(57)【要約】  電動機の状態を低コストで正確に検出できるようにする。そのために、各々が回転軸を備える複数の電動機と、複数の回転軸に各々結合された複数の回転輪と、複数の電動機に交流電流を供給する一または複数のインバータと、インバータを制御する制御部と、各々の電動機に流れる電流値（Ｉu1，Ｉu2，Ｉw1，Ｉw2）を検出する電流センサと、を備える電動機制御システムに接続され、各々の電流値（Ｉu1，Ｉu2，Ｉw1，Ｉw2）に応じて、対応する電動機の回転速度（ωrs1，ωrs2）を演算する演算部（４２−１，４２−２）と、電流値と回転速度とに基づいて、何れかの電動機の過熱状態、または複数の回転輪の直径差の異常のうち少なくとも一方を検知する判定部（４４，４８）と、を備えた。
2019159249.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
各々が回転軸を備える複数の電動機と、複数の前記回転軸に各々結合された複数の回転輪と、複数の前記電動機に交流電流を供給する一または複数のインバータと、前記インバータを制御する制御部と、各々の前記電動機に流れる電流値を検出する電流センサと、を備える電動機制御システムに接続され、各々の前記電流値に応じて、対応する前記電動機の回転速度を演算する演算部と、
前記電流値と前記回転速度とに基づいて、何れかの前記電動機の過熱状態、または複数の前記回転輪の直径差の異常のうち少なくとも一方を検知する判定部と、
を備えることを特徴とする電動機監視装置。
【請求項２】
一の前記インバータは、複数の前記電動機に交流電流を供給するものであり、
前記演算部は、前記電流値に基づいて、各々の前記電動機に対応する複数の直流量を演算するものであり、
前記判定部は、
複数の前記電動機の前記回転速度が所定の速度範囲である低速域である場合の複数の前記直流量のうち、最大値と最小値との差である低速域電流差を演算する機能と、
前記低速域電流差に基づいて、最小値の前記直流量に対応する前記電動機の過熱状態を検出する機能と、
をさらに備える
ことを特徴とする請求項１に記載の電動機監視装置。
【請求項３】
前記演算部は、
何れか一の前記電動機に対する前記電流値に基づいて、交流電流位相角検出値を求める位相検出部と、
入力された交流電流位相角と前記交流電流位相角検出値との差分値に対して比例積分演算を行い、前記差分値が小さくなるような前記交流電流位相角を出力するＰＬＬ演算部と、
を有し、前記差分値に比例する比例信号を出力するものであり、
前記判定部は、前記比例信号に基づいて、一の前記電動機における過熱状態を検出する機能を備える
ことを特徴とする請求項２に記載の電動機監視装置。
【請求項４】
一の前記インバータは、複数の前記電動機に交流電流を供給するものであり、
前記演算部は、前記電流値に基づいて、各々の前記電動機に対応する複数の直流量を演算するものであり、
前記判定部は、
複数の前記電動機の前記回転速度が所定の速度範囲である高速域である場合の複数の前記直流量のうち、最大値と最小値との差である高速域電流差を演算する機能と、
前記高速域電流差に基づいて、複数の前記電動機の回転輪径差を検出する機能と、
をさらに備える
ことを特徴とする請求項１に記載の電動機監視装置。
【請求項５】
前記判定部は、何れかの前記電動機の過熱状態、または複数の前記回転輪の直径差の異常のうち少なくとも一方を検知すると、アラーム信号を出力する
ことを特徴とする請求項１に記載の電動機監視装置。
【請求項６】
前記判定部は、何れかの前記電動機の過熱状態、または複数の前記回転輪の直径差の異常のうち少なくとも一方を検知すると、前記制御部に対して、制御状態を変更させる制御コマンドを出力する
ことを特徴とする請求項１に記載の電動機監視装置。
【請求項７】
各々が回転軸を備える複数の電動機と、
複数の前記回転軸に各々結合された複数の回転輪と、
複数の前記電動機に交流電流を供給するインバータと、
各々の前記電動機に流れる電流値を検出する電流センサと、
各々の前記電流値に応じて、対応する前記電動機の回転速度を演算する回転速度演算部と、
前記電流値と前記回転速度とに基づいて、何れかの前記電動機の過熱状態、または複数の前記回転輪の直径差の異常のうち少なくとも一方を検知する異常判定部と、
を備えることを特徴とする電動機制御システム。
【請求項８】
各々が回転軸を備える複数の電動機と、
複数の前記回転軸に各々結合され、各々が鋼板を押圧するロールを備えた複数の回転輪と、
複数の前記電動機に交流電流を供給するインバータと、
各々の前記電動機に流れる電流値を検出する電流センサと、
各々の前記電流値に応じて、対応する前記電動機の回転速度を演算する回転速度演算部と、
前記電流値と前記回転速度とに基づいて、何れかの前記電動機の過熱状態、または複数の前記回転輪の直径差の異常のうち少なくとも一方を検知する異常判定部と、
を備えることを特徴とする鉄鋼圧延システム。
【請求項９】
各々が回転軸を備える複数の電動機と、
複数の前記回転軸に各々結合された複数の回転輪と、
複数の前記電動機に交流電流を供給するインバータと、
各々の前記電動機に流れる電流値を検出する電流センサと、
電動機監視装置と、
を有する電動機制御システムにおいて前記電動機監視装置によって実行される電動機監視方法であって、
各々の前記電流値に応じて、対応する前記電動機の回転速度を演算する回転速度演算過程と、
前記電流値と前記回転速度とに基づいて、何れかの前記電動機の過熱状態、または複数の前記回転輪の直径差の異常のうち少なくとも一方を検知する異常判定過程と、
を実行することを特徴とする電動機監視方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電動機監視装置、電動機制御システム、鉄鋼圧延システムおよび電動機監視方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
複数の電動機を並列駆動しつつ、これら電動機の状態を監視する技術が知られている。
例えば、下記特許文献１には、「１台または複数台のインバータ装置を用いて複数台の電動機を並列運転する鉄道車両駆動システムに適用可能な電動機の過温度保護装置であって、インバータ装置１０の動作を制御する制御装置１４と、インバータ装置１０が電動機１２ａ，１２ｂに対し電圧と周波数の比を一定にする制御を行っているときの周波数情報を含む周波数信号ｆsおよび、電動機１２ａ，１２ｂに流れる少なくとも一つの相の電流Ｉ1，Ｉ2に基づいて、電動機１２ａ，１２ｂに生じ得る過温度を検知すると共に、電動機１２ａ，１２ｂを過温度から保護するための過温度保護信号Ｔfを生成して制御装置１４に出力する保護装置２０と、を備える。」と記載されている（要約書参照）。
また、下記特許文献２には、「…上記第１及び第２の誘導電動機群のそれぞれの電動機電流を比較し、その差を検出することにより、上記第１の誘導電動機群に接続された車輪の径と第２の誘導電動機群に接続された車輪の径との差を検出し、その差が許容値以上の場合には保護することを特徴とした電気車保護方式。」と記載されている（第１頁左欄参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】国際公開第２０１３／０３５１８５号
【特許文献２】特開昭６１−２１０８０１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、特許文献１の技術では、複数の電動機の相対電流差に着目しているため、これら電動機が同時に過熱状態になった場合は検知が困難になるという問題がある。また、温度上昇の原因が、各電動機の設置環境の違いに拠るのか、回転輪径差の違いに拠るのか、という切り分けが困難であった。また、特許文献２の技術では、複数の電動機に生じた電流差が、車輪の径差によるものであるか、それ以外の要因によるものであるか、判別することが困難であった。
さらに、特許文献２の技術では、監視対象毎に温度センサまたは速度センサ等のセンサを装着する必要があるため、センサを含む関連機器の数が増え、設備全体のコストが高くなる課題がある。また、電動機の設置場所に寸法制約がある場合や、過酷な環境条件においては、センサを設置することが難しいという課題もある。さらにセンサの数が増加するほどセンサ群の信頼性を確保することが困難となり、監視精度が低下する課題もある。このため、適用するセンサの数をなるべく削減する需要がある。【０００５】
仮に、センサの数を削減できれば、メンテナンス性、信頼性が大幅に向上すると考えられる。具体的には、センサの保守点検作業が削減でき、センサの故障に伴うシステムダウンを未然に防ぐことができ、センサ用システムの艤装配線を削減できるので作業コストを削減でき、さらに配線トラブルなどの懸念も小さくできる。
この発明は上述した事情に鑑みてなされたものであり、電動機の状態を低コストで正確に検出できる電動機監視装置、電動機制御システム、鉄鋼圧延システムおよび電動機監視方法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】
【０００６】
上記課題を解決するため本発明の電動機監視装置は、各々が回転軸を備える複数の電動機と、複数の前記回転軸に各々結合された複数の回転輪と、複数の前記電動機に交流電流を供給する一または複数のインバータと、前記インバータを制御する制御部と、各々の前記電動機に流れる電流値を検出する電流センサと、を備える電動機制御システムに接続され、各々の前記電流値に応じて、対応する前記電動機の回転速度を演算する演算部と、前記電流値と前記回転速度とに基づいて、何れかの前記電動機の過熱状態、または複数の前記回転輪の直径差の異常のうち少なくとも一方を検知する判定部と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、電動機の状態を正確に検出できる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の第１実施形態による電動機制御システムのブロック図である。
【図２】監視装置のブロック図である。
【図３】電流演算部のブロック図である。
【図４】加速中における機械周波数および直流量の例を示す図である。
【図５】加速中における直流量の他の例を示す図である。
【図６】加速中における直流量および比例信号の、さらに他の例を示す図である。
【図７】低速域・高速域電流差に基づく異常内容の判定結果を示す図である。
【図８】監視装置において実行される異常検知ルーチンのフローチャートである。
【図９】第２実施形態による電動機制御システムのブロック図である。
【図１０】第３実施形態による電動機制御システムのブロック図である。
【図１１】第４実施形態による電動機制御システムのブロック図である。
【図１２】第５実施形態による鉄鋼圧延システムのブロック図である。
【図１３】第６実施形態による鉄道車両の側面図である。
【図１４】第６実施形態における台車の底面図である。
【図１５】第７実施形態による車両編成の側面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
［第１実施形態］
〈第１実施形態の全体構成〉
図１は、本発明の第１実施形態による電動機制御システム１０１のブロック図である。
図１において、電動機制御システム１０１は、２台の電動機１０−１，１０−２と、駆動装置２０と、監視装置４０（電動機監視装置）と、複数の電流センサ４１と、を備えている。駆動装置２０は、インバータ２２と、電流センサ２４と、制御部３０と、を備えている。ここで、電動機１０−１，１０−２は三相誘導電動機であり、相互に並列接続されている。そして、電動機１０−１，１０−２の回転軸１４−１，１４−２は、ギア等の機械部品（図示せず）を介して、または直結で回転輪１６−１，１６−２に接続されている。回転輪１６−１，１６−２は、搬送物１２を接線方向に移動させる。あるいは、搬送物１２に代えて鉄道用のレールを設け、レールの上を回転輪１６−１，１６−２自体が接線方向に移動するようにしてもよい。以下、電動機１０−１，１０−２を「電動機１０」、回転軸１４−１，１４−２を「回転軸１４」、回転輪１６−１，１６−２を「回転輪１６」と総称することがある。インバータ２２は、制御部３０の制御に基づいて、電動機１０に対して三相交流電圧を印加する。
【００１０】
制御部３０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）等、一般的なコンピュータとしてのハードウエアを備えており、ＲＯＭには、ＣＰＵによって実行される制御プログラム、ＤＳＰによって実行されるマイクロプログラムおよび各種データ等が格納されている。図１において、制御部３０の内部は、制御プログラムおよびマイクロプログラム等によって実現される機能を、ブロックとして示している。
【００１１】
すなわち、制御部３０は、指令生成部３２と、偏差演算部３３と、ベクトル制御部３４と、ｄｑ／３Φ変換部３６と、３Φ／ｄｑ変換部３８と、を備えている。制御部３０は、これらの構成により、電動機１０に対してベクトル制御を行い、電動機１０の応答性を向上させようとするものである。
【００１２】
インバータ２２は、電動機１０に対してＵ相、Ｖ相、Ｗ相の交流電流を出力する。電流センサ２４は、そのうち二相の電流を検出する。すなわち、図示の例においては、Ｕ相、Ｗ相の電流を検出し、その結果を電流検出値Ｉus，Ｉwsとして出力する。ここで、周波数ｆで回転する回転座標を想定し、この回転座標において直交する軸をｄ軸およびｑ軸と呼び、電動機１０に供給される電流をこの回転座標における直流量として表現する。ｑ軸における電流は、電動機１０のトルクを決定する電流成分であり、以下、これをトルク電流と呼ぶ。また、ｄ軸における電流は、電動機１０の励磁電流になる成分であり、以下、これを励磁電流と呼ぶ。
【００１３】
３Φ／ｄｑ変換部３８は、電流検出値Ｉus，Ｉwsに基づいて、励磁電流検出値Ｉdと、トルク電流検出値Ｉqとを出力する。ところで、電流検出値Ｉus，Ｉwsは、電動機１０の数に比例して増加する傾向がある。しかし、電動機１０の数に応じて制御部３０のパラメータを変更することは煩雑であるため、制御部３０は、電動機１０の数が「１台」であることを想定している。このため、３Φ／ｄｑ変換部３８は、供給された電流検出値Ｉus，Ｉwsを電動機１０の数で除算して正規化し、その後に検出値Ｉd，Ｉqを算出する。
【００１４】
指令生成部３２は、図示せぬ上位装置から、トルク指令値τ*を受信し、トルク指令τ*に基づいて、励磁電流指令値Ｉd*と、トルク電流指令値Ｉq*と、を生成する。偏差演算部３３は、電流指令値Ｉd*，Ｉq*と、検出値Ｉd，Ｉqとに基づいて、偏差Ｉd*−Ｉd，Ｉq*−Ｉqを出力する。ベクトル制御部３４は、偏差Ｉd*−Ｉd，Ｉq*−Ｉq等に基づいて、励磁電圧指令値Ｖd*と、トルク電圧指令値Ｖq*とを出力する。ベクトル制御部３４の動作をさらに詳細に説明すると、ベクトル制御部３４は、偏差Ｉd*−Ｉd，Ｉq*−Ｉqに対して比例積分制御を行い、同期速度の指令値である周波数指令ω1（図示せず）を求める。なお、同期速度とは、すべりが「０」であると仮定したときの電動機１０の回転速度である。
【００１５】
さらに、ベクトル制御部３４は、周波数指令ω1を積分することによって位相指令θ1（図示せず）を求める。さらに、ベクトル制御部３４は、電流指令値Ｉd*，Ｉq*が構成するベクトル対して、電動機１０のインピーダンスのベクトルを乗算し、その結果として、電圧指令値Ｖd*，Ｖq*を算出する。
【００１６】
ｄｑ／３Φ変換部３６は、回転座標系の電圧指令値Ｖd*，Ｖq*に基づいて、インバータ２２を駆動するためのＰＷＭ信号を出力する。さらに詳細に説明すると、ｄｑ／３Φ変換部３６は、まず、回転座標系の電圧指令値Ｖd*，Ｖq*を、周波数指令ω1と、位相指令θ1と、に基づいて、静止座標系の二相電圧値に変換する。さらに、ｄｑ／３Φ変換部３６は、求めた二相電圧値を三相の電圧指令値ｖu*，ｖv*，ｖw*（図示せず）に変換する。さらに、ｄｑ／３Φ変換部３６は、三相の電圧指令値ｖu*，ｖv*，ｖw*と、搬送波（例えば三角波）とを比較することにより、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相のＰＷＭ信号を出力する。インバータ２２は、供給されたＰＷＭ信号に基づいて、供給された直流電圧（図示せず）をスイッチングし、電動機１０に対して、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の電圧を出力する。
【００１７】
〈監視装置４０の構成〉
図２は、監視装置４０のブロック図である。
監視装置４０は、上述した制御部３０と同様に、ＣＰＵ、ＤＳＰ、ＲＡＭ、ＲＯＭ等、一般的なコンピュータとしてのハードウエアを備えており、ＲＯＭには、ＣＰＵによって実行される制御プログラム、ＤＳＰによって実行されるマイクロプログラムおよび各種データ等が格納されている。図２において、監視装置４０の内部は、制御プログラムおよびマイクロプログラム等によって実現される機能を、ブロックとして示している。
すなわち、監視装置４０は、電流演算部４２−１，４２−２（演算部）と、特徴量抽出部４４（判定部）と、記憶部４６と、異常判定部４８（判定部、異常判定過程）と、を備えている。
【００１８】
電流演算部４２−１，４２−２（以下、両者を電流演算部４２と総称することがある）は、それぞれ、対応する電流センサ４１からＵ相の電流検出値Ｉu1，Ｉu2（同、電流検出値Ｉu、電流値）と、Ｗ相の電流検出値Ｉw1，Ｉw2（同、電流検出値Ｉw、電流値）と、を取得する。そして、電流演算部４２は、これら検出値に基づいて、直流量Ｉr1，Ｉr2（同、直流量Ｉr）と、比例信号ＰＬＬ＿Ｐ１，ＰＬＬ＿Ｐ２（同、比例信号ＰＬＬ＿Ｐ）と、機械周波数ωrs1，ωrs2（同、機械周波数ωrs、回転速度）と、を出力する。
【００１９】
ここで、図３を参照し、これら電流演算部４２から出力される信号の意義を説明する。なお、図３は、電流演算部４２のブロック図である。
電流演算部４２は、３Φ／αβ変換器５２と、逆正接変換器５４（位相検出部）と、減算器５６（ＰＬＬ演算部）と、位相演算器６０（ＰＬＬ演算部、回転速度演算部、回転速度演算過程）と、回転座標変換器７０と、積分器７２（ＰＬＬ演算部）と、乗算器７４と、を備えている。さらに、位相演算器６０は、乗算器６２，６４と、積分器６６と、加算器６８と、を備えている。
【００２０】
３Φ／αβ変換器５２は、電流検出値Ｉu，Ｉwを、直交する二相の交流電流Ｉα，Ｉβに変換する。逆正接変換器５４は、これら交流電流Ｉα，Ｉβに基づいて、交流電流位相角検出値θi*を計算する。減算器５６は、交流電流位相角θi（詳細は後述する）から、交流電流位相角検出値θi*を減算する。
【００２１】
位相演算器６０において、乗算器６２は、差分値「θi*−θi」に対して、所定の比例ゲインＫｐＰＬＬを乗算する。乗算器６２における乗算結果は、上述した比例信号ＰＬＬ＿Ｐになる。また、乗算器６４は、差分値「θi*−θi」に対して、所定の積分ゲインＫｉＰＬＬを乗算し、積分器６６は、この乗算結果を積分する。積分器６６における積分結果を積分信号ＰＬＬ＿Ｉと呼ぶ。加算器６８は、比例信号ＰＬＬ＿Ｐと、積分信号ＰＬＬ＿Ｉとを加算し、加算結果を周波数信号ω1sとして出力する。
【００２２】
積分器７２は、周波数信号ω1sを積分し、交流電流位相角θiを出力する。交流電流位相角θiは、減算器５６に供給されるとともに、回転座標変換器７０にも供給される。また、乗算器７４は、周波数信号ω1sに「２／Ｐ」（ここで、Ｐは電動機１０の極数）を乗算し、乗算結果を機械周波数ωrsとして出力する。ここで、機械周波数ωrsは、電動機１０（図１参照）の実速度（すべりを含んだ速度）に対応する信号になる。回転座標変換器７０は、二相の交流電流Ｉα，Ｉβを、周波数信号ω1sで回転する回転座標系における二軸の直流量Ｉr，Ｉiに変換する。
【００２３】
このように、減算器５６、位相演算器６０および積分器７２は、ＰＬＬ(Phase Locked Loop)演算部として機能し、減算器５６が出力する差分値「θi*−θi」が「０」に近づくような、周波数信号ω1sおよび交流電流位相角θiを出力する。
【００２４】
図２に戻り、特徴量抽出部４４は、電動機１０−１，１０−２に各々対応する直流量Ｉrである直流量Ｉr1，Ｉr2と、比例信号ＰＬＬ＿Ｐ１，ＰＬＬ＿Ｐ２と、機械周波数ωrs1，ωrs2と、に基づいて、特徴量と称する複数の値を抽出する。ここで、特徴量の各々の詳細については後述するが、「特徴量」には、低速域電流差ＩL、低速域比例信号差ＨL1，ＨL2、高速域電流差ＩH、および補正高速域電流差ＩQ（高速域電流差）が含まれる。
【００２５】
異常判定部４８は、これら特徴量に基づいて、電動機１０−１，１０−２の過熱状態の有無および回転輪１６−１，１６−２の直径差（以下、回転輪径差と呼ぶ）を検出する。また、異常判定部４８は、これら特徴量に基づいて、外部に各種のアラーム信号を出力する。また、記憶部４６は、これら特徴量およびアラーム信号の内容を記憶する。なお、アラーム信号は、ランプの点灯、警報機の発音、または無線通信手段による電波送信等、管理者に通知できる手段であればよい。本実施形態における監視装置４０は、過酷な環境に設置する場合には、防塵防水対策を施した監視装置ケースに収納することが好ましい。さらに、監視装置４０をインバータ２２等、ノイズを発生するデバイスの近くに設置する場合には、監視装置４０にノイズ対策を施すことが好ましい。
【００２６】
以上のように、監視装置４０は、電動機１０に流れる電流を直流量として扱うことができるため、過度現象を含めて電動機１０の内部状態量の変化を検出しやすくなる。また、可変速駆動における速度情報も、交流量を直流量に変換する過程にて検出することができるため、回転速度との相関関係も容易に分析できる。さらに、簡単なアルゴリズムによって、交流から直流への変換が可能であるため、異常と判断するためのエッジ処理も監視装置内で実行することができる。これにより、結果として、データ量が大幅に削減でき、分析／診断作業も容易となる。
【００２７】
〈検出しようとする異常状態〉
（電動機の過熱）
図１において、電動機１０−１，１０−２の電動機抵抗値等は、動作温度によって変動する。ここで、ある温度（例えば２０℃）を「基準温度」とし、基準温度における抵抗値等のパラメータを「基準値」と呼ぶ。電動機１０に温度上昇が生じると、電動機抵抗値が大きくなる。電動機温度Ｔと、電動機抵抗値ＲTとの関係は、下式（１）のようになる。
ＲT=Ｒ20×(δ＋Ｔ)/(δ＋20)          ……式（１）
式（１）において、δは、巻線銅線の抵抗温度係数の逆数であり、Ｒ20は電動機抵抗基準値、すなわち基準温度（２０℃）におけるモータの電動機抵抗値ＲTである。式（１）によれば、例えば、基準温度に対して、４０℃の温度上昇が生じると、電動機抵抗値ＲTは、電動機抵抗基準値Ｒ20の約「１．１６倍」になる。また、基準温度に対して、７０℃の温度上昇が生じると、電動機抵抗値ＲTは、電動機抵抗基準値Ｒ20の約「１．２７倍」になる。なお、巻線がアルミ線等の場合も、同様の計算式が適用できる。
【００２８】
複数の電動機１０の個体差によって、電動機１０の温度に偏りが生じると、温度の高い電動機１０においては、一次、二次抵抗の抵抗率が上昇し、電動機抵抗値ＲTは大きくなる。その結果、電動機のトルクは、温度の低い電動機１０に集中してしまい、平均トルクの不足によって、搬送物１２（図１参照）をスムーズに加速できなくなる問題が生じる。また、このような状態が継続すると、トルクが集中する電動機１０は、長期間の過負荷によって故障することもある。
【００２９】
（回転輪１６の径差）
また、図１において、各電動機１０に結合されている回転輪１６−１，１６−２に回転輪径差があると、この回転輪径差によって各電動機１０の回転速度に差が生じる。この回転速度の差にほぼ比例して、各電動機１０の発生トルクに差が生じる。ここで、定格すべりが大きくなるように電動機１０を構成すると、回転速度差に起因する発生トルクの差を抑制することが可能になる。一方、定格すべりは電動機１０の効率に大きく影響するため、電動機１０の高効率化を目指す場合には、定格すべりを小さくすることが好ましい。実際に図１のような構成で複数の電動機１０を運用する場合は、回転輪径差が生じるため、ある程度の大きさの定格すべりを確保しておくことが通常である。各回転輪１６の直径を厳しく管理すれば、理論上は、定格すべりが小さく、効率が高い電動機１０を実現できる。しかし、その場合は、回転輪１６のメンテナンスが煩雑になる。
【００３０】
次に、回転輪径差が大きくなった場合に、その事実を検出する方法について検討する。各電動機１０の回転軸１４に速度センサを装着すると、各電動機１０の回転速度の違いに応じて、回転輪径差が大きくなったことを検出できる。但し、僅かな回転輪径差も検出しようとすると、高感度センサが必要となり、コスト上昇やセンサメンテナンス等の手間が増加するという課題が生じる。
そこで、本実施形態の電動機制御システム１０１は、各電動機１０の過熱状態と、回転輪径差（各回転輪１６の径差）と、の状態監視を行い、これらの異常が生じた場合に、異常を正確に検知しようとするものである。
【００３１】
〈異常検出の原理〉
図４は、加速中における機械周波数ωrsおよび直流量Ｉr1，Ｉr2の例を示す図である。
図中の機械周波数ωrsは、電動機１０−１，１０−２の加速中における機械周波数の一例を示している。一般的には、電動機１０−１，１０−２の機械周波数ωrs1，ωrs2には差が生じるが、図示の機械周波数ωrsは、ωrs1，ωrs2のうち一方であることとする。機械周波数ωrsは、図示のように、時間の経過とともに高くなっている。加速途中における所定の同期速度ｆL1，ｆL2，ｆH1，ｆH2には、「ｆL1＜ｆL2＜ｆH1＜ｆH2」の関係がある。ここで、「ｆL1＜ωrs＜ｆL2」であるωrsの範囲を「低速域」と呼び、「ｆH1＜ωrs＜ｆH2」であるωrsの範囲を「高速域」と呼ぶ。また、機械周波数ωrsが低速域に属している期間を低速域期間ＴLと呼び、機械周波数ωrsが高速域に属している期間を高速域期間ＴHと呼ぶ。
【００３２】
直流量Ｉr101，Ｉr201は、機械周波数ωrsの加速中における直流量Ｉr1，Ｉr2（図２参照）の一例である。この例においては、電動機１０−２（図１参照）の温度が電動機１０−１の温度よりも高く、かつ、電動機１０−１，１０−２の回転輪径差は「０」であることを想定している。電動機１０−１よりも電動機１０−２の温度が高いことにより、電動機１０−２に対する直流量Ｉr201は、電動機１０−１に対する直流量Ｉr101よりも小さくなっている。ここで、低速域期間ＴLにおける「Ｉr1−Ｉr2」を「低速域電流差ＩL」と呼ぶ。また、高速域期間ＴHにおける「Ｉr1−Ｉr2」を「高速域電流差ＩH」と呼ぶ。回転輪径差が小さい場合には、低速域電流差ＩLと高速域電流差ＩHとがほぼ等しい値になる。
【００３３】
また、直流量Ｉr102，Ｉr202は、機械周波数ωrsの加速中における直流量Ｉr1，Ｉr2の他の例である。この例においては、電動機１０−１，１０−２（図１参照）の温度が等しく、回転輪径差が生じていることを想定している。すなわち、回転輪１６−１の直径は所定の基準値であり、回転輪１６−２の直径は、基準値よりも小さくなっている。回転輪１６−２の直径が小さいため、低速域期間ＴLにおいても、直流量Ｉr202は直流量Ｉr102よりも若干小さくなっている。しかし、両者の差である低速域電流差ＩLは、小さな値に留まっている。一方、高速域期間ＴHにおいては、回転輪径差による影響が大きく現れ、高速域電流差ＩHは比較的大きな値になっている。
【００３４】
図４によれば、低速域電流差ＩLは、電動機抵抗値ＲTすなわち温度の影響が支配的であり、高速域電流差ＩHは、回転輪径差の影響が支配的であることが解る。従って、低速域電流差ＩLの測定結果に基づいて、電動機１０の発熱を検知し、警告することが可能である。また、高速域電流差ＩHの測定結果に基づいて、回転輪径差を検知し、警告することが可能である。但し、実機において、電動機１０の発熱による影響と、回転輪径差による影響とは、同時に発生する。そこで、より正確に電動機１０の発熱による影響と、回転輪径差による影響とを評価するため、それぞれの影響を分離することが好ましい。
【００３５】
図５は、加速中における直流量Ｉr1，Ｉr2の他の例を示す図である。なお、機械周波数ωrsは、時間に対して、図４に示したものと同様に変化するため、図示を省略する。
図５において、直流量Ｉr103，Ｉr203は、機械周波数ωrs（図４参照）の加速中における直流量Ｉr1，Ｉr2の他の例である。この例においては、電動機１０−１の温度は基準温度であり、電動機１０−２の温度は「基準温度＋７０℃」であることとする。また、回転輪１６−１（図１参照）の直径は所定の基準値であり、回転輪１６−２の直径は該基準値よりも小さいこととする。
【００３６】
電動機１０−２の温度が電動機１０−１の温度よりも高いため、低速域電流差ＩLは充分に大きな値になっている。さらに、回転輪１６−２の直径は回転輪１６−１の直径よりも小さいため、直流量Ｉr103，Ｉr203の差は時間の経過とともに広がり、高速域電流差ＩHでは大きな値になっている。この高速域電流差ＩHは、電動機１０−１，１０−２の温度差および回転輪径差の双方の影響を受けた値である。この場合は、「ＩQ＝|ＩH|−|ＩL|」によって補正高速域電流差ＩQ（図示せず）を求めるとよい。この補正高速域電流差ＩQは、温度差の影響を抑制しつつ回転輪径差の影響が現れた値になる。
【００３７】
また、図５において、直流量Ｉr104，Ｉr204は、機械周波数ωrs（図４参照）の加速中における直流量Ｉr1，Ｉr2の他の例である。この例においては、電動機１０−１の温度は基準温度であり、電動機１０−２の温度は「基準温度＋７０℃」であることとする。また、回転輪１６−１（図１参照）の直径は所定の基準値よりも小さく、回転輪１６−２の直径は該基準値であることとする。電動機１０−２の温度が電動機１０−１の温度よりも高いため、低速域電流差の絶対値｜ＩL｜は充分に大きな値になっている。また、回転輪１６−１の直径は回転輪１６−２の直径よりも小さいため、直流量Ｉr104，Ｉr204の差は時間の経過とともに縮小し、反転している。この場合は、「ＩQ＝|ＩH|＋|ＩL|」によって補正高速域電流差ＩQ（図示せず）を求めるとよい。この補正高速域電流差ＩQも、温度差の影響を抑制しつつ回転輪径差の影響が現れた値になる。
【００３８】
ところで、図５に示した例では、電動機１０−１，１０−２の温度は、一方が基準温度であり、他方が基準温度よりも高温であることを前提としていた。しかし、電動機１０−１，１０−２の冷却機能が同時に低下した場合においては、直流量Ｉr1，Ｉr2の差分が顕著に現れないことがある。このような場合は、直流量Ｉr1，Ｉr2の差分のみに基づいて電動機１０−１，１０−２の過熱状態を検知することは困難である。
【００３９】
図６を参照し、その一例を説明する。なお、図６は、加速中における直流量Ｉr1，Ｉr2および比例信号ＰＬＬ＿Ｐ１の、さらに他の例を示す図である。
図６において、直流量Ｉr105，Ｉr205は、電動機１０−１，１０−２が共に基準温度であり、回転輪径差が０である場合の直流量Ｉr1，Ｉr2の例である。また、図６における直流量Ｉr106，Ｉr206は、電動機１０−１，１０−２が共に「基準温度＋７０℃」であり、回転輪径差が０である場合の直流量Ｉr1，Ｉr2の例である。これらの例において、差分値「Ｉr105−Ｉr205」と、差分値「Ｉr106−Ｉr206」との間には、有意な差が現れないため、これらに基づいて電動機１０−１，１０−２の過熱状態を検知することは困難である。
【００４０】
ここで、再び図３を参照すると、位相演算器６０内の乗算器６２，６４においては、差分値「θi*−θi」に対して、比例ゲインＫｐＰＬＬおよび積分ゲインＫｉＰＬＬが各々乗算されている。これらゲインＫｐＰＬＬ，ＫｉＰＬＬは、対応する電動機１０が基準温度であるときに差分値「θi*−θi」ができるだけ早く収束するように設定されている。しかし、電動機１０の実際の温度が基準温度から外れると、比例ゲインＫｐＰＬＬおよび積分ゲインＫｉＰＬＬは、その温度において最適な値から離れてゆくため、比例信号ＰＬＬ＿Ｐの変動幅は、基準温度の場合と比較して大きくなる。このような理由により、比例信号ＰＬＬ＿Ｐの変動振幅を監視することにより、対応する電動機１０が過熱状態であるか否かを検出することができる。
【００４１】
図６における比例信号ＰＬＬ＿Ｐ１０５は、低速域期間ＴL（図４参照）における比例信号ＰＬＬ＿Ｐ１（すなわち電動機１０−１に対する比例信号ＰＬＬ＿Ｐ）の波形の一例を示すものである。ここで、電動機１０−１の温度は、基準温度である。低速域期間ＴLにおける比例信号ＰＬＬ＿Ｐ１の最大値をＰＬＬ＿Ｐ１maxと呼び、最小値をＰＬＬ＿Ｐ１minと呼び、両者の差を低速域比例信号振幅ＨLと呼ぶ。また、特に比例信号ＰＬＬ＿Ｐ１０５に対する低速域比例信号振幅ＨLを低速域比例信号振幅ＨL105と呼ぶ。
【００４２】
また、図６における比例信号ＰＬＬ＿Ｐ１０６は、低速域期間ＴL（図４参照）における比例信号ＰＬＬ＿Ｐ１の波形の他の例を示すものである。ここで、電動機１０−１の温度は、「基準温度＋７０℃」である。また、特に比例信号ＰＬＬ＿Ｐ１０６に対する低速域比例信号振幅ＨLを低速域比例信号振幅ＨL106と呼ぶ。比例信号ＰＬＬ＿Ｐ１０５，ＰＬＬ＿Ｐ１０６を比較すると、低速域比例信号振幅ＨL105，ＨL106の間に有意な差が認められる。従って、低速域比例信号振幅ＨLを監視することにより、電動機１０の過熱状態を検出することができる。なお、電動機１０−１，１０−２の低速域比例信号振幅ＨLを「ＨL1」「ＨL2」と表記することがある。
【００４３】
図７は、低速域・高速域電流差ＩL，ＩHに基づく状態判定の一例を示す図である。すなわち、図７は、図４〜図６を参照して説明した内容を総合したものである。
図７において、低速域・補正高速域電流差ＩL，ＩQが共に小さい場合には、回転輪１６−１，１６−２の回転輪径差は、「正常」であると判定される。一方、電動機１０−１，１０−２の温度上昇については、低速域比例信号振幅ＨLに応じて判定される。すなわち、低速域比例信号振幅ＨLが小さい場合（例えば、図６のＨL105を参照）には、正常であると判定することができる。逆に、低速域比例信号振幅ＨLが大きい場合（例えば、図６のＨL106を参照）には、異常である（過熱状態である）と判定することができる。
【００４４】
また、低速域電流差ＩLが大きく、補正高速域電流差ＩQが小さい場合には、一方の電動機１０が過熱状態（異常）であり、両電動機の回転輪径差は正常であると判定することができる。また、低速域電流差ＩLが小さく、補正高速域電流差ＩQが大きい場合には、両電動機の回転輪径差に異常が生じていると判断することができる。一方、電動機１０−１，１０−２の温度上昇については、低速域比例信号振幅ＨLに応じて判定される。さらに、低速域・補正高速域電流差ＩL，ＩQが共に大きい場合には、一方の電動機１０の温度上昇と、両電動機の回転輪径差との双方に異常が生じていると判断することができる。
【００４５】
〈第１実施形態の動作〉
図８は、監視装置４０において実行される異常検知ルーチンのフローチャートである。この異常検知ルーチンは、電動機１０−１，１０−２が加速中である場合に、所定のサンプリング周期毎に実行される。
図８において処理がステップＳ２に進むと、電流計測処理が実行される。すなわち、監視装置４０（図２参照）において、電流演算部４２−１，４２−２は、電流センサ４１（図１参照）から、電流検出値Ｉu1，Ｉw1，Ｉu2，Ｉw2を取得する。
【００４６】
次に、処理がステップＳ４に進むと、電流演算部４２−１，４２−２は、電動機１０−１，１０−２の状態を計算する。すなわち、直流量Ｉr1，Ｉr2と、比例信号ＰＬＬ＿Ｐ１，ＰＬＬ＿Ｐ２と、機械周波数ωrs1，ωrs2と、を出力する。次に、処理がステップＳ５に進むと、監視装置４０は、機械周波数ωrs1，ωrs2の速度域を判定し、その結果に応じて以降の処理が分岐される。
【００４７】
まず、機械周波数ωrs1，ωrs2の双方が低速域である場合、すなわち「ｆL1＜ωrs1＜ｆL2」および「ｆL1＜ωrs2＜ｆL2」の双方が成立する場合、ステップＳ６以降の処理が実行される。また、機械周波数ωrs1，ωrs2の双方が高速域である場合、すなわち「ｆH1＜ωrs1＜ｆH2」および「ｆH1＜ωrs2＜ｆH2」の双方が成立する場合、ステップＳ２０以降の処理が実行される。また、両者のうち何れにも該当しない場合は、本ルーチンの処理は終了する。
【００４８】
（低速域の処理）
まず、ステップＳ６においては、特徴量抽出部４４（図２参照）によって、低速域特徴量抽出処理が実行される。すなわち、低速域電流差ＩL＝Ｉr1−Ｉr2、電動機１０−１，１０−２の低速域比例信号差ＨL1，ＨL2（図６に示すＨL）が計算される。次に、処理がステップＳ８に進むと、異常判定部４８は、低速域電流差ＩLの絶対値｜ＩL｜が、所定の閾値ＩLTを超えるか否かが判定される。
【００４９】
ここで「Ｙｅｓ」と判定されると、処理はステップＳ１０に進み、「Ｉr1＞Ｉr2」が成立するか否かが判定される。ステップＳ１０において「Ｙｅｓ」と判定されると、処理はステップＳ１２に進み、異常判定部４８は、電動機１０−２が過熱状態であることを表す電動機過熱アラーム信号を外部に出力する。一方、ステップＳ１０において「Ｎｏ」と判定されると、処理はステップＳ１４に進み、異常判定部４８は、電動機１０−１が過熱状態であることを表す電動機過熱アラーム信号を外部に出力する。
【００５０】
また、絶対値｜ＩL｜が閾値ＩLT以下であった場合には、ステップＳ８において「Ｎｏ」と判定され、処理はステップＳ１６に進む。ここでは、異常判定部４８は、「ＨL1＞ＧL かつ ＨL2＞ＧL」が成立するか否かを判定する。ここで、ＧLとは、比例信号ＰＬＬ＿Ｐの振幅が大き過ぎるか否かを判断するための所定の閾値定数である。ステップＳ１６において「Ｙｅｓ」と判定されると、処理はステップＳ１８に進み、異常判定部４８は、電動機１０−１，１０−２の双方が過熱状態であることを表す電動機過熱アラーム信号を外部に出力する。また、ステップＳ１６において「Ｎｏ」と判定されると、本ルーチンの処理は終了する。
【００５１】
ところで、上述したステップＳ１６では、「ＨL1＞ＧL」および「ＨL2＞ＧL」の双方が成立した場合に、電動機１０−１，１０−２の双方が過熱状態であると判定した。ここで「ＨL1＞ＧL」または「ＨL2＞ＧL」のうち一方のみが成立した場合に、対応する側の電動機が過熱状態であると判定することも考えられる。しかし、一方の電動機の過熱状態は、低速域電流差ＩLによっても行っている（ステップＳ８）ため、低速域比例信号振幅ＨLに基づく判定も行うと、同一の事象（一方の電動機の過熱状態）に対して二つの判断が生じることになる。そこで、本実施形態においては、一方の電動機の過熱状態は、低速域電流差ＩLによって検出し（ステップＳ８）、双方の電動機１０−１，１０−２の過熱状態は低速域比例信号振幅ＨLに基づいて検出している（ステップＳ１６）。
【００５２】
（高速域の処理）
また、機械周波数ωrs1，ωrs2の双方が高速域である場合、上述したステップＳ５を介して処理はステップＳ２０に進み、特徴量抽出部４４（図２参照）によって高速域特徴量抽出処理が実行される。すなわち、高速域電流差ＩH＝Ｉr1−Ｉr2が計算される。次に、処理がステップＳ２２に進むと、特徴量抽出部４４によって電流値補正処理が実行され、補正高速域電流差ＩQが計算される。
【００５３】
ここで、補正高速域電流差ＩQは、「ＩH＞０」の場合は「ＩH−ＩL」になり、「ＩH＜０」の場合は「ＩL−ＩH」になる。上述したように、本ルーチンは、電動機１０−１，１０−２が加速中である場合に実行されるルーチンであるため、ステップＳ２０以降の高速域の処理が実行される場合には、その前に低速域のステップＳ６の処理が実行され、低速域電流差ＩLが計算されている。ステップＳ２２において用いられる低速域電流差ＩLは、今回の高速域の直前に現れた低速域にて計測された低速域電流差ＩLである。
【００５４】
次に、処理がステップＳ２４に進むと、異常判定部４８は、「ＩQ＞ＩQH」が成立するか否かを判定する。ここで、ＩQHとは、補正高速域電流差ＩQが過大であるか否かを判断するための所定の閾値定数である。ここで「Ｎｏ」と判定されると、本ルーチンの処理は終了する。一方、「Ｙｅｓ」と判定されると、処理はステップＳ２６に進み、異常判定部４８は、回転輪１６−１，１６−２の回転輪径差が異常である旨を示す回転輪径差アラーム信号を外部に出力し、本ルーチンの処理が終了する。この回転輪径差アラーム信号の詳細な内容は、低速域・高速域電流差ＩL，ＩHの値に応じて設定される。
【００５５】
ここで、「ＩL＞０かつＩH＞０」である場合、回転輪径差アラーム信号の内容は、「回転輪１６−２の直径が過小である」旨を示すものになる。また、「ＩL＞０かつＩH＜０」である場合、回転輪径差アラーム信号の内容は、「回転輪１６−２の直径が過大である」旨を示すものになる。また、「ＩL＜０かつＩH＜０」である場合、回転輪径差アラーム信号の内容は、「回転輪１６−１の直径が過小である」旨を示すものになる。また、「ＩL＜０かつＩH＞０」である場合、回転輪径差アラーム信号の内容は、「回転輪１６−１の直径が過大である」旨を示すものになる。
【００５６】
〈第１実施形態の効果〉
以上のように本実施形態によれば、電動機監視装置（４０）は、各々の電流値（Ｉu，Ｉw）に応じて、対応する電動機（１０）の回転速度（ωrs）を演算する演算部（４２）と、電流値（Ｉu，Ｉw）と回転速度（ωrs）とに基づいて、何れかの電動機（１０）の過熱状態、または複数の回転輪（１６）の直径差の異常のうち少なくとも一方を検知する判定部（４４，４８）と、を備える。
これにより、本実施形態によれば、電流値（Ｉu，Ｉw）に基づいて電動機（１０）の過熱状態または複数の回転輪（１６）の直径差の異常を検知することができる。すなわち、温度センサや速度センサ等を省略できることにより、メンテナンスの省力化を実現しつつ故障を未然に防止できる。
【００５７】
また、判定部（４４，４８）は、複数の電動機（１０）の回転速度（ωrs）が所定の速度範囲である低速域である場合の複数の直流量（Ｉr）のうち、最大値と最小値との差である低速域電流差（ＩL）を演算する機能と、低速域電流差（ＩL）に基づいて、最小値の直流量（Ｉr）に対応する電動機（１０）の過熱状態を検出する機能と、をさらに備える。
これにより、低速域電流差（ＩL）に基づいて過熱状態を判定することができる。
【００５８】
また、演算部（４２）は、何れか一の電動機（１０）に対する電流値（Ｉu，Ｉw）に基づいて、交流電流位相角検出値（θi*）を求める位相検出部（５４）と、入力された交流電流位相角（θi）と交流電流位相角検出値（θi*）との差分値（θi*−θi）に対して比例積分演算を行い、差分値（θi*−θi）が小さくなるような交流電流位相角（θi）を出力するＰＬＬ演算部（５６，６０，７２）と、を有し、差分値（θi*−θi）に比例する比例信号（ＰＬＬ＿Ｐ）を出力するものであり、
判定部（４４，４８）は、比例信号（ＰＬＬ＿Ｐ）に基づいて、一の電動機（１０）における過熱状態を検出する機能を備える。
これにより、複数の電動機（１０）において同時に生じた過熱状態を検出することができる。
【００５９】
また、判定部（４４，４８）は、複数の電動機（１０）の回転速度（ωrs）が所定の速度範囲である高速域である場合の複数の直流量（Ｉr）のうち、最大値と最小値との差である高速域電流差（ＩH）を演算する機能と、高速域電流差（ＩH）に基づいて、複数の電動機（１０）の回転輪径差を検出する機能と、をさらに備える。
これにより、複数の電動機（１０）の回転輪径差を検出することができる。
【００６０】
また、判定部（４４，４８）は、何れかの電動機（１０）の過熱状態、または複数の回転輪（１６）の直径差の異常のうち少なくとも一方を検知すると、アラーム信号を出力する。
これにより、管理者に対して、各種の異常を報知することができる。
【００６１】
［第２実施形態］
図９は、本発明の第２実施形態による電動機制御システム１０２のブロック図である。なお、以下の説明において、上述した他の実施形態の各部に対応する部分には同一の符号を付し、その説明を省略する場合がある。
図９において、電動機制御システム１０２は、Ｎ台（Ｎは３以上の自然数）の電動機１０−１〜１０−Ｎと、これらに回転軸１４−１〜１４−Ｎを介して結合されたＮ台の回転輪１６−１〜１６−Ｎと、を備えている。また、各電動機１０−１〜１０−ＮのＵ相、Ｗ相には、各２個の（合計２Ｎ個の）電流センサ４１が装着され、これらの電流検出値Ｉu1〜ＩuN，Ｉw1〜ＩwNは、監視装置１５０（電動機監視装置）に供給される。
【００６２】
監視装置１５０の構成については図示を省略するが、第１実施形態の監視装置４０（図２参照）において、２個の電流演算部４２−１，４２−２に代えて、Ｎ個の電流演算部を設けた構成と同様である。また、特徴量抽出部４４において計算される低速域・高速域電流差ＩL，ＩH（図４参照）は、低速域または高速域におけるＮ系統の直流量Ｉr1〜ＩrNのうち最大値から最小値を減算した結果に等しい。本実施形態の上述した以外の構成および動作は、第１実施形態のものと略同様である。
【００６３】
［第３実施形態］
図１０は、本発明の第３実施形態による電動機制御システム１０３のブロック図である。なお、以下の説明において、上述した他の実施形態の各部に対応する部分には同一の符号を付し、その説明を省略する場合がある。
図１０において、電動機制御システム１０３は、第１実施形態の監視装置４０（図２参照）に代えて、監視装置１６０（電動機監視装置）を備えている。監視装置１６０の構成は、監視装置４０のものと略同様であるが、異常判定部４８は、電動機過熱アラーム信号および回転輪径差アラーム信号（図２参照）を出力するとともに、駆動装置２０内の指令生成部３２に対して、必要に応じて制御コマンドを出力する。ここで、制御コマンドとは、例えば、電動機１０−１，１０−２の停止または減速を指令するものであり、これによって、電動機１０−１，１０−２をより安全かつ高効率に運転することができる。
【００６４】
このように、本実施形態によれば、判定部（４４，４８）は、何れかの電動機（１０）の過熱状態、または複数の回転輪（１６）の直径差の異常のうち少なくとも一方を検知すると、制御部（３０）に対して、制御状態を変更させる制御コマンドを出力する。
これにより、制御部（３０）における制御状態を適切な状態に変更することができる。
【００６５】
［第４実施形態］
図１１は、本発明の第４実施形態による電動機制御システム１０４のブロック図である。なお、以下の説明において、上述した他の実施形態の各部に対応する部分には同一の符号を付し、その説明を省略する場合がある。
図１１において、電動機制御システム１０４は、駆動・監視装置１７０と、電動機１０−１，１０−２と、これらに回転軸１４−１，１４−２を介して結合された回転輪１６−１，１６−２と、を備えている。
【００６６】
駆動・監視装置１７０は、制御部３０と、インバータ２２と、異常検知部１８０（電動機監視装置）と、平均値演算部１８２と、を備えている。平均値演算部１８２は、電流検出値Ｉu1，Ｉu2の平均値および電流検出値Ｉw1，Ｉw2の平均値を求め、これらを電流検出値Ｉus，Ｉwsとして出力する。
【００６７】
制御部３０、インバータ２２の構成は上記第１実施形態のもの（図１参照）と同様であり、異常検知部１８０の構成は、第３実施形態の監視装置１６０（図１０参照）の構成と同様である。従って、本実施形態の駆動・監視装置１７０は、第３実施形態における駆動装置２０および監視装置１６０の機能を合わせた機能を有する。なお、本実施形態は、既設の駆動装置２０（図１０参照）に対して、異常検知部１８０および平均値演算部１８２を増設することによって構成することもできる。
【００６８】
［第５実施形態］
図１２は、本発明の第５実施形態による鉄鋼圧延システム１０５のブロック図である。なお、以下の説明において、上述した他の実施形態の各部に対応する部分には同一の符号を付し、その説明を省略する場合がある。
図１２において、鉄鋼圧延システム１０５は、Ｎ台（Ｎは３以上の自然数）の電動機１０−１〜１０−Ｎと、回転軸１４−１〜１４−Ｎと、Ｎ台の回転輪１６−１〜１６−Ｎと、駆動装置２０と、監視装置１５０と、を備えている。
【００６９】
さらに、鉄鋼圧延システム１０５は、水平に配置されたホットランテーブル２００と称するテーブルを備えている。上述した回転輪１６−１〜１６−Ｎは、それぞれ軸受部２１０と、ロール２２０と、を備えている。本実施形態の鉄鋼圧延システム１０５は、仕上げ圧延機（図示せず）の後段に設けられ、仕上げ圧延機から高温の鋼板（図示せず）が搬送される。
【００７０】
そして、ロール２２０とホットランテーブル２００との間に搬送された鋼板が挟まれ、電動機１０−１〜１０−Ｎによってロール２２０を回転させると、鋼板が圧延される。各回転輪１６のロール２２０は、全て同一条件で駆動される。従って、各ロール２２０の駆動源である電動機１０−１〜１０−Ｎには、同一仕様のものが適用される。上述した以外の本実施形態の構成は、第２実施形態のもの（図９参照）と同様である。
【００７１】
ホットランテーブル２００上を搬送される鋼板は、相当の高温であり、各軸受部２１０、カップリング（図示せず）、電動機１０は、過酷な稼働状況に置かれる。このため、ライン停止等の事態が発生することを防止するため、従来から、軸受部２１０、電動機１０等の個別診断対象毎に温度センサ、速度センサ等のセンサを装着し、その検出信号を解析して異常診断を行うことが一般的であった。これに対して、本実施形態によれば、各電動機１０に温度センサや速度センサ等を装着することが不要になるため、鉄鋼圧延ラインが停止する等の事態が発生することを、未然に、かつ、安価に防止することができる。
【００７２】
［第６実施形態］
図１３は、本発明の第６実施形態による鉄道車両３１０の模式図である。なお、以下の説明において、上述した他の実施形態の各部に対応する部分には同一の符号を付し、その説明を省略する場合がある。
図１３において、鉄道車両３１０は、車体３１２と、台車３１４，３１５と、車輪３１６，３１７，３１８，３１９と、駆動・監視装置３２０と、を備えている。台車３１４，３１５は、車体３１２を支持している。車輪３１６，３１７は台車３１４に装着され、車輪３１８，３１９は台車３１５に装着されている。
【００７３】
図１４は、台車３１５の底面図である。
台車３１５には、２個の電動機１０−１，１０−２が装着されている。電動機１０−１，１０−２は、それぞれ減速ギア３３２，３４２を介して車軸３３４，３４４に結合されている。車軸３３４には、左右一対の車輪３１８が装着され、車軸３４４には、左右一対の車輪３１９が装着されている。台車３１４の詳細については図示を省略するが、台車３１５と同様に構成されている。すなわち、台車３１４には、２台の電動機１０−３，１０−４（図示せず）が装着されており、鉄道車両３１０には合計４台の電動機１０−１〜１０−４が備えられている。
【００７４】
図１３に戻り、駆動・監視装置３２０は、第４実施形態（図１１参照）の駆動・監視装置１７０と同様に構成されているが、鉄道車両３１０に備えられている合計４台の電動機１０を駆動し、これら電動機１０等の状態を監視する。すなわち、駆動・監視装置３２０は、一または複数の電動機１０が過熱状態になると、その旨を検出し電動機過熱アラーム信号を出力する。また、図１３に示す例においては、車輪３１８，３１９の回転輪径がｄ１，ｄ２であり、「ｄ１＜ｄ２」の関係を有している。駆動・監視装置３２０は、上述した他の実施形態と同様に、車輪３１８，３１９の回転輪径差が大きくなると、その旨を検出し、回転輪径差アラーム信号を出力する。
【００７５】
電動機１０に温度上昇が生じると、電動機１０の一次、二次抵抗の抵抗率が上昇し、電動機抵抗値ＲTは大きくなる。その結果、並列駆動されている複数の電動機１０のトルクが電動機抵抗値ＲTの小さい電動機に集中してしまい、平均トルク不足により鉄道車両３１０がスムーズに加速できなくなる現象が発生する。この現象を続けると、正常な電動機１０も長期間の過負荷により故障してしまう可能性がある。本実施形態によれば、このような現象を検知し、さらにその電動機を特定できるため、大きな故障を未然に防止することができ、電動機１０の省力化を、より効率的に実現できる。
【００７６】
また、鉄道車両の車輪径の管理方法は鉄道事業者によって異なるが、車両内で回転輪径差が規定値以内に収まるようにメンテナンスされる事が一般的である。ここで、各車輪の回転輪径差を厳しく管理すれば、複数台の電動機１０の出力アンバランスを抑制できるが、保守に手間がかかり、現実的ではない。本実施形態によれば、電動機１０毎に温度センサや速度センサ等のセンサの取り付けが不要になり、電動機に流れる交流電流のみから電動機の過熱状態および車輪径差の異常を検知できる。また、鉄道車両の場合、運転パターンがほぼ一定であるため、同じ走行状態における評価情報の経時変化または乗車率データの統計学的な処理により、電動機１０の正確な過熱検知が可能になる。
【００７７】
［第７実施形態］
図１５は、本発明の第７実施形態による車両編成の構成を示す側面図である。なお、以下の説明において、上述した他の実施形態の各部に対応する部分には同一の符号を付し、その説明を省略する場合がある。
図１５において、車両編成３００は、鉄道車両３１０，３６０と、両者を連結する車両間連結部３５０と、を備えている。鉄道車両３１０は、第６実施形態のもの（図１３参照）と同様である。また、鉄道車両３６０も、鉄道車両３１０と同様に構成されている。
【００７８】
すなわち、鉄道車両３６０は、台車３６４，３６５と、車体３６２と、車輪３６６，３６７，３６８，３６９と、駆動・監視装置３７０と、を備えている。台車３６４，３６５は、車体３６２を支持している。車輪３６６，３６７は台車３６４に装着され、車輪３６８，３６９は台車３６５に装着されている。
【００７９】
本実施形態において、駆動・監視装置３２０，３７０は相互に情報交換しており、自車両の情報と、相手車両の情報とに基づいて、電動機の過熱状態および車輪３１６〜３１９，３６６〜３６９の回転輪径差の異常を検出する。鉄道車両３１０，３６０をそれぞれ一の「群」とすると、本実施形態の車両編成３００は、「多群駆動システム」であり、他群との比較に基づいて、電動機や回転輪径差の異常を判別するものであると考えることができる。
【００８０】
［変形例］
本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。上述した実施形態は本発明を理解しやすく説明するために例示したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。また、各実施形態の構成の一部について削除し、もしくは他の構成の追加・置換をすることが可能である。また、図中に示した制御線や情報線は説明上必要と考えられるものを示しており、製品上で必要な全ての制御線や情報線を示しているとは限らない。実際には殆ど全ての構成が相互に接続されていると考えてもよい。上記実施形態に対して可能な変形は、例えば以下のようなものである。
【００８１】
（１）上記実施形態における制御部３０、監視装置４０，１５０，１６０、および異常検知部１８０のハードウエアは、一般的なコンピュータによって実現できるため、図２、図３に示したアルゴリズム、図８に示したプログラム等を記憶媒体に格納し、または伝送路を介して頒布してもよい。
【００８２】
（２）図２、図３に示したアルゴリズム、または図８に示したプログラムは、上記各実施形態ではプログラムを用いたソフトウエア的な処理として説明したが、その一部または全部をＡＳＩＣ(Application Specific Integrated Circuit；特定用途向けＩＣ)、あるいはＦＰＧＡ(field-programmable gate array)等を用いたハードウエア的な処理に置き換えてもよい。
【００８３】
（３）図１等の構成において、インバータ２２は１台のみ設けられているが、複数のインバータを設けてもよい。また、個々の電動機１０毎にインバータを設ける場合には、電動機１０は同期電動機であってもよい。
【００８４】
（４）上記各実施形態において、ステップＳ１６（図８参照）では、「ＨL1＞ＧL」および「ＨL2＞ＧL」の双方が成立した場合に、電動機１０−１，１０−２の双方が過熱状態であると判定した。しかし、「ＨL1＞ＧL」または「ＨL2＞ＧL」の一方のみが成立した場合に、対応する側の電動機が過熱状態であると判定してもよい。
【符号の説明】
【００８５】
１０，１０−１〜１０−Ｎ  電動機
１４  回転軸
１６  回転輪
２２  インバータ
３０  制御部
４０  監視装置（電動機監視装置）
４１  電流センサ
４２，４２−１〜４２−Ｎ  電流演算部（演算部）
４４  特徴量抽出部（判定部）
４８  異常判定部（判定部、異常判定過程）
５４  逆正接変換器（位相検出部）
５６  減算器（ＰＬＬ演算部）
６０  位相演算器（ＰＬＬ演算部、回転速度演算部、回転速度演算過程）
７２  積分器（ＰＬＬ演算部）
１０１〜１０４  電動機制御システム
１０５  鉄鋼圧延システム
１５０，１６０  監視装置（電動機監視装置）
１８０  異常検知部（電動機監視装置）
２２０  ロール
θi*  交流電流位相角検出値
θi*−θi  差分値
θi  交流電流位相角
τ*  トルク指令
ωrs  機械周波数（回転速度）
ＩH  高速域電流差
ＩL  低速域電流差
ＩQ  補正高速域電流差（高速域電流差）
Ｉq*  トルク電流指令値
Ｉq  トルク電流検出値
Ｉu，Ｉw，Ｉu1〜ＩuN，Ｉw1〜ＩwN  電流検出値（電流値）
ＰＬＬ＿Ｐ  比例信号
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【国際調査報告】
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