JP3538057B2 - 速度センサレス制御を用いた電気車制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、速度検出器を用い
ずに電気車の動力源である誘導電動機を駆動制御する速
度センサレス制御を用いた電気車制御装置に係り、特に
誘導電動機を駆動する可変電圧可変周波数（以下、ＶＶ
ＶＦと称する）インバータが動作を停止した惰行状態か
ら再起動する場合に不可欠である、誘導電動機のロータ
回転周波数を安定かつ迅速に推定できるようにした速度
センサレス制御を用いた電気車制御装置に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】図３７は、従来の電気車制御装置の構成
例を示す概略図である。

【０００３】なお、図３７は、直流電気車１編成の中の
３両分を模擬しているものである。

【０００４】図３７において、架線１は、パンタグラフ
２、直流フィルタリアクトル３を介して、直流フィルタ
コンデンサ４の正側電位点に接続される。直流フィルタ
コンデンサ４の負側電位点は、車輪７を介してレール８
に接地される。直流フィルタコンデンサ４には、ＶＶＶ
Ｆインバータ５が接続されており、ＶＶＶＦインバータ
５は、誘導電動機６を駆動する。このＶＶＶＦインバー
タ５は、制御ユニット３４により制御される。

【０００５】図３８は、図３７における車両４５をより
詳細に示した構成図である。

【０００６】なお、図３８では、車輪７と誘導電動機６
とは独立した構成となっているが、これは便宜的な図で
あり、実際には、ギアを介して車輪７と誘導電動機６の
ロータとは機械的に結合されている。

【０００７】図３８において、制御ユニット３４に関し
てより詳細に説明する。図３８に示す制御系は、ｄｑ軸
回転座標系上にて、誘導電動機６の電流、電圧、磁束を
制御するベクトル制御方式である。

【０００８】制御ユニット３４は、電流指令演算部１
０、出力電圧指令演算部１１、座標系変換器１２、出力
周波数指令演算部４８、ゲート制御部１３からなってい
る。

【０００９】電流指令演算部１０では、ｄｑ軸座標系上
での電流指令値Ｉd ^* ，Ｉq ^* を演算する。

【００１０】出力電圧指令演算部１１では、電流指令値
Ｉd ^* ，Ｉq ^* とに基づいて、電流指令値に一致する電
流が流れるようにＶＶＶＦインバータ５が出力すべきｄ
軸出力電圧指令Ｖd ^* とｑ軸出力電圧Ｖq ^* とを演算出
力する。

【００１１】座標系変換器１２では、ｄ軸出力電圧指令
値Ｖd ^* とｑ軸出力電圧指令値Ｖq ^* とに基づいて、ｄ
軸を基準軸とする極座標へと変換する。

【００１２】例えば、次式によりｄｑ軸電圧指令Ｖd
^* ，Ｖq ^* の大きさを演算し、出力電圧指令の大きさ
Ｖ^* として出力する。

【００１３】

【数１】

【００１４】また、次式によりｄ軸から出力電圧指令ベ
クトルまでの位相角をθv ^* として演算し、出力する。

【００１５】

【数２】

【００１６】座標系変換器１２からの出力Ｖ^* ，θv ^*
と、後述する出力周波数指令演算部４８からの出力であ
る出力周波数指令値ＦＩＮＶ^* は、ゲート制御部１３に
入力される。

【００１７】ＦＩＮＶ^* の積分値をθabとすると、θab
はａ軸あるいはｕ軸からｄ軸までの位相角となる。従っ
て、θをθv ^* とθabとの加算値とすれば、基準となる
ａ軸から出力電圧指令ベクトルまでの位相差はθとな
る。

【００１８】ゲート制御部１３では、ａｂ軸静止座標系
上の出力電圧指令ベクトルを３相電圧指令値に変換し、
さらに出力電圧が３相出力電圧指令値に一致するよう
に、ＶＶＶＦインバータ５のゲートを制御するが、この
詳細に関しては既存技術であるので、ここではその説明
を省略する。

【００１９】出力周波数指令演算部４８では、ＶＶＶＦ
インバータ５が出力すべき周波数指令値ＦＩＮＶ^* を演
算出力する。出力周波数指令演算部４８には、速度検出
器４２により検出された誘導電動機６のロータ回転周波
数ＦＲが入力される。

【００２０】出力周波数指令演算部４８では、次式のよ
うに、出力周波数指令ＦＩＮＶ^* を演算し、出力する。

【００２１】

【数３】

【００２２】ただし、Ｒ２：２次抵抗値、Ｌ２：２次イ
ンダクタンスである。

【００２３】以上のように構成された電気車制御装置で
は、ある速度まで加速した後、惰性にまかせて走行する
惰行状態が存在する。この惰行状態では、ＶＶＶＦイン
バータ５は停止しており、損失を低減している。そし
て、この惰行の間、誘導電動機６は荷電されていないた
め、磁束あるいは電流といった電気的状態量は、零であ
る。

【００２４】このような惰行状態からＶＶＶＦインバー
タ５を再起動する場合、従来の電気車制御装置では、誘
導電動機６に設置された速度検出器４２の情報から、誘
導電動機６のロータの回転周波数を検出し、制御ユニッ
ト３４へ入力する。

【００２５】この従来の電気車制御装置では、速度検出
器４２により検出された誘導電動機６のロータ回転周波
数ＦＲに基づいて再起動、すなわち磁束の立ち上げを行
なうため、何ら問題となることはなく、安定かつ確実な
再起動を行なうことが可能である。

【００２６】

【発明が解決しようとする課題】一方、速度検出器４２
の弱電線は、動力線と同様に引き回されており、電気車
の保守性を低下させる要因であり、あるいは信号線に重
畳するノイズや振動による信号パルスの欠落等によっ
て、制御的にも悪影響を及ぼす可能性がある。

【００２７】そこで、このような観点から、速度検出器
４２を用いない速度センサレスベクトル制御を用いた電
気車制御装置が強く望まれる。

【００２８】しかしながら、速度センサレスベクトル制
御を用いた電気車制御装置では、惰行状態において、ロ
ータ回転周波数を検知し得る速度検出器がなく、またロ
ータ回転周波数を推定し得る誘起電圧も発生していな
い。

【００２９】そして、ロータの回転周波数が特定できな
い状態で誘導電動機６を再起動する場合、ロータ回転周
波数への引き込みに失敗する現象や、過電流・過電圧等
の保護動作によってＶＶＶＦインバータ５が停止する可
能性が高い。また、不要なトルクを引き起こして、乗り
心地を低下させる可能性がある。

【００３０】従って、ロータの回転周波数が不明である
誘導電動機６を、安定かつ確実に再起動するためには、
誘導電動機６のロータ回転周波数を把握することが不可
欠である。

【００３１】本発明の目的は、誘導電動機のロータの回
転周波数を安定かつ迅速に推定し、惰行状態の誘導電動
機を速度センサレス制御により安定かつ確実に再起動す
ることが可能な速度センサレス制御を用いた電気車制御
装置を提供することにある。

【００３２】

【課題を解決するための手段】上記目標を達成するため
に、本発明では、直流を任意の周波数の交流に変換する
可変電圧可変周波数インバータ（ＶＶＶＦインバータ）
と、当該ＶＶＶＦインバータの直流側に接続されたフィ
ルタコンデンサと、ＶＶＶＦインバータの交流側に接続
されて駆動される誘導電動機とから主回路を構成し、電
流指令値を演算する電流指令演算手段と、電流指令値に
一致する電流が得られるように出力電圧の指令値を演算
する出力電圧指令演算手段と、出力周波数指令を演算す
る出力周波数指令演算手段と、出力電圧指令演算手段か
らの出力と出力周波数指令演算手段からの出力とを入力
とし、ＶＶＶＦインバータの出力電圧が一致するように
ＶＶＶＦインバータのゲート制御を行なうゲート制御手
段とを備えて構成される速度センサレス制御を用いた電
気車制御装置において、出力周波数指令演算手段とし
て、誘導電動機が惰行状態から再起動を行なう場合に、
第１の所定値から第２の所定値に出力周波数指令を漸増
あるいは漸減させる手段を備え、誘導電動機に流れる電
流を検出する電流検出手段と、電流検出手段からの出力
である電流検出値と、電流指令演算手段からの出力であ
る電流指令値と、出力電圧指令演算手段からの出力であ
る出力電圧指令値の少なくとも一つに基づいて、誘導電
動機のロータ回転周波数を推定するロータ回転周波数検
知手段とを備えている。

【００３３】従って、本発明の速度センサレス制御を用
いた電気車制御装置においては、誘導電動機が惰行して
いる状態から再起動をする際に、第１の所定値から第２
の所定値へと出力周波数指令を漸増あるいは漸減させ
る。これにより、誘導電動機の滑り、すなわち誘導電動
機のインピーダンスが変化し、これに応じた電気的現象
を検知することで、誘導電動機のロータ回転周波数を推
定することが可能となる。そして、この推定されたロー
タ回転周波数に基づいて再起動動作を行なうため、過電
流・過電圧や不要なトルクの発生を防ぐことができる。
これにより、ＶＶＶＦインバータの保護停止を抑制した
り、あるいは乗り心地の劣化を抑制することが期待でき
る。

【００３４】また、請求項１の発明では、出力電圧指令
演算手段を、電流指令値に基づいて誘導電動機の１次イ
ンピーダンスによる電圧降下分を演算出力する手段から
構成し、ロータ回転周波数検知手段を、電流検出手段に
より検出された電流値を入力とし、電流の大きさを演算
する電流ベクトル長演算手段と、電流ベクトル長演算手
段からの出力である電流の大きさを入力とし、当該電流
の大きさが所定の検知レベル値よりも減少した時の出力
周波数指令の値をロータ回転周波数推定値として設定す
るロータ回転周波数推定値設定手段とから構成してい
る。

【００３５】従って、請求項１の発明の速度センサレス
制御を用いた電気車制御装置においては、出力周波数指
令が第１の所定値から第２の所定値へと漸増あるいは漸
減する際に、ＶＶＶＦインバータの出力電流ベクトルの
大きさが電流検知レベルよりも低下した時点での出力周
波数指令値を、ロータ回転周波数推定値として設定す
る。出力電圧指令として、漏れインダクタンスでの電圧
降下分のみを補償するため、ロータ回転周波数の推定過
程における過電流やトルクの発生を抑制することができ
る。これにより、電気車の乗り心地の劣化が抑えられる
と共に、直流リンク電圧の不安定化を抑制でき、過電圧
・低電圧によるＶＶＶＦインバータの保護動作を回避す
ることが期待できる。

【００３６】さらに、請求項２の発明では、上記請求項
１の発明の速度センサレス制御を用いた電気車制御装置
において、ロータ回転周波数検知手段における所定の検
知レベル値を得る手段を、出力周波数指令値を入力と
し、その絶対値を演算する絶対値演算手段と、絶対値演
算手段からの出力を入力とし、出力周波数指令値の絶対
値が小さい場合には、電流の大きさを判定する検知レベ
ル値を大きく設定する検知レベル設定手段とから構成し
ている。

【００３７】従って、請求項２の発明の速度センサレス
制御を用いた電気車制御装置においては、前記請求項１
の発明の速度センサレス制御を用いた電気車制御装置と
同様な作用効果を奏することができる。さらに、請求項
１の発明の速度センサレス制御を用いた電気車制御装置
と比べて、出力周波数指令値の絶対値が小さい場合に
は、前述の検知レベル値を大きく設定することにより、
ロータ回転周波数が低い領域においても、ロータ回転周
波数の推定を可能とすることができ、速度推定の範囲を
向上することが期待できる。

【００３８】一方、請求項３の発明では、上記請求項１
の発明の速度センサレス制御を用いた電気車制御装置に
おいて、出力電圧指令演算手段を、電流指令値に基づい
て誘導電動機の１次インピーダンスによる電圧降下分を
演算出力する手段の代わりに、電流指令値に基づいて誘
導電動機の漏れインダクタンスによる電圧降下分を出力
電圧指令として出力する手段から構成している。

【００３９】従って、請求項３の発明の速度センサレス
制御を用いた電気車制御装置においては、前記請求項１
の発明の速度センサレス制御を用いた電気車制御装置と
同様な作用効果を奏することができる。さらに、請求項
１の発明の速度センサレス制御を用いた電気車制御装置
と比べて、出力電圧指令演算手段において、１次抵抗の
電圧降下分を演算していない分、制御ソフトの容量の縮
小と演算処理時間の短縮を期待することができる。

【００４０】また、請求項４の発明では、上記請求項１
の発明の速度センサレス制御を用いた電気車制御装置に
おいて、ロータ回転周波数検知手段を、電流検出手段に
より検出された電流値を入力とし、電流の大きさを演算
する電流ベクトル長演算手段と、出力周波数指令値が第
１の所定値から第２の所定値へと漸増あるいは漸減する
間に電流ベクトル長演算手段からの出力である電流の大
きさの最小値となる時点での出力周波数指令値をロータ
回転周波数推定値として設定するロータ回転周波数推定
手段とから構成している。

【００４１】従って、請求項４の発明の速度センサレス
制御を用いた電気車制御装置においては、前記請求項１
の発明の速度センサレス制御を用いた電気車制御装置と
同様な作用効果を奏することができる。さらに、請求項
１の発明の速度センサレス制御を用いた電気車制御装置
と比べて、電流ベクトルの大きさが最も落ち込む点を探
るため、ロータ回転周波数の推定値の推定精度を向上す
ることが期待できる。

【００４２】さらに、請求項５の発明では、出力周波数
指令演算手段を、出力周波数指令値を入力とし、出力周
波数指令の絶対値を演算出力する絶対値演算手段と、絶
対値演算手段からの出力である出力周波数指令の絶対値
が小さい場合には、出力周波数指令値が漸増あるいは漸
減する周波数の変化率を小さくする手段とから構成して
いる。

【００４３】従って、請求項５の発明の速度センサレス
制御を用いた電気車制御装置においては、出力周波数指
令値の絶対値が小さい範囲では、出力周波数指令値の変
化率を小さくし、ゆるやかに周波数を漸増あるいは漸減
させることで、インピーダンスの変化の影響を大きくす
ることが可能となる。これにより、ロータ回転周波数が
低い領域においても、回転周波数の推定を可能とするこ
とができ、速度推定の範囲を向上することが期待でき
る。

【００４４】一方、請求項６の発明では、上記請求項５
の発明の速度センサレス制御を用いた電気車制御装置に
おいて、出力周波数指令演算手段としては、第１の所定
値の絶対値が第２の所定値の絶対値よりも大きいものと
している。

【００４５】従って、請求項６の発明の速度センサレス
制御を用いた電気車制御装置においては、前記請求項５
の発明の速度センサレス制御を用いた電気車制御装置と
同様な作用効果を奏することができる。さらに、ロータ
回転周波数の正転を仮定すれば、出力周波数指令値は、
高周波から低周波へ漸減するように設定される。出力周
波数指令値が低周波である場合には、その変化率が小さ
く設定されるために、高周波から低周波へと漸減させる
ことにより、単位時間内に広い周波数範囲を漸増あるい
は漸減できることになる。これにより、平均的なロータ
回転周波数の検知時間を短縮することができ、迅速な再
起動が期待できる。

【００４６】また、請求項７の発明では、出力周波数指
令手段としては、誘導電動機が惰行状態から再起動を行
なう場合に、ある所定の時間経過するまでは出力周波数
指令値を一定とする手段を付加している。

【００４７】従って、請求項７の発明の速度センサレス
制御を用いた電気車制御装置においては、誘導電動機が
惰行する状態からロータ回転周波数を推定する際、まず
出力周波数指令値を第１の所定値にある期間一定に保
ち、その後漸増あるいは漸減させる。これにより、電圧
や電流等の電気的状態量が安定化し、ロータ回転周波数
検知の際の誤検知を抑制することが期待できる。

【００４８】さらに、請求項８の発明では、上記請求項
７の発明の速度センサレス制御を用いた電気車制御装置
において、出力周波数指令手段により、ある所定時間経
過するまでの出力周波数指令値が一定である状態におい
て、電流検出手段により検出された電流値を入力とし、
電流指令値の座標系へ座標系変換を行なう座標系変換手
段と、座標系変換された電流値と電流指令値との偏差を
演算する減算手段と、減算手段により演算された電流偏
差が零となるように、出力電圧指令演算手段への出力を
補正する量を演算する電流制御手段と、電流制御手段に
より演算された出力電圧指令への補正量と出力電圧指令
手段からの出力とを加算することで補正する加算手段と
を付加している。

【００４９】従って、請求項８の発明の速度センサレス
制御を用いた電気車制御装置においては、前記請求項７
の発明の速度センサレス制御を用いた電気車制御装置と
同様な作用効果を奏することができる。さらに、請求項
７の発明の速度センサレス制御を用いた電気車制御装置
と比べて、出力周波数指令値が一定となる期間におい
て、電流制御が加わることで、電流を高速に安定化させ
ることが可能である。これにより、出力周波数指令値を
一定とする期間が短縮できるため、ロータ回転周波数の
推定にかかる時間を短縮することが可能であり、再起動
を迅速に行なうことが期待できる。

【００５０】一方、請求項９の発明では、上記請求項７
の発明の速度センサレス制御を用いた電気車制御装置に
おいて、出力周波数指令値の初期値である第１の所定値
は、誘導電動機のロータ回転周波数の可能性の範囲外に
設定するようにしている。

【００５１】従って、請求項９の発明の速度センサレス
制御を用いた電気車制御装置においては、前記請求項７
の発明の速度センサレス制御を用いた電気車制御装置と
同様な作用効果を奏することができる。さらに、出力周
波数指令値が漸増あるいは漸減する始点となる第１の所
定値は、予測されるロータ回転周波数の可能性の範囲外
に設定される。これにより、出力周波数指令値が一定と
なる期間において、磁束やトルクが発生することを抑制
することができる。ロータ回転周波数の推定の過程に生
じる直流リンク電圧の不安定化・過電圧・低電圧という
現象を抑制することが期待できる。また、トルク発生に
伴なう、乗り心地の劣化を抑制することが期待できる。

【００５２】また、請求項１０の発明では、誘導電動機
のロータ回転周波数の概略値を知り得る場合、出力周波
数指令演算手段の第１の所定値を、ロータ回転周波数の
概略値に応じて、当該ロータ回転周波数の概略値の近傍
に設定するようにしている。

【００５３】従って、請求項１０の発明の速度センサレ
ス制御を用いた電気車制御装置においては、出力周波数
指令値の初期値である第１の所定値が、ロータ回転周波
数の概略値の近傍に設定される。出力周波数指令値を漸
増あるいは漸減する初期値が、予測されるロータ回転周
波数付近であるため、ロータ回転周波数の推定にかかる
時間を短縮することが可能であり、誘導電動機の再起動
を迅速に行なうことが期待できる。

【００５４】さらに、請求項１１の発明では、上記請求
項１０の発明の速度センサレス制御を用いた電気車制御
装置において、誘導電動機のロータ回転周波数の概略値
を得る手段を、電気車の編成に１つ以上設けられる車輪
あるいは誘導電動機の回転周波数を検出する速度検出手
段と、速度検出手段により検出された速度に基づいて、
誘導電動機のロータ回転周波数の概略値を設定する手段
とから構成している。

【００５５】従って、請求項１１の発明の速度センサレ
ス制御を用いた電気車制御装置においては、前記請求項
１０の発明の速度センサレス制御を用いた電気車制御装
置と同様な作用効果を奏することができる。さらに、出
力周波数指令値を漸増あるいは漸減する始点である第１
の所定値は、電気車の編成に少なくとも一つ備えられた
速度検出器の情報に基づいて、ロータ回転周波数へと換
算された概略値の近傍に設定される。出力周波数指令を
漸増あるいは漸減させる周波数の初期値が、検出された
回転周波数の近傍より開始されるため、ロータ回転周波
数を検知する時間を短縮して、誘導電動機の再起動を迅
速に行なうことが期待できる。

【００５６】一方、請求項１２の発明では、ロータ回転
周波数検知手段を、電流検出手段により検出された電流
値を入力とし、電流の大きさを演算する電流ベクトル長
演算手段と、出力電圧指令演算手段からの出力である出
力電圧指令の大きさと、電流ベクトル長演算手段からの
出力とに基づいて、誘導電動機のインピーダンスを推定
するインピーダンス推定手段と、出力周波数指令値に基
づいてインピーダンス基準を演算するインピーダンス基
準演算手段と、インピーダンス推定手段からの出力であ
る誘導電動機のインピーダンス推定値とインピーダンス
基準演算手段からの出力であるインピーダンス基準とを
入力とし、インピーダンス推定値がインピーダンス基準
を超過した時の出力周波数指令値をロータ回転周波数推
定値として設定するロータ回転周波数推定値設定手段と
から構成している。

【００５７】従って、請求項１２の発明の速度センサレ
ス制御を用いた電気車制御装置においては、出力周波数
指令値が第１の所定値から第２の所定値へと漸増あるい
は漸減する際に、推定演算された誘導電動機のインピー
ダンスが演算されたインピーダンス基準値を超過した時
点での出力周波数指令値をロータ回転周波数推定値とし
て設定する。滑りが０の近傍では、誘導電動機のインピ
ーダンスが大きくなるため、インピーダンスの推定値が
インピーダンス基準値を超えた時点での出力周波数指令
値を、ロータ回転周波数の推定値として設定すること
で、ロータの回転周波数を推定することが可能となる。
そして、この推定されたロータ回転周波数に基づいて再
起動動作を行なうため、過電流・過電圧や不要なトルク
の発生を防ぐことができる。これにより、ＶＶＶＦイン
バータの保護停止を抑制したり、あるいは乗り心地の劣
化を抑制することが期待できる。

【００５８】また、請求項１３の発明では、電流検出手
段により検出された電流値を入力とし、電流指令値の座
標系へ座標系変換を行なう座標系変換手段と、座標系変
換された電流値と電流指令値との偏差を演算する減算手
段と、減算手段により演算された電流偏差が零となるよ
うに、出力電圧指令演算手段への出力を補正する量を演
算する電流制御手段と、電流制御手段により演算された
出力電圧指令への補正量と、出力電圧指令手段からの出
力とを加算する加算手段とを付加し、ロータ回転周波数
検知手段を、出力電圧指令演算手段からの出力である出
力電圧指令の大きさを演算する手段と、出力周波数指令
演算手段からの出力である出力周波数指令値により、出
力電圧指令値の大きさを除算する除算手段と、除算手段
からの出力を入力とし、絶対値を演算する絶対値演算手
段と、絶対値演算手段からの出力が所定値よりも増加し
た時の出力周波数指令の値をロータ回転周波数推定値と
して設定するロータ回転周波数推定値設定手段とから構
成している。

【００５９】従って、請求項１３の発明の速度センサレ
ス制御を用いた電気車制御装置においては、出力周波数
指令値が第１の所定値から第２の所定値へと漸増あるい
は漸減する際に、ＶＶＶＦインバータの出力電圧指令値
の大きさと出力周波数指令との比、いわゆるＶ／Ｆ比が
所定の検知レベルを超過した時点での出力周波数指令値
をロータ回転周波数推定値として設定する。滑りが０の
近傍では、誘導電動機のインピーダンスが増加するが、
電流制御の作用によって、電流指令値に一致した電流が
流れるとすると、インピーダンスに応じた出力電圧が必
要となり、出力周波数指令値に対する出力電圧指令値の
大きさの比率すなわちＶ／Ｆ比が大きくなる。従って、
Ｖ／Ｆ比が所定値以上に増加した時点での、出力周波数
指令値をラッチすることで、ロータ回転周波数を推定す
ることが可能である。そして、この推定されたロータ回
転周波数に基づいて再起動動作を行なうため、過電流・
過電圧や不要なトルクの発生を防ぐことができる。これ
により、ＶＶＶＦインバータの保護停止を抑制したり、
あるいは乗り心地の劣化を抑制することが期待できる。

【００６０】さらに、請求項１４の発明では、ロータ回
転周波数検知手段を、誘導電動機の出力電力を演算する
出力電力演算手段と、出力電力演算手段からの出力であ
る誘導電動機の出力電力演算値が、所定値よりも増加あ
るいは低下した時点での出力周波数指令の値をロータ回
転周波数推定値として設定するロータ回転周波数推定値
設定手段とから構成している。

【００６１】従って、請求項１４の発明の速度センサレ
ス制御を用いた電気車制御装置においては、出力周波数
指令値が第１の所定値から第２の所定値へと漸増あるい
は漸減する際に、誘導電動機の出力電力演算値が所定の
検知レベルよりも増加あるいは低下した時点での出力周
波数指令値を、ロータ回転周波数推定値として設定す
る。誘導電動機の特性として、出力周波数指令値がロー
タ回転周波数よりも小さく、すべり周波数が負である状
態では、定常的にはマイナスの出力電力が発生すること
が知られており、また、出力周波数指令値がロータ回転
周波数よりも大きく、すべり周波数が正である状態で
は、定常的にはプラスの出力電力が発生することが知ら
れている。また、すべり周波数が正あるいは負で非常に
大きい場合には、出力電力は０に近いことも誘導電動機
の特性より周知である。従って、出力電力演算値が所定
の検知レベルよりも増加あるいは低下した時点にて、出
力周波数指令値をラッチすることで、ロータ回転周波数
を推定することが可能である。そして、この推定された
ロータ回転周波数に基づいて再起動動作を行なうため、
過電流・過電圧や不要なトルクの発生を防ぐことができ
る。これにより、ＶＶＶＦインバータの保護停止を抑制
したり、あるいは乗り心地の劣化を抑制することが期待
できる。

【００６２】また、請求項１５の発明では、ロータ回転
周波数検知手段を、電流検出手段により検出された電流
値を、電流指令演算手段からの出力である電流指令値に
一致した成分と電流指令値に直交した成分とに変換する
座標系変換手段と、座標系変換手段からの出力である電
流指令値に一致した電流成分を入力とし、当該電流成分
が所定の検知レベル値よりも減少した時の出力周波数指
令の値をロータ回転周波数推定値として設定するロータ
回転周波数推定値設定手段とから構成している。

【００６３】従って、請求項１５の発明の速度センサレ
ス制御を用いた電気車制御装置においては、出力周波数
指令値が第１の所定値から第２の所定値へと漸増する際
に、誘導電動機の電流の成分の中で、電流指令値に一致
する成分が所定の検知レベルよりも増加した時点での出
力周波数指令値を、ロータ回転周波数推定値として設定
する。出力周波数指令値が、実際のロータ周波数と大き
く離れている状態、すなわちすべり周波数が正あるいは
負で非常に大きい場合には、誘導電動機の等価回路にお
いて、２次抵抗回路の等価インピーダンスが０に近くな
るため、１次インピーダンスでの電圧降下のみを補償す
る場合、電流指令値に一致した成分の電流が流れる。ま
た、出力周波数指令値が、実際のロータ周波数の近傍に
あり、すべり周波数が正あるいは負で零に近い場合に
は、２次抵抗等価インピーダンスは非常に大きくなり、
電流は励磁回路に流れ込む。このため、２次抵抗回路の
電流、すなわち電流指令値に一致した電流成分は、減少
する。

【００６４】従って、電流指令値に一致した電流成分が
所定の検知レベルよりも低下した時点にて、出力周波数
指令値をラッチすることで、ロータ回転周波数を推定す
ることが可能である。そして、この推定されたロータ回
転周波数に基づいて再起動動作を行なうため、過電流・
過電圧や不要なトルクの発生を防ぐことができる。これ
により、ＶＶＶＦインバータの保護停止を抑制したり、
あるいは乗り心地の劣化を抑制することが期待できる。

【００６５】さらに、請求項１６の発明では、ロータ回
転周波数検知手段を、電流検出手段により検出された電
流値を、電流指令演算手段からの出力である電流指令値
に一致した成分と電流指令値に直交した成分とに変換す
る座標系変換手段と、座標系変換手段からの出力である
電流指令値に直交した電流成分を入力とし、当該電流成
分が所定の検知レベル値よりも減少あるいは増加した時
の出力周波数指令の値をロータ回転周波数推定値として
設定するロータ回転周波数推定値設定手段とから構成し
ている。

【００６６】従って、請求項１６の発明の速度センサレ
ス制御を用いた電気車制御装置においては、出力周波数
指令値が第１の所定値から第２の所定値へと漸増する際
に、誘導電動機の電流の成分の中で、電流指令値に直交
した成分が所定の検知レベルよりも増加した時点での出
力周波数指令値を、ロータ回転周波数推定値として設定
する。出力周波数指令値が、実際のロータ周波数と大き
く離れている状態、すなわちすべり周波数が正あるいは
負で非常に大きい場合には、誘導電動機の等価回路にお
いて、２次抵抗回路の等価インピーダンスが０に近くな
るため、１次インピーダンスでの電圧降下のみを補償す
る場合、電流指令に一致した成分の電流が流れる。ま
た、出力周波数指令値が、実際のロータ周波数の近傍に
あり、すべり周波数が正あるいは負で零に近い場合に
は、２次抵抗等価インピーダンスは非常に大きくなり、
電流は励磁回路に流れ込む。このため、励磁電流、すな
わち電流指令値に直交した電流成分が発生する。ロータ
回転周波数が正転である定常状態では、電流指令値に直
交する電流成分は、出力周波数指令値が実際のロータ回
転周波数よりも小さい場合には、負であり、出力周波数
指令が実際のロータ周波数よりも大きい場合には、正と
なり発生する。

【００６７】従って、電流指令値に直交する電流成分が
所定の検知レベルよりも増加した時点にて、出力周波数
指令値をラッチすることで、ロータ回転周波数を推定す
ることが可能である。そして、この推定されたロータ回
転周波数に基づいて再起動動作を行なうため、過電流・
過電圧や不要なトルクの発生を防ぐことができる。これ
により、ＶＶＶＦインバータの保護停止を抑制したり、
あるいは乗り心地の劣化を抑制することが期待できる。

【００６８】

【発明の実施の形態】（第１の実施の形態：請求項１に
対応）図１は、本実施の形態による速度センサレス制御
を用いた電気車制御装置の概略構成例を示すブロック図
であり、図３８と同一部分には同一符号を付して示して
いる。

【００６９】なお、図１は、直流電気車における制御装
置の構成例を示している。

【００７０】図１において、架線１は、パンタグラフ
２、直流フィルタリアクトル３を介し、直流フィルタコ
ンデンサ４の正側電位点に接続される。直流フィルタコ
ンデンサ４の負側電位点は、車輪７を介してレール８に
接地される。直流フィルタコンデンサ４には、ＶＶＶＦ
インバータ５が接続されており、ＶＶＶＦインバータ５
は、誘導電動機６を駆動する。このＶＶＶＦインバータ
５は、制御ユニット３４により制御される。ＶＶＶＦイ
ンバータ５と誘導電動機６との間には、誘導電動機６に
流れる電流を検出する電流検出器９が設けられている。

【００７１】なお、図１では、車輪７と誘導電動機６と
は独立した構成となっているが、これは便宜的な図であ
り、実際には、ギアを介して車輪７と誘導電動機６のロ
ータとは機械的に結合されている。

【００７２】図１において、制御ユニット３４に関し
て、より詳細に説明する。図１に示す制御系は、ｄｑ軸
回転座標系上にて、誘導電動機６の電流、電圧、磁束を
制御するベクトル制御方式である。

【００７３】なお、ベクトル制御に関しては、既存の技
術であるので、ここではその説明を省略する。また、ｄ
ｑ軸回転座標系を用いたベクトル制御方式は、本発明の
適用の一例であるため、この構成に限定されるものでは
ない。

【００７４】制御ユニット３４は、電流指令演算部１
０、出力電圧指令演算部１１、座標系変換器１２、出力
周波数指令演算部１４、ロータ回転周波数検知部１５、
ゲート制御部１３からなる。

【００７５】なお、出力電圧指令演算部１１、および座
標系変換部１２から、出力電圧指令演算手段が構成され
ている。

【００７６】電流指令演算部１０は、電流指令値を演算
する。

【００７７】出力電圧指令演算部１１は、電流指令値に
一致する電流が得られるように出力電圧の指令値を演算
する。

【００７８】座標系変換器１２は、ｄ軸出力電圧指令値
とｑ軸出力電圧指令値とに基づいて、ｄ軸を基準軸とす
る極座標へと変換する。

【００７９】出力周波数指令演算部１４は、出力周波数
指令を演算する。ここで、特に出力周波数指令演算部１
４は、誘導電動機６が惰行状態から再起動を行なう場合
に、第１の所定値から第２の所定値に出力周波数指令を
漸増あるいは漸減させる手段からなる。

【００８０】ロータ回転周波数検知部１５は、電流検出
器９からの出力である電流検出値と、電流指令演算部１
０からの出力である電流指令値と、出力電圧指令演算部
１１からの出力である出力電圧指令値の少なくとも一つ
に基づいて、誘導電動機６のロータ回転周波数を推定す
る。

【００８１】次に、以上のように構成した本実施の形態
の速度センサレス制御を用いた電気車制御装置の作用に
ついて説明する。

【００８２】電流指令演算部１０では、ｄｑ軸座標系上
での電流指令値Ｉd ^* ，Ｉq ^* を演算する。

【００８３】出力電圧指令演算部１１では、電流指令値
Ｉd ^* ，Ｉq ^* とに基づき、電流指令値に一致する電流
が流れるように、ＶＶＶＦインバータ５が出力すべきｄ
軸出力電圧指令Ｖd ^* とｑ軸出力電圧Ｖq ^* とを演算出
力する。

【００８４】座標系変換器１２では、ｄ軸出力電圧指令
値Ｖd ^* とｑ軸出力電圧指令値Ｖq ^* とに基づき、ｄ軸
を基準軸とする極座標へと変換する。

【００８５】例えば、前記（１）式により、ｄｑ軸電圧
指令Ｖd ^* ，Ｖq ^* の大きさを演算し、出力電圧指令の
大きさＶ^* として出力する。また、前記（２）式によ
り、ｄ軸から出力電圧指令ベクトルまでの位相角をθv
^* として演算し、出力する。

【００８６】図２は、ａｂ軸静止座標系と、ｕｖｗ軸か
らなる３相座標系と、ｄｑ軸回転座標系の関係を示す図
であり、出力電圧指令ベクトルＶを同時に示している。

【００８７】図２中、Ｖ^* は出力電圧指令の大きさ、θ
v ^* はｄ軸から出力電圧指令ベクトルまでの位相を表わ
すものである。ここで、位相θv ^* は、ベクトル制御に
おいて導入された制御量であり、旧来のＶ／Ｆ制御、滑
り周波数制御等では、この位相θv ^* は陽に制御上現わ
れない。この場合、θv ^* ＝一定、例えばθv ^* ＝０と
して扱うことで、Ｖ／Ｆ制御、滑り周波数制御と等価と
なる。

【００８８】座標系変換器１２からの出力Ｖ^* ，θv ^*
と、後述する出力周波数指令演算部１４からの出力であ
る出力周波数指令値ＦＩＮＶ^* は、ゲート制御部１３に
入力される。

【００８９】出力周波数指令値ＦＩＮＶ^* の積分値をθ
abとすると、図２において、θabはａ軸あるいはｕ軸か
らｄ軸までの位相角となる。従って、θをθv ^* とθab
との加算値とすれば、基準となるａ軸から出力電圧指令
ベクトルまでの位相差はθとなる。

【００９０】ゲート制御部１３では、ａｂ軸静止座標系
上の出力電圧指令ベクトルを３相電圧指令値に変換し、
さらに出力電圧が３相出力電圧指令値に一致するよう
に、ＶＶＶＦインバータ５のゲートを制御するが、この
詳細に関しては、既存技術であるので、ここではその説
明を省略する。

【００９１】出力周波数指令演算部１４では、ＶＶＶＦ
インバータ５が出力すべき出力周波数指令値ＦＩＮＶ^*
を演算出力する。

【００９２】ここで、出力周波数指令演算部１４は、第
１の所定値Ｆ１から第２の所定値Ｆ２まで、出力周波数
指令値ＦＩＮＶ^* を漸増あるいは漸減させる。

【００９３】図３は、出力周波数指令演算部１４の詳細
構成例を示すブロック図である。

【００９４】図３において、出力周波数指令演算部１４
は、減算器１６と、変化率リミッタ１７と、積分器１８
とから構成される。

【００９５】積分器１８の初期値には、出力周波数指令
値の初期値となる第１の所定値Ｆ１が設定される。

【００９６】積分器１８の出力であるＶＶＶＦインバー
タ５の出力周波数指令ＦＩＮＶ^* は、減算器１６に入力
され、出力周波数指令値ＦＩＮＶ^* の最終値である第２
の所定値Ｆ２から減算される。

【００９７】減算器１６の出力は、変化率リミッタ１７
に入力され、次式に示すように、所定の変化率リミット
値ＤＬｉｍにより、単位時間当たりの出力周波数指令値
の変化量である変化率が制限される。

【００９８】

【数４】

【００９９】ただし、変化率リミット値ＤＬｉｍは正と
する。

【０１００】変化率リミッタ１７からの出力は、積分器
１８への入力となる。

【０１０１】積分器１８では、変化率リミッタ１７から
の出力を積分し、出力周波数指令値ＦＩＮＶ^* を出力す
る。

【０１０２】このように構成された出力周波数指令演算
部１４により、出力周波数指令ＦＩＮＶ^* が、第１の所
定値Ｆ１から第２の所定値Ｆ２まで漸増あるいは漸減す
る。出力周波数指令値ＦＩＮＶ^* の変化率は、変化率リ
ミット値ＤＬｉｍにより制限される。

【０１０３】第１の所定値Ｆ１＞第２の所定値Ｆ２の場
合には、出力周波数指令ＦＩＮＶ^*が高い周波数から低
い周波数へ漸減し、第１の所定値Ｆ１＜第２の所定値Ｆ
２の場合には、低い周波数から高い周波数へ漸増する。

【０１０４】ロータ回転周波数検知部１５では、電流検
出器９により検出される誘導電動機６に流れる電流Ｉu
，Ｉw や、電流指令値Ｉd ^* ，Ｉq ^* 、出力電圧指令
Ｖd ^*，Ｖq ^* ，Ｖ^* ，θv ^* の中より、少なくとも一
つの情報を用いてロータの回転周波数を推定する。

【０１０５】図４は、誘導電動機５の等価回路を示す図
である。

【０１０６】図４中、Ｒ１：１次抵抗、Ｒ２：２次抵
抗、Ｌ１：１次インダクタンス、Ｍ：相互インダクタン
ス、Ｌ２：２次インダクタンス、σＬ１：漏れインダク
タンス（＝Ｌ１−Ｍ×Ｍ／Ｌ２）である。

【０１０７】滑りＳは、周知のとおり、次式で表わされ
る。

【０１０８】ＶＶＶＦインバータ５の出力周波数ＦＩＮ
Ｖとロータ回転周波数ＦＲとの関係に応じて、幅広い値
をとる。

【０１０９】

【数５】

【０１１０】誘導電動機６のインピーダンスＺは、滑り
Ｓの影響を大きく受ける。

【０１１１】すなわち、滑りＳが０から大きく離れてい
る周波数においては、インピーダンスＺは、１次抵抗Ｒ
１と漏れインダクタンスσＬ１からなる１次インピーダ
ンスにより近似することができる。

【０１１２】

【数６】

【０１１３】ただし、Ｒ１：１次抵抗、σＬ１：漏れイ
ンダクタンス（＝Ｌ１−Ｍ×Ｍ／Ｌ２）である。

【０１１４】これに対して、滑りが０付近では、１次イ
ンピーダンスと励磁インピーダンスとの直列和として近
似することができる。

【０１１５】

【数７】

【０１１６】ただし、Ｒ１：１次抵抗、Ｌ１：１次イン
ダクタンス、Ｍ：相互インダクタンス、Ｌ２：２次イン
ダクタンス、σＬ１：漏れインダクタンス（＝Ｌ１−Ｍ
×Ｍ／Ｌ２）である。

【０１１７】従って、出力電圧指令値Ｖd ^* ，Ｖq ^* ，
Ｖ^* ，θv ^* や電流指令値Ｉd ^* ，Ｉq ^* あるいは検出
された電流値Ｉu ，Ｉw に基づいて、インピーダンスの
変化に影響される電気的な現象を検知することにより、
ロータの回転周波数を推定することが可能である。

【０１１８】上述したように、本実施の形態の速度セン
サレス制御を用いた電気車制御装置では、誘導電動機６
が惰行している状態から再起動をする際に、第１の所定
値Ｆ１から第２の所定値Ｆ２へと出力周波数指令を漸増
あるいは漸減させることにより、誘導電動機６の滑り
Ｓ、すなわち誘導電動機６のインピーダンスが変化し、
これに応じた電気的現象を検知することで、誘導電動機
６のロータ回転周波数を推進することが可能となる。そ
して、この推定されたロータ回転周波数に基づいて再起
動動作を行なうため、過電流・過電圧や不要なトルクの
発生を防ぐことができる。これにより、ＶＶＶＦインバ
ータ５の保護停止を抑制したり、あるいは乗り心地の劣
化を抑制することが可能となる。

【０１１９】なお、本実施の形態では、直流電気車に基
づく構成について示しているが、交流電気車の場合にお
いても、同様に適用することが可能である。

【０１２０】（第２の実施の形態：請求項２に対応）図
５および図６は、本実施の形態による速度センサレス制
御を用いた電気車制御装置の概略構成例を示すブロック
図であり、図１と同一部分には同一符号を付してその説
明を省略し、ここでは異なる部分についてのみ述べる。

【０１２１】すなわち、本実施の形態は、前記第１の実
施の形態において、出力電圧指令演算部１１とロータ回
転周波数検知部１５を限定した構成としている。

【０１２２】出力電圧指令演算部１１は、図５に示すよ
うに構成される。図５の構成では、図４に示す誘導電動
機６の等価回路において、１次インピーダンスである１
次抵抗Ｒ１と漏れインダクタンスσＬ１での電圧降下分
を、ｄｑ軸回転座標系でのｄ軸電圧指令Ｖd ^* 、ｑ軸電
圧指令Ｖq ^* として、以下のように演算するものであ
る。

【０１２３】

【数８】

【０１２４】ただし、Ｒ１：１次抵抗、Ｌ１：１次イン
ダクタンス、Ｍ：相互インダクタンス、Ｌ２：２次イン
ダクタンス、σＬ１：漏れインダクタンス（＝Ｌ１−Ｍ
×Ｍ／Ｌ２）である。

【０１２５】次に、演算されたｄ軸電圧指令Ｖd ^* とｑ
軸電圧指令Ｖq ^* は、出力電圧指令演算部１１より出力
される。

【０１２６】ロータ回転周波数検知部１５は、電流ベク
トル長演算部３５と、比較器３６と、ラッチ部３７とか
らなる。

【０１２７】なお、比較器３６、およびラッチ部３７か
ら、ロータ回転周波数推定値設定手段が構成されてい
る。

【０１２８】電流ベクトル長演算部３５では、図１にお
ける電流検出器９により検出されたＶＶＶＦインバータ
５の出力電流Ｉu ，Ｉw に基づいて、電流ベクトルの大
きさＩａｂｓを次式により演算出力する。

【０１２９】

【数９】

【０１３０】ただし、θabはａ軸からｄ軸までの位相
角、Ｉd はｄ軸電流値、Ｉq はｑ軸電流値である。

【０１３１】電流ベクトルの大きさＩａｂｓは、比較器
３６により、検知レベルＩａｂｓ^*と比較される。

【０１３２】この結果、電流ベクトルの大きさＩａｂｓ
が検知レベルＩａｂｓ^* よりも小さい場合には、比較器
３６の出力は１となり、逆に電流の大きさＩａｂｓが検
知レベルＩａｂｓ^* よりも大きい場合には、比較器３６
の出力は０となる。

【０１３３】検知レベルＩａｂｓ^* は、（１０）式によ
り演算される電流指令値の大きさＩａｂｓＲｅｆに対
し、（１１）式のように設定されるものとする。

【０１３４】ただし、ゲインＫは、１未満の値に設定す
る。

【０１３５】

【数１０】

【０１３６】ラッチ部３７には、比較器３６からの出力
と出力周波数指令値ＦＩＮＶ^* とが入力される。

【０１３７】比較器３６からの出力が０から１に変化し
た場合、その時点での出力周波数指令値ＦＩＮＶ^* をラ
ッチする。ラッチ部３７からの出力は、ロータ回転周波
数推定値ＦＲＨとなる。

【０１３８】図７は、以上の関係を示すタイミングチャ
ートである。

【０１３９】次に、以上のように構成した本実施の形態
の速度センサレス制御を用いた電気車制御装置において
は、出力周波数指令ＦＩＮＶ^* が第１の所定値Ｆ１から
第２の所定値Ｆ２へと漸増あるいは漸減する際に、ＶＶ
ＶＦインバータ５の出力電流ベクトルの大きさＩａｂｓ
が検知レベルＩａｂｓ^* よりも低下した時点での出力周
波数指令値ＦＩＮＶ^* を、ロータ回転周波数推定値ＦＲ
Ｈとして設定する。

【０１４０】前記第１の実施の形態で説明したように、
出力周波数指令ＦＩＮＶ^* を漸増あるいは漸減する際
に、滑りＳの変化によって、誘導電動機６のインピーダ
ンスＺが大きく変化する。

【０１４１】出力電圧指令演算部１１が、図５に示すよ
うに、漏れインダクタンスσＬ１の電圧降下分のみを補
償するように構成される場合、滑りＳが０から大きく離
れている条件では、図４に示す誘導電動機６の等価回路
において、２次回路インピーダンスは０に近くなるため
に、電流指令値に一致する電流が得られる。

【０１４２】滑りＳが０である場合、２次回路インピー
ダンスは無限大であり、電流は相互インダクタンスを流
れる。これは、前記（５）式、（６）式より、誘導電動
機６のインダクタンスが、漏れインダクタンスσＬ１か
ら１次インダクタンスＬ１へと増加したことと等価であ
る。

【０１４３】１次インピーダンスでの電圧降下分のみを
補償する本実施の形態においては、滑りＳが０付近に
て、電流値が減少することになる。滑りＳが０であるこ
とは、出力周波数とロータ周波数とが一致する状態であ
ることにより、電流の大きさが減少したことにより出力
周波数指令値ＦＩＮＶ^* をラッチすることで、ロータ回
転周波数を推定することが可能である。

【０１４４】出力電圧指令として、１次インピーダンス
での電圧降下分のみを補償する本実施の形態では、滑り
Ｓが如何なる値であっても、誘導電動機６のインピーダ
ンスが１次インピーダンス以下になることはないため
に、過電流が抑制できる。また、滑りＳが０付近にて、
初めて励磁回路に電流が流れるため、発生する磁束量を
抑制することができる。磁束と電流との外積が発生する
トルクであるため、回転周波数推定の過程において発生
するトルクを抑制することができる。

【０１４５】これにより、電気車の乗り心地の劣化が抑
えられる。また、発生トルクが抑制されるため、直流リ
ンク電圧の不安定化が抑制でき、過電圧・低電圧による
ＶＶＶＦインバータ５の保護動作を回避することが可能
となる。

【０１４６】（第３の実施の形態：請求項３に対応）図
８は、本実施の形態による速度センサレス制御を用いた
電気車制御装置の概略構成例を示すブロック図であり、
図６と同一部分には同一符号を付してその説明を省略
し、ここでは異なる部分についてのみ述べる。

【０１４７】すなわち、本実施の形態は、前記第２の実
施の形態において、ロータ回転周波数検知部１５を限定
した構成としている。

【０１４８】図８に示すロータ回転周波数検知部１５
は、図６に示すロータ回転周波数推定部１５に、絶対値
演算器４９と、検知レベル設定器３８とを付加してい
る。

【０１４９】絶対値演算器４９には、出力周波数指令値
ＦＩＮＶ^* が入力され、その絶対値｜ＦＩＮＶ^* ｜が出
力される。

【０１５０】検知レベル設定器３８には、出力周波数指
令値の絶対値｜ＦＩＮＶ^* ｜が入力され、電流の検知レ
ベルＩａｂｓ^* が出力される。

【０１５１】ここで、検知レベル設定器３８では、例え
ば次式に示すように、検知レベルＩａｂｓ^* を設定す
る。

【０１５２】

【数１１】

【０１５３】ただし、Ｆsl：所定の周波数設定値、Ｋ
１，Ｋ２：所定のゲインで０＝＜Ｋ２＜Ｋ１＜１、Ｉａ
ｂｓＲｅｆ：電流指令値の絶対値で前記（１０）式によ
り演算される。

【０１５４】なお、（１２）式では、検知レベルＩａｂ
ｓ^* を出力周波数指令値ＦＩＮＶ^*に応じて２段階に設
定しているが、特に２段階に限定されるものではなく、
何段階に設定してもかまわない。また、出力周波数指令
値ＦＩＮＶ^* の関数として、次式に示すように、電流検
知レベルＩａｂＳ^* を可変とすることもできる。

【０１５５】

【数１２】

【０１５６】ただし、Ｆsl：所定の周波数設定値、Ｋ
３：所定のゲインで０＜＝Ｋ３＜１、ａ：所定のゲイン
でａ＜０のゲインである。

【０１５７】次に、以上のように構成した本実施の形態
の速度センサレス制御を用いた電気車制御装置において
は、前述した第２の実施の形態と同様な作用効果を得る
ことができる。

【０１５８】第２の実施の形態で説明したように、出力
周波数が漸増あるいは漸減する際に、滑りＳが０付近で
は、誘導電動機６のインピーダンスが大きくなるため、
電流値が減少する。

【０１５９】図４から、滑りＳが０から離れている周波
数において、誘導電動機６のインピーダンスは、前記
（５）式に示すように、抵抗Ｒ１と漏れインダクタンス
σＬ１からなる１次インピーダンスに近似いることがで
きる。これに対して、滑りが０付近では、前記（６）式
に示すように、誘導電動機６のインピーダンスは、１次
インピーダンスと励磁インピーダンスとの直列和として
考えられる。従って、インピーダンスの差は、前記
（５）式と（６）式との差で表わされる。

【０１６０】実際のロータ回転周波数ＦＲが十分に高
く、Ｒ１＜＜２πＦＲ・σＬ１であることを仮定し、抵
抗Ｒ１を無視すると、前記（５）式は（１４）式に、
（６）式は（１５）式にそれぞれ近似することができ
る。

【０１６１】

【数１３】

【０１６２】両式を比較すると、漏れインダクタンスσ
Ｌ１に比べて、１次インダクタンスＬ１は１０倍程度大
きいため、全体のインピーダンスの変化も大きくなる。

【０１６３】逆に、実際のロータ回転周波数ＦＲが低い
場合には、漏れインダクタンスσＬ１や１次インダクタ
ンスＬ１によるインピーダンスに比べ、抵抗のインピー
ダンスが無視できない。この場合の滑りＳにより、イン
ピーダンスの変化率は、ロータ回転周波数が高周波であ
る場合と比較すると、小さくなる。これは、ロータ回転
周波数ＦＲが低周波である場合には、電流の大きさの落
ち込みが低下することを表わしてる。

【０１６４】図９は、シミュレーションによる、実際の
ロータ回転周波数ＦＲと電流の大きさの最小値との関係
を示す図である。

【０１６５】図９は、軸電流指令Ｉq ^* ＝０、ｄ軸電流
指令値Ｉd ^* を一定とし、出力周波数指令ＦＩＮＶ
^* を、実際のロータ回転周波数を横切るように漸増させ
た場合の結果である。

【０１６６】横軸には、実際のロータ回転周波数ＦＲを
示し、縦軸には出力周波数を漸増する中での電流の大き
さの最小値を、ｄ軸電流指令値Ｉd ^* すなわち電流指令
値の大きさＩａｂｓＲｅｆに対する割合として示したも
のである。

【０１６７】また、図９には、出力周波数指令値ＦＩＮ
Ｖ^* の変化率（Ｈｚ／ｓ）をパラメータとし、３通りの
条件を示している。

【０１６８】実際のロータ回転周波数ＦＲが高周波であ
る場合には、電流の大きさの落ち込みが大きいが、実際
のロータ回転周波数が低周波である場合には、電流の大
きさの落ち込みが小さくなっていることが確認できる。
また、出力周波数指令値の変化率が大きいほど、電流の
落ち込みは小さく検知が困難となっていることが分か
る。

【０１６９】上述したように、本実施の形態の速度セン
サレス制御を用いた電気車制御装置では、出力周波数指
令値ＦＩＮＶ^* の絶対値が小さい場合には、検知レベル
Ｉａｂｓ^* を大きく設定することにより、ロータ回転周
波数ＦＲが低い領域においても、ロータ回転周波数の推
定を可能にし、速度推定の範囲を向上することが期待で
きる。

【０１７０】（第４の実施の形態：請求項４に対応）図
１０は、本実施の形態による速度センサレス制御を用い
た電気車制御装置の概略構成例を示すブロック図であ
り、図５と同一部分には同一符号を付してその説明を省
略し、ここでは異なる部分についてのみ述べる。

【０１７１】すなわち、本実施の形態は、前記第２の実
施の形態において、出力電圧指令演算部１１を異なった
構成としている。

【０１７２】図１０に示す出力電圧指令演算部１１は、
図４に示す誘導電動機６の等価回路において、漏れイン
ダクタンスσＬ１の電圧降下分をｄｑ軸回転座標系での
ｄ軸電圧指令Ｖd ^* 、ｑ軸電圧指令Ｖq ^* として、次式
により演算するものである。

【０１７３】

【数１４】

【０１７４】ただし、σＬ１：漏れインダクタンス（＝
Ｌ１−Ｍ×Ｍ／Ｌ２）、Ｌ１：１次インダクタンス、
Ｍ：相互インダクタンス、Ｌ２：２次インダクタンスで
ある。

【０１７５】次に、以上のように構成した本実施の形態
の速度センサレス制御を用いた電気車制御装置において
は、前述した第２の実施の形態と同様な作用効果を得る
ことができる。

【０１７６】さらに、第２の実施の形態と比べて、出力
電圧指令演算部１１において、１次抵抗の電圧降下分を
演算していない分だけ、制御ソフトの容量の縮小と、演
算処理時間の短縮を期待することができる。

【０１７７】（第５の実施の形態：請求項５に対応）図
１１は、本実施の形態による速度センサレス制御を用い
た電気車制御装置の概略構成例を示すブロック図であ
り、図６と同一部分には同一符号を付してその説明を省
略し、ここでは異なる部分についてのみ述べる。

【０１７８】すなわち、本実施の形態は、前記第２の実
施の形態において、ロータ回転周波数検知部１５を限定
した構成としている。

【０１７９】図１１に示すロータ回転周波数検知部１５
は、電流ベクトル長演算部３５と、最小値選択器３９
と、ラッチ部３７とからなる。

【０１８０】電流ベクトル長演算部３５では、図１にお
ける電流検出器９により検出されたＶＶＶＦインバータ
５の出力電流Ｉu ，Ｉw に基づいて、前記（８）式、
（９）式に示すように、電流ベクトルの大きさＩａｂｓ
を演算出力する。

【０１８１】最小値選択器３９には、電流ベクトルの大
きさＩａｂｓと最小値選択器３９自身の出力Ｉmin とが
入力して比較され、その小さい方を最小値選択器３９は
選択出力する。

【０１８２】この時、最小値選択器３９がその出力を書
き換える場合には、最小値が更新されたことを示すフラ
グＦ Ｍｉｎが１となる。

【０１８３】ラッチ部３７では、出力周波数指令値ＦＩ
ＮＶ^* とフラグＦ Ｍｉｎとを入力とし、フラグＦ Ｍ
ｉｎが１である場合に、出力周波数指令値ＦＩＮＶ^* を
ラッチする。ラッチ部３７の出力は、ロータ回転周波数
推定値ＦＲＨとなる。

【０１８４】図１２は、以上の関係を示すタイミングチ
ャートである。

【０１８５】次に、以上のように構成した本実施の形態
の速度センサレス制御を用いた電気車制御装置において
は、前述した第２の実施の形態と同様な作用効果を得る
ことができる。

【０１８６】さらに、第２の実施の形態と比べて、電流
ベクトルの大きさＩａｂｓが最も落ち込む点を探るた
め、ロータ回転周波数の推定値ＦＲＨの推定精度を向上
することが可能となる。

【０１８７】（第６の実施の形態：請求項６に対応）図
１３は、本実施の形態による速度センサレス制御を用い
た電気車制御装置の概略構成例を示すブロック図であ
り、図３と同一部分には同一符号を付してその説明を省
略し、ここでは異なる部分についてのみ述べる。

【０１８８】すなわち、本実施の形態は、前記第１の実
施の形態において、出力周波数指令演算部１４を限定し
た構成としている。

【０１８９】図１３に示す出力周波数指令演算部１４
は、図３に示す出力周波数指令演算部１４に、絶対値演
算器２２と、変化率設定器２３とを付加している。

【０１９０】すなわち、図３の構成は、出力周波数指令
値ＦＩＮＶ^* を第１の所定値Ｆ１から第２の所定値Ｆ２
まで漸増あるいは漸減させる手段から構成しているのに
対して、ここでは、出力周波数指令値ＦＩＮＶ^* の変化
率は、変化率リミッタにおける変化率リミット値ＤＬｉ
ｍにより設定されている。

【０１９１】この絶対値演算器２２と変化率設定器２３
とが、出力周波数指令の絶対値が小さい場合には、出力
周波数の変化率を小さくする手段に相当する。

【０１９２】絶対値演算器２２には、出力周波数指令値
ＦＩＮＶ^* が入力され、その絶対値｜ＦＩＮＶ^* ｜が出
力される。

【０１９３】変化率設定器２３には、出力周波数指令値
ＦＩＮＶ^* の絶対値｜ＦＩＮＶ^* ｜が入力され、出力周
波数指令値の変化率リミット値ＤＬｉｍが出力される。

【０１９４】変化率設定器２３では、例えば次式に示す
ように出力周波数指令値ＦＩＮＶ^*の変化率リミット値
ＤＬｉｍを設定する。

【０１９５】

【数１５】

【０１９６】ただし、Ｆsl：所定の周波数設定値、ＤＬ
ｉｍ１，ＤＬｉｍ２：所定の変化率リミット値で０＜Ｄ
Ｌｉｍ１＜ＤＬｉｍ２として設定する。

【０１９７】なお、（１７）式では、出力周波数指令値
ＦＩＮＶ^* の変化率リミット値ＤＬｉｍを出力周波数指
令値ＦＩＮＶ^* に応じて２段階に設定しているが、特に
２段階に限定されるものではなく、何段階に設定しても
かまわない。また、出力周波数指令値ＦＩＮＶ^* の関数
として、出力周波数指令値ＦＩＮＶ^* の絶対値が小さい
場合には、変化率リミット値ＤＬｉｍが小さくなるよう
に設定することもできる。

【０１９８】次に、以上のように構成した本実施の形態
の速度センサレス制御を用いた電気車制御装置において
は、前述した第１の実施の形態と同様な作用効果を得る
ことができる。

【０１９９】さらに、第３の実施の形態の図９にて説明
したように、実際のロータ回転周波数が低い領域では、
滑りＳによってインピーダンスの変化が小さいため、電
気的現象が検出し難く、特に出力周波数指令値の変化率
が大きくなるほど、この傾向は顕著になる。

【０２００】本実施の形態では、出力周波数指令値の絶
対値が小さい範囲では、出力周波数指令値の変化率を小
さくし、ゆるやかに出力周波数指令ＦＩＮＶ^* を漸増あ
るいは漸減させることで、インピーダンスの変化の影響
を大きくすることが可能となる。ロータ回転周波数ＦＲ
が低い領域においても、ロータ回転周波数の推定を可能
にし、速度推定の範囲を向上することが期待できる。

【０２０１】（第７の実施の形態：請求項７に対応）図
１４は、本実施の形態による速度センサレス制御を用い
た電気車制御装置の概略構成例を示す図であり、図１３
と同一部分には同一符号を付してその説明を省略し、こ
こでは異なる部分についてのみ述べる。

【０２０２】すなわち、本実施の形態は、前記第６の実
施の形態において、出力周波数指令演算部１４の中の所
定値Ｆ１およびＦ２の設定を異なった構成としている。

【０２０３】本実施の形態は、出力周波数指令ＦＩＮＶ
^* を漸増あるいは漸減させる始点の周波数である第１の
所定値Ｆ１と終点の周波数である第２の所定値Ｆ２との
関係を表わすものであり、第１の所定値Ｆ１の絶対値
が、第２の所定値Ｆ２の絶対値よりも大きく設定する。

【０２０４】例えば、誘導電動機６が正転していること
を仮定する場合、第１の所定値Ｆ１の絶対値が第２の所
定値Ｆ２よりも大きくなるように設定する。逆に、誘導
電動機６が逆転していることを仮定する場合、第１の所
定値の絶対値が第２の所定値よりも小さくなるように設
定する。

【０２０５】図１４は、正転である場合の第１の所定値
Ｆ１および第２の所定値Ｆ２の設定の一例であり、出力
周波数指令値ＦＩＮＶ^* と変化率リミット値との関係を
表わすものである。

【０２０６】次に、以上のように構成した本実施の形態
の速度センサレス制御を用いた電気車制御装置において
は、前述した第６の実施の形態と同様な作用効果を得る
ことができる。

【０２０７】さらに、誘導電動機６のロータの正転を仮
定すれば、出力周波数指令値ＦＩＮＶ^* は、高周波から
低周波へ漸減する。図１４では、正転における出力周波
数指令値ＦＩＮＶ^* は、変化率リミットＤＬｉｍ２の範
囲を漸減した後、変化率リミット値ＤＬｉｍ１の範囲で
漸減する。

【０２０８】前記第６の実施の形態で説明したように、
出力周波数指令値ＦＩＮＶ^* の絶対値が小さい領域で
は、変化率リミットを小さくするため、ＤＬｉｍ２＞Ｄ
Ｌｉｍ１という関係に設定される。変化率リミット値が
小さい領域は、単位時間当たりに出力周波数指令値が変
化する範囲が狭いことになる。

【０２０９】ロータ回転周波数が全くの不明である場
合、単位時間内に広い周波数範囲を漸増あるいは漸減で
きるように所定値Ｆ１の絶対値が所定値Ｆ２の絶対値よ
りも大きくすることにより、平均的なロータ回転周波数
の検知時間を短縮することができ、迅速な誘導電動機６
の再起動が可能となる。

【０２１０】（第８の実施の形態：請求項８に対応）図
１５は、本実施の形態による速度センサレス制御を用い
た電気車制御装置の概略構成例を示すブロック図であ
り、図３と同一部分には同一符号を付してその説明を省
略し、ここでは異なる部分についてのみ述べる。

【０２１１】すなわち、本実施の形態は、前記第１の実
施の形態において、出力周波数指令演算部１４を限定し
た構成としている。

【０２１２】図１５に示す出力周波数指令演算部１４
は、図３に示す出力周波数指令演算部１４に、カウンタ
１９と、比較器２０と、切替え器２１とを付加してい
る。

【０２１３】カウンタ１９は、初期値０をとり、時間と
共にカウントアップされる。

【０２１４】カウンタ１９からの出力は、比較器２０に
おいて、所定値ＣｎｔＳｔｅｐ２と比較され、カウンタ
からの出力が所定値ＣｎｔＳｔｅｐ２よりも小さい場合
には、Ｓｔｅｐ＝１を出力し、カウンタからの出力が所
定値ＣｎｔＳｔｅｐ２よりも大きい場合には、Ｓｔｅｐ
＝２を出力する。

【０２１５】積分器１８の初期値は、第１の所定値Ｆ１
である。積分器１８からの出力であるＶＶＶＦインバー
タ５の出力周波数指令ＦＩＮＶ^* は、減算器１６に入力
されて、第２の周波数所定値Ｆ２から減算される。

【０２１６】減算器１６からの出力は、変化率リミッタ
１７へ入力されて、その変化率がリミット値ＤＬｉｍに
より制限される。

【０２１７】なお、変化率リミッタ１７の作用は、前記
第１実施の実施の形態にて説明した変化率リミッタ１７
の作用と同様である。

【０２１８】変化率リミット値ＤＬｉｍは、切替え器２
１により、Ｓｔｅｐ＝１の場合には０に、Ｓｔｅｐ＝２
の場合にはＤＬｉｍ２に、それぞれ設定される。

【０２１９】積分器１８では、変化率リミッタ１７から
の出力を積分し、出力周波数指令値ＦＩＮＶ^* を出力す
る。

【０２２０】このような出力周波数指令演算部１４で
は、カウンタ１９からの出力がＣｎｔＳｔｅｐ２よりも
小さい状態であるＳｔｅｐ＝１の場合には、変化率リミ
ッタ１７の変化率リミット値ＤＬｉｍが０となり、出力
周波数指令値ＦＩＮＶ^* は、積分器１８の初期値Ｆ１を
維持する。

【０２２１】また、カウンタ１９からの出力がＣｎｔＳ
ｔｅｐ２よりも大きい状態であるＳｔｅｐ＝２の場合に
は、変化率リミッタ１７の変化率リミット値ＤＬｉｍが
ＤＬｉｍ２となり、出力周波数指令値ＦＩＮＶ^* は、積
分器１８の初期値Ｆ１から最終値Ｆ２へと、漸増あるい
は漸減する。

【０２２２】図１６は、カウンタ１９からの出力と出力
周波数指令値ＦＩＮＶ^* と比較器２０からの出力Ｓｔｅ
ｐとの関係を示す図である。

【０２２３】次に、以上のように構成した本実施の形態
の速度センサレス制御を用いた電気車制御装置において
は、前述した第１の実施の形態と同様な作用効果を得る
ことができる。

【０２２４】さらに、誘導電動機６が惰行する状態から
ロータの回転周波数を推定する際、まず出力周波数指令
値ＦＩＮＶ^* を第１の所定値Ｆ１にある期間一定に保
ち、その後、漸増あるいは漸減させる。出力周波数指令
値ＦＩＮＶ^* を漸増あるいは漸減させる前に、出力周波
数指令値ＦＩＮＶ^* を一定することで、電圧や電流等の
電気的状態量が安定化して、ロータ回転周波数検知の際
の誤検知を抑制することが可能となる。

【０２２５】（第９の実施の形態：請求項９に対応）図
１７は、本実施の形態による速度センサレス制御を用い
た電気車制御装置の概略構成例を示すブロック図であ
り、図１と同一部分には同一符号を付してその説明を省
略し、ここでは異なる部分についてのみ述べる。

【０２２６】すなわち、本実施の形態は、前記第８の実
施の形態において、出力電圧指令演算部１１からの出力
である出力電圧指令に補正を加える手段を付加した構成
としている。

【０２２７】この出力電圧指令に補正を加える手段は、
座標系変換器２５と、減算器２６と、減算器２７と、電
流制御器２８と、ゲイン切替え器２９と、乗算器３０
と、乗算器３１と、加算器３２と、加算器３３とからな
る。

【０２２８】電流検出器９の出力である相電流Ｉu ，Ｉ
w は、座標系変換器２５により、例えば次式に示すよう
に、ｄｑ軸座標系上での電流値であるｄ軸電流値Ｉd と
ｑ軸電流値Ｉq へと変換される。

【０２２９】

【数１６】

【０２３０】ただし、θab：静止座標系ａ軸から回転座
標系ｄ軸までの位相角である。

【０２３１】減算器２６では、ｄ軸電流指令値Ｉd ^* か
らｄ軸電流値Ｉd を減算し、偏差ΔＩd を出力する。

【０２３２】減算器２７では、ｑ軸電流指令値Ｉq ^* か
らｑ軸電流値Ｉq を減算し、偏差ΔＩq を出力する。

【０２３３】各減算器２６，２７により算出された電流
偏差ΔＩd ，ΔＩq は、電流制御器２８に入力される。

【０２３４】電流制御器２８では、各電流偏差ΔＩd ，
ΔＩq が０となるように、出力電圧指令値への補正量Ｖ
d Ｃmp，Ｖq Ｃmpを、例えば次式のようなＰＩ制御によ
り算出する。

【０２３５】

【数１７】

【０２３６】ただし、ｓ：ラプラス演算子、Ｋp ：比例
ゲイン、Ｋi ：積分ゲインである。

【０２３７】出力電圧指令値への補正量Ｖd Ｃmp，Ｖq
Ｃmpは、乗算器３０，３１へ入力される。

【０２３８】ゲイン切替え器２９には、前記第８の実施
の形態にて示した出力周波数指令値ＦＩＮＶ^* が一定で
あることを示す信号Ｓｔｅｐが入力される。

【０２３９】出力周波数指令値ＦＩＮＶ^* が一定である
ことを示すＳｔｅｐ＝１である場合には、ゲイン切替え
器２９は１を出力し、出力周波数指令値ＦＩＮＶ^* が漸
増あるいは漸減することを示すＳｔｅｐ＝２である場合
には、ゲイン切替え器２９は０を出力する。

【０２４０】ゲイン切替え器２９からの出力は、乗算器
３０，３１へと入力される。

【０２４１】乗算器３０，３１は、ゲイン切替え器２９
からの出力と、ｄ軸出力電圧補正値Ｖd Ｃmpとｑ軸出力
電圧補正値Ｖq Ｃmpとを、それぞれ乗算し、出力する。

【０２４２】乗算器３０，３１からの出力は、加算器３
２，３３において出力電圧指令演算部１１からの出力で
ある出力電圧指令値に加算され、ｄ軸出力電圧指令値と
ｑ軸出力電圧指令値とを補正する。

【０２４３】次に、以上のように構成した本実施の形態
の速度センサレス制御を用いた電気車制御装置において
は、前述した第８の実施の形態と同様な作用効果を得る
ことができる。

【０２４４】さらに、出力周波数指令値ＦＩＮＶ^* が一
定となる期間Ｓｔｅｐ＝１において、電流偏差ΔＩd ，
ΔＩq が０となるように電流制御が動作し、出力電圧指
令値を補正する。また、出力周波数指令値ＦＩＮＶ^* が
漸増あるいは漸減するＳｔｅｐ＝２において、ゲイン切
替え器２９により、ゲイン０が選択されるため、出力電
圧指令値への補正は施されない。

【０２４５】出力周波数指令値ＦＩＮＶ^* が一定となる
期間Ｓｔｅｐ＝１において、電流制御が加わることで、
電流を高速に安定化させることが可能である。これによ
り、出力周波数指令値を一定とする期間が短縮できるた
め、ロータ回転周波数の推定にかかる時間を短縮するこ
とが可能であり、誘導電動機６の再起動を迅速に行なう
ことが期待できる。

【０２４６】（第１０の実施の形態：請求項１０に対
応）図１８は、本実施の形態による速度センサレス制御
を用いた電気車制御装置の概略構成例を示すブロック図
であり、図１５と同一部分には同一符号を付してその説
明を省略し、ここでは異なる部分についてのみ述べる。

【０２４７】すなわち、本実施の形態は、前記第８の実
施の形態において、出力周波数指令演算部１４を限定し
た構成としている。

【０２４８】本実施の形態では、誘導電動機６の正転を
仮定し、出力周波数指令値を低周波から高周波へと漸増
していくことを条件とする。

【０２４９】出力周波数指令演算部１４では、ロータの
回転周波数の概略値としてＦＲＨ^*が与えられる。

【０２５０】出力周波数指令値ＦＩＮＶ^* を漸増させる
始点となる周波数の初期値Ｆ１は、減算器２４により、
ＦＲＨ^* とＦＲＢとの差として設定される。

【０２５１】このＦＲＢは、出力周波数指令値ＦＩＮＶ
^* の初期値が予測される実際のロータ回転周波数の範囲
の外にあるように、出力周波数指令値ＦＩＮＶ^* の初期
値を故意にずらすパラメータであり、本実施の形態のよ
うに、誘導電動機６の正転を仮定し、出力周波数指令値
ＦＩＮＶ^* を低周波から高周波へと漸増していくことを
条件とする場合、ＦＲＢ＞０として設定する。

【０２５２】次に、以上のように構成した本実施の形態
の速度センサレス制御を用いた電気車制御装置において
は、前述した第８の実施の形態と同様な作用効果を得る
ことができる。

【０２５３】さらに、出力周波数指令値ＦＩＮＶ^* が漸
増あるいは漸減する始点となる第１の所定値Ｆ１は、予
測されるロータ回転周波数の可能性の範囲外に設定され
る。これにより、出力周波数指令値ＦＩＮＶ^* が一定と
なる期間において、磁束やトルクが発生することを抑制
することができる。ロータ回転周波数の推定の過程に生
じる直流リンク電圧の不安定化・過電圧・定電圧という
現象を抑制することが期待できる。また、トルク発生に
伴なう、乗り心地の劣化を抑制することが期待できる。

【０２５４】（第１１の実施の形態：請求項１０に対
応）図１９は、本実施の形態による速度センサレス制御
を用いた電気車制御装置の概略構成例を示すブロック図
であり、図１８と同一部分には同一符号を付してその説
明を省略し、ここでは異なる部分についてのみ述べる。

【０２５５】すなわち、本実施の形態は、前記第１０の
実施の形態と比較して、概ねのロータの回転周波数ＦＲ
Ｈ^* を０として処理していることのみが異なっている。

【０２５６】本実施の形態では、誘導電動機６が正転で
はあるが、ロータ回転周波数に関して全く情報がない場
合の構成例を示すものであり、正転であることを条件
に、負の周波数が第１の所定値Ｆ１として与えられるよ
うに、ロータ回転周波数の概略値ＦＲＨ^* を零として設
定している。

【０２５７】次に、以上のように構成した本実施の形態
の速度センサレス制御を用いた電気車制御装置において
は、前述した第８の実施の形態と同様な作用効果を得る
ことができる。

【０２５８】さらに、出力周波数指令値ＦＩＮＶ^* が漸
増する始点となる第１の所定値Ｆ１は、予測されるロー
タ回転周波数の概略値ＦＲＨ^* に対して、ＦＲＢだけ低
周波よりに設定される。

【０２５９】前述のように、所定時間が経過するまでの
Ｓｔｅｐ＝１の状態においては、出力周波数指令は第１
の所定値Ｆ１を維持する。そして、所定値Ｆ１が実際の
ロータ回転周波数の近傍である場合、励磁回路に電流が
流れるため、磁束やトルクが発生する。これに起因し
て、直流リンク電圧の不安定化や過電圧・低電圧といっ
た問題が生じたり、あるいはジャークの発生によって乗
り心地の低下を招く。

【０２６０】本実施の形態では、予測されるロータ周波
数範囲の外に、第１の所定値Ｆ１を設定することによ
り、上記の問題を抑制することが可能である。

【０２６１】なお、本実施の形態では、誘導電動機６の
正転を仮定し、出力周波数指令値ＦＩＮＶ^* を低周波か
ら高周波へ漸増することを条件としているが、出力周波
数指令ＦＩＮＶ^* を高周波から低周波へ漸減させる場合
には、減算器２４を加算器に置き換えればよい。また、
誘導電動機６が逆転している場合にも、同様な考えに立
って構成することができる。

【０２６２】（第１２の実施の形態：請求項１１に対
応）図２０は、本実施の形態による速度センサレス制御
を用いた電気車制御装置の概略構成例を示すブロック図
であり、図３と同一部分には同一符号を付してその説明
を省略し、ここでは異なる部分についてのみ述べる。

【０２６３】すなわち、本実施の形態は、前記第１の実
施の形態において、出力周波数指令演算部１４を限定し
た構成としている。

【０２６４】本実施の形態では、前記第１の実施の形態
の図３に示す出力周波数指令演算部１４と比較して、出
力周波数指令値ＦＩＮＶ^* を漸増あるいは漸減させる初
期値である第１の所定値Ｆ１の設定のみが異なってい
る。

【０２６５】本実施の形態では、出力周波数指令演算部
１４には、ロータ回転周波数の概略値としてＦＲＨ^* が
与えられる。所定値ＦＲＢは、任意の正の定数として与
えられる。ただし、ここでは、誘導電動機６は正転であ
り、周波数を低周波から高周波へと漸増させる場合を条
件とする。

【０２６６】出力周波数指令値ＦＩＮＶ^* の初期値であ
る第１の所定値Ｆ１は、減算器２４により、ＦＲＨ^* と
ＦＲＢとの差として設定される。

【０２６７】次に、以上のように構成した本実施の形態
の速度センサレス制御を用いた電気車制御装置において
は、前述した第１の実施の形態と同様な作用効果を得る
ことができる。

【０２６８】さらに、出力周波数指令値ＦＩＮＶ^* の初
期値である第１の所定値Ｆ１は、ロータ回転周波数の概
略値ＦＲＨ^* に対して、所定値ＦＲＢだけ低周波よりに
設定される。これにより、出力周波数指令値ＦＩＮＶ^*
を漸増あるいは漸減する初期値が、予測されるロータ回
転周波数付近より開始されるため、ロータ回転周波数を
検知する時間を短縮して、誘導電動機６の再起動を速や
かに行なうことが可能となる。

【０２６９】ただし、所定値ＦＲＢは、出力周波数指令
値ＦＩＮＶ^* が漸増あるいは漸減する範囲内に、実際の
ロータ回転周波数が確実に存在するような値に設定する
ことが必要である。

【０２７０】なお、本実施の形態では、誘導電動機６の
正転を仮定し、出力周波数指令値ＦＩＮＶ^* を低周波か
ら高周波へと漸増していくことを条件としているが、出
力周波数指令値ＦＩＮＶ^* を高周波から低周波へ漸減さ
せる場合には、減算器２４を加算器に置き換えればよ
い。この場合、必ず、出力周波数指令値ＦＩＮＶ^* が漸
増あるいは漸減する範囲内に、予測されるロータ回転周
波数が含まれるように設定することが必要である。ま
た、誘導電動機６が逆転している場合にも、同様な考え
に立って構成することができる。

【０２７１】（第１３の実施の形態：請求項１２に対
応）図２１は、本実施の形態による速度センサレス制御
を用いた電気車制御装置の概略構成例を示すブロック図
であり、図３７と同一部分には同一符号を付してその説
明を省略し、ここでは異なる部分についてのみ述べる。

【０２７２】すなわち、本実施の形態は、前記第１２の
実施の形態において、出力周波数指令演算部１４への入
力を限定した構成としている。

【０２７３】図２１は、電気車の編成を模擬する図であ
り、直流電気車の１編成から３両を示している例であ
る。

【０２７４】図２１において、車両４５，４６には、パ
ンタグラフ２、直流フィルタリアクトル３、ＶＶＶＦイ
ンバータ５、制御ユニット３４、誘導電動機６から成る
電気品が構成される。車両４４には、速度検出器４２が
設けられ、車輪７の回転周波数を検出する。同編成に
は、速度検出器は、唯一一つしか存在しない。速度検出
器４２からの出力である回転周波数は、伝送装置４３に
より、各車両４５，４６へ伝送される。

【０２７５】図２２は、図２１に示す車両４５と車両４
４の一部を、より詳細に示すブロック図であり、図１と
同一部分には同一符号を付してその説明を省略し、ここ
では異なる部分についてのみ述べる。

【０２７６】図２２において、速度検出器４２により検
出された車輪７の回転速度は、伝送装置４３により、制
御ユニット３４に送られる。

【０２７７】制御ユニット３４に入力された車輪７の回
転速度は、係数変換器４７に入力され、車輪７の回転速
度から、誘導電動機６のロータ回転周波数への換算が行
なわれる。

【０２７８】係数変換器４７からの出力は、出力周波数
指令演算部１４に入力される。

【０２７９】出力周波数指令演算部１４の構成は、前記
第１２の実施の形態に示した図２０と同一である。

【０２８０】出力周波数指令演算部１４への入力である
車輪速度をロータ回転周波数に換算した値が、ロータ回
転周波数の概略値ＦＲＨ^* として設定される。

【０２８１】次に、以上のように構成した本実施の形態
の速度センサレス制御を用いた電気車制御装置において
は、前述した第１２の実施の形態と同様な作用効果を得
ることができる。

【０２８２】さらに、出力周波数指令値ＦＩＮＶ^* を漸
増あるいは漸減する始点である第１の所定値Ｆ１は、電
気車の編成に少なくとも一つ備えられた速度検出器４２
からの情報に基づいて、ロータ回転周波数へと換算され
た概略値ＦＲＨ^* に対して、所定値ＦＲＢだけ低周波よ
りに設定される。これにより、出力周波数指令値ＦＩＮ
Ｖ^* を漸増あるいは漸減させる周波数の初期値が、検出
された回転周波数付近より開始されるため、ロータ回転
周波数を検知する時間を短縮して、誘導電動機６の再起
動を速やかに行なうことが可能となる。

【０２８３】出力周波数指令演算部１４は、概ねの速度
情報が与えられればよいために、編成に唯一の速度検出
器４２の速度検出精度は、非常に粗いものでも構わな
い。また、車内の伝送装置４３に関しても、非常に遅い
伝送速度を有するもので十分である。

【０２８４】（第１４の実施の形態：請求項１３に対
応）図２３は、本実施の形態による速度センサレス制御
を用いた電気車制御装置の概略構成例を示すブロック図
であり、図１と同一部分には同一符号を付してその説明
を省略し、ここでは異なる部分についてのみ述べる。

【０２８５】すなわち、本実施の形態は、前記第１の実
施の形態において、ロータ回転周波数検知部１５を限定
した構成としている。

【０２８６】ロータ回転周波数検知部１５は、電流ベク
トル長演算部３５と、インピーダンス推定器４３と、イ
ンピーダンス基準演算器４２と、比較器３６と、ラッチ
部３７とからなる。

【０２８７】なお、比較器３６、およびラッチ部３７か
ら、ロータ回転周波数推定値設定手段が構成されてい
る。

【０２８８】電流ベクトル長演算器３５には、電流検出
器９により検出された電流値Ｉu ，Ｉw が入力され、そ
の電流ベクトルの大きさＩａｂｓが、（８）式、（９）
式により、演算出力される。

【０２８９】インピーダンス推定器４３には、演算され
た電流ベクトルの大きさＩａｂｓと座標系変換器１２か
らの出力である出力電圧指令値の大きさＶ^* とが入力さ
れ、例えば次式により、誘導電動機６のインピーダンス
の推定値ＺＨを演算する。

【０２９０】

【数１８】

【０２９１】この演算されたインピーダンスの推定値Ｚ
Ｈは、比較器３６へ入力される。

【０２９２】インピーダンス基準演算器４２には、出力
周波数指令値ＦＩＮＶ^* が入力され、例えば次式によ
り、インピーダンス基準Ｚ^* を演算出力する。このイン
ピーダンス基準Ｚ^* は、１次インピーダンスにゲインａ
を乗算したものとして、算出される。

【０２９３】

【数１９】

【０２９４】ただし、Ｒ１：１次抵抗、σＬ１：漏れイ
ンダクタンス（＝Ｌ１−Ｍ×Ｍ／Ｌ２）、Ｌ１：１次イ
ンダクタンス、Ｍ：相互インダクタンス、Ｌ２：２次イ
ンダクタンス、ａ：ゲイン（＞１）である。

【０２９５】比較器３６では、インピーダンス基準演算
器４２からの出力であるインピーダンス基準値Ｚ^* と、
インピーダンス推定器４３からの出力であるＺＨとを比
較する。この結果、ＺＨ＜Ｚ^* である場合には０を出力
し、ＺＨ＞＝Ｚ^* である場合には１を出力する。

【０２９６】ラッチ部３７には、比較器３６からの出力
と出力周波数指令値ＦＩＮＶ^* とが入力される。

【０２９７】ラッチ部３７では、比較器３６からの出力
が０から１に変化した場合、その時点での出力周波数指
令値ＦＩＮＶ^* をラッチする。

【０２９８】ラッチ部３７からの出力は、ロータ回転周
波数推定値ＦＲＨとなる。

【０２９９】図２４は、以上の関係を示すタイミングチ
ャートである。

【０３００】次に、以上のように構成した本実施の形態
の速度センサレス制御を用いた電気車制御装置において
は、出力周波数指令値ＦＩＮＶ^* が第１の所定値Ｆ１か
ら第２の所定値Ｆ２へと漸増あるいは漸減する際に、推
定演算された誘導電動機６のインピーダンスＺＨがイン
ピーダンス基準値Ｚ^* を超過した時点での出力周波数指
令値ＦＩＮＶ^* を、ロータ回転周波数推定値ＦＲＨとし
て設定する。

【０３０１】前記第１の実施の形態にて説明したよう
に、滑りＳが０の近傍では、誘導電動機６のインピーダ
ンスが大きくなる。滑りＳが０から離れた領域では、全
体のインピーダンスは、１次インピーダンスに近似する
ことができる。

【０３０２】インピーダンス基準値を、１次インピーダ
ンスにゲインａ（＞１）を乗算した値として設定する場
合、インピーダンス推定値ＺＨがインピーダンス基準値
Ｚ^*を超えた時点での出力周波数指令値ＦＩＮＶ^* を、
ロータ回転周波数の推定値ＦＲＨとして設定すること
で、ロータの回転周波数を推定することが可能となる。
そして、この推定されたロータ回転周波数に基づいて再
起動動作を行なうため、過電流・過電圧や不要なトルク
の発生を防ぐことができる。これにより、ＶＶＶＦイン
バータ５の保護停止を抑制したり、あるいは乗り心地の
劣化を抑制することが可能となる。

【０３０３】（第１５の実施の形態：請求項１４に対
応）図２５および図２６は、本実施の形態による速度セ
ンサレス制御を用いた電気車制御装置の概略構成例を示
すブロック図であり、図１と同一部分には同一符号を付
してその説明を省略し、ここでは異なる部分についての
み述べる。

【０３０４】すなわち、本実施の形態は、前記第１の実
施の形態において、ロータ回転周波数検知部１５を限定
し、さらに出力電圧指令演算部１１からの出力である出
力電圧指令に補正を加える手段を付加した構成としてい
る。

【０３０５】図２５において、出力電圧指令に補正を加
える手段は、座標系変換器２５と、減算器２６と、減算
器２７と、電流制御器２８と、加算器３２と、加算器３
３とからなる。

【０３０６】本実施の形態では、誘導電動機６に流れる
電流を検出する電流検出器９からの出力である相電流Ｉ
u ，Ｉw は、前記（１８）式に示すように、座標系変換
器２５において、電流指令値Ｉd ^* ，Ｉq ^* と同一の座
標系へと変換される。

【０３０７】減算器２６では、ｄ軸電流指令値Ｉd ^* か
らｄ軸電流値Ｉd を減算して、偏差ΔＩd を出力する。

【０３０８】減算器２７では、ｑ軸電流指令値Ｉq ^* か
らｑ軸電流指令値Ｉq を減算して、偏差ΔＩq を出力す
る。

【０３０９】各減算器２６，２７により算出された電流
偏差ΔＩd ，ΔＩq は、電流制御器２８に入力される。

【０３１０】電流制御器２８は、各電流偏差ΔＩd ，Δ
Ｉq が０となるように、出力電圧指令値への補正量Ｖd
Ｃmp，Ｖq Ｃmpを、例えば（１９）式に示すようなＰＩ
制御により算出する。

【０３１１】加算器３２では、出力電圧指令演算部１１
からの出力であるｄ軸電圧指令値に、電流制御器２８か
らの出力であるｄ軸出力電圧補正値Ｖd Ｃmpを加算し
て、ｄ軸出力電圧指令値Ｖd ^* を補正する。

【０３１２】加算器３３では、出力電圧指令演算部１１
からの出力であるｑ軸電圧指令値に、電流制御器２８か
らの出力であるｑ軸出力電圧補正値Ｖq Ｃmpを加算し
て、ｑ軸出力電圧指令値をＶq ^* を補正する。

【０３１３】一方、図２６において、ロータ回転周波数
推定部１５は、除算器４０と、絶対値演算器４１と、比
較器３６と、ラッチ部３７とからなる。

【０３１４】なお、出力電圧指令の大きさを演算する手
段は、前記第１の実施の形態に示した座標系変換器１２
に相当する。

【０３１５】座標系変換器１２からの入力である出力電
圧指令値の大きさＶ^* は、除算器４０において出力周波
数指令値ＦＩＮＶ^* により除算される。

【０３１６】絶対値演算器４１には、除算器４０からの
出力が入力され、その絶対値が演算出力される。

【０３１７】絶対値演算器４１からの出力は、出力電圧
指令値の大きさと出力周波数指令値との比で、いわゆる
Ｖ／Ｆ比（記号Ｖ Ｆ）である。

【０３１８】除算器４０からの出力であるＶ Ｆは、比
較器３６に入力される。

【０３１９】比較器３６により、所定の検知レベルＶ
Ｆ^* と比較される。この結果、Ｖ Ｆが検知レベルＶ Ｆ
^* よりも大きい場合には、比較器３６からの出力は１と
なり、逆にＶ Ｆが検知レベルＶ Ｆ^* よりも小さい場
合には、比較器３６からの出力は０となる。

【０３２０】ラッチ部３７には、比較器３６からの出力
と出力周波数指令値ＦＩＮＶ^* とが入力される。

【０３２１】比較器３６からの出力が０から１に変化し
た場合には、その時点での出力周波数指令値ＦＩＮＶ^*
をラッチする。

【０３２２】ラッチ部３７からの出力は、ロータ回転周
波数推定値ＦＲＨとなる。

【０３２３】図２７は、以上の関係を示すタイミングチ
ャートである。

【０３２４】次に、以上のように構成した本実施の形態
の速度センサレス制御を用いた電気車制御装置において
は、出力周波数指令値ＦＩＮＶ^* が第１の所定値Ｆ１か
ら第２の所定値Ｆ２へと漸増あるいは漸減する際に、Ｖ
ＶＶＦインバータ５の出力電圧指令値の大きさと出力周
波数指令との比、いわゆるＶ／Ｆ比（記号ではＶ Ｆ）
が所定の検知レベルＶ Ｆ^* を超過した時点での出力周
波数指令値ＦＩＮＶ^*を、ロータ回転周波数推定値ＦＲ
Ｈとして設定する。

【０３２５】本実施の形態では、電流制御器２８を備え
ており、電流指令値に追従するようにＶＶＶＦインバー
タ５の出力電圧指令が制御される。

【０３２６】前記第１の実施の形態にて説明したよう
に、出力周波数指令値ＦＩＮＶ^* を漸増あるいは漸減す
る際に、滑りＳが変化する。特に、滑りが０の近傍で
は、インピーダンスが増加する。電流制御器２８の電流
制御作用によって、電流指令値に一致した電流が流れる
とすると、インピーダンスに応じた出力電圧が必要とな
り、出力周波数指令値ＦＩＮＶ^* に対する出力電圧指令
の大きさＶ^* の比率、すなわちＶ／Ｆ比が大きくなる。

【０３２７】従って、Ｖ／Ｆ比（Ｖ Ｆ）が所定値（Ｖ
Ｆ^* ）以上に増加した時点での出力周波数指令値ＦＩ
ＮＶ^* をラッチすることで、ロータ回転周波数を推定す
ることが可能となる。そして、この推定されたロータ回
転周波数に基づいて再起動動作を行なうため、過電流・
過電圧や不要なトルクの発生を防ぐことができる。これ
により、ＶＶＶＦインバータ５の保護停止を抑制した
り、あるいは乗り心地の劣化を抑制することが可能とな
る。

【０３２８】（第１６の実施の形態：請求項１５に対
応）図２８は、本実施の形態による速度センサレス制御
を用いた電気車制御装置の概略構成例を示すブロック図
であり、図１と同一部分には同一符号を付してその説明
を省略し、ここでは異なる部分についてのみ述べる。

【０３２９】すなわち、本実施の形態は、前記第１の実
施の形態において、ロータ回転周波数検知部１５を限定
した構成としている。

【０３３０】図２８において、ロータ回転周波数推定部
１５は、出力電力演算器５０と、比較器３６と、ラッチ
部３７とからなる。

【０３３１】本実施の形態では、誘導電動機６に流れる
電流を検出する電流検出器９からの出力である相電流Ｉ
u ，Ｉw と、出力電圧指令演算部１１からの出力である
ｄ軸出力電圧指令Ｖd ^* 、ｑ軸出力電圧指令Ｖq ^* と
は、出力電力演算器５０へと入力される。

【０３３２】出力電力演算器５０では、誘導電動機６の
出力電力ＰｏｗｅｒＨを、例えば次式に示すように、推
定演算し出力する。

【０３３３】

【数２０】

【０３３４】ただし、Ｍ：相互インダクタンス、Ｌ２：
２次インダクタンス、Ｒ２：２次抵抗、Ｉd ：ｄ軸電
流、Ｉq ：ｑ軸電流である。

【０３３５】ｄ軸電流Ｉd とｑ軸電流Ｉq は、電流検出
器９により検出された相電流Ｉu ，Ｉw とを、座標系変
換器５３により、前記（８）式に従ってｄｑ軸座標系上
での電流値に変換したものである。

【０３３６】図２９は、以上の出力電力演算部５０の構
成例を示す。

【０３３７】出力電力演算器５０からの出力である出力
電力演算値ＰｏｗｅｒＨは、比較器３６へと入力され
る。

【０３３８】本実施の形態では、誘導電動機６のロータ
回転周波数ＦＲが正転であり、出力周波数指令値ＦＩＮ
Ｖ^* を漸増することを仮定する。

【０３３９】比較器３６では、出力電力演算値Ｐｏｗｅ
ｒＨが所定値Ｐｏｗｅｒ^* よりも大きい場合には出力を
１とし、所定値に満たない場合には出力を０とする。

【０３４０】ラッチ部３７には、比較器３６からの出力
と出力周波数指令値ＦＩＮＶ^* とが入力される。

【０３４１】比較器３６からの出力が０から１に変化し
た場合には、その時点での出力周波数指令値ＦＩＮＶ^*
をラッチする。

【０３４２】ラッチ部３７からの出力は、ロータ回転周
波数推定値ＦＲＨとなる。

【０３４３】図３０は、以上の関係を示すタイミングチ
ャートである。

【０３４４】次に、以上のように構成した本実施の形態
の速度センサレス制御を用いた電気車制御装置において
は、出力周波数指令値ＦＩＮＶ^* が第１の所定値Ｆ１か
ら第２の所定値Ｆ２へと漸増する際に、誘導電動機６の
出力電力ＰｏｗｅｒＨが所定の検知レベルＰｏｗｅｒ^*
を超過した時点での周波数指令値ＦＩＮＶ^* を、ロータ
回転周波数推定値ＦＲＨとして設定する。

【０３４５】本実施の形態では、誘導電動機６のロータ
回転ＦＲが正転であり、出力周波数を漸増することを仮
定しており、出力周波数指令値ＦＩＮＶ^* はロータ回転
周波数ＦＲに対して、小さい状態から大きな状態へと移
行していく。

【０３４６】出力周波数指令値ＦＩＮＶ^* がロータ回転
周波数ＦＲよりも小さい場合、すべり周波数Ｆs が負で
あることと等価であり、定常的にはマイナスの出力電
力、すなわち回生状態となることが知られている。

【０３４７】また、出力周波数指令値ＦＩＮＶ^* がロー
タ回転周波数ＦＲよりも大きい場合、すべり周波数Ｆs
が正であることと等価であり、定常的にはプラスの出力
電力、すなわち力行状態となることが知られている。

【０３４８】さらに、すべり周波数が正あるいは負で非
常に大きい場合には、出力電力は０に近いことも誘導電
動機６の特性より周知である。

【０３４９】これは、図３０に出力周波数指令値ＦＩＮ
Ｖ^* がロータ回転周波数ＦＲを過る付近において、出力
電力演算値ＰｏｗｅｒＨが示されるように、出力電力が
負から正へ変化することを示している。

【０３５０】従って、出力電力演算値ＰｏｗｅｒＨが所
定の検知レベルＰｏｗｅｒ^* を超過した時点にて、出力
周波数指令値ＦＩＮＶ^* をラッチすることで、ロータ回
転周波数を推定することが可能となる。そして、この推
定されたロータ回転周波数に基づいて再起動動作を行な
うため、過電流・過電圧や不要なトルクの発生を防ぐこ
とができる。これにより、ＶＶＶＦインバータ５の保護
停止を抑制したり、あるいは乗り心地の劣化を抑制する
ことが可能となる。

【０３５１】なお、本実施の形態では、ロータ回転周波
数ＦＲが正転であり、出力周波数指令値ＦＩＮＶ^* を漸
増する場合を説明しているが、他の条件においても、同
様に考えることができる。

【０３５２】例えば、ロータ周波数ＦＲが正転であり、
出力周波数指令値ＦＩＮＶ^* が漸減する場合のタイミン
グチャートを図３１に示す。比較器３６では、入力であ
る出力電力演算値ＰｏｗｅｒＨと所定の検知レベルＰｏ
ｗｅｒ^* とを比較し、出力電力演算値ＰｏｗｅｒＨが検
知レベルＰｏｗｅｒ^* よりも大きい場合には、出力を０
とし、出力電力演算値ＰｏｗｅｒＨが検知レベルＰｏｗ
ｅｒ^* よりも小さい場合には、出力を１とする。また、
ロータ回転周波数ＦＲが逆転である場合にも、同様に適
用することが可能である。

【０３５３】（第１７の実施の形態：請求項１６に対
応）図３２は、本実施の形態による速度センサレス制御
を用いた電気車制御装置の概略構成例を示すブロック図
であり、図１と同一部分には同一符号を付してその説明
を省略し、ここでは異なる部分についてのみ述べる。

【０３５４】すなわち、本実施の形態は、前記第１の実
施の形態において、ロータ回転周波数検知部１５を限定
した構成としている。

【０３５５】本実施の形態では、図１の電流指令演算部
１０として、ｑ軸電流指令Ｉq ^* を零に設定し、ｄ軸電
流指令Ｉd ^* はある所定値に設定するものと仮定する。
この場合、電流指令値に一致する成分とは、ｄ軸成分の
ことを表わし、電流指令値に直交する成分とは、ｑ軸成
分のことを表わす。

【０３５６】図３２において、ロータ回転周波数検知部
１５は、座標系変換器２５と、比較器３６と、ラッチ部
３７とからなる。

【０３５７】本実施の形態では、誘導電動機６に流れる
電流を検出する電流検出器９からの出力である相電流Ｉ
u ，Ｉw は、座標系変換器２５へと入力される。

【０３５８】座標系変換器２５では、前記（８）式によ
りｄｑ軸座標系上の電流値Ｉd ，Ｉq を演算出力する。

【０３５９】電流指令値に一致した成分であるｄ軸電流
Ｉd は、比較器３６へ入力される。

【０３６０】比較器３６では、ｄ軸電流Ｉd と所定の検
知レベルＩdp^* とを比較する。この結果、ｄ軸電流Ｉd
が所定の検知レベルＩdp^* よりも小さい場合には出力を
１とし、ｄ軸電流Ｉd が所定の検知レベルＩdp^* よりも
大きい場合には出力を０とする。

【０３６１】ラッチ部３７には、比較器３６からの出力
と出力周波数指令値ＦＩＮＶ^* とが入力される。

【０３６２】比較器３６からの出力が０から１に変化し
た場合、その時点での出力周波数指令値ＦＩＮＶ^* をラ
ッチする。

【０３６３】ラッチ部３７からの出力は、ロータ回転周
波数推定値ＦＲＨとなる。

【０３６４】図３３は、以上の関係を示すタイミングチ
ャートである。

【０３６５】次に、以上のように構成した本実施の形態
の速度センサレス制御を用いた電気車制御装置において
は、出力周波数指令値ＦＩＮＶ^* が第１の所定値Ｆ１か
ら第２の所定値Ｆ２へと漸増する際に、誘導電動機６の
電流の成分の中で、電流指令値Ｉd ^* に一致する成分Ｉ
d が所定の検知レベルＩdp^* よりも増加した時点での出
力周波数指令値ＦＩＮＶ^* を、ロータ回転周波数推定値
ＦＲＨとして設定する。

【０３６６】前記第１の実施の形態にて説明したよう
に、出力周波数指令値ＦＩＮＶ^* が実際のロータ周波数
ＦＲと大きく離れている状態、すなわちすべり周波数が
正あるいは負で非常に大きい場合には、図４に示す等価
回路において、２次抵抗回路の等価インピーダンスが０
に近くなるため、ＶＶＶＦインバータ５の出力電圧が１
次インピーダンスでの電圧降下分のみを補償する場合、
電流指令値に一致した成分の電流が流れる。

【０３６７】出力周波数指令値ＦＩＮＶ^* が実際のロー
タ周波数ＦＲの近傍にあり、すべり周波数が正あるいは
負で零に近い場合には、２次抵抗等価インピーダンスは
非常に大きくなり、電流は励磁回路に流れ込む。このた
め、２次抵抗回路の電流、すなわち電流指令値に一致し
た電流成分は、減少する。

【０３６８】従って、電流指令値に一致した電流成分Ｉ
d が所定の検知レベルＩdp^* よりも低下した時点にて、
出力周波数指令値ＦＩＮＶ^* をラッチすることで、ロー
タ回転周波数を推定することが可能となる。そして、こ
の推定されたロータ回転周波数に基づいて再起動動作を
行なうため、過電流・過電圧や不要なトルクの発生を防
ぐことができる。これにより、ＶＶＶＦインバータ５の
保護停止を抑制したり、あるいは乗り心地の劣化を抑制
することが可能となる。

【０３６９】なお、本実施の形態では、誘導電動機６の
ロータ回転ＦＲが正転であり、出力周波数指令値ＦＩＮ
Ｖ^* を漸増することを仮定しているが、ロータ回転が逆
転である場合や、出力周波数指令値ＦＩＮＶ^* を漸減し
ていく場合にも、同様に適用することが可能である。

【０３７０】（第１８の実施の形態：請求項１７に対
応）図３４は、本実施の形態による速度センサレス制御
を用いた電気車制御装置の概略構成例を示すブロック図
であり、図１と同一部分には同一符号を付してその説明
を省略し、ここでは異なる部分についてのみ述べる。

【０３７１】すなわち、本実施の形態は、前記第１の実
施の形態において、ロータ回転周波数検知部１５を限定
した構成としている。

【０３７２】本実施の形態では、図１の電流指令演算部
１０として、ｑ軸電流指令Ｉq ^* を零に設定し、ｄ軸電
流指令Ｉd ^* はある所定値に設定するものと仮定する。
この場合、電流指令値に一致する成分とは、ｄ軸成分の
ことを表わし、電流指令値に直交する成分とは、ｑ軸成
分のことを表わす。

【０３７３】図３４において、ロータ回転周波数検知部
１５は、座標系変換器２５と、比較器３６と、ラッチ部
３７とからなる。

【０３７４】本実施の形態では、誘導電動機６に流れる
電流を検出する電流検出器９からの出力である相電流Ｉ
u ，Ｉw は、座標系変換器２５へと入力される。

【０３７５】座標系変換器２５では、前記（８）式によ
りｄｑ軸座標系上の電流値Ｉd ，Ｉq を演算出力する。

【０３７６】電流指令値に直交する成分であるｑ軸電流
Ｉq は、比較器３６へ入力される。

【０３７７】比較器３６では、ｑ軸電流Ｉq と所定の検
知レベルＩqp^* とを比較する。この結果、ｑ軸電流Ｉq
が所定の検知レベルＩqp^* よりも大きい場合には出力を
１とし、ｑ軸電流Ｉq が所定の検知レベルＩqp^* よりも
小さい場合には出力を０とする。

【０３７８】ラッチ部３７には、比較器３６からの出力
と出力周波数指令値ＦＩＮＶ^* とが入力される。

【０３７９】比較器３６からの出力が０から１に変化し
た場合、その時点での出力周波数指令値ＦＩＮＶ^* をラ
ッチする。

【０３８０】ラッチ部３７からの出力は、ロータ回転周
波数推定値ＦＲＨとなる。

【０３８１】図３５は、以上の関係を示すタイミングチ
ャートである。

【０３８２】次に、以上のように構成した本実施の形態
の速度センサレス制御を用いた電気車制御装置において
は、出力周波数指令値ＦＩＮＶ^* が第１の所定値Ｆ１か
ら第２の所定値Ｆ２へと漸増する際に、誘導電動機６の
電流の成分の中で、電流指令値Ｉd ^* に直交した成分Ｉ
q が所定の検知レベルＩqp^* よりも増加した時点での出
力周波数値ＦＩＮＶ^* を、ロータ回転周波数推定値ＦＲ
Ｈとして設定する。

【０３８３】前記第１の実施の形態にて説明したよう
に、出力周波数指令値ＦＩＮＶ^* が実際のロータ周波数
ＦＲと大きく離れている状態、すなわちすべり周波数が
正あるいは負で非常に大きい場合には、図４の等価回路
において、２次抵抗回路の等価インピーダンスが０に近
くなるため、ＶＶＶＦインバータ５の出力電圧が１次イ
ンピーダンスでの電圧降下分のを補償する場合、電流指
令値に一致した成分の電流が流れる。

【０３８４】出力周波数指令値ＦＩＮＶ^* が実際のロー
タ周波数ＦＲの近傍にあり、すべり周波数が正あるいは
負で零に近い場合には、２次抵抗等価インピーダンスは
非常に大きくなり、電流は励磁回路に流れ込む。このた
め、励磁電流、すなわち電流指令値に直交した電流成分
が発生する。

【０３８５】従って、ロータ回転周波数が正転である定
常状態では、電流指令値に直交する電流成分Ｉq は、出
力周波数指令値ＦＩＮＶ^* が実際のロータ回転周波数Ｆ
Ｒより小さい場合には、負であり、出力周波数指令値Ｆ
ＩＮＶ^* が実際のロータ周波数ＦＲよりも大きい場合に
は、正となり発生する。

【０３８６】従って、電流指令値に直交する電流成分Ｉ
q が所定の検知レベルＩqp^* よりも増加した時点にて、
出力周波数指令値ＦＩＮＶ^* をラッチすることで、ロー
タ回転周波数を推定することが可能である。そして、こ
の推定されたロータ回転周波数に基づいて再起動動作を
行うため、過電流・過電圧や不要なトルクの発生を防ぐ
ことができる。これにより、ＶＶＶＦインバータ５の保
護停止を抑制したり、あるいは乗り心地の劣化を抑制す
ることが可能となる。

【０３８７】なお、本実施の形態では、誘導電動機６の
ロータが正転であり、出力周波数指令値を漸増すること
を仮定しており、電流指令値に直交する電流成分が、所
定値Ｉqp^* を増加した時点での出力周波数指令をロータ
回転周波数として推定しているが、所定値Ｉqp^* よりも
減少した時点での電流指令値に直交する電流成分が、所
定値Ｉqp^* よりも減少した時点での出力周波数指令値を
ロータ回転周波数として推定することも可能である。ま
た、誘導電動機６のロータが逆転の場合にも、同様に適
用することが可能である。

【０３８８】（第１９の実施の形態：請求項１、請求項
２、請求項８に対応）図３６は、本実施の形態のミニモ
デルによる試験結果の一例を示す図である。なお、同試
験では、誘導電動機６が正転であることを条件としてい
る。

【０３８９】出力周波数指令値ＦＩＮＶ^* を、第１の所
定値Ｆ１＝０Ｈｚから第２の所定値Ｆ２＝１００Ｈｚま
で漸増するように設定している。

【０３９０】図３６におけるモードには、（ａ）（ｂ）
（ｃ）が存在する。

【０３９１】モード（ａ）は、出力周波数指令値ＦＩＮ
Ｖ^* をある期間第１の所定値Ｆ１＝０Ｈｚに保つ期間で
あり、前記第８の実施の形態に対応する。この間に、ｄ
ｑ軸電流の大きさである電流Ｉａｂｓが立ち上がると共
に、安定化されている様子を確認することができる。

【０３９２】モード（ｂ）は、出力周波数指令値ＦＩＮ
Ｖ^* を第１の所定値Ｆ１＝０Ｈｚから漸増する期間であ
る。図３６には、実際のロータ回転周波数ＦＲが示され
ていないが、チャートの終点に向かってインバータ出力
周波数指令値ＦＩＮＶ^* が収束している周波数がロータ
回転周波数ＦＲであり、３２Ｈｚ近傍である。

【０３９３】このモード（ｂ）において、出力周波数指
令値ＦＩＮＶ^* が３２Ｈｚに近づくにつれて、ｄｑ軸電
流の大きさＩａｂｓが低下している様子を確認すること
ができる。ロータ回転周波数の推定検知は、ｄｑ軸電流
の大きさＩａｂｓが所定値Ｉａｂｓ^* よりも低下した時
点での出力周波数指令値ＦＩＮＶ^* を、ロータ周波数推
定値ＦＲＨと見做しており、前記第２の実施の形態に対
応する。

【０３９４】電流指令値の大きさは２０Ａに設定してお
り、検知レベルＩａｂｓ^* を１３Ａに設定している。

【０３９５】図３６では、ロータ周波数推定値ＦＲＨと
して３７Ｈｚ近傍を検知したことを確認することができ
る。

【０３９６】本実施の形態では、電流の大きさが検知レ
ベルＩａｂｓ^* １３Ａを下回り、ロータ回転周波数を推
定した時点で、次のモード（ｃ）へと移行している。

【０３９７】モード（ｃ）は、推定されたロータ周波数
推定値に基づいて励磁を行なうモードである。励磁を行
なうことによって、電圧が必要となるが、モード（ｃ）
にて、出力電圧指令Ｖ^* が増加していることを確認する
ことができる。

【０３９８】なお、このモード（ｃ）に関しては、本発
明の範囲ではない。

【０３９９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の速度セン
サレス制御を用いた電気車制御装置によれば、誘導電動
機のロータの回転周波数を安定かつ迅速に推定し、ロー
タ回転周波数が不明である惰行状態の誘導電動機を安定
かつ確実に再起動することが可能となる。

【０４００】これにより、惰行状態の誘導電動機の再起
動の際に、過電流・過電圧や不要なトルクの発生を防ぐ
ことができ、ＶＶＶＦインバータの保護停止を抑制した
り、あるいは乗り心地の劣化を抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による速度センサレス制御を用いた電気
車制御装置の第１の実施の形態を示すブロック図。

【図２】各種座標系の関係を示す図。

【図３】同第１の実施の形態の速度センサレス制御を用
いた電気車制御装置における出力周波数指令演算部の構
成例を示すブロック図。

【図４】誘導電動機の単相等価回路を示す図。

【図５】本発明による第２の実施の形態の速度センサレ
ス制御を用いた電気車制御装置における出力電圧指令演
算部の構成例を示すブロック図。

【図６】本発明による第２の実施の形態の速度センサレ
ス制御を用いた電気車制御装置における出力電圧周波数
指令演算部の構成例を示すブロック図。

【図７】同第２の実施の形態の速度センサレス制御を用
いた電気車制御装置における電流の大きさと比較器出力
とロータ回転周波数推定値のタイミングチャート。

【図８】本発明による第３の実施の形態の速度センサレ
ス制御を用いた電気車制御装置におけるロータ回転周波
数検知部の構成例を示すブロック図。

【図９】実際のロータ回転周波数と電流の大きさの最小
値との関係を示す図。

【図１０】本発明による第４の実施の形態の速度センサ
レス制御を用いた電気車制御装置における出力電圧指令
演算部の構成例を示すブロック図。

【図１１】本発明による第５の実施の形態の速度センサ
レス制御を用いた電気車制御装置におけるロータ回転周
波数検知部の構成例を示すブロック図。

【図１２】同第５の実施の形態の速度センサレス制御を
用いた電気車制御装置における電流の大きさとロータ回
転周波数推定値のタイミングチャート。

【図１３】本発明による第６の実施の形態の速度センサ
レス制御を用いた電気車制御装置における出力周波数指
令演算部の構成例を示すブロック図。

【図１４】本発明による第７の実施の形態の速度センサ
レス制御を用いた電気車制御装置における出力周波数指
令値と変化率リミット値のタイミングチャート。

【図１５】本発明による第８の実施の形態の速度センサ
レス制御を用いた電気車制御装置における出力周波数指
令演算部の構成例を示すブロック図。

【図１６】同第８の実施の形態の速度センサレス制御を
用いた電気車制御装置における出力周波数指令値とカウ
ンタ出力と比較器出力のタイミングチャート。

【図１７】本発明による速度センサレス制御を用いた電
気車制御装置の第９の実施の形態を示すブロック図。

【図１８】本発明による第１０の実施の形態の速度セン
サレス制御を用いた電気車制御装置における出力周波数
指令演算部の構成例を示すブロック図。

【図１９】本発明による第１１の実施の形態の速度セン
サレス制御を用いた電気車制御装置における出力周波数
指令演算部の構成例を示すブロック図。

【図２０】本発明による第１２の実施の形態の速度セン
サレス制御を用いた電気車制御装置における出力周波数
指令演算部の構成例を示すブロック図。

【図２１】本発明による速度センサレス制御を用いた電
気車制御装置の第１３の実施の形態を示すブロック図。

【図２２】本発明による速度センサレス制御を用いた電
気車制御装置の第１３の実施の形態を示すブロック図。

【図２３】本発明による第１４の実施の形態の速度セン
サレス制御を用いた電気車制御装置におけるロータ回転
周波数検知部の構成例を示すブロック図。

【図２４】同第１４の実施の形態の速度センサレス制御
を用いた電気車制御装置におけるインピーダンス推定値
とロータ回転周波数推定値と比較器出力のタイミングチ
ャート。

【図２５】本発明による速度センサレス制御を用いた電
気車制御装置の第１５の実施の形態を示すブロック図。

【図２６】同第１５の実施の形態の速度センサレス制御
を用いた電気車制御装置におけるロータ回転周波数検知
部の構成例を示すブロック図。

【図２７】同第１５の実施の形態の速度センサレス制御
を用いた電気車制御装置におけるＶ／Ｆ比とロータ回転
周波数推定値と比較器出力のタイミングチャート。

【図２８】本発明による第１６の実施の形態の速度セン
サレス制御を用いた電気車制御装置におけるロータ回転
周波数検知部の構成例を示すブロック図。

【図２９】同第１６の実施の形態の速度センサレス制御
を用いた電気車制御装置における出力電力演算部の構成
例を示すブロック図。

【図３０】同第１６の実施の形態の速度センサレス制御
を用いた電気車制御装置における出力電力推定値とロー
タ回転周波数推定値と比較器出力のタイミングチャー
ト。

【図３１】同第１６の実施の形態の速度センサレス制御
を用いた電気車制御装置における出力電力推定値とロー
タ回転周波数推定値と比較器出力のタイミングチャー
ト。

【図３２】本発明による第１７の実施の形態の速度セン
サレス制御を用いた電気車制御装置におけるロータ回転
周波数検知部の構成例を示すブロック図。

【図３３】同第１７の実施の形態の速度センサレス制御
を用いた電気車制御装置における電流指令に一致する電
流成分とロータ回転周波数推定値と比較器出力のタイミ
ングチャート。

【図３４】本発明による第１８の実施の形態の速度セン
サレス制御を用いた電気車制御装置におけるロータ回転
周波数検知部の構成例を示すブロック図。

【図３５】同第１８の実施の形態の速度センサレス制御
を用いた電気車制御装置における電流指令に直交する電
流成分とロータ回転周波数推定値と比較器出力のタイミ
ングチャート。

【図３６】本発明による第１９の実施の形態の速度セン
サレス制御を用いた電気車制御装置におけるミニモデル
試験結果の一例を示す図。

【図３７】従来の電気車制御装置の構成例を示すブロッ
ク図。

【図３８】従来の電気車制御装置の構成例を示すブロッ
ク図。

【符号の説明】

１…架線 ２…パンタグラフ ３…直流フィルタリアクトル ４…直流フィルタコンデンサ ５…ＶＶＶＦインバータ ６…誘導電動機 ７…車輪 ８…レール ９…電流検出器 １０…電流指令演算部 １１…出力電圧指令演算部 １２…座標系変換器 １３…ゲート制御部 １４…出力周波数指令演算部 １５…ロータ回転周波数検知部 １６…減算器 １７…変化率リミッタ １８…積分器 １９…カウンタ ２０…比較器 ２１…切替え器 ２２…絶対値演算器 ２３…変化率設定器 ２４…減算器 ２５…座標系変換器 ２６…減算器 ２７…減算器 ２８…電流制御器 ２９…ゲイン切替え器 ３０…乗算器 ３１…乗算器 ３２…加算器 ３３…加算器 ３４…制御ユニット ３５…電流ベクトル長演算器 ３６…比較器 ３７…ラッチ部 ３８…検知レベル設定器 ３９…最小値選択器 ４０…除算器 ４１…絶対値演算器 ４２…速度検出器 ４３…伝送装置 ４４…車両 ４５…車両 ４６…車両 ４７…係数変換器 ４８…出力周波数指令演算部 ４９…絶対値演算器 ５０…出力電力演算器 ５１…ローパスフィルタ ５２…１サンプリング遅れ ５３…座標系変換器。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 結城 和明 東京都府中市東芝町１番地 株式会社東 芝府中工場内 (72)発明者 氏家 昭彦 東京都府中市東芝町１番地 株式会社東 芝府中工場内 (56)参考文献 特開 平11−41986（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−270685（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−56189（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−19300（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B60L 9/00 - 9/32 H02P 21/00

Claims (16)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 直流を任意の周波数の交流に変換する可
   変電圧可変周波数インバータ（ＶＶＶＦインバータ）
   と、当該ＶＶＶＦインバータの直流側に接続されたフィ
   ルタコンデンサと、前記ＶＶＶＦインバータの交流側に
   接続されて駆動される誘導電動機とから主回路を構成
   し、 電流指令値を演算する電流指令演算手段と、前記電流指
   令値に一致する電流が得られるように出力電圧の指令値
   を演算する出力電圧指令演算手段と、出力周波数指令を
   演算する出力周波数指令演算手段と、前記出力電圧指令
   演算手段からの出力と前記出力周波数指令演算手段から
   の出力とを入力とし、前記ＶＶＶＦインバータの出力電
   圧が一致するようにＶＶＶＦインバータのゲート制御を
   行なうゲート制御手段とを備えて構成される速度センサ
   レス制御を用いた電気車制御装置において、 前記出力周波数指令演算手段として、前記誘導電動機が
   惰行状態から再起動を行なう場合に、第１の所定値から
   第２の所定値に出力周波数指令を漸増あるいは漸減させ
   る手段を備え、 前記誘導電動機に流れる電流を検出する電流検出手段
   と、 前記電流検出手段からの出力である電流検出値と、前記
   電流指令演算手段からの出力である電流指令値と、前記
   出力電圧指令演算手段からの出力である出力電圧指令値
   の少なくとも一つに基づいて、前記誘導電動機のロータ
   回転周波数を推定するロータ回転周波数検知手段と、 を備え、 前記出力電圧指令演算手段としては、前記電流指令値に
   基づいて前記誘導電動機の１次インピーダンスによる電
   圧降下分を演算出力する手段からなり、 前記ロータ回転周波数検知手段としては、 前記電流検出手段により検出された電流値を入力とし、
   電流の大きさを演算する電流ベクトル長演算手段と、 前記電流ベクトル長演算手段からの出力である電流の大
   きさを入力とし、当該電流の大きさが所定の検知レベル
   値よりも減少した時の出力周波数指令の値をロータ回転
   周波数推定値として設定するロータ回転周波数推定値設
   定手段と、 から 成ることを特徴とする速度センサレス制御を用いた
   電気車制御装置。
2. 【請求項２】 請求項１記載の速度センサレス制御を用
   いた電気車制御装置において、前記ロータ回転周波数検知手段における所定の検知レベ
   ル値を得る手段としては、 前記出力周波数指令値を入力とし、その絶対値を演算す
   る絶対値演算手段と、 前記絶対値演算手段からの出力を入力とし、出力周波数
   指令値の絶対値が小さい場合には、前記電流の大きさを
   判定する検知レベル値を大きく設定する検知レベル設定
   手段と、 から成ることを特徴とする速度センサレス制御を用いた
   電気車制御装置。
3. 【請求項３】 請求項１記載の速度センサレス制御を用
   いた電気車制御装置において、前記出力電圧指令演算手段としては、前記電流指令値に
   基づいて誘導電動機の１次インピーダンスによる電圧降
   下分を演算出力する手段の代わりに、前記電流指令値に
   基づいて誘導電動機の漏れインダクタンスによる電圧降
   下分を出力電圧指令として出力する手段 から成ることを
   特徴とする速度センサレス制御を用いた電気車制御装
   置。
4. 【請求項４】 請求項１記載の速度センサレス制御を用
   いた電気車制御装置において、前記ロータ回転周波数検知手段としては、 前記電流検出手段により検出された電流値を入力とし、
   電流の大きさを演算する電流ベクトル長演算手段と、 前記出力周波数指令値が第１の所定値から第２の所定値
   へと漸増あるいは漸減する間に前記電流ベクトル長演算
   手段からの出力である電流の大きさの最小値となる時点
   での出力周波数指令値をロータ回転周波数推定値として
   設定するロータ回転周波数推定手段と、 から成ることを特徴とする速度センサレス制御を用いた
   電気車制御装置。
5. 【請求項５】 直流を任意の周波数の交流に変換する可
   変電圧可変周波数インバータ（ＶＶＶＦインバータ）
   と、当該ＶＶＶＦインバータの直流側に接続されたフィ
   ルタコンデンサと、前記ＶＶＶＦインバータの交流側に
   接続されて駆動される誘導電動機とから主回路を構成
   し、 電流指令値を演算する電流指令演算手段と、前記電流指
   令値に一致する電流が得られるように出力電圧の指令値
   を演算する出力電圧指令演算手段と、出力周波数指令を
   演算する出力周波数指令演算手段と、前記出力電圧指令
   演算手段からの出力と前記出力周波数指令演算手段から
   の出力とを入力とし、前記ＶＶＶＦインバータの出力電
   圧が一致するようにＶＶＶＦインバータのゲート制御を
   行なうゲート制御手段とを備えて構成される速度センサ
   レス制御を用いた電気車制御装置において、 前記出力周波数指令演算手段として、前記誘導電動機が
   惰行状態から再起動を行なう場合に、第１の所定値から
   第２の所定値に出力周波数指令を漸増あるいは漸減させ
   る手段を備え、 前記誘導電動機に流れる電流を検出する電流検出手段
   と、 前記電流検出手段からの出力である電流検出値と、前記
   電流指令演算手段からの出力である電流指令値と、前記
   出力電圧指令演算手段からの出力である出力電圧指令値
   の少なくとも一つに基づいて、前記誘導電動機のロータ
   回転周波数を推定するロータ回転周波数検知手段と、 を備え、 前記出力周波数指令演算手段としては、 前記出力周波数指令値を入力とし、出力周波数指令の絶
   対値を演算出力する絶対値演算手段と、 前記絶対値演算手段からの出力である出力周波数指令の
   絶対値が小さい場合には、前記出力周波数指令値が漸増
   あるいは漸減する周波数の変化率を小さくする手段と、 から成ることを特徴とする速度センサレス制御を用いた
   電気車制御装置。
6. 【請求項６】 請求項５記載の速度センサレス制御を用
   いた電気車制御装置において、前記出力周波数指令演算手段としては、第１の所定値の
   絶対値が第２の所定値の絶対値よりも大きい ことを特徴
   とする速度センサレス制御を用いた電気車制御装置。
7. 【請求項７】 直流を任意の周波数の交流に変換する可
   変電圧可変周波数インバータ（ＶＶＶＦインバータ）
   と、当該ＶＶＶＦインバータの直流側に接続されたフィ
   ルタコンデンサと、前記ＶＶＶＦインバータの交流側に
   接続されて駆動される誘導電動機とから主回路を構成
   し、 電流指令値を演算する電流指令演算手段と、前記電流指
   令値に一致する電流が得られるように出力電圧の指令値
   を演算する出力電圧指令演算手段と、出力周波数指令を
   演算する出力周波数指令演算手段と、前記出力電圧指令
   演算手段からの出力と前記出力周波数指令演算手段から
   の出力とを入力とし、前記ＶＶＶＦインバータの出力電
   圧が一致するようにＶＶＶＦインバータのゲート制御を
   行なうゲート制御手段とを備えて構成される速度センサ
   レス制御を用いた電気車制御装置において、 前記出力周波数指令演算手段として、前記誘導電動機が
   惰行状態から再起動を行なう場合に、第１の所定値から
   第２の所定値に出力周波数指令を漸増あるいは漸減させ
   る手段を備え、 前記誘導電動機に流れる電流を検出する電流検出手段
   と、 前記電流検出手段からの出力である電流検出値と、前記
   電流指令演算手段からの出力である電流指令値と、前記
   出力電圧指令演算手段からの出力である出力電圧指令値
   の少なくとも一つに基づいて、前記誘導電動機のロータ
   回転周波数を推定するロータ回転周波数検知手段と、 を備え、 前記出力周波数指令手段としては、前記誘導電動機が惰
   行状態から再起動を行なう場合 に、ある所定の時間経過
   するまでは出力周波数指令値を一定とする手段を付加し
   て成る ことを特徴とする速度センサレス制御を用いた電
   気車制御装置。
8. 【請求項８】 請求項７記載の速度センサレス制御を用
   いた電気車制御装置において、前記出力周波数指令手段により、ある所定時間経過する
   までの出力周波数指令値が一定である状態において、前
   記電流検出手段により検出された電流値を入力とし、前
   記電流指令値の座標系へ座標系変換を行なう座標系変換
   手段と、 前記座標系変換された電流値と前記電流指令値との偏差
   を演算する減算手段と、 前記減算手段により演算された電流偏差が零となるよう
   に、前記出力電圧指令演算手段への出力を補正する量を
   演算する電流制御手段と、 前記電流制御手段により演算された出力電圧指令への補
   正量と前記出力電圧指令手段からの出力とを加算するこ
   とで補正する加算手段と、 を付加して成ることを特徴とする速度センサレス制御を
   用いた電気車制御装置。
9. 【請求項９】 請求項７記載の速度センサレス制御を用
   いた電気車制御装置において、前記出力周波数指令値の初期値である第１の所定値は、
   前記誘導電動機のロータ回転周波数の可能性の範囲外に
   設定するようにした ことを特徴とする速度センサレス制
   御を用いた電気車制御装置。
10. 【請求項１０】 直流を任意の周波数の交流に変換する
    可変電圧可変周波数インバータ（ＶＶＶＦインバータ）
    と、当該ＶＶＶＦインバータの直流側に接続されたフィ
    ルタコンデンサと、前記ＶＶＶＦインバータの交流側に
    接続されて駆動される誘導電動機とから主回路を構成
    し、 電流指令値を演算する電流指令演算手段と、前記電流指
    令値に一致する電流が得られるように出力電圧の指令値
    を演算する出力電圧指令演算手段と、出力周波数指令を
    演算する出力周波数指令演算手段と、前記出力電圧指令
    演算手段からの出力と前記出力周波数指令演算手段から
    の出力とを入力とし、前記ＶＶＶＦインバータの出力電
    圧が一致するようにＶＶＶＦインバータのゲート制御を
    行なうゲート制御手段とを備えて構成される速度センサ
    レス制御を用いた電気車制御装置において、 前記出力周波数指令演算手段として、前記誘導電動機が
    惰行状態から再起動を行なう場合に、第１の所定値から
    第２の所定値に出力周波数指令を漸増あるいは漸減させ
    る手段を備え、 前記誘導電動機に流れる電流を検出する電流検出手段
    と、 前記電流検出手段からの出力である電流検出値と、前記
    電流指令演算手段からの出力である電流指令値と、前記
    出力電圧指令演算手段からの出力である出力電圧指令値
    の少なくとも一つに基づいて、前記誘導電動機のロータ
    回転周波数を推定するロータ回転周波数検知手段と、 を備え、 前記誘導電動機のロータ回転周波数の概略値を知り得る
    場合、 前記出力周波数指令演算手段の第１の所定値は、前記ロ
    ータ回転周波数の概略値に応じて、当該ロータ回転周波
    数の概略値の近傍に設定するように したことを特徴とす
    る速度センサレス制御を用いた電気車制御装置。
11. 【請求項１１】 請求項１０記載の速度センサレス制御
    を用いた電気車制御装置において、前記誘導電動機のロータ回転周波数の概略値を得る手段
    としては、 電気車の編成に１つ以上設けられる車輪あるいは誘導電
    動機の回転周波数を検出する速度検出手段と、 前記速度検出手段により検出された速度に基づいて、前
    記誘導電動機のロータ回転周波数の概略値を設定する手
    段と、 から成る ことを特徴とする速度センサレス制御を用いた
    電気車制御装置。
12. 【請求項１２】 直流を任意の周波数の交流に変換する
    可変電圧可変周波数インバー タ（ＶＶＶＦインバータ）
    と、当該ＶＶＶＦインバータの直流側に接続されたフィ
    ルタコンデンサと、前記ＶＶＶＦインバータの交流側に
    接続されて駆動される誘導電動機とから主回路を構成
    し、 電流指令値を演算する電流指令演算手段と、前記電流指
    令値に一致する電流が得られるように出力電圧の指令値
    を演算する出力電圧指令演算手段と、出力周波数指令を
    演算する出力周波数指令演算手段と、前記出力電圧指令
    演算手段からの出力と前記出力周波数指令演算手段から
    の出力とを入力とし、前記ＶＶＶＦインバータの出力電
    圧が一致するようにＶＶＶＦインバータのゲート制御を
    行なうゲート制御手段とを備えて構成される速度センサ
    レス制御を用いた電気車制御装置において、 前記出力周波数指令演算手段として、前記誘導電動機が
    惰行状態から再起動を行なう場合に、第１の所定値から
    第２の所定値に出力周波数指令を漸増あるいは漸減させ
    る手段を備え、 前記誘導電動機に流れる電流を検出する電流検出手段
    と、 前記電流検出手段からの出力である電流検出値と、前記
    電流指令演算手段からの出力である電流指令値と、前記
    出力電圧指令演算手段からの出力である出力電圧指令値
    の少なくとも一つに基づいて、前記誘導電動機のロータ
    回転周波数を推定するロータ回転周波数検知手段と、 を備え、 前記ロータ回転周波数検知手段としては、 前記電流検出手段により検出された電流値を入力とし、
    電流の大きさを演算する電流ベクトル長演算手段と、 前記出力電圧指令演算手段からの出力である出力電圧指
    令の大きさと、前記電流ベクトル長演算手段からの出力
    とに基づいて、前記誘導電動機のインピーダンスを推定
    するインピーダンス推定手段と、 前記出力周波数指令値に基づいてインピーダンス基準を
    演算するインピーダンス基準演算手段と、 前記インピーダンス推定手段からの出力である誘導電動
    機のインピーダンス推定値と前記インピーダンス基準演
    算手段からの出力であるインピーダンス基準とを入力と
    し、前記インピーダンス推定値がインピーダンス基準を
    超過した時の出力周波数指令値をロータ回転周波数推定
    値として設定するロータ回転周波数推定値設定手段と、 から成る ことを特徴とする速度センサレス制御を用いた
    電気車制御装置。
13. 【請求項１３】 直流を任意の周波数の交流に変換する
    可変電圧可変周波数インバータ（ＶＶＶＦインバータ）
    と、当該ＶＶＶＦインバータの直流側に接続されたフィ
    ルタコンデンサと、前記ＶＶＶＦインバータの交流側に
    接続されて駆動される誘導電動機とから主回路を構成
    し、 電流指令値を演算する電流指令演算手段と、前記電流指
    令値に一致する電流が得られるように出力電圧の指令値
    を演算する出力電圧指令演算手段と、出力周波数指令を
    演算する出力周波数指令演算手段と、前記出力電圧指令
    演算手段からの出力と前記出力周波数指令演算手段から
    の出力とを入力とし、前記ＶＶＶＦインバータの出力電
    圧が一致するようにＶＶＶＦインバータのゲート制御を
    行なうゲート制御手段とを備えて構成される速度センサ
    レス制御を用いた電気車制御装置において、 前記出力周波数指令演算手段として、前記誘導電動機が
    惰行状態から再起動を行なう場合に、第１の所定値から
    第２の所定値に出力周波数指令を漸増あるいは漸減させ
    る手段を備え、 前記誘導電動機に流れる電流を検出する電流検出手段
    と、 前記電流検出手段からの出力である電流検出値と、前記
    電流指令演算手段からの出力である電流指令値と、前記
    出力電圧指令演算手段からの出力である出力電圧指令値
    の少なくとも一つに基づいて、前記誘導電動機のロータ
    回転周波数を推定するロータ回転周波数検知手段と、 を備え、 前記電流検出手段により検出された電流値を入力とし、
    前記電流指令値の座標系へ座標系変換を行なう座標系変
    換手段と、 前記座標系変換された電流値と電流指令値との偏差を演
    算する減算手段と、 前記減算手段により演算された電流偏差が零となるよう
    に、前記出力電圧指令演算手段への出力を補正する量を
    演算する電流制御手段と、 前記電流制御手段により演算された出力電圧指令への補
    正量と、前記出力電圧指令手段からの出力とを加算する
    加算手段とを付加し、 前記ロータ回転周波数検知手段としては、 前記出力電圧指令演算手段からの出力である出力電圧指
    令の大きさを演算する手段と、 前記出力周波数指令演算手段からの出力である出力周波
    数指令値により、前記出力電圧指令値の大きさを除算す
    る除算手段と、 前記除算手段からの出力を入力とし、絶対値を演算する
    絶対値演算手段と、 前記絶対値演算手段からの出力が所定値よりも増加した
    時の出力周波数指令の値をロータ回転周波数推定値とし
    て設定するロータ回転周波数推定値設定手段と、 から成る ことを特徴とする速度センサレス制御を用いた
    電気車制御装置。
14. 【請求項１４】 直流を任意の周波数の交流に変換する
    可変電圧可変周波数インバータ（ＶＶＶＦインバータ）
    と、当該ＶＶＶＦインバータの直流側に接続されたフィ
    ルタコンデンサと、前記ＶＶＶＦインバータの交流側に
    接続されて駆動される誘導電動機とから主回路を構成
    し、 電流指令値を演算する電流指令演算手段と、前記電流指
    令値に一致する電流が得られるように出力電圧の指令値
    を演算する出力電圧指令演算手段と、出力周波数指令を
    演算する出力周波数指令演算手段と、前記出力電圧指令
    演算手段からの出力と前記出力周波数指令演算手段から
    の出力とを入力とし、前記ＶＶＶＦインバータの出力電
    圧が一致するようにＶＶＶＦインバータのゲート制御を
    行なうゲート制御手段とを備えて構成される速度センサ
    レス制御を用いた電気車制御装置において、 前記出力周波数指令演算手段として、前記誘導電動機が
    惰行状態から再起動を行なう場合に、第１の所定値から
    第２の所定値に出力周波数指令を漸増あるいは漸減させ
    る手段を備え、 前記誘導電動機に流れる電流を検出する電流検出手段
    と、 前記電流検出手段からの出力である電流検出値と、前記
    電流指令演算手段からの出力である電流指令値と、前記
    出力電圧指令演算手段からの出力である出力電圧指令値
    の少なくとも一つに基づいて、前記誘導電動機のロータ
    回転周波数を推定するロータ回転周波数検知手段と、 を備え、 前記ロータ回転周波数検知手段としては、 前記誘導電動機の出力電力を演算する出力電力演算手段
    と、 前記出力電力演算手段からの出力である誘導電動機の出
    力電力演算値が、所定値よりも増加あるいは低下した時
    点での出力周波数指令の値をロータ回転周波数推定値と
    して設定するロータ回転周波数推定値設定手段と、 から成ることを特徴とする速度センサレス制御を用いた
    電気者制御装置。
15. 【請求項１５】 直流を任意の周波数の交流に変換する
    可変電圧可変周波数インバータ（ＶＶＶＦインバータ）
    と、当該ＶＶＶＦインバータの直流側に接続されたフィ
    ルタコンデンサと、前記ＶＶＶＦインバータの交流側に
    接続されて駆動される誘導電動機とから主回路を構成
    し、 電流指令値を演算する電流指令演算手段と、前記電流指
    令値に一致する電流が得られるように出力電圧の指令値
    を演算する出力電圧指令演算手段と、出力周波数指令を
    演算する出力周波数指令演算手段と、前記出力電圧指令
    演算手段からの出力と前記出力周波数指令演算手段から
    の出力とを入力とし、前記ＶＶＶＦインバータの出力電
    圧が一致するようにＶＶＶＦインバータのゲート制御を
    行なうゲート制御手段とを備えて構成される速度センサ
    レス制御を用いた電気車制御装置において、 前記出力周波数指令演算手段として、前記誘導電動機が
    惰行状態から再起動を行なう場合に、第１の所定値から
    第２の所定値に出力周波数指令を漸増あるいは漸減させ
    る手段を備え、 前記誘導電動機に流れる電流を検出する電流検出手段
    と、 前記電流検出手段からの出力である電流検出値と、前記
    電流指令演算手段からの出力である電流指令値と、前記
    出力電圧指令演算手段からの出力である出力電圧指令値
    の少なくとも一つに基づいて、前記誘導電動機のロータ
    回転周波数を推定するロータ回転周波数検知手段と、 を備え、 前記ロータ回転周波数検知手段としては、 前記電流検出手段により検出された電流値を、前記電流
    指令演算手段からの出力である電流指令値に一致した成
    分と電流指令値に直交した成分とに変換する座標系変換
    手段と、 前記座標系変換手段からの出力である電流指令値に一致
    した電流成分を入力とし、当該電流成分が所定の検知レ
    ベル値よりも減少した時の出力周波数指令の値をロータ
    回転周波数推定値として設定するロータ回転周波数推定
    値設定手段と、 から成ることを特徴とする速度センサレス制御を用いた
    電気車制御装置。
16. 【請求項１６】 直流を任意の周波数の交流に変換する
    可変電圧可変周波数インバータ（ＶＶＶＦインバータ）
    と、当該ＶＶＶＦインバータの直流側に接続されたフィ
    ルタコンデンサと、前記ＶＶＶＦインバータの交流側に
    接続されて駆動される誘導電動機とから主回路を構成
    し、 電流指令値を演算する電流指令演算手段と、前記電流指
    令値に一致する電流が得られるように出力電圧の指令値
    を演算する出力電圧指令演算手段と、出力周波数指令を
    演算する出力周波数指令演算手段と、前記出力電圧指令
    演算手段からの出力と前記出力周波数指令演算手段から
    の出力とを入力とし、前記ＶＶＶＦインバータの出力電
    圧が一致するようにＶＶＶＦインバータのゲート制御を
    行なうゲート制御手段とを備えて構成される速度センサ
    レス制御を用いた電気車制御装置において、 前記出力周波数指令演算手段として、前記誘導電動機が
    惰行状態から再起動を行なう場合に、第１の所定値から
    第２の所定値に出力周波数指令を漸増あるいは漸減させ
    る手段を備え、 前記誘導電動機に流れる電流を検出する電流検出手段
    と、 前記電流検出手段からの出力である電流検出値と、前記
    電流指令演算手段からの出力である電流指令値と、前記
    出力電圧指令演算手段からの出力である出力電圧指令値
    の少なくとも一つに基づいて、前記誘導電動機のロータ
    回転周波数を推定するロータ回転周波数検知手段と、 を備え、 前記ロータ回転周波数検知手段としては、 前記電流検出手段により検出された電流値を、前記電流
    指令演算手段からの出力である電流指令値に一致した成
    分と電流指令値に直交した成分とに変換する座標系変換
    手段と、 前記座標系変換手段からの出力である電流指令値に直交
    した電流成分を入力とし、当該電流成分が所定の検知レ
    ベル値よりも減少あるいは増加した時の出力周波数指令
    の値をロータ回転周波数推定値として設定するロータ回
    転周波数推定値設定手段と、 から成ることを特徴とする速度センサレス制御を用いた
    電気車制御装置。