JP2021129389A - 制御装置、及び、断線検出方法 - Google Patents

Abstract

【課題】電動機の回転速度を測定するセンサーの断線が生じたか否かを過大な負荷をかけることなく高速かつ確実に判定する。【解決手段】制御装置５３ａ、５３ｂは、回転速度センサー３５ａ、３５ｂと、電力制御部５３１と、第１座標変換部５３３と、モード移行部５３５ａと、断線判定部５３５ｂと、を備える。回転速度センサーは電動機３３ａ、３３ｂの回転速度を測定する。電力制御部５３１は、回転速度指令値ω＊と実測回転速度ωとに基づいて、電動機３３ａ、３３ｂへの電力量を制御する。第１座標変換部５３３は、ｄ軸電流値ｉｄを算出する。モード移行部５３５ａは、回転速度指令値ω＊が０でなく、かつ、実測回転速度ωが所定の回転速度以下であれば、断線判定モードに移行する。断線判定部５３５ｂは、断線判定モードに移行した後にｄ軸電流値ｉｄが所定の閾値を超えた場合に、回転速度センサー３５ａ、３５ｂに断線が生じたと判定する。【選択図】図８

Description

本発明は、モータなどの電動機の制御装置、及び、当該制御装置に備わる回転速度センサーの断線を検出する方法に関する。

モータなどの電動機の制御装置は、電動機の回転速度をエンコーダなどのセンサーで測定し、電動機の回転速度の指令値と、センサーで測定した回転速度の実測値と、に基づいて電動機を制御する。従って、電動機を適切に制御するためには、回転速度を測定するセンサーが正常に動作し、センサーから制御装置に回転速度の測定結果が確実に入力される必要がある。

センサーから制御装置に回転速度の測定結果が入力されなくなった場合、センサーによる回転速度の実測値は０となる。従って、センサーにより測定される回転速度が０か否かによりセンサーの異常を判定する場合、例えば、電動機の回転が停止して回転速度の実測値が０となっているのか、又は、センサーの異常により回転速度の実測値が０となっているのか判別できない。

回転速度を測定するセンサーに異常が生じたことを適切に検出するために、励磁電流方向電圧（ｄ軸電圧とも呼ばれる）の指示値Ｖ_ｄ ^＊と、トルク電流方向電圧（ｑ軸電圧とも呼ばれる）の指示値Ｖ_ｑ ^＊とを用い、ｔａｎ^−１（Ｖ_ｑ ^＊／Ｖ_ｄ ^＊）との式から算出される値が一定時間内に所定値以上変化したか否か、又は、この算出値が所定値から外れたか否かに基づいて、当該センサーが断線したか否かを判定する技術が知られている（特許文献１を参照）。

特許第４１４３９０８号

しかしながら、検証の結果、ｔａｎ^−１（Ｖ_ｑ ^＊／Ｖ_ｄ ^＊）との式から算出された値を用いた方法であっても、適切にセンサーの断線が判定されない場合があることが判明した。具体的には、ｔａｎ^−１（Ｖ_ｑ ^＊／Ｖ_ｄ ^＊）との式から算出される値が、電動機の動作開始時においてもセンサーの断線が生じたときに算出される値と類似した値となることが判明した。その結果、電動機の動作開始時において、実際には断線が生じていないのにセンサーに断線が生じたと判定される可能性があることが判明した。

また、「ｔａｎ^−１（アークタンジェント）」のような複雑な演算を必要とする算出式を電動機の制御装置で用いた場合、アークタンジェントを用いた演算の実行時に制御装置に過大な負荷がかかるため、高速にセンサーの断線を判定できない。

本発明の目的は、電動機の制御装置において、電動機の回転速度を測定するセンサーの断線が生じたか否かを、制御装置に過大な負荷をかけることなく高速かつ確実に判定することにある。

以下に、課題を解決するための手段として複数の態様を説明する。これら態様は、必要に応じて任意に組み合せることができる。
本発明の一見地に係る制御装置は、電動機を制御する制御装置である。制御装置は、回転速度センサーと、電力制御部と、座標変換部と、モード移行部と、断線判定部と、を備える。回転速度センサーは、電動機の回転速度を測定する。電力制御部は、電動機の回転速度指令値と実測回転速度とに基づいて、電動機に供給する電力量を制御する。実測回転速度は、回転速度センサーから取得した電動機の実際の回転速度である。
座標変換部は、電動機に供給される電流量を座標変換してｄ軸電流値を算出する。モード移行部は、回転速度指令値が０でなく、かつ、実測回転速度が所定の回転速度以下であれば、断線判定モードに移行する。断線判定モードは、回転速度センサーに断線が生じたか否かを判定するモードである。断線判定部は、モード移行部が断線判定モードに移行した後にｄ軸電流値が所定の閾値を超えた場合に、回転速度センサーに断線が生じたと判定する。

上記の制御装置では、断線判定部が、電動機への回転速度の指令値である回転速度指令値が０でなく、かつ、電動機の実際の回転速度に対応する実測回転速度が所定の回転速度以下である状態となった後に、回転速度センサーに断線が生じたか否かを判定している。
回転速度指令値が０でなくかつ実測回転速度が所定の回転速度以下となる場合は、回転速度センサーに異常が発生している可能性が高い場合であるので、回転速度指令値が０でなくかつ実測回転速度が所定の回転数以下となった後に回転速度センサーの断線の判定をすることで、回転速度センサーの断線の誤検出が発生することを抑制できる。
また、回転速度センサーの断線を、ｄ軸電流値が所定の閾値を超えたかどうか、すなわち、ｄ軸電流値の大小で判定することにより、回転速度センサーの断線判定を複雑な演算により実行する必要がなくなるので、制御装置に過大な負荷をかけることなく高速に回転速度センサーの断線を判定できる。

モード移行部は、断線判定モードに移行してから第１時間が経過した場合に、当該断線判定モードを終了してもよい。これにより、回転速度センサーの断線の誤検知を抑制できる。

断線判定部は、モード移行部が断線判定モードに移行後は第２時間毎にｄ軸電流値が所定の閾値を超えているか否かを判定してもよい。これにより、高速に回転速度センサーの断線を検知できる。

上記の制御装置は、閾値決定部をさらに備えてもよい。閾値決定部は、回転速度指令値に基づいて閾値を決定する。これにより、指定された回転速度指令値に対して適切な閾値を選択できるので、回転速度センサーの断線を適切に判定できる。

閾値決定部は、回転速度指令値と閾値の最適値との関係を表す情報と、現在の回転速度指令値と、に基づいて閾値を決定してもよい。これにより、指定された回転速度指令値に対して最適な閾値を選択できるので、回転速度センサーの断線を適切に判定できる。

本発明の他の見地に係る断線検出方法は、回転速度センサーと、電力制御部と、を有する制御装置における回転速度センサーの断線検出方法である。回転速度センサーは、電動機の回転速度を測定する。電力制御部は、電動機の回転速度指令値と実測回転速度とに基づいて、電動機に供給する電力量を制御する。実測回転速度は、回転速度センサーから取得した電動機の実際の回転速度である。回転速度センサーの断線検出方法は、以下のステップを備える。
◎回転速度センサーから実測回転速度を取得するステップ。
◎電動機に供給される電流量を座標変換してｄ軸電流値を算出するステップ。
◎回転速度指令値が０でなく、かつ、実測回転速度が所定の回転速度以下であれば、回転速度センサーに断線が生じたか否かを判定する断線判定モードに移行するステップ。
◎断線判定モードに移行した後にｄ軸電流値が所定の閾値を超えた場合に、回転速度センサーに断線が生じたと判定するステップ。

上記の断線検出方法では、電動機への回転速度の指令値である回転速度指令値が０でなく、かつ、電動機の実際の回転速度に対応する実測回転速度が所定の回転速度以下である状態となった後に、回転速度センサーに断線が生じたか否かを判定している。
回転速度指令値が０でなくかつ実測回転速度が所定の回転速度以下となる場合は、回転速度センサーに異常が発生している可能性が高い場合であるので、回転速度指令値が０でなくかつ実測回転速度が所定の回転速度以下となった後に回転速度センサーの断線の判定をすることで、回転速度センサーの断線の誤検出が発生することを抑制できる。
また、回転速度センサーの断線を、ｄ軸電流値が所定の閾値を超えたかどうか、すなわち、ｄ軸電流値の大小で判定することにより、回転速度センサーの断線判定を複雑な演算により実行する必要がなくなるので、制御装置に過大な負荷をかけることなく高速に回転速度センサーの断線を判定できる。

上記の断線検出方法は、断線判定モードに移行してから第１時間が経過した場合に、当該断線判定モードを終了するステップをさらに備えてもよい。これにより、回転速度センサーの断線の誤検知を抑制できる。

回転速度センサーの断線を判定するステップは、断線判定モードに移行後は第２時間毎にｄ軸電流値が所定の閾値を超えているか否かを判定するステップを含んでもよい。これにより、高速に回転速度センサーの断線を検知できる。

上記の断線検出方法は、回転速度指令値に基づいて閾値を決定するステップをさらに備えてもよい。これにより、指定された回転速度指令値に対して適切な閾値を選択できるので、回転速度センサーの断線を適切に判定できる。

閾値を決定するステップは、回転速度指令値と閾値の最適値との関係を表す情報と、現在の回転速度指令値と、に基づいて閾値を決定するステップを含んでもよい。これにより、指定された回転速度指令値に対して最適な閾値を選択できるので、回転速度センサーの断線を適切に判定できる。

電動機を制御する制御装置において、電動機の回転速度を測定する回転速度センサーの断線の誤検出を抑制しつつ、制御装置に過大な負荷をかけることなく高速に回転速度センサーの断線を判定できる。

走行台車の構成を示す図。 制御部の具体的構成を示す図。 制御装置の全体構成を示す図。 断線検出部の機能ブロック構成を示す図。 段差衝突の際のｄ軸電流値の挙動のシミュレーション結果を示す図。 回転速度センサーの断線の際のｄ軸電流値の挙動のシミュレーション結果を示す図。 回転速度指令値とｄ軸電流値との関係を示す図。 電動機の回転開始から回転速度センサーが断線して所定の時間経過後までの従来の断線判定基準値の挙動を示す図。 電動機の回転開始から回転速度センサーが断線して所定の時間経過後までのｄ軸電流値の挙動を示す図。 回転速度センサーの断線検出方法を示すフローチャート。 制御部の構成の変形例を示す図。

１．第１実施形態
（１）制御装置の概略
以下、第１実施形態に係る制御装置５３ａ、５３ｂ（図２）を説明する。第１実施形態に係る制御装置５３ａ、５３ｂは、「ベクトル制御」により、永久磁石同期モータなどの三相交流により動作する電動機３３ａ、３３ｂを制御する装置である。ベクトル制御を採用する制御装置５３ａ、５３ｂは、「ｄ軸電流」及び「ｑ軸電流」とのｄ−ｑ座標に定義される直流電流を座標変換して、電動機３３ａ、３３ｂを駆動する三相交流を制御する。すなわち、ベクトル制御を採用する制御装置５３ａ、５３ｂは、直流電流であるｄ軸電流及びｑ軸電流を調整することにより、電動機３３ａ、３３ｂを動作させる三相交流電力を制御する。

ベクトル制御で用いられるｄ−ｑ座標において、ｄ軸は電動機の回転子（ロータ）の磁束の向き（Ｎ極の向き）と平行な方向に定められた軸であり、ｑ軸はｄ軸とは垂直な方向（すなわち、回転子の磁束の向きとは垂直な方向）に定められた軸である。ｄ軸電流は、電動機３３ａ、３３ｂの回転子の磁束の向きに対する三相交流出力の位相差に依存する電流であり、ｑ軸電流は、電動機３３ａ、３３ｂの回転子（出力回転軸）が発生するトルクに依存する電流である。

また、第１実施形態に係る制御装置５３ａ、５３ｂは、電動機３３ａ、３３ｂの回転速度を測定する回転速度センサー３５ａ、３５ｂと接続され、回転速度センサー３５ａ、３５ｂにより測定された電動機３３ａ、３３ｂの実際の回転速度（実測回転速度と呼ぶ）と、電動機３３ａ、３３ｂの回転速度の指令値（回転速度指令値と呼ぶ）と、の差分に基づいて、上記ｑ軸電流を調整する。これにより、制御装置５３ａ、５３ｂは、電動機３３ａ、３３ｂを、回転速度指令値で示された回転速度で回転させるよう制御できる。

以下に説明する第１実施形態において、制御装置５３ａ、５３ｂは、走行台車１００が有する電動機３３ａ、３３ｂの制御に用いられる。この電動機３３ａ、３３ｂのそれぞれの出力回転軸には走行車輪３１ａ、３１ｂが接続されているので、制御装置５３ａ、５３ｂにより電動機３３ａ、３３ｂの回転を制御することで、走行台車１００の走行を制御できる。なお、「出力回転軸」とは、電動機３３ａ、３３ｂの回転子の回転に従って回転する軸のことを言い、以下の説明でも同様の意味で用いられる。

（２）走行台車
以下、図１を用いて、制御装置５３ａ、５３ｂは、が使用される走行台車１００の構成を説明する。図１は、走行台車の構成を示す図である。走行台車１００は、本体１と、一対の走行部３ａ、３ｂと、制御部５と、を備える。
本体１は、走行台車１００の本体を構成する筐体である。図１に示す走行台車１００の本体１は、円柱形状を有している。しかし、これに限られず、本体１の形状は任意とできる。なお、本体１には、走行台車１００を操作する操作装置（図示せず）が設けられてもよい。

一対の走行部３ａ、３ｂは、それぞれ、本体１において、前進方向（図１）に垂直な幅方向の左右側に設けられる。具体的には、走行部３ａが前進方向に対して本体１の左側に設けられ、走行部３ｂが前進方向に対して本体１の右側に設けられる。すなわち、走行台車１００は、二輪差動型の走行台車である。

一対の走行部３ａ、３ｂは、それぞれ、走行車輪３１ａ、３１ｂと、各走行車輪３１ａ、３１ｂに対応して設けられた電動機３３ａ、３３ｂと、を有している。すなわち、走行部３ａ、３ｂは、対応する走行車輪３１ａ、３１ｂを独立して回転させることができる。なお、各走行車輪３１ａ、３１ｂは、公知の減速機構を介して、電動機３３ａ、３３ｂの出力回転軸に接続されている。

上記の構成を有する一対の走行部３ａ、３ｂを有する走行台車１００は、走行車輪３１ａ、３１ｂを同一の回転速度にて回転することにより、走行台車１００を直進させることができる。一方、走行車輪３１ａ、３１ｂの回転方向を同一としつつ回転速度を異ならせることにより、走行台車１００を直進又は後進させながらその方位（姿勢）を変化できる。さらに、走行車輪３１ａ、３１ｂを互いに逆方向に同一の回転速度にて回転させることにより、走行台車１００をその場で回転させることができる。

本実施形態において、電動機３３ａ、３３ｂは、例えば、三相交流を動力源として回転子（出力回転軸）を回転させる三相同期モータである。具体的には、電動機３３ａ、３３ｂは、例えば、ＳＰＭモータ（Ｓｕｒｆａｃｅ Ｐｅｒｍａｎｅｎｔ Ｍａｇｎｅｔ Ｍｏｔｏｒ）である。ＳＰＭモータは、回転子の表面に永久磁石を貼り合わせた構成の回転界磁形式の同期モータである。

また、一対の走行部３ａ、３ｂは、電動機３３ａの出力回転軸に接続された回転速度センサー３５ａ、及び、電動機３３ｂの出力回転軸に接続された回転速度センサー３５ｂをさらに有している。回転速度センサー３５ａ、３５ｂは、対応する電動機３３ａの出力回転軸の回転速度を測定するセンサーである。回転速度センサー３５ａ、３５ｂは、例えば、電動機３３ａ、３３ｂの出力回転軸が回転するときに、当該回転に従ってパルス信号を出力するインクリメンタル型のエンコーダである。

回転速度センサー３５ａ、３５ｂがインクリメンタル型のエンコーダである場合、電動機３３ａ、３３ｂの出力回転軸の回転速度は、対応する回転速度センサー３５ａ、３５ｂから出力される単位時間あたりのパルス数から算出できる。

制御部５は、ＣＰＵ、ストレージとしての記憶装置（ＲＡＭ、ＲＯＭ、ＨＤＤ、ＳＳＤなど）、及び各種インターフェースなどを備えるコンピュータにより構成されるコンピュータシステムあり、走行台車１００の各種制御を実行する。具体的には、制御部５は、電動機３３ａ、３３ｂの回転速度を制御して、走行台車１００の走行を制御する。
制御部５による上記の制御機能の一部又は全部は、記憶装置に記憶された所定のプログラムを実行することで実現されてもよいし、ＳｏＣ（Ｓｙｓｔｅｍ ｏｎ Ｃｈｉｐ）などのハードウェアによっても実現されてもよい。制御部５の具体的な構成については、後ほど詳しく説明する。

走行台車１００は、さらに、補助輪７を備えてもよい。図１に示すように、補助輪７は、本体１の前後左右に合計４つ設けられる。補助輪７は、走行台車１００の走行に従って回転する従動輪である。本体１の前後左右に補助輪７を設けることで、走行台車１００を安定させることができる。

（３）制御部の具体的構成
次に、図２を用いて、制御部５の具体的構成を説明する。図２は、制御部の具体的構成を示す図である。上記のように、制御部５は、走行台車１００の走行を制御する機能を有している。この機能を実現するために、制御部５は、上位コントローラ５１と、制御装置５３ａ、５３ｂと、を有している。
なお、本実施形態において、制御部５において、上位コントローラ５１及び制御装置５３ａ、５３ｂは、それぞれ、個別のコンピュータシステムにより構成される。しかし、これに限られず、以下に説明する上位コントローラ５１及び制御装置５３ａ、５３ｂの機能を、１つのコンピュータシステムで実現してもよい。

上位コントローラ５１は、制御装置５３ａ、５３ｂに対して走行台車１００の走行に関する指令を出力する。具体的には、上位コントローラ５１は、例えば、本体１に設けた操作装置によるユーザの操作を受け付け、当該ユーザの操作に基づいて電動機３３ａ、３３ｂの回転速度の指令値（回転速度指令値と呼ぶ）を算出し、対応する制御装置５３ａ、５３ｂに出力する。これにより、本体１に設けられた操作装置を用いて走行台車１００を操作できる。

その他、上位コントローラ５１は、例えば、無線コントローラなどの本体１に設けられていない操作装置からユーザの操作を受け付け、当該ユーザの操作に基づいて回転速度指令値を算出し、対応する制御装置５３ａ、５３ｂに出力してもよい。これにより、無線コントローラなどを用いて走行台車１００を操作できる。

また、上位コントローラ５１には、各種センサー５５が接続されていてもよい。この場合、上位コントローラ５１は、回転速度センサー３５ａ、３５ｂから入力した実測回転速度、及び／又は、各種センサー５５から入力した情報に基づいて、回転速度指令値を算出し対応する制御装置５３ａ、５３ｂに出力してもよい。

具体的には、例えば、各種センサー５５としてレーザレンジファインダ（ＬＲＦ）などの走行台車１００の周囲の地図情報を取得できるセンサーを上位コントローラ５１に接続できる。この場合、上位コントローラ５１は、例えば、各種センサー５５にて取得した地図情報（ローカルマップ）と、走行環境全体を表す地図情報（グローバルマップ）と、予め取得したグローバルマップ上の走行経路データと、必要に応じて回転速度センサー３５ａ、３５ｂから入力した実測回転速度と、に基づいて、走行経路データに示された走行経路を自律的に再現するための回転速度指令値を算出し、対応する制御装置５３ａ、５３ｂに出力できる。

制御装置５３ａ、５３ｂは、それぞれ、対応する電動機３３ａ、３３ｂを制御する。具体的には、制御装置５３ａ、５３ｂは、対応する電動機３３ａ、３３ｂの回転速度指令値を上位コントローラ５１から入力し、当該回転速度指令値と、対応する回転速度センサー３５ａ、３５ｂから入力した実測回転速度と、に基づいて、対応する電動機３３ａ、３３ｂに供給する電力量を制御する。

また、本実施形態において、制御装置５３ａ、５３ｂは互いに接続され、一方の制御装置５３ａ、５３ｂにおいて対応する回転速度センサー３５ａ、３５ｂの断線を検出した時には、他方の制御装置５３ａ、５３ｂにその旨を通知可能となっている。これにより、一方の制御装置５３ａ、５３ｂの対応する回転速度センサー３５ａ、３５ｂにて断線があった場合に、他方の制御装置５３ａ、５３ｂにより制御される電動機３３ａ、３３ｂを即時に停止できる。なお、制御装置５３ａ、５３ｂの具体的な構成は、後ほど詳しく説明する。

（４）制御装置の具体的構成
（４−１）全体構成
次に、図３を用いて、第１実施形態に係る制御装置５３ａ、５３ｂの具体的構成を説明する。まずは、制御装置５３ａ、５３ｂの全体構成を説明する。図３は、制御装置の全体構成を示す図である。なお、制御装置５３ａ、５３ｂは同一の構成を有するので、以下の説明では、制御装置５３ａを例にとって制御装置５３ａ、５３ｂの構成を説明する。
図３に示すように、制御装置５３ａは、電力制御部５３１と、第１座標変換部５３３（座標変換部の一例）と、断線検出部５３５と、を有する。

電力制御部５３１は、電動機３３ａの回転速度指令値（以下、回転速度指令値ω^＊と定義する）と、実測回転速度（以下、実測回転速度ωと定義する。実測回転速度ωは、電動機３３ａの出力回転軸の角速度と定義する）とに基づいて、電動機３３ａに供給する電力量を制御する。実測回転速度ωは、回転速度センサー３５ａから取得した電動機３３ａの実際の回転速度である。実測回転速度ωは、具体的には、回転速度センサー３５ａから出力された単位時間あたりのパルス数を、電動機３３ａの出力回転軸の回転速度に変換することで算出される。この変換は、後述する角度変換部５３１ｉにより実行される。
本実施形態において、電力制御部５３１は、ベクトル制御を用いて電動機３３ａに供給する電力量を算出する。電力制御部５３１のより具体的な構成は、後ほど説明する。

第１座標変換部５３３は、電動機３３ａに供給される電流量を座標変換して、ｄ軸電流値（以下、ｄ軸電流値ｉ_ｄと定義する）及びｑ軸電流値（以下、ｑ軸電流値ｉ_ｑと定義する）を算出する。具体的には、第１座標変換部５３３は、例えば、電動機３３ａに供給される三相電流（ｕ相電流ｉ_ｕ、ｖ相電流ｉ_ｖ、ｗ相電流ｉ_ｗ）のうちｕ相電流ｉ_ｕとｖ相電流ｉ_ｖを入力し、クラーク（Ｃｌａｒｋｅ）変換により三相電流（三次元の電流値）をα−β座標上の二次元の電流値に変換し、さらに当該二次元の電流値をパーク（Ｐａｒｋ）変換によりｄ−ｑ座標上のｑ軸電流値ｉ_ｑとｄ軸電流値ｉ_ｄに変換する。
第１座標変換部５３３は、上記の座標変換を実行するために、角度変換部５３１ｉから電動機３３ａの回転子（出力回転軸）の回転角度θを入力する。

なお、電動機３３ａに供給される電流量は、電力制御部５３１の駆動部５３１ｈ（後述）と電動機３３ａとを接続する配線に設けられた電流検出器５３３ａにより測定され、第１座標変換部５３３に入力される。電流検出器５３３ａは、例えば、上記配線に電流が流れることにより発生する磁界を検出することで電流量を測定するセンサー（例えば、ホール素子など）、シャント抵抗などの上記配線に流れる電流を電圧に変換する素子などである。
また、三相電流のうちｗ相電流ｉ_ｗは、ｉ_ｕ＋ｉ_ｖ＋ｉ_ｗ＝０との式から算出できる。

第１座標変換部５３３の上記機能は、制御部５を構成するコンピュータシステムの記憶装置に記憶され当該コンピュータシステムにより実行されるプログラムにより実現されてもよいし、回路などのハードウェアにより実現されてもよい。

断線検出部５３５は、回転速度センサー３５ａの断線を検出する。具体的には、断線検出部５３５は、上位コントローラ５１から入力した回転速度指令値ω^＊が０ではなく、かつ、角度変換部５３１ｉから入力した実測回転速度ωが所定の回転速度以下である場合に、第１座標変換部５３３から入力したｄ軸電流値ｉ_ｄが所定の閾値以上であれば、回転速度センサー３５ａに断線が生じたと判定する。

また、断線検出部５３５は、回転速度センサー３５ａに断線が生じたか否かの判定結果を、他方の制御装置５３ｂの断線検出部５３５に出力する。なお、後述するように、回転速度センサー３５ａに断線が生じた場合には、電動機３３ａはその断線に応じて回転を停止する。

その一方で、他方の回転速度センサー３５ｂに断線が生じたと判定されて他方の制御装置５３ｂから回転速度センサー３５ｂが断線したとの判定結果が送信されてくると、断線検出部５３５は、電動機３３ａの回転を停止させるために、例えば、電力制御部５３１の速度制御部５３１ｂ（後述）に対して、ｑ軸電流指示値ｉ_ｑ ^＊（後述）を加速時のｑ軸電流ｉ_ｑとは逆方向の電流とする指令（回転停止指令と呼ぶ）を出力する。
その他、電動機３３ａに回転を停止させるブレーキが設けられている場合には、断線検出部５３５は、電力制御部５３１の速度制御部５３１ｂに対して、電動機３３ａの励磁を停止し（サーボオフ）、当該ブレーキを用いて減速するよう指令してもよい。

上記の機能を有することで、断線検出部５３５は、回転速度センサー３５ａ、３５ｂの断線の誤検出を抑制しつつ、制御装置５３ａ、５３ｂに過大な負荷をかけることなく高速に回転速度センサー３５ａ、３５ｂの断線を判定できる。断線検出部５３５の具体的な機能ブロック構成は、後ほど詳しく説明する。

（４−２）電力制御部の具体的構成
次に、図３を用いて、電動機３３ａに供給する電力量をベクトル制御により制御する電力制御部５３１の具体的構成を説明する。なお、以下に説明する電力制御部５３１の構成の一部は、制御部５（制御装置５３ａ）の記憶装置に記憶されたコンピュータプログラムにより実現され、他の一部はハードウェアにより実現される。具体的には、例えば、電力制御部５３１の駆動部５３１ｈはハードウェアにより実現される一方、電力制御部５３１の他の構成はコンピュータプログラムにより実現される。

電力制御部５３１は、第１差分算出部５３１ａを有する。第１差分算出部５３１ａは、上位コントローラ５１から入力した回転速度指令値ω^＊と、角度変換部５３１ｉから入力した実測回転速度ωと、の差分ω^＊−ωを算出する。
電力制御部５３１は、速度制御部５３１ｂを有する。速度制御部５３１ｂは、第１差分算出部５３１ａにて算出された差分ω^＊−ωに基づいて、ｑ軸電流指示値ｉ_ｑ ^＊を算出する。ｑ軸電流指示値ｉ_ｑ ^＊は、電動機３３ａの出力回転軸が出力するトルクを制御する指示値である。また、差分ω^＊−ωに基づいて算出されるので、ｑ軸電流指示値ｉ_ｑ ^＊は、電動機３３ａの回転速度を回転速度指令値ω^＊に近づけるための指示値である。

電力制御部５３１は、第２差分算出部５３１ｃを有する。第２差分算出部５３１ｃは、速度制御部５３１ｂから入力したｑ軸電流指示値ｉ_ｑ ^＊と、第１座標変換部５３３から入力したｑ軸電流値ｉ_ｑと、の差分ｉ_ｑ ^＊−ｉ_ｑを算出する。
電力制御部５３１は、第３差分算出部５３１ｄを有する。第３差分算出部５３１ｄは、ｄ軸電流指示値ｉ_ｄ ^＊と、第１座標変換部５３３から入力したｄ軸電流値ｉ_ｄと、の差分ｉ_ｄ ^＊−ｉ_ｄを算出する。ｄ軸電流指示値ｉ_ｄ ^＊は、電動機３３ａに供給する三相電流の位相と電動機３３ａの回転子の位相との位相差に関する指示値である。本実施形態では、ｄ軸電流指示値ｉ_ｄ ^＊は０に設定される。

電力制御部５３１は、ｑ軸電流制御部５３１ｅを有する。ｑ軸電流制御部５３１ｅは、第２差分算出部５３１ｃにて算出された差分ｉ_ｑ ^＊−ｉ_ｑに基づいて、ｑ軸電圧指示値Ｖ_ｑ ^＊を算出する。差分ｉ_ｑ ^＊−ｉ_ｑに基づいて算出されるので、ｑ軸電圧指示値Ｖ_ｑ ^＊は、ｑ軸電流指示値ｉ_ｑ ^＊に対応した三相交流電力を電動機３３ａに出力するための指示値である。ｑ軸電流制御部５３１ｅは、例えば、差分ｉ_ｑ ^＊−ｉ_ｑを入力としたＰＩ制御により、ｑ軸電圧指示値Ｖ_ｑ ^＊を算出する。

電力制御部５３１は、ｄ軸電流制御部５３１ｆを有する。ｄ軸電流制御部５３１ｆは、第３差分算出部５３１ｄにて算出された差分ｉ_ｄ ^＊−ｉ_ｄに基づいて、ｄ軸電圧指示値Ｖ_ｄ ^＊を算出する。差分ｉ_ｄ ^＊−ｉ_ｄに基づいて算出されるので、ｄ軸電圧指示値Ｖ_ｄ ^＊は、ｄ軸電流指示値ｉ_ｄ ^＊に対応した三相交流電力を電動機３３ａに出力するための指示値である。ｄ軸電流制御部５３１ｆは、例えば、差分ｉ_ｄ ^＊−ｉ_ｄを入力としたＰＩ制御により、ｄ軸電圧指示値Ｖ_ｄ ^＊を算出する。

電力制御部５３１は、第２座標変換部５３１ｇを有する。第２座標変換部５３１ｇは、ｑ軸電流制御部５３１ｅから入力したｑ軸電圧指示値Ｖ_ｑ ^＊と、ｄ軸電流制御部５３１ｆから入力したｄ軸電圧指示値Ｖ_ｄ ^＊と、のｄ−ｑ座標上の二次元の電圧指示値を座標変換して、三相交流電力を出力する駆動部５３１ｈに入力する三相交流電圧の指示値（ｕ相電圧指示値Ｖ_ｕ ^＊、ｖ相電圧指示値Ｖ_ｖ ^＊、ｗ相電圧指示値Ｖ_ｗ ^＊）を算出する。

具体的には、第２座標変換部５３１ｇは、例えば、ｑ軸電圧指示値Ｖ_ｑ ^＊とｄ軸電圧指示値Ｖ_ｄ ^＊とのｄ−ｑ座標上の二次元の電圧指示値を逆パーク変換によりα−β座標上の二次元の電圧指示値に変換し、さらにα−β座標上の二次元の電圧指示値を空間ベクトル変換により三相交流電圧の指示値（ｕ相電圧指示値Ｖ_ｕ ^＊、ｖ相電圧指示値Ｖ_ｖ ^＊、ｗ相電圧指示値Ｖ_ｗ ^＊）に変換する。
第２座標変換部５３１ｇは、上記の座標変換を実行するために、角度変換部５３１ｉから電動機３３ａの回転子（出力回転軸）の回転角度θを入力する。

電力制御部５３１は、駆動部５３１ｈを有する。駆動部５３１ｈは、第２座標変換部５３１ｇから入力した三相交流電圧の指示値（ｕ相電圧指示値Ｖ_ｕ ^＊、ｖ相電圧指示値Ｖ_ｖ ^＊、ｗ相電圧指示値Ｖ_ｗ ^＊）に基づいて、三相交流電力を発生させ、電動機３３ａに供給する。
具体的には、駆動部５３１ｈは、三相交流電圧の指示値（ｕ相電圧指示値Ｖ_ｕ ^＊、ｖ相電圧指示値Ｖ_ｖ ^＊、ｗ相電圧指示値Ｖ_ｗ ^＊）に基づいて、三相交流電圧（ｕ相電圧指示値Ｖ_ｕ、ｖ相電圧指示値Ｖ_ｖ、ｗ相電圧指示値Ｖ_ｗ）を発生させ、電動機３３ａに出力する。

駆動部５３１ｈは、例えば、三相交流電圧の指示値（ｕ相電圧指示値Ｖ_ｕ ^＊、ｖ相電圧指示値Ｖ_ｖ ^＊、ｗ相電圧指示値Ｖ_ｗ ^＊）に基づいてスイッチング素子のスイッチングを行い、三相交流電圧を発生させるインバーターである。

電力制御部５３１は、角度変換部５３１ｉを有する。角度変換部５３１ｉは、回転速度センサー３５ａから出力される信号に基づいて、電動機３３ａの回転子（出力回転軸）の回転角度θと実測回転速度ωとを算出する。
回転速度センサー３５ａがインクリメンタル型のエンコーダである場合、角度変換部５３１ｉは、例えば、回転速度センサー３５ａから出力されたパルス数と、電動機３３ａの回転子（出力回転軸）の１回転あたりのパルス数と、に基づいて回転角度θを算出できる。一方、例えば、回転速度センサー３５ａから単位時間あたりに出力されたパルス数に基づいて、実測回転速度ωを算出できる。

上記の構成を有する電力制御部５３１においては、回転速度指令値ω^＊と実測回転速度ωとの差分ω^＊−ωから電動機３３ａのトルクに依存するｑ軸電流指示値ｉ_ｑ＊が算出され、さらにｑ軸電流指示値ｉ_ｑ＊とｑ軸電流値ｉ_ｑとの差分（ｉ_ｑ＊−ｉ_ｑ）が座標変換されて三相交流電力が発生し、発生した三相交流電力が電動機３３ａに供給される。すなわち、電力制御部５３１は、回転速度指令値ω^＊と実測回転速度ωとの差分に基づいて電動機３３ａに供給する三相交流の電力量を制御することで、走行台車１００を上位コントローラ５１から指令された速度で走行できる。

（４−３）断線検出部の具体的構成
次に、図４を用いて、断線検出部５３５の具体的な機能ブロック構成を説明する。図４は、断線検出部の機能ブロック構成を示す図である。なお、以下に示す断線検出部５３５の各機能ブロックにより実現される機能の一部又は全部は、制御部５（制御装置５３ａ）を構成するコンピュータシステムの記憶装置に記憶され、当該コンピュータシステムで実行されるプログラムにより実現されてもよいし、ハードウェア的に実現されてもよい。
図４に示すように、断線検出部５３５は、モード移行部５３５ａと、断線判定部５３５ｂと、を機能ブロックとして有する。

モード移行部５３５ａは、上位コントローラ５１から入力した回転速度指令値ω^＊と、角度変換部５３１ｉから入力した実測回転速度ωと、に基づいて、断線判定モードに移行するか否かを決定する。断線判定モードは、断線判定部５３５ｂに対して、回転速度センサー３５ａに断線が生じたか否かを判定させるモードである。
本実施形態において、モード移行部５３５ａは、回転速度指令値ω^＊が０でなく（すなわち、上位コントローラ５１から電動機３３ａの回転停止が指令されておらず）、かつ、実測回転速度ωが所定の回転速度以下である場合に、断線判定モードに移行する。

断線判定モードに移行するか否かの基準の１つである、実測回転速度ωが所定の回転速度以下であるとの条件において、「所定の回転速度」は、例えば、回転速度センサー３５ａの分解能と、回転速度センサー３５ａが出力する信号のサンプリング周期と、に基づいて決定される。
具体的には、「所定の回転速度」は、例えば、回転速度センサー３５ａにて検出できる実測回転速度ωの下限値と、上位コントローラ５１から指令される回転速度指令値ω_＊の下限値の間の値として設定されるのが好ましい。

より具体的には、例えば、上位コントローラ５１から出力される回転速度指令値ω＊の値が数百ｒｐｍ〜数千ｒｐｍの範囲となる場合、上記の「所定の回転速度」は１００ｒｐｍ以下とできる。本実施形態では、「所定の回転速度」を１０ｒｐｍとしている。

上記の断線判定モードに移行する条件、すなわち、回転速度指令値ω^＊が０でなく、かつ、実測回転速度ωが所定の回転速度以下であるとの条件は、電動機３３ａの停止が指令されていないにも拘わらず実際の回転速度が電動機３３ａの停止を示していることを意味している。すなわち、上記の条件に当てはまる場合には、回転速度センサー３５ａに異常が発生している可能性が高い。
従って、回転速度指令値ω^＊が０でなく、かつ、実測回転速度ωが所定の回転速度以下となって回転速度センサー３５ａに異常が発生している可能性が高い場合に断線判定モードに移行して、その移行後に回転速度センサー３５ａの断線の判定をすることで、回転速度センサー３５ａの断線の誤検出が発生することを抑制できる。

また、本実施形態において、モード移行部５３５ａは、断線判定モードに移行してからの経過時間を計数し、断線判定モードに移行してから第１時間が経過した場合に、現在移行中の断線判定モードを終了する。断線判定モードを終了する第１時間は、例えば、４０ｍｓと設定できる。このように、断線判定モードの継続時間を第１時間に限定することにより、回転速度センサー３５ａの断線の誤検知を抑制できる。

さらに、モード移行部５３５ａは、断線判定モードに移行してから第１時間が経過する前であっても、回転速度指令値ω^＊が０でなく、かつ、実測回転速度ωが所定の回転速度以下との条件を満たさなくなった場合、すなわち、回転速度指令値ω^＊が０であるか、又は、実測回転速度ωが所定の回転速度よりも大きくなった場合には、断線判定モードを終了する。

言い換えると、電動機３３ａが上位コントローラ５１からの指令どおり停止しているか、又は、回転速度センサー３５ａが正常に動作しており実測回転速度ωが適切に算出されていると考えられる場合には、第１時間の経過前であっても、断線判定モードを終了する。これにより、回転速度センサー３５ａの断線の誤検知を抑制できる。

断線判定部５３５ｂは、モード移行部５３５ａが断線判定モードに移行した後に、第１座標変換部５３３にて算出されたｄ軸電流値ｉ_ｄを入力し、当該ｄ軸電流値ｉ_ｄの値を監視する。断線判定部５３５ｂは、断線判定モードの移行後に第１座標変換部５３３から入力したｄ軸電流値ｉ_ｄが所定の閾値を超えていた場合に、回転速度センサー３５ａに断線が生じたと判定する。

断線判定部５３５ｂは、回転速度センサー３５ａに断線が生じたと判定した場合、この断線判定結果を、他方の制御装置５３ｂの断線検出部５３５に出力する。これにより、回転速度センサー３５ａに断線が生じたときに、速やかに他方の電動機３３ｂの回転を停止できる。

本実施形態において、断線判定部５３５ｂは、モード移行部５３５ａが断線判定モードに移行後は第２時間毎にｄ軸電流値ｉ_ｄを監視し、ｄ軸電流値ｉ_ｄが所定の閾値を超えているか否かを判定する。すなわち、断線判定部５３５ｂは、断線判定モードの移行後に第２時間周期でｄ軸電流値ｉ_ｄが所定の閾値を超えているか否かを判定する。なお、ｄ軸電流値ｉ_ｄを監視する周期である第２時間は、例えば、１ｍｓと設定できる。これにより、断線判定部５３５ｂは、高速に回転速度センサー３５ａの断線を検知できる。

図４に示すように、断線検出部５３５は、回転停止指令部５３５ｃを有している。回転停止指令部５３５ｃは、他方の制御装置５３ｂから他方の回転速度センサー３５ｂが断線したとの判定結果を受信したときに及び／又は自身の断線判定部５３５ｂが断線を判定したときに、電力制御部５３１の速度制御部５３１ｂに対して、回転停止指令を出力する。
これにより、自身又は他方の回転速度センサー３５ｂで断線が発生した場合に、速やかに制御装置５３ａが制御する電動機３３ａの回転を停止できる。

また、本実施形態において、断線検出部５３５は、閾値決定部５３５ｄをさらに有する。閾値決定部５３５ｄは、上位コントローラ５１が現在出力している回転速度指令値ω^＊に基づいて、断線判定部５３５ｂがｄ軸電流値ｉ_ｄと比較する閾値を決定する。
後述するように、回転速度センサー３５ａが断線する直前の回転速度指令値ω^＊と、回転速度センサー３５ａが断線したときのｄ軸電流値ｉ_ｄとの間には相関関係があることが判明している。従って、閾値決定部５３５ｄが、現在の回転速度指令値ω^＊（断線直前の回転速度指令値ω^＊）に基づいて、回転速度センサー３５ａの断線判定に用いる所定の閾値を決定することで、回転速度センサー３５ａの断線を適切に判定できる。

本実施形態において、閾値決定部５３５ｄは、予め取得した最適閾値情報ＴＩと、現在の回転速度指令値ω^＊と、に基づいて所定の閾値を決定している。最適閾値情報ＴＩは、回転速度指令値ω^＊と閾値の最適値（最適閾値）との関係を表す情報である。この最適閾値情報ＴＩに基づいて回転速度センサー３５ａの断線判定に用いる閾値を決定することで、指定された回転速度指令値ω^＊に対して最適な閾値を選択できるので、回転速度センサー３５ａの断線を適切に判定できる。

最適閾値情報ＴＩは、例えば、複数の回転速度指令値ω^＊と各回転速度指令値ω^＊に対して最適な閾値とを関連付けて記憶するテーブルであってもよいし、回転速度指令値ω^＊と最適な閾値との関係を表した式であってもよい。
なお、最適閾値情報ＴＩが上記のテーブルで表される場合には、当該テーブルに存在しない回転速度指令値ω^＊に対する最適閾値は、例えば、当該回転速度指令値ω^＊に近い２つの回転速度指令値ω^＊とそれに対応する２つの最適閾値とをテーブルから選択し、２つの回転速度指令値ω^＊とそれに対応する２つの最適閾値とを用いた線形補間により算出できる。
最適閾値情報ＴＩの具体的な例については、後ほど詳しく説明する。

本実施形態において、断線検出部５３５は、記憶部５３５ｅをさらに有する。記憶部５３５ｅは、制御部５（制御装置５３ａ）を構成するコンピュータシステムの記憶装置に設けられた記憶領域の一部であり、断線検出部５３５で用いられる各種情報を記憶する。具体的には、記憶部５３５ｅは、上記の最適閾値情報ＴＩを記憶する。

上記の構成を機能ブロックとして有することで、断線検出部５３５は、回転速度センサー３５ａの断線の誤検出を抑制しつつ、制御装置５３ａ、５３ｂに過大な負荷をかけることなく高速に回転速度センサー３５ａの断線を判定し、断線判定後速やかに電動機３３ａ、３３ｂの回転を停止できる。

（５）シミュレーション及び検証実験
（５−１）ｄ軸電流値の挙動
第１実施形態に係る回転速度センサー３５ａ、３５ｂの断線判定の原理と効果を確認するために、上記の構成を有する走行台車１００及び制御装置５３ａ、５３ｂをモデル化したシミュレーションと、実際の走行台車１００及び制御装置５３ａ、５３ｂを用いた検証実験を行った。以下、そのシミュレーションと検証実験の結果を説明する。
回転速度センサー３５ａ、３５ｂの断線が発生した場合、回転速度センサー３５ａ、３５ｂから信号が即時に出力されなくなるので、角度変換部５３１ｉは０である実測回転速度ωを即時に算出する。断線以外に、実測回転速度ωが即時に０となる場合としては、走行台車１００が段差に差し掛かり、走行車輪３１ａ、３１ｂがその段差を乗り越え始める場合（段差衝突の発生）がある。また、上記のように実測回転速度ωが即時に０となる場合においては、ｄ軸電流値ｉ_ｄに変化が発生する可能性が考えられる。

従って、以下のシミュレーション及び検証実験では、回転速度センサー３５ａ、３５ｂに断線が生じた直後のｄ軸電流値ｉ_ｄの挙動と、走行車輪３１ａ、３１ｂが段差に衝突した直後のｄ軸電流値ｉ_ｄの挙動とを比較して、ｄ軸電流値ｉ_ｄのどの要素によって回転速度センサー３５ａ、３５ｂの断線と段差衝突の発生とを区別できるかを検証した。

シミュレーションは、走行台車１００の機械構成をモデル化したメカモデルシミュレータと、制御装置５３ａ、５３ｂの制御構成をモデル化したモータモデルシミュレータと、を連携させた連成解析により実行した。シミュレーションでは、回転速度センサー３５ａ、３５ｂの断線の発生を、実測回転速度ωを瞬時に０とすることで実現した。ｄ軸電流値ｉ_ｄは、第１座標変換部５３３により算出される理論値とする。
一方、実証実験では、走行台車１００の走行車輪３１ａ、３１ｂを実際に回転させて急激に走行車輪３１ａ、３１ｂの回転を停止させて段差に衝突した状況を実現した。また、回転速度センサー３５ａ、３５ｂの断線の発生を、回転速度センサー３５ａ、３５ｂと制御装置５３ａ、５３ｂ（角度変換部５３１ｉ）との間の配線を実際に切断して通信不可能とすることで実現した。ｄ軸電流値ｉ_ｄは、第１座標変換部５３３から出力されるｄ軸電流値ｉ_ｄを実測して得た。

以下、上記のシミュレーション及び実証実験の結果を説明する。なお、上記のシミュレーションと実証実験ではほぼ同様の結果が得られているので、以下、シミュレーションによる結果について詳しく説明する。
まず、図５Ａを用いて、走行車輪３１ａ、３１ｂが段差に衝突した際のｄ軸電流値ｉ_ｄの挙動のシミュレーション結果を説明する。図５Ａは、段差衝突の際のｄ軸電流値の挙動のシミュレーション結果を示す図である。図５Ａにおいて、ｄ軸電流値ｉ_ｄの変動は実線で表され、回転速度指令値ω^＊の変動は二点鎖線で表され、実測回転速度ωの変動は一点鎖線で表されている。
図５Ａに示すように、段差に衝突した場合、ｄ軸電流値ｉ_ｄは、段差衝突が発生した後も大きく変動することなく、最終的には０近傍に収束する。なお、段差衝突が発生する前の期間にｄ軸電流値ｉ_ｄが周期的に変動しているが、これは、電動機３３ａ、３３ｂの回転子の回転の位相と、電動機３３ａ、３３ｂに供給する三相交流の位相とが実際には若干ずれていることに起因する。

次に、図５Ｂを用いて、回転速度センサー３５ａ、３５ｂが断線した際のｄ軸電流値ｉ_ｄの挙動のシミュレーション結果を説明する。図５Ｂは、回転速度センサーの断線の際のｄ軸電流値の挙動のシミュレーション結果を示す図である。図５Ｂにおいて、ｄ軸電流値ｉ_ｄの変動は実線で表され、回転速度指令値ω^＊の変動は二点鎖線で表され、実測回転速度ωの変動は一点鎖線で表されている。
図５Ｂに示すように、回転速度センサー３５ａ、３５ｂに断線が生じた場合のｄ軸電流値ｉ_ｄの挙動は、段差衝突が発生した場合とは大きく異なることが分かる。すなわち、回転速度センサー３５ａ、３５ｂに断線が生じた場合、ｄ軸電流値ｉ_ｄは、実測回転速度ωが０になった直後から大きく振動し、所定の時間の経過後に０近傍に収束する。言い換えると、回転速度センサー３５ａ、３５ｂに断線が生じた直後のｄ軸電流値ｉ_ｄは、段差衝突の直後のｄ軸電流値ｉ_ｄよりも顕著に大きくなる。

上記のように同じように実測回転速度ωが０となる状況下で、段差衝突が発生した場合と回転速度センサー３５ａ、３５ｂの断線の場合とでｄ軸電流値ｉ_ｄの挙動が異なるのは、ｄ軸電流値ｉ_ｄが電動機３３ａ、３３ｂに供給される三相交流の位相とこれら電動機の回転子の位相との差に依存する電流であるとの特性に起因して生じる、以下の理由からである。
図５Ａに示すように、段差衝突が発生した場合、段差衝突の発生直後に実測回転速度ωは即時に０とならず、また、走行車輪３１ａ、３１ｂも走行面との滑りにより若干回転する。なぜなら、回転速度センサー３５ａ、３５ｂに断線が生じていない限り電動機３３ａ、３３ｂの回転子の位相を把握することができ（回転角度θを出力できる）、第１座標変換部５３３及び第２座標変換部５３１ｇが座標変換機能を実現できるので、電動機３３ａ、３３ｂに対して適切な三相交流を生成することができるからである。

また、交流電流（ｕ相電流ｉ_ｕ、ｖ相電流ｉ_ｖ、ｗ相電流ｉ_ｗ）から直流電流（ｑ軸電流ｉ_ｑ、ｄ軸電流ｉ_ｄ）への座標変換が比較的適切に行われ、ｑ軸電流ｉ_ｑ、ｄ軸電流ｉ_ｄが適切な値に変換される。

その一方で、図５Ｂに示すように、回転速度センサー３５ａ、３５ｂの断線の場合、断線の直後に実測回転速度ωは即時に０となる。また、回転速度センサー３５ａ、３５ｂから信号が出力されなくなるので、角度変換部５３１ｉで算出される回転角度θも所定値で固定される（あるいは、０となる）。その結果、回転速度指令値ω^＊が０ではないが実測回転速度ωが０となった（回転角度θが固定された）状態になり、第１座標変換部５３３及び第２座標変換部５３１ｇが座標変換機能を実現できないので、電動機３３ａ、３３ｂに対して適切な三相交流を生成することができない。

上記の場合、電動機３３ａ、３３ｂには直流的な電圧が供給されることに起因して電動機３３ａ、３３ｂのインピーダンスが小さくなる結果、電動機３３ａ、３３ｂに大きな電流が供給される。また、回転速度センサー３５ａ、３５ｂに断線が生じて電動機３３ａ、３３ｂの回転子の位相が把握できなくなると、交流電流（ｕ相電流ｉ_ｕ、ｖ相電流ｉ_ｖ、ｗ相電流ｉ_ｗ）から直流電流（ｑ軸電流ｉ_ｑ、ｄ軸電流ｉ_ｄ）への座標変換の変換則が不適切となり、ｑ軸電流ｉ_ｑ、ｄ軸電流ｉ_ｄが適切な値に変換されなくなる。

以上の結果から、回転速度センサー３５ａ、３５ｂの断線は、ｄ軸電流値ｉ_ｄの大きさの比較のみで複雑な演算を行うことなく、実測回転速度ωが０となる他の要因（段差衝突など）と区別できることが分かる。

（５−２）最適閾値
また、段差衝突によるｄ軸電流値ｉ_ｄの挙動と回転速度センサー３５ａ、３５ｂの断線によるｄ軸電流値ｉ_ｄの挙動が異なる現象の電動機３３ａ、３３ｂの回転速度に対する依存性について検証した。その結果を図６に示す。図６では、段差衝突または断線が発生する直前の回転速度指令値ω^＊と、段差衝突または断線が発生したときのｄ軸電流値ｉ_ｄの大きさと、の関係を示している。図６は、回転速度指令値とｄ軸電流値との関係を示す図である。
図６に示すように、回転速度センサー３５ａ、３５ｂの断線によるｄ軸電流値ｉ_ｄの大きさが段差衝突によるｄ軸電流値ｉ_ｄよりも大きくなる現象は、いずれの回転速度指令値ω^＊においても見られる。

その一方で、回転速度センサー３５ａ、３５ｂの断線によるｄ軸電流値ｉ_ｄ、及び、段差衝突によるｄ軸電流値ｉ_ｄのいずれも、回転速度指令値ω^＊が大きくなるに従ってリニアに増加する傾向が見られる。従って、回転速度センサー３５ａ、３５ｂの断線判定をｄ軸電流値ｉ_ｄの大小の比較により行うには、大小の比較の基準となる閾値を回転速度指令値ω^＊によって変更することが好ましい。

具体的には、図６の一点鎖線で示すように、各回転速度指令値ω^＊に対して、当該各回転速度指令値ω^＊におけるセンサー断線によるｄ軸電流値ｉ_ｄと、段差衝突によるｄ軸電流値ｉ_ｄとの間の電流値を閾値とすれば、任意の回転速度指令値ω^＊においてｄ軸電流値ｉ_ｄが閾値以上であるか否かにより、回転速度センサー３５ａ、３５ｂが断線したか否かを判定できる。上記の各回転速度指令値ω^＊に対して定める最適な閾値を「最適閾値」と呼ぶ。
従って、複数の回転速度指令値ω^＊と、複数の回転速度指令値ω^＊のそれぞれに対する最適閾値と、を関連付けて最適閾値情報ＴＩとして記録することで、最適閾値情報ＴＩと上位コントローラ５１から出力される現在の回転速度指令値ω^＊とに基づいて、任意の回転速度指令値ω^＊に対する最適閾値を決定できる。

図６に示すように、最適閾値は、センサー断線によるｄ軸電流値ｉ_ｄの平均値、及び、段差衝突によるｄ軸電流値ｉ_ｄの平均値からは十分に離れた値とすることが好ましい。具体的には、最適閾値は、段差衝突によるｄ軸電流値ｉ_ｄが取りうる値の標準偏差の３倍に相当する値よりも大きく、かつ、センサー断線によるｄ軸電流値ｉ_ｄが取りうる値の標準偏差の３倍に相当する値よりも小さい値の範囲内で設定することが好ましい。

（５−３）従来の断線判定方法との比較例
次に、ｄ軸電流値ｉ_ｄの大小の比較による本実施形態に係る断線判定方法と、従来技術における断線判定方法との比較をシミュレーションにより実行した。以下のシミュレーションでは、ｔａｎ^−１（Ｖ_ｑ ^＊／Ｖ_ｄ ^＊）（Ｖ_ｑ ^＊：ｑ軸電圧指示値、Ｖ_ｄ ^＊：ｄ軸電圧指示値）との式から算出される従来の断線判定方法で用いられる基準値（断線判定基準値と呼ぶ）の挙動と、ｄ軸電流値ｉ_ｄの挙動とを比較した。
図７Ａに、電動機３３ａ、３３ｂの回転開始から回転速度センサー３５ａ、３５ｂが断線して所定の時間経過後までの従来の断線判定基準値の挙動を示し、図７Ｂに、電動機３３ａ、３３ｂの回転開始から回転速度センサー３５ａ、３５ｂが断線して所定の時間経過後までのｄ軸電流値の挙動を示す。図７Ａ及び図７Ｂでは、上図が実測回転速度ωの変動を示し、下図が断線判定基準値の変動（図７Ａ）又はｄ軸電流値ｉｄの変動（図７Ｂ）を示す。

図７Ａに示すように、従来の断線判定基準値については、回転速度センサー３５ａ、３５ｂの断線が発生した後だけでなく、走行台車１００の走行開始の初期段階においても大きな値を示す。つまり、従来の断線判定方法では、回転速度センサー３５ａ、３５ｂの断線が発生していない場合にも断線判定基準値の値が大きくなり、回転速度センサー３５ａ、３５ｂの断線の誤検知が生じる可能性が極めて高い。

その一方、図７Ｂに示すように、ｄ軸電流値ｉ_ｄについては、走行台車１００の走行開始の初期段階において若干大きく変動する場合もあるが、その変動幅は回転速度センサー３５ａ、３５ｂの断線が発生した場合の変動幅よりも十分に小さい。つまり、本実施形態に係るｄ軸電流値ｉ_ｄの大小に基づく断線判定方法では、回転速度センサー３５ａ、３５ｂの断線が発生している場合としていない場合とを区別可能であるので、回転速度センサー３５ａ、３５ｂの断線の誤検知が生じる可能性は極めて低い。

（６）回転速度センサーの断線検出方法
以下、図８を用いて、第１実施形態の制御装置５３ａ、５３ｂで実行される回転速度センサー３５ａ、３５ｂの断線検出方法（断線検出プロセス）を説明する。図８は、回転速度センサーの断線検出方法を示すフローチャートである。以下では、制御装置５３ａにおいて実行される回転速度センサー３５ａの断線検出方法の例を説明する。制御装置５３ｂにおいても同様の断線検出方法が実行される。
なお、図８に示す回転速度センサーの断線検出プロセスは、制御装置５３ａにおいて電動機３３ａの制御が実行されているときに、電動機３３ａの制御プロセスと並列して実行されてもよいし、制御プロセスの所定のタイミングで実行されてもよい。

回転速度センサーの断線検出プロセスが開始されると、まず、回転速度センサー３５ａの断線判定を実行する断線判定モードに移行するか否かが決定される。
具体的には、ステップＳ１において、モード移行部５３５ａが、上位コントローラ５１から回転速度指令値ω^＊を取得する。また、ステップＳ２において、モード移行部５３５ａが、角度変換部５３１ｉから実測回転速度ωを取得する。

回転速度指令値ω^＊及び実測回転速度ωを取得後、ステップＳ３において、モード移行部５３５ａは、取得した回転速度指令値ω^＊及び実測回転速度ωが断線判定モードへの移行条件を満たしているか否かを判定する。
回転速度指令値ω^＊が０であるか、又は、実測回転速度ωが所定の回転速度よりも大きい回転速度である場合（ステップＳ３で「Ｎｏ」）、モード移行部５３５ａは、取得した回転速度指令値ω^＊及び実測回転速度ωが断線判定モードへの移行条件を満たしていないと判定する。この場合、断線検出プロセスはステップＳ１に戻り、回転速度指令値ω^＊及び実測回転速度ωが断線判定モードへの移行条件を満たすまで待機する。

一方、回転速度指令値ω^＊が０でなく、かつ、実測回転速度ωが所定の回転速度以下である場合（ステップＳ３で「Ｙｅｓ」）、モード移行部５３５ａは、取得した回転速度指令値ω^＊及び実測回転速度ωが断線判定モードへの移行条件を満たしていると判定し、断線判定モードへ移行する。

断線判定モードへ移行後、回転速度センサー３５ａの断線判定が実行される。
具体的には、ステップＳ４において、閾値決定部５３５ｄが、記憶部５３５ｅに記憶されている最適閾値情報ＴＩと、ステップＳ１で取得した現在の回転速度指令値ω^＊とに基づいて、上記にて説明した閾値の決定方法により、現在の回転速度指令値ω^＊に対して最適な閾値を決定する。
閾値を決定後、ステップＳ５において、断線判定部５３５ｂが、第１座標変換部５３３から現在のｄ軸電流値ｉ_ｄを取得する。その後、ステップＳ６において、断線判定部５３５ｂが、ステップＳ５にて取得したｄ軸電流値ｉ_ｄがステップＳ４で決定した閾値を超えているか否かを判定する。

ｄ軸電流値ｉ_ｄが閾値よりも大きい場合（ステップＳ６で「Ｙｅｓ」）、断線判定部５３５ｂは、回転速度センサー３５ａに断線が発生していると判定する。この場合、断線検出プロセスは、ステップＳ７に進む。
一方、ｄ軸電流値ｉ_ｄが閾値以下である場合（ステップＳ６で「Ｎｏ」）、断線判定部５３５ｂは、回転速度センサー３５ａに断線が発生していないと判定する。この場合、断線検出プロセスは、ステップＳ９に進む。

ステップＳ６において回転速度センサー３５ａに断線が発生していると判定された場合、ステップＳ７において、断線判定部５３５ｂは、他方の制御装置５３ｂに、回転速度センサー３５ａに断線が発生したとの判定結果を送信する。
その結果、ステップＳ８において、他方の制御装置５３ｂの断線検出部５３５が回転停止指令を出力し、当該他方の制御装置５３ｂにより制御されている電動機３３ｂが回転を停止する。その後、断線検出プロセスは、ステップＳ１１に進み断線判定モードを終了し、回転速度センサー３５ａの断線検出を終了する。

一方、ステップＳ６において回転速度センサー３５ａに断線が発生していないと判定された場合、ステップＳ９において、断線判定部５３５ｂは、ステップＳ４を実行してから第２時間が経過したか否かを判定する。ステップＳ４を実行してから第２時間が経過していない場合（ステップＳ９で「Ｎｏ」）、断線判定部５３５ｂは、ステップＳ４を実行してから第２時間が経過するまで待機する。
一方、ステップＳ４を実行してから第２時間が経過した場合（ステップＳ９で「Ｙｅｓ」）、ステップＳ１０において、断線判定モードに移行してから第１時間が経過したか否かを判定する。

ステップＳ４を実行してから第２時間が経過しており（ステップＳ９で「Ｙｅｓ」）、かつ、断線判定モードに移行してから第１時間が経過していない場合（ステップＳ１０で「Ｎｏ」）、断線検出プロセスは、ステップＳ４に戻る。すなわち、閾値決定部５３５ｄが閾値を決定し、その後、断線判定部５３５ｂがｄ軸電流値ｉ_ｄを取得して、取得したｄ軸電流値ｉ_ｄが閾値を超えているか否かを判定する。
上記のようにして、断線判定部５３５ｂは、断線判定モードに移行後第１時間が経過していない時間内に、第２時間毎にｄ軸電流値ｉ_ｄが閾値を超えているか否かを判定できる。その結果、高速に回転速度センサー３５ａの断線を検知できる。

なお、断線判定モードに移行してから第１時間内にｄ軸電流値ｉ_ｄが閾値を超えているか否かを第２時間毎に判定する間、上記のステップＳ１〜Ｓ３と同様のプロセスが実行される。すなわち、断線判定モードに移行してから第１時間内においても、回転速度指令値ω^＊及び実測回転速度ωが断線判定モードに移行できる条件を満たしているか否かが判定される。
断線判定モードに移行してから第１時間内において、回転速度指令値ω^＊及び実測回転速度ωが断線判定モードに移行できる条件を満たさなくなった場合には、当該条件を満たさなくなった時点で、ｄ軸電流値ｉ_ｄが閾値を超えているか否かの判定が停止される。

一方、断線判定モードに移行してから第１時間が経過している場合（ステップＳ１０で「Ｙｅｓ」）、ステップＳ１１において、モード移行部５３５ａが現在の断線判定モードを終了する。その後、断線検出プロセスが終了する。
上記のようにして、モード移行部５３５ａは、断線判定モードに移行してから第１時間が経過した場合には、当該断線判定モードを終了できる。その結果、回転速度センサー３５ａの断線の誤検知を抑制できる。

なお、断線判定モードに移行してから第１時間が経過して断線判定モードが一旦終了した後に、再度、断線検出プロセスが起動されて、上記のステップＳ１〜Ｓ１１の実行が開始されてもよい。
また、回転速度センサー３５ａの断線が発生した後に、当該回転速度センサー３５ａの交換等がなされて上記断線状態が解消した後に、再度、断線検出プロセスが起動されて、上記のステップＳ１〜Ｓ１１の実行が開始されてもよい。

まとめると、上記の断線検出方法では、回転速度指令値ω^＊が０でなく、かつ、実測回転速度ωが所定の回転速度以下である状態となった後に、ｄ軸電流値ｉ_ｄが所定の閾値を超えたか否かにより、回転速度センサー３５ａ、３５ｂに断線が生じたか否かを判定している。
回転速度指令値ω^＊が０でなくかつ実測回転速度ωが所定の回転速度以下となる場合は、回転速度センサー３５ａ、３５ｂに異常が発生している可能性が高い場合であるので、回転速度指令値ω^＊が０でなくかつ実測回転速度ωが所定の回転速度以下となった後に回転速度センサーの断線の判定をすることで、回転速度センサー３５ａ、３５ｂの断線の誤検出が発生することを抑制できる。
また、回転速度センサー３５ａ、３５ｂの断線を、ｄ軸電流値ｉ_ｄが所定の閾値を超えたかどうか、すなわち、ｄ軸電流値ｉ_ｄの大小で判定することにより、回転速度センサー３５ａ、３５ｂの断線判定を複雑な演算により実行する必要がなくなるので、制御装置５３ａ、５３ｂに過大な負荷をかけることなく高速に回転速度センサー３５ａ、３５ｂの断線を判定できる。

（７）変形例
上記の実施形態においては、電動機３３ａ、３３ｂ毎にそれぞれ制御装置５３ａ、５３ｂが設けられ、これら２つの制御装置５３ａ、５３ｂが互いに通信して互いの回転速度センサー３５ａ、３５ｂの状態をやりとりしていた。これに限られず、変形例として、図９に示すように、１つの制御装置５３’により２つの電動機３３ａ、３３ｂを制御してもよい。図９は、制御部の構成の変形例を示す図である。
この制御装置５３’は、例えば、第１実施形態の各制御装置５３ａ、５３ｂに備わっていた駆動部５３１ｈを電動機３３ａ、３３ｂ毎に２つ有し、他の構成要素を２つの電動機３３ａ、３３ｂで共有する。この場合、制御装置５３’には、一方の電動機の制御指令が上位コントローラ５１から送信された後に、他方の電動機の制御指令が上位コントローラ５１から送信される。

制御装置５３’は、上位コントローラ５１から送信された電動機の制御指令がいずれの電動機に対する制御指令であるかを判断し、当該制御指令を情報処理（座標変換等）して対応する電動機に対する三相交流電圧の指示値を算出し、対応する電動機３３ａ、３３ｂの駆動部５３１ｈに出力する。

この制御装置５３’においては、各電動機３３ａ、３３ｂの回転速度センサー３５ａ、３５ｂが共通の角度変換部５３１ｉに接続され、各電動機３３ａ、３３ｂの電流検出器５３３ａが共通の第１座標変換部５３３に接続される。
また、共通の角度変換部５３１ｉが各電動機３３ａ、３３ｂの回転角度θ及び実測回転速度ωを算出し、共通の第１座標変換部５３３が各電動機の交流電流の座標変換を実行する。

このように、２つの電動機３３ａ、３３ｂを１つの制御装置５３’により制御することにより、一方の電動機の回転速度センサーで断線が発生したときに即座に他方の電動機を停止させる等の処理を実行できる。
具体的には、共通の断線検出部５３５が、２つの電動機３３ａ、３３ｂの断線を判断して、一方の電動機の回転速度センサーで断線が発生したときには即座に他方の電動機を停止させる等の処理を実行できる。

（８）第１実施形態の特徴
第１実施形態は下記のようにも説明できる。
制御装置（例えば、制御装置５３ａ、５３ｂ）は、回転速度センサー（例えば、３５ａ、３５ｂ）と、電力制御部（例えば、電力制御部５３１）と、座標変換部（例えば、第１座標変換部５３３）と、モード移行部（例えば、モード移行部５３５ａ）と、断線判定部（例えば、断線判定部５３５ｂ）と、を備える。回転速度センサーは、電動機（例えば、電動機３３ａ、３３ｂ）の回転速度を測定する。電力制御部は、電動機の回転速度指令値（例えば、回転速度指令値ω^＊）と実測回転速度（例えば、実測回転速度ω）とに基づいて、電動機に供給する電力量を制御する。

座標変換部は、電動機に供給される電流量を座標変換してｄ軸電流値（例えば、ｄ軸電流値ｉ_ｄ）を算出する。モード移行部は、回転速度指令値が０でなく、かつ、実測回転速度が所定の回転速度以下であれば、回転速度センサーに断線が生じたか否かを判定する断線判定モードに移行する。断線判定部は、モード移行部が断線判定モードに移行した後にｄ軸電流値が所定の閾値を超えた場合に、回転速度センサーに断線が生じたと判定する。

上記の制御装置では、断線判定部が、電動機への回転速度の指令値である回転速度指令値が０でなく、かつ、電動機の実際の回転速度に対応する実測回転速度が所定の回転速度以下である状態となった後に、回転速度センサーに断線が生じたか否かを判定している。
回転速度指令値が０でなくかつ実測回転速度が所定の回転速度以下となる場合は、回転速度センサーに異常が発生している可能性が高い場合であるので、回転速度指令値が０でなくかつ実測回転速度が所定の回転数以下となった後に回転速度センサーの断線の判定をすることで、回転速度センサーの断線の誤検出が発生することを抑制できる。

また、回転速度センサーの断線を、ｄ軸電流値が所定の閾値を超えたかどうか、すなわち、ｄ軸電流値の大小で判定することにより、回転速度センサーの断線判定を複雑な演算により実行する必要がなくなるので、制御装置に過大な負荷をかけることなく高速に回転速度センサーの断線を判定できる。

２．他の実施形態
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。特に、本明細書に書かれた複数の実施形態及び変形例は必要に応じて任意に組み合せ可能である。
（Ａ）上記の第１実施形態にて説明した図８に示すフローチャートの各ステップの順序及び／又は処理内容は、本発明の要旨を逸脱しない範囲で適宜変更できる。
（Ｂ）上記の第１実施形態で説明した断線検出技術は、電動機３３ａ、３３ｂが三相同期モータであれば、上記のＳＰＭモータ以外を用いた場合にも適用できる。例えば、ＩＰＭ（Ｉｎｔｅｒｉｏｒ Ｐｅｒｍａｎｅｎｔ Ｍａｇｎｅｔ）モータを電動機３３ａ、３３ｂとした場合にも、上記の断線検出技術を適用できる。

本発明は、モータなどの電動機の制御装置に備わる回転速度センサーの断線の検出に広く適用できる。

１００ 走行台車
１ 本体
３ａ、３ｂ 走行部
３１ａ、３１ｂ 走行車輪
３３ａ、３３ｂ電動機
３５ａ、３５ｂ回転速度センサー
５ 制御部
５１ 上位コントローラ
５３ａ、５３ｂ制御装置
５３’ 制御装置
５３１ 電力制御部
５３１ａ 第１差分算出部
５３１ｂ 速度制御部
５３１ｃ 第２差分算出部
５３１ｄ 第３差分算出部
５３１ｅ ｑ軸電流制御部
５３１ｆ ｄ軸電流制御部
５３１ｇ 第２座標変換部
５３１ｈ 駆動部
５３１ｉ 角度変換部
５３３ 第１座標変換部
５３３ａ 電流検出器
５３５ 断線検出部
５３５ａ モード移行部
５３５ｂ 断線判定部
５３５ｃ 回転停止指令部
５３５ｄ 閾値決定部
５３５ｅ 記憶部
５５ 各種センサー
７ 補助輪
ＴＩ 最適閾値情報
θ 回転角度
ω 実測回転速度
ω^＊ 回転速度指令値

Claims (10)

1. 電動機を制御する制御装置であって、
   前記電動機の回転速度を測定する回転速度センサーと、
   前記電動機の回転速度指令値と前記回転速度センサーから取得した前記電動機の実際の回転速度である実測回転速度とに基づいて、前記電動機に供給する電力量を制御する電力制御部と、
   前記電動機に供給される電流量を座標変換してｄ軸電流値を算出する座標変換部と、
   前記回転速度指令値が０でなく、かつ、前記実測回転速度が所定の回転速度以下であれば、前記回転速度センサーに断線が生じたか否かを判定する断線判定モードに移行するモード移行部と、
   前記モード移行部が前記断線判定モードに移行した後に前記ｄ軸電流値が所定の閾値を超えた場合に、前記回転速度センサーに断線が生じたと判定する断線判定部と、
   を備える制御装置。
2. 前記モード移行部は、前記断線判定モードに移行してから第１時間が経過した場合に、当該断線判定モードを終了する、請求項１に記載の制御装置。
3. 前記断線判定部は、前記モード移行部が前記断線判定モードに移行後は第２時間毎に前記ｄ軸電流値が所定の閾値を超えているか否かを判定する、請求項１又は２に記載の制御装置。
4. 前記回転速度指令値に基づいて前記閾値を決定する閾値決定部をさらに備える、請求項１〜３のいずれかに記載の制御装置。
5. 前記閾値決定部は、前記回転速度指令値と前記閾値の最適値との関係を表す情報と、現在の回転速度指令値と、に基づいて前記閾値を決定する、請求項４に記載の制御装置。
6. 電動機の回転速度を測定する回転速度センサーと、前記電動機の回転速度指令値と前記回転速度センサーから取得した前記電動機の実際の回転速度である実測回転速度とに基づいて、前記電動機に供給する電力量を制御する電力制御部と、を有する制御装置における前記回転速度センサーの断線検出方法であって、
   前記回転速度センサーから前記実測回転速度を取得するステップと、
   前記電動機に供給される電流量を座標変換してｄ軸電流値を算出するステップと、
   前記回転速度指令値が０でなく、かつ、前記実測回転速度が所定の回転速度以下であれば、前記回転速度センサーに断線が生じたか否かを判定する断線判定モードに移行するステップと、
   前記断線判定モードに移行した後に前記ｄ軸電流値が所定の閾値を超えた場合に、前記回転速度センサーに断線が生じたと判定するステップと、
   を備える断線検出方法。
7. 前記断線判定モードに移行してから第１時間が経過した場合に、当該断線判定モードを終了するステップをさらに備える、請求項６に記載の断線検出方法。
8. 前記判定するステップは、前記断線判定モードに移行後は第２時間毎に前記ｄ軸電流値が所定の閾値を超えているか否かを判定するステップを含む、請求項６又は７に記載の断線検出方法。
9. 前記回転速度指令値に基づいて前記閾値を決定するステップをさらに備える、請求項６〜８のいずれかに記載の断線検出方法。
10. 前記閾値を決定するステップは、前記回転速度指令値と前記閾値の最適値との関係を表す情報と、現在の前記回転速度指令値と、に基づいて前記閾値を決定するステップを含む、請求項９に記載の断線検出方法。
    

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