(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
給電ラインに複数並列に接続された誘導電動機を、ベクトル制御による給電によって一括して制御する電動機制御装置であって、
前記複数の誘導電動機の内、少なくとも２つの誘導電動機に流入する電流を計測する電流計測手段と、
前記電流計測手段による計測対象の誘導電動機の平常電流値の相対値を保持する保持手段と、
前記保持手段によって保持されている平常電流値の相対値と前記電流計測手段によって計測される電流の相対値との差に基づいて、前記複数の誘導電動機それぞれが駆動する駆動軸の内、何れかの駆動軸における空転あるいは滑走の発生を検出する空転滑走検出手段と、
を備えることを特徴とする電動機制御装置。
【請求項２】
前記保持手段により保持されている平常電流値の相対値を、粘着走行時のタイミングとして前記誘導電動機が駆動中の予め定められた所定のタイミングに前記電流計測手段が計測した電流の相対値で更新させる保持値更新制御手段を更に備えることを特徴とする請求項１記載の電動機制御装置。
【請求項３】
前記ベクトル制御は少なくともトルク電流指令値に基づいて行われ、
前記保持手段は、前記電流計測手段による計測対象の誘導電動機の平常電流値の相対値と、当該平常電流値におけるトルク電流指令値とを保持し、
前記空転滑走検出手段は、前記保持手段が保持するトルク電流指令値と平常電流値の相対値との関係から、現在のトルク電流値に対する相対値を演算する演算手段を有し、この演算手段により演算された相対値と前記電流計測手段によって計測される電流の相対値との差に基づいて、前記複数の誘導電動機それぞれが駆動する駆動軸の内、何れかの駆動軸における空転あるいは滑走の発生を検出する、
ことを特徴とする請求項１記載の電動機制御装置。
【請求項４】
前記空転滑走検出手段が、空転あるいは滑走の発生を検出した場合に、所定の再粘着制御を行う手段、を備えることを特徴とする請求項１〜３のいずれか記載の電動機制御装置。
【請求項５】
給電ラインに複数並列に接続された誘導電動機の内、少なくとも２つの誘導電動機に流入する電流を電流計測手段で計測して、ベクトル制御による給電によって前記複数の誘導電動機を一括して制御する電動機制御方法であって、
前記計測対象の誘導電動機の平常電流値の相対値を保持手段に保持させる保持制御工程と、
前記保持手段によって保持されている平常電流値の相対値と前記電流計測手段によって計測される電流の相対値との差に基づいて、前記複数の誘導電動機それぞれが駆動する駆動軸の内、何れかの駆動軸における空転あるいは滑走の発生を検出する空転滑走検出工程と、
を含む電動機制御方法。
【請求項６】
前記保持手段により保持されている平常電流値の相対値を、粘着走行時のタイミングとして前記誘導電動機が駆動中の予め定められた所定のタイミングに前記電流計測手段が計測した電流の相対値で更新させる保持値更新制御工程を更に含むことを特徴とする請求項５記載の電動機制御方法。
【請求項７】
前記ベクトル制御は少なくともトルク電流指令値に基づいて行い、
前記保持制御工程は、前記計測対象の誘導電動機の平常電流値の相対値と当該平常電流値におけるトルク電流指令値とを前記保持手段に保持させる工程であり、
前記空転滑走検出工程は、前記保持手段によって保持されているトルク電流指令値と平常電流値の相対値との関係から、現在のトルク電流値に対する相対値を演算する演算工程を有し、この演算工程において演算された相対値と前記電流計測手段によって計測される電流の相対値との差に基づいて、前記複数の誘導電動機それぞれが駆動する駆動軸の内、何れかの駆動軸における空転あるいは滑走の発生を検出する工程である、
ことを特徴とする請求項５記載の電動機制御方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、電気車を駆動する誘導電動機を、速度センサを使用せずに制御する電動機制御装置に関し、より詳細には、電気車の各車輪同士の径差を考慮して誘導電動機をより的確に制御する電動機制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、電気車を駆動する誘導電動機（モータ）を、当該誘導電動機の駆動軸の回転速度を検出する速度センサを使用せずに制御する、速度センサレスベクトル制御と呼ばれる制御方式が提案されている。この制御方式は、各誘導電動機に給電される駆動電流に基づいて、車輪の空転或いは滑走を検知するものであり、空転・滑走を検知した場合には、トルク電流成分を減少させる等により、空転・滑走した車輪を軌道（レール）に再粘着させるものである。
【０００３】
速度センサレスベクトル制御は、速度センサを省略できる分、大型で高出力な電動機を搭載でき、また、配線構造を簡略化できるので、メンテナンス性が向上する等、多々の効果がある。その為、速度センサレスベクトル制御の早期の実用化が望まれているところである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来知られていた、１インバータにより複数の誘導電動機に給電する場合の速度センサレスベクトル制御は、各誘導電動機の特性が同一であることのみならず電気車の各車輪同士の径が等しく保たれている事を前提としていた。この為、当該技術を実際の電気車に適用した場合には、所期の効果が得られなかったり、又、想定した制御動作が行われないといった実用化に向けた問題があった。
【０００５】
即ち、実際の電気車においては、走行により車輪が磨耗する為、各車輪同士に微小な径差が生じるわけであるが、従来技術にあっては、当該径差を考慮していなかった為、磨耗による車輪の径差に起因して、車輪の空転検知が遅れてしまう等の不都合が生じていた。尚、同発明者らによって、車輪の径差を２ｍｍとした場合のシミュレーション結果が報告されている（「複数台誘導電動機駆動電車の速度センサレス再粘着制御における車輪径差の影響」、電気学会、交通電気鉄道研修会、ＴＥＲ−００−３９、ｐ３１参照）。
【０００６】
本発明の課題は、速度センサレスベクトル制御において、車輪径差を考慮することで高精度の空転・滑走検出を行うことのできる、複数電動機に給電する電動機制御装置及びその方法を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
かかる課題を解決すべく、第１の発明は、給電ラインに複数並列に接続された誘導電動機（例えば、図１の３相誘導電動機２１，２２）を、ベクトル制御による給電によって一括して制御する電動機制御装置（例えば、図１の電動機制御装置１）であって、
前記複数の誘導電動機の内、少なくとも２つの誘導電動機に流入する電流を計測する電流計測手段（例えば、図１の電流センサ３１，３２）と、
前記電流計測手段による計測対象の誘導電動機についての、平常電流値を保持する保持手段（例えば、図５のホールド部５２３）と、
前記保持手段が保持する平常電流値に基づく補正を行いつつ、前記電流計測手段によって計測される電流の相対値に基づいて、前記複数の誘導電動機それぞれが駆動する駆動軸の内、何れかの駆動軸における空転あるいは滑走の発生を検出する空転滑走検出手段（例えば、図５の加減算部５２４及び比較器５２５）と、
を備える電動機制御装置である。
【０００８】
ここに云う平常電流値とは、空転或いは滑走のない粘着走行時における、誘導電動機についての電流値であれば、特に限定されるものではなく、例えば、当該各誘導電動機に流入する電流同士の差分（相対値）であってもよいし、或いは当該各誘導電動機に流入する電流値そのものであってもよい。
【０００９】
第１の発明によれば、空転滑走検出手段が、保持手段が保持する平常電流値に基づく補正を行いつつ、電流計測手段によって計測される電流の相対値に基づいて、複数の誘導電動機それぞれが駆動する駆動軸の内、何れかの駆動軸における空転あるいは滑走の発生を検出するわけであるが、平常電流値には、各誘導電動機によって駆動される車輪同士の径差が反映されるので、当該平常電流値に基づく補正を行う事により、車輪径差に起因する空転検知への影響がキャンセルされる。この事により、車輪径差を考慮した空転・滑走の検出が実現される。更に、平常電流値には、各誘導電動機同士の定常的な特性差も反映されるので、仮に各電動機同士に特性差が生じていても、当該特性差に起因する空転検知への影響がキャンセルされる。その結果、車輪径差を考慮した、高精度の空転・滑走検出を行うことのできる電動機制御装置を提供することができる。
【００１０】
また、第１１の発明として、給電ラインに複数並列に接続された誘導電動機を、ベクトル制御による給電によって一括して制御する電動機制御方法であって、
前記複数の誘導電動機の内、少なくとも２つの誘導電動機に流入する電流を計測する電流計測工程と、
前記計測対象の誘導電動機についての、平常電流値に基づく補正を行いつつ、前記計測される電流の相対値に基づいて、前記複数の誘導電動機それぞれが駆動する駆動軸の内、何れかの駆動軸における空転あるいは滑走の発生を検出する空転滑走検出工程と、
を含む電動機制御方法を構成することとしてもよい。
【００１１】
第２の発明は、第１の発明の電動機制御装置において、
前記保持手段は、前記平常電流値として、前記計測対象の誘導電動機に流入する電流の相対値を保持し、
前記空転滑走検出手段は、前記電流計測手段によって計測される電流の相対値が所定の閾値を超えたか否かに基づいて、空転あるいは滑走の発生を検出するが、検出の際に、前記電流計測手段によって計測される電流の相対値、或いは、前記所定の閾値を、前記平常電流値により補正することを特徴とする電動機制御装置である。
【００１２】
第２の発明において、車輪に空転或いは滑走が発生した場合には、電流計測手段によって計測される電流の相対値が急峻に変動するので、空転滑走検出手段は、これが所定の閾値を超えたか否かに基づいて、空転あるいは滑走の発生を検出できる。但し、この相対値には、平常電流値、即ち、空転滑走のない粘着走行時における、計測対象の誘導電動機に流入する電流の相対値が含まれている。然るに、空転滑走検出手段は、空転あるいは滑走の検出の際に、電流計測手段によって計測される電流の相対値、或いは、所定の閾値を平常電流値によりにより補正するので、車輪径差或いは各誘導電動機の特性差がキャンセルされ、空転あるいは滑走を迅速に検出できる。従って、速度センサレスベクトル制御を一層的確に行う事が出来る様になる。
【００１３】
また、第１２の発明として、第１１の発明の電動機制御方法において、前記計測対象の誘導電動機に流入する電流の相対値を前記平常電流値とする工程、を更に含み、
前記空転滑走検出工程は、前記計測される電流の相対値が所定の閾値を超えたか否かに基づいて、空転あるいは滑走の発生を検出するが、検出の際に、前記計測される電流の相対値、或いは、前記所定の閾値を、前記平常電流値により補正する工程であることを特徴とする電動機制御方法を構成してもよい。
【００１４】
第３の発明は、第１または第２の発明の電動機制御装置において、前記保持手段は、前記電流計測手段によって計測された電流に基づいて、保持する平常電流値を更新することを特徴とする電動機制御装置である。
【００１５】
第３の発明によれば、保持手段が、電流計測手段によって計測された電流に基づいて保持する平常電流値を更新するので、空転滑走検出手段は、各誘導電動機の角速度領域に応じて常に最適な平常電流値で以って補正を行う事ができる。これにより、空転或いは滑走を一層迅速且つ確実に検出できる。更に、車輪の径差や各誘導電動機の特性差は、常に一定ではなく経年変化するものであるが、保持する電流値が更新されるので、当該変化分に起因して空転検知の感度が劣化する事を回避できる。
【００１６】
また、本発明の具体的態様では、第４の発明として、第１〜第３のいずれかの発明の電動機制御装置において、前記空転滑走検出手段が、空転あるいは滑走の発生を検出した場合に、所与の再粘着制御を行う手段（再粘着制御演算器５０）、を備える電動機制御装置を構成することとしてもよい。
【００１７】
第５の発明は、第１〜第４のいずれかの発明の電動機制御装置において、前記空転滑走検出手段は、所定の給電電流値における補正値を保持し、当該保持した補正値と、給電電流値の変化量とに基づいて、前記補正を行う（例えば、発明の実施の形態において説明する（β／α）・Δαの演算によるΔβの算出）ことを特徴とする電動機制御装置である。
【００１８】
第５の発明によれば、例えば、高速域における補正値の算出を容易に求めることができる。即ち、高速域においては車輪径差による磁束の影響が少ないため、給電電流値と補正値とが近似的に比例関係にある。従い、ある所定の給電電流値における補正値を保持し、現在の給電電流値と比較・演算することにより、当該給電電流値における補正値を容易に算出することができる。
【００１９】
第６の発明は、第１〜第４のいずれかの発明の電動機制御装置において、前記空転滑走検出手段は、
前記電流計測手段が計測した電流に基づいて、前記計測対象の誘導電動機のすべり周波数を求める第１の手段と、
前記すべり周波数に基づいて、補正値を求める第２の手段と、
を有し、前記第２の手段により求められた補正値に基づいて、前記補正を行うことを特徴とする電動機制御装置である。
【００２０】
第６の発明によれば、計測対象の誘導電動機のすべり周波数を求め、その各誘導電動機のすべり周波数の差や比などに基づいて、補正値を求めることができる。即ち、車輪径差が生じた場合の定常特性に基づいて、適切な補正値を求めることが可能となる。
【００２１】
第７の発明は、給電ラインに複数並列に接続された誘導電動機（例えば、図１の３相誘導電動機２１，２２）を、ベクトル制御による給電によって一括して制御する電動機制御装置（例えば、図１の電動機制御装置１）であって、
前記複数の誘導電動機の内、少なくとも２つの誘導電動機に流入する電流を計測する電流計測手段（例えば、図１の電流センサ３１，３２）と、
前記電流計測手段が計測した電流に基づいて、前記計測対象の誘導電動機が駆動する車輪間の径差或いは径比を推定する（例えば、発明の実施の形態において説明する（１４）式による演算）推定手段と、
を備える電動機制御装置である。
【００２２】
第７の発明によれば、車輪径差或いは径比を推定することが可能となるため、推定した車輪径差或いは径比に基づく、高精度の空転・滑走検出を行うことのできる電動機制御装置を提供できる。より具体的な空転・滑走の検出として、例えば、第８の発明が考えられる。
【００２３】
即ち、第８の発明は、第１〜第４のいずれかの発明の電動機制御装置において、前記電流計測手段が計測した電流に基づいて、前記計測対象の誘導電動機が駆動する車輪間の径差或いは径比を推定する推定手段、を更に備え、前記推定手段によって推定された車輪間の径差或いは径比に基づいて、前記空転滑走検出手段が前記補正を行うものである。
【００２４】
また、推定手段の具体的な構成として、例えば、第９の発明として、所定の給電電流値において前記電流計測手段が計測した電流の差に基づいて、前記車輪間の径差或いは径比を推定することとしてもよいし、第１０の発明として、前記誘導電動機が励磁状態の時の、前記計測対象の誘導電動機についてのトルク電流差に基づいて、当該誘導電動機のすべり周波数を求めることによって、前記計測対象の誘導電動機が駆動する車輪間の径差或いは径比を推定することとしてもよい。
【００２５】
また、第１３の発明として、給電ラインに複数並列に接続された誘導電動機を、ベクトル制御による給電によって一括して制御する電動機制御方法であって、
前記複数の誘導電動機の内、少なくとも２つの誘導電動機に流入する電流を計測する電流計測工程と、
前記計測した電流に基づいて、前記計測対象の誘導電動機が駆動する車輪間の径差或いは径比を推定する推定工程と、
を含む電動機制御方法を構成してもよい。
【００２６】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の実施の形態における電動機制御装置の構成を示すブロック図である。この電動機制御装置１は、電車を駆動制御するものであり、インバータ（ＩＮＶ）１０、３相誘導電動機２１，２２、電流センサ３１，３２、ベクトル制御演算器４０、再粘着制御演算器５０、及び加減算器６０によりその主要部が構成されている。
【００２７】
尚、図１では、発明の構成を説明する上で各制御機能を便宜上ブロック図で表しているが、少なくともベクトル制御演算器４０、再粘着制御演算器５０、及び加減算器６０については、マイクロコンピュータによるソフトウエア処理で構成する事ができる。
【００２８】
インバータ１０は、図示しないパンタグラフ等を介して架線から供給される直流電力を直交変換して、ベクトル制御演算器４０から出力される電圧指令値（Ｖu*，Ｖv*，Ｖw*）に応じた３相交流電力を生成し、生成した３相交流電力を、給電ラインを介して３相誘導電動機２１，２２に給電する。
【００２９】
３相誘導電動機２１，２２は、共に給電ラインに並列に続されており、静磁場中におかれた回転子と、該回転子に装着された３相のコイルｕ，ｖ，ｗとを夫々備える。３相のコイルｕ，ｖ，ｗは、インバータ１０により３相交流電圧が印加され、当該各コイルに１次電流Ｉu，Ｉv，Ｉwが流入されると、回転磁場を生ぜしめる。すると、当該回転磁場と、回転子を取り巻く静磁場との相互作用により、回転子が回転する。これにより、当該回転子と連動する車軸が回転して車輪が回転駆動する。
【００３０】
電流センサ３１，３２は夫々、３相誘導電動機２１（ＩＭ＿１）に流入する１次電流と、３相誘導電動機２２（ＩＭ＿２）に流入する１次電流を検出する。具体的には、電流センサ３１は、３相誘導電動機２１に流入される１次電流の内、コイルｕに流入される１次電流Ｉu＿1及びコイルｖに流入される１次電流Ｉv＿1を検出する。また、電流センサ３２は、３相誘導電動機２２に流入される１次電流の内、コイルｕに流入される１次電流Ｉu＿2及びコイルｖに流入される１次電流Ｉv＿2を検出する。
【００３１】
ベクトル制御演算器４０は、図示しない電流指令部から出力される磁束指令値ｉ1d*（総電流の励磁電流成分）及びトルク指令値ｉ1q*（総電流のトルク電流成分）、電流センサ３１，３２によって検出された電流値（Ｉu＿1，Ｉv＿1，Ｉu＿2，Ｉv＿2）、３相誘導電動機２１の回転子の角周波数ω2n＿1、及び３相誘導電動機２２の回転子の角周波数ω2n＿2に基づいて、電圧指令値（Ｖu*，Ｖv*，Ｖw*）を算出し、算出した電圧指令値をインバータ１０に出力する事により、２つの３相誘導電動機２１，２２を一括して制御する。また、ベクトル制御演算器４０は、各３相誘導電動機２１，２２に流入する１次電流が常に一定となる様に定電流制御を行う。
【００３２】
加減算器６０は、図示しない電流指令部から出力されるトルク指令値ｉ1q*（総電流のトルク電流成分）から、指令部５３が出力するトルク電流制御指令値を減算し、当該減算結果を後段のベクトル制御演算器４０に出力する。
【００３３】
再粘着制御演算器５０は、座標変換部５１、空転・滑走検出部５２、及び指令部５３により構成される。座標変換部５１は、電流センサ３１，３２によって検出されたコイルｕの１次電流Ｉu（Ｉu_1，Ｉu_2）、コイルｖの１次電流Ｉv（Ｉv＿1，Ｉv＿2）を、励磁電流成分ｉd（ｉd＿1，ｉd＿2）と、トルク電流成分ｉq（ｉq＿1，ｉq＿2）とに変換する。尚、Ｉu、Ｉvからｉd、ｉqへの変換式として、例えば次の式が知られている。
【数１】
0003890200.tif 000002
ここに、θはＵ相電流と磁束の成す角を表す。
【００３４】
空転・滑走検出部５２は、座標変換部５１によって変換された３相誘導電動機のトルク電流成分ｉq（ｉq＿1，ｉq＿2）の相対値に基づいて、各３相誘導電動機が駆動する駆動軸の内、何れかの駆動軸における空転或いは滑走を検出する。
【００３５】
ここで、空転・滑走検出部５２が車輪の空転或いは滑走を検出する原理について図２〜図４を参照して説明する。図２〜図４において、横軸は１次電流のｄ軸成分（励磁電流成分）、縦軸は１次電流のｑ軸成分（トルク電流成分）を表しており、Ｉ1＿1は３相誘導電動機２１に流入される１次電流ベクトル、Ｉ1＿2は３相誘導電動機２２に流入される１次電流ベクトル、Ｉ1は総電流ベクトル、Φ2は２次鎖交ベクトルであり、この２次鎖交ベクトルΦ2がｄ軸と一致する様に座標設定されている。
【００３６】
図２は、車輪の径差が零で且つ電車が粘着走行している場合の電流、電圧ベクトルの挙動を模式的に示すもので、同図に示す様に、この場合には、１次電流ベクトルＩ1＿1と１次電流ベクトルＩ1＿2の振幅と位相は等しい。
【００３７】
次に、図３は、車輪の径差が零で且つ３相誘導電動機２２（ＩＭ＿２）によって駆動される車輪が空転或いは滑走した場合の電流、電圧ベクトルの挙動を模式的に示す図である。３相誘導電動機２２によって駆動される車輪が空転すると、１次電流ベクトルＩ1＿2の位相と振幅が変化する。然るに、ベクトル制御演算器４０によって、１次電流ベクトルＩ1＿1と１次電流ベクトルＩ1＿2の和である総電流ベクトルＩ1の位相及び振幅が常に一定となる様に定電流制御されているので、１次電流ベクトルＩ1＿1が、１次電流ベクトルＩ1＿2の変化分をキャンセルする様に変化する。
【００３８】
その結果、総電流ベクトルＩ1の位相及び振幅は一定に保たれるものの、１次電流ベクトルＩ1＿1と１次電流ベクトルＩ1＿2との間に図中両端矢視破線で示すトルク電流差が生じる。このトルク電流差は、１次電流ベクトルＩ1＿1のｑ軸成分（ｉ1q＿1）と、１次電流ベクトルＩ1＿2のｑ軸成分（ｉ1q＿2）の差分（相対値）となる。そこで、例えばこのトルク電流差を検出し、当該トルク電流差が一定の閾値を超えたか否か等によって車輪の空転或いは滑走が検出できる。これが、速度センサレスベクトル制御における空転或いは滑走を検出する原理である。
【００３９】
しかし、実際の電車では車輪が磨耗する事等により径差が生じるので、車輪の空転或いは滑走に拘わらずに、微少ではあるが常にトルク電流差が生じている。図４は、粘着走行時において、車輪径差がある状態での各ベクトルの挙動を模式的に示す図である。図４では、３相誘導電動機２２によって駆動される車輪の直径が、３相誘導電動機２１によって駆動される車輪の直径よりも６[ｍｍ]大きい場合を想定している。即ち、車輪径の大きい軸（３相誘導電動機２２側）が空転する場合である。
【００４０】
この様に、車輪同士に径差がある場合は、各３相誘導電動機のすべり周波数に差が生じる事に伴って、１次電流ベクトルＩ1＿1と１次電流ベクトルＩ1＿2との間に図中両端矢視破線で示すトルク電流差（ｉ1q＿1−ｉ1q＿2）が生じる。以下、粘着走行時において、車輪径差がある状態での１次電流ベクトルＩ1＿1と１次電流ベクトルＩ1＿2とのトルク電流差（ｉ1q＿1−ｉ1q＿2）を特に粘着時電流差Δｉ1qと標記する。
【００４１】
具体的には、空転・滑走検出部５２は、図５に示す如く、加減算部５２１，５２４、スイッチ５２２、ホールド部５２３、及び比較器５２５を備えている。尚、これら各構成要素は、ハードウエアで構成する事もできるが、マイクロコンピュータによるソフトウエア処理で構成する事もできる。
【００４２】
加減算部５２１は、３相誘導電動機２１に流入する１次電流のトルク電流成分ｉ1q＿1と、３相誘導電動機２２に流入する１次電流のトルク電流成分ｉ1q＿2の差を常時算出する。
【００４３】
スイッチ５２２は、図示しない制御手段により、電車が低トルクで粘着走行している際に定期的或いは適時にＯＮ（接続状態）にされ、その時において加減算部５２１が算出するｉ1q＿1とｉ1q＿2の差、即ち粘着時電流差Δｉ1qを後段のホールド部５２３に出力し、しかるのち制御手段により再びＯＦＦ（遮断状態）にされ、加減算部５２１の検出結果がホールド部５２３に出力される事を阻止する。
【００４４】
ホールド部５２３は、スイッチ５２２を介して粘着時電流差Δｉ1qが出力される毎に当該粘着時電流差Δｉ1qの値を保持し、一旦保持した粘着時電流差Δｉ1qの値を加減算部５２４に常時出力する。
【００４５】
加減算部５２４は、３相誘導電動機２１に流入する１次電流のトルク電流成分ｉ1q＿1と、３相誘導電動機２２に流入する１次電流のトルク電流成分ｉ1q＿2の差を常時算出すると共に、当該トルク電流差から、ホールド部５２３より出力される粘着時電流差Δｉ1qを減じる。この事により、トルク電流差について粘着時電流差Δｉ1qを加味した補正が可能となる。そして、加減算部５２４は補正したトルク電流差（以下、「ｉ1qWD」と標記する。）を後段の比較器５２５に出力する。
【００４６】
比較器５２５は、所定の閾値（例えば、３０[Ａ]）を記憶しており、加減算器５２４から出力される補正されたトルク電流差ｉ1qWDの絶対値が、当該閾値を超えたか否かを比較判定する。そして、トルク電流差ｉ1qWDの絶対値が、当該閾値を超えていると判定した場合には、検知信号を後段の指令部５３に出力する。かくして、車輪の空転或いは滑走が検知され、その旨が指令部５３に通知される。
【００４７】
即ち、空転・滑走検出部５２は、３相誘導電動機２１に流入するトルク電流ｉ1q＿1と３相誘導電動機２２に流入するトルク電流ｉ1q＿2の差（相対値）から、粘着時電流差Δｉ1qを減じて得たトルク電流差ｉ1qWDの絶対値が、所定の閾値を超えたか否かに基づいて車輪の空転或いは滑走を検知する。
【００４８】
従って、３相誘導電動機２１に流入するトルク電流ｉ1q＿1と、３相誘導電動機２２に流入するトルク電流ｉ1q＿2の差のみに基づいて、空転或いは滑走を検出していた従来に比して、車輪径差に起因する空転検知への影響がキャンセルされる。更に、粘着時電流差Δｉ1qには、各３相誘導電動機２１，２２同士の特性差も反映されるので、仮に各３相誘導電動機２１，２２同士に特性差が生じていても、当該特性差に起因する空転検知への影響がキャンセルされる。
【００４９】
また、車輪径差に起因して過敏に空転或いは滑走を検出したり、逆に車輪径差がない場合に比べて検知に時間を要するといった問題を解決する事ができる。検知時間の問題は、例えば電車の乗客に対しては乗り心地としてはね返ってくる問題である為、この点においても本発明の意義は大きい。
【００５０】
指令部５３は、空転・滑走検出部５２から検知信号が入力された場合には、所与の割合（例えば、１０００[Ａ／ｓｅｃ]）で増加するトルク電流制御指令を加減算器６０に出力する事により、ベクトル制御演算器４０に入力されるトルク指令値を減少させて、空転した車輪を軌道に再粘着させる。また、その過程で指令部５３は、後述する復帰電流値を算出し、空転した車輪が再粘着した場合は、当該復帰電流値までトルク電流値を所与の割合（例えば、１０００[Ａ／ｓｅｃ]）で復帰させる。
【００５１】
以下、復帰電流値の算出方法について説明する。先ず、３相誘導電動機２１，２２を含む駆動系の状態方程式は、次の（２）式から（４）式で表される。
【００５２】
【数２】
0003890200.tif 000003
【００５３】
【数３】
0003890200.tif 000004
【００５４】
【数４】
0003890200.tif 000005
但し、
【数５】
0003890200.tif 000006
【００５５】
ここで、Ｉ1：１次電流ベクトル、Ｖ1：1次電圧ベクトル、Φ2：２次鎖交磁束ベクトル、ω1：１次角周波数、ω2n：回転子角周波数、ωs：すべり角周波数、ｒ1：１次抵抗、ｒ2：２次抵抗、Ｌ1：１次インダクタンス、Ｌ2：２次インダクタンス、Ｍ：相互インダクタンス、Ｊ：駆動系慣性モーメントである。
【００５６】
（２）式より、３相誘導電動機２２（ＩＭ＿２）によって駆動される車輪と軌道（レール）との接線力に相当する負荷トルクは、次の（５）式で表される。
【００５７】
【数６】
0003890200.tif 000007
【００５８】
（５）式において、３相誘導電動機２２の発生トルクτe＿2は、次の（６）式を用いて近似できる、尚、Φ2d*は、磁束指令値である。
【００５９】
【数７】
0003890200.tif 000008
【００６０】
また、（５）式において、ｄωr＿2／ｄｔは、速度センサによって回転速度ωrを検出しないことから、次の（７）式によって推定する。
【００６１】
【数８】
0003890200.tif 000009
【００６２】
すべり角周波数ωs＿2は、粘着走行時において、次の（８）式の関係で表される。
【００６３】
【数９】
0003890200.tif 000010
【００６４】
３相誘導電動機２２によって駆動される車輪が空転或いは滑走した後、当該空転或いは滑走が検知されるまでの短時間においては、Φ2d＿2は殆ど変化しない。その為、すべり周波数ωs＿2の微分形を次の（９）式によって近似できる。
【００６５】
【数１０】
0003890200.tif 000011
【００６６】
（５）式に（６）式から（８）式を適用すると、空転或いは滑走によって変化した３相誘導電動機２２の負荷トルクτl＿2’が推定できる。すると、３相誘導電動機２２の負荷トルクτl＿2’と発生トルクτe＿2との関係を表す次の（１０）式により、３相誘導電動機２２の発生トルクτe＿2を求める事ができる。
【数１１】
0003890200.tif 000012
但し、ω1は、インバータ１０の周波数である。
【００６７】
かくして、３相誘導電動機２２の発生トルクτe＿2と復帰時のトルク電流値（復帰電流値）ｉ1qとの関係を表す次の（１１）式により、当該復帰電流値を求めることができる。
【数１２】
0003890200.tif 000013
【００６８】
以下、電動機制御装置１の動作を、図６（ａ），（ｂ）に示すシミュレーション結果を参照しながら説明する。図６（ａ）は、３相誘導電動機２１によって駆動される車輪の回転速度Ｖt＿1及び３相誘導電動機２２によって駆動される車輪の回転速度Ｖt＿2の挙動を示すもので、横軸は時間［ｓｅｃ］、縦軸は速度［ｋｍ／ｈ］である。また、図６（ｂ）は、３相誘導電動機２１の発生するトルクτe＿1、実際の負荷トルクτl＿1、トルク電流ｉ1q＿1、励磁電流ｉ1d＿1、３相誘導電動機２２の発生するトルクτe＿2、実際の負荷トルクτl＿2、トルク電流ｉ1q＿2、励磁電流ｉ1d＿2の挙動を示すもので、横軸は時間［ｓｅｃ］、縦軸はトルク［Ｎ−ｍ］及び電流［Ａ］である。
【００６９】
尚、図６は、３相誘導電動機２１によって駆動される車輪の直径が８１４[ｍｍ]、３相誘導電動機２２によって駆動される車輪の直径が８２０[ｍｍ]であり、両車輪に６[ｍｍ]の径差が生じている場合のシミュレーション結果である。また、電車の車両は、２．１[ｋｍ／ｈ／ｓｅｃ]の加速度で定加速度運動をしている。
【００７０】
また、図６（ａ）及び（ｂ）共に、車両速度が３０［ｋｍ／ｈ］のときを０．０[ｓｅｃ]とし、１．０[ｓｅｃ]の時点で空転が発生している。先ず、空転発生前において、電車は、駆動した直後には、粘着走行をしており、発生トルク、実際の負荷トルク、トルク電流、及び励磁電流の値が一定値に安定している。但し、車輪の径差に起因して、発生トルク、実際の負荷トルク、トルク電流、及び励磁電流の夫々において一定の差が生じている。このとき、図示しない制御手段は、スイッチ５２２をＯＮ（接続状態）にする。これにより、粘着走行時におけるｉ1q＿1とｉ1q＿2の差、即ちΔｉ1qがホールド部５２３に保持される。
【００７１】
同図において、０．０[ｓｅｃ]から１．０[ｓｅｃ]までの間は、電車が粘着走行しているので、この間に加減算部５２４によって補正された電流差ｉ1qWDの値は、比較器５２５が記憶する閾値（３０[Ａ]）を超えることはない。
【００７２】
次いで、１．０[ｓｅｃ]の時点において、３相誘導電動機２２によって駆動される車輪が空転すると、３相誘導電動機２２によって駆動される車輪の回転速度Ｖt＿2が急峻に変動すると共に、当該車輪の接線力（負荷トルク）τl＿2が１５％程度減少する。すると、補正されたトルク電流差ｉ1qWDの絶対値が閾値３０[Ａ]を超えるので、比較器５２５は車輪の空転を検知し、検知信号を指令部５３に出力する。これにより、指令部５３によって３相誘導電動機２２のトルク電流成分が１０００[Ａ／ｓｅｃ]の割合で絞りこまれる。また、指令部５３は、検知信号が入力されると、負荷トルクτl＿2’（（１０）式参照）を推定すると共に、これに基づいて復帰電流値を算出する（（１１）式参照）。
【００７３】
トルク電流が絞りこまれる事により、空転した車輪が再びレールに粘着した後、指令部５３は、３相誘導電動機２２に流入するトルク電流成分が復帰電流値に達するまで、１０００[Ａ／ｓｅｃ]の割合で増加させる。
【００７４】
尚、ここで、空転した車輪が再びレールに粘着したか否かの判断については、公知の方法により行ってよい。即ち、再粘着制御における再粘着の判断自体は、本発明の趣旨ではない為、何れの手法を適用することも可能である。例えば、一定期間電流を引き下げることによって再粘着したものと推定する手法を用いてもよい。
【００７５】
以上説明した様に、本実施の形態における電動機制御装置１によれば、次の様な効果が得られる。
（１）空転・滑走検出部５２は、車輪の径差を加味して、各３相誘導電動機に流入するトルク電流差を補正し、補正して得たトルク電流差ｉ1qWDに基づいて車輪の空転或いは滑走を検出するので、当該径差に起因する空転検知への影響がキャンセルされる。更に、Δｉ1qには、各３相誘導電動機２１，２２同士の特性差も反映されるので、仮に各３相誘導電動機２１，２２同士に特性差が生じていても、当該特性差に起因する空転検知への影響がキャンセルされる。従って、再粘着制御を的確に行える。
【００７６】
（２）ホールド部５２３が保持するΔｉ1qの値は、図示しない制御手段によってスイッチ５２２がＯＮ（接続状態）にされる毎に更新されるので、空転・滑走検出部５２は、各３相誘導電動機２１，２２の角速度領域に応じて常に最適なΔｉ1qで以ってトルク電流差を補正できる。また、車輪の径差や各誘導電動機の特性差は、常に一定ではなく経年変化するものであるが、Δｉ1qが更新されるので、当該変化分に起因して空転検知の感度が劣化する事を回避できる。
【００７７】
（３）ベクトル制御演算器４０が定電流制御を行うので、３相誘導電動機２２側の車輪が空転し、当該３相誘導電動機２２のトルク電流ｉ1q＿2が減少すると、その分、３相誘導電動機２１に流入するトルク電流ｉ1q＿1が増加するわけであるが、空転・滑走検出部５２が車輪径差を考慮する事により空転を迅速に検知し、粘着軸のトルクτe＿1が増加する期間を約０．１［ｓｅｃ］以下に抑える事ができる（図６（ｂ）参照）。従って、空転或いは滑走した車輪の再粘着制御に当たって、粘着軸に過度のトルクがかかる事によって生じる全軸空転を的確に回避できる。
【００７８】
尚、本実施の形態における記述内容は、本発明に係る電動機制御装置の好適な１例であり、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、本実施の形態では、ホールド部５２３が保持するΔｉ1qを粘着走行時に適時或いは定期的に更新することとし、当該Δｉ1qでもってトルク電流差を補正する様にしたが、車輪径差を加味してトルク電流差を補正する方式は特にこれに限定されるものではなく、以下の様にして補正値を求めることもできる。
【００７９】
即ち、例えば、高速域においては、車輪径差による磁束への影響が少ないため、トルク電流指令値ｉ1q*に対する電流差Δｉ1qには、近似的に比例関係がある。具体的には、トルク電流指令値ｉ1q*がα[Ａ]の時の電流差Δｉ1qをΔαとすると、トルク電流指令値ｉ1q*がβ[Ａ]の時の電流差Δｉ1qであるΔβは、（β／α）・Δαの演算によって簡易的に求めることが可能である。この場合は、ホールド部５２３と加減算部５２４の間に、当該演算を行い、演算結果を加減算部５２４に出力する演算手段を設けることにより実現できるが、これはソフトウエア処理により構成することができる。この様に空転・滑走検出部を構成すると、基準の補正値Δαを一旦取得しておけば、その後はスイッチ５２２を適時或いは定期的に開閉する必要がなくなる。
【００８０】
また、粘着走行時のトルク電流差から各３相誘導電動機の特性差を含む車輪径差を求め、当該車輪径差における定常特性に基づいて補正値を得る様にしてもよい。この場合は、粘着走行時のトルク電流差値と車輪径差との関係が予め規定された第１テーブル、及び各車輪径差値における定常特性（インバータ出力電流値と補正値Δｉ1qとの関係）が予め規定された第２テーブルを空転・滑走検出部５２内に記憶しておく。
【００８１】
これにより、空転・滑走検出部５２は、第１テ―ブルを参照して、トルク電流差に対応する現在の車輪径差を認識すると共に、第２テーブルを参照し、現在の車輪径差における定常特性を認識できるので、現在のインバータ出力電流値に対応する補正値Δｉ1qを求める事ができる。以上の処理もソフトウエアで実現できる。
【００８２】
より具体的に説明する。誘導電動機のＴ型等価回路を用いると、一次電流とすべりＳの関係は以下の（１２）式で求められる。
【数１３】
0003890200.tif 000014
ここで、ｘ1は一次漏れリアクタンス、ｘ2は二次漏れリアクタンス、ｘmは励磁リアクタンスを示す。
【００８３】
（１２）式を用いることで、各電動機のすべりＳ＿1、Ｓ＿2を求めることができる。ここで、Ｓ＿1、Ｓ＿2は、予めデータテーブルとして保持しても良いし、ニュートン法等を用いて解を導出することとしても良い。
【００８４】
そして、求めたＳ＿1、Ｓ＿2により、以下の値が求まる。
【数１４】
0003890200.tif 000015
【００８５】
ここで、ω2nは回転子角速度、ωeは電源周波数、Ｄは車輪径、ωsはすべり周波数、γは車輪径比である。（１３）式より、各電動機のすべり周波数ωs＿1、ωs＿2が求められ、任意の補正値Δｉ1qが求められる。
【００８６】
更に、各３相誘導電動機を励磁状態としたとき、各３相誘導電動機のトルク電流を求め、そのトルク電流に基づいてすべり周波数を求め、そのすべり周波数に基づいて各３相誘導電動機の回転速度の差を求め、その回転速度の差から車輪径差を求め、当該車輪径差に基づいて所定のインバータ電流における補正値Δｉ1qを求める様にしてもよい。この処理もソフトウエア処理で容易に実現できる。
【００８７】
より具体的に説明する。惰行中に、ある１軸のすべりを０に合わせる。例えば、１軸のすべりを０とした場合、車輪径差があれば、ｉ1q＿1が０[Ａ]、ｉ1q＿2がＩ[Ａ]となって、２軸に一定のトルク電流が生じる。
従って、ω2n＿1＝ωe、ω2n＿2＝ωe＋Δωsとして、角電動機速度が求められる。このため、
【数１５】
0003890200.tif 000016
が得られる。
【００８８】
ここで、ω2n＿1´、トルク電流指令値ｉ1q*を与えた時を考える。車輪径比γを用いれば、（１５）式を用いてω2n＿2´が求まる。
【数１６】
0003890200.tif 000017
【００８９】
インバータ角周波数ωeを、ωe＝ω2n＿1´＋ωs*とし、第２軸に着目すると、以下の様に、（１６）式が導き出せる。
【数１７】
0003890200.tif 000018
【００９０】
以上により、補正値Δｉ1qを求める様にしてもよい。
【００９１】
また、（１３）式に示す演算等により、各電動機のすべり周波数ωs＿1、ωs＿2を推定できるが、この推定値により、車輪径差（経年変化等）を推定・演算し、車輪径差を管理することが可能である。また、Δｉ1qやΔωs等により、車輪径比γを求め、車輪径差の管理をすることも可能である。
【００９２】
また、本実施の形態においては、１つのインバータで２つのモータを駆動する車両（「１Ｃ２Ｍ」と称されている。）に本発明を適用したが、１つのインバータで４つのモータを駆動する車両（「１Ｃ４Ｍ」と称されている。）にも同様に本発明を適用できる。
【００９３】
また、本発明は、電車のみならず、電気自動車や工作機械、エレベータ等に適用しても同様な効果が得られる。その他、電動機制御装置１の細部構成、及び動作に関しても、本発明の趣旨を逸脱することのない範囲で適宜に変更可能であることは勿論である。
【００９４】
【発明の効果】
本発明によれば、車輪径差に起因する空転検知への影響及び各誘導電動機同士の定常的な特性差がキャンセルされるので、速度センサレスベクトル制御において、車輪径差を考慮した高精度の空転・滑走検出を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態における電動機制御装置の構成を示すブロック図。
【図２】径差及び空転滑走がない場合における１次電流ベクトルの挙動を示す図。
【図３】図２において３相誘導電動機２２側の車輪に空転滑走が発生した場合の１次電流ベクトルの挙動を示す図。
【図４】空転滑走はないが径差がある場合における１次電流ベクトルの挙動を示す図。
【図５】図１の再粘着制御演算器の構成を示すブロック図。
【図６】空転時の応答を示すシミュレーション結果。
【符号の説明】
１              電動機制御装置
２１，２２      ３相誘導電動機
３１，３２      電流センサ
５０            再粘着制御演算器
５１            座標変換部
５２            空転・滑走検出部
５２１，５２４  加減算部
５２２          スイッチ
５２３          ホールド部
５２５          比較部
５３            指令部
【図１】
0003890200.tif 000019
【図２】
0003890200.tif 000020
【図３】
0003890200.tif 000021
【図４】
0003890200.tif 000022
【図５】
0003890200.tif 000023
【図６】
0003890200.tif 000024