JPS5937645B2 - 電気車制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は電気車制御装置に係り、特に複数個の駆動電動
機を備えた電気車の粘着性能を向上させ安定に走行させ
るのに好適な電気車制御装置に関する。

電気車、特に鉄道車軸における機関車等では、機関車重
量に比べきわめて大きな荷重をけん引するために、一般
に全部又は大部分の車軸の各々に駆動用電動機を取付け
である。

このような複数個の駆動電動機を備えた電気車の制御装
置として、荷重のけん引能力を高めるために、すｉｌわ
ち粘着性能を高めるために、各主電動機電流中の最大値
を制御する方式のものが近年よく用いられている。

第１図は電気車のカ行制御にそれを適用した一例であっ
て、駆動電動機Ｍ１〜Ｍ４は並列接続されており、直流
架線電源ＥｓからチョッパＣＨを介して電力を供給され
ている。

電動機Ｍ１〜Ｍ４の電流は電流検出器ＣＴ１〜ＣＴ４で
検出され、ダイオードＤｄ、〜Ｄｄ４により各電動機電
流中の最大値が選択され、基準電ＲＩｐと突合わされ、
その差は比較増幅器Ａに加えられる。

比較増幅器Ａの出力はチョッパＣＨに加えられ、その通
流率を制御する。

このような構成により、電動機Ｍ１〜Ｍ４の電流中の最
大値が基準電流ＩＰに等しくなるように自動制御される
。

このような制御力式によれば、基準電流Ｉｐの設定によ
り電動機Ｍ１〜Ｍ４の電流がどれも粘着限界内であって
、しかもできるだけ粘着限界に近いというように制御で
きる。

また、もし電動機のどれかが粘着限界を超えると、空転
が生じてその電動機電流は減少し、ダイオードＤｄ１〜
Ｄｄ４より、他の粘着限界内にある電動機電流中の最大
値が選択されて制御されるので、電動機Ｍ１〜Ｍ４に加
わる電圧が急変わることはなく、粘着限界を超えた電動
機が再粘着し易い。

このように、この制御方式は粘着性能を高めるのに好適
とされている。

しかし、実際の使用条件ではこのような効果を十分に発
揮させることは困難である。

すなわち、複数個の駆動電動機相互の特性のばらつきや
、それらの取付けられる車軸の車輪径のばらつきの影響
により、電動機Ｍ１〜Ｍ４の電流ＩＭｔ〜■Ｍ４は第２
図のようにばらつい′Ｃいる。

そこで、ダイオードＤｄ１〜Ｄｄ４により電ｆｔＩＭ＋
が選択されて基準電流ＩＰに等しくなるように制御され
ているが、いま、時点ｔ１において電動機Ｍ４の車軸に
空転が生じたとすると、電流ＩＭ４は急激に減少する。

そのため、第１図の制御系では電動ＩＭ４を基準電流Ｉ
Ｐに等しく保とうとしてチョッパＣＨの通流率を増加さ
せる。

その結果、電動機電圧が増加して電流ＩＭｔ〜ＩＭａを
増加させるが、制御の遅れがあるので、第２図のように
なり、時点ｔ２迄は、空転した車軸（以下、空転軸とい
う）の電動機電流が選択されて制御され、空転がますま
す助長されてしまうという問題がある。

また、いったん空転すると車輪とレールとの間の摩擦力
は第３図に示すように急激に低下することが知られてい
る。

したがって、空転発生→摩擦力の低下→空転速度増加の
サイクルを繰り返して空転速度が増加してゆくが、電動
機を含む車軸の慣性とバネ糸の存在により、空転速度し
たがって電動機電流は第４図に示すように一般に振動的
に変化する。

一方、第１図の架線電圧Ｅ８には一般に内部抵抗がある
ので、空転した車軸の電動機電流が第４図の曲線ａのよ
うに変化すると、内部抵抗による電圧降下も振動的に変
化し、したがって電動機電圧も振動的に変化することに
なる。

そして、第１図に示す電流制御系にも一般に制御の遅れ
があるので、粘着している車軸の電動機電流も第４図の
曲線すに示すように振動的に変化することになる。

そのため、過度的に粘着車軸の電動機電流よりも空転車
軸の電動機電流の方が大きくなる期間も生じ、結局第１
図のダイオードＤｄ、〜Ｄｄ４で選択される電流信号は
第４図の破線のようになって、これが基準電流ＩＰと等
しく制御されることになる。

その結果、第２図の時点ｔ１と１２の間と同様に空転を
助長する期間も生じるばかりでなく、基準電流ＩＰと突
合わされるＫＮ信号には空転車軸の電動機電流、したが
って空転速度の振動の基本成分が十分に含まれていない
ので、その振動を抑制する効果に乏しい。

そのため、第４図のような振動現象が持続することにな
り、粘着車軸の電動機電流が過度的に過大になるため、
粘着車軸に空転を誘発したり、振動現象によって車軸や
減速機に無理がかかり、その信頼性を低下させたりする
おそれがある。

このように第１図の制御方式では、実際の使用条件にお
いて粘着性能、信頼性などの点で問題がある。

また、従来技術としてはこの外に、複数個の電動機電流
の平均値を検出して制御する方法も知られているが、ど
れかの車軸に空転が発生すると。

複数個の電動機電流の平均値が下ってしまうため、チョ
ッパの通流率が増加し、空転が助長、誘発されるため、
粘着性能や信頼性は第１図の方式よりさらに低下する。

本発明の目的は、上記従来技術のような問題点のない粘
着性能に優れ、信頼性の高い電気車制御装置を提供する
ことにある。

本発明は、複数個の駆動電動機を備えた電気車において
、各駆動電動機の取付ゆられた車軸のなかから粘着して
いるものを判定し、その車軸に対応する電動機電流を検
出し、その電流によって電気車を制御するようにしたも
のである。

以下、具体的な実施例によって説明する。

第５図は本発明の一実施例であって、第１図と同じ記号
は同じ意味を衣わすものとする。

第１図と異なる点は、各電流検出器ＣＴＩ〜ＣＴ４と各
ダイオードＤｄ１〜Ｄｄ、との間に各スイッチＳＷＩ〜
Ｓ’Ｗ４が挿入されていることと、基準電流ＩＰと各電
流検出器ＣＴＩ〜ＣＴ４の出力との相互関係によってス
イッチＳＷ１〜ＳＷ４を開閉する空転検知器ＳＤＩ〜Ｓ
Ｄ４が備えられていることである。

空転検知器ＳＤ１〜ＳＤ４の具体的構成は、Ｓｎ２を例
にとると第６図のようになっている。

すなわち、電流検出器ＣＴ４の出力と、基準電流ｈｐと
を突合せ、その差を微分回路りで微分した後、レベル検
出器ＬＤに加え、その出力で一定時間記憶装置Ｍを動作
させ、その出力でスイッチＳＷ４を開くようにしている
。

記憶装置Ｍの出力がない場合はスイッチＳ’Ｗ４は閉じ
ているものとする。

このような構成において、たとえば電動機Ｍ４の車軸が
空転を生じたとすると、電動機電流したがって、電流検
出器ＣＴ４の出力は、基準電流ＩＰに対して第２図に示
したように急激に減少する。

したがって、第６図の微分回路りの入力が急増するので
、その出力があるレベルを超えるとレベル検出器ＬＤが
出力を発生することになる。

この出力により、一定時間記憶装置ＭはスイッチＳＷ４
を開き、ダイオードＤｄ４への入力はなくなる０ つまり、空転した車軸の電動機電流は等制約に電流制御
系から切離されたことになり、粘着している車軸の電動
機Ｍ１〜Ｍ３の電動機′電流中の最大値をダイオードＤ
ｄ、〜Ｄｄ３で選択して制御することになる。

レベル検出器ＬＤが出力を発生している間は記憶装置Ｍ
は出力を発生し続けるが、レベル検出器ＬＤの出力がな
くなると、一定時間記憶の機能により、記憶装置Ｍはさ
らｔこ一定時間出力を出し続けた後、出力がなくなりス
イッチＳ’Ｗ４を閉じる。

そして電動機Ｍ４の電流は再び制御系に接続される０ したがって、上記本発明の一実施例によれば、空転が発
生すると、その車軸の電動機電流は電流制御系から切離
されてしまうので、従来技術のように空転を助長するよ
うな制御が避けられる。

また、空転車軸の電動機電流の電流制御系への再接続は
、前述の記憶装置の作用によりレベル検出器出力がなく
なった後、一定時間経過しないと行なわれないので、空
転時の振動現象において電動機電流変化が過渡的に零に
なるような場合でも、空転車軸の電動機電流は再接続さ
れない。

つまり、従来のように粘着車軸の電動機電流による制御
と空転車軸の電動機電流による制御が混在するおそれは
ない。

したがって、粘着車軸の電動機電流に空転の影響による
振動現象があられれても、それは基準電流ＩＰに対する
自動制御系の作用で直ちに抑制され、粘着車軸への空転
の誘発や、機械系にとって好ましくない振動の持続も抑
制されるという効果がある。

なお、第５図のスイッチＳ’ＷＩ〜ＳＷ４のかわりに、
第７図に示すように、減算器ＳＢＩ〜ＳＢ４を挿入し、
空転検出器ＳＤＩ〜ＳＤ４の出力を電流検出器ＣＴＩ〜
ＣＴ４の出力から減算した信号をダイオードＤｄ１〜Ｄ
ｄ４の入力とすることもできる。

このような構成によれば、例えば第５図の電動機Ｍ４の
車軸に空転が発生すると、第６図に示す空転検知器ＳＤ
４の一定時間記憶装置Ｍが出力を発生するが、この実施
例ではそれがそのまま減算器ＳＢ４に加わり、その結果
、ダイオードＤｄ。

の入力は電流検出器ＣＴ４の出力から記１意装置Ｍの出
力を減じた値となり、記憶装置Ｍの出力レベルの調整に
より、ダイオードＤｄ、の入力はダイオードＤｄ１〜Ｄ
ｄ３の入力に比べて十分小さくなる。

したがって、たとえ電動機Ｍ４の電流が振動現象を生じ
ても、ダイオードＤｄ４は導通状態になることはなく、
電流制御系から自動的に切離されて、電流制御系は粘着
車軸の電動機電流によって制御されるようになる。

この実施例によれば、第５図の実施例に比べ、スイッチ
の替りに減算回路（信号の単なる突合わせ程度でよい）
を用いるので、装置をより簡単化できる利点がある。

さらに、第５図では空転検知器ＳＤＩ〜ＳＤ４が基準電
流Ｉｐと各電流検出器ＣＴＩ〜ＣＴ４の出力との相互関
係で動作するよ・うになっているが、第８図に示すよう
に、各車軸速度の相互関係で動作するようにしてもよい
。

すなわち、速度検出器ＰＧＩ〜ＰＧ４はそれぞれ、電動
機Ｍ１〜Ｍ４に連結されており、その出力はダイオード
Ｄ４□′〜Ｄｄ 、’で突合わされた後、抵抗ＲＢを介
してバイアス電源ＥＢに接続されている。

したがって、出力が最低の速度検出器に接続されたダイ
オードのみが導通（７、ダイオードＤｄ１′〜Ｄｄ４′
の共通側に最低出力Ｖｍｉｎが得られる。

そこで、このＶｍｉｎ信号を基準電流ＩＰのかわりに、
また各速度検出器出力信号を各電動機の電流検出器の出
力信号の替りに、それぞれ第６図に示すような、空転検
知器に入力するようにしてもよい。

この実施例によれば、車軸の空転を速度によって直接的
に検知しているので、粘着している車軸の判定をより確
実に行なうことができ、制御装置の誤動作をなくし得る
利点がある。

第９図は本発明の他の実施例であって、第１図、第５図
と同じ記号は同じ意味を表わすものとする。

ここで、第５図の実施例と異なる点は、駆動電動機Ｍ１
とＭ４だげにそれらの電流を検出する電流検出器ＣＴＩ
とＣＴ４が設けられ、電流検出器ＣＴＩの出力は電気車
が前進する場合に閉じるスイッチＦ、および電気車が力
行している場合に閉じるスイッチＰを介して基準電流Ｉ
Ｐと突合わされていること、また、電流検出器ＣＴ４の
出力は電気車が後進する場合に閉じるスイッチＲ１およ
びスイッチＰを介して、やはり基準電流ＩＰと突合され
ていることである。

ここで、駆動電動機Ｍ１〜Ｍ４は第１０図に示すように
、電気車ＬＯの台車ＴＩ 、Ｔ２に図示すように配置さ
れていて、それぞれ車軸Ｗ１〜Ｗ４に連結されている。

また、電気車ＬＯに連結器Ｃを介して荷重りが連結され
ており、電気車の前進方向は図示矢印の通りとする。

第１０図のような構成において、電気車が荷重をけん引
走行するために前進方向に力を発生すると、連結器Ｃと
車輪Ｗ１〜Ｗ４の踏面（力の発生点）とが上下刃向に隔
っていることにしるモーメントが働き、いわゆる軸重移
動現象が生じて前進力向に対してより前方の台車のより
前方の車軸、この場合は車輪Ｗ４の取付げられた車軸の
軸重が最も小さくなり、逆により後方の台車のより後方
の車軸、この場合は車輪Ｗ１の取付げられた車軸の軸車
が最も大きくなる。

なお、後進方向では以上の関係は逆になる。

したがって、前進力行時の空転現象は軸重の最も小さい
車輪Ｗ４の車軸に生じることになるが、この空転現象の
程度が激しくならないように駆動電動機電圧を抑制した
場合には、軸重の最も大きい車輪Ｗ１の車軸では粘着条
件に余裕が生じるため、実際の経験上、はとんど空転は
生じなくなり、実用的に常に粘着していると考えても差
支えないことが知られている。

なお、後進力行では以上の関係は逆になる。

そこで、第９図の本発明の実施例では、この経験事実に
基き、粘着している車軸の判定は運転モードによって行
なうようにしたもので、まず、前進、力行条件ではスイ
ッチＦ、Ｐが閉じ、電流検出器ＣＴＩにより検出された
駆動電動機Ｍ１の電流と基準電流ＩＰとを突合わせて制
御する。

また、後進、カ行条件ではスイッチＲ，Ｐが閉じ、電流
検出器ＣＴ４により検出された駆動電動機Ｍ４の電流と
基準電ＲＩｐとを突合わせて制御する。

このようにすると、前進力行時に駆動電動機Ｍ４〜Ｍ２
に、また、後進力行時に駆動電動機Ｍ１〜Ｍ３に空転が
生じても、それらの電動機電流は電流制御系から切離さ
れているので、第５図の実施例と同様に、空転の助長、
誘発、振動現象の持続などが抑制されるという効果があ
る。

しかも第５図〜第８図の実施例に比べれば空転検知器等
を必要としないため、装置が非常に簡単で、価格低減、
信頼度向上の効果もある。

第１１図は本発明の他の実施例であって、第９図と異な
る点は、電流検出器ＣＴＩ 、ＣＴ４の出力で、スイッ
チＦまたはＲを介して得られる信号がダイオードＤｄ１
′、＋Ｄｄ４’を介して出力されること、駆動電動機Ｍ
２．Ｍ３にも電流検出器ＣＴ２゜ＣＴ３が設けられてい
ること、電流検出器ＣＴＩ〜ＣＴ４の出力からバイアス
信号ＥＢを差引いたものが、ダイオードＤｄ１〜Ｄｄ４
を介して、ダイオードＤｄ１’ ｌ Ｄｄ４’からの出
力と合成されていること、などである。

第９図の実施例では、装置が非常に簡単にはなるが、た
またまレール条件が悪いなどの原因で、前進力行時に駆
動電動機Ｍ１が、また前進力行時に駆動電動機Ｍ４が、
万一空転を生じるとそれらの電流が急激に減少するので
、チョッパＣＨの通流率を増加させてしまい、空転がま
すます助長される危険性がある。

一方、第１１図の実施例のようにして′ｊ６けば、駆動
電動機Ｍ１又はＭ４が空転しない限り、電流検出器ＣＴ
Ｉ〜ＣＴ４の出力からバイアス信号ＥＢを差引いた信号
は、スイッチＦ又はＲを介して得られる信号よりは若干
小さめに設定しておくことができるので、ダイオードＤ
ｄ、’又はＤｄ４’が導通するのみであり、第９図の実
施例と同様の制御動作が行なわれ、万一前進力行時に駆
動電動機Ｍ１が、また後進力行時に駆動電動機Ｍ４が空
転してスイッチＦまたはＲを介して得られる信号が急激
に減少すると、電流検出器ＣＴ２〜ＣＴ４またはＣＴＩ
〜ＣＴ３の出力からバイアス信号ＥＢを差引いた信号の
力が相対的に大きくなるので、ダイオードＤｄ２〜Ｄｄ
、またはＤｄ１〜Ｄｄ３のいずれかが導通して基準電流
ＩＰと突合イっされることになり、すなわち、スイッチ
ＦまたはＲを介して得られる信号のバックアップ信号と
して作用することになり、チョッパＣＨの通流率の増加
が抑制され、第９図の実施例で懸念されるような問題点
がなくなる。

すなわち、第９図の実施例では、駆動電動機Ｍ１あるい
はＭ４が空転した場合、電流帰還値が急激に小さくなっ
てたちまち大空転を誘発する惧れがあるが、第１１図に
おいては、そのような場合にも、若干低めとはなるもの
の電流帰還値の急激な低下が喰い止められるため、第９
図に比べ、大空転を誘発する危険性は軽減できる。

以上の各実施例においては、電気車の力行制御への適用
例を述べたが、発電ブレーキ制御、回生ブレーキ制御な
ど、駆動電動機を発電機としその電流制御を行ない、電
気ブレーキを作用させる場合にも本発明を適用すること
ができる。

なお、その場合は、空転検知器は滑走検知器に置き要え
て考えればよい。

また、軸重移動現象が力行制御時とは逆方向に生じるが
、第９図、第１１図の実施例のように、運転モードによ
って粘着している車軸を判定する場合には、遂行力向に
向ってより前方の台車のより前方の車軸を粘着している
ものと判定するようにすればよい。

また、以上の説明においては、サイリスクチョッパで制
御される電気車への適用例を説明したが、交流立札制御
力式の電気車へ適用しても本発明の効果が同様に発揮さ
れることに明らかである。

以上、詳細に説明したように本発明によれば、粘着性能
に優れ、信頼性の高い電気車制御装置が得られ１１．実
用上の効果は大なるものである。

【図面の簡単な説明】 第１図は従来の電気車制御装置の一例を示す図面、第２
図はそれによる電動機電流の波形を示す図面、第３図は
空転速度と摩擦力の関係を示す図面、第４図は第１図の
装置による電動機電流の他の波形例を示す図面、第５図
は本発明による電気車制御装置の一実施例を示す図面、
第６図はその一部を詳細（こ示す図面、第７図〜第９図
は本発明の他の実施例を示す図面、第１０図は電気車の
内部配置を示す図面、第１１図は本発明の他の実施例を
示す図面である。 Ｍ１〜Ｍ４・・・・・・駆動電動機、ＣＨ・・・・・・
チョッパ、Ｅｓ−１，・・・架線電源、ＩＰ・・・・・
・基準電流、ＳＤＩ〜ＳＤ４・・・・・・空転検知器、
ＳＷＩ〜ＳＷ４・・・・・・スイッチ、Ｐ、Ｆ、Ｒ・・
・・・・スイッチ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 複数の車軸と、この車軸にそれぞれ連結され互いに
   並列接続された複数の電動機と、指令電流と前記電動機
   の電流との偏差に応じて前記電動機への供給電圧を制御
   する制御装置を備える電気車において、前記制御装置を
   前記複数の車軸のうち粘着している車軸を判定する手段
   と、前記粘着している車軸に連結された電動機の電流を
   検出する手段と、この手段が検出した電動機電流と指令
   電流との偏差に応じて前記電動機を制御する手段とで構
   成したことを特徴とする電気車制御装置。 ２ 第１項記載の電気車制御装置において、前記判定手
   段は、各車軸に連結された電動機の電流と指令電流との
   それぞれの偏差を検出する電流偏差検出手段と、前記電
   流偏差が所定値以下となる電動機の連結されている車軸
   を選択する手段とから成ることを特徴とする電気車制御
   装置。 ３ 第１項記載の電気車制御装置において、前記判定手
   段は、前記複数の車軸のそれぞれの速度を検出する複数
   の速度検出手段と、前記車軸速度の最小値又は最大値を
   検出する第２の速度検出手段と、この第２の速度検出手
   段が検出した速度と前記車軸速度とのそれぞれの偏差を
   検出する複数の速度偏差検出手段と、前記速度偏差が所
   定値以下となる車軸を選択する手段とから成ることを特
   徴とする電気車制御装置 ４ 第１項記載の電気車制御装置において、前記判定手
   段は、電気車のカ行時は電気車の進行方向に対して最後
   方の車軸を、また電気車のブレーキ時は電気車の進行方
   向に対して最前力の車軸を、それぞれ粘着している車軸
   とみなすものであることを特徴とする電気車制御装置 ５ 第１項記載の電気車制御装置において、前記電流検
   出手段は、粘着している車軸に連結された電動機のそれ
   ぞれの電流を検出する複数の電流検出手段と、前記電動
   機電流のうち最大値を電動機電流として出力する最大電
   流検出手段とから成ることを特徴とする電気車制御装置
   。