JP6588756B2 - アクチュエータ制御装置およびアクチュエータユニット - Google Patents

アクチュエータ制御装置およびアクチュエータユニット Download PDF

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Description

本発明は、アクチュエータ制御装置およびアクチュエータユニットに関する。
従来、この種の鉄道車両の制振用途に利用されるアクチュエータにあっては、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。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できるようになっている。
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、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の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。
そこで、アクチュエータ制御装置は、き電切換セクションの位置情報を保有しており、車両モニタから得る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り心地の悪化を抑制するようにしている（たとえば、特許文献１参照）。
特開２０１１−２０１１３３２号公報
しかしながら、前記アクチュエータ制御装置では、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、アクチュエータの制御中に停電する可能性がある。また、パンタグラフがトロリ線から離線する場合、アクチュエータの制御ができない状況となるが、離線が生じる位置は把握するのは困難であり、このような場合もアクチュエータの制御ができない状態に陥る。
通常、アクチュエータのモータを駆動する駆動回路には、トロリ線から得られる交流電流を直流電流に変換するコンバータと、コンバータが出力する直流電流を平滑化するコンデンサが設けられている。
そして、停電状態にもかかわらずモータを制御し続けると、モータがコンデンサの電荷を消費するが、電力供給が可能な状態となると、コンデンサに突入電流が流れ込むサージが発生する。このようなサージが発生する状態となると、駆動回路等を保護するブレーカがトリップして電源側から駆動回路を遮断し、アクチュエータの制御を復帰できない事態となる。
つまり、デッドセクションの通過や離線による停電は、鉄道車両の運行上避けられない事象であるが、その際に生じるサージをブレーカがシステム異常として駆動回路を遮断してしまいアクチュエータの制御に復帰できない問題がある。
そこで、本発明は前記問題を改善するために創案されたものであって、その目的は、停電状態となってもアクチュエータの制御に復帰可能なアクチュエータ制御装置およびアクチュエータユニットの提供である。
本発明のアクチュエータ制御装置は、アクチュエータを駆動するモータを制御する駆動回路へ入力される電圧を検知する電圧検知部と、電圧検知部で検知する電圧が所定の電圧閾値以下となるとモータを停止させるコントローラとを備えている。よって、鉄道車両がき電切換セクション内におけるデッドセクションを通過したり離線して停電しても、駆動回路からのモータへの電流供給を停止するので、サージが発生せず、ブレーカがトリップしない。また、アクチュエータ制御装置は、鉄道車両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。
また、アクチュエータ制御装置において、所定の電圧閾値はモータがアクチュエータの駆動に必要なトルクと回転数を得られなくなる値に設定される。このようにアクチュエータ制御装置を構成するので、モータでアクチュエータの駆動が困難となるとモータへの電流供給を停止でき、無駄な電圧降下を避け得る。
さらに、アクチュエータ制御装置において、所定の電圧閾値が同一のトロリ線の電圧変動よりも低い値に設定される場合、停電の誤検知によるモータへの電流供給停止を回避できる。
また、アクチュエータ制御装置では、電圧検知部がコンバータと駆動回路との間の電圧を検知するようになっているので、電圧閾値との比較のみでモータへの電流供給を停止させる判断をタイムリーに行える。
さらに、アクチュエータ制御装置では、電圧センサがコンバータと駆動回路との間に設けられた平滑回路により平滑化された電圧を検知するようになっている。このように構成すると、電圧検知部が検知する電圧は、リップルが取り除かれた電圧であって駆動回路に印加される電圧となるので、より正確にモータ停止判断を行える。
また、アクチュエータユニットによれば、アクチュエータがシリンダと、シリンダ内に摺動自在に挿入されるピストンと、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、シリンダ内にピストンで区画したロッド側室およびピストン側室と、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と、第一通路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と、第二通路に設けた第二開閉弁と、ロッド側室へ液体を供給するポンプと、ポンプを駆動するモータと、ロッド側室とタンクとを連通する排出通路と、排出通路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液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液体の流れのみを許容する吸込通路とを有している。このように構成するとアクチュエータは、モータへの通電を停止しても、セミアクティブダンパとして機能でき、デッドセクションの通過の際に振動抑制機能が切れ目なく発揮され、車両における乗心地を向上できる。
本発明によれば、停電状態となってもアクチュエータの制御に復帰可能となる。
一実施の形態におけるアクチュエータユニットの概略図である。 一実施の形態におけるアクチュエータの概略図である。 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。 き電切換セクションにおけるき電切換の説明図である。
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アクチュエータユニット１は、図１および図２に示すように、アクチュエータＡと、アクチュエータＡを制御するアクチュエータ制御装置Ｃを備えている。また、制御装置Ｃは、モータ１５を駆動する駆動回路Ｄに入力される電流による電圧を検知する電圧検知部としての電圧センサ４０と、駆動回路Ｄを制御するコントローラ４１とを備えて構成されている。アクチュエータＡは、たとえば、図３に示すように、二本が対を成して鉄道車両Ｔの車体Ｂと台車Ｗとの間に並列して介装されている。
そして、このアクチュエータユニット１は、アクティブ制御で車体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おり、たとえば、スカイフック制御を行って、前記車体Ｂの横方向の振動を抑制するようになっている。具体的には、アクチュエータユニット１は、車体Ｂの車両進行方向に対して水平横方向の速度と、車体Ｂと台車Ｗの相対速度とからアクチュエータＡで発生すべき推力をアクチュエータ制御装置Ｃで求める。そして、アクチュエータ制御装置Ｃにおけるコントローラ４１は、求めた推力通りにアクチュエータＡの推力を制御して、車体Ｂの前記横方向の振動を抑制する。
まず、アクチュエータ制御装置Ｃの制御対象であるアクチュエータＡについて説明する。アクチュエータＡは、図２に示すように、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、タンク７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へ液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、ロッド側室５とタンク７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６からロッド側室５へ向かう液体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へ向かう液体の流れのみを許容する吸込通路１９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、前記ロッド側室５とピストン側室６には作動油等の液体が充填されるとともに、タンク７には、液体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Ａは、第一開閉弁９で第一通路８を連通状態とするとともに第二開閉弁１１を閉じた状態でポンプ１２を駆動すると伸長駆動できる。また、アクチュエータＡは、第二開閉弁１１で第二通路１０を連通状態とするとともに第一開閉弁９を閉じた状態でポンプ１２を駆動すると収縮駆動できる。
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内の他端を同じくシリンダ２内に摺動自在に挿入されているピストン３に連結してある。
なお、ロッド４の外周とロッドガイド１４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Ａ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、アクチュエータＡ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Ａを伸長駆動させる場合、ロッド側室５とピストン側室６を連通させるため、ロッド側室５内とピストン側室６内の圧力が等しくなる。よって、アクチュエータＡは、伸長駆動される場合、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、アクチュエータＡを収縮駆動させる場合、ロッド側室５とピストン側室６との連通を断ってピストン側室６をタンク７に連通させる。そのため、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。以上より、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、伸長駆動、収縮駆動共に、ロッド側室５の圧力を制御すればよい。また、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。さらに、ピストン３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Ａ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の伸縮両側の推力の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Ｔにおける車体Ｂと台車Ｗ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、この実施の形態の場合、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９ｂと、ロッド側室５とピストン側室６との連通を遮断する遮断ポジション９ｃとを備えたバルブ９ａと、遮断ポジション９ｃを採るようにバルブ９ａを附勢するバネ９ｄと、通電時にバルブ９ａをバネ９ｄに対抗して連通ポジション９ｂに切換えるソレノイド９ｅとを備えて構成されている。
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、この実施の形態の場合、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１１ｂと、ピストン側室６とタンク７との連通を遮断する遮断ポジション１１ｃとを備えたバルブ１１ａと、遮断ポジション１１ｃを採るようにバルブ１１ａを附勢するバネ１１ｄと、通電時にバルブ１１ａをバネ１１ｄに対抗して連通ポジション１１ｂに切換えるソレノイド１１ｅとを備えて構成されている。
ポンプ１２は、モータ１５によって駆動されるようになっており、ポンプ１２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１６によってロッド側室５へ連通され、吸込口はタンク７に通じている。よって、ポンプ１２は、モータ１５によって駆動されると、タンク７から液体を吸込んでロッド側室５へ液体を供給する。モータ１５は、アクチュエータ制御装置Ｃに設けた駆動回路Ｄから電流供給を受けて駆動される。駆動回路Ｄへの電力供給は、図１に示すように、鉄道車両Ｔ内に設置された図外の変圧器によってトロリ線の電圧を降圧して得た単相あるいは三相の交流電流をコンバータ３０で直流電流に変換して供給される。
ここで、き電切換セクションＫについて説明する。図４に示すように、鉄道車両Ｔの進行方向手前側にある電源Ｘに接続されるトロリ線Ｌ１と、鉄道車両Ｔの進行方向先側にある電源Ｙに接続されるトロリ線Ｌ２との間に各トロリ線Ｌ１，Ｌ２にスイッチＳ１，Ｓ２を介して接続される中間トロリ線Ｌ３が設けてある。そして、中間トロリ線Ｌ３は、基本的には、前記スイッチＳ１にて進行方向手前側にある電源Ｘに接続されていて、鉄道車両Ｔが中間トロリ線Ｌ３の区間に入ると、一端、双方の電源Ｘ，Ｙと中間トロリ線との接続を断った後、中間トロリ線Ｌ３に進行方向先側にある電源Ｙを接続して、き電を切換えるようにしている。すなわち、鉄道車両Ｔがこのき電切換セクションＫを通過する際には、中間トロリ線Ｌ３は双方の電源Ｘ，Ｙ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１５への電流供給は、トロリ線Ｌ１，Ｌ２から直接得ているため、デッドセクションに当たる中間トロリ線Ｌ３を走行時に停電すると、モータ１５へ電流供給ができなくなるのである。このように、モータ１５への電流供給は、鉄道車両が図４に示したき電切換セクションＫにおける中間トロリ線Ｌ３の区間を走行中に、前述したようなき電切換動作によって瞬間的に断たれる。
戻って、前述のようにポンプ１２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への液体の逆流を阻止する逆止弁１７を設けてある。
また、本例では、ロッド側室５とタンク７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を設けている。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５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うになっている。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、第一開閉弁９および第二開閉弁１１の開閉状態に関わらず、アクチュエータＡに伸縮方向の過大な入力がありロッド側室５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５をタンク７へ連通する。このように、アクチュエータＡへの過大入力に対し、可変リリーフ弁２２は、ロッド側室５内の圧力をタンク７へ逃がして、アクチュエータＡのシステム全体を保護する。
また、ピストン３には、ピストン側室６とロッド側室５とを連通する整流通路１８が設けられており、整流通路１８には逆止弁１８ａが設けられている。よって、整流通路１８は、ピストン側室６からロッド側室５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１３には、タンク７とピストン側室６とを連通する吸込通路１９が設けられており、この吸込通路１９には逆止弁１９ａが設けられている。よって、吸込通路１９は、タンク７からピストン側室６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１８は、第一開閉弁９の遮断ポジション９ｃを逆止弁とすれば、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１１ｃを逆止弁とすれば第二通路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に所望の伸長方向の推力を発揮させる場合、第一開閉弁９を連通ポジション９ｂとし第二開閉弁１１を遮断ポジション１１ｃとしてモータ１５を回転させつつポンプ１２からシリンダ２内へ液体を供給する。このようにすることで、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から液体が供給され、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が開弁して液体が排出通路２１を介してタンク７へ逃げて、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の開弁圧を乗じた伸長方向の推力をアクチュエータＡに発揮させうる。なお、アクチュエータＡが外力によって強制的に収縮させられても、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Ａに所望の収縮方向の推力を発揮させる場合、第一開閉弁９を遮断ポジション９ｃとし第二開閉弁１１を連通ポジション１１ｂとし、モータ１５を回転させつつポンプ１２からロッド側室５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から液体が供給され、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。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の開弁圧を乗じた収縮方向の推力をアクチュエータＡに発揮させうる。なお、アクチュエータＡが外力によって強制的に伸長させられても、ロッド側室５内の圧力が可変リリーフ弁２２の開弁圧に制御されるので、伸長を抑制する収縮方向の推力を発揮する。
また、このアクチュエータＡにあっては、第一開閉弁９と第二開閉弁１１がともに遮断ポジション９ｃ，１１ｃを採ると、整流通路１８および吸込通路１９と排出通路２１で、ロッド側室５、ピストン側室６およびタンク７が数珠繋ぎに連通される。この状態では、ポンプ１２の駆動の有無に関わらず、アクチュエータＡが外力により伸縮させられると、ロッド側室５内の圧力が可変リリーフ弁２２の開弁圧に制御されるため、アクチュエータＡ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１５、第一開閉弁９、第二開閉弁１１および可変リリーフ弁２２への電流供給が絶たれると、第一開閉弁９と第二開閉弁１１が遮断ポジション９ｃ，１１ｃを採り、可変リリーフ弁２２が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Ａ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Ａは、モータ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Ａ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Ａ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。
他方、アクチュエータ制御装置Ｃは、アクチュエータＡの推力を制御するため、図１に示すように、車体Ｂの水平横方向の加速度を検知する加速度センサ４３と、アクチュエータＡの変位を検知するストロークセンサ４４と、これらから得られる情報に基づいてアクチュエータＡを制御するコントローラ４１と、コントローラ４１の指令通りにモータ１５へ電流供給する駆動回路Ｄと、コントローラ４１からの指令によりアクチュエータＡにおける推力の発揮方向と推力の大きさを調節するため第一開閉弁９、第二開閉弁１１および可変リリーフ弁２２の各ソレノイド９ｅ，１１ｅ，２２ｃへ電流供給するドライバ４２と、モータ１５を駆動する駆動回路Ｄに入力される電流による電圧を検知する電圧センサ４０とを備えて構成されている。
モータ１５へ電流供給する駆動回路Ｄへの電力供給は、前述したように、鉄道車両Ｔ内に設置された図外の変圧器によってトロリ線の電圧を降圧して得た単相あるいは三相の交流電圧をコンバータ３０で直流電圧に変換して供給される。
なお、コンバータ３０より電源側には、過電流を検知すると、コンバータ３０と電源との間の配線を開いて、駆動回路Ｄ側へ過電流が流れるのを防止するブレーカ３２が設けられている。
また、コンバータ３０と駆動回路Ｄとを接続する回路中には、平滑回路として平滑コンデンサ３１が設けられている。平滑回路としては、コンデンサのみを備えるもののほか、平滑コンデンサとコイルを組み合わせて構成したコンデンサ入力型の平滑回路やチョーク入力型の平滑回路を用いてもよい。
コンバータ３０は、この場合、全波整流を行って、交流電圧を直流電圧に変換するようになっている。コンバータ３０は、半波整流を行うものの使用も可能ではあるが、全波整流可能なものを使用する方が効率的である。
電圧センサ４０は、平滑コンデンサ３１の電圧を検知してコントローラ４１へ入力するようになっている。電圧センサ４０は、コンバータ３０と平滑コンデンサ３１との間の配線における電圧を検知してもよい。
モータ１５は、本例では三相のブラシレスモータとされており、駆動回路Ｄは、モータ１５の三相の巻線へ電流を供給するために、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１５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Ｄは、モータ１５の駆動に適した回路を用いればよい。
また、ドライバ４２は、各ソレノイド９ｅ，１１ｅ，２２ｃの駆動に適したものを使用すればよく、各ソレノイド９ｅ，１１ｅ，２２ｃへの電流の供給と停止を行えるように、各ソレノイド９ｅ，１１ｅ，２２ｃに対応して三つのスイッチング素子を備える。
コントローラ４１は、加速度センサ４３と、ストロークセンサ４４から車体Ｂの横方向の速度と、車体Ｂと台車Ｗの横方向の相対速度を求め、スカイフック制御則に則りアクチュエータＡが発生すべき推力の大きさ、方向を求める。そして、コントローラ４１は、アクチュエータＡに前述のようにして求めた推力を発生させるべく、駆動回路Ｄとドライバ４２のスイッチング素子のオンオフ制御ができるようになっている。
そして、コントローラ４１は、電圧センサ４０で検知する電圧がモータ１５の駆動が困難となる電圧となると、モータ１５への電流供給を停止させるようになっている。具体的には、コントローラ４１は、電圧センサ４０で検知した電圧が所定の電圧閾値以下となると、駆動回路Ｄのスイッチング素子をすべて開いて、電源側からのモータ１５への電流供給を絶つようになっている。電圧閾値は、モータ１５の定格に応じて設定されるが、アクチュエータＡの駆動に必要なトルクと回転数が得られなくなる程度の電圧に設定される。
なお、アクチュエータ制御装置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、電圧センサ４０、加速度センサ４３およびストロークセンサ４４が出力する信号を取り込むためのＡ／Ｄ変換器と、駆動回路Ｄとドライバ４２におけるスイッチング素子へ信号を出力するＤ／Ａ変換器と、アクチュエータＡの制御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Ｃの制御動作が実現される。
アクチュエータユニット１は、前述のように構成され、以下に作動を説明する。まず、鉄道車両Ｔがき電切換セクションＫ以外の区間を走行する場合について説明する。この場合、アクチュエータ制御装置Ｃは、アクチュエータＡをアクティブ制御して鉄道車両Ｔの車体Ｂに作用する振動を抑制する。
前述したように、アクチュエータ制御装置Ｃは、車体Ｂの振動抑制に必要な推力を求め、アクチュエータＡに求めた推力を発揮させるべく、駆動回路Ｄおよびドライバ４２を通じて、モータ１５、第一開閉弁９、第二開閉弁１１および可変リリーフ弁２２を制御する。
前述の通り、アクチュエータＡに伸長方向の推力を発揮させる場合には、第一開閉弁９を連通ポジション９ｂとし第二開閉弁１１を遮断ポジション１１ｃとしてモータ１５を回転させつつポンプ１２からシリンダ２内へ液体を供給する。反対に、アクチュエータＡに収縮方向の推力を発揮させる場合には、第一開閉弁９を遮断ポジション９ｃとし第二開閉弁１１を連通ポジション１１ｂとし、モータ１５を回転させつつポンプ１２からロッド側室５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Ｃは、鉄道車両Ｔがデッドセクションを通過する際の制御を除き、通常は、アクチュエータＡが発生すべき推力を求め、モータ１５を回転させてアクチュエータＡ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ＣによってアクチュエータＡの推力がアクティブ制御され、車体Ｂの振動が効果的に抑制される。
他方、鉄道車両Ｔがき電切換セクションＫ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１５の停止判断がなされ、モータ１５への電流供給を停止する。
鉄道車両Ｔがき電切換セクションＫ内におけるデッドセクションである中間トロリ線Ｌ３を通過し停電した際に、モータ１５へ通電してアクチュエータＡの推力を制御しつづけると、平滑コンデンサ３１の放電によって、電圧センサ４０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４０が検知する電圧が所定の電圧閾値以下となると、コントローラ４１が駆動回路Ｄからのモータ１５への電流供給を停止する。すると、平滑コンデンサ３１からの放電も停止して、平滑コンデンサ３１の電圧が所定の電圧閾値以下ではあるが所定の電圧閾値に近い電圧となって、それ以上に降圧されない。この状況で、鉄道車両Ｔが電源Ｙに接続されたトロリ線Ｌ２に接続されて電力供給が再開されても、平滑コンデンサ３１の電圧と電源側の電圧との電位差が小さいので、サージが発生せず、ブレーカ３２はトリップしない。よって、本アクチュエータ制御装置Ｃによれば、鉄道車両Ｔがデッドセクションを通過するか、或いは、トロリ線Ｌ１−Ｌ３から離線して停電状態となっても、サージの発生が抑制されて、ブレーカ３２のトリップが防止されるので、停電から電力供給可能な状態に復帰した際にアクチュエータＡが制御不能に陥らない。つまり、デッドセクションの通過や離線に起因する停電によって、ブレーカ３２がシステム異常を誤検知するのを防止できるのである。
また、所定の電圧閾値をモータ１５がアクチュエータＡの駆動に必要なトルクと回転数により設定するとモータ１５でアクチュエータＡの駆動が困難となるとモータ１５への電流供給を停止でき、平滑コンデンサ３１の無駄な電圧降下を避け得る。
なお、トロリ線Ｌ１，Ｌ２には、図外の電源に接続されており、交流電圧が印加されているが、電源が出力する電圧の変動に伴って、トロリ線Ｌ１，Ｌ２の電圧が変動する場合がある。同一のトロリ線Ｌ１（Ｌ２）の電圧変動値よりも所定の電圧閾値を低い値に設定すると、トロリ線Ｌ１（Ｌ２）の電圧変動によっては電圧センサ４０が検知する電圧が所定の電圧閾値以下とならずに済む。よって、同一のトロリ線Ｌ１（Ｌ２）の電圧変動値よりも所定の電圧閾値を低い値に設定すると、トロリ線Ｌ１（Ｌ２）の電圧変動でモータ１５への電流供給が停止されてしまうのを防止できる。つまり、同一のトロリ線Ｌ１（Ｌ２）の電圧変動値よりも所定の電圧閾値を低い値に設定すると、停電の誤検知によるモータ１５への電流供給停止を回避できる。
また、アクチュエータ制御装置Ｃは、鉄道車両Ｔ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Ｔ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３１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、ドライバ４２を介しての第一開閉弁９のソレノイド９ｅ、第二開閉弁１１のソレノイド１１ｅおよび可変リリーフ弁２２の比例ソレノイド２２ｃへの電流供給は、モータ１５に対する電流供給と別系統とされている。よって、き電切換セクションＫ通過の際の停電中にあっても、鉄道車両Ｔ内の蓄電器からの電流供給を受けることができるようになっていて、アクチュエータ制御装置Ｃは、アクチュエータＡのモータ１５を除く機器を制御することができるようになっている。
そして、モータ１５の停止中は、アクチュエータ制御装置Ｃは、順次サンプリングされる車体Ｂの横加速度およびアクチュエータＡの変位から車体Ｂの振動抑制に必要な推力を求める。そして、アクチュエータ制御装置Ｃは、求めた推力に基づいて、第一開閉弁９、第二開閉弁１１および可変リリーフ弁２２を制御して、アクチュエータＡをスカイフック制御してセミアクティブダンパとして機能させる。推力の演算は、特に、モータ１５が回転している通常制御時と同様の演算を行うことで得る。このように、ポンプ１２からの液体供給が無いき電切換セクションＫの通過時においても、アクチュエータＡをセミアクティブダンパとして機能させるので、車体Ｂの振動抑制を切れ目なく継続できる。
このように、本例におけるアクチュエータユニット１におけるアクチュエータＡは、モータ１５が停止しても、第一開閉弁９、第二開閉弁１１および可変リリーフ弁２２への通電によりセミアクティブダンパとして機能する。よって、電圧センサ４０が検知する電圧が所定の電圧閾値以下となって、モータ１５の駆動が停止されても、アクチュエータＡをセミアクティブダンパとして機能させて、車体Ｂの振動抑制が停電中も継続的に行われる。また、復帰時には、アクチュエータＡをセミアクティブダンパから積極的に推力の発生が可能なアクチュエータとして機能を発揮できるので、デッドセクションの通過の際に振動抑制機能が切れ目なく発揮され、鉄道車両Ｔにおける乗心地を向上できる。また、アクチュエータＡに電力供給が全くできなくなっても、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ので、振動抑制効果を失わず、鉄道車両Ｔの乗心地の悪化を抑制できる。
また、電圧センサ４０は、交流電源側の電圧を検知するのではなく、交流電流を直流電流に変換するコンバータ３０と駆動回路Ｄとの間の電圧を検知するようになっているので、電圧閾値との比較のみでモータ１５への電流供給を停止させる判断をタイムリーに行える。モータ１５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。したがって、電圧センサ４０はコンバータ３０よりも電源側に設け、電圧センサ４０で検知して電圧の最大波高値と電圧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４０でコンバータ３０と駆動回路Ｄとの間の電圧を検知する方が有利である。
また、本例では、電圧センサ４０がコンバータ３０と駆動回路Ｄとの間に設けられた平滑コンデンサ３１により、平滑化された電圧を検知するようになっている。このように、電圧センサ４０が検知する電圧は、リップルが取り除かれた電圧であって駆動回路Ｄに印加される電圧となるので、より正確にモータ停止判断を行える。
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・・・アクチュエータユニット、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、１６・・・供給通路、１８・・・整流通路、１９・・・吸込通路、２１・・・排出通路、２２・・・可変リリーフ弁、３０・・・コンバータ、３１・・・平滑コンデンサ（平滑回路）、４０・・・電圧センサ（電圧検知部）、４１・・・コントローラ、Ａ・・・アクチュエータ、Ｂ・・・車体、Ｃ・・・アクチュエータ制御装置、Ｄ・・・駆動回路、Ｔ・・・鉄道車両、Ｗ・・・台車

Claims (5)

  1. 鉄道車両の台車と車体との間に介装されるアクチュエータを駆動するモータを制御する駆動回路と、
    前記駆動回路へ入力される電圧を検知する電圧検知部と、
    前記電圧検知部で検知する前記電圧が所定の電圧閾値以下となると前記モータを停止させるコントローラとを備え、
    前記電圧閾値は、前記モータが前記アクチュエータを駆動するのに必要なトルクと回転数を得られなくなる値に設定される
    ことを特徴とするアクチュエータ制御装置。
  2. 鉄道車両の台車と車体との間に介装されるアクチュエータを駆動するモータを制御する駆動回路と、
    前記駆動回路へ入力される電圧を検知する電圧検知部と、
    前記電圧検知部で検知する前記電圧が所定の電圧閾値以下となると前記モータを停止させるコントローラとを備え、
    前記鉄道車両は、トロリ線から電力供給され、
    前記電圧閾値は、同一の前記トロリ線の電圧変動値よりも低い値に設定される
    ことを特徴とするアクチュエータ制御装置。
  3. 前記電圧検知部は、交流電流を直流電流に変換するコンバータと前記駆動回路との間の電圧を検知する
    ことを特徴とする請求項１または２に記載のアクチュエータ制御装置。
  4. 前記電圧検知部は、前記コンバータと前記駆動回路との間に設けられた平滑回路により、平滑化された電圧を検知する
    ことを特徴とする請求項３に記載のアクチュエータ制御装置。
  5. 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前記ピストンに連結されるロッドと、前記シリンダ内に前記ピストンで区画したロッド側室およびピストン側室と、タンクと、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と、前記第一通路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と、前記第二通路に設けた第二開閉弁と、前記ロッド側室へ液体を供給するポンプと、前記ポンプを駆動する前記モータと、前記ロッド側室と前記タンクとを連通する排出通路と、前記排出通路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前記ロッド側室へ向かう液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液体の流れのみを許容する吸込通路とを有するアク
    チュエータと、
    請求項１から４のいずれか一項に記載のアクチュエータ制御装置と
    を備えたことを特徴とするアクチュエータユニット。
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