JPS62155701A - 車両用機電複合ブレ−キ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は電気鉄道車両用として利用されるブレーキ装
置に関し、特に車軸に設けたデスクを共用して機械式デ
スクブレーキ装置と電気的な渦電流ブレーキ装置とを併
設した車両用機電複合ブレーキ装置に関する。

〔従来の技術〕

従来の電気鉄道車両の一般例を第８図乃至第１１図によ
り説明する。まず第８図は主電動機１を装架したＭ車２
と、該主電動機を有してないＴ車３とか連結されている
状態を示している。ここでそのＭ車２及びＴ車３はいず
れもブレーキ装置が必要であり、一般には、Ｍ車２は車
両制動指令時に主電動機１を発電器として運転して、制
動抵抗４によりエネルギを消費させてブレーキ力を得る
。またＴ車３は台車内のスペースを（り用して渦電流ブ
レーキ装置５が設けられている。

その渦電流ブレーキ装置５は、第９図乃至第１１図に示
す如く、左右車輪６を保持する車！ｄｌ　７に固定して
デスク８が該車軸７と一体に回転するように設けられ、
−刃台車台枠９（第１０図参照）に固定して一対のフレ
ーム１０が前記デスク８の両側に離間した位置に対向配
置され、その両側フレーム１０の対向内側面にそれぞれ
磁極鉄心１１に巻装した励磁コイル１２が複数個ずつ前
記デスク８の周方向に間隔を存し且つ該デスク８の両側
で各々対をなすべく所定のギャップを存して対向配置し
て取付けられている。そしてその渦電流ブレーキ装置５
の各励磁コイル１２か第８図に示す直流励磁電源回路１
３に接続されて、車両制動指令時には直流電源で各励磁
コイル１２が励磁されて磁１厚を形成し、この磁界によ
り前記デスク３：こ渦電流を発生させて車軸７にブレー
キ力を付与せしめるようになっている。

ところで、前述したＭ車２の主電動機１の発電ブレーキ
・回生ブレーキにしても、渦電流ブレーキ装置５にして
も、いずれも電気的なものであるので、電制フェール等
においてブレーキが利かな（なったり、低速においてブ
レーキ力を発生できなくなる場合があり、このためにど
うしても機械式のデスクブレーキ装置（図示せず）等を
備えておく必要がある。

そこで、その機械式デスクブレーキ装置を設ける場合、
台車内のスペースが限られていることから、例えば前記
Ｔ車３の場合、渦電流ブレーキ装置５と機械式デスクブ
レーキ装置を同一のデスクを共用するかたちで併設する
のが、全体構成のコンパクトが図れて、台車内スペース
の限界を越えない範囲に納めることができて好ましく、
そうした機械式と電気式とを併用した車両用機電復合ブ
レーキ装置の採用が望まれている。

〔発明か解決しようとする問題点〕

しかしながら、前述したような車両用機電曳合ブレーキ
装置では、機械式デスクブレーキ装ｊ１ｔと渦電流ブレ
ーキ装置とか同一のデスクを共用するので、そのデスク
が機械式デスクブレーキ装置のブレーキシューの押し当
てにより摩耗する。この為に長期間使用しているとデス
クの厚さが減少して、渦電流ブレーキ装置の磁極鉄心と
の対向面相互の間のギャップか広がってしまい、これに
て該渦電流ブレーキ装置でのブレーキ力が減少してしま
う問題か発生する。

つまり、第１２図は渦電流ブレーキ装置において、同一
電流・同一回転数で励磁コイルを励磁した場合に、デス
クとのギャップｇに対するギャップ磁束密度値Ｂとブレ
ーキ力ＢＥとの関係を示すもので、磁極鉄心とデスクと
の対向面間のギャップｇが拡がると、その間に実際に発
生するギャップ磁束密度値Ｂが減少し、これに伴いブレ
ーキ力ＢＥが大幅に低下してしまう。

この為に、前述したデスク共用式の車両用機電複合ブレ
ーキ装置を第８図のＴ車３に設けると、その渦電流ブレ
ーキ力が次第に低下して行くので、Ｍ車２とＴ車３との
間での各々の総合ブレーキ力か年月と共に変化してそれ
ぞれのブレーキ分担率が変わり、両車雨間の玉突き（押
し引き）現象か生じて、乗務ｎや乗客にとって非常に乗
り心地か悪くなるだけでなく事故の原因となるなどの危
険を招く恐れがある。

従って、機雷共用のデスクが機械式デスクブレーキによ
り＋ｙｔ耗して薄くなり、そのデスクと渦電流ブレーキ
装置の磁極鉄心との対向面間のギャンプが変化しても、
該渦電流ブレーキ装置が常に安定した所要のブレーキ力
を発揮し得るような車両用機電複合ブレーキ装置の実現
が強く要望されて来ている。

〔問題を解決するための手段〕

この発明の車両用機電複合ブレーキ装置は、上記問題を
解決するために、車軸に設けたデスクを共用するかたち
で機械式デスクブレーキ装置と渦電流ブレーキ装置とを
併設した車両用機電複合ブレーキ装置において、前記渦
電流ブレーキ装置の励磁コイルにより励磁される磁極鉄
心の前記デスク対向面間のギャップ磁束密度を検出する
ホール素子やサーチコイル等の検出素子を設け、この検
出素子から出力される磁束密度の値が車両制動指令時に
常に設定通りのギャップ磁束密度となる状態に渦電流ブ
レーキ装置の直流励磁電源の電圧を制御する制御装置を
設けて構成したものである。

〔作用〕

上記構成としたことで、機雷共用のデスクが機械式デス
クブレーキにより摩耗して薄くなり、そのデスクと渦電
流ブレーキ装置の励磁コイルにより励磁される磁極鉄心
との対向面間のギヤ・ノブか拡がるように変化しても、
その間のギヤ・ノブ磁束密度を検出素子で検出し、その
検出素子からの検出出力信号が直流励磁電源の電圧の制
御装置に人力されて、その制御装置により該検出素子か
らのギャップ磁束密度の徹か常に設定通りのギヤ・ツブ
磁束密度となるように直流励磁電源の電圧か制御され、
これにて該渦電流ブレーキ装置かデスクとの間のギャッ
プ変化に係わらす車両制動指令時に常に設定通りのギャ
ップ磁束密度で所要のブレーキ力を車軸に与えるように
なる。

〔実施例〕

以下この発明の一実施例を第１図乃至第４図により説明
する。なおここで図中前記第８図乃至第１１図に示した
ものと同一構成をなすものには同一符号を付して説明の
簡略可を図る。

まず第１図において、車軸７にこれと一体に回転する磁
性体からなるデスク８が機電両ブレーキ共用として設け
られている。そしてそのデスク８の上半部両側位置に第
９図乃至第１１図で示したと同様に電気的な渦電流ブレ
ーキ装置５が設けられている。またその下側近傍に機械
式デスクブレーキ１５が台車台枠９にフレーム１６を介
して併設されて、このブレーキシュー１７が車両制動指
令時に空気圧又は油圧等の駆動機構（図示せず）により
前記デスク８の側面に押し当てられ、その摩擦力により
車軸７にブレーキ力を付与するようになっている。

こうした車両用機電複合ブレーキ装置において、前記渦
電流ブレーキ装置５の励磁コイル１２により励磁される
磁極鉄心１１の前記デスク８との対向面間のギャップ磁
束密度を検出する検出素子１８が設けられている。この
検出素子１８はホール素子で、第２図に示す如く、デス
ク８の側面とギャップｇを構成する磁極鉄心１１の該デ
スク８との対向面に埋込むようにして表面が而−となる
状態に取付けられている。

また、前記検出素子１８から出力されるギャップ磁束密
度の値が車両制動指令時に常に設定通りのギャップ磁束
密度となるように、即ち常に設定通りに所要ブレーキ力
が得られるように、渦電流ブレーキ装置５の直流励磁電
源の電圧を制御する制御装置１９が第３図に示す如く構
成されて設けられている。この制御装置１９は運転手の
操作等により車両制動指令が出されると作動するもので
、その車両制動指令に基づきその時の車両速度を検出し
て発進する速度信号発生器２０と、この速度信号の指令
を受けて渦電流ブレーキ装置５が摩耗していない新しい
デスク８に対して設定通りの所要ブレーキ力を出すよう
に予め速度に応じて定めた設定励磁電流値Ｉを指令する
基本励磁電流パターン回路２１と、その指令された設定
励磁電流値Ｉが確保されるように渦電流ブレーキ装置５
への直流励磁電源の電圧Ｅを調整する電圧制御回路２２
とが設けられている。一方前記速度信号発生器２０から
の指令を受けて渦電流ブレーキ装置５が設定通りの所要
ブレーキ力を出すように予め速度に応じて定めた設定磁
束密度値Ｂｏを出力する基本磁束密度パターン回路２３
と、前記磁束密度検出素子１８で検出されてバッファア
ンプ２４により増幅されて来る渦電流ブレーキ装置５の
磁極鉄心１１とデスク８との間のギャップｇでの実際の
磁束密度値Ｂと前記基本磁束密度パターン回路２３から
の設定磁束密度値Ｂｏ゛とを比較してその両者の差分Δ
Ｂを出力する比較器２５と、この比較器２５から出力さ
れる差分ΔＢをこれに対応する補正電流値Δ工に変換す
る変換器２６と、この変換器２６からの補正電流値ΔＩ
を前記基本励磁電流パターン回路２１からの設定励磁電
流値Ｉに加算して前記直流励磁電源の電圧制御回路２２
に出力する加算器２７とが設けられて）Ｍ成されている
。

而して、上述した構成の車両用機電複合ブレーキ装置で
あれば、車両制動指令が出されると、機械式デスクブレ
ーキ装置１５がブレーキシュー１７をデスク８に押し当
て、その摩擦力により車軸７にブレーキ力を与えると同
時に、第３図の制御装置１９が働き、その時の速度に応
じた基本励磁電流パターン回路２１からの設定励磁電流
値■の指令に基づいて、電圧制御回路２２により制御さ
れた直流励磁電圧Ｅが渦電流ブレーキ装置５にかけられ
る。これにて該渦電流ブレーキ装置５は励磁コイル１２
が励磁されて、前記デスク８に渦電流を発生せしめて車
軸７にブレーキ力ＢＥを付与する。

この時、デスク８が摩耗していない新しものであって、
そのデスク８と渦電流ブレーキ装置５の磁極鉄心１１と
の間のギャップｇが初期設定通りであれば、その間に実
際発生するギャップ磁束密度値Ｂが前述した制御装置１
９の速度に応じた基本磁束密度パターン回路２３からの
設定励磁密度値Ｂ。と等しくなるので、何ら補正される
ことなく基本励磁電流パターン回路２１からの設定励磁
電流値Ｉの指令そのままに電圧制御回路２２か働いて、
該渦電流ブレーキ装置５がデスク８に渦電流を発生せし
めて車軸７に設定通りの所要ブレーキ力ＢＥを付与する
。この時の車両速度■に対する所要ブレーキ力ＢＥと、
そのブレーキ力を出すためのギャップ磁束密度値Ｂ及び
直流励磁電流値■との関係は第４図に示すようになり、
いずれも予め設定した基本パターンの値通りである。

ところで、前記デスク８は機械式デスクブレーキ装置１
５の制動円板として共用されているために、長年使用し
ていると摩耗して次第に薄くなり、渦電流ブレーキ装置
５の磁極鉄心１１との対向面間のギャップｇが広がって
しまう。こうなると第１２図で示した如く、同一電流・
同一回転数で励磁コイル１２を励磁した場合、ギャップ
ｇの広がりによりギャップ磁束密度値Ｂが減少して、渦
電流ブレーキ装置５のブレーキ力ＢＥが該ギャップ磁束
密度値Ｂの低下の２乗に略比例して低下するので、その
ままであると第４図に示した速度Ｖに対する設定通りの
所要ブレーキ力ＢＥが得られなくなってしまう。そこで
、ギャップｇが広がっても、制御装置１９の働きで、実
際のギャップ磁束密度値Ｂを低下させずに常に設定磁束
密度Ｂ。と等しくなるように、それに必要な励磁コイル
１２に流れる励磁電流を増加させるべく電圧制御が行わ
れる。

つまり、車両制動指令が出されると、制御装置１９が働
き、その時の速度に応じた基本励磁電流パターン回路２
１からの設定励磁電流値Ｉの指令で、一様それに見合っ
た直流励磁電圧Ｅが渦電流ブレーキ装置５にかけられ、
これにて該渦電流ブレーキ装置５の励磁コイル１２が励
磁されると、その時の実際のギャップ磁束密度値Ｂが検
出素子１８で検出されてバッファアンプ２４により増幅
されて比較器２５に送られ、一方前記速度信号発生器２
０からの指令を受けて基本磁束密度パターン回路２３か
ら速度に応じた設定磁束密度値Ｂ。

が比較器２５に出力され、そこで両者の磁束密度値Ｂと
Ｂ。とが比較されてその差分ΔＢが出力される。そして
その差分ΔＢが変換器２６により補正電流値Δ１に変換
されて加算器２７に入力され、そこで前記基本励磁電流
パターン回路２１からの設定励磁電流値Ｉに加算される
。これにてＩ＋Δｌと補正された指令励磁電流値が前記
電圧制御回路２２に出力されて、それに見合った分だけ
該電圧制御回路２２が直流励磁電源の電圧を高くして励
磁コイル１２を励磁する。これでギャップｇが広がって
いても前記ギャップ磁束密度Ｂが前記設定磁束密度値Ｂ
ｏと等しくなるまで高められられるようになる。以上で
ギャップｇの広がりにかかわりなく車両制動指令時には
常に安定した設定通りの所要ブレーキ力ＢＥが得られる
ようになう。

なお、前述したブレーキ力安定作用の他にも次のような
効果が得られる。つまりデスク８の回転数か低下すると
、速度に対するギャップ磁束密度が上がって、検出素子
１８からの検出ギャップ磁束密度値が設定磁束密度値よ
り上昇することから、制御装置１９がその検出ギャップ
磁束密度値を設定磁束密度値と同じくすべく指令励磁電
流値を下げて電圧降下する働きをなして、自動的に再粘
着するようになせる。

また、車両制動中にデスク８の温度が通常よりも異常に
高くなった場合、該デスク８の温度と抵抗係数により、
デスク固有抵抗が増大し、デスク中の表皮効果が小さく
なり、磁束が通り易くなるために、ギャップ磁束密度が
増加する。このために前述した同様に制御装置１９が働
いて励磁電流を減少せしめて、自動的に所要ブレーキ力
が得られる状態に復帰するようになる。また温度が下が
った場合でも逆方向の制御が働いて同様の効果が得られ
るようになる。

次に、この発明の他の実施例をいくつか説明する。まず
前記実施例では第２図に示す如く検出素子１８としてホ
ール素子を磁極鉄心１１のデスク８側対向面部に設けて
構成したが、該検出素子１８をギャップ磁束密度と略比
例関係の磁束密度を発生する他の箇所例えば、第５図に
示す如く磁極鉄心１１の環デスク側端面に取付けて構成
しても良く、前記実施例同様の効果が得られる。

また、前記実施例では検出素子１８を渦電流ブレーキ装
置５のデスク８の片側に配する磁極鉄心１１のみに設け
たが、第６図に示す如くデスク８両側に対向配置する磁
極鉄心１１にそれぞれ検出素子１８を設けて、車両走行
に伴いデスク８と両側磁極鉄心１１との各々のギャップ
相互にアンバランスが生じても、デスク８に両側面に入
る磁束を一定に制御できるようにしても良い。

更には、前述の実施例ではギャップ磁束検出素子１８と
してホール素子を用いたが、第８図に示す如く、磁極鉄
心１１の外周面部又はその他ギャップ磁束密度と略比例
関係の磁束密度が生じる箇所に検出素子としてサーチコ
イル１８Ａを巻き付けて設け、これに微少交流を通電し
て、その電圧と電流の関係により磁束密度を演算して求
める構成としても上記同様の効果が得られる。

〔発明の効果〕

この発明は上述した如く、車軸に設けたデスクを共用す
るかたちで機械式デスクブレーキ装置と渦電流ブレーキ
装置とを併設した車両用機電複合ブレーキ装置において
、前記渦電流ブレーキ装置の励磁コイルにより励磁され
る磁極鉄心の前記デスク対向面間のギャップ磁束密度を
検出する検出素子を設け、この検出素子から出力される
磁束密度の値が車両制動指令時に常に設定通りのギャッ
プ磁束密度となる状態に渦電流ブレーキ装置の直流励磁
電源の電圧を制御する制御装置を設けて構成したから、
デスクが機械式デスクブレーキにより摩耗して薄くなり
、そのデスクと渦電流ブレーキ装置の励磁コイルにより
励磁される磁極鉄心との対向面間のギャップが拡がるよ
うに変化しても、その間のギャップ磁束密度値を常に設
定通りのギャップ磁束密度となるように直流励磁電源の
電圧を制御装置により制御して、常に設定通りの所要ブ
レーキ力を車軸に安定して与えることができる車両用機
電複合ブレーキ装置となる。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第４図はこの発明の一実施例を示すもので、
第１図は要部の構成を示す一部切欠した側面図、第２図
は同要部分の拡大断面図、第３図はｉｌ制御装置のブロ
ック図、第４図は速度に対する所要ブレーキ力とそれを
得るために設定したギャップ磁束密度値及び励磁電流値
との関係を示す特性図、第５図及び第６図並びに第７図
はこの発明のそれぞれ異なる他の実施例を示す断面図、
第８図は一般電気鉄道車両の説明図、第９図は渦電流ブ
レーキ装置の一般例を示す斜視図、第１０図は同一部切
欠した側面図、第１１図は第１０図のＡ−Ａ線に沿う断
面図、第１２図は従来一般の渦電流ブレーキ装置のデス
クとの間のギャップ変化に伴うギャップ磁束密度値とブ
レーキ力との関係を示す特性図である。 ５・・・渦電流ブレーキ装置、７・・・車軸、８・・・
デスク、１１・・・磁極鉄心、１２・・・励磁コイル、
１５・・・機械式デスクブレーキ装置、１７・・・ブレ
ーキシュ。 −１１８，１８Ａ・・・検出素子（１８・・・ホール素
子、１８Ａ・・サーチコイル）、１９・・・制御装置、
ｇ・・ギャップ。 出願人代理人　弁理士　鈴江武彦 第１図 第２図 ５ＰＪ３　　図 第４図 第　５　図 第６図 第８図 市９図 晃’　１０　　ロ 第１１図 第１２図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）車軸にこれと一体に回転するデスクを設け、車両
   制動指令時に前記デスクに対してその側面にブレーキシ
   ューを押し当てその摩擦力により前記車軸にブレーキ力
   を付与する機械式デスクブレーキ装置と、同じく車両制
   動指令時に直流励磁電源により励磁される磁極鉄心付き
   励磁コイルを複数個ずつ前記デスクの両側に対向配置し
   て該励磁コイルの形成する磁界によりデスクに渦電流を
   発生せしめて車軸にブレーキ力を付与する渦電流ブレー
   キ装置とを併設した車両用機電複合ブレーキ装置におい
   て、前記渦電流ブレーキ装置の磁極鉄心の前記デスク対
   向面間のギャップ磁束密度を検出する検出素子を設け、
   この検出素子から出力される磁束密度の値が前記機械式
   デスクブレーキ装置のブレーキシューとの接触によるデ
   スクの摩耗により生じる渦電流ブレーキ装置との間のギ
   ャップ変化に係わらず車両制動指令時に常に設定通りの
   ギャップ磁束密度となる状態に渦電流ブレーキ装置の直
   流励磁電源の電圧を制御する制御装置を設けて構成した
   ことを特徴とする車両用機電複合ブレーキ装置。
2. （２）磁束密度検出素子は、磁極鉄心のデスク側対向面
   或いはそこと比例関係に磁束密度が発生する箇所に設け
   られたホール素子であることを特徴とする特許請求の範
   囲第１項記載の車両用機電複合ブレーキ装置。
3. （３）磁束密度検出素子は、磁極鉄心の一部或いはそこ
   と比例関係に磁束密度が発生する箇所に巻装されて微少
   交流を通電することによりその電圧と電流の関係からギ
   ャップ磁束密度を求めることが可能となるサーチコイル
   であることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の車
   両用機電複合ブレーキ装置。