JP2011143830A - 鉄道車両用渦電流ブレーキ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】蓄電池を搭載するのみでその他の電源を要しない鉄道車両用渦電流ブレーキ装置を提供する。
【解決手段】鉄道車両用渦電流ブレーキ装置において、渦電流ブレーキ装置を搭載する鉄道車両に蓄電池１を搭載し、この蓄電池１を前記渦電流ブレーキ装置の電源回路として完全に独立して動作させ、かつ前記蓄電池１の放電に備えて前記蓄電池１の蓄電残量値７をモニタし、この蓄電残量値７が予め設定された一定値を下回った場合、前記鉄道車両の走行中に渦電流ブレーキ装置を動作させ、自車の蓄電池１に充電する。
【選択図】 図２

Description

本発明は、渦電流ブレーキ（リニア誘導モータ、誘導機等を含む）の制御装置に係り、特に、鉄道車両に装備される渦電流ブレーキ装置に関するものである。

従来、鉄道車両用渦電流ブレーキは、電磁力を利用して台車とレールとの間に非接触で制動力を作用させる。しかし、従来の渦電流ブレーキでは、所定の制動力を得るために比較的大きな励磁電力が必要であり、そのため、電源として主回路を使用したり、大規模補助電源の利用が検討されたりしていた（下記特許文献１，非特許文献１参照）。
また、初期励磁に小容量の補助回路電源を用い、その後の励磁に必要な電力を発電制動時の運動エネルギーから得る発電電力制御と、ブレーキの制動力の制御が可能な渦電流ブレーキの制御装置を、本願発明者らが提案している（下記特許文献２参照）。

図４は従来の鉄道車両用渦電流レールブレーキ装置及びその周辺部分を示す図、図５は従来の渦電流レールブレーキ装置の基本構成を示すブロック図、図６はその渦電流レールブレーキ装置の基本的な原理を示す模式図である。
図４に示すように、鉄道車両用渦電流レールブレーキ装置は、励磁極としてリニア誘導モータの電機子を適用しており、一方のレール１２１に対向するように第１の電機子１１１が配置され、他方のレール１２２に対向するように第２の電機子１１１′が配置される。これらの電機子１１１，１１１′は、コア（磁芯）に形成された複数の溝に巻線を巻いて構成される直線状の電磁石であり、車輪１１３を回転可能に支持する台車１１４または車輪支持点である軸箱に固定されている。

図５に示すように、電源回路とその制御方法としては、ＶＶＶＦインバータを使用した発電制動を用いている。１台の台車１１４に電機子１１１，１１１′が、もう１台の台車（図示なし）に電機子１１２，１１２′が装備されている。
なお、図５において、１１１，１１１′，１１２，１１２′は電機子、１２１はＰＷＭインバータ、１２２は補助電源装置、１２３はスイッチ、１２４はダイオード、１２５はＰＷＭインバータの接地、１２６はＰＷＭインバータ１２１からの出力電流の電流検出器、Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗは電流検出器１２６からの３相出力電流値、１２７は制御回路、Ｔｕ，Ｔｖ，Ｔｗは制御回路１２７からの３相出力電圧パターン、Ｖ_{dc ref}は制御回路１２７へ入力される直流電圧設定値、Ｉ_ref ² は制御回路１２７へ入力される制動力指令値、Ｖ_elは制御回路１２７へ入力される実速度である。

図６においては、説明を簡単にするために、片側の電機子１１１及び片側のレール１２１のみを示して、渦電流ブレーキ装置の基本的な原理について説明する。鉄道車両は、レール１２１上を走行することにより、運動エネルギーを蓄積している。そこで、鉄道車両の走行速度を減少させたい場合に、電機子１１１の巻線に交流電流を流すことにより交流磁界を発生させる。この磁界により、電機子１１１の一端からレール１２１内を貫通して電機子１１１の他端に戻る磁束が発生し、レール１２１内に渦電流が生じる。鉄道車両の移動と共に磁束もレール１２１内を移動するが、レール１２１内の渦電流は磁束の変化を妨げようとするので、電機子１１１とレール１２１との間にブレーキ力が発生する。

ここでは、渦電流ブレーキ装置は、図５に示すように、き電系の主回路とは切り離され、例えば、直流１００Ｖの補助電源装置１２２からの電源が供給される。これにより、き電系や主回路に故障が生じた場合であっても、ブレーキシステムに影響が及ばないようにしている。

特開２００５−２７１７０４号公報 特願２００９−０８２１２６号

坂本 泰明，柏木 隆行，長谷川 均，笹川 卓，藤井信男，「リニアレールブレーキ用電機子の設計検討」，電気学会半導体電力変換・リニアドライブ合同研究会，２００８年１２月 ＳＰＣ−０８−１８０ ＬＤ−０８−８３，１／６−６／６

しかしながら、上記した渦電流ブレーキの制御装置では、小容量とはいえ、車上の補助電源回路に接続することが必要であり、配線その他、艤装上の制約を受ける。
本発明は、上記状況に鑑みて、蓄電池を搭載するのみでその他の電源を要しない鉄道車両用渦電流ブレーキ装置を提供することを目的とする。

本発明は、上記目的を達成するために、
〔１〕鉄道車両用渦電流ブレーキ装置において、渦電流ブレーキ装置を搭載する鉄道車両に蓄電池を備え、この蓄電池を前記渦電流ブレーキ装置の電源回路として完全に独立して動作させ、かつ前記蓄電池の放電に備えて前記蓄電池の蓄電残量値をモニタし、この蓄電残量値が予め設定された一定値を下回った場合、前記鉄道車両の走行中に前記渦電流ブレーキ装置を動作させ、自車の蓄電池に充電することを特徴とする。

〔２〕上記〔１〕記載の鉄道車両用渦電流ブレーキ装置において、前記渦電流ブレーキ装置がレールの長手方向の上部に配置される電機子を具備する渦電流式レールブレーキ装置であることを特徴とする。
〔３〕上記〔１〕記載の鉄道車両用渦電流ブレーキ装置において、前記渦電流ブレーキ装置が車軸に取り付けられたディスクを挟んで配置される渦電流式ディスクブレーキ装置であることを特徴とする。

本発明によれば、電源回路としては蓄電池のみで完全に独立して動作するため、艤装上の制約がなく配線等を行う必要がない渦電流ブレーキ装置を提供することができる。
また、回転型の誘導機の渦電流ブレーキとしても使用できる。

本発明に係る渦電流式レールブレーキ装置及びその周辺部分を示す図である。 本発明の第１実施例を示す渦電流式レールブレーキ装置の基本構成を示すブロック図である。 本発明の第２実施例を示す回転型の渦電流式ディスクブレーキ装置を示す図面代用写真である。 従来の鉄道車両用渦電流レールブレーキ装置及びその周辺部分を示す図である。 従来の渦電流レールブレーキ装置の基本構成を示すブロック図である。 従来の渦電流レールブレーキ装置の基本的な原理を示す模式図である。

本発明の鉄道車両用渦電流ブレーキ装置は、渦電流ブレーキ装置を搭載する鉄道車両に蓄電池を備え、この蓄電池を前記渦電流ブレーキ装置の電源回路として完全に独立して動作させ、かつ前記蓄電池の放電に備えて前記蓄電池の蓄電残量値をモニタし、この蓄電残量値が予め設定された一定値を下回った場合、前記鉄道車両の走行中に前記渦電流ブレーキ装置を動作させ、自車の蓄電池に充電する。

以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
図１は本発明に係る渦電流式レールブレーキ装置及びその周辺部分を示す図、図２は本発明の第１実施例を示す渦電流式レールブレーキ装置の基本構成を示すブロック図である。
図１において、１は小容量の蓄電池、２はＰＷＭインバータ、３はＰＷＭインバータからの出力電流の電流検出器、４、４′は第１の電機子、５，５′は第２の電機子、Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗは電流検出器３からの３相出力電流値、６は制御回路、Ｔｕ，Ｔｖ，Ｔｗは制御回路７からＰＷＭインバータ３へ入力される３相出力電圧パターン、７は蓄電池１の蓄電残量値（ＳＯＣ）、１１はレール、１２は台車、１３は車輪、Ｖ_{dc ref}は制御回路６へ入力される直流電圧設定値、Ｉ_ref ² は制御回路６へ入力される制動力指令信号である。

図２に示すように、渦電流式レールブレーキ装置は、従来のようなき電系の主回路や、補助電源装置からの電源に代えて小容量の蓄電池１が搭載される。つまり、系からは独立した小容量の蓄電池１からＰＷＭインバータ２に電力が供給される。これにより、き電系の主回路や、補助電源装置に故障が生じてもブレーキシステムとしての信頼性を損なうことはない。

ＰＷＭインバータ２は、図示しないが、車輪１３を介してレール１１に接地されており、蓄電池１の直流電圧に基づいて、第１の電機子４、４′及び第２の電機子５，５′に交流電流を流し、第１の電機子４、４′及び第２の電機子５，５′を励磁してブレーキ力を発生させる。
第１の電機子４、４′及び第２の電機子５，５′の巻線に流れる電流を検出するためにＰＷＭインバータ２の出力側に電流検出器３が配置され、検出された３相出力電流値Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗが制御回路６へ入力される。制御回路６は電流検出器３により検出された３相出力電流値Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗに基づいて、第１の電機子４、４′及び第２の電機子５，５′に流れる電流ベクトルを検出し、制動力指令信号Ｉ_ref ² と直流電圧設定値Ｖ_{dc ref}に従って、第１の電機子４、４′及び第２の電機子５，５′に供給する３相出力電圧パターンＴｕ，Ｔｖ，Ｔｗを算出し、ＰＷＭインバータ２に出力する。

このように、渦電流式レールブレーキの制御装置に小容量の蓄電池１を搭載し、その蓄電池１を電源回路としては完全に独立で動作させるように構成している。
さらに、蓄電池１の放電に備えて蓄電池１の蓄電残量値７をモニタし、その蓄電残量値７が予め設定された一定値を下回った場合、鉄道車両の走行中に渦電流ブレーキを動作させ、自車の蓄電池１に充電するように構成している。

上記実施例では渦電流式レールブレーキへの適用について述べたが、回転型の渦電流式ディスクブレーキへ適用することもできる。
図３は本発明の第２実施例を示す回転型の渦電流式ディスクブレーキ装置を示す図面代用写真である。
この図において、２０はレール、２１は車軸、２２は車軸２１に取り付けられたディスク（円盤）、２３はディスク２２を電磁石で挟んだ渦電流式ディスクブレーキ装置である。

上記した第１実施例ではレールに渦電流を発生させたが、それに代えてこの第２実施例では、レール２０上方の車軸２１に取り付けられたディスク２２に渦電流を発生させることによってブレーキ力を発生させるようにしている。
そして、図２のように、渦電流式ディスクブレーキの制御装置に小容量の蓄電池１を搭載し、その蓄電池１が電源回路としては完全に独立で動作する装置を構成する。

さらに、蓄電池１の放電に備えて蓄電池の蓄電残量値７をモニタし、その蓄電残量値７が一定値を下回った場合、鉄道車両の走行中に渦電流式ディスクブレーキを動作させ、自車の蓄電池１に充電するように構成する。
この実施例によれば、モータ非搭載の車両にも搭載することができ、非接触式のブレーキであるためブレーキディスクを消耗することがなく、またブレーキパッドが不要となる。

上記したように、本発明によれば、図２に示す通り、従来の補助回路に置き換えて、蓄電池１を搭載する。また、蓄電池１から蓄電残量値７が出力されており、予め設定された一定値を下回った場合、走行時又はブレーキ時に渦電流ブレーキ装置により発電された電力の一部を蓄電池１への充電にあてる。
なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づいて種々の変形が可能であり、これらを本発明の範囲から排除するものではない。

本発明の鉄道車両用渦電流ブレーキ装置は、電源回路としては蓄電池のみで完全に独立して動作するため、艤装上の制約がなく配線等を行う必要がない渦電流ブレーキ装置として利用可能である。

１ 小容量の蓄電池
２ ＰＷＭインバータ
３ 電流検出器
４、４′ 第１の電機子
５，５′ 第２の電機子
６ 制御回路
７ 蓄電池の蓄電残量値
１１，２０ レール
１２ 台車
１３ 車輪
２１ 車軸
２２ 車軸に取り付けられたディスク（円盤）
２３ 渦電流式ディスクブレーキ装置
Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗ ３相出力電流値
Ｔｕ，Ｔｖ，Ｔｗ ３相出力電圧パターン
Ｖ_{dc ref} 直流電圧設定値
Ｉ_ref ² 制動力指令信号
Ｖ_el 実速度

Claims (3)

1. 渦電流ブレーキ装置を搭載する鉄道車両に蓄電池を備え、該蓄電池を前記渦電流ブレーキ装置の電源回路として完全に独立して動作させ、かつ前記蓄電池の放電に備えて前記蓄電池の蓄電残量値をモニタし、該蓄電残量値が予め設定された一定値を下回った場合、前記鉄道車両の走行中に前記渦電流ブレーキ装置を動作させ、自車の蓄電池に充電することを特徴とする鉄道車両用渦電流ブレーキ装置。
2. 請求項１記載の鉄道車両用渦電流ブレーキ装置において、前記渦電流ブレーキ装置がレールの長手方向に沿って該レールの上部に配置される電機子を具備する渦電流式レールブレーキ装置であることを特徴とする鉄道車両用渦電流ブレーキ装置。
3. 請求項１記載の鉄道車両用渦電流ブレーキ装置において、前記渦電流ブレーキ装置が車軸に取り付けられたディスクを挟んで配置される渦電流式ディスクブレーキ装置であることを特徴とする鉄道車両用渦電流ブレーキ装置。