車両駆動制御装置
【課題】電力瞬時値を用いて電力量を検出するのに、ＢＰＦの濾波帯の中心周波数が電源の基本波周波数となるように自動補正して電源周波数の微小変動にも、商用周波数（５０Ｈｚ／６０Ｈｚ）切替えにも自動で対応する車両駆動制御装置を提供する。
【解決手段】車両駆動制御装置は、電動機１０４が駆動可能なように電力を供給するためのコンバータ１０２とインバータ１０３を有する主変換装置１０１のうち、２次電圧及び２次電流を検出する手段１０６，１０５と、２次電圧及び２次電流の検出値を用いて主変換装置１０１の入出力電力を演算する電力演算部１０７とを有し、電力演算の過程で中心周波数を自動的に補正可能なバンドパスフィルタ（ＢＰＦ）を用いて、コンバータ、インバータうちの少なくとも一方が動作しているときのみ電力演算を行うようにした。
【解決手段】車両駆動制御装置は、電動機１０４が駆動可能なように電力を供給するためのコンバータ１０２とインバータ１０３を有する主変換装置１０１のうち、２次電圧及び２次電流を検出する手段１０６，１０５と、２次電圧及び２次電流の検出値を用いて主変換装置１０１の入出力電力を演算する電力演算部１０７とを有し、電力演算の過程で中心周波数を自動的に補正可能なバンドパスフィルタ（ＢＰＦ）を用いて、コンバータ、インバータうちの少なくとも一方が動作しているときのみ電力演算を行うようにした。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
実施の形態は、車両駆動制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、主変換装置の電力量演算では、電圧、電流の瞬時値から各々の実効値を演算し、それらの積から電力瞬時値を演算し、さらにこの電力瞬時値を積算することによって電力量を得ていた。
【０００３】
しかし従来の方式では、実効値演算を行う必要があるために応答が遅く、電圧・電流の急変に対応できず、誤差が生じてしまう場合がある問題点があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−１４８０２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の実施の形態は、上記従来技術の課題に鑑みてなされたもので、主変圧器の２次側の交流電力の瞬時値を演算し、積算することによって電力量を算出することができ、応答の早い電力量演算ができる車両駆動制御装置を提供することを目的とする。
【０００６】
また、本発明の実施の形態は、交流電力の基本波周波数での電力瞬時値を演算することができ、基本波周波数の急変に対しても応答し、制度の良い電力量演算ができる車両駆動制御装置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】
【０００７】
実施の形態の車両駆動制御装置は、架線電圧を変圧して２次電圧を出力する主変圧器と、前記主変圧器の２次電圧の交流電力を直流電力に変換するコンバータと、前記コンバータの直流出力を所定電圧、所定周波数の交流電力に変換するインバータと、前記インバータの交流電力にて駆動される交流電動機と、前記主変圧器の２次側と前記コンバータの交流側との間に設置され、前記主変圧器の２次電圧瞬時値、２次電流瞬時値それぞれを検出する電圧検出器及び電流検出器と、前記電圧検出器の２次電圧瞬時値検出信号、前記電流検出器の２次電流瞬時値検出信号の少なくとも一方から交流基本波の周波数を検出する周波数検出部と、前記電圧検出器の出力する２次電圧瞬時値検出信号に対して、前記周波数検出部の検出する交流基本波の周波数を含む所定のろ波帯内だけの２次電圧瞬時値検出信号だけを通過させるバンドパスフィルタと、前記バンドパスフィルタを出る２次電圧瞬時値検出信号と前記電流検出器の検出する２次電流瞬時値検出信号とを用いて交流電力瞬時値を演算する第１演算部と、前記コンバータ、インバータのうちの少なくとも一方が動作しているときに前記第１演算部の演算する電力瞬時値を積算して電力量を求める第２演算部とを備えたものである。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】第１の実施の形態の車両駆動制御装置のブロック図。
【図２】上記実施の形態の車両駆動制御装置における電力演算部の内部構成のブロック図。
【図３】上記実施の形態の車両駆動制御装置における電力演算部の変形例の内部構成のブロック図。
【図４】上記実施の形態の車両駆動制御装置における電力演算部の別の変形例の内部構成のブロック図
【図５】第２の実施の形態の車両駆動制御装置のブロック図。
【図６】第３の実施の形態の車両駆動制御装置のブロック図。
【図７】第４の実施の形態の車両駆動制御装置のブロック図。
【図８】上記実施の形態の車両駆動制御装置における電力演算部の内部構成のブロック図。
【図９】第５の実施の形態の車両駆動制御装置における２次電圧換算部の内部構成のブロック図。
【図１０】第６の実施の形態の車両駆動制御装置における２次電圧換算部の内部構成のブロック図。
【図１１】第７の実施の形態の車両駆動制御装置における電力演算部の内部構成のブロック図。
【図１２】第８の実施の形態の車両駆動制御装置における電力演算部の内部構成のブロック図。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、実施の形態を図に基づいて詳説する。
【００１０】
［第１の実施の形態］
図１に示すように、第１の実施の形態の車両駆動制御装置は、架線からパンタグラフのような集電器１３０にて取り込んだ高圧交流を主変圧器１００にて降圧する。そして主変圧器１００の２次側に接続されている主回路１０１に供給する。主回路１０１には、２次側交流電力を直流電力に変換するコンバータ（ＣＮＶ）１０２、このコンバータ１０２の直流電力を所定周波数、所定電圧の交流電力に再変換するインバータ（ＩＮＶ）１０３が備えられている。このインバータ１０３には、その交流出力にて駆動される主電動機１０４が接続されている。
【００１１】
そして、主変圧器１００からコンバータ１０２に至る回路上に、２次電流瞬時値を検出する電流検出器（Ａ）１０５と、２次電圧瞬時値を検出する電圧検出器（Ｖ）１０６が設置されている。さらに、電流検出器１０５の出力する２次電流瞬時値検出信号、電圧検出器１０６の出力する２次電圧瞬時値検出信号を入力し、交流電力瞬時値とそれを積算した交流電力量とを演算する電力演算部１０７、コンバータ１０２、インバータ１０３、交流電動機１０４の動作制御のための制御回路１４０が設置されている。
【００１２】
電流検出器１０５及び電圧検出器１０６により検出された２次電流瞬時値検出信号、２次電圧瞬時値検出信号は電力演算部１０７に入力される。また、コンバータ１０２、インバータ１０３それぞれの動作状態信号も電力演算部１０７へ入力される。
【００１３】
図２に示すように、電力演算部１０７は、電圧検出器１０６により検出された２次電圧瞬時値検出信号に対して例えばＰＬＬにより交流基本波周波数を検出する周波数検出部２０２、電圧検出器１０６により検出された２次電圧瞬時値検出信号に対して、周波数検出部２０２の検出した基本波周波数ｆを含む所定のろ波帯（ｆ±Δｆ）の交流電圧基本波だけをパスさせるバンドパスフィルタ２０３、このバンドパスフィルタ２０３から出てくる交流基本波電圧瞬時値検出信号と電流検出器１０５からの交流電流瞬時値検出信号とを乗算し、電力瞬時値Ｐｗを求める第１演算部２００、この第１演算部２００の電力瞬時値を積算して電力量Ｐｗｈを算出する第２演算部２０１、さらに、コンバータ動作、インバータ動作の少なくとも一方の動作信号が入力されればＯＮして閉路し、第１演算部２００の算出する電力瞬時値を第２演算部２０１に入力させるスイッチ２１０を備えている。制御回路１４０はこのスイッチ２１０のＯＮ／ＯＦＦ動作も制御する。
【００１４】
上記実施の形態の車両駆動制御装置は、次のように動作して２次電圧瞬時値、２次電流瞬時値から主回路の電力量Ｐｗｈを算出して出力する。主変換装置１０１において、架線から集電器１３０にて高圧交流を取り込み、主変圧器１００にて降圧し、主変圧器１００の２次側に接続されている主回路１０１に給電する。主回路１０１では、コンバータ１０２にて２次側交流電力を直流電力に変換し、さらにこの直流電力をインバータ１０３にて所定周波数、所定電圧の交流電力に再変換し、主電動機１０４に供給して回転駆動する。コンバータ１０２、インバータ１０３は制御回路１４０により制御され、起動・停止の制御、インバータ１０３の周波数・電圧制御を行う。
【００１５】
電力演算部１０７は次のようにして、電力瞬時値Ｐｗを演算し、さらに時間積分して電力量Ｐｗｈを算出して出力する。
【００１６】
電流検出器１０５及び電圧検出器１０６により主変圧器１００の２次電流、２次電圧を検出し、２次電流瞬時値検出信号、２次電圧瞬時値検出信号それぞれを出力する。２次電流瞬時値検出信号は第１演算部２００にそのまま入力される。
【００１７】
２次電圧瞬時値検出信号は周波数検出部２０２へ入力され、周波数検出部２０２にてＰＬＬにより電源周波数の基本波周波数ｆにフェーズロックし、この基本波周波数ｆをバンドパスフィルタ２０３に与える。
【００１８】
２次電圧瞬時値検出信号はバンドパスフィルタ２０３にも入力され、周波数検出部２０２の設定した基本波周波数ｆを中心にした所定のろ波帯（ｆ±Δｆ）内の周波数の電圧瞬時値検出信号だけをパスさせて第１演算部２００に入力させる。
【００１９】
第１演算部２００では、入力されてくる２次電流瞬時値検出信号、ろ波帯内の２次電圧瞬時値検出信号を乗算して電力瞬時値Ｐｗを算出し、継続的に出力する。
【００２０】
制御回路１４０の働きにより、スイッチ２１０はコンバータ１０２とインバータ１０３の少なくとも一方が動作している時にＯＮして閉路し、この閉路している間中、第１演算部２００の演算した電力瞬時値Ｐｗを第２演算部２０１に入力し続け、第２演算部２０１は第１演算部２００の電力瞬時値Ｐｗを時間積分し、電力量Ｐｗｈを求める。
【００２１】
通常、商用電源の周波数は西日本では６０Ｈｚ、東日本では５０Ｈｚであり、周波数検出部２０２のフェーズロックにより、バンドパスフィルタ２０３の中心周波数はこのいずれかに自動的に決定される。しかしながら、それぞれの基本周波数にも少しの変動が発生することがあり、その場合には、バンドパスフィルタ２０３の中心周波数は同様に変動することになる。
【００２２】
これにより、本実施の形態の車両駆動制御装置によれば、バンドパスフィルタ２０３の作用により、２次電圧瞬時値の検出信号に重畳するノイズ等の成分を低減することができ、電力量演算結果の誤差を低減することができる。また、コンバータ１０２、インバータ１０３が動作していないときは電力が０になることから、コンバータ１０２、インバータ１０３の少なくとも一方が動作中のみ電力量演算を行うことで、電圧瞬時値検出信号、電流瞬時値検出信号に含まれるノイズ等の影響を低減することができる。また、バンドパスフィルタ２０３の中心周波数を自動的に補正することにより、ノイズ等の成分の除去精度（基本波の抽出精度）を向上させ、誤差を低減できる。
【００２３】
尚、本実施の形態において、図３の変形例に示すように、バンドパスフィルタ２０３Ｉについては、２次電流瞬時値検出信号に対しても設け、周波数検出部２０２からの中心周波数ｆの信号を受けて２次電流瞬時値検出信号に対するバンドパスを行い、第１演算部２００にろ波後の２次電流瞬時検出信号を入力させ、電力瞬時値の演算に用いるようにする構成としてもよい。また、図４の変形例に示すように、図２の構成から２次電圧瞬時値検出信号に対するバンドパスフィルタ２０３と周波数検出部２０２を共に省略し、２次電流瞬時値検出信号に対するバンドパスフィルタ２０３Ｉと、中心周波数ｆを検出する周波数検出部２０２Ｉとを設け、２次電流瞬時値検出信号から中心周波数ｆを検出してバンドパスフィルタ２０３Ｉに与えるようにする構成にすることも可能である。これらの変形例の車両駆動制御装置によっても、上記実施の形態と同様の作用、効果を奏する。また、これらの変形例は、以下に説明する他の実施の形態においても電力演算部１０７の内部の構成として同様に適用できるものである。
【００２４】
［第２の実施の形態］
図５に示す第２の実施の形態の車両駆動制御装置は、図１に示した第１の実施の形態の車両駆動制御装置に対して、その主変圧器１００の２次側巻線に設けた電圧検出器１０６に代え、主変圧器１００の１次側巻線に電圧検出器（Ｖ）１０８を設け、さらに、この電圧検出器１０８の１次電圧瞬時値検出信号を２次電圧瞬時値検出信号に換算する２次電圧換算部１０９を設けたことを特徴とする。
【００２５】
本実施の形態における電圧検出器１０８は、主変圧器１００の１次側巻線に接続され、その出力は１次電圧瞬時値検出信号として２次電圧換算部１０９へ入力される。２次電圧換算部１０９は１次電圧瞬時値検出信号を２次電圧瞬時値検出値に換算し、電力演算部１０７へ入力する。ここで、１次電圧と２次電圧との換算比として、例えば、架線電圧が２５０００Ｖであり、２次電圧が１５００Ｖであれば、１５００／２５０００＝０．０６の係数を１次電圧瞬時値検出信号に掛けて２次電圧瞬時値検出信号とすることになる。尚、本実施の形態における他の構成は、第１の実施の形態の構成と共通する。電力演算部１０７の内部構成も同様、図２に示したものである。
【００２６】
本実施の形態の車両駆動制御装置では、主変圧器１００の２次電圧を直接に検出する代わりに１次電圧を直接に検出し、その１次電圧瞬時値検出信号を２次電圧瞬時値検出信号に換算して電力演算部１０７に入力する構成により、第１の実施の形態の効果に加え、２次電圧検出信号を直接に検出する場合にその２次電圧瞬時値検出信号に重畳するコンバータ１０２やインバータ１０３のＰＷＭスイッチングノイズの影響を低減できる。主変圧器１００の２次電圧はコンバータ１０２のＰＷＭスイッチング動作の影響を受け、電圧波形がＰＷＭ波形となる。そのため、１次電圧を検出して２次電圧相当に換算して電力瞬時値演算に用いることにより、正弦波に近い波形を得ることができ、電力量演算の誤差を低減できる。
【００２７】
尚、本実施の形態においても、電力演算部１０７には第１の実施の形態の変形例として示した構成を採用することができる。
【００２８】
同時に、本実施の形態では、２次電流瞬時値検出器についても、２次電圧瞬時値検出器と同様に、主回路１００の１次側に電流検出器を設置して１次電流瞬時値を検出し、１次電流瞬時値検出信号を主変換装置１０１に入力し、主変換装置１０１には２次電圧換算部１０９と同様な２次電流換算部を設置して１次電流瞬時値検出信号を２次電流瞬時値検出信号に換算してから電力演算部１０７に入力する構成とすることもできる。
【００２９】
［第３の実施の形態］
図６に示すように、第３の実施の形態の車両駆動制御装置は、図１に示した第１の実施の形態に対して、２次電圧瞬時値検出器として、主変圧器１００の２次側巻線に直接ではなく、補助電源装置等に利用される３次側巻線に電圧検出器（Ｖ）１１０を接続し、この電圧検出器１１０の３次電圧瞬時値検出信号を２次電圧換算部１１１にて２次電圧瞬時値検出信号に換算し、電力演算部１０７に入力するようにした点が異なる。本実施の形態における他の構成は、第１の実施の形態の構成と共通する。電力演算部１０７の内部構成も同様、図２に示したものである。
【００３０】
電圧検出器１１０は、主変圧器１００の３次側巻線に接続されている。電圧検出器１１０の出力は、３次電圧瞬時値検出信号として２次電圧換算部１１１へ入力される。２次電圧換算部１１１は入力される３次電圧瞬時値検出信号に対して所定値の換算係数を掛けて２次電圧瞬時値検出信号に変換し、これを電力演算部１０７に入力する。例えば、３次側巻線の電圧が定格で４００Ｖであり、２次側巻線の電圧が定格で１５００Ｖであれば、１５００／４００＝３．７５の係数を用いる。２次電流瞬時値検出信号は第１の実施の形態と同様に、２次側巻線上の電流検出器１０５にて検出する検出信号をそのまま電力演算部１０７に入力する。
【００３１】
本実施の形態の車両駆動制御装置では、第１の実施の形態のように２次電圧を直接に検出する代わりに３次電圧を検出し、その瞬時値検出信号を２次電圧換算部１１１にて２次電圧瞬時値検出信号に換算する構成としたことにより、第１の実施の形態の効果に加えて、次のような効果を奏する。すなわち、主変圧器１００は、架線電圧（１次電圧）を主変換装置１０１用の電圧（２次電圧）と、補助電源装置等の低圧用電源（３次電圧）とに変換するが、３次電圧は１次電圧に比べて小さい電圧であるため、電圧検出器１１０としてより低電圧仕様のものを採用することができる。一般的に、高電圧用の機器は大型で高価であるが、本実施の形態の構成とすることにより、省スペース化、低コスト化が図れる。
【００３２】
［第４の実施の形態］
図７に示すように、第４の実施の形態の車両駆動制御装置は、コンバータ（ＣＮＶ）１０２、インバータ（ＩＮＶ）１０３、コンバータ１０２の交流回路側に接続された電圧検出器（Ｖ）１０６及び電流検出器（Ａ）１０５、さらに、主接触器１２０、充電接触器１２１、充電抵抗器１２２を具備する主変換装置１０１と、主変圧器１００と、主電動機（ＭＭ）１０４とから構成される。本実施の形態の車両駆動制御装置はさらに、特徴的な要素として電力演算部１１５を具備している。
【００３３】
主変圧器１００の１次側巻線はパンタグラフのような集電器１３０を介して架線に接続される。主変圧器１００の２次側巻線は、主接触器１２０及び電流検出器１０５を介してコンバータ１０２の交流側に接続されている。また、主変圧器１００の２次側巻線に、コンバータ１０２と並列に電圧検出器１０６が接続されている。主接触器１２０と並列に、充電接触器１２１と充電回路抵抗１２２を直列に接続した回路が接続されている。コンバータ１０２の直流側はインバータ１０３と接続されている。インバータ１０３の交流側は主電動機１０４に接続されている。
【００３４】
電流検出器１０５及び電圧検出器１０６により検出された２次電流瞬時値検出信号、２次電圧瞬時値検出信号それぞれは電力演算部１１５に入力される。また、コンバータ１０２、インバータ１０３それぞれの動作状態が電力演算部１１５に入力され、充電接触器１２１の動作状態も電力演算部１１５に入力される。実際には制御回路１４０にこれらの信号は入力され、制御回路１４０はコンバータ１０２、インバータ１０３、充電接触器１２１のうちの少なくとも１つの回路が動作状態にあることを判断すればスイッチ２１１をＯＮさせて閉路させる構成である。
【００３５】
電力演算部１１５は図８に示す内部構成であり、電圧検出器１０６により検出された２次電圧瞬時値検出信号は、バンドパスフィルタ２０３に入力される。また、２次電圧瞬時値検出信号は周波数検出部２０２へ入力される。バンドパスフィルタ２０３の出力は、第１演算部２００へ入力される。一方、電流検出器１０５により検出された２次電流瞬時値検出信号も第１演算部２００へ入力される。第１演算部２００では電力瞬時値Ｐｗを演算し、第２演算部２０１へ出力する。第２演算部２０１では、第１演算部２００の電力瞬時値を時間積分して電力量Ｐｗｈを求め、出力する。
【００３６】
スイッチ２１１は上述したように、制御回路１４０のオン／オフ指令によってＯＮ、ＯＦＦ動作するのであるが、制御回路１４０はコンバータ１０２の動作状態信号、インバータ１０３の動作状態信号、充電接触器１２１の動作状態信号のうち少なくとも１つが動作中である信号を受けている間だけＯＮ指令をスイッチ２１１に与えてこれを閉路させる。これにより、第２演算部２０１はコンバータ１０２、インバータ１０３、充電接触器１２１のうち少なくとも１つが動作中のときに電力瞬時値Ｐｗを積算して電力量Ｐｗｈを求めることになる。
【００３７】
本実施の形態の車両駆動制御装置では、起動時に充電接触器１２１を閉じて充電抵抗器１２２を通じて起動電流をコンバータ１０２に流し、始動電流が安定すれば主接触器１２０を閉じ、この主接触器１２０を通じて定常時の電流をコンバータ１０２に流す。
【００３８】
定常時、主変圧器１００が変圧する架線電圧からの２次交流電圧をコンバータ１０２にて所定の直流電力に変換し、これをインバータ１０３に入力し、所定の電圧、所定の周波数の交流に再変換して主電動機１０４に出力し、主電動機１０４を回転駆動する。
【００３９】
この主回路の動作中の電力の監視のために、主変換装置１０１において、電流検出器１０５、電圧検出器１０６にて主変圧器１００の２次電流、２次電圧を検出し、２次電流瞬時値検出信号、２次電圧瞬時値検出信号それぞれを電力演算部１１５に入力する。
【００４０】
電力演算部１１５では、電流検出器１５により検出した２次電流瞬時値検出信号はそのまま入力する。一方、電圧検出器１０６により検出した２次電圧瞬時値検出信号に対しては、これをバンドパスフィルタ２０３に入力し、同時に周波数検出部２０２にも入力する。周波数検出部２０２はＰＬＬにより電源周波数の基本波周波数にロックし、この基本波周波数を中心にバンドパスするようにバンドパスフィルタ２０３のろ波帯を設定する。バンドパスフィルタ２０３はこの設定された基本波周波数の電圧を２次電圧瞬時値検出信号として第１演算部２００に入力する。
【００４１】
電力演算部１１５の第１演算部２００では、バンドパスフィルタ２０３にてバンドパスされた２次電圧瞬時値検出信号と直接に入力される２次電流瞬時値検出信号とを掛け算して電力瞬時値Ｐｗを算出し、第２演算部２０１に向けて連続的に出力する。第２演算部２０１では、スイッチ２１１がＯＮし閉路している間だけ、第１演算部２００から入力されてくる電力瞬時値を時間積分し、電力量Ｐｗｈを求めて出力する。
【００４２】
これにより、本実施の形態の車両駆動制御装置によれば、コンバータ１０２、インバータ１０３、充電接触器のうち少なくとも１つが動作中の期間、第２演算部２０１にて２次電力量Ｐｗｈを求めることができ、第１の実施の形態の効果に加え、主回路充電時の消費電力をも積算できる利点がある。
【００４３】
尚、本実施の形態にあっても、第１の実施の形態における変形例を適用し、２次電流瞬時値検出信号に対しても同時にバンドパスフィルタ２０３Ｉを通し、あるいは２次電流瞬時値検出信号だけにバンドパスフィルタ２０３Ｉを通し、電力瞬時値を演算する構成とすることができる。
【００４４】
また、第２の実施の形態のように、２次側巻線の電圧を直接に検出することに代えて、主変圧器１００の１次側巻線の電圧を検出し、換算して２次電圧検出信号として使用する構成にすること、第３の実施の形態のように３次巻線の電圧を検出し、換算して２次電圧検出信号として使用する構成にすることも可能である。
【００４５】
［第５の実施の形態］
本実施の形態は、図２に示した第２の実施の形態に対して、２次電圧換算部１０９’を図９に示す内部構成にしたことを特徴とする。主変圧器１００の１次巻線と２次巻線、３次巻線との巻線比は不変であるため、２次電圧と３次電圧の比はほぼ一定である。しかし、各巻線の負荷によって各巻線の電圧比が若干変動する。そのため、負荷に応じた電圧比の変動を予め調べておき、負荷に応じて電圧を補正することで、より高精度に電力の演算ができる。例えば、主変換装置１０１の電圧は主電動機１０４の出力（つまり、負荷）が最大１００％〜停止０％の間で変化し、出力０％であれば１５００Ｖであるところが、出力１００％では１４５０Ｖまで低下する特性がある。そこで、本実施の形態では、主変換装置１０１の実機の特性に応じて、あらかじめ制御回路１４０が示す負荷指令Ｐｒｅｆに対応して２次電圧換算部１０９’で用いる換算係数を調整する。
【００４６】
そのため、本実施の形態では、２次電圧換算部１０９’は、制御回路１４０からの負荷指令Ｐｒｅｆを受け、換算係数Ｋ１２を演算する換算係数演算部９０１と、この換算係数演算部９０１が算出した換算係数Ｋ１２を用いて１次電圧瞬時値検出信号を２次電圧瞬時値検出信号に換算する係数乗算部９０２を備えている。
【００４７】
換算係数演算部９０１は、制御回路１４０からの２次巻線の負荷指令Ｐｒｅｆを受け、あらかじめ内蔵している換算係数データ表を参照し、０％〜１００％の間で負荷指令Ｐｒｅｆにより比例演算して換算係数Ｋ１２を算定する。例えば、負荷Ｐｒｅｆが５０％であれば、換算係数Ｋ１２を０．０５９（＝（０．０６＋０．０５８）／２）に設定する。そして、係数乗算部９０２はこの換算係数Ｋ１２を１次電圧瞬時値検出信号に掛けて２次電圧瞬時値検出信号に換算し、第２の実施の形態と同様の構成の電力演算部１０７に対して出力する。電力演算部１０７における演算処理機能については、第１、第２の実施の形態と同様である。
【００４８】
本実施の形態によれば、第１、第２の実施の形態の効果に加えて、電圧補正により電力量計算値の精度を向上することができる。
【００４９】
尚、本実施の形態にあっても、第４の実施の形態で採用した構成の電力演算部１１５を採用することもできる。
【００５０】
［第６の実施の形態］
本実施の形態は、図３に示した第３の実施の形態に対して、２次電圧換算部１１１’を図１０に示す内部構成にしたことを特徴とする。第５の実施の形態でも説明したように、主変圧器１００の１次巻線と２次巻線、３次巻線との巻線比は不変であるため、２次電圧と３次電圧の比はほぼ一定である。しかし、各巻線の負荷によって各巻線の電圧比が若干変動する。そのため、負荷に応じた電圧比の変動を予め調べておき、負荷に応じて電圧を補正することで、より高精度に電力の演算ができる。例えば、主変換装置１０１の電圧は主電動機１０４の出力（つまり、負荷）が最大１００％〜停止０％の間で変化し、出力０％であれば１５００Ｖであるところが、出力１００％では１４５０Ｖまで低下する特性がある。そこで、本実施の形態では、主変換装置１０１の実機の特性に応じて、あらかじめ制御回路１４０が示す負荷指令Ｌｒｅｆに対応して２次電圧換算部１１１’で用いる換算係数を調整する。
【００５１】
そのため、本実施の形態では、２次電圧換算部１１１’は、制御回路１４０からの負荷指令Ｐｒｅｆを受け、換算係数Ｋ３２を演算する換算係数演算部１１０１と、この換算係数演算部１１０１が算出した換算係数Ｋ３２を用いて３次電圧瞬時値検出信号を２次電圧瞬時値検出信号に換算する係数乗算部１１０２を備えている。
【００５２】
換算係数演算部１１０１は、制御回路１４０からの２次巻線の負荷指令Ｐｒｅｆを受け、あらかじめ内蔵している換算係数データ表を参照し、０％〜１００％の間で負荷指令Ｐｒｅｆにより比例演算して換算係数Ｋ３２を算定する。例えば、負荷Ｐｒｅｆが５０％であれば、換算係数Ｋ３２を３．６８７５（＝（３．７５＋３．６２５）／２）に設定する。そして、この係数乗算部１１０２はこの換算係数Ｋ３２を３次電圧瞬時値検出信号に掛けて２次電圧瞬時値検出信号に換算し、第３の実施の形態と同様の構成の電力演算部１０７に対して出力する。電力演算部１０７における演算処理機能については、第１、第３の実施の形態と同様である。
【００５３】
本実施の形態によれば、第１、第３の実施の形態の効果に加えて、電圧補正により電力量計算値の精度を向上することができる。
【００５４】
尚、本実施の形態にあっても、第４の実施の形態で採用した構成の電力演算部１１５を採用することもできる。
【００５５】
［第７の実施の形態］
本実施の形態は、第１〜３の実施の形態、第５の実施の形態において用いた図２に示す内部構成の電力演算部１０７に代えて、図１１に示す内部構成の電力演算部１０７’を採用したことを特徴とする。この電力演算部１０７’では、バンドパスフィルタ２０５の位置を第１演算部２００の後に設置している。これにより、上記各実施の形態の効果に加えて、電力瞬時値に対して基本波成分の電力値を求めることができる。
【００５６】
［第８の実施の形態］
本実施の形態は、第４の実施の形態において用いた図８に示す内部構成の電力演算部１１５に代えて、図１２に示す内部構成の電力演算部１１５’を採用したことを特徴とする。この電力演算部１１５’では、バンドパスフィルタ２０５の位置を第１演算部２００の後に設置している。これにより、上記実施の形態の効果に加えて、電力瞬時値に対して基本波成分の電力値を求めることができる。
【００５７】
一般に、電圧、電流の瞬時値を使用し、両者の積から瞬時電力を求めて積算することで電力量を演算する方式の車両駆動制御装置によれば、実効値演算が不要となるため、高精度な積算が期待できる。また、実効値を用いた場合では、力率を考慮する必要があるため、力率が変動した場合に誤差が生じるが、瞬時値演算であれば力率を考慮する必要がないため、高精度な演算が期待できる。このように瞬時値を用いる場合、ノイズ等の影響を受けにくくする必要がある。ノイズの影響を低減するためには、バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）を用いて必要な基本波のみを抽出すればよい。ＢＰＦは、そのろ波帯の中心周波数から離れた周波数成分を低減する効果がある。そのため、基本波周波数が変動する場合、ＢＰＦにより基本波成分も低減する可能性がある。
【００５８】
本発明の上記の各実施の形態によれば、バンドパスフィルタを用いて必要な基本波のみを抽出し、この基本波周波数の電圧、電流にて電力を求め、さらに積算して電力量を求めるので、瞬時値にて電力、電力量を求めながらも精度良くそれら電力、電力量を求めることができる。加えて、周波数検出部にて商用電源周波数を自動的に検出し、ＢＰＦの中心周波数とすることにより、５０Ｈｚ，６０Ｈｚの電力量演算を自動的に切替えて行える。
【００５９】
尚、システムを簡易なものにするために、周波数検出部による基本波周波数の検出を行わず、ＢＰＦに手動で中心周波数を５０Ｈｚ，６０Ｈｚのどちらかに切り替える設定ができるものを採用することも可能である。
【符号の説明】
【００６０】
１００ 主変圧器
１０１ 主変換装置
１０２ コンバータ
１０３ インバータ
１０４ 主電動機
１０５ 電流検出器
１０６ 電圧検出器
１０７，１０７′ 電力演算部
１０８ 電圧検出器
１０９，１０９’ ２次電圧演算部
１１０ 電圧検出器
１１１，１１１’ ２次電圧換算部
１１５，１１５′ 電力演算部
１２０ 主回路接触器
１２１ 充電接触器
１２２ 充電抵抗器
１３０ 集電器
１４０ 制御回路
２００ 第１演算部
２０１ 第２演算部
２０２，２０２Ｉ 周波数検出部
２０３，２０３Ｉ バンドパスフィルタ
２０５ バンドパスフィルタ
２１０，２１１ スイッチ
９０１，１１０１ 換算係数演算部
９０２，１１０２ 係数乗算部
【技術分野】
【０００１】
実施の形態は、車両駆動制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、主変換装置の電力量演算では、電圧、電流の瞬時値から各々の実効値を演算し、それらの積から電力瞬時値を演算し、さらにこの電力瞬時値を積算することによって電力量を得ていた。
【０００３】
しかし従来の方式では、実効値演算を行う必要があるために応答が遅く、電圧・電流の急変に対応できず、誤差が生じてしまう場合がある問題点があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−１４８０２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の実施の形態は、上記従来技術の課題に鑑みてなされたもので、主変圧器の２次側の交流電力の瞬時値を演算し、積算することによって電力量を算出することができ、応答の早い電力量演算ができる車両駆動制御装置を提供することを目的とする。
【０００６】
また、本発明の実施の形態は、交流電力の基本波周波数での電力瞬時値を演算することができ、基本波周波数の急変に対しても応答し、制度の良い電力量演算ができる車両駆動制御装置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】
【０００７】
実施の形態の車両駆動制御装置は、架線電圧を変圧して２次電圧を出力する主変圧器と、前記主変圧器の２次電圧の交流電力を直流電力に変換するコンバータと、前記コンバータの直流出力を所定電圧、所定周波数の交流電力に変換するインバータと、前記インバータの交流電力にて駆動される交流電動機と、前記主変圧器の２次側と前記コンバータの交流側との間に設置され、前記主変圧器の２次電圧瞬時値、２次電流瞬時値それぞれを検出する電圧検出器及び電流検出器と、前記電圧検出器の２次電圧瞬時値検出信号、前記電流検出器の２次電流瞬時値検出信号の少なくとも一方から交流基本波の周波数を検出する周波数検出部と、前記電圧検出器の出力する２次電圧瞬時値検出信号に対して、前記周波数検出部の検出する交流基本波の周波数を含む所定のろ波帯内だけの２次電圧瞬時値検出信号だけを通過させるバンドパスフィルタと、前記バンドパスフィルタを出る２次電圧瞬時値検出信号と前記電流検出器の検出する２次電流瞬時値検出信号とを用いて交流電力瞬時値を演算する第１演算部と、前記コンバータ、インバータのうちの少なくとも一方が動作しているときに前記第１演算部の演算する電力瞬時値を積算して電力量を求める第２演算部とを備えたものである。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】第１の実施の形態の車両駆動制御装置のブロック図。
【図２】上記実施の形態の車両駆動制御装置における電力演算部の内部構成のブロック図。
【図３】上記実施の形態の車両駆動制御装置における電力演算部の変形例の内部構成のブロック図。
【図４】上記実施の形態の車両駆動制御装置における電力演算部の別の変形例の内部構成のブロック図
【図５】第２の実施の形態の車両駆動制御装置のブロック図。
【図６】第３の実施の形態の車両駆動制御装置のブロック図。
【図７】第４の実施の形態の車両駆動制御装置のブロック図。
【図８】上記実施の形態の車両駆動制御装置における電力演算部の内部構成のブロック図。
【図９】第５の実施の形態の車両駆動制御装置における２次電圧換算部の内部構成のブロック図。
【図１０】第６の実施の形態の車両駆動制御装置における２次電圧換算部の内部構成のブロック図。
【図１１】第７の実施の形態の車両駆動制御装置における電力演算部の内部構成のブロック図。
【図１２】第８の実施の形態の車両駆動制御装置における電力演算部の内部構成のブロック図。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、実施の形態を図に基づいて詳説する。
【００１０】
［第１の実施の形態］
図１に示すように、第１の実施の形態の車両駆動制御装置は、架線からパンタグラフのような集電器１３０にて取り込んだ高圧交流を主変圧器１００にて降圧する。そして主変圧器１００の２次側に接続されている主回路１０１に供給する。主回路１０１には、２次側交流電力を直流電力に変換するコンバータ（ＣＮＶ）１０２、このコンバータ１０２の直流電力を所定周波数、所定電圧の交流電力に再変換するインバータ（ＩＮＶ）１０３が備えられている。このインバータ１０３には、その交流出力にて駆動される主電動機１０４が接続されている。
【００１１】
そして、主変圧器１００からコンバータ１０２に至る回路上に、２次電流瞬時値を検出する電流検出器（Ａ）１０５と、２次電圧瞬時値を検出する電圧検出器（Ｖ）１０６が設置されている。さらに、電流検出器１０５の出力する２次電流瞬時値検出信号、電圧検出器１０６の出力する２次電圧瞬時値検出信号を入力し、交流電力瞬時値とそれを積算した交流電力量とを演算する電力演算部１０７、コンバータ１０２、インバータ１０３、交流電動機１０４の動作制御のための制御回路１４０が設置されている。
【００１２】
電流検出器１０５及び電圧検出器１０６により検出された２次電流瞬時値検出信号、２次電圧瞬時値検出信号は電力演算部１０７に入力される。また、コンバータ１０２、インバータ１０３それぞれの動作状態信号も電力演算部１０７へ入力される。
【００１３】
図２に示すように、電力演算部１０７は、電圧検出器１０６により検出された２次電圧瞬時値検出信号に対して例えばＰＬＬにより交流基本波周波数を検出する周波数検出部２０２、電圧検出器１０６により検出された２次電圧瞬時値検出信号に対して、周波数検出部２０２の検出した基本波周波数ｆを含む所定のろ波帯（ｆ±Δｆ）の交流電圧基本波だけをパスさせるバンドパスフィルタ２０３、このバンドパスフィルタ２０３から出てくる交流基本波電圧瞬時値検出信号と電流検出器１０５からの交流電流瞬時値検出信号とを乗算し、電力瞬時値Ｐｗを求める第１演算部２００、この第１演算部２００の電力瞬時値を積算して電力量Ｐｗｈを算出する第２演算部２０１、さらに、コンバータ動作、インバータ動作の少なくとも一方の動作信号が入力されればＯＮして閉路し、第１演算部２００の算出する電力瞬時値を第２演算部２０１に入力させるスイッチ２１０を備えている。制御回路１４０はこのスイッチ２１０のＯＮ／ＯＦＦ動作も制御する。
【００１４】
上記実施の形態の車両駆動制御装置は、次のように動作して２次電圧瞬時値、２次電流瞬時値から主回路の電力量Ｐｗｈを算出して出力する。主変換装置１０１において、架線から集電器１３０にて高圧交流を取り込み、主変圧器１００にて降圧し、主変圧器１００の２次側に接続されている主回路１０１に給電する。主回路１０１では、コンバータ１０２にて２次側交流電力を直流電力に変換し、さらにこの直流電力をインバータ１０３にて所定周波数、所定電圧の交流電力に再変換し、主電動機１０４に供給して回転駆動する。コンバータ１０２、インバータ１０３は制御回路１４０により制御され、起動・停止の制御、インバータ１０３の周波数・電圧制御を行う。
【００１５】
電力演算部１０７は次のようにして、電力瞬時値Ｐｗを演算し、さらに時間積分して電力量Ｐｗｈを算出して出力する。
【００１６】
電流検出器１０５及び電圧検出器１０６により主変圧器１００の２次電流、２次電圧を検出し、２次電流瞬時値検出信号、２次電圧瞬時値検出信号それぞれを出力する。２次電流瞬時値検出信号は第１演算部２００にそのまま入力される。
【００１７】
２次電圧瞬時値検出信号は周波数検出部２０２へ入力され、周波数検出部２０２にてＰＬＬにより電源周波数の基本波周波数ｆにフェーズロックし、この基本波周波数ｆをバンドパスフィルタ２０３に与える。
【００１８】
２次電圧瞬時値検出信号はバンドパスフィルタ２０３にも入力され、周波数検出部２０２の設定した基本波周波数ｆを中心にした所定のろ波帯（ｆ±Δｆ）内の周波数の電圧瞬時値検出信号だけをパスさせて第１演算部２００に入力させる。
【００１９】
第１演算部２００では、入力されてくる２次電流瞬時値検出信号、ろ波帯内の２次電圧瞬時値検出信号を乗算して電力瞬時値Ｐｗを算出し、継続的に出力する。
【００２０】
制御回路１４０の働きにより、スイッチ２１０はコンバータ１０２とインバータ１０３の少なくとも一方が動作している時にＯＮして閉路し、この閉路している間中、第１演算部２００の演算した電力瞬時値Ｐｗを第２演算部２０１に入力し続け、第２演算部２０１は第１演算部２００の電力瞬時値Ｐｗを時間積分し、電力量Ｐｗｈを求める。
【００２１】
通常、商用電源の周波数は西日本では６０Ｈｚ、東日本では５０Ｈｚであり、周波数検出部２０２のフェーズロックにより、バンドパスフィルタ２０３の中心周波数はこのいずれかに自動的に決定される。しかしながら、それぞれの基本周波数にも少しの変動が発生することがあり、その場合には、バンドパスフィルタ２０３の中心周波数は同様に変動することになる。
【００２２】
これにより、本実施の形態の車両駆動制御装置によれば、バンドパスフィルタ２０３の作用により、２次電圧瞬時値の検出信号に重畳するノイズ等の成分を低減することができ、電力量演算結果の誤差を低減することができる。また、コンバータ１０２、インバータ１０３が動作していないときは電力が０になることから、コンバータ１０２、インバータ１０３の少なくとも一方が動作中のみ電力量演算を行うことで、電圧瞬時値検出信号、電流瞬時値検出信号に含まれるノイズ等の影響を低減することができる。また、バンドパスフィルタ２０３の中心周波数を自動的に補正することにより、ノイズ等の成分の除去精度（基本波の抽出精度）を向上させ、誤差を低減できる。
【００２３】
尚、本実施の形態において、図３の変形例に示すように、バンドパスフィルタ２０３Ｉについては、２次電流瞬時値検出信号に対しても設け、周波数検出部２０２からの中心周波数ｆの信号を受けて２次電流瞬時値検出信号に対するバンドパスを行い、第１演算部２００にろ波後の２次電流瞬時検出信号を入力させ、電力瞬時値の演算に用いるようにする構成としてもよい。また、図４の変形例に示すように、図２の構成から２次電圧瞬時値検出信号に対するバンドパスフィルタ２０３と周波数検出部２０２を共に省略し、２次電流瞬時値検出信号に対するバンドパスフィルタ２０３Ｉと、中心周波数ｆを検出する周波数検出部２０２Ｉとを設け、２次電流瞬時値検出信号から中心周波数ｆを検出してバンドパスフィルタ２０３Ｉに与えるようにする構成にすることも可能である。これらの変形例の車両駆動制御装置によっても、上記実施の形態と同様の作用、効果を奏する。また、これらの変形例は、以下に説明する他の実施の形態においても電力演算部１０７の内部の構成として同様に適用できるものである。
【００２４】
［第２の実施の形態］
図５に示す第２の実施の形態の車両駆動制御装置は、図１に示した第１の実施の形態の車両駆動制御装置に対して、その主変圧器１００の２次側巻線に設けた電圧検出器１０６に代え、主変圧器１００の１次側巻線に電圧検出器（Ｖ）１０８を設け、さらに、この電圧検出器１０８の１次電圧瞬時値検出信号を２次電圧瞬時値検出信号に換算する２次電圧換算部１０９を設けたことを特徴とする。
【００２５】
本実施の形態における電圧検出器１０８は、主変圧器１００の１次側巻線に接続され、その出力は１次電圧瞬時値検出信号として２次電圧換算部１０９へ入力される。２次電圧換算部１０９は１次電圧瞬時値検出信号を２次電圧瞬時値検出値に換算し、電力演算部１０７へ入力する。ここで、１次電圧と２次電圧との換算比として、例えば、架線電圧が２５０００Ｖであり、２次電圧が１５００Ｖであれば、１５００／２５０００＝０．０６の係数を１次電圧瞬時値検出信号に掛けて２次電圧瞬時値検出信号とすることになる。尚、本実施の形態における他の構成は、第１の実施の形態の構成と共通する。電力演算部１０７の内部構成も同様、図２に示したものである。
【００２６】
本実施の形態の車両駆動制御装置では、主変圧器１００の２次電圧を直接に検出する代わりに１次電圧を直接に検出し、その１次電圧瞬時値検出信号を２次電圧瞬時値検出信号に換算して電力演算部１０７に入力する構成により、第１の実施の形態の効果に加え、２次電圧検出信号を直接に検出する場合にその２次電圧瞬時値検出信号に重畳するコンバータ１０２やインバータ１０３のＰＷＭスイッチングノイズの影響を低減できる。主変圧器１００の２次電圧はコンバータ１０２のＰＷＭスイッチング動作の影響を受け、電圧波形がＰＷＭ波形となる。そのため、１次電圧を検出して２次電圧相当に換算して電力瞬時値演算に用いることにより、正弦波に近い波形を得ることができ、電力量演算の誤差を低減できる。
【００２７】
尚、本実施の形態においても、電力演算部１０７には第１の実施の形態の変形例として示した構成を採用することができる。
【００２８】
同時に、本実施の形態では、２次電流瞬時値検出器についても、２次電圧瞬時値検出器と同様に、主回路１００の１次側に電流検出器を設置して１次電流瞬時値を検出し、１次電流瞬時値検出信号を主変換装置１０１に入力し、主変換装置１０１には２次電圧換算部１０９と同様な２次電流換算部を設置して１次電流瞬時値検出信号を２次電流瞬時値検出信号に換算してから電力演算部１０７に入力する構成とすることもできる。
【００２９】
［第３の実施の形態］
図６に示すように、第３の実施の形態の車両駆動制御装置は、図１に示した第１の実施の形態に対して、２次電圧瞬時値検出器として、主変圧器１００の２次側巻線に直接ではなく、補助電源装置等に利用される３次側巻線に電圧検出器（Ｖ）１１０を接続し、この電圧検出器１１０の３次電圧瞬時値検出信号を２次電圧換算部１１１にて２次電圧瞬時値検出信号に換算し、電力演算部１０７に入力するようにした点が異なる。本実施の形態における他の構成は、第１の実施の形態の構成と共通する。電力演算部１０７の内部構成も同様、図２に示したものである。
【００３０】
電圧検出器１１０は、主変圧器１００の３次側巻線に接続されている。電圧検出器１１０の出力は、３次電圧瞬時値検出信号として２次電圧換算部１１１へ入力される。２次電圧換算部１１１は入力される３次電圧瞬時値検出信号に対して所定値の換算係数を掛けて２次電圧瞬時値検出信号に変換し、これを電力演算部１０７に入力する。例えば、３次側巻線の電圧が定格で４００Ｖであり、２次側巻線の電圧が定格で１５００Ｖであれば、１５００／４００＝３．７５の係数を用いる。２次電流瞬時値検出信号は第１の実施の形態と同様に、２次側巻線上の電流検出器１０５にて検出する検出信号をそのまま電力演算部１０７に入力する。
【００３１】
本実施の形態の車両駆動制御装置では、第１の実施の形態のように２次電圧を直接に検出する代わりに３次電圧を検出し、その瞬時値検出信号を２次電圧換算部１１１にて２次電圧瞬時値検出信号に換算する構成としたことにより、第１の実施の形態の効果に加えて、次のような効果を奏する。すなわち、主変圧器１００は、架線電圧（１次電圧）を主変換装置１０１用の電圧（２次電圧）と、補助電源装置等の低圧用電源（３次電圧）とに変換するが、３次電圧は１次電圧に比べて小さい電圧であるため、電圧検出器１１０としてより低電圧仕様のものを採用することができる。一般的に、高電圧用の機器は大型で高価であるが、本実施の形態の構成とすることにより、省スペース化、低コスト化が図れる。
【００３２】
［第４の実施の形態］
図７に示すように、第４の実施の形態の車両駆動制御装置は、コンバータ（ＣＮＶ）１０２、インバータ（ＩＮＶ）１０３、コンバータ１０２の交流回路側に接続された電圧検出器（Ｖ）１０６及び電流検出器（Ａ）１０５、さらに、主接触器１２０、充電接触器１２１、充電抵抗器１２２を具備する主変換装置１０１と、主変圧器１００と、主電動機（ＭＭ）１０４とから構成される。本実施の形態の車両駆動制御装置はさらに、特徴的な要素として電力演算部１１５を具備している。
【００３３】
主変圧器１００の１次側巻線はパンタグラフのような集電器１３０を介して架線に接続される。主変圧器１００の２次側巻線は、主接触器１２０及び電流検出器１０５を介してコンバータ１０２の交流側に接続されている。また、主変圧器１００の２次側巻線に、コンバータ１０２と並列に電圧検出器１０６が接続されている。主接触器１２０と並列に、充電接触器１２１と充電回路抵抗１２２を直列に接続した回路が接続されている。コンバータ１０２の直流側はインバータ１０３と接続されている。インバータ１０３の交流側は主電動機１０４に接続されている。
【００３４】
電流検出器１０５及び電圧検出器１０６により検出された２次電流瞬時値検出信号、２次電圧瞬時値検出信号それぞれは電力演算部１１５に入力される。また、コンバータ１０２、インバータ１０３それぞれの動作状態が電力演算部１１５に入力され、充電接触器１２１の動作状態も電力演算部１１５に入力される。実際には制御回路１４０にこれらの信号は入力され、制御回路１４０はコンバータ１０２、インバータ１０３、充電接触器１２１のうちの少なくとも１つの回路が動作状態にあることを判断すればスイッチ２１１をＯＮさせて閉路させる構成である。
【００３５】
電力演算部１１５は図８に示す内部構成であり、電圧検出器１０６により検出された２次電圧瞬時値検出信号は、バンドパスフィルタ２０３に入力される。また、２次電圧瞬時値検出信号は周波数検出部２０２へ入力される。バンドパスフィルタ２０３の出力は、第１演算部２００へ入力される。一方、電流検出器１０５により検出された２次電流瞬時値検出信号も第１演算部２００へ入力される。第１演算部２００では電力瞬時値Ｐｗを演算し、第２演算部２０１へ出力する。第２演算部２０１では、第１演算部２００の電力瞬時値を時間積分して電力量Ｐｗｈを求め、出力する。
【００３６】
スイッチ２１１は上述したように、制御回路１４０のオン／オフ指令によってＯＮ、ＯＦＦ動作するのであるが、制御回路１４０はコンバータ１０２の動作状態信号、インバータ１０３の動作状態信号、充電接触器１２１の動作状態信号のうち少なくとも１つが動作中である信号を受けている間だけＯＮ指令をスイッチ２１１に与えてこれを閉路させる。これにより、第２演算部２０１はコンバータ１０２、インバータ１０３、充電接触器１２１のうち少なくとも１つが動作中のときに電力瞬時値Ｐｗを積算して電力量Ｐｗｈを求めることになる。
【００３７】
本実施の形態の車両駆動制御装置では、起動時に充電接触器１２１を閉じて充電抵抗器１２２を通じて起動電流をコンバータ１０２に流し、始動電流が安定すれば主接触器１２０を閉じ、この主接触器１２０を通じて定常時の電流をコンバータ１０２に流す。
【００３８】
定常時、主変圧器１００が変圧する架線電圧からの２次交流電圧をコンバータ１０２にて所定の直流電力に変換し、これをインバータ１０３に入力し、所定の電圧、所定の周波数の交流に再変換して主電動機１０４に出力し、主電動機１０４を回転駆動する。
【００３９】
この主回路の動作中の電力の監視のために、主変換装置１０１において、電流検出器１０５、電圧検出器１０６にて主変圧器１００の２次電流、２次電圧を検出し、２次電流瞬時値検出信号、２次電圧瞬時値検出信号それぞれを電力演算部１１５に入力する。
【００４０】
電力演算部１１５では、電流検出器１５により検出した２次電流瞬時値検出信号はそのまま入力する。一方、電圧検出器１０６により検出した２次電圧瞬時値検出信号に対しては、これをバンドパスフィルタ２０３に入力し、同時に周波数検出部２０２にも入力する。周波数検出部２０２はＰＬＬにより電源周波数の基本波周波数にロックし、この基本波周波数を中心にバンドパスするようにバンドパスフィルタ２０３のろ波帯を設定する。バンドパスフィルタ２０３はこの設定された基本波周波数の電圧を２次電圧瞬時値検出信号として第１演算部２００に入力する。
【００４１】
電力演算部１１５の第１演算部２００では、バンドパスフィルタ２０３にてバンドパスされた２次電圧瞬時値検出信号と直接に入力される２次電流瞬時値検出信号とを掛け算して電力瞬時値Ｐｗを算出し、第２演算部２０１に向けて連続的に出力する。第２演算部２０１では、スイッチ２１１がＯＮし閉路している間だけ、第１演算部２００から入力されてくる電力瞬時値を時間積分し、電力量Ｐｗｈを求めて出力する。
【００４２】
これにより、本実施の形態の車両駆動制御装置によれば、コンバータ１０２、インバータ１０３、充電接触器のうち少なくとも１つが動作中の期間、第２演算部２０１にて２次電力量Ｐｗｈを求めることができ、第１の実施の形態の効果に加え、主回路充電時の消費電力をも積算できる利点がある。
【００４３】
尚、本実施の形態にあっても、第１の実施の形態における変形例を適用し、２次電流瞬時値検出信号に対しても同時にバンドパスフィルタ２０３Ｉを通し、あるいは２次電流瞬時値検出信号だけにバンドパスフィルタ２０３Ｉを通し、電力瞬時値を演算する構成とすることができる。
【００４４】
また、第２の実施の形態のように、２次側巻線の電圧を直接に検出することに代えて、主変圧器１００の１次側巻線の電圧を検出し、換算して２次電圧検出信号として使用する構成にすること、第３の実施の形態のように３次巻線の電圧を検出し、換算して２次電圧検出信号として使用する構成にすることも可能である。
【００４５】
［第５の実施の形態］
本実施の形態は、図２に示した第２の実施の形態に対して、２次電圧換算部１０９’を図９に示す内部構成にしたことを特徴とする。主変圧器１００の１次巻線と２次巻線、３次巻線との巻線比は不変であるため、２次電圧と３次電圧の比はほぼ一定である。しかし、各巻線の負荷によって各巻線の電圧比が若干変動する。そのため、負荷に応じた電圧比の変動を予め調べておき、負荷に応じて電圧を補正することで、より高精度に電力の演算ができる。例えば、主変換装置１０１の電圧は主電動機１０４の出力（つまり、負荷）が最大１００％〜停止０％の間で変化し、出力０％であれば１５００Ｖであるところが、出力１００％では１４５０Ｖまで低下する特性がある。そこで、本実施の形態では、主変換装置１０１の実機の特性に応じて、あらかじめ制御回路１４０が示す負荷指令Ｐｒｅｆに対応して２次電圧換算部１０９’で用いる換算係数を調整する。
【００４６】
そのため、本実施の形態では、２次電圧換算部１０９’は、制御回路１４０からの負荷指令Ｐｒｅｆを受け、換算係数Ｋ１２を演算する換算係数演算部９０１と、この換算係数演算部９０１が算出した換算係数Ｋ１２を用いて１次電圧瞬時値検出信号を２次電圧瞬時値検出信号に換算する係数乗算部９０２を備えている。
【００４７】
換算係数演算部９０１は、制御回路１４０からの２次巻線の負荷指令Ｐｒｅｆを受け、あらかじめ内蔵している換算係数データ表を参照し、０％〜１００％の間で負荷指令Ｐｒｅｆにより比例演算して換算係数Ｋ１２を算定する。例えば、負荷Ｐｒｅｆが５０％であれば、換算係数Ｋ１２を０．０５９（＝（０．０６＋０．０５８）／２）に設定する。そして、係数乗算部９０２はこの換算係数Ｋ１２を１次電圧瞬時値検出信号に掛けて２次電圧瞬時値検出信号に換算し、第２の実施の形態と同様の構成の電力演算部１０７に対して出力する。電力演算部１０７における演算処理機能については、第１、第２の実施の形態と同様である。
【００４８】
本実施の形態によれば、第１、第２の実施の形態の効果に加えて、電圧補正により電力量計算値の精度を向上することができる。
【００４９】
尚、本実施の形態にあっても、第４の実施の形態で採用した構成の電力演算部１１５を採用することもできる。
【００５０】
［第６の実施の形態］
本実施の形態は、図３に示した第３の実施の形態に対して、２次電圧換算部１１１’を図１０に示す内部構成にしたことを特徴とする。第５の実施の形態でも説明したように、主変圧器１００の１次巻線と２次巻線、３次巻線との巻線比は不変であるため、２次電圧と３次電圧の比はほぼ一定である。しかし、各巻線の負荷によって各巻線の電圧比が若干変動する。そのため、負荷に応じた電圧比の変動を予め調べておき、負荷に応じて電圧を補正することで、より高精度に電力の演算ができる。例えば、主変換装置１０１の電圧は主電動機１０４の出力（つまり、負荷）が最大１００％〜停止０％の間で変化し、出力０％であれば１５００Ｖであるところが、出力１００％では１４５０Ｖまで低下する特性がある。そこで、本実施の形態では、主変換装置１０１の実機の特性に応じて、あらかじめ制御回路１４０が示す負荷指令Ｌｒｅｆに対応して２次電圧換算部１１１’で用いる換算係数を調整する。
【００５１】
そのため、本実施の形態では、２次電圧換算部１１１’は、制御回路１４０からの負荷指令Ｐｒｅｆを受け、換算係数Ｋ３２を演算する換算係数演算部１１０１と、この換算係数演算部１１０１が算出した換算係数Ｋ３２を用いて３次電圧瞬時値検出信号を２次電圧瞬時値検出信号に換算する係数乗算部１１０２を備えている。
【００５２】
換算係数演算部１１０１は、制御回路１４０からの２次巻線の負荷指令Ｐｒｅｆを受け、あらかじめ内蔵している換算係数データ表を参照し、０％〜１００％の間で負荷指令Ｐｒｅｆにより比例演算して換算係数Ｋ３２を算定する。例えば、負荷Ｐｒｅｆが５０％であれば、換算係数Ｋ３２を３．６８７５（＝（３．７５＋３．６２５）／２）に設定する。そして、この係数乗算部１１０２はこの換算係数Ｋ３２を３次電圧瞬時値検出信号に掛けて２次電圧瞬時値検出信号に換算し、第３の実施の形態と同様の構成の電力演算部１０７に対して出力する。電力演算部１０７における演算処理機能については、第１、第３の実施の形態と同様である。
【００５３】
本実施の形態によれば、第１、第３の実施の形態の効果に加えて、電圧補正により電力量計算値の精度を向上することができる。
【００５４】
尚、本実施の形態にあっても、第４の実施の形態で採用した構成の電力演算部１１５を採用することもできる。
【００５５】
［第７の実施の形態］
本実施の形態は、第１〜３の実施の形態、第５の実施の形態において用いた図２に示す内部構成の電力演算部１０７に代えて、図１１に示す内部構成の電力演算部１０７’を採用したことを特徴とする。この電力演算部１０７’では、バンドパスフィルタ２０５の位置を第１演算部２００の後に設置している。これにより、上記各実施の形態の効果に加えて、電力瞬時値に対して基本波成分の電力値を求めることができる。
【００５６】
［第８の実施の形態］
本実施の形態は、第４の実施の形態において用いた図８に示す内部構成の電力演算部１１５に代えて、図１２に示す内部構成の電力演算部１１５’を採用したことを特徴とする。この電力演算部１１５’では、バンドパスフィルタ２０５の位置を第１演算部２００の後に設置している。これにより、上記実施の形態の効果に加えて、電力瞬時値に対して基本波成分の電力値を求めることができる。
【００５７】
一般に、電圧、電流の瞬時値を使用し、両者の積から瞬時電力を求めて積算することで電力量を演算する方式の車両駆動制御装置によれば、実効値演算が不要となるため、高精度な積算が期待できる。また、実効値を用いた場合では、力率を考慮する必要があるため、力率が変動した場合に誤差が生じるが、瞬時値演算であれば力率を考慮する必要がないため、高精度な演算が期待できる。このように瞬時値を用いる場合、ノイズ等の影響を受けにくくする必要がある。ノイズの影響を低減するためには、バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）を用いて必要な基本波のみを抽出すればよい。ＢＰＦは、そのろ波帯の中心周波数から離れた周波数成分を低減する効果がある。そのため、基本波周波数が変動する場合、ＢＰＦにより基本波成分も低減する可能性がある。
【００５８】
本発明の上記の各実施の形態によれば、バンドパスフィルタを用いて必要な基本波のみを抽出し、この基本波周波数の電圧、電流にて電力を求め、さらに積算して電力量を求めるので、瞬時値にて電力、電力量を求めながらも精度良くそれら電力、電力量を求めることができる。加えて、周波数検出部にて商用電源周波数を自動的に検出し、ＢＰＦの中心周波数とすることにより、５０Ｈｚ，６０Ｈｚの電力量演算を自動的に切替えて行える。
【００５９】
尚、システムを簡易なものにするために、周波数検出部による基本波周波数の検出を行わず、ＢＰＦに手動で中心周波数を５０Ｈｚ，６０Ｈｚのどちらかに切り替える設定ができるものを採用することも可能である。
【符号の説明】
【００６０】
１００ 主変圧器
１０１ 主変換装置
１０２ コンバータ
１０３ インバータ
１０４ 主電動機
１０５ 電流検出器
１０６ 電圧検出器
１０７，１０７′ 電力演算部
１０８ 電圧検出器
１０９，１０９’ ２次電圧演算部
１１０ 電圧検出器
１１１，１１１’ ２次電圧換算部
１１５，１１５′ 電力演算部
１２０ 主回路接触器
１２１ 充電接触器
１２２ 充電抵抗器
１３０ 集電器
１４０ 制御回路
２００ 第１演算部
２０１ 第２演算部
２０２，２０２Ｉ 周波数検出部
２０３，２０３Ｉ バンドパスフィルタ
２０５ バンドパスフィルタ
２１０，２１１ スイッチ
９０１，１１０１ 換算係数演算部
９０２，１１０２ 係数乗算部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
架線電圧を変圧して２次電圧を出力する主変圧器と、
前記主変圧器の２次電圧の交流電力を直流電力に変換するコンバータと、
前記コンバータの直流出力を所定電圧、所定周波数の交流電力に変換するインバータと、
前記インバータの交流電力にて駆動される交流電動機と、
前記主変圧器の２次側と前記コンバータの交流側との間に設置され、前記主変圧器の２次電圧瞬時値、２次電流瞬時値それぞれを検出する電圧検出器及び電流検出器と、
前記電圧検出器の２次電圧瞬時値検出信号、前記電流検出器の２次電流瞬時値検出信号の少なくとも一方から交流基本波の周波数を検出する周波数検出部と、
前記電圧検出器の出力する２次電圧瞬時値検出信号に対して、前記周波数検出部の検出する交流基本波の周波数を含む所定のろ波帯内だけの２次電圧瞬時値検出信号だけを通過させるバンドパスフィルタと、
前記バンドパスフィルタを出る２次電圧瞬時値検出信号と前記電流検出器の検出する２次電流瞬時値検出信号とを用いて交流電力瞬時値を演算する第１演算部と、
前記コンバータ、インバータのうちの少なくとも一方が動作しているときに前記第１演算部の演算する電力瞬時値を積算して電力量を求める第２演算部とを備えたことを特徴とする車両駆動制御装置。
【請求項２】
前記コンバータのフィルタコンデンサに充電する充電手段と、前記充電手段の電気的な切り離し、接続を行う充電開閉手段とを備え、
前記第２演算部は、前記コンバータが動作しているとき、前記インバータが動作しているとき、前記充電開閉手段が閉じているときの少なくとも１つの条件が成立するときに、前記第１演算部の電力瞬時値を積算して電力量を求めることを特徴とする請求項１に記載の車両駆動制御装置。
【請求項３】
前記バンドパスフィルタは、ろ波帯の中心周波数を可変設定できるものであることを特徴とする請求項１又は２に記載の車両駆動制御装置。
【請求項４】
前記電圧検出器として、前記主変圧器の２次側の交流電圧を検出する代わりに、前記主変圧器の１次側の電圧を検出する１次電圧検出器と、前記１次電圧検出器の検出する１次電圧検出信号を前記主変圧器の２次電圧瞬時値検出信号に換算する２次電圧換算器とを備えたことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の車両駆動制御装置。
【請求項５】
前記主変圧器は３次巻線を備え、
前記電圧検出器として、前記主変圧器の２次側の交流電圧を検出する代わりに、前記主変圧器の３次電圧を検出する３次電圧検出器と、前記３次電圧検出器の検出する３次電圧検出信号を前記主変圧器の２次電圧瞬時値検出信号に換算する２次電圧換算器とを備えたことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の車両駆動制御装置。
【請求項６】
前記３次電圧と２次電圧との変換比を、前記電流検出器の検出する２次電圧瞬時値検出信号の大きさに応じて補正する電圧補正部を備えたことを特徴とする請求項５に記載の車両駆動制御装置。
【請求項１】
架線電圧を変圧して２次電圧を出力する主変圧器と、
前記主変圧器の２次電圧の交流電力を直流電力に変換するコンバータと、
前記コンバータの直流出力を所定電圧、所定周波数の交流電力に変換するインバータと、
前記インバータの交流電力にて駆動される交流電動機と、
前記主変圧器の２次側と前記コンバータの交流側との間に設置され、前記主変圧器の２次電圧瞬時値、２次電流瞬時値それぞれを検出する電圧検出器及び電流検出器と、
前記電圧検出器の２次電圧瞬時値検出信号、前記電流検出器の２次電流瞬時値検出信号の少なくとも一方から交流基本波の周波数を検出する周波数検出部と、
前記電圧検出器の出力する２次電圧瞬時値検出信号に対して、前記周波数検出部の検出する交流基本波の周波数を含む所定のろ波帯内だけの２次電圧瞬時値検出信号だけを通過させるバンドパスフィルタと、
前記バンドパスフィルタを出る２次電圧瞬時値検出信号と前記電流検出器の検出する２次電流瞬時値検出信号とを用いて交流電力瞬時値を演算する第１演算部と、
前記コンバータ、インバータのうちの少なくとも一方が動作しているときに前記第１演算部の演算する電力瞬時値を積算して電力量を求める第２演算部とを備えたことを特徴とする車両駆動制御装置。
【請求項２】
前記コンバータのフィルタコンデンサに充電する充電手段と、前記充電手段の電気的な切り離し、接続を行う充電開閉手段とを備え、
前記第２演算部は、前記コンバータが動作しているとき、前記インバータが動作しているとき、前記充電開閉手段が閉じているときの少なくとも１つの条件が成立するときに、前記第１演算部の電力瞬時値を積算して電力量を求めることを特徴とする請求項１に記載の車両駆動制御装置。
【請求項３】
前記バンドパスフィルタは、ろ波帯の中心周波数を可変設定できるものであることを特徴とする請求項１又は２に記載の車両駆動制御装置。
【請求項４】
前記電圧検出器として、前記主変圧器の２次側の交流電圧を検出する代わりに、前記主変圧器の１次側の電圧を検出する１次電圧検出器と、前記１次電圧検出器の検出する１次電圧検出信号を前記主変圧器の２次電圧瞬時値検出信号に換算する２次電圧換算器とを備えたことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の車両駆動制御装置。
【請求項５】
前記主変圧器は３次巻線を備え、
前記電圧検出器として、前記主変圧器の２次側の交流電圧を検出する代わりに、前記主変圧器の３次電圧を検出する３次電圧検出器と、前記３次電圧検出器の検出する３次電圧検出信号を前記主変圧器の２次電圧瞬時値検出信号に換算する２次電圧換算器とを備えたことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の車両駆動制御装置。
【請求項６】
前記３次電圧と２次電圧との変換比を、前記電流検出器の検出する２次電圧瞬時値検出信号の大きさに応じて補正する電圧補正部を備えたことを特徴とする請求項５に記載の車両駆動制御装置。
【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２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２０１３−４２５９２（Ｐ２０１３−４２５９２Ａ）
【公開日】平成２５年２月２８日（２０１３．２．２８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１７７５２７（Ｐ２０１１−１７７５２７）
【出願日】平成２３年８月１５日（２０１１．８．１５）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年２月２８日（２０１３．２．２８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年８月１５日（２０１１．８．１５）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
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