JP2015126633A - 電気車制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】過剰な砂撒きを抑制しつつ、電気車の車輪とレールとの間の粘着性を回復させることができる電気車制御装置を提供することである。【解決手段】実施形態の電気車制御装置は、加速度検出部と、空転検出部と、制御部と、処理装置とを持つ。前記加速度検出部は、鉄道用の電気車の駆動輪の回転加速度を検出する。前記空転検出部は、前記駆動輪の空転を検出した場合、前記駆動輪を駆動する回転機のトルク電流を低下させる。前記制御部は、前記空転検出部により前記駆動輪の空転が検出され、且つ、前記トルク電流が所定電流閾値以下に低下した場合、前記電気車の駆動輪とレールとの間の摩擦係数を増加させるための所定の処理を開始させる指令を出力し、前記電気車が加速状態に移行した場合、前記所定の処理を終了させる指令を出力する。前記処理装置は、前記制御部から出力される指令に基づき前記所定の処理を実行する。【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、電気車制御装置に関する。

鉄道システムにおいて、電気車の車輪とレールとの間の摩擦係数が小さいため、急勾配や降雨時に車輪とレールとの間の粘着性が低下し、車輪が空転しやすくなる。また、急な加速時や減速時にも車輪の空転が発生する場合がある。このため、従来、車輪の進行方向直前のレール上にパイプなどを通じて砂を散布し、電気車の車輪とレールとの間の粘着性を高めている。

特開２００４−１３０９６７号公報

本発明が解決しようとする課題は、過剰な砂撒きを抑制しつつ、電気車の車輪とレールとの間の粘着性を回復させることができる電気車制御装置を提供することである。

実施形態の電気車制御装置は、加速度検出部と、空転検出部と、制御部と、処理装置とを持つ。前記加速度検出部は、鉄道用の電気車の駆動輪の回転加速度を検出する。前記空転検出部は、前記加速度検出部により検出された前記駆動輪の回転加速度から前記駆動輪の空転を検出し、前記駆動輪の空転を検出した場合、前記駆動輪を駆動する回転機のトルク電流を低下させる。前記制御部は、前記空転検出部により前記駆動輪の空転が検出され、且つ、前記トルク電流が所定電流閾値以下に低下した場合、前記電気車の駆動輪とレールとの間の摩擦係数を増加させるための所定の処理を開始させる指令を出力し、前記電気車が加速状態に移行した場合、前記所定の処理を終了させる指令を出力する。前記処理装置は、前記制御部から出力される指令に基づき前記所定の処理を実行する。

第１の実施形態の電気車制御装置の構成図。 第１の実施形態の電気車制御装置の動作波形図。 第２の実施形態の電気車制御装置の構成図。 第２の実施形態の電気車制御装置の動作波形図。 第３の実施形態の電気車制御装置の構成図。 第３の実施形態の電気車制御装置の動作波形図。

以下、実施形態の電気車制御装置を、図面を参照して説明する。
なお、実施形態の電気車制御装置は、鉄道用電気車（以下、「電気車」と称す。）を制御対象とするが、電気車に限らず、任意の形式の鉄道用車両を制御対象とすることが可能である。

（第１の実施形態）
概略的には、第１の実施形態では、砂撒きの終了時期に関し、空転時の駆動輪の回転加速度が所定値以下になったときに、空転が終了したと判定して砂撒きを終了させる。これにより、砂撒きの回数を低減し、低コストで高効率な砂撒きを実現する。

図１は、第１の実施形態の電気車制御装置１００の構成図である。
電気車制御装置１００は、加速度指令器１（例えば、マスタコントローラ）から加速度指令値が入力される電流パターン発生部２と、電流演算部３と、架線４から集電装置５を介して受電する電力変換部６と、電流検出部７と、回転機８の回転を検出する回転検出器９と、加速度検出部１０と、空転検出部１１と、制御部１２と、砂撒装置１３（処理装置）とを備えている。

電流パターン発生部２は、電気車の運転台に設置された加速度指令器１から入力される加速度指令値に基づいて回転機８を駆動するための電流パターンＳＩＱを発生させるものである。電流演算部３は、電流検出部７の検出値であるトルク電流Ｉｑが電流パターン発生部２から発生された電流パターンＳＩＱと整合するように、回転機８に供給されるべきトルク電流を演算するものである。

電力変換部６は、電流演算部３により演算されたトルク電流が得られるように、架線４から受電された電力を電力変換して３相交流出力を回転機８に供給するものである。電力変換部６は、例えばＰＷＭ(Pulse Width Modulation)インバータである。電流検出部７は、電力変換部６から回転機８に供給される３相交流出力のトルク電流Ｉｑを検出するものである。回転機８は、電気車の車輪（図示なし）を駆動する走行用モータである。以下では、回転機８により駆動される車輪を「駆動輪」と称す。回転検出器９は、回転機８の回転速度ＶＡを検出するものであり、例えばＰＧセンサである。

加速度検出部１０は、回転検出器９により検出された回転速度ＶＡから電気車の駆動輪の回転加速度を検出するものである。加速度検出部１０は、回転検出器９から出力される回転速度ＶＡを微分演算することにより駆動輪の回転加速度を取得する。なお、加速度検出部１０における回転加速度の検出において、回転検出器９の回転速度ＶＡから駆動輪の回転加速度をミクロ的に検出しても、例えば回転速度ＶＡのサンプリング周期との関係から回転加速度を必ずしも精度よく検出することはできない。このため、好ましくは、加速度検出部１０は、マクロ的に駆動輪の回転加速度を検出する。例えば、回転検出器９の１制御周期（例えば、１サンプリング周期）毎に回転速度ＶＡから駆動輪の回転加速度を検出するのではなく、例えば、３０制御周期単位で回転検出器９から入力される回転速度ＶＡを用いて回転加速度を演算する。これにより、回転加速度の検出精度を向上させることができる。

空転検出部１１は、加速度検出部１０により検出された駆動輪の回転加速度から駆動輪の空転を検出するものである。空転検出部１１は、加速度検出部１０により検出された駆動輪の回転加速度が第１の所定加速度値を超えた場合、空転の発生を検出する。空転検出部１１は、駆動輪の空転の発生を検出した場合、駆動輪を駆動する回転機８に供給されるトルク電流Ｉｑを低下（減少）させる旨の指令を出力する。また、空転検出部１１は、加速度検出部１０により得られた回転加速度から空転の終了を検出する。空転検出部１１は、駆動輪の回転加速度が第２の所定加速度値以下になった場合、駆動輪の空転の終了を検出する。

ここで、第１の所定加速度値は、駆動輪の空転の発生を判別するための基準となる値であり、砂撒きの運用形態に応じて任意に設定し得る値である。空転検出部１１は、加速度検出部１０により検出された駆動輪の回転加速度が第１の所定加速度値以下であれば、駆動輪の空転は発生しておらず、加速度検出部１０により検出された駆動輪の回転加速度が第１の所定加速度値を超えれば、空転が発生していると判定する。ただし、加速度検出部１０により検出された駆動輪の回転加速度が第１の所定加速度値以上であれば、空転が発生しているものとしてもよい。

また、第２の所定加速度値は、駆動輪の空転の終了を判別するための基準となる値であり、砂撒きの運用形態に応じて任意に設定し得る値である。空転検出部１１は、加速度検出部１０により検出された駆動輪の回転加速度が第２の所定加速度値以下であれば、駆動輪の空転は終了しており、加速度検出部１０により検出された駆動輪の回転加速度が第２の所定加速度値を超えれば、空転が終了していないと判定する。ただし、加速度検出部１０により検出された駆動輪の回転加速度が第２の所定加速度値未満であれば、空転が終了しているものとしてもよい。

制御部１２は、電流パターン発生部２から出力される電流パターンＳＩＱと、空転検出部１１の検出結果とに基づいて砂撒装置１３に砂撒きに関する指令を出力するものである。即ち、制御部１２は、空転検出部１１により駆動輪の空転が検出され、且つ、電流パターンＳＩＱによって示される回転機８のトルク電流Ｉｑが所定電流閾値ＩＴＨ（所定値）以下に低下した場合、電気車の駆動輪とレールとの間の摩擦係数を増加させるための砂撒き（所定の処理）を開始させる旨の指令を出力する。また、制御部１２は、駆動輪とレールとが再粘着して電気車が加速可能な状態に移行した場合、砂撒きを終了させる指令を出力する。

砂撒装置１３は、制御部１２から出力される指令に基づき砂撒き（所定の処理）を実行する処理装置である。第１の実施形態では、砂撒装置１３は、電気車の駆動輪とレールとの間に砂を散布して駆動輪とレールとの間の摩擦係数を高める。なお、砂は、砕屑物に限らず、駆動輪とレールとの間の粘着性を改善し得ることを限度として、例えばセラミックスの一種であるアルミナ（酸化アルミニウム）等、任意の粒子であり得る。また、砂撒きの概念には、上記アルミナ等の任意の粒子をレール上に噴射することが含まれる。

制御部１２は、砂撒開始判定部１２１と、砂撒終了判定部１２２と、否定的論理回路１２３と、論理積回路１２４とを備えている。砂撒開始判定部１２１は、電流パターン発生部２から出力される電流パターンＳＩＱによって示されるトルク電流（Ｉｑ）から、砂撒きの開始時期を判定するものである。砂撒開始判定部１２１は、電流パターン発生部２から出力される電流パターンＳＩＱによって示されるトルク電流（Ｉｑ）が所定電流閾値ＩＴＨ以下に低下した場合、砂撒きの開始時期である旨の判定を行う。砂撒開始判定部１２１は、砂撒きの開始時期である場合、論理値「１」の信号Ｓ１２１を出力し、その他の場合には論理値「０」の信号Ｓ１２１を出力する。

砂撒終了判定部１２２は、空転検出部１１の検出結果から、砂撒きの終了時期を判定するものである。砂撒終了判定部１２２は、空転検出部１１の検出結果が、駆動輪の空転の終了を示す場合、即ち、駆動輪の回転加速度が第２の所定加速度値以下になった場合、砂撒きの終了時期である旨の判定を行う。砂撒終了判定部１２２は、砂撒きの終了時期である場合、論理値「１」の信号Ｓ１２２を出力し、その他の場合には論理値「０」の信号Ｓ１２２を出力する。なお、砂撒終了判定部１２２は、空転検出部１１と一体化されてもよい。この場合、空転検出部１１は、空転の終了を検出したときを砂撒きの終了時期として判定し、その判定結果を示す信号Ｓ１２２の反転信号を制御部１２の否定的論理回路１２３を通じて論理積回路１２４に出力する。

否定的論理回路１２３は、砂撒終了判定部１２２から出力される信号Ｓ１２２の論理を反転させるものである。否定的論理回路１２３は、砂撒終了判定部１２２に組み込まれてもよい。論理積回路１２４は、砂撒開始判定部１２１から出力される信号Ｓ１２１と砂撒終了判定部１２２から出力される信号Ｓ１２２との論理積演算を実施するものである。その演算結果は、制御信号Ｓとして砂撒装置１３に出力される。

次に、第１の実施形態の電気車制御装置１００の動作を説明する。
図２は、第１の実施形態の電気車制御装置１００の動作波形図である。
なお、駆動輪の空転が発生する前の初期状態では、砂撒開始判定部１２１から出力される信号Ｓ１２１の論理値と砂撒終了判定部１２２から出力される信号Ｓ１２２の論理値は共に「０」となっているものとする。

電気車の駆動輪が空転していない場合、加速度指令器１からの加速度指令値に基づいて電流パターン発生部２により電流パターンＳＩＱが発生される。電流演算部３は、電流パターン発生部２により発生された電流パターンＳＩＱに従って回転機８に供給すべきトルク電流（Ｉｑ）を演算する。

電力変換部６は、電流演算部３により演算されたトルク電流（Ｉｑ）が得られるように、架線４から受電した電力を電力変換して回転機８に供給する。このとき、電力変換部６から回転機８に供給されるトルク電流Ｉｑが電流検出部７により検出され、その検出値（Ｉｑ）が電流演算部３にフィードバックされる。これにより、電流演算部３は、電力変換部６から回転機８に供給されるトルク電流Ｉｑが電流パターン発生部２から発生される電流パターンＳＩＱと整合するようにトルク電流Ｉｑを逐次演算し直す。これにより、回転機８に供給されるトルク電流Ｉｑが加速度指令器１からの加速度指令値に基づき逐次制御されて回転機８に供給され、この回転機８により電気車の駆動輪が駆動される。この結果、加速度指令器１から供給される加速度指令値に応じた電気車の加速度が得られる。

ここで、例えば電気車が急勾配のレールを登坂する状況において、図２に示す時刻ｔ０で回転機８によって駆動される電気車の駆動輪の空転が発生したとする。この場合、時刻ｔ０から駆動輪の回転速度ＶＡが急激に上昇する。加速度検出部１０は、回転検出器９から出力される回転速度ＶＡの微分量から、回転機８により駆動される駆動輪の回転加速度を逐次検出する。

そして、時刻ｔ１で、加速度検出部１０により検出された回転加速度が第１の所定加速度値を超えると、空転検出部１１は、空転が発生したと判定し、駆動輪の空転を検出する。この場合、空転検出部１１は、回転機８に供給されるトルク電流Ｉｑを低下させる旨の指令を電流パターン発生部２に出力する。これにより、時刻ｔ１で、電流パターンＳＩＱによって示されるトルク電流（Ｉｑ）が低下を開始する。このトルク電流（Ｉｑ）の低下により、回転機８の回転力が徐々に抑制され、駆動輪とレールとの間の粘着性が回復する方向に向かう。

続いて、時刻ｔ２で、電流パターンＳＩＱによって示されるトルク電流（Ｉｑ）が所定電流閾値ＩＴＨ以下になると、制御部１２の砂撒開始判定部１２１は、砂撒処理の開始を示す論理値「１」の信号Ｓ１２１を出力する。このとき、砂撒終了判定部１２２は、初期状態の論理値「０」の信号Ｓ１２２を継続して出力し、論理積回路１２４には、否定的論理回路１２３から論理値「１」が入力される。このため、時刻ｔ２で電流パターンＳＩＱによって示されるトルク電流（Ｉｑ）が所定電流閾値ＩＴＨ以下に低下した場合、制御部１２の砂撒開始判定部１２１から出力された論理値「１」の信号Ｓ１２１は、論理積回路１２４を通過し、制御信号Ｓとして砂撒装置１３に出力される。

砂撒装置１３は、制御部１２から入力された制御信号Ｓの論理値が「１」であれば、砂撒処理を開始し、砂撒きを実施する。これにより、電気車の駆動輪とレールとの間に砂が散布され、電気車の駆動輪とレールとの間の摩擦係数が増加される。この結果、駆動輪とレールとの間の粘着性が回復し、トルク電流Ｉｑの低下と相俟って、駆動輪の空転が抑制される。このように、空転時に電流パターンＳＩＱによって示されるトルク電流（Ｉｑ）が所定電流閾値ＩＴＨとして設定された所定のトルク電流値より低くなれば、砂撒きが開始される。

また、砂撒きにより駆動輪とレールとの間の粘着性が回復し、駆動輪の空転が抑制されると、加速度検出部１０により検出される駆動輪の回転加速度、即ち回転速度ＶＡの接線Ａ（図２）の傾き（即ち回転速度ＶＡの微分量）によって示される回転加速度が低下する傾向を示す。時刻ｔ３において、駆動輪の回転速度ＶＡの接線Ａの傾きによって表される駆動輪の回転加速度が第２の所定加速度値以下になると、空転判定部１１は、駆動輪の空転が終了したと判定する。この場合、空転判定部１１は、回転機８に供給されるトルク電流Ｉｑを一定に維持するように電流パターン発生部２に指令を出力する。なお、時刻ｔ３では、厳密には駆動輪とレールとの間の空転滑走が継続している状態にあるが、第１の実施形態では、制御部１２は、駆動輪の回転加速度が第２の所定加速度値以下であれば、駆動輪の空転が停止したものとみなす。

上述のように、空転検出部１１により時刻ｔ１で駆動輪の空転が検出された後、時刻ｔ３で空転が終了したと判定された場合、時刻ｔ３以降では電気車の駆動輪とレールとの間の粘着性が回復し、電気車が加速可能な状態に移行することが推定される。制御部１２は、時刻ｔ３で電気車が加速可能な状態に移行した場合、砂撒処理（所定の処理）を終了させる指令を出力する。具体的には、制御部１２の砂撒終了判定部１２２は、空転判定部１１により駆動輪の空転が終了したと判定された場合、砂撒きを終了させる論理値「１」の信号Ｓ１２２を否定的論理回路１２３に出力する。この信号を受けて、否定的論理回路１２３は、論理値「０」を論理積回路１２４に出力する。これにより、論理積回路１２４から出力される制御信号Ｓの論理値は、時刻ｔ３で砂撒処理の終了を示す「０」になる。

砂撒装置１３は、制御部１２から論理値「０」の制御信号Ｓが入力されると、砂撒処理を終了する。この後、時刻ｔ４において、駆動輪の空転がなくなり、駆動輪とレールが充分に粘着した正常な状態に回復すると、空転検出部１１は、トルク電流Ｉｑを回復させるように電流パターン発生部３に指令を出力する。この指令を受けて、電流パターン発生部３は、加速度指令器１からの加速度指令値に応じた電流パターンＳＩＱを発生させ、通常の動作に戻る。上述の一連の砂撒処理が終了すると、砂撒開始判定部１２１の出力信号Ｓ１２１の論理値と砂撒終了判定部１２２の出力信号Ｓ１２２の論理値は共に「０」に初期化され、次の砂撒処理に備える。

第１の実施形態によれば、電流パターンＳＩＱにより示されるトルク電流（Ｉｑ）が所定電流閾値ＩＴＨ以下になる時刻ｔ２から、空転判定部１１により駆動輪の空転が終了したと判定される時刻ｔ３までの期間において、砂撒装置１３により砂の散布が実施され、粘着性が回復している時刻ｔ３以降、砂撒きが実施されない。これに対し、前述した従来技術によれば、トルク電流Ｉｑが所定電流閾値ＩＴＨ以下である時刻ｔ２から時刻ｔ５までの全期間において砂撒きが実施されるため、粘着性が回復している時刻ｔ３以降の期間でも砂撒きが継続されることになる。

上述した第１の実施形態によれば、砂撒き動作の制御情報としてトルク電流Ｉｑの絞り量に加えて、駆動輪の回転加速度を用いることにより、駆動輪とレールの粘着状態に応じて、過剰な砂撒きを抑制しつつ、電気車の車輪とレールとの間の粘着性を効果的かつ効率的に回復させることができる。従って、適切なタイミングで砂を撒くことができ、低コスト、高効率、効果的な鉄道システムの構築が可能となる。

なお、第１の実施形態において、制御部１２は、否定的論理回路１２３と論理積回路１２４から構成される回路を備えるものとしたが、この構成は一例に過ぎず、上述したタイミングで砂撒きの開始時期と終了時期を設定することができることを限度として、否定的論理回路１２３および論理積回路１２４に代えて任意の技術手段（ソフトウェア、ハードウェア）を用いることができる。また、制御部１２の内部の各信号の論理は任意に設定し得る。また、制御部１２と空転検出部１１を一体的に構成することも可能である。

（第２の実施形態）
次に、第２の実施形態を説明する。
上述の第１の実施形態では、駆動輪の回転加速度から砂撒きの終了時期を判定したが、第２の実施形態では、電気車の対地速度ＶＢの微分量（対地加速度）から空転の終了を判定し、砂撒きの終了時期を判定する。空転の発生の判定と砂撒きの開始時期の判定については第１の実施形態と同様である。

図３は、第２の実施形態の電気車制御装置２００の構成図である。電気車制御装置２００は、上述の第１の実施形態の電気車制御装置１００の構成において、制御部１２に代えて制御部１２Ａを備えるとともに、回転検出器１５と、速度検出部１６を更に備えている。回転検出器１５は、例えば牽引車となる電気車に連結された被牽引車の車輪（従動輪）に連結された回転機１４の回転速度を検出するものである。速度検出部１６は、回転検出器１５によって検出された回転速度を対地速度ＶＢとして検出するものである。

制御部１２Ａは、空転検出部１１により電気車の駆動輪の空転が検出された後、速度検出部１６により検出された対地速度ＶＢの微分量として得られる加速度が第３の所定加速度値を超えた場合、電気車が加速状態に移行したと判定するものである。ここで、第３の所定加速度値は、電気車が加速状態にあるか否かを判別するための基準となる値であり、砂撒きの運用形態に応じて任意に設定し得る値である。第３の実施形態では、実質的にゼロとみなすことができる電気車の加速度の上限を第３の所定加速度値として定義する。ただし、この例に限定されず、第３の所定加速度値は任意に定義し得る。

制御部１２Ａは、上述の図１に示す第１の実施形態の制御部１２の構成において、砂撒終了判定部１２２に代えて、砂撒終了判定部１２２Ａを備える。砂撒終了判定部１２２Ａは、速度検出部１６の検出結果から砂撒きの終了時期を判定するものである。駆動輪の空転が発生した場合、砂撒終了判定部１２２Ａは、速度検出部１６の検出結果によって示される対地速度ＶＢが上昇し、この対地速度ＶＢの微分量として得られる加速度が第３の所定加速度値を超えた場合、砂撒きの終了時期であると判定する。換言すれば、対地速度ＶＢの微分量として得られる加速度が実質的にゼロでなくなれば、砂撒終了判定部１２２Ａは、砂撒きの終了時期であると判定する。
その他の構成は、第１の実施形態と同様である。

次に、第２の実施形態の電気車制御装置２００の動作を説明する。
図４は、第２の実施形態の電気車制御装置２００の動作波形図である。
前述したように、第２の実施形態では、砂撒きの開始時期の判定については第１の実施形態と同様であるので、砂撒きの終了時期の判定に着目して電気車制御装置２００の動作を説明する。
なお、駆動輪の空転が発生する前の初期状態では、砂撒開始判定部１２１の出力信号Ｓ１２１の論理値と砂撒終了判定部１２２Ａの出力信号Ｓ１２２Ａの論理値は共に「０」であるものとする。

第１の実施形態と同様に、例えば電気車が急勾配のレールを登坂する状況において、図４に示す時刻ｔ０で回転機８によって駆動される電気車の駆動輪の空転が発生すると、回転検出器９から出力される回転速度ＶＡの微分量から、加速度検出部１０は、回転機８により駆動される駆動輪の回転加速度を逐次検出する。加速中に空転が発生すれば、電気車の対地速度ＶＢが徐々に略一定になる。さらに空転が続けば、対地速度ＶＢが低下する場合もあるが、ここでは空転は一時的なものとし、電気車の対地速度ＶＢが略一定になるものとする。

時刻ｔ１で、加速度検出部１０により回転速度ＶＡから検出された回転加速度が第１の所定加速度値を超えると、空転検出部１１は、空転が発生したと判定し、トルク電流（Ｉｑ）を低下させる旨の指令を電流パターン発生部２に出力する。この結果、時刻ｔ２で、トルク電流Ｉｑが所定電流閾値ＩＴＨ以下になると、制御部１２Ａの砂撒開始判定部１２１は、砂撒処理の開始を示す論理値「１」の信号Ｓ１２１を、論理積回路１２４を通じて制御信号Ｓとして砂撒装置１３に出力する。砂撒装置１３は、制御部１２Ａから制御信号Ｓを受けて砂撒処理を開始する。この結果、駆動輪とレールとの間の粘着性が回復し、トルク電流Ｉｑの低下と相俟って、駆動輪の空転が抑制される。

砂撒処理により駆動輪の空転が抑制されると、回転検出器１５から出力される対地速度ＶＢが上昇を開始し、電気車の加速度、即ち対地速度ＶＢの接線Ｂ（図４）の傾き（即ち対地速度ＶＢの微分量）が上昇してゼロではなくなる。時刻ｔ３Ａで、速度検出部１６により電気車の対地速度ＶＢから得られる加速度が第３の所定加速度値を超えると、制御部１２Ａの砂撒終了判定部１２２Ａは、砂撒処理（所定の処理）を終了させる旨の指令を出力する。具体的には、砂撒終了判定部１２２Ａは、砂撒きを終了させる旨の論理値「１」の信号Ｓ１２２Ａを否定的論理回路１２３に出力する。

否定的論理回路１２３は、砂撒終了判定部１２２Ａからの信号を受けて論理値「０」を論理積回路１２４に出力する。この結果、時刻ｔ３で、制御部１２Ａは、砂撒き処理の終了を示す論理値「０」の制御信号Ｓを砂撒装置１３に出力する。砂撒装置１３は、制御部１２Ａから入力される制御信号Ｓに基づいて砂撒処理を終了する。なお、上述の一連の砂撒処理が終了すると、砂撒開始判定部１２１の出力信号Ｓ１２１の論理値と砂撒終了判定部１２２Ａの出力信号Ｓ１２２Ａの論理値は共に「０」に初期化され、次の砂撒処理に備える。
その他の動作は、第１の実施形態と同様である。

第２の実施形態によれば、電流パターンＳＩＱにより示されるトルク電流Ｉｑが所定電流閾値ＩＴＨ以下になる時刻ｔ２から、電気車の対地速度ＶＢから得られる加速度が第３の所定加速度値を超える時刻ｔ３Ａまでの期間、砂撒装置１３により砂の散布が実施される。また、電気車が加速状態となる時刻ｔ３Ａ以降では砂撒きは実施されない。従って、第２の実施形態によれば、砂撒き動作の制御情報としてトルク電流Ｉｑの絞り量に加えて、電気車の対地速度ＶＢを用いることにより、駆動輪とレールとの粘着状態を的確に把握して砂撒きの終了を判定することができる。

特に、第２の実施形態によれば、電気車の実際の速度と駆動輪の回転加速度との関係性に基づいて駆動輪の空転を判定するので、駆動輪が空転状態にあるか否かを精度よく判定することができ、駆動輪とレールの粘着状態を的確に把握することができる。従って、砂撒きを必要最小限に抑えることができ、過剰な砂撒きを抑制しつつ、車輪とレールとの間の粘着性を効果的かつ効率的に回復させることができる。また、適切なタイミングで砂を撒くことができ、低コスト、高効率、効果的な鉄道システムの構築が可能となる。

なお、第２の実施形態においても、制御部１２Ａは、否定的論理回路１２３と論理積回路１２４から構成される回路を備えるものとしたが、この構成は一例に過ぎず、上述した第１の実施形態と同様に、否定的論理回路１２３と論理積回路１２４に代えて任意の技術手段（ソフトウェア、ハードウェア）を用いることができる。また、制御部１２Ａの内部の各信号の論理は任意に設定し得る。また、制御部１２Ａと空転検出部１１を一体的に構成することも可能である。

（第３の実施形態）
次に、第３の実施形態を説明する。
上述した第２の実施形態では、空転が発生した場合、トルク電流Ｉｑが所定電流閾値ＩＴＨ以下になった場合に砂撒きを開始し、電気車の対地速度ＶＢから得られる加速度が第３の所定加速度を超えた場合に空転の終了を検知して砂撒きを終了するものとしたが、第３の実施形態では、トルク電流Ｉｑが所定電流閾値ＩＴＨ以下であり、且つ、電気車の対地速度ＶＢから得られる加速度が第３の所定加速度以下である場合、砂撒きを実施する。第３の所定加速度値の定義は、第２の実施形態と同様である。

図５は、第３の実施形態の電気車制御装置３００の構成図である。
電気車制御装置３００は、上述した第２の実施形態の図３に示す電気車制御装置２００の構成において、制御部１２Ａに代えて制御部１２Ｂを備えている。制御部１２Ｂは、トルク電流Ｉｑが所定電流閾値ＩＴＨ（所定値）以下に低下し、且つ、対地速度ＶＢから得られる電気車の加速度が第３の所定加速度値以下である場合、砂撒処理（所定の処理）を実施させる旨の指令を出力するものであり、第１砂撒判定部１２１Ｂと、第２砂撒判定部１２２Ｂと、論理積回路１２４とを備えている。

第１砂撒判定部１２１Ｂは、電流パターンＳＩＱによって示されるトルク電流（Ｉｑ）が所定電流閾値ＩＴＨ以下である期間において、砂撒きを実施すべき旨の論理値「１」の信号Ｓ１２１Ｂを出力する。また、第２砂撒判定部１２２Ｂは、速度検出部１６によって示される速度ＶＢから得られる加速度が第３の所定加速度値以下である期間において、砂撒きを実施すべき旨の論理値「１」の信号Ｓ１２２Ｂを出力する。これら信号Ｓ１２１Ｂおよび信号Ｓ１２２Ｂは論理積回路１２４により論理演算され、この演算結果が制御信号Ｓとして制御部１２Ｂから砂撒装置１３に出力される。
その他の構成は、第２の実施形態と同様である。

次に、第３の実施形態の電気車制御装置３００の動作を説明する。ここでは、制御部１２Ｂに着目して説明する。
図６は、第３の実施形態の電気車制御装置３００の動作波形図である。第３の実施形態では、空転が発生した場合、電流パターンＳＩＱが所定電流閾値ＩＴＨ以下である時刻ｔ２から時刻ｔ５までの期間、第１砂撒判定部１２１Ｂは、砂撒きを実施すべき旨の論理値「１」の信号Ｓ１２１Ｂを出力する。また、第２砂撒判定部１２２Ｂは、速度検出部１６により検出される対地速度ＶＢが一定の期間、即ち、対地速度ＶＢから得られる加速度（対地速度ＶＢの微分量）が約ゼロに維持される時刻ｔ１Ｂから時刻ｔ２Ｂまでの期間、砂撒きを実施すべき旨の論理値「１」の信号Ｓ１２２Ｂを出力する。これら信号Ｓ１２１Ｂ，１２２Ｂが入力される論理積回路１２４は、時刻ｔ２から時刻ｔ２Ｂまでの期間、砂撒きを実施すべき旨の論理値「１」の制御信号Ｓを出力する。

図６の例では、対地速度ＶＢの微分量（加速度）が約ゼロになる時刻ｔ１Ｂは、トルク電流Ｉｑが所定電流閾値ＩＴＨ以下になる時刻ｔ２よりも前の時刻であるため、結果的に、砂撒きの開始時期は、第２の実施形態と同じ時刻ｔ２となっている。しかしながら、第３の実施形態では、トルク電流Ｉｑが所定電流閾値ＩＴＨ以下である期間のうち、速度ＶＢの微分量が約ゼロに維持される期間、即ち、実際に電気車が加速していない期間に限定して、砂撒きを実施すべき旨の論理値「１」の制御信号Ｓが制御部１２Ｂから出力される。従って、仮に、速度ＶＢの微分量がゼロになる時刻ｔ１Ｂが、トルク電流Ｉｑが所定電流閾値ＩＴＨ以下になる時刻ｔ２よりも後の時刻であれば、砂撒きの開始時期は、第１の実施形態および第２の実施形態に比較して遅くなる。このことは、電気車が加速状態にあれば、砂撒きは実施されないことを意味する。

第３の実施形態によれば、電流パターンＳＩＱにより示されるトルク電流Ｉｑが所定電流閾値ＩＴＨ以下である期間のうち、電気車が実際に加速状態にない期間に限定して砂撒きが実施される。従って、上述の第１の実施形態および第２の実施形態に比較して、更に効率的に砂撒きを実施することが可能になり、砂撒きを必要最小限に抑えることができる。また、電気車の実際の速度と駆動輪の回転加速度との関係性に基づいて駆動輪の空転を判定するので、精度よく駆動輪の空転を把握することができる。

なお、上述した第２の実施形態および第３の実施形態では、速度検出部１６は、従動輪に連結された回転機１４の回転数から速度検出部１６が電気車の対地速度ＶＢを検出するものとしたが、速度検出部１６は、例えば、ＧＰＳ(Global Positioning System)を用いて電気車の対地速度ＶＢを検出してもよい。

以上述べた少なくともひとつの実施形態の電気車制御装置によれば、車輪の空転が発生し、電気車の駆動輪とレールとの間の摩擦係数を増加させるための所定の処理を実施した状況において、電気車が加速状態に移行した場合、上記所定の処理を終了させる指令を出力する制御部を持つことにより、過剰な砂撒きを抑制しつつ、電気車の車輪とレールとの間の粘着性を回復させることができる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これらの実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これらの実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

１…加速度指令器
２…電流パターン発生部
３…電流演算部
４…架線
５…集電装置
６…電力変換部
７…電流検出部
８…回転機（駆動輪側）
９…回転検出器
１０…加速度検出部
１１…空転検出部
１２，１２Ａ，１２Ｂ…制御部
１３…砂撒装置
１４…回転機（従動輪側）
１５…回転検出器
１６…速度検出部
１００，２００，３００…電気車制御装置
１２１…砂撒開始判定部
１２１Ｂ…第１砂撒判定部
１２２，１２２Ａ…砂撒終了判定部
１２２Ｂ…第２砂撒判定部
１２３…否定的論理回路
１２４…論理積回路

Claims (6)

1. 鉄道用の電気車の駆動輪の回転加速度を検出する加速度検出部と、
   前記加速度検出部により検出された前記駆動輪の回転加速度から前記駆動輪の空転を検出し、前記駆動輪の空転を検出した場合、前記駆動輪を駆動する回転機のトルク電流を低下させる空転検出部と、
   前記空転検出部により前記駆動輪の空転が検出され、且つ、前記トルク電流が所定電流閾値以下に低下した場合、前記電気車の駆動輪とレールとの間の摩擦係数を増加させるための所定の処理を開始させる指令を出力し、前記電気車が加速状態に移行した場合、前記所定の処理を終了させる指令を出力する制御部と、
   前記制御部から出力される指令に基づき前記所定の処理を実行する処理装置と、
   を備えた電気車制御装置。
2. 前記電気車の対地速度を検出する速度検出部を更に備え、
   前記制御部は、
   前記速度検出部により検出された前記対地速度から得られる加速度が所定加速度値以上になった場合、前記電気車が加速状態に移行したと判定する、請求項１に記載の電気車制御装置。
3. 前記制御部は、
   前記トルク電流が所定電流閾値以下に低下し、且つ、前記対地速度から得られる前記電気車の加速度が前記所定加速度値以下である場合、前記所定の処理を実施させる指令を出力する、請求項２に記載の電気車制御装置。
4. 前記速度検出部は、
   被牽引車の車輪に連結された回転機のエンコーダ信号から前記対地速度を検出する、請求項２または３に記載の電気車制御装置。
5. 前記速度検出部は、
   ＧＰＳ(Global Positioning System)を用いて前記対地速度を検出する、請求項２または３に記載の電気車制御装置。
6. 前記制御部は、
   前記空転検出部により前記駆動輪の空転が検出された後、前記加速度検出部により検出された前記回転加速度が所定加速度値以下に低下した場合、前記電気車が加速状態に移行したと判定する、請求項１に記載の電気車制御装置。

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