JPS5944841B2 - 電気車のプラツギング検出方法および検出装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は電気自動車等の電気車においてプラツギング制
動を採用した場合におけるプラツギング制動Ｂ３採用し
ている伏態を検出するための電気車のプラツギング検出
方法、および、その方法の発明の実施に直接使用する装
置となる電気車のプラツギング検出装置の改良に関する
ものである。 電気車にプラツギング制動を採用した場合にプラツギン
グｆ）Ｓ作用している伏態を検出する必要ＢＳあること
は従来より知られており、例えばプラツギングＢＳ作用
し始めるとチヨツパ制御回路に信号を与えてチヨツパに
流れる電流ひいては直流電動機の電機子巻線に流れる電
流の大きさを抑制しプラツギング制動トルクを緩和して
急激な電機車の制動を防止し荷くずれ等の障害ＢＳ発生
しないようにするために必要とされている。そして、従
来のプラツギング機能を有する電気車は次の如き構造で
ある。 すなわち、直流電源から電気車駆動用の直流電動機への
電力供給の制御は、前記直流電動機と直流電源とを接続
する時間の百分率を調整することによつてなされる。そ
して、この種の電気車の制御装置では、トランジスタあ
るいは主サイリスタと転流素子からなるサイリスタ回路
のような電力制御装置すなわちチヨツパＢＳ採用される
。又、前記直流電動機の界磁巻線Ｂ３ブリツジ伏に接続
され界磁磁束の方向を反転できるようにしてある。又、
プラツギング作用を行なわしめるために、電機子巻線を
含む回路と並列に第１の電力ダイオードを接続するのＢ
Ｓ普通であり、該第１の電力ダイオードはプラツギング
制動の際に電流／）３流れ得る極性に接続される。 更に、直流電動機の電機子巻線と界磁巻線との直列回路
に対して並列に第２の電力ダイオードＢＳ接続され、前
記チヨツパＢＳオフの期間中に該第２の電力ダイオード
を介して無効電動機電流が流れ続ける回路を構成してい
る。そして、前記直流電動機Ｂ３電動機として回転し回
転トルクを発生している時には、該直流電動機の界磁磁
束によつて電機子巻線中に前記第１の電力ダイオードを
介して電流ＢＳ流れなくする極性の誘起電圧を発生する
。制動トルクｔ）ｓ必要な時は、電気車運転者の操作に
よつて例えば電磁接触器を切替えて界磁巻線に流れてい
る電流の方向ＢＳ反転される。 これによる界磁磁束の方向の反転により電機子巻線中に
発生する前記誘起電圧は、前記第１のダイオードを介し
て電流を流し得る極性である。この時、直流電動機は分
巻発電機として作用し、発電制動トルクを発生している
。この発電制動トルクは前記直流電動機を電動機として
考察した場合には逆転制動トルクということができる。
そして前記発電制動トルクすなわちプラツギング制動ト
ルクの大きさは前記チヨツパの導通率を制御することに
より調整される。そして従来の電気車においてはこのよ
うなプラツギング匍ｊ動状態を検出するために次のよう
な方法を採用し、プラツギング制動伏態を検出した時に
はチヨツパの導通率を適切なものに制御していたのであ
る。 つまり、従来の電気車では第１の電力ダイオードに順方
向電流か流れた際に該第１の電力ダイオードの両端に発
生する順方向電圧降下を検出してプラツギング制動伏態
であることを検出していた。 そして、従来のこの方法は多くの用途で満足しているこ
とが判明しているＢＳｌ第１の電力ダイオードの動的抵
抗ＢＳ温度に依存すＺため、プラツギング検出信号が前
記第１の電力ダイオードの特性に影響され、温度変化に
伴つて電気車のプラツギング制動性能に変動ＢＳ生じる
という欠点ＢＳあつた。又、プラツギング制動伏態でな
く直流電動機ＢＳ何らかの原因で低回転伏態になつたり
ロツク伏態になつたときには、前記第１の電力ダイオー
ドを介して７ライホイール電流Ｂ３流れるため、この伏
態をプラツギング制動状態と誤検出することＢＳあると
いう欠点Ｂ３あつた。本発明は上記の欠点を解消し、プ
ラツギング制動状態を正確に検出することＢ３できる電
気車のプラツギング検出方法および該方法の発明の実施
に直接使用する電気車のプラツギング検出装置を提供す
ることを目的とするものである。 以下、本発明方法および装置の第１実施例を示す図面に
ついて説明する。 第１図において、１はチヨツパとなる特にサイリスタチ
ヨツパ、２は直流電動機３の界磁巻線、４は該直流電動
機３の電機子巻線である。５，６は正逆転切替スイツチ
手段となる特に電磁接触器、７はプラツギング回路を構
成する特にプラツギングダイオードであり、前記電機子
巻線４の両端に接続されている。 ８はフライホイール回路を構成する特にフライホイール
ダイオードであり、前記界磁巻線２と電機子巻線４との
直列回路に対して並列に接続されている。 ９はアクセル手段を構成する特に可変抵抗器であつて運
転者の足で踏み込み角度が調整される図示せぬアクセル
ペダルに連動する。 １０はチヨツパ制御回路であり、前記サイリスタチヨツ
パ１にオンパルスとオフパルスを供給するものであり前
記アクセル手段９よりの信号に応じて前記チワツパ１の
導通率を制御するものである。 １１は電流検出手段であり前記電機子巻線４を流れる電
流の大きさを検出し例えば磁気抵抗素子やホイール素子
を使用して構成できるものである。 １２は差動増幅器で前記電流検出手段１１からの電機子
巻線電流に応じた信号を増幅するものである。 １３，１４，１５，１６は抵抗でありこれらの抵抗によ
り差動増幅器１２の増幅度ＢＳ決定される。 １７はダイオード、１８は抵抗、１９は演算増幅器であ
つてＡ点とＢ点との間に大きなインピーダンスを介在せ
しめ、かつＡ点とＢ点の電圧ｔ）ｓ当初において等しく
なるようにする、すなわち、ボルテージフォロワーする
ためのものである。 ２０はトランジスタでそのベースが抵抗２１とツエナー
ダイオード２２を介してチヨツパ１の反アース側に接続
されており、前記チヨツパ１ｂ３オン伏態のときに前記
トランジスタ２０ｂ３オフし前記チヨツパ１がオフ状態
のときにトランジスタ２０はオンする。 ２３はコンデンサで前記トランジスタ２０ｂＳオフのと
き、すなわち、前記チヨツパ１かオンのときに前記Ｂ点
の電圧により充電される。 ２４はコンデンサ２３の放電電流か流れるダイオード、
２５，２６はコンデンサ放電後の残留電圧を決定する分
圧抵抗である。 ２７はトランジスタで該トランジスタ２７のベースはツ
エナーダイオード２８とダイオード２９とを介してトラ
ンジスタ２０のコレクヨに接続されているため前記チヨ
ツパ１ｂＳオン伏態のときにオンしオフ伏態のときにオ
フするものである。 このために、Ａ点の電圧はトランジスタ２７かオフのと
きすなわちチヨツパ１７５Ｓオフのときに抵抗３０を介
して比較回路を構成する特に比較器３１のマイナス端子
に導かれ、一方、比較器３１のプラス端子にはコンデン
サ２３の電圧すなわちＢ点の電圧が印加される。３２は
アクセル手段９の増速指令出力に遅れ時間を持たせるソ
フトスタート回路、３３は電磁接触器５，６の一方が励
磁されて切替接点３４，３５のいずれか一方が電源側端
子３６，３７のいずれかに接続され界磁巻線２に電流が
流れ得る状態になつた後に前記ソフトスタート回路３２
を動作させるタイミング回路である。 そして、上記構成のうち、該一実施例では主としてトラ
ンジスタ２７と抵抗３０と差動増幅器１２とでオフ時電
流検出回路２７，３０，１２を構成し、又、主として差
動増幅器１２と演算増幅器１９とダイオード１７と抵抗
１８とトランジスタ２０とでオン時電流検出回路１２，
１９，１７，１８，２０を構成している。 更に、主としてコンデンサ２３によつてオン時電流検出
回路１２，１９，１７，１８，２０の出力電圧を記憶保
持する記憶手段を構成している。Ｂ２は補助電源、４８
は増幅器、５０ないし５９は抵抗、６０はトランジスタ
、６１，６２，６３はダイオード、６４はコンデンサで
ある。上記構成になる第１実施例の作動について説明す
る。 まず直流電動機３ｂＳ駆動伏態になる過程を説明する。
電磁接触器の一方６を励磁して切替接片３５／）ｊ電源
側接点３７に接触し切替接片３４ｂＳ非電源側接点３８
に接触していると、界磁巻線２に主電源Ｂ１の電圧Ｂ３
印加されるためダイオード３９を介する信号にてトラン
ジスタ４０ｂ３オフする。その結果、ソフトスタート回
路３２のコンデンサ４１に充電電（ＦＬｔ）ｓ流れ始め
アクセル手段となる可変抵抗器９ｔ）ｓ指令する値まで
ソフトスタート回路３２の出力電圧すなわちＣ点の電位
ＢＳ上昇する。従つて、静的にはアクセルペダルと連動
する可変抵抗器９の指令する導通率にてチヨツパ１ｂＳ
チヨツピング動作を行ない直流電動機３に電力ｔ）ｓ供
給される。この時に電流検出器１１は電機子巻線電流を
検出し、該電流検出器１１の出力増幅波形すなわちＡ点
の電圧波形は第２図のよう１こなる。 つまり、直流電動機３に主電源Ｂ１の電圧ＥＢｌｂＳ印
加されたとき、（チヨツパ１ｂ３オンした時）電鼾巻線
電流は第２図の４２と同様に上昇し、チヨツパ１ｂＳオ
フした時からフライホイール電流Ｂ３電機子巻線４、フ
ライホイールダイオール８、電磁接触器６、界磁巻線２
、電磁接触器５と流れて該フライホイール電流は第２図
の４３と同様に減少する。 前述の過程で、チヨツパ１ｂＳオンの時電機子電流の大
ささに応じた電圧（Ｂ点電圧）でコンデンサ２”３／）
３充電されており、その直後チヨツパ１ｂＳオフ状態に
なるとコンデンサ２３の電荷はダイオード２４と抵坑２
６とを通つて放電され、抵抗２５と２６にて分圧された
Ｄ点の電圧とＢ点の電圧Ｂ３等しくなるまで放電する。
この過程でのコンデンサ２３の両端電圧つまりＢ点の電
圧Ｂ３第２図の４４で示す基準電圧波形であり、この波
形４４ｂＳプラツギング制動状態であるか否かを判断す
る際の予定される電流値に相等する。前記基準電圧波形
４４すなわちＢ点の電圧とＡ点の電圧とＢ３比較器３１
に入力され、基準電圧波形４４よりもＢ点の電圧の方Ｂ
Ｓ第２図４３ａの如く大きいとき、すなわち、予定され
た電流値よりもチヨツパ１ｂ３オフ伏態の時に電機子巻
線を流れる電流の方Ｂ３大きいとぎはプラツギング制動
伏態であることを検出し、比較器の３１出力に

〔０〕出
力を出しＥ点の電位Ｂ３アース電位になるため、該Ｅ点
にダイオード４５と抵抗４６とを介して接続されたＦ点
の電位ＢＳ低下する。その結果、アクセル手段９の出力
電圧ＢＳ小さくなり、チヨツパ制御回路１０はチヨツパ
１の導通率を小さくするため該チヨツパ１を介して流れ
る界磁巻線２および電機子巻線４の電ＦｒＬｂｓ減少し
、プラツギング制動トルクは適切な値に緩和されるもの
である。一方、基準電圧波形４４よりもＡ点の電圧ＢＳ
小さいときはプラツギング制動伏態ではないためチヨツ
パ１の導通率は比較器３１の影響を受けない。かくして
、チヨツパ１の導通率を下げ、該導通率の最大値を制限
することにより、プラツギング制動トルクの最大値を抑
制し、なめらかな制動特性を得ることＢＳできる。そし
て、プラツギング検出特性ＢＳ温度の影響を受けて温度
によつて制動特性ＢＳ比較的大きく変動するという従来
欠点を解消し、又、確実Ｉこプラツギングのみを検出す
ることにより不必要に直流電動機３の出力ＢＳ抵下する
ことｔ）３ないという利点ＢＳある。 次に、プラツギング制動中にアクセルペダルを大きく踏
めば、チヨツパ１の導通率ｔ）ｓ大きくなるため分巻発
電機として作用している直流電動機３の逆転制動トルク
（発電制動トルク）ＢＳ大きくなるＢＳｌ逆にアクセル
ペダルの踏み込み角／）Ｓ小さくなるに従つて、前記逆
転制動トルクｔ）３小さくなつていく。 従つて、プラツギング制動により電気車の速度Ｂ３低下
するに従つて制動トルクは小さくなるようにアクセルペ
ダルの踏み込み角は小さく操作されるのである。そして
、制動トルクＢＳ小さくなるに従つてプラツギングダイ
オード７を介して流れる電機子巻線電流ＢＳ小さくなる
ため、車両ＢＳ停止に近ずいてアクセル／）Ｓ余り踏み
込まれていない状態では前述したところの予定される電
流値に相等する基準電圧波形４４のレベルも下げること
／）Ｓ望ましい。そうすれば、プラツギング制動作用Ｂ
Ｓかなり弱くなつた車両停止直前までプラツギング伏態
であることを装置ＢＳ検出し続けてプラツギング制動ト
ルクの上昇を最後まで抑制し続けるために、一層なめら
かな制動特性を得ることＢ３できる。以下、このような
制動特性を得るための装置を第２実施例として説明する
。第２実施例となる第３図において、アクセル手段９の
操作量に応じて記憶手段２３の出力信号を制御する出力
可変回路として特にインピーダンス可変回路４７を設け
てある。 以下詳細に説明すると、４７はインピーダンス可変回路
で例えばトランジスタを使用して構成でき、アクセルペ
ダルの踏み込み角度に等しい電圧を出すボルテージフオ
ロア一用演算増幅器４８の出力をインピーダンス可変回
路４７の人力とすることにより、アクセルペダルの踏み
込み角度ＢＳ大きくなるにつれてインピーダンス可変回
路４７のインピーダンスを大きくし、コンデンサ２３の
放電電流を抑制し、第１実施例で述べた第２図の基準電
圧波形４４のレベルを高くするものである。一方、逆に
アクセルペダルの踏み込み角度ＢＳ小さいときはインピ
ーダンス可変回路４７のインピーダンスＢＳ小さくなり
基準電圧波形４４のレベルｔ）ｓ低下するため、前述し
たようにプラツギング制動トルクＢＳかなり小さくなつ
た状態でもプラツギング伏態を検出し続けて最後までな
ゆらかな制動作用を達成することＢＳできるものである
。なお、プラツギング制動を検出することによりチヨツ
パ１の導通率を下げて制動トルクを制限したＢ３、本発
明方法および装置はこのような用途に限定されるもので
はなく、プラツギング制動のトルクをその他の方法で緩
和したり、あるいはプラツギング制動伏態を車両後尾の
ストツプランプにて表示する等その他の用途、装置にも
採用できるものである。 又、電流検出手段１１としては直流電動機３の主回路の
結線すなわちチヨツパ１の位置によつてはシヤント抵抗
を利用することもできる。 以上述べたように本発明の第１番目の発明となる方法に
おいては、プラツギング制動伏態であるか否かを温度に
影響されること／）３少ない伏態で正確に検出できると
いう優れた効果Ｂ３ある。 又、本発明の第２番目の発明においては、上記第１番目
の発明の効果に加えて、製造ｔ）３容易で信頼性の高い
装置を提供できるという効果Ｂ３ある。更に、第３番目
の発明においては、上述の効果に加えてプラツギング作
用Ｂ３小さくなつた領域においてもプラツギング次態を
感度良く確実に検出できるという効果Ｂ３ある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明方法を使用した本発明装置の第１実施例
を示す電気自動車の電動機制御回路図、第２図は第１図
図示回路における各部の波形図、第３図は前記本発明装
置の第２実施例を示す電動機制御回路図である。 １・・・・・・チヨツパ、２・・・・・・界磁巻線、３
・・・・・・直流電動機、４・・・・・・電磁子巻線、
５，６・・・・・・正逆転切替スイツチ手段、７・・・
・・・プラツギング回路、８・・・・・・フライホイー
ル回路、９・・・・・・アクセル手段、゛１０・・・・
・・チヨツパ制御回路、１１・・・・・・電流検出手段
、１２，１７，１８，１９，２０・・・・・・オン時電
流検出回路、１２，２７，３０・・・・・・オフ時電流
検出回路、２３・・・・・・記憶手段となるコンデンサ
、３１・・・・・・比較回路、４７・・・・・・出力可
変回路。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 断続作動するチョッパを介して界磁巻線および電機
   子巻線を有する電気車駆動用の直流電動機に電力供給を
   行い、かつプラッギング機能を有する電気車において、
   前記チョッパがオン状態からオフ状態に移行したときの
   前記チョッパオフ状態での前記直流電動機の電機子巻線
   電流の大きさが直前すなわち前記チョッパオン状態での
   前記直流電動機の電機子巻線電流の大きさから予定され
   る電流値以上流れたか否かを判別し、予定される電流値
   以上の電流が前記直流電動機の電機子巻線に流れたとき
   に前記電気車がプラッギング制動状態にあると判定する
   電気車のプラッギング検出方法。 ２ 直流電動機の界磁巻線に流れる電流の方向を切替え
   る正逆転切替スイッチ手段、前記直流電動機の電機子巻
   線を短絡するプラッギング回路、前記直流電動機の電機
   子巻線および界磁巻線の両端を短絡するフライホイール
   回路、前記直流電動機に供給する電流をチョッピング制
   御するチョッパ、該チョッパをアクセル手段の指令に基
   いて制御するチョッパ制御回路、前記直流電動機の電機
   子巻線に流れる電流を検出する電流検出手段、該電流検
   出手段よりの信号から前記チョッパがオフ状態での前記
   直流電動機の電機子巻線電流を読み取るオフ時電流検出
   回路、前記電流検出手段よりの信号から前記チョッパが
   前記オフ状態になる直前のオン状態での前記直流電動機
   の電機子巻線電流を読み取るオン時電流検出回路、該オ
   ン時電流検出回路の出力信号を記憶保持する記憶手段、
   該記憶手段と前記オフ時電流検出回路からの両信号を入
   力とし前記記憶手段の出力信号と前記オフ時電流検出回
   路の出力信号とを比較することによりプラッギングの有
   無を判別する比較回路を備えたことを特徴とする電気車
   のプラッギング検出装置。 ３ 前記記憶手段は前記オン時電流検糸回路からの出力
   電圧に応じて充電され前記チョッパがオフのときに放電
   して出力電圧を発生するコンデンサを有することを特徴
   とする特許請求の範囲第２項に記載の電気車のプラッギ
   ング検出装置。 ４ 直流電動機の界磁巻線に流れる電流の方向を切替え
   る正逆転切替スイッチ手段、前記直流電動機の電機子巻
   線を短絡するプラッギング回路、前記直流電動機の電機
   子巻線および界磁巻線の両端を短絡するフライホイール
   回路、前記直流電動機に供給する電流をチョッピング制
   御するチョッパ、該チョッパをアクセル手段の指令に基
   いて制御するチョッパ制御回路、前記直流電動機の電機
   子巻線に流れる電流を検出する電流検出手段、該電流検
   出手段よりの信号から前記チョッパがオフ状態での前記
   直流電動機の電機子巻線電流を読み取るオフ時電流検出
   回路、前記電流検出手段よりの信号から前記チョッパが
   前記オフ状態になる直前のオン状態での前記直流電動機
   の電機子巻線電流を読み取るオン時電流検出回路、該オ
   ン時電流検出回路の出力信号を記憶保持する記憶手段、
   該記憶手段の出力信号の大きさを前記アクセル手段の操
   作量に応じて制御する出力可変回路、前記記憶手段と前
   記オフ時電流検出回路からの両信号を入力とし前記記憶
   手段の出力信号と前記オフ時電流検出回路の出力信号と
   を比較することによりプラッギングの有無を判別する比
   較回路を備えたことを特徴とする電気車のプラッギング
   検出装置。