JPH02123903A - 車両用渦電流ブレーキ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は主に鉄道車両等に利用される車両用渦電流ブレ
ーキ装置に関し、特に車両制動中の車輪のスキット（滑
り）発生時の再粘着制御を行なう車両用渦電流ブレーキ
装置に関する。

（従来の技術） 一般に電気鉄道車両は、第５図に示す如く主電動機１を
装架したＭ車２と、主電動機を有していないＴ車３とが
連結して編成されている。そのＭ車２及びＴ車３はいず
れもブレーキ装置が必要で、−船釣にはＭ車２には車両
制動指令時に主電動機１を発電機として運転して制動抵
抗４によりエネルギを消費させてブレーキ力を得る。ま
たＴ車３は台車内のスペースを利用して渦電流ブレーキ
５を設け、これに後述する励磁電流制御装置２０より電
流を流して励磁してブレーキ力を得るようになっている
。

ここでぞの渦電流ブレーキ５は、第６図乃至第８図に示
す如く、車両の台車の左右車輪６を支持する車軸７にこ
れと一体に回転するように円板状のブレーキディスク（
以下単にディスクと略称する）８を設ける一方、台車台
枠９（第７図参照）に前記ディスク８の両側に配置すべ
く左右一対のフレーム１０を取付け、これら両フレーム
１０の対向内側面にそれぞれ励磁コイル１１を巻装した
磁極鉄心１２を複数個ずつ前記ディスク８の周方向に間
隔を存し且つ該ディスク８の両側面に各々所定のギャッ
プを介して対向配置する状態に取付けた構成とされてい
る。

そして、その渦電流ブレーキ５の各励磁コイル１１が前
述した第５図の励磁電流制御装置２０の直流励磁電源電
圧制御回路に接続され、その回路から車両制動指令によ
り電流が供給されて該励磁コイル１１が励磁することに
より磁界を形成し、この磁界によりディスク８に渦電流
を発生させて車軸７にブレーキ力を付与せしめ、車両の
制動を行なうようになる。

また、前述した渦電流ブレーキ５を車両走行中に励磁し
て制動力を車軸７に与えた場合、その車軸７の左右車輪
６とこれが転勤するし〜ル（図示せず）との間の粘着に
より車両の制動が行われることから、該車輪６やレール
に雨や雪或いは油等が付着していると、−時的に粘着係
数が低下し、車輪６がレールに対しスキッド（滑り）を
生じて有効なブレーキ力が働かなくなるばがりが、車輪
６にフラットを発生させたりレールをいためる等の問題
が起きる。そこで、従来では第９図にブロックで示す励
磁電流制御装置２０を用いて制動時の車輪６のスキット
発生による問題を防止するようにしている。

つまり、通常のスキッド発生の無い走行時には、車両制
動指令に対し速度計発電機２１により現在の走行速度を
検知し、その出力信号電圧Ｖに見合った励磁電流の指令
値Ｉを基本励磁電流パターン回路２２より発生し、その
ままその指令値に応じた電圧Ｅの直流電流を直流励磁電
源電圧制御回路２３より渦電流ブレーキ５の励磁コイル
に流して制動作用を行なう。

ここで、その制動中に前記車輪６がレールに対しスキッ
ドを発生した場合、車両が減速する以上に車軸７の回転
がスローとなることで、速度計発電機２１の出力信号電
圧Ｖが通常の車両減速時よりも大きな電圧降下を招く。

そこでこの速度計発電機２１の出力信号電圧Ｖの変化を
微分器２４にて微分することで、スキッド時は通常の微
分器出力電圧より大きな電圧ｅが発生するようになる。

この電圧ｅを通常考えられる出力電圧スキッド判定セッ
ト値ｅ。と比較器２５により比較してスキッドのを無を
判定し、その判定出力電圧Δｅが再粘着制御変換器２６
に送られ、ここでスキッド状態を粘着状態に復帰させる
のに必要なブレーキ力減少分を演算して、励磁電流減少
分の指令値Δｌをある一定時間加算器２７に出力する。

これで前記基本励磁電流パターン回路２２からの励磁電
流指令値■と減算し、その値ｌ−Δｌを直流励磁電源電
圧制御回路２３に指令して通常より低い電圧Ｅの励磁電
流を渦電流ブレーキ５の励磁コイルに流す。これで該渦
電流ブレーキ５のブレーキ力が一時的に減少して車輪６
がレールに対し再粘着して制動作用を回復するようにな
る。

なお、前記スキッド検知を行なう為の微分器２４の出力
ｅは、速度計発電機２１の出力信号電圧をＶとすると、 となる。

（発明が解決しようとする課題） ところで、前述した従来の制御装置２０を用いた車両用
渦電流ブレーキ装置では、次のような問題がある。

まず、一般に前記速度計発電機２１は車軸７に取付けら
れているので、そこから制御装置２０まで検出出力信号
を送るためのケーブル配線が比較的長く、これにノイズ
が乗り易い。このノイズは一般的に急瞬な立上り・立下
りの特性のものが多く、このノイズの影響で実際にはス
キッドしていないにもかかわらず、微分器２４の前記（
１）式の出力ｅがスキッドした時と同様の大きな値を示
し、その結果不必要にブレーキ力を低下させて車両が所
定の制動距離内で止まれない等の問題を発生する恐れが
あた。

また、前記ノイズによる誤動作防止のために、微分器２
４の入力側にローパスフィルタを挿入する考えもあるが
、この場合には前記と逆に微少な空転やノイズと間違う
程の急激なスキッドを検知できなくなる等の問題がある
。

本発明は前記事情に鑑みなされ、ノイズの影響で誤動作
し易い微分器やそのローパスフィルタを用いず、原理的
にノイズに強く正確なスキッド検知ができて、常に適確
なブレーキ力を得て確実に車両の制動を行なうことがで
きる安全且つ高性能な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。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段） 本発明の車両用渦電流ブレーキ装置は、前記目的を達成
するために、台車の車軸にこれと一体に回転する状態に
設けたブレーキディスクと、このディスクの両側面にギ
ャップを介して複数個ずつ対向配置する状態に台車枠側
に支持させた励磁コイル付き磁極鉄心とからなる渦電流
ブレーキに対し、前記磁極鉄心とディスク対向面間のギ
ャップ磁束密度と略比例して磁束密度が発生する部位に
該磁束密度の変化を検知するサーチコイルを設ける一方
、このサーチコイルの出力電圧が車両速度と制動指令に
関係した基準出力電圧と比較して大きくなった時にスキ
ッド発生と判断して再粘着を図る状態に渦電流ブレーキ
への直流励磁電源の電圧を制御する励磁電流制御装置を
設けて構成したことを特徴とする。

（作用） 前記構成により、本発明の車両用渦電流ブレーキ装置で
は、制動動作中に車輪がスキッドを発生すると、所定の
減速時よりも該車輪と共にディスクの回転数が速く低下
するために、ディスク中での磁気抵抗が急激に減少し、
この結果、磁極鉄心とディスクとの対向面間のギャップ
磁束密度並びに渦電流ブレーキ内の磁気回路部分の磁束
密度が急激に増加することから、そのギャップ磁束密度
と比例関係にある部位に設けられているサーチコイルが
ノイマンの法則により該磁束密度変化を微分した電圧を
誘起する。これで前述した従来の速度計発電機からの出
力電圧を微分器により微分した値と略同様の出力電圧が
得られる。このサーチコイルの出力信号が車両速度と制
動指令に関係した基準出力電圧と比較して大きくなった
時に励磁電流制御装置がスキッド発生と判断して再粘着
を図る状態に渦電流ブレーキへの直流励磁電源の電圧を
制御するようになる。こうしたサーチコイルを用いるこ
とで、このスキッド発生の検出信号の微分動作が遠距離
に伝達する前で物理的に行われ、しかもそのサーチコイ
ル設置位置の磁界が大きなエネルギを持っているので、
ノイズ等による誤ったスキッド検出信号を出すことが無
く、励磁電流制御装置がスキッド発生に伴い適確に渦電
流ブレーキの直流励磁電源の電圧制御を行なって確実に
再粘着を図るようになると共に、微少スキッド発生をも
検出できて素早い制御により殆ど減速度を変化させずに
スムーズな制動が行ない得るようになって、車両の安全
と乗心地の改善等が図れるようになる。

（実施例） 以下本発明の一実施例を第１図乃至第３図により説明す
る。なおここで図中前記第５図乃至第９図に示したもの
と重複するものには同一符号を付して説明の簡略化を図
ることにする。

先ず第１図に示す如く渦電流ブレーキ５は、従来同様に
車軸７にこれと一体に回転するように取付けられたディ
スク８と、台車枠側に支持させ左右一対のフレーム１０
を介して前記ディスク８の両側面にギャップを介して複
数個ずつ対向配置する状態に取付けられた励磁コイル１
１付き磁極鉄心１２とから構成されている。こうした渦
電流ブレーキ５に対し、前記励磁コイル１１により励磁
される磁極鉄心１２とディスク８との対向面間のギャッ
プ磁束密度と略比例して磁束密度が発生する部位即ち、
該磁極鉄心１２の先端外周面部にサーチコイル２９が巻
付けて設けられている。このサーチコイル２９は磁極鉄
心１２とディスク８との対向面間のギャップ磁束密度の
変化を検知する。

即ち該ギャップ磁束密度変化を微分した電圧Ｅを誘起し
て出力するものである。

一方、前記サーチコイル２９の出力電圧Ｅが車両速度と
制動指令に関係した基準出力電圧と比較して大きくなっ
た時にスキッド発生と判断して再粘着を図る状態に、即
ち制動時に前記サーチコイル２９からの出力電圧Ｅと比
例関係にあるギャップ磁束密度変化が常に所定の設定基
準値となるように、言替えればディスク８の回転数が制
動時に所定の減速度に従って低下することを確認しなが
ら常に設定通りのブレーキ力が得られるように、渦電流
ブレーキ５への直流励磁電源の電圧を制御する励磁電流
制御装置３０が第２図に示す如く設けられている。

この励磁電流制御装置３０は、従来同様に車両運転手の
操作等により車両制動指令が出されると、その車両制動
指令に基づき、その時の車両速度を検出する速度計発電
機２１の出力信号電圧Ｖを受け、これに見合った励磁電
流の指令値工を発生する基本励磁電流パターン回路２２
が設けられていると共に、その指令値■に応じた電圧Ｅ
の直流励磁電流を渦電流ブレーキ５の励磁コイルに流し
て制動作用を行なわしめる直流励磁電源電圧制御回路２
３が設けられている。

また、制動中に前記速度計発電機２１の出力信号電圧■
に基づき、その車両速度に応じ予め設定した正常な制動
中にサーチコイル２９から出力されるべき基準出力電圧
ｅ。を出力する基準出力電圧パターン回路３１と、前記
サーチコイル２９からのギャップ磁束密度変化に対応す
る出力電圧Ｅを受けて極性を反転すると共に増幅する反
転増幅器３２とが設けられている。そしてこの反転増幅
器３２からの出力電圧ｅと前記基準出力電圧パターン回
路３１からの基準出力電圧ｅ、）とを比較してその偏差
を出力する比較器２５と、この比較器２５の偏差出力Δ
ｅが大きい場合にスキッド発生と判定し再粘着制御を行
なうのに必要なブレーキ力減少分を演算して励磁電流減
少分の指令値ΔＩを路線状態や車両時をの条件によりあ
る一定時間設定して出力する再粘着制御変換器２６と、
この指令値Δ工を前記基本励磁電流パターン回路２２か
らの励磁電流指令値■と減算した値Ｉ−ΔＩを直流励磁
電源電圧制御回路２３に指令して通常より低い電圧Ｅの
励磁電流を渦電流ブレーキ５の励磁コイルに流すように
なす加算器２７とが設けられている。

而して、前記構成の車両用渦電流ブレーキ装置の作用を
述べると、先ず車両制動指令が出されると、速度計発電
機２１により現在の走行速度が検知され、その出力信号
電圧Ｖに見合った設定励磁電流指令値Ｉが基本励磁電流
パターン回路２２より出力され、これに基づき直流励磁
電源電圧制御回路２３により制御された電圧Ｅの直流励
磁電流が渦電流ブレーキ５の励磁コイルに流されて、該
渦電流ブレーキ５が制動作用を行なうようになる。

これで車両速度が低下していく。この時、仮に励磁電流
が一定であれば車両速度低下に伴うディスク８の回転数
の低下により、該ディスク８内部の磁気抵抗が徐々に低
下し、これでギャップ磁束密度が徐々に上昇する。従っ
てサーチコイル２９の出力電圧Ｅはノイマンの法則によ
り、なる式に従って発生する。ここでｎはサーチコイル
２９の巻回数、Ｓはサーチコイル２９の平均巻面積、Ｂ
はサーチコイル２９を巻付けた部位の磁束密度即ち、ギ
ャップ磁束密度と略比例する。従って前記制動時、磁束
密度Ｂが徐々に上昇するために、サーチコイル２９の出
力電圧Ｅは、Ｅｇ。

の出力電圧が発生する。これを増幅率−にの反転増幅器
３２に入力すれば、 なる出力電圧ｅ　（ｅ＞０）が得られる。この出力電圧
ｅとその時の車両速度に応じ予め設定した正常な制動中
に出力されるべき基準出力電圧ｅ（、とを比較器２５に
より比較する。これで、Δｅ−ｅＱ−ｅ　　　　　　　
　　　　・・・（４）の式により、該比較器２５から出
力される偏差電圧Δｅが大きいか小さいかによりスキッ
ド発生の有無を判定する。例えばスキッドが発生してい
ない場合にはΔｅは０又は０に近い非常に小さな値で、
第３図の領域Ｉに相当する。この場合前述した基本励磁
電流パターン回路２２より出力される設定励磁電流指令
値１通りに直流励磁電源電圧制御回路２３が働いて、そ
のまま渦電流ブレーキ５の制動作用を続行させる。

一方、前記制動中に車輪６とレールとの粘着係数の低下
によりスキッドが発生すると、車両が減速するよりも第
３図（ａ）の領域Ｈの如く急激にディスク８の回転数が
低下する。従って該ディスク８の磁気抵抗が通常減速時
よりも急激に低下し、その結果ギャップ磁束密度が通常
減速時よりも急が通常より大きくなるために、サーチコ
イル２９から反転増幅器３２を介して通常値より大きな
出力電圧ｅが出力され、これとその時の車両速度に応じ
予め設定した基準出力電圧ｅ。とを比較する比較器２５
からの偏差電圧Δｅは、前記領域Ｉでは極めて小さいか
０であったのに対し、前記スキッドが発生した領域■で
は大きな値となる。この大きな偏差電圧Δｅが再粘青制
御変換器２６に送られることでスキッド発生と判定され
て、そのスキッド状態を粘着状態に復帰させるのに必要
なブレーキ力減少分を演算して、励磁電流減少分の指令
値ΔＩをある一定時間加算器２７に出力する。

これで前記基本励磁電流パターン回路２２からの励磁電
流指令値ｌと減算し、その値Ｉ−Δ■を直流励磁電源電
圧制御回路２３に指令して通常よりΔＩだけ低い電圧Ｅ
の励磁電流を渦電流ブレーキ５の励磁コイルに流す。こ
れにて該渦電流ブレーキ５のブレーキ力が一時的に減少
して車輪６がレールに対し再粘着して制動作用を回復す
るようになる。

これにて、従来の速度信号を微分して得ていたスキッド
発生の有無の判定ではノイズに対して弱く誤動作等の問
題があったが、サーチコイル２９の検知動作そのものが
微分動作であるため、信号伝達によるノイズが微分作用
に影響することは全く無く、またギャップ磁束のエネル
ギが非常に大きいので、その磁束そのものにノイズが乗
ることは考えられない。従って確実なスキッド検知が可
能で、且つその検知レベルも敏感にすることができ、大
空転に至る前の微少スキッドの状態で再粘着の制御がか
けられて、ブレーキ力の低下が小さくて済み、制動距離
を計算通りとすると共に、乗心地の改善ができるように
なる。

なお、前記実施例では渦電流ブレーキ５のディスク８の
片側に配する磁極鉄心１２のみにサーチコイル２９を設
けたが、第４図に示したように渦電流ブレーキ５のディ
スク８の両側に対向配置する磁極鉄心１２にそれぞれサ
ーチコイル２９を設けて、その両出力電圧を和動で接続
するか、制御装置３０内で加算増幅器に通して加算する
方式とすれば、前記実施例同様の作用効果が得られる他
に、車両走行に伴いディスク８と両側磁極鉄心１２との
各々のギャップ相互にアンバランスが生じても、それに
よる磁束量変化をキャンセルできて更に一層高精度にス
キッド発生の検知が可能となる。

〔発明の効果〕

本発明は前述の如く構成したから、制動動作中に車輪が
スキッドを発生すると、ギャップ磁束密度と比例関係に
ある部位のサーチコイルがノイマンの法則により該磁束
密度変化を微分した電圧を出力し、これによりノイズ等
に影響されずに適確にスキッド検出信号を出し渦電流ブ
レーキの直流励磁電源の電圧制御を行なって確実に再粘
着を図ることができると共に、微少スキッド発生をも検
出できて素早い制御により殆ど減速度を変化させずにス
ムーズな制動ができて、非常に高性能で且つ車両の安全
と乗心地の改善等が図れる効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第３図は本発明の一実施例を示すもので、第
１図はサーチコイルを設けた渦電流ブレーキの要部の断
面図、第２図は渦電流ブレーキの励磁電流制御装置のブ
ロック回路図、第３図は制動中の各部の動作状態を線グ
ラフで示す動作説明図、第４図は本発明の他の実施例を
示すサーチコイルを設けた渦電流ブレーキの要部の断面
図、第５図は一般の電気鉄道車両の概要図、第６図は従
来の渦電流ブレーキ装置の斜視図、第７図は同従来の渦
電流ブレーキ装置一部切欠した側面図、第８図は第７図
の■−■線に沿う断面図、第９図は従来の渦電流ブレー
キの励磁電流制御装置のブロック回路図である。 ７車軸、８・・・ブレーキディスク、９・・・台車枠、
１１・・・励磁コイル、１２・・・磁極鉄心、２９・・
・サーチコイル、２３・・・直流励磁電源電圧制御回路
、３０・・・励磁電流制御装置、３２・・・基準出力電
圧パターン回路。 出願人代理人　弁理士　鈴江武彦 第 図 第 図 第 図 第　４ 図 第 図 第 図 第 図 第 図 第 図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 台車の車軸にこれと一体に回転する状態に設けたブレー
   キディスクと、このディスクの両側面にギャップを介し
   て複数個ずつ対向配置する状態に台車枠側に支持させた
   励磁コイル付き磁極鉄心とからなる渦電流ブレーキに対
   し、前記磁極鉄心とディスク対向面間のギャップ磁束密
   度と略比例して磁束密度が発生する部位に該磁束密度の
   変化を検知するサーチコイルを設ける一方、このサーチ
   コイルの出力が車両速度と制動指令に関係した基準出力
   電圧と比較して大きくなった時にスキッド発生と判断し
   て再粘着を図る状態に渦電流ブレーキへの直流励磁電源
   の電圧を制御する励磁電流制御装置を設けて構成したこ
   とを特徴とする車両用渦電流ブレーキ装置。