JP6231630B1

JP6231630B1 - 鉄道車両用制振装置

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Publication number: JP6231630B1
Application number: JP2016158559A
Authority: JP
Inventors: 貴之小川; 小川　　貴之; 青木　淳; 淳青木
Original assignee: KYB Corp
Current assignee: KYB Corp
Priority date: 2016-08-12
Filing date: 2016-08-12
Publication date: 2017-11-15
Anticipated expiration: 2036-08-12
Also published as: US20190111950A1; CN109562769A; WO2018029911A1; JP2018024379A

Abstract

【課題】モータを過負荷から保護できるとともに、制振制御の中断を回避できる鉄道車両用制振装置の提供である。【解決手段】鉄道車両用制振装置１は、作動流体の供給により伸縮するシリンダ本体Ｃｙと、シリンダ本体Ｃｙへ作動流体を供給するポンプ１２と、ポンプ１２を駆動するモータ１５とを有して鉄道車両に設置されるアクチュエータＡと、モータ１５を制御する制御部Ｃとを備え、制御部Ｃは、モータ１５へ与えるべき電流値Ｉがモータ１５の定格トルクを超える値に設定される制限トルクを出力させる電流閾値Ｉα以上になるとモータ１５を停止する。【選択図】図２

Description

本発明は、鉄道車両用制振装置の改良に関する。

従来、この種の鉄道車両用制振装置にあっては、たとえば、鉄道車両に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て使用されるものが知られている。

より詳しくは、鉄道車両用制振装置は、シリンダと、シリンダ内に摺動自在に挿入されてシリンダ内をロッド側室とピストン側室とに区画するピストンと、シリンダ内に挿入されてピストンに連結されるロッドとを備えて車体と台車との間に介装されるアクチュエータと、タンクと、ロッド側室とピストン側室とを連通する第一通路の途中に設けた第一開閉弁と、ピストン側室とタンクとを連通する第二通路の途中に設けた第二開閉弁と、ロッド側室へ作動油を供給するポンプと、ポンプを駆動するモータと、ロッド側室を前記タンクへ接続する排出通路と、当該排出通路の途中に設けられ開弁圧を変更可能な可変リリーフ弁とを備えており、前記したポンプ、第一開閉弁、第二開閉弁および可変リリーフ弁を駆動して、伸縮双方へ推力を発揮でき、この推力で車体の振動を抑制するようになっている（たとえば、特許文献１参照）。

特開２０１０−６５７９７号公報

従来の鉄道車両用制振装置は、モータでポンプを一定の回転速度（単位時間当たりの回転数）で駆動し、車体の振動状況に応じて第一開閉弁、第二開閉弁および可変リリーフ弁を適宜駆動し、油圧を利用して車体の振動を抑制する推力を得て車体を制振する。

このような従来の鉄道車両用制振装置では、鉄道車両がポイントを通過する際等、車体が高速で振動する状況では、アクチュエータの伸縮速度も速くなる。

アクチュエータが高速で伸縮するとアクチュエータ内の圧力が一時的に過大となる場合がある。このような場合にもポンプを等速回転させるためにはモータに定格トルク以上のトルクを発生させる必要がある。

モータは、一般的には、起動時等では定格トルクを超えるトルク（以下、「過トルク」という）を出力する必要があるので、過トルクの出力が可能となっている。しかしながら、モータが過トルクを出力し続けるとモータが焼付く、所謂、焼損するので、モータを過負荷から保護するために、このような過トルクを出力しても焼損に至らないよう過トルクの出力時間を制限している。具体的には、モータを駆動するモータドライバは、モータが過トルクを出力する時間を監視しており、過トルクを出力する時間が制限時間に達すると、モータの緊急停止処理を実行する。

よって、従来の鉄道車両用制振装置は、ポイント通過時等では、モータの保護のためにモータが緊急停止してしまって制振制御が中断してしまう場合があり、モータを再起動させるにはリセットするより他なく、鉄道車両の運行中に制振制御の復帰ができなかった。

そこで、本発明の目的は、モータを過負荷から保護できるとともに、制振制御の中断を回避できる鉄道車両用制振装置の提供である。

本発明の鉄道車両用制振装置は、モータへ与えるべき電流量が電流閾値以上となるとモータを停止する。よって、鉄道車両用制振装置では、モータの過負荷からの保護を目的として予め組み込まれている緊急停止制御の実行が行われる前にモータを停止できる。

また、請求項２の鉄道車両用制振装置は、電流値が電流閾値以上となった時間をカウントし、カウントされた時間が所定時間に達すると指令電流を０としてモータを停止する。このように構成されても鉄道車両用制振装置は、モータを過負荷から保護する緊急停止制御を実行する前にモータを停止できる。また、電流値が電流閾値以上となった時間をカウントするので、一時的に電流値が電流閾値以上となっただけではモータを停止させずに済む。

さらに、請求項３の鉄道車両用制振装置は、電流値が電流閾値未満となるとモータの駆動を再開するので、モータの停止が不要な状況となると制振制御が速やかに再開され、継続して制振効果を発揮できる。

請求項４の鉄道車両用制振装置は、シリンダとピストンとロッドとを備えるシリンダ本体と、タンクと、ロッド側室へ作動流体を供給するポンプと、ポンプを駆動するモータと、ロッド側室とピストン側室とを連通する第一通路の途中に設けた第一開閉弁と、ピストン側室とタンクとを連通する第二通路の途中に設けた第二開閉弁と、ロッド側室とタンクとを接続する排出通路と、排出通路の途中に設けた開弁圧を変更可能な可変リリーフ弁と、ピストン側室からロッド側室へ向かう作動流体の流れのみを許容する整流通路と、タンクからピストン側室へ向かう作動流体の流れのみを許容する吸込通路とを備えている。このように構成された鉄道車両用制振装置では、モータが停止されていても、アクチュエータがスカイフックセミアクティブダンパとして機能するので、モータの停止中も制振効果が失われない。

本発明の鉄道車両用制振装置によれば、モータを過負荷から保護できるとともに、制振制御の中断を回避できる。

一実施の形態における鉄道車両用制振装置を搭載した鉄道車両の概略平面図である。一実施の形態の鉄道車両用制振装置におけるアクチュエータの回路図である。一実施の形態の鉄道車両用制振装置における制御部の制御ブロック図である。モータの電流値を決定する手順の一例を示したフローチャートである。

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、本例では、鉄道車両の車体Ｂの制振装置として使用され、図１に示すように、台車Ｔと車体Ｂとの間に設置されたアクチュエータＡと、制御部Ｃとを備えて構成されている。そして、本例の鉄道車両用制振装置１は、アクチュエータＡが発揮する推力で車体Ｂの車両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。

アクチュエータＡは、本例では図２に示すように、鉄道車両の台車Ｔと車体Ｂの一方に連結されるシリンダ２と、シリンダ２内に摺動自在に挿入されるピストン３と、シリンダ２内に挿入されてピストン３と、台車Ｔと車体Ｂの他方に連結されるロッド４と、シリンダ２内にピストン３で区画したロッド側室５とピストン側室６とを備えるシリンダ本体Ｃｙに加え、作動油を貯留するタンク７と、タンク７から作動油を吸い上げてロッド側室５へ作動油を供給するポンプ１２と、ポンプ１２を駆動するモータ１５と、シリンダ本体Ｃｙの伸縮の切換と推力を制御する流体圧回路ＨＣとを備えており、片ロッド型のアクチュエータとして構成されている。

また、前記ロッド側室５とピストン側室６には、本例では、作動流体として作動油が充填されるとともに、タンク７には、作動油のほかに気体が充填されている。なお、タンク７内は、特に、気体を圧縮して充填して加圧状態とする必要は無い。また、作動流体は、作動油以外にも他の液体を利用してもよい。

流体圧回路ＨＣは、ロッド側室５とピストン側室６とを連通する第一通路８の途中に設けた第一開閉弁９と、ピストン側室６とタンク７とを連通する第二通路１０の途中に設けた第二開閉弁１１とを備えている。

そして、基本的には、第一開閉弁９で第一通路８を連通状態とし、第二開閉弁１１を閉じてポンプ１２を駆動すると、シリンダ本体Ｃｙが伸長し、第二開閉弁１１で第二通路１０を連通状態とし、第一開閉弁９を閉じてポンプ１２を駆動すると、シリンダ本体Ｃｙが収縮する。

以下、アクチュエータＡの各部について詳細に説明する。シリンダ２は筒状であって、その図２中右端は蓋１３によって閉塞され、図２中左端には環状のロッドガイド１４が取り付けられている。また、前記ロッドガイド１４内には、シリンダ２内に移動自在に挿入されるロッド４が摺動自在に挿入されている。このロッド４は、一端をシリンダ２外へ突出させており、シリンダ２内の他端をシリンダ２内に摺動自在に挿入されるピストン３に連結している。

なお、ロッドガイド１４の外周とシリンダ２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２内は密閉状態に維持されている。そして、シリンダ２内にピストン３によって区画されるロッド側室５とピストン側室６には、前述のように作動油が充填されている。

また、このシリンダ本体Ｃｙの場合、ロッド４の断面積をピストン３の断面積の二分の一にして、ピストン３のロッド側室５側の受圧面積がピストン側室６側の受圧面積の二分の一となるようになっている。よって、伸長作動時と収縮作動時とでロッド側室５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、シリンダ本体Ｃｙの変位量に対する作動油量も伸縮両側で同じとなる。

詳しくは、シリンダ本体Ｃｙを伸長作動させる場合、ロッド側室５とピストン側室６を連通させた状態とする。すると、ロッド側室５内とピストン側室６内の圧力が等しくなり、アクチュエータＡは、ピストン３におけるロッド側室５側とピストン側室６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、シリンダ本体Ｃｙを収縮作動させる場合、ロッド側室５とピストン側室６との連通を断ちピストン側室６をタンク７に連通させた状態とする。すると、アクチュエータＡは、ロッド側室５内の圧力とピストン３におけるロッド側室５側の受圧面積を乗じた推力を発生する。

要するに、アクチュエータＡの発生推力は伸縮の双方でピストン３の断面積の二分の一にロッド側室５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Ａの推力を制御する場合、伸長作動、収縮作動共に、ロッド側室５の圧力を制御すればよい。また、本例のアクチュエータＡでは、ピストン３のロッド側室５側の受圧面積をピストン側室６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５の圧力が同じとなるので制御が簡素となる。加えて、変位量に対する作動油量も同じとなるので伸縮両側で応答性が同じとなる利点がある。なお、ピストン３のロッド側室５側の受圧面積をピストン側室６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５の圧力でアクチュエータＡの伸縮両側の推力を制御できる点は変わらない。

戻って、ロッド４の図２中左端とシリンダ２の右端を閉塞する蓋１３とには、図示しない取付部を備えており、このアクチュエータＡを鉄道車両における台車Ｔと車体Ｂ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５とピストン側室６とは、第一通路８によって連通されており、この第一通路８の途中には、第一開閉弁９が設けられている。この第一通路８は、シリンダ２外でロッド側室５とピストン側室６とを連通しているが、ピストン３に設けられてもよい。

第一開閉弁９は、電磁開閉弁とされており、第一通路８を開放してロッド側室５とピストン側室６とを連通する連通ポジションと、第一通路８を遮断してロッド側室５とピストン側室６との連通を断つ遮断ポジションとを備えている。そして、この第一開閉弁９は、通電時に連通ポジションを採り、非通電時に遮断ポジションを採るようになっている。

つづいて、ピストン側室６とタンク７とは、第二通路１０によって連通されており、この第二通路１０の途中には、第二開閉弁１１が設けられている。第二開閉弁１１は、電磁開閉弁とされており、第二通路１０を開放してピストン側室６とタンク７とを連通する連通ポジションと、第二通路１０を遮断してピストン側室６とタンク７との連通を断つ遮断ポジションとを備えている。そして、この第二開閉弁１１は、通電時に連通ポジションを採り、非通電時に遮断ポジションを採るようになっている。

ポンプ１２は、モータ１５によって駆動され、一方向のみに作動油を吐出するポンプとされている。そして、ポンプ１２の吐出口は供給通路１６によってロッド側室５へ連通されるとともに吸込口はタンク７に通じていて、ポンプ１２は、モータ１５によって駆動されるとタンク７から作動油を吸込んでロッド側室５へ作動油を供給する。

前述のようにポンプ１２は、一方向のみに作動油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が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１２の回転方向が常に同一方向であるので、ポンプ１２を駆動する駆動源であるモータ１５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１５も安価なものを使用できる。なお、供給通路１６の途中には、ロッド側室５からポンプ１２への作動油の逆流を阻止する逆止弁１７が設けられている。

さらに、本例の流体圧回路ＨＣは、前述の構成に加えて、ロッド側室５とタンク７とを接続する排出通路２１と、排出通路２１の途中に設けた開弁圧を変更可能な可変リリーフ弁２２を備えている。

可変リリーフ弁２２は、本例では、比例電磁リリーフ弁とされており、供給する電流量に応じて開弁圧を調節でき、電流量を最大とすると開弁圧を最小とし、電流を供給しないと開弁圧を最大とするようになっている。

このように、排出通路２１と可変リリーフ弁２２とを設けると、シリンダ本体Ｃｙを伸縮作動させる際に、ロッド側室５内の圧力を可変リリーフ弁２２の開弁圧に調節でき、アクチュエータＡの推力を可変リリーフ弁２２へ供給する電流量で制御できる。排出通路２１と可変リリーフ弁２２とを設けると、アクチュエータＡの推力を調節するために必要なセンサ類が不要となり、ポンプ１２の吐出流量の調節のためにモータ１５を高度に制御する必要もなくなる。よって、鉄道車両用制振装置１が安価となり、ハードウェア的にもソフトウェア的にも堅牢なシステムを構築できる。

なお、第一開閉弁９を連通ポジションとし第二開閉弁１１を遮断ポジションとする場合或いは第一開閉弁９を遮断ポジションとし第二開閉弁１１を連通ポジションとする場合、ポンプ１２の駆動状況に関わらず、伸長或いは収縮のいずれか一方に対してのみアクチュエータＡが減衰力を発揮できる。よって、たとえば、減衰力を発揮する方向が鉄道車両の台車Ｔの振動により車体Ｂを加振する方向である場合、そのような方向には減衰力を出さないようにアクチュエータＡを片効きのダンパとすることができる。よって、このアクチュエータＡは、カルノップ制御を容易に実現できるため、スカイフックセミアクティブダンパとしても機能できる。

なお、可変リリーフ弁２２に与える電流量で開弁圧を比例的に変化させる比例電磁リリーフ弁を用いると開弁圧の制御が簡単となるが、開弁圧を調節できる可変リリーフ弁であれば比例電磁リリーフ弁に限定されない。

そして、可変リリーフ弁２２は、第一開閉弁９および第二開閉弁１１の開閉状態に関わらず、シリンダ本体Ｃｙに伸縮方向の過大な入力があって、ロッド側室５の圧力が開弁圧を超える状態となると、排出通路２１を開放する。このように、可変リリーフ弁２２は、ロッド側室５の圧力が開弁圧以上となると、ロッド側室５内の圧力をタンク７へ排出するので、シリンダ２内の圧力が過大となるのを防止してアクチュエータＡのシステム全体を保護する。よって、排出通路２１と可変リリーフ弁２２を設けると、システムの保護も可能となる。

さらに、本例のアクチュエータＡにおける流体圧回路ＨＣは、ピストン側室６からロッド側室５へ向かう作動油の流れのみを許容する整流通路１８と、タンク７からピストン側室６へ向かう作動油の流れのみを許容する吸込通路１９を備えている。よって、本例のアクチュエータＡでは、第一開閉弁９および第二開閉弁１１が閉弁する状態でシリンダ本体Ｃｙが伸縮すると、シリンダ２内から作動油が押し出される。シリンダ２内から排出された作動油の流れに対して可変リリーフ弁２２が抵抗を与えるので、第一開閉弁９および第二開閉弁１１が閉弁する状態では、本例のアクチュエータＡはユニフロー型のダンパとして機能する。

より詳細には、整流通路１８は、ピストン側室６とロッド側室５とを連通しており、途中に逆止弁１８ａが設けられ、ピストン側室６からロッド側室５へ向かう作動油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、吸込通路１９は、タンク７とピストン側室６とを連通しており、途中に逆止弁１９ａが設けられ、タンク７からピストン側室６へ向かう作動油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１８は、第一開閉弁９の遮断ポジションを逆止弁とすると第一通路８に集約でき、吸込通路１９についても、第二開閉弁１１の遮断ポジションを逆止弁とすると第二通路１０に集約できる。

このように構成されたアクチュエータＡでは、第一開閉弁９と第二開閉弁１１がともに遮断ポジションを採っても、整流通路１８、吸込通路１９および排出通路２１で、ロッド側室５、ピストン側室６およびタンク７を数珠繋ぎに連通させる。また、整流通路１８、吸込通路１９および排出通路２１は、一方通行の通路に設定されている。よって、シリンダ本体Ｃｙが外力によって伸縮すると、シリンダ２から必ず作動油が排出されて排出通路２１を介してタンク７へ戻され、シリンダ２で足りなくなる作動油は吸込通路１９を介してタンク７からシリンダ２内へ供給される。この作動油の流れに対して前記可変リリーフ弁２２が抵抗となってシリンダ２内の圧力を開弁圧に調節するので、アクチュエータＡは、パッシブなユニフロー型のダンパとして機能する。

また、アクチュエータＡの各機器への通電が不能となるようなフェール時には、第一開閉弁９と第二開閉弁１１のそれぞれが遮断ポジションを採り、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、このようなフェール時には、アクチュエータＡは、自動的に、パッシブダンパとして機能する。

つづいて、アクチュエータＡに所望の伸長方向の推力を発揮させる場合、制御部Ｃは、基本的には、モータ１５を回転させてポンプ１２からシリンダ２内へ作動油を供給しつつ、第一開閉弁９を連通ポジションとし、第二開閉弁１１を遮断ポジションとする。このようにすると、ロッド側室５とピストン側室６とが連通状態におかれて両者にポンプ１２から作動油が供給され、ピストン３が図２中左方へ押されアクチュエータＡは伸長方向の推力を発揮する。ロッド側室５内およびピストン側室６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が開弁して作動油が排出通路２１を介してタンク７へ排出される。よって、ロッド側室５内およびピストン側室６内の圧力は、可変リリーフ弁２２に与える電流量で決まる可変リリーフ弁２２の開弁圧にコントロールされる。そして、アクチュエータＡは、ピストン３におけるピストン側室６側とロッド側室５側の受圧面積差に可変リリーフ弁２２によってコントロールされるロッド側室５内およびピストン側室６内の圧力を乗じた値の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Ａに所望の収縮方向の推力を発揮させる場合、制御部Ｃは、モータ１５を回転させてポンプ１２からロッド側室５内へ作動油を供給しつつ、第一開閉弁９を遮断ポジションとし、第二開閉弁１１を連通ポジションとする。このようにすると、ピストン側室６とタンク７が連通状態におかれるとともにロッド側室５にポンプ１２から作動油が供給されるので、ピストン３が図２中右方へ押されアクチュエータＡは収縮方向の推力を発揮する。そして、前述と同様に、可変リリーフ弁２２の電流量を調節すると、アクチュエータＡは、ピストン３におけるロッド側室５側の受圧面積と可変リリーフ弁２２によってコントロールされるロッド側室５内の圧力を乗じた収縮方向の推力を発揮する。

また、アクチュエータＡにあっては、アクチュエータとして機能するのみならず、モータ１５の駆動状況に関わらず、第一開閉弁９と第二開閉弁１１の開閉のみでダンパとしても機能できる。また、アクチュエータＡをアクチュエータからダンパへ切換える際に、面倒かつ急峻な第一開閉弁９と第二開閉弁１１の切換動作を伴わないので、応答性および信頼性が高いシステムを提供できる。

なお、本例のアクチュエータＡにあっては、片ロッド型に設定されているので、両ロッド型のアクチュエータに比較してストローク長を確保しやすく、アクチュエータの全長が短くなって、鉄道車両への搭載性が向上する。

また、本例のアクチュエータＡにおけるポンプ１２からの作動油供給および伸縮作動による作動油の流れは、ロッド側室５、ピストン側室６を順に通過して最終的にタンク７へ還流するようになっている。そのため、ロッド側室５あるいはピストン側室６内に気体が混入しても、シリンダ本体Ｃｙの伸縮作動によって自立的にタンク７へ排出されるので、推力発生の応答性の悪化を阻止できる。したがって、アクチュエータＡの製造にあたって、面倒な油中での組立や真空環境下での組立を強いられず、作動油の高度な脱気も不要となるので、生産性が向上するとともに製造コストを低減できる。さらに、ロッド側室５あるいはピストン側室６内に気体が混入しても、気体は、シリンダ本体Ｃｙの伸縮作動によって自立的にタンク７へ排出されるので、性能回復のためのメンテナンスを頻繁に行う必要もなくなり、保守面における労力とコスト負担を軽減できる。

つづいて、制御部Ｃについて説明する。制御部Ｃは、図２と図３に示すように、車体Ｂの車両進行方向に対して水平横方向の横方向加速度ａを検出する加速度センサ４０と、横方向加速度ａに含まれる曲線走行時の定常加速度、ドリフト成分やノイズを除去するバンドパスフィルタ４１と、バンドパスフィルタ４１で濾波した横方向加速度ａを処理して、アクチュエータＡのモータ１５、第一開閉弁９、第二開閉弁１１、可変リリーフ弁２２へ制御指令を出力する制御処理部４２とを備えて構成され、アクチュエータＡの推力を制御する。なお、バンドパスフィルタ４１で横方向加速度ａに含まれる曲線走行時の定常加速度が除去されるので、乗り心地を悪化させる振動のみを抑制できる。

制御処理部４２は、図３に示すように、加速度センサ４０で検知した横方向加速度ａに基づいてアクチュエータＡで発生すべき推力である制御力Ｆを求める制御力演算部４２１と、モータ１５の回転速度を監視してモータ１５を所定の回転速度で回転駆動するためにモータ１５に与えるべき電流値Ｉを求めるモータ電流値演算部４２２と、電流値Ｉの入力を受けて最終的にモータ１５へ与える電流値Ｉｅを決定するモータ電流値決定部４２３と、制御力Ｆに基づいて可変リリーフ弁２２へ与えるリリーフ弁電流値ＩＲを求めるリリーフ弁電流値演算部４２４と、制御力Ｆの入力を受けて第一開閉弁９および第二開閉弁１１を切換駆動する開閉弁駆動部４２５と、リリーフ弁電流値ＩＲの入力を受けて可変リリーフ弁２２へ供給する電流量を制御するリリーフ弁制御部４２６と、電流値Ｉｅの入力を受けてモータ１５へ電流値Ｉｅ通りに電流を供給してモータ１５を駆動するモータドライバ４２７とを備えて構成されている。

制御力演算部４２１は、本例では、Ｈ∞制御器とされており、横方向加速度ａから車体Ｂの振動を抑制するためにアクチュエータＡが出力すべき推力を指示する制御力Ｆを求める。なお、制御力Ｆは、方向により正負の符号が付されており、符号はアクチュエータＡに出力させるべき推力の方向を示す。開閉弁駆動部４２５は、制御力Ｆの入力を受けると、制御力Ｆの符号に応じて第一開閉弁９と第二開閉弁１１に電流供給或いは電流供給を停止して開閉駆動する。より詳細には、アクチュエータＡの伸長方向を正とし、収縮方向を負とする場合、開閉弁駆動部４２５は、以下のように動作する。制御力Ｆの符号が正である場合、アクチュエータＡの推力発揮方向が伸長方向であるので、開閉弁駆動部４２５は、第一開閉弁９を連通ポジションとしつつ第二開閉弁１１を遮断ポジションとする。すると、ポンプ１２からロッド側室５とピストン側室６の双方に作動油が供給されてアクチュエータＡは伸長方向の推力を発揮する。他方、制御力Ｆの符号が負である場合、アクチュエータＡの推力発揮方向が収縮方向であるので、開閉弁駆動部４２５は、第一開閉弁９を遮断ポジションとしつつ第二開閉弁１１を連通ポジションとする。すると、ポンプ１２からロッド側室５のみに作動油が供給されてピストン側室６とタンク７とが連通されるので、アクチュエータＡは収縮方向の推力を発揮する。

なお、制御力演算部４２１は、本例では、横方向加速度ａのみから制御力Ｆを求めているが、車体Ｂのスエー加速度とヨー加速度とに基づいて、車体Ｂのスエーを抑制する制御力とヨーを抑制する制御力を別々に求め、これらを加算して制御力Ｆを求めてもよい。

モータ電流値演算部４２２は、モータ１５の回転速度を検知するセンサ４３とモータ１５に流れる電流量を検知するセンサ４４から回転速度と電流量の入力を受け、モータ１５の回転速度とモータ１５に流れる電流量を監視する。そして、モータ電流値演算部４２２は、速度ループと電流ループを備えており、モータ１５の回転速度と電流量をフィードバックして、モータ１５を所定の回転速度で駆動させるためにモータ１５に与えるべき電流値Ｉを求める。モータ１５の回転速度は、モータ１５がブラシレスモータである場合、通常、モータ１５に備えられる電気角を検知するためのレゾルバやホール素子等をセンサ４３として利用すればよい。また、モータ１５の電流量は、モータ１５が通常備えている電流センサをセンサ４４として用いればよい。所定の回転速度については、鉄道車両用制振装置１を適用する鉄道車両の制振に最適な値に予め決めればよい。つまり、モータ電流値演算部４２２は、所定の回転速度を目標回転速度として、モータ１５の回転速度と目標回転速度の偏差に基づいて目標電流値を求め、目標電流値とモータ１５に実際に流れている電流量との偏差に基づいてモータ１５へ与えるべき電流値Ｉを求める。

モータ電流値決定部４２３は、モータ電流値演算部４２２が求めた電流値Ｉと後述する電流閾値Ｉαとを比較する。モータ電流値決定部４２３は、比較の結果、電流値Ｉが電流閾値Ｉα未満であると電流値Ｉを最終的にモータ１５へ与える電流値Ｉｅとし、電流値Ｉが電流閾値Ｉα以上となると最終的にモータ１５へ与える電流値Ｉｅを０とする。そして、この電流値Ｉｅは、モータ１５へ与える指令電流となる。電流閾値Ｉαは、モータ１５が定格トルクを超える制限トルクを出力する電流値に設定される。制限トルクは、鉄道車両用制振装置１の仕様によって適するように設定されればよいが、たとえば、定格トルクの２００％から５００％の範囲で設定される。なお、モータ１５の起動時に出力が必要となるトルクが前記した制限トルクを超えるような場合には、モータ１５の起動時においては、モータ電流値決定部４２３の処理を行わず、起動時に限ってはモータ電流値演算部４２２が求めた電流値Ｉを最終的な電流値Ｉｅとするようにすればよい。なお、モータ電流値決定部４２３は、電流値Ｉが電流閾値Ｉα以上となって電流値Ｉｅを０とした後に、電流値Ｉが電流閾値Ｉα未満となれば電流値Ｉを電流値Ｉｅとする。

モータ電流値演算部４２２とモータ電流値決定部４２３の処理を図４に示したフローチャートを用いて説明する。まず、制御部Ｃは、モータ１５の回転速度とモータ１５に流れている電流量を検知する（ステップＦ１）。つづいて、検知した回転速度と電流量に基づいてモータ１５へ与えるべき電流値Ｉを求める（ステップＦ２）。さらに、電流値Ｉが電流閾値Ｉα以上であるか否かを判断する（ステップＦ３）。判断の結果、電流値Ｉが電流閾値Ｉα以上である場合は、電流値Ｉｅを０とし（ステップＦ４）、反対に、電流値Ｉが電流閾値Ｉα未満である場合は、電流値Ｉを電流値Ｉｅとする（ステップＦ５）。以上の処理を繰り返して、モータ電流値演算部４２２とモータ電流値決定部４２３は、最終的な電流値Ｉｅを決定する。

つづいて、リリーフ弁電流値演算部４２４は、前述のようにそれぞれ求められた制御力Ｆに基づいて可変リリーフ弁２２へ供給するリリーフ弁電流値ＩＲを求める。ここで、可変リリーフ弁２２は、供給される電流量に比例して開弁圧が変化するが、通過流量に応じて圧力損失が増加する圧力オーバーライドを有する特性を備えている。モータ１５の回転速度が所定の回転速度で等速回転しており、可変リリーフ弁２２を通過する作動油量がある程度想定できるので、リリーフ弁電流値演算部４２４は、圧力オーバーライドを加味して前記リリーフ弁電流値ＩＲを求める。

リリーフ弁制御部４２６は、本例では、可変リリーフ弁２２の符示しないソレノイドを駆動するドライバとされていて、リリーフ弁電流値ＩＲの入力を受けて可変リリーフ弁２２へリリーフ弁電流値ＩＲ通りの電流量を供給する。

モータドライバ４２７は、モータ１５へ電流を供給する。モータ１５が駆動してポンプ１２は、回転する。モータドライバ４２７は、本例では、電流値Ｉｅの入力を受けて、モータ１５をＰＷＭ制御して、モータ１５に流れる電流量が電流値Ｉｅが指示する電流量となるようにモータ１５を駆動する。

なお、制御部Ｃ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４０、センサ４３，４４が出力する信号を取り込むためのＡ／Ｄ変換器と、バンドパスフィルタ４１で濾波した横方向加速度ａを取り込んでアクチュエータＡを制御するのに必要な処理に使用されるプログラムが格納されるＲＯＭ（ＲｅａｄＯｎｌｙＭｅｍｏｒｙ）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（ＣｅｎｔｒａｌＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇＵｎｉｔ）等の演算装置と、前記ＣＰＵに記憶領域を提供するＲＡＭ（ＲａｎｄｏｍＡｃｃｅｓｓＭｅｍｏｒｙ）等の記憶装置とを備えて構成されればよく、制御部Ｃの制御処理部４２における各部は、ＣＰＵの前記プログラムの実行により実現できる。また、バンドパスフィルタ４１は、前記ＣＰＵのプログラムの実行により実現されてもよい。

このように鉄道車両用制振装置１は、モータ１５へ与えるべき電流値Ｉが電流閾値Ｉα以上となると、モータ１５へ与える電流値Ｉｅを０とするので、モータ１５を停止する。ここで、電流閾値Ｉαの電流は、モータ１５に定格トルクを超えるトルクを出力させるので、モータ１５へ長時間与え続けると、モータ１５に過負荷がかかり、モータ１５が焼損してしまう。しかしながら、本発明の鉄道車両用制振装置１は、モータ１５へ与えるべき電流値Ｉが電流閾値Ｉα以上となるとモータ１５を停止するので、モータ１５を保護できる。そして、本発明の鉄道車両用制振装置１では、電流値Ｉが電流閾値Ｉα以上となるとモータ１５を停止するので、モータ１５の過負荷からの保護を目的として予めモータドライバ４２７に組み込まれている緊急停止制御の実行が行われる前にモータ１５を停止できる。よって、本発明の鉄道車両用制振装置１では、モータ１５が緊急停止される前にモータ１５に流れる電流を制限できるので、モータ１５が鉄道車両の運行中、常に駆動可能な状態に維持され、制振制御を実行不能とならない。以上より、本発明の鉄道車両用制振装置１によれば、モータ１５を過負荷から保護できるとともに、制振制御の中断を回避できるのである。

また、モータ電流値決定部４２３は、電流値Ｉが電流閾値Ｉα以上となって電流値Ｉｅを０とした後に、電流値Ｉが電流閾値Ｉα未満となれば電流値Ｉを電流値Ｉｅとする。このように、本例の鉄道車両用制振装置１では、電流値Ｉが電流閾値Ｉα未満となるとモータ１５の駆動を再開するので、モータ１５の停止が不要な状況となると制振制御が速やかに再開され、継続して制振効果を発揮できる。

さらに、本例の鉄道車両用制振装置１は、シリンダ２とピストン３とロッド４とを備えるシリンダ本体Ｃｙと、タンク７と、ロッド側室５へ作動油を供給するポンプ１２と、ポンプ１２を駆動するモータ１５と、ロッド側室５とピストン側室６とを連通する第一通路８の途中に設けた第一開閉弁９と、ピストン側室６とタンク７とを連通する第二通路１０の途中に設けた第二開閉弁１１と、ロッド側室５とタンク７とを接続する排出通路２１と、排出通路２１の途中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６からロッド側室５へ向かう作動油の流れのみを許容する整流通路１８と、タンク７からピストン側室６へ向かう作動油の流れのみを許容する吸込通路１９とを備えている。このように構成された鉄道車両用制振装置１では、モータ１５が停止されていても、アクチュエータＡがスカイフックセミアクティブダンパとして機能するので、モータ１５の停止中も制振効果が失われない。

なお、前述したところでは、鉄道車両用制振装置１は、電流値Ｉが電流閾値Ｉα以上となるとモータ１５を停止するが、電流値Ｉが電流閾値Ｉα以上となった時間をカウントし、モータ１５を過負荷から保護する緊急停止制御を実行する前にモータ１５を停止してもよい。具体的には、鉄道車両用制振装置１は、電流値Ｉが電流閾値Ｉα以上となった時間をカウントし、カウントされた時間が所定時間に達するとモータ１５を停止する。ここで、モータ１５を過負荷から保護する緊急停止制御は、モータ１５の電流値と時間を監視しており、モータ１５に流れる電流が焼損を引き起こす時間流れると実行される。そこで、所定時間は、モータ１５の電流値が焼損の可能性のある電流閾値Ｉαを超えてから緊急停止制御を実行するまでの時間よりも短い時間に設定しておく。すると、鉄道車両用制振装置１は、モータ１５を過負荷から保護する緊急停止制御を実行する前にモータ１５を停止できる。なお、電流値の大きさによってモータ１５が焼損するまでの時間が異なるので、電流値の大きさに応じて、所定時間も変更するようにしてもよい。また、電流値Ｉが電流閾値Ｉα以上となった時間をカウントするので、一時的に電流値が電流閾値Ｉα以上となっただけではモータ１５を停止させずに済む。

以上、本発明の好ましい実施の形態を詳細に説明したが、特許請求の範囲から逸脱しない限り、改造、変形、および変更が可能である。

１・・・鉄道車両用制振装置、２・・・シリンダ、３・・・ピストン、４・・・ロッド、５・・・ロッド側室、６・・・ピストン側室、７・・・タンク、８・・・第一通路、９・・・第一開閉弁、１０・・・第二通路、１１・・・第二開閉弁、１２・・・ポンプ、１５・・・モータ、１８・・・整流通路、１９・・・吸込通路、２１・・・排出通路、２２・・・可変リリーフ弁、Ａ・・・アクチュエータ、Ｃ・・・制御部、Ｃｙ・・・シリンダ本体

Claims

作動流体の供給により伸縮するシリンダ本体と、前記シリンダ本体へ作動流体を供給するポンプと、前記ポンプを駆動するモータとを有して鉄道車両に設置されるアクチュエータと、
前記モータを制御する制御部とを備え、
前記制御部は、前記モータへ与えるべき電流値が前記モータの定格トルクを超える値に設定される制限トルクを出力させる電流閾値以上になると前記モータを停止する
ことを特徴とする鉄道車両用制振装置。
前記制御部は、前記電流値が前記電流閾値以上となった時間をカウントし、カウントした時間が所定時間に達すると指令電流を０として前記モータを停止する
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。
前記制御部は、前記モータを停止させた後、前記電流値が前記電流閾値未満となると前記モータの駆動を再開する
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。
前記アクチュエータは、流体圧回路と、タンクとを備え、
前記シリンダ本体は、
シリンダと、
前記シリンダ内に摺動自在に挿入されるピストンと、
前記シリンダ内に挿入されてピストンに連結されるロッドと、
前記シリンダ内にピストンで区画したロッド側室とピストン側室とを有し、
前記流体圧回路は、
前記ロッド側室と前記ピストン側室とを連通する第一通路の途中に設けた第一開閉弁と、
前記ピストン側室と前記タンクとを連通する第二通路の途中に設けた第二開閉弁と、
前記ロッド側室と前記タンクとを接続する排出通路と、
前記排出通路の途中に設けた開弁圧を変更可能な可変リリーフ弁と、
前記ピストン側室からロッド側室へ向かう作動流体の流れのみを許容する整流通路と、
前記タンクから前記ピストン側室へ向かう作動流体の流れのみを許容する吸込通路とを有し、
前記ポンプは、前記ロッド側室へ前記作動流体を供給する
ことを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の鉄道車両用制振装置。