JP2008289237A - 電動機制御装置及び再粘着制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】空転滑走の発生の検出と、再粘着制御の発動とを分離した新たな制御方法の提案。
【解決手段】動輪の空転滑走の発生により当該動輪の周速度Ｖが上昇し、時刻ｔ１において、基準速度Ｖｍとの差分である速度差Ｖｄが所定の閾値Ｖｓ１に達すると、空転滑走の発生が検出される。その後、更に周速度Ｖが上昇し、時刻ｔ２において基準速度Ｖｍとの速度差Ｖｄが所定の閾値Ｖｓ２に達すると、再粘着制御が発動される。閾値αｓ２は、今回及び過去の各空転滑走の発生の検出時点での当該動輪の接線力係数μに応じて決定される。すなわち、今回及び過去の連続する複数回の各空転滑走の発生の検出時点での接線力係数μが連続して低下している場合には、Ｖｓ２＞Ｖｓ１、とされ、再粘着制御の発動タイミングを従来と比較して遅らせる。それ以外の場合には、Ｖｓ２＝Ｖｓ１、とされ、従来と同様に、空転滑走の発生が検出されると直ぐに再粘着制御が発動される。
【選択図】図２

Description

本発明は、電気車の動輪を駆動する電動機を制御し、前記動輪の空転滑走の発生を検出して当該動輪の再粘着制御を行う電動機制御装置及びその再粘着制御方法に関する。

電気車として電車や電気自動車等が知られているが、以下、その代表例として電車（動力車）について説明する。電車は車輪・レール間の接線力（粘着力ともいう。）によって加減速がなされる。電動機の発生トルクが接線力以下の範囲であれば粘着走行がなされるが、接線力を超えた場合には空転又は滑走（以下、「空転滑走」という。）が生じる。空転滑走が生じた場合には、電動機の発生トルクを引き下げて粘着走行に復帰させる制御、すなわち再粘着制御が行われる（例えば、特許文献１参照）。

従って、有効な粘着性能を維持し空転滑走を生じさせないトルク制御、或いは空転滑走後の速やか且つ最適な再粘着トルク制御が要求される。但し、粘着性能の維持のためには接線力を求める必要がある。接線力係数を推定する技術として、例えば特許文献２の技術が知られている。
特開２００２−４４８０４号公報 特開平１１−２５２７１６号公報

しかしながら、従来の再粘着制御に関する開発・研究は、空転滑走の発生を速やかに検出する方法や、空転滑走の発生を検出した後の速やかなる再粘着制御の方法に関するものが殆どであった。すなわち、空転滑走が発生した場合には、速やかに再粘着制御を発動することが暗黙の前提となっていた。

本発明は、上述した課題に鑑みて為されたものであり、空転滑走の発生の検出と、再粘着制御の発動とを分離した新たな制御方法を提案するものである。

上述した課題を解決するための第１の発明は、
電気車の動輪を駆動する電動機を制御し、前記動輪の空転滑走の発生を検出して当該動輪の再粘着制御を行う電動機制御装置（例えば、図３の電動機制御装置４０）であって、
前記動輪の空転滑走の発生を検出する空転滑走検出手段（例えば、図４の空転検出部４２３）と、
前記空転滑走検出手段による検出時の前記動輪の接線力係数相当値を検出する接線力係数相当値検出手段（例えば、図３のμ算出装置４１）と、
前記空転滑走検出手段による検出の度に前記接線力係数相当値検出手段により検出された接線力係数相当値が、所定回数連続して低下したことを検出する連続低下検出手段（例えば、図４の連続低下検出器４２９）と、
１）前記動輪の周速度と前記電気車の進行速度とを判定対象値とする第１の速度差基準条件、及び／又は、２）前記動輪の周加速度を判定対象値とする第１の周加速度基準条件を少なくとも含む前記再粘着制御の発動条件を、前記連続低下検出手段による検出がなされた場合に、前記接線力係数相当値検出手段により検出された接線力係数相当値に基づいて可変する発動条件可変手段（例えば、図４のパラメータ切替部４２７）と、
前記判定対象値が前記発動条件を満足したことを検出する発動条件合致検出手段（例えば、図４の発動指令部４２４）と、
前記発動条件合致検出手段の検出に応じて、前記再粘着制御を発動させる再粘着制御発動手段（例えば、図４の発動指令部４２４）と、
を備えた電動機制御装置である。

また、他の発明として、
電気車の動輪を駆動する電動機を制御する際に、前記動輪の空転滑走の発生を検出して当該動輪の再粘着制御を行う再粘着制御方法であって、
前記動輪の空転滑走の発生を検出する空転滑走検出ステップと、
前記空転滑走検出ステップで検出された際の前記動輪の接線力係数相当値を検出する接線力係数相当値検出ステップと、
前記空転滑走検出ステップで検出される度に前記接線力係数相当値検出ステップにおいて検出された接線力係数相当値が、所定回数連続して低下したことを検出する連続低下検出ステップと、
１）前記動輪の周速度と前記電気車の進行速度とを判定対象値とする第１の速度差基準条件、及び／又は、２）前記動輪の周加速度を判定対象値とする第１の周加速度基準条件を少なくとも含む前記再粘着制御の発動条件を、前記連続低下検出ステップにおける検出がなされた場合に、前記接線力係数相当値検出ステップで検出された接線力係数相当値に基づいて可変する発動条件可変ステップと、
前記判定対象値が前記発動条件を満足したことを検出する発動条件合致検出ステップと、
前記発動条件合致検出ステップにおける検出に応じて、前記再粘着制御を発動させる再粘着制御発動ステップと、
を含む再粘着制御方法を構成しても良い。

この第１の発明等によれば、発動条件を満足したことを検出した場合に再粘着制御を発動させるが、その発動条件は、空転滑走時の接線力係数相当値が連続して所定回数低下した場合の接線力係数相当値に基づいて可変される。なお、接線力係数相当値とは、接線力係数そのものであることは勿論のこと、接線力や粘着力、電動機の電流値（例えばトルク電流）等、接線力係数の変動と同様の変動を示す値（接線力係数とほぼリニアリティがある値）であって、接線力係数と等価又は略等価に扱える値のことである。

再粘着制御は空転滑走時に発動される。空転滑走は、接線力係数相当値の高低に関わらず、接線力係数相当値が比較的低い場合であっても発生する。空転滑走している動輪の接線力係数相当値が比較的低い場合に再粘着制御を行ってしまうと、再粘着制御によるトルク引き下げによって、再粘着時の接線力係数相当値は、その比較的低い接線力係数相当値より更に低い接線力係数相当値になってしまい、再粘着時の粘着力が小さい。

ところが、後述する通り、比較的低い接線力係数相当値での空転滑走を継続した場合には、接線力係数相当値が上昇し得る。そのため、空転滑走の発生後即時に再粘着制御を発動せずに、有る程度空転滑走を継続した場合に接線力係数相当値が上昇する状態にあるのであれば、空転滑走を継続させるほうが望ましいといえる。但し、継続的な空転滑走によるレールとの摩擦・摩耗によって車輪の寿命が短命化するおそれもある。したがって、空転滑走を継続した場合に接線力係数相当値が上昇する状態にあることを、より確実に見極める手段が必要である。

第１の発明等によれば、空転滑走を継続した場合に接線力係数相当値が上昇する状態にあることを見極める手段が実現される。すなわち、第１の発明等は、空転滑走が複数回発生し、各空転滑走時の接線力係数相当値が連続して所定回数低下して初めて発動条件を可変する。空転滑走が複数回発生し（空転滑走の発生検出に応じて再粘着制御が行われることは勿論である。）、各空転滑走時の接線力係数相当値が連続して所定回数低下したということは、接線力係数相当値が相当低い状態にあると考えられ、空転滑走を継続した場合に接線力係数相当値が連続して低下した前の値に上昇する可能性が高いからである。

以上により、第１の発明等によれば、空転滑走を継続した場合に接線力係数相当値が上昇する状態にあることが見極められた後、再粘着制御の発動のタイミングを遅らせるといった接線力係数相当値に基づく再粘着制御の発動条件の可変が行われるため、再粘着時の粘着力を向上させることができる。

また、第２の発明は、第１の発明の電動機制御装置であって、
前記発動条件可変手段は、前記連続低下検出手段による検出がなされ、且つ、前記空転滑走検出手段による検出時に前記接線力係数相当値検出手段によって検出された接線力係数相当値が、空転滑走を継続した場合に上昇する可能性のある値の範囲として予め定められた継続許容範囲内に有る場合に、当該継続許容範囲内に無い場合に比べて空転滑走の継続を許容する条件内容に前記発動条件を変更する電動機制御装置を構成しても良い。

空転滑走が複数回発生し、各空転滑走時の接線力係数相当値が連続して所定回数低下したとしても、空転滑走が発生した際の接線力係数相当値が、空転滑走を継続した場合に上昇する可能性のある値の範囲として予め定められた継続許容範囲内でなければ、空転滑走の継続による接線力係数相当値の上昇の可能性が少ない。第２の発明によれば、このような場合での空転滑走の継続を防止することができる。

また、第３の発明は、第１又は第２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による検出から所定時間が経過するまでに前記再粘着制御発動手段による前記再粘着制御の発動がなされていないことを検出する非発動検出手段（例えば、図４の発動指令部４２４）と、
前記非発動検出手段の検出に応じて前記再粘着制御を強制的に発動させる強制発動手段（例えば、図４の発動指令部４２４）と、
を更に備えた電動機制御装置を構成しても良い。

この第３の発明によれば、空転滑走の発生の検出から所定時間が経過するまでに再粘着制御が発動されてない場合には、再粘着制御が強制的に発動されるため、空転滑走の過度の継続を防止することができる。

上述した各発明における発動条件の可変の方法には種々の方法が考えられる。
例えば、第４の発明として、第１〜第３の何れかの発明の電動機制御装置であって、
前記発動条件には、前記第１の速度差基準条件が少なくとも含まれ、
前記第１の速度差基準条件には、前記動輪の周速度と前記電気車の進行速度との速度差又はすべり率の閾値が条件として定められ、
前記発動条件可変手段は、前記閾値を大小させることで前記発動条件を可変する電動機制御装置を構成しても良い。

この場合には、更に第５の発明として、
前記発動条件可変手段は、前記接線力係数相当値検出手段により検出された接線力係数相当値が小さいほど、前記閾値を大きくする電動機制御装置を構成しても良い。

また、第６の発明として、第１〜第５の何れかの発明の電動機制御装置であって、
前記発動条件には、前記第１の周加速度基準条件が少なくとも含まれ、
前記第１の周加速度基準条件には、前記動輪の周加速度の閾値が条件として定められ、
前記発動条件可変手段は、前記周加速度の閾値を大小させることで前記発動条件を可変する電動機制御装置を構成しても良い。

この場合には、第７の発明として、
前記発動条件可変手段は、前記接線力係数相当値検出手段により検出された接線力係数相当値が小さいほど、前記周加速度の閾値を大きくする電動機制御装置を構成しても良い。

また、第８の発明は、第１〜第７の何れかの発明の電動機制御装置であって、
前記発動条件可変手段は、更に、前記電気車の進行速度に基づいて前記発動条件を可変する電動機制御装置である。

この第８の発明によれば、接線力係数相当値に加えて、電気車の進行速度に基づいて発動条件を可変することができるため、電気車の進行速度と接線力係数相当値との関係に応じた適切な発動条件の可変を実現することができる。

また、上述した各発明の電動機制御装置においては、接線力係数相当値に基づいて再粘着制御の発動を制御することとしたが、発動以外の制御を行うこととしてもよい。

例えば、第９の発明として、第１〜第８の何れかの発明の電動機制御装置であって、
イ）前記動輪の周速度と前記電気車の進行速度とを判定対象値とする第２の速度差基準条件、及び／又は、ロ）前記動輪の周加速度を判定対象値とする第２の周加速度基準条件を少なくとも含む、前記再粘着制御発動手段により発動された再粘着制御の復帰動作を開始するための復帰条件を満足したことを検出する復帰条件合致検出手段（例えば、図４の復帰指令部４２５）と、
前記復帰条件合致検出手段の検出に応じて、前記再粘着制御発動手段により発動された再粘着制御の復帰動作を開始させる再粘着制御復帰手段（例えば、図４の復帰指令部４２５）と、
前記連続低下検出手段による検出がなされた場合に、前記接線力係数相当値検出手段により検出された接線力係数相当値に基づいて、前記復帰条件を可変する復帰条件可変手段と（例えば、図４のパラメータ切替器４２７）、
を更に備えた電動機制御装置を構成しても良い。

この第９の発明によれば、連続低下検出手段による検出や接線力係数相当値に基づいて、再粘着制御の発動の制御のみならず、再粘着制御の復帰動作の開始をも制御することができる。

本発明によれば、空転滑走を継続した場合に接線力係数相当値が上昇する状態にあることが見極められた後、再粘着制御の発動のタイミングを遅らせるといった接線力係数相当値に基づく再粘着制御の発動条件の可変が行われ、空転滑走の発生の検出と、再粘着制御の発動とを分離した新たな再粘着制御の制御方法が実現される。

以下、図面を参照して、本発明の好適な実施形態を説明する。尚、以下では、本発明を電気車の一種である電車に適用した場合を説明するが、本発明の適用可能な実施形態がこれに限定されるものではない。

［原理］
電車では、電動機によって駆動される動輪の空転滑走の発生を検出すると、電動機のトルク（電流）を引き下げて当該動輪を軌道に再粘着させた後、トルクを復帰させる再粘着制御が行われる。上述のように、従来の再粘着制御では、空転滑走の発生を検出すると、直ぐに再粘着制御が発動される。

これに対して、本実施形態では、空転滑走の発生を検出した場合に、必ずしも直ぐに再粘着制御を発動するのではなく、今回及び過去の各空転滑走の発生時点での動輪の接線力係数μの変化に応じて、再粘着制御を発動（開始）するタイミングを可変する。すなわち、接線力係数μの変化に応じて、（ａ）従来と同様に直ぐに再粘着制御を発動する制御パターンと、（ｂ）再粘着制御を発動するタイミングを遅らせてある程度の時間の空転滑走の継続を許容する制御パターンとを切り替える。具体的には、各空転滑走の発生時点での接線力係数μが連続して低下している場合には、（ｂ）再粘着制御の発動タイミングを遅らせ、それ以外の場合には、（ａ）直ぐに再粘着制御を発動する。

接線力係数μは、式（１）により算出される。

ここで、Ｆは車輪周引張力［Ｎ］、ｍは回転慣性質量［ｋｇ］、αは車輪周加速度［ｍ／ｓ^２］、Ｗ_０は静止輪重［Ｎ］である。また、車輪周引張力Ｆは、式（２）で与えられる。

ここで、Ｇは歯車比、Ｒは車輪半径［ｍ］、τ_ｅは電動機の発生トルク［Ｎｍ］である。

式（１），（２）において、歯車比Ｇ、車輪半径Ｒ、回転慣性質量ｍ、及び静止輪重Ｗ０は、車両の仕様によって決まる既知の値である。また、車輪周加速度α、及び発生トルクτ_ｅは、電車の走行によって変化する値である。発生トルクτ_ｅは、例えば電動機のトルク電流成分Ｉｑから算出することができる。

図１は、新幹線電車を約３４０［ｋｍ／ｈ］で高速試験走行させた際の試験結果を示す図である。試験では、新幹線電車の台車の各軸のうち、試験対象の軸について、空転滑走の発生を検出した場合に直ぐに再粘着制御を発動させずに空転滑走を継続させた。同図は、空転滑走の発生中（継続中）におけるすべり速度に対する接線力係数μの特性を示す図である。接線力係数μは、電動機のトルク電流成分の測定値から式（１），（２）を用いて算出した。また、当該軸について、試験走行中に発生した多数の空転滑走のうちの７回分の空転滑走（１）〜（７）それぞれに対する特性のみを時系列に示している。

発生した空転滑走を継続させると、時間経過に伴ってすべり速度が徐々に増加する。大部分の空転滑走では、すべり速度の増加とともに、接線力係数μがそのまま推移、或いは低下する（図中の（１）〜（６）が該当）。しかし、空転滑走の発生時の接線力係数μが小さい場合には、すべり速度の増加とともに接線力係数μが上昇している（図中の（７）が該当）。簡明化のため、同図では７回分の空転滑走時の特性を示したが、実際には相当数の試験結果が得られ、この傾向が示されている。つまり、空転滑走の発生時の接線力係数μが比較的小さい場合には、空転滑走の継続を許容することで、発生時よりも大きな粘着力が得られるといえる。

また、各回の空転滑走の発生時の接線力係数μ（発生時接線力係数μ）に着目すると、この発生時接線力係数μが比較的小さい空転滑走の場合、その直前の各空転滑走の発生時接線力係数μが連続して低下していることがわかる。すなわち、５〜７回目の連続する３回の空転滑走（５）〜（７）それぞれの発生時接線力係数μが連続して低下している。他の実験結果についても同様の傾向が見られた。つまり、空転滑走の発生時接線力係数μが、空転滑走が発生する毎に連続して所定回数低下した場合には、空転滑走の継続を許容することで上昇する可能性が高いといえる。

このため、本実施形態では、各空転滑走の発生時の接線力係数μの変化を基に、空転滑走の継続を許容した場合に接線力係数μが上昇する状態にあることを見極め、再粘着制御の開始タイミングを可変する。すなわち、今回及び過去の各空転滑走の発生時の接線力係数μが所定回数以上連続して低下している場合には、再粘着制御の発動タイミングを遅らせ、空転滑走の継続を許容した後に再粘着制御を発動し、それ以外の場合には、従来と同様に直ぐに再粘着制御を発動する。

図２は、本実施形態の再粘着制御を説明するための図である。同図では、横軸を時間ｔとして、上側に制御対象の軸の周速度Ｖを基準速度（目標速度）Ｖｍとともに示し、下側に当該対称軸を駆動する電動機の発生トルクτ_ｅを示している。同図によれば、空転滑走が発生していない場合、周速度Ｖは基準速度Ｖｍにほぼ一致し、電動機トルクτ_ｅはほぼ一定に保たれている。空転滑走が発生すると、周速度Ｖが上昇して、基準速度Ｖｍとの差分である速度差Ｖｄが増加する。そして、時刻ｔ１において、速度差Ｖｄが予め定められた閾値Ｖｓ１に達すると、空転滑走の発生が検出される。続いて、速度差Ｖｄが更に増加し、時刻ｔ２において、予め定められた閾値Ｖｓ２に達すると、再粘着制御が発動される。但し、Ｖｓ１≦Ｖｓ２、である。

再粘着制御が発動されると、電動機トルクτ_ｅの引き下げが開始される。このとき、電動機トルクτ_ｅの引き下げは、予め定められた引き下げ速度Ｗｔで行われる。また、電動機トルクτ_ｅの引き下げは、周速度Ｖの増加がゼロなった時点、すなわち周速度Ｖを微分して得られる加速度αがゼロとなる時点まで継続される。電動機トルクτ_ｅの引き下げにより周速度Ｖが低下し、速度差Ｖｄが予め定められた閾値Ｖｒ以下となった時刻ｔ３において、再粘着制御の復帰動作が開始される。すなわち、電動機トルクτ_ｅの引き下げ量を減少させてトルクを復帰させる制御が開始される。そして、電動機トルクτ_ｅが再粘着制御の開始時点（時刻ｔ１）における値まで復帰した時刻ｔ４において、再粘着制御の終了となる。このとき、電動機トルクτ_ｅは、予め定められた復帰時間Ｔｔをかけて復帰するように制御される。

本実施形態では、再粘着制御の発動タイミングを決定する閾値Ｖｓ２、及び再粘着制御の復帰タイミングを決定する閾値Ｖｒを、空転滑走の発生が検出された時点における接線力係数μに応じて可変する。具体的には、今回及び過去の複数回（本実施形態では、今回及び過去を含めて計３回とする）の連続する各空転滑走の発生時接線力係数μが連続して低下している場合には、Ｖｓ２＞Ｖｓ１、とし、再粘着制御の発動タイミングを遅らせる。一方、これ以外の場合には、Ｖｓ１＝Ｖｓ２、とし、従来と同様に、空転滑走の発生を検出すると直ぐに再粘着制御を発動する。

更に、本実施形態では、空転滑走の発生の検出時における接線力係数μに応じて、再粘着制御の制御パラメータ（再粘着制御パラメータ）である発生トルクの引き下げ速度Ｗｔ及び復帰時間Ｔｔを可変する。

［構成］
図３は、本実施形態における電車の主回路の概略構成を示すブロック図であり、一の駆動軸について示している。すなわち、電動機の制御は個別制御（いわゆる１Ｃ１Ｍ）として、以下説明するが、本発明の適用可能な実施形態がこれに限られるものではない。例えば、動輪２軸の台車を２台車分一括して制御する１Ｃ４Ｍに適用することも可能である。同図によれば、電車の主回路は、電動機１０と、速度センサ１２と、インバータ２０と、電流センサ３０と、電動機制御装置４０とを備えて構成される。

電動機１０は、インバータ２０から電力が供給されることで車軸を回転駆動する主電動機（メインモータ）であり、例えば３相誘導電動機で実現される。速度センサ１２は、電動機１０の回転速度（周速度）Ｖを検出する。インバータ２０には、パンタグラフ及びコンバータを介して架線の電力が供給される。そして、ベクトル演算制御装置４３から入力されるＵ相、Ｖ相及びＷ相それぞれの電圧指令値Ｖｕ^＊，Ｖｖ^＊，Ｖｗ^＊に基づいて出力電圧を調整し、電動機１０に給電する。電流センサ３０は、電動機１０の入力端に設けられ、電動機１０に流入するＵ相及びＶ相の電流Ｉｕ，Ｉｖを検出する。

電動機制御装置４０は、電動機１０をベクトル制御する。この電動機制御装置４０は、ＣＰＵやＲＯＭ、ＲＡＭ等から構成されるコンピュータ等によって実現され、例えば制御ボードとして電動機の制御装置の一部として実装されたり、或いはインバータ２０を含めて一体的にインバータ装置として構成される。また、電動機制御装置４０は、μ算出装置４１と、再粘着制御装置４２と、ベクトル演算制御装置４３とを備えている。

μ算出装置４１は、電流センサ３０により検出された電流Ｉｖ，Ｉｕや、速度センサ１２により検出された周速度Ｖに基づき、式（１）に従って制御対象の動輪の接線力係数μを算出する。なお、車軸の回転速度を直接検出するのではなく、いわゆる速度センサレスベクトル制御で用いられる推定方法（例えば、誘導電動機の電機子電圧、電機子電流をもとに回転速度を推定する方法）によって周速度を得ることとし、速度センサ１２を不要としても良い。

再粘着制御装置４２は、μ算出装置４１により算出された接線力係数μ、速度センサ１２により検出された周速度Ｖ、及び入力された基準速度Ｖｍに基づき、電動機１０の発生トルクを制御して再粘着制御を実行させるためのトルク引き下げ指令信号を生成する。ここで、基準速度Ｖｍは電車の進行速度であり、例えば運転台から得られる速度信号や、Ｔ車の従軸の周速度から得ることとしてもよいし、車両内の各軸の周速度のうち、力行時であれば最小値、ブレーキ時であれば最大値等として決定してもよい。

ベクトル演算制御装置４３は、不図示の電流指令生成装置から入力される電流指令値Ｉｄ^＊，Ｉｑ^＊と、再粘着制御装置４２から入力されるトルク引き下げ指令信号とに基づいて、インバータ２０に対する電圧指令値Ｖｕ^＊，Ｖｖ^＊，Ｖｗ^＊を生成する。具体的には、トルク引き下げ指令信号が入力されない間は、電流指令値Ｉｄ^＊，Ｉｑ^＊に基づいて電圧指令値Ｖｕ^＊，Ｖｖ^＊，Ｖｗ^＊を算出し、トルク引き下げ指令信号が入力されると、該信号に応じた分だけ電動機１０の発生トルクを引き下げるように電圧指令値Ｖｕ^＊，Ｖｖ^＊，Ｖｗ^＊を算出する。

図４は、再粘着制御装置４２の回路構成を示すブロック図である。同図によれば、再粘着制御装置４２は、加算器４２１と、微分器４２２と、空転検出部４２３と、発動指令部４２４と、復帰指令部４２５と、保持回路４２６と、パラメータ切替器４２７と、連続低下検出器４２９と、再粘着制御器４２８とを有して構成される。

加算器４２１は、周速度Ｖから、入力された基準速度Ｖｍを減算演算して速度差Ｖｄを算出する。微分器４２２は、入力された周速度Ｖを微分演算して加速度αを算出する。

空転検出部４２３は、比較器４２３１，４２３２と、ＯＲゲート４２３３と、空転閾値切替器４２３４とを有し、制御対象の動輪の空転滑走の発生を検出する。比較器４２３１は、加算器４２１から入力された速度差Ｖｄが、設定されている閾値Ｖｓ１を超えたか否かを比較判定し、超えたと判定すると判定信号を出力する。比較器４２３２は、微分器４２２から入力された加速度αが、設定されている閾値αｓ１を超えたか否かを比較判定し、超えたと判定すると判定信号を出力する。

ＯＲゲート４２３３は、比較器４２３１，４２３２それぞれから入力された判定信号の論理和を演算する。このＯＲゲート４２３３からの出力信号が、空転検出信号Ｓ１となる。すなわち、比較器４２３１，４２３２の少なくとも一方から判定信号が入力された場合、空転検出信号Ｓ１が出力される。つまり、空転検出部４２３は、速度差Ｖｄが閾値Ｖｓ１を超えた場合、或いは加速度αが閾値αｓ１を超えた場合に、空転検出信号Ｓ１を出力する。

空転閾値切替器４２３４は、入力される基準速度Ｖｍを基に、比較器４２３１，４２３２それぞれに設定される閾値Ｖｓ１，αｓ１（以下、「空転検出閾値」という）を切り替える。具体的には、基準速度Ｖｍを基に、現在の速度域を判断する。次いで、空転検出閾値テーブルＴＢＬ１に従って、判断した速度域に応じた空転検出閾値を比較器４２３１，４２３２それぞれに設定する。

図５に、空転検出閾値テーブルＴＢＬ１の一例を示す。同図によれば、空転検出閾値テーブルＴＢＬ１は、空転検出閾値それぞれの値を、速度域毎に設定している。ここで、速度域は、「高速域」、「中速域」及び「低速域」の三種類に定められている。なお、速度域の分類は、この三種類に限らず、幾つであっても良い。

発動指令部４２４は、タイマ４２４１と、比較器４２４２，４２４３，４２４４と、ＯＲゲート４２４５とを有し、制御対象の動輪に対する再粘着制御の発動を指示（指令）する。タイマ４２４１は、空転検出部４２３から空転検出信号Ｓ１が入力されたタイミングでリセットして計時を開始する。すなわち、タイマ４２４１による計時時間Ｔは、空転滑走の発生が検出された時点からの経過時間である。比較器４２４２は、タイマ４２４１の計時時間Ｔが、設定されている閾値Ｔｓを超えたか否かを比較判定し、超えたと判定すると判定信号を出力する。比較器４２４３は、加算器４２１から入力された速度差Ｖｄが、設定されている閾値Ｖｓ２を超えたか否かを比較判定し、超えたと判定すると判定信号を出力する。比較器４２４４は、微分器４２２から入力された加速度αが、設定されている閾値α２を超えたか否かを比較判定し、超えたと判定すると判定信号を出力する。

ＯＲゲート４２４５は、比較器４２４２，４２４３，４２４４それぞれから入力される判定信号の論理和を演算する。このＯＲゲート４２４５からの出力信号が、発動指令信号Ｓ２となる。すなわち、比較器４２４２，４２４３，４２４４の少なくとも１つから判定信号が入力された場合、発動指令信号Ｓ２が出力される。つまり、発動指令部４２４は、速度差Ｖｄが閾値Ｖｓ２を超えた場合、加速度αが閾値αｓ２を超えた場合、或いは空転滑走の発生の検出からの経過時間が閾値Ｔｓに達した場合に、再粘着制御の発動（開始）を指示する発動指令信号Ｓ２を出力する。ここで、「速度差Ｖｄが閾値Ｖｓ２を超える、或いは加速度αが閾値αｓ２を超える」ことが、再粘着制御の発動条件である。また、「空転滑走の発生の検出からの経過時間が閾値Ｔｓに達する」ことが、再粘着制御を強制的に発動するための条件である。

復帰指令部４２５は、比較器４２５１，４２５２と、ＡＮＤゲート４２５３とを有し、発動した再粘着制御の復帰動作を指示（指令）する。比較器４２５２は、微分器４２２から入力された加速度αが、設定されている閾値αｒを下回ったか否かを比較判定し、下回ったと判定すると判定信号を出力する。比較器４２５１は、加算器４２１から入力された速度差Ｖｄが、設定されている閾値Ｖｒを下回ったか否かを比較判定し、下回ったと判定すると判定信号を出力する。

ＡＮＤゲート４２５３は、比較器４２５１，４２５２それぞれから入力される判定信号の論理績を演算する。このＡＮＤゲート４２５３からの出力信号が、復帰指令信号Ｓ３となる。すなわち、比較器４２５１，４２５２の両方から判定信号が入力された場合、復帰指令信号Ｓ３が出力される。つまり、復帰指令部４２５は、加速度αが閾値αｒを下回り、且つ速度差Ｖｄが閾値Ｖｒを下回った場合に、電動機１０の発生トルクの復帰を指示する復帰指令信号Ｓ３を出力する。ここで、「加速度αが閾値αｒを下回り、且つ速度差Ｖｄが閾値Ｖｒを下回る」ことが、再粘着制御の復帰動作を開始するための復帰条件である。

保持回路４２６は、入力される基準速度Ｖｍ及び接線力係数μを、空転検出部４２３から空転検出信号Ｓ１が入力されるタイミングで保持する。すなわち、保持回路４２６は、最新（今回）の空転滑走が検出された時点での基準速度Ｖｍ及び接線力係数μを保持している。

再粘着制御器４２８は、発動指令部４２４から入力される発動指令信号Ｓ２、復帰指令部４２５から入力される復帰指令信号Ｓ３、及び設定されている再粘着制御パラメータに基づき、電動機１０の発生トルクを制御して再粘着を実現するためのトルク指令信号を生成して出力する。具体的には、発動指令部４２４から発動指令信号Ｓ２が入力されると、電動機１０の発生トルクを、設定されているトルク引き下げ速度Ｗｔで引き下げる（低下させる）ようにトルク引き下げ指令信号を生成し、空転した車輪を軌道に再粘着させる。その後、復帰指令部４２５から復帰指令信号Ｓ３が入力されると、引き下げた発生トルクを設定されている復帰時間Ｔｔで復帰させるようにトルク引き下げ指令信号を生成する。

連続低下検出器４２９は、空転検出部４２３から空転検出信号Ｓ１が入力される毎に、空転滑走の発生の検出時における接線力係数μが連続して低下しているか否を検出する。具体的には、空転検出信号Ｓ１の入力毎に、当該入力タイミングにおける接線力係数μを保持する。次いで、今回の接線力係数μが前回の接線力係数μを下回るか否かを判定し、下回るならば連続低下回数を「１」加算した値に更新し、そうでないならば連続低下回数を「０」に更新（リセット）する。そして、更新した連続低下回数が所定回数（例えば、「３」）に達しているならば、連続低下が発生したと判定し、一方、所定回数に達していないならば、連続低下が発生していないと判定する。そして、この連続低下が発生したか否かの判定結果を、検出結果信号として出力する。

パラメータ切替器４２７は、保持回路４２６から入力される基準速度Ｖｍ及び接線力係数μ、連続低下検出器４２９から入力される検出結果信号を基に、発動指令部４２４の比較器４２４２，４２４３，４２４４それぞれに設定される閾値Ｔｓ，Ｖｓ２，αｓ２（以下、「発動指令閾値」という）、復帰指令部４２５の比較器４２５１，４２５２それぞれに設定される閾値αｒ，Ｖｒ（以下、「復帰指令閾値」という）、及び再粘着制御器４２８に設定されるトルク引き下げ速度Ｗｔ及び復帰時間Ｔｔ（以下、「再粘着制御パラメータ」という）を切り替える。

具体的には、基準速度Ｖｍを基に速度域を判断する。次いで、判断した速度域のパラメータテーブルＴＢＬ２に従って、検出結果信号及び接線力係数μに応じた発動指令閾値を発動指令部４２４の比較器４２４２，４２４３，４２４４それぞれに設定するとともに、復帰指令閾値を復帰指令部４２５の比較器４２５１，４２５２それぞれに設定し、再粘着制御パラメータを再粘着制御器４２８に設定する。

図６に、パラメータテーブルＴＢＬ２の一例を示す。パラメータテーブルＴＢＬ２は、「高速域」、「中速域」及び「低速域」の三種類の速度域毎に用意されている。同図（ａ）は、「高速域」のパラメータテーブルＴＢＬ２であり、同図（ｂ）は、「中速域」のパラメータテーブルＴＢＬ２であり、同図（ｃ）は、「低速域」のパラメータテーブルＴＢＬ２である。

パラメータテーブルＴＢＬ２は、発動指令閾値、復帰指令閾値、及び再粘着制御パラメータそれぞれの値を、「検出有り」及び「検出無し」の連続低下検出結果毎に設定している。更に、連続低下検出結果が「検出有り」については、接線力係数μの範囲毎に各パラメータの値を設定している、発動指令閾値は、発動指令部４２４の比較器４２４３に閾値として設定される速度差Ｖｓ２、比較器４２４４に閾値として設定される加速度αｓ２、及び比較器４２４２に閾値として設定される強制発動時間Ｔｓである。また、復帰指令閾値は、復帰指令部４２５の比較器４２５１に閾値として設定される速度差Ｖｒ、及び比較器４２５２に閾値として設定される加速度αｒである。また、再粘着制御パラメータは、電動機１０の発生トルクτ_ｅの引き下げ速度Ｗｔ及び復帰時間Ｔｔである。

連続低下検出器４２９は、判定した速度域のパラメータテーブルＴＢＬ２に従い、該検出結果信号が示す検出結果「検出有り」であるか「検出無し」であるかに応じた値を設定する。またこのとき、検出結果が「検出有り」ならば、当該検出結果信号が入力された際に入力された接線力係数μに該当する値を設定する。すなわち、発動指令部４２４の比較器４２４２，４２４３，４２４４それぞれに設定されている発動指令閾値、復帰指令部４２５の比較器４２５１，４２５２それぞれに設定されている復帰指令閾値、及び再粘着制御器４２８に設定されている再粘着制御パラメータは、空転滑走の発生の検出毎に切り替えられる。

図６のパラメータテーブルＴＢＬ２によれば、連続低下が検出されなかった場合には、何れの速度域においても強制発動時間Ｔｓが「０」に設定されている。このため、空転検出部４２３によって空転滑走の発生の検出がなされた場合には、比較器４２４２が即時に判定信号を出力して、ＯＲゲート４２４５から発動指令信号Ｓ２が再粘着制御器４２８に出力され、即時に再粘着制御が開始される。

一方、連続低下が検出された場合には、発動指令値の速度差Ｖｓ２及び加速度αｓ２の値が、検出されない場合の速度差Ｖｓ２及び加速度αｓ２や、空転検出閾値テーブルＴＢＬ１（図５参照）の速度差Ｖｓ１及び加速度αｓ１の値に比べて、大きな値とされる。連続低下が検出された状態は、空転滑走を継続させることにより接線力係数μが上昇する状態にある可能性が高いといえるため、速度差Ｖｓ２及び加速度αｓ２等の発動指令値を大きな値として、発生した空転滑走の継続を許容するのである。

また、今回の空転滑走の発生時の接線力係数μが低いほど、空転滑走を継続させることによる接線力係数μが上昇する可能性が高いため、発動指令閾値がより高い値に設定される。

また、速度域が高速である程、車輪の周速度や加速度の単位時間に対する変化量が大きくなることから、より高速な速度域ほど、発動指令閾値が高い値に設定される。

また、連続低下が検出された場合であっても、一定時間以上の空転滑走の継続は車輪やレールに大きな損耗を与えるため、空転滑走の発生の検出時点からの経過時間が強制発動時間Ｔｓに達した場合には、再粘着制御が強制的に開始される。

復帰指令においては、連続低下が検出された場合には、検出されなかった場合に比べて復帰指令閾値（図６では速度差Ｖｒのみ設定されている）が大きく設定され、また、速度域が高速であるほど、大きな値に設定されている。また、接線力係数μが小さいほど、復帰指令値が大きな値に設定されている。復帰指令閾値が大きいほど、より早期にトルク復帰動作を開始させる作用効果を奏する（図２参照）。このため、接線力係数μが低い、或いはより高速域であるほど、早期にトルク復帰動作を開始させることが可能となる。

また、連続低下が検出されたか否かによって、トルク引下げ速度Ｗｔ及び復帰時間Ｔｔが可変される。具体的には、連続低下が検出された場合には、トルク引下げ速度Ｗｔを小さな値に、復帰時間Ｔｔを大きな値に切り替えられる。

なお、図６のパラメータテーブルＴＢＬ２や図５の空転検出閾値テーブルＴＢＬ１の各値も一例である。本実施形態が適用される台車や電車等に応じて適宜設計変更して良いことは勿論である。

［変形例］
尚、本発明の適用可能な実施形態は上述の実施形態に限定されることなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能なのは勿論である。

（Ａ）接線力係数相当値
例えば、上述の実施形態では、接線力係数相当値の一例として接線力係数μそのものとしたが、接線力や粘着力、電動機の電流値（例えば、トルク電流）等、接線力係数の変動と同様の変動を示す値（接線力係数とほぼリニアリティがある値）であって、接線力係数μと等価又は略等価に扱える値であれば、何れでも良い。

（Ｂ）連続低下の発生と判定する回数
また、上述の実施形態では、連続低下検出器４２９が空転滑走の発生時の接線力係数μの連続低下が発生したと判定するための基準回数を３回としたが、４回以上としても良い。

（Ｃ）空転滑走中の接線力係数μの変化率に基づく発動指令閾値等の可変制御
また、上述の実施形態では、接線力係数μの連続低下が検出された場合、今回の空転滑走の発生検出時点での接線力係数μの値に基づいて発動指令閾値や復帰指令閾値等を決定して固定することしたが、空転滑走中の接線力係数μの単位時間当たりの変化（変化率）に基づいて、一旦決定した発動指令閾値や復帰指令閾値等を可変することとしてもよい。具体的には、空転滑走の発生検出時の接線力係数μの値に基づいて発動指令閾値や復帰指令閾値等を一旦決定するが、その後、所定時間間隔（例えば１０ｍｓｅｃ間隔）で接線力係数μの変化率（時間微分）を算出し、算出した接線力係数μの変化率に応じて、先に決定した発動指令閾値や復帰指令閾値等をリアルタイムに変動させる。

（Ｄ）電動機制御の形態
また、上述の実施形態では、１つの電動機制御装置４０によって１つの電動機１０を制御する、いわゆる１Ｃ１Ｍとしたが、他の制御方法、例えば１つの電動機制御装置によって４つの電動機を制御する１Ｃ４Ｍの場合であっても、同様に適用可能である。

（Ｅ）電気車
更に、上述の実施形態では、電気車の一種である電車について説明したが、例えば電気自動車等にも同様に適用可能なのは勿論である。

試験結果の一例。 実施形態の再粘着制御の説明図。 実施形態の電気車の主回路構成図。 再粘着制御装置の回路構成図。 空転検出閾値テーブルの一例。 パラメータテーブルの一例。

符号の説明

１０ 主電動機
４０ 電動機制御装置
４１ μ算出装置
４２ 再粘着制御装置
４２３ 空転検出部
４２３１，４２３２ 比較器、４２３３ 空転閾値切替器、４２３４ ＯＲゲート
４２４ 発動指令部
４２４１ タイマ、４２４２，４２４３，４２４４ 比較器、４２４５ ＯＲゲート
４２５ 復帰指令部
４２５１，４２５２ 比較器、４２５３ ＡＮＤゲート
４２６ 保持回路、４２７ パラメータ切替器、４２８ 再粘着制御器、４２９ 連続低下検出器
４３ ベクトル演算制御装置
Ｓ１ 空転検出信号、Ｓ２ 発動指令信号、Ｓ３ 復帰指令信号

Claims (10)

1. 電気車の動輪を駆動する電動機を制御し、前記動輪の空転滑走の発生を検出して当該動輪の再粘着制御を行う電動機制御装置であって、
   前記動輪の空転滑走の発生を検出する空転滑走検出手段と、
   前記空転滑走検出手段による検出時の前記動輪の接線力係数相当値を検出する接線力係数相当値検出手段と、
   前記空転滑走検出手段による検出の度に前記接線力係数相当値検出手段により検出された接線力係数相当値が、所定回数連続して低下したことを検出する連続低下検出手段と、
   １）前記動輪の周速度と前記電気車の進行速度とを判定対象値とする第１の速度差基準条件、及び／又は、２）前記動輪の周加速度を判定対象値とする第１の周加速度基準条件を少なくとも含む前記再粘着制御の発動条件を、前記連続低下検出手段による検出がなされた場合に、前記接線力係数相当値検出手段により検出された接線力係数相当値に基づいて可変する発動条件可変手段と、
   前記判定対象値が前記発動条件を満足したことを検出する発動条件合致検出手段と、
   前記発動条件合致検出手段の検出に応じて、前記再粘着制御を発動させる再粘着制御発動手段と、
   を備えた電動機制御装置。
2. 前記発動条件可変手段は、前記連続低下検出手段による検出がなされ、且つ、前記空転滑走検出手段による検出時に前記接線力係数相当値検出手段によって検出された接線力係数相当値が、空転滑走を継続した場合に上昇する可能性のある値の範囲として予め定められた継続許容範囲内に有る場合に、当該継続許容範囲内に無い場合に比べて空転滑走の継続を許容する条件内容に前記発動条件を変更する請求項１に記載の電動機制御装置。
3. 前記空転滑走検出手段による検出から所定時間が経過するまでに前記再粘着制御発動手段による前記再粘着制御の発動がなされていないことを検出する非発動検出手段と、
   前記非発動検出手段の検出に応じて前記再粘着制御を強制的に発動させる強制発動手段と、
   を更に備えた請求項１又は２に記載の電動機制御装置。
4. 前記発動条件には、前記第１の速度差基準条件が少なくとも含まれ、
   前記第１の速度差基準条件には、前記動輪の周速度と前記電気車の進行速度との速度差又はすべり率の閾値が条件として定められ、
   前記発動条件可変手段は、前記閾値を大小させることで前記発動条件を可変する請求項１〜３の何れか一項に記載の電動機制御装置。
5. 前記発動条件可変手段は、前記接線力係数相当値検出手段により検出された接線力係数相当値が小さいほど、前記閾値を大きくする請求項４に記載の電動機制御装置。
6. 前記発動条件には、前記第１の周加速度基準条件が少なくとも含まれ、
   前記第１の周加速度基準条件には、前記動輪の周加速度の閾値が条件として定められ、
   前記発動条件可変手段は、前記周加速度の閾値を大小させることで前記発動条件を可変する請求項１〜５の何れか一項に記載の電動機制御装置。
7. 前記発動条件可変手段は、前記接線力係数相当値検出手段により検出された接線力係数相当値が小さいほど、前記周加速度の閾値を大きくする請求項６に記載の電動機制御装置。
8. 前記発動条件可変手段は、更に、前記電気車の進行速度に基づいて前記発動条件を可変する請求項１〜７の何れか一項に記載の電動機制御装置。
9. イ）前記動輪の周速度と前記電気車の進行速度とを判定対象値とする第２の速度差基準条件、及び／又は、ロ）前記動輪の周加速度を判定対象値とする第２の周加速度基準条件を少なくとも含む、前記再粘着制御発動手段により発動された再粘着制御の復帰動作を開始するための復帰条件を満足したことを検出する復帰条件合致検出手段と、
   前記復帰条件合致検出手段の検出に応じて、前記再粘着制御発動手段により発動された再粘着制御の復帰動作を開始させる再粘着制御復帰手段と、
   前記連続低下検出手段による検出がなされた場合に、前記接線力係数相当値検出手段により検出された接線力係数相当値に基づいて、前記復帰条件を可変する復帰条件可変手段と、
   を更に備えた請求項１〜８の何れか一項に記載の電動機制御装置。
10. 電気車の動輪を駆動する電動機を制御する際に、前記動輪の空転滑走の発生を検出して当該動輪の再粘着制御を行う再粘着制御方法であって、
    前記動輪の空転滑走の発生を検出する空転滑走検出ステップと、
    前記空転滑走検出ステップで検出された際の前記動輪の接線力係数相当値を検出する接線力係数相当値検出ステップと、
    前記空転滑走検出ステップで検出される度に前記接線力係数相当値検出ステップにおいて検出された接線力係数相当値が、所定回数連続して低下したことを検出する連続低下検出ステップと、
    １）前記動輪の周速度と前記電気車の進行速度とを判定対象値とする第１の速度差基準条件、及び／又は、２）前記動輪の周加速度を判定対象値とする第１の周加速度基準条件を少なくとも含む前記再粘着制御の発動条件を、前記連続低下検出ステップにおける検出がなされた場合に、前記接線力係数相当値検出ステップで検出された接線力係数相当値に基づいて可変する発動条件可変ステップと、
    前記判定対象値が前記発動条件を満足したことを検出する発動条件合致検出ステップと、
    前記発動条件合致検出ステップにおける検出に応じて、前記再粘着制御を発動させる再粘着制御発動ステップと、
    を含む再粘着制御方法。

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