JPH07106007B2 - 鉄道車両の粘着制御装置 - Google Patents
鉄道車両の粘着制御装置Info
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- JPH07106007B2 JPH07106007B2 JP60007538A JP753885A JPH07106007B2 JP H07106007 B2 JPH07106007 B2 JP H07106007B2 JP 60007538 A JP60007538 A JP 60007538A JP 753885 A JP753885 A JP 753885A JP H07106007 B2 JPH07106007 B2 JP H07106007B2
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- B60T—VEHICLE BRAKE CONTROL SYSTEMS OR PARTS THEREOF; BRAKE CONTROL SYSTEMS OR PARTS THEREOF, IN GENERAL; ARRANGEMENT OF BRAKING ELEMENTS ON VEHICLES IN GENERAL; PORTABLE DEVICES FOR PREVENTING UNWANTED MOVEMENT OF VEHICLES; VEHICLE MODIFICATIONS TO FACILITATE COOLING OF BRAKES
- B60T8/00—Arrangements for adjusting wheel-braking force to meet varying vehicular or ground-surface conditions, e.g. limiting or varying distribution of braking force
- B60T8/17—Using electrical or electronic regulation means to control braking
- B60T8/1701—Braking or traction control means specially adapted for particular types of vehicles
- B60T8/1705—Braking or traction control means specially adapted for particular types of vehicles for rail vehicles
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B60—VEHICLES IN GENERAL
- B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
- B60L3/00—Electric devices on electrically-propelled vehicles for safety purposes; Monitoring operating variables, e.g. speed, deceleration or energy consumption
- B60L3/10—Indicating wheel slip ; Correction of wheel slip
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- B60L2200/00—Type of vehicles
- B60L2200/26—Rail vehicles
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- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
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Description
【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は、鉄道車両の動輪とレールの間の粘着力（摩擦
力）をけん引力ないし制動力として有効に利用する鉄道
車両の粘着制御方式の改良に関する。
力）をけん引力ないし制動力として有効に利用する鉄道
車両の粘着制御方式の改良に関する。
鉄道車両は、そのけん引力又は制動力を動輪とレールの
間の粘着力により得ており、動輪軸の駆動トルク又は制
動トルクが動輪とレールの間の摩擦係数により定まる限
界値を越すと、動輪の空転又は滑走を生ずることが周知
である。この空転と滑走は、本質的に同じ現象であり、
これらを防止する対策として同様な手段が講じられてい
る。そこで、以下、電気車の力行時の動作を例にとり説
明し、制動時に特に異なる点はそのつど説明する。
間の粘着力により得ており、動輪軸の駆動トルク又は制
動トルクが動輪とレールの間の摩擦係数により定まる限
界値を越すと、動輪の空転又は滑走を生ずることが周知
である。この空転と滑走は、本質的に同じ現象であり、
これらを防止する対策として同様な手段が講じられてい
る。そこで、以下、電気車の力行時の動作を例にとり説
明し、制動時に特に異なる点はそのつど説明する。
第２図は、動輪とレールの間の作用力の関係を示したも
のである。第２図において、10は動輪、12はレールを示
し、TMは動輪軸駆動トルク、ｒは動輪半径、FMは動輪周
駆動力、ｆは動輪レール間粘着力、vMは動輪周速度であ
る。動輪周駆動力FMはTM/rによつて与えられ、FMを増加
するに従い粘着力ｆも増加する。そのとき、動輪とレー
ルの間にすべり速度（相対速度）vS（動輪周速度VMと車
両速度Ｖの差）が生じ、そのすべり速度vsは粘着力ｆが
増加するに従い増加する。すなわち、第３図のＡ領域で
あり、この領域のすべりをクリープと称する。しかし、
粘着力ｆが最大粘着力fmaxに達し、さらに動輪周駆動力
FMを増加すると、すべり速度はますます増加し、すべり
速度が増加するに従い粘着力ｆは減少するようになる。
すなわち、第３図のＢ領域であり、この領域のすべりを
力行時は空転、制動時は滑走と称する。なお、粘着力ｆ
は、Θを動輪軸に換算した駆動軸系の全慣性モーメン
ト、ＭをvMの時間による１次微分値dvM/dt（動輪周加
速度）とすると、動輪とレールの間の作用力の関係か
ら、次式により求めることができる。
のである。第２図において、10は動輪、12はレールを示
し、TMは動輪軸駆動トルク、ｒは動輪半径、FMは動輪周
駆動力、ｆは動輪レール間粘着力、vMは動輪周速度であ
る。動輪周駆動力FMはTM/rによつて与えられ、FMを増加
するに従い粘着力ｆも増加する。そのとき、動輪とレー
ルの間にすべり速度（相対速度）vS（動輪周速度VMと車
両速度Ｖの差）が生じ、そのすべり速度vsは粘着力ｆが
増加するに従い増加する。すなわち、第３図のＡ領域で
あり、この領域のすべりをクリープと称する。しかし、
粘着力ｆが最大粘着力fmaxに達し、さらに動輪周駆動力
FMを増加すると、すべり速度はますます増加し、すべり
速度が増加するに従い粘着力ｆは減少するようになる。
すなわち、第３図のＢ領域であり、この領域のすべりを
力行時は空転、制動時は滑走と称する。なお、粘着力ｆ
は、Θを動輪軸に換算した駆動軸系の全慣性モーメン
ト、ＭをvMの時間による１次微分値dvM/dt（動輪周加
速度）とすると、動輪とレールの間の作用力の関係か
ら、次式により求めることができる。
第３図は、前記のすべり速度vS（動輪周速度vMと車両速
度Ｖとの差）と粘着力ｆの関係を示したものである。実
線は動輪10とレール12の踏面が乾燥の状態、一点鎖線は
湿潤の状態における上記のすべり速度vSと粘着力ｆの関
係を示している。いずれの場合においても、すべり速度
vSが増加すると粘着力ｆが増加していくＡ領域と、さら
にすべり速度vSが増加すると粘着力ｆが減少していくＢ
領域とに分けられる。前記のように、Ａ領域のすべりを
クリープと称し、Ｂ領域のすべりを力行時は空転、制動
時は滑走と称する。したがつて、動輪10とレール12の間
の粘着力ｆを最大限に利用するためには、粘着力ｆが最
大値fmaxとなるようなすべり速度をもつて、鉄道車両を
運転する必要がある。
度Ｖとの差）と粘着力ｆの関係を示したものである。実
線は動輪10とレール12の踏面が乾燥の状態、一点鎖線は
湿潤の状態における上記のすべり速度vSと粘着力ｆの関
係を示している。いずれの場合においても、すべり速度
vSが増加すると粘着力ｆが増加していくＡ領域と、さら
にすべり速度vSが増加すると粘着力ｆが減少していくＢ
領域とに分けられる。前記のように、Ａ領域のすべりを
クリープと称し、Ｂ領域のすべりを力行時は空転、制動
時は滑走と称する。したがつて、動輪10とレール12の間
の粘着力ｆを最大限に利用するためには、粘着力ｆが最
大値fmaxとなるようなすべり速度をもつて、鉄道車両を
運転する必要がある。
ところで、従来の電気車等において行なわれているいわ
ゆる再粘着制御は、空転を動輪軸と従輪軸の速度差、あ
るいは複数の動輪駆動用電動機（以後、単に電動機と称
する）間の速度差により検出（速度そのものを用いず、
結果的に速度差を表わす電圧や電流等の電気信号を利用
するものも含む）し、これらの速度差や電圧差が所定の
値を越したときに駆動トルクを減少させ再粘着を図つて
いる。このため、必ずしも第３図に示した最大粘着力f
maxが得られるすべり速度vSをもつて電気車の運転を行
なうことができず、最大粘着力の有効利用がなされてい
ない欠点がある。
ゆる再粘着制御は、空転を動輪軸と従輪軸の速度差、あ
るいは複数の動輪駆動用電動機（以後、単に電動機と称
する）間の速度差により検出（速度そのものを用いず、
結果的に速度差を表わす電圧や電流等の電気信号を利用
するものも含む）し、これらの速度差や電圧差が所定の
値を越したときに駆動トルクを減少させ再粘着を図つて
いる。このため、必ずしも第３図に示した最大粘着力f
maxが得られるすべり速度vSをもつて電気車の運転を行
なうことができず、最大粘着力の有効利用がなされてい
ない欠点がある。
又、第３図に示したＢ領域において生ずる車輪と車軸よ
りなる系の自励振動を検出し、その振幅が設定値以下と
なるように動輪軸駆動トルクを制御することが行なわれ
ている（“ASEA Jourual"Vol.48,No.6,1975,P147〜14
9）。しかし、この場合においても自励振動の発生状況
が、動論10とレール12の踏面の状態によつて異なり、た
とえば湿潤状態では発生しにくく、制御に必要な信号が
得られない場合がある。又、電気車の駆動装置の構造や
主回路方式によつても自励振動が発生したり、発生しな
かつたりする等、発生状況が異なり、この発生状況を予
測することも困難であるため、制御装置の設計が難かし
い。又、一般に、自励振動が発生する場合でも、最大粘
着力の点よりすべり速度vSが大きくなり、すべり速度vS
がある程度以上大きくならなければ、自励振動は発生し
ないので、この方法は、一旦生じた空転や滑走を検出し
て修復させる再粘着制御と言うことができ、最大粘着力
fmaxを利用することは困難である。
りなる系の自励振動を検出し、その振幅が設定値以下と
なるように動輪軸駆動トルクを制御することが行なわれ
ている（“ASEA Jourual"Vol.48,No.6,1975,P147〜14
9）。しかし、この場合においても自励振動の発生状況
が、動論10とレール12の踏面の状態によつて異なり、た
とえば湿潤状態では発生しにくく、制御に必要な信号が
得られない場合がある。又、電気車の駆動装置の構造や
主回路方式によつても自励振動が発生したり、発生しな
かつたりする等、発生状況が異なり、この発生状況を予
測することも困難であるため、制御装置の設計が難かし
い。又、一般に、自励振動が発生する場合でも、最大粘
着力の点よりすべり速度vSが大きくなり、すべり速度vS
がある程度以上大きくならなければ、自励振動は発生し
ないので、この方法は、一旦生じた空転や滑走を検出し
て修復させる再粘着制御と言うことができ、最大粘着力
fmaxを利用することは困難である。
又、もう一つの例として、車両速度ｖと電機子電流IMを
検出し、かつすべり速度許容値Δｖを想定し、動輪周速
ｖ＋Δｖ、電機子電流IMにおける電動機端子電圧Ｅ＋Δ
Ｅを演算により求め、それを電動機端子電圧の基準値と
し、該基準値Ｅ＋ΔＥと実際の電動機端子電圧Eaを比較
し、EaがＥ＋ΔＥを越えたとき電動機印加電圧を減少さ
せることにより、動輪のすべり速度をΔｖまで許容する
ようにした電気機関車が公知である。このすべり速度許
容値Δｖは可変とし、電機子電流の変化の方向とから、
電機子電流が最大となるようにΔｖを調整するものがあ
る（ASME′80 Winter Annual Meeting paper 80−WA/RT
−３）。しかし、この方法で、Δｖを最適値に調整でき
るのは電機子電流がΔｖのみによつて変化する場合であ
り、実際にはレール踏面の状態の変動による粘着力のレ
ベルの変動、勾配や風などの走行抵抗の変動などΔｖ以
外の要因によつても電機子電流は変動するので、最大粘
着力fmaxを有効に利用することは至難である。
検出し、かつすべり速度許容値Δｖを想定し、動輪周速
ｖ＋Δｖ、電機子電流IMにおける電動機端子電圧Ｅ＋Δ
Ｅを演算により求め、それを電動機端子電圧の基準値と
し、該基準値Ｅ＋ΔＥと実際の電動機端子電圧Eaを比較
し、EaがＥ＋ΔＥを越えたとき電動機印加電圧を減少さ
せることにより、動輪のすべり速度をΔｖまで許容する
ようにした電気機関車が公知である。このすべり速度許
容値Δｖは可変とし、電機子電流の変化の方向とから、
電機子電流が最大となるようにΔｖを調整するものがあ
る（ASME′80 Winter Annual Meeting paper 80−WA/RT
−３）。しかし、この方法で、Δｖを最適値に調整でき
るのは電機子電流がΔｖのみによつて変化する場合であ
り、実際にはレール踏面の状態の変動による粘着力のレ
ベルの変動、勾配や風などの走行抵抗の変動などΔｖ以
外の要因によつても電機子電流は変動するので、最大粘
着力fmaxを有効に利用することは至難である。
本発明の目的は、力行又は制動時に動輪とレールの間の
粘着力をより有効に利用することができる鉄道車両の粘
着制御方式を提供することにある。
粘着力をより有効に利用することができる鉄道車両の粘
着制御方式を提供することにある。
本発明は、動論とレールの間の相対速度ないし相対速度
相当値と、動輪とレールの間の粘着力ないし粘着力相当
値を求めるとともに、それぞれの時間的変化分である相
対速度変化分及び粘着力変化分を求め、それらの極性に
応じて駆動源を制御することにより、最大粘着力をより
有効に力行または制動に利用できるようにしたものであ
る。
相当値と、動輪とレールの間の粘着力ないし粘着力相当
値を求めるとともに、それぞれの時間的変化分である相
対速度変化分及び粘着力変化分を求め、それらの極性に
応じて駆動源を制御することにより、最大粘着力をより
有効に力行または制動に利用できるようにしたものであ
る。
第４図（Ａ）は、第３図に示した粘着力ｆとすべり速度
vSとの関係を示したもので、第４図（Ａ）からすべり速
度vSに対する粘着力ｆの変化率df/dvSを求めたものが第
４図（Ｂ）である。df/dvSは、最大粘着力fmaxを与える
すべり速度において零となる。したがつて、df/dvSが正
の範囲では動輪軸駆動トルクを必要に応じて増加させる
ことができ、またdf/dvSが負の範囲では動輪軸駆動トル
クを強制的に減少させることにより、つねに最大粘着力
fmaxが得られるすべり速度の近くで安定して制御するこ
とができる。粘着力ｆは、前記したように、 により求めることができる。この式において、Θは動輪
軸に換算した駆動軸系の全慣性モーメント、ｒは動輪半
径であり、これらは定数である。
vSとの関係を示したもので、第４図（Ａ）からすべり速
度vSに対する粘着力ｆの変化率df/dvSを求めたものが第
４図（Ｂ）である。df/dvSは、最大粘着力fmaxを与える
すべり速度において零となる。したがつて、df/dvSが正
の範囲では動輪軸駆動トルクを必要に応じて増加させる
ことができ、またdf/dvSが負の範囲では動輪軸駆動トル
クを強制的に減少させることにより、つねに最大粘着力
fmaxが得られるすべり速度の近くで安定して制御するこ
とができる。粘着力ｆは、前記したように、 により求めることができる。この式において、Θは動輪
軸に換算した駆動軸系の全慣性モーメント、ｒは動輪半
径であり、これらは定数である。
したがつて、たとえば、動輪軸駆動トルクTMを電機子電
流IMから求め、動輪周速度vMの検出により、その微分値
Ｍを演算し、（１）式により粘着力ｆを求めることが
できる。望ましい一実施態様においては、（１）式によ
り求めた粘着力ｆとすべり速度vSとから、粘着力ｆの変
化率df/dvSが零となるように動輪軸駆動トルクを制御す
ることができ、最大粘着力fmaxを、より有効に力行また
は制動力として利用することができる。
流IMから求め、動輪周速度vMの検出により、その微分値
Ｍを演算し、（１）式により粘着力ｆを求めることが
できる。望ましい一実施態様においては、（１）式によ
り求めた粘着力ｆとすべり速度vSとから、粘着力ｆの変
化率df/dvSが零となるように動輪軸駆動トルクを制御す
ることができ、最大粘着力fmaxを、より有効に力行また
は制動力として利用することができる。
第１図は、本発明に係る鉄道車両の制御装置をチヨツパ
制御電気車に適用した例を示したものである。図におい
て、Ptはパンタグラフ、LFはフイルタリアクトル、CFは
フイルタコンデンサ、Ａは電動機の電機子、Ｆは電動機
の直巻界磁巻線、DFはフリーホイールダイオード、CHは
チヨツパでありサイリスタなどの半導体スイツチにより
構成される。該チヨツパの通流率を電流制御装置ACRの
出力により制御し、電動機印加電圧を制御する。動輪周
速度vMは、たとえば電動機の電機子Ａに取付けた速度発
電機GVMにより検出され、演算装置fMCに入力される。車
両速度ｖは、車両の対地進行速度を表わすもので、たと
えば電動機を有しない従輪軸に取付けた速度発電機GVに
より検出され演算装置fMCに入力される。又、電機子電
流IMは、変流器CTにより検出され、演算装置fMCに入力
される。演算装置fMCでは、前記の動輪周速度vM、車両
速度ｖ及び電機子電流IMを用いて、後述のような粘着力
を最大にする制御信号を得るための演算を行い、演算結
果として制御信号IfMCを出力する。該制御信号IfMCは、
入力の増加時の時定数は比較的小さく、入力の減少時の
時定数は比較的大きいおくれ要素25に入力される。おく
れ要素25の出力Ifは減算器27に入力される。減算器27で
は、電流指令発生器26の出力である電流指令Ipと、前記
おくれ要素25の出力Ifとの偏差Ip−Ifが算出される。減
算器28で、減算器27の出力Ip−Ifと電機子電流IMとの偏
差（Ip−If）−IMが算出される。減算器28の出力は、電
流制御装置ACRに入力される。電流制御装置ACRは、この
入力に応じてチヨツパCHの通流率を制御する。その結果
電機子電流IMが、電流指令Ipとおくれ要素25の出力Ifと
の差Ip−Ifに相当する値になるように制御され、電動機
のトルクすなわち動輪軸駆動トルクが制御される。
制御電気車に適用した例を示したものである。図におい
て、Ptはパンタグラフ、LFはフイルタリアクトル、CFは
フイルタコンデンサ、Ａは電動機の電機子、Ｆは電動機
の直巻界磁巻線、DFはフリーホイールダイオード、CHは
チヨツパでありサイリスタなどの半導体スイツチにより
構成される。該チヨツパの通流率を電流制御装置ACRの
出力により制御し、電動機印加電圧を制御する。動輪周
速度vMは、たとえば電動機の電機子Ａに取付けた速度発
電機GVMにより検出され、演算装置fMCに入力される。車
両速度ｖは、車両の対地進行速度を表わすもので、たと
えば電動機を有しない従輪軸に取付けた速度発電機GVに
より検出され演算装置fMCに入力される。又、電機子電
流IMは、変流器CTにより検出され、演算装置fMCに入力
される。演算装置fMCでは、前記の動輪周速度vM、車両
速度ｖ及び電機子電流IMを用いて、後述のような粘着力
を最大にする制御信号を得るための演算を行い、演算結
果として制御信号IfMCを出力する。該制御信号IfMCは、
入力の増加時の時定数は比較的小さく、入力の減少時の
時定数は比較的大きいおくれ要素25に入力される。おく
れ要素25の出力Ifは減算器27に入力される。減算器27で
は、電流指令発生器26の出力である電流指令Ipと、前記
おくれ要素25の出力Ifとの偏差Ip−Ifが算出される。減
算器28で、減算器27の出力Ip−Ifと電機子電流IMとの偏
差（Ip−If）−IMが算出される。減算器28の出力は、電
流制御装置ACRに入力される。電流制御装置ACRは、この
入力に応じてチヨツパCHの通流率を制御する。その結果
電機子電流IMが、電流指令Ipとおくれ要素25の出力Ifと
の差Ip−Ifに相当する値になるように制御され、電動機
のトルクすなわち動輪軸駆動トルクが制御される。
電流指令Ipは、電流指令発生器26に図示したように、限
流値相当のIpmaxに達するまでは適当な速さで増加さ
せ、Ipmaxに達したあとは一定に保つ。おくれ要素25の
一例を第５図に示す。図において、R1は入力の増加時の
時定数を与える抵抗器（抵抗値をR1とする）、Ｄは入力
側への放電を阻止するためのダイオード、R2はコンデン
サＣ（容量をＣとする）の放電用抵抗器（抵抗値をR2と
する）である。説明を簡単にするため、信号源出力抵抗
は零、負荷抵抗は無限大、ダイオードは理想的ダイオー
ドとしたとき、この回路の入出力特性は、入力電圧が増
加するときの出力電圧増加の時定数τ１はτ１＝R1C、
入力電圧が減少するときの出力電圧減少の時定数τ２は
τ２＝R2Cである。そこでR1を比較的小さく、R2を比較
的大きくしてτ１小さく、τ２を大きくる。第５図に
は、入力波形に対する出力波形の一例を図示している。
流値相当のIpmaxに達するまでは適当な速さで増加さ
せ、Ipmaxに達したあとは一定に保つ。おくれ要素25の
一例を第５図に示す。図において、R1は入力の増加時の
時定数を与える抵抗器（抵抗値をR1とする）、Ｄは入力
側への放電を阻止するためのダイオード、R2はコンデン
サＣ（容量をＣとする）の放電用抵抗器（抵抗値をR2と
する）である。説明を簡単にするため、信号源出力抵抗
は零、負荷抵抗は無限大、ダイオードは理想的ダイオー
ドとしたとき、この回路の入出力特性は、入力電圧が増
加するときの出力電圧増加の時定数τ１はτ１＝R1C、
入力電圧が減少するときの出力電圧減少の時定数τ２は
τ２＝R2Cである。そこでR1を比較的小さく、R2を比較
的大きくしてτ１小さく、τ２を大きくる。第５図に
は、入力波形に対する出力波形の一例を図示している。
次に、演算装置fMCについて説明する。第６図は、演算
装置fMCのブロツク図である。演算装置fMCは、入出力装
置IO及びマイクロプロセツサCPUにより構成される。入
出力装置IOでは、端子21から電機子電流IMを、端子23か
ら車両速度ｖを、端子24から動輪周速度vMを取込み、そ
れぞれAD変換部AD1〜AD3によりデイジタル信号に変換し
てマイクロプロセツサCPUに入力する。又、マイクロプ
ロセツサCPUの出力をDA変換部DAにより、アナログ信号
に変換して、端子22から前記の制御信号IfMCを出力す
る。次に、マイクロプロセツサCPUで行う演算内容を第
６図の機能ブロツクにしたがつて説明する。トルク演算
部は、電機子電流IMと動輪軸駆動トルクTMの関係がメモ
リに記憶されており、電機子電流IMに対する動輪軸駆動
トルクTMを演算する。ΔvM/Δｔ演算部では、動輪周速
度vMからＭに相当するΔvM/Δｔを演算する。ここ
で、Δｔはサンプリング周期であり、ΔvMはサンプリン
グ周期Δｔ間の輪輪周速度の差分である。以下の説明に
おいて、差分とは現在値と前の値との差と定義する。し
たがつて、Δｔを十分小さくすれば、ΔvM/ΔｔはＭ
に等しいとみなすことができる。ｆ演算部では、さきに
求めた動輪軸駆動トルクTMとΔvM/Δｔを用い、前記の
（１）式により粘着力ｆを算出する。Δｆ演算部では、
サンプリング周期Δｔ間の粘着力の差分Δｆを算出す
る。vS演算部では、動輪周速度vMと車両速度ｖと差の演
算を行い、すべり速度vSを求める。ΔvS演算部では、サ
ンプリング周期間のすべり速度vSの差分ΔvSを算出す
る。前記の差分ΔvM,Δf,ΔvSは、上記のような１サン
プリング周期間の差分（１次差分）に限定されず、スム
ージングのため、いくつかの周期間の差分にすることな
どの方法も考えられる。論理演算部では、粘着力の差分
Δｆ、すべり速度の差分ΔvSを用いて後述の論理演算を
行う。該論理演算の出力信号は、DA変換して端子22か
ら、演算装置fMCの出力として前記制御信号IfMCを出力
する。
装置fMCのブロツク図である。演算装置fMCは、入出力装
置IO及びマイクロプロセツサCPUにより構成される。入
出力装置IOでは、端子21から電機子電流IMを、端子23か
ら車両速度ｖを、端子24から動輪周速度vMを取込み、そ
れぞれAD変換部AD1〜AD3によりデイジタル信号に変換し
てマイクロプロセツサCPUに入力する。又、マイクロプ
ロセツサCPUの出力をDA変換部DAにより、アナログ信号
に変換して、端子22から前記の制御信号IfMCを出力す
る。次に、マイクロプロセツサCPUで行う演算内容を第
６図の機能ブロツクにしたがつて説明する。トルク演算
部は、電機子電流IMと動輪軸駆動トルクTMの関係がメモ
リに記憶されており、電機子電流IMに対する動輪軸駆動
トルクTMを演算する。ΔvM/Δｔ演算部では、動輪周速
度vMからＭに相当するΔvM/Δｔを演算する。ここ
で、Δｔはサンプリング周期であり、ΔvMはサンプリン
グ周期Δｔ間の輪輪周速度の差分である。以下の説明に
おいて、差分とは現在値と前の値との差と定義する。し
たがつて、Δｔを十分小さくすれば、ΔvM/ΔｔはＭ
に等しいとみなすことができる。ｆ演算部では、さきに
求めた動輪軸駆動トルクTMとΔvM/Δｔを用い、前記の
（１）式により粘着力ｆを算出する。Δｆ演算部では、
サンプリング周期Δｔ間の粘着力の差分Δｆを算出す
る。vS演算部では、動輪周速度vMと車両速度ｖと差の演
算を行い、すべり速度vSを求める。ΔvS演算部では、サ
ンプリング周期間のすべり速度vSの差分ΔvSを算出す
る。前記の差分ΔvM,Δf,ΔvSは、上記のような１サン
プリング周期間の差分（１次差分）に限定されず、スム
ージングのため、いくつかの周期間の差分にすることな
どの方法も考えられる。論理演算部では、粘着力の差分
Δｆ、すべり速度の差分ΔvSを用いて後述の論理演算を
行う。該論理演算の出力信号は、DA変換して端子22か
ら、演算装置fMCの出力として前記制御信号IfMCを出力
する。
第７図は、演算装置fMCの論理演算部の一実施例をフロ
ーチヤートで示したものである。まず、ΔvSが零でない
かどうかを判別し、ΔvSが零でないとき、次にΔf/ΔvS
が負であるかどうかを判別し、Δf/ΔvS＜０のとき（第
４図のＢ領域）、IfMC＝−G1Δf/ΔvSとする。ここに、
G1はゲインを表わす正の定数である。一方、Δf/ΔvS＞
０のとき（第４図のＡ領域）及びΔf/ΔvS＝０のとき
は、IfMC＝０とする。又、ΔvS＝０のときはΔf/ΔvSの
演算は不能であるから、Δf/ΔvSの演算を行わないよう
にして、IfMC＝０とする。以上のように、第４図のＢ領
域でのみIfMCに｜Δf/ΔvS|に比例する正の値を与え、
その他の条件ではIfMC＝０としている。したがつて、第
４図のＡ領域では、動輪周駆動力TM/rは電流指令Ipに対
応して時間とともに増加していき、粘着力ｆも動輪周駆
動力に対応して増加していく。しかし、動輪周駆動力が
最大粘着力fmaxより大きくなると、第４図のＢ領域に入
りIfMCに｜Δf/ΔvS|に比例した正極性の信号が生じ、
減算器27の出力が減少し動輪軸駆動トルクすなわち動輪
周駆動力が減少し、すべり速度vSが減少する。このよう
に、第４図のＡ領域,B領域のいずれにおいても粘着力ｆ
がfmaxの点に近づくように動輪軸駆動トルクが制御され
る。レール踏面が乾燥の場合のように、fmaxの値が十分
大きい場合には、第４図のＡ領域でのみ運転されるた
め、電流指令Ipが限流値Ipmaxに達したあとは、Ipmaxに
相当する一定の動輪軸駆動トルクで電気車は運転され
る。なお、第４図のＢ領域において、すべり速度が増加
の状態から減少の状態に移るとき、すべり速度の差分Δ
vS＝０の状態が生じIfMC＝０となるが、おくれ要素25の
作用によりおくれ要素25の出力Ifを連続的に変化させる
ようにしている。しかし、このような状態（Ｂ領域でΔ
vS＝０となること）は、ごく短時間のことであるから、
おくれ要素25は必ずしも必要ではなく、電動機巻線のイ
ンダクタンス、電流制御装置ACRに内在するおくれ要素
の作用により、電機子電流IMが急変するという問題は生
じない。
ーチヤートで示したものである。まず、ΔvSが零でない
かどうかを判別し、ΔvSが零でないとき、次にΔf/ΔvS
が負であるかどうかを判別し、Δf/ΔvS＜０のとき（第
４図のＢ領域）、IfMC＝−G1Δf/ΔvSとする。ここに、
G1はゲインを表わす正の定数である。一方、Δf/ΔvS＞
０のとき（第４図のＡ領域）及びΔf/ΔvS＝０のとき
は、IfMC＝０とする。又、ΔvS＝０のときはΔf/ΔvSの
演算は不能であるから、Δf/ΔvSの演算を行わないよう
にして、IfMC＝０とする。以上のように、第４図のＢ領
域でのみIfMCに｜Δf/ΔvS|に比例する正の値を与え、
その他の条件ではIfMC＝０としている。したがつて、第
４図のＡ領域では、動輪周駆動力TM/rは電流指令Ipに対
応して時間とともに増加していき、粘着力ｆも動輪周駆
動力に対応して増加していく。しかし、動輪周駆動力が
最大粘着力fmaxより大きくなると、第４図のＢ領域に入
りIfMCに｜Δf/ΔvS|に比例した正極性の信号が生じ、
減算器27の出力が減少し動輪軸駆動トルクすなわち動輪
周駆動力が減少し、すべり速度vSが減少する。このよう
に、第４図のＡ領域,B領域のいずれにおいても粘着力ｆ
がfmaxの点に近づくように動輪軸駆動トルクが制御され
る。レール踏面が乾燥の場合のように、fmaxの値が十分
大きい場合には、第４図のＡ領域でのみ運転されるた
め、電流指令Ipが限流値Ipmaxに達したあとは、Ipmaxに
相当する一定の動輪軸駆動トルクで電気車は運転され
る。なお、第４図のＢ領域において、すべり速度が増加
の状態から減少の状態に移るとき、すべり速度の差分Δ
vS＝０の状態が生じIfMC＝０となるが、おくれ要素25の
作用によりおくれ要素25の出力Ifを連続的に変化させる
ようにしている。しかし、このような状態（Ｂ領域でΔ
vS＝０となること）は、ごく短時間のことであるから、
おくれ要素25は必ずしも必要ではなく、電動機巻線のイ
ンダクタンス、電流制御装置ACRに内在するおくれ要素
の作用により、電機子電流IMが急変するという問題は生
じない。
又、第７図の実施例では、Δf/ΔvS＜０のときIfMC＝−
G1Δf/ΔvSとしたが、このIfMCとしてはこれに限定され
るものではなく、動輪軸駆動トルクを減少させうる信号
であればよく、たとえば次のようなものが考えられる。
G1Δf/ΔvSとしたが、このIfMCとしてはこれに限定され
るものではなく、動輪軸駆動トルクを減少させうる信号
であればよく、たとえば次のようなものが考えられる。
（１） IfMC＝G2・vS（すべり速度vSに比例） （２） IfMC＝G3・｜ΔvM|（動輪周速度の差分ΔvMの
絶対値あるいは動輪周加速度ΔvM/Δｔの絶対値に比
例） （３） IfMC＝G4|ΔvS|（すべり速度の差分ΔvSの絶対
値あるいはすべり速度の時間微分値ΔvS/Δｔの絶対値
に比例） （４） IfMC＝G5|Δf|（粘着力の差分Δｆの絶対値あ
るいは粘着力の時間微分値の絶対値｜Δf/Δt|に比例） （５） IfMC＝C1（一定値） （６） IfMC＝α・Ip（電流指令Ipの一定比率α倍） なお、G2,G3,G4,G5はゲインを表わす性の定数である。
又、IfMCに電流指令Ipを用いる場合（上記の（６））に
は、電流指令発生器26の出力を演算装置fMCに取込む必
要があることなど、上記（１），（２），（６）を実現
する場合には、第１図あるいは第６図が若干変更となる
が、それらについては明白であるから説明は省略する。
さらに、走行中の振動などによる誤動作をさけるため
に、適当なマージン値δ（正の定数）を設け、Δf/ΔvS
＜−δにおいて、IfMCに上記のような信号を与えるよう
にすることもできる。
絶対値あるいは動輪周加速度ΔvM/Δｔの絶対値に比
例） （３） IfMC＝G4|ΔvS|（すべり速度の差分ΔvSの絶対
値あるいはすべり速度の時間微分値ΔvS/Δｔの絶対値
に比例） （４） IfMC＝G5|Δf|（粘着力の差分Δｆの絶対値あ
るいは粘着力の時間微分値の絶対値｜Δf/Δt|に比例） （５） IfMC＝C1（一定値） （６） IfMC＝α・Ip（電流指令Ipの一定比率α倍） なお、G2,G3,G4,G5はゲインを表わす性の定数である。
又、IfMCに電流指令Ipを用いる場合（上記の（６））に
は、電流指令発生器26の出力を演算装置fMCに取込む必
要があることなど、上記（１），（２），（６）を実現
する場合には、第１図あるいは第６図が若干変更となる
が、それらについては明白であるから説明は省略する。
さらに、走行中の振動などによる誤動作をさけるため
に、適当なマージン値δ（正の定数）を設け、Δf/ΔvS
＜−δにおいて、IfMCに上記のような信号を与えるよう
にすることもできる。
以上のように、粘着力ｆ及びすべり速度vSの差分を求
め、第４図のＡ領域にあるか、Ｂ領域にあるかを判別
し、Ａ領域では動輪軸駆動トルクを増大し、Ｂ領域では
動輪軸駆動トルクを減少させることにより、つねに粘着
力ｆが最大粘着力fmaxに近づくように動輪軸駆動トルク
を制御している。
め、第４図のＡ領域にあるか、Ｂ領域にあるかを判別
し、Ａ領域では動輪軸駆動トルクを増大し、Ｂ領域では
動輪軸駆動トルクを減少させることにより、つねに粘着
力ｆが最大粘着力fmaxに近づくように動輪軸駆動トルク
を制御している。
このように、第１図の本発明制御装置の実施例によれ
ば、直接的に粘着力ｆが最大値fmaxとなる方向で動輪軸
駆動トルクを制御しており、粘着力ｆをつねに最大値f
maxに近づけることができる。
ば、直接的に粘着力ｆが最大値fmaxとなる方向で動輪軸
駆動トルクを制御しており、粘着力ｆをつねに最大値f
maxに近づけることができる。
以上の実施例の説明では、レール踏面の状態は変動が少
なく、すべり速度vSと粘着力ｆの関係はほぼ一本の線図
で表わせる（第４図のように）とした。次に、レール踏
面の状態が、第３図の湿潤状態から乾燥状態に変つたよ
うな場合について考える。すなわち、第３図の一点鎖線
のfmax（湿）の点で運転しているとき、レール踏面の状
態が乾燥状態となり粘着力が実線のようになつた場合で
ある。その場合には、すみやかに新しい最大粘着力であ
るfmax（乾）の点に向けて車輪駆動トルクを増大させる
ことが望ましい。しかしながら、このような場合、一時
的にはΔｆ＞０、かつΔvS＞０となり、Δf/ΔvS＜０と
なるので、前記の実施例では一時的に動輪軸駆動トルク
を減少させることになる。その点を解決するためには、
Δf/ΔvSの極性だけでなく、ΔｆとΔvSのそれぞれの極
性を調べることが必要となる。
なく、すべり速度vSと粘着力ｆの関係はほぼ一本の線図
で表わせる（第４図のように）とした。次に、レール踏
面の状態が、第３図の湿潤状態から乾燥状態に変つたよ
うな場合について考える。すなわち、第３図の一点鎖線
のfmax（湿）の点で運転しているとき、レール踏面の状
態が乾燥状態となり粘着力が実線のようになつた場合で
ある。その場合には、すみやかに新しい最大粘着力であ
るfmax（乾）の点に向けて車輪駆動トルクを増大させる
ことが望ましい。しかしながら、このような場合、一時
的にはΔｆ＞０、かつΔvS＞０となり、Δf/ΔvS＜０と
なるので、前記の実施例では一時的に動輪軸駆動トルク
を減少させることになる。その点を解決するためには、
Δf/ΔvSの極性だけでなく、ΔｆとΔvSのそれぞれの極
性を調べることが必要となる。
第８図は、すべり速度vSと粘着力ｆの関係における状態
モード（すべり速度vSと粘着力ｆの変化の状態を表わ
す）A1,A2,B1,B2と、それぞれのモードでのΔvSとΔｆ
の極性を示したものである。モードA1は、Ａ領域にあり
粘着力ｆがfmaxに向つて増加し、すべり速度vSも増加し
ているのでΔvS＞０かつΔｆ＞０であり、fmax点に近づ
くためにさらに動輪軸駆動トルクを増加させる必要があ
る。モードB1は、fmax点を過ぎてＢ領域に突入した状態
で、ｆは減少しvSは増大しているのでΔvS＞０かつΔｆ
＜０であり、Ｂ領域のすべり速度（空転速度）は極力小
さくすることが望ましいので、動輪軸駆動トルクは急速
に減少させる必要がある。モードB2は、モードB1におい
て動輪軸駆動トルクを急減した結果、すべり速度vSが減
少しつつある状態でありΔvS＜０かつΔｆ＞０である。
このモードB2でも、すべり速度vSを減少させる必要があ
る。すべり速度vSを減少させるためには、動輪周速度vM
を減少させればよい。ここで、動輪周速度vMの挙動を検
討するために、（１）式を変形すると、 （２）式より、動輪周速度vMを減少させる（vM＜０）た
めには、当然ながら動輪周駆動力TM/rを粘着力ｆより小
さくすればよいことが分かる。ところで、モードB2で
は、粘着力ｆはすべり速度vSの減少とともに増加するの
で、動輪周駆動力TM/rもTM/r＜ｆを満足するならばvSの
減少とともに増加させてもよい。あるいは、モードB2で
は、vSが時間とともに減少するので、動輪周駆動力TM/r
もTM/r＜ｆを満足するならば時間とともに増加させても
よいと云い換えることができる。モードB2において、動
輪軸駆動トルクをこのように制御することは、たとえば
IfMC＝０とし、おくれ要素25の入力信号減少時の時定数
τ２を適当に大きくすることによつても実現することが
できる。最後に、モードA2は、すべり速度vSがＢ領域を
過ぎてＡ領域まで減少した状態で、ΔvS＜０かつΔｆ＜
０であり、動輪軸駆動トルクは増加させる必要がある。
モード（すべり速度vSと粘着力ｆの変化の状態を表わ
す）A1,A2,B1,B2と、それぞれのモードでのΔvSとΔｆ
の極性を示したものである。モードA1は、Ａ領域にあり
粘着力ｆがfmaxに向つて増加し、すべり速度vSも増加し
ているのでΔvS＞０かつΔｆ＞０であり、fmax点に近づ
くためにさらに動輪軸駆動トルクを増加させる必要があ
る。モードB1は、fmax点を過ぎてＢ領域に突入した状態
で、ｆは減少しvSは増大しているのでΔvS＞０かつΔｆ
＜０であり、Ｂ領域のすべり速度（空転速度）は極力小
さくすることが望ましいので、動輪軸駆動トルクは急速
に減少させる必要がある。モードB2は、モードB1におい
て動輪軸駆動トルクを急減した結果、すべり速度vSが減
少しつつある状態でありΔvS＜０かつΔｆ＞０である。
このモードB2でも、すべり速度vSを減少させる必要があ
る。すべり速度vSを減少させるためには、動輪周速度vM
を減少させればよい。ここで、動輪周速度vMの挙動を検
討するために、（１）式を変形すると、 （２）式より、動輪周速度vMを減少させる（vM＜０）た
めには、当然ながら動輪周駆動力TM/rを粘着力ｆより小
さくすればよいことが分かる。ところで、モードB2で
は、粘着力ｆはすべり速度vSの減少とともに増加するの
で、動輪周駆動力TM/rもTM/r＜ｆを満足するならばvSの
減少とともに増加させてもよい。あるいは、モードB2で
は、vSが時間とともに減少するので、動輪周駆動力TM/r
もTM/r＜ｆを満足するならば時間とともに増加させても
よいと云い換えることができる。モードB2において、動
輪軸駆動トルクをこのように制御することは、たとえば
IfMC＝０とし、おくれ要素25の入力信号減少時の時定数
τ２を適当に大きくすることによつても実現することが
できる。最後に、モードA2は、すべり速度vSがＢ領域を
過ぎてＡ領域まで減少した状態で、ΔvS＜０かつΔｆ＜
０であり、動輪軸駆動トルクは増加させる必要がある。
以上の考察から、動輪軸駆動トルクを減少させるための
制御信号を積極的にIfMCに与える必要があるのはモード
B1、すなわちΔvS＞０かつΔｆ＜０の場合のみであるこ
とが判る。そのようにすれば、前記の実施例において、
レール踏面状態が湿潤から乾燥に変つたときに動輪軸駆
動トルクが一時的に減少するという問題は解決される。
なぜならば、そのような場合、前記のようにモードB2と
同様にΔvS＜０かつΔｆ＞０となり、その場合IfMC＝０
とするので、動輪軸駆動トルクは電流指令Ipにしたがつ
て増加するためである。
制御信号を積極的にIfMCに与える必要があるのはモード
B1、すなわちΔvS＞０かつΔｆ＜０の場合のみであるこ
とが判る。そのようにすれば、前記の実施例において、
レール踏面状態が湿潤から乾燥に変つたときに動輪軸駆
動トルクが一時的に減少するという問題は解決される。
なぜならば、そのような場合、前記のようにモードB2と
同様にΔvS＜０かつΔｆ＞０となり、その場合IfMC＝０
とするので、動輪軸駆動トルクは電流指令Ipにしたがつ
て増加するためである。
第９図に、そのようにした場合の論理演算部の実施例を
示す。図のように、ΔvS＞０かつΔｆ＜０の場合のみI
fMC＝−G1Δf/ΔvSとし、その他の場合はすべてIfMC＝
０としている。
示す。図のように、ΔvS＞０かつΔｆ＜０の場合のみI
fMC＝−G1Δf/ΔvSとし、その他の場合はすべてIfMC＝
０としている。
本実施例においても、ΔvS＞０かつΔｆ＜０におけるI
fMCとしては−G1Δf/ΔvSに限定されるものではなく、
動輪軸駆動トルクを減少させうる信号であれば何でもよ
く、たとえば次のようなものが考えられる。
fMCとしては−G1Δf/ΔvSに限定されるものではなく、
動輪軸駆動トルクを減少させうる信号であれば何でもよ
く、たとえば次のようなものが考えられる。
（１） IfMC＝G2・vS（すべり速度vSに比例） （２） IfMC＝G3・ΔvM（動輪周速度の差分ΔvMあるい
は動輪周加速度ΔvM/Δｔに比例） （３） IfMC＝G4・vS（すべり速度の差分ΔvSあるいは
すべり速度の時間微分値ΔvS/Δｔに比例） （４） IfMC＝G5・Δｆ（粘着力の差分Δｆあるいは粘
着力の時間による微分値Δf/Δｔに比例） （５） IfMC＝C1（一定値） （６） IfMC＝α・Ip（電流指令Ipの一定比率α倍） 第10図は、本実施例における車両速度ｖ、動輪周速度
vM、演算装置fMCの出力信号IfMC、おくれ要素25の出力
信号If及び減算器27の出力信号Ip−Ifの時間的変化の一
例を示したものであり、はじめfmaxが十分大きくIp−If
がIpmaxまで増加し、Ipmaxの値で正常運転中に、粘着力
fmaxが図の一点鎖線のように低下した場所に動輪が進入
して、空転を起こした場合を示したものである。演算装
置fMCの出力信号IfMCは、空転を起こしすべり速度が増
加しているとき（状態モードB1のとき）信号を生じ、お
くれ要素25の出力Ifはおくれ要素25の入力であるIfMCの
増加時は速く増加し、IfMCが減少すると徐々に減少させ
る。減算器27の出力Ip−Ifは図のように変化し、電機子
電流がこのIp−Ifに相当する値になるように制御され
る。図のようにfmaxが階段状に減少した場合、最初の空
転においては動輪周駆動力とfmaxとの差が大きいため空
転速度が比較的大きく、再粘着させるためのIp−Ifの減
少量も大きくなるが、２回目以後の空転は動輪周駆動力
とfmaxとの差が零であるから空転速度を小さくすること
ができ、Ip−Ifをfmax相当の値に十分近づけることがで
きる。レール踏面状態が変つて、fmaxが再び十分大きく
なると、Ip−Ifは円滑に増加しIpmaxの値に達する。こ
のように、本実施例によれば、最大粘着力が増減した場
合にも、円滑に対応して、粘着力がつねに最大粘着力に
近づくように制御されるという特徴がある。
は動輪周加速度ΔvM/Δｔに比例） （３） IfMC＝G4・vS（すべり速度の差分ΔvSあるいは
すべり速度の時間微分値ΔvS/Δｔに比例） （４） IfMC＝G5・Δｆ（粘着力の差分Δｆあるいは粘
着力の時間による微分値Δf/Δｔに比例） （５） IfMC＝C1（一定値） （６） IfMC＝α・Ip（電流指令Ipの一定比率α倍） 第10図は、本実施例における車両速度ｖ、動輪周速度
vM、演算装置fMCの出力信号IfMC、おくれ要素25の出力
信号If及び減算器27の出力信号Ip−Ifの時間的変化の一
例を示したものであり、はじめfmaxが十分大きくIp−If
がIpmaxまで増加し、Ipmaxの値で正常運転中に、粘着力
fmaxが図の一点鎖線のように低下した場所に動輪が進入
して、空転を起こした場合を示したものである。演算装
置fMCの出力信号IfMCは、空転を起こしすべり速度が増
加しているとき（状態モードB1のとき）信号を生じ、お
くれ要素25の出力Ifはおくれ要素25の入力であるIfMCの
増加時は速く増加し、IfMCが減少すると徐々に減少させ
る。減算器27の出力Ip−Ifは図のように変化し、電機子
電流がこのIp−Ifに相当する値になるように制御され
る。図のようにfmaxが階段状に減少した場合、最初の空
転においては動輪周駆動力とfmaxとの差が大きいため空
転速度が比較的大きく、再粘着させるためのIp−Ifの減
少量も大きくなるが、２回目以後の空転は動輪周駆動力
とfmaxとの差が零であるから空転速度を小さくすること
ができ、Ip−Ifをfmax相当の値に十分近づけることがで
きる。レール踏面状態が変つて、fmaxが再び十分大きく
なると、Ip−Ifは円滑に増加しIpmaxの値に達する。こ
のように、本実施例によれば、最大粘着力が増減した場
合にも、円滑に対応して、粘着力がつねに最大粘着力に
近づくように制御されるという特徴がある。
本実施例のおくれ要素25は、状態モードB2において、動
輪軸駆動トルクを徐々に増加させることを主目的として
設けたもので、動輪軸駆動トルクを減少させるための制
御信号IfMCが生じている間は出力を速やかに増加し、I
fMCが零のとき出力を徐々に減少させる演算器であれば
よく、演算器増幅器を用いてそのような演算を行なうこ
とができ、マイクロプロセツサによりそのような演算を
行なうことも容易であり、該演算結果をIfとして減算器
27に入力すればよい。
輪軸駆動トルクを徐々に増加させることを主目的として
設けたもので、動輪軸駆動トルクを減少させるための制
御信号IfMCが生じている間は出力を速やかに増加し、I
fMCが零のとき出力を徐々に減少させる演算器であれば
よく、演算器増幅器を用いてそのような演算を行なうこ
とができ、マイクロプロセツサによりそのような演算を
行なうことも容易であり、該演算結果をIfとして減算器
27に入力すればよい。
以上の実施例では、空転抑制制御の方法として電流制御
装置の入力信号を制御する場合について説明したが、こ
の方法では一つの電流制御装置により複数個の電動機を
制御するような電気車においては、各電動機毎に粘着力
が最大になるように制御することが困難である。そのよ
うな場合に、各電動機毎に粘着力が最大になるように制
御する実施例について次に述べる。
装置の入力信号を制御する場合について説明したが、こ
の方法では一つの電流制御装置により複数個の電動機を
制御するような電気車においては、各電動機毎に粘着力
が最大になるように制御することが困難である。そのよ
うな場合に、各電動機毎に粘着力が最大になるように制
御する実施例について次に述べる。
第11図は、１組のチヨツパ制御装置CHに対して、２個の
電動機を直列に接続して用いる場合の実施例を示してい
る。図において、S1,S2は電動機界磁巻線F1,F2に並列に
接続された半導体スイツチであり、本実施例ではゲート
によりオン，オフ可能なゲートターンオフサイリスタ
（GTO）を用いているが、トランジスタやサイリスタチ
ヨツパを用いることもできる。該半導体スイツチS1,S2
の点弧あるいは消弧位相角を移相器APS1,APS2により制
御する。該移相器APS1,APS2には、それぞれ演算装置fMC
1,fMC2の出力がおくれ要素251,252を介して入力され
る。移相器APS1,APS2は入力が大きいほど半導体スイツ
チS1,S2の通流率が大きくなるように点弧あるいは消弧
位相角を制御し、電動機界磁電流を半導体スイツチS1,S
2に分流し、空転した電動機の界磁を弱め電動機のトル
クすなわち動輪軸駆動トルクを減少させるものである。
RF1,RF2は界磁分路抵抗であり、半導体スイツチS1,S2の
オン，オフにより発生するサージ電圧を吸収する抵抗器
である。演算装置fMC1,fMC2は前記実施例と同様である
が、動輪軸駆動トルクを演算するために、本実施例では
電動機界磁電流IF1,IF2の値を知る必要があるので、変
流器CTF1,CTF2により、それぞれの界磁電流IF1,IF2を検
出しそれぞれの演算装置fMC1,fMC2に入力している。
又、電機子電流IMは、第１図の実施例と最く同様に、電
流指令Ipに相当する値になるように制御される。以上の
ように、各電動機毎に粘着力を最大にする制御信号を得
るための演算を行い、空転時に空転電動機の界磁を弱め
空転電動機を有する動輪軸の駆動トルクを減少させるこ
とにより、電動機が２個直列に接続されている場合で
も、各電動機毎に粘着力がつねに夫々の最大粘着力に近
づくように制御することができる。
電動機を直列に接続して用いる場合の実施例を示してい
る。図において、S1,S2は電動機界磁巻線F1,F2に並列に
接続された半導体スイツチであり、本実施例ではゲート
によりオン，オフ可能なゲートターンオフサイリスタ
（GTO）を用いているが、トランジスタやサイリスタチ
ヨツパを用いることもできる。該半導体スイツチS1,S2
の点弧あるいは消弧位相角を移相器APS1,APS2により制
御する。該移相器APS1,APS2には、それぞれ演算装置fMC
1,fMC2の出力がおくれ要素251,252を介して入力され
る。移相器APS1,APS2は入力が大きいほど半導体スイツ
チS1,S2の通流率が大きくなるように点弧あるいは消弧
位相角を制御し、電動機界磁電流を半導体スイツチS1,S
2に分流し、空転した電動機の界磁を弱め電動機のトル
クすなわち動輪軸駆動トルクを減少させるものである。
RF1,RF2は界磁分路抵抗であり、半導体スイツチS1,S2の
オン，オフにより発生するサージ電圧を吸収する抵抗器
である。演算装置fMC1,fMC2は前記実施例と同様である
が、動輪軸駆動トルクを演算するために、本実施例では
電動機界磁電流IF1,IF2の値を知る必要があるので、変
流器CTF1,CTF2により、それぞれの界磁電流IF1,IF2を検
出しそれぞれの演算装置fMC1,fMC2に入力している。
又、電機子電流IMは、第１図の実施例と最く同様に、電
流指令Ipに相当する値になるように制御される。以上の
ように、各電動機毎に粘着力を最大にする制御信号を得
るための演算を行い、空転時に空転電動機の界磁を弱め
空転電動機を有する動輪軸の駆動トルクを減少させるこ
とにより、電動機が２個直列に接続されている場合で
も、各電動機毎に粘着力がつねに夫々の最大粘着力に近
づくように制御することができる。
第11図の実施例では、電動機が２個直列接続されている
としたが、電動機が並列であつても、更に、直列，並列
の個数には限定されず、各電動機毎に第11図と同様の界
磁分路用装置を設けることにより同様の効果が期待でき
る。又、第11図では、界磁分路により界磁を弱める代り
に電機子を抵抗及び半導体スイツチにより分路すること
によつても同様の制御が可能である。さらに、演算装置
fMCの出力によりリレーを動作させ、該リレーにより空
転した動輪にブレーキを作動させるという方法も採用で
きる。
としたが、電動機が並列であつても、更に、直列，並列
の個数には限定されず、各電動機毎に第11図と同様の界
磁分路用装置を設けることにより同様の効果が期待でき
る。又、第11図では、界磁分路により界磁を弱める代り
に電機子を抵抗及び半導体スイツチにより分路すること
によつても同様の制御が可能である。さらに、演算装置
fMCの出力によりリレーを動作させ、該リレーにより空
転した動輪にブレーキを作動させるという方法も採用で
きる。
以上の実施例では、動輪軸駆動トルクを減少させるとき
にのみ演算装置fMCの出力IfMCに信号を与え、動輪軸駆
動トルクを増加させるときは、電流指令Ipを用いるよう
にした実施例を説明したが、次に、動輪軸駆動トルクを
増加させるときにもIfMCに信号を与え、つねに粘着力ｆ
が最大粘着力fmaxに収束するようにした実施例について
説明する。
にのみ演算装置fMCの出力IfMCに信号を与え、動輪軸駆
動トルクを増加させるときは、電流指令Ipを用いるよう
にした実施例を説明したが、次に、動輪軸駆動トルクを
増加させるときにもIfMCに信号を与え、つねに粘着力ｆ
が最大粘着力fmaxに収束するようにした実施例について
説明する。
第12図に、上記のような実施例の全体構成図を示す。第
１図と異なる部分について次に説明する。演算装置fMC
は、動輪周速度vM、車両速度ｖ、電機子電流IMのほか
に、後述の電流指令IMp3及び限流値指令ILを用いて、後
述のような粘着力を最大にする制御信号を得るための演
算を行い、演算結果として制御信号IfMCを出力する。該
制御信号IfMCは積分器31に入力され、積分演算されて電
流指令IMp2となる。加算器35で、電流指令発生器32の出
力である電流指令IMp1と前記電流指令IMp2が加算され、
加算器35の出力である電流指令IMp3は低位優先回路33に
入力される。低位優先回路33は該電流指令IMp3と限流値
指令発生器34の出力である限流値指令ILを比較し、いず
れか小さい方を電流指令IMpとして出力する。減算器36
でこの電流指令IMpと電機子電流IMとの偏差IMp−IMが算
出される。電流制御装置ACRは、この偏差に応じてチヨ
ツパCHの通流率を制御する。その結果、電機子電流IMが
電流指令IMpに相当する値になるように制御され、電動
機のトルクすなわち動輪軸駆動トルクが制御される。電
流指令IMp1は電動機電流を立上げるための電流指令であ
り、通常のレール踏面状態ではほとんど空転が生じない
程度の動輪軸駆動トルクを与えるような値とする。
１図と異なる部分について次に説明する。演算装置fMC
は、動輪周速度vM、車両速度ｖ、電機子電流IMのほか
に、後述の電流指令IMp3及び限流値指令ILを用いて、後
述のような粘着力を最大にする制御信号を得るための演
算を行い、演算結果として制御信号IfMCを出力する。該
制御信号IfMCは積分器31に入力され、積分演算されて電
流指令IMp2となる。加算器35で、電流指令発生器32の出
力である電流指令IMp1と前記電流指令IMp2が加算され、
加算器35の出力である電流指令IMp3は低位優先回路33に
入力される。低位優先回路33は該電流指令IMp3と限流値
指令発生器34の出力である限流値指令ILを比較し、いず
れか小さい方を電流指令IMpとして出力する。減算器36
でこの電流指令IMpと電機子電流IMとの偏差IMp−IMが算
出される。電流制御装置ACRは、この偏差に応じてチヨ
ツパCHの通流率を制御する。その結果、電機子電流IMが
電流指令IMpに相当する値になるように制御され、電動
機のトルクすなわち動輪軸駆動トルクが制御される。電
流指令IMp1は電動機電流を立上げるための電流指令であ
り、通常のレール踏面状態ではほとんど空転が生じない
程度の動輪軸駆動トルクを与えるような値とする。
演算装置fMCは、第６図とほぼ同様である。第６図と異
なる点は、端子29から限流値指令ILを取込み、端子30か
ら電流指令IMp3を取込み、それぞれAD変換して論理演算
に用いることである。
なる点は、端子29から限流値指令ILを取込み、端子30か
ら電流指令IMp3を取込み、それぞれAD変換して論理演算
に用いることである。
第13図は、本実施例における演算装置fMCの論理演算部
のフローチヤートである。図のように、すべり速度の差
分ΔvS及び粘着力の差分Δｆの極性から状態モードがA
1,A2,B1,B2のいずれであるかを判別する（A1,A2,B1,B2
は第８図参照）。状態モードがA1及びA2でIMp3＜ILのと
きは、IfMC＝G7Δf/ΔvS（ただし、G7はゲインを表わす
正の定数であり、Ａ領域であるからΔf/ΔvSは正）と
し、電流指令IfMCを増加させる。すなわち動輪軸駆動ト
ルクを増加させ粘着力ｆを最大粘着力fmaxに近づける。
状態モードがA1及びA2でIMp3≧ILのときは、IfMC＝０と
して、電流指令IMp2を一定に保ち電流指令IMp3が限流値
指令ILより大きくならないように過積分防止を施してお
く。これにより、限流値指令ILに等しい電流指令IMpに
より運転中に、fmaxが低いレール踏面状態の場所に車両
が進入し空転を起した場合（Ｂ領域に入つた場合）に、
直ち電流指令IMpを減少させ空転を抑制しうるものであ
る。状態モードB1では、IfMC＝G6Δf/ΔvS（ただし、G6
はゲインを表わす正の定数であり、Ｂ領域であるからΔ
f/ΔvSは負）とし、電流指令IMp2を急減させる。すなわ
ち、動輪軸駆動トルクを急減し、Ｂ領域でもすべり速度
が極力小さくなるようにする。状態モードB2でも、IMp3
≧ILのときは過積分防止のためIfMC＝０とし、IMp3＜IL
のときはIfMC＝−GSΔf/ΔvS（ただし、GSはゲインを表
わす正の定数である。Ｂ領域であるからΔf/ΔvSは負で
ありIfMCは正）とし、電流指令IMp2を徐々に増加させ
る。すなわち、動輪周駆動力TM/rが粘着力ｆより大きく
ならない程度に徐々に増加させる。このように状態モー
ドB2で動輪軸駆動トルクを徐々に増加させる理由は、前
記第９図の実施例と同様に、レール踏面が湿潤状態から
乾燥状態に変化した場合に粘着力ｆを円滑に新しいfmax
点に近づけるようにするためである。
のフローチヤートである。図のように、すべり速度の差
分ΔvS及び粘着力の差分Δｆの極性から状態モードがA
1,A2,B1,B2のいずれであるかを判別する（A1,A2,B1,B2
は第８図参照）。状態モードがA1及びA2でIMp3＜ILのと
きは、IfMC＝G7Δf/ΔvS（ただし、G7はゲインを表わす
正の定数であり、Ａ領域であるからΔf/ΔvSは正）と
し、電流指令IfMCを増加させる。すなわち動輪軸駆動ト
ルクを増加させ粘着力ｆを最大粘着力fmaxに近づける。
状態モードがA1及びA2でIMp3≧ILのときは、IfMC＝０と
して、電流指令IMp2を一定に保ち電流指令IMp3が限流値
指令ILより大きくならないように過積分防止を施してお
く。これにより、限流値指令ILに等しい電流指令IMpに
より運転中に、fmaxが低いレール踏面状態の場所に車両
が進入し空転を起した場合（Ｂ領域に入つた場合）に、
直ち電流指令IMpを減少させ空転を抑制しうるものであ
る。状態モードB1では、IfMC＝G6Δf/ΔvS（ただし、G6
はゲインを表わす正の定数であり、Ｂ領域であるからΔ
f/ΔvSは負）とし、電流指令IMp2を急減させる。すなわ
ち、動輪軸駆動トルクを急減し、Ｂ領域でもすべり速度
が極力小さくなるようにする。状態モードB2でも、IMp3
≧ILのときは過積分防止のためIfMC＝０とし、IMp3＜IL
のときはIfMC＝−GSΔf/ΔvS（ただし、GSはゲインを表
わす正の定数である。Ｂ領域であるからΔf/ΔvSは負で
ありIfMCは正）とし、電流指令IMp2を徐々に増加させ
る。すなわち、動輪周駆動力TM/rが粘着力ｆより大きく
ならない程度に徐々に増加させる。このように状態モー
ドB2で動輪軸駆動トルクを徐々に増加させる理由は、前
記第９図の実施例と同様に、レール踏面が湿潤状態から
乾燥状態に変化した場合に粘着力ｆを円滑に新しいfmax
点に近づけるようにするためである。
状態モードB2においてもB1と同様にIfMC＝G6Δf/ΔvSと
することもでき、その場合は状態モードB2でも電流指令
IMp2を減少させることになり、空転をより確実に抑制で
きる効果はあるが、レール踏面が湿潤状態から乾燥状態
に変つたようなときに一時的に電動機電流が減少すると
いう欠点がある。
することもでき、その場合は状態モードB2でも電流指令
IMp2を減少させることになり、空転をより確実に抑制で
きる効果はあるが、レール踏面が湿潤状態から乾燥状態
に変つたようなときに一時的に電動機電流が減少すると
いう欠点がある。
第14図は、上記実施例の各電流指令IMp1,IMp2,IMp、車
両速度ｖ及び動輪周速度vMの時間的変化をIMp3＜ILの場
合について示したものである。電流指令IMp1は、前記の
ように通常のレール踏面状態ではほとんど空転が生じな
い程度の小さい動輪軸駆動トルクに相当する値である。
この電流指令IMp1により電動機電流IMが立上り、それに
より粘着力ｆ及びすべり速度vSが発生する。はじめ状態
モードA1でΔf/ΔvSは比較的大きいので、電流指令IMp2
は時間とともに増加し、動輪軸駆動トルクTMを増大させ
る。そして、粘着力ｆが最大値fmaxに近づくとΔf/ΔvS
が減少し、それに応じて電流指令IMp2の増加率が減少
し、粘着力ｆがfmaxの点でΔf/ΔvS＝０となり、電流指
令IMp2の増加率が零となる。すなわち、電流指令IMp2は
fmax相当の値に収束する。その状態で、仮りに粘着条件
の一時的変化により、空転が生じ状態モードB1になると
電流指令IMp2が急減し動輪軸駆動トルクが急減する。そ
の結果、すべり速度が減少に転じ状態モードB2になる。
状態モードB2では、前記のように電流指令IMp2を徐々に
増加させ動輪軸駆動トルクが徐々に増加するので、すべ
り速度は減少しつづける。すべり速度がｆ＝fmaxとなる
すべり速度より小さくなり状態モードA2になると、速や
かにIMp2を増大させるので、すべり速度は再び増加に転
じ状態モードA1となり、電流指令IMp2は増加をつづけ、
最大粘着力fmaxを与えるΔf/ΔvS＝０のところに再び収
束する。電流指令IMpは、IMp1とIMp2の和であり（IMp3
＜ILの条件下で）、これにより上記のように動輪軸駆動
トルクが制御され、動輪は最大粘着力fmaxを与えるすべ
り速度をもつて加速されることになる。次に、レールが
乾燥状態のようにfmaxが十分大きい場合には、電流指令
IMpは限流値指令ILまで増加をつづけ、ILに達すると、
そのあとは第12図の低位優先回路33によりIMpはILに一
定に保たれる。そのとき、IMp3≧ILであるから、前記の
過積分防止によりIfMC＝０とされ、IMp3もILに一定に保
たれている。その状態において、粘着条件が悪化して空
転を起こし状態モードB1に入るとIfMCが負となり電流指
令IMp2が減少しIMp3が減少する。その結果、すぐにIMp3
＜ILとなり、電流指令IMpはIMp3となるのでIMpが減少し
空転は速やかに抑制される。前記の過積分防止は、この
ような場合を想定して設けられたものである。
両速度ｖ及び動輪周速度vMの時間的変化をIMp3＜ILの場
合について示したものである。電流指令IMp1は、前記の
ように通常のレール踏面状態ではほとんど空転が生じな
い程度の小さい動輪軸駆動トルクに相当する値である。
この電流指令IMp1により電動機電流IMが立上り、それに
より粘着力ｆ及びすべり速度vSが発生する。はじめ状態
モードA1でΔf/ΔvSは比較的大きいので、電流指令IMp2
は時間とともに増加し、動輪軸駆動トルクTMを増大させ
る。そして、粘着力ｆが最大値fmaxに近づくとΔf/ΔvS
が減少し、それに応じて電流指令IMp2の増加率が減少
し、粘着力ｆがfmaxの点でΔf/ΔvS＝０となり、電流指
令IMp2の増加率が零となる。すなわち、電流指令IMp2は
fmax相当の値に収束する。その状態で、仮りに粘着条件
の一時的変化により、空転が生じ状態モードB1になると
電流指令IMp2が急減し動輪軸駆動トルクが急減する。そ
の結果、すべり速度が減少に転じ状態モードB2になる。
状態モードB2では、前記のように電流指令IMp2を徐々に
増加させ動輪軸駆動トルクが徐々に増加するので、すべ
り速度は減少しつづける。すべり速度がｆ＝fmaxとなる
すべり速度より小さくなり状態モードA2になると、速や
かにIMp2を増大させるので、すべり速度は再び増加に転
じ状態モードA1となり、電流指令IMp2は増加をつづけ、
最大粘着力fmaxを与えるΔf/ΔvS＝０のところに再び収
束する。電流指令IMpは、IMp1とIMp2の和であり（IMp3
＜ILの条件下で）、これにより上記のように動輪軸駆動
トルクが制御され、動輪は最大粘着力fmaxを与えるすべ
り速度をもつて加速されることになる。次に、レールが
乾燥状態のようにfmaxが十分大きい場合には、電流指令
IMpは限流値指令ILまで増加をつづけ、ILに達すると、
そのあとは第12図の低位優先回路33によりIMpはILに一
定に保たれる。そのとき、IMp3≧ILであるから、前記の
過積分防止によりIfMC＝０とされ、IMp3もILに一定に保
たれている。その状態において、粘着条件が悪化して空
転を起こし状態モードB1に入るとIfMCが負となり電流指
令IMp2が減少しIMp3が減少する。その結果、すぐにIMp3
＜ILとなり、電流指令IMpはIMp3となるのでIMpが減少し
空転は速やかに抑制される。前記の過積分防止は、この
ような場合を想定して設けられたものである。
以上のように、本実施例の制御装置の場合には、粘着力
はつねに最大値fmaxに収束するので、空転を起こす頻度
が少なくなるという長所がある。
はつねに最大値fmaxに収束するので、空転を起こす頻度
が少なくなるという長所がある。
なお、第13図の論理演算の実施例ではIfMCとしてΔf/Δ
vSに比例した信号を与えたが、これに限定されず、状態
モードA1及びA2では比較的速く電流指令IMp2を増加し、
状態モードB1では比較的速く電流指令IMp2を減少し、状
態モードB2では徐々に電流指令IMp2を増加するような信
号であれば何でもよい。たとえば、状態モードB1に対し
ては、次のようなものが考えられる。
vSに比例した信号を与えたが、これに限定されず、状態
モードA1及びA2では比較的速く電流指令IMp2を増加し、
状態モードB1では比較的速く電流指令IMp2を減少し、状
態モードB2では徐々に電流指令IMp2を増加するような信
号であれば何でもよい。たとえば、状態モードB1に対し
ては、次のようなものが考えられる。
（１） IfMC＝−G9・vS（すべり速度vSに比例） （２） IfMC＝−G10・ΔvM（動輪周速度の差分ΔvMあ
るいは動輪周加速度ΔvM/Δｔに比例） （３） IfMC＝−G11ΔvS（すべり速度の差分ΔvSある
いはすべり速度の時間による微分値ΔvS/Δｔに比例） （４） IfMC＝−G12・Δｆ（粘着力の差分Δｆあるい
は粘着力の時間による微分値Δf/Δｔに比例） （５） IfMC＝−G2（一定値） 状態モードB2に対しては、次のようなものが考えられ
る。
るいは動輪周加速度ΔvM/Δｔに比例） （３） IfMC＝−G11ΔvS（すべり速度の差分ΔvSある
いはすべり速度の時間による微分値ΔvS/Δｔに比例） （４） IfMC＝−G12・Δｆ（粘着力の差分Δｆあるい
は粘着力の時間による微分値Δf/Δｔに比例） （５） IfMC＝−G2（一定値） 状態モードB2に対しては、次のようなものが考えられ
る。
（１） IfMC＝−G13・vS（すべり速度に比例） （２） IfMC＝−G14・ΔvM（動輪周速度の差分ΔvMあ
るいは動輪周加速度ΔvM/Δｔに比例） （３） IfMC＝−G15・ΔvS（すべり速度の差分ΔvSあ
るいはすべり速度の時間による微分値ΔvS/Δｔに比
例） （４） IfMC＝−G16・Δｆ（粘着力の差分Δｆあるい
は粘着力の時間による微分値Δf/Δｔに比例） （５） IfMC＝C3（一定値） 状態モードA1及びA2に関しては、次のようなものが考え
られる。
るいは動輪周加速度ΔvM/Δｔに比例） （３） IfMC＝−G15・ΔvS（すべり速度の差分ΔvSあ
るいはすべり速度の時間による微分値ΔvS/Δｔに比
例） （４） IfMC＝−G16・Δｆ（粘着力の差分Δｆあるい
は粘着力の時間による微分値Δf/Δｔに比例） （５） IfMC＝C3（一定値） 状態モードA1及びA2に関しては、次のようなものが考え
られる。
（１） IfMC＝−G17・｜Δf|・（粘着力の差分Δｆの
絶対値、あるいは粘着力の時間による微分値Δf/Δｔの
絶対値に比例） （２） IfMC＝C4（一定値） 第15図は、第11図の実施例に対応するもので、第11図で
は各電動機の界磁巻線に設けた界磁分路用半導体スイツ
チを界磁弱め制御にのみ用いたのに対して、第15図の実
施例では界磁強め制御もできるようにして各電動機ごと
に、粘着力が最大粘着力に収束するようにしたものであ
る。図のように各電動機の界磁巻線F1,F2に並列に界磁
制御器FC1,FC2を設け、これにより各電動機のトルクを
任意に制御できるようにしてある。界磁制御器FC1,FC2
は、その内部構成が同一であり、FC1についてその構成
を説明すると、直流電源EF1と半導体スイツチS1〜S4及
び界磁分路抵抗RF1とから構成され、半導体スイツチS2,
S3のオンにより強め界磁制御、半導体スイツチS1,S4の
オンにより弱め界磁制御を行うものである。演算装置fM
C1及びfMC2が夫々の電動機に対応して設けてある。演算
装置fMC1を例にとりその作用を説明すると、演算装置fM
C1は、電機子電流IM、界磁電流IF1、動輪周速度vM1、及
び車両速度ｖを入力して、第６図と同様の演算を行ない
電機子A1により駆動される動輪軸の粘着力を最大にする
ための制御信号IfMCを出力する。なお、演算装置fMC1お
よびfMC2の論理演算部は、第13図から電流指令IMp3及び
限流値指令ILの大小判別の部分を除いた第16図のように
することができる。すなわち、状態モードA1,A2及びB2
では演算装置の出力信号IfMCをΔf/ΔvSに比例した正の
値とし、状態モードB1ではIfMCをΔf/ΔvSに比例した負
の値とし、それぞれの状態モードにおけるゲインG6,G7,
G8はそれぞれの状態モードに応じて最適値に選定する。
この論理演算の結果はDA変換して、演算装置fMC1の出力
として端子221を介して出力し、積分器311に入力する。
該積分器311の出力は界磁制御用移相器APS1に与えら
れ、積分器311の出力が正の範囲では半導体スイツチS2,
S3が、また積分器311の出力が負の範囲では半導体スイ
ツチS1,S4が、それぞれ積分器311の出力の値に応じて位
相制御される。したがつて、状態モードA1,A2では、電
動機界磁を強め動輪軸駆動トルクを増加し、また状態モ
ードR1では電動機界磁を弱め動輪軸駆動トルクを減少さ
せて空転を抑制し、状態モードB2では徐徐に電動機界磁
を強め動輪軸駆動トルクを徐々に増加する。
絶対値、あるいは粘着力の時間による微分値Δf/Δｔの
絶対値に比例） （２） IfMC＝C4（一定値） 第15図は、第11図の実施例に対応するもので、第11図で
は各電動機の界磁巻線に設けた界磁分路用半導体スイツ
チを界磁弱め制御にのみ用いたのに対して、第15図の実
施例では界磁強め制御もできるようにして各電動機ごと
に、粘着力が最大粘着力に収束するようにしたものであ
る。図のように各電動機の界磁巻線F1,F2に並列に界磁
制御器FC1,FC2を設け、これにより各電動機のトルクを
任意に制御できるようにしてある。界磁制御器FC1,FC2
は、その内部構成が同一であり、FC1についてその構成
を説明すると、直流電源EF1と半導体スイツチS1〜S4及
び界磁分路抵抗RF1とから構成され、半導体スイツチS2,
S3のオンにより強め界磁制御、半導体スイツチS1,S4の
オンにより弱め界磁制御を行うものである。演算装置fM
C1及びfMC2が夫々の電動機に対応して設けてある。演算
装置fMC1を例にとりその作用を説明すると、演算装置fM
C1は、電機子電流IM、界磁電流IF1、動輪周速度vM1、及
び車両速度ｖを入力して、第６図と同様の演算を行ない
電機子A1により駆動される動輪軸の粘着力を最大にする
ための制御信号IfMCを出力する。なお、演算装置fMC1お
よびfMC2の論理演算部は、第13図から電流指令IMp3及び
限流値指令ILの大小判別の部分を除いた第16図のように
することができる。すなわち、状態モードA1,A2及びB2
では演算装置の出力信号IfMCをΔf/ΔvSに比例した正の
値とし、状態モードB1ではIfMCをΔf/ΔvSに比例した負
の値とし、それぞれの状態モードにおけるゲインG6,G7,
G8はそれぞれの状態モードに応じて最適値に選定する。
この論理演算の結果はDA変換して、演算装置fMC1の出力
として端子221を介して出力し、積分器311に入力する。
該積分器311の出力は界磁制御用移相器APS1に与えら
れ、積分器311の出力が正の範囲では半導体スイツチS2,
S3が、また積分器311の出力が負の範囲では半導体スイ
ツチS1,S4が、それぞれ積分器311の出力の値に応じて位
相制御される。したがつて、状態モードA1,A2では、電
動機界磁を強め動輪軸駆動トルクを増加し、また状態モ
ードR1では電動機界磁を弱め動輪軸駆動トルクを減少さ
せて空転を抑制し、状態モードB2では徐徐に電動機界磁
を強め動輪軸駆動トルクを徐々に増加する。
以上のように、本実施例では第12図の実施例と同様の制
御を界磁制御により行なうもので、一つの電流制御装置
により複数個の電動機を制御する電気車に適用すること
により、各電動機毎に粘着力を最大粘着力を収束させる
ことができるという長所がある。
御を界磁制御により行なうもので、一つの電流制御装置
により複数個の電動機を制御する電気車に適用すること
により、各電動機毎に粘着力を最大粘着力を収束させる
ことができるという長所がある。
第17図は、一つのチヨツパ装置CHによつて３個の並列接
続された電動機を駆動する電動機回路に対する実施例を
示したものである。たとえば、６軸の各軸駆動機関車の
場合には、電動機を３個ずつの２群に分け、各群にチヨ
ツパ装置を設け各群ごとに独立に制御する方式をとる場
合が多い。第17図は、そのような電気車を対象にした実
施例を示したもので、２群のうちの１群を示している。
図において、A1,A2,A3は各電動機の電機子、F1,F2,F3は
各電動機の界磁巻線である。図のように第３個の電動機
が並列に接続されており、それが一つのチヨツパ装置CH
により駆動されている。DF1,DF2,DF3は各電動機に対応
するフリーホイールダイオードである。GVM1,GVM2,GVM3
は各電動機の電機子A1,A2,A3に取付けられた速度発電機
であり、夫々の出力vM1,vM2,vM3は夫々の電動機により
駆動される動輪軸の動輪周速度に相当する。41は最大値
検出回路であり、入力信号vM1,vM2,vM3のうちの最大値
をvMとして出力し、第１図の実施例における動輪周速度
vMとして使用する。44は他群の動輪周速度の最小値検出
回路（図示せず）の出力信号であり、他群の動輪周速度
vM4,vM5,vM6の最小値に相当する。40は最小値検出回路
であり、入力信号であるvM1,vM2,vM3及び他群の最小動
輪周速度44のうちの最小値、すなわち電気車の全動輪軸
の最小動輪周速度をｖとして出力し、第１図の実施例に
おける車両速度ｖとして使用する。CT1,CT2,CT3、各電
動機の電機子電流IM1,IM2,IM3を検出する変流器、42は
最小値検出回路であり、入力信号IM1,IM2,IM3のうちの
最小値をIMとして出力し、第１図の実施例における電機
子電流IMとして使用する。演算装置fMC、おくれ要素2
5、電流指令発生器26等は第１図と同じである。減算器2
8に加えられる電機子電流フイードバツク値を最小値検
出回路42の出力すなわち各電動機の電機子電流IM1,IM2,
IM3のうちの最小値としているが、IM1,IM2,IM3のうちの
最大値又は平均値（IM1＋IM2＋IM3）/3としてもよい。
続された電動機を駆動する電動機回路に対する実施例を
示したものである。たとえば、６軸の各軸駆動機関車の
場合には、電動機を３個ずつの２群に分け、各群にチヨ
ツパ装置を設け各群ごとに独立に制御する方式をとる場
合が多い。第17図は、そのような電気車を対象にした実
施例を示したもので、２群のうちの１群を示している。
図において、A1,A2,A3は各電動機の電機子、F1,F2,F3は
各電動機の界磁巻線である。図のように第３個の電動機
が並列に接続されており、それが一つのチヨツパ装置CH
により駆動されている。DF1,DF2,DF3は各電動機に対応
するフリーホイールダイオードである。GVM1,GVM2,GVM3
は各電動機の電機子A1,A2,A3に取付けられた速度発電機
であり、夫々の出力vM1,vM2,vM3は夫々の電動機により
駆動される動輪軸の動輪周速度に相当する。41は最大値
検出回路であり、入力信号vM1,vM2,vM3のうちの最大値
をvMとして出力し、第１図の実施例における動輪周速度
vMとして使用する。44は他群の動輪周速度の最小値検出
回路（図示せず）の出力信号であり、他群の動輪周速度
vM4,vM5,vM6の最小値に相当する。40は最小値検出回路
であり、入力信号であるvM1,vM2,vM3及び他群の最小動
輪周速度44のうちの最小値、すなわち電気車の全動輪軸
の最小動輪周速度をｖとして出力し、第１図の実施例に
おける車両速度ｖとして使用する。CT1,CT2,CT3、各電
動機の電機子電流IM1,IM2,IM3を検出する変流器、42は
最小値検出回路であり、入力信号IM1,IM2,IM3のうちの
最小値をIMとして出力し、第１図の実施例における電機
子電流IMとして使用する。演算装置fMC、おくれ要素2
5、電流指令発生器26等は第１図と同じである。減算器2
8に加えられる電機子電流フイードバツク値を最小値検
出回路42の出力すなわち各電動機の電機子電流IM1,IM2,
IM3のうちの最小値としているが、IM1,IM2,IM3のうちの
最大値又は平均値（IM1＋IM2＋IM3）/3としてもよい。
以上のように、本実施例では、全動輪軸の動輪周速度の
最小値を車両速度ｖとし、各群の動輪軸の動輪周速度の
最大値を動輪周速度vMとし、各群の電動機電機子電流の
最小値を電機子電流IMとして、すべり速度vS、粘着力
ｆ、すべり速度の差分ΔvS及び粘着力の差分Δｆを前記
第１図の実施例の説明において述べた方法により求め、
第１図の実施例と同様にして、粘着力ｆがつねに最大値
に近づくように制御するものである。各群の動輪周速度
の最大値及び電機子電流の最小値は、すべり速度が最大
の動輪軸に関する夫々の値とみなしうるので、本実施例
は、すべり速度が最大となる動輪軸を代表として選び、
その動輪軸の粘着力を最大値に近づけるように制御する
ものである。同一群に属する動輪軸に関しては、各動輪
軸間の粘着力、特に粘着力が最大となるすべり速度の差
は一般に小さいので、このような方法によつても同一群
内の各動輪軸の粘着力をほぼ最大値に近づけることがで
きる。本実施例によれば装置が簡単かつ安価となるとい
う長所がある。なお、第17図の動輪周速度の最小値検出
回路40の出力ｖ、動輪周速度の最大値検出回路41の出力
vM及び電機子電流の最小値検出回路42の出力IMを第12図
の実施例のv,vM、及びIMとして使用して、第12図と同様
の制御装置を構成することもできる。
最小値を車両速度ｖとし、各群の動輪軸の動輪周速度の
最大値を動輪周速度vMとし、各群の電動機電機子電流の
最小値を電機子電流IMとして、すべり速度vS、粘着力
ｆ、すべり速度の差分ΔvS及び粘着力の差分Δｆを前記
第１図の実施例の説明において述べた方法により求め、
第１図の実施例と同様にして、粘着力ｆがつねに最大値
に近づくように制御するものである。各群の動輪周速度
の最大値及び電機子電流の最小値は、すべり速度が最大
の動輪軸に関する夫々の値とみなしうるので、本実施例
は、すべり速度が最大となる動輪軸を代表として選び、
その動輪軸の粘着力を最大値に近づけるように制御する
ものである。同一群に属する動輪軸に関しては、各動輪
軸間の粘着力、特に粘着力が最大となるすべり速度の差
は一般に小さいので、このような方法によつても同一群
内の各動輪軸の粘着力をほぼ最大値に近づけることがで
きる。本実施例によれば装置が簡単かつ安価となるとい
う長所がある。なお、第17図の動輪周速度の最小値検出
回路40の出力ｖ、動輪周速度の最大値検出回路41の出力
vM及び電機子電流の最小値検出回路42の出力IMを第12図
の実施例のv,vM、及びIMとして使用して、第12図と同様
の制御装置を構成することもできる。
以上は、粘着力ｆを求める方法として、動輪軸駆動トル
クTMを電機子電流から求め、それと動輪周加速度Ｍを
用いて（１）式により算出する方法を用いた場合につい
て説明した。しかし、駆動軸系に作用する力、あるいは
トルクを直接検出する方法を用いることも可能である。
次に、その方法の一例について説明する。第18図は、電
車で多用されている駆動装置の模型図である。第18図
で、50は電動機であり、台車枠51に固定されている。電
動機が発生するトルクによつてピニオン52と大歯車53の
歯面間にかみ合力Fgが生じ、それにより動輪10がレール
12上を駆動される。かみ合力Fgの反力はピニオン軸の位
置において歯車箱54に作用し、該反力は歯車箱54を支え
ている車軸55と歯車箱吊り棒56とで支えている。したが
つて、歯車箱吊り棒56の荷重をロードセル57で検出すれ
ば、かみ合力Fgが求められる。動輪軸に作用する力の関
係から次の運動方程式が得られる。
クTMを電機子電流から求め、それと動輪周加速度Ｍを
用いて（１）式により算出する方法を用いた場合につい
て説明した。しかし、駆動軸系に作用する力、あるいは
トルクを直接検出する方法を用いることも可能である。
次に、その方法の一例について説明する。第18図は、電
車で多用されている駆動装置の模型図である。第18図
で、50は電動機であり、台車枠51に固定されている。電
動機が発生するトルクによつてピニオン52と大歯車53の
歯面間にかみ合力Fgが生じ、それにより動輪10がレール
12上を駆動される。かみ合力Fgの反力はピニオン軸の位
置において歯車箱54に作用し、該反力は歯車箱54を支え
ている車軸55と歯車箱吊り棒56とで支えている。したが
つて、歯車箱吊り棒56の荷重をロードセル57で検出すれ
ば、かみ合力Fgが求められる。動輪軸に作用する力の関
係から次の運動方程式が得られる。
故に、 ただし、Θｗは動輪，大歯及び車軸の車軸まわりの慣性
モーメント,rgは大歯車のピツチ円半径であり、その他
の記号は、さきに定義したとおりである。
モーメント,rgは大歯車のピツチ円半径であり、その他
の記号は、さきに定義したとおりである。
この（３）式から、粘着力ｆは歯車のかみ合力Fgと動輪
周加速度Ｍから求められることが判る。歯車のかみ合
力Fgは、前記のように歯車箱吊り棒56に作用するので、
その部分にロードセル37を設けて検出することができ
る。
周加速度Ｍから求められることが判る。歯車のかみ合
力Fgは、前記のように歯車箱吊り棒56に作用するので、
その部分にロードセル37を設けて検出することができ
る。
以上の実施例では、電機子電流を電流指令相当値になる
ように自動的に制御するため、減算器28に電機子電流を
フイードバツクしているが、この電機子電流フイードバ
ツクは、本発明に不可欠のものではなく、このフイード
バツクがない電気車に対しても本発明を適用することが
できる。又、車両速度の検出手段として、従輪軸に速度
発電機を取付ける場合について述べたが、ドプラーレー
ダによる対地速度検出方法など別の方法も当然可能であ
り、さらに、本発明では、基本的にはすべり速度を用い
ているので、すべり速度を直接検出する手段を採用する
ことができる。
ように自動的に制御するため、減算器28に電機子電流を
フイードバツクしているが、この電機子電流フイードバ
ツクは、本発明に不可欠のものではなく、このフイード
バツクがない電気車に対しても本発明を適用することが
できる。又、車両速度の検出手段として、従輪軸に速度
発電機を取付ける場合について述べたが、ドプラーレー
ダによる対地速度検出方法など別の方法も当然可能であ
り、さらに、本発明では、基本的にはすべり速度を用い
ているので、すべり速度を直接検出する手段を採用する
ことができる。
以上の実施例においては、力行時の空転を例にとり説明
したが、制動時の滑走についても適用できることは勿論
である。この場合には、すべり速度の演算部をｖ＞vMを
考慮しvS＝ｖ−vMの演算に変えればよい。又、駆動系は
どのようなものでもよく、例えば制御装置は、チヨツパ
制御に限定されず、位相制御やインバータ制御でもよ
く、電動機は直流電動機でなくとも誘導電動機でもよ
く、デイーゼル電気機関車でもよい。
したが、制動時の滑走についても適用できることは勿論
である。この場合には、すべり速度の演算部をｖ＞vMを
考慮しvS＝ｖ−vMの演算に変えればよい。又、駆動系は
どのようなものでもよく、例えば制御装置は、チヨツパ
制御に限定されず、位相制御やインバータ制御でもよ
く、電動機は直流電動機でなくとも誘導電動機でもよ
く、デイーゼル電気機関車でもよい。
以上説明したように本発明によれば、鉄道車両の車輪と
レールの間の粘着力を有効にけん引力（力行力）ないし
制動力として利用することができる。
レールの間の粘着力を有効にけん引力（力行力）ないし
制動力として利用することができる。
第１図は本発明に係る実施例をチヨツパ制御電気車に適
用した例の説明図、第２図は車輪とレールの間の作用力
の関係を示す図、第３図はすべり速度と粘着力との関係
を示す図、第４図（Ａ）はすべり速度と粘着力の関係を
示す図であり、第４図（Ｂ）はすべり速度とすべり速度
に対する粘着力の変化率の関係を示す図である。第５図
は第１図のおくれ要素の一実施例を示す図、第６図は第
１図の演算装置の一実施例のブロツク図、第７図は第６
図の論理演算部の演算内容を示すフローチヤート、第８
図はすべり速度vSと粘着力ｆの関係の線上での状態モー
ドを表わす説明図、第９図は第６図の論理演算部の他の
実施例の演算内容を示すフローチヤート、第10図は第１
図の実施例の動作説明図、第11図は本発明に係る実施例
を電動機が２個直列接続されたチヨツパ制御電気車に適
用した例の説明図である。第12図は第１図と同様のチヨ
ツパ制御電気車に本発明を適用した他の実施例の説明
図、第13図は第12図の論理演算部の実施例のフローチヤ
ート、第14図は第12図の実施例の動作説明図、第15図は
第11図と同様のチヨツパ制御電気車に適用した他の実施
例の説明図、第16図は第15図の演算装置fMCの論理演算
部の演算内容を示すフローチヤート、第17図は本発明に
係る実施例を電動機が３個並列接続されたチヨツパ制御
電気車に適用した例の説明図、第18図は電気車の駆動装
置の一例を模型的に示す図である。 10……動輪、12……レール、ｖ……車両速度、vM,vM1〜
vM3……動輪周速度、vS……すべり速度、ｒ……動輪半
径、TM……動輪軸駆動トルク、FM……動輪周駆動力、ｆ
……粘着力、fmax……最大粘着力、A,A1〜A3……電動機
電機子、F,F1〜F3……電動機界磁巻線、Pt……パンタグ
ラフ、LF……フイルタリアクトル、CF……フイルタコン
デンサ、DF,DF1〜DF3……フリーホイールダイオード、C
H……チヨツパ、GV……車両速度検出用速度発電機、GV
M,GVM1〜GVM3……動輪周速検出用速度発電機、IM,IM1〜
IM3……電動機電機子電流、ACR……電流制御装置、25,2
51,252……おくれ要素、26……電流指令発生器、fMC,fM
C1〜fMC2……演算装置、IfMC……演算装置出力信号、Δ
ｆ……粘着力の差分、ΔvS……すべり速度の差分、Ip,I
Mp,IMp1〜IMp3……電流指令、CT,CT1〜CT3,CTF1〜CTF2
……変流器、IF1〜IF2……電動機界磁電流、APS1,APS2
……移相器、S1〜S4……半導体スイツチ、RF,RF1,RF2…
…界磁分路抵抗器、IL……限流値指令、31,311,312……
積分器、FC1,FC2……界磁制御器、40,42……最小値検出
回路、41……最大値検出回路、44……他群の動輪周速最
小値、33……低位優先比較器。
用した例の説明図、第２図は車輪とレールの間の作用力
の関係を示す図、第３図はすべり速度と粘着力との関係
を示す図、第４図（Ａ）はすべり速度と粘着力の関係を
示す図であり、第４図（Ｂ）はすべり速度とすべり速度
に対する粘着力の変化率の関係を示す図である。第５図
は第１図のおくれ要素の一実施例を示す図、第６図は第
１図の演算装置の一実施例のブロツク図、第７図は第６
図の論理演算部の演算内容を示すフローチヤート、第８
図はすべり速度vSと粘着力ｆの関係の線上での状態モー
ドを表わす説明図、第９図は第６図の論理演算部の他の
実施例の演算内容を示すフローチヤート、第10図は第１
図の実施例の動作説明図、第11図は本発明に係る実施例
を電動機が２個直列接続されたチヨツパ制御電気車に適
用した例の説明図である。第12図は第１図と同様のチヨ
ツパ制御電気車に本発明を適用した他の実施例の説明
図、第13図は第12図の論理演算部の実施例のフローチヤ
ート、第14図は第12図の実施例の動作説明図、第15図は
第11図と同様のチヨツパ制御電気車に適用した他の実施
例の説明図、第16図は第15図の演算装置fMCの論理演算
部の演算内容を示すフローチヤート、第17図は本発明に
係る実施例を電動機が３個並列接続されたチヨツパ制御
電気車に適用した例の説明図、第18図は電気車の駆動装
置の一例を模型的に示す図である。 10……動輪、12……レール、ｖ……車両速度、vM,vM1〜
vM3……動輪周速度、vS……すべり速度、ｒ……動輪半
径、TM……動輪軸駆動トルク、FM……動輪周駆動力、ｆ
……粘着力、fmax……最大粘着力、A,A1〜A3……電動機
電機子、F,F1〜F3……電動機界磁巻線、Pt……パンタグ
ラフ、LF……フイルタリアクトル、CF……フイルタコン
デンサ、DF,DF1〜DF3……フリーホイールダイオード、C
H……チヨツパ、GV……車両速度検出用速度発電機、GV
M,GVM1〜GVM3……動輪周速検出用速度発電機、IM,IM1〜
IM3……電動機電機子電流、ACR……電流制御装置、25,2
51,252……おくれ要素、26……電流指令発生器、fMC,fM
C1〜fMC2……演算装置、IfMC……演算装置出力信号、Δ
ｆ……粘着力の差分、ΔvS……すべり速度の差分、Ip,I
Mp,IMp1〜IMp3……電流指令、CT,CT1〜CT3,CTF1〜CTF2
……変流器、IF1〜IF2……電動機界磁電流、APS1,APS2
……移相器、S1〜S4……半導体スイツチ、RF,RF1,RF2…
…界磁分路抵抗器、IL……限流値指令、31,311,312……
積分器、FC1,FC2……界磁制御器、40,42……最小値検出
回路、41……最大値検出回路、44……他群の動輪周速最
小値、33……低位優先比較器。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 成田 博 茨城県日立市久慈町4026番地 株式会社日 立製作所日立研究所内 (72)発明者 河西 省司 茨城県日立市久慈町4026番地 株式会社日 立製作所日立研究所内 (72)発明者 木村 彰 茨城県日立市久慈町4026番地 株式会社日 立製作所日立研究所内 (72)発明者 筒井 義雄 茨城県日立市久慈町4026番地 株式会社日 立製作所日立研究所内 (56)参考文献 特開 昭49−121091（ＪＰ，Ａ)
Claims (1)
- 【請求項１】車輪とレールとの間の相対速度に応じた相
対速度相当信号を発生する手段と、車輪とレールとの間
の粘着力に応じた粘着力相当信号を発生する手段と、前
記相対速度相当信号及び前記粘着力相当信号の時間的変
化分を演算する手段と、これら両時間的変化分の比と極
性に応じて車輪駆動電動機の発生トルクを増減させる手
段とを備えた鉄道車両の粘着制御装置。
Priority Applications (8)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60007538A JPH07106007B2 (ja) | 1985-01-21 | 1985-01-21 | 鉄道車両の粘着制御装置 |
| AU51724/85A AU581134B2 (en) | 1985-01-21 | 1985-12-30 | A control system for maintaining traction of rolling stock |
| CA000499677A CA1252182A (en) | 1985-01-21 | 1986-01-16 | Control system for maintaining traction in a rolling stock |
| ZA86408A ZA86408B (en) | 1985-01-21 | 1986-01-20 | A control system for maintaining traction in a rolling stock |
| DE8686100705T DE3681042D1 (de) | 1985-01-21 | 1986-01-20 | Regelsystem zur aufrechterhaltung der zugleistung eines schienenfahrzeugs. |
| EP86100705A EP0189165B1 (en) | 1985-01-21 | 1986-01-20 | A control system for maintaining the traction of a rolling stock vehicle |
| CN86100223A CN1006539B (zh) | 1985-01-21 | 1986-01-20 | 用以保持轨道车辆牵引力的控制系统 |
| US06/820,327 US4701682A (en) | 1985-01-21 | 1986-01-21 | Control system for maintaining traction of rolling stock |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60007538A JPH07106007B2 (ja) | 1985-01-21 | 1985-01-21 | 鉄道車両の粘着制御装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61170207A JPS61170207A (ja) | 1986-07-31 |
| JPH07106007B2 true JPH07106007B2 (ja) | 1995-11-13 |
Family
ID=11668564
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60007538A Expired - Fee Related JPH07106007B2 (ja) | 1985-01-21 | 1985-01-21 | 鉄道車両の粘着制御装置 |
Country Status (8)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4701682A (ja) |
| EP (1) | EP0189165B1 (ja) |
| JP (1) | JPH07106007B2 (ja) |
| CN (1) | CN1006539B (ja) |
| AU (1) | AU581134B2 (ja) |
| CA (1) | CA1252182A (ja) |
| DE (1) | DE3681042D1 (ja) |
| ZA (1) | ZA86408B (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105572466A (zh) * | 2016-01-05 | 2016-05-11 | 中车南京浦镇车辆有限公司 | 一种列车噪声加权电流测试处理方法 |
Families Citing this family (56)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| JPH064407B2 (ja) * | 1987-01-09 | 1994-01-19 | 住友電気工業株式会社 | 車輪回転速度制御装置 |
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| DE4225683C2 (de) * | 1992-08-04 | 1998-07-23 | Rudolf Dr Ing Pfeiffer | Verfahren und Anordnung zur selbsttätigen Radschlupfregelung von Fahrzeugen mit drehmomentgeregeltem Antrieb |
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