專利名稱：鐵道車輛的發(fā)電系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及鐵道車輛的發(fā)電系統(tǒng)，特別涉及在引擎控制系統(tǒng)與發(fā)電控制系統(tǒng)之間不進(jìn)行電氣控制信息交換的情況下控制引擎發(fā)電機(jī)的動作或發(fā)電電力的鐵道車輛的發(fā)電系統(tǒng)的技術(shù)。
背景技術(shù)：
由于鐵道車輛通過鐵的車輪在鐵軌上滾動而行駛，因此其特征在于行駛阻力比汽車小。特別是在最近的電氣鐵道車輛中，在制動時(shí)讓主電動機(jī)作為發(fā)電機(jī)起作用來獲得制動力，同時(shí)進(jìn)行再生制動器控制，將制動時(shí)主電動機(jī)產(chǎn)生的電能返回給架線作為其他車輛的加速能量再利用的。具備該再生制動器的電氣鐵道車輛與不具備再生制動器的電氣鐵道車輛相比，能以約一半的能量消耗進(jìn)行行駛，可以稱為靈活運(yùn)用行駛阻力小的鐵道車輛特征的節(jié)能方法。另一方面，在運(yùn)輸密度小的地方線路等，通過不需要架線、變電站等基礎(chǔ)設(shè)施的內(nèi)燃機(jī)車輛(diesel car)，以低成本實(shí)現(xiàn)精確的乘客服務(wù)?？墒牵捎趦?nèi)燃機(jī)車輛沒有架線等與其他車輛交換能量的部件，因此沒有進(jìn)行電氣鐵道車輛這樣的再生能量的再利用。因而， 為了在內(nèi)燃機(jī)車輛中實(shí)現(xiàn)節(jié)能，不得不依賴于低燃耗引擎的開發(fā)。作為針對這樣的內(nèi)燃機(jī)車輛也能推進(jìn)節(jié)能的一個方法，設(shè)計(jì)出將引擎和蓄電裝置組合的混合動力內(nèi)燃機(jī)車輛?；旌蟿恿?nèi)燃機(jī)車輛通過設(shè)置蓄電裝置，可在蓄電裝置中暫時(shí)吸收在制動時(shí)產(chǎn)生的再生能量，通過將所吸收的再生能量作為加速時(shí)需要的一部分能量再利用，由此能夠?qū)崿F(xiàn)節(jié)能。關(guān)于混合動力內(nèi)燃機(jī)車輛，例如在專利文獻(xiàn)1的鐵道車輛的驅(qū)動裝置中有所敘述。圖6示出專利文獻(xiàn)1的圖2所示的鐵道車輛的驅(qū)動裝置的設(shè)備構(gòu)成圖。引擎51基于引擎控制器69的燃料噴射量指令F eng而輸出軸轉(zhuǎn)矩。發(fā)電機(jī)52 以引擎51的軸轉(zhuǎn)矩為輸入，將其變換成三相交流電進(jìn)行輸出。轉(zhuǎn)換器裝置53以從發(fā)電機(jī) 52輸出的三相交流電為輸入，將其變換成直流電進(jìn)行輸出。這里，轉(zhuǎn)換器裝置53經(jīng)由PWM 控制器(向量控制運(yùn)算器)70輸出的選通信號Vp進(jìn)行電壓控制，以便使其成為基于來自系統(tǒng)綜合控制部59的指令&的直流電壓。系統(tǒng)綜合控制部59以蓄電裝置58的內(nèi)部狀態(tài)信號Spl為輸入，向引擎控制器69 輸出運(yùn)轉(zhuǎn)指令Se，向恒定電力控制器(電流指令發(fā)生器)71輸出運(yùn)轉(zhuǎn)指令Sc，向未圖示的逆變器裝置輸出運(yùn)轉(zhuǎn)指令Si，向未圖示的斷路器62a、62b、62c、62d輸出動作指令Sb，向配置于蓄電裝置58內(nèi)的充放電控制裝置輸出動作指令Sp2，控制這些設(shè)備的綜合動作狀態(tài)， 使得蓄電裝置58的蓄電量處于一定范圍內(nèi)。速度傳感器63a檢測發(fā)電機(jī)52的轉(zhuǎn)速，在速度運(yùn)算器6 中將其變換成發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子頻率Fr_cnv。濾波電容器65針對由轉(zhuǎn)換器裝置53變換后的直流電特別是在高頻處變動的電壓分量進(jìn)行平滑，以使直流部的電壓穩(wěn)定。電流傳感器66檢測自轉(zhuǎn)換器裝置53經(jīng)由濾波電容器65流入直流部或者自直流部流出的電流。電阻器67分流流入直流部或自直流
3部流出的電流，電壓傳感器68根據(jù)電阻器67的兩端電壓與流經(jīng)電阻器67的電流值成比例的原理，檢測直流部的電位差。弓丨擎控制器69輸入來自系統(tǒng)綜合控制部59的動作指令％和來自速度運(yùn)算部64b 的轉(zhuǎn)速信號Fr_gen，輸出對引擎51的輸出進(jìn)行調(diào)整的燃料噴射量指令F_eng。恒定電力控制器71將來自系統(tǒng)綜合控制部59的動作指令&、來自速度運(yùn)算部 64a的轉(zhuǎn)速信號F_Crw、來自電流傳感器66的直流部電流檢測值Icrw、來自電壓傳感器68 的直流部電壓檢測值Vcnv作為輸入，輸出決定后述的PWM控制器70的電壓控制量的電壓指令 Vc_cnv0PWM控制器70以來自恒定電力控制器71的電壓指令Vc_cnv、來自速度運(yùn)算部64b 的Fr_cnv為輸入，輸出用于使構(gòu)成轉(zhuǎn)換器裝置53的未圖示的開關(guān)元件接通/斷開以驅(qū)動 PWM控制的開關(guān)元件選通信號Vp。專利文獻(xiàn)1 JP特開2008-54408號公報(bào)專利文獻(xiàn)1的鐵道車輛的驅(qū)動裝置，在系統(tǒng)綜合控制部中，基于發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速、電動機(jī)的轉(zhuǎn)速和由蓄電裝置獲得的內(nèi)部狀態(tài)信號，判定是否需要引擎的發(fā)電電力，根據(jù)對引擎的運(yùn)轉(zhuǎn)指令和對轉(zhuǎn)換器裝置的運(yùn)轉(zhuǎn)指令控制發(fā)電狀態(tài)，進(jìn)而在不需要引擎的發(fā)電電力的情況下判定是否停止引擎，通過對引擎的運(yùn)轉(zhuǎn)指令來提供使引擎停止的指令。也就是說，引擎的動作和轉(zhuǎn)換器裝置的動作都由系統(tǒng)綜合控制部進(jìn)行控制。專利文獻(xiàn)1的鐵道車輛的驅(qū)動裝置以基于串聯(lián)混合動力方式的混合動力內(nèi)燃機(jī)車輛為對象，特別在盡可能不影響車輛的行駛性能的情況下實(shí)現(xiàn)停機(jī)控制。也就是說，按照逆變器驅(qū)動裝置及電動機(jī)產(chǎn)生的驅(qū)動力不會因?yàn)橐娴膯?停止而受到限制的方式，在系統(tǒng)綜合控制部中嚴(yán)格管理控制定時(shí)。為此，需要由系統(tǒng)綜合控制部控制引擎的動作和轉(zhuǎn)換器裝置的動作。在由系統(tǒng)綜合控制部控制引擎的動作和轉(zhuǎn)換器裝置的動作中，需要在系統(tǒng)綜合控制部與引擎之間以及系統(tǒng)綜合控制部與轉(zhuǎn)換器裝置之間進(jìn)行控制信息的交換，需要分別設(shè)置模擬線(硬件線路)或控制信息傳送裝置等通信部件。對于系統(tǒng)綜合控制部與引擎之間的通信部件，多數(shù)情況下引擎控制裝置的接口、 通信部件因廠家而不同，另外即便接口、通信部件相同，絕大數(shù)情況為信息傳送順序或信息傳送方式不同，因此按照每個對應(yīng)案件設(shè)計(jì)系統(tǒng)綜合控制部與引擎之間的通信部件，使得作業(yè)負(fù)擔(dān)大。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明其目的在于提供一種在引擎控制系統(tǒng)與發(fā)電控制系統(tǒng)之間不進(jìn)行電氣控制信息交換的情況下控制引擎發(fā)電機(jī)的動作或發(fā)電電力的鐵道車輛的發(fā)電系統(tǒng)?？刂埔孑敵龅囊婵刂蒲b置基于安裝于引擎的旋轉(zhuǎn)檢測器的信息，識別由速度運(yùn)算部計(jì)算出的引擎轉(zhuǎn)速信號，并根據(jù)引擎轉(zhuǎn)速信號控制引擎輸出。另外，控制發(fā)電機(jī)的發(fā)電電力的發(fā)電機(jī)控制裝置基于發(fā)電機(jī)配備的旋轉(zhuǎn)檢測器的信息，識別由速度運(yùn)算部計(jì)算出的發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速信號，并根據(jù)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速信號控制發(fā)電電力。這里，由于引擎和發(fā)電機(jī)經(jīng)由驅(qū)動軸結(jié)合，因此引擎轉(zhuǎn)速和發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速信號在控制引擎發(fā)電機(jī)的動作或者發(fā)電電力所需的信號精度范圍內(nèi)能夠視為相同。因此，引擎控制裝置及發(fā)電機(jī)控制裝置分別識別速度，以在規(guī)定的轉(zhuǎn)速中相平衡的方式設(shè)定相對于引擎轉(zhuǎn)速的引擎輸出特性和相對于發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速的發(fā)電機(jī)負(fù)載特性，在引擎與發(fā)電機(jī)控制之間不進(jìn)行信息交換也能實(shí)現(xiàn)引擎發(fā)電控制。根據(jù)本發(fā)明，能夠提供一種在引擎控制系統(tǒng)與發(fā)電控制系統(tǒng)之間不進(jìn)行電氣控制信息交換的簡單結(jié)構(gòu)中，也能控制引擎發(fā)電機(jī)的動作或者發(fā)電電力的鐵道車輛的發(fā)電系統(tǒng)。


圖1是表示本發(fā)明的鐵道車輛引擎控制系統(tǒng)中的一實(shí)施方式的設(shè)備結(jié)構(gòu)圖。圖2是表示本發(fā)明的一實(shí)施方式中的引擎發(fā)電控制方式的圖。圖3是表示本發(fā)明的一實(shí)施方式中的引擎控制裝置和發(fā)電機(jī)控制裝置的詳細(xì)結(jié)構(gòu)的圖。圖4是表示本發(fā)明的一實(shí)施方式中的引擎停止判定部的詳細(xì)結(jié)構(gòu)的圖。圖5是表示本發(fā)明的一實(shí)施方式中的引擎停止判定的動作時(shí)序圖。圖6是表示現(xiàn)有的鐵道車輛引擎控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖。符號說明1、51 引擎2 發(fā)電機(jī)3轉(zhuǎn)換器主電路
4引擎控制裝置
5運(yùn)轉(zhuǎn)指令裝置
6向量控制運(yùn)算器
7電流指令發(fā)生器
8、65濾波電容器
9、64速度檢測器
10速度運(yùn)算部
11交流電流檢測器
12直流電流檢測器
13電壓檢測器
14電壓檢測器用電阻器
15,28引擎輸出表格
16引擎輸出選擇器
17引擎輸出控制部
18引擎停止判定部
19轉(zhuǎn)矩電流特性表格
20勵磁電流輸出表格
21轉(zhuǎn)矩電流選擇器
22勵磁電流選擇器
23變化率限幅器
24引擎動作判定器
25引擎停止控制速度范圍判定器
26邏輯積運(yùn)算器
27信號下降延遲計(jì)數(shù)器
29發(fā)電機(jī)負(fù)載表格
30電流指令運(yùn)算部
52感應(yīng)發(fā)電機(jī)
53轉(zhuǎn)換器裝置
58蓄電裝置
59系統(tǒng)綜合控制部
63速度傳感器
66電流傳感器
67電阻器
68電壓傳感器
69引擎控制器
70PWM控制器
71恒定電力控制器
72電流檢測器
具體實(shí)施例方式圖1是表示本發(fā)明的鐵道車輛引擎控制系統(tǒng)中的一實(shí)施方式的設(shè)備結(jié)構(gòu)的圖。引擎1基于引擎控制裝置4的燃料噴射量指令F_eng而輸出軸轉(zhuǎn)矩。發(fā)電機(jī)2經(jīng)由驅(qū)動軸與引擎1結(jié)合，且以引擎1的軸轉(zhuǎn)矩為輸入，將其變換成三相交流電進(jìn)行輸出。轉(zhuǎn)換器主電路3以從發(fā)電機(jī)2輸出的三相交流電為輸入，將其變換成直流電進(jìn)行輸出。轉(zhuǎn)換器主電路3的直流側(cè)電壓通過未圖示的蓄電裝置或發(fā)電系統(tǒng)等的直流電壓源， 被調(diào)整成一定范圍的電壓值。向量控制運(yùn)算器6以由交流電流檢測器lla、llb、llc檢測出的三相交流電流Iu、 Iv、Iw、來自速度運(yùn)算部IOb的轉(zhuǎn)速信號Fr_gen、來自直流電流檢測器12的直流部電流檢測值I_Crw、來自電壓檢測器13的直流部電壓檢測值V_Crw、由發(fā)電機(jī)控制裝置7生成的轉(zhuǎn)矩電流指令值IqpO_Crw、勵磁電流指令值IdpO_CnV為輸入，運(yùn)算決定轉(zhuǎn)換器主電路3的電壓控制量的電壓指令，并根據(jù)該電壓指令輸出用于使構(gòu)成轉(zhuǎn)換器主電路3的未圖示的開關(guān)元件接通/斷開以進(jìn)行PWM控制的開關(guān)元件選通信號Vp。 濾波電容器8對由轉(zhuǎn)換器主電路3變換后的直流電特別是在高頻變動的電壓分量進(jìn)行平滑，以使直流部的電壓穩(wěn)定。轉(zhuǎn)速檢測器9a檢測引擎1的轉(zhuǎn)速，在速度運(yùn)算部IOa中將其變換成發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速信號 Fr_eng。轉(zhuǎn)速檢測器9b檢測發(fā)電機(jī)2的轉(zhuǎn)速，在速度運(yùn)算部IOb中將其變換成發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速信號 Fr_gen。直流電流檢測器12檢測自轉(zhuǎn)換器主電路3經(jīng)由濾波電容器8流入直流部或者自直流部流出的電流。電壓檢測器用電阻器14分流流入直流部或自直流部流出的電流。電壓檢測器13利用電阻器14的兩端電壓與流經(jīng)電阻器14的電流值成比例的原理，檢測直流部的電壓。引擎控制裝置4以來自運(yùn)轉(zhuǎn)指令裝置5的動作指令CmcLeng和來自速度運(yùn)算部 IOa的轉(zhuǎn)速信號Fr_eng為輸入，輸出對引擎1的輸出進(jìn)行調(diào)整的燃料噴射量指令F_eng。電流指令發(fā)生器7以發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速信號Fr_gen為輸入，輸出為了由轉(zhuǎn)換器主電路3 調(diào)整發(fā)電機(jī)2的發(fā)電負(fù)載而向向量控制運(yùn)算器6提供的轉(zhuǎn)矩電流指令值IqpO_CnV、勵磁電流指令值IdpO_CnV。根據(jù)該結(jié)構(gòu)能夠?qū)崿F(xiàn)以下動作?？刂埔?輸出的引擎控制裝置4基于旋轉(zhuǎn)檢測器9a的信息識別由速度運(yùn)算部 IOa計(jì)算出的轉(zhuǎn)速信號Fr_eng，控制引擎輸出(驅(qū)動轉(zhuǎn)矩)。另外，控制發(fā)電機(jī)2的發(fā)電電力的電流指令發(fā)生器7基于旋轉(zhuǎn)檢測器9b的信息識別由速度運(yùn)算部IOb計(jì)算出的轉(zhuǎn)速信號Fr_gen，控制發(fā)電電力的發(fā)電負(fù)載轉(zhuǎn)矩。這里，引擎1和發(fā)電機(jī)2經(jīng)由驅(qū)動軸結(jié)合，因此兩者的轉(zhuǎn)速相同(Fr_eng = Fr_gen)。根據(jù)該結(jié)構(gòu)，通過驅(qū)動軸將引擎和發(fā)電機(jī)結(jié)合，從而實(shí)現(xiàn)了引擎的輸出(驅(qū)動轉(zhuǎn)矩)和發(fā)電機(jī)的發(fā)電負(fù)載轉(zhuǎn)矩之間的平衡。另外，采用根據(jù)引擎轉(zhuǎn)速決定引擎輸出、以及根據(jù)發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速決定發(fā)電機(jī)的發(fā)電負(fù)載的控制方式。由于引擎轉(zhuǎn)速和發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速相同，因此如果引擎控制裝置及發(fā)電機(jī)控制裝置分別識別出速度，則在引擎發(fā)電控制中不需要引擎與發(fā)電機(jī)控制之間的信息交換。也就是說，在引擎控制系統(tǒng)與發(fā)電機(jī)控制系統(tǒng)之間不進(jìn)行電氣控制信息交換的情況下能實(shí)現(xiàn)控制引擎發(fā)電機(jī)的動作或發(fā)電電力的鐵道車輛的發(fā)電系統(tǒng)。即，引擎控制系統(tǒng)和發(fā)電控制系統(tǒng)可以分別獨(dú)立地進(jìn)行控制。圖2是表示本發(fā)明的一實(shí)施方式中的引擎發(fā)電控制方式的圖。引擎1基于引擎控制裝置4的燃料噴射量指令F_eng而輸出軸轉(zhuǎn)矩。發(fā)電機(jī)2經(jīng)由驅(qū)動軸與引擎1結(jié)合，以引擎1的軸轉(zhuǎn)矩為輸入，將其變換成三相交流電進(jìn)行輸出。轉(zhuǎn)換器主電路3以從發(fā)電機(jī)2輸出的三相交流電為輸入，將其變換成直流電進(jìn)行輸出。向量控制運(yùn)算器6以由交流電流檢測器lla、llb、llc檢測出的三相交流電流Iu、 Iv、Iw、來自速度運(yùn)算部IOb的轉(zhuǎn)速信號Fr_gen、未圖示的直流部電流檢測值I_Crw、直流部電壓檢測值V_Crw、以及由電流指令發(fā)生器7生成的轉(zhuǎn)矩電流指令值IqpO_CnV、勵磁電流指令值IdpO_CnV為輸入，運(yùn)算決定轉(zhuǎn)換器主電路3的電壓控制量的電壓指令，并根據(jù)該電壓指令輸出用于使構(gòu)成轉(zhuǎn)換器主電路3的未圖示的開關(guān)元件接通/斷開以進(jìn)行PWM控制的開關(guān)元件選通信號Vp。轉(zhuǎn)速檢測器9a檢測引擎1的轉(zhuǎn)速，在速度運(yùn)算部IOa中將其變換成引擎轉(zhuǎn)速信號 Fr_eng。轉(zhuǎn)速檢測器9b檢測發(fā)電機(jī)2的轉(zhuǎn)速，在速度運(yùn)算部IOb中將其變換成發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速信號 Fr_gen。引擎控制裝置4以來自運(yùn)轉(zhuǎn)指令裝置5的動作指令CmcLeng、來自速度運(yùn)算部IOa 的轉(zhuǎn)速信號Fr_eng為輸入，輸出對引擎1的輸出進(jìn)行調(diào)整的燃料噴射量指令F_eng。這里，為了以引擎1的輸出驅(qū)動發(fā)電機(jī)2產(chǎn)生電力，示出引擎控制裝置4及電流指令發(fā)生器7進(jìn)行的控制方式的一例。
弓丨擎輸出表格觀以引擎轉(zhuǎn)速信號Fr_eng為輸入，輸出引擎輸出請求P_eng。弓丨擎轉(zhuǎn)速信號Fr_eng與引擎輸出請求P_eng之間的關(guān)系采用在特定的轉(zhuǎn)FfOe速下輸出特定的引擎輸出請求PO的特性。另外，引擎輸出請求P_eng采用伴隨著引擎轉(zhuǎn)速信號Fr_eng的增加而減少的特性、或者采用在上述引擎轉(zhuǎn)速FfOe下輸出任意的引擎輸出請求P_eng的特性(恒定轉(zhuǎn)速控制特性)。引擎輸出控制部以引擎輸出請求P_eng為輸入，決定滿足輸出請求的引擎的燃料噴射量，并輸出燃料噴射量指令F_eng。電流指令發(fā)生器7以發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子頻率Fr_gen為輸入，輸出為了由轉(zhuǎn)換器主電路3 調(diào)整發(fā)電機(jī)2的發(fā)電負(fù)載而向向量控制運(yùn)算器6提供的轉(zhuǎn)矩電流指令值IqpO_CnV、勵磁電流指令值IdpO_CnV。發(fā)電機(jī)負(fù)載表格以發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速信號Fr_gen為輸入，輸出發(fā)電機(jī)負(fù)載請*P_gen。 發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速信號Fr_gen與發(fā)電機(jī)負(fù)載請求P_gen之間的關(guān)系采用在特定的轉(zhuǎn)速FfOg下輸出特定的發(fā)電機(jī)負(fù)載請求PO的特性。另外，發(fā)電機(jī)負(fù)載請采用伴隨著發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速信號Fr_gen的增加而增加的特性，或者采用在任意的發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速Ff0gP_gen下輸出上述發(fā)電機(jī)負(fù)載請求PO的特性(恒定發(fā)電機(jī)負(fù)載特性)。電流指令運(yùn)算部以發(fā)電機(jī)負(fù)載請求P_ gen和未圖示的發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速信號Fr_gen為輸入，將其變換成用于進(jìn)行向量控制的勵磁電流指令 Idp0_cnv、Idq0_cnv。根據(jù)該結(jié)構(gòu)能夠?qū)崿F(xiàn)以下動作?？刂埔?的輸出的引擎控制裝置4基于旋轉(zhuǎn)檢測器9a的信息識別由速度運(yùn)算部IOa計(jì)算出的轉(zhuǎn)速信號Fr_eng，并控制引擎輸出。另外，控制發(fā)電機(jī)2的發(fā)電電力的電流指令發(fā)生器7基于旋轉(zhuǎn)檢測器9b的信息識別由速度運(yùn)算部IOb計(jì)算出的轉(zhuǎn)速信號Fr_gen， 并控制發(fā)電電力。這里，由于引擎1和發(fā)電機(jī)2經(jīng)由驅(qū)動軸結(jié)合，因此兩者的轉(zhuǎn)速相同(Fr_ eng = Fr_gen)。另外，在引擎輸出表格中，引擎輸出請求P_eng采用伴隨著引擎轉(zhuǎn)速信號 Fr_eng的增加而減少的特性、或者采用在上述引擎轉(zhuǎn)速FfOe下輸出任意的引擎輸出請求 P_eng的特性(恒定轉(zhuǎn)速控制特性)；相對于此，在發(fā)電機(jī)負(fù)載表格中，發(fā)電機(jī)負(fù)載請求P_ gen采用伴隨著發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速信號Fr_gen的增加而增加的特性，或者采用在任意的發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速Ff0gP_gen下輸出上述發(fā)電機(jī)負(fù)載請求PO的特性(恒定發(fā)電機(jī)負(fù)載特性)。因此，引擎輸出和發(fā)電機(jī)負(fù)載在特定的轉(zhuǎn)速PO (引擎、發(fā)電機(jī)共同)下，能夠使特定的引擎輸出P0、特定的發(fā)電機(jī)負(fù)載PO平衡，從而持續(xù)穩(wěn)定的發(fā)電控制。根據(jù)該結(jié)構(gòu)，通過驅(qū)動軸將引擎和發(fā)電機(jī)結(jié)合，從而實(shí)現(xiàn)了引擎的輸出和發(fā)電機(jī)的發(fā)電負(fù)載之間的平衡。另外，采用根據(jù)引擎轉(zhuǎn)速來決定引擎輸出、以及根據(jù)發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速來決定發(fā)電機(jī)的發(fā)電負(fù)載的控制方式。由于引擎轉(zhuǎn)速和發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速相同，因此如果引擎控制裝置及發(fā)電機(jī)控制裝置分別識別出速度，則在引擎發(fā)電控制中不需要引擎與發(fā)電機(jī)控制之間的信息交換。也就是說，能實(shí)現(xiàn)在引擎控制系統(tǒng)與發(fā)電機(jī)控制系統(tǒng)之間不進(jìn)行電氣控制信息交換的情況下控制引擎發(fā)電機(jī)的動作或發(fā)電電力的鐵道車輛的發(fā)電系統(tǒng)。引擎控制裝置及發(fā)電機(jī)控制裝置分別識別速度，設(shè)定相對于引擎轉(zhuǎn)速的引擎輸出特性和相對于發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速的發(fā)電機(jī)負(fù)載特性，根據(jù)各自的轉(zhuǎn)速進(jìn)行控制，由此即便在引擎控制系統(tǒng)與發(fā)電控制系統(tǒng)之間不進(jìn)行電氣控制信息交換的簡單結(jié)構(gòu)中，也能提供一種能控制引擎發(fā)電機(jī)的動作或發(fā)電電力的鐵道車輛的發(fā)電系統(tǒng)。
圖3是表示本發(fā)明的一實(shí)施方式中的引擎控制裝置和發(fā)電機(jī)控制裝置的詳細(xì)圖。引擎控制裝置4以引擎動作指令CMD_eng和弓丨擎轉(zhuǎn)速信號Fr_eng為輸入，輸出燃料噴射量？^!^。燃料噴射量F_eng被輸入到引擎1中，來控制引擎的輸出。弓丨擎輸出表格15a、Mb定義了引擎輸出指令值(0)P_eng_0與引擎輸出指令值⑴ P_eng_l相對于引擎轉(zhuǎn)速信號Fr_gen的關(guān)系。引擎輸出表格1 定義了相對于引擎轉(zhuǎn)速信號Fr_gen引擎輸出指令值(0)P_ eng_0始終為零的關(guān)系。也就是說，在選擇了引擎輸出表格15a的情況下，在引擎1處于停止?fàn)顟B(tài)時(shí)，持續(xù)維持停止，在引擎1處于動作狀態(tài)時(shí)，旋轉(zhuǎn)漸漸降低并轉(zhuǎn)移至停止?fàn)顟B(tài)。另一方面，引擎輸出表格1 定義了相對于引擎轉(zhuǎn)速信號Fr_gen引擎輸出指令值 (l)P_eng_l變化(不為零)的關(guān)系。這里，表示伴隨著引擎轉(zhuǎn)速信號Fr_gen的增加引擎輸出指令值WP_eng_l下降的關(guān)系。相對于此，如果發(fā)電機(jī)控制采用伴隨著發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速信號 Fr_gen的增加而發(fā)電機(jī)發(fā)電電力恒定或者增加的控制，則引擎輸出和發(fā)電機(jī)發(fā)電電力經(jīng)由驅(qū)動軸進(jìn)行平衡，從而能實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的發(fā)電控制。引擎輸出選擇器16根據(jù)引擎動作指令CMD_eng切換引擎輸出指令值(0)P_eng_0 和引擎輸出指令值(l)P_eng_l，以輸出引擎輸出指令值？^叫。這里，在CMD_eng = 0時(shí)引擎輸出指令值P_eng = P_eng_0，在CMD_eng = 1時(shí)引擎輸出指令值P_eng = P_eng_0。弓丨擎輸出控制部17以引擎輸出指令值P_eng為輸入，計(jì)算用于獲得規(guī)定的引擎輸出的燃料噴射量？^叫。電流指令發(fā)生器7以發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速信號Fr_gen為輸入，輸出轉(zhuǎn)矩電流指令I(lǐng)qp0_ cnv、勵磁電流指令I(lǐng)dp0_cnv。轉(zhuǎn)矩電指令I(lǐng)qp0_cnv、勵磁電流指令I(lǐng)dp0_cnv被輸入到向量控制運(yùn)算器6中，以控制發(fā)電機(jī)的發(fā)電電力。引擎停止判定部18以發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速信號Fr_gen為輸入，計(jì)算引擎停止控制指令 CMD_engStp，用于指示以發(fā)電機(jī)的發(fā)電負(fù)載促使引擎停止的引擎停止控制的動作。轉(zhuǎn)矩電流特性表格19定義相對于發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速信號Fr_gen用于以發(fā)電機(jī)的發(fā)電負(fù)載促使引擎停止的轉(zhuǎn)矩電流指令圖形IqpO_Crw_l。這里示出了以下如下方式變化的特性，即以發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速信號Fr_gen為零附近的規(guī)定值FrO為基準(zhǔn)，在Fr_gen > FrO時(shí)，與發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速信號Fr_ gen 無關(guān) Iqp0_cnv_l = IqpO 恒定；在 Fr_gen ( FrO 時(shí)，F(xiàn)r_gen = 0 的情況下 Iqp0_cnv_l =0，F(xiàn)r_gen = FrO的情況下IqpO_CnV_l = IqpO0勵磁電流輸出表格20定義相對于發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速信號Fr_gen用于以發(fā)電機(jī)的發(fā)電負(fù)載促使引擎停止的勵磁電流指令圖形Idp0_ cnv_l0這里，示出與發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速信號Fr_gen無關(guān)轉(zhuǎn)矩電流指令圖形Idp0_cnv_l = IdpO 恒定的特性。轉(zhuǎn)矩電流選擇器21根據(jù)引擎停止控制指令CMD_engStp選擇轉(zhuǎn)矩電流指令(0) lqp_cnv_0 = 0和轉(zhuǎn)矩電流指令(1) Iqp_cnv_l，并輸出轉(zhuǎn)矩電流指令值Iqpl_CnV。這里，在 CMD_engstp = 0 時(shí)轉(zhuǎn)矩電流指令值 Iqpl_cnv = Iqp0_cnv_0( = 0)，在 CMD_engstp = 1 時(shí)轉(zhuǎn)矩電流指令值Iqpl_cnv = Iqp0_cnv_lo變化率限幅器23a以轉(zhuǎn)矩電流指令值Iqpl_cnV 為輸入，通過以規(guī)定值限制Iqplcrw的變化率，來輸出轉(zhuǎn)矩電流指令值IqpO_CnV。勵磁電流選擇器22根據(jù)帶有延遲的引擎停止控制指令CMD_engStp_td選擇勵磁電流指令(0) ldp_cnv_0 = 0和勵磁電流指令⑴Idp_cnv_l，并輸出勵磁電流指令值Idpl_ cnv ο 這里，在 CMD_engstp = 0 時(shí)勵磁電流指令值 Idpl_cnv = Idp0_cnv_0( = 0)，在 CMD_engstp = 1時(shí)勵磁電流指令值Idpl_cnv = Idp0_cnv_lo變化率限幅器23b以勵磁電流指令值Idpl_cnv為輸入，通過以規(guī)定值限制Idpl_cnv的變化率，來輸出勵磁電流指令值 Idp0_cnvo信號下降延遲計(jì)數(shù)器27以引擎停止控制指令CMD_engStp為輸入，使從CMD_ engstp = 1轉(zhuǎn)移至CMD_engStp = 0的時(shí)間延遲TD，由此輸出帶有延遲的引擎停止控制指令 CMD_engstp_td。根據(jù)該結(jié)構(gòu)能夠?qū)崿F(xiàn)以下動作。弓丨擎控制裝置4以引擎動作指令CMD_eng和引擎轉(zhuǎn)速信號Fr_eng為輸入，相對于引擎1計(jì)算燃料噴射量F_eng。另外，電流指令發(fā)生器7以發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速信號Fr_gen為輸入， 相對于向量控制運(yùn)算器計(jì)算向量電流指令值IqpO_Crw、勵磁電流指令值Idp_CnV。根據(jù)該結(jié)構(gòu)，采用根據(jù)引擎轉(zhuǎn)速來決定引擎輸出、以及根據(jù)發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速來決定發(fā)電機(jī)的發(fā)電負(fù)載的控制方式。由于引擎轉(zhuǎn)速和發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速相同，因此如果引擎控制裝置及發(fā)電機(jī)控制裝置分別識別出速度，則在引擎發(fā)電控制中不需要引擎與發(fā)電機(jī)控制之間的信息交換。也就是說，能實(shí)現(xiàn)在引擎控制系統(tǒng)與發(fā)電機(jī)控制系統(tǒng)之間不進(jìn)行電氣控制信息交換的情況下控制引擎發(fā)電機(jī)的動作或發(fā)電電力的鐵道車輛的發(fā)電系統(tǒng)。圖4是表示本發(fā)明的一實(shí)施方式中的引擎停止判定部的詳細(xì)結(jié)構(gòu)。弓丨擎停止判定部以發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速信號Fr_gen為輸入，計(jì)算引擎停止控制指令CMD_ engstp。引擎動作判定器M在發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速信號Fr_gen超過Frla之后不低于FrOa的狀態(tài)下，輸出引擎動作中標(biāo)記FLG_eng0prVel = 1。另外，在發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速Fr_gen低于FrOa之后不超過Frla的狀態(tài)下，輸出引擎動作中標(biāo)記FLG_eng0prVel = 0。在引擎動作中標(biāo)記FLG_ engoprvel = 1時(shí)，由于維持著與發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速信號Fr_gen相等的引擎轉(zhuǎn)速超過Frla之后不低于FrOa的范圍，因此能夠判斷出引擎處于動作中，在引擎動作中標(biāo)記FLG_engoprvel=0 時(shí)，由于維持著與發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速Fr_gen相等的引擎轉(zhuǎn)速低于FrOa之后不超過Frla的范圍， 因此能夠判斷出引擎處于停止中。引擎停止控制速度范圍判定器25，在發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速信號Fr_gen處在FrOb以上且 Frlb以下的范圍時(shí)，輸出引擎停止控制速度范圍標(biāo)記FLG_engstpVel = 1。另外，在發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速信號Fr_gen處在低于FrOb、或者大于Frlb的范圍時(shí)，輸出引擎停止控制速度范圍標(biāo)記 FLG_engstpvel = 0。在引擎停止控制速度范圍標(biāo)記FLG_engstpVel = 1時(shí)，由于與發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速Fr_gen相等的引擎轉(zhuǎn)速在使引擎停止控制動作的速度范圍、即FrOb以上且Frlb以下的范圍，因此判定出需要由發(fā)電機(jī)2的發(fā)電機(jī)負(fù)載促使引擎停止的控制。在引擎停止控制速度范圍標(biāo)記FLG_engstpVel = 0時(shí)，由于與發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速Fr_gen相等的引擎轉(zhuǎn)速不在使引擎停止控制動作的速度范圍、即FrOb以上且Frlb以下的范圍，因此判定出不需要由發(fā)電機(jī) 2的發(fā)電機(jī)負(fù)載促使引擎停止的控制。邏輯積運(yùn)算器沈求出引擎動作中標(biāo)記FLG_engstpVel和引擎停止控制速度范圍標(biāo)記FLG_engstpVel的邏輯積，并輸出引擎停止控制指令CMD_engStp。圖5是表示本發(fā)明的一實(shí)施方式中的引擎停止控制的動作時(shí)序圖。在時(shí)間to，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速信號Fr_gen為Fr2 ( > Frla)，引擎動作中標(biāo)記FLG_
10engoprvel = 1。在時(shí)間tl，引擎的輸出停止，與引擎轉(zhuǎn)速相等的發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速Fr_gen從Fr2開始減少。在時(shí)間t2，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速信號Fr_gen低于Frlb，引擎停止控制速度范圍標(biāo)記FLG_ engstpvel = 1。此時(shí)，引擎動作中標(biāo)記FLG_engoprvel和引擎停止控制速度范圍標(biāo)記FLG_ engstpvel的邏輯積、即引擎停止控制指令CMD_engstp也為CMD_engstp = 1。由于引擎停止控制指令CMD_engStp = 1，從而開始引擎停止控制，轉(zhuǎn)換器主電路3選通啟動，并且轉(zhuǎn)矩電流指令值IqpO_Crw和勵磁電流指令值IdpO_CnV以規(guī)定的變化率分別上升到Iqp0、ldp0。 由此，產(chǎn)生發(fā)電機(jī)2的發(fā)電負(fù)載以進(jìn)行促使引擎停止的引擎停止控制。在時(shí)間t3，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速信號Fr_gen低于FrOb，引擎停止控制速度范圍標(biāo)記FLG_ engstpvel = 0。此時(shí)，引擎動作中標(biāo)記FLG_engoprvel和引擎停止控制速度范圍標(biāo)記FLG_ engstpvel的邏輯積、即引擎停止控制指令CMD_engstp也為CMD_engstp = 0。由于引擎停止控制指令CMD_engStp = 0，從而轉(zhuǎn)矩電流指令值Idp0_cnv以規(guī)定的變化率下降到零。由此，發(fā)電機(jī)2的發(fā)電負(fù)載下降到零，此外轉(zhuǎn)矩電流指令值Idp0_cnv在經(jīng)過了延遲時(shí)間TD之后，以規(guī)定的變化率下降到零，并且轉(zhuǎn)換器主電路3選通終止，促使引擎停止的引擎停止控制結(jié)束。在時(shí)間t4，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速信號Fr_gen低于FrOa，引擎動作中標(biāo)記FLG_engoprvel = 0，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速信號Fr_gen = 0，從而引擎完全停止。
權(quán)利要求
1.一種鐵道車輛的發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，具備直流電產(chǎn)生部件，將由引擎驅(qū)動的發(fā)電部件產(chǎn)生的交流電變換成直流電； 檢測所述引擎的轉(zhuǎn)速的部件； 檢測所述發(fā)電部件的轉(zhuǎn)速的部件；第一控制部件，根據(jù)所述引擎的轉(zhuǎn)速調(diào)整所述引擎的驅(qū)動輸出；和第二控制部件，根據(jù)所述發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速調(diào)整所述發(fā)電部件的發(fā)電負(fù)載輸出， 所述第一控制部件能基于所述引擎的轉(zhuǎn)速獨(dú)立地進(jìn)行控制，所述第二控制部件能基于所述發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速獨(dú)立地進(jìn)行控制。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鐵道車輛的發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，所述第一控制部件根據(jù)所述引擎的轉(zhuǎn)速調(diào)整所述引擎產(chǎn)生的驅(qū)動輸出。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鐵道車輛的發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，所述第二控制部件根據(jù)所述發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速調(diào)整所述發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的發(fā)電負(fù)載輸出。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鐵道車輛的發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，所述第二控制部件在所述發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速處于規(guī)定范圍時(shí)，使所述發(fā)電機(jī)產(chǎn)生發(fā)電負(fù)載以降低所述發(fā)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)。
5.一種鐵道車輛的發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，具備直流電產(chǎn)生部件，將由引擎驅(qū)動的發(fā)電部件產(chǎn)生的交流電變換成直流電； 逆變器部件，將所述直流電變換成交流電； 電動機(jī)，由所述逆變器部件驅(qū)動； 檢測所述引擎的轉(zhuǎn)速的部件； 檢測所述發(fā)電部件的轉(zhuǎn)速的部件；第一控制部件，根據(jù)所述引擎的轉(zhuǎn)速調(diào)整所述引擎的驅(qū)動轉(zhuǎn)矩；和第二控制部件，根據(jù)所述發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速調(diào)整所述發(fā)電機(jī)的發(fā)電負(fù)載轉(zhuǎn)矩， 所述第一控制部件能基于所述引擎的轉(zhuǎn)速獨(dú)立地進(jìn)行動作，所述第二控制部件能基于所述發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速獨(dú)立地進(jìn)行動作。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的鐵道車輛的發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，所述第一控制部件根據(jù)所述引擎的轉(zhuǎn)速調(diào)整所述引擎產(chǎn)生的驅(qū)動轉(zhuǎn)矩。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的鐵道車輛的發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，所述第二控制部件根據(jù)所述發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速調(diào)整所述發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的發(fā)電負(fù)載轉(zhuǎn)矩。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的鐵道車輛的發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，所述第二控制部件在所述發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速處于規(guī)定范圍時(shí)，使所述發(fā)電機(jī)產(chǎn)生發(fā)電負(fù)載以降低所述發(fā)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)。
全文摘要
本發(fā)明提供一種鐵道車輛的發(fā)電系統(tǒng)，能夠在引擎控制系統(tǒng)與發(fā)電控制系統(tǒng)之間不進(jìn)行電氣控制信息交換的情況下控制引擎發(fā)電機(jī)的動作或發(fā)電電力?？刂埔孑敵龅囊婵刂蒲b置基于安裝于引擎的旋轉(zhuǎn)檢測器的信息，識別由速度運(yùn)算部計(jì)算出的引擎轉(zhuǎn)速信號，并根據(jù)引擎轉(zhuǎn)速信號控制引擎輸出。另外，控制發(fā)電機(jī)的發(fā)電電力的發(fā)電控制裝置基于發(fā)電機(jī)配備的旋轉(zhuǎn)檢測器的信息，識別由速度運(yùn)算部計(jì)算出的發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速信號，并根據(jù)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速信號控制發(fā)電電力。因此，在引擎與發(fā)電機(jī)控制之間不進(jìn)行信息交換的情況下能實(shí)現(xiàn)引擎發(fā)電控制。
文檔編號B60L11/14GK102416878SQ201110245220
公開日2012年4月18日 申請日期2011年8月25日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月28日
發(fā)明者豐田瑛一, 島田基巳 申請人:株式會社日立制作所