JP2022038187A - 鉄道車両用制振装置 - Google Patents

Abstract

【課題】停電状態となってもモータ通電不能時間を短縮して速やかにモータの駆動を伴う制御に復帰可能な鉄道車両用制振装置を提供する。【解決手段】本発明のアクチュエータ制御装置３は、鉄道車両１００から電力供給を受けるアクチュエータ２のモータ４に電力供給する駆動回路３０と、電圧を検知する電圧センサ３１とを有して、電圧が第１閾値以上であると運転準備ＯＮ信号を出力し、電圧が第１閾値未満になると運転準備ＯＦＦ信号を出力するモータドライバ５と、運転準備ＯＮ信号を受け取ると駆動回路３０からモータ４への電力供給を含む第１制御を行い、運転準備ＯＦＦ信号を受け取ると駆動回路３０からモータ４への電力供給を伴わない第２制御を行ってアクチュエータ２を制御するコントローラ４０とを備え、コントローラ４０は、電圧が第１閾値よりも高い値の第２閾値以下となるとモータ４への電力供給を停止する。【選択図】図１

Description

本発明は、鉄道車両用制振装置に関する。

従来、この種の鉄道車両の制振用途に利用される鉄道車両用制振装置にあっては、たとえば、鉄道車両の車体の進行方向に対して左右方向の振動を抑制すべく、車体と台車との間に介装されるアクチュエータと、アクチュエータを制御するコントローラとを備えている。そして、アクチュエータはポンプを駆動するモータを備えていて、このモータをアクチュエータ制御装置で制御して、アクチュエータが発生する推力を調節して車体の振動を抑制する。

ところで、鉄道車両はトロリ線から電力供給を受けて駆動するようになっているが、トロリ線へ電力供給する電源は交流電源であって、位相が異なる電源同士をトロリ線にそのまま繋ぐと、電源間が混触して過大電流が流れるなどの不都合が生じる。

そのため、き電の切換箇所にき電切換セクションを設けて、前記混触を防止しているが、き電切換セクションには電力供給をしないデッドセクションが設けられており、鉄道車両がデッドセクションを通過する際には、鉄道車両は電力供給を受けられない。鉄道車両用制振装置のアクチュエータを駆動するためには比較的高圧の電圧が必要であり、デッドセクション内では、アクチュエータへ電力供給ができない停電状態となって、アクチュエータの駆動を行えない。

このような停電時に、アクチュエータ制御装置がモータの制御を続けると、モータの駆動回路に設けられた平滑用のコンデンサに蓄電された電荷がモータの駆動によって放電されてコンデンサの電位が低下してしまう。このようにコンデンサの電荷が消費されると電力供給が再開された際にコンデンサに突入電流が流れ込むことになるため、駆動回路では突入電流対策として充電抵抗を設けて、自身の回路を保護する（たとえば、特許文献１参照）。

特許第６５１３３２０号公報

また、駆動回路は、電源電圧を監視しており、電源電圧が低下してモータを駆動できない状態となるとアクチュエータを制御するコントローラに運転準備ＯＦＦ信号を出力するようになっている。コントローラでは、運転準備ＯＦＦ信号を受け取ると、モータの駆動ができないことを把握して、モータの制御を中止する。

また、停電状態から電力供給を受けられる状態に復帰して電源電圧が所定の閾値にまで回復すると、駆動回路は、運転準備ＯＮ信号をコントローラへ出力し、コントローラは、モータの駆動を再開する。

ここで、駆動回路は、コンデンサの電位を電圧センサで監視しており、突入電流対策のために充電抵抗を備えているので、復電してからコンデンサの電圧が前記閾値に達するまでに時間を要する。よって、モータや駆動回路の仕様にもよるが、駆動回路が出力する信号が運転準備ＯＦＦ信号から運転準備ＯＮ信号に切り換わるまでには３から４秒程度かかってしまう。その間、モータへの通電が不能な時間（モータ通電不能時間）が生じて、コントローラによるモータの駆動を伴うアクチュエータの制御が不能となる。

また、たとえば、特開２０１１－２０１３３２号公報に開示されているように、き電切換セクションの位置を車両モニタから得て鉄道車両の走行位置から停電位置を把握し、停電前にモータの回転を停止して乗心地の悪化を抑制する鉄道車両用制振装置の提案もあるが、鉄道車両の現在位置情報にずれが生じると停電位置を正確に把握できず、さらに、鉄道車両の振動によってパンタグラフがトロリ線から離線するような事態には対応できない。そのため、前記公報に開示された鉄道車両用制振装置では、停電時にモータの駆動を継続してコンデンサの電荷の消費をしてしまい駆動回路が運転準備ＯＦＦ信号を出力する事態を防止できない。

よって、従来の鉄道車両用制振装置では、鉄道車両が前記デッドセクションを通過する度にモータ通電不能時間が生じて、モータの駆動を伴ったアクチュエータの制御が不能となり、その時間中の鉄道車両における乗心地が悪化してしまう問題がある。

そこで、停電状態となってもモータ通電不能時間を短縮して速やかにモータの駆動を伴う制御に復帰可能な鉄道車両用制振装置の提供を目的としている。

本発明の鉄道車両用制振装置は、鉄道車両の車体と台車との間に介装されるとともに駆動源としてモータを有するアクチュエータと、アクチュエータを制御するアクチュエータ制御装置とを備え、前記アクチュエータ制御装置は、前記鉄道車両から電力供給を受けて前記鉄道車両の車体と台車との間に介装されるアクチュエータの駆動源としてのモータに電力供給する駆動回路と、前記駆動回路に入力される電圧を検知する電圧センサとを含み有して、前記電圧センサで検知した電圧が第１閾値以上であると運転準備ＯＮ信号を出力し、前記電圧が前記第１閾値未満になると運転準備ＯＦＦ信号を出力するモータドライバと、前記モータドライバから前記運転準備ＯＮ信号を受け取ると前記駆動回路から前記モータへの電力供給を伴う第１制御を実行し、前記モータドライバから前記運転準備ＯＦＦ信号を受け取ると前記駆動回路から前記モータへ電力供給を伴わない第２制御を実行するコントローラとを有し、前記コントローラは、前記運転準備ＯＮ信号を受け取っても前記電圧が前記第１閾値よりも高い値の第２閾値以下となると前記駆動回路からの前記モータへの電力供給を停止させる。

このように構成された鉄道車両用制振装置は、鉄道車両がデッドセクションを通過するか、或いは、パンタグラフがトロリ線から離線して停電状態となると、モータの駆動を停止するので、モータドライバが出力する信号が運転準備ＯＦＦ信号とならずに済み、モータドライバにおける平滑用コンデンサの放電が抑制され、復電時に速やかにモータの駆動を伴う第１制御へ復帰できる。

また、鉄道車両用制振装置は、コントローラが駆動回路からのモータへの電力供給を停止させる第二制御を行った後、電圧センサが検知する電圧が第２閾値よりも高い値の第３閾値以上となると第１制御を行ってもよい。このように構成された鉄道車両用制振装置によれば、モータドライバに入力される電圧の脈動によってコントローラがモータの駆動を伴う第１制御とモータの駆動の停止とを頻繁に切り換えるハンチングが生じるのを防止でき、鉄道車両における乗心地を向上できる。

さらに、鉄道車両用制振装置において、第１閾値がモータを駆動できなくなる電圧の値より高い値に設定され、第２閾値が鉄道車両から供給される電圧の最定電圧よりも低い値に設定されてもよい。このように構成された鉄道車両用制振装置によれば、運転準備ＯＦＦ信号に切り換わった後に再度運転準備ＯＮ信号に切り換わるまでに経過する時間を短くできるとともに、モータを正常に駆動できる状態であるのにもかかわらずコントローラにおける制御が第１制御から制振効果が低下する第２制御へ切り換わってしまうという事態の発生を防止できる。

また、鉄道車両用制振装置において、コントローラは、電圧が第２閾値以上であっても、モータドライバから運転準備ＯＦＦ信号が入力されるとモータを停止させる第二制御を実行してもよい。このように構成された鉄道車両用制振装置によれば、モータドライバ或いはコントローラ或いは電圧センサに何らかの異常があると認められる場合にモータの駆動を停止するので、車体を加振させてしまう制御モードが生じずフェールセーフを実現できる。

本発明の鉄道車両用制振装置によれば、停電状態となってもモータ通電不能時間を短縮して速やかにモータの駆動を伴う制御に復帰可能となる。

一実施の形態における鉄道車両用制振装置の概略図である。 一実施の形態におけるアクチュエータを鉄道車両の車体と台車との間に介装した状態を示す図である。 一実施の形態における鉄道車両用制振装置におけるモータドライバの概略図である。 き電切換セクションにおけるき電切換の説明図である。 一実施の形態の鉄道車両用制振装置における第１制御と第２制御の切り換えに要する時間を説明する図である。 一実施の形態の鉄道車両用制振装置における処理を説明するフローチャートの一例を示した図である。

以下、図に示した実施の形態に基づき、本発明を説明する。一実施の形態における鉄道車両用制振装置１は、図１に示すように、アクチュエータ２と、アクチュエータ２を制御するアクチュエータ制御装置３とを備えている。アクチュエータ制御装置３は、本実施の形態では、アクチュエータ２の駆動源としてのモータ４を駆動するモータドライバ５と、モータドライバ５およびアクチュエータ２の各バルブを駆動制御してアクチュエータ２を制御するコントローラ４０とを備えている。

アクチュエータ２は、たとえば、図２に示すように、二本が対を成して鉄道車両１００の車体１０１と台車１０２との間に並列に介装されている。本実施の形態のアクチュエータ制御装置３におけるコントローラ４０は、たとえば、モータ４の駆動できる状態では第１制御としてスカイフック制御則を用いたアクティブ制御を行ってアクチュエータ２を制御し、モータ４の駆動ができない状態では第２制御としてカルノップ理論に基づくスカイフック制御則を用いたセミアクティブ制御を行ってアクチュエータ２を制御する。

このようにアクチュエータ制御装置３がアクチュエータ２を制御してアクチュエータ２に車体１０１に推力を与えることで、鉄道車両用制振装置１は、車体１０１の進行方向に対して水平横方向の振動を抑制するようになっている。

以下、鉄道車両用制振装置１の各部について詳細に説明する。まず、アクチュエータ制御装置３の制御対象であるアクチュエータ２について説明する。アクチュエータ２は、図１に示すように、シリンダ６と、シリンダ６内に摺動自在に挿入されるピストン７と、シリンダ６内に挿入されてピストン７に連結されるロッド８と、シリンダ６内にピストン７で区画したロッド側室９とピストン側室１０と、タンク１１と、ロッド側室９とピストン側室１０とを連通する第１通路１２の途中に設けた第１開閉弁１７と、ピストン側室１０とタンク１１とを連通する第２通路１３の途中に設けた第２開閉弁１８と、ロッド側室９へ液体を供給するポンプ１４と、ポンプ１４を駆動するモータ４と、ロッド側室９とタンク１１とを連通する排出通路２１と、排出通路２１に設けた開弁圧を変更可能な可変リリーフ弁２２と、ピストン側室１０からロッド側室９へ向かう液体の流れのみを許容する整流通路１９と、タンク１１からピストン側室１０へ向かう液体の流れのみを許容する吸込通路２０とを備えており、片ロッド型液圧式のアクチュエータとして構成されている。また、ロッド側室９とピストン側室１０には作動油等の液体が充填されるとともに、タンク１１には、液体の他に気体が充填されている。なお、タンク１１内は、特に、気体を圧縮して充填することによって加圧状態とする必要は無い。

そして、このように構成されたアクチュエータ２は、第１開閉弁１７で第１通路１２を連通状態とするとともに第２開閉弁１８を閉じた状態でポンプ１４を駆動すると伸長駆動できる。また、アクチュエータ２は、第２開閉弁１８で第２通路１３を連通状態とするとともに第１開閉弁１７を閉じた状態でポンプ１４を駆動すると収縮駆動できる。

アクチュエータ２の各部について詳細に説明する。シリンダ６は筒状であって、その図１中右端は蓋１５によって閉塞され、図１中左端には環状のロッドガイド１６が取り付けられている。また、ロッドガイド１６内には、シリンダ６内に移動自在に挿入されるロッド８が摺動自在に挿入されている。このロッド８は、一端をシリンダ６外へ突出させており、シリンダ６内の他端を同じくシリンダ６内に摺動自在に挿入されているピストン７に連結してある。

なお、ロッド８の外周とロッドガイド１６の内周との間は図示を省略したシール部材によってシールされており、これによりシリンダ６内は密閉状態に維持されている。そして、シリンダ６内にピストン７によって区画されるロッド側室９とピストン側室１０には、前述のように液体として作動油が充填されている。

また、このアクチュエータ２の場合、ロッド８の断面積をピストン７の断面積の二分の一にして、ピストン７のロッド側室９側の受圧面積がピストン側室１０側の受圧面積の二分の一となるようにしてある。よって、伸長駆動時と収縮駆動時とでロッド側室９の圧力を同じくすると、伸縮の双方で発生される推力が等しくなり、アクチュエータ２の変位量に対する流量も伸縮両側で同じとなる。

詳しくは、アクチュエータ２を伸長駆動させる場合、ロッド側室９とピストン側室１０を連通させるため、ロッド側室９内とピストン側室１０内の圧力が等しくなる。よって、アクチュエータ２は、伸長駆動される場合、ピストン７におけるロッド側室９側とピストン側室１０側の受圧面積差に前記圧力を乗じた推力を発生する。

反対に、アクチュエータ２を収縮駆動させる場合、ロッド側室９とピストン側室１０との連通が断たれてピストン側室１０をタンク１１に連通させる。そのため、アクチュエータ２は、ロッド側室９内の圧力とピストン７におけるロッド側室９側の受圧面積を乗じた推力を発生する。以上より、アクチュエータ２の発生推力は伸縮の双方でピストン７の断面積の二分の一にロッド側室９の圧力を乗じた値となるのである。したがって、このアクチュエータ２の推力を制御する場合、伸長駆動、収縮駆動共に、ロッド側室９の圧力を制御すればよい。また、ピストン７のロッド側室９側の受圧面積をピストン側室１０側の受圧面積の二分の一に設定しているので、伸縮両側で同じ推力を発生する場合に伸長側と収縮側でロッド側室９の圧力が同じとなるので制御が簡素となる。さらに、ピストン７の変位量に対する流量も同じとなるのでアクチュエータ２の伸縮両側の応答性が同じとなる利点もある。なお、ピストン７のロッド側室９側の受圧面積をピストン側室１０側の受圧面積の二分の一に設定しない場合にあっても、ロッド側室９の圧力でアクチュエータ２の伸縮両側の推力の制御できる点は変わらない。

戻って、ロッド８の図１中左端とシリンダ６の右端を閉塞する蓋１５には、図示しない取付部を備えており、このアクチュエータ２を鉄道車両１００における車体１０１と台車１０２との間に介装できるようになっている。

そして、ロッド側室９とピストン側室１０とは、第１通路１２によって連通されており、この第１通路１２の途中には、第１開閉弁１７が設けられている。この第１通路１２は、シリンダ６外でロッド側室９とピストン側室１０とを連通しているが、ピストン７に設けられてもよい。

第１開閉弁１７は、この実施の形態の場合、電磁開閉弁とされており、第１通路１２を開放してロッド側室９とピストン側室１０とを連通する連通ポジション１７ｂと、ロッド側室９とピストン側室１０との連通を遮断する遮断ポジション１７ｃとを備えたバルブ１７ａと、遮断ポジション１７ｃを採るようにバルブ１７ａを附勢するバネ１７ｄと、通電時にバルブ１７ａをバネ１７ｄに対抗して連通ポジション１７ｂに切り換えるソレノイド１７ｅとを備えて構成されている。

つづいて、ピストン側室１０とタンク１１とは、第２通路１３によって連通されており、この第２通路１３の途中には、第２開閉弁１８が設けられている。第２開閉弁１８は、この実施の形態の場合、電磁開閉弁とされており、第２通路１３を開放してピストン側室１０とタンク１１とを連通する連通ポジション１８ｂと、ピストン側室１０とタンク１１との連通を遮断する遮断ポジション１８ｃとを備えたバルブ１８ａと、遮断ポジション１８ｃを採るようにバルブ１８ａを附勢するバネ１８ｄと、通電時にバルブ１８ａをバネ１８ｄに対抗して連通ポジション１８ｂに切り換えるソレノイド１８ｅとを備えて構成されている。

ポンプ１４は、モータ４によって駆動されるようになっており、ポンプ１４は、一方向のみに液体を吐出するポンプとされ、吐出口は供給通路２３によってロッド側室９へ連通され、吸込口はタンク１１に通じている。よって、ポンプ１４は、モータ４によって駆動されると、タンク１１から液体を吸込んでロッド側室９へ液体を供給する。モータ４は、モータドライバ５における駆動回路３０から電流供給を受けて駆動される。

前述のようにポンプ１４は、一方向のみに液体を吐出するのみで回転方向の切換動作がないので、回転切換時に吐出量変化するといった問題は皆無であり、安価なギアポンプ等を使用できる。さらに、ポンプ１４の回転方向が常に同一方向であるので、ポンプ１４を駆動する駆動源であるモータ４にあっても回転切換に対する高い応答性が要求されず、その分、モータ４も安価なものを使用できる。なお、供給通路２３の途中には、ロッド側室９からポンプ１４への液体の逆流を阻止する逆止弁２４を設けてある。

また、本例では、ロッド側室９とタンク１１とが排出通路２１を通じて接続されており、この排出通路２１の途中に開弁圧を変更可能な可変リリーフ弁２２が設けられている。可変リリーフ弁２２は、排出通路２１の途中に設けた弁体２２ａと、排出通路２１を遮断するように弁体２２ａを附勢するバネ２２ｂと、通電時にバネ２２ｂに対抗する推力を発生する比例ソレノイド２２ｃとを備えて構成されている。そして、可変リリーフ弁２２は、比例ソレノイド２２ｃに流れる電流量の調節により開弁圧の調節が可能となっている。

そして、弁体２２ａに作用する排出通路２１の上流のロッド側室９の圧力がリリーフ圧（開弁圧）を超えると、この圧力と比例ソレノイド２２ｃが弁体２２ａを押す力が、この力に対抗して弁体２２ａを附勢するバネ２２ｂの力に打ち勝つようになる。すると、弁体２２ａが後退し、可変リリーフ弁２２は、排出通路２１を開放する。

また、可変リリーフ弁２２にあっては、比例ソレノイド２２ｃに供給する電流量を増大させると、比例ソレノイド２２ｃが発生する推力を増大できる。よって、比例ソレノイド２２ｃに供給する電流量を最大とすると可変リリーフ弁２２の開弁圧が最小となり、反対に、比例ソレノイド２２ｃに全く電流を供給しないと可変リリーフ弁２２の開弁圧が最大となる。

そして、可変リリーフ弁２２は、第１開閉弁１７および第２開閉弁１８の開閉状態に関わらず、アクチュエータ２に伸縮方向の過大な入力がありロッド側室９の圧力が開弁圧を超えると、排出通路２１を開放してロッド側室９をタンク１１へ連通する。このように、アクチュエータ２への過大入力に対し、可変リリーフ弁２２は、ロッド側室９内の圧力をタンク１１へ排出して、アクチュエータ２のシステム全体を保護する。

また、ピストン７には、ピストン側室１０とロッド側室９とを連通する整流通路１９が設けられており、整流通路１９には逆止弁１９ａが設けられている。よって、整流通路１９は、ピストン側室１０からロッド側室９へ向かう液体の流れのみを許容する一方通行の通路に設定されている。さらに、蓋１５には、タンク１１とピストン側室１０とを連通する吸込通路２０が設けられており、この吸込通路２０には逆止弁２０ａが設けられている。よって、吸込通路２０は、タンク１１からピストン側室１０へ向かう液体の流れのみを許容する一方通行の通路に設定されている。なお、整流通路１９は、第１開閉弁１７の遮断ポジション１７ｃを逆止弁とすれば、第１通路１２に集約され得る。吸込通路２０についても、第２開閉弁１８の遮断ポジション１８ｃを逆止弁とすれば第２通路１３に集約され得る。

このように構成されたアクチュエータ２に所望の伸長方向の推力を発揮させる場合、第１開閉弁１７を連通ポジション１７ｂとし第２開閉弁１８を遮断ポジション１８ｃとしてモータ４を回転させつつポンプ１４からシリンダ６内へ液体を供給する。このようにすると、ロッド側室９とピストン側室１０とが連通状態におかれて両者にポンプ１４から液体が供給され、ピストン７が図１中左方へ押されアクチュエータ２は伸長方向の推力を発揮する。ロッド側室９内およびピストン側室１０内の圧力が可変リリーフ弁２２の開弁圧を上回ると、可変リリーフ弁２２が開弁して液体が排出通路２１を介してタンク１１へ排出され、ロッド側室９内およびピストン側室１０内の圧力は、可変リリーフ弁２２の開弁圧に等しくなる。すなわち、可変リリーフ弁２２の開弁圧の調節で、ピストン７におけるピストン側室１０側とロッド側室９側の受圧面積差に可変リリーフ弁２２の開弁圧を乗じた伸長方向の推力をアクチュエータ２に発揮させ得る。なお、アクチュエータ２が外力によって強制的に収縮させられても、ロッド側室９内およびピストン側室１０内の圧力が可変リリーフ弁２２の開弁圧となるように制御されるので、収縮を抑制する伸長方向の推力を発揮する。

これに対して、アクチュエータ２に所望の収縮方向の推力を発揮させる場合、第１開閉弁１７を遮断ポジション１７ｃとし第２開閉弁１８を連通ポジション１８ｂとし、モータ４を回転させつつポンプ１４からロッド側室９内へ液体を供給する。このようにすることで、ピストン側室１０とタンク１１が連通状態におかれるとともにロッド側室９にポンプ１４から液体が供給され、ピストン７が図１中右方へ押されアクチュエータ２は収縮方向の推力を発揮する。前述したところと同様に、可変リリーフ弁２２の開弁圧の調節で、ピストン７におけるロッド側室９側の受圧面積と可変リリーフ弁２２の開弁圧を乗じた収縮方向の推力をアクチュエータ２に発揮させ得る。なお、アクチュエータ２が外力によって強制的に伸長させられても、ロッド側室９内の圧力が可変リリーフ弁２２の開弁圧となるように制御されるので、伸長を抑制する収縮方向の推力を発揮する。

このように、アクチュエータ２は、第１開閉弁１７と第２開閉弁１８との開閉、および可変リリーフ弁２２の開弁圧の調節で伸長方向および収縮方向の何れにも推力を発生できる。よって、アクチュエータ制御装置３は、モータ４を駆動させつつ第１開閉弁１７、第２開閉弁１８および可変リリーフ弁２２を制御することでアクチュエータ２をスカイフック制御則に則ったアクティブ制御でアクチュエータ２に伸縮双方で推力を発揮させて車体１０１の振動を抑制できる。

また、本実施の形態のアクチュエータ２は、モータ４が駆動していない状態では、外力によって伸縮させられるのに対して、第１開閉弁１７と第２開閉弁１８との開閉、および可変リリーフ弁２２の開弁圧の調節で伸縮を妨げる方向の推力を発生できる。モータ４が駆動していない状態で第１開閉弁１７を連通ポジション１７ｂとし第２開閉弁１８を遮断ポジション１８ｃとする場合、アクチュエータ２が外力によって伸長すると、ロッド側室９から第１開閉弁１７を通って液体がピストン側室１０へ移動するとともに吸込通路２０を介してタンク１１からピストン側室１０へ液体が供給される。よって、アクチュエータ２は、この場合、ほとんど抵抗なく伸長して伸長を妨げる推力を発揮しない。他方、モータ４が駆動していない状態で第１開閉弁１７を連通ポジション１７ｂとし第２開閉弁１８を遮断ポジション１８ｃとする場合にアクチュエータ２が外力によって収縮すると、ピストン側室１０から第１開閉弁１７を通って液体がロッド側室９へ移動するものの、ロッド８がシリンダ６内に侵入する体積分の液体が可変リリーフ弁２２を介してシリンダ６からタンク１１へ排出される。よって、アクチュエータ２は、この場合、外力による収縮に対して収縮を妨げる推力を発生でき、可変リリーフ弁２２の開弁圧の調節によって当該推力を制御できる。

さらに、モータ４が駆動していない状態で第１開閉弁１７を遮断ポジション１７ｃとし第２開閉弁１８を連通ポジション１８ｂとする場合、アクチュエータ２が外力によって収縮すると、ピストン側室１０から整流通路１９を通って液体がロッド側室９へ移動するとともに第２開閉弁１８を介してシリンダ６内から液体がタンク１１へ排出される。よって、アクチュエータ２は、この場合、ほとんど抵抗なく収縮して収縮を妨げる推力を発揮しない。他方、モータ４が駆動していない状態で第１開閉弁１７を遮断ポジション１７ｃとし第２開閉弁１８を連通ポジション１８ｂとする場合にアクチュエータ２が外力によって伸長すると、ロッド側室９から可変リリーフ弁２２を通って液体がタンク１１へ排出される。ピストン側室１０が拡大するが、第２開閉弁１８を介してタンク１１からピストン側室１０へ液体が供給される。よって、アクチュエータ２は、この場合、外力による伸長に対して伸長を妨げる推力を発生でき、可変リリーフ弁２２の開弁圧の調節によって当該推力を制御できる。このように、モータ４が駆動できない状態でも、コントローラ４０による制御で第１開閉弁１７、第２開閉弁１８および可変リリーフ弁２２を駆動可能な状態では、アクチュエータ制御装置３は、アクチュエータ２をセミアクティブ制御によってアクチュエータ２を伸長側或いは収縮側の一方から選択して所望する方向のみで推力を発生するセミアクティブダンパとして機能させ得る。

また、このアクチュエータ２にあっては、第１開閉弁１７と第２開閉弁１８がともに遮断ポジション１７ｃ，１８ｃを採ると、整流通路１９および吸込通路２０と排出通路２１で、ロッド側室９、ピストン側室１０およびタンク１１が数珠繋ぎに連通される。この状態では、ポンプ１４の駆動の有無に関わらず、アクチュエータ２が外力により伸縮させられると、ロッド側室９内の圧力が可変リリーフ弁２２の開弁圧となるように制御されるため、アクチュエータ２は伸縮を抑制する推力を発揮するパッシブダンパとして機能する。そして、モータ４、第１開閉弁１７、第２開閉弁１８および可変リリーフ弁２２への電流供給が絶たれると、第１開閉弁１７と第２開閉弁１８は遮断ポジション１７ｃ，１８ｃを採り、可変リリーフ弁２２は開弁圧が最大に固定された圧力制御弁として機能する。よって、アクチュエータ２は、電力供給が絶たれる状態や失陥時には自動的に、パッシブダンパとして機能できる。

なお、アクチュエータ２は、モータ４によって伸縮可能な構成となっていればよいが、前述した構成のアクチュエータ２を用いれば、電力供給ができない状態となると自動的にパッシブダンパとして機能できる利点がある。また、アクチュエータ２は、この例では、液体を作動媒体として利用しているが、気体を作動媒体として利用するものであってもよいし、モータ４のトルクをそのまま推力として利用する電磁アクチュエータとされてもよい。

つづいて、アクチュエータ制御装置３について説明する。アクチュエータ制御装置３は、モータ４を駆動するモータドライバ５と、コントローラ４０とを備えている。図３に示すように、モータドライバ５は、鉄道車両１００から電力供給を受けてアクチュエータ２の駆動源としてのモータ４に電力供給する駆動回路３０と、駆動回路３０に入力される電圧を検知する電圧センサ３１と、駆動回路３０に入力される電圧を平滑化する平滑用コンデンサ３２と、鉄道車両１００から供給される交流電流を整流して駆動回路３０へ入力するダイオードモジュール３３と、平滑用コンデンサ３２に突入電流が流れるのを抑制する保護回路３４と、電圧センサ３１で検知する電圧を監視しつつ駆動回路３０および保護回路３４を制御する制御部３５とを備えている。

本実施の形態では、モータ４は、三相のブラシレスモータとされている。よって、駆動回路３０は、三相のブラシレスモータであるモータ４の三相の巻線へ電流を供給してモータ４の駆動に適するように、詳しくは図示しないが、一対のスイッチング素子を備えた三つのアームを備えるインバータ回路とされている。なお、モータ４は、ブラシレスモータ以外のモータであってもよく、駆動回路３０は、モータ４の駆動に適した回路を用いればよい。

また、駆動回路３０は、図３に示すように、鉄道車両１００内に設置された図外の複数の変圧器によってトロリ線の電圧を２度降圧して得た単相あるいは三相の交流電流を供給する３次電源３６から電力供給を受けている。前述したように、モータドライバ５は、３次電源３６から供給される交流電流を全波整流するダイオードモジュール３３を備えている。ダイオードモジュール３３は、４つのダイオードを備えたブリッジ回路でなる全波整流回路とされている。そして、モータドライバ５は、３次電源３６から供給される交流電流からダイオードモジュール３３を介して直流電流を得て、得られた直流電流を駆動回路３０へ供給する。３次電源３６は、鉄道車両１００が後述するデッドセクションの通過時やパンタグラフがトロリ線から離線すると、トロリ線から電力供給を受けられなくなり復電するまで駆動回路３０へ電力を供給できなくなる。

平滑用コンデンサ３２は、ダイオードモジュール３３と並列に接続されており、ダイオードモジュール３３が出力する脈動する電圧を平滑化して変動の少ない電圧を駆動回路３０へ供給する。

電圧センサ３１は、本実施の形態では、駆動回路３０に入力される電圧として平滑用コンデンサ３２の極板間の電位差、つまり、電圧を検知して、検知した電圧に応じた信号を制御部３５へ入力する。平滑用コンデンサ３２の電圧は、本実施の形態では、駆動回路３０に入力される電圧となるため、電圧センサ３１で平滑用コンデンサ３２の電圧を検知することで、現在、駆動回路３０に入力される電圧を検知できる。制御部３５は、コントローラ４０からモータ４を駆動する駆動指令を受け取ると、駆動指令が指示する通りにモータ４を駆動するために、駆動指令からスイッチング素子を駆動するための信号を生成して、駆動回路３０の図示しない各アームに設けられた６つのスイッチング素子を開閉制御する。

保護回路３４は、詳しくは図示しないが、充電抵抗が設けられる充電ラインと、充電ラインに並列に接続されて３次電源３６を充電抵抗を介さずに直接駆動回路３０へ電力供給するための電力供給ラインと、電力供給ライン中に設けられて制御部３５によって制御されるスイッチング素子とを備えている。そして、制御部３５は、平滑用コンデンサ３２が十分に充電されていない場合、スイッチング素子をＯＦＦして、３次電源３６を充電抵抗を介して平滑用コンデンサ３２に接続して平滑用コンデンサ３２に突入電流が流れないようにし、平滑用コンデンサ３２が十分に充電されるとスイッチング素子をＯＮして、電力供給ラインを通じて充電抵抗を介さずに３次電源３６を平滑用コンデンサ３２および駆動回路３０へ接続する。

また、制御部３５は、電圧センサ３１が検知する電圧が予め設定される第１閾値以上である場合には、コントローラ４０に対して０Ｖのロー信号でなる運転準備ＯＮ信号を出力する。反対に、制御部３５は、電圧センサ３１が検知する電圧が予め設定される第１閾値未満である場合には、コントローラ４０に対して所定の電圧のハイ信号でなる運転準備ＯＦＦ信号を出力する。つまり、３次電源３６がトロリ線から電力供給を受け得る状態では、駆動回路３０に継続的に第１閾値以上の電圧で電力供給がなされるので、制御部３５は、運転準備ＯＮ信号を出力し続ける。これに対して、鉄道車両１００がデッドセクションを通過したりパンタグラフがトロリ線から離線した場合、駆動回路３０は、３次電源３６から電力供給を受けられなくなり、その状態で平滑用コンデンサ３２の電荷を消費してモータ４へ電力供給を続けると、電圧センサ３１の検知電圧が低下して第１閾値未満となり、制御部３５が運転準備ＯＦＦ信号を出力するようになる。なお、制御部３５は、駆動回路３０に電力を供給する３次電源３６以外の図示しない別系統の停電の無い電源から電力供給を受けている。

また、制御部３５は、運転準備ＯＦＦ信号を出力している場合、電圧センサ３１が検知する電圧が予め設定される復帰電圧以上となり、また、電圧センサ３１が検知する電圧の変化が十分に小さくなると、再び３次電源３６から電力供給を受けていると判断して信号を運転準備ＯＮ信号に切り換える。つまり、電圧センサ３１が検知する電圧が予め設定される第１閾値未満となると、制御部３５は、当該電圧が復帰電圧以上で且つ電圧変化が十分に小さくなることをトリガとして信号を運転準備ＯＦＦ信号から運転準備ＯＮ信号へ切り換える。なお、復帰電圧は、第１閾値以上であって、トロリ線から電力供給を受け得る状態の３次電源３６の電圧よりも低い値に設定される。そのため、制御部３５は、３次電源３６から電力供給を受けているとの判断の確実性を担保するため、前記電圧が復帰電圧以上であることのみにならず、電圧変化が十分に小さくなることをも条件として、３次電源３６から電力供給を得ているか否かを判断している。第１閾値は、モータ４の駆動が不能となる電圧よりも少し高い電圧に設定されており、本実施の形態では、たとえば、３次電源３６の平均電圧の４０％程度の電圧値に設定される。また、本実施の形態では、復帰電圧は、たとえば、３次電源３６の平均電圧の７０％程度の電圧値に設定される。また、運転準備ＯＮ信号をハイ信号とし、運転準備ＯＦＦ信号をロー信号としてもよい。

なお、制御部３５は、スイッチング素子の制御と電圧センサ３１が検知する電圧と第１閾値とを比較して運転準備ＯＮ信号と運転準備ＯＦＦ信号の出力が可能であればよい。そのため、制御部３５は、たとえば、駆動指令からスイッチング素子を制御するための信号を生成するパルス生成回路と、運転準備ＯＮ信号と運転準備ＯＦＦ信号の切り換えを行うためのコンパレータとを含んで構成されてもよいし、これらの回路の機能を演算処理によって実現する演算処理装置を含んで構成されてもよい。

つづいて、コントローラ４０は、アクチュエータ２の推力を制御するため、図１に示すように、車体１０１の水平横方向の加速度を検知する加速度センサ４１と、アクチュエータ２の変位を検知するストロークセンサ４２と、これらから得られる情報に基づいてアクチュエータ２の第１開閉弁１７、第２開閉弁１８および可変リリーフ弁２２における各ソレノイド１７ｅ，１８ｅ，２２ｃへ電流供給するソレノイドドライバ４３と、ソレノイドドライバ４３およびモータドライバ５へ与える駆動指令を生成する制御部４４とを備えている。また、コントローラ４０は、モータドライバ５から運転準備ＯＮ信号、運転準備ＯＦＦ信号の他に電圧センサ３１が検知した電圧情報の入力を受ける。また、コントローラ４０は、３次電源３６以外の別系統の図示しない停電の無い電源から電力供給を受けている。

本実施の形態では、ソレノイドドライバ４３は、各ソレノイド１７ｅ，１８ｅ，２２ｃへの電流の供給と停止を行えるように、各ソレノイド１７ｅ，１８ｅ，２２ｃに対応して三つのスイッチング素子を備えている。なお、ソレノイドドライバ４３は、各ソレノイド１７ｅ，１８ｅ，２２ｃの駆動に適したものを使用すればよい。

制御部４４は、モータドライバ５から入力される電圧センサ３１で検知した電圧が第１閾値よりも高い値に設定される第２閾値以上である場合、モータドライバ５が３次電源３６から電力供給を受けていると判断する。このような状況では、モータ４の駆動を伴う第１制御を実行しても電圧センサ３１が検知する電圧が降下せずモータドライバ５が運転準備ＯＦＦ信号を出力しないと判断できるため、制御部４４は、アクチュエータ２をモータ４の駆動を伴うアクティブ制御する第１制御を実行する。制御部４４は、第１制御を実行する場合、モータ４を一定の速度で回転駆動するようにモータドライバ５へ駆動指令を与える。また、制御部４４は、加速度センサ４１から車体１０１の横方向の速度を求め、スカイフック制御則に則りアクチュエータ２が発生すべき推力の大きさ、方向を求める。具体的には、制御部４４は、第１制御で採用するスカイフック制御では、車体１０１の横方向速度にスカイフックゲインを乗じてアクチュエータ２が車体１０１の振動を抑制するために発するべき推力の大きさと方向を求める。このように、制御部４４は、アクチュエータ２が発生すべき推力の大きさと方向とから第１開閉弁１７と第２開閉弁１８の開閉および可変リリーフ弁２２の開弁圧を決定し、アクチュエータ２が前記推力を発生できるようにソレノイドドライバ４３へ駆動指令を与えて各ソレノイド１７ｅ，１８ｅ，２２ｃを駆動する。このようにして、第１制御を実行する場合、コントローラ４０は、モータ４を一定速度で回転駆動するようにし、第１開閉弁１７と第２開閉弁１８の開閉および可変リリーフ弁２２の開弁圧を制御し、アクチュエータ２をアクティブ制御する。

また、制御部４４は、モータドライバ５から入力される電圧センサ３１で検知した電圧が第２閾値未満である場合、モータドライバ５へ３次電源３６から電力供給を受けられず、モータ４を駆動すると平滑用コンデンサ３２の電荷が消費されて電圧降下をもたらし、電圧が第１閾値未満となってモータドライバ５が運転準備ＯＦＦ信号を出力する可能性がある。よって、制御部４４は、モータドライバ５が運転準備ＯＦＦ信号を出力するのを阻止するため、アクチュエータ２の制御をアクティブ制御からモータ４の駆動を伴わないセミアクティブ制御である第２制御へ切り換える。制御部４４は、第２制御を実行する場合、モータ４を駆動して平滑用コンデンサ３２が放電しないようにモータドライバ５へ駆動指令を与えない。モータドライバ５は、駆動指令が与えられないと、駆動回路３０における各アームのスイッチング素子の全部をオフとして平滑用コンデンサ３２からモータ４に電流が流れないようにし、平滑用コンデンサ３２の放電を阻止する。本実施の形態の鉄道車両用制振装置１では、アクチュエータ２は、モータ４が駆動できない状態でもセミアクティブダンパとして機能できる。よって、制御部４４は、第２制御を実行する場合、モータ４には駆動指令を与えないものの、アクチュエータ２をセミアクティブダンパとして機能させて、車体１０１の振動を抑制する方向へ推力を発揮できる場合にのみアクチュエータ２に推力を発揮させるセミアクティブ制御を行う。具体的には、セミアクティブ制御では、制御部４４は、加速度センサ４１とストロークセンサ４２とから車体１０１の横方向の速度と、車体１０１と台車１０２の横方向の相対速度を求め、カルノップ理論に基づくスカイフック制御則に則りアクチュエータ２が発生すべき推力の大きさ、方向を求める。具体的には、制御部４４は、第２制御で採用するカルノップ理論に基づくスカイフック制御では、車体１０１の横方向速度にスカイフックゲインを乗じてアクチュエータ２が車体１０１の振動を抑制するために発するべき推力と方向を求め、車体１０１と台車１０２との相対速度からアクチュエータ２が伸長状態であるか収縮状態であるかを判断して、求めた推力を発揮可能な方向に推力を発揮するが反対方向には推力を発揮しないように、第１開閉弁１７と第２開閉弁１８を切り換え制御する。このように、制御部４４は、アクチュエータ２が発生すべき推力の大きさと方向とから第１開閉弁１７と第２開閉弁１８の開閉および可変リリーフ弁２２の開弁圧を決定し、車体１０１の振動を抑制する方向へ推力を発揮できる場合にのみアクチュエータ２に推力を発生させるようにソレノイドドライバ４３へ駆動指令を与えて各ソレノイド１７ｅ，１８ｅ，２２ｃを駆動する。このようにして、第２制御を実行する場合、コントローラ４０は、モータ４を駆動させずに、第１開閉弁１７と第２開閉弁１８の開閉、および可変リリーフ弁２２の開弁圧を制御し、アクチュエータ２をセミアクティブ制御する。

前述したように、コントローラ４０は、電圧センサ３１が検知した電圧が第１閾値よりも大きな値に設定される第２閾値以上であるとモータ４の駆動を伴う第１制御を実行し、前記電圧が第２閾値未満となるとモータ４の駆動を伴わない第２制御を実行して、モータドライバ５における平滑用コンデンサ３２の放電を阻止する。第２制御では、アクチュエータ２が推力を発揮できる方向が一方向のみとなって車体１０１と台車１０２の振動状況によって車体１０１の振動を抑制できない場合が出てくる。これに対して、アクチュエータ２をアクティブ制御する第１制御では、アクチュエータ２が伸縮の両方で推力を発揮できるので、車体１０１と台車１０２の振動状況によらず車体１０１の振動を抑制できる。よって、モータ４の駆動を伴う第１制御の実行時の方がモータ４の駆動を伴わない第２制御の実行時よりも車体１０１の制振効果は高くなる。

さらに、制御部４４は、モータドライバ５から入力される電圧センサ３１で検知した電圧が第２閾値未満となって制御を第１制御から第２制御へ切り換えた後に、第２閾値よりも高い値に設定される第３閾値以上になると、第２制御からモータ４の駆動を伴う第１制御へ切り換える。よって、制御部４４は、電圧センサ３１が検知した電圧が上昇してモータドライバ５がトロリ線から電力供給を受けられるようになると、モータ４の駆動を伴わない第２制御からモータ４の駆動を伴う第１制御へ復帰する。第２制御から第１制御への復帰する際に基準となる第３閾値は、第２閾値と同じ値であってもよいが、第２閾値よりも高い値に設定されると、モータドライバ５に入力される電圧の脈動によって制御部４４が第１制御と第２制御とを頻繁に切り換えるハンチングが生じるのを防止できる。

なお、トロリ線の電圧は脈動して変動するため、鉄道車両１００がトロリ線から電力供給を受けている状態でも３次電源３６の電圧も変動する。そのため、第２閾値は、第１閾値よりも高い値であって、鉄道車両１００がトロリ線から電力供給を受けている状態（正常時）において３次電源３６の取り得る最低電圧よりも低い値に設定される。このように第２閾値を設定すれば、トロリ線から電力供給を受けており、モータ４を正常に駆動できる状態であるのにもかかわらず、コントローラ４０における制御が第１制御から制振効果が低下する第２制御へ切り換わってしまうという事態の発生を防止できる。第２閾値は、たとえば、第１閾値と正常時における３次電源３６の最低電圧との中央値よりも高い値に設定されるとよい。また、コントローラ４０がアクチュエータ２の制御を第２制御から第１制御へ復帰させる基準となる第３閾値は、たとえば、モータドライバ５が運転準備ＯＦＦ信号から運転準備ＯＮ信号へ切り換える１つの基準である復帰電圧に設定されてもよいし、鉄道車両１００がトロリ線から電力供給を受けている状態において３次電源３６の取り得る最低電圧に設定されてもよいし、トロリ線から電力供給を受けている状態において３次電源３６の平均電圧とされてもよい。第３閾値が前記復帰電圧或いは最低電圧に設定される場合には、停電後に復電すると制振効果の高い第１制御へ一早い復帰が可能であり、前記平均電圧に設定されると復電が確実となった後で第１制御へ復帰するのでモータドライバ５の平滑用コンデンサ３２の放電を確実に防止できる。

前述したように、モータドライバ５がコントローラ４０に出力する信号が運転準備ＯＮ信号から運転準備ＯＦＦ信号に切り換わるのは、電圧センサ３１が検知した電圧が第２閾値よりも低い値の第１閾値未満となった場合である。よって、鉄道車両１００がデッドセクションを通過する際に停電しても、コントローラ４０が前述の通りに動作すると、平滑用コンデンサ３２の電圧が第１閾値未満となる前に平滑用コンデンサ３２の放電が食い止められるため、モータドライバ５がコントローラ４０に出力する信号が運転準備ＯＮ信号から運転準備ＯＦＦ信号に切り換わらずに済む。なお、何らかの理由によって、モータドライバ５から運転準備ＯＦＦ信号がコントローラ４０に入力されると、コントローラ４０は、自身の電圧と第２閾値との比較の結果によって第１制御を選択して実行していても、制御をモータ４の駆動を伴わない第２制御に切り換える。また、電圧センサ３１の電圧が第２閾値以上であるとコントローラ４０によって判断されていて、コントローラ４０に運転準備ＯＦＦ信号が入力される場合、モータドライバ５或いはコントローラ４０或いは電圧センサ３１に何らかの異常があると認められるので、制御部４４は、モータドライバ５のみならずソレノイドドライバ４３にも駆動指令を与えず、アクチュエータ２をパッシブダンパとして機能させるようにしてもよい。

なお、アクチュエータ制御装置３は、ハードウェア資源としては、図示はしないが具体的にはたとえば、加速度センサ４１およびストロークセンサ４２が出力する信号を取り込むためのＡ／Ｄ変換器と、ソレノイドドライバ４３およびモータドライバ５と制御部４４との通信を可能とするインターフェース回路と、アクチュエータ２の第１制御と第２制御およびこれら制御の切り換えに必要な処理に使用されるプログラムが格納されるＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）等の記憶装置と、前記プログラムに基づいた処理を実行するＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）等の演算装置と、前記ＣＰＵに記憶領域を提供するＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）等の記憶装置とを備えて構成されればよく、ＣＰＵが前記プログラムを実行することでアクチュエータ制御装置３の制御動作が実現される。

鉄道車両用制振装置１は、前述のように構成され、以下に作動を説明する。まず、き電切換セクション６０について説明する。図４に示すように、鉄道車両１００の進行方向手前側にある電源６３に接続されるトロリ線６１と、鉄道車両１００の進行方向先側にある電源６４に接続されるトロリ線６２との間に各トロリ線６１，６２にスイッチ６５，６６を介して接続される中間トロリ線６７が設けてある。そして、中間トロリ線６７は、基本的には、前記スイッチ６５にて進行方向手前側にある電源６３に接続されていて、鉄道車両１００が中間トロリ線６７の区間に入ると、一端、双方の電源６３，６４と中間トロリ線６７との接続を断った後、中間トロリ線６７に鉄道車両１００の進行方向先側にある電源６４を接続して、き電を切り換えるようにしている。すなわち、鉄道車両１００がこのき電切換セクション６０を通過する際には、中間トロリ線６７は双方の電源６３，６４との接続が断たれるので、一瞬停電となって電力供給を受けることができない時間が生じる。前述したように、モータドライバ５の駆動回路３０へ供給される電力は、トロリ線６１，６２から降圧して得らえる電力であるため、デッドセクションに当たる中間トロリ線６７を走行時に停電すると駆動回路３０へ電力供給ができなくなる。このように、モータ４への電流供給は、鉄道車両１００が図４に示したき電切換セクション６０における中間トロリ線６７の区間を走行中に、前述したようにき電切換動作によって瞬間的に断たれる。

鉄道車両１００がき電切換セクション６０以外の区間を走行しており、トロリ線から電力供給を受け得る場合について説明する。なお、本実施の形態の鉄道車両用制振装置１では、コントローラ４０がアクチュエータ２の制御を第２制御から第１制御へ復帰させる基準となる第３閾値をモータドライバ５が停電後に出力する信号を運転準備ＯＦＦ信号から運転準備ＯＮ信号へ切り換える際の基準となる復帰電圧と同じ値に設定している。この場合、電圧センサ３１が検知する電圧は、第１閾値以上となっているため、モータドライバ５は、運転準備ＯＮ信号をコントローラ４０へ出力している。また、トロリ線から電力供給を受け得る場合、電圧センサ３１が検知する電圧が第２閾値以上となっているので、コントローラ４０は、第１制御を実行する。よって、前述したように、アクチュエータ制御装置３は、コントローラ４０によって車体１０１の振動抑制に必要な推力を求め、アクチュエータ２に求めた推力を発揮させるべく、モータドライバ５およびコントローラ４０におけるソレノイドドライバ４３を通じて、モータ４、第１開閉弁１７、第２開閉弁１８および可変リリーフ弁２２へ通電してアクチュエータ２をアクティブ制御する。

コントローラ４０は、第１制御を行ってアクチュエータ２に伸長方向の推力を発揮させる場合、第１開閉弁１７を連通ポジション１７ｂとし第２開閉弁１８を遮断ポジション１８ｃとしてモータ４を回転させつつポンプ１４からシリンダ６内へ液体を供給する。反対に、コントローラ４０は、第１制御を行ってアクチュエータ２に収縮方向の推力を発揮させる場合には、第１開閉弁１７を遮断ポジション１７ｃとし第２開閉弁１８を連通ポジション１８ｂとし、モータ４を回転させつつポンプ１４からロッド側室９内へ液体を供給する。

このように、アクチュエータ制御装置３は、トロリ線から電力供給を受け得る場合には、アクチュエータ２をアクティブ制御する第１制御を行って、スカイフック制御則に基づいてアクチュエータ２が発生すべき推力を求め、モータ４を回転駆動しつつアクチュエータ２にこの推力を発揮させる制御を継続して行う。これにより、アクチュエータ制御装置３によってアクチュエータ２の推力がアクティブ制御され、車体１０１の振動が効果的に抑制される。

他方、鉄道車両１００がき電切換セクション６０中のデッドセクションを通過する際には、以下のように、モータ４の停止判断がなされ、モータ４への電流供給を停止する。

鉄道車両１００がき電切換セクション６０内におけるデッドセクションである中間トロリ線６７を通過し停電した場合、或いは、何らかの理由で走行中に鉄道車両１００のパンタグラフがトロリ線から離間した場合、アクチュエータ制御装置３におけるコントローラ４０がモータ４への通電を伴う第１制御を実行し続けてアクチュエータ２を制御しつづけると、モータドライバ５における平滑用コンデンサ３２の放電によって、電圧センサ３１が検知する電圧が低下する。

この電圧低下によって、電圧センサ３１が検知する電圧が第２閾値未満となると、コントローラ４０がモータドライバ５からのモータ４への電力供給を伴わない第２制御を実行する。コントローラ４０は、第２制御を実行する場合、モータ４を駆動して平滑用コンデンサ３２が放電しないようにモータドライバ５へ駆動指令を与えない。モータドライバ５は、駆動指令が与えられないと、駆動回路３０における各アームのスイッチング素子の全部をオフとして平滑用コンデンサ３２からモータ４に電流が流れないようにし、平滑用コンデンサ３２の放電を阻止する。すると、平滑用コンデンサ３２からの放電も停止され、平滑用コンデンサ３２の電圧が第２閾値以下ではあるが第２閾値に近い電圧となって、それ以上に降圧されない。よって、モータドライバ５が運転準備ＯＦＦ信号をコントローラ４０へ出力するのを防止できる。また、この状況で、鉄道車両１００が電源６４に接続されたトロリ線６２に接続されて電力供給が再開されても、平滑用コンデンサ３２の電圧と３次電源３６の電圧との電位差が小さいので、突入電流が流れるのを防止できる。

また、停電が解消され復電すると、３次電源３６からモータドライバ５へ電力供給され、電圧センサ３１が検知する電圧も速やかに上昇してトロリ線から電力供給を受けていた元の電圧に戻る。よって、電圧センサ３１が検知する電圧が第３閾値以上となるので、コントローラ４０は、アクチュエータ２をセミアクティブ制御する第２制御からアクティブ制御する第１制御へ制御を切り換える。

このように、コントローラ４０が第１制御から第２制御へ切り換わってから、再び第１制御へ復帰するまでに要する時間は、図５に示すように、第２閾値以下となるものの第１閾値よりも高い電圧となった平滑用コンデンサ３２の電圧が第３閾値以上となるまでに要した時間Ｔ１となる。これに対して、アクチュエータ制御装置３がモータドライバ５が運転準備ＯＦＦ信号を出力するまで第１制御から第２制御へ制御を切り換えない場合を考える。このような制御を実行するアクチュエータ制御装置３において、再び第１制御へ復帰するまでに要する時間Ｔ２は、モータドライバ５が運転準備ＯＦＦ信号を出力している時間に略等しくなる。

図５中実線で示すように、本実施の形態のアクチュエータ制御装置３では、コントローラ４０が第１制御から第２制御へ切り換えるタイミングは、電圧センサ３１の検知電圧が第２閾値未満となった時点となる。他方、図５中破線で示すように、アクチュエータ制御装置３がモータドライバ５が運転準備ＯＦＦ信号を出力するまで第１制御から第２制御へ制御を切り換えない場合、アクチュエータ制御装置３が第１制御から第２制御へ切り換えるタイミングは、検知電圧が第１閾値未満となった時点となる。

つづいて、本実施の形態のアクチュエータ制御装置３では、図５中実線で示すように、コントローラ４０が第２制御から第１制御へ復帰するタイミングは、検知電圧が第３閾値以上となった時点となる。他方、アクチュエータ制御装置３がモータドライバ５が運転準備ＯＦＦ信号を出力するまで第１制御から第２制御へ制御を切り換えなかった場合、図５中破線で示すように、アクチュエータ制御装置３が第２制御から第１制御へ切り換えるタイミングは、検知電圧が復帰電圧となり、且つ、電圧変化が小さくなった時点となる。

すると、本実施の形態のアクチュエータ制御装置３では、停電しても電圧センサ３１の検知電圧は前述の制御の切り換えによって第２閾値以下ではあるものの第２閾値近傍の値に留まるために、復電して３次電源３６から電力供給が再開されると速やかに検知電圧が第３閾値まで上昇する。他方、アクチュエータ制御装置３がモータドライバ５が運転準備ＯＦＦ信号を出力するまで第１制御から第２制御へ制御を切り換えなかった場合、図５に示すように、平滑用コンデンサ３２の電圧が第１閾値以下まで低下する。そのため、アクチュエータ制御装置３がモータドライバ５が運転準備ＯＦＦ信号を出力するまで第１制御から第２制御へ制御を切り換えなかった場合、復電して３次電源３６から電力供給が再開されても保護回路３４によって電圧の上昇に時間がかかってしまい、モータドライバ５は、検知電圧が第３閾値と同じ値に設定されている復帰電圧に到達してから、さらに、電圧電動が充分に小さくなるまで運転準備ＯＦＦ信号を運転準備ＯＮ信号へ切り換えない。よって、モータドライバ５が信号を運転準備ＯＦＦ信号に切り換えた後に運転準備ＯＮ信号へ切り換えるまでには時間Ｔ１よりも長い時間Ｔ２を要する。このように、本実施の形態のアクチュエータ制御装置３は、停電時にモータドライバ５が運転準備ＯＦＦ信号を出力しないようにモータ４の駆動を伴わない第２制御を実施するため、第２制御から制振効果に優れる第１制御へ短時間で復帰できる。

具体的には、図６に示すように、アクチュエータ制御装置３は、以下の手順の処理を行って制御を切り換える。まず、コントローラ４０は、モータドライバ５から受け取った信号が運転準備ＯＮ信号であるか否かを判断する（ステップＳ１）。コントローラ４０は、ステップＳ１の判断で前記信号が運転準備ＯＮ信号である場合、電圧センサ３１の検知電圧が第２閾値以上であるか否かを判断する（ステップＳ２）。

ステップＳ２の判断で、電圧センサ３１の検知電圧が第２閾値以上である場合、コントローラ４０は、モータ４の駆動を伴う第１制御を実行してアクチュエータ２を制御する（ステップＳ３）。他方、ステップＳ２の判断で、電圧センサ３１の検知電圧が第２閾値以上である場合、コントローラ４０は、現在選択中の制御を認識するための制御フラグが０であるか判断する（ステップＳ３）。制御フラグが０である場合、前回制御時に第１制御が選択されていることを示し、制御フラグが１である場合、前回制御時に第２制御が選択されていることを示している。

つづいて、ステップＳ３の判断で制御フラグが０である場合、前回制御時に第１制御が選択されており、第１制御を実行してもよい状況であるため、コントローラ４０は、第１制御を実行してアクチュエータ２を制御する（ステップＳ４）。他方、ステップＳ３の判断で制御フラグが１である場合、前回制御時に第２制御が選択されており、制御を第１制御へ切り換えてもよいか判断する必要がある。よって、コントローラ４０は、ステップＳ５へ移行して、電圧センサ３１の検知電圧が第３閾値以上であるか否かを判断する。

電圧センサ３１の検知電圧が第３閾値以上である場合、コントローラ４０は、制御を第２制御から第１制御へ切り換えてもよい状況となっているため、第１制御を実行してアクチュエータ２を制御し（ステップＳ６）、制御フラグをリセットして０とする（ステップＳ７）。

電圧センサ３１の検知電圧が第３閾値未満である場合、コントローラ４０は、前回第２制御を実行しており、第１制御へ切り換える条件が成就していないため、第２制御を実行してアクチュエータ２を制御する（ステップＳ８）。

戻って、ステップＳ２の判断で、電圧センサ３１の検知電圧が第２閾値未満である場合、コントローラ４０は、モータ４の駆動を伴わない第２制御を実行してアクチュエータ２を制御し（ステップＳ９）、制御フラグを１にセットする（ステップＳ１０）。また、コントローラ４０は、ステップＳ１の判断で前記信号が運転準備ＯＦＦ信号である場合、モータ４を駆動を伴わない第２制御を実行してアクチュエータ２を制御し（ステップＳ１１）、制御フラグを１にセットする（ステップＳ１２）。

コントローラ４０は、以上の手順を繰り返し実行してアクチュエータ２を制御し、モータドライバ５が出力する信号と電圧センサ３１が検知する電圧を監視し、アクチュエータ２をアクティブ制御する第１制御を行えるか否かを判断し、状況に応じてモータ４の駆動を伴う第１制御とモータ４の駆動を伴わない第２制御とを適宜切り換える。

以上のように、本実施の形態の鉄道車両用制振装置１は、鉄道車両１００の車体１０１と台車１０２との間に介装されるとともに駆動源としてモータ４を有するアクチュエータ２と、アクチュエータ２を制御するアクチュエータ制御装置３とを備え、アクチュエータ制御装置３は、鉄道車両１００から電力供給を受けてモータ４に電力供給する駆動回路３０と、駆動回路３０に入力される電圧を検知する電圧センサ３１とを含み、電圧センサ３１で検知した電圧が第１閾値以上であると運転準備ＯＮ信号を出力し、電圧が第１閾値未満になると運転準備ＯＦＦ信号を出力するモータドライバ５と、モータドライバ５から運転準備ＯＮ信号を受け取ると駆動回路３０からモータ４への電力供給を伴う第１制御を実行し、モータドライバ５から運転準備ＯＦＦ信号を受け取ると駆動回路３０からモータ４へ電力供給を伴わない第２制御を実行するコントローラ４０とを備え、コントローラ４０は、運転準備ＯＮ信号を受け取っても電圧が第１閾値よりも高い値の第２閾値以下となると駆動回路３０からのモータ４への電力供給を停止させる。

このように構成された本実施の形態の鉄道車両用制振装置１は、鉄道車両１００がデッドセクションを通過するか、或いは、パンタグラフがトロリ線６１，６２，６７から離線して停電状態となると、モータ４の駆動を停止するので、モータドライバ５が出力する信号が運転準備ＯＦＦ信号とならずに済み、モータドライバ５における平滑用コンデンサ３２の放電が抑制され、復電時に速やかにモータ４の駆動を伴う第１制御へ復帰できる。以上より、本実施の形態の鉄道車両用制振装置１によれば、停電状態となってもモータ通電不能時間を短縮して速やかにモータ４の駆動を伴う制御に復帰が可能となる。また、モータドライバ５に設けられた平滑用コンデンサ３２の充放電を抑制できるので、発熱量を低減でき平滑用コンデンサ３２の寿命を延ばすことができる。第２閾値は、第１閾値より高い値であって正常時における３次電源３６の最低電圧よりも低い値に設定されるが、第１閾値と前記最低電圧との中央値以上の値に設定されると、平滑用コンデンサ３２の放電を効果的に抑制でき第１制御への復帰時間も効果的に短縮できる。

また、鉄道車両用制振装置１は、鉄道車両１００の走行位置がデッドセクション内であるか否かを把握する必要がないので、離線による停電にも対処が可能となるだけでなく、正確な走行位置情報の入手や走行位置情報そのものの入手ができない鉄道車両へも適用できる。加えて、鉄道車両１００の走行位置がデッドセクション内であるか否かを把握する必要がないので、コントローラ４０の演算処理負荷が少なくなり、演算処理能力の低いプロセッサの利用が可能となってコストを削減できる。

なお、アクチュエータ制御装置３におけるコントローラ４０は、停電時にモータ４の駆動を停止すればよく、第２制御を実行するのではなく、モータ４の駆動を再開できるようになるまでアクチュエータ２をパッシブダンパとして機能させるよう制御してもよい。ただし、本実施の形態のように、停電時にモータ４の駆動を伴わないがアクチュエータ２をモータ４の駆動を伴わないセミアクティブ制御を実行するようにすれば、停電時の車体１０１の制振効果の低下を最小限に留めて、停電時においても鉄道車両１００における乗心地の悪化を抑制できる。

なお、本実施の形態の鉄道車両用制振装置１では、第１制御をアクティブ制御とし、第２制御をセミアクティブ制御としているが、アクチュエータ２の仕様でセミアクティブ制御が不能である場合には第２制御においてアクチュエータ２をパッシブダンパとする制御を行ってもよい。

また、本実施の形態の鉄道車両用制振装置１では、コントローラ４０が駆動回路３０からのモータ４への電力供給を停止させる第二制御を行った後、電圧センサ３１が検知する電圧が第２閾値よりも高い値の第３閾値以上となると第１制御を行うようになっている。このように構成された鉄道車両用制振装置１によれば、モータドライバ５に入力される電圧の脈動によってコントローラ４０がモータ４の駆動を伴う第１制御とモータ４の駆動の停止とを頻繁に切り換えるハンチングが生じるのを防止できるので、鉄道車両１００における乗心地を向上できる。

さらに、本実施の形態の鉄道車両用制振装置１では、第１閾値がモータ４を駆動できなくなる電圧の値より高い値に設定され、第２閾値が鉄道車両から供給される電圧の最定電圧よりも低い値に設定される。このように構成された鉄道車両用制振装置１によれば、第１閾値がモータ４を駆動できなくなる電圧よりも高い値に設定されるので、運転準備ＯＦＦ信号に切り換わった後に再度運転準備ＯＮ信号に切り換わるまでに経過する時間Ｔ２を短くできるとともに、第２閾値が鉄道車両から鉄道車両から供給される電圧の最定電圧よりも低い値に設定されるため、トロリ線から電力供給を受けており、モータ４を正常に駆動できる状態であるのにもかかわらずコントローラ４０における制御が第１制御から制振効果が低下する第２制御へ切り換わってしまうという事態の発生を防止できる。

また、本実施の形態の鉄道車両用制振装置１では、コントローラ４０は、電圧が第２閾値以上であっても、モータドライバ５から運転準備ＯＦＦ信号が入力されるとモータ４を停止させる第二制御を実行する。このように構成された鉄道車両用制振装置１によれば、モータドライバ５或いはコントローラ４０或いは電圧センサ３１に何らかの異常があると認められる場合にモータ４の駆動を停止するので、車体１０１を加振させてしまう制御モードが生じずフェールセーフを実現できる。なお、コントローラ４０は、このような異常時に、モータドライバ５のみならずソレノイドドライバ４３にも駆動指令を与えず、アクチュエータ２をパッシブダンパとして機能させると、フェール時にあっても車体１０１の振動を確実に抑制できる。

さらに、本実施の形態の鉄道車両用制振装置１では、モータドライバ５が駆動回路３０に入力される電圧を平滑化する平滑用コンデンサ３２を有し、電圧センサ３１が平滑用コンデンサ３２の電圧を検知している。

このように構成された鉄道車両用制振装置１では、電圧センサ３１が平滑用コンデンサ３２の電圧を検知するようになっているので、脈動の少ない安定した電圧と第２閾値との比較でモータ４への電流供給を停止させる判断を正確且つタイムリーに行える。ただし、モータ４への電流供給の停止の判断は、トロリ線からの電力供給が無くなったことを検知できればよいので、電圧センサ３１をダイオードモジュール３３よりも３次電源３６側に設け、電圧センサ３１で検知した交流電圧の最大波高値と第２閾値とを比較するような方法でも停電を検知できる。しかし、このようにすると、モータ停止までの判断に時間がかかるほか、信号処理のための装置が必要となるので、電圧センサ３１で平滑用コンデンサ３２の電圧を検知する方が有利である。また、本実施の形態の鉄道車両用制振装置１では、モータドライバ５において電力供給の有無を判断するためにモータドライバ５が備えている電圧センサ３１を利用しているが、これとは別の電圧センサで鉄道車両１００がトロリ線から電力供給を受けているか否かを判断可能な箇所の電圧を検知するようにしてもよい。

また、本実施の形態の鉄道車両用制振装置１は、シリンダ６と、シリンダ６内に摺動自在に挿入されるピストン７と、シリンダ６内に挿入されてピストン７に連結されるロッド８と、シリンダ６内にピストン７で区画したロッド側室９とピストン側室１０と、タンク１１と、ロッド側室９とピストン側室１０とを連通する第１通路１２の途中に設けた第１開閉弁１７と、ピストン側室１０とタンク１１とを連通する第２通路１３の途中に設けた第２開閉弁１８と、ロッド側室９へ液体を供給するポンプ１４と、ポンプ１４を駆動するモータ４と、ロッド側室９とタンク１１とを連通する排出通路２１と、排出通路２１に設けた開弁圧を変更可能な可変リリーフ弁２２と、ピストン側室１０からロッド側室９へ向かう液体の流れのみを許容する整流通路１９と、タンク１１からピストン側室１０へ向かう液体の流れのみを許容する吸込通路２０とを備えたアクチュエータ２と、アクチュエータ制御装置３とを備え、コントローラ４０は、第１制御では第１開閉弁１７、第２開閉弁１８、可変リリーフ弁２２およびモータ４を駆動制御してアクチュエータ２をアクティブ制御し、第２制御では第１開閉弁１７、第２開閉弁１８および可変リリーフ弁２２を駆動制御してアクチュエータ２をセミアクティブ制御するとともに、電圧センサ３１が検知する電圧が第２閾値以下となると第２制御を行う。このように構成された鉄道車両用制振装置１によれば、停電時にアクチュエータ２をセミアクティブ制御するので、停電時の車体１０１の制振効果の低下を最小限に留めて、停電時においても鉄道車両１００における乗心地の悪化を抑制できる。また、アクチュエータ２が前述のように構成されるので、モータ４の駆動をオンオフするだけで、第１開閉弁１７、第２開閉弁１８および可変リリーフ弁２２の制御を継続すれば、自動的にアクティブ制御とセミアクティブ制御とを切り換えでき、切れ目の無い車体１０１の振動抑制が可能となる。

以上で、本発明の実施の形態についての説明を終えるが、本発明の範囲は図示されまたは説明された詳細そのものには限定されないことは勿論である。

１・・・鉄道車両用制振装置、２・・・アクチュエータ、３・・・アクチュエータ制御装置、４・・・モータ、５・・・モータドライバ、６・・・シリンダ、７・・・ピストン、８・・・ロッド、９・・・ロッド側室、１０・・・ピストン側室、１１・・・タンク、１２・・・第１通路、１３・・・第２通路、１４・・・ポンプ、１７・・・第１開閉弁、１８・・・第２開閉弁、１９・・・整流通路、２０・・・吸込通路、２１・・・排出通路、２２・・・可変リリーフ弁、３０・・・駆動回路、３１・・・電圧センサ、３２・・・平滑用コンデンサ、４０・・・コントローラ、１００・・・鉄道車両、１０１・・・車体、１０２・・・台車

Claims (4)

1. 鉄道車両の車体と台車との間に介装されるとともに駆動源としてモータを有するアクチュエータと、
   前記アクチュエータを制御するアクチュエータ制御装置とを備え、
   前記アクチュエータ制御装置は、
   前記鉄道車両から電力供給を受けて前記モータに電力供給する駆動回路と、
   前記駆動回路に入力される電圧を検知する電圧センサとを含み、前記電圧センサで検知した電圧が第１閾値以上であると運転準備ＯＮ信号を出力し、前記電圧が前記第１閾値未満になると運転準備ＯＦＦ信号を出力するモータドライバと、
   前記モータドライバから前記運転準備ＯＮ信号を受け取ると前記駆動回路から前記モータへの電力供給を伴う第１制御を実行し、前記モータドライバから前記運転準備ＯＦＦ信号を受け取ると前記駆動回路から前記モータへ電力供給を伴わない第２制御を実行するコントローラとを有し、
   前記コントローラは、前記運転準備ＯＮ信号を受け取っても前記電圧が前記第１閾値よりも高い値の第２閾値以下となると前記駆動回路からの前記モータへの電力供給を停止させる
   ことを特徴とする鉄道車両用制振装置。
2. 前記コントローラは、前記駆動回路からの前記モータへの電力供給を停止させる前記第二制御を行った後、前記電圧が前記第２閾値よりも高い値の第３閾値以上となると前記第１制御を行う
   ことを特徴とする請求項１に記載の鉄道車両用制振装置。
3. 前記第１閾値は、前記モータを駆動できなくなる電圧の値より高い値に設定され、
   前記第２閾値は、前記鉄道車両から供給される電圧の最定電圧よりも低い値に設定される
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の鉄道車両用制振装置。
4. 前記コントローラは、前記電圧が前記第２閾値以上であっても、前記モータドライバから運転準備ＯＦＦ信号が入力されると前記モータを停止させる前記第二制御を実行する
   ことを特徴とする鉄道車両用制振装置。

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