JPH1189005A - 電気車の空転再粘着制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 空転再粘着制御として最適な制御状態を実現
し得る電気車の空転再粘着制御装置を提供する。 【解決手段】 基準加速度αoより加速度上限値及び加
速度下限値を得る。空転再粘着制御状態にあるとき、瞬
時加速度αが加速度上限値より大きくなるときその時の
出力電流指令値Ｉｐに設定ゲインを乗算した値に変化
し、瞬時加速度αが加速度下限値より小さくなるとき非
空転時の電流指令値Ｉｒと等しい値に変化する電流指令
レベルＩｉを第１の選択スイッチ１１より得、この電流
指令レベルＩｉを一次遅れ系１２に入力して出力電流指
令値Ｉｐを得る。瞬時加速度αが加速度上限値と加速度
下限値の間に入るように出力電流指令値Ｉｐが制御さ
れ、出力電流指令値Ｉｐの保持期間はゼロとなり、また
出力電流指令値Ｉｐの変動幅も小さくなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、電動機で駆動さ
れる電気車の空転滑走を防止する電気車の空転再粘着制
御装置に関し、特に空転再粘着制御として最適な制御状
態を実現する技術に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図１９は、例えば三菱電機技報 Vol.66.
No4,1992の第114頁に記載されている空転再粘着制御装
置の動作を説明するためのブロック図である。この例
は、動輪車軸４軸、すなわち４台の誘導電動機を１台の
インバータで駆動する場合の空転再粘着性を想定してい
る。ＰＧ１〜ＰＧ４は、各誘導電動機の回転数を検出す
るためのパルスジェネレータ、１はＰＧ１〜ＰＧ４の出
力信号に含まれるノイズ成分を除去するためのフィルタ
処理部、２はフィルタ処理部１の出力信号を入力し、各
誘導電動機が駆動する各車軸の速度を演算する車軸速度
演算部である。

【０００３】３は車軸速度演算部２で演算された各車軸
の速度ｆｍ１〜ｆｍ４の中から最大の車軸速度を選択す
る高位優先論理部、４はその速度ｆｍ１〜ｆｍ４の中か
ら最小の車軸速度を選択し、その車軸速度を基準軸速度
Ｖ0とする基準軸速度演算部、５は基準軸速度Ｖ0を入力
し、基準加速度α0を演算する基準加速度演算部、６は
速度ｆｍ１〜ｆｍ４を用いて各車軸の加速度α1〜α4を
演算する各軸加速度演算部、７は最大の車軸速度と最小
の車軸速度との速度偏差ΔＶを演算する加算器である。
８は、速度偏差ΔＶ、基準軸速度Ｖ0、基準加速度α0、
各軸加速度α1〜α4に基づき、各車軸に対応した車輪が
空転状態か判断し、空転状態と判断した場合は誘導電動
機を駆動するための電流指令値Ｉｐを変化させ、空転状
態から再粘着状態に移行させる空転再粘着制御部であ
る。

【０００４】次に、１軸空転発生時の動作について説明
する。４軸のうちｎ軸の車輪が空転したとする。空転が
発生すると、ｎ軸速度Ｖｎは、空転再粘着制御部８の上
段に示すように、ｎ軸加速度は上から二段目のαｎのよ
うに変化する。空転は、速度偏差ΔＶが設定値（例え
ば、２Ｋｍ／ｈｒ＋Ｆ（Ｖ0）、Ｆ（Ｖ0）はＶ0の関数
であることを示す）以上になるか、軸加速度が空転検知
レベル（例えば、Ｋ1＊α0、Ｋ1は定数）以上になった
ことで検知される。通常、加速度の方が軸速度より時間
的に速く変化するので、軸加速度が空転検知レベル以上
になったことで空転と判断される。この時点がＡ点であ
る。

【０００５】空転検知されると、電流指令値Ｉｐは、ゼ
ロまたは励磁電流等を目標に所定の時定数τ（例えば、
τ＝Ｆ（Δα1））の一次遅れ系で絞り込まれる。この
ようにすれば、電流指令値Ｉｐが小さくなるのでαnも
小さくなり空転検知レベルより小さくなる。この時点が
Ｂ点である。ここで、Ｃ点は、αnが復帰検知レベル
（例えば、α0−Ｋ2、Ｋ2は定数）より小さくなる時点
である。Ｃ点以降、電流指令値ＩｐはＡ点検知前の電流
指令値を目標に所定の時定数τ（例えば、τ＝Ｆ（Δα
2））の一次遅れで復帰する。

【０００６】空転発生時には、インバータは、上記電流
指令値Ｉｐを用いて、この電流指令値Ｉｐと実電流の偏
差で誘導電動機のすべり周波数を補正する機能を有する
Ｖ／ｆ一定制御で運転されるので、空転が発生すると誘
導電動機のトルクが絞られ、空転している車輪は再粘着
する。再粘着後、電流指令値Ｉｐが空転検知前の値に復
帰すると、トルクも空転前の値に復帰する。復帰中に空
転再粘着制御部８で再度空転が検知されると、上述のよ
うに電流指令値が絞りこまれ、保持された後、復帰す
る。図２０は、従来の空転再粘着制御装置による空転再
粘着制御時の動作を示すタイムチャートである。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】従来の空転再粘着制御
装置は、以上のような構成および動作となる。この空転
再粘着制御装置は、空転再粘着制御特性を改善したもの
であって、性能的には充分なものであり、多くの適用実
績がある。しかし、さらなる粘着制御特性の改善という
観点から空転再粘着時の動作を見直すと、電流指令値Ｉ
ｐの保持期間はゼロが望ましい。また、路面の状態が回
復していない場合には、空転再粘着制御が繰り返され
る。このときの電流指令値の変化が比較的大きく、その
結果として誘導電動機の発生トルクも変化する。この電
流指令値の変化を小さくし、その時点の路面状態に応じ
た電流指令値に保持できれば空転再粘着制御として最適
な制御状態になる。この発明は、上記のような問題点を
解決するためになされたもので、空転再粘着制御として
最適な制御状態を実現し得る電気車の空転再粘着制御装
置を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明に係る電
気車の空転再粘着制御装置は、１台のインバータで所定
数の動輪軸に対応した所定数台の誘導電動機を並列運転
する場合の空転再粘着制御装置において、各車軸速度に
基づいて基準加速度、瞬時加速度および空転検知状態に
あるか否かを示す第１の制御信号を出力し、さらに非空
転時の電流指令値と出力電流指令値の偏差および第１の
制御信号に基づいて空転再粘着制御状態にあるか否かを
示す第２の制御信号を出力する空転検知部と、瞬時加速
度が基準加速度より求められる加速度上限値より大きく
なるときそのときの出力電流指令値に設定ゲインを乗算
した値となる第１の電流指令レベルを出力すると共に、
瞬時加速度が基準加速度より求められる加速度下限値よ
り小さくなるとき非空転時の電流指令値と等しい第２の
電流指令レベルを出力するヒステリシスコンパレータ
と、第１の制御信号が空転検知状態にあることを示して
いるときは第１の電流指令レベルより小さな第３の電流
指令レベルを出力し、その後瞬時加速度が加速度上限値
より大きくなるまで第２の電流指令レベルを出力し、さ
らにその後第２の制御信号が空転再粘着制御状態にある
ことを示している期間はヒステリシスコンパレータより
出力される電流指令レベルを出力する第１の選択スイッ
チと、この第１の選択スイッチより出力される電流指令
レベルを入力とし空転時の電流指令値を出力する一次遅
れ系と、第２の制御信号が空転再粘着制御状態にあるこ
とを示している期間は一次遅れ系より出力される電流指
令値を、その他の期間は非空転時の電流指令値を出力電
流指令値として出力する第２の選択スイッチとを備える
ものである。

【０００９】請求項２の発明に係る電気車の空転再粘着
制御装置は、１台のインバータで所定数の動輪軸に対応
した所定数台の誘導電動機を並列運転する場合の空転再
粘着制御装置において、各車軸速度に基づいて基準加速
度、瞬時加速度および空転検知状態にあるか否かを示す
第１の制御信号を出力し、さらに非空転時のトルク指令
値と出力トルク指令値の偏差および第１の制御信号に基
づいて空転再粘着制御状態にあるか否かを示す第２の制
御信号を出力する空転検知部と、瞬時加速度が基準加速
度より求められる加速度上限値より大きくなるときその
ときの出力トルク指令値に設定ゲインを乗算した値とな
る第１のトルク指令レベルを出力すると共に、瞬時加速
度が基準加速度より求められる加速度下限値より小さく
なるとき非空転時のトルク指令値と等しい第２のトルク
指令レベルを出力するヒステリシスコンパレータと、第
１の制御信号が空転検知状態にあることを示していると
きは第１のトルク指令レベルより小さな第３のトルク指
令レベルを出力し、その後瞬時加速度が加速度上限値よ
り大きくなるまで第２のトルク指令レベルを出力し、さ
らにその後第２の制御信号が空転再粘着制御状態にある
ことを示している期間はヒステリシスコンパレータより
出力されるトルク指令レベルを出力する第１の選択スイ
ッチと、この第１の選択スイッチより出力されるトルク
指令レベルを入力とし空転時のトルク指令値を出力する
一次遅れ系と、第２の制御信号が空転再粘着制御状態に
あることを示している期間は一次遅れ系より出力される
トルク指令値を、その他の期間は非空転時のトルク指令
値を出力トルク指令値として出力する第２の選択スイッ
チとを備えるものである。

【００１０】請求項３の発明に係る電気車の空転再粘着
制御装置は、１台のインバータで所定数の動輪軸に対応
した所定数台の誘導電動機を並列運転する場合の空転再
粘着制御装置において、各車軸速度に基づいて瞬時加速
度および空転検知状態にあるか否かを示す第１の制御信
号を出力し、さらに非空転時の電流指令値と出力電流指
令値の偏差および第１の制御信号に基づいて空転再粘着
制御状態にあるか否かを示す第２の制御信号を出力する
空転検知部と、出力電流指令値よりトルク指令値を演算
するトルク演算器と、このトルク演算器で演算されたト
ルク指令値および負荷トルクの減算を行う減算器と、こ
の減算器の出力を粘着時の等価慣性モーメントで割算し
て基準加速度を求める割算器と、瞬時加速度が基準加速
度より求められる加速度上限値より大きくなるときその
ときの出力電流指令値に設定ゲインを乗算した値となる
第１の電流指令レベルを出力すると共に、瞬時加速度が
基準加速度より求められる加速度下限値より小さくなる
とき非空転時の電流指令値と等しい第２の電流指令レベ
ルを出力するヒステリシスコンパレータと、第１の制御
信号が空転検知状態にあることを示しているときは第１
の電流指令レベルより小さな第３の電流指令レベルを出
力し、その後瞬時加速度が加速度上限値より大きくなる
まで第２の電流指令レベルを出力し、さらにその後第２
の制御信号が空転再粘着制御状態にあることを示してい
る期間はヒステリシスコンパレータより出力される電流
指令レベルを出力する第１の選択スイッチと、この第１
の選択スイッチより出力される電流指令レベルを入力と
し空転時の電流指令値を出力する一次遅れ系と、第２の
制御信号が空転再粘着制御状態にあることを示している
期間は一次遅れ系より出力される電流指令値を、その他
の期間は非空転時の電流指令値を出力電流指令値として
出力する第２の選択スイッチとを備えるものである。

【００１１】請求項４の発明に係る電気車の空転再粘着
制御装置は、１台のインバータで所定数の動輪軸に対応
した所定数台の誘導電動機を並列運転する場合の空転再
粘着制御装置において、各車軸速度に基づいて瞬時加速
度および空転検知状態にあるか否かを示す第１の制御信
号を出力し、さらに非空転時のトルク指令値と出力トル
ク指令値の偏差および第１の制御信号に基づいて空転再
粘着制御状態にあるか否かを示す第２の制御信号を出力
する空転検知部と、出力トルク指令値および負荷トルク
の減算を行う減算器と、この減算器の出力を粘着時の等
価慣性モーメントで割算して基準加速度を求める割算器
と、瞬時加速度が基準加速度より求められる加速度上限
値より大きくなるときそのときの出力トルク指令値に設
定ゲインを乗算した値となる第１のトルク指令レベルを
出力すると共に、瞬時加速度が基準加速度より求められ
る加速度下限値より小さくなるとき非空転時のトルク指
令値と等しい第２のトルク指令レベルを出力するヒステ
リシスコンパレータと、第１の制御信号が空転検知状態
にあることを示しているときは第１のトルク指令レベル
より小さな第３のトルク指令レベルを出力し、その後瞬
時加速度が加速度上限値より大きくなるまで第２のトル
ク指令レベルを出力し、さらにその後第２の制御信号が
空転再粘着制御状態にあることを示している期間はヒス
テリシスコンパレータより出力されるトルク指令レベル
を出力する第１の選択スイッチと、この第１の選択スイ
ッチより出力されるトルク指令レベルを入力とし空転時
のトルク指令値を出力する一次遅れ系と、第２の制御信
号が空転再粘着制御状態にあることを示している期間は
一次遅れ系より出力されるトルク指令値を、その他の期
間は非空転時のトルク指令値を出力トルク指令値として
出力する第２の選択スイッチとを備えるものである。

【００１２】請求項５の発明に係る電気車の空転再粘着
制御装置は、請求項１または３の発明において、一次遅
れ系の時定数は、第１の選択スイッチから第１または第
３の電流指令レベルが出力されるとき、第１の選択スイ
ッチから第２の電流指令レベルが出力されるときより短
く設定されるものである。

【００１３】請求項６の発明に係る電気車の空転再粘着
制御装置は、請求項２または４の発明において、一次遅
れ系の時定数は、第１の選択スイッチから第１または第
３のトルク指令レベルが出力されるとき、第１の選択ス
イッチから第２のトルク指令レベルが出力されるときよ
り短く設定されるものである。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の一形態を
説明する。 実施の形態１．図１は、この発明の実施の形態１として
の電気車の空転再粘着制御装置を示すブロック図であ
る。図において、９は従来例と同様に各車軸の速度ｆｍ
１〜ｆｍ４を入力して各車輪の粘着状態を判別する空転
検知部、１０は空転検出部９より出力される基準加速度
α0と瞬時加速度αを入力して電流指令レベルＩｈを出
力するヒステリシスコンパレータ、１１は電流指令レベ
ルＩｈ，Ｉｏ，Ｉｒのいずれかを制御信号ｃｓｗ１，ｃ
ｓｗ２により選択する第１の選択スイッチ、１２は時定
数ｔｃの一次遅れ系、１３は一次遅れ系１２より出力さ
れる電流指令値Ｉｓおよび電流指令値Ｉｒのいずれかを
制御信号ｃｓｗ２により選択する第２の選択スイッチで
ある。ここで、電流指令値Ｉｒは、非空転時の電流指令
値である。

【００１５】図２は、空転検知部９の構成を示すブロッ
ク図である。この図２において、図２０と対応する部分
には同一符号を付し、その詳細説明は省略する。図にお
いて、１４は基準加速度演算部５で求まる基準加速度α
0と各軸加速度演算部６で求まる各軸加速度α1〜α4を
入力して、従来例と同様に、各軸が空転状態であるかど
うか判別し、各軸加速度α1〜α4が基準加速度α0から
決まる空転検知レベル以上となる期間、それぞれ空転検
知信号ｃｓ１〜ｃｓ４を「１」にして出力する空転検知
信号発生部、１５は各軸の空転検知信号ｃｓ１〜ｃｓ４
を入力してそれらの論理和を制御信号ｃｓｗ１として出
力する論理和回路である。１６は各軸加速度α1〜α4を
入力してそれらの平均値を瞬時加速度αとして出力する
平均値演算部、１７は非空転時の電流指令値Ｉｒと出力
電流指令値Ｉｐの偏差ΔＩを演算する減算器、１８は制
御信号（空転検知信号）ｃｓｗ１と電流偏差ΔＩを入力
して、それらの信号に基づき空転再粘着制御状態を表す
制御信号ｃｓｗ２を出力する空転再粘着制御状態判別器
である。

【００１６】次に、図１に示す車両の空転再粘着制御装
置の動作を説明する。図３に示すように、時刻ｔ1から
ｔ2の間は４軸全ての車輪の粘着力が低下して４軸とも
空転した状態にあると共に、時刻ｔ2から粘着力が上昇
して空転前の状態に復帰するまでの動作を想定する。時
刻ｔ1で粘着力が低下すると、図３に示すように、空転
検知部９の各軸加速度演算部６で演算される各軸加速度
（全軸空転時には、各軸加速度α1〜α4は平均値演算部
１６で演算される瞬時加速度αと等価となるため、図で
はαとしている）は増加し始める。その後、瞬時加速度
αが空転検知レベル以上になると（図３のＡ点）、空転
検知部９の空転検知信号発生部１４の出力信号ｃｓ１〜
ｃｓ４が「１」になり、論理和回路１５から出力される
制御信号ｃｓｗ１も「１」となる。そして、判別器１８
より出力される制御信号ｃｓｗ２は、制御信号ｃｓｗ１
が「１」になると同時に「１」となる。

【００１７】ヒステリシスコンパレータ１０は、図４に
示すような入出力関係になっている。今、空転時を想定
しているので電車は力行状態にあるが、この力行時につ
いて説明する。基準加速度α0に設定ゲインＫｐ１，Ｋ
ｐ２を乗算することによって加速度上限値αd、加速度
下限値αuが決まる。また、出力である電流指令レベル
Ｉｈは、Ｉ1またはＩ2のどちらかのレベルとなる。ここ
で、Ｉ1は電流指令値Ｉｐに設定ゲインＧｐを乗算した
値、Ｉ2は非空転時の電流指令値Ｉｒである。ブレーキ
時には、同様に設定ゲインｋｐ１，ｋｐ２，Ｇｐをそれ
ぞれｋｂ１，ｋｂ２，Ｇｂとする。

【００１８】第１の選択スイッチ１１は、制御信号ｃｓ
ｗ１，ｃｓｗ２により３種類の電流指令レベルＩｈ，Ｉ
ｏ，Ｉｒのいずれかを、図５の論理表に従って電流指令
レベルＩｉとして選択する。ここで、Ｉｏは、制御信号
ｃｓｗ１が「１」のときの電流指令レベルであり、従来
と同じようにゼロあるいは励磁電流に設定される。一次
遅れ系１２は、時定数ｔｃの一次遅れ系であり、電流指
令値Ｉｉを入力して空転制御時の電流指令値Ｉｓを出力
する。このとき、時定数ｔｃとして、Ｉｉ＝Ｉｏ、Ｉｉ
＝Ｉ1のときには短い値ｔｓを、Ｉｉ＝Ｉｒのときには
それより長い値ｔｌを設定する。第２の選択スイッチ１
３は、制御信号ｃｓｗ２により２種類の電流指令値Ｉ
ｓ，Ｉｒのいずれかを、図６の論理表に従って電流指令
値Ｉｐとして選択する。

【００１９】図３のＡ点検知後、電流指令レベルＩｉは
Ｉｏとなり、時定数ｔｃはｔｓに設定され、電流指令値
Ｉｓは減少する。空転検知後であるので、電流指令値Ｉ
ｐはＩｓとなり、この電流指令値Ｉｐも減少し、この電
流指令値Ｉｐで運転される誘導電動機の発生トルクも減
少するため、瞬時加速度αも小さくなり、Ｂ点で空転検
知レベルより小さくなる。この時点で、空転検知信号ｃ
ｓｗ１は「０」となる。この後、電流指令値ＩｉはＩｒ
になり、時定数ｔｃはｔｌに設定され、電流指令値Ｉｐ
＝Ｉｓは増加し始める。瞬時加速度αは、制御遅れのた
め、電流指令値Ｉｐが増加を始めてもしばらく低下した
後、増加しはじめる。

【００２０】その後、瞬時加速度αがＣ点で加速度上限
値αdを越えると、ヒステリシスコンパレータ１０より
出力される電流指令レベルＩｈはＩ1となり、時定数ｔ
ｃはｔｓに設定され、電流指令値Ｉｐは再び減少する。
なお、Ｉ1を求めるときの電流指令値ＩｐはＣ点におけ
る値である。その結果、空転検知時と同様に、瞬時加速
度αは減少し始め、Ｄ点で加速度下限値αuより小さく
なると、ヒステリシスコンパレータ１０より出力される
電流指令レベルＩｈはＩ2＝Ｉｒとなり、時定数ｔｃは
ｔｌに設定され、電流指令値Ｉｐは再び増加する。その
後、時点ｔ２で粘着力が増加するまで、上述のＣ点、Ｄ
点の検知を繰り返す。

【００２１】時点ｔ２で粘着力が増加すると、電流指令
値Ｉｐも増加し、空転検知部９の減算器１７で求まるΔ
Ｉはゼロに近づく。空転再粘着制御状態判別器１８で
は、このΔＩが設定値より小さくなると、制御信号ｃｓ
ｗ２を「０」とし、再粘着制御を終了したものとする。
このとき、第１の選択スイッチ１１より出力される電流
指令レベルＩｉはＩｒとなり、第２の選択スイッチ１３
より出力される電流指令値ＩｐもＩｒとなる。

【００２２】このように図１に示す電気車の再粘着制御
装置によれば、瞬時加速度αが加速度上限値と加速度下
限値の間に入るように出力電流指令値Ｉｐが制御され、
電流指令値Ｉｐの保持期間をゼロにでき、また電流指令
値Ｉｐの変動幅も小さくでき、空転再粘着制御として最
適な制御状態を実現することができる。ここで、図３と
同じ空転状態を従来例で制御した場合を示す図２０から
もわかるように、従来例では制御信号（空転検知信号）
ｃｓｗ１が「１」となる毎に電流指令値Ｉｐを制御する
ことになるので、電流指令値Ｉｐの変動幅が大きく、ま
た電流指令値Ｉｐの保持期間を設けているので、その期
間粘着力を有効に利用できていない。

【００２３】実施の形態２．図７は、この発明の実施の
形態２として電気車の空転再粘着制御装置の構成を示し
ている。上述した図１に示す電気車の空転再粘着制御装
置は、従来例と同様に電流指令値Ｉｐを用い、この電流
指令値Ｉｐと実電流の偏差で誘導電動機のすべり周波数
を補正する機能を有するＶ／ｆ一定制御でインバータを
運転する場合の空転再粘着制御装置であるが、図７に示
す電気車の空転再粘着制御装置は、誘導電動機をベクト
ル制御する場合の空転再粘着制御装置である。この場合
には、電流指令値であったものがトルク指令値に変わる
だけであり、構成および動作、さらには効果は、実施の
形態１と同じである。

【００２４】したがって、詳細説明は省略するが、図７
に示す電気車の空転再粘着制御装置は、図１に示す電気
車の空転再粘着制御装置における電流指令レベルＩｈ，
Ｉｏ，Ｉｉ、電流指令値Ｉｓ，Ｉｒ，Ｉｐを、それぞれ
トルク指令レベルＴｈ，Ｔｏ，Ｔｉ、トルク指令値Ｔ
ｓ，Ｔｒ，Ｔｐに代えたものとなっている。また、図８
〜図１２はそれぞれ図２〜図６に対応する図であるが、
これらの図においても同様である。なお、図７、図８に
おいて、図１、図２と対応する部分には、図１，図２で
付された符号に“Ａ”を添えた符号を付して示してい
る。

【００２５】実施の形態３．図１３は、この発明の実施
の形態３としての電気車の空転再粘着制御装置の構成を
示している。上述した図１に示す電気車の空転再粘着制
御装置では、ヒステリシスコンパレータ１０に入力され
る基準加速度を空転検知部９で演算される基準加速度α
0と同じものとしているが、図１３に示す電気車の空転
再粘着制御装置では、それとは別に基準加速度を設定す
るようにしたものである。図１３において、１９は電流
指令値Ｉｐを入力してトルク指令値Ｔｐを演算するトル
ク演算器、２０はトルク指令値Ｔｐと負荷トルクＴｌの
減算を行う減算器、２１は粘着時の等価慣性モーメント
ＪでＴｐ−Ｔｌを割算する割算器である。図１３に示す
電気車の空転再粘着制御装置のその他の構成は、図１に
示す電気車の空転再粘着制御装置と同様である。

【００２６】次に、図１３に示す電気車の空転再粘着制
御装置の動作について説明する。電流指令値Ｉｐが決ま
れば、運転している誘導電動機の特性を用いてトルク演
算器１９で電流指令値Ｉｐをトルク指令値Ｔｐに変換で
きる。また、負荷トルクＴ１は、電気車の走行抵抗や勾
配抵抗から、列車位置と列車速度がわかれば決まる。ま
た、粘着時の等価慣性モーメントＪも、誘導電動機の構
造、車軸にかかる軸重、ギヤ比、車輪径がわかれば決ま
る。または、粘着時の等価慣性モーメントＪは、粘着時
の瞬時加速度αから、（Ｔｐ−Ｔｌ）／αで演算するこ
ともできる。割算器２１では、これらの演算結果を用い
て、基準加速度α01が得られる。なお、ヒステリシスコ
ンパレータ１０の加速度下限値αuと加速度上限値αd
は、それぞれαu＝ｋｐ１・α01、αd＝ｋｐ２・α01と
なる。図１３に示す電気車の空転再粘着制御装置のその
他の動作は、図１に示す電気車の空転再粘着制御装置と
同様であり、同様の効果を得ることができる。

【００２７】実施の形態４．図１４は、この発明の実施
の形態４としての電気車の空転再粘着制御装置の構成を
示している。上述した図７に示す電気車の空転再粘着制
御装置では、ヒステリシスコンパレータ１０に入力され
る基準加速度を空転検知部９で演算される基準加速度α
0と同じものとしているが、図１４に示す電気車の空転
再粘着制御装置では、それとは別に基準加速度を設定す
るようにしたものである。図１４において、２０Ａはト
ルク指令値Ｔｐと負荷トルクＴｌの減算を行う減算器、
２１Ａは粘着時の等価慣性モーメントＪでＴｐ−Ｔｌを
割算する割算器である。図１４に示す電気車の空転再粘
着制御装置のその他の構成は、図７に示す電気車の空転
再粘着制御装置と同様である。

【００２８】次に、図１４に示す電気車の空転再粘着制
御装置の動作について説明する。負荷トルクＴ１は、電
気車の走行抵抗や勾配抵抗から、列車位置と列車速度が
わかれば決まる。また、粘着時の等価慣性モーメントＪ
も、誘導電動機の構造、車軸にかかる軸重、ギヤ比、車
輪径がわかれば決まる。または、粘着時の等価慣性モー
メントＪは、粘着時の瞬時加速度αから、（Ｔｐ−Ｔ
ｌ）／αで演算することもできる。割算器２１Ａでは、
これらの演算結果を用いて、基準加速度α01が得られ
る。なお、ヒステリシスコンパレータ１０の加速度下限
値αuと加速度上限値αdは、それぞれαu＝ｋｐ１・α0
1、αd＝ｋｐ２・α01となる。図１４に示す電気車の空
転再粘着制御装置のその他の動作は、図７に示す電気車
の空転再粘着制御装置と同様であり、同様の効果を得る
ことができる。

【００２９】実施の形態５．図１に示す電気車の空転再
粘着制御装置では、動輪４軸、すなわち４台の誘導電動
機を１台のインバータで駆動する場合の空転再粘着制御
を想定しているが、電車によっては動輪２軸、すなわち
２台の誘導電動機を１台のインバータで駆動する場合も
ある。この場合には、図１の空転検知部９の処理を、図
２の代わりに、図１５に示すように変更すればよい。例
えば、２軸の車軸速度がｆｍ１，ｆｍ２である場合、各
軸加速度演算部６より各軸加速度α1，α2のみが出力さ
れ、瞬時加速度αはこれら各軸加速度α1，α2の平均値
として平均値演算部１８で演算される。

【００３０】実施の形態６．図２に示す電気車の空転再
粘着制御装置では、動輪４軸、すなわち４台の誘導電動
機を１台のインバータで駆動する場合の空転再粘着制御
を想定しているが、電車によっては動輪２軸、すなわち
２台の誘導電動機を１台のインバータで駆動する場合も
ある。この場合には、図７の空転検知部９Ａの処理を、
図８の代わりに、図１６に示すように変更すればよい。
例えば、２軸の車軸速度がｆｍ１，ｆｍ２である場合、
各軸加速度演算部６Ａより各軸加速度α1，α2のみが出
力され、瞬時加速度αはこれら各軸加速度α1，α2の平
均値として平均値演算部１６Ａで演算される。

【００３１】実施の形態７．図１に示す電気車の空転再
粘着制御装置では、動輪４軸、すなわち４台の誘導電動
機を１台のインバータで駆動する場合の空転再粘着制御
を想定しているが、電車によっては動輪１軸、すなわち
１台の誘導電動機を１台のインバータで駆動する場合も
ある。この場合には、図１の空転検知部９の処理を、図
２の代わりに、図１７に示すように変更すればよい。例
えば、１軸の車軸速度がｆｍ１である場合、各軸加速度
演算部６より軸加速度α1のみが出力され、瞬時加速度
αはこの軸加速度α1と等しくなる。つまり、平均値演
算部１６は不要となる。また、論理和回路１５も不要と
なる。

【００３２】実施の形態８．図１に示す電気車の空転再
粘着制御装置では、動輪４軸、すなわち４台の誘導電動
機を１台のインバータで駆動する場合の空転再粘着制御
を想定しているが、電車によっては動輪１軸、すなわち
１台の誘導電動機を１台のインバータで駆動する場合も
ある。この場合には、図７の空転検知部９Ａの処理を、
図８の代わりに、図１８に示すように変更すればよい。
例えば、１軸の車軸速度がｆｍ１である場合、各軸加速
度演算部６Ａより軸加速度α1のみが出力され、瞬時加
速度αはこの軸加速度α1と等しくなる。つまり、平均
値演算部１６Ａは不要となる。また、論理和回路１５Ａ
も不要となる。

【００３３】実施の形態９．また、上述実施の形態１〜
８は空転時の動作について説明したが、ブレーキ運転中
の滑走時にも適用可能である。また、設定定数ｋｐ１，
ｋｐ２，Ｇｐ，ｋｂ１，ｋｂ２，Ｇｂ，ｔｓ，ｔｌ等は
通常一定値に設定するが、場合によっては、基準軸速度
や各軸加速度の関数とすることもある。この場合も同様
に、上述の各実施の形態で説明した空転再粘着制御装置
で空転再粘着制御可能である。なお、この発明に係る空
転再粘着制御装置の処理は、マイクロコンピュータやデ
ィジタルシグナルプロセッサ等を用いてソフトウェアで
実現される。

【００３４】

【発明の効果】請求項１の発明によれば、空転再粘着制
御状態にあるとき、瞬時加速度が加速度上限値より大き
くなるときそのときの出力電流指令値に設定ゲインを乗
算した値に変化し、瞬時加速度が加速度下限値より小さ
くなるとき非空転時の電流指令値と等しい値に変化する
電流指令レベルを得、この電流指令レベルを一次遅れ系
に入力して出力電流指令値を得るものであって、瞬時加
速度が基準加速度から得られる加速度上限値と加速度下
限値の間に入るように出力電流指令値を制御するもので
あり、出力電流指令値の保持期間をゼロにでき、また出
力電流指令値の変動幅も小さくでき、空転再粘着制御と
して最適な制御状態を実現できる。

【００３５】請求項２の発明によれば、空転再粘着制御
状態にあるとき、瞬時加速度が加速度上限値より大きく
なるときそのときの出力トルク指令値に設定ゲインを乗
算した値に変化し、瞬時加速度が加速度下限値より小さ
くなるとき非空転時のトルク指令値と等しい値に変化す
るトルク指令レベルを得、このトルク指令レベルを一次
遅れ系に入力して出力トルク指令値を得るものであっ
て、瞬時加速度が基準加速度から得られる加速度上限値
と加速度下限値の間に入るように出力トルク指令値を制
御するものであり、出力トルク指令値の保持期間をゼロ
にでき、また出力トルク指令値の変動幅も小さくでき、
空転再粘着制御として最適な制御状態を実現できる。

【００３６】請求項３の発明によれば、空転再粘着制御
状態にあるとき、瞬時加速度が加速度上限値より大きく
なるときそのときの出力電流指令値に設定ゲインを乗算
した値に変化し、瞬時加速度が加速度下限値より小さく
なるとき非空転時の電流指令値と等しい値に変化する電
流指令レベルを得、この電流指令レベルを一次遅れ系に
入力して出力電流指令値を得るものであって、瞬時加速
度が基準加速度から得られる加速度上限値と加速度下限
値の間に入るように出力電流指令値を制御するものであ
り、請求項１の発明と同様に、出力電流指令値の保持期
間をゼロにでき、また出力電流指令値の変動幅も小さく
でき、空転再粘着制御として最適な制御状態を実現でき
る。

【００３７】請求項４の発明によれば、空転再粘着制御
状態にあるとき、瞬時加速度が加速度上限値より大きく
なるときそのときの出力トルク指令値に設定ゲインを乗
算した値に変化し、瞬時加速度が加速度下限値より小さ
くなるとき非空転時のトルク指令値と等しい値に変化す
るトルク指令レベルを得、このトルク指令レベルを一次
遅れ系に入力して出力トルク指令値を得るものであっ
て、瞬時加速度が基準加速度から得られる加速度上限値
と加速度下限値の間に入るように出力トルク指令値を制
御するものであり、請求項２の発明と同様に、出力トル
ク指令値の保持期間をゼロにでき、また出力トルク指令
値の変動幅も小さくでき、空転再粘着制御として最適な
制御状態を実現できる。

【００３８】請求項５の発明によれば、請求項１または
３の発明において、一次遅れ系の時定数は、出力電流指
令値に設定ゲインを乗算した値の電流指令レベルが入力
されるとき、非空転時の電流指令値と等しい値の電流指
令レベルが入力されるときより短くなるものであり、空
転再粘着制御状態における出力電流指令値の増加を緩や
かにでき、空転再粘着制御が良好に行われる効果があ
る。

【００３９】請求項６の発明によれば、請求項２または
４の発明において、一次遅れ系の時定数は、出力トルク
指令値に設定ゲインを乗算した値のトルク指令レベルが
入力されるとき、非空転時のトルク指令値と等しい値の
トルク指令レベルが入力されるときより短くなるもので
あり、空転再粘着制御状態における出力トルク指令値の
増加を緩やかにでき、空転再粘着制御が良好に行われる
効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明の実施の形態１としての電気車の空
転再粘着制御装置の構成を示すブロック図である。

【図２】 実施の形態１による空転再粘着制御時の動作
を示すタイムチャートである。

【図３】 実施の形態１における空転検知部の構成を示
すブロック図である。

【図４】 実施の形態１におけるヒステリシスコンパレ
ータの入出力関係を示す図である。

【図５】 実施の形態１における第１の選択スイッチの
切換関係を示す図である。

【図６】 実施の形態１における第２の選択スイッチの
切換関係を示す図である。

【図７】 この発明の実施の形態２としての電気車の空
転再粘着制御装置の構成を示すブロック図である。

【図８】 実施の形態２による空転再粘着制御時の動作
を示すタイムチャートである。

【図９】 実施の形態２における空転検知部の構成を示
すブロック図である。

【図１０】 実施の形態２におけるヒステリシスコンパ
レータの入出力関係を示す図である。

【図１１】 実施の形態２における第１の選択スイッチ
の切換関係を示す図である。

【図１２】 実施の形態２における第２の選択スイッチ
の切換関係を示す図である。

【図１３】 この発明の実施の形態３としての電気車の
空転再粘着制御装置の構成を示すブロック図である。

【図１４】 この発明の実施の形態４としての電気車の
空転再粘着制御装置の構成を示すブロック図である。

【図１５】 実施の形態５における空転検知部の構成を
示すブロック図である。

【図１６】 実施の形態６における空転検知部の構成を
示すブロック図である。

【図１７】 実施の形態７における空転検知部の構成を
示すブロック図である。

【図１８】 実施の形態８における空転検知部の構成を
示すブロック図である。

【図１９】 空転再粘着制御装置の従来例を示すブロッ
ク図である。

【図２０】 従来の空転再粘着制御装置による空転再粘
着制御時の動作を示すタイムチャートである。

【符号の説明】

１ フィルタ処理部、２ 車軸速度演算部、３ 高位優
先論理部、４ 基準軸速度演算部、５ 基準加速度演算
部、６ 各軸加速度演算部、７ 加算器、８空転再粘着
制御部、９ 空転検知部、１０ ヒステリシスコンパレ
ータ、１１第１の選択スイッチ、１２ 一次遅れ系、１
３ 第２の選択スイッチ、１４ 空転検知信号発生部、
１５ 論理和回路、１６ 平均値演算回路、１７，２０
減算器、１８ 空転再粘着制御状態判別器、１９ ト
ルク演算器、２１ 割算器。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 １台のインバータで所定数の動輪軸に対
   応した所定数台の誘導電動機を並列運転する場合の空転
   再粘着制御装置において、 各車軸速度に基づいて基準加速度、瞬時加速度および空
   転検知状態にあるか否かを示す第１の制御信号を出力
   し、さらに非空転時の電流指令値と出力電流指令値の偏
   差および上記第１の制御信号に基づいて空転再粘着制御
   状態にあるか否かを示す第２の制御信号を出力する空転
   検知部と、 上記瞬時加速度が上記基準加速度より求められる加速度
   上限値より大きくなるときそのときの上記出力電流指令
   値に設定ゲインを乗算した値となる第１の電流指令レベ
   ルを出力すると共に、上記瞬時加速度が上記基準加速度
   より求められる加速度下限値より小さくなるとき上記非
   空転時の電流指令値と等しい第２の電流指令レベルを出
   力するヒステリシスコンパレータと、 上記第１の制御信号が空転検知状態にあることを示して
   いるときは上記第１の電流指令レベルより小さな第３の
   電流指令レベルを出力し、その後上記瞬時加速度が上記
   加速度上限値より大きくなるまで上記第２の電流指令レ
   ベルを出力し、さらにその後上記第２の制御信号が空転
   再粘着制御状態にあることを示している期間は上記ヒス
   テリシスコンパレータより出力される電流指令レベルを
   出力する第１の選択スイッチと、 上記第１の選択スイッチより出力される電流指令レベル
   を入力とし空転時の電流指令値を出力する一次遅れ系
   と、 上記第２の制御信号が空転再粘着制御状態にあることを
   示している期間は上記一次遅れ系より出力される電流指
   令値を、その他の期間は上記非空転時の電流指令値を上
   記出力電流指令値として出力する第２の選択スイッチと
   を備えることを特徴とする電気車の空転再粘着制御装
   置。
2. 【請求項２】 １台のインバータで所定数の動輪軸に対
   応した所定数台の誘導電動機を並列運転する場合の空転
   再粘着制御装置において、 各車軸速度に基づいて基準加速度、瞬時加速度および空
   転検知状態にあるか否かを示す第１の制御信号を出力
   し、さらに非空転時のトルク指令値と出力トルク指令値
   の偏差および上記第１の制御信号に基づいて空転再粘着
   制御状態にあるか否かを示す第２の制御信号を出力する
   空転検知部と、 上記瞬時加速度が上記基準加速度より求められる加速度
   上限値より大きくなるときそのときの上記出力トルク指
   令値に設定ゲインを乗算した値となる第１のトルク指令
   レベルを出力すると共に、上記瞬時加速度が上記基準加
   速度より求められる加速度下限値より小さくなるとき上
   記非空転時のトルク指令値と等しい第２のトルク指令レ
   ベルを出力するヒステリシスコンパレータと、 上記第１の制御信号が空転検知状態にあることを示して
   いるときは上記第１のトルク指令レベルより小さな第３
   のトルク指令レベルを出力し、その後上記瞬時加速度が
   上記加速度上限値より大きくなるまで上記第２のトルク
   指令レベルを出力し、さらにその後上記第２の制御信号
   が空転再粘着制御状態にあることを示している期間は上
   記ヒステリシスコンパレータより出力されるトルク指令
   レベルを出力する第１の選択スイッチと、 上記第１の選択スイッチより出力されるトルク指令レベ
   ルを入力とし空転時のトルク指令値を出力する一次遅れ
   系と、 上記第２の制御信号が空転再粘着制御状態にあることを
   示している期間は上記一次遅れ系より出力されるトルク
   指令値を、その他の期間は上記非空転時のトルク指令値
   を上記出力トルク指令値として出力する第２の選択スイ
   ッチとを備えることを特徴とする電気車の空転再粘着制
   御装置。
3. 【請求項３】 １台のインバータで所定数の動輪軸に対
   応した所定数台の誘導電動機を並列運転する場合の空転
   再粘着制御装置において、 各車軸速度に基づいて瞬時加速度および空転検知状態に
   あるか否かを示す第１の制御信号を出力し、さらに非空
   転時の電流指令値と出力電流指令値の偏差および上記第
   １の制御信号に基づいて空転再粘着制御状態にあるか否
   かを示す第２の制御信号を出力する空転検知部と、 上記出力電流指令値よりトルク指令値を演算するトルク
   演算器と、 上記トルク演算器で演算された上記トルク指令値および
   負荷トルクの減算を行う減算器と、 上記減算器の出力を粘着時の等価慣性モーメントで割算
   して基準加速度を求める割算器と、 上記瞬時加速度が上記基準加速度より求められる加速度
   上限値より大きくなるときそのときの上記出力電流指令
   値に設定ゲインを乗算した値となる第１の電流指令レベ
   ルを出力すると共に、上記瞬時加速度が上記基準加速度
   より求められる加速度下限値より小さくなるとき上記非
   空転時の電流指令値と等しい第２の電流指令レベルを出
   力するヒステリシスコンパレータと、 上記第１の制御信号が空転検知状態にあることを示して
   いるときは上記第１の電流指令レベルより小さな第３の
   電流指令レベルを出力し、その後上記瞬時加速度が上記
   加速度上限値より大きくなるまで上記第２の電流指令レ
   ベルを出力し、さらにその後上記第２の制御信号が空転
   再粘着制御状態にあることを示している期間は上記ヒス
   テリシスコンパレータより出力される電流指令レベルを
   出力する第１の選択スイッチと、 上記第１の選択スイッチより出力される電流指令レベル
   を入力とし空転時の電流指令値を出力する一次遅れ系
   と、 上記第２の制御信号が空転再粘着制御状態にあることを
   示している期間は上記一次遅れ系より出力される電流指
   令値を、その他の期間は上記非空転時の電流指令値を上
   記出力電流指令値として出力する第２の選択スイッチと
   を備えることを特徴とする電気車の空転再粘着制御装
   置。
4. 【請求項４】 １台のインバータで所定数の動輪軸に対
   応した所定数台の誘導電動機を並列運転する場合の空転
   再粘着制御装置において、 各車軸速度に基づいて瞬時加速度および空転検知状態に
   あるか否かを示す第１の制御信号を出力し、さらに非空
   転時のトルク指令値と出力トルク指令値の偏差および上
   記第１の制御信号に基づいて空転再粘着制御状態にある
   か否かを示す第２の制御信号を出力する空転検知部と、 上記出力トルク指令値および負荷トルクの減算を行う減
   算器と、 上記減算器の出力を粘着時の等価慣性モーメントで割算
   して基準加速度を求める割算器と、 上記瞬時加速度が上記基準加速度より求められる加速度
   上限値より大きくなるときそのときの上記出力トルク指
   令値に設定ゲインを乗算した値となる第１のトルク指令
   レベルを出力すると共に、上記瞬時加速度が上記基準加
   速度より求められる加速度下限値より小さくなるとき上
   記非空転時のトルク指令値と等しい第２のトルク指令レ
   ベルを出力するヒステリシスコンパレータと、 上記第１の制御信号が空転検知状態にあることを示して
   いるときは上記第１のトルク指令レベルより小さな第３
   のトルク指令レベルを出力し、その後上記瞬時加速度が
   上記加速度上限値より大きくなるまで上記第２のトルク
   指令レベルを出力し、さらにその後上記第２の制御信号
   が空転再粘着制御状態にあることを示している期間は上
   記ヒステリシスコンパレータより出力されるトルク指令
   レベルを出力する第１の選択スイッチと、 上記第１の選択スイッチより出力されるトルク指令レベ
   ルを入力とし空転時のトルク指令値を出力する一次遅れ
   系と、 上記第２の制御信号が空転再粘着制御状態にあることを
   示している期間は上記一次遅れ系より出力されるトルク
   指令値を、その他の期間は上記非空転時のトルク指令値
   を上記出力トルク指令値として出力する第２の選択スイ
   ッチとを備えることを特徴とする電気車の空転再粘着制
   御装置。
5. 【請求項５】 上記一次遅れ系の時定数は、上記第１の
   選択スイッチから上記第１または第３の電流指令レベル
   が出力されるとき、上記第１の選択スイッチから上記第
   ２の電流指令レベルが出力されるときより短く設定され
   ることを特徴とする請求項１または請求項３に記載の電
   気車の空転再粘着制御装置。
6. 【請求項６】 上記一次遅れ系の時定数は、上記第１の
   選択スイッチから上記第１または第３のトルク指令レベ
   ルが出力されるとき、上記第１の選択スイッチから上記
   第２のトルク指令レベルが出力されるときより短く設定
   されることを特徴とする請求項２または請求項４に記載
   の電気車の空転再粘着制御装置。