JPH06225600A

JPH06225600A - 渦電流制動装置

Info

Publication number: JPH06225600A
Application number: JP5313137A
Authority: JP
Inventors: Michel Estaque; エスタクミッシェル; Philippe Gernot; ジェルノフィリップ
Original assignee: Labavia SGE SARL
Current assignee: Labavia SGE SARL
Priority date: 1992-12-15
Filing date: 1993-12-14
Publication date: 1994-08-12
Also published as: CA2110432A1; EP0603038B1; DE69304875T2; KR940017098A; ATE142957T1; FR2699344A1; FR2699344B1; EP0603038A1; US5482146A; ES2092787T3; DE69304875D1

Abstract

(57)【要約】【目的】回転子のアーマチャ温度を直接計測すること
なしに、固定子に供給される電力をより効果的、経済的
に使用できる渦電流制動装置を提供する。【構成】装置は、手動制御部材の位置の関数として、
回転子アーマチャの温度を考慮にいれて、固定子巻線を
選択的に励起するように電力供給調節値を決める制御装
置を有している。この温度は、制御装置に含まれるプロ
セッサにより実時間で評価される。各評価瞬間におい
て、計算変数として、回転子の回転速度、電力供給調節
値、先行する評価瞬間において得られたアーマチャ温
度、および、場合によっては、固定子の温度などが含ま
れている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は乗物を制動するための渦
電流装置に関する。

【０００２】

【従来の技術と発明が解決しようとする課題】この種の
装置は通常、乗物のシャーシに固定され、誘導巻線を有
する部分（固定子）と、アーマチャを有し、乗物の回転
要素、一般に伝動軸に連結された可動部分（回転子）と
を備えている。「誘導巻線」、より簡単には「巻線」と
いう用語は、ここでは、誘導巻線本体と、該巻線本体に
直列または並列に永久的に連結された一群の巻線との双
方を含んで使用される。このように定義された各巻線
は、乗物の電池により励起されたときに磁場を形成させ
る。アーマチャは強磁性材料の要素であり、励起された
巻線を過って動くとき、「渦」電流として知られている
電流をその中に誘発させる。アーマチャの抵抗のため
に、この渦電流はエネルギーを消費させ、その結果、回
転子、従って乗物を減速させる。エネルギーは熱の形態
で消費されるから、回転子は通常、この熱を処理するに
適したフィンを備えた形態になっている。

【０００３】乗物の運転者は、多位置制御レバーを操作
し、レバーの選択された位置に応じて変化するトルクを
もって乗物に対する制御効果が得られるようになってい
る。この変化可能性は、それぞれに巻線の一つを励起す
るリレーの、レバーの位置に対応した数を有して閉回路
位置に置かれた一セットのリレーにより得られる。典型
的な実施例においては、４個の誘導巻線があり、レバー
は、０、１、２、３、４個のリレーが閉じられるのに対
応する５個の位置を有し、それに応じて、比例した制動
トルクが得られるようになっている。いずれの位置にお
いても、制動トルクは、アーマチャの抵抗と透磁性の変
化のために、アーマチャの温度が上昇するに従い減少す
る傾向があることが知られている。或る温度閾値を越え
た場合には、加熱を生じさせる有効トルクの損失を回避
するために、巻線の励起を制限することが有利である。
この制限はまた、乗物の電気的エネルギー源をより良好
に管理することになる。

【０００４】ＦＲ−Ａ−２５０５５７７は、このような
励起制限を実行する一つの方法を記載している。温度に
感応する接点が、回転子に近接した固定子の表面の電極
部品上の突起部に収容され、温度が閾値を越えたことを
検知するのに使用されている。接点は、アーマチャから
放射される熱に感応し、所望の温度表示を得るのに適し
ている。この型式の温度センサは、大きい温度上昇に耐
えるには不適当な部分を有する回転子を製作する製造者
によっても用意される。このことは、アルミニウムは３
００℃以上の温度には耐えないから、アルミニウムに支
持された鋼製のアーマチャを有する回転子にも適用され
る。回転子は動くから、非常に複雑な構造を使用しない
限り、センサがアーマチャと直接熱接触することはあり
得ない。従って、センサはアーマチャから放射される熱
を受容するために固定子上に搭載されなければならな
い。このことは、未だ解決されていない三つの主な問題
を生起させている：センサが無秩序に汚染されること
は、熱放射の受容を妨害し、計測能力を擾乱させる；セ
ンサを、センサが搭載される固定子の温度にほぼ無関係
にすることは困難である；およびセンサを、空気流によ
り回転子から運ばれる熱に比較的鈍感にすることは困難
である；不都合なことに、空気流は、特に回転子上のフ
ィンにより起こる通風のために、完全には制御すること
ができない。さらに、制動器のタイプによっては、セン
サを装着することが困難なこともある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明の目的は、上述し
た問題に対する簡単にして安価な解決を提供することで
ある。本発明は、誘導巻線を有する固定子と、乗物の伝
動軸に搭載され、固定子に対向したアーマチャを有する
回転子と、複数個の位置をもつ手動制御部材と、手動制
御部材の位置とアーマチャ温度とを含む複数個のパラメ
ータの関数として電力供給量を調節する制御装置と、電
力供給調節値に対応して、乗物の電源から、誘導巻線を
選択的に励起する励起装置とを有し、その際、前記制御
装置が、次々の瞬間におけるアーマチャの温度を実時間
で評価するようにされたプロセッサを有しており、次々
の各瞬間におけるアーマチャ温度が前記プロセッサによ
り、相次ぐ瞬間の先行する瞬間において評価されたアー
マチャ温度と、回転子の回転速度と、電力供給調節を含
む複数個の計算変数の関数として評価されるような、乗
物の渦電流制動装置を提供する。

【０００６】出願人は驚くべきことに、制限された計算
変数を用いて、アーマチャの温度を前記温度指示の所望
の値に充分精密に合わせることが可能であることを発見
した。２回の隣接する評価瞬間の間におけるアーマチャ
温度の変化は、主に次のことに依存する：ａ）固定子に
より形成される磁場を支配する電力供給調節値と；ｂ）
誘導電流の大きさと、回転子の運動により生じる通風と
に影響する回転子の回転速度と；およびｃ）アーマチャ
の抵抗、透磁率は共に温度に左右されるから、アーマチ
ャの温度とである。本発明の好適な変形例においては、
計算変数はさらに、固定子の温度を含んでいる。この変
数はまた、熱伝達のために、また特に巻線の線の抵抗、
従って各励起された巻線を通る電流、それが生じさせる
磁場に対する効果のために、アーマチャの温度に影響を
与える。固定子の温度を考慮に加えると、プロセッサ
は、より正確にアーマチャ温度を評価することが出来
る。

【０００７】アーマチャ温度が所定の時間間隔にわた
り、計算目的に使用される変数の関数として変化するよ
うな方法に関し、考慮する制動器のモデルに対し試験を
実施することにより決めることは可能である。試験の
間、観察された温度変化が、他の種々の計算変数と関連
して記録される。記録されたデータは、ディジタルに処
理され、アーマチャ温度と計算変数との間の関係の近似
を構成する関数を決定する。問題のモデルの制動器に含
まれたプロセッサは、所定の時間間隔を隔てた一連の瞬
間において、アーマチャ温度を評価するように、この関
数を有してプログラムされることが出来る。本発明の一
実施例においては、前記制御装置は、プロセッサにより
評価されたアーマチャ温度が所定の閾値を越えたとき、
電力供給調節値を変化させ、かくて、前記励起装置をし
て、前記手動制御部材の位置に対応する巻線の数よりも
少ない数の誘導巻線を、電源に連結させるように構成さ
れている。閾値は、プロセッサを制動器の特殊な形態の
関数としてプログラムしつつ選択される。しかし、プロ
セッサで得られる上方は、温度値を提示しているのであ
り、単に特殊な閾値が越えられたことだけを示すもので
はないことが理解されるべきである。従って、この上方
は、既知の制動器に取り付けられたセンサにより得られ
る情報よりも豊富な種類の情報であり、それゆえ、アー
マチャ温度の関数として電力供給調節値を最適にサーボ
制御し得ることを期待させるものである。

【０００８】

【実施例】図１において、渦電流制御装置は、従来の態
様で、固定子１と回転子２とを有する。回転子１は、乗
物のシャーシに固定され、誘導巻線３（本場合には４個
の巻線が存在している）を有している。各巻線３は一対
のコイルにより構成され、例えば、全体で８個のコイル
が、乗物の歯車箱から延びる伝動軸（図示せず）の回り
に、その軸を伝動軸に平行にして配置されている。回転
子２は、回転子が伝動軸に確実に取り付けられるように
設計された中央穴４を持つ鋳鋼部品により構成されてい
る。回転子２は、伝動軸に垂直な、回転子のアーマチャ
６を構成する１個以上の円板を有している。各円板は、
アーマチャ６と孔４との間に従来通り、伝動軸が回転す
るに従って通風を起こさせるフィン構造７を有してい
る。本装置が乗物上に装着されると、アーマチャ６が固
定子１の巻線３に対向して位置される。典型的実施例に
おいては、回転子２は、固定子の各側に各１個の円板を
備え、各回転アーマチャ円板６が、巻線３により創成さ
れ電極から電極へと極性を交代させた磁気極のリングに
対向するようにされている。巻線の少なくとも１個が乗
物の電池８により電力を供給されているときには、伝動
軸の回転アーマチャ６内に常に渦電流を生じさせる。そ
の結果、励起された巻線の数と共に増加する制動トルク
が発生し、同時に、アーマチャは、フィン７による通風
により部分的に補償された範囲にまで温度が上昇する。

【０００９】装置は、典型的には２４ボルトの規格電圧
の電池８から電力を巻線３に選択的に供給する励起装置
９を有している。励起装置９は、電池の正端子と各巻線
の一端との間にそれぞれ取り付けられた４個のリレー１
１により構成されており、各巻線の他端は電池８の負端
子に連結されている。４個のリレー１１はそれぞれ独立
に、制御装置１２から伝送される４個の信号により制御
される。制御装置１２は、記憶部１４とインタフェース
回路１６，１７とに連結されたプロセッサ１３を有する
マイクロ制御器型式の電気ユニットにより構成されてい
る。入力インターフェース１６は、以下を含む種々の信
号を受容する：乗物運転者がアクセス可能なレバーのよ
うな、５位置手動制御部材からの信号にして、該制御部
材の位置Ｐを表現する信号；伝動軸の回転速度Ｖを計測
するため、伝動軸に連結された回転計１９（図１におい
てダイアルで示されている）からの信号；および固定子
１に取り付けられた温度センサ２１から伝送される、回
転子２の近傍の固定子の温度Ｔｓに対応する信号。制御
装置１２はまた、本発明に直接関連しない故に説明を省
略した他の機能を遂行するための他の信号を受容しても
よい。

【００１０】入力インターフェース１６は、上記信号を
成形し、対応する値をプロセッサ１３に伝えている。プ
ロセッサは、インタフェース１６により受容された値
Ｐ，Ｖ，Ｔｓに基づいて電力供給調節値Ｃを決定するよ
うにプログラムされている。調節値Ｃに依存して、プロ
セッサ１３が、各リレー１１を開閉するために、４個の
信号を出力インタフェース１７を通って伝達する。調節
値Ｃは、５個の値：０，１，２，３，４の中の一つをと
り、対応する数のリレーを閉じる、すなわち、対応する
数の誘導巻線３を励起することが出来る。

【００１１】電力供給調節値Ｃを決定するに当たって
は、アーマチャ６の温度Ｔｒに関する情報が考慮されて
おり、該情報は本発明に従えば、プロセッサ１３により
実時間で把握される前記温度Ｔｒの評価により構成され
ている。評価は、アーマチャ温度が変化しそうな時間ス
ケールと比較して充分短い所定の時間間隔Δｔ（例え
ば、Δｔ＝１秒）を有して隔離された次々の瞬間に実行
される。次々の各瞬間Ｔｎにおいて、アーマチャ６の温
度Ｔｒ_nが以下の計算変数の関数として評価される：次
々の瞬間の先行する瞬間ｔ_n-1＝ｔ_n−Δｔにおいて評
価されたアーマチャの温度Ｔｒ_n-1；回転計１９により
得られる回転子２の回転速度Ｖ；評価瞬間ｔ_nまたは先
行する瞬間ｔ_n-1において得られる電力供給調節値Ｃ；
およびセンサ２１により得られる固定子１の温度Ｔｓ．
出願人は、渦電流制動器の大多数のモデルに対しては、
アーマチャの温度は、変数Ｔｒ_n-1，Ｖ，ＣおよびＴｓ
から形成される例えば以下のような多項式関数を用い
て、充分の精度をもって評価出来るものと決めた。

【数３】ここで、ｂ＝＋（ｂ１＋ｂ２．Ｃ）ｃ＝−（ｃ１＋ｃ２．Ｃ）ｄ＝−（ｄ１＋ｄ２．Ｃ）ｅ＝＋（ｅ１＋ｅ２．Ｃ）ｆ＝−ｆ２．Ｃｋｐ＝１＋（ｋｐ０−１）．Ｖ／３０００，およびａ，
ｂ１，ｂ２，ｃ１，ｃ２，ｄ１，ｄ２，ｅ１，ｅ２，ｆ
２，およびｋｐ０は各モデルにより決まる定数であり、
速度Ｖは毎分回転数（ｒｐｍ）で、時間間隔Δｔは秒
で、温度Ｔｒ_n，ＴＲ_n-1，Ｔｓは摂氏度で表される。
係数ａ，ｂ１，ｂ２，ｃ１，ｃ２，ｄ１，ｄ２，ｅ１，
ｅ２，ｆ２，およびｋｐ０を決めるには、制動器の雛形
に対して試験を行うことが可能である。考慮下の試験変
数の値により特徴づけられる多数の態様が試験ベンチに
おいて再現され、時間間隔Δｔを隔てたときのアーマチ
ャ温度の変化が計測される。各計測により、Ｔｒ_nを変
数Ｔｒ_n-1，Ｖ，ＣおよびＴｓに関係づけている関数の
値が得られる。方程式（１）を用いる計測結果に対し最
良の近似を与える係数のセットは、次いで従来の最小二
乗法を計算器により実行して計算される。この方法によ
り、方程式（１）とアーマチャの熱的挙動との間に良好
な一致が得られる。場合によっては、固定子温度Ｔｓを
計算変数に含ませることなしに、すなわち、ｆ２＝０と
セットすることにより充分な一致が得られることもあ
る。このことは、固定子温度の変化が主にアーマチャ温
度と電力供給調節値の変化によるものであり、変数Ｔｓ
が、係数ａ，ｂ１，ｂ２，ｃ１，ｃ２，ｄ１，ｄ２，ｅ
１，ｅ２，ｆ２，およびｋｐ０を適切に選択することに
より、省略出来ることが多いという事実により説明出来
る。

【００１２】方程式（１）を評価するために使用される
係数のセットとデータとは、試験しようとする乗物の各
制動器内の制御装置１２の記憶部１４に記憶されてい
る。かくて、操作の際、アーマチャ温度は、特殊なセン
サを必要とすることなく、またそれに伴う欠点を被るこ
となく、プロセッサ１３により実時間で評価されること
が出来る。制動装置の操作に入る前に、方程式（１）に
より表されるアルゴリズムを開始するために、例えば、
アーマチャ温度に、固定子の計測された温度値、また
は、温度計により得られた大気温度に等しい初期値Ｔｒ
₀を与えることが可能である。評価された温度Ｔｒ
_nは、評価に続く時間間隔Δｔの間電力供給調節値Ｃを
規定するのに使用される。例えば、プロセッサ１３が、
評価温度Ｔｒ_nを、記憶部に記憶され、制動器の特殊な
モデルに対応して選択された所定の閾値Ｔｍａｘと比較
する。Ｔｒ_nが閾値Ｔｍａｘよりも小さい限り、調節値
Ｃは制御レバー１８の位置Ｐに対応し、乗物運転者はレ
バー１８を、励起させるべき巻線の数を直接セットし、
それに比例した制動トルクの量を得るように作動させ
る。Ｔｒ_nが閾値Ｔｍａｘを越えたときは、プロセッサ
１３が電力供給調節値Ｃを、レバー１８の位置に対応す
る数よりも低い値に移行させる。このことは、アーマチ
ャ６と固定子１との加熱を制限し、またこのことは、序
論において説明したように、与えられた励起において
は、制動トルクの値は、アーマチャ温度の上昇に伴って
低下するのであるから、制動トルクの値に大き過ぎる影
響を与えることなしに乗物の電気的資源をより良好に管
理することを可能にする。

【００１３】以上の挙動が図２のグラフにより示されて
おり、水平軸に沿って時間がプロットされ、約１５分の
シミュレーション時間を表している。曲線Ａは、下り坂
を走る乗物においてアーマチャ温度Ｔｒが如何に変化す
るか、また、何処で運転者がレバー１８の位置を種々の
位置に移動させているかを示している。実際、温度Ｔｒ
は閾値Ｔｍａｘ（図示の例では約６３０°）を、ほんの
僅かな量は別として、越えることはない。これは、閾値
に達すると常に、電力供給調節値が減少されるからであ
る。破線曲線Ｂは、同じ条件下において、もし温度表示
が考慮されなかった場合には、Ｔｒが如何に変化するか
を示している。閾値Ｔｍａｘは大幅に越えられ、制動ト
ルクは追加されるとしても、そのために、電気消費量の
顕著な増加という犠牲が払われるだろう。両曲線Ａ，Ｂ
の最終冷却部分は、制動器が非滑動状態にされた状態、
すなわち、レバー１８が、Ｐ＝０の位置に置かれた状態
に対応している。この段階の間、本発明によれば、も
し、アーマチャが大気温度にまで冷却される前に、新し
い制動要求が生じた場合に、制動目的のために直ちに利
用し得るトルクは、温度を考慮していない場合のトルク
よりも大きくなるということが可能になる。

【００１４】本発明の変形においては、センサ２１は固
定子温度Ｔｓを計測するために使用されていない。もし
なお、温度Ｔｓが、Ｔｒを計算するために使用される変
数の一つとして必要な場合には、プロセッサ１３を、上
述したものと同じ型式のアルゴリズムを使用した類似の
方法で、温度Ｔｓ計算するようプログラムすることが可
能である。この目的のため、簡単に、下記型式の方程式
を使用することが可能である：

【数４】Ｔｓ_n＝Ｔｓ_n-1＋（ｇ２．Ｔｒ_n-1−ｇ１）．Δｔここで、Ｔｓ_n，Ｔｓ_n-1は、瞬間ｔ_n，ｔ_n-1におけ
る評価された固定子温度をそれぞれ表し、また、ｇ１，
ｇ２は、上述したように他の係数のために実験的に決め
られた２個の定数である。

【００１５】他の変形においては、固定子温度Ｔｓが、
巻線３に現れる電圧Ｕと電流Ｉとを計測し、それから巻
線の抵抗Ｒ＝Ｕ／Ｉを計算することにより決定される。
巻線が銅線で作られている典型的な場合には、抵抗はほ
ぼ温度の関数として変化し、従って、温度計測のために
使用し得る。以上、本発明は好適な例を参照して説明さ
れたが、これら例は限定的なものではなく、種々の変形
が、本発明の範囲を逸脱することなしに実施し得ること
が理解されよう。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の制動装置の回路図。

【図２】図１に示した種類の装置において、アーマチャ
温度が時間の関数として如何に変化するかの例を示すグ
ラフである。

【符号の説明】

１固定子２回転子３巻線６アーマチャ（円板）７フィン構造８電池９励起装置１１リレー１２制御装置１３プロセッサ１４記憶部１６，１７インタフェース１８手動制御部材１９回転計２１センサ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】乗物の渦電流制動装置にして、誘導巻線を含む固定子と、乗物の伝動軸に取り付けられ、固定子に対向したアーマ
チャを有する回転子と、複数個の位置を有する手動制御部材と、手動制御部材の位置、アーマチャ温度を含む複数個のパ
ラメータの関数として、電力供給調整値を確定する制御
装置と、および電力供給調整値に応じて、誘導巻線を乗
物の電源により選択的に励起するための励起装置とを有
し、その際、前記制御装置が、アーマチャ温度を次々の瞬間
において実時間で評価するプロセッサを有し、前記各瞬
間におけるアーマチャ温度が前記プロセッサにより、次
々の瞬間の先行する瞬間において評価されたアーマチャ
温度と、回転子の回転速度と、および、電力供給調節値
とを含む複数個の計算変数の関数として評価されるよう
になった渦電流制動装置。
【請求項２】請求項１に記載の装置において、前記計
算変数がさらに固定子温度を含んでいる装置。
【請求項３】請求項２に記載の装置において、該装置
がさらに、固定子温度に応答し、計算変数に含まれる固
定子温度を表す信号を前記制御装置へ伝達する装置を有
する装置。
【請求項４】請求項２に記載の装置において、計算変
数に含まれる固定子温度が、次々の各瞬間においてプロ
セッサにより、次々の先行する瞬間において評価された
アーマチャ温度と固定子温度との関数として評価される
装置。
【請求項５】請求項４に記載の装置において、前記プ
ロセッサが、次々の各瞬間における固定子温度を、下記
の型式の方程式を用いて評価するようになっている装
置：【数１】Ｔｓ_n＝Ｔｓ_n-1＋（ｇ２．Ｔｒ_n-1−ｇ１）．Δｔここで、ｇ１，ｇ２は定数であり；Δｔは前記瞬間と、
次々の先行する瞬間との間の時間間隔を示し；Ｔｒ_n-1
は次々の先行する瞬間において評価されたアーマチャ温
度を示し；およびＴｓ_n，Ｔｓ_n-1は、前記瞬間と次々
の先行する瞬間とにおける固定子温度をそれぞれ示して
いる。
【請求項６】請求項２に記載された装置において、前
記プロセッサが、次々の各瞬間におけるアーマチャ温度
を、下記の型式の方程式を用いて評価するようになって
いる装置：【数２】ここで、ｂ＝＋（ｂ１＋ｂ２．Ｃ）ｃ＝−（ｃ１＋ｃ２．Ｃ）ｄ＝−（ｄ１＋ｄ２．Ｃ）ｅ＝＋（ｅ１＋ｅ２．Ｃ）ｆ＝−ｆ２．Ｃｋｐ＝１＋（ｋｐ０−１）．Ｖ／３０００，ａ，ｂ１，ｂ２，ｃ１，ｃ２，ｄ１，ｄ２，ｅ１，ｅ
２，ｆ２，およびｋｐ０は定数であり；Δｔは前記瞬間
を次々の先行する瞬間から隔離している時間間隔を示
し；Ｖは回転子の回転速度を毎秒回転数で示し；Ｃは電
力供給調節値を示し、電力を供給されている巻線の数に
等しく；Ｔｓは固定子温度を示し；およびＴｒ_n，Ｔｒ
_n-1は前記瞬間と次々の先行する瞬間とにおけるアーマ
チャ温度をそれぞれ示している。
【請求項７】請求項１に記載の装置において、前記制
御装置が、プロセッサにより評価されたアーマチャ温度
が所定の閾値を越えたときは常に、前記励起装置が電源
を、手動制御部材の位置に対応する数よりも小さい数の
誘導巻線に自動的に連結させるように、電力供給調節値
を変化させるように構成されている装置。