわち、リニアモータ推進方式の電気車では、例え
ば第７図に示すように、電気車20の台車の下方にリニア
モータの一次導体（電機子）21を取付け、これが、軌道
面に設置されているリニアモータの二次導体22に作用し
て、必要な推力を得るようになつているものであるが、
このとき、電気車の走行速度が上昇して、一次導体21と
二次導体22の相対速度が大きくなると、すべり周波数が
一定であるにもかかわらず、推力が低下してしまうので
ある。これは、一次導体と二次導体の相対速度が大きく
なると、一次導体で発生した磁力線が二次導体に達し、
これにより二次導体から磁力線が発生して一次導体に作
用して推力となる前に、一次導体と二次導体の相対位置
が変化し、一次導体の端部での推力が低下してしまう、
いわゆる端部効果のためである。なお、第７図で、23は
レール、24は車輪、そして25は車軸である。That is, in an electric vehicle of the linear motor propulsion system, for example, as shown in FIG. 7, a primary conductor (armature) 21 of a linear motor is mounted below a bogie of an electric vehicle 20, and this is installed on a track surface. It acts on the secondary conductor 22 of the linear motor to obtain the required thrust.
At this time, when the running speed of the electric vehicle increases and the relative speed between the primary conductor 21 and the secondary conductor 22 increases, the thrust decreases even though the slip frequency is constant. This is because when the relative speed between the primary conductor and the secondary conductor increases, the magnetic field lines generated in the primary conductor reach the secondary conductor,
As a result, before the line of magnetic force is generated from the secondary conductor and acts on the primary conductor to become thrust, the relative position of the primary conductor and the secondary conductor changes, and the thrust at the end of the primary conductor decreases.
This is because of the so-called edge effect. In FIG. 7, 23 is a rail, 24 is a wheel, and 25 is an axle.

本発明の目的は、電気車推進用のリニアモータを制御
して、常に充分な推力特性を与え、高速度での運行に際
しても、必要とする走行特性が容易に保たれるようにし
た、リニアモータ電気車制御装置を提供することにあ
る。An object of the present invention is to provide a linear motor for controlling a linear motor for propulsion of an electric vehicle so as to always provide a sufficient thrust characteristic and to easily maintain required traveling characteristics even when operating at a high speed. A motor electric vehicle control device is provided.

［課題を解決するための手段］ 上記目的は、リニアモータ駆動用のインバータを、そ
れが上記したPWM領域にあるとき、その出力であるイン
バータ周波数と出力電圧との比を一定に保つのではな
く、インバータ周波数の上昇に応じて大きくしてゆくよ
うに制御することにより、或いは、インバータ周波数の
増加に伴つてすべり周波数も増加させてゆくように制御
することにより達成される。[Means for Solving the Problems] The object of the present invention is to provide a linear motor driving inverter that, when it is in the above-described PWM region, does not maintain a constant ratio between the output inverter frequency and the output voltage. This is achieved by controlling so as to increase as the inverter frequency increases, or controlling so as to increase the slip frequency as the inverter frequency increases.

［作用］ 上記のように制御することにより、PWM領域では、電
気車の速度が上昇してゆくにつれ、リニアモータの推力
が増加してゆくように作用することになり、端部効果に
よる推力の低下が補われ、所定の推力特性の維持が可能
になる。[Action] By controlling as described above, in the PWM range, the thrust of the linear motor acts as the speed of the electric vehicle increases, and the thrust due to the end effect is reduced. The decrease is compensated for, and the predetermined thrust characteristics can be maintained.

［実施例］ 以下、本発明によるリニアモータ電気車制御装置につ
いて、図示の実施例により詳細に説明する。[Embodiment] Hereinafter, a linear motor electric vehicle control device according to the present invention will be described in detail with reference to an illustrated embodiment.

第１図は本発明の一実施例で、本発明を、４個の一次
導体1A,1B,1C,1Dからなるリニアモータ１を可変電圧可
変周波数インバータ２で駆動し、電気車を推進させる方
式のものに適用した場合を示しており、インバータ２
は、架線３からパンタグラフ４、フイルタリアクトル
５、それにフイルタコンデンサ６を介して直流電力を取
入れ、これを可変電圧可変周波数の３相交流電力に交換
してリニアモータ１に供給し、電気車を推進させるよう
になつている。なお、これらの一次導体1A,1B,1C,1D
は、第６図の一次導体21に対応する。FIG. 1 shows an embodiment of the present invention, in which a linear motor 1 composed of four primary conductors 1A, 1B, 1C and 1D is driven by a variable voltage variable frequency inverter 2 to propel an electric vehicle. In this case, the inverter 2
Takes direct-current power from the overhead line 3 via the pantograph 4, the filter reactor 5, and the filter capacitor 6, and converts it into three-phase alternating-current power of a variable voltage and variable frequency to supply to the linear motor 1 for propulsion of the electric vehicle. I'm going to let you. These primary conductors 1A, 1B, 1C, 1D
Corresponds to the primary conductor 21 in FIG.

インバータ２はPWM変調装置７により制御され、直流
電力を可変電圧可変周波数の３相交流電力に変換してリ
ニアモータ１に供給するが、このため、PWM変調装置７
は以下の通りの動作を行なう。The inverter 2 is controlled by the PWM modulator 7 to convert DC power into three-phase AC power of a variable voltage and variable frequency and supply it to the linear motor 1.
Performs the following operation.

電気車の車輪24（第７図）にはパルスジエネレータ８
が取付けてあり、これにより電気車の速度に対応した周
波数ｆのパルスを取出し、Ｆ−Ｖ変換器９で速度信号ｖ
を得る。A pulse generator 8 is mounted on the wheels 24 (FIG. 7) of the electric car.
Is attached, whereby a pulse having a frequency f corresponding to the speed of the electric car is extracted, and the FV converter 9 outputs the speed signal v.
Get.

この速度信号ｖは加算器10に入力され、すべり周波数
制御装置11から供給される、すべり周波数f_sに対応した
電圧信号を加算（力行時）、または減算（回生時）して
インバータ周波数信号f_inVとなり、周波数制御装置12に
供給される。The velocity signal v is input to the adder 10, is supplied from the slip frequency control device 11, the slip frequency f _s a voltage signal corresponding to the sum (during power running), or subtracted (during regeneration) to inverter frequency signal f _It becomes _inV and is supplied to the frequency control device 12.

周波数制御装置12は、このインバータ周波数信号f_inV
をPWM変調装置７と電圧制御装置13に供給する。また、
これにより、電圧制御装置13は、このインバータ周波数
信号f_inVと、内部に持つ電圧パターンとを比較し、イン
バータ出力電圧信号v_inVを出力してPWM変調装置７に供
給する。The frequency control device 12 uses this inverter frequency signal _finV
Is supplied to the PWM modulator 7 and the voltage controller 13. Also,
As a result, the voltage control device 13 compares the inverter frequency signal _finV with the internal voltage pattern, outputs an inverter output voltage signal _vinV , and supplies it to the PWM modulation device 7.

この結果、PWM変調装置７は、これらのインバータ周
波数信号f_inVとインバータ出力電圧信号v_inVとにより所
定のPWM制御信号を作成し、それをインバータ２に供給
して、必要とするインバータ周波数F_inVとインバータ出
力電圧V_inVを有する３相交流電力を、このインバータ２
から出力させ、リニアモータ１を駆動し、電気車を推進
させるのである。As a result, the PWM modulator 7 generates a predetermined PWM control signal from the inverter frequency signal _finV and the inverter output voltage signal v _inV , supplies the PWM control signal to the inverter 2, and supplies the required inverter frequency _FinV And the three-phase AC power having the inverter output voltage V _inV
, The linear motor 1 is driven, and the electric vehicle is propelled.

すべり周波数制御装置11は、主管制御器（図示してい
ない）からの力行指令、又は回生指令に応じて所定のす
べり周波数信号f_sを出力し、リニアモータ１に所定の推
進力が発生するように制御するが、このとき、電気車が
所定の速度以下のときには定推力（定トルク）、それ以
上の速度のときには定出力となるように制御する必要が
あり、このため、上記したように、従来技術では、イン
バータ周波数f_inVとインバータ出力電圧v_inVとの関係が
第２図の特性を示すように、そして、インバータ周波数
f_inVとすべり周波数f_sとの関係が第３図の特性となるよ
うに、それぞれ制御していたのであるが、リニアモータ
には端部効果があるため、このままではPWM領域で正し
い定推力特性が得られない。Slip frequency control device 11, power running command from the main controller (not shown), or outputs a predetermined slip frequency signal f _s in accordance with the regeneration instruction, so that a predetermined thrust to the linear motor 1 is generated At this time, it is necessary to control so that the electric vehicle has a constant thrust (constant torque) when the speed of the electric vehicle is lower than a predetermined speed and a constant output when the speed is higher than the predetermined speed. In the prior art, the relationship between the inverter frequency _finV and the inverter output voltage _vinV shows the characteristics shown in FIG.
The relationship between f _inV and slip frequency f _s was controlled so that the characteristics shown in Fig. 3 were obtained. However, since the linear motor has an end effect, the constant constant thrust characteristics in the PWM range were correct in this state. Can not be obtained.

第４図はリニアモータの端部特性の一例を示したもの
で、この図から明らかなように、PWM領域でも定推力が
保たれず、約20Km/h以上では著しい低下を生じている。FIG. 4 shows an example of the end portion characteristics of the linear motor. As is clear from this figure, the constant thrust is not maintained even in the PWM region, and a remarkable decrease occurs at about 20 km / h or more.

そこで、本発明の一実施例では、電圧制御装置13に非
直線制御機能をもたせ、PWM領域でのインバータ周波数f
_inVに対するインバータ出力電圧v_inVの比を、第２図に
示すような直線特性から外し、第５図に示すように、イ
ンバータ周波数f_inVの増加割合よりもインバータ出力電
圧v_inVの増加割合の方が大となるように構成してある。Therefore, in one embodiment of the present invention, the voltage control device 13 is provided with a non-linear control function so that the inverter frequency f
The ratio of the inverter output voltage v _INV for _INV, removed from the linear characteristic as shown in FIG. 2, as shown in FIG. 5, towards the rate of increase of the inverter output voltage v _INV than the increase rate of the inverter frequency f _INV Is configured to be large.

周知のように、誘導電動機型のリニアモータの推力は
（f_inV/v_inV）の値に比例するから、この実施例によれ
ば、PWM領域でインバータ周波数f_inVが大きくなるにつ
れ、推力が増加してゆくように作用し、結果として端部
効果による推力の低下が補償され、定推力特性を与える
ことができる。As is well known, since the thrust of an induction motor type linear motor is proportional to the value of ( _finV / _vinV ), according to this embodiment, the thrust increases as the inverter frequency _finV increases in the PWM region. As a result, a reduction in thrust due to the end effect is compensated, and constant thrust characteristics can be provided.

なお、このとき、周波数制御装置12は、入力された信
号をそのまま出力するようになつており、従つて、この
ときには、インバータ周波数f_inVに対するすべり周波数
f_sの特性は第３図のように、すなわち従来例と同じにな
るようにしてある。At this time, the frequency control device 12 outputs the input signal as it is. Therefore, at this time, the slip frequency with respect to the inverter frequency _finV
The characteristic of f _s is set as shown in FIG. 3, that is, the same as the conventional example.

次に、本発明の他の一実施例では、周波数制御装置12
に、入力されたインバータ周波数f_inVと出力されるイン
バータ周波数f_inVとの間に、１以上の比例定数をもつ比
例関係を与える機能を付与し、これによりPWM変調装置
７に入力されるインバータ周波数f_inVとすべり周波数f_s
との間に第６図の特性が与えられるようにしたものであ
る。なお、このとき、電圧制御装置13に供給されるイン
バータ周波数f_inVは加減算器10からの信号のままとなつ
ており、その特性も第２図の従来例と同じに保たれてい
る。Next, in another embodiment of the present invention, the frequency controller 12
To the input inverter frequency _finV and the output inverter frequency _finV , a function of giving a proportional relation having one or more proportionality constants is provided. f _inV and slip frequency f _s
The characteristic shown in FIG. At this time, the inverter frequency _finV supplied to the voltage control device 13 remains the signal from the adder / subtractor 10, and its characteristics are maintained the same as in the conventional example of FIG.

周知のように、リニアモータの推力は、すべり周波数
f_sの大きさに比例するから、この実施例によつても、PW
M領域では、インバータ周波数f_inVの増加に伴つてリニ
アモータ１の推力も増加してゆくようにされ、端部効果
による推力低下が補償され、定推力特性を与えることが
できる。As is well known, the thrust of a linear motor is determined by the slip frequency.
Since it is proportional to the magnitude of f _s , according to this embodiment, PW
The M region, accompanied connexion thrust of the linear motor 1 to increase the inverter frequency f _INV is also to slide into increasing the thrust reduction due to the end effect is compensated, it can provide Teisuiryoku characteristics.

なお、以上の実施例において、電圧制御装置13に与え
るべき非直線制御機能については、適用すべきリニアモ
ータの端部効果による推力低下に合わせて、それの補償
に必要な特性を選択するようにしてやればよい。In the above embodiment, the nonlinear control function to be applied to the voltage control device 13 is selected in accordance with the thrust reduction due to the end effect of the linear motor to be applied, so as to select a characteristic required for compensation thereof. Do it.

また、上記実施例において、周波数制御装置12に付与
すべき比例関係特性についても同様で、同じく使用すべ
きリニアモータ１の特性に合わせ、端部効果による推力
低下の補償が得られるように定めてやればよい。Further, in the above embodiment, the same applies to the proportional relation characteristic to be given to the frequency control device 12, and the same is set so that the thrust reduction due to the end effect can be compensated in accordance with the characteristic of the linear motor 1 to be used. You can do it.

［発明の効果］ 本発明によれば、誘導電動機型リニアモータを用いた
電気車の走行特性を充分に改善できる効果がある。[Effects of the Invention] According to the present invention, there is an effect that the running characteristics of an electric vehicle using an induction motor type linear motor can be sufficiently improved.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

第１図は本発明によるリニアモータ電気車制御装置の一
実施例を示すブロツク図、第２図及び第３図は従来技術
における制御特性図、第４図はリニアモータにおける端
部効果の一例を示す特性図、第５図及び第６図は本発明
の実施例における制御特性図、第７図はリニアモータ電
気車の一例を示す説明図である。 １……リニアモータ、1A,1B,1C,1D……リニアモータの
一次導体、２……可変電圧可変周波数インバータ、７…
…PWM変調装置、８……パルスジエネレータ、９……Ｆ
−Ｖ変換器、10……加減算器、11……すべり周波数制御
装置、12……周波数制御装置、13……電圧制御装置。FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of a linear motor electric vehicle control device according to the present invention, FIGS. 2 and 3 are control characteristic diagrams in the prior art, and FIG. 4 is an example of an end effect in a linear motor. 5 and 6 are control characteristic diagrams according to the embodiment of the present invention, and FIG. 7 is an explanatory diagram showing an example of a linear motor electric vehicle. 1 Linear motor, 1A, 1B, 1C, 1D Primary conductor of linear motor 2 Variable voltage variable frequency inverter 7
... PWM modulator, 8 ... Pulse generator, 9 ... F
-V converter, 10 addition / subtraction unit, 11 slip frequency control device, 12 frequency control device, 13 voltage control device.

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項１】可変電圧可変周波数型インバータを備え、
推進力発生用の誘導型リニアモータを可変電圧領域と全
電圧領域とに分けて制御する方式のリニアモータ推進に
よる電気車制御装置において、上記インバータの出力電
圧に対する周波数の特性を線形から非線形に変化させる
制御手段を設け、上記リニアモータが上記可変電圧領域
にあるときは、その端子電圧と周波数の比が、周波数の
増加に応じて大きくなつてゆくように構成したことを特
徴とするリニアモータ電気車制御装置。A variable voltage variable frequency inverter;
In an electric vehicle control system based on linear motor propulsion, in which the induction linear motor for generating thrust is divided into a variable voltage region and a full voltage region, the frequency characteristic of the inverter with respect to the output voltage changes from linear to non-linear. A control means for causing the ratio of the terminal voltage to the frequency to increase as the frequency increases when the linear motor is in the variable voltage range. Car control device. 【請求項２】可変電圧可変周波数型インバータを備え、
推進力発生用の誘導型リニアモータを可変電圧領域と全
電圧領域とに分けて制御する方式のリニアモータ推進に
よる電気車制御装置において、上記インバータの出力周
波数に対する上記リニアモータの滑り周波数の関係を変
化させる制御手段を設け、上記リニアモータが上記可変
電圧領域にあるときは、その端子電圧の周波数に比例し
て上記滑り周波数が変化してゆくように構成したことを
特徴とするリニアモータ電気車制御装置。2. A variable voltage variable frequency type inverter,
In an electric vehicle control system based on linear motor propulsion, in which an induction type linear motor for generating thrust is divided into a variable voltage region and a full voltage region, the relationship between the output frequency of the inverter and the slip frequency of the linear motor is determined. A linear motor electric vehicle having a control means for changing the slip frequency in proportion to a frequency of a terminal voltage of the linear motor when the linear motor is in the variable voltage range. Control device.