(57)【要約】【課題】電気車の速度センサレス制御において、誘導電動機の推定速度が実速度に収束するまでの収束時間を短縮する。【解決手段】実施形態の電気車制御装置は、誘導電動機の速度センサレス制御を行う電気車制御装置である。前記電気車制御装置は、パルスモード保持部と、初期速度取得部と、回転速度推定部とを備える。前記パルスモード保持部は、ノッチオフまたはブレーキオフ時に、前記誘導電動機を駆動するインバータの動作モードであるパルスモードを保持する。前記初期速度取得部は、再力行または再ブレーキ時に、前記保持されたパルスモードに基づいて、パルスモードごとに前記誘導電動機の推定初期速度を格納する初期速度データベースから推定初期速度を取得する。前記回転速度推定部は、前記取得された推定初期速度を前記誘導電動機の初期速度の推定値として用いて前記誘導電動機の回転速度を推定する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気車の動力源である誘導電動機の速度センサレス制御を行う電気車制御装置であって、
ノッチオフまたはブレーキオフ時に、前記誘導電動機を駆動するインバータの動作モードであるパルスモードを保持するパルスモード保持部と、
再力行または再ブレーキ時に、前記保持されたパルスモードに基づいて、パルスモードごとに前記誘導電動機の推定初期速度を格納する初期速度データベースから推定初期速度を取得する初期速度取得部と、
前記取得された推定初期速度を前記誘導電動機の初期速度の推定値として用いて前記誘導電動機の回転速度を推定する回転速度推定部と、
を備えることを特徴とする電気車制御装置。
【請求項２】
前記初期速度取得部は、ノッチオフ前の前記電気車の加速度が第１の閾値よりも大きく、かつ前記第１の閾値より大きい第２の閾値よりも小さい場合、再力行時に、前記ノッチオフ時に保持されたパルスモードに対応する推定初期速度を前記初期速度データベースから取得することを特徴とする請求項１に記載の電気車制御装置。
【請求項３】
前記初期速度取得部は、ブレーキオフ前の前記電気車の加速度が第１の閾値よりも大きく、かつ前記第１の閾値より大きい第２の閾値よりも小さい場合、再ブレーキ時に、前記ブレーキオフ時に保持されたパルスモードに対応する推定初期速度を前記初期速度データベースから取得することを特徴とする請求項１に記載の電気車制御装置。
【請求項４】
前記初期速度取得部は、前記電気車が力行で上り勾配区間を走行するとき、再力行時に、前記ノッチオフ時に保持されたパルスモードの低段のパルスモードに対応する推定初期速度を前記初期速度データベースから取得することを特徴とする請求項１に記載の電気車制御装置。
【請求項５】
前記初期速度取得部は、ノッチオフ前の前記電気車の加速度が第１の閾値よりも小さい場合、再力行時に、前記ノッチオフ時に保持されたパルスモードの低段のパルスモードに対応する推定初期速度を前記初期速度データベースから取得することを特徴とする請求項１に記載の電気車制御装置。
【請求項６】
前記初期速度取得部は、前記電気車が力行で下り勾配区間を走行するとき、再力行時に、前記ノッチオフ時に保持されたパルスモードの高段のパルスモードに対応する推定初期速度を前記初期速度データベースから取得することを特徴とする請求項１に記載の電気車制御装置。
【請求項７】
前記初期速度取得部は、ノッチオフ前の前記電気車の加速度が第１の閾値より大きい第２の閾値よりも大きい場合、再力行時に、前記ノッチオフ時に保持されたパルスモードの高段のパルスモードに対応する推定初期速度を前記初期速度データベースから取得することを特徴とする請求項１に記載の電気車制御装置。
【請求項８】
前記初期速度取得部は、前記電気車がブレーキ走行で上り勾配区間を走行するとき、再ブレーキ時に、前記ブレーキオフ時に保持されたパルスモードの低段のパルスモードに対応する推定初期速度を前記初期速度データベースから取得することを特徴とする請求項１に記載の電気車制御装置。
【請求項９】
前記初期速度取得部は、ブレーキオフ前の前記電気車の加速度が第１の閾値よりも小さい場合、再ブレーキ時に、前記ブレーキオフ時に保持されたパルスモードの低段のパルスモードに対応する推定初期速度を前記初期速度データベースから取得することを特徴とする請求項１に記載の電気車制御装置。
【請求項１０】
前記初期速度取得部は、前記電気車がブレーキ走行で下り勾配区間を走行するとき、再ブレーキ時に、前記ブレーキオフ時に保持されたパルスモードの高段のパルスモードに対応する推定初期速度を前記初期速度データベースから取得することを特徴とする請求項１に記載の電気車制御装置。
【請求項１１】
前記初期速度取得部は、ブレーキオフ前の前記電気車の加速度が第１の閾値より大きい第２の閾値よりも大きい場合、再ブレーキ時に、前記ブレーキオフ時に保持されたパルスモードの高段のパルスモードに対応する推定初期速度を前記初期速度データベースから取得することを特徴とする請求項１に記載の電気車制御装置。
【請求項１２】
電気車の動力源である誘導電動機の速度センサレス制御を行う電気車制御装置による制御方法であって、
ノッチオフまたはブレーキオフ時に、前記誘導電動機を駆動するインバータの動作モードであるパルスモードを保持するステップと、
再力行または再ブレーキ時に、前記保持されたパルスモードに基づいて、パルスモードごとに前記誘導電動機の推定初期速度を格納する初期速度データベースから推定初期速度を取得するステップと、
前記取得された推定初期速度を前記誘導電動機の初期速度の推定値として用いて前記誘導電動機の回転速度を推定するステップと、
を備えることを特徴とする制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、電気車制御装置および制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
誘導電動機の制御方法の一つとして、いわゆる速度センサレス制御が知られている。速度センサレス制御では、誘導電動機の回転速度を検出する速度センサを用いずに回転速度を推定し、誘導電動機の制御を行う。速度センサが不要となるため、誘導電動機の製造コストやメンテナンス費用を低減でき、誘導電動機の小型化等を図ることが可能となる。このため、鉄道の分野においても、速度センサレス制御を適用した電気車が検討されている。
【０００３】
速度センサレス制御を電気車に適用する場合は、電気車特有の動作に対応する必要がある。すなわち、力行時にノッチオフ（ノッチを切る）し、その後ノッチオン（ノッチを投入）する再力行や、電気ブレーキによるブレーキ走行時にブレーキオフ（電気ブレーキ解除）し、その後ブレーキオンする再ブレーキに対応することが必要になる。ノッチオフまたはブレーキオフにより、誘導電動機を駆動するインバータは一旦停止し、電気車は惰行運転に移行する。その後、ノッチオンまたはブレーキオンによりインバータが再起動することで電気車は再力行または再ブレーキ走行する。
【０００４】
ところで、速度センサレス制御では、誘導電動機に電流を流していない間（すなわちインバータが停止している間）は原理的に回転速度を推定することができない。このため、零速から起動するとき、ノッチオフからノッチオンまでの期間、およびブレーキオフからブレーキオンまでの期間については、誘導電動機の回転速度を推定することはできない。
【０００５】
従来の電気車の速度センサレス制御では、図１０に示すように、ノッチオンする際、十分に高い回転速度（ｖ０）を初期速度の推定値として用い、推定速度が実際の回転速度（実速度）に収束するように速度推定を行う。しかしながら、初期速度の推定値と実速度とが大きく乖離しているため、推定速度が実速度に収束するまでの収束時間が長くなってしまう。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００５−１７６４９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明が解決しようとする課題は、電気車の速度センサレス制御において、誘導電動機の推定速度が実速度に収束するまでの収束時間を短縮することができる電気車制御装置および制御方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
実施形態の電気車制御装置は、電気車の動力源である誘導電動機の速度センサレス制御を行う電気車制御装置である。前記電気車制御装置は、パルスモード保持部と、初期速度取得部と、回転速度推定部と、を備える。前記パルスモード保持部は、ノッチオフまたはブレーキオフ時に、前記誘導電動機を駆動するインバータの動作モードであるパルスモードを保持する。前記初期速度取得部は、再力行または再ブレーキ時に、前記保持されたパルスモードに基づいて、パルスモードごとに前記誘導電動機の推定初期速度を格納する初期速度データベースから推定初期速度を取得する。前記回転速度推定部は、前記取得された推定初期速度を前記誘導電動機の初期速度の推定値として用いて前記誘導電動機の回転速度を推定する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】実施形態に係る電気車駆動システム１００の概略構成図である。
【図２】実施形態に係る電気車制御装置１の概略構成図である。
【図３】（ａ）はパルスモード保持部２に保持されたパルスモード（段数）の一例であり、（ｂ）は実施形態に係る初期速度データベース１２の一例を示す図である。
【図４】実施形態に係る電気車制御装置１による制御方法を示すフローチャートである。
【図５】電気車が力行時に平坦区間を走行する場合における、誘導電動機３０の回転速度（推定速度、実速度）の時間変化を示す図である。
【図６】電気車が力行時に上り勾配区間を走行する場合における、誘導電動機３０の回転速度（推定速度、実速度）の時間変化を示す図である。
【図７】電気車が力行時に下り勾配区間を走行する場合における、誘導電動機３０の回転速度（推定速度、実速度）の時間変化を示す図である。
【図８】電気車がブレーキ走行時に上り勾配区間を走行する場合における、誘導電動機３０の回転速度（推定速度、実速度）の時間変化を示す図である。
【図９】電気車がブレーキ走行時に下り勾配区間を走行する場合における、誘導電動機３０の回転速度（推定速度、実速度）の時間変化を示す図である。
【図１０】従来、電気車が力行時に平坦区間を走行する場合における、誘導電動機の回転速度（推定速度、実速度）の時間変化を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。
【００１１】
まず、電気車を駆動するための電気車駆動システム１００について図１を参照して説明する。
【００１２】
電気車駆動システム１００は、図１に示すように、電気車制御装置１と、インバータ２０と、電気車の動力源である誘導電動機３０と、電流検出部４０と、コンデンサ５０と、リアクトル６０と、パンタグラフ７０と、車輪８０と、架線９１と、レール９２とを有している。なお、架線から交流電力を受電する場合には、インバータ２０の直流側に、交流電力を直流電力に変換するコンバータ（図示せず）が設けられてもよい。
【００１３】
電気車制御装置１は、誘導電動機３０の制御を行う。より詳しくは、電気車制御装置１は、誘導電動機３０の回転速度を検出する速度センサを用いずに誘導電動機３０を制御する、いわゆる速度センサレス制御を行う。電気車制御装置１の詳細については、後ほど詳しく説明する。
【００１４】
インバータ２０は、パンタグラフ７０を介して架線９１から受電した直流電力を交流電力に変換する。このインバータ２０は、変換した交流電力を誘導電動機３０に供給することにより、誘導電動機３０を駆動する。インバータ２０は、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）等の複数のスイッチ素子を有する。これらのスイッチ素子は電気車制御装置１から出力されたゲート信号ＳＧによりオンオフ制御される。なお、インバータ２０は、例えばＶＶＶＦ（Variable Voltage Variable Frequency）インバータである。
【００１５】
誘導電動機３０は、三相の誘導電動機であり、車輪８０を回転させることにより電気車を走行させる。
【００１６】
電流検出部４０は、インバータ２０から誘導電動機３０に供給される交流電流を検出し、検出された電流（Ｕ相電流Ｉｕ、Ｖ相電流Ｉｖ、Ｗ相電流Ｉｗ）を電気車制御装置１に出力する。なお、電流検出部４０は、三相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）の電流を全て検出する場合に限られず、任意の二相の電流を検出するようにしてもよい。
【００１７】
コンデンサ５０は、図１に示すように、インバータ２０の直流側の正極端子と負極端子との間に接続されている。リアクトル６０は、一端がパンタグラフ７０に接続され、他端がインバータ２０の直流側の正極端子に接続されている。コンデンサ５０とリアクトル６０はローパスフィルタを構成し、電流リプルを低減する。
【００１８】
車輪８０は、インバータ２０の直流側の負極端子に接続されている。この車輪８０は、正極となる架線９１に対して負極となるレール９２に電気的に接触する。
【００１９】
次に、速度センサレス制御を行う電気車制御装置１について説明する。
【００２０】
電気車制御装置１は、図２に示すように、パルスモード保持部２と、初期速度取得部３と、回転速度推定部４と、電圧指令値生成部５と、パルスモード決定部６と、ゲート信号生成部７と、加速度演算部８と、積分器９と、ｄｑ変換器１０と、逆ｄｑ変換器１１と、初期速度データベース１２とを有している。
【００２１】
パルスモード保持部２は、ノッチオフまたはブレーキオフ（電気ブレーキ解除）時に、その時点におけるパルスモードを保持する。より詳しくは、パルスモード保持部２は、ノッチオフまたはブレーキオフの指令を把握すると、パルスモード決定部６から、その時点におけるパルスモードを取得し、取得したパルスモードを保持する。なお、ノッチオフまたはブレーキオフの把握は、電気車の運転台（図示せず）からの電流指令値Ｉｄ＊，Ｉｑ＊を直接受信することにより行われてもよいし、回転速度推定部４または電圧指令値生成部５から通知を受信することにより行われてもよい。
【００２２】
上記のパルスモードは、インバータ２０の動作モードを示し、例えば非同期パルスモード、同期パルスモード、３パルスモード、１パルスモード等がある。図３（ａ）に示すように、パルスモード保持部２は、例えばパルスモードの段数を保持する。なお、パルスモード保持部２に保持される情報は、パルスモードの段数に限らず、パルスモードを識別可能な情報（パルスモード識別情報）であればよい。
【００２３】
初期速度取得部３は、再力行または再ブレーキ時に、パルスモード保持部２に保持されたパルスモードに基づいて、初期速度データベース１２から推定初期速度を取得する。より詳しくは、後ほど詳しく説明するように、初期速度取得部３は、パルスモード保持部２に保持されたパルスモードと、ノッチオフまたはブレーキオフ前の加速度（電気車の加速度）とに基づいて、初期速度データベース１２から推定初期速度を取得する。なお、ノッチオフまたはブレーキオフ前の加速度は、ノッチオフまたはブレーキオフ直前の加速度でもよいし、ノッチオフまたはブレーキオフから所定時間前（例えばノッチオフの３秒前）の加速度であってもよい。また、加速度は、瞬時加速度でもよいし、平均加速度であってもよい。
【００２４】
初期速度データベース１２は、図３（ｂ）に示すように、パルスモードごとに誘導電動機３０の推定初期速度を格納している。推定初期速度は、後述の回転速度推定部４が誘導電動機３０の回転速度を推定する際に、初期速度の推定値として使用される。図３（ｂ）中の推定初期速度ｖ１，ｖ２，ｖ３，ｖ４の間には、ｖ１＜ｖ２＜ｖ３＜ｖ４の関係がある。すなわち、推定初期速度は、パルスモードの段数が上がるほど大きくなる。このことから分かるように、段数の高いパルスモードほど、高速走行用のパルスモードである。なお、初期速度データベース１２は、電気車制御装置１の内部に設けられる場合に限られず、電気車制御装置１の外部に設けられてもよい。
【００２５】
回転速度推定部４は、電気車の運転台（図示せず）から受信した電流指令値Ｉｄ＊，Ｉｑ＊と、ｄｑ変換器１０から受信した電流検出値Ｉｄ，Ｉｑと、初期速度取得部３から受信した推定初期速度とに基づいて、誘導電動機３０の回転速度を推定し、推定速度を出力する。ここで、電流検出値Ｉｄ，Ｉｑは、電流検出部４０で検出された三相交流電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗをｄｑ変換器１０によってｄｑ変換することにより得られたｄ軸電流およびｑ軸電流である。
【００２６】
速度推定を行う際、回転速度推定部４は、初期速度取得部３により取得された推定初期速度を誘導電動機３０の初期速度の推定値として用いて誘導電動機３０の回転速度を推定する。
【００２７】
電圧指令値生成部５は、電流指令値Ｉｄ＊，Ｉｑ＊、電流検出値Ｉｄ，Ｉｑおよび回転速度推定部４により推定された回転速度に基づいて、フィードバック制御により電圧指令値Ｖｄ＊,Ｖｑ＊を生成する。生成された電圧指令値Ｖｄ＊,Ｖｑ＊は、逆ｄｑ変換器１１によって三相の電圧指令値Ｖｕ＊，Ｖｖ＊，Ｖｗ＊に変換されゲート信号生成部７に送られる。
【００２８】
ゲート信号生成部７は、後述のパルスモード決定部６により決定されたパルスモードおよび電圧指令値Ｖｕ＊，Ｖｖ＊，Ｖｗ＊に基づいてインバータ２０のスイッチ素子をオンオフするためのゲート信号ＳＧを生成する。ゲート信号は、例えば、搬送波である三角波と信号波である正弦波とを比較する三角正弦比較法により生成される。
【００２９】
パルスモード決定部６は、回転速度推定部４により推定された誘導電動機３０の回転速度（推定速度）と、電圧指令値生成部５により生成された電圧指令値とに基づいてパルスモードを決定する。
【００３０】
加速度演算部８は、回転速度推定部４から出力された推定速度に基づいて電気車の加速度を演算する。演算された加速度は初期速度取得部３に出力される。なお、加速度演算部８は、電気車の加速度として、瞬時加速度を演算してもよいし、あるいは平均加速度を演算してもよい。
【００３１】
積分器９は、回転速度推定部４により推定された回転速度を積分し、ｄｑ変換器１０および逆ｄｑ変換器１１に出力する。ｄｑ変換器１０および逆ｄｑ変換器１１は、積分器９で得られた積分値を利用して電流位相を把握し、ｄｑ変換および逆ｄｑ変換をそれぞれ行う。
【００３２】
次に、上記の電気車制御装置１による制御方法について、図４のフローチャートを参照して説明する。なお、以下の説明では、ノッチオフ／再力行の場合について説明するが、ブレーキオフ／再ブレーキの場合も同様である。
【００３３】
まず、パルスモード保持部２が、ノッチオフか否かを判定する（ステップＳ１）。この判定は、運転台から直接受信した電流指令値Ｉｄ＊，Ｉｑ＊に基づいて行われてもよいし、回転速度推定部４または電圧指令値生成部５から受信した通知に基づいて行われてもよい。パルスモード保持部２がノッチオフと判定した場合には、ステップＳ２に進む。なお、本ステップＳ１の判定は、パルスモード保持部２以外の要素（例えば回転速度推定部４、電圧指令値生成部５）で行われてもよい。
【００３４】
ステップＳ２では、パルスモード保持部２が、現在のパルスモードをパルスモード決定部６から取得して保持する。
【００３５】
ステップＳ２の後、初期速度取得部３が、再力行か否かを判定する（ステップＳ３）。この判定は、運転台から直接受信した電流指令値Ｉｄ＊，Ｉｑ＊に基づいて行われてもよいし、回転速度推定部４または電圧指令値生成部５から受信した通知に基づいて行われてもよい。初期速度取得部３が、再力行または再ブレーキと判定した場合には、ステップＳ４に進む。なお、本ステップＳ３の判定は、初期速度取得部３以外の要素（例えば回転速度推定部４、電圧指令値生成部５）で行われてもよい。
【００３６】
ステップＳ４では、初期速度取得部３が、パルスモード保持部２に保持されたパルスモードに基づいて、初期速度データベース１２から推定初期速度を取得する。本ステップの詳細は、電気車が走行する区間の種別、すなわち、平坦区間、上り勾配区間および下り勾配区間のいずれかによって異なる。
【００３７】
ステップＳ４の後、回転速度推定部４が、初期速度取得部３により取得された推定初期速度を誘導電動機３０の初期速度の推定値として用いて誘導電動機３０の回転速度を推定する（ステップＳ５）。
【００３８】
以下、電気車の走行種別（力行、ブレーキ走行）および区間種別（平坦区間、上り勾配区間、下り勾配区間）毎に、電気車制御装置１（初期速度取得部３）の動作について詳しく説明する。
【００３９】
（力行時平坦区間）
電気車が力行時に平坦区間を走行する場合について説明する。ノッチオフから再力行まで電気車が平坦区間を惰行する間、電気車の速度は大きく変化しない。このため、再力行時には、ノッチオフ時にパルスモード保持部２に保持されたパルスモードと同じパルスモードを使用する。
【００４０】
初期速度取得部３は、ノッチオフ前の電気車の加速度が第１の閾値よりも大きく、かつ前記第１の閾値より大きい第２の閾値よりも小さい場合、電気車が平坦な区間を走行中であると判断する。例えば、第１の閾値は、電気車が平坦区間を力行する際の加速度の１０〜２０％減の値であり、第２の閾値は、当該加速度の１０〜２０％増の値である。
【００４１】
その後、再力行時に、初期速度取得部３は、ノッチオフ時に保持されたパルスモードをパルスモード保持部２から取得し、取得したパルスモードに対応する推定初期速度を初期速度データベース１２から取得する。そして、回転速度推定部４が初期速度取得部３により取得された推定初期速度を用いて誘導電動機３０の回転速度を推定する。
【００４２】
図５は、電気車が力行時に平坦区間を走行する場合における、誘導電動機３０の回転速度（推定速度、実速度）の時間変化を示している。電気車は時刻ｔ１から時刻ｔ２までの間、停止状態からパルスモード１で力行運転を行う。そして、時刻ｔ２でノッチオフし、惰行運転に移行する。ノッチオフ時に使用されていたパルスモード１がパルスモード保持部２に保持される。
【００４３】
その後、時刻ｔ３において、電気車は、ノッチオフ時に保持されたパルスモード１で力行運転を開始する。この際、推定速度の初期値として、パルスモード１に対応する推定初期速度ｖ１が使用される。なお、図５の例では、時刻ｔ４でノッチオフする前にパルスモードが１から２に切り替わる。このため、ノッチオフ時、パルスモード保持部２にパルスモード２が保持される。その後、時刻ｔ４から時刻ｔ５までの惰行運転を経て、電気車は時刻ｔ５から時刻ｔ６までの間、時刻ｔ４のノッチオフ時に保持されたパルスモードであるパルスモード２で力行運転を行う。推定速度の初期値として、パルスモード２に対応する推定初期速度ｖ２が使用される。時刻ｔ５から時刻ｔ６の間パルスモードは切り替わらないため、時刻ｔ７からの力行運転においても、推定速度の初期値として、パルスモード２に対応する推定初期速度ｖ２が使用される。
【００４４】
上記のように推定初期速度を設定することで、電気車が力行時に平坦区間を走行する場合において、再力行時に推定速度と実速度との差が小さくなり、推定速度が実速度に収束するまでの収束時間を短縮することができる。
【００４５】
なお、上記の説明では、電気車が平坦な区間を力行する場合について説明したが、電気車が平坦な区間をブレーキ走行（電気ブレーキをかけた状態で走行）する場合についても同様である。この場合、初期速度取得部３は、ブレーキオフ前の電気車の加速度が前述の第１の閾値よりも大きく、かつ前述の第２の閾値よりも小さい場合、再ブレーキ時に、ブレーキオフ時に保持されたパルスモードに対応する推定初期速度を初期速度データベース１２から取得する。
【００４６】
（力行時上り勾配区間）
次に、電気車が力行時に上り勾配区間を走行する場合について説明する。ノッチオフから再力行まで電気車が上り勾配区間を惰性走行する間、電気車の速度は低下する。このため、再力行時には、ノッチオフ時にパルスモード保持部２に保持されたパルスモードではなく、当該パルスモードの低段のパルスモードを使用する。本明細書において、保持されたパルスモードの低段のパルスモードとは、保持されたパルスモードの段数よりも段数が低いパルスモードのことである。例えば、パルスモード２が保持されている場合、その低段のパルスモードはパルスモード１である。
【００４７】
初期速度取得部３は、ノッチオフ前の電気車の加速度が前述の第１の閾値よりも小さい場合、電気車が上り勾配区間を走行中であると判断する。その後、再力行時に、初期速度取得部３は、ノッチオフ時に保持されたパルスモードをパルスモード保持部２から取得し、取得したパルスモードの低段のパルスモードに対応する推定初期速度を初期速度データベース１２から取得する。そして、回転速度推定部４が初期速度取得部３により取得された推定初期速度を用いて誘導電動機３０の回転速度を推定する。
【００４８】
図６は、電気車が力行時に上り勾配区間を走行する場合における、誘導電動機３０の回転速度（推定速度、実速度）の時間変化を示している。電気車は時刻ｔ１から時刻ｔ２までの間、停止状態からパルスモード１で力行運転を行う。そして、時刻ｔ２でノッチオフし、惰行運転に移行する。ノッチオフ時に使用されていたパルスモード１がパルスモード保持部２に保持される。
【００４９】
その後、時刻ｔ３において、電気車は、ノッチオフ時に保持されたパルスモード１で力行運転を開始する。この際、推定速度の初期値として、パルスモード１に対応する推定初期速度ｖ１が使用される。ここでは、パルスモード１より低段のパルスモードが存在しないため、パルスモード１を使用している。なお、図６の例では、時刻ｔ４でノッチオフする前にパルスモードが１から２に切り替わる。このため、ノッチオフ時、パルスモード保持部２にパルスモード２が保持される。その後、時刻ｔ４から時刻ｔ５までの惰行運転を経て、電気車は時刻ｔ５から時刻ｔ６までの間、時刻ｔ４のノッチオフ時に保持されたパルスモード２の低段のパルスモードであるパルスモード１で力行運転を行う。推定速度の初期値として、パルスモード１に対応する推定初期速度ｖ１が使用される。
【００５０】
なお、低段のパルスモードとして、ノッチオフ時に保持されたパルスモードの段数よりも２段以上低いパルスモードを用いてもよい。例えば、電気車がパルスモード３で力行しており、ノッチオフ前の加速度が所定の閾値（例えば前述の第１の閾値より小さい第３の閾値）よりも小さい場合には、急な上り勾配と判断して、初期速度取得部３は、再力行時に、保持されたパルスモードの段数より２段低いパルスモード１に対応する推定初期速度を初期速度データベース１２から取得してもよい。
【００５１】
上記のようにすることで、電気車が力行時に上り勾配区間を走行する場合において、再力行時に推定速度と実速度との差が小さくなり、推定速度が実速度に収束するまでの収束時間を短縮することができる。
【００５２】
（力行時下り勾配）
次に、電気車が力行時に下り勾配区間を走行する場合について説明する。ノッチオフから再力行まで電気車が下り勾配区間を惰行する間、電気車の速度は上昇する。このため、再力行時には、ノッチオフ時にパルスモード保持部２に保持されたパルスモードではなく、当該パルスモードの高段のパルスモードを使用することが望ましい。本明細書において、保持されたパルスモードの高段のパルスモードとは、保持されたパルスモードの段数よりも段数が高いパルスモードのことである。例えば、パルスモード３が保持されている場合、その高段のパルスモードはパルスモード４である。
【００５３】
初期速度取得部３は、ノッチオフ前の電気車の加速度が前述の第２の閾値よりも大きい場合、電気車が下り勾配区間を走行中であると判断する。その後、再力行時に、初期速度取得部３は、ノッチオフ時に保持されたパルスモードをパルスモード保持部２から取得し、取得したパルスモードの高段のパルスモードに対応する推定初期速度を初期速度データベース１２から取得する。そして、回転速度推定部４が初期速度取得部３により取得された推定初期速度を用いて誘導電動機３０の回転速度を推定する。
【００５４】
図７は、電気車が力行時に下り勾配区間を走行する場合における、誘導電動機３０の回転速度（推定速度、実速度）の時間変化を示している。電気車は時刻ｔ１から時刻ｔ２までの間、停止状態からパルスモード１で力行運転を行う。そして、時刻ｔ２でノッチオフし、惰行運転に移行する。ノッチオフ時に使用されていたパルスモード１がパルスモード保持部２に保持される。
【００５５】
その後、時刻ｔ３でノッチオンし、時刻ｔ４までの間、ノッチオフ時に保持されたパルスモード１の高段のパルスモードであるパルスモード２を用いて力行運転を行う。推定速度の初期値として、パルスモード２に対応する推定初期速度ｖ２が使用される。
【００５６】
その後、時刻ｔ４でノッチオフし、惰行運転に移行する。この際、ノッチオフ時に使用されていたパルスモード２がパルスモード保持部２に保持される。時刻ｔ５でノッチオンし、時刻ｔ６までの間、時刻ｔ４のノッチオフ時に保持されたパルスモード２の高段のパルスモードであるパルスモード３を用いて力行運転を行う。なお、図７の例では、ノッチオフ（時刻ｔ４）前の回転速度が、パルスモード２に対応する所定の閾値を下回ったので、時刻ｔ５からの力行運転ではパルスモードの段数を上げずに、時刻ｔ４で保持されたパルスモード２を用いている。パルスモード２に対応する所定の閾値は、例えば、パルスモード２からパルスモード３に切り替わる速度から所定値だけ下回る速度である。同様に、各パルスモードに対応する閾値が予め決められている。閾値は段数が高いほど大きな値である。
【００５７】
このように、初期速度取得部３は、ノッチオフ前の回転速度がそのときのパルスモードに応じた閾値以上の場合には、再力行時に、パルスモード保持部２に保持されたパルスモードの高段のパルスモードに対応する推定初期速度を用いて速度推定を行い、そうでない場合には、パルスモード保持部２に保持されたパルスモードに対応する推定初期速度を用いて速度推定するようにしてもよい。これにより、収束時間をさらに短縮することができる。
【００５８】
なお、高段のパルスモードとして、ノッチオフ時に保持されたパルスモードの段数よりも２段以上高いパルスモードを用いてもよい。例えば、電気車がパルスモード１で力行しており、ノッチオフ前の加速度が所定の閾値（例えば前述の第２の閾値より大きい第３の閾値）よりも大きい場合には、急な下り勾配と判断して、初期速度取得部３は、再力行時に、保持されたパルスモードの段数より２段高いパルスモード３に対応する推定初期速度を初期速度データベース１２から取得してもよい。
【００５９】
上記のようにすることで、電気車が力行時に下り勾配区間を走行する場合において、再力行時に推定速度と実速度との差が小さくなり、推定速度が実速度に収束するまでの収束時間を短縮することができる。
【００６０】
（ブレーキ走行時上り勾配区間）
次に、電気車がブレーキ走行時に上り勾配区間を走行する場合について説明する。ブレーキオフから再ブレーキまで電気車が上り勾配区間を惰行する間、電気車の速度は低下する。このため、再ブレーキ時には、ブレーキオフ時にパルスモード保持部２に保持されたパルスモードではなく、当該パルスモードの低段のパルスモードを使用する。
【００６１】
初期速度取得部３は、ブレーキオフ前の電気車の加速度が前述の第１の閾値よりも小さい場合、電気車が上り勾配区間を走行中であると判断する。その後、再ブレーキ時に、初期速度取得部３は、ブレーキオフ時に保持されたパルスモードをパルスモード保持部２から取得し、取得したパルスモードの低段のパルスモードに対応する推定初期速度を初期速度データベース１２から取得する。そして、回転速度推定部４が初期速度取得部３により取得された推定初期速度を用いて誘導電動機３０の回転速度を推定する。
【００６２】
図８は、電気車がブレーキ走行時に上り勾配区間を走行する場合における、誘導電動機３０の回転速度（推定速度、実速度）の時間変化を示している。電気車は時刻ｔ１から時刻ｔ２までの間、パルスモード２でブレーキ走行を行う。そして、時刻ｔ２でブレーキオフし、惰行運転に移行する。ブレーキオフ時に使用されていたパルスモード２がパルスモード保持部２に保持される。
【００６３】
その後、電気車は時刻ｔ３で再ブレーキを行い、時刻ｔ４までの間、ブレーキオフ時に保持されたパルスモード２の低段のパルスモードであるパルスモード１でブレーキ走行を行う。この際、推定速度の初期値として、パルスモード１に対応する推定初期速度ｖ１が使用される。
【００６４】
なお、低段のパルスモードとして、ブレーキオフ時に保持されたパルスモードの段数よりも２段以上低いパルスモードを用いてもよい。例えば、電気車がパルスモード３でブレーキ走行しており、ブレーキオフ前の加速度が所定の閾値（例えば前述の第１の閾値より小さい第３の閾値）よりも小さい場合には、急な上り勾配と判断して、初期速度取得部３は、再ブレーキ時に、保持されたパルスモードの段数より２段低いパルスモード１に対応する推定初期速度を初期速度データベース１２から取得してもよい。
【００６５】
上記のようにすることで、電気車がブレーキ走行時に上り勾配区間を走行する場合において、再ブレーキ時に推定速度と実速度との差が小さくなり、推定速度が実速度に収束するまでの収束時間を短縮することができる。
【００６６】
（ブレーキ走行時下り勾配区間）
次に、電気車がブレーキ走行時に下り勾配区間を走行する場合について説明する。ブレーキオフから再ブレーキまで電気車が下り勾配区間を惰行する間、電気車の速度は上昇する。このため、再ブレーキ時には、ブレーキオフ時にパルスモード保持部２に保持されたパルスモードではなく、当該パルスモードの高段のパルスモードを使用する。
【００６７】
初期速度取得部３は、ブレーキオフ前の電気車の加速度が前述の第２の閾値よりも大きい場合、電気車が下り勾配区間を走行中であると判断する。その後、再ブレーキ時に、初期速度取得部３は、ブレーキオフ時に保持されたパルスモードをパルスモード保持部２から取得し、取得したパルスモードの高段のパルスモードに対応する推定初期速度を初期速度データベース１２から取得する。そして、回転速度推定部４が初期速度取得部３により取得された推定初期速度を用いて誘導電動機３０の回転速度を推定する。
【００６８】
図９は、電気車がブレーキ走行時に下り勾配区間を走行する場合における、誘導電動機３０の回転速度（推定速度、実速度）の時間変化を示している。電気車は時刻ｔ１から時刻ｔ２までの間、途中までパルスモード２でブレーキ走行を行い、その後パルスモード１に切り替えてブレーキ走行を行う。その後、時刻ｔ２でブレーキオフして惰行運転に移行する。ブレーキオフ時に使用されていたパルスモード１がパルスモード保持部２に保持される。
【００６９】
その後、電気車は時刻ｔ３で再ブレーキを行い、時刻ｔ４までの間、時刻ｔ２のブレーキオフ時に保持されたパルスモード１の高段のパルスモードであるパルスモード２でブレーキ走行を行う。この際、推定速度の初期値として、パルスモード２に対応する推定初期速度ｖ２が使用される。なお、図９に示すように、時刻ｔ４でブレーキオフする前にパルスモードが２から１に切り替わる。このため、ブレーキオフ時に、パルスモード１がパルスモード保持部２に保持される。
【００７０】
その後、時刻ｔ４でブレーキオフし、惰行運転に移行する。時刻ｔ５で再ブレーキを行い、時刻ｔ６までの間、時刻ｔ４のブレーキオフ時に保持されたパルスモード１の高段のパルスモードであるパルスモード２を用いて力行運転を行う。なお、図９の例では、ブレーキオフ（時刻ｔ４）前の回転速度が、パルスモード１に対応する所定の閾値を下回ったので、時刻ｔ５からのブレーキ走行ではパルスモードの段数を上げずに、時刻ｔ４で保持されたパルスモード１を用いている。パルスモード１に対応する所定の閾値は、例えば、パルスモード１からパルスモード２に切り替わる速度から所定値だけ下回る速度である。同様に、各パルスモードに対応する閾値が予め決められている。閾値は段数が高いほど大きな値である。
【００７１】
このように、初期速度取得部３は、ブレーキオフ時の回転速度がそのときのパルスモードに応じた閾値以上の場合には、再ブレーキ時に、パルスモード保持部２に保持されたパルスモードの高段のパルスモードに対応する推定初期速度を用いて速度推定を行い、そうでない場合には、パルスモード保持部２に保持されたパルスモードに対応する推定初期速度を用いて速度推定するようにしてもよい。これにより、収束時間をさらに短縮することができる。
【００７２】
なお、高段のパルスモードとして、ブレーキオフ時に保持されたパルスモードの段数よりも２段以上高いパルスモードを用いてもよい。例えば、電気車がパルスモード１でブレーキ走行しており、ブレーキオフ前の加速度が所定の閾値（例えば前述の第２の閾値より大きい第３の閾値）よりも大きい場合には、急な下り勾配と判断して、初期速度取得部３は、再ブレーキ時に、保持されたパルスモードの段数より２段高いパルスモード３に対応する推定初期速度を初期速度データベース１２から取得してもよい。
【００７３】
上記のようにすることで、電気車がブレーキ走行時に下り勾配区間を走行する場合において、再ブレーキ時に推定速度と実速度との差が小さくなり、推定速度が実速度に収束するまでの収束時間を短縮することができる。
【００７４】
以上説明した少なくとも一つの実施形態によれば、電気車の速度センサレス制御において、誘導電動機の推定速度が実速度に収束するまでの収束時間を短縮することができる。
【００７５】
なお、上述した実施形態では、電気車の加速度に基づいて上り勾配と下り勾配を判断しているが、勾配情報を含む路線データを用いて電気車の位置情報に基づき、上り勾配と下り勾配を判断してもよい。路線データについては、例えば、自動列車制御装置（ＡＴＯ）や自動列車停止装置（ＴＡＳＣ）など、走行する路線のデータを有した機器を電気車編成内に持つ場合には、同機器から勾配情報を取得することができる。
【００７６】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
【符号の説明】
【００７７】
１  電気車制御装置
２  パルスモード保持部
３  初期速度取得部
４  回転速度推定部
５  電圧指令値生成部
６  パルスモード決定部
７  ゲート信号生成部
８  加速度演算部
９  積分器
１０  ｄｑ変換器
１１  逆ｄｑ変換器
１２  初期速度データベース
２０  インバータ
３０  誘導電動機
４０  電流検出部
５０  コンデンサ
６０  リアクトル
７０  パンタグラフ
８０  車輪
９１  架線
９２  レール
１００  電気車駆動システム
ＳＧ  ゲート信号
【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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