JPH0686408A - リニアモータ駆動電気車の制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 異種のリアクションプレートを自動識別し
て、それに応じたすべり周波数パターンによりリニアモ
ータを走行させるようにして、急勾配区間での車両性能
を向上できるようにする。 【構成】 この発明のリニアモータ駆動電気車の制御装
置は、軌道側のリアクションプレートの材質を識別する
手段と、この識別手段が識別したリアクションプレート
の材質に応じて制御パターンとして、その材質のリアク
ションプレートに最適なものを選択する制御パターン選
択手段とを備えることにより、識別手段によって識別し
たリアクションプレートの材質に応じて、それに最適な
制御パターンを制御パターン選択手段によって選択して
リニアモータを制御し、特に急勾配区間に銅板のような
性能特性の良い材質のリアクションプレートを敷設して
リニアモータ制御をそれに追随させ、車両性能を向上さ
せる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、リニアモータ駆動電
気車の制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、リニアモータ（ＬＩＭ）による車
輪支持、非粘着駆動方式を用いた電気車、すなわちリニ
アモータ駆動電気車が実用化され、地下鉄などに導入さ
れている。このリニアモータ駆動電気車の最大の特長
は、車両の駆動力が、従来の回転形モータ駆動方式のよ
うに車輪とレールの粘着力によることなく、非接触で得
られることにあり、そのことによって、回転形モータ駆
動方式では制約条件となっていた粘着限界がなく、従来
では最急勾配が４％であったのに対して、約８〜９％の
急勾配であっても登ることができる。

【０００３】このようなリニアモータ駆動電気車の従来
の一般的な回路構成が図５に示してある。この従来のリ
ニアモータ駆動電気車は、直流架線１からパンタグラフ
２を通じて受電した電力を、制御論理装置３から指令を
受けたインバータ回路（ＩＮＶ）４によって速度に応じ
た可変電圧、可変周波数の交流電力に変換し、電気車の
台車あるいは車軸に装架されたリニアモータ（ＬＩＭ）
５に供給し、リニアモータ５と対向して軌道側に敷設さ
れたリアクションプレートとの間で電磁力を発生し、車
両を推進するものである。

【０００４】そして、このようなリニアモータ駆動電気
車では、制御装置としての制御論理装置３が図６に示す
ような回路構成を備えていて、運転台からノッチ指令を
受けると、ノッチ指令に応じてあらかじめ設定されてい
る電流パターン（図中、Ｉｍパターン）を発生する電流
パターン発生部６からの電流パターンと、ノッチ指令と
応荷重に応じてあらかじめ決定されるすべり周波数パタ
ーン（図中、ｆｓパターン）を発生するすべり周波数発
生部７からのすべり周波数パターンとに基づいて、すべ
り周波数演算部８においてすべり周波数ｆｓを求め、こ
れを車軸速度周波数演算部９で車軸速度から求められる
車軸速度周波数ｆｒと加算し（力行時）、あるいは減算
する（回生時）ことによってインバータ周波数ｆinv を
求め、これをインバータ回路４に与えることによりイン
バータ４を可変電圧、可変周波数で制御し、このインバ
ータ回路４の出力によってリニアモータ５ａ〜５ｅを駆
動する構成としている。

【０００５】そして、このような従来のリニアモータ駆
動電気車の制御装置では、すべり周波数パターン発生部
７は、軌道上の二次側リアクションプレートの材質およ
び形状によって決まるリニアモータの電流特性、推進力
特性を考慮して、あらかじめ車両特性に合致するものと
して設定されていた。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来のリニアモータ駆動電気車の制御装置では、次
のような問題点があった。

【０００７】一般に、軌道側に敷設されるリアクション
プレートは、その材質によってリニアモータの特性が変
わってくる。図３にはリアクションプレートとしてアル
ミニウム板を使用した場合と、銅板を使用した場合の、
ある特定の電圧、周波数におけるリニアモータ特性の違
いを示しているが、銅板はアルミニウム板に比べて二次
抵抗が小さく、リニアモータ特性として優れているが、
コスト面からはアルミニウム板が一般的に広く用いられ
ている。

【０００８】ところで、リアクションプレートの用い方
として、平坦部や比較的勾配の緩やかな区間については
コストの面からアルミニウム板を用い、急勾配区間にお
いては性能面から銅板を用いるというように、複数種類
のリアクションプレートを同一の軌道の区間に特徴に応
じて使い分けて用いる方法がある。これは、路線の全体
形状の一部分に限って急勾配区間があり、その他の区間
は平坦もしくは緩やかな勾配となっている場合で、路線
全体から見たリニアモータの基本性能としてはアルミニ
ウム板で十分であるため、アルミニウム板の敷設を基本
とするが、急勾配部分には登坂性能の向上のためにその
区間に限って銅板を使用するという考えに基づくもので
ある。

【０００９】ところがこのような場合、異種のリアクシ
ョンプレートが同一の軌道で混在し、実質的に性能の異
なる２種類のリニアモータを同一の可変電圧、可変周波
数制御装置で制御することになり、車両性能の制御パタ
ーンをアルミニウム板を基準として設定すると、車両が
銅板を敷設した急勾配区間に進入したときに電流がリミ
ッタによって抑えられ、必要な推進力が得られなくなる
問題点があった。

【００１０】そこで、リアクションプレートとしてアル
ミニウム板を敷設した区間（以下、アルミ区間と称す
る）と銅板を敷設した区間（以下、銅区間と称する）と
のそれぞれに対応する制御パターンを制御装置に持た
せ、乗務員室の切り換えスイッチなどからの遠隔指令に
よって切り換える方式が考えられるが、リアクションプ
レートの認識方法や乗務員の操作に課題が残され、現在
まで、異種の材質のリアクションプレートを用いるリニ
アモータ駆動電気車の制御装置は実現できないままにな
っていた。

【００１１】この発明は、このような従来の問題点に鑑
みてなされたもので、リアクションプレートの種別の検
知、および制御パターンの切り換えを自動的に行なうこ
とができ、車両性能の向上に寄与することができるリニ
アモータ駆動電気車の制御装置を提供することを目的と
する。

【００１２】

【課題を解決するための手段】この発明は、車上側にリ
ニア誘導モータの一次側固定子を、軌道側に異種金属の
二次側リアクションプレートを配置して成るリニアモー
タ駆動電気車の制御装置において、軌道側のリアクショ
ンプレートの材質を識別する手段と、この識別手段が識
別したリアクションプレートの材質に応じて制御パター
ンとして、その材質のリアクションプレートに最適なも
のを選択する制御パターン選択手段とを備えたものであ
る。

【００１３】そして上記のリニアモータ駆動電気車の制
御装置において、リアクションプレートの材質を識別す
る識別手段として、リニアモータ電流の変化が所定値以
上になったことを検出する電流検出手段、または二次側
リアクションプレートと一次側リニアモータ固定子との
間のギャップの変化を検出するギャップ検出手段を用い
ることができる。

【００１４】

【作用】この発明のリニアモータ駆動電気車の制御装置
では、軌道側のリアクションプレートの材質を識別する
手段と、この識別手段が識別したリアクションプレート
の材質に応じて制御パターンとして、その材質のリアク
ションプレートに最適なものを選択する制御パターン選
択手段とを備えたことにより、識別手段によって識別し
たリアクションプレートの材質に応じて、それに最適な
制御パターンを制御パターン選択手段によって選択して
リニアモータを制御することができ、特に急勾配区間に
銅板のような性能特性の良い材質のリアクションプレー
トを敷設してもリニアモータ制御をそれに追随させるこ
とができ、車両性能を向上させることができるようにな
る。

【００１５】

【実施例】以下、この発明の実施例を図に基づいて詳説
する。

【００１６】図１はこの発明の一実施例の回路ブロック
図であり、この実施例の回路は、図５に示した一般的な
リニアモータ駆動電気車の制御装置における制御論理装
置３の内部の制御回路の構成を示している。したがっ
て、この実施例の主回路は図５に示すものと同様であ
り、制御論理装置３の指令によってインバータ回路４で
直流入力を可変電圧、可変周波数の交流出力に変換し、
リニアモータ５に給電する構成を備えている。

【００１７】そして、この発明の実施例の特徴である制
御論理装置３の内部構成について説明すると、図１に示
すように、電気車の車軸の回転速度から車軸速度周波数
ｆｒを演算する車軸速度周波数演算部１１と、複数種の
リアクションプレートそれぞれに対応したすべり周波数
パターンがあらかじめ記憶されていて、電気車の応荷重
信号からそれに対応するすべり周波数パターンを出力す
るすべり周波数パターン発生部１２と、４つのリニアモ
ータ（ＬＩＭ１〜ＬＩＭ４）５ａ〜５ｄそれぞれに対す
る電流Ｉａ〜Ｉｄを検出する電流検出器１３ａ〜１３ｄ
と、これらの電流Ｉａ〜Ｉｄそれぞれを入力し、あらか
じめ記憶されている電流パターン（Ｉｍパターン）と比
較し、リアクションプレートの材質を識別する電流パタ
ーン比較回路１４と、すべり周波数パターン発生部１２
から与えられるすべり周波数パターン（ｆｓパターン）
から、電流パターン比較回路１４によって識別したリア
クションプレートの材質に対応したすべり周波数パター
ンを選択するすべり周波数パターン選択回路１５とを備
えている。なお、電流パターン比較回路１４には、車軸
速度信号とリニアモータのギャップセンサ信号も入力す
るようにしてある。

【００１８】そして図６の従来例と同様に、車軸速度周
波数演算部（ｆｒ演算部）１１からの車軸速度周波数ｆ
ｒと、すべり周波数パターン選択回路１５からのすべり
周波数パターンｆｓとを力行時には加算し、回生時には
減算して得られるインバータ周波数ｆinv を出力する加
減算器１６を備えていて、このインバータ周波数ｆinv
によってインバータ回路４を制御し、その出力により４
台のリニアモータ５ａ〜５ｄを駆動制御するようになっ
ている。

【００１９】次に、上記構成のリニアモータ駆動電気車
の制御装置の動作について説明する。

【００２０】図２はリニアモータ駆動電気車の速度−推
力、リニアモータ電流、すべり周波数特性を、リアクシ
ョンプレート材質が銅の場合（破線）とアルミニウムの
場合（全線）とについて比較した例を示している。

【００２１】この図２から分かるように、起動から定速
度域のリニアモータ電流は主回路素子の許容電流値で制
約されるので一定とすると、リアクションプレートが銅
板の場合には、アルミニウム板の場合に比べて二次抵抗
が小さいために効率が良く、一定電流値に対してすべり
周波数が小さく、推力は大きくなる。そこで、図２に示
すように１つの電流値に対するすべり周波数パターンを
２種類設定し、リアクションプレートの種別に応じて切
り換えるようにすれば、急勾配である銅区間で推力特性
を大きくとることができるようになる。

【００２２】そこで、この切り換えを制御論理装置３の
内部回路で実現するのであるが、図１のブロック図に示
すように、リニアモータ５ａ〜５ｄそれぞれの入力電流
Ｉａ〜Ｉｄを各電流検出器１３ａ〜１３ｄで常時監視
し、入力電流の時間に対する変化を電流パターン比較回
路１２に入力する。この電流パターン比較回路１２に
は、車軸速度信号とリニアモータのギャップセンサ信号
も入力され、あらかじめ記憶されている電流パターン、
すなわち、車両がある速度、あるギャップで銅区間から
アルミ区間へ入り、あるいは逆にアルミ区間から銅区間
へ入った時のリニアモータ入力電流の変化のパターン
（電流値と電流時間変化率）と比較照合され、各リニア
モータ５ａ〜５ｄが対向しているリアクションプレート
が銅板であるかアルミニウム板であるかを判定する。

【００２３】電流パターン比較回路１４でリアクション
プレートの種別が判定されると、その判定出力がすべり
周波数パターン選択回路１５に与えられる。そしてすべ
り周波数パターン選択回路１５では、すべり周波数パタ
ーン発生部１２で応荷重センサ入力によって補正された
銅板用のすべり周波数パターンとアルミニウム板用のす
べり周波数パターンが入力され、電流パターン比較回路
１４の判定結果に基づいていずれかの材質のすべり周波
数パターンが選択され、ある速度におけるすべり周波数
ｆｓが決定されて出力される。

【００２４】そこで、加減算器１６では、車軸速度に基
づいて演算された車軸速度周波数ｆｒとこのすべり周波
数ｆｓとが次式のように力行時には加算され、回生時に
は減算されて、インバータ周波数ｆinv が決定され、イ
ンバータ回路４に与えられる。

【００２５】 力行時 ： ｆinv ＝ｆｒ＋ｆｓ 回生時 ： ｆinv ＝ｆｒ−ｆｓ そこでインバータ回路４では、指令されるインバータ周
波数ｆinv に基づいて電力を直流−交流変換し、リニア
モータ５ａ〜５ｄに出力する。

【００２６】こうして、軌道上の二次側リアクションプ
レートが区間によって材質が異なっていても、車上側の
各リニアモータ５ａ〜５ｄの入力電流Ｉａ〜Ｉｄそれぞ
れの変化を常時監視して制御に取り込み、リアクション
プレートの材質を自動的に判別し、あらかじめ記憶され
ているリアクションプレートの種類、リニアモータ一次
側固定子と二次側リアクションプレートとの間のギャッ
プ、車両速度に応じたすべり周波数パターンを選択して
生成してリニアモータの制御を行なうことができ、特定
区間のみ、車両性能を向上させるために異種のリアクシ
ョンプレートを敷設するような場合でも、その材質の変
化を自動的に識別してそれに見合ったすべり周波数でリ
ニアモータを制御することができ、特に急勾配の区間で
も車両性能を確保することができる。

【００２７】なお、この発明は上記実施例に限定される
ものではない。特に、上記の第１実施例ではリニアモー
タの入力電流の順次増加を検出して軌道上のリアクショ
ンプレートの材質を識別してそれに応じたすべり周波数
を選択して出力するようにしていたが、リアクションプ
レートの識別方式は入力電流の変化によらずとも行なう
ことができる。すなわち、ある材質のリアクションプレ
ート区間の入口に、リアクションプレートとは別に種別
識別用の認識板を設け、この認識板とギャップセンサと
の間のギャップをリアクションプレートの材質に応じて
異なったものとしておき、車上の制御論理装置３は図４
に示す構成にして、ギャップセンサ入力に基づいてリア
クションプレートの材質を自動識別してすべり周波数パ
ターンを自動選択できるようにすることができる。

【００２８】この図４の実施例の回路構成では、インバ
ータ回路４の出力電流を１つの電流検出器１３で検出し
て電流パターン発生部１７に入力するようにし、またギ
ャップセンサ信号をギャップ比較回路１８に入力し、こ
こにあらかじめ記憶されているギャップ値とリアクショ
ンプレート材質との対照表によってリアクションプレー
トの種別の判定を行ない、すべり周波数パターン選択回
路１９に入力するようにする。そしてすべり周波数パタ
ーン選択回路１９では、すべり周波数パターン発生部１
２で応荷重センサ入力によって補正された銅板用のすべ
り周波数パターンとアルミニウム板用のすべり周波数パ
ターンが入力され、ギャップ比較回路１８の判定結果に
基づいていずれかの材質のすべり周波数パターンが選択
され、電流パターン発生部１７からの電流パターンに基
づいて、ある速度におけるすべり周波数ｆｓが決定され
て出力される。

【００２９】そこで、加減算器１６で、車軸速度に基づ
いて演算された車軸速度周波数ｆｒとこのすべり周波数
ｆｓとが力行時には加算され、回生時には減算されて、
インバータ周波数ｆinv が決定され、インバータ回路４
に与えられ、インバータ回路４では、指令されるインバ
ータ周波数ｆinv に基づいて電力を直流−交流変換し、
リニアモータ５ａ〜５ｄに出力する。

【００３０】なおさらに、リアクションプレートの材質
の自動識別の方式は上記のいずれのものにも限定され
ず、車上側に軌道地点ごとのリアクションプレートの種
別を記憶させておき、軌道回路側から地点情報を入力す
るようにし、現在車両が走行している地点情報との対応
で、銅区間にあれば銅板リアクションプレート用のすべ
り周波数に切り換え、アルミ区間にあればアルミニウム
板リアクションプレート用のすべり周波数に切り換える
構成とすることもできる。

【００３１】

【発明の効果】以上のようにこの発明によれば、軌道側
のリアクションプレートの材質を識別する手段と、この
識別手段が識別したリアクションプレートの材質に応じ
て制御パターンとして、その材質のリアクションプレー
トに最適なものを選択する制御パターン選択手段とを備
えているため、識別手段によって識別したリアクション
プレートの材質に応じて、それに最適な制御パターンを
制御パターン選択手段によって選択してリニアモータを
制御することができ、特に急勾配区間に銅板のような性
能特性の良い材質のリアクションプレートを敷設しても
リニアモータ制御をそれに追随させることができ、車両
性能を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例の回路ブロック図。

【図２】リアクションプレート材質が銅板とアルミニウ
ム板とのそれぞれに対する車両速度対推力、リニアモー
タ電流、すべり周波数特性を示すグラフ。

【図３】リアクションプレート材質が銅板とアルミニウ
ム板とのリニアモータ単体特性を示すグラフ。

【図４】この発明の他の実施例の回路ブロック図。

【図５】一般的なリニアモータ駆動電気車の主回路構成
を示すブロック図。

【図６】従来例の回路ブロック図。

【符号の説明】

４ インバータ回路 ５ａ〜５ｄ リニアモータ １１ 車軸速度周波数演算部（ｆｒ演算部） １２ すべり周波数パターン発生部（ｆｓパターン発生
部） １３ 電流検出器 １３ａ〜１３ｄ 電流検出器 １４ 電流パターン比較回路 １５ すべり周波数パターン選択回路 １６ 加減算器 １７ 電流パターン発生部（Ｉｍパターン発生部） １８ ギャップ比較回路 １９ すべり周波数パターン選択回路

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 車上側にリニア誘導モータの一次側固定
   子を、軌道側に異種金属の二次側リアクションプレート
   を配置して成るリニアモータ駆動電気車の制御装置にお
   いて、 前記軌道側のリアクションプレートの材質を識別する手
   段と、この識別手段が識別したリアクションプレートの
   材質に応じて制御パターンとして、その材質のリアクシ
   ョンプレートに最適なものを選択する制御パターン選択
   手段とを備えて成るリニアモータ駆動電気車の制御装
   置。
2. 【請求項２】 前記識別手段として、リニアモータ電流
   の変化が所定値以上になったことを検出する電流検出手
   段、または二次側リアクションプレートと一次側リニア
   モータ固定子との間のギャップの変化を検出するギャッ
   プ検出手段を用いることを特徴とする請求項１に記載の
   リニアモータ駆動電気車の制御装置。