JP3749132B2 - 電動機制御装置および空転滑走検出方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、誘導電動機を動力とする電動機構における電動機制御装置およびその空転滑走検出方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、誘導電動機を動力とする電動機構（電車の駆動機構等）において、誘導電動機（以下、単に「電動機」という。）を制御する際に、駆動軸（電車の車軸等）の回転速度を速度センサによって検出し、検出された速度に基づいて、電動機に対する給電を制御する電動機制御装置が知られている。
【０００３】
この速度センサを用いる電動機制御装置においては、例えば、電車の電動機を制御する場合、電車の床下の車輪間に設けられた、車軸を駆動する電動機に速度センサが備えられ、当該電動機の回転速度が検出される。
【０００４】
速度センサは、主に、電動機に組み込まれたコイルおよびコイルに発生する誘導起電力を検出する起電力検出回路によって構成される。そして、起電力検出回路によって検出された検出信号（速度センサ信号）が、電動機制御装置に備えられた、車軸の空転・滑走を検出する検出回路に入力される。さらに、検出回路によって、電動機の回転速度に基づいて車軸の空転・滑走が検出される。図１７は、速度センサを用いる電動機制御装置の空転・滑走検出回路の一例を示す図である。
【０００５】
電動機の速度センサによって車軸の回転速度を検出する原理は以下の通りである。速度センサは、電動機軸に嵌め込まれた歯車と、これと対向するように電動機の固定子側に固定されたコイル及び増幅器とから構成される。電動機軸が回転すると、速度センサのコイルと歯車の“山”が対向するか、或いは“谷”が対向するかによって、速度センサの歯車とコイルの間の距離が変化し、コイルのインダクタンスが変化する。このため、コイルに一定振幅の交流電圧を加えると、流れる電流の大きさがコイルに対向する歯車の山谷に合わせて変化する。これを増幅器にて波形整形し、コイルに対向する歯車の歯に対応した矩形波の電圧又は電流信号を得る。さらに、得られた電圧又は電気信号に基づいて所定の処理を行うことにより電動機の回転速度を検出し、検出した回転速度をさらに電動機と車軸の回転数比で割ることによって車軸速度を検出する。
【０００６】
この速度センサを用いる電動機制御装置には、以下のような問題があった。
速度センサが車軸の回転速度を検出する場合、車軸の歯車の歯（歯幅４ｍｍ程度）が磁束を切る際にコイルに発生する微小な誘導起電力を検出しなければならず、精密に誘導起電力の検出を行う必要があった。また、検出回路はＩＣ等のデバイスを多数備えているため、電動機付近のような環境条件の厳しい場所に配設された場合、故障が発生しやすかった。さらに、微小信号である速度センサ信号には、電動機の制御動作に伴うノイズがのりやすく、検出回路の動作にエラーが生じやすかった。
【０００７】
また、速度センサは、上述の通りコイル等の検出機構を備えるため、比較的大型となり、車輪間の限られたスペースに配設される場合には、電動機の占有スペースを圧迫することとなっていた。そのため、電動機の大型化が阻まれ、電動機の出力を制限する要因となっていた。
【０００８】
このような問題を解決すべく、近年、速度センサを用いない電動機制御方法が開発されつつある。
【０００９】
図１８は、速度センサを用いず、電動機に給電される電流のみに基づいて電動機を制御する電動機制御装置１００の制御部を示す概略図である。
【００１０】
図１８に示す電動機制御装置１００は、車軸を駆動する電動機の回転速度を検出する速度センサを用いる代わりに、電動機に給電される電流を検出する電流センサ１３０を用いる。そして、電流センサ１３０によって検出された電流に基づいて、ベクトル制御演算器１４０が誘導電動機に印加する電圧を算出し、インバータ１２０に指示信号を出力する。このようにして、インバータ１２０が誘導電動機１１１〜１１４を１つの仮想電動機１１０として制御する。
【００１１】
この電流センサを用いる電動機制御装置の場合、電流センサは、もともとインバータ制御に必要なもので、速度センサがない分、電動機の大型化を図ることができ、電動機の高出力化が可能となる。また、電流センサは、一般的に耐環境性に優れている。このような利点から、電流センサと速度センサを用いる方法に代えて、電流センサのみによって電動機を制御する方法の実用化が期待されている。
【００１２】
【発明の解決しようとする課題】
しかし、電流センサを用いる電動機制御装置のうち、現在、既に開発されているものは、上述の電動機制御装置１００と同様の、１つの制御部により複数の電動機を一括して制御するものである。尚、この制御においては、複数の電動機を１つの電動機と仮想する。そして、当該仮想電動機を給電する電流、即ち、インバータ等から複数の電動機に流出する全体の電流を検出することによって、複数の電動機を制御している。そのため、仮想電動機の回転速度（より正確には仮想電動機の回転速度として想定される回転速度）を算出（想定）することは可能であるが、各電動機の回転速度の差を検出することができない。
【００１３】
したがって、仮想電動機の回転速度の変化に基づいて、更に、仮想電動機の回転加速度を算出（想定）し、この回転加速度に基づいて車軸の空転あるいは滑走が検出されている。
【００１４】
しかしながら、各電動機の回転速度の差を算出（想定）せず、仮想電動機の回転加速度を算出（想定）して車軸の空転・滑走を検出していたため、各車軸の微少な空転あるいは滑走が検出できなかった。また、複数の電動機に駆動される各車軸のうちの１つが空転あるいは滑走したことを直ちに検出することができなかった。
【００１５】
本発明の課題は、速度センサを用いずに、電動機の空転あるいは滑走を高精度に検出することである。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するための第１の発明は、
給電ラインに複数並列に接続された誘導電動機複数を、ベクトル制御による給電によって一括して制御する電動機制御装置であって、
前記複数の誘導電動機（例えば、図１０の誘導電動機１１〜１４）の内、少なくとも１つの誘導電動機（例えば、図１０の誘導電動機１４）に流入する電流を検出する電流検出手段（例えば、図１０の電流センサ３４０）と、
前記電流検出手段によって検出された電流に基づいて、前記複数の誘導電動機それぞれが駆動する駆動軸の内、何れかの駆動軸における空転あるいは滑走の発生を検出する空転滑走検出手段（例えば、図１０の空転滑走検出部６００）と、
を備えることを特徴とした電動機制御装置である。
【００１７】
また第１２の発明は、
給電ラインに複数並列に接続された誘導電動機複数を、ベクトル制御による給電によって一括して制御する際に、駆動軸の空転滑走を検出する空転滑走検出方法であって、
前記複数の誘導電動機の内、少なくとも１つの誘導電動機に流入する電流を検出する電流検出工程と、
前記検出した電流に基づいて、前記複数の誘導電動機それぞれが駆動する駆動軸の内、何れかの駆動軸における空転あるいは滑走の発生を検出する空転滑走検出工程と、
を含むことを特徴とした空転滑走検出方法である。
【００１８】
第１または第１２の発明によれば、電流検出手段および空転滑走検出手段を備えるため、あるいは、電流検出工程および空転滑走検出工程を含むため、各誘導電動機の回転速度を検出することなく、複数の誘導電動機の内、何れかの誘導電動機に発生した空転・滑走を検出できる。複数誘導電動機は一括してベクトル制御されるため、空転・滑走が発生した誘導電動機を特定する必要はなく、何れかの誘導電動機において空転・滑走が発生したことが検出できれば、給電電圧及び／又は給電電流を絞り、発生した空転・滑走を抑制することができる。また、回転速度検出手段として速度センサ等を誘導電動機に備える必要がないため、電動機を大型化し、高出力化することができる。さらに、電流検出手段（電流センサ等）は、速度検出手段（速度センサ等）に比べ故障しにくく、また、誘導電動機の回転速度に比べ、流入電流を検出することは容易であるため、より確実かつ正確に誘導電動機に発生した空転・滑走を検出できる。
【００１９】
第２の発明は、
給電ラインに複数並列に接続された誘導電動機複数を、ベクトル制御による給電によって一括して制御する電動機制御装置であって、
前記複数の誘導電動機の内、少なくとも２つの誘導電動機（例えば、図１５の誘導電動機１１、１２）に流入する同相（例えば、図１５のｗ相）の電流を検出する電流検出手段（例えば、図１５の電流センサ３１１、３２１）と、
前記電流検出手段によって検出された電流に基づいて、前記複数の誘導電動機それぞれが駆動する駆動軸の内、何れかの駆動軸における空転あるいは滑走の発生を検出する空転滑走検出手段（例えば、図１５の空転滑走検出部６０１）と、
を備えることを特徴とした電動機制御装置である。
【００２０】
また第１３の発明は、
給電ラインに複数並列に接続された誘導電動機複数を、ベクトル制御による給電によって一括して制御する際に、駆動軸の空転滑走を検出する空転滑走検出方法であって、
前記複数の誘導電動機の内、少なくとも２つの誘導電動機に流入する同相の電流を検出する電流検出工程と、
前記検出した電流に基づいて、前記複数の誘導電動機それぞれが駆動する駆動軸の内、何れかの駆動軸における空転あるいは滑走の発生を検出する空転滑走検出工程と、
を含むことを特徴とした空転滑走検出方法である。
【００２１】
第２または第１３の発明によれば、第１または第１２の発明の効果を有する。即ち、上述した各誘導電動機の回転速度を検出することなく、複数の誘導電動機の内、何れかの誘導電動機に発生した空転・滑走を検出できる等の効果を具備することができる。
【００２２】
さらに、第２または第１３の発明によれば、電流検出手段（電流センサ等）は、最低限、２つの誘導電動機の同相、即ち２つで済む。このため、より一層故障し難く、かつメンテナンスが容易な電動機制御装置あるいは電動機制御方法を実現することができる。
【００２３】
第３の発明は、
第１または第２の発明の電動機制御装置において、
前記電流検出手段が、前記複数の誘導電動機それぞれに流入する電流を検出し（例えば、図１の電流センサ３１〜３４）、
前記空転滑走検出手段が、前記電流検出手段によって検出された電流に基づいて、前記複数の誘導電動機それぞれが駆動する駆動軸の空転あるいは滑走の発生を検出する（例えば、図１の空転滑走検出部６０）、
ことを特徴とした電動機制御装置である。
【００２４】
また第１４の発明は、
給電ラインに複数並列に接続された誘導電動機複数を、ベクトル制御による給電によって一括して制御する際に、駆動軸の空転滑走を検出する空転滑走検出方法であって、
前記複数の誘導電動機それぞれに流入する電流を検出する電流検出工程と、
前記検出した電流に基づいて前記複数の誘導電動機それぞれが駆動する駆動軸の空転あるいは滑走の発生を検出する空転滑走検出工程と、
を含むことを特徴とした空転滑走検出方法である。
【００２５】
第３または第１４の発明によれば、第１、２、１２、または１３の発明の効果に加えて、それぞれの誘導電動機において発生した空転・滑走を個別に、かつ、確実に検出すことができる。
【００２６】
第４の発明は、
第３の発明の電動機制御装置において、
前記空転滑走検出手段が、前記電流検出手段によって検出された、前記複数の誘導電動機それぞれに流入する電流の相対値に基づいて、空転あるいは滑走が発生した駆動軸を検出することを特徴とした電動機制御装置である。
【００２７】
第４の発明によれば、空転滑走検出手段によって、複数の誘導電動機のうちの一部に空転・滑走が発生した場合にも、確実に空転・滑走を検出できる。
【００２８】
第５の発明は、
第３の発明の電動機制御装置において、
前記空転滑走検出手段が、前記電流検出手段によって検出された、前記複数の誘導電動機それぞれに流入する電流の時間変化率に基づいて、空転あるいは滑走が発生した駆動軸を検出することを特徴とした電動機制御装置である。
【００２９】
第５の発明によれば、空転滑走検出手段によって、各誘導電動機毎の状態変化の推移（流入電流の時間変化率）を検出できるため、他の誘導電動機との相対的変化に関わらず、各誘導電動機において発生した空転・滑走を確実に検出できる。
【００３０】
第６の発明は、
第３の発明の電動機制御装置において、
前記空転滑走検出手段が、前記電流検出手段によって検出された、前記複数の誘導電動機それぞれに流入する電流の相対値および時間変化率の組み合わせに基づいて、空転あるいは滑走が発生した駆動軸を検出することを特徴とした電動機制御装置である。
【００３１】
第６の発明によれば、他の誘導電動機との相対変化および各誘導電動機毎の状態変化の推移に基づいて各誘導電動機の空転・滑走を検出することができるため、より確実に各誘導電動機の空転・滑走を検出できる。
【００３２】
第７の発明は、
第３の発明の電動機制御装置において、
前記電流検出手段によって検出された電流に基づいて、前記複数の誘導電動機それぞれの回転速度を推定する回転速度推定手段（例えば、図７の空転滑走検出部６０）をさらに備え、
前記空転滑走検出手段が、前記回転速度推定手段によって推定された、前記複数の誘導電動機それぞれの回転速度の相対値に基づいて、空転あるいは滑走が発生した駆動軸を検出することを特徴とした電動機制御装置である。
【００３３】
また、第１５の発明の空転滑走検出方法は、
第１４の発明の空転滑走検出方法において、
前記空転滑走検出工程が、検出した電流に基づいて前記複数の誘導電動機それぞれの回転速度を推定する工程を含み、
前記推定された回転速度に基づいて、前記複数の誘導電動機それぞれが駆動する駆動軸の空転あるいは滑走の発生を検出する空転滑走検出方法である。
【００３４】
第７または第１５の発明によれば、回転速度が推定できるため、回転速度に基づく従来の空転滑走検出方式を流用できる。
【００３５】
第８の発明は、
第７の発明の電動機制御装置において、
前記空転滑走検出手段が、
前記回転速度推定手段によって推定された回転速度に基づいて、前記複数の誘導電動機それぞれの回転加速度を算出する加速度算出手段を備え、
前記加速度算出手段によって算出された、前記複数の誘導電動機それぞれの回転加速度と所定の閾値とを比較することにより、空転あるいは滑走が発生した駆動軸を検出することを特徴とした電動機制御装置である。
【００３６】
第８の発明によれば、加速度算出手段を備えたため、各誘導電動機の空転・滑走に基づく回転数の急激な変化を検出することによって、複数の誘導電動機のうち、一部の誘導電動機に発生した空転・滑走を確実に検出できる。
【００３７】
第９の発明は、
前記ベクトル制御による給電によって、当該電動機制御装置に入力される指令電流に適応した定電流制御を行う第１の発明の電動機制御装置であって、
前記空転滑走検出手段が、前記給電電流あるいは前記指令電流と、前記電流検出手段によって検出された電流との相対値に基づいて、前記複数の誘導電動機それぞれが駆動する駆動軸の内、何れかの駆動軸における空転あるいは滑走の発生を検出することを特徴とした電動機制御装置である。
【００３８】
第９の発明によれば、空転滑走検出手段は、給電電流あるいは指令電流と、検出された電流との相対値に基づいて空転・滑走を検出するため、複数の誘導電動機のうち、一部の誘導電動機に発生した空転・滑走をより確実に検出することができる。
【００３９】
第１０の発明は、
第１の発明の電動機制御装置において、
前記空転滑走検出手段が、前記電流検出手段によって検出された電流の時間変化率に基づいて、前記複数の誘導電動機それぞれが駆動する駆動軸の内、何れかの駆動軸における空転あるいは滑走の発生を検出することを特徴とした電動機制御装置である。
【００４０】
第１０の発明によれば、空転滑走検出手段によって、各誘導電動機毎の状態変化の推移（流入電流の時間変化率）を検出できるため、他の誘導電動機との相対的変化に関わらず、空転・滑走をより確実に検出できる。
【００４１】
また、第９と第１０の発明を組み合わせることにより、より確実な空転・滑走の検出を実現する電動機制御装置を構成してもよい。
即ち、第１１の発明として、
前記ベクトル制御による給電によって、当該電動機制御装置に入力される指令電流に適応した定電流制御を行う第１の発明の電動機制御装置であって、
前記空転滑走検出手段が、前記給電電流あるいは前記指令電流と、前記電流検出手段によって検出された電流との相対値、および、前記電流検出手段によって検出された電流の時間変化率、の組み合わせに基づいて、前記複数の誘導電動機それぞれが駆動する駆動軸の内、何れかの駆動軸における空転あるいは滑走の発生を検出する電動機制御装置を構成することとしてもよい。
【００４２】
【発明の実施の形態】
以下、図を参照して本発明に係る電動機制御装置の実施の形態を詳細に説明するが、先ず、本発明を適用した電動機制御装置の基礎となる電動機制御装置１の実施形態（以下、「基礎実施形態」という。）を説明し、その後に、本発明を適用した電動機制御装置２，３それぞれの実施の形態を説明する。
【００４３】
〔基礎実施形態〕
まず、構成を説明する。
図１は、基礎実施形態の電動機制御装置１の制御部の構成を示す概略図である。
図１において、電動機制御装置１の制御部は、電車の誘導電動機を制御するために備えられ、主に、誘導電動機１１〜１４（以下、誘導電動機を総称して、適宜、誘導電動機１０という。）、インバータ２０、電流センサ３１〜３４（以下、電流センサを総称して、適宜、電流センサ３０という。）、ベクトル制御演算器４０、座標変換部５０、空転滑走検出部６０から構成される。
【００４４】
誘導電動機１１〜１４は、３相誘導電動機であり、インバータ２０によって、各誘導電動機のｕ、ｖ、ｗの３つの巻線に一次電圧（後述する電圧指令値）が印加されることにより、一次電流Ｉ_u、Ｉ_v、Ｉ_wがそれぞれ流入される（以下、適宜、誘導電動機１１〜１４の個別のＩ_u、Ｉ_v、Ｉ_wをそれぞれＩ_u-11〜Ｉ_u-14、Ｉ_v-11〜Ｉ_v-14、Ｉ_w-11〜Ｉ_w-14という。また、後述するＩ_dおよびＩ_qについても、同様に表現する。）。すると、巻線ｕ、ｖ、ｗによって発生される回転磁界によって、回転子が回転し、回転子と連動する車軸が駆動される。また、誘導電動機１１〜１４は、インバータ２０によって、一括して制御される。
【００４５】
インバータ２０には、ベクトル制御演算器４０から、誘導電動機１１〜１４それぞれの３つの巻線ｕ、ｖ、ｗに印加する指定電圧Ｖ_u ^*、Ｖ_v ^*、Ｖ_w ^*（以下、「電圧指令値」という。）が入力される。そして、インバータ２０は、入力された電圧指令値に従って出力電圧を調整し、誘導電動機１１〜１４に給電する。
【００４６】
電流センサ３１〜３４は、誘導電動機１１〜１４の入力端に設けられ、各誘導電動機に流入する一次電流Ｉ_u、Ｉ_v、Ｉ_wをそれぞれ検出する。即ち、電流センサ３１〜３４は、誘導電動機１１〜１４それぞれのｕ、ｖ、ｗの３つの巻線（３相巻線）に流入する電流Ｉ_u、Ｉ_v、Ｉ_wを検出する。ここで、Ｉ_u、Ｉ_v、Ｉ_wは、電流センサ３１〜３４によって誘導電動機１１〜１４のそれぞれについて検出されるが、各誘導電動機のＩ_u、Ｉ_v、Ｉ_wについて同様の処理がなされるため、適宜、誘導電動機１１のＩ_u-11、Ｉ_v-11、Ｉ_w-11を例として説明する。なお、図１においても誘導電動機１１に係る電流のみを示し、他の誘導電動機に係る電流は図示を省略する。
【００４７】
ベクトル制御演算器４０には、座標変換部５０から誘導電動機１１〜１４に対応する電流のｄ軸、ｑ軸成分Ｉ_d-11〜Ｉ_d-14、Ｉ_q-11〜Ｉ_q-14がそれぞれ入力され、また、不図示の電流指令演算部から電流指令値Ｉ_d ^*、Ｉ_q ^*がそれぞれ入力される。このＩ_d ^*、Ｉ_q ^*は、電流指令演算部において算出された、誘導電動機１１〜１４に入力指示される総電流ベクトルのｄ軸、ｑ軸成分をそれぞれ示す値である。なお、基礎実施形態において、電流指令演算部は定電流制御を行うものとして説明する。この場合、各誘導電動機の負荷にばらつきが生じても、Ｉ_d ^*、Ｉ_q ^*としては一定値が指示されることとなる。
【００４８】
そして、ベクトル制御演算器４０は、Ｉ_d-11〜Ｉ_d-14、Ｉ_q-11〜Ｉ_q-14、Ｉ_d ^*、Ｉ_q ^*に基づいて、各誘導電動機のｕ、ｖ、ｗの３つの巻線に印加する電圧指令値Ｖ_u ^*、Ｖ_v ^*、Ｖ_w ^*を算出し、インバータ２０に出力する。
【００４９】
また、ベクトル制御演算器４０は、誘導電動機１１〜１４の電流成分Ｉ_d-11〜Ｉ_d-14、Ｉ_q-11〜Ｉ_q-14をそれぞれ空転滑走検出部６０に出力する。
【００５０】
座標変換部５０には、電流センサ３１〜３４から、各誘導電動機の３相巻線のそれぞれに流入する電流Ｉ_u、Ｉ_v、Ｉ_wが入力され、この電流Ｉ_u、Ｉ_v、Ｉ_wを磁気的に等価なａ、ｂの２つの巻線（２相巻線）に流入する電流成分Ｉ_a、Ｉ_b（２相静止座標ａ−ｂ上の電流ベクトルの各軸成分）に変換する。さらに、座標変換部５０は、Ｉ_a、Ｉ_bを回転子の角速度ω₁で回転するｄ−ｑ座標上の電流ベクトルの各軸成分Ｉ_d、Ｉ_qに変換してベクトル制御演算器４０に出力する。
【００５１】
空転滑走検出部６０は、ベクトル制御演算器４０から誘導電動機１１〜１４の電流成分Ｉ_d、Ｉ_qが入力されると、電流成分Ｉ_d、Ｉ_qに基づいて、各誘導電動機が空転あるいは滑走しているか否か（より正確には、各誘導電動機それぞれにより駆動される駆動軸が空転あるいは滑走しているか否か）を判定し、空転あるいは滑走が発生している場合に、空転滑走検出信号を出力する。
【００５２】
ここで、図２および図３を参照して、空転滑走検出部６０が各誘導電動機の電流成分Ｉ_d、Ｉ_qに基づいて空転あるいは滑走を検出する方法について説明する。
【００５３】
なお、説明を簡単にするために、電動機制御装置１によって２つの誘導電動機ｍ、ｎを制御するものとして説明する。
【００５４】
図２（ａ）は、空転・滑走が発生していない場合の誘導電動機ｍ、ｎに流入する電流ベクトルＩ_m、Ｉ_nおよびＩ_m、Ｉ_nの和である総電流ベクトルＩの関係を示すベクトル図であり、図２（ｂ）は、誘導電動機ｎが空転した場合の電流ベクトルＩ_m、Ｉ_nおよび総電流ベクトルＩの関係を示すベクトル図である。また、図２におけるＶ₁は、総電流ベクトルＩに対する一次電圧ベクトル、φ₂は、二次鎖交ベクトルであり、この二次鎖交ベクトルφ₂が、ｄ軸と一致するように座標設定されている。
【００５５】
図２（ａ）、（ｂ）において、ベクトル制御演算器４０が定電流制御を行うため、総電流ベクトルＩの振幅（総電流ベクトルＩの長さ）は一定となる。ここで、誘導電動機ｎが空転した場合、電流ベクトルＩ_nの振幅およびｄ軸となす角が変化する。即ち、図２（ａ）の電流ベクトルＩ_nから図２（ｂ）の電流ベクトルＩ_nへ変化する。すると、（総電流ベクトルＩ）=（電流ベクトルＩ_m）＋（電流ベクトルＩ_n）であるため、電流ベクトルＩ_mが、電流ベクトルＩ_nの変化を打ち消すように変化する。その結果、総電流ベクトルＩの振幅は一定となる。したがって、従来の誘導電動機ｍ、ｎを１つの仮想電動機として定電流制御する方式の場合、総電流ベクトルＩのみに基づいて空転あるいは滑走を検出するため、誘導電動機ｍ、ｎのいずれかにおいて発生した空転・滑走を検出できなかった。一方、基礎実施形態においては、各誘導電動機毎の電流ベクトルＩ_m、Ｉ_nをそれぞれ解析するため、総電流ベクトルＩの振幅が変化しない場合であっても、誘導電動機ｎにおいて発生した空転あるいは滑走を検出できることとなる。
【００５６】
また、図３は、定電流制御される場合に、誘導電動機ｎが空転した際の、誘導電動機ｍ、ｎが発生するトルク（τ_e-m、τ_e-n）、実際の負荷トルク（τ_l-m、τ_l-n）および誘導電動機ｍ、ｎのｄ軸、ｑ軸電流（Ｉ_d-m、Ｉ_q-m）、（Ｉ_d-n、Ｉ_q-n）の関係を示す図である。なお、図３中、τ_e-mとτ_l-mは、誘導電動機ｍが空転していないことから一致している。
【００５７】
図３において、時刻ｔ=１で誘導電動機ｎが空転すると、誘導電動機ｎの負荷トルクτ_l-nが減少する。すると、減少した負荷トルク分のトルクを下げるようにトルク電流が減少し、トルク電流の減少分（Ｉ_q-nの減少分）は、誘導電動機ｍのトルク電流の増加分（Ｉ_q-mの増加分）として配分されることとなる（図２のｄＩ_q参照）。そのため、誘導電動機ｍのトルク（τ_e-m）が増加する。この現象を放置した場合、誘導電動機ｍに過度のトルクがかかり、誘導電動機ｍも空転し得る。即ち、全軸空転が発生し得る。
【００５８】
以下、空転滑走検出部６０が空転あるいは滑走を検出する際の具体的な第１〜第３の方法について説明する。
【００５９】
第１の方法では、空転滑走検出部６０は、誘導電動機ｍ、ｎそれぞれに流入する電流振幅の差（図２のｄＩ_q）を検出し、この電流振幅の差が所定値以上となった場合に、空転あるいは滑走が発生していると判定する（図４（ａ）にこの場合の空転滑走検出部６０を示す。）。また、空転滑走検出部６０は、誘導電動機ｍ、ｎに流入する電流の位相差（図２のｄθ）が所定値以上となった場合に、空転あるいは滑走が発生していると判定する（図４（ｂ）にこの場合の空転滑走検出部６０を示す。）。
【００６０】
即ち、図２において、空転滑走検出部６０は、ベクトル制御演算器４０から入力された誘導電動機ｍ、ｎの一次電流ベクトルＩ_m、Ｉ_nを解析することによって、誘導電動機ｍ、ｎに流入する電流振幅（ｑ軸成分）の差ｄＩ_q（＝Ｉ_q-m−Ｉ_q-n）を検出し、ｄＩ_qが所定値以上の場合に空転あるいは滑走が発生したと判定する。また、空転滑走検出部６０は、ベクトル制御演算器４０から入力された誘導電動機ｍ、ｎの一次電流ベクトルＩ_m、Ｉ_nとｄ軸とがなす角θ₁、θ₂の差（位相差）ｄθを検出し、位相差ｄθが所定値以上の場合に空転あるいは滑走が発生したと判定する。なお、電流振幅の差に基づいて車軸の空転あるいは滑走を検出する場合、電流振幅のｄ軸成分あるいは電流ベクトルＩ_m、Ｉ_nそれぞれの全振幅の差に基づいて空転あるいは滑走を検出することも可能である（以下説明を省略するが、第２の方法（電流振幅の時間変化に基づく検出方法）および第３の方法（第１と第２の方法の組合せによる検出方法）においても同様に空転あるいは滑走の検出が可能である。）。
【００６１】
第２の方法では、空転滑走検出部６０は、誘導電動機ｍ、ｎそれぞれに流入する電流振幅の時間変化ｄＩ_q-m／ｄｔ、ｄＩ_q-n／ｄｔを検出し、この電流振幅の時間変化が所定値以上となった場合に、空転あるいは滑走が発生したと判定する（図５（ａ）にこの場合の空転滑走検出部６０を示す。）。また、空転滑走検出部６０は、誘導電動機ｍ、ｎに流入する電流の位相時間変化が所定値以上となった場合に、空転あるいは滑走が発生したと判定する（図５（ｂ）にこの場合の空転滑走検出部６０を示す。）。
【００６２】
即ち、図５（ａ）において、空転滑走検出部６０は、ベクトル制御演算器４０から入力された誘導電動機ｍ、ｎの一次電流ベクトルＩ_m、Ｉ_nを解析することによって、誘導電動機ｍ、ｎに流入する電流振幅の時間変化ｄＩ_q-m／ｄｔ、ｄＩ_q-n／ｄｔを検出し、ｄＩ_q-m／ｄｔ、ｄＩ_q-n／ｄｔが所定値以上の場合に空転あるいは滑走が発生したと判定する。また、図５（ｂ）において、空転滑走検出部６０は、位相差ｄθの時間変化ｄθ／ｄｔを検出し、ｄθ／ｄｔが所定値以上の場合に空転あるいは滑走が発生したと判定する。
【００６３】
なお、図５（ｂ）より、ｄθ₁／ｄｔあるいはｄθ₂／ｄｔを検出し、これらが所定値以上であるか否かを判定することによっても、空転あるいは滑走を検出することが可能である。即ち、誘導電動機ｍ、ｎの一方が空転あるいは滑走した場合には、他方の誘導電動機の電流ベクトルにも影響が現れるため、誘導電動機ｍ、ｎの何れか１つの一次電流ベクトルＩ_m、Ｉ_nを解析することによっても空転あるいは滑走を検出することが可能である。
【００６４】
第３の方法では、空転滑走検出部６０は、第１および第２の方法によって検出される電流差ｄＩ_qまたは位相差ｄθおよび電流振幅の時間変化ｄＩ_q-m／ｄｔ、ｄＩ_q-n／ｄｔまたは位相差ｄθの時間変化ｄθ／ｄｔが所定値以上であるか否かの条件を組み合わせて判定することによって、車軸の空転あるいは滑走を検出する（図６にこの場合の空転滑走検出部６０を示す。）。
【００６５】
例えば、電流差ｄＩ_qおよび電流振幅の時間変化ｄＩ_q-m／ｄｔ、ｄＩ_q-n／ｄｔが所定値以上である場合に空転滑走を検出することとしたり、電流の位相差ｄθおよび電流位相の時間変化ｄθ₁／ｄｔ、ｄθ₂／ｄｔ が所定値以上である場合および電流差ｄＩ_qが所定値以上である場合にも空転滑走を検出するといった組み合わせが可能である。
【００６６】
次に、動作を図１を用いて説明する。
誘導電動機１０によって電車の車軸が駆動されると、電流センサ３０によって誘導電動機１０に流入する電流Ｉ_u、Ｉ_v、Ｉ_wが検出される。次に、座標変換部５０によって、この電流Ｉ_u、Ｉ_v、Ｉ_wがｄ−ｑ座標上の電流ベクトル（Ｉ_d、Ｉ_q）に変換され、ベクトル制御演算器４０に入力される。
【００６７】
尚、電流が平衡している場合には、Ｉ_u、Ｉ_v、Ｉ_wのうち二つを用いればよく、（Ｉ_u、Ｉ_v）より（Ｉ_d、Ｉ_q）への変換式として、例えば次の式が知られている。
【数１】

ここにθはＵ相電流と磁束のなす角を示す。
【００６８】
次に、ベクトル制御演算器４０によって、電流指令演算部から入力された電流指令値Ｉ_d ^*、Ｉ_q ^*および座標変換部５０から入力されたＩ_d、Ｉ_qに基づいて電圧指令値Ｖ_u ^*、Ｖ_v ^*、Ｖ_w ^*が算出され、インバータ２０に出力される。そして、インバータ２０によって、各誘導電動機に電圧指令値Ｖ_u ^*、Ｖ_v ^*、Ｖ_w ^*に基づく電圧および電流が出力される。
【００６９】
また、ベクトル制御演算器４０によってＩ_d、Ｉ_qが空転滑走検出部６０に入力され、空転滑走検出部６０によって所定方法（上記第１〜第３のいずれかの方法）による空転滑走検出が行われる。
【００７０】
以上のように、基礎実施形態における電動機制御装置１は、各誘導電動機に備えられた電流センサ３０によって検出された電流に基づいて、各誘導電動機に発生した空転あるいは滑走を検出する。
【００７１】
したがって、一の制御部によって複数の誘導電動機を制御する場合にも、それぞれの誘導電動機に発生する空転あるいは滑走を確実に検出できる。また、速度センサを用いて誘導電動機の回転速度を検出することなく、電流センサ３０によって検出された電流に基づいて個々の誘導電動機の空転・滑走を検出できる。
【００７２】
なお、空転滑走検出部６０は、以下のような構成とすることも可能である。
即ち、空転滑走検出部６０は、誘導電動機１１〜１４に流入する電流Ｉ_u、Ｉ_v、Ｉ_wに基づいて、誘導電動機１１〜１４の速度を推定する。そして、空転滑走検出部６０は、従来の電動機制御方法である、速度センサによって検出した誘導電動機の回転速度に基づく空転滑走検出において、速度センサの検出信号の代わりに、推定した速度に基づく空転滑走検出を行うこととしてもよい。
【００７３】
ここで、速度センサを用いないベクトル制御における速度推定の方法はいくつか知られている。例えば、１９９９年１１月に開催された「第３６回サイバネティックス利用国内シンポジウム」の論文番号５２２「速度センサレスベクトル制御の車両駆動への応用」では次式を紹介している。
【数２】

【００７４】
図７は、推定速度に基づく空転滑走検出を行う場合の空転滑走検出部６０の構成を示すブロック図である。図７の空転滑走検出部６０は、図１７に示す従来の空転・滑走検出回路において、速度センサによって検出した各誘導電動機の回転速度Ｖ₁〜Ｖ₄に代えて、誘導電動機１１〜１４に流入する電流Ｉ_u、Ｉ_v、Ｉ_wから推定した回転速度Ｖ₁’〜Ｖ₄’について、図１７の各部と同様に処理することにより空転滑走を検出する。
【００７５】
尚、速度センサを備えた従来の電動機制御装置に、さらに、基礎実施形態における電流センサ３０および座標変換部５０を付加するとともに、ベクトル制御演算器４０の処理プログラム等を変更することにより、従来の検出回路を活用した従来の検出方式を行いつつ、基礎実施形態において説明した検出方式をも並行して実行する、電動機制御を実現することができる。
【００７６】
また、基礎実施形態において、空転滑走検出部６０には、ベクトル制御演算器４０から各誘導電動機の電流に関する情報（Ｉ_d、Ｉ_q）を入力される構成としたが、各誘導電動機に設けられた電流センサ３０から、ベクトル制御演算器４０を介さずにＩ_u、Ｉ_v、Ｉ_wのうち少なくとも二つの電流値が入力されることとし、空転滑走検出部６０がベクトル制御演算器４０とは独立して空転・滑走を検出可能な構成としてもよい。
【００７７】
電流Ｉ_u、Ｉ_v、Ｉ_wのうち例えばＩ_uとＩ_vを用いて静止座標系の電流ベクトル（Ｉ_a、Ｉ_b）を求めることができる。
【数３】

誘導電動機ｍ、ｎの電流ベクトルを（Ｉ_a-m、Ｉ_b-m）、（Ｉ_a-n、Ｉ_b-n）とすると、電流の差は例えば、｜Ｉ_a-m−Ｉ_a-n｜＋｜Ｉ_b-m−Ｉ_b-n｜や（Ｉ_a-m−Ｉ_{a -n}）²＋（Ｉ_b-m−Ｉ_b-n）²で表すことができ、これが一定値を超えたことをもって空転あるいは滑走と判定する。またＩ_a、Ｉ_bの値より電流の振幅を次式で求めることができ、これをもとに判定することとしてもよい。
【数４】

図８は、このような構成とする場合の電動機制御装置１の制御部の一例を示す図である。
【００７８】
さらに、基礎実施形態において、電流指令演算部は定電流制御を行うこととして説明したが、定電流制御でない場合にも、基礎実施形態の適用が可能である。またここでは１つのインバータより給電される電動機を２個の場合として説明したが、複数の電動機であれば同様に基礎実施形態を適用できる。図９は、図２の例（電動機制御装置１によって２つの誘導電動機ｍ、ｎを制御する例）において、定電流制御でない場合に、誘導電動機ｎが空転した際の電流ベクトルＩ_m、Ｉ_nおよび総電流ベクトルＩの関係を示すベクトル図である。定電流制御でない場合、空転していない誘導電動機ｍの電流ベクトルは変化せず、空転している誘導電動機ｎの電流ベクトルのみ、その振幅および位相が変化する。したがって、各電流ベクトルＩ_m、Ｉ_nの変化あるいは総電流ベクトルＩの変化を解析することによって、各誘導電動機の空転・滑走が検出できる。
【００７９】
以下、上述した基礎実施形態を基に、本発明を適用した電動機制御装置の２つの実施の形態について詳細に説明する。
〔第１の実施の形態〕
本第１の実施の形態は、基礎実施形態における空転滑走検出部６０による空転あるいは滑走の検出の変形例を示すものであり、大きく分けて２つの技術が含まれる。１つは、複数の誘導電動機１０の内、少なくとも１つの誘導電動機に電流センサを設けることにより、誘導電動機１０の何れかにおいて空転あるいは滑走が発生したことを検出する技術である。もう１つは、電流センサから入力される電流相互間を比較するのではなく、電流指令値と誘導電動機に流入する電流とを比較することにより、空転あるいは滑走を検出する技術である。
【００８０】
図１０は、上記２つの技術を実現するための、本第１の実施の形態における電動機制御装置２の制御部の構成を示す概略図であり、基礎実施形態と同一部分については同一符合を付している。同図において、電流センサ３０は、誘導電動機１４に設けられた電流センサ３４０のみであり、他の誘導電動機１１、１２、１３には設けられていない。そして、電流センサ３４０から、ベクトル制御演算器４０を介さずにＩ_u-14、Ｉ_v-14、Ｉ_w-14のうち少なくとも二つの電流値が空転滑走検出部６００に入力される（上述した通り、数式１等により二つの電流値から電流ベクトルを求め得る。）。また空転滑走検出部６００には、不図示の電流指令演算部から電動機制御装置２に入力される、トルク成分に係る電流指令値Ｉ_q ^*が入力される。
【００８１】
本第１の実施の形態において、インバータ２０、ベクトル制御演算器４０、誘導電動機１０、および電流センサ３０それぞれの働き、動作は、基礎実施形態と同様であるため説明を省略し、異なる部分である空転滑走検出部６００の動作等を中心に説明する。また、本第１の実施の形態においても、基礎実施形態と同様、定電流制御を行うものとして説明する。
【００８２】
まず、ｄ−ｑ軸座標系におけるベクトル図を用いて、本第１の実施の形態の原理を説明する。図１１（ａ）は、空転・滑走が発生していない状態の誘導電動機１１〜１４に流入する電流ベクトルｉ_1-1〜ｉ_1-4およびｉ_1-1〜ｉ_1-4の和である総電流ベクトルｉ₁の関係を示すベクトル図であり、図１１（ｂ）は、誘導電動機１２が空転した（より正確には、誘導電動機１２が駆動する駆動軸が空転した）場合の電流ベクトルｉ_1-1〜ｉ_1-4および総電流ベクトルｉ₁の関係を示すベクトル図である。また、同図におけるｉ_1q ^*は１軸分に換算した電流指令値、Ｖ₁は総電流ベクトルｉ₁に対する一次電圧ベクトル、φ₂は二次鎖交磁束ベクトルであり、二次鎖交磁束ベクトルφ₂がｄ軸と一致するように座標設定されている。また、空転の前後の変化を分かり易くするため、同図（ａ）と（ｂ）とでは電流ベクトルｉ_1-1〜ｉ_1-4の位置を変更している。
【００８３】
図１１（ａ）、（ｂ）において、ベクトル制御演算器４０が定電流制御を行うため、総電流ベクトルｉ₁の振幅（総電流ベクトルｉ₁の長さ）および位相（総電流ベクトルｉ₁とｄ軸のなす角）は一定となる。ここで、誘導電動機１２が空転した場合、電流ベクトルｉ_1-2の振幅および位相が変化する。即ち、図１１（ａ）の電流ベクトルｉ_1-2から図１１（ｂ）の電流ベクトルｉ_1-2へ変化する。
【００８４】
しかし、定電流制御下においては電流指令値が一定に保たれるため、総電流ベクトルｉ₁は一定である。即ち、誘導電動機１２の空転によって電流ベクトルｉ_1-2のみならず、他の誘導電動機１１、１３、１４の電流ベクトルｉ_1-1、ｉ_1-3、ｉ_1-4も、電流ベクトルｉ_1-2の変化を打ち消すように変化することとなる。
【００８５】
また図１１（ｂ）においては、誘導電動機１２が空転したことにより、次の事象が発生していることが分かる。即ち、▲１▼空転した誘導電動機１２の電流ベクトルｉ_1-2の位相θ₂と、空転しなかった誘導電動機１１の電流ベクトルｉ_1-1の位相θ₁とには、位相差θが生じること。▲２▼１軸分の電流指令値ｉ_1q ^*に対する電流ベクトルｉ_1-2のｑ軸成分変位Δｉ_1q-2と、１軸分の電流指令値ｉ_1q ^*に対する電流ベクトルｉ_1-1のｑ軸成分変位Δｉ_1q-1とには、Δｉ_1q-1＝Δｉ_1q-2／３の関係があること。
【００８６】
したがって、誘導電動機１１〜１４に流入される電流の内、少なくとも１つの電流を解析すれば、誘導電動機１１〜１４の何れが空転・滑走したかは分からずとも、誘導電動機１１〜１４の何れかが空転・滑走したことを検出することができる。給電ラインに複数並列に接続された誘導電動機を一括して制御している場合においては、空転等した誘導電動機を特定するまでもなく、何れかの誘導電動機が空転等した場合には、給電電圧値あるいは給電電流量を絞る必要がある。このため、何れかの誘導電動機が空転等したか否かを検出する場合には、誘導電動機それぞれに電流センサを設ける必要はなく、本第１の実施の形態のように、少なくとも１つの誘導電動機に電流センサを設けるだけで済む。尚、これらの事象は、誘導電動機の数の違いはあれど、基礎実施形態において図示・説明した図２においても同様に生じているものである。
【００８７】
また、図１２は、誘導電動機１２が空転した際の、誘導電動機１１〜１４が発生するトルクτ_e-1〜τ_e-4、実際の負荷トルクτ_l-1〜τ_l-4、誘導電動機１１〜１４のｄ軸電流ｉ_1d-1〜ｉ_1d-4、ｑ軸電流ｉ_1q-1〜ｉ_1q-4、および誘導電動機１１〜１４それぞれに駆動される各駆動軸の回転速度Ｖ_t-1〜Ｖ_t-4の関係を示す図である。なお、回転速度Ｖ_t-1〜Ｖ_t-4が上昇していることから分かる通り、図１２においては、定電流制御下ではあるが、電圧値が徐々に高められている。また、誘導電動機１２の空転検出は、１軸分の電流指令値ｉ_1q ^*と誘導電動機１１のｑ軸電流ｉ_1q-1の差を用いて検出した。
【００８８】
図１２において、時刻ｔ＝１で誘導電動機１２の負荷トルクτ_l-2が減少し、誘導電動機１２が空転する。すると、空転により、誘導電動機１２のすべり周波数が減少した分だけトルク電流ｉ_1q-2が減少し、トルク電流の減少分（ｉ_1q-2の減少分）は、誘導電動機１１、１３、１４のトルク電流の増加分として配分されることとなる。そのため、誘導電動機１１、１３、１４のトルクτ_l-1、τ_l-3、τ_l-4が増加する。この現象を放置した場合、誘導電動機１１、１３、１４に過度のトルクがかかり、全軸空転が発生し得る。
【００８９】
以下、空転滑走検出部６００が空転あるいは滑走を検出する際の具体的な第４〜第６の方法について説明する。尚、電流センサは、図１０に示した通り、誘導電動機１４のみに設けられているものとする。
【００９０】
第４の方法は、基礎実施形態における第２の方法と同様であり、空転滑走検出部６００が、誘導電動機１４の電流ベクトルｉ_1-4の、電流振幅の時間変化又は／及び位相の時間変化が所定値以上になった場合に空転あるいは滑走が発生したと判定する。
【００９１】
第５の方法は、１軸分の電流指令値ｉ₁ ^*と、電流ベクトルｉ_1-4との振幅差又は／及び位相差が所定値以上になった場合に、空転滑走検出部６００が空転あるいは滑走が発生したと判定する。具体的には、電流指令値ｉ₁ ^*のｑ軸成分ｉ_1q ^*と、電流ベクトルｉ_1-4のｑ軸成分ｉ_1q-4との差を監視する等により実現できる。
【００９２】
第６の方法は、インバータ２０からの給電電流（図１０における矢視破線による検出値）と、電流ベクトルｉ_1-4との振幅差又は／及び位相差が所定値以上になった場合に、空転滑走検出部６００が空転あるいは滑走が発生したと判定する。具体的には、第５の方法と同様に、それぞれの電流のｑ軸成分の差を監視する等して実現することができる。
【００９３】
但し、上記第４〜第６の方法において、注意しなければならないのは、空転あるいは滑走が発生したと判定する基準となる所定値（検出閾値）である。誘導電動機１４が空転等した場合と、誘導電動機１４以外の誘導電動機が空転等した場合とでは、電流ベクトルｉ_1-4の変位量が異なるからである。具体的に図面を参照して説明する。
【００９４】
図１３は、電動機制御装置２によって２台の誘導電動機が制御されている場合において、１軸分（誘導電動機それぞれによって駆動される駆動軸の内の１つ）だけ空転した場合の、各誘導電動機に流入したトルク成分電流の挙動を示す図である。また、図１４は、電動機制御装置２によって４台の誘導電動機が制御されている場合において、１軸分だけ空転した場合の、各誘導電動機に流入したトルク成分電流の挙動を示す図である。
【００９５】
まず図１３においては、誘導電動機が２台であるため、空転した誘導電動機であっても、空転しなかった誘導電動機であっても、トルク成分電流の変位量（正負の違いはあるが）は変わらないことが分かる。しかし図１４においては、空転した誘導電動機に比べ、空転しなかった誘導電動機のトルク成分電流の変位量が１／３となっている。これは、空転した１軸分のトルク電流の減少分が空転していない３軸分のトルク電流の増加分となったためである。
【００９６】
このことにより、定電流制御下の複数台誘導電動機駆動時において、空転が生じた場合には以下の関係があることが分かる。
空転していない誘導電動機のトルク電流増加分の合計≒ 空転した誘導電動機のトルク電流減少分の合計
空転していない誘導電動機１台のトルク電流増加分≒（空転していない誘導電動機のトルク電流増加分の合計）／（空転していない誘導電動機の数）
【００９７】
ここで、全ての誘導電動機に電流センサを設けて、各誘導電動機に流入する電流相互間の振幅差、位相差をもって空転・滑走を検出する場合の検出閾値（所定値）を“１”とすると、図１３のような誘導電動機が２台の場合の検出閾値は“１／２”であり、図１４のような誘導電動機が４台の場合の検出閾値は“１／６”である必要がある。即ち、全ての誘導電動機に電流センサを設けた場合には、増加した電流と減少した電流間の差を検出できるが、図１３や図１４の場合には、１つの電流における増加分あるいは減少分しか検出できない。更に、図１４の場合においては、電流センサが設けられた誘導電動機が空転しなかった場合、空転している誘導電動機のトルク電流の変位に比べ、その変位が１／３となる。このため、図１３の場合には検出閾値を“１／２”、図１４の場合には検出閾値を“１／６”とする必要がある。
【００９８】
尚、誘導電動機が４台の場合に、複数の誘導電動機に電流センサを設けることとしてもよい。その場合には、検出閾値は“１／６”以上の値となる。
【００９９】
このように、電動機制御装置２によって複数台の誘導電動機が制御されている場合、誘導電動機全てに電流センサを設けることなく、少なくとも１つの電流センサによって、制御されている誘導電動機の何れかが空転あるいは滑走していることを検出することができる。そのため、電流センサの設置に係るコストを削減し、電動機制御装置２全体の故障率を低減させることができる。
【０１００】
〔第２の実施の形態〕
上記基礎実施形態および第１の実施の形態においては、誘導電動機に流入する三相分の電流のうち、少なくとも二つの電流値を検出し、ｄ−ｑ座標上の電流ベクトルに変換することとして説明した。しかし、ｄ−ｑ座標上への変換をせずに、各誘導電動機に流入する電流値のみを監視対象（比較対象）として、空転あるいは滑走を検出することとしてもよい。
【０１０１】
以下、具体的に説明する。図１５は、各誘導電動機の同相の電流値を監視する本第２の実施の形態における電動機制御装置３の制御部の構成を示す概略図である。基礎実施形態と同一部分には同一の符号を付している。図１５において、電流センサ３１１、３２１、３３１、３４１が、誘導電動機１１、１２、１３、１４それぞれに流入するｗ相の電流値を検出する。そして、空転滑走検出部６０１が、各電流値Ｉ_w-11、Ｉ_w-12、Ｉ_w-13、Ｉ_w-14を常時比較・監視することにより、空転あるいは滑走の発生を検出する。
【０１０２】
図１６は、本第２の実施の形態における空転滑走検出部６０１の構成を示すブロック図である。空転滑走検出部６０１は、電流センサ３１１、３２１、３３１、３４１が検出した電流値Ｉ_w-11、Ｉ_w-12、Ｉ_w-13、Ｉ_w-14の内から２つずつ、全ての組み合わせについて、電流値の差およびその微分値の差を監視する。従って、例えば、誘導電動機１１の駆動軸が空転した場合には、電流値Ｉ_w-11が変化することとなるが、この電流値Ｉ_w-11は他の誘導電動機１２、１３、１４の電流値Ｉ_w-12、Ｉ_w-13、Ｉ_w-14と比較・監視されているため、即時に空転の発生を検知することができる。
【０１０３】
また、第２の実施の形態においては、各誘導電動機全ての電流を検出することとしたが、第１の実施の形態と同様、少なくとも２つの誘導電動機の同相電流を検出することとしてもよい。即ち、例えば、電流センサ３１１、３２１のみを具備させ、電流値Ｉ_w-11と電流値Ｉ_w-12とを比較・監視することをもって、４つの誘導電動機１１、１２、１３、１４の何れかの空転あるいは滑走を検知することとしてもよい。但し、その場合には、図１２〜１４を参照して説明した通り、空転あるいは滑走が発生したと判定する基準となる所定値（検出閾値）を注意して設定する必要がある。
【０１０４】
第２の実施の形態によれば、最低限２つの誘導電動機の同相電流さえ検出できれば、一の給電ラインに並列に接続された複数の誘導電動機の何れかに、空転あるいは滑走が発生したことを検知することができる。従って、基礎実施形態や第１の実施の形態に比べ、なお一層電流センサの数を削減させ、省メンテナンスを図ることができる。
【０１０５】
以上、実施の形態について説明したが、従来の電動機制御装置を、本発明を適用した電動機制御装置に改良することとしてもよいし、また、従来の電動機制御装置に対して、さらに本発明を適用し、従来の方式による電動機の空転・滑走の検出と、本発明による電動機の空転・滑走の検出とを並列的に実現する電動機制御装置としてもよいことはいうまでもない。
【０１０６】
【発明の効果】
本発明によれば、各誘導電動機の回転速度を検出することなく、何れかの誘導電動機、あるいは、それぞれの誘導電動機において発生した空転・滑走を検出できる。また、回転速度検出手段として速度センサ等を誘導電動機に備える必要がないため、電動機を大型化し、高出力化することができる。さらに、電流検出手段（電流センサ等）は、速度検出手段（速度センサ等）に比べ故障しにくく、また、誘導電動機の回転速度に比べ、流入電流を検出することは容易であるため、より確実かつ正確に各誘導電動機に発生した空転・滑走を検出できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 基礎実施形態における電動機制御装置１の制御部の構成を示す概略図である。
【図２】（ａ）は、空転・滑走が発生していない場合の電流ベクトルＩ_m、Ｉ_nおよび総電流ベクトルＩの関係を示すベクトル図であり、（ｂ）は、誘導電動機ｎが空転した場合の電流ベクトルＩ_m、Ｉ_nおよび総電流ベクトルＩの関係を示すベクトル図である。
【図３】定電流制御される場合に、誘導電動機ｎが空転した際の、誘導電動機ｍ、ｎが発生するトルク（τ_e-m、τ_e-n）、実際の負荷トルク（τ_l-m、τ_l-n）および誘導電動機ｍ、ｎのｄ軸、ｑ軸電流（Ｉ_d-m、Ｉ_q-m）、（Ｉ_d-n、Ｉ_q-n）の関係を示す図である。
【図４】空転・滑走を検出する第１の方法における空転滑走検出部６０の構成図。
【図５】空転・滑走を検出する第２の方法における空転滑走検出部６０の構成図。
【図６】空転・滑走を検出する第３の方法における空転滑走検出部６０の構成図。
【図７】推定速度に基づく空転滑走検出を行う場合の空転滑走検出部６０の構成を示すブロック図である。
【図８】ベクトル制御演算器４０を介さずに、空転滑走検出部６０に電流に関する情報が入力される場合の電動機制御装置１の制御部の一例を示す図である。
【図９】図２の例（電動機制御装置１によって２つの誘導電動機ｍ、ｎを制御する例）において、定電流制御でない場合に、誘導電動機ｎが空転した際の電流ベクトルＩ_m、Ｉ_nおよび総電流ベクトルＩの関係を示すベクトル図である。
【図１０】 本発明を適用した第１の実施の形態における電動機制御装置２の制御部の構成を示す概略図である。
【図１１】（ａ）は、空転・滑走が発生していない場合の誘導電動機１１〜１４に流入する電流ベクトルｉ_1-1〜ｉ_1-4およびｉ_1-1〜ｉ_1-4の和である総電流ベクトルｉ₁の関係を示すベクトル図であり、（ｂ）は、誘導電動機１２が空転した場合の電流ベクトルｉ_1-1〜ｉ_1-4および総電流ベクトルｉ₁の関係を示すベクトル図である。
【図１２】誘導電動機１２が空転した際の、誘導電動機１１〜１４が発生するトルクτ_e-1〜τ_e-4、実際の負荷トルクτ_l-1〜τ_l-4、誘導電動機１１〜１４のｄ軸電流ｉ_1d-1〜ｉ_1d-4、ｑ軸電流ｉ_1q-1〜ｉ_1q-4、および誘導電動機１１〜１４それぞれに駆動される各駆動軸の回転速度Ｖ_t-1〜Ｖ_t-4の関係を示す図である。
【図１３】電動機制御装置２によって２台の誘導電動機が制御されている場合において、１軸分だけ空転した場合の、各誘導電動機に流入したトルク成分電流の挙動を示す図である。
【図１４】電動機制御装置２によって４台の誘導電動機が制御されている場合において、１軸分だけ空転した場合の、各誘導電動機に流入したトルク成分電流の挙動を示す図である。
【図１５】 本発明を適用した第２の実施の形態における電動機制御装置３の制御部の構成を示す概略図である。
【図１６】 本発明を適用した第２の実施の形態における空転滑走検出部６０１の構成を示すブロック図である。
【図１７】速度センサを用いる電動機制御装置の空転・滑走検出回路の一例を示す図である。
【図１８】電動機に給電される電流のみに基づいて電動機を制御する電動機制御装置１００の制御部を示す概略図である。
【符号の説明】
１、２、３、１００ 電動機制御装置
１０（１１〜１４）、１１０（１１１〜１１４） 誘導電動機
２０、１２０ インバータ
３０（３１〜３４）、１３０ 電流センサ
４０、１４０ ベクトル制御演算器
５０ 座標変換部
６０ 空転滑走検出部

Claims (15)

1. 給電ラインに複数並列に接続された誘導電動機複数を、ベクトル制御による給電によって一括して制御する電動機制御装置であって、
   前記複数の誘導電動機の内の一部の誘導電動機に流入する電流を検出する電流検出手段と、
   前記電流検出手段によって検出された電流に基づいて、前記複数の誘導電動機それぞれが駆動する駆動軸の内、何れかの駆動軸における空転あるいは滑走の発生を検出する空転滑走検出手段と、
   を備えることを特徴とする電動機制御装置。
2. 給電ラインに複数並列に接続された誘導電動機複数を、ベクトル制御による給電によって一括して制御する電動機制御装置であって、
   前記複数の誘導電動機の内、少なくとも２つの誘導電動機に流入する同一且つ一相の電流を検出する電流検出手段と、
   前記電流検出手段によって検出された電流に基づいて、前記複数の誘導電動機それぞれが駆動する駆動軸の内、何れかの駆動軸における空転あるいは滑走の発生を検出する空転滑走検出手段と、
   を備えることを特徴とする電動機制御装置。
3. 前記電流検出手段は、前記複数の誘導電動機それぞれに流入する電流を検出し、
   前記空転滑走検出手段は、前記電流検出手段によって検出された電流に基づいて、前記複数の誘導電動機それぞれが駆動する駆動軸の空転あるいは滑走の発生を検出する、
   ことを特徴とする請求項２記載の電動機制御装置。
4. 前記空転滑走検出手段は、前記電流検出手段によって検出された、前記複数の誘導電動機それぞれに流入する電流の相対値に基づいて、空転あるいは滑走が発生した駆動軸を検出することを特徴とする請求項３記載の電動機制御装置。
5. 前記空転滑走検出手段は、前記電流検出手段によって検出された、前記複数の誘導電動機それぞれに流入する電流の時間変化率に基づいて、空転あるいは滑走が発生した駆動軸を検出することを特徴とする請求項３記載の電動機制御装置。
6. 前記空転滑走検出手段は、前記電流検出手段によって検出された、前記複数の誘導電動機それぞれに流入する電流の相対値および時間変化率の組み合わせに基づいて、空転あるいは滑走が発生した駆動軸を検出することを特徴とする請求項３記載の電動機制御装置。
7. 前記電流検出手段によって検出された電流に基づいて、前記複数の誘導電動機それぞれの回転速度を推定する回転速度推定手段をさらに備え、
   前記空転滑走検出手段は、前記回転速度推定手段によって推定された、前記複数の誘導電動機それぞれの回転速度の相対値に基づいて、空転あるいは滑走が発生した駆動軸を検出することを特徴とする請求項３記載の電動機制御装置。
8. 前記空転滑走検出手段は、
   前記回転速度推定手段によって推定された回転速度に基づいて、前記複数の誘導電動機それぞれの回転加速度を算出する加速度算出手段を備え、
   前記加速度算出手段によって算出された、前記複数の誘導電動機それぞれの回転加速度と所定の閾値とを比較することにより、空転あるいは滑走が発生した駆動軸を検出することを特徴とする請求項７記載の電動機制御装置。
9. 前記ベクトル制御による給電によって、当該電動機制御装置に入力される指令電流に適応した定電流制御を行う請求項１記載の電動機制御装置であって、
   前記空転滑走検出手段は、前記給電電流あるいは前記指令電流と、前記電流検出手段によって検出された電流との相対値に基づいて、前記複数の誘導電動機それぞれが駆動する駆動軸の内、何れかの駆動軸における空転あるいは滑走の発生を検出することを特徴とする電動機制御装置。
10. 前記空転滑走検出手段は、前記電流検出手段によって検出された電流の時間変化率に基づいて、前記複数の誘導電動機それぞれが駆動する駆動軸の内、何れかの駆動軸における空転あるいは滑走の発生を検出することを特徴とする請求項１記載の電動機制御装置。
11. 前記ベクトル制御による給電によって、当該電動機制御装置に入力される指令電流に適応した定電流制御を行う請求項１記載の電動機制御装置であって、
    前記空転滑走検出手段は、前記給電電流あるいは前記指令電流と、前記電流検出手段によって検出された電流との相対値、および、前記電流検出手段によって検出された電流の時間変化率、の組み合わせに基づいて、前記複数の誘導電動機それぞれが駆動する駆動軸の内、何れかの駆動軸における空転あるいは滑走の発生を検出することを特徴とする電動機制御装置。
12. 給電ラインに複数並列に接続された誘導電動機複数を、ベクトル制御による給電によって一括して制御する際に、駆動軸の空転滑走を検出する空転滑走検出方法であって、
    前記複数の誘導電動機の内の一部の誘導電動機に流入する電流を検出する電流検出工程と、
    前記検出した電流に基づいて、前記複数の誘導電動機それぞれが駆動する駆動軸の内、何れかの駆動軸における空転あるいは滑走の発生を検出する空転滑走検出工程と、
    を含むことを特徴とする空転滑走検出方法。
13. 給電ラインに複数並列に接続された誘導電動機複数を、ベクトル制御による給電によって一括して制御する際に、駆動軸の空転滑走を検出する空転滑走検出方法であって、
    前記複数の誘導電動機の内、少なくとも２つの誘導電動機に流入する同一且つ一相の電流を検出する電流検出工程と、
    前記検出した電流に基づいて、前記複数の誘導電動機それぞれが駆動する駆動軸の内、何れかの駆動軸における空転あるいは滑走の発生を検出する空転滑走検出工程と、
    を含むことを特徴とする空転滑走検出方法。
14. 給電ラインに複数並列に接続された誘導電動機複数を、ベクトル制御による給電によって一括して制御する際に、駆動軸の空転滑走を検出する空転滑走検出方法であって、
    前記複数の誘導電動機それぞれに流入する同一且つ一相の電流を検出する電流検出工程と、
    前記検出した電流に基づいて前記複数の誘導電動機それぞれが駆動する駆動軸の空転あるいは滑走の発生を検出する空転滑走検出工程と、
    を含むことを特徴とする空転滑走検出方法。
15. 前記空転滑走検出工程は、検出した電流に基づいて前記複数の誘導電動機それぞれの回転速度を推定する工程を含み、
    前記推定された回転速度に基づいて、前記複数の誘導電動機それぞれが駆動する駆動軸の空転あるいは滑走の発生を検出することを特徴とする請求項１４記載の空転滑走検出方法。

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