JP3749792B2 - 速度センサレスベクトル制御を用いた電気車駆動用誘導電動機の制御装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、１台の可変電圧可変周波数インバータ（以下、ＶＶＶＦインバータと称する）により、電気車駆動用の少なくとも１台の誘導電動機を駆動するベクトル制御方式の制御装置に係り、特に速度検出器を用いずに各誘導電動機の空転を抑制できるようにした速度センサレスベクトル制御を用いた電気車駆動用誘導電動機の制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図１３は、この種の従来のベクトル制御方式の電気車駆動用誘導電動機の制御装置の概略構成例を示すブロック図である。
図１３において、直流を任意の周波数の交流に変換するＶＶＶＦインバータ１の交流側に、電気車駆動用の複数ｎ台（ｎ＞１：図では４台）の誘導電動機３，４，５，６が接続され、トルク指令に追従したトルクを各誘導電動機３，４，５，６が出力するように、トルク制御部２がＶＶＶＦインバータ１を制御するようになっている。
【０００３】
電気車では、各誘導電動機３，４，５，６が、車輪２５，２６，２７，２８を介してそれぞれレール１２に接している。
そして、車輪２５，２６，２７，２８と電気車の車体速度とが微少な速度差を持つことにより、誘導電動機３，４，５，６の出力するトルクを車輪２５，２６，２７，２８とレール１２間の粘着力としてレール１２に伝え、電気車の推進力とする。
【０００４】
図１４は、電気車の車体速度と車輪速度との速度差と、粘着力すなわち車体推進力との関係を模式的に示す図である。
図１４から、電気車の車体速度と車輪速度との速度差により、粘着力が発生することが分かる。
【０００５】
しかしながら、車輪２５，２６，２７，２８と車体速度との速度差が大きくなると、車輪２５，２６，２７，２８とレール１２間の粘着力が低下し、電気車として十分な推進力を得られなくなる。
【０００６】
この状態では、各誘導電動機３，４，５，６のロータおよび車輪２５，２６，２７，２８は、レール１２への粘着力が低下した分、余剰なトルクにより急激な加速トルクを得て回転周波数が上昇する。この現象を「空転」と称する。この空転は、車輪２５，２６，２７，２８からレール１２への粘着力、すなわち電気車の推進力の低下を表わす現象である。
【０００７】
以上のような観点から、電気車の制御としては、各誘導電動機３，４，５，６の空転を抑制して、粘着力を最大に保つことが重要である。
そこで、従来のベクトル制御方式を用いた制御装置では、各誘導電動機３，４，５，６の空転を抑制するために、各誘導電動機３，４，５，６のロータの回転周波数を速度検出器により検出して、トルク指令を補正するようにしている。
【０００８】
すなわち、図１３に示すように、各誘導電動機３，４，５，６には、ロータの回転周波数を検出する速度検出器１３，１４，１５，１６が備えられている。
この各速度検出器１３，１４，１５，１６により検出された各誘導電動機３，４，５，６のロータの回転周波数ＷＲ１，ＷＲ２，ＷＲ３，ＷＲ４は、トルク指令補正部１７へと入力される。
【０００９】
トルク指令補正部１７では、各誘導電動機３，４，５，６のロータの回転周波数ＷＲ１，ＷＲ２，ＷＲ３，ＷＲ４に基づいて、トルク指令Ｔｍ* を補正する。そして、この補正後のトルク指令Ｔｍ* ｃｍｐは、トルク制御部２へと入力される。
【００１０】
トルク制御部２では、補正後のトルク指令Ｔｍ* ｃｍｐに各誘導電動機３，４，５，６が出力するトルクが一致するように、ＶＶＶＦインバータ１を制御する。
【００１１】
すなわち、トルク制御部２では、補正後のトルク指令Ｔｍ* ｃｍｐから求められる電流指令と、電流検出器１１により検出された各誘導電動機３，４，５，６に流れる全体の電流値（全電流値）Ｉu ，Ｉw とが一致するように電流制御を行なうことにより、補正後のトルク指令Ｔｍ* ｃｍｐに追従したトルクをＶＶＶＦインバータ１に出力する。
【００１２】
また、各速度検出器１３，１４，１５，１６により検出された各誘導電動機３，４，５，６のロータの回転周波数ＷＲ１，ＷＲ２，ＷＲ３，ＷＲ４の平均値を全体のロータ回転周波数とみなし、補正後のトルク指令Ｔｍ* ｃｍｐから求められるすべり周波数とを加算して、ＶＶＶＦインバータ１に対する周波数指令として出力する。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述したようなベクトル制御方式を用いた制御装置では、各誘導電動機３，４，５，６の回転周波数を検出する速度検出器１３，１４，１５，１６として、パルスジェネレータが用いられる場合が多いが、振動やノイズによって誤パルスが重畳する。
【００１４】
その結果、この速度検出機構の誤動作によって検出速度に誤差が生じ、トルク擾乱の原因となる。
また、電気車駆動用の誘導電動機３，４，５，６は、一般に台車に収められるため、２本のレール１２間の長さによって、誘導電動機３，４，５，６の回転軸方向の長さに制約を受ける。
【００１５】
一方、速度検出器１３，１４，１５，１６は、誘導電動機３，４，５，６の回転軸方向に厚みを持った構造であることから、誘導電動機３，４，５，６の回転軸方向の長さに更なる制約を加えるものである。
【００１６】
その結果、大容量の誘導電動機を設置する場合には、誘導電動機体格が大きくなる。
よって、速度検出器１３，１４，１５，１６の存在は、誘導電動機３，４，５，６の容量増加を図る上で、好ましくない。
【００１７】
本発明の目的は、１台のＶＶＶＦインバータにより電気車駆動用の少なくとも１台の誘導電動機を駆動するベクトル制御方式の制御装置において、速度検出器を用いずに各誘導電動機の空転を抑制することが可能な速度センサレスベクトル制御を用いた電気車駆動用誘導電動機の制御装置を提供することにある。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、請求項１に対応する発明は、直流を任意の周波数の交流に変換する１台の可変電圧可変周波数インバータ（ＶＶＶＦインバータ）により、電気車駆動用の複数台の誘導電動機を駆動するベクトル制御方式の制御装置において、前記各誘導電動機に流れる全体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り検出された電流値に基づいて、前記各誘導電動機が同時に空転することを抑制するように、個々の誘導電動機の情報に基づくことなく、トルク指令を補正するものであって、少なくとも前記電流検出手段により検出された電流値に基づいて、前記各誘導電動機を１台の誘導電動機とみなした場合の当該誘導電動機のロータの回転周波数を推定演算するロータ周波数演算手段と、前記ロータ周波数演算手段により推定演算された誘導電動機のロータ周波数に基づいて、前記トルク指令への補正量を演算するトルク補正量演算手段と、前記トルク補正量演算手段により演算されたトルク指令補正量と前記トルク指令とを加算する加算手段とから成るトルク指令補正手段と、前記トルク指令補正手段により補正されたトルク指令に追従したトルクを前記各誘導電動機が出力するように、前記ＶＶＶＦインバータを制御するトルク制御手段とを備える。
【００１９】
従って、請求項１の発明の速度センサレスベクトル制御を用いた電気車駆動用誘導電動機の制御装置においては、各誘導電動機に流れる全電流値に基づいて、トルク指令を補正する。各誘導電動機の情報を得る手段は存在せず、各誘導電動機の空転を検知することは不可能あるいは困難であると考えられるが、各誘導電動機が同時に空転状態になったことを全電流により検知することは可能である。
【００２０】
すなわち、各誘導電動機に流れる全電流値によって各誘導電動機の同時空転を検知し、トルクを補正することにより、各誘導電動機の同時空転を抑制して、トルクのレールへの伝達率を向上することが可能となる。
【００２１】
これにより、速度検出器が不要となるため、速度検出機構の誤パルスに起因するトルク擾乱を除去すると共に、速度検出器の撤去に伴なう誘導電動機の容量増加を期待することができる。
さらに、電流検出手段の数を低減することが可能となるため、低コスト化を図ることができる。
【００２４】
また、請求項１の発明の速度センサレスベクトル制御を用いた電気車駆動用誘導電動機の制御装置においては、ロータ回転周波数推定値によって各誘導電動機の同時空転を検知し、トルクを補正することにより、各誘導電動機の同時空転を抑制して、トルクを最大限にレールへ伝達することが可能となる。
【００２５】
これにより、従来の空転抑制制御にある、同時空転抑制のためのトルク指令補正のアルゴリズムを継承することが可能となり、蓄積された技術を生かした高信頼性システムを構築することができる。
また、速度検出器が不要となるため、速度検出機構の誤動作に起因するトルク擾乱を除去すると共に、速度検出器の撤去に伴なう誘導電動機の容量増加を期待することができる。
さらに、各誘導電動機の個別の空転を抑制できない分、空転抑制の性能は若干劣るものの、粘着力に余裕のあるような動作点を有する電気車、すなわち電気車の推進力に対して誘導電動機の数が多く、１台の誘導電動機に分担される推進力が小さい電気車において十分な性能を有する。
【００２６】
上記の目的を達成するため、請求項２の発明は、直流を任意の周波数の交流に変換する１台の可変電圧可変周波数インバータ（ＶＶＶＦインバータ）により、電気車駆動用の複数台の誘導電動機を駆動するベクトル制御方式の制御装置において、前記各誘導電動機に流れる全体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り検出された電流値に基づいて、前記各誘導電動機が同時に空転することを抑制するように、個々の誘導電動機の情報に基づくことなく、トルク指令を補正するものであって、少なくとも前記電流検出手段により検出された電流値に基づいて、前記各誘導電動機を１台の誘導電動機とみなした場合の当該誘導電動機に発生する誘起電圧を推定演算する誘起電圧演算手段と、前記誘起電圧演算手段により推定演算された誘導電動機の誘起電圧に基づいて、前記トルク指令への補正量を演算するトルク補正量演算手段と、前記トルク補正量演算手段により演算されたトルク指令補正量と前記トルク指令とを加算する加算手段とから成るトルク指令補正手段と、前記トルク指令補正手段により補正されたトルク指令に追従したトルクを前記各誘導電動機が出力するように、前記ＶＶＶＦインバータを制御するトルク制御手段と を備える。
【００２７】
従って、請求項２の発明の速度センサレスベクトル制御を用いた電気車駆動用誘導電動機の制御装置においては、各誘導電動機に流れる全電流値に基づいて、各誘導電動機を１台の誘導電動機とみなした場合の誘起電圧を推定演算し、この推定演算された誘起電圧に基づいてトルク指令を補正する。
【００２８】
すなわち、誘起電圧によって各誘導電動機の同時空転を検知し、トルクを補正することにより、各誘導電動機の同時空転を抑制して、トルクを最大限にレールへ伝達することが可能となる。
【００２９】
これにより、速度検出器が不要となるため、速度検出機構の誤動作に起因するトルク擾乱を除去すると共に、速度検出器の撤去に伴なう誘導電動機の容量増加を期待することができる。
【００３０】
さらに、各誘導電動機の個別の空転を抑制できない分、空転抑制の性能は若干劣るものの、粘着力に余裕のあるような動作点を有する電気車、すなわち電気車の推進力に対して誘導電動機の数が多く、１台の誘導電動機に分担される推進力が小さい電気車において十分な性能を有する。
【００５７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
（第１の実施の形態）
図１は、本実施の形態による速度センサレスベクトル制御を用いた電気車駆動用誘導電動機の制御装置の概略構成例を示すブロック図であり、図１３と同一要素には同一符号を付して示している。
【００５８】
図１において、直流を任意の周波数の交流に変換するＶＶＶＦインバータ１の交流側に、電気車駆動用の複数ｎ台（ｎ＞１：図では４台）の誘導電動機３，４，５，６が接続され、トルク指令に追従したトルクを各誘導電動機３，４，５，６が出力するように、トルク制御部２がＶＶＶＦインバータ１を制御するようになっている。
【００５９】
また、各誘導電動機３，４，５，６は、車輪２５，２６，２７，２８を介してそれぞれレール１２に接している。
一方、制御装置は、電流検出器７，８，９，１０と、トルク指令補正部１７と、トルク制御部２とから構成している。
【００６０】
電流検出器７，８，９，１０は、ｎ台（４台）のそれぞれ各誘導電動機３，４，５，６に対応して備えられ、各誘導電動機３，４，５，６に流れる電流をそれぞれ個別に検出する。
【００６１】
トルク指令補正部１７は、電流検出器７，８，９，１０により検出された各電流値に基づいて、トルク指令を補正する。
トルク制御部２は、トルク指令補正部１７により補正されたトルク指令に追従したトルクを各誘導電動機３，４，５，６が出力するように、ＶＶＶＦインバータ１を制御する。
【００６２】
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ベクトル制御を用いた電気車駆動用誘導電動機の制御装置の作用について説明する。
図１において、電流検出器７，８，９，１０では、各誘導電動機３，４，５，６に流れる電流Ｉ1u，Ｉ1w，Ｉ2u，Ｉ2w，Ｉ3u，Ｉ3w，Ｉ4u，Ｉ4wが検出される。この電流検出器７，８，９，１０により検出された各誘導電動機３，４，５，６に流れる電流Ｉ1u，Ｉ1w，Ｉ2u，Ｉ2w，Ｉ3u，Ｉ3w，Ｉ4u，Ｉ4wは、トルク指令補正部１７へ入力される。
【００６３】
トルク指令補正部１７では、入力であるトルク指令Ｔｍ* が、各誘導電動機３，４，５，６に流れる電流Ｉ1u，Ｉ1w，Ｉ2u，Ｉ2w，Ｉ3u，Ｉ3w，Ｉ4u，Ｉ4wに基づいて補正される。この補正後のトルク指令Ｔｍ* ｃｍｐは、トルク制御部２へ入力される。
【００６４】
トルク制御部２では、補正後のトルク指令Ｔｍ* ｃｍｐに各誘導電動機３，４，５，６が出力するトルクが一致するように、ＶＶＶＦインバータ１が制御される。
【００６５】
すなわち、トルク制御部２では、補正後のトルク指令Ｔｍ* ｃｍｐから求められる電流指令と、電流検出器７，８，９，１０により検出された各誘導電動機３，４，５，６に流れる電流値Ｉ1u，Ｉ1w，Ｉ2u，Ｉ2w，Ｉ3u，Ｉ3w，Ｉ4u，Ｉ4wとが一致するように電流制御を行なうことにより、補正後のトルク指令 Ｔｍ* ｃｍｐに追従したトルクがＶＶＶＦインバータ１に出力される。
【００６６】
電気車では、各誘導電動機３，４，５，６が、車輪２５，２６，２７，２８を介してレール１２に接している。そして、電気車の車体速度と車輪速度とが微少な速度差を持つことにより、各誘導電動機３，４，５，６の出力するトルクをレール１２に伝えることができる。車体速度と車輪速度が一致することは、レール１２上を車輪２５，２６，２７，２８が全く滑りを持たず、転がる状態を意味する。各誘導電動機３，４，５，６の出力するトルクの中で、レール１２へ伝わるトルクあるいは力は、粘着力とも呼ばれ、電気車の推進力となる。
【００６７】
前述したように、車輪２５，２６，２７，２８と車体速度との速度差が大きくなると、車輪２５，２６，２７，２８とレール１２との間の粘着力が低下し、電気車として十分な推進力を得られなくなる。そして、この状態では、各誘導電動機３，４，５，６のロータおよび車輪２５，２６，２７，２８は、レール１２への粘着力が低下した分、余剰なトルクにより急激な加速トルクを得て、回転周波数が上昇して、空転が発生する。この空転は、車輪２５，２６，２７，２８からレール１２への粘着力、すなわち電気車の推進力の低下を表わす現象であることから、電気車としては、各誘導電動機３，４，５，６の空転を抑制して、レール１２へ大きなトルクを伝達することが重要である。
【００６８】
本実施の形態では、１台の同一のＶＶＶＦインバータ１により４台の誘導電動機３，４，５，６を駆動する場合、各誘導電動機３，４，５，６にかかる電圧の大きさと周波数と位相とは全く同一となる。しかしながら、各誘導電動機３，４，５，６が空転等の原因によって別な回転速度を有する場合には、それぞれ別個の滑り周波数を有することになる。
【００６９】
図２は、例えば誘導電動機３，４，５，６の順にロータの回転周波数が遅い場合のＶＶＶＦインバータ１の出力周波数ωｉと滑り周波数ωｓとの関係の一例を示す図である。
【００７０】
図２に示すように、ＶＶＶＦインバータ１の出力周波数ωｉは、各誘導電動機３，４，５，６に対して一定となる。各誘導電動機３，４，５，６のロータの回転周波数ωｒの個体差により、滑り周波数ωｓにばらつきが生じる。この滑り周波数ωｓは、誘導電動機３，４，５，６のインピーダンスに影響を与える。
【００７１】
図３は、誘導電動機の定常等価回路を示す図である。
図３から、滑りＳ（＝ωｓ／ωｉ）に応じて、誘導電動機のインピーダンスが変化することが分かる。このため、同一のＶＶＶＦインバータ１から同一の電圧Ｖ１を各誘導電動機３，４，５，６に与えるにも関わらず、滑り周波数ωｓの差異により、各誘導電動機３，４，５，６を流れる電流は同一でない。
【００７２】
上述したように、本実施の形態の速度センサレスベクトル制御を用いた電気車駆動用誘導電動機の制御装置では、電気車駆動用の各誘導電動機３，４，５，６に流れる電流値Ｉ1u，Ｉ1w，Ｉ2u，Ｉ2w，Ｉ3u，Ｉ3w，Ｉ4u，Ｉ4wに基づいて、トルク指令Ｔｍ* を補正する、すなわち電流値によって個々の誘導電動機３，４，５，６の空転を検知し、トルクを補正するようにしているので、各誘導電動機３，４，５，６の空転を抑制して、トルクを最大限にレール１２へ伝達することが可能となる。
【００７３】
以上により、速度検出器が不要となるため、速度検出機構の誤パルスに起因するトルク擾乱を除去すると共に、速度検出器の撤去に伴なう誘導電動機３，４，５，６の容量増加を期待することができる。
【００７４】
（第２の実施の形態）
図４は、本実施の形態による速度センサレスベクトル制御を用いた電気車駆動用誘導電動機の制御装置の概略構成例を示すブロック図であり、図１と同一要素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。
【００７５】
本実施の形態では、前記第１の実施の形態において、各誘導電動機３，４，５，６に流れる電流の検出方法が異なっている。
すなわち、図１において、制御装置は、電流検出器７，８，９と、電流検出器１１と、電流演算器２４と、トルク指令補正部１７と、トルク制御部２とから構成している。
【００７６】
電流検出器７，８，９は、ｎ−１台（４−１＝３台）のそれぞれ各誘導電動機３，４，５に対応して備えられ、各誘導電動機３，４，５に流れる電流をそれぞれ個別に検出する。
【００７７】
電流検出器１１は、前記ＶＶＶＦインバータ１の出力端子Ｔ０と各誘導電動機３，４，５，６の入力端子Ｔ１との間における共有した接続線に備えられ、ｎ台（４台）の各誘導電動機３，４，５，６に流れる全体の電流（全電流）を検出する。
【００７８】
電流演算器２４は、電流検出器７，８，９により検出された各電流値と、電流検出器１１により検出された全電流値とに基づいて、ｎ−１台の誘導電動機３，４，５以外のｎ台目の誘導電動機６に流れる電流値を演算する。
【００７９】
トルク指令補正部１７は、電流検出器７，８，９により検出された各電流値と、電流演算器２４により演算された電流値とに基づいて、トルク指令を補正する。
【００８０】
トルク制御部２は、トルク指令補正部１７により補正されたトルク指令に追従したトルクを各誘導電動機３，４，５，６が出力するように、ＶＶＶＦインバータ１を制御する。
【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ベクトル制御を用いた電気車駆動用誘導電動機の制御装置の作用について説明する。
図４において、電流検出器７，８，９では、各誘導電動機３，４，５に流れる電流Ｉ1u，Ｉ1w，Ｉ2u，Ｉ2w，Ｉ3u，Ｉ3wが検出される。この電流検出器７，８，９により検出された各誘導電動機３，４，５に流れる電流Ｉ1u，Ｉ1w，Ｉ2u，Ｉ2w，Ｉ3u，Ｉ3wは、電流演算器２４へ入力される。
【００８２】
また、電流検出器１１では、各誘導電動機３，４，５，６に流れる全体の電流（全電流）が検出される。この電流検出器１１により検出された各誘導電動機３，４，５，６に流れる全電流Ｉu ，Ｉw は、電流演算器２４へ入力される。
【００８３】
ここで、全電流Ｉu ，Ｉw と各誘導電動機３，４，５，６に流れる電流Ｉ1u，Ｉ1w，Ｉ2u，Ｉ2w，Ｉ3u，Ｉ3w，Ｉ4u，Ｉ4wとの間には、以下に示すような関係がある。
【００８４】
【数１】
【００８５】
電流演算器２４では、電流検出器７，８，９により検出された各誘導電動機３，４，５の電流値Ｉ1u，Ｉ1w，Ｉ2u，Ｉ2w，Ｉ3u，Ｉ3wと、電流検出器１１により検出された各誘導電動機３，４，５，６の全電流Ｉ1u，Ｉ1wとに基づいて、例えば次式により、誘導電動機６に流れる電流値Ｉ4u，Ｉ4wが演算される。
【００８６】
【数２】
【００８７】
トルク指令補正部１７では、入力であるトルク指令Ｔｍ* が、各誘導電動機３，４，５，６に流れる電流Ｉ1u，Ｉ1w，Ｉ2u，Ｉ2w，Ｉ3u，Ｉ3w，Ｉ4u，Ｉ4wに基づいて補正される。この補正後のトルク指令Ｔｍ* ｃｍｐは、トルク制御部２へ入力される。
【００８８】
トルク制御部２では、補正後のトルク指令Ｔｍ* ｃｍｐに各誘導電動機３，４，５，６が出力するトルクが一致するように、ＶＶＶＦインバータ１が制御される。
【００８９】
すなわち、トルク制御部２では、補正後のトルク指令Ｔｍ* ｃｍｐから求められる電流指令と、電流検出器７，８，９，１０により検出された各誘導電動機３，４，５，６に流れる電流値Ｉ1u，Ｉ1w，Ｉ2u，Ｉ2w，Ｉ3u，Ｉ3w，Ｉ4u，Ｉ4wとが一致するように電流制御を行なうことにより、補正後のトルク指令 Ｔｍ* ｃｍｐに追従したトルクがＶＶＶＦインバータ１に出力される。
【００９０】
上述したように、本実施の形態の速度センサレスベクトル制御を用いた電気車駆動用誘導電動機の制御装置では、電気車駆動用の各誘導電動機３，４，５，６に流れる電流値Ｉ1u，Ｉ1w，Ｉ2u，Ｉ2w，Ｉ3u，Ｉ3w，Ｉ4u，Ｉ4wに基づいて、トルク指令Ｔｍ* を補正する、すなわち電流値によって個々の誘導電動機３，４，５，６の空転を検知し、トルクを補正するようにしているので、各誘導電動機３，４，５，６の空転を抑制して、トルクを最大限にレール１２へ伝達することが可能となる。
【００９１】
以上により、速度検出器が不要となるため、速度検出機構の誤パルスに起因するトルク擾乱を除去すると共に、速度検出器の撤去に伴なう誘導電動機３，４，５，６の容量増加を期待することができる。
【００９２】
（第３の実施の形態）
図５は、本実施の形態による速度センサレスベクトル制御を用いた電気車駆動用誘導電動機の制御装置におけるトルク指令補正部１７の概略構成例を示すブロック図であり、前記図１および図４と同一要素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。
【００９３】
すなわち、図５に示すように、本実施の形態のトルク指令補正部１７は、４つのロータ周波数演算部２０，２１，２２，２３と、トルク補正量演算部１８と、加算器１９とから構成している。なお、トルク補正量演算部１８、および加算器１９により、第２のトルク指令補正部２９を構成している。
【００９４】
ロータ周波数演算部２０，２１，２２，２３は、それぞれ各誘導電動機３，４，５，６に対応して備えられ、前記各電流検出器７，８，９，１０により検出された各電流値、または前記各電流検出器７，８，９により検出された各電流値および前記電流演算器２４により演算された電流値に基づいて（本例では、各電流検出器７，８，９，１０により検出された各電流値の場合を例とする）、各誘導電動機３，４，５，６のロータの回転周波数をそれぞれ個別に推定演算する。
【００９５】
トルク補正量演算部１８は、各ロータ周波数演算手段２０，２１，２２，２３により推定演算された各誘導電動機３，４，５，６のロータ回転周波数に基づいて、前記トルク指令への補正量を演算する。
【００９６】
加算器１９は、トルク補正量演算部１８により演算されたトルク指令補正量と前記トルク指令とを加算する。
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ベクトル制御を用いた電気車駆動用誘導電動機の制御装置の作用について説明する。
【００９７】
なお、ここでは、前記図１および図４と異なる部分の作用についてのみ述べる。
図５において、ロータ周波数演算部２０，２１，２２，２３には、電流検出器７，８，９，１０により検出された各誘導電動機３，４，５，６に流れる電流 Ｉ1u，Ｉ1w，Ｉ2u，Ｉ2w，Ｉ3u，Ｉ3w，Ｉ4u，Ｉ4wが入力される。
【００９８】
ロータ周波数演算部２０，２１，２２，２３では、それぞれの各誘導電動機３，４，５，６に流れる電流値Ｉ1u，Ｉ1w，Ｉ2u，Ｉ2w，Ｉ3u，Ｉ3w，Ｉ4u，Ｉ4wに基づいて、各誘導電動機３，４，５，６のロータの回転周波数を推定演算し、ロータ回転周波数ＷＲ1h，ＷＲ2h，ＷＲ3h，ＷＲ4hが出力される。
【００９９】
この各ロータ周波数演算部２０，２１，２２，２３では、例えば次のような具体的な演算により、ロータ回転周波数ＷＲ1h，ＷＲ2h，ＷＲ3h，ＷＲ4hが演算される。
【０１００】
ここでは、２次磁束軸をｄ軸に一致させ、ｄ軸と直交する軸をｑ軸とするｄｑ軸回転座標系を導入する。近年の電気車制御では、トルク制御部２の中が、このｄｑ軸回転座標系を導入したベクトル制御系であることが多い。
【０１０１】
例えば、ロータ周波数演算部２０に入力される各誘導電動機３，４，５，６の相電流Ｉ1u，Ｉ1wは、ａ軸とａ軸に直交するｂ軸とからなる静止座標系からｄｑ軸回転座標系までの位相角θabにより、以下のようにｄｑ軸座標系上の電流値 Ｉd ，Ｉq に変換される。
【０１０２】
【数３】
【０１０３】
そして、このｑ軸電流Ｉq に基づいて、例えば次式により、滑り周波数ＷＳh を推定することができる。同式は近似式であり、厳密実機の滑り周波数と一致はしないが、演算が容易である利点を有する。
【０１０４】
【数４】
【０１０５】
ただし、Ｒ２：２次抵抗、Ｌ２：２次インダクタンス、Ｍ：相互インダクタンス、φ２* ：２次磁束指令値である。
次に、この滑り周波数ＷＳh に基づいて、例えば次式により、回転周波数 ＷＲh を求めることができる。
【０１０６】
ＷＲh ＝Ｗ１−ＷＳh
ただし、Ｗ１は１次周波数である。
一方、第２のトルク指令補正部２９には、このようにして求められたロータ回転周波数ＷＲ1h，ＷＲ2h，ＷＲ3h，ＷＲ4hが入力される。
【０１０７】
第２のトルク指令補正部２９では、ロータ回転周波数ＷＲ1h，ＷＲ2h，ＷＲ3h，ＷＲ4hに基づいてトルク指令指令Ｔｍ* を補正し、補正後のトルク指令 Ｔｍ* ｃｍｐが出力される。
【０１０８】
すなわち、この第２のトルク指令補正部２９では、トルク指令補正量演算部１８において、入力されたロータ回転周波数推定値ＷＲ1h，ＷＲ2h，ＷＲ3h，ＷＲ4hに基づいて、各誘導電動機３，４，５，６の空転を抑制するように、トルク指令補正量ΔＴｍが演算される。
【０１０９】
このトルク指令補正量演算部１８では、例えば次のような具体的な演算により、トルク指令補正量ΔＴｍが演算される。
すなわち、入力されたロータ回転周波数ＷＲ1h，ＷＲ2h，ＷＲ3h，ＷＲ4hの中から、最大の値ＷＲmax および最小の値ＷＲmin が抽出される。
【０１１０】
次に、この最大値ＷＲmax ，最小値ＷＲmin を用いて、例えば次式により、トルク指令補正量ΔＴｍが演算される。
ΔＴｍ＝−Ｇ・（ＷＲmax −ＷＲmin ）
ただし、Ｇはゲインを表わすものである。また、これらの関係は、回転が正転であると仮定している。
【０１１１】
ロータ回転周波数の最大値ＷＲmax と最小値ＷＲmin との差は、空転を表わす一つの指標であり、最大値ＷＲmax と最小値ＷＲmin との間に差がある場合、トルクを絞るようにトルク指令補正量ΔＴｍを設定することにより、各誘導電動機３，４，５，６の空転を抑制することができる。
【０１１２】
一方、加算器１９では、このようにして求められたトルク指令補正量ΔＴｍとトルク指令Ｔｍ* とを加算して、トルク指令Ｔｍ* が補正される。
次に、トルク制御部２では、加算器１９からの出力である補正後のトルク指令Ｔｍ* ｃｍｐに追従したトルクを出力するように、ＶＶＶＦインバータ１が制御される。
【０１１３】
なお、上記において、第２のトルク指令補正部２９への入力は、推定演算されたロータ回転周波数ＷＲ1h，ＷＲ2h，ＷＲ3h，ＷＲ4hであり、前述した従来におけるロータ回転周波数に基づくトルク指令補正のアルゴリズムをそのまま継承することができる。
【０１１４】
上述したように、本実施の形態の速度センサレスベクトル制御を用いた電気車駆動用誘導電動機の制御装置では、電気車駆動用の各誘導電動機３，４，５，６に流れる電流値Ｉ1u，Ｉ1w，Ｉ2u，Ｉ2w，Ｉ3u，Ｉ3w，Ｉ4u，Ｉ4wに基づいて、各誘導電動機３，４，５，６のロータの回転周波数ＷＲ1h，ＷＲ2h，ＷＲ3h，ＷＲ4hを推定演算し、この推定演算されたロータ回転周波数ＷＲ1h，ＷＲ2h， ＷＲ3h，ＷＲ4hに基づいてトルク指令を補正する、すなわち各ロータ回転周波数の推定値によって空転を検知し、トルクを補正するようにしているので、各誘導電動機３，４，５，６の空転を抑制して、トルクを最大限にレール１２へ伝達することが可能となる。
【０１１５】
以上により、従来の空転抑制制御にある、各誘導電動機のロータ回転周波数に基づくトルク指令補正のアルゴリズムを継承することが可能となり、蓄積された技術を生かした高信頼性システムを構築することができる。
【０１１６】
また、速度検出器が不要となるため、速度検出機構の誤パルスに起因するトルク擾乱を除去すると共に、速度検出器の撤去に伴なう誘導電動機３，４，５，６の容量増加を期待することができる。
【０１１７】
（第４の実施の形態）
図６は、本実施の形態による速度センサレスベクトル制御を用いた電気車駆動用誘導電動機の制御装置におけるトルク指令補正部１７の概略構成例を示すブロック図であり、前記図１および図４と同一要素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。
【０１１８】
すなわち、図６に示すように、本実施の形態のトルク指令補正部１７は、４つの電流位相角演算部３０，３１，３２，３３と、トルク補正量演算部１８と、加算器１９とから構成している。なお、トルク補正量演算部１８、および加算器１９により、第２のトルク指令補正部２９を構成している。
【０１１９】
電流位相角演算部３０，３１，３２，３３は、それぞれ各誘導電動機３，４，５，６に対応して備えられ、前記各電流検出器７，８，９，１０により検出された各電流値、または前記各電流検出器７，８，９により検出された各電流値および前記電流演算器２４により演算された電流値（本例では、各電流検出器７，８，９，１０により検出された各電流値の場合を例とする）のある基準軸に対する位相角をそれぞれ個別に演算する。
【０１２０】
トルク補正量演算部１８は、各電流位相角演算部３０，３１，３２，３３により演算された各電流のある基準軸に対する位相角に基づいて、前記トルク指令への補正量を演算する。
【０１２１】
加算器１９は、トルク補正量演算部１８により演算されたトルク指令補正量と前記トルク指令とを加算する。
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ベクトル制御を用いた電気車駆動用誘導電動機の制御装置の作用について説明する。
【０１２２】
なお、ここでは、前記図１および図４と異なる部分の作用についてのみ述べる。
図６において、電流位相角演算部３０，３１，３２，３３には、電流検出器７，８，９，１０により検出された各誘導電動機３，４，５，６に流れる電流Ｉ1u，Ｉ1w，Ｉ2u，Ｉ2w，Ｉ3u，Ｉ3w，Ｉ4u，Ｉ4wが入力される。
【０１２３】
電流位相角演算部３０，３１，３２，３３では、ある基準軸に対する各電流の位相が演算される。
ここで、前述の「ある基準軸」について述べる。すなわち、通常、図１または図４に示すトルク制御部２の内部では、ある座標系上で諸状態量を制御しており、この座標系は、回転座標系である場合や、静止座標系である場合もある。前述の「ある基準軸」とは、これら制御に用いられる座標系上のある一つの軸を指すものであったり、または電流基準を基準軸とすることもできる。
【０１２４】
一方、第２のトルク指令補正部２９には、このようにして電流位相角演算部３０，３１，３２，３３で求められた、ある基準軸に対する電流位相角θi1，θi2，θi3，θi4が入力される。
【０１２５】
第２のトルク指令補正部２９では、電流位相角θi1，θi2，θi3，θi4に基づいて、トルク指令Ｔｍ* を補正し、補正後のトルク指令Ｔｍ* ｃｍｐが出力される。
【０１２６】
すなわち、この第２のトルク指令補正部２９では、トルク指令補正量演算部１８において、入力された各電流位相角θi1，θi2，θi3，θi4に基づいて、各誘導電動機３，４，５，６の空転を抑制するように、トルク指令補正量ΔＴｍが演算される。
【０１２７】
このトルク指令補正量演算部１８では、例えば次のような具体的な演算により、トルク指令補正量ΔＴｍが演算される。
すなわち、入力された各電流位相差θi1，θi2，θi3，θi4の中から、最大の値θimaxおよび最小の値θiminが抽出される。
【０１２８】
次に、この最大値θimax，最小値θiminを用いて、例えば次式により、トルク指令補正量ΔＴｍが演算される。
ΔＴｍ＝−Ｇ・（θimax−θimin）
ただし、Ｇはゲインを表わすものである。また、これらの関係は、回転が正転であると仮定している。
【０１２９】
各誘導電動機３，４，５，６のロータ回転周波数が一致する場合、各誘導電動機３，４，５，６に流れる電流値Ｉ1u，Ｉ1w，Ｉ2u，Ｉ2w，Ｉ3u，Ｉ3w，Ｉ4u，Ｉ4wも一致する。
【０１３０】
従って、電流位相の最大値θimaxと最小値θiminとの差は、空転を表わす一つの指標であり、電流位相の最大値θimaxと最小値θiminとの間に差がある場合、トルクを絞るようにトルク指令補正量ΔＴｍを設定することにより、各誘導電動機３，４，５，６の空転を抑制することができる。
【０１３１】
一方、加算器１９では、このようにして求められたトルク指令補正量ΔＴｍとトルク指令Ｔｍ* とを加算して、トルク指令Ｔｍ* が補正される。
図７は、前記図３に示す誘導電動機の等価回路に従って、誘導電動機のインピーダンスのベクトルを示す図である。
【０１３２】
なお、図７中には、滑り周波数が小さい誘導電動機Ａと滑り周波数が大きい誘導電動機Ｂの２つのインピーダンスのベクトルを示している。
誘導電動機のインピーダンスＺは、１次側インピーダンスＺｓと２次側インピーダンスＺｒとの直列回路により表現され、以下のように表わされる。
【０１３３】
【数５】
【０１３４】
１次側インピーダンスＺｓは、図３より次式のように表わされる。この１次側インピーダンスＺｓは、滑り周波数ωｓの影響を受けないため、滑り周波数が大きい誘導電動機においても、滑り周波数が小さい誘導電動機においても、同一となる。
【０１３５】
【数６】
また、２次側インピーダンスＺｒは、図３より次式のように表わされる。この２次側インピーダンスＺｒは、滑り周波数ωｓの影響を受ける。
【０１３６】
【数７】
【０１３７】
ただし、Ｓ（＝ωｓ／ωｉ）：滑り。
例えば、滑り周波数ωｓが非常に大きい場合には、上記（５）式は下記の（６）式のように近似することができ、抵抗分が支配的である。
また、滑り周波数ωｓが非常に小さい場合には、上記（５）式は下記の（７）式のように近似することができ、インダクタンス分が支配的である。
【０１３８】
【数８】
【０１３９】
上記（６）式、（７）式は究極の場合であるが、滑りＳすなわち滑り周波数 ωｓに応じて、２次側インピーダンスＺｒの偏角が変化するのが分かる。
ここで、偏角とは、複素数Ｚにおけるａｔａｎ（Ｉｍａｇ（Ｚ）／Ｒｅａｌ （Ｚ））のことで、インピーダンスＺに電圧Ｖをかけた場合に流れる電流をＩとすると、インピーダンスの偏角は力率角に相当する。
【０１４０】
前述のように、誘導電動機のインピーダンスＺは、１次側インピーダンスＺｓと２次側インピーダンスＺｒの直列結合で表わされるため、２次側インピーダンスＺｒの偏角が滑り周波数ωｓに応じて変化すると、誘導電動機のインピーダンスＺの偏角も同時に変化する。
【０１４１】
ＶＶＶＦインバータの出力電圧をＶ１とし、誘導電動機のインピーダンスをＺとし、誘導電動機に流れる電流をＩとすれば、次式のようにオームの法則が成り立つ。
【０１４２】
【数９】
【０１４３】
前述のように、誘導電動機のインピーダンスＺの偏角は、この場合、ＶＶＶＦインバータ１の出力電圧Ｖ１とそれによって流れる誘導電動機の電流Ｉの力率角に相当する。
【０１４４】
従って、それぞれ滑り周波数が異なる誘導電動機３，４，５，６が同一のＶＶＶＦインバータ１に接続される場合には、誘導電動機のインピーダンスＺの偏角に応じて、各誘導電動機３，４，５，６に流れる電流の位相に差が生じる。
【０１４５】
上述したように、本実施の形態の速度センサレスベクトル制御を用いた電気車駆動用誘導電動機の制御装置では、互いにロータ回転周波数の異なる、すなわち滑り周波数の異なる電気車駆動用の各誘導電動機３，４，５，６を１台の同一のＶＶＶＦインバータ１により駆動する場合、各誘導電動機３，４，５，６のインピーダンスＺの偏角に応じて、各誘導電動機３，４，５，６に流れる電流Ｉ1u，Ｉ1w，Ｉ2u，Ｉ2w，Ｉ3u，Ｉ3w，Ｉ4u，Ｉ4wの位相に差が生じる。お互いの電流位相の差が大きい場合には、ロータの回転周波数の差が大きい場合であり、空転状態に相当する。
【０１４６】
従って、電流位相の差に応じてトルク指令を補正するようにしているので、各誘導電動機３，４，５，６の空転を抑制して、トルクを最大限にレール１２へ伝達することが可能となる。
【０１４７】
以上により、速度検出器が不要となるため、速度検出機構の誤動作に起因するトルク擾乱を除去すると共に、速度検出器の撤去に伴なう誘導電動機の容量増加を期待することができる。
【０１４８】
（第５の実施の形態）
図８は、本実施の形態による速度センサレスベクトル制御を用いた電気車駆動用誘導電動機の制御装置におけるトルク指令補正部１７の概略構成例を示すブロック図であり、前記図１および図４と同一要素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。
【０１４９】
すなわち、図８に示すように、本実施の形態のトルク指令補正部１７は、４つの誘起電圧演算部３４，３５，３６，３７と、トルク補正量演算部１８と、加算器１９とから構成している。なお、トルク補正量演算部１８、および加算器１９により、第２のトルク指令補正部２９を構成している。
【０１５０】
誘起電圧演算部３４，３５，３６，３７は、それぞれ各誘導電動機３，４，５，６に対応して備えられ、前記各電流検出器７，８，９，１０により検出された各電流値、または前記各電流検出器７，８，９により検出された各電流値および前記電流演算器２４により演算された電流値に基づいて（本例では、各電流検出器７，８，９，１０により検出された各電流値の場合を例とする）、各誘導電動機３，４，５，６に発生する誘起電圧をそれぞれ個別に推定演算する。
【０１５１】
トルク補正量演算部１８は、各誘起電圧演算部３４，３５，３６，３７により推定演算された各誘導電動機３，４，５，６の誘起電圧に基づいて、前記トルク指令への補正量を演算する。
【０１５２】
加算器１９は、トルク補正量演算部１８により演算されたトルク指令補正量と前記トルク指令とを加算する。
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ベクトル制御を用いた電気車駆動用誘導電動機の制御装置の作用について説明する。
【０１５３】
なお、ここでは、前記図１および図４と異なる部分の作用についてのみ述べる。
図８において、誘起電圧演算部３４，３５，３６，３７には、電流検出器７，８，９，１０により検出された各誘導電動機３，４，５，６に流れる電流 Ｉ1u，Ｉ1w，Ｉ2u，Ｉ2w，Ｉ3u，Ｉ3w，Ｉ4u，Ｉ4wが入力される。
【０１５４】
誘起電圧演算部３４，３５，３６，３７では、それぞれの各誘導電動機３，４，５，６に流れる電流値Ｉ1u，Ｉ1w，Ｉ2u，Ｉ2w，Ｉ3u，Ｉ3w，Ｉ4u，Ｉ4wに基づいて、各誘導電動機３，４，５，６に発生する誘起電圧を推定演算し出力される。
【０１５５】
この誘起電圧演算部３４，３５，３６，３７では、例えば次のような具体的な演算により、それぞれの誘導電動機３，４，５，６に発生する誘起電圧Ｅ1h，Ｅ2h，Ｅ3h，Ｅ4hが推定演算される。なお、誘起電圧の演算の方法は、以下の方法に限定されるものではない。
誘導電動機の特性は、次式により表わされる。
【０１５６】
【数１０】
【０１５７】
ただし、Ｖ１：インバータ出力電圧、Ｒ１：１次抵抗、σＬ１：１次等価漏れインダクタンス、Ｉ：電流、φ：１次側等価２次磁束、Ｅ：誘起電圧、ｐ：微分演算子。
誘起電圧は、例えば次式により、以下のように推定演算することができる。
【０１５８】
【数１１】
【０１５９】
ただし、Ｅｈ：誘起電圧の推定演算値。
前記第４の実施の形態で説明したように、互いにロータの回転周波数の異なる複数台の誘導電動機を同一の電圧を与える１台のＶＶＶＦインバータで駆動する場合、誘導電動機のインピーダンスの違いから、電流値がそれぞれ異なる値を示す。
【０１６０】
上記（１０）式に示すように、誘起電圧の推定演算値Ｅ1h，Ｅ2h，Ｅ3h，Ｅ4hは、電流の情報を含むため、誘導電動機の回転周波数の違いに応じて、異なる値を示す。
【０１６１】
一方、第２のトルク指令補正部２９には、このようにして求められた誘起電圧
Ｅ1h，Ｅ2h，Ｅ3h，Ｅ4hが入力される。
第２のトルク指令補正部２９では、誘起電圧Ｅ1h，Ｅ2h，Ｅ3h，Ｅ4hに基づいてトルク指令指令Ｔｍ* を補正し、補正後のトルク指令Ｔｍ* ｃｍｐが出力される。
【０１６２】
すなわち、この第２のトルク指令補正部２９では、トルク指令補正量演算部１８において、入力された誘起電圧Ｅ1h，Ｅ2h，Ｅ3h，Ｅ4hに基づいて、各誘導電動機３，４，５，６の空転を抑制するように、トルク指令補正量ΔＴｍが演算される。
【０１６３】
このトルク指令補正量演算部１８では、例えば次のような具体的な演算により、トルク指令補正量ΔＴｍが演算される。
すなわち、入力された各誘起電圧Ｅ1h，Ｅ2h，Ｅ3h，Ｅ4hの絶対値｜Ｅ1h｜，｜Ｅ2h｜，｜Ｅ3h｜，｜Ｅ4h｜をそれぞれ演算し、誘起電圧の絶対値が最大の値｜Ｅ｜max および最小の値｜Ｅ｜min が抽出される。
次に、この最大値｜Ｅ｜max ，最小値｜Ｅ｜min を用いて、例えば次式により、トルク指令補正量ΔＴｍが演算される。
【０１６４】
【数１２】
【０１６５】
ただし、Ｇはゲインを表わすものである。また、これらの関係は、回転が正転であると仮定している。
誘起電圧の絶対値は、回転周波数に比例するものであり、各誘導電動機３，４，５，６のロータ回転周波数が一致する場合、各誘導電動機３，４，５，６に発生する誘起電圧の絶対値｜Ｅ1h｜，｜Ｅ2h｜，｜Ｅ3h｜，｜Ｅ4h｜も一致する。
【０１６６】
従って、誘起電圧の絶対値の最大値｜Ｅ｜max と最小値｜Ｅ｜min との差は、空転を表わす一つの指標であり、誘起電圧の絶対値の最大値｜Ｅ｜max と最小値｜Ｅ｜min の間に差がある場合、トルクを絞るようにトルク指令補正量ΔＴｍを設定することにより、各誘導電動機３，４，５，６の空転を抑制することができる。
【０１６７】
一方、加算器１９では、このようにして求められたトルク指令補正量ΔＴｍとトルク指令Ｔｍ* とを加算して、トルク指令Ｔｍ* が補正される。
なお、上記では、トルク指令補正演算部１８の一例として、誘起電圧の絶対値に基づいてトルク指令補正量ΔＴｍを導出する場合について示したが、これに限らず、例えば誘起電圧の位相に基づいてトルク指令補正量ΔＴｍを導出することもできる。
【０１６８】
上述したように、本実施の形態の速度センサレスベクトル制御を用いた電気車駆動用誘導電動機の制御装置では、互いにロータ回転周波数の異なる、すなわち滑り周波数の異なる電気車駆動用の各誘導電動機３，４，５，６を１台の同一のＶＶＶＦインバータ１により駆動する場合、各誘導電動機３，４，５，６のインピーダンスＺの差に応じて、各誘導電動機３，４，５，６に発生する誘起電圧 Ｅ1h，Ｅ2h，Ｅ3h，Ｅ4hに差が生じる。例えば、お互いの誘起電圧の差が大きい場合には、ロータの回転周波数の差が大きい場合を示し、空転状態に相当することが分かる。
【０１６９】
従って、推定演算された誘起電圧に応じてトルクを補正するようにしているので、各誘導電動機３，４，５，６の空転を抑制して、トルクを最大限にレール１２へ伝達することが可能となる。
【０１７０】
以上により、速度検出器が不要となるため、速度検出機構の誤動作に起因するトルク擾乱を除去すると共に、速度検出器の撤去に伴なう誘導電動機の容量増加を期待することができる。
【０１７１】
（第６の実施の形態）
図９は、本実施の形態による速度センサレスベクトル制御を用いた電気車駆動用誘導電動機の制御装置におけるトルク指令補正部１７の概略構成例を示すブロック図であり、前記図１および図４と同一要素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。
【０１７２】
すなわち、図９に示すように、本実施の形態のトルク指令補正部１７は、４つの磁束演算部３８，３９，４０，４１と、トルク補正量演算部１８と、加算器１９とから構成している。なお、トルク補正量演算部１８、および加算器１９により、第２のトルク指令補正部２９を構成している。
【０１７３】
磁束演算部３８，３９，４０，４１は、それぞれ各誘導電動機３，４，５，６に対応して備えられ、前記各電流検出器７，８，９，１０により検出された各電流値、または前記各電流検出器７，８，９により検出された各電流値および前記電流演算器２４により演算された電流値に基づいて（本例では、各電流検出器７，８，９，１０により検出された各電流値の場合を例とする）、各誘導電動機３，４，５，６に発生する磁束をそれぞれ個別に推定演算する。
【０１７４】
トルク補正量演算部１８は、各磁束演算部３８，３９，４０，４１により推定演算された各誘導電動機３，４，５，６の磁束に基づいて、前記トルク指令への補正量を演算する。
【０１７５】
加算器１９は、トルク補正量演算部１８により演算されたトルク指令補正量と前記トルク指令とを加算する。
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ベクトル制御を用いた電気車駆動用誘導電動機の制御装置の作用について説明する。
【０１７６】
なお、ここでは、前記図１および図４と異なる部分の作用についてのみ述べる。
図９において、磁束演算部３８，３９，４０，４１には、電流検出器７，８，９，１０により検出された各誘導電動機３，４，５，６に流れる電流 Ｉ1u，Ｉ1w，Ｉ2u，Ｉ2w，Ｉ3u，Ｉ3w，Ｉ4u，Ｉ4wが入力される。
【０１７７】
磁束演算部３８，３９，４０，４１では、それぞれの各誘導電動機３，４，５，６に発生する磁束を推定演算し出力される。
この磁束演算部３８，３９，４０，４１では、例えば次のような具体的な演算により、それぞれの誘導電動機３，４，５，６に発生する磁束φ1h，φ2h，φ3h，φ4hが推定演算される。この場合、誘導電動機の１次側等価２次磁束が推定演算される。なお、磁束の演算の方法は、以下の方法に限定されるものではない。
磁束は、例えば次式より、以下のように推定演算することができる。
【０１７８】
【数１３】
【０１７９】
ただし、φｈ：１次側等価２次磁束の推定演算値。
前記第４の実施の形態で説明したように、互いにロータの回転周波数の異なる複数台の誘導電動機を同一の電圧を与える１台のＶＶＶＦインバータで駆動する場合、誘導電動機のインピーダンスの違いから、電流値がそれぞれ異なる値を示す。
【０１８０】
上記（１１）式に示すように、磁束の推定演算値φ1h，φ2h，φ3h，φ4hは、電流の情報を含むため、誘導電動機の回転周波数の違いに応じて、異なる値を示す。
【０１８１】
一方、第２のトルク指令補正部２９には、このようにして求められた磁束φ1h，φ2h，φ3h，φ4hが入力される。
第２のトルク指令補正部２９では、磁束φ1h，φ2h，φ3h，φ4hに基づいてトルク指令指令Ｔｍ* を補正し、補正後のトルク指令Ｔｍ* ｃｍｐが出力される。
【０１８２】
すなわち、この第２のトルク指令補正部２９では、トルク指令補正量演算部１８において、入力された各磁束φ1h，φ2h，φ3h，φ4hに基づいて、各誘導電動機３，４，５，６の空転を抑制するように、トルク指令補正量ΔＴｍが演算される。
【０１８３】
このトルク指令補正量演算部１８では、例えば次のような具体的な演算により、トルク指令補正量ΔＴｍが演算される。
すなわち、入力された各磁束φ1h，φ2h，φ3h，φ4hのある基準軸に対する位相角∠φ1h，∠φ2h，∠φ3h，∠φ4hがそれぞれ演算される。
【０１８４】
ここで、前述の「ある基準軸」について述べる。すなわち、通常、図１または図４に示すトルク制御部２の内部では、ある座標系上で諸状態量を制御しており、この座標系は、回転座標系である場合や、静止座標系である場合もある。前述の「ある基準軸」とは、これら制御に用いられる座標系上のある一つの軸を指すものであったり、または電流基準を基準軸とすることもできる。
【０１８５】
すなわち、磁束の位相角∠φ1h，∠φ2h，∠φ3h，∠φ4hの中から、最大の値∠φmax および最小の値∠φmin が抽出される。
次に、この最大値∠φmax ，最小値∠φmin を用いて、例えば次式により、トルク指令補正量ΔＴｍが演算される。
【０１８６】
【数１４】
【０１８７】
ただし、Ｇはゲインを表わすものである。また、これらの関係は、回転が正転であると仮定している。
各誘導電動機３，４，５，６のロータ回転周波数が一致する場合、各誘導電動機３，４，５，６共に、同一な磁束φ1h，φ2h，φ3h，φ4hを発生する。
【０１８８】
従って、磁束の位相角の最大値∠φmax と最小値∠φmin との差は、空転を表わす一つの指標であり、磁束の位相角の最大値∠φmax と最小値∠φmin との間に差がある場合、トルクを絞るようにトルク指令補正量ΔＴｍを設定することにより、各誘導電動機３，４，５，６の空転を抑制することができる。
【０１８９】
一方、加算器１９では、このようにして求められたトルク指令補正量ΔＴｍとトルク指令Ｔｍ* とを加算して、トルク指令Ｔｍ* が補正される。
なお、上記では、トルク指令補正演算部１８の一例として、磁束の位相角に基づいてトルク指令補正量ΔＴｍを導出する場合について示したが、これに限らず、例えば磁束の絶対値に基づいてトルク指令補正量ΔＴｍを導出することもできる。
【０１９０】
上述したように、本実施の形態の速度センサレスベクトル制御を用いた電気車駆動用誘導電動機の制御装置では、互いにロータ回転周波数の異なる、すなわち滑り周波数の異なる電気車駆動用の各誘導電動機３，４，５，６を１台の同一のＶＶＶＦインバータ１により駆動する場合、各誘導電動機３，４，５，６のインピーダンスＺの差に応じて、各誘導電動機３，４，５，６に発生する磁束に差が生じる。例えば、お互いの磁束の差が大きい場合には、ロータの回転周波数の差が大きい場合を示し、空転状態に相当することが分かる。
【０１９１】
従って、推定演算された磁束に応じてトルクを補正するようにしているので、各誘導電動機３，４，５，６の空転を抑制して、トルクを最大限にレール１２へ伝達することが可能となる。
【０１９２】
以上により、速度検出器が不要となるため、速度検出機構の誤動作に起因するトルク擾乱を除去すると共に、速度検出器の撤去に伴なう誘導電動機の容量増加を期待することができる。
【０１９３】
（第７の実施の形態）
図１０は、本実施の形態による速度センサレスベクトル制御を用いた電気車駆動用誘導電動機の制御装置の概略構成例を示すブロック図であり、図１および図４と同一要素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。
【０１９４】
本実施の形態では、前記第１および第２の実施の形態において、各誘導電動機３，４，５，６に流れる電流の検出方法が異なっている。
すなわち、図１０において、ＶＶＶＦインバータ１の交流側に、電気車駆動用の少なくとも１台（図では４台）の誘導電動機３，４，５，６が接続され、トルク指令に追従したトルクを各誘導電動機３，４，５，６が出力するように、トルク制御部２がＶＶＶＦインバータ１を制御するようになっている。
【０１９５】
一方、制御装置は、電流検出器１１と、トルク指令補正部１７と、トルク制御部２とから構成している。
電流検出器１１は、前記ＶＶＶＦインバータ１の出力端子Ｔ０と各誘導電動機３，４，５，６の入力端子Ｔ１との間における共有した接続線に備えられ、４台の各誘導電動機３，４，５，６に流れる全体の電流（全電流）を検出する。
【０１９６】
トルク指令補正部１７は、電流検出器１１により検出された全電流値に基づいて、各誘導電動機が同時に空転することを抑制するように、トルク指令を補正する。
【０１９７】
トルク制御部２は、トルク指令補正部１７により補正されたトルク指令に追従したトルクを各誘導電動機３，４，５，６が出力するように、ＶＶＶＦインバータ１を制御する。
【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ベクトル制御を用いた電気車駆動用誘導電動機の制御装置の作用について説明する。
図１０において、電流検出器１１では、各誘導電動機３，４，５，６に流れる全体の電流（全電流）が検出される。この電流検出器１１により検出された各誘導電動機３，４，５，６に流れる全電流Ｉu ，Ｉw は、トルク指令補正部１７へと入力される。
【０１９９】
トルク指令補正部１７では、入力であるトルク指令Ｔｍ* が、各誘導電動機３，４，５，６に流れる全電流Ｉu ，Ｉw に基づいて補正される。この補正後のトルク指令Ｔｍ* ｃｍｐは、トルク制御部２へ入力される。
【０２００】
トルク制御部２では、補正後のトルク指令Ｔｍ* ｃｍｐに各誘導電動機３，４，５，６が出力するトルクが一致するように、ＶＶＶＦインバータ１が制御される。
【０２０１】
すなわち、トルク制御部２では、補正後のトルク指令Ｔｍ* ｃｍｐから求められる電流指令と、電流検出器１１により検出された各誘導電動機３，４，５，６に流れる全電流値Ｉu ，Ｉw とが一致するように電流制御を行なうことにより、補正後のトルク指令Ｔｍ* ｃｍｐに追従したトルクがＶＶＶＦインバータ１に出力される。
【０２０２】
上述したように、本実施の形態の速度センサレスベクトル制御を用いた電気車駆動用誘導電動機の制御装置では、電気車駆動用の各誘導電動機３，４，５，６に流れる全電流値に基づいて、トルク指令Ｔｍ* を補正するようにしている。
【０２０３】
すなわち、各誘導電動機３，４，５，６の情報を得る手段は存在せず、各誘導電動機３，４，５，６の空転を検知することは不可能あるいは困難であると考えられるが、各誘導電動機３，４，５，６が同時に空転状態になったことを全電流により検知することは可能であり、この全電流値によって各誘導電動機３，４，５，６の同時空転を検知し、トルクを補正するようにしているので、各誘導電動機３，４，５，６の同時空転を抑制して、トルクのレール１２への伝達率を向上することが可能となる。
【０２０４】
以上により、速度検出器が不要となるため、速度検出機構の誤パルスに起因するトルク擾乱を除去すると共に、速度検出器の撤去に伴なう誘導電動機３，４，５，６の容量増加を期待することができる。
【０２０５】
また、前記第１および第２の実施の形態の場合と比較して、電流検出器の数を低減することが可能となるため、低コスト化を図ることができる。
さらに、本実施の形態では、前記第１および第２の実施の形態の場合と比較して、各誘導電動機３，４，５，６の個別の空転を抑制できない分、空転抑制の性能は若干劣るものの、前記図１４に示した粘着力に余裕のあるような動作点を有する電気車、すなわち電気車の推進力に対して誘導電動機の数が多く、１台の誘導電動機に分担される推進力が小さい電気車において、十分な性能を発揮することができる。
【０２０６】
なお、本実施の形態では、同一の１台のＶＶＶＦインバータに複数台の誘導電動機が接続された集中制御方式の電気車の場合について示しているが、同一の１台のＶＶＶＦインバータが唯一の誘導電動機を駆動制御する個別制御方式の電気車の場合についても、本発明を同様に適用することが可能である。
【０２０７】
（第８の実施の形態）
図１１は、本実施の形態による速度センサレスベクトル制御を用いた電気車駆動用誘導電動機の制御装置におけるトルク指令補正部１７の概略構成例を示すブロック図であり、前記図１および図４と同一要素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。
【０２０８】
すなわち、図１１に示すように、本実施の形態のトルク指令補正部１７は、ロータ周波数演算部４２と、トルク補正量演算部１８と、加算器１９とから構成している。なお、トルク補正量演算部１８、および加算器１９により、第２のトルク指令補正部２９を構成している。
【０２０９】
ロータ周波数演算部４２は、電流検出器１１により検出された全電流値に基づいて、各誘導電動機３，４，５，６を１台の誘導電動機とみなした場合のその誘導電動機のロータの回転周波数を推定演算する。
【０２１０】
トルク補正量演算部１８は、ロータ周波数演算部４２により推定演算された誘導電動機のロータ回転周波数に基づいて、前記トルク指令への補正量を演算する。
【０２１１】
加算器１９は、トルク補正量演算部１８により演算されたトルク指令補正量と前記トルク指令とを加算する。
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ベクトル制御を用いた電気車駆動用誘導電動機の制御装置の作用について説明する。
【０２１２】
なお、ここでは、前記図１および図４と異なる部分の作用についてのみ述べる。
図１１において、ロータ周波数演算部４２には、電流検出器１１により検出された各誘導電動機３，４，５，６に流れる全電流Ｉu ，Ｉw が入力される。
【０２１３】
ロータ周波数演算部４２では、各誘導電動機３，４，５，６に流れる全電流値Ｉu ，Ｉw に基づいて、４台の誘導電動機３，４，５，６を１台の誘導電動機とみなした場合のロータの回転周波数を推定演算し、ロータ回転周波数ＷＲh が出力される。
【０２１４】
このロータ周波数演算部４２では、例えば次のような具体的な演算により、ロータ回転周波数ＷＲh が推定演算される。
ここでは、２次磁束軸をｄ軸に一致させ、ｄ軸と直交する軸をｑ軸とするｄｑ軸回転座標系を導入する。近年の電気車制御では、トルク制御部２の中が、このｄｑ軸回転座標系を導入したベクトル制御系であることが多い。
【０２１５】
例えば、ロータ周波数演算部４２に入力される各誘導電動機３，４，５，６の相電流Ｉu ，Ｉw は、ａ軸とａ軸に直交するｂ軸とからなる静止座標系からｄｑ軸回転座標系までの位相角θabにより、以下のようにｄｑ軸座標系上の電流値 Ｉd ，Ｉq に変換される。
【０２１６】
【数１５】
【０２１７】
ただし、ＮはＶＶＶＦインバータ１に接続された誘導電動機の数であり、ここでは４となる。
そして、このｑ軸電流Ｉq に基づいて、例えば次式により、滑り周波数ＷＳh を推定することができる。同式は近似式であり、厳密実機の滑り周波数と一致はしないが、演算が容易である利点を有する。
【０２１８】
【数１６】
【０２１９】
ただし、Ｒ２：２次抵抗、Ｌ２：２次インダクタンス、Ｍ：相互インダクタンス、φ2 * ：２次磁束指令値である。
次に、この滑り周波数ＷＳh に基づいて、例えば次式により、回転周波数 ＷＲh を求めることができる。
【０２２０】
ＷＲh ＝Ｗ1 −ＷＳh
ただし、Ｗ1 は１次周波数である。
一方、第２のトルク指令補正部２９には、このようにして求められたロータ回転周波数ＷＲh が入力される。
【０２２１】
第２のトルク指令補正部２９では、ロータ回転周波数ＷＲh に基づいてトルク指令Ｔｍ* を補正し、補正後のトルク指令Ｔｍ* ｃｍｐが出力される。
すなわち、この第２トルク指令補正部２９では、トルク指令補正量演算部１８において、入力されたロータ回転周波数推定値ＷＲh に基づいて、各誘導電動機３，４，５，６の同時空転を抑制するように、トルク指令補正量ΔＴｍが演算される。
【０２２２】
このトルク指令補正量演算部１８では、例えば次のような具体的な演算により、トルク指令補正量ΔＴｍが演算される。
すなわち、入力されたロータ回転周波数推定ＷＲh に基づいて、その回転加速度ＡＣＣh が演算される。
【０２２３】
そして、この回転加速度があらかじめ設定された所定値ＡＣＣ* を超える場合には、両者の偏差に応じたトルク指令補正量ΔＴｍが出力される。また、回転加速度があらかじめ設定された所定値ＡＣＣ* を超えない場合には、零がトルク指令補正量ΔＴｍとして出力される。
【０２２４】
【数１７】
【０２２５】
ただし、Ｇはゲインを表わすものである。また、これらの関係は、回転が正転であると仮定している。
誘導電動機の回転加速度の最大値ＡＣＣmax は、電気車の重量および最大の推進力を与えた場合の直線運動系を、誘導電動機周りの回転運動系へ換算することにより求めることができる。
【０２２６】
この誘導電動機の回転加速度の最大値ＡＣＣmax は、空転していない状態での誘導電動機の回転加速度の最大値を表わすものであり、実際の誘導電動機の回転加速度が、この最大値ＡＣＣmax を上回る場合には、誘導電動機が空転している状況が考えられる。
【０２２７】
従って、空転誤検知を考慮して、例えば以下のように所定値ＡＣＣ* を設定する。
ＡＣＣ* ＝ＡＣＣmax ＋α
ただし、α：空転誤検知を抑制するオフセット（＞０）。
【０２２８】
そして、推定された回転加速度ＡＣＣh が所定値ＡＣＣ* を上回る場合には、各誘導電動機３，４，５，６が同時に空転しているとみなし、トルクを絞るようにトルク指令補正量ΔＴｍを設定することにより、各誘導電動機３，４，５，６の同時空転を抑制することができる。
【０２２９】
上述したように、本実施の形態の速度センサレスベクトル制御を用いた電気車駆動用誘導電動機の制御装置では、電気車駆動用の各誘導電動機３，４，５，６に流れる全電流値Ｉu ，Ｉw に基づいて、４台の誘導電動機３，４，５，６を１台の誘導電動機とみなした場合のロータ回転周波数ＷＲh を推定演算し、この推定演算されたロータ回転周波数ＷＲh に基づいてトルク指令を補正する、すなわちロータ回転周波数の推定値によって各誘導電動機３，４，５，６の同時空転を検知し、トルクを補正するようにしているので、各誘導電動機３，４，５，６の同時空転を抑制して、トルクを最大限にレール１２へ伝達することが可能となる。
【０２３０】
以上により、従来の空転抑制制御にある、同時空転抑制のためのトルク指令補正のアルゴリズムを継承することが可能となり、蓄積された技術を生かした高信頼性システムを構築することができる。
【０２３１】
また、速度検出器が不要となるため、速度検出機構の誤動作に起因するトルク擾乱を除去すると共に、速度検出器の撤去に伴なう誘導電動機の容量増加を期待することができる。
【０２３２】
さらに、本実施の形態では、前記第１および第２の実施の形態の場合と比較して、各誘導電動機３，４，５，６の個別の空転を抑制できない分、空転抑制の性能は若干劣るものの、前記図１４に示した粘着力に余裕のあるような動作点を有する電気車、すなわち電気車の推進力に対して誘導電動機の数が多く、１台の誘導電動機に分担される推進力が小さい電気車において、十分な性能を発揮することができる。
【０２３３】
（第９の実施の形態）
図１２は、本実施の形態による速度センサレスベクトル制御を用いた電気車駆動用誘導電動機の制御装置におけるトルク指令補正部１７の概略構成例を示すブロック図であり、前記図１および図４と同一要素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。
【０２３４】
すなわち、図１２に示すように、本実施の形態のトルク指令補正部１７は、誘起電圧演算部４３と、トルク補正量演算部１８と、加算器１９とから構成している。なお、トルク補正量演算部１８、および加算器１９により、第２のトルク指令補正部２９を構成している。
【０２３５】
誘起電圧演算部４３は、電流検出器１１により検出された全電流値に基づいて、各誘導電動機３，４，５，６を１台の誘導電動機とみなした場合のその誘導電動機に発生する誘起電圧を推定演算する。
【０２３６】
トルク補正量演算部１８は、誘起電圧演算部４３により推定演算された誘導電動機の誘起電圧に基づいて、前記トルク指令への補正量を演算する。
加算器１９は、トルク補正量演算部１８により演算されたトルク指令補正量と前記トルク指令とを加算する。
【０２３７】
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ベクトル制御を用いた電気車駆動用誘導電動機の制御装置の作用について説明する。
なお、ここでは、前記図１および図４と異なる部分の作用についてのみ述べる。
【０２３８】
図１２において、誘起電圧演算部４３には、電流検出器１１により検出された各誘導電動機３，４，５，６に流れる全電流Ｉu ，Ｉw が入力される。
誘起電圧演算部４３では、各誘導電動機３，４，５，６に流れる全電流値Ｉu ，Ｉw に基づいて、４台の誘導電動機３，４，５，６を１台の誘導電動機とみなした場合の誘起電圧を推定演算し、誘起電圧Ｅh が出力される。
【０２３９】
この誘起電圧演算部４３では、例えば次のような具体的な演算により、誘起電圧Ｅh が推定演算される。
誘起電動機の特性は、次式により表わされる。
【０２４０】
【数１８】
【０２４１】
ただし、Ｖ１：インバータ出力電圧、Ｒ１：１次抵抗、σＬ１：１次等価漏れインダクタンス、Ｉ：全電流、φ：１次側等価２次磁束、Ｅ：誘起電圧、ｐ：微分演算子、Ｎ：ＶＶＶＦインバータ１に接続された誘導電動機の数で、ここでは４である。
誘起電圧は、例えば次式により、以下のように推定演算することができる。
【０２４２】
【数１９】
【０２４３】
ここで、演算された誘起電圧は、４台の誘導電動機３，４，５，６を１台の誘導電動機とみなした場合の近似的な値である。
一方、第２のトルク指令補正部２９には、このようにして求められた誘起電圧Ｅh が入力される。
【０２４４】
第２のトルク指令補正部２９では、誘起電圧Ｅh に基づいてトルク指令Ｔｍ* を補正し、補正後のトルク指令Ｔｍ* ｃｍｐが出力される。
すなわち、この第２のトルク指令補正部２９では、トルク指令補正量演算部１８において、入力された誘起電圧Ｅh に基づいて、各誘導電動機３，４，５，６の同時空転を抑制するように、トルク指令補正量ΔＴｍが演算される。
【０２４５】
このトルク指令補正量演算部１８では、例えば次のような具体的な演算により、トルク指令補正量ΔＴｍが演算される。
すなわち、入力された誘起電圧Ｅh に基づいて、その絶対値の時間変化量 ｄ｜Ｅh ｜が演算される。
【０２４６】
そして、この誘起電圧の絶対値の時間変化量ｄ｜Ｅh ｜があらかじめ設定された所定値ｄ｜Ｅh ｜* を超える場合には、両者の偏差に応じたトルク指令補正量ΔＴｍが出力される。また、誘起電圧の絶対値の時間変化量ｄ｜Ｅh ｜があらかじめ設定された所定値ｄ｜Ｅh ｜* を超えない場合には、零がトルク指令補正量ΔＴｍとして出力される。
【０２４７】
【数２０】
【０２４８】
ただし、Ｇはゲインを表わすものである。また、これらの関係は、回転が正転であると仮定している。
誘導電動機の誘起電圧の絶対値は、ほぼ回転周波数×磁束量で表わされるため、誘起電圧の絶対値の時間変化量ｄ｜Ｅh ｜は回転加速度×磁束量で表わされる。この誘起電圧の絶対値の最大の時間変化量ｄ｜Ｅ｜max は、最大の加速度×磁束量として表わされる。
【０２４９】
ここで、誘導電動機の回転加速度の最大値ＡＣＣmax は、電気車の重量および最大の推進力を与えた場合の直線運動系を、誘導電動機周りの回転運動系へ換算することにより求めることができる。
【０２５０】
この誘導電動機の回転加速度の最大値ＡＣＣmax は、空転していない状態での電動機の回転加速度の最大値を表わすものであり、実際の誘起電圧の絶対値の時間変化量ｄ｜Ｅh ｜が、最大の時間変化量ｄ｜Ｅ｜max を上回る場合には、誘導電動機が空転している状況が考えられる。
従って、空転誤検知を考慮して、例えば以下のように所定値ｄ｜Ｅ｜* を設定する。
【０２５１】
【数２１】
【０２５２】
ただし、α：空転誤検知を制御するオフセット（＞０）。
そして、推定された誘起電圧の絶対値の時間変化量ｄ｜Ｅ｜h が所定値 ｄ｜Ｅ｜* を上回る場合には、各誘導電動機３，４，５，６が同時に空転しているとみなし、トルクを絞るようにトルク指令補正量ΔＴｍを設定することにより、各誘導電動機３，４，５，６の同時空転を抑制することができる。
【０２５３】
上述したように、本実施の形態の速度センサレスベクトル制御を用いた電気車駆動用誘導電動機の制御装置では、電気車駆動用の各誘導電動機３，４，５，６に流れる全電流値Ｉu ，Ｉw に基づいて、４台の誘導電動機３，４，５，６を１台の誘導電動機とみなした場合の誘起電圧Ｅh を推定演算し、この推定演算された誘起電圧Ｅh に基づいてトルク指令を補正する、すなわち誘起電圧の推定値によって各誘導電動機３，４，５，６の同時空転を検知し、トルクを補正するようにしているので、各誘導電動機３，４，５，６の同時空転を抑制して、トルクを最大限にレール１２へ伝達することが可能となる。
【０２５４】
以上により、速度検出器が不要となるため、速度検出機構の誤動作に起因するトルク擾乱を除去すると共に、速度検出器の撤去に伴なう誘導電動機の容量増加を期待することができる。
【０２５５】
さらに、本実施の形態では、前記第１および第２の実施の形態の場合と比較して、各誘導電動機３，４，５，６の個別の空転を抑制できない分、空転抑制の性能は若干劣るものの、前記図１４に示した粘着力に余裕のあるような動作点を有する電気車、すなわち電気車の推進力に対して誘導電動機の数が多く、１台の誘導電動機に分担される推進力が小さい電気車において、十分な性能を発揮することができる。
【０２５６】
【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ベクトル制御を用いた電気車駆動用誘導電動機の制御装置によれば、１台のＶＶＶＦインバータにより電気車駆動用の少なくとも１台の誘導電動機を駆動するベクトル制御方式の制御装置において、各誘導電動機に流れる電流の情報に基づいてトルクを補正して、速度検出器を用いずに各誘導電動機の空転を抑制することが可能となり、大きなトルクをレールへ伝達して十分な推進力を得ることができる。
【０２５７】
これにより、速度検出器が不要となるため、速度検出機構の誤パルスに起因するトルク擾乱を除去すると共に、速度検出器の撤去に伴なう誘導電動機の容量増加を期待することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による速度センサレスベクトル制御を用いた電気車駆動用誘導電動機の制御装置の第１の実施の形態を示すブロック図。
【図２】ＶＶＶＦインバータの出力周波数と誘導電動機のロータ回転周波数と滑り周波数との関係を示す図。
【図３】誘導電動機の定常等価回路を示す図。
【図４】本発明による速度センサレスベクトル制御を用いた電気車駆動用誘導電動機の制御装置の第２の実施の形態を示すブロック図。
【図５】本発明による第３の実施の形態の速度センサレスベクトル制御を用いた電気車駆動用誘導電動機の制御装置におけるトルク指令補正部の構成例を示すブロック図。
【図６】本発明による第４の実施の形態の速度センサレスベクトル制御を用いた電気車駆動用誘導電動機の制御装置におけるトルク指令補正部の構成例を示すブロック図。
【図７】誘導電動機のインピーダンスのベクトルを示す図。
【図８】本発明による第５の実施の形態の速度センサレスベクトル制御を用いた電気車駆動用誘導電動機の制御装置におけるトルク指令補正部の構成例を示すブロック図。
【図９】本発明による第６の実施の形態の速度センサレスベクトル制御を用いた電気車駆動用誘導電動機の制御装置におけるトルク指令補正部の構成例を示すブロック図。
【図１０】本発明による速度センサレスベクトル制御を用いた電気車駆動用誘導電動機の制御装置の第７の実施の形態を示すブロック図。
【図１１】本発明による第８の実施の形態の速度センサレスベクトル制御を用いた電気車駆動用誘導電動機の制御装置におけるトルク指令補正部の構成例を示すブロック図。
【図１２】本発明による第９の実施の形態の速度センサレスベクトル制御を用いた電気車駆動用誘導電動機の制御装置におけるトルク指令補正部の構成例を示すブロック図。
【図１３】従来のベクトル制御方式の電気車駆動用誘導電動機の制御制御装置の概略構成例を示すブロック図。
【図１４】電気車の車体速度と車輪速度との差と粘着力との関係を示す模式図。
【符号の説明】
１…ＶＶＶＦインバータ、
２…トルク制御部、
３，４，５，６…誘導電動機、
７，８，９，１０…電流検出器、
１１…電流検出器、
１２…レール、
１３，１４，１５，１６…速度検出器、
１７…トルク指令補正部、
１８…トルク補正量演算部、
１９…減算器、
２０，２１，２２，２３，４２…ロータ周波数演算部、
２４…電流演算器、
２５，２６，２７，２８…車輪、
２９…第２のトルク指令補正部、
３０…電流位相角演算部、
３１，３２，３３…電流位相角演算部、
３４，３５，３６，３７，４３…誘起電圧演算部、
３８，３９，４０，４１…磁束演算部。
【発明の属する技術分野】
本発明は、１台の可変電圧可変周波数インバータ（以下、ＶＶＶＦインバータと称する）により、電気車駆動用の少なくとも１台の誘導電動機を駆動するベクトル制御方式の制御装置に係り、特に速度検出器を用いずに各誘導電動機の空転を抑制できるようにした速度センサレスベクトル制御を用いた電気車駆動用誘導電動機の制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図１３は、この種の従来のベクトル制御方式の電気車駆動用誘導電動機の制御装置の概略構成例を示すブロック図である。
図１３において、直流を任意の周波数の交流に変換するＶＶＶＦインバータ１の交流側に、電気車駆動用の複数ｎ台（ｎ＞１：図では４台）の誘導電動機３，４，５，６が接続され、トルク指令に追従したトルクを各誘導電動機３，４，５，６が出力するように、トルク制御部２がＶＶＶＦインバータ１を制御するようになっている。
【０００３】
電気車では、各誘導電動機３，４，５，６が、車輪２５，２６，２７，２８を介してそれぞれレール１２に接している。
そして、車輪２５，２６，２７，２８と電気車の車体速度とが微少な速度差を持つことにより、誘導電動機３，４，５，６の出力するトルクを車輪２５，２６，２７，２８とレール１２間の粘着力としてレール１２に伝え、電気車の推進力とする。
【０００４】
図１４は、電気車の車体速度と車輪速度との速度差と、粘着力すなわち車体推進力との関係を模式的に示す図である。
図１４から、電気車の車体速度と車輪速度との速度差により、粘着力が発生することが分かる。
【０００５】
しかしながら、車輪２５，２６，２７，２８と車体速度との速度差が大きくなると、車輪２５，２６，２７，２８とレール１２間の粘着力が低下し、電気車として十分な推進力を得られなくなる。
【０００６】
この状態では、各誘導電動機３，４，５，６のロータおよび車輪２５，２６，２７，２８は、レール１２への粘着力が低下した分、余剰なトルクにより急激な加速トルクを得て回転周波数が上昇する。この現象を「空転」と称する。この空転は、車輪２５，２６，２７，２８からレール１２への粘着力、すなわち電気車の推進力の低下を表わす現象である。
【０００７】
以上のような観点から、電気車の制御としては、各誘導電動機３，４，５，６の空転を抑制して、粘着力を最大に保つことが重要である。
そこで、従来のベクトル制御方式を用いた制御装置では、各誘導電動機３，４，５，６の空転を抑制するために、各誘導電動機３，４，５，６のロータの回転周波数を速度検出器により検出して、トルク指令を補正するようにしている。
【０００８】
すなわち、図１３に示すように、各誘導電動機３，４，５，６には、ロータの回転周波数を検出する速度検出器１３，１４，１５，１６が備えられている。
この各速度検出器１３，１４，１５，１６により検出された各誘導電動機３，４，５，６のロータの回転周波数ＷＲ１，ＷＲ２，ＷＲ３，ＷＲ４は、トルク指令補正部１７へと入力される。
【０００９】
トルク指令補正部１７では、各誘導電動機３，４，５，６のロータの回転周波数ＷＲ１，ＷＲ２，ＷＲ３，ＷＲ４に基づいて、トルク指令Ｔｍ* を補正する。そして、この補正後のトルク指令Ｔｍ* ｃｍｐは、トルク制御部２へと入力される。
【００１０】
トルク制御部２では、補正後のトルク指令Ｔｍ* ｃｍｐに各誘導電動機３，４，５，６が出力するトルクが一致するように、ＶＶＶＦインバータ１を制御する。
【００１１】
すなわち、トルク制御部２では、補正後のトルク指令Ｔｍ* ｃｍｐから求められる電流指令と、電流検出器１１により検出された各誘導電動機３，４，５，６に流れる全体の電流値（全電流値）Ｉu ，Ｉw とが一致するように電流制御を行なうことにより、補正後のトルク指令Ｔｍ* ｃｍｐに追従したトルクをＶＶＶＦインバータ１に出力する。
【００１２】
また、各速度検出器１３，１４，１５，１６により検出された各誘導電動機３，４，５，６のロータの回転周波数ＷＲ１，ＷＲ２，ＷＲ３，ＷＲ４の平均値を全体のロータ回転周波数とみなし、補正後のトルク指令Ｔｍ* ｃｍｐから求められるすべり周波数とを加算して、ＶＶＶＦインバータ１に対する周波数指令として出力する。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述したようなベクトル制御方式を用いた制御装置では、各誘導電動機３，４，５，６の回転周波数を検出する速度検出器１３，１４，１５，１６として、パルスジェネレータが用いられる場合が多いが、振動やノイズによって誤パルスが重畳する。
【００１４】
その結果、この速度検出機構の誤動作によって検出速度に誤差が生じ、トルク擾乱の原因となる。
また、電気車駆動用の誘導電動機３，４，５，６は、一般に台車に収められるため、２本のレール１２間の長さによって、誘導電動機３，４，５，６の回転軸方向の長さに制約を受ける。
【００１５】
一方、速度検出器１３，１４，１５，１６は、誘導電動機３，４，５，６の回転軸方向に厚みを持った構造であることから、誘導電動機３，４，５，６の回転軸方向の長さに更なる制約を加えるものである。
【００１６】
その結果、大容量の誘導電動機を設置する場合には、誘導電動機体格が大きくなる。
よって、速度検出器１３，１４，１５，１６の存在は、誘導電動機３，４，５，６の容量増加を図る上で、好ましくない。
【００１７】
本発明の目的は、１台のＶＶＶＦインバータにより電気車駆動用の少なくとも１台の誘導電動機を駆動するベクトル制御方式の制御装置において、速度検出器を用いずに各誘導電動機の空転を抑制することが可能な速度センサレスベクトル制御を用いた電気車駆動用誘導電動機の制御装置を提供することにある。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、請求項１に対応する発明は、直流を任意の周波数の交流に変換する１台の可変電圧可変周波数インバータ（ＶＶＶＦインバータ）により、電気車駆動用の複数台の誘導電動機を駆動するベクトル制御方式の制御装置において、前記各誘導電動機に流れる全体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り検出された電流値に基づいて、前記各誘導電動機が同時に空転することを抑制するように、個々の誘導電動機の情報に基づくことなく、トルク指令を補正するものであって、少なくとも前記電流検出手段により検出された電流値に基づいて、前記各誘導電動機を１台の誘導電動機とみなした場合の当該誘導電動機のロータの回転周波数を推定演算するロータ周波数演算手段と、前記ロータ周波数演算手段により推定演算された誘導電動機のロータ周波数に基づいて、前記トルク指令への補正量を演算するトルク補正量演算手段と、前記トルク補正量演算手段により演算されたトルク指令補正量と前記トルク指令とを加算する加算手段とから成るトルク指令補正手段と、前記トルク指令補正手段により補正されたトルク指令に追従したトルクを前記各誘導電動機が出力するように、前記ＶＶＶＦインバータを制御するトルク制御手段とを備える。
【００１９】
従って、請求項１の発明の速度センサレスベクトル制御を用いた電気車駆動用誘導電動機の制御装置においては、各誘導電動機に流れる全電流値に基づいて、トルク指令を補正する。各誘導電動機の情報を得る手段は存在せず、各誘導電動機の空転を検知することは不可能あるいは困難であると考えられるが、各誘導電動機が同時に空転状態になったことを全電流により検知することは可能である。
【００２０】
すなわち、各誘導電動機に流れる全電流値によって各誘導電動機の同時空転を検知し、トルクを補正することにより、各誘導電動機の同時空転を抑制して、トルクのレールへの伝達率を向上することが可能となる。
【００２１】
これにより、速度検出器が不要となるため、速度検出機構の誤パルスに起因するトルク擾乱を除去すると共に、速度検出器の撤去に伴なう誘導電動機の容量増加を期待することができる。
さらに、電流検出手段の数を低減することが可能となるため、低コスト化を図ることができる。
【００２４】
また、請求項１の発明の速度センサレスベクトル制御を用いた電気車駆動用誘導電動機の制御装置においては、ロータ回転周波数推定値によって各誘導電動機の同時空転を検知し、トルクを補正することにより、各誘導電動機の同時空転を抑制して、トルクを最大限にレールへ伝達することが可能となる。
【００２５】
これにより、従来の空転抑制制御にある、同時空転抑制のためのトルク指令補正のアルゴリズムを継承することが可能となり、蓄積された技術を生かした高信頼性システムを構築することができる。
また、速度検出器が不要となるため、速度検出機構の誤動作に起因するトルク擾乱を除去すると共に、速度検出器の撤去に伴なう誘導電動機の容量増加を期待することができる。
さらに、各誘導電動機の個別の空転を抑制できない分、空転抑制の性能は若干劣るものの、粘着力に余裕のあるような動作点を有する電気車、すなわち電気車の推進力に対して誘導電動機の数が多く、１台の誘導電動機に分担される推進力が小さい電気車において十分な性能を有する。
【００２６】
上記の目的を達成するため、請求項２の発明は、直流を任意の周波数の交流に変換する１台の可変電圧可変周波数インバータ（ＶＶＶＦインバータ）により、電気車駆動用の複数台の誘導電動機を駆動するベクトル制御方式の制御装置において、前記各誘導電動機に流れる全体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り検出された電流値に基づいて、前記各誘導電動機が同時に空転することを抑制するように、個々の誘導電動機の情報に基づくことなく、トルク指令を補正するものであって、少なくとも前記電流検出手段により検出された電流値に基づいて、前記各誘導電動機を１台の誘導電動機とみなした場合の当該誘導電動機に発生する誘起電圧を推定演算する誘起電圧演算手段と、前記誘起電圧演算手段により推定演算された誘導電動機の誘起電圧に基づいて、前記トルク指令への補正量を演算するトルク補正量演算手段と、前記トルク補正量演算手段により演算されたトルク指令補正量と前記トルク指令とを加算する加算手段とから成るトルク指令補正手段と、前記トルク指令補正手段により補正されたトルク指令に追従したトルクを前記各誘導電動機が出力するように、前記ＶＶＶＦインバータを制御するトルク制御手段と を備える。
【００２７】
従って、請求項２の発明の速度センサレスベクトル制御を用いた電気車駆動用誘導電動機の制御装置においては、各誘導電動機に流れる全電流値に基づいて、各誘導電動機を１台の誘導電動機とみなした場合の誘起電圧を推定演算し、この推定演算された誘起電圧に基づいてトルク指令を補正する。
【００２８】
すなわち、誘起電圧によって各誘導電動機の同時空転を検知し、トルクを補正することにより、各誘導電動機の同時空転を抑制して、トルクを最大限にレールへ伝達することが可能となる。
【００２９】
これにより、速度検出器が不要となるため、速度検出機構の誤動作に起因するトルク擾乱を除去すると共に、速度検出器の撤去に伴なう誘導電動機の容量増加を期待することができる。
【００３０】
さらに、各誘導電動機の個別の空転を抑制できない分、空転抑制の性能は若干劣るものの、粘着力に余裕のあるような動作点を有する電気車、すなわち電気車の推進力に対して誘導電動機の数が多く、１台の誘導電動機に分担される推進力が小さい電気車において十分な性能を有する。
【００５７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
（第１の実施の形態）
図１は、本実施の形態による速度センサレスベクトル制御を用いた電気車駆動用誘導電動機の制御装置の概略構成例を示すブロック図であり、図１３と同一要素には同一符号を付して示している。
【００５８】
図１において、直流を任意の周波数の交流に変換するＶＶＶＦインバータ１の交流側に、電気車駆動用の複数ｎ台（ｎ＞１：図では４台）の誘導電動機３，４，５，６が接続され、トルク指令に追従したトルクを各誘導電動機３，４，５，６が出力するように、トルク制御部２がＶＶＶＦインバータ１を制御するようになっている。
【００５９】
また、各誘導電動機３，４，５，６は、車輪２５，２６，２７，２８を介してそれぞれレール１２に接している。
一方、制御装置は、電流検出器７，８，９，１０と、トルク指令補正部１７と、トルク制御部２とから構成している。
【００６０】
電流検出器７，８，９，１０は、ｎ台（４台）のそれぞれ各誘導電動機３，４，５，６に対応して備えられ、各誘導電動機３，４，５，６に流れる電流をそれぞれ個別に検出する。
【００６１】
トルク指令補正部１７は、電流検出器７，８，９，１０により検出された各電流値に基づいて、トルク指令を補正する。
トルク制御部２は、トルク指令補正部１７により補正されたトルク指令に追従したトルクを各誘導電動機３，４，５，６が出力するように、ＶＶＶＦインバータ１を制御する。
【００６２】
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ベクトル制御を用いた電気車駆動用誘導電動機の制御装置の作用について説明する。
図１において、電流検出器７，８，９，１０では、各誘導電動機３，４，５，６に流れる電流Ｉ1u，Ｉ1w，Ｉ2u，Ｉ2w，Ｉ3u，Ｉ3w，Ｉ4u，Ｉ4wが検出される。この電流検出器７，８，９，１０により検出された各誘導電動機３，４，５，６に流れる電流Ｉ1u，Ｉ1w，Ｉ2u，Ｉ2w，Ｉ3u，Ｉ3w，Ｉ4u，Ｉ4wは、トルク指令補正部１７へ入力される。
【００６３】
トルク指令補正部１７では、入力であるトルク指令Ｔｍ* が、各誘導電動機３，４，５，６に流れる電流Ｉ1u，Ｉ1w，Ｉ2u，Ｉ2w，Ｉ3u，Ｉ3w，Ｉ4u，Ｉ4wに基づいて補正される。この補正後のトルク指令Ｔｍ* ｃｍｐは、トルク制御部２へ入力される。
【００６４】
トルク制御部２では、補正後のトルク指令Ｔｍ* ｃｍｐに各誘導電動機３，４，５，６が出力するトルクが一致するように、ＶＶＶＦインバータ１が制御される。
【００６５】
すなわち、トルク制御部２では、補正後のトルク指令Ｔｍ* ｃｍｐから求められる電流指令と、電流検出器７，８，９，１０により検出された各誘導電動機３，４，５，６に流れる電流値Ｉ1u，Ｉ1w，Ｉ2u，Ｉ2w，Ｉ3u，Ｉ3w，Ｉ4u，Ｉ4wとが一致するように電流制御を行なうことにより、補正後のトルク指令 Ｔｍ* ｃｍｐに追従したトルクがＶＶＶＦインバータ１に出力される。
【００６６】
電気車では、各誘導電動機３，４，５，６が、車輪２５，２６，２７，２８を介してレール１２に接している。そして、電気車の車体速度と車輪速度とが微少な速度差を持つことにより、各誘導電動機３，４，５，６の出力するトルクをレール１２に伝えることができる。車体速度と車輪速度が一致することは、レール１２上を車輪２５，２６，２７，２８が全く滑りを持たず、転がる状態を意味する。各誘導電動機３，４，５，６の出力するトルクの中で、レール１２へ伝わるトルクあるいは力は、粘着力とも呼ばれ、電気車の推進力となる。
【００６７】
前述したように、車輪２５，２６，２７，２８と車体速度との速度差が大きくなると、車輪２５，２６，２７，２８とレール１２との間の粘着力が低下し、電気車として十分な推進力を得られなくなる。そして、この状態では、各誘導電動機３，４，５，６のロータおよび車輪２５，２６，２７，２８は、レール１２への粘着力が低下した分、余剰なトルクにより急激な加速トルクを得て、回転周波数が上昇して、空転が発生する。この空転は、車輪２５，２６，２７，２８からレール１２への粘着力、すなわち電気車の推進力の低下を表わす現象であることから、電気車としては、各誘導電動機３，４，５，６の空転を抑制して、レール１２へ大きなトルクを伝達することが重要である。
【００６８】
本実施の形態では、１台の同一のＶＶＶＦインバータ１により４台の誘導電動機３，４，５，６を駆動する場合、各誘導電動機３，４，５，６にかかる電圧の大きさと周波数と位相とは全く同一となる。しかしながら、各誘導電動機３，４，５，６が空転等の原因によって別な回転速度を有する場合には、それぞれ別個の滑り周波数を有することになる。
【００６９】
図２は、例えば誘導電動機３，４，５，６の順にロータの回転周波数が遅い場合のＶＶＶＦインバータ１の出力周波数ωｉと滑り周波数ωｓとの関係の一例を示す図である。
【００７０】
図２に示すように、ＶＶＶＦインバータ１の出力周波数ωｉは、各誘導電動機３，４，５，６に対して一定となる。各誘導電動機３，４，５，６のロータの回転周波数ωｒの個体差により、滑り周波数ωｓにばらつきが生じる。この滑り周波数ωｓは、誘導電動機３，４，５，６のインピーダンスに影響を与える。
【００７１】
図３は、誘導電動機の定常等価回路を示す図である。
図３から、滑りＳ（＝ωｓ／ωｉ）に応じて、誘導電動機のインピーダンスが変化することが分かる。このため、同一のＶＶＶＦインバータ１から同一の電圧Ｖ１を各誘導電動機３，４，５，６に与えるにも関わらず、滑り周波数ωｓの差異により、各誘導電動機３，４，５，６を流れる電流は同一でない。
【００７２】
上述したように、本実施の形態の速度センサレスベクトル制御を用いた電気車駆動用誘導電動機の制御装置では、電気車駆動用の各誘導電動機３，４，５，６に流れる電流値Ｉ1u，Ｉ1w，Ｉ2u，Ｉ2w，Ｉ3u，Ｉ3w，Ｉ4u，Ｉ4wに基づいて、トルク指令Ｔｍ* を補正する、すなわち電流値によって個々の誘導電動機３，４，５，６の空転を検知し、トルクを補正するようにしているので、各誘導電動機３，４，５，６の空転を抑制して、トルクを最大限にレール１２へ伝達することが可能となる。
【００７３】
以上により、速度検出器が不要となるため、速度検出機構の誤パルスに起因するトルク擾乱を除去すると共に、速度検出器の撤去に伴なう誘導電動機３，４，５，６の容量増加を期待することができる。
【００７４】
（第２の実施の形態）
図４は、本実施の形態による速度センサレスベクトル制御を用いた電気車駆動用誘導電動機の制御装置の概略構成例を示すブロック図であり、図１と同一要素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。
【００７５】
本実施の形態では、前記第１の実施の形態において、各誘導電動機３，４，５，６に流れる電流の検出方法が異なっている。
すなわち、図１において、制御装置は、電流検出器７，８，９と、電流検出器１１と、電流演算器２４と、トルク指令補正部１７と、トルク制御部２とから構成している。
【００７６】
電流検出器７，８，９は、ｎ−１台（４−１＝３台）のそれぞれ各誘導電動機３，４，５に対応して備えられ、各誘導電動機３，４，５に流れる電流をそれぞれ個別に検出する。
【００７７】
電流検出器１１は、前記ＶＶＶＦインバータ１の出力端子Ｔ０と各誘導電動機３，４，５，６の入力端子Ｔ１との間における共有した接続線に備えられ、ｎ台（４台）の各誘導電動機３，４，５，６に流れる全体の電流（全電流）を検出する。
【００７８】
電流演算器２４は、電流検出器７，８，９により検出された各電流値と、電流検出器１１により検出された全電流値とに基づいて、ｎ−１台の誘導電動機３，４，５以外のｎ台目の誘導電動機６に流れる電流値を演算する。
【００７９】
トルク指令補正部１７は、電流検出器７，８，９により検出された各電流値と、電流演算器２４により演算された電流値とに基づいて、トルク指令を補正する。
【００８０】
トルク制御部２は、トルク指令補正部１７により補正されたトルク指令に追従したトルクを各誘導電動機３，４，５，６が出力するように、ＶＶＶＦインバータ１を制御する。
【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ベクトル制御を用いた電気車駆動用誘導電動機の制御装置の作用について説明する。
図４において、電流検出器７，８，９では、各誘導電動機３，４，５に流れる電流Ｉ1u，Ｉ1w，Ｉ2u，Ｉ2w，Ｉ3u，Ｉ3wが検出される。この電流検出器７，８，９により検出された各誘導電動機３，４，５に流れる電流Ｉ1u，Ｉ1w，Ｉ2u，Ｉ2w，Ｉ3u，Ｉ3wは、電流演算器２４へ入力される。
【００８２】
また、電流検出器１１では、各誘導電動機３，４，５，６に流れる全体の電流（全電流）が検出される。この電流検出器１１により検出された各誘導電動機３，４，５，６に流れる全電流Ｉu ，Ｉw は、電流演算器２４へ入力される。
【００８３】
ここで、全電流Ｉu ，Ｉw と各誘導電動機３，４，５，６に流れる電流Ｉ1u，Ｉ1w，Ｉ2u，Ｉ2w，Ｉ3u，Ｉ3w，Ｉ4u，Ｉ4wとの間には、以下に示すような関係がある。
【００８４】
【数１】
電流演算器２４では、電流検出器７，８，９により検出された各誘導電動機３，４，５の電流値Ｉ1u，Ｉ1w，Ｉ2u，Ｉ2w，Ｉ3u，Ｉ3wと、電流検出器１１により検出された各誘導電動機３，４，５，６の全電流Ｉ1u，Ｉ1wとに基づいて、例えば次式により、誘導電動機６に流れる電流値Ｉ4u，Ｉ4wが演算される。
【００８６】
【数２】
トルク指令補正部１７では、入力であるトルク指令Ｔｍ* が、各誘導電動機３，４，５，６に流れる電流Ｉ1u，Ｉ1w，Ｉ2u，Ｉ2w，Ｉ3u，Ｉ3w，Ｉ4u，Ｉ4wに基づいて補正される。この補正後のトルク指令Ｔｍ* ｃｍｐは、トルク制御部２へ入力される。
【００８８】
トルク制御部２では、補正後のトルク指令Ｔｍ* ｃｍｐに各誘導電動機３，４，５，６が出力するトルクが一致するように、ＶＶＶＦインバータ１が制御される。
【００８９】
すなわち、トルク制御部２では、補正後のトルク指令Ｔｍ* ｃｍｐから求められる電流指令と、電流検出器７，８，９，１０により検出された各誘導電動機３，４，５，６に流れる電流値Ｉ1u，Ｉ1w，Ｉ2u，Ｉ2w，Ｉ3u，Ｉ3w，Ｉ4u，Ｉ4wとが一致するように電流制御を行なうことにより、補正後のトルク指令 Ｔｍ* ｃｍｐに追従したトルクがＶＶＶＦインバータ１に出力される。
【００９０】
上述したように、本実施の形態の速度センサレスベクトル制御を用いた電気車駆動用誘導電動機の制御装置では、電気車駆動用の各誘導電動機３，４，５，６に流れる電流値Ｉ1u，Ｉ1w，Ｉ2u，Ｉ2w，Ｉ3u，Ｉ3w，Ｉ4u，Ｉ4wに基づいて、トルク指令Ｔｍ* を補正する、すなわち電流値によって個々の誘導電動機３，４，５，６の空転を検知し、トルクを補正するようにしているので、各誘導電動機３，４，５，６の空転を抑制して、トルクを最大限にレール１２へ伝達することが可能となる。
【００９１】
以上により、速度検出器が不要となるため、速度検出機構の誤パルスに起因するトルク擾乱を除去すると共に、速度検出器の撤去に伴なう誘導電動機３，４，５，６の容量増加を期待することができる。
【００９２】
（第３の実施の形態）
図５は、本実施の形態による速度センサレスベクトル制御を用いた電気車駆動用誘導電動機の制御装置におけるトルク指令補正部１７の概略構成例を示すブロック図であり、前記図１および図４と同一要素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。
【００９３】
すなわち、図５に示すように、本実施の形態のトルク指令補正部１７は、４つのロータ周波数演算部２０，２１，２２，２３と、トルク補正量演算部１８と、加算器１９とから構成している。なお、トルク補正量演算部１８、および加算器１９により、第２のトルク指令補正部２９を構成している。
【００９４】
ロータ周波数演算部２０，２１，２２，２３は、それぞれ各誘導電動機３，４，５，６に対応して備えられ、前記各電流検出器７，８，９，１０により検出された各電流値、または前記各電流検出器７，８，９により検出された各電流値および前記電流演算器２４により演算された電流値に基づいて（本例では、各電流検出器７，８，９，１０により検出された各電流値の場合を例とする）、各誘導電動機３，４，５，６のロータの回転周波数をそれぞれ個別に推定演算する。
【００９５】
トルク補正量演算部１８は、各ロータ周波数演算手段２０，２１，２２，２３により推定演算された各誘導電動機３，４，５，６のロータ回転周波数に基づいて、前記トルク指令への補正量を演算する。
【００９６】
加算器１９は、トルク補正量演算部１８により演算されたトルク指令補正量と前記トルク指令とを加算する。
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ベクトル制御を用いた電気車駆動用誘導電動機の制御装置の作用について説明する。
【００９７】
なお、ここでは、前記図１および図４と異なる部分の作用についてのみ述べる。
図５において、ロータ周波数演算部２０，２１，２２，２３には、電流検出器７，８，９，１０により検出された各誘導電動機３，４，５，６に流れる電流 Ｉ1u，Ｉ1w，Ｉ2u，Ｉ2w，Ｉ3u，Ｉ3w，Ｉ4u，Ｉ4wが入力される。
【００９８】
ロータ周波数演算部２０，２１，２２，２３では、それぞれの各誘導電動機３，４，５，６に流れる電流値Ｉ1u，Ｉ1w，Ｉ2u，Ｉ2w，Ｉ3u，Ｉ3w，Ｉ4u，Ｉ4wに基づいて、各誘導電動機３，４，５，６のロータの回転周波数を推定演算し、ロータ回転周波数ＷＲ1h，ＷＲ2h，ＷＲ3h，ＷＲ4hが出力される。
【００９９】
この各ロータ周波数演算部２０，２１，２２，２３では、例えば次のような具体的な演算により、ロータ回転周波数ＷＲ1h，ＷＲ2h，ＷＲ3h，ＷＲ4hが演算される。
【０１００】
ここでは、２次磁束軸をｄ軸に一致させ、ｄ軸と直交する軸をｑ軸とするｄｑ軸回転座標系を導入する。近年の電気車制御では、トルク制御部２の中が、このｄｑ軸回転座標系を導入したベクトル制御系であることが多い。
【０１０１】
例えば、ロータ周波数演算部２０に入力される各誘導電動機３，４，５，６の相電流Ｉ1u，Ｉ1wは、ａ軸とａ軸に直交するｂ軸とからなる静止座標系からｄｑ軸回転座標系までの位相角θabにより、以下のようにｄｑ軸座標系上の電流値 Ｉd ，Ｉq に変換される。
【０１０２】
【数３】
そして、このｑ軸電流Ｉq に基づいて、例えば次式により、滑り周波数ＷＳh を推定することができる。同式は近似式であり、厳密実機の滑り周波数と一致はしないが、演算が容易である利点を有する。
【０１０４】
【数４】
ただし、Ｒ２：２次抵抗、Ｌ２：２次インダクタンス、Ｍ：相互インダクタンス、φ２* ：２次磁束指令値である。
次に、この滑り周波数ＷＳh に基づいて、例えば次式により、回転周波数 ＷＲh を求めることができる。
【０１０６】
ＷＲh ＝Ｗ１−ＷＳh
ただし、Ｗ１は１次周波数である。
一方、第２のトルク指令補正部２９には、このようにして求められたロータ回転周波数ＷＲ1h，ＷＲ2h，ＷＲ3h，ＷＲ4hが入力される。
【０１０７】
第２のトルク指令補正部２９では、ロータ回転周波数ＷＲ1h，ＷＲ2h，ＷＲ3h，ＷＲ4hに基づいてトルク指令指令Ｔｍ* を補正し、補正後のトルク指令 Ｔｍ* ｃｍｐが出力される。
【０１０８】
すなわち、この第２のトルク指令補正部２９では、トルク指令補正量演算部１８において、入力されたロータ回転周波数推定値ＷＲ1h，ＷＲ2h，ＷＲ3h，ＷＲ4hに基づいて、各誘導電動機３，４，５，６の空転を抑制するように、トルク指令補正量ΔＴｍが演算される。
【０１０９】
このトルク指令補正量演算部１８では、例えば次のような具体的な演算により、トルク指令補正量ΔＴｍが演算される。
すなわち、入力されたロータ回転周波数ＷＲ1h，ＷＲ2h，ＷＲ3h，ＷＲ4hの中から、最大の値ＷＲmax および最小の値ＷＲmin が抽出される。
【０１１０】
次に、この最大値ＷＲmax ，最小値ＷＲmin を用いて、例えば次式により、トルク指令補正量ΔＴｍが演算される。
ΔＴｍ＝−Ｇ・（ＷＲmax −ＷＲmin ）
ただし、Ｇはゲインを表わすものである。また、これらの関係は、回転が正転であると仮定している。
【０１１１】
ロータ回転周波数の最大値ＷＲmax と最小値ＷＲmin との差は、空転を表わす一つの指標であり、最大値ＷＲmax と最小値ＷＲmin との間に差がある場合、トルクを絞るようにトルク指令補正量ΔＴｍを設定することにより、各誘導電動機３，４，５，６の空転を抑制することができる。
【０１１２】
一方、加算器１９では、このようにして求められたトルク指令補正量ΔＴｍとトルク指令Ｔｍ* とを加算して、トルク指令Ｔｍ* が補正される。
次に、トルク制御部２では、加算器１９からの出力である補正後のトルク指令Ｔｍ* ｃｍｐに追従したトルクを出力するように、ＶＶＶＦインバータ１が制御される。
【０１１３】
なお、上記において、第２のトルク指令補正部２９への入力は、推定演算されたロータ回転周波数ＷＲ1h，ＷＲ2h，ＷＲ3h，ＷＲ4hであり、前述した従来におけるロータ回転周波数に基づくトルク指令補正のアルゴリズムをそのまま継承することができる。
【０１１４】
上述したように、本実施の形態の速度センサレスベクトル制御を用いた電気車駆動用誘導電動機の制御装置では、電気車駆動用の各誘導電動機３，４，５，６に流れる電流値Ｉ1u，Ｉ1w，Ｉ2u，Ｉ2w，Ｉ3u，Ｉ3w，Ｉ4u，Ｉ4wに基づいて、各誘導電動機３，４，５，６のロータの回転周波数ＷＲ1h，ＷＲ2h，ＷＲ3h，ＷＲ4hを推定演算し、この推定演算されたロータ回転周波数ＷＲ1h，ＷＲ2h， ＷＲ3h，ＷＲ4hに基づいてトルク指令を補正する、すなわち各ロータ回転周波数の推定値によって空転を検知し、トルクを補正するようにしているので、各誘導電動機３，４，５，６の空転を抑制して、トルクを最大限にレール１２へ伝達することが可能となる。
【０１１５】
以上により、従来の空転抑制制御にある、各誘導電動機のロータ回転周波数に基づくトルク指令補正のアルゴリズムを継承することが可能となり、蓄積された技術を生かした高信頼性システムを構築することができる。
【０１１６】
また、速度検出器が不要となるため、速度検出機構の誤パルスに起因するトルク擾乱を除去すると共に、速度検出器の撤去に伴なう誘導電動機３，４，５，６の容量増加を期待することができる。
【０１１７】
（第４の実施の形態）
図６は、本実施の形態による速度センサレスベクトル制御を用いた電気車駆動用誘導電動機の制御装置におけるトルク指令補正部１７の概略構成例を示すブロック図であり、前記図１および図４と同一要素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。
【０１１８】
すなわち、図６に示すように、本実施の形態のトルク指令補正部１７は、４つの電流位相角演算部３０，３１，３２，３３と、トルク補正量演算部１８と、加算器１９とから構成している。なお、トルク補正量演算部１８、および加算器１９により、第２のトルク指令補正部２９を構成している。
【０１１９】
電流位相角演算部３０，３１，３２，３３は、それぞれ各誘導電動機３，４，５，６に対応して備えられ、前記各電流検出器７，８，９，１０により検出された各電流値、または前記各電流検出器７，８，９により検出された各電流値および前記電流演算器２４により演算された電流値（本例では、各電流検出器７，８，９，１０により検出された各電流値の場合を例とする）のある基準軸に対する位相角をそれぞれ個別に演算する。
【０１２０】
トルク補正量演算部１８は、各電流位相角演算部３０，３１，３２，３３により演算された各電流のある基準軸に対する位相角に基づいて、前記トルク指令への補正量を演算する。
【０１２１】
加算器１９は、トルク補正量演算部１８により演算されたトルク指令補正量と前記トルク指令とを加算する。
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ベクトル制御を用いた電気車駆動用誘導電動機の制御装置の作用について説明する。
【０１２２】
なお、ここでは、前記図１および図４と異なる部分の作用についてのみ述べる。
図６において、電流位相角演算部３０，３１，３２，３３には、電流検出器７，８，９，１０により検出された各誘導電動機３，４，５，６に流れる電流Ｉ1u，Ｉ1w，Ｉ2u，Ｉ2w，Ｉ3u，Ｉ3w，Ｉ4u，Ｉ4wが入力される。
【０１２３】
電流位相角演算部３０，３１，３２，３３では、ある基準軸に対する各電流の位相が演算される。
ここで、前述の「ある基準軸」について述べる。すなわち、通常、図１または図４に示すトルク制御部２の内部では、ある座標系上で諸状態量を制御しており、この座標系は、回転座標系である場合や、静止座標系である場合もある。前述の「ある基準軸」とは、これら制御に用いられる座標系上のある一つの軸を指すものであったり、または電流基準を基準軸とすることもできる。
【０１２４】
一方、第２のトルク指令補正部２９には、このようにして電流位相角演算部３０，３１，３２，３３で求められた、ある基準軸に対する電流位相角θi1，θi2，θi3，θi4が入力される。
【０１２５】
第２のトルク指令補正部２９では、電流位相角θi1，θi2，θi3，θi4に基づいて、トルク指令Ｔｍ* を補正し、補正後のトルク指令Ｔｍ* ｃｍｐが出力される。
【０１２６】
すなわち、この第２のトルク指令補正部２９では、トルク指令補正量演算部１８において、入力された各電流位相角θi1，θi2，θi3，θi4に基づいて、各誘導電動機３，４，５，６の空転を抑制するように、トルク指令補正量ΔＴｍが演算される。
【０１２７】
このトルク指令補正量演算部１８では、例えば次のような具体的な演算により、トルク指令補正量ΔＴｍが演算される。
すなわち、入力された各電流位相差θi1，θi2，θi3，θi4の中から、最大の値θimaxおよび最小の値θiminが抽出される。
【０１２８】
次に、この最大値θimax，最小値θiminを用いて、例えば次式により、トルク指令補正量ΔＴｍが演算される。
ΔＴｍ＝−Ｇ・（θimax−θimin）
ただし、Ｇはゲインを表わすものである。また、これらの関係は、回転が正転であると仮定している。
【０１２９】
各誘導電動機３，４，５，６のロータ回転周波数が一致する場合、各誘導電動機３，４，５，６に流れる電流値Ｉ1u，Ｉ1w，Ｉ2u，Ｉ2w，Ｉ3u，Ｉ3w，Ｉ4u，Ｉ4wも一致する。
【０１３０】
従って、電流位相の最大値θimaxと最小値θiminとの差は、空転を表わす一つの指標であり、電流位相の最大値θimaxと最小値θiminとの間に差がある場合、トルクを絞るようにトルク指令補正量ΔＴｍを設定することにより、各誘導電動機３，４，５，６の空転を抑制することができる。
【０１３１】
一方、加算器１９では、このようにして求められたトルク指令補正量ΔＴｍとトルク指令Ｔｍ* とを加算して、トルク指令Ｔｍ* が補正される。
図７は、前記図３に示す誘導電動機の等価回路に従って、誘導電動機のインピーダンスのベクトルを示す図である。
【０１３２】
なお、図７中には、滑り周波数が小さい誘導電動機Ａと滑り周波数が大きい誘導電動機Ｂの２つのインピーダンスのベクトルを示している。
誘導電動機のインピーダンスＺは、１次側インピーダンスＺｓと２次側インピーダンスＺｒとの直列回路により表現され、以下のように表わされる。
【０１３３】
【数５】
１次側インピーダンスＺｓは、図３より次式のように表わされる。この１次側インピーダンスＺｓは、滑り周波数ωｓの影響を受けないため、滑り周波数が大きい誘導電動機においても、滑り周波数が小さい誘導電動機においても、同一となる。
【０１３５】
【数６】
【０１３６】
【数７】
ただし、Ｓ（＝ωｓ／ωｉ）：滑り。
例えば、滑り周波数ωｓが非常に大きい場合には、上記（５）式は下記の（６）式のように近似することができ、抵抗分が支配的である。
また、滑り周波数ωｓが非常に小さい場合には、上記（５）式は下記の（７）式のように近似することができ、インダクタンス分が支配的である。
【０１３８】
【数８】
上記（６）式、（７）式は究極の場合であるが、滑りＳすなわち滑り周波数 ωｓに応じて、２次側インピーダンスＺｒの偏角が変化するのが分かる。
ここで、偏角とは、複素数Ｚにおけるａｔａｎ（Ｉｍａｇ（Ｚ）／Ｒｅａｌ （Ｚ））のことで、インピーダンスＺに電圧Ｖをかけた場合に流れる電流をＩとすると、インピーダンスの偏角は力率角に相当する。
【０１４０】
前述のように、誘導電動機のインピーダンスＺは、１次側インピーダンスＺｓと２次側インピーダンスＺｒの直列結合で表わされるため、２次側インピーダンスＺｒの偏角が滑り周波数ωｓに応じて変化すると、誘導電動機のインピーダンスＺの偏角も同時に変化する。
【０１４１】
ＶＶＶＦインバータの出力電圧をＶ１とし、誘導電動機のインピーダンスをＺとし、誘導電動機に流れる電流をＩとすれば、次式のようにオームの法則が成り立つ。
【０１４２】
【数９】
前述のように、誘導電動機のインピーダンスＺの偏角は、この場合、ＶＶＶＦインバータ１の出力電圧Ｖ１とそれによって流れる誘導電動機の電流Ｉの力率角に相当する。
【０１４４】
従って、それぞれ滑り周波数が異なる誘導電動機３，４，５，６が同一のＶＶＶＦインバータ１に接続される場合には、誘導電動機のインピーダンスＺの偏角に応じて、各誘導電動機３，４，５，６に流れる電流の位相に差が生じる。
【０１４５】
上述したように、本実施の形態の速度センサレスベクトル制御を用いた電気車駆動用誘導電動機の制御装置では、互いにロータ回転周波数の異なる、すなわち滑り周波数の異なる電気車駆動用の各誘導電動機３，４，５，６を１台の同一のＶＶＶＦインバータ１により駆動する場合、各誘導電動機３，４，５，６のインピーダンスＺの偏角に応じて、各誘導電動機３，４，５，６に流れる電流Ｉ1u，Ｉ1w，Ｉ2u，Ｉ2w，Ｉ3u，Ｉ3w，Ｉ4u，Ｉ4wの位相に差が生じる。お互いの電流位相の差が大きい場合には、ロータの回転周波数の差が大きい場合であり、空転状態に相当する。
【０１４６】
従って、電流位相の差に応じてトルク指令を補正するようにしているので、各誘導電動機３，４，５，６の空転を抑制して、トルクを最大限にレール１２へ伝達することが可能となる。
【０１４７】
以上により、速度検出器が不要となるため、速度検出機構の誤動作に起因するトルク擾乱を除去すると共に、速度検出器の撤去に伴なう誘導電動機の容量増加を期待することができる。
【０１４８】
（第５の実施の形態）
図８は、本実施の形態による速度センサレスベクトル制御を用いた電気車駆動用誘導電動機の制御装置におけるトルク指令補正部１７の概略構成例を示すブロック図であり、前記図１および図４と同一要素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。
【０１４９】
すなわち、図８に示すように、本実施の形態のトルク指令補正部１７は、４つの誘起電圧演算部３４，３５，３６，３７と、トルク補正量演算部１８と、加算器１９とから構成している。なお、トルク補正量演算部１８、および加算器１９により、第２のトルク指令補正部２９を構成している。
【０１５０】
誘起電圧演算部３４，３５，３６，３７は、それぞれ各誘導電動機３，４，５，６に対応して備えられ、前記各電流検出器７，８，９，１０により検出された各電流値、または前記各電流検出器７，８，９により検出された各電流値および前記電流演算器２４により演算された電流値に基づいて（本例では、各電流検出器７，８，９，１０により検出された各電流値の場合を例とする）、各誘導電動機３，４，５，６に発生する誘起電圧をそれぞれ個別に推定演算する。
【０１５１】
トルク補正量演算部１８は、各誘起電圧演算部３４，３５，３６，３７により推定演算された各誘導電動機３，４，５，６の誘起電圧に基づいて、前記トルク指令への補正量を演算する。
【０１５２】
加算器１９は、トルク補正量演算部１８により演算されたトルク指令補正量と前記トルク指令とを加算する。
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ベクトル制御を用いた電気車駆動用誘導電動機の制御装置の作用について説明する。
【０１５３】
なお、ここでは、前記図１および図４と異なる部分の作用についてのみ述べる。
図８において、誘起電圧演算部３４，３５，３６，３７には、電流検出器７，８，９，１０により検出された各誘導電動機３，４，５，６に流れる電流 Ｉ1u，Ｉ1w，Ｉ2u，Ｉ2w，Ｉ3u，Ｉ3w，Ｉ4u，Ｉ4wが入力される。
【０１５４】
誘起電圧演算部３４，３５，３６，３７では、それぞれの各誘導電動機３，４，５，６に流れる電流値Ｉ1u，Ｉ1w，Ｉ2u，Ｉ2w，Ｉ3u，Ｉ3w，Ｉ4u，Ｉ4wに基づいて、各誘導電動機３，４，５，６に発生する誘起電圧を推定演算し出力される。
【０１５５】
この誘起電圧演算部３４，３５，３６，３７では、例えば次のような具体的な演算により、それぞれの誘導電動機３，４，５，６に発生する誘起電圧Ｅ1h，Ｅ2h，Ｅ3h，Ｅ4hが推定演算される。なお、誘起電圧の演算の方法は、以下の方法に限定されるものではない。
誘導電動機の特性は、次式により表わされる。
【０１５６】
【数１０】
ただし、Ｖ１：インバータ出力電圧、Ｒ１：１次抵抗、σＬ１：１次等価漏れインダクタンス、Ｉ：電流、φ：１次側等価２次磁束、Ｅ：誘起電圧、ｐ：微分演算子。
誘起電圧は、例えば次式により、以下のように推定演算することができる。
【０１５８】
【数１１】
ただし、Ｅｈ：誘起電圧の推定演算値。
前記第４の実施の形態で説明したように、互いにロータの回転周波数の異なる複数台の誘導電動機を同一の電圧を与える１台のＶＶＶＦインバータで駆動する場合、誘導電動機のインピーダンスの違いから、電流値がそれぞれ異なる値を示す。
【０１６０】
上記（１０）式に示すように、誘起電圧の推定演算値Ｅ1h，Ｅ2h，Ｅ3h，Ｅ4hは、電流の情報を含むため、誘導電動機の回転周波数の違いに応じて、異なる値を示す。
【０１６１】
一方、第２のトルク指令補正部２９には、このようにして求められた誘起電圧
Ｅ1h，Ｅ2h，Ｅ3h，Ｅ4hが入力される。
第２のトルク指令補正部２９では、誘起電圧Ｅ1h，Ｅ2h，Ｅ3h，Ｅ4hに基づいてトルク指令指令Ｔｍ* を補正し、補正後のトルク指令Ｔｍ* ｃｍｐが出力される。
【０１６２】
すなわち、この第２のトルク指令補正部２９では、トルク指令補正量演算部１８において、入力された誘起電圧Ｅ1h，Ｅ2h，Ｅ3h，Ｅ4hに基づいて、各誘導電動機３，４，５，６の空転を抑制するように、トルク指令補正量ΔＴｍが演算される。
【０１６３】
このトルク指令補正量演算部１８では、例えば次のような具体的な演算により、トルク指令補正量ΔＴｍが演算される。
すなわち、入力された各誘起電圧Ｅ1h，Ｅ2h，Ｅ3h，Ｅ4hの絶対値｜Ｅ1h｜，｜Ｅ2h｜，｜Ｅ3h｜，｜Ｅ4h｜をそれぞれ演算し、誘起電圧の絶対値が最大の値｜Ｅ｜max および最小の値｜Ｅ｜min が抽出される。
次に、この最大値｜Ｅ｜max ，最小値｜Ｅ｜min を用いて、例えば次式により、トルク指令補正量ΔＴｍが演算される。
【０１６４】
【数１２】
ただし、Ｇはゲインを表わすものである。また、これらの関係は、回転が正転であると仮定している。
誘起電圧の絶対値は、回転周波数に比例するものであり、各誘導電動機３，４，５，６のロータ回転周波数が一致する場合、各誘導電動機３，４，５，６に発生する誘起電圧の絶対値｜Ｅ1h｜，｜Ｅ2h｜，｜Ｅ3h｜，｜Ｅ4h｜も一致する。
【０１６６】
従って、誘起電圧の絶対値の最大値｜Ｅ｜max と最小値｜Ｅ｜min との差は、空転を表わす一つの指標であり、誘起電圧の絶対値の最大値｜Ｅ｜max と最小値｜Ｅ｜min の間に差がある場合、トルクを絞るようにトルク指令補正量ΔＴｍを設定することにより、各誘導電動機３，４，５，６の空転を抑制することができる。
【０１６７】
一方、加算器１９では、このようにして求められたトルク指令補正量ΔＴｍとトルク指令Ｔｍ* とを加算して、トルク指令Ｔｍ* が補正される。
なお、上記では、トルク指令補正演算部１８の一例として、誘起電圧の絶対値に基づいてトルク指令補正量ΔＴｍを導出する場合について示したが、これに限らず、例えば誘起電圧の位相に基づいてトルク指令補正量ΔＴｍを導出することもできる。
【０１６８】
上述したように、本実施の形態の速度センサレスベクトル制御を用いた電気車駆動用誘導電動機の制御装置では、互いにロータ回転周波数の異なる、すなわち滑り周波数の異なる電気車駆動用の各誘導電動機３，４，５，６を１台の同一のＶＶＶＦインバータ１により駆動する場合、各誘導電動機３，４，５，６のインピーダンスＺの差に応じて、各誘導電動機３，４，５，６に発生する誘起電圧 Ｅ1h，Ｅ2h，Ｅ3h，Ｅ4hに差が生じる。例えば、お互いの誘起電圧の差が大きい場合には、ロータの回転周波数の差が大きい場合を示し、空転状態に相当することが分かる。
【０１６９】
従って、推定演算された誘起電圧に応じてトルクを補正するようにしているので、各誘導電動機３，４，５，６の空転を抑制して、トルクを最大限にレール１２へ伝達することが可能となる。
【０１７０】
以上により、速度検出器が不要となるため、速度検出機構の誤動作に起因するトルク擾乱を除去すると共に、速度検出器の撤去に伴なう誘導電動機の容量増加を期待することができる。
【０１７１】
（第６の実施の形態）
図９は、本実施の形態による速度センサレスベクトル制御を用いた電気車駆動用誘導電動機の制御装置におけるトルク指令補正部１７の概略構成例を示すブロック図であり、前記図１および図４と同一要素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。
【０１７２】
すなわち、図９に示すように、本実施の形態のトルク指令補正部１７は、４つの磁束演算部３８，３９，４０，４１と、トルク補正量演算部１８と、加算器１９とから構成している。なお、トルク補正量演算部１８、および加算器１９により、第２のトルク指令補正部２９を構成している。
【０１７３】
磁束演算部３８，３９，４０，４１は、それぞれ各誘導電動機３，４，５，６に対応して備えられ、前記各電流検出器７，８，９，１０により検出された各電流値、または前記各電流検出器７，８，９により検出された各電流値および前記電流演算器２４により演算された電流値に基づいて（本例では、各電流検出器７，８，９，１０により検出された各電流値の場合を例とする）、各誘導電動機３，４，５，６に発生する磁束をそれぞれ個別に推定演算する。
【０１７４】
トルク補正量演算部１８は、各磁束演算部３８，３９，４０，４１により推定演算された各誘導電動機３，４，５，６の磁束に基づいて、前記トルク指令への補正量を演算する。
【０１７５】
加算器１９は、トルク補正量演算部１８により演算されたトルク指令補正量と前記トルク指令とを加算する。
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ベクトル制御を用いた電気車駆動用誘導電動機の制御装置の作用について説明する。
【０１７６】
なお、ここでは、前記図１および図４と異なる部分の作用についてのみ述べる。
図９において、磁束演算部３８，３９，４０，４１には、電流検出器７，８，９，１０により検出された各誘導電動機３，４，５，６に流れる電流 Ｉ1u，Ｉ1w，Ｉ2u，Ｉ2w，Ｉ3u，Ｉ3w，Ｉ4u，Ｉ4wが入力される。
【０１７７】
磁束演算部３８，３９，４０，４１では、それぞれの各誘導電動機３，４，５，６に発生する磁束を推定演算し出力される。
この磁束演算部３８，３９，４０，４１では、例えば次のような具体的な演算により、それぞれの誘導電動機３，４，５，６に発生する磁束φ1h，φ2h，φ3h，φ4hが推定演算される。この場合、誘導電動機の１次側等価２次磁束が推定演算される。なお、磁束の演算の方法は、以下の方法に限定されるものではない。
磁束は、例えば次式より、以下のように推定演算することができる。
【０１７８】
【数１３】
ただし、φｈ：１次側等価２次磁束の推定演算値。
前記第４の実施の形態で説明したように、互いにロータの回転周波数の異なる複数台の誘導電動機を同一の電圧を与える１台のＶＶＶＦインバータで駆動する場合、誘導電動機のインピーダンスの違いから、電流値がそれぞれ異なる値を示す。
【０１８０】
上記（１１）式に示すように、磁束の推定演算値φ1h，φ2h，φ3h，φ4hは、電流の情報を含むため、誘導電動機の回転周波数の違いに応じて、異なる値を示す。
【０１８１】
一方、第２のトルク指令補正部２９には、このようにして求められた磁束φ1h，φ2h，φ3h，φ4hが入力される。
第２のトルク指令補正部２９では、磁束φ1h，φ2h，φ3h，φ4hに基づいてトルク指令指令Ｔｍ* を補正し、補正後のトルク指令Ｔｍ* ｃｍｐが出力される。
【０１８２】
すなわち、この第２のトルク指令補正部２９では、トルク指令補正量演算部１８において、入力された各磁束φ1h，φ2h，φ3h，φ4hに基づいて、各誘導電動機３，４，５，６の空転を抑制するように、トルク指令補正量ΔＴｍが演算される。
【０１８３】
このトルク指令補正量演算部１８では、例えば次のような具体的な演算により、トルク指令補正量ΔＴｍが演算される。
すなわち、入力された各磁束φ1h，φ2h，φ3h，φ4hのある基準軸に対する位相角∠φ1h，∠φ2h，∠φ3h，∠φ4hがそれぞれ演算される。
【０１８４】
ここで、前述の「ある基準軸」について述べる。すなわち、通常、図１または図４に示すトルク制御部２の内部では、ある座標系上で諸状態量を制御しており、この座標系は、回転座標系である場合や、静止座標系である場合もある。前述の「ある基準軸」とは、これら制御に用いられる座標系上のある一つの軸を指すものであったり、または電流基準を基準軸とすることもできる。
【０１８５】
すなわち、磁束の位相角∠φ1h，∠φ2h，∠φ3h，∠φ4hの中から、最大の値∠φmax および最小の値∠φmin が抽出される。
次に、この最大値∠φmax ，最小値∠φmin を用いて、例えば次式により、トルク指令補正量ΔＴｍが演算される。
【０１８６】
【数１４】
ただし、Ｇはゲインを表わすものである。また、これらの関係は、回転が正転であると仮定している。
各誘導電動機３，４，５，６のロータ回転周波数が一致する場合、各誘導電動機３，４，５，６共に、同一な磁束φ1h，φ2h，φ3h，φ4hを発生する。
【０１８８】
従って、磁束の位相角の最大値∠φmax と最小値∠φmin との差は、空転を表わす一つの指標であり、磁束の位相角の最大値∠φmax と最小値∠φmin との間に差がある場合、トルクを絞るようにトルク指令補正量ΔＴｍを設定することにより、各誘導電動機３，４，５，６の空転を抑制することができる。
【０１８９】
一方、加算器１９では、このようにして求められたトルク指令補正量ΔＴｍとトルク指令Ｔｍ* とを加算して、トルク指令Ｔｍ* が補正される。
なお、上記では、トルク指令補正演算部１８の一例として、磁束の位相角に基づいてトルク指令補正量ΔＴｍを導出する場合について示したが、これに限らず、例えば磁束の絶対値に基づいてトルク指令補正量ΔＴｍを導出することもできる。
【０１９０】
上述したように、本実施の形態の速度センサレスベクトル制御を用いた電気車駆動用誘導電動機の制御装置では、互いにロータ回転周波数の異なる、すなわち滑り周波数の異なる電気車駆動用の各誘導電動機３，４，５，６を１台の同一のＶＶＶＦインバータ１により駆動する場合、各誘導電動機３，４，５，６のインピーダンスＺの差に応じて、各誘導電動機３，４，５，６に発生する磁束に差が生じる。例えば、お互いの磁束の差が大きい場合には、ロータの回転周波数の差が大きい場合を示し、空転状態に相当することが分かる。
【０１９１】
従って、推定演算された磁束に応じてトルクを補正するようにしているので、各誘導電動機３，４，５，６の空転を抑制して、トルクを最大限にレール１２へ伝達することが可能となる。
【０１９２】
以上により、速度検出器が不要となるため、速度検出機構の誤動作に起因するトルク擾乱を除去すると共に、速度検出器の撤去に伴なう誘導電動機の容量増加を期待することができる。
【０１９３】
（第７の実施の形態）
図１０は、本実施の形態による速度センサレスベクトル制御を用いた電気車駆動用誘導電動機の制御装置の概略構成例を示すブロック図であり、図１および図４と同一要素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。
【０１９４】
本実施の形態では、前記第１および第２の実施の形態において、各誘導電動機３，４，５，６に流れる電流の検出方法が異なっている。
すなわち、図１０において、ＶＶＶＦインバータ１の交流側に、電気車駆動用の少なくとも１台（図では４台）の誘導電動機３，４，５，６が接続され、トルク指令に追従したトルクを各誘導電動機３，４，５，６が出力するように、トルク制御部２がＶＶＶＦインバータ１を制御するようになっている。
【０１９５】
一方、制御装置は、電流検出器１１と、トルク指令補正部１７と、トルク制御部２とから構成している。
電流検出器１１は、前記ＶＶＶＦインバータ１の出力端子Ｔ０と各誘導電動機３，４，５，６の入力端子Ｔ１との間における共有した接続線に備えられ、４台の各誘導電動機３，４，５，６に流れる全体の電流（全電流）を検出する。
【０１９６】
トルク指令補正部１７は、電流検出器１１により検出された全電流値に基づいて、各誘導電動機が同時に空転することを抑制するように、トルク指令を補正する。
【０１９７】
トルク制御部２は、トルク指令補正部１７により補正されたトルク指令に追従したトルクを各誘導電動機３，４，５，６が出力するように、ＶＶＶＦインバータ１を制御する。
【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ベクトル制御を用いた電気車駆動用誘導電動機の制御装置の作用について説明する。
図１０において、電流検出器１１では、各誘導電動機３，４，５，６に流れる全体の電流（全電流）が検出される。この電流検出器１１により検出された各誘導電動機３，４，５，６に流れる全電流Ｉu ，Ｉw は、トルク指令補正部１７へと入力される。
【０１９９】
トルク指令補正部１７では、入力であるトルク指令Ｔｍ* が、各誘導電動機３，４，５，６に流れる全電流Ｉu ，Ｉw に基づいて補正される。この補正後のトルク指令Ｔｍ* ｃｍｐは、トルク制御部２へ入力される。
【０２００】
トルク制御部２では、補正後のトルク指令Ｔｍ* ｃｍｐに各誘導電動機３，４，５，６が出力するトルクが一致するように、ＶＶＶＦインバータ１が制御される。
【０２０１】
すなわち、トルク制御部２では、補正後のトルク指令Ｔｍ* ｃｍｐから求められる電流指令と、電流検出器１１により検出された各誘導電動機３，４，５，６に流れる全電流値Ｉu ，Ｉw とが一致するように電流制御を行なうことにより、補正後のトルク指令Ｔｍ* ｃｍｐに追従したトルクがＶＶＶＦインバータ１に出力される。
【０２０２】
上述したように、本実施の形態の速度センサレスベクトル制御を用いた電気車駆動用誘導電動機の制御装置では、電気車駆動用の各誘導電動機３，４，５，６に流れる全電流値に基づいて、トルク指令Ｔｍ* を補正するようにしている。
【０２０３】
すなわち、各誘導電動機３，４，５，６の情報を得る手段は存在せず、各誘導電動機３，４，５，６の空転を検知することは不可能あるいは困難であると考えられるが、各誘導電動機３，４，５，６が同時に空転状態になったことを全電流により検知することは可能であり、この全電流値によって各誘導電動機３，４，５，６の同時空転を検知し、トルクを補正するようにしているので、各誘導電動機３，４，５，６の同時空転を抑制して、トルクのレール１２への伝達率を向上することが可能となる。
【０２０４】
以上により、速度検出器が不要となるため、速度検出機構の誤パルスに起因するトルク擾乱を除去すると共に、速度検出器の撤去に伴なう誘導電動機３，４，５，６の容量増加を期待することができる。
【０２０５】
また、前記第１および第２の実施の形態の場合と比較して、電流検出器の数を低減することが可能となるため、低コスト化を図ることができる。
さらに、本実施の形態では、前記第１および第２の実施の形態の場合と比較して、各誘導電動機３，４，５，６の個別の空転を抑制できない分、空転抑制の性能は若干劣るものの、前記図１４に示した粘着力に余裕のあるような動作点を有する電気車、すなわち電気車の推進力に対して誘導電動機の数が多く、１台の誘導電動機に分担される推進力が小さい電気車において、十分な性能を発揮することができる。
【０２０６】
なお、本実施の形態では、同一の１台のＶＶＶＦインバータに複数台の誘導電動機が接続された集中制御方式の電気車の場合について示しているが、同一の１台のＶＶＶＦインバータが唯一の誘導電動機を駆動制御する個別制御方式の電気車の場合についても、本発明を同様に適用することが可能である。
【０２０７】
（第８の実施の形態）
図１１は、本実施の形態による速度センサレスベクトル制御を用いた電気車駆動用誘導電動機の制御装置におけるトルク指令補正部１７の概略構成例を示すブロック図であり、前記図１および図４と同一要素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。
【０２０８】
すなわち、図１１に示すように、本実施の形態のトルク指令補正部１７は、ロータ周波数演算部４２と、トルク補正量演算部１８と、加算器１９とから構成している。なお、トルク補正量演算部１８、および加算器１９により、第２のトルク指令補正部２９を構成している。
【０２０９】
ロータ周波数演算部４２は、電流検出器１１により検出された全電流値に基づいて、各誘導電動機３，４，５，６を１台の誘導電動機とみなした場合のその誘導電動機のロータの回転周波数を推定演算する。
【０２１０】
トルク補正量演算部１８は、ロータ周波数演算部４２により推定演算された誘導電動機のロータ回転周波数に基づいて、前記トルク指令への補正量を演算する。
【０２１１】
加算器１９は、トルク補正量演算部１８により演算されたトルク指令補正量と前記トルク指令とを加算する。
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ベクトル制御を用いた電気車駆動用誘導電動機の制御装置の作用について説明する。
【０２１２】
なお、ここでは、前記図１および図４と異なる部分の作用についてのみ述べる。
図１１において、ロータ周波数演算部４２には、電流検出器１１により検出された各誘導電動機３，４，５，６に流れる全電流Ｉu ，Ｉw が入力される。
【０２１３】
ロータ周波数演算部４２では、各誘導電動機３，４，５，６に流れる全電流値Ｉu ，Ｉw に基づいて、４台の誘導電動機３，４，５，６を１台の誘導電動機とみなした場合のロータの回転周波数を推定演算し、ロータ回転周波数ＷＲh が出力される。
【０２１４】
このロータ周波数演算部４２では、例えば次のような具体的な演算により、ロータ回転周波数ＷＲh が推定演算される。
ここでは、２次磁束軸をｄ軸に一致させ、ｄ軸と直交する軸をｑ軸とするｄｑ軸回転座標系を導入する。近年の電気車制御では、トルク制御部２の中が、このｄｑ軸回転座標系を導入したベクトル制御系であることが多い。
【０２１５】
例えば、ロータ周波数演算部４２に入力される各誘導電動機３，４，５，６の相電流Ｉu ，Ｉw は、ａ軸とａ軸に直交するｂ軸とからなる静止座標系からｄｑ軸回転座標系までの位相角θabにより、以下のようにｄｑ軸座標系上の電流値 Ｉd ，Ｉq に変換される。
【０２１６】
【数１５】
ただし、ＮはＶＶＶＦインバータ１に接続された誘導電動機の数であり、ここでは４となる。
そして、このｑ軸電流Ｉq に基づいて、例えば次式により、滑り周波数ＷＳh を推定することができる。同式は近似式であり、厳密実機の滑り周波数と一致はしないが、演算が容易である利点を有する。
【０２１８】
【数１６】
ただし、Ｒ２：２次抵抗、Ｌ２：２次インダクタンス、Ｍ：相互インダクタンス、φ2 * ：２次磁束指令値である。
次に、この滑り周波数ＷＳh に基づいて、例えば次式により、回転周波数 ＷＲh を求めることができる。
【０２２０】
ＷＲh ＝Ｗ1 −ＷＳh
ただし、Ｗ1 は１次周波数である。
一方、第２のトルク指令補正部２９には、このようにして求められたロータ回転周波数ＷＲh が入力される。
【０２２１】
第２のトルク指令補正部２９では、ロータ回転周波数ＷＲh に基づいてトルク指令Ｔｍ* を補正し、補正後のトルク指令Ｔｍ* ｃｍｐが出力される。
すなわち、この第２トルク指令補正部２９では、トルク指令補正量演算部１８において、入力されたロータ回転周波数推定値ＷＲh に基づいて、各誘導電動機３，４，５，６の同時空転を抑制するように、トルク指令補正量ΔＴｍが演算される。
【０２２２】
このトルク指令補正量演算部１８では、例えば次のような具体的な演算により、トルク指令補正量ΔＴｍが演算される。
すなわち、入力されたロータ回転周波数推定ＷＲh に基づいて、その回転加速度ＡＣＣh が演算される。
【０２２３】
そして、この回転加速度があらかじめ設定された所定値ＡＣＣ* を超える場合には、両者の偏差に応じたトルク指令補正量ΔＴｍが出力される。また、回転加速度があらかじめ設定された所定値ＡＣＣ* を超えない場合には、零がトルク指令補正量ΔＴｍとして出力される。
【０２２４】
【数１７】
ただし、Ｇはゲインを表わすものである。また、これらの関係は、回転が正転であると仮定している。
誘導電動機の回転加速度の最大値ＡＣＣmax は、電気車の重量および最大の推進力を与えた場合の直線運動系を、誘導電動機周りの回転運動系へ換算することにより求めることができる。
【０２２６】
この誘導電動機の回転加速度の最大値ＡＣＣmax は、空転していない状態での誘導電動機の回転加速度の最大値を表わすものであり、実際の誘導電動機の回転加速度が、この最大値ＡＣＣmax を上回る場合には、誘導電動機が空転している状況が考えられる。
【０２２７】
従って、空転誤検知を考慮して、例えば以下のように所定値ＡＣＣ* を設定する。
ＡＣＣ* ＝ＡＣＣmax ＋α
ただし、α：空転誤検知を抑制するオフセット（＞０）。
【０２２８】
そして、推定された回転加速度ＡＣＣh が所定値ＡＣＣ* を上回る場合には、各誘導電動機３，４，５，６が同時に空転しているとみなし、トルクを絞るようにトルク指令補正量ΔＴｍを設定することにより、各誘導電動機３，４，５，６の同時空転を抑制することができる。
【０２２９】
上述したように、本実施の形態の速度センサレスベクトル制御を用いた電気車駆動用誘導電動機の制御装置では、電気車駆動用の各誘導電動機３，４，５，６に流れる全電流値Ｉu ，Ｉw に基づいて、４台の誘導電動機３，４，５，６を１台の誘導電動機とみなした場合のロータ回転周波数ＷＲh を推定演算し、この推定演算されたロータ回転周波数ＷＲh に基づいてトルク指令を補正する、すなわちロータ回転周波数の推定値によって各誘導電動機３，４，５，６の同時空転を検知し、トルクを補正するようにしているので、各誘導電動機３，４，５，６の同時空転を抑制して、トルクを最大限にレール１２へ伝達することが可能となる。
【０２３０】
以上により、従来の空転抑制制御にある、同時空転抑制のためのトルク指令補正のアルゴリズムを継承することが可能となり、蓄積された技術を生かした高信頼性システムを構築することができる。
【０２３１】
また、速度検出器が不要となるため、速度検出機構の誤動作に起因するトルク擾乱を除去すると共に、速度検出器の撤去に伴なう誘導電動機の容量増加を期待することができる。
【０２３２】
さらに、本実施の形態では、前記第１および第２の実施の形態の場合と比較して、各誘導電動機３，４，５，６の個別の空転を抑制できない分、空転抑制の性能は若干劣るものの、前記図１４に示した粘着力に余裕のあるような動作点を有する電気車、すなわち電気車の推進力に対して誘導電動機の数が多く、１台の誘導電動機に分担される推進力が小さい電気車において、十分な性能を発揮することができる。
【０２３３】
（第９の実施の形態）
図１２は、本実施の形態による速度センサレスベクトル制御を用いた電気車駆動用誘導電動機の制御装置におけるトルク指令補正部１７の概略構成例を示すブロック図であり、前記図１および図４と同一要素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。
【０２３４】
すなわち、図１２に示すように、本実施の形態のトルク指令補正部１７は、誘起電圧演算部４３と、トルク補正量演算部１８と、加算器１９とから構成している。なお、トルク補正量演算部１８、および加算器１９により、第２のトルク指令補正部２９を構成している。
【０２３５】
誘起電圧演算部４３は、電流検出器１１により検出された全電流値に基づいて、各誘導電動機３，４，５，６を１台の誘導電動機とみなした場合のその誘導電動機に発生する誘起電圧を推定演算する。
【０２３６】
トルク補正量演算部１８は、誘起電圧演算部４３により推定演算された誘導電動機の誘起電圧に基づいて、前記トルク指令への補正量を演算する。
加算器１９は、トルク補正量演算部１８により演算されたトルク指令補正量と前記トルク指令とを加算する。
【０２３７】
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ベクトル制御を用いた電気車駆動用誘導電動機の制御装置の作用について説明する。
なお、ここでは、前記図１および図４と異なる部分の作用についてのみ述べる。
【０２３８】
図１２において、誘起電圧演算部４３には、電流検出器１１により検出された各誘導電動機３，４，５，６に流れる全電流Ｉu ，Ｉw が入力される。
誘起電圧演算部４３では、各誘導電動機３，４，５，６に流れる全電流値Ｉu ，Ｉw に基づいて、４台の誘導電動機３，４，５，６を１台の誘導電動機とみなした場合の誘起電圧を推定演算し、誘起電圧Ｅh が出力される。
【０２３９】
この誘起電圧演算部４３では、例えば次のような具体的な演算により、誘起電圧Ｅh が推定演算される。
誘起電動機の特性は、次式により表わされる。
【０２４０】
【数１８】
ただし、Ｖ１：インバータ出力電圧、Ｒ１：１次抵抗、σＬ１：１次等価漏れインダクタンス、Ｉ：全電流、φ：１次側等価２次磁束、Ｅ：誘起電圧、ｐ：微分演算子、Ｎ：ＶＶＶＦインバータ１に接続された誘導電動機の数で、ここでは４である。
誘起電圧は、例えば次式により、以下のように推定演算することができる。
【０２４２】
【数１９】
ここで、演算された誘起電圧は、４台の誘導電動機３，４，５，６を１台の誘導電動機とみなした場合の近似的な値である。
一方、第２のトルク指令補正部２９には、このようにして求められた誘起電圧Ｅh が入力される。
【０２４４】
第２のトルク指令補正部２９では、誘起電圧Ｅh に基づいてトルク指令Ｔｍ* を補正し、補正後のトルク指令Ｔｍ* ｃｍｐが出力される。
すなわち、この第２のトルク指令補正部２９では、トルク指令補正量演算部１８において、入力された誘起電圧Ｅh に基づいて、各誘導電動機３，４，５，６の同時空転を抑制するように、トルク指令補正量ΔＴｍが演算される。
【０２４５】
このトルク指令補正量演算部１８では、例えば次のような具体的な演算により、トルク指令補正量ΔＴｍが演算される。
すなわち、入力された誘起電圧Ｅh に基づいて、その絶対値の時間変化量 ｄ｜Ｅh ｜が演算される。
【０２４６】
そして、この誘起電圧の絶対値の時間変化量ｄ｜Ｅh ｜があらかじめ設定された所定値ｄ｜Ｅh ｜* を超える場合には、両者の偏差に応じたトルク指令補正量ΔＴｍが出力される。また、誘起電圧の絶対値の時間変化量ｄ｜Ｅh ｜があらかじめ設定された所定値ｄ｜Ｅh ｜* を超えない場合には、零がトルク指令補正量ΔＴｍとして出力される。
【０２４７】
【数２０】
ただし、Ｇはゲインを表わすものである。また、これらの関係は、回転が正転であると仮定している。
誘導電動機の誘起電圧の絶対値は、ほぼ回転周波数×磁束量で表わされるため、誘起電圧の絶対値の時間変化量ｄ｜Ｅh ｜は回転加速度×磁束量で表わされる。この誘起電圧の絶対値の最大の時間変化量ｄ｜Ｅ｜max は、最大の加速度×磁束量として表わされる。
【０２４９】
ここで、誘導電動機の回転加速度の最大値ＡＣＣmax は、電気車の重量および最大の推進力を与えた場合の直線運動系を、誘導電動機周りの回転運動系へ換算することにより求めることができる。
【０２５０】
この誘導電動機の回転加速度の最大値ＡＣＣmax は、空転していない状態での電動機の回転加速度の最大値を表わすものであり、実際の誘起電圧の絶対値の時間変化量ｄ｜Ｅh ｜が、最大の時間変化量ｄ｜Ｅ｜max を上回る場合には、誘導電動機が空転している状況が考えられる。
従って、空転誤検知を考慮して、例えば以下のように所定値ｄ｜Ｅ｜* を設定する。
【０２５１】
【数２１】
ただし、α：空転誤検知を制御するオフセット（＞０）。
そして、推定された誘起電圧の絶対値の時間変化量ｄ｜Ｅ｜h が所定値 ｄ｜Ｅ｜* を上回る場合には、各誘導電動機３，４，５，６が同時に空転しているとみなし、トルクを絞るようにトルク指令補正量ΔＴｍを設定することにより、各誘導電動機３，４，５，６の同時空転を抑制することができる。
【０２５３】
上述したように、本実施の形態の速度センサレスベクトル制御を用いた電気車駆動用誘導電動機の制御装置では、電気車駆動用の各誘導電動機３，４，５，６に流れる全電流値Ｉu ，Ｉw に基づいて、４台の誘導電動機３，４，５，６を１台の誘導電動機とみなした場合の誘起電圧Ｅh を推定演算し、この推定演算された誘起電圧Ｅh に基づいてトルク指令を補正する、すなわち誘起電圧の推定値によって各誘導電動機３，４，５，６の同時空転を検知し、トルクを補正するようにしているので、各誘導電動機３，４，５，６の同時空転を抑制して、トルクを最大限にレール１２へ伝達することが可能となる。
【０２５４】
以上により、速度検出器が不要となるため、速度検出機構の誤動作に起因するトルク擾乱を除去すると共に、速度検出器の撤去に伴なう誘導電動機の容量増加を期待することができる。
【０２５５】
さらに、本実施の形態では、前記第１および第２の実施の形態の場合と比較して、各誘導電動機３，４，５，６の個別の空転を抑制できない分、空転抑制の性能は若干劣るものの、前記図１４に示した粘着力に余裕のあるような動作点を有する電気車、すなわち電気車の推進力に対して誘導電動機の数が多く、１台の誘導電動機に分担される推進力が小さい電気車において、十分な性能を発揮することができる。
【０２５６】
【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ベクトル制御を用いた電気車駆動用誘導電動機の制御装置によれば、１台のＶＶＶＦインバータにより電気車駆動用の少なくとも１台の誘導電動機を駆動するベクトル制御方式の制御装置において、各誘導電動機に流れる電流の情報に基づいてトルクを補正して、速度検出器を用いずに各誘導電動機の空転を抑制することが可能となり、大きなトルクをレールへ伝達して十分な推進力を得ることができる。
【０２５７】
これにより、速度検出器が不要となるため、速度検出機構の誤パルスに起因するトルク擾乱を除去すると共に、速度検出器の撤去に伴なう誘導電動機の容量増加を期待することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による速度センサレスベクトル制御を用いた電気車駆動用誘導電動機の制御装置の第１の実施の形態を示すブロック図。
【図２】ＶＶＶＦインバータの出力周波数と誘導電動機のロータ回転周波数と滑り周波数との関係を示す図。
【図３】誘導電動機の定常等価回路を示す図。
【図４】本発明による速度センサレスベクトル制御を用いた電気車駆動用誘導電動機の制御装置の第２の実施の形態を示すブロック図。
【図５】本発明による第３の実施の形態の速度センサレスベクトル制御を用いた電気車駆動用誘導電動機の制御装置におけるトルク指令補正部の構成例を示すブロック図。
【図６】本発明による第４の実施の形態の速度センサレスベクトル制御を用いた電気車駆動用誘導電動機の制御装置におけるトルク指令補正部の構成例を示すブロック図。
【図７】誘導電動機のインピーダンスのベクトルを示す図。
【図８】本発明による第５の実施の形態の速度センサレスベクトル制御を用いた電気車駆動用誘導電動機の制御装置におけるトルク指令補正部の構成例を示すブロック図。
【図９】本発明による第６の実施の形態の速度センサレスベクトル制御を用いた電気車駆動用誘導電動機の制御装置におけるトルク指令補正部の構成例を示すブロック図。
【図１０】本発明による速度センサレスベクトル制御を用いた電気車駆動用誘導電動機の制御装置の第７の実施の形態を示すブロック図。
【図１１】本発明による第８の実施の形態の速度センサレスベクトル制御を用いた電気車駆動用誘導電動機の制御装置におけるトルク指令補正部の構成例を示すブロック図。
【図１２】本発明による第９の実施の形態の速度センサレスベクトル制御を用いた電気車駆動用誘導電動機の制御装置におけるトルク指令補正部の構成例を示すブロック図。
【図１３】従来のベクトル制御方式の電気車駆動用誘導電動機の制御制御装置の概略構成例を示すブロック図。
【図１４】電気車の車体速度と車輪速度との差と粘着力との関係を示す模式図。
【符号の説明】
１…ＶＶＶＦインバータ、
２…トルク制御部、
３，４，５，６…誘導電動機、
７，８，９，１０…電流検出器、
１１…電流検出器、
１２…レール、
１３，１４，１５，１６…速度検出器、
１７…トルク指令補正部、
１８…トルク補正量演算部、
１９…減算器、
２０，２１，２２，２３，４２…ロータ周波数演算部、
２４…電流演算器、
２５，２６，２７，２８…車輪、
２９…第２のトルク指令補正部、
３０…電流位相角演算部、
３１，３２，３３…電流位相角演算部、
３４，３５，３６，３７，４３…誘起電圧演算部、
３８，３９，４０，４１…磁束演算部。
Claims (2)
- 直流を任意の周波数の交流に変換する１台の可変電圧可変周波数インバータ（ＶＶＶＦインバータ）により、電気車駆動用の複数台の誘導電動機を駆動するベクトル制御方式の制御装置において、
前記各誘導電動機に流れる全体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り検出された電流値に基づいて、前記各誘導電動機が同時に空転することを抑制するように、個々の誘導電動機の情報に基づくことなく、トルク指令を補正するものであって、少なくとも前記電流検出手段により検出された電流値に基づいて、前記各誘導電動機を１台の誘導電動機とみなした場合の当該誘導電動機のロータの回転周波数を推定演算するロータ周波数演算手段と、前記ロータ周波数演算手段により推定演算された誘導電動機のロータ周波数に基づいて、前記トルク指令への補正量を演算するトルク補正量演算手段と、前記トルク補正量演算手段により演算されたトルク指令補正量と前記トルク指令とを加算する加算手段とから成るトルク指令補正手段と、
前記トルク指令補正手段により補正されたトルク指令に追従したトルクを前記各誘導電動機が出力するように、前記ＶＶＶＦインバータを制御するトルク制御手段と、
を備えて成ることを特徴とする速度センサレスベクトル制御を用いた電気車駆動用誘導電動機の制御装置。 - 直流を任意の周波数の交流に変換する１台の可変電圧可変周波数インバータ（ＶＶＶＦインバータ）により、電気車駆動用の複数台の誘導電動機を駆動するベクトル制御方式の制御装置において、
前記各誘導電動機に流れる全体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り検出された電流値に基づいて、前記各誘導電動機が同時に空転することを抑制するように、個々の誘導電動機の情報に基づくことなく、トルク指令を補正するものであって、少なくとも前記電流検出手段により検出された電流値に基づいて、前記各誘導電動機を１台の誘導電動機とみなした場合の当該誘導電動機に発生する誘起電圧を推定演算する誘起電圧演算手段と、前記誘起電圧演算手段により推定演算された誘導電動機の誘起電圧に基づいて、前記トルク指令への補正量を演算するトルク補正量演算手段と、前記トルク補正量演算手段により演算されたトルク指令補正量と前記トルク指令とを加算する加算手段とから成るトルク指令補正手段と、
前記トルク指令補正手段により補正されたトルク指令に追従したトルクを前記各誘導電動機が出力するように、前記ＶＶＶＦインバータを制御するトルク制御手段と、
を備えて成ることを特徴とする速度センサレスベクトル制御を用いた電気車駆動用誘導電動機の制御装置。
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| JP22027698A JP3749792B2 (ja) | 1998-08-04 | 1998-08-04 | 速度センサレスベクトル制御を用いた電気車駆動用誘導電動機の制御装置 |
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