专利名称：电车的控制装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及电车的控制装置，特别涉及在使用可变电压及可变频率的功率 变换器驱动控制线性感应电动机那样的线性电磁执行器的装置中、具有能够容 易测定线性电磁执行器的一次侧或二次侧的电动机常数的电动机常数测定功 能的电车的控制装置。
背景技术：
例如，如特开平6-153568号公报所揭示的那样，在旋转型感应电动机中， 一般知道一种感应电动机的常数测量方法，该方法仅通过绕组电阻测定及堵转 试验，能够测定矢量控制中所使用的感应电动机的各常数。但是，在具有线性感应电动机那样的、在平面上配置电动机构成构件的线 性电磁执行器的电车的控制装置中，由于旋转型感应电动机中所说的一次侧的 定子与二次侧的转子分离，因此难以测定矢量控制中所使用的感应电动机的各 常数。[专利文献1]特开平6-153568号公报(第2页，段落
、
) 发明内容本发明是解决具有线性感应电动机那样的线性电磁执行器的电车的控制 装置中、难以测定矢量控制中所使用的电动机的各常数的以往技术的问题，其 目的在于得到一种具有电动机常数测定功能的电车的控制装置，该电动机常数 测定功能能够容易而且确实计算出线性电磁执行器的一次侧或二次侧的电动 机常数，进而能够利用该测定的电动机常数，进行线性感应电动机的矢量控制 等、线性电磁执行器的高性能控制。本发明有关的电车的控制装置，将安装在电车车体上的线性电磁执行器作 为驱动源，其中，具有对构成前述线性电磁执行器的一次导体的一次侧构件 供给可变电压及可变频率的交流功率的功率变换器；发出前述功率变换器供给 前述线性电磁执行器的输出电压的指令的电压指令单元；检测流过前述功率变换器与前述线性电磁执行器之间的电流信息的电流检测单元；以及在通过利用 停止信号而动作的制动装置使前述电车停止中时、利用前述电压指令单元发出 的电压信息及前述电流检测单元检测出的电流信息来计算前述线性电磁执行 器的电动机常数的电动机常数运算单元。另外，本发明有关的电车的控制装置，将由安装在电车车体上的构成线性 电磁执行器的一次导体的一次侧构件、及配置在地面侧的构成前述线性电磁执 行器的二次导体的二次侧构件构成的线性电磁执行器作为驱动源，其中，具有 对前述线性电磁执行器供给可变电压及可变频率的交流功率的功率变换器；发 出前述功率变换器供给前述线性电磁执行器的输出电压的指令的电压指令单 元；检测流过前述功率变换器与前述线性电磁执行器之间的电流信息的电流检 测单元；以及在通过利用停止信号而动作的制动装置使前述电车停止中时、利 用前述电压指令单元发出的电压信息及前述电流检测单元检测出的电流信息 来计算线性电磁执行器的电动机常数的电动机常数运算单元。根据本发明的电车的控制装置，能够得到具有能够简单而且确实测定线性 电磁执行器的一次侧或二次侧的电动机常数的功能的电车的控制装置。另外具有的效果是，能够利用该测定的电动机常数，进行线性感应电动机 的矢量控制等线性电磁执行器的高性能的控制。关于上述的、另外其它的本发明的目的、特征和效果，通过以下的实施形 态中的详细说明及附图所述将更加明了 。
图1所示为本发明实施形态1中的电车的控制装置的整体构成的简要构成图。图2为本发明实施形态1中的线性感应电动机的等效电路图。图3所示为本发明实施形态1中的电压指令单元构成的一个例子的构成图。图4所示为本发明实施形态1中的第1停止信号与规定时间延迟单元的输 出信号的关系图。图5所示为本发明实施形态2的电车的控制装置的整体构成的简要构成图。图6为一般的旋转型感应电动机的等效电路图。图7为本发明实施形态2中的线性感应电动机的等效电路图。 图8所示为本发明实施形态1中的对电动机常数运算单元的电压输入的变 形例的构成图。[标号说明]1车体，2 车轮，3 地面，4 线性感应电动机，5 功率变换器，6 机 械制动器，7电流检测单元，8电压指令单元，9电动机常数运算单元， 10 操纵台，11 反作用板，12 电压传感器，14 电车，15 电容器，16 电 压检测单元，17 电压/频率指令单元，18 频率指令设定单元，19积分单 元，20 三相电压指令正弦波发生单元，21 规定时间延迟单元，22 直流电 压/相电压变换系数单元，23倒数变换单元，24、 25、 26 乘法器。
具体实施方式
实施形态1以下，参照图1 图4，说明本发明的实施形态l。图1所示为根据本发明实施形态1的电车的控制装置的整体构成的简要构 成图。在图1中，1为车体，与车轮2 —起构成电车14。 3为轨道，4为安装 在车体1上的线性电磁执行器即线性感应电动机(以下也简称为线性电动机)。 5为对线性感应电动机4供给可变电压及可变频率的三相交流功率的功率变换 器，6为利用来自电车的操纵台10的第1停止信号通过机械方法使电车14停 l卜.的机械制动器，7为检测流过线性感应电动机4与功率变换器5之间的电流 信息的电流检测单元，检测流过线性感应电动机4的相电流Iu、 Iv、 Iw。另外， 作为该电流检测单元7，在图1中所示为利用CT等检测流过连接功率变换器5 与线性感应电动机4的电路的电流的单元，但也可以采用其它众所周知的方法， 利用母线电流等流过功率变换器5的内部的电流，来检测相电流。另外，由于 Iu+Iv+Iw二0的关系成立，因此也可以根据u、 v的两相的检测电流，求出w相 的电流，所以也可以省略w相的电流检测单元7。8为输出线性感应电动机4与功率变换器5之间的任意电压的电压指令单 元，详细内容将在后面叙述。9为在用机械制动器6使电车14停止中时、利用电压指令单元8的电压信 息Vu及电流检测单元7检测出的电流信息Iu来计算线性感应电动机4的电动 机常数的电动机常数运算单元，16为检测安装在功率变换器5的直流侧的电容器15的两端电压Vdc的电压检测单元，检测出的电压Vdc输入至电压指令单 元8。图2为图1那样构成的电车的控制装置的线性电动机的等效电路图，由于 在图1中没有反作用板，因此形成用一次电阻Rs及一次漏感ls构成的等效电 路。所以，在本实施形态l中，通过对线性感应电动机施加交流电压Vu，测定 一次漏感ls。这里， 一次电阻Rs由于能够用万用表或阻抗分析仪等测量仪表简单地进 行测定，因此在本实施形态1中设一次电阻Rs为已知值。由于一次电阻Rs为己知，因此利用电压指令单元8对功率变换器5给予 输出电压信息Vu，将来自功率变换器5的交流电压施加给线性感应电动机4， 通过这样计算出一次漏感ls。下面，参照图3及图4说明电压指令单元8的构成及动作。在图3中，利用电压检测单元16检测出的直流电压Vdc输入至直流电压/ 相电压变换系数单元22，利用该直流电压/相电压变换系数单元22，将直流电 压Vdc变换为相当于施加给线性感应电动机4的相电压的值VI。艮P，直流电压/相电压变换系数单元22进行下式(l)的运算，将直流电压 Vdc变换为相当于施加给线性感应电动机的相电压的值VI。 [数学式1]n = 2版 . . ( i)直流电压/相电压变换系数单元22的输出VI输入至倒数变换单元23。倒 数变换单元23利用下式(2)，计算VI的倒数即1/Vl。 [数学式2]该倒数变换单元23的输出1/V1输入至乘法器24。另外，频率指令设定单元18设定施加给线性感应电动机4的电压的频率 指令f* [Hz]，将该频率指令f* [Hz]向电压/频率指令单元17及乘法器25 输出。将输入至电压/频率指令单元17的频率指令f* [Hz]变换为施加给线性感应电动机的电压的振幅V之后，向乘法器24输出。在乘法器24中，将倒数变换单元23的输出1/V1与电压/频率指令单元17 的输出即电压的振幅V相乘，并将V/V1向乘法器26输出。另外，输入至乘法器25的频率指令^[Hz]如下式(3)所示那样，对频率 指令& [Hz]乘以2:r，进行单位变换为角频率指令"* [rad/sec]。 [数学式3]= 2;r x /' *.…(3 )该角频率指令"*向积分器19输出后，利用下式(4)变换为相位e [rad]， 向三相电压指令正弦波发生单元20输出。 [数学式4]6 = * A….(4 )在三相电压指令正弦波发生单元20中，根据sin函数及相位9如下式(5) 所示，产生施加给线性感应电动机的相差士2:r/3的三相电压。 [数学式5]vv* = sm((9--■)(5)3当然，三相电压指令正弦波发生单元20也可以根据cos函数及相位e如 下式(6)所示，产生施加给线性感应电动机的相差士23x/3的三相电压。 [数学式6]= cos((9)，v,,*-cos(<9-f) . . (6) 、* -cos("丁)另外，为了减轻微机的处理能力，当然也可以进行简化，将sin、 cos函 数进行近似，设定为表格数据。然后，将三相电压指令正弦波发生单元20的输出值vu*、 vv*、 ，*输入至乘法器26。另外，从操纵台10输入至电压指令单元8的第1停止信号输入至规定时 间延迟单元21，利用该规定时间延迟单元21，作为图4所示那样比第1停止 信号延迟规定时间的输出信号(0或1的二值信号)输入至乘法器26。在乘法器26中，将乘法器24的输出值V/V1和三相电压指令正弦波发生 单元20的输出值vu*、 vv*、 v^和规定时间延迟单元21的输出信号(O或1的 二值信号)进行相乘，得到电压指令Vu、 Vv、 Vw。然后，将电压指令Vu、 Vv、 Vw向功率变换器5输出。功率变换器5根据电压指令单元8的输出值，对线性感应电动机4施加三 相交流电压。另外，如上所述，使第1停止信号延迟规定时间的理由如下所述。 即，来自操纵台10的第1停止信号虽然是使机械制动器6动作，但机械 制动器6 —般由于是将压縮空气送往制动气缸、而通过气压控制用机械上的铁 板即制动垫片按压的方式，因此响应速度慢。另外，功率变换器5由于通过电 控制动作，因此响应速度快。为了正确测定电动机常数，必须在电动机停止后 进行测定，为此这样构成，即在用第l停止信号使机械制动器6动作，确实使 电车停止后，在利用规定时间延迟单元21延迟规定时间之后，使电压指令单 元8动作而使功率变换器5动作。下面，说明电动机常数运算单元9的动作。电动机常数运算单元9利用下式(7)、 (8)，计算电动机常数的一次漏感ls。 艮P，根据图2的等效电路，通过对线性感应电动机4施加电压Vu，流过电 流Iu，下式(7)成立。 [数学式7]<formula>formula see original document page 9</formula> (7)式中，由于角频率指令"*与功率变换器5的输出的电压的频率一致，因 此oo^2itf、所以式(7)能够像下式(8)那样，求解一次漏感ls。 [数学式8]<formula>formula see original document page 9</formula>(8 )因而，电动机常数运算单元9能够使用上述式(8)，根据电压指令单元8 的输出即电压指令Vu和电流Iu，计算出一次漏感ls。另外，在上述说明中，说明的是电压Vu使用电压指令单元8的输出即电 压指令的情况，但不限于此，例如也可以如图8所示，利用电压传感器12检 测功率变换器5的实际的输出电压，再利用式(8)进行计算。这样，通过利用 电压传感器12，能够测定施加给线性感应电动机4的实际电压，能够除去构成 功率变换器5的开关元件产生的电压降而导致电压降低的影响、以及元件的死 区时间的影响等，能够进行更精确的常数测定。另外，在上述实施形态l中，作为线性电磁执行器，说明的是使用线性感 应电动机的情况，但本发明当然不限于此，可以适用于例如线性直流电动机、 线性步进电动机、线性振动执行器、线性电磁螺线管、线性电磁泵、线性同步 电动机、线性混合电动机等包含电感L及电阻R作为构成要素的全部线性电磁 执行器。如上所述，根据本发明的实施形态1，能够简单地测定用于电车的线性电磁 执行器即感应电动机的一次侧的电动机常数即一次漏感ls。另外，使用该测定的电动机常数，具有的效果是，能够进行线性感应电动 机的矢量控制等线性电磁执行器的高性能控制。实施形态2图5所示为本发明实施形态2的电车的控制装置的整体构成的简要构成图。另外，在图中，对于与前述实施形态1的同一部分附加同一标号，并省略 具说明，这里仅叙述不同的部分。本实施形态2与实施形态1的不同点在于，在地面侧配置构成线性电磁执 行器即线性感应电动机4的二次侧导体的反作用板11。一般的旋转型感应电动机的等效电路如图6所示，但在实施形态2那样构 成的线性感应电动机中，由于2次漏感lr几乎为零，因此等效电路可如图7 所示。因此，在实施形态2中，能够利用图7的等效电路，测定进行矢量控制 那样的高性能的控制时外必需的二次电阻Rr。艮P，通过将电压指令单元8的频率指令设定单元18(参照图3)的频率指令 ^设定为较高的频率，在图7中，互感M的阻抗提高，互感M中没有电流流过，仅二次电阻Rr中流过电流。例如，将电压指令单元8的频率指令设定单元18的频率指令&设定为高 于lkHz、小于10kHz。通过将频率指令f承设定为lkHz以上，则能够使阻抗很 高，通过这样，如后所述，能够利用电动机常数运算单元9测定二次电阻Rr。另外，之所以将频率指令f^设定为10kHz以下，是由于通常电压指令单元 8及电动机常数运算单元9利用微机来实现，因此设定为高于10kHz，这将在 性能上难以实现该微机的运算时间。下面，说明电动机常数运算单元9的动作。电动机常数运算单元9根据上述的考虑方法，使用以下的式(9)、 (10)， 计算出电动机常数的二次电阻Rr。即，根据图7的等效电路，通过对线性感应电动机施加电压Vu，则流过电 流Iu，下式(9)成立。 [数学式9]<formula>formula see original document page 11</formula>9) 另夕卜，设"*=2 n f*。下面，通过将式(9)变形为下式(10)，能够计算出二次电阻Rr。 [数学式10] <formula>formula see original document page 11</formula>. (i o)这样，电动机常数运算单元9使用上述式(10)，根据电压指令单元8的输 出即电压指令Vu及电流Iu，能够计算出二次电阻Rr。另外，电压指令Vu当然也可以与实施形态1中所述的相同，使用根据电 压传感器检测实际施加给线性感应电动机的电压的电压值。另外，在电压指令单元8中，通过频率指令f^吏频率f=0，就能够输出直 流电压，能够在一次漏感ls及互感M中不流过电流，在这种情况下，根据电 压及电流能够计算出一次电阻Rs+二次电阻Rr的值，由该值减去已知的一次电 阻Rs，从而能够计算出二次电阻Rr。如上所述，根据本发明的实施形态2，能够简单地测定用于电车的线性电磁 执行器即感应电动机的二次侧的电动机常数即二次电阻Rr。另外，使用该测定的电动机常数，具有的效果是，能够进行线性感应电动机的矢量控制等线性电磁执行器的高性能控制。
权利要求
1. 一种电车的控制装置，将安装在电车车体上的线性电磁执行器作为驱动源，其特征在于，具有对构成所述线性电磁执行器的一次导体的一次侧构件供给可变电压及可变频率的交流功率的功率变换器；指令所述功率变换器向所述线性电磁执行器供给输出电压的电压指令单元；检测流过所述功率变换器与所述线性电磁执行器之间的电流信息的电流检测单元；以及在通过利用停止信号而动作的制动装置使所述电车停止中时、利用所述电压指令单元发出的电压信息及所述电流检测单元检测出的电流信息来计算所述线性电磁执行器的电动机常数的电动机常数运算单元。
2. —种电车的控制装置，将由安装在电车车体上的构成线性电磁执行器的 一次导体的一次侧构件、以及配置在地面侧的构成所述线性电磁执行器的二次 导体的二次侧构件构成的线性电磁执行器作为驱动源，其特征在于，具有对所述线性电磁执行器供给可变电压及可变频率的交流功率的功率变换器；指令所述功率变换器向所述线性电磁执行器供给输出电压的电压指令单元5检测流过所述功率变换器与所述线性电磁执行器之间的电流信息的电流检测单元；以及在通过利用停止信号而动作的制动装置使所述电车停止中时、利用所述电 压指令单元发出的电压信息及所述电流检测单元检测出的电流信息来计算线 性电磁执行器的电动机常数的电动机常数运算单元。
3. 如权利要求l所述的电车的控制装置，其特征在于，所述线性电磁执行器是线性感应电动机，所述电动机常数运算单元测定所 述一次侧构件的一次漏感。
4. 如权利要求2所述的电车的控制装置，其特征在于， 所述线性电磁执行器是线性感应电动机，所述二次侧构件是反作用板，所述电动机常数运算单元测定所述二次侧构件的二次电阻。
5. 如权利要求2所述的电车的控制装置，其特征在于， 所述电压指令单元指令所述功率变换器输出1kHz以上的高频电压。
6. 如权利要求1至5中的任一项所述的电车的控制装置，其特征在于，利用所述电车的停止信号使制动装置动作而使电车停止，同时所述电压指 令单元具有使所述停止信号延迟规定时间并输出起动信号的延迟单元，所述功率变换器利用所述延迟单元输出的起动信号，开始动作。
全文摘要
本发明揭示一种电车的控制装置，在具有线性电磁执行器的电车的控制装置中，容易而且确实计算出线性电磁执行器的电动机常数。具有对线性电磁执行器4的一次侧构件供给可变电压及可变频率的交流功率的功率变换器5；发出功率变换器供给线性电磁执行器的输出电压的指令的电压指令单元8；检测流过功率变换器与线性电磁执行器之间的电流信息的电流检测单元7；以及在利用停止信号使电车停止中时、利用电压指令单元发出的电压信息Vu及电流检测单元检测出的电流信息Iu来计算线性电磁执行器的电动机常数的电动机常数运算单元。
文档编号H02P27/06GK101222203SQ20071012800
公开日2008年7月16日 申请日期2007年6月20日 优先权日2007年1月12日
发明者柿崎庸泰, 河野雅树 申请人:三菱电机株式会社