JPS604641B2 - 電気車の制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は電気車の制御装置に関するもので特に電気車
に搭載される分巻モータを制御するのに適した制御装置
に関する。

例えば分巻モータは、或る界磁コイルに電流が与えられ
ると、それに対して或る回転に達しようとする特性があ
り、その回転最高値は界磁コイルの電流で決定される。

アマチュアの電圧を制御する目的で、曲型的な先行技術
はアマチュアを抵抗の複数段たとえば２段切襖する方式
を用いている。通常、この２段切換えは加速装置たとえ
ばアクセルペダルに連動するりレースィツチにより行な
われる。このため、例えば運転者が発進時や登坂時にア
クセルペダルをいっぱいに踏込むと、アマチュアには最
小抵抗が負荷されるような経路が形成される。従ってア
マチュア電流は、或る回転領域に達しようと非常に大き
な電流となるが、そのような大軍流状態が続けば、モー
タやその制御系が発熱によって非常に不安定となり、モ
ータの焼損や蓄電池の寿命低下も懸念される。このよう
な欠点を防止する目的で、アマチュア電流が予め定める
値を超えると同時に、モータのアマチュア電圧の高圧側
への切換回路を不能化することも考えられる。

しかしながら、上記の方法では、通常走行においても頻
繁に起こり得るような、極短い登坂や簡単な造越しなど
の場合でも保護回路の働く可能性があり、車両の走行フ
ィーリングや操作性に悪影響を及ぼす。この発明は簡単
にいえば、モータや蓄電池などが短時間の大電流には十
分耐え得ることを着目して大電流状態が一定時間継続し
た後に高圧側への功換回路を遮断しようとするものであ
る。

それにゆえに、この発明の主たる目的は、上述の欠点を
克服し、電気車の操作性を損うことなく、モータ、モー
タ制御系あるいは蓄電池などを大電流による発熱から保
護するような電気車の制御装置を提供することである。

この発明はその他の目的および特徴は図面を参照して行
なう以下の詳細な説明から一層明らかとなろう。第１図
および第２図はこの発明の一実施例の電気回路図を示す
。

この実施例はアマチュアＡの流過電流を検出するだけで
なく、アマチュアＡの回路速度をも検出することによっ
て発進時の急加速に対する配慮もなされている。第１図
を参照して蓄電池Ｂ、抵抗Ｒ、分巻モータＭのアマチュ
アＡおよびシャント抵抗ＳＨ（アマチュアの流過電流検
出手段）は直列接続され、蓄電池Ｂと抵抗１１との間に
はリレースイッチ１４０ａが介挿されかつ前記抵抗１１
に並列にリレースイッチ１５０ａが接続される。

また、蓄電池Ｂ、リレースイッチ１４０ａ後述の界磁コ
イルＦの電流量を制御するための制御回路３００および
界磁コイルＦが直列接続される。この制御回路３００は
加速装置たとえばアクセルペダルＡＣに関連接続される
。前記リレースイッチ１４０ａおよび１５０ａはそれぞ
れリレー１４０および１５０により付勢される。

リレー１４０および１５０はそれぞれアクセルペダルに
連動するアクセルスイッチ１２０および１３０に接続さ
れる。アクセルペダルを軽く鉛込むことによりアクセル
スイッチ１２０が、深く礎込むことによりアクセルスイ
ッチ１３０がそれぞれ閉じられる。前記リレー１４０の
他端は（一）端子に接続され、アクセルスイッチ１３０
が閉じられることによりリレー１４０が付勢されリレー
スイッチ１４０ａが閉じられる。ところが前記リレー１
５０の他様は後述の常開接点Ｘｂを介してトランジスタ
１１０のコレクタに接続されていることに注目されたい
。このトランジスタ１１０は、モータＭの回転速度検出
手段３０からの出力を予め定める基準値で弁別する弁別
手段４０８出力により、オンーオフ制御される。すなわ
ち、前記弁別手段出力に前記トランジスタ１１０のベー
スに接地され、かつトランジスタ１１０のヱミツタは接
地される。これにより、モータの回転速度が予め定める
速度よりも低い場合、トランジスタ１１０はオフにされ
、アクセルスイッチ１３０が閉じられてもリレ−１５０
は付勢されずかつ従ってリレースイッチ１５０ａが閉じ
られないことが理解されよう。換言すれば、モータの回
転が低い場合は、アクセルペダルが一気に踏込まれても
アマチュアＡの電圧切換えは不能化される。従って発進
時の急加速が防止される。さらに、要すれば弁別手段４
０８が並列に複数個配設されてもよい。

第２図は、第１図のシャント抵抗ＳＨからの出力を受け
る弁別手段４０Ａと、第２制御手段２００と、制御手段
３００とから成る。

弁別手段４０Ａは、シャント抵抗ＳＨからの出力を反転
差動増幅する蓋勤増幅器ＤＦＩと、この増幅器ＤＦＩ出
力を反転してしきい値弁別する差敷増幅器ＤＦ２とから
成る。差動増幅器ＤＦ２は要すれば並列に複数個設けら
れてもよい。増幅器ＤＦ２出力は、トランジスタＴＩの
ベース電極に与えられ、トランジスタＴＩをオンーオフ
制御する。増幅器ＤＦ２から出力が与えられると、トラ
ンジスタＴＩは導適する。トランジスタＴＩのェミッタ
出力は第２制御手段２００‘こ与えられる。説明の便宜
上、第２制御手段２００の説明に先立ち、制御回路３０
０の構成および動作について以下説明しよう。

アクセルペダルＡＣの最初の踏込みに応じてリレースイ
ッチ１４０ａが閉じられる。このため、トランジスタ３
１０およびユニジャンクショントランジスタ３２０はオ
ン状態となり、予め定める周波数の発振出力（三角波）
は後続のトランジスタ３３０および３４０で増幅される
。注目すべき特徴は、前記トランジスタ３４０のコレク
タに可変抵抗３９０が接続され、その可変抵抗３９川ま
アクセルペダルＡＣに連動され適宜抵抗を変えることで
ある。従ってトランジスタ３４０の出力レベル、すなわ
ち、前記三角波の傾斜（増幅度）はアクセルＡＣの踏込
みに応じて変えられる。この出力はしベル弁別回路Ｌで
弁別され、矩形波の弁別出力が導出される。この弁別出
力はアクセルＡＣの踏込みに応じてパルス幅が異なるこ
とは容易に理解されよう。弁別出力は後続のトランジス
タ３５０および３６０ならびに駆動トランジスタ３７０
で増幅される。制御回路３００は、アクセルＡＣの踏込
みが大きいとトランジスタ３７０の出力のパルス幅が小
さくなるように設定される。従って界磁コイルＦに流れ
る電流はアクセルＡＣの踏込みが大きいと小さく、アク
セルＡＣの踏込みが小さいと大きくなるように制御され
ることがわかる。以上の制御回路の説明に基づいて次に
第２制御手段２００の説明をする。

前記トランジスタＴＩの導遠出力は、トランジスタＴ３
，Ｔ４およびＴ５を順次導通させる。トランジスタＴ５
のコレク外ま抵抗Ｒ２を介して制御手段３００の可変抵
抗３９０に接続される。トランジスタＴ５のェミッタに
は抵抗Ｒ３が接続される。従って、トランジスタＴＩの
導逸出力により、抵抗Ｒ２およびＲ３が制御回路３００
のアクセル可変抵抗３９川こ並列に接続される。すなわ
ち、トランジスタＴＩの導通出力により可変抵抗３９０
の可変範囲が小さくなる。それゆえに、アマチュアＡの
流過電流が増加すると、アクセル可変抵抗３９０の感度
が低下し、界磁コイルＦの電流を増加させることが理解
される。さらに、トランジスタＴＩの導通出力はトラン
ジスタＴ２のベース電極に与えられ、トランジスタＴ２
を導通される。

トランジスタＴ２の導通により、コンデンサＣＩは抵抗
ＲＩを介して充電される。このコンデンサＣＩと抵抗Ｒ
Ｉとで決まる時定数でュニジャンクショントランジスタ
ＵＪＴは発振する。この発振出力はサィリスタＳＣＲＩ
を能動化する。従って前記トランジスタＴ３の導通によ
り導通されたトランジスタＴ６の導遠出力は、トランジ
スタＴ７およびＴ８を順次導通させる。ゆえにリレーＸ
は付勢される。通常、リレー×の付勢までの時間は前記
抵抗ＲＩとコンデンサＣＩとの時定数により設定される
。リレー×の付勢により常開接点ＸａｌおよびＸａ２は
閉じられるとともに、常閉接点Ｘｂ（第１図Ａ）は開か
れる。通常は、リレー×の付勢により前記常閉接点Ｘｂ
が開けられればよい。これにより、モータＭの回転速度
が一定以上になってトランジスタ１１０（第１図Ａ）が
導適状態になても、リレースイッチＸｂが開かれている
のでリレー１５０は付勢されず、かつ、従ってアマチュ
ア電圧の第２段切換は達成されない。アマチュア流過電
流とアマチュアの回転速度とは、ほぼ反比例の関係にあ
るので、回転速度が上昇すると流過電流は下降する。従
って、弁別手段４０Ａおよび４０Ｂのレベルを適宜選定
することによって、アマチュア電圧の切換を、より精度
よくし、、モータ制御系の保護を十分にすることができ
る。アクセルペダルを深く踏込むとアマチュアの流過電
流が急増するがその流過電流の変化は距離の短かし、坂
道においても大きくなり、また平坦な道になると急激に
流過電流は下がる。

このような負荷変動が多いと、ルレー×の切襖が頻繁に
行なわれる。従ってこれを解消するために、第２制御手
段２０川こは予め定める時間リレー×を付勢し続ける手
段が設けられる。すなわち、リレースイッチＸａｌが閉
じられることにより、抵抗Ｒ４およびコンデンサＣ２が
充電され、このコンデンサＣ２に直列接続される抵抗Ｒ
５に発生される電圧出力をとって前記トランジスタＴ２
およびＴ３を、かつ従ってトランジスタＴ６を導適状態
に制御する。これによって、弁別手段４０Ａからは出力
が導出されずかつ従ってトランジスタＴＩが遮断状態で
あっても、リレー×は前記抵抗Ｒ４およびコンデンサＣ
２の時定数で決まる時間だけ付勢され続ける。なお、リ
レースイッチＸａ２はリレー×が旦付勢されるごとにコ
ンデンサＣＩの電荷を放電させるために設けられる。第
１図および第２図を参照して動作について説明しよう。

運転者が急激にアクセルペダルを深く踏込んだ場合を想
定しよう。応じてアクセルスイッチ１２０および１３０
が閉じられる。スイッチ１２０の閉成に応答してリレー
１４０が付勢され、リレースイッチ１４０ａが閉じられ
る。この状態で仮にモータＭが或る回転速度に達してい
なければトランジスター１０は遮断されているので、リ
レー１５川ま付勢されない。従ってリレースイッチ１５
０ａは、アクセルペダルの踏込みにかかわらず閉じられ
ている。モー夕Ｍが或る回転数以上の場合は、トランジ
スタ１１０１ま導適状態になっているので、アマチュア
電圧は高圧側へ初換えられる。この状態において、登坂
などのためにモー夕Ｍの回転数が低下すれば、応じてア
マチュア電流が増加する。アマチュアの流過電流が予め
定める値を超えるとトランジスタモータＴＩが導通され
、この状態が一定時間継続すると制御手段２０川こ含ま
れるリレーＸが付勢されて常閉接点Ｘｂが開かれる。従
って、トランジスタ１１０が導適状態にあるにもかかわ
らず、接点Ｘｂが開かれてリレー１５０が付勢されない
。ゆえにアマチュア電圧の高圧側への切換回路は不能化
され、アマチュア電圧は低圧側に強制切換えされる。制
御手段２００は、アマチュアの流過電流の変化に応答し
て作動する。従って、アマチュアの流過電流の変化が激
しいとその都度リレーＸの切換えが行なわれることにな
る。この発明では、リレー×は、アマチュアの流過電流
検出後抵抗ＲＩとコンデンサＣＩとの時定数で決まる時
間だけ遅らせて付勢され、かつさらにアマチュアの流過
電流が一定量以下になってもリレー×はすぐに消勢され
ず、抵抗Ｒ４とコンデンサＣ２とで決まる時間経過後に
消勢されることに注目されたい。この発明はアマチュア
電圧が高圧に切換ったとき（電池電圧をあげたり、制御
抵抗を短絡したとき）や高速段走行の途中で登坂などに
ためにアマチュア電流が基準値を超えた場合、或る一定
時間経過後に高速段への切換え回路を遮断してァマチュ
ア電流を低下せしめるものである。

したがって、実施例に示したような回転速度検出手段３
０，弁別手段４０Ｂ，トランジスタ１１０などは特に必
要ではないが、もしそのような回路３０，４０Ｂ，１１
０などを追加した実施例とすれば、後述のこの発明の効
果が一層助長されうる。以上のようにこの発明は、アマ
チュア電圧が高圧に切換わったとき（電池電圧をあげた
り、制御抵抗を短絡したとき）や高速段走行の途中で登
坂などのためにアマチュア電流が基準値を超えた場合、
或る一定時間経過後に高速段への切換回路を遮断してア
マチュア電流を低下せしめるものである。従って、通常
走行で頻繁に起こり得る程度の短い登坂や短時間で終了
するような追越しでは、たとえアマチュア電流が基純値
を超えても高圧側が不能化されることはないので走行フ
ィーリングが不必要に覆われることはない。なお、実施
例に示したような回転速度検出手段３０は、発進時のよ
うな低時速においてもモータＭを最高遠段に切換えた場
合に、アマチュア電流が非常に大きくなって車両が急加
速するのを防止するために設けられるのであって、上述
したこの発明の効果を達成するために、特に必要なもの
ではない。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図はこの発明の一実施例の電気回路図
である。 図において、１４０および１５０はリレー、１４０ａお
よび１５０ａはリレースイッチ、１２０および１３０は
アクセルスイッチ、Ａはアマチュア、Ｆは界磁コイル、
３００は制御回路、Ｍはモータ、ＳＨはシヤント抵抗、
３０は回転速度検出手段、４０Ａおよび４０Ｂは弁別手
段、１１０はトランジスタ、Ｂは蓄電池、１１は抵抗、
２００は第２制御手段２００、ならびにＡＣはアクセル
ペダルを示す。 髪１図 義之図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 蓄電池、 前記蓄電池により付勢される、アマチユアおよび分巻
   界磁コイルを含む分巻または複巻の直流モータ、 前記
   モータのアマチユア電圧を低圧と高圧の少なくとも２段
   に切換る手段、 前記モータの分巻界磁コイルの電流量
   を制御する手段、 前記電圧切換手段および前記電流制
   御手段を制御する速度調整手段、 前記モータの前記ア
   マチユアの流過電流を検出する手段、 前記検出手段出
   力を予め定める基準値でしきい値弁別する手段、ならび
   に 前記弁別手段出力が一定期間継続した後に前記弁別
   手段出力に応答して前記アマチユア電圧切換手段をの高
   圧側切換え回路を遮断する制御手段を備える電気車の制
   御装置。 ２ 蓄電池、 アマチユアおよび分巻界磁コイルを含む分巻または複
   巻の直流モータ、 前記モータのアマチユア電圧を低圧
   と高圧の少なくとも２段に切換る手段、 前記モータの
   分巻界磁コイルの電流量を制御する手段、 前記電圧切
   換手段および前記電流制御手段を制御する速度調整手段
   、 前記モータの前記アマチユアの流過電流を検出する
   手段、 前記検出手段出力を予め定める基準値でしきい
   値弁別する手段、 前記弁別手段出力が一定時間継続し
   た後に前記弁別手段出力に応答して前記アマチユア電圧
   切換手段をの高圧側切換え回路を遮断する制御手段、な
   らびに 前記高圧切換回路の遮断を少なくとも予め定め
   る一定時間だけ保持する手段を備える電気車の制御装置
   。