JP2001204102A - 電力回生ブレーキ制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 停止精度を向上した回生ブレーキを備えた電
気車を提供する。 【解決手段】 電力供給源１５の電圧を検知する電圧検
知手段７を有し、この電圧検知手段７で検知した電力供
給源１５の電圧が、設定された回生失効電圧以上になっ
たときに電力回生ブレーキの使用を中止させる電力回生
ブレーキ制御装置３，７であり、回生失効電圧を調整す
る失効電圧調整手段７を備えてなり、この失効電圧調整
手段７は、次の停車位置に対する自車の現在位置を認識
し、この認識した自車の位置情報により、自車が次の停
車位置に所定の距離まで近づいたことを検知すると、次
の停車位置に近づくに連れて回生失効電圧を漸次高くす
る。これにより、停車位置に対して近い位置にある電気
車１の回生失効の発生が低減し、停止精度を向上するこ
とができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電力回生ブレーキ
制御装置に係り、特に、架線など車外から電力の供給を
受けて走行する電気車に備えられる電力回生ブレーキ制
御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】車外から電力の供給を受けて走行する様
々な電気車、例えば電車、モノレール、新交通システム
などでは省エネルギー化のため、減速時にモータを発電
機として使用し、車両の運動エネルギーを吸収しながら
発電した電力を架線などへ戻す電力回生ブレーキ、また
は回生ブレーキと称される制動方式を採用することによ
り、省エネルギー性を向上している。

【０００３】ところで、回生ブレーキを使用して減速す
る場合、減速中の電気車によって電力供給手段、例えば
架線などへ戻された電力を使用する他の電気車が存在し
ないと、電力供給手段の電圧を上昇させてしまう。この
ため、電力供給手段の電圧が電気車に搭載された機器
類、例えばモータや主回路などの定格電圧などを越える
過電圧になる場合には、回生ブレーキを失効させるいわ
ゆる回生失効を行う必要がある。したがって、回生ブレ
ーキを失効させるための閾値として、例えば電気車に搭
載された機器類の定格電圧などに基づいて回生失効電圧
が設定されており、回生ブレーキの動作を制御する回生
ブレーキ制御手段は、電力供給手段の電圧を検知し、電
力供給手段の電圧がこの回生失効電圧以上になった場合
には、回生ブレーキを失効させる。

【０００４】このように、回生ブレーキでは、性質上、
全ての運動エネルギーを吸収して所望の制動力を得られ
なくなる場合があるため、所望の制動力と回生ブレーキ
による制動力との差を他の制動方式、例えば空気ブレー
キや逆転ブレーキなどの電気ブレーキなどで補う制動力
の協調制御を行っている。したがって、回生失効の際に
は、回生ブレーキが失効した分、他の制動方式による制
動力が立ち上がるが、回生ブレーキと他の制動方式との
応答時間や制動力の差などにより、他の制動方式による
制動力が立ち上がったときに、電気車の減速度が変化
し、乗り心地が悪化する場合がある。このような回生ブ
レーキが失効したときに起こる減速度の変化を低減する
ため、特開平０５−１３０７０７号公報に記載のよう
に、所定時間内の回生失効回数が所定回数を越えると回
生ブレーキを使用しないようにした回生ブレーキ制御装
置や、特開平０３−２８５５０１号公報に記載のよう
に、回生ブレーキの強さを電流値として検出し、この電
流値の値に基づいて回生失効電圧を変化させることで回
生失効の検知を高速化する回生ブレーキ制御装置などが
提案されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】最近では、回生ブレー
キが使用可能であれば、できる限り停車間際まで回生ブ
レーキにより制動力を得、完全に停車させるために他の
制動方式を用いる場合がある。このため、回生失効によ
る回生ブレーキから他の制動方式への切り替えによる電
気車の減速度の変化が駅などへの停車間際で発生する
と、その後の運転操作では挽回できない停車位置の誤差
などが発生する場合がある。すなわち、駅間を走行中に
比べて駅付近では、例えば上り線や下り線両方の電気車
が駅などに停車するために、同時に制動状態になること
によって電力供給手段へ大きな電力が戻される。したが
って、電力供給手段の電圧が回生失効電圧に達し易くな
り、回生失効が発生する可能性が高くなる。特に、一方
の電気車が停車間際のときに、他方の電気車が大きな減
速度で駅などに進入してくることによって電力供給手段
の電圧が回生失効電圧に達すると、停車間際の電気車も
回生失効してしまい、停車間際の電気車の減速度が変化
するために停止精度が低下し、停車位置の誤差などを生
じてしまう。

【０００６】ここで、特開平０５−１３０７０７号公報
や特開平０３−２８５５０１号公報などに提案されてい
るような従来の回生ブレーキ制御装置では、電気車が駅
間などを走行中に発生する減速度の変化を低減し、乗り
心地などに対する影響を抑えることはできるが、電気車
の走行位置による減速度の変化の影響が考慮されていな
い。つまり、従来の回生ブレーキ制御装置を備えた電気
車では、駅などに停車間際でも、駅に進入しようとして
いるときでも、同じように回生失効が発生するため、停
止精度が低下してしまう。

【０００７】本発明の課題は、回生ブレーキを備えた電
気車の停止精度を向上することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明の回生ブレーキ制
御装置は、電力供給源の電圧を検知し、この検知した電
力供給源の電圧が、設定された回生失効電圧以上になっ
たときに電力回生ブレーキを失効させる電力回生ブレー
キ制御装置であり、自車の次の停車位置までの距離が他
車の次の停車位置までの距離よりも近いとき、自車の回
生失効電圧を他車の回生失効電圧よりも高く制御するこ
とにより上記課題を解決する。

【０００９】このようにすれば、駅などの停車位置に対
して近い位置にある電気車の回生失効電圧が停車位置に
対して遠い位置にある電気車の回生失効電圧よりも高く
なるため、停車位置に対して近い位置にある電気車の回
生失効の発生が低減することにより、停車間際での減速
度の変化を低減することができる。すなわち、回生ブレ
ーキを備えた電気車の停止精度を向上することができ
る。

【００１０】また、回生失効電圧を調整する失効電圧調
整手段を備え、この失効電圧調整手段は、次の停車位置
に対する自車の現在位置を認識し、この認識した自車の
位置情報により、自車が次の停車位置に所定の距離まで
近づいたことを検知すると、次の停車位置に近づくに連
れて回生失効電圧を漸次高くする。

【００１１】このようにすれば、簡単な構成で、自車の
次の停車位置までの距離が他車の次の停車位置までの距
離よりも近いとき、自車の回生失効電圧を他車の回生失
効電圧よりも高くすることができるので好ましい。

【００１２】また、回生失効電圧の調整手段は、次の停
車位置が含まれる変電設備区間と別の変電設備区間を走
行中は、回生失効電圧を最大にするものであれば、次の
停車位置が含まれる変電設備区間以外の区間を走行中
は、回生失効電圧が最大になるため、回生失効頻度が低
減し、電力回生効率、すなわち省エネルギー性を向上で
きるので好ましい。

【００１３】さらに、失効電圧調整手段は、次の停車位
置に対する他車の現在位置を認識し、この認識した他車
の位置情報によって自車より次の停車位置に近い他車が
存在しないことを検知した場合は、自車が次の停車位置
が含まれる変電設備区間を走行中であっても、回生失効
電圧を最大にする。このようにすれば、次の停車位置が
含まれる変電設備区間内であっても、この変電設備区間
内に自車より次の停車位置に近い他車が存在しない場合
には、回生失効電圧が最大になるため、回生失効頻度が
低減し、電力回生効率、すなわち省エネルギー性を向上
できるので好ましい。

【００１４】また、回生失効電圧の調整手段は、回生失
効電圧を調整するための補正値を演算するものである。
さらに、上記のいずれかの電力回生ブレーキ制御装置を
備えた電気車とする。

【００１５】

【発明の実施の形態】（第１の実施形態）本発明を適用
してなる電気車の第１の実施形態について図１乃至図３
を参照して説明する。図１は、本発明を適用してなる回
生ブレーキ制御装置を備えた電気車の概略構成及び動作
を示す図である。図２は、本発明を適用してなる回生ブ
レーキ制御装置の概略構成及び動作を示す図である。図
３は、停車駅までの距離と、回生失効電圧の補正値及び
回生失効電圧の関係を示す図である。

【００１６】本実施形態の車両１は、図１に示すよう
に、失効電圧調整器３、速度発電器５、主回路制御器
７、モータ９、主幹制御器１１、パンタグラフ１３など
を備えており、電力供給手段である架線１５から供給さ
れる電力により走行する。このような車両１において、
運転台に配置された主幹制御器１１は、運転士の操作に
応じて、加速・減速の指令１７を主回路制御器７へ出力
する。主回路制御器７は、この指令１７に応じ、加速指
令の場合にはモータ９の電流を制御して必要な加速度を
発生させる。減速指令の場合にはモータ９を発電機とす
ることで、車両１の運動エネルギーを電気エネルギーに
変換して制動力を得、車両１を減速させると共に、主回
路制御器７とパンタグラフ１３などを介してモータ９で
発生した電力１８を架線１５へ戻す回生ブレーキ動作を
行う。このとき、主回路制御器７には、モータ９や車両
１に備えられた様々な電気装置類の定格電圧などから安
全性を考慮した最大許容電圧に基づいて回生失効電圧が
設定されている。主回路制御器７は、架線の電圧を検知
するための図示していない電圧検知部を備えており、こ
の図示していない電圧検知部が、回生ブレーキ動作によ
って架線１５に戻された電力によって架線１５の電圧が
上昇し、架線１５の電圧が回生失効電圧に達したことを
検知すると、車両１の装置類を保護するために回生ブレ
ーキ動作を停止させ、いわゆる回生失効させる。

【００１７】速度発電器５は、車輪１９の回転速度に応
じた速度パルス信号２１を回生失効電圧調整器３へ出力
する。回生ブレーキ制御装置２２は、図２に示すよう
に、回生失効電圧を調整する失効電圧調整器３と回生ブ
レーキ動作を制御する主回路制御器７などからなり、失
効電圧調整器３は、位置認識部２３、駅位置記録部２
５、そして回生失効電圧の補正値演算部２７などを有し
ている。位置認識部２３は、入力してくる速度パルス信
号２１のパルス数をカウント、つまり累積加算して自車
の位置を認識する。また、駅位置記録部２５は、各駅の
位置データを表１に一例を示すような情報として記録し
ている。

【００１８】

【表１】 回生失効電圧の補正値演算部２７は、自車の位置情報２
８と次駅の位置情報２９とを基に、 （次駅までの距離）＝（次駅位置）−（自車位置） の式から次駅までの距離を算出し、算出された次駅まで
の距離より、回生失効電圧の補正値を算出する。なお、
速度発電器５、位置認識部２３、駅位置記録部２５、そ
して補正値演算部２７は、自車の現在位置から次の停車
位置までの距離を認識する手段を構成している。

【００１９】算出された回生失効電圧の補正値は、補正
値演算部２７から主回路制御器７へ補正値信号３０とし
て出力され、主回路制御器７は、 （回生失効電圧）＝（最大許容電圧）−（補正値） の式により、回生失効を行うための回生失効電圧を設定
する。

【００２０】このように、本実施形態の回生ブレーキ制
御装置２２では、失効電圧調整器３は、自車の位置と次
の駅の位置情報に基づいて回生失効電圧の補正値を算出
して主回路制御器７に補正値信号３０を出力する。主回
路制御器７は、入力された補正値信号３０に基づき回生
失効電圧を補正し、検知した架線１５の電圧が補正され
た回生失効電圧以上になると、回生ブレーキを失効させ
る。失効電圧調整器３で算出する補正値は、図３に一例
を示すように、車両１が次の停車駅を含む変電設備区間
以外の変電設備区間を走行している場合には０となり、
これにより、回生失効電圧は最大になっている。車両１
が次の駅を含む変電設備区間に入ると、補正値は最大に
なり、回生失効電圧は最小の状態になる。さらに、車両
１が次の駅の停車位置に近づき、次の駅から所定の距離
に設定された減速開始位置以内、例えば２００ｍ以内に
なると、補正値は連続的に漸減し、次の駅の停車位置で
ほぼ０になる。これにしたがい、回生失効電圧は最小の
状態から連続的に漸増し、次の駅の停車位置でほぼ最大
になる。なお、最大補正値は、最高速度といったその車
両などの性能、駅区間の距離、減速開始点から停車位置
までの距離などに基づいて適宜設定される。

【００２１】これにより、本実施形態の回生ブレーキ制
御装置を備えた車両１では、次の駅に停車間際の車両１
の回生失効電圧は、それ以外の車両１よりも高く設定さ
れることになり、次の駅に停車間際の車両１とそれ以外
の車両１が同時に回生ブレーキをかけている場合、駅停
車間際の車両１の回生ブレーキが優先され、他の車両１
の回生ブレーキは失効することになる。したがって、停
車間際での回生失効の発生頻度を低減し、回生ブレーキ
から他の制動方式、例えば空気ブレーキへの移行による
減速度の変化を低減できるため、停止精度を向上するこ
とができる。さらに、停止精度が向上することにより、
停車位置の誤差を低減できる。

【００２２】ところで、最近では、自動列車運転装置
（ＡＴＯ）の導入や、安全性の向上のためにプラットホ
ームドアの設置などが進められている。ところが、従来
の回生ブレーキを備えた電気車などでは、自動列車運転
装置（ＡＴＯ）では、回生失効による減速度の変化に対
する迅速な制動力の修正動作が行えないため、停車位置
に誤差を生じてしまう場合がある。また、プラットホー
ムドアが設置されている場合には、停車位置が正確でな
ければ乗客などの乗降に支障を来す場合がある。これに
対し、本実施形態の回生ブレーキを備えた電気車は、停
止精度を向上することができるため、自動列車運転装置
（ＡＴＯ）を導入している路線や、プラットホームドア
を使用している路線での運行に好適である。

【００２３】また、次の停車位置までの距離から必要な
ブレーキステップを計算して制動力を制御する一段ブレ
ーキ制御においては、回生失効による減速度の変化、す
なわち制動力の変化により、計算されたブレーキステッ
プの制動力から誤差を生じてしまうことになり、やはり
停車位置に誤差が生じてしまう。このような一段ブレー
キを用いる電気車においても、本発明を適用することに
より、停車位置の誤差を低減することができる。

【００２４】また、本実施形態では、次の停車駅が含ま
れる変電設備区間以外の変電設備区間を走行中は、補正
値を０に設定しているが、このときの補正値は、最大値
に設定することもできる。ただし、本実施形態のよう
に、次の停車駅を含む変電設備区間以外の変電設備区間
を走行中の補正値を０に設定すれば、回生失効電圧が最
大になるため、回生失効頻度が低減し、電力回生効率、
すなわち省エネルギー性を向上できるので好ましい。

【００２５】（第２の実施形態）本発明を適用してなる
電気車の第２の実施形態について図４を参照して説明す
る。図４は、本発明を適用してなる電気車の概略構成及
び動作を示す図である。なお、本実施形態では、第１の
実施形態と同一のものには同じ符号を付して説明を省略
し、第１の実施形態と相違する構成及び特徴部などにつ
いて説明する。本実施形態の車両３１が第１の実施形態
の車両１と相違する点は、図４に示すように送受信機３
３を備えていることである。送受信機３３は、失効電圧
調整器３で検知した自車の次駅までの距離信号３５を送
信し、他車の次駅までの距離信号３７を受信して失効電
圧調整器３へ出力する。駅位置記録手段２５は、表２の
ように、各駅の位置データと併せて各駅が含まれる変電
設備区間の開始位置データを記録している。

【００２６】

【表２】 補正値演算部２３は、位置認識部２３からの自車の位置
情報２８、送受信機３３からの他車の位置情報３７、そ
して次駅及び次駅が含まれる変電設備区間の位置情報２
９に基づいて、回生失効電圧の補正値を （１）自車位置が次の停車駅と次の停車駅を含む変電設
備区間の開始点との間でなければ、第１の実施形態と同
様に、 （回生失効電圧の補正値）＝０ とする。

【００２７】（２）自車よりも次の停車駅に近い列車が
いなければ、 （回生失効電圧の補正値）＝０ とする。

【００２８】（３）上記（１）（２）に該当しなけれ
ば、図３に示すように、第１の実施形態と同様の動作を
行う。すなわち、車両１が次の停車駅の停車位置に近づ
き、次の駅から所定の距離に設定された減速開始位置以
内になると、補正値は連続的に漸減し、次の停車駅の停
車位置でほぼ０になる。これにしたがい、回生失効電圧
は最小の状態から連続的に漸増し、次の停車駅の停車位
置でほぼ最大になる。

【００２９】このように、本実施形態の回生ブレーキ制
御装置２２を備えた車両３１では、次の停車駅が含まれ
る変電設備区間以外の変電設備区間や、次の停車駅が含
まれる変電設備区間内で自車以外に駅停車間際の他車が
存在しない場合には、回生失効電圧が最大となるため、
回生失効の発生頻度を低減することができ、第１の実施
形態よりもさらに電力回生効率、すなわち省エネルギー
性を向上できる。

【００３０】また、第１及び第２の実施形態では、回生
ブレーキ制御装置２２は、車両１、３１が減速開始位置
以内になると、補正値が連続的に漸減し、これに連れ、
回生失効電圧は最小の状態から連続的に漸増するように
したが、本実施形態の回生ブレーキ制御装置２２のよう
な構成に限らず、自車の方が停車位置に近い場合、自車
の回生失効電圧を他車の回生失効電圧よりも高く制御す
るような様々な構成の回生ブレーキ制御装置を用いるこ
とができる。例えば、第２の実施形態に備えた送受信器
３３などで、自車の位置データ及び回生失効電圧と、他
車の位置データ及び回生失効電圧とを互いに送受信し、
回生ブレーキ制御装置が、他車の位置データ及び回生失
効電圧と自車の位置データ及び回生失効電圧とを比較
し、自車の方が停車位置に近い場合、自車の回生失効電
圧を他車の回生失効電圧よりも高く制御するようにして
もよい。ただし、第１及び第２の実施形態で示した回生
ブレーキ制御装置２２であれば、簡単な構成で自車の方
が停車位置に近い場合、自車の回生失効電圧を他車の回
生失効電圧よりも高く制御し、停止精度を向上できるの
で好ましい。

【００３１】また、第１及び第２の実施形態では、回生
ブレーキ動作制御部が主回路制御器７に含まれる構成と
したが、回生ブレーキの動作制御部を、主回路制御器７
と別体に形成することもできる。さらに、回生ブレーキ
の動作制御部と失効電圧調整器３を一体に形成すること
もできる。

【００３２】さらに、第１及び第２の実施形態では、車
両１、３１のような架線１５からパンタグラフ１３を介
して電力を得る電車や列車などの電気車を示したが、本
発明はこれに限らず、車両の外部から電力の供給を受け
る様々な回生ブレーキを備えた電気車、例えば架線式以
外の集電方式の地下鉄、モノレール、新交通システムな
どに適用できる。

【００３３】また、本発明は、第１及び第２の実施形態
の車両１、３１のような構成の電気車に限らず、様々な
構成の電気車に適用することができる。例えば、主幹制
御器１１やその他のスイッチ類などからの運転操作など
の指令に対する主回路制御器７などの制御や、故障や異
常などのモニタリングなどを総合的に行う車両情報制御
装置などを備えた電気車などにも本発明を適用すること
ができる。この場合、失効電圧調整器３は、車両情報制
御装置などと一体的に形成することもできる。

【００３４】

【発明の効果】本発明によれば、回生ブレーキを備えた
電気車の停止精度を向上することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を適用してなる回生ブレーキ制御装置を
備えた電気車の第１の実施形態の概略構成及び動作を示
す図である。

【図２】本実施形態の回生ブレーキ制御装置の概略構成
及び動作を示す図である。

【図３】停車駅までの距離と、回生失効電圧の補正値及
び回生失効電圧との関係を示す図である。

【図４】本発明を適用してなる回生ブレーキ制御装置を
備えた電気車の第２の実施形態の概略構成及び動作を示
す図である。

【符号の説明】

１ 車両 ３ 失効電圧調整器 ５ 速度発電器 ７ 主回路制御器 ９ モータ １１ 主幹制御器 １３ パンタグラフ １５ 架線 ２２ 回生ブレーキ制御装置

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電力供給源の電圧を検知し、該検知した
   前記電力供給源の電圧が、設定された回生失効電圧以上
   になったときに電力回生ブレーキを失効させる電力回生
   ブレーキ制御装置であり、自車の次の停車位置までの距
   離が他車の前記次の停車位置までの距離よりも近いと
   き、自車の前記回生失効電圧を他車の前記回生失効電圧
   よりも高く制御することを特徴とする電力回生ブレーキ
   制御装置。
2. 【請求項２】 電力供給源の電圧を検知し、該検知した
   前記電力供給源の電圧が、設定された回生失効電圧以上
   になったときに電力回生ブレーキを失効させる電力回生
   ブレーキ制御装置であり、前記回生失効電圧を調整する
   失効電圧調整手段を備え、該失効電圧調整手段は、次の
   停車位置に対する自車の現在位置を認識し、該認識した
   自車の位置情報により、自車が前記次の停車位置に所定
   の距離まで近づいたことを検知すると、前記次の停車位
   置に近づくに連れて前記回生失効電圧を漸次高くしてな
   ることを特徴とする電力回生ブレーキ制御装置。
3. 【請求項３】 前記失効電圧調整手段は、前記次の停車
   位置が含まれる変電設備区間と別の変電設備区間を走行
   中は、前記回生失効電圧を最大にしてなることを特徴と
   する請求項２に記載の電力回生ブレーキ制御装置。
4. 【請求項４】 前記失効電圧調整手段は、前記次の停車
   位置に対する他車の現在位置を認識し、該認識した他車
   の位置情報によって自車より前記次の停車位置に近い他
   車が存在しないことを検知した場合は、自車が前記次の
   停車位置が含まれる変電設備区間を走行中であっても、
   前記回生失効電圧を最大にしてなることを特徴とする請
   求項２または３に記載の電力回生ブレーキ制御装置。
5. 【請求項５】 前記失効電圧調整手段は、前記回生失効
   電圧を調整するための補正値を演算してなることを特徴
   とする請求項２乃至４のいずれか１項に記載の電力回生
   ブレーキ制御装置。
6. 【請求項６】 請求項１乃至５のいずれか１項に記載の
   電力回生ブレーキ制御装置を備えてなる電気車。