KR101635330B1 - 열차 정보 관리 장치 및 기기 제어 방법 - Google Patents

열차 정보 관리 장치 및 기기 제어 방법 Download PDF

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다쿠야 사와
도모아키 이케지마
데츠오 고무라
쇼고 다츠미
신고 혼다
도시코 가도노
다카시 미야우치
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미쓰비시덴키 가부시키가이샤
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Abstract

본 발명은, 위치 검지부(11)와, 회생 브레이크를 사용하고 있는 상태를 검지하는 회생 상태 검지부(13)와, 브레이크를 사용할 가능성이 높은 구간의 정보를 유지하고 있는 노선 정보 유지부(14)와, 공기 탱크의 공기 잔량을 산출하는 공기 잔량 산출부(15)와, 압축기를 제어하는 압축기 제어부(12)를 구비하고, 압축기 제어부(12)는, 브레이크를 사용할 가능성이 높은 구간과의 거리가 일정치 이하인 지점을 주행 중이면서, 또한 회생 브레이크를 사용하고 있지 않는 회생 준비 상태에서는, 공기 잔량이 0%가 되었을 때에 압축기에 압축 공기의 생성을 개시시키고, 회생 브레이크를 사용하고 있는 회생 상태에서는, 공기 잔량이 100%미만인 때에 압축기에 압축 공기를 생성시키고, 통상 상태에서는, 공기 잔량이 0%보다도 큰 제1 임계치가 되었을 때에 압축기에 압축 공기의 생성을 개시시키고, 공기 잔량이 제1 임계치 보다도 크고, 또한 100%보다도 작은 제2 임계치가 되었을 때에 압축 공기의 생성을 종료시킨다.

Description

열차 정보 관리 장치 및 기기 제어 방법{TRAIN-INFORMATION MANAGEMENT DEVICE AND DEVICE CONTROL METHOD}
본 발명은, 열차 정보 관리 장치에 관한 것으로, 특히, 전기 브레이크 사용시에 발생하는 회생 전력의 효율적인 이용에 기여하는 열차 관리 장치에 관한 것이다.
열차 정보 관리 장치는, 열차의 각 차량에 탑재된 각종 기기의 상태 데이터를 수집하여 관리하는 것과 더불어, 수집한 상태 데이터에 기초하여 기기를 개별로 제어할 수 있다. 제어 대상 기기는, 가선(架線)으로부터 공급된 전력을 변환해 주전동기나 보기(보조 기기)에 공급하는 전력 변환기, 공조 장치나 조명 기기, 브레이크 장치 등이다.
또한, 근래의 열차는, 주전동기를 이용하여 제동을 실시하고, 그 때에 발전된 전력을 가선에 되돌려서 다른 열차에서 이용하는 회생 브레이크를 구비하고 있는 것이 일반적이다. 회생 브레이크의 과제로서, 주위에 전력을 소비하는 열차 등이 존재하지 않는 경우에는, 전력을 가선에 되돌리지 못하고, 회생 감소 또는 회생 실효가 되어, 회생 브레이크로 발생한 전력을 유효하게 사용할 수 없는 문제가 있다. 이러한 문제에 대해, 하기 특허 문헌 1에 기재된 발명에서는, 회생 브레이크 실효 시에 공기 브레이크의 주 공기 저장기의 압력을 확인하여, 압력이 적정치보다도 낮은 경우에는, 전기 브레이크(회생 브레이크)를 작동시켜, 그것에 의해 발생한 전력으로 압축기를 동작시키도록 하여, 회생 전력의 효과적인 활용을 실현하고 있다.
특허 문헌 1: 일본국 특개 2009－119963호 공보
그러나, 상기 종래의 기술은, 회생 실효 시에 우연히 주 공기 저장기의 압력이 저하되어 있으면 전력을 사용할 수 있도록 함에 지나지 않고, 회생 전력의 충분히 효과적인 이용이 실현되고 있지 않다는 문제가 있다.
본 발명은, 상기를 감안하여 이루어진 것으로, 차량에 탑재된 기기의 제어를 통해서 회생 실효의 발생 확률을 저감하여, 회생 전력의 효과적인 이용이 실현 가능한 열차 정보 관리 장치 및 기기 제어 방법을 얻는 것을 목적으로 한다.
상술한 과제를 해결하고, 목적을 달성하기 위해서, 본 발명은, 열차에 탑재되어, 차량에 설치된 기기의 정보를 관리하는 것과 더불어 각 기기를 제어하는 열차 정보 관리 장치로서, 자(自)열차의 위치를 검지하는 위치 검지부와, 회생 브레이크를 사용하고 있는 상태인지 여부를 검지하는 회생 상태 검지부와, 브레이크를 사용할 가능성이 높은 구간의 정보를 유지하고 있는 노선 정보 유지부와, 공기 브레이크에서 사용하는 압축 공기가 저장되고 있는 공기 탱크의 공기 잔량을 산출하는 공기 잔량 산출부와, 상기 위치 검지부에 의한 검지 결과, 상기 회생 상태 검지부에 의한 검지 결과, 상기 노선 정보 유지부가 유지하고 있는 정보, 및 상기 공기 잔량 산출부에 의한 산출 결과에 기초하여, 상기 압축 공기를 생성하는 압축기를 제어하는 압축기 제어부를 구비하고, 상기 압축기 제어부는, 브레이크를 사용할 가능성이 높은 구간과의 거리가 일정치 이하인 지점을 당해 구간을 향해 주행 중이면서, 또한 회생 브레이크를 사용하고 있지 않는 상태인 회생 준비 상태에서는, 상기 공기 잔량이 0%가 되었을 때에 상기 압축기에 압축 공기의 생성을 개시시키고, 회생 브레이크를 사용하고 있는 상태인 회생 상태에서는, 상기 공기 잔량이 100%미만인 때에 상기 압축기에 압축 공기를 생성시키고, 상기 회생 준비 상태 및 회생 상태의 어느 것에도 해당하지 않는 통상 상태에서는, 상기 공기 잔량이 0%보다도 큰 제1 임계치가 되었을 때에 상기 압축기에 압축 공기의 생성을 개시시키고, 상기 공기 잔량이 상기 제1 임계치보다도 크고, 또한 100%보다도 작은 제2 임계치가 되었을 때에 압축 공기의 생성을 종료시키는 것을 특징으로 한다.
이 발명에 의하면, 회생 브레이크 사용 시에 발전되는 전력의 자열차 내에 있어서의 사용량을 증가시켜, 가선에 되돌리는 전력량을 줄일 수 있다. 그 결과, 주위의 열차 등이 필요로 하고 있는 전력이 적은 경우 등에 있어서 회생 실효가 되어 버릴 가능성을 저감할 수 있고, 회생 전력의 효과적인 이용을 실현할 수 있다고 하는 효과를 달성한다.
도 1은, 열차 정보 관리 장치가 탑재된 열차의 편성의 일례를 나타내는 도면이다.
도 2는, 전력 변환 장치의 접속예를 나타내는 도면이다.
도 3은, 압축기 제어 기능부의 구성예를 나타내는 도면이다.
도 4는, 공기 브레이크 시스템의 구성예를 나타내는 도면이다.
도 5는, 공기 탱크 내의 압력과 공기 잔량의 대응예를 나타내는 도면이다.
도 6은, 압축기 제어 기능부의 동작의 일례를 나타내는 순서도이다.
도 7은, 공기 탱크의 공기 잔량의 변동예를 나타내는 도면이다.
이하에서는, 본 발명에 따른 열차 정보 관리 장치 및 기기 제어 방법의 실시 형태를 도면에 기초하여 상세하게 설명한다. 덧붙여, 이 실시 형태에 의해 이 발명이 한정되는 것은 아니다.
실시의 형태.
도 1은, 본 실시의 형태와 관련되는 열차 정보 관리 장치가 탑재된 열차의 편성의 일례를 나타내는 도면이다. 도 1에서는, 열차의 편성은 예를 들면 6대의 차량으로 이루어지며, 구체적으로는, 차량 TC1, M2－1, M1－1, M2－2, M1－2, TC2로 구성된다.
편성의 양단의 차량인 차량 TC1, TC2에는, 각각, 열차 정보 관리 장치의 중앙 장치(이하, 간단하게 「중앙 장치」라고 한다.)(1)가 탑재되어 있다. 중간 차량인 차량 M2－1, M1－1, M2－2, M1－2에는, 각각, 열차 정보 관리 장치의 단말 장치(이하, 간단하게 「단말 장치」라고 한다.)(2－1, 2－2, 2－3, 2－4)가 탑재되어 있다. 본 실시의 형태의 열차 정보 관리 장치는, 중앙 장치(1) 및 단말 장치(2－1~2－4)로 구성된다. 열차의 주행 시에는, 차량 TC1, TC2 중 한쪽이 선두 차량이 되고, 다른 쪽이 후미 차량이 된다. 중앙 장치(1) 및 단말 장치(2－1~2－4)는, 차량 간에 걸쳐서 배설된 기간 전송로(차량간 전송로)(4)를 통해서 서로 통신 가능하게 접속되어 있다.
차량 TC1는, 중앙 장치(1)와, 중앙 장치(1)에 지선 전송로(차량 내 전송로)(5)를 통해서 각각 접속된 기기(3－1~3－3)와, 중앙 장치(1)에 지선 전송로(5)를 통해서 접속된 마스터 컨트롤러(주간 제어기)(3－4)와, 중앙 장치(1)에 지선 전송로(5)를 통해서 접속된 브레이크 장치(3－10)를 구비한다. 지선 전송로(5)는, 차량 내에 배설된 통신로이다. 기기(3－1~3－3)는, 예를 들면, 공조 장치 등이다. 중앙 장치(1)는, 기기(3－1~3－3) 및 브레이크 장치(3－10)를 각각 제어하기 위한 제어 정보를 송신하는 것과 더불어, 기기(3－1~3－3) 및 브레이크 장치(3－10)로부터 각각 기기 정보(상태 데이터)를 취득하고 있다. 마스터 컨트롤러(3－4)도, 기기(3－1~3－3)와 동일하게 중앙 장치(1)에 의해 제어 관리되고 있다. 또한, 마스터 컨트롤러(3－4)는, 예를 들면 운전대(도시하지 않음)로부터 입력된 역행 노치 정보(가속 정보)나 브레이크 노치 정보(감속 정보) 등의 제어 정보를 중앙 장치(1)에 송신한다.
차량 M2－1은, 단말 장치(2－1)와, 단말 장치(2－1)에 지선 전송로(5)를 통해서 각각 접속된 기기(3－5~3－7)와, 단말 장치(2－1)에 지선 전송로(5)를 통해서 접속된 브레이크 장치(3－10)를 구비한다. 기기(3－5~3－7)는, 예를 들면, 공조 장치 등이다. 단말 장치(2－1)는, 기기(3－5~3－7) 및 브레이크 장치(3－10)를 각각 제어하기 위한 제어 정보를 송신하는 것과 더불어, 기기(3－5~3－7) 및 브레이크 장치(3－10)로부터 각각 기기 정보(상태 데이터)를 취득하고 있다.
차량 M1－1은, 단말 장치(2－2)와, 단말 장치(2－2)에 지선 전송로(5)를 통해서 각각 접속된 기기(3－5, 3－6, 3－8)와, 단말 장치(2－2)에 지선 전송로(5)를 통해서 접속된 VVVF(3－9)와, 단말 장치(2－2)에 지선 전송로(5)를 통해서 접속된 브레이크 장치(3－10)를 구비한다. 덧붙여, 브레이크 장치(3－10)는 공기 브레이크로 한다. 기기(3－5, 3－6, 3－8)는, 예를 들면, 공조 장치 등이다. VVVF(3－9)는, VVVF(Variable Voltage Variable Frequency) 인버터이며, 모터(도시하지 않음)의 전압 및 주파수를 가변함으로써 차량 추진의 제어를 실시한다. 단말 장치(2－2)는, 기기(3－5, 3－6, 3－8), VVVF(3－9) 및 브레이크 장치(3－10)를 각각 제어하기 위한 제어 정보를 송신하는 것과 더불어, 기기(3－5, 3－6, 3－8), VVVF(3－9) 및 브레이크 장치(3－10)로부터 각각 기기 정보(상태 데이터)를 취득하고 있다.
차량 TC2는, 차량 TC1와 동일한 구성이다. 차량 M2－2는, 차량 M2－1과 동일한 구성이며, 단말 장치(2－3)는 단말 장치(2－1)와 동일한 기능을 가진다. 차량 M1－2는, 차량 M1－1과 동일한 구성이며, 단말 장치(2－4)는 단말 장치(2－2)와 동일한 기능을 가진다.
또한, 도 1에서는 기재를 일부 생략하고 있지만, 열차의 소정 차량은, 도 2에 나타낸 전력 변환 장치(6) 및 보조 전원 장치(8)를 구비하고, 집전 장치(101)가 가선(100)으로부터 받아들인 전력을 변환하여 모터(7)나 보조기기(9)의 구동 전력을 생성한다. 전력 변환 장치(6)는 도 1에 나타낸 VVVF(3－9)에 상응한다. 전력 변환 장치(6) 및 모터(7)는, 열차를 감속시키는 경우에는 회생 브레이크로서 동작한다 .보조 전원 장치(8)는, 통상 동작에서는 가선(100)으로부터 공급된 전력을 변환하여 보조기기(9)의 구동 전력을 생성하지만, 회생 브레이크가 사용되어 발전을 하고 있는 경우에는, 전력 변환 장치(6)로부터 가선(100)에 되돌려지는 전력(회생 전력)의 일부 또는 모두를 이용해 보조기기(9)의 구동 전력을 생성한다.
도 3은, 본 실시의 형태에 따른 열차 정보 관리 장치를 구성하고 있는 압축기 제어 기능부(10)의 구성예를 나타내는 도면이다. 압축기 제어 기능부(10)는, 예를 들면 중앙 장치(1) 내에 형성되어 있다. 또한, 압축기 제어 기능부(10)는, 브레이크 장치(3－10)와 더불어 공기 브레이크 시스템을 구성하고 있는 공기 탱크(주 공기 저장기)에 저장시키는 압축 공기를 생성하는 압축기에 대하여, 압축 공기 생성 동작의 개시와 종료를 지시한다.
도시된 바와 같이, 압축기 제어 기능부(10)는, 위치 검지부(11), 압축기 제어부(12), 회생 상태 검지부(13), 선로 정보 유지부(14) 및 공기 잔량 산출부(15)를 구비하고 있다.
위치 검지부(11)는, 예를 들면, 도시를 생략하고 있는 차상자(차량 상의 검출기) 및 지상자(그라운드 상의 검출기)와 속도 발전기를 이용하여, 주행 중인 노선에 있어서의 자열차의 위치를 검지한다. 덧붙여, 위치의 검지는 다른 방법을 이용하여 실시하여도 좋다. 압축기 제어부(12)는, 공기 브레이크 장치(브레이크 장치(3－10))가 구비하고 있는 공기 탱크에 저장하는 압축 공기를 생성하는 압축기를 제어한다.
여기서, 브레이크 장치(3－10)에 대하여 설명한다. 도 4는, 브레이크 장치(3－10)를 포함하는 공기 브레이크 시스템의 구성예를 나타내다 도면이다. 공기 브레이크 시스템(20)은, 압축기(21), 브레이크 제어부(BCU)(22), 공기 탱크(주 공기 저장기)(23), 중계 밸브(24), 브레이크 실린더(25) 및 제륜자(26)를 구비하고 있다. 덧붙여, 브레이크 제어부(22), 중계 밸브(24), 브레이크 실린더(25) 및 제륜자(26)가 브레이크 장치(3－10)를 구성하고 있다. 브레이크 장치(3－10)는, 회생 브레이크를 사용할 수 없는 상태나 회생 브레이크만으로는 필요한 브레이크력을 얻을 수 없는 상태일 때에 사용된다. 또한, 압축기(21) 및 공기 탱크(23)는 압축기를 구성하고 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 브레이크 장치(3－10)(브레이크 제어부(22), 중계 밸브(24), 브레이크 실린더(25) 및 제륜자(26))는 모든 차량에 탑재되어 있다. 한편, 압축기(압축기(21) 및 공기 탱크(23))는, 일부의 차량(예를 들면, 차량 M2－1 및 M2－2)에만 탑재되어 있다. 덧붙여, 압축기를 탑재하는 차량은 특별히 규정하지 않는다. 모든 차량에 탑재되는 구성으로 하더라도 상관없다.
압축기(21)는, 압축기 제어 기능부(10)로부터의 지시에 따라 동작하고, 공기 탱크(23)에 공기를 보낸다. 공기 탱크(23)는, 압축기(21)에서 생성된 압축 공기를 저장한다. 브레이크 제어부(22)는, 운전사의 브레이크 조작 내용 등, 공기 브레이크 장치의 동작을 지정하는 조작 정보에 기초하여 중계 밸브(24)를 제어하고, 공기 탱크(23)에 저장되어 있는 압축 공기의 브레이크 실린더(25)에의 출력량(0을 포함한다)을 조정한다. 또한, 공기 탱크(23) 내의 압력(저장되어 있는 압축 공기의 압력)을 검출하여, 검출 결과를 탱크압력으로서 출력한다. 브레이크 실린더(25)는, 공기 탱크(23)로부터 출력된 압축 공기에 기초하여 소정의 브레이크 실린더 압력을 생성함으로써 제륜자(26)를 가압한다. 제륜자(26)는, 브레이크 실린더 압력에 따른 힘으로 차바퀴를 꽉 누를 수 있어 열차를 감속시킨다. 덧붙여, 탱크 압력을 출력하는 브레이크 제어부(22)는, 압축기가 탑재되어 있는 차량 내의 브레이크 제어 장치(22)뿐이고, 압축기가 탑재되어 있지 않은 차량 내의 브레이크 제어 장치(22)는 탱크압력을 출력하지 않는다.
압축기 제어 기능부(10)의 설명으로 돌아와서, 회생 상태 검지부(13)는, 전력 변환 장치(6)(도 2 참조)의 동작 상태를 감시하여, 전력 변환 장치(6)와 모터(7)가 회생 브레이크로서 동작하고 있는지 여부(회생 상태인지 여부)를 판정한다. 예를 들면, 전력 변환 장치(6)가 회생 상태를 나타내는 비트를 회생 상태 검지부(13)에 출력하도록 구성하고, 회생 상태 검지부(13)는, 이 비트의 상태를 확인하는 것으로써 상태를 판정한다. 운전사에 의한 조작 결과를 감시하는 구성으로 하여, 브레이크 조작을 했을 경우에 회생 상태로 판정해도 좋다.
노선 정보 유지부(14)는, 주행 중인 노선의 정보, 구체적으로는, 브레이크(회생 브레이크 등)를 사용할 가능성이 높은 구간(예를 들면, 역전의 구간, 내리막길의 구간, 서행 구간, 임시 속도 구간 등)의 정보(예를 들면 구간 양단의 킬로 수 정보)를 유지하고 있다. 임시 속도 구간 등 갱신될 가능성이 높은 정보는, 갱신될 때마다, 도시를 생략하고 있는 무선 통신 장치를 이용하여 지상 측의 시스템으로부터 취득하여 유지하도록 해도 좋다.
공기 잔량 산출부(15)는, 공기 브레이크 시스템(20)의 공기 탱크(23)에 저장되고 있는 압축 공기의 압력에 대응하는 공기 잔량을 산출한다. 즉, 압축기가 탑재되어 있는 차량 내의 브레이크 제어 장치(22)로부터 출력된 탱크압력에 기초하여 공기 잔량을 산출한다. 공기 잔량 100%는 압축 공기의 압력이 공기 탱크의 최고 내압과 동일한 경우로, 0%는 압축 공기의 압력이 브레이크 힘을 얻을 수 있는 최저 압력(브레이크 장치가 동작 가능한 압력의 하한치)과 동일한 경우로 한다. 예를 들면, 도 5에 나타낸 바와 같이, 압력이 880 kPa일 때 공기 잔량 100%로, 780 kPa일 때 0%로 한다.
다음으로, 본 실시의 형태의 열차 정보 관리 장치에 있어서의 압축기 제어 기능부(10)의 상세 동작에 대해서, 도 6을 이용하여 설명한다. 덧붙여, 단순화를 위해서, 압축기 제어 기능부(10)가 1대의 압축기를 제어하는 경우에 대해 설명한다.
압축기 제어 기능부(10)는, 자열차의 상태가 회생 준비 상태, 회생 상태 및 통상 상태의 어느 것에 해당하는지를 판별하여, 상태 마다 다른 제어를 공기 브레이크 시스템(20)의 압축기(21)에 대하여 실시한다. 여기서, 「회생 준비 상태」란, 머지 않아 회생 브레이크를 사용할 가능성이 높은 지점을 주행 중인 상태, 즉, 회생 브레이크를 사용할 가능성이 높은 구간과의 거리가 일정치 이하의 지점을 당해 구간을 향해 주행 중인 상태이고, 「회생 상태」란, 회생 브레이크를 사용하고 있어, 모터가 발전을 실시하고 있는 상태이고, 「통상 상태」란 그 외 의 상태이다.
압축기 제어 기능부(10)의 구체적인 동작을 나타내면, 우선, 위치 검지부(11)에 의한 검지 결과, 회생 상태 검지부(13)에 의한 검지 결과 및 노선 정보 유지부(14)가 유지하고 있는 노선 정보에 기초하여, 열차의 상태가 회생 준비 상태, 회생 상태 및 통상 상태의 어느 것에 해당하는지를 판정한다(스텝 S10, S20). 구체적으로는, 회생 브레이크를 사용할 가능성이 높은 구간을 향해 주행 중에, 또한 현재 위치(위치 검지부(11)에 의한 검지 결과가 나타내는 현재 위치)와 회생 브레이크를 사용할 가능성이 높은 구간과의 거리가 일정치 이하이며, 게다가, 전력 변환 장치(6)와 모터(7)가 회생 브레이크로서 동작하고 있지 않는 경우는 회생 준비 상태로 판정한다. 전력 변환 장치(6)와 모터(7)가 회생 브레이크로서 동작하고 있는 경우는 회생 상태로 판정한다. 이들 이외에는 통상 상태로 판정한다.
회생 준비 상태의 경우(스텝 S10：Yes), 스텝 S11~S15에 따른 제어를 실시한다.
즉, 압축기(21)가 동작 중인지 여부를 확인해(스텝 S11), 동작 중인 경우(스텝 S11：Yes), 공기 탱크(23)의 공기 잔량(이하, 간단하게 공기 잔량이라고 기재한다)이 80%이상인지 여부를 확인한다(스텝 S12). 공기 잔량이 80%미만의 경우, 공기 잔량이 80%이상이 될 때까지 압축기(21)의 동작을 계속시킨다(스텝 S12：No). 공기 잔량이 80%이상인 경우(스텝 S12：Yes), 압축기(21)에 대해서 정지를 지시한다(스텝 S13). 그 후, 스텝 S10으로 이동하여, 순서도에 따른 동작을 계속한다.
한편, 압축기(21)가 정지 중인 경우(스텝 S11：No), 공기 잔량이 0%인지여부를 확인하여(스텝 S14), 공기 잔량이 0%가 아닌 경우, 공기 잔량이 0%가 될 때까지 압축기(21)의 정지 상태를 유지시킨다(스텝 S14：No). 공기 잔량이 0%인 경우(스텝 S14：Yes), 압축기(21)에 대해서 동작 개시를 지시한다(스텝 S15). 그 후, 스텝 S10으로 이동하여, 순서도에 따른 동작을 계속한다.
이와 같이, 회생 준비 상태에 있어서는, 공기 잔량이 0%~80%가 되도록 제어한다. 상한을 80%로 하는 것에 의해, 후술하는 회생 상태에 있어서 압축기(21)를 확실히 동작시키도록 하여, 자열차에 있어서 많은 전력을 소비할 수 있도록 한다. 또한, 하한을 0%로 하는 것에 의해, 회생 상태가 되기 전에 압축기(21)가 동작 개시가 되는 타이밍을 가능한 한 늦추어 회생 상태에 있어서의 압축기(21)의 동작 시간이 보다 길어지도록 한다. 그 결과, 회생 상태에 있어서, 보다 많은 전력을 자열차에서 소비할 수 있다.
덧붙여, 상기의 스텝 S10에서는, 자열차의 현재 위치와 노선 정보에 기초하여 회생 준비 상태인지 여부의 판정을 실시하도록 하고 있지만, 이들 정보에 더하여, 자열차의 속도를 고려하여 판정을 실시하도록 해도 좋다. 예를 들면, 고속 주행 중인 경우에는 회생 준비 상태라고 판단하는 타이밍(노선 상의 지점)을 빨리 하고, 저속 주행 중인 경우에는 회생 준비 중이라고 판단하는 타이밍을 늦게 한다. 속도에 따라 판단 타이밍을 조정함으로써, 적확한 타이밍에 회생 준비 상태에 있어서의 제어를 개시할 수 있게 된다. 그 결과, 회생 준비 상태에 있어서 압축기(21)가 동작을 개시하는 빈도를 낮게 억제하여 회생 상태에 있어서 많은 전력을 소비하도록 할 수 있다.
회생 상태의 경우(스텝 S10：No, 또한 스텝 S20：Yes), 스텝 S21~S25에 따른 제어를 실시한다.
즉, 압축기(21)가 동작 중인지 여부를 확인하여(스텝 S21), 동작 중인 경우(스텝 S21：Yes), 공기 잔량이 100%인지 여부를 확인한다(스텝 S22). 공기 잔량이 100%가 아닌 경우, 공기 잔량이 100%가 될 때까지 압축기(21)의 동작을 계속시킨다(스텝 S22：No). 공기 잔량이 100%인 경우(스텝 S22： Yes), 압축기(21)에 대해서 정지를 지시한다(스텝 S23). 그 후, 스텝 S10으로 이동하여, 순서도에 따른 동작을 계속한다.
한편, 압축기(21)가 정지 중인 경우(스텝 S21：No), 공기 잔량이 100%미만인지 여부를 확인하고(스텝 S24), 공기 잔량이 100%미만이 아닌 경우, 공기 잔량이 100%미만이 될 때까지 압축기(21)의 정지 상태를 유지시킨다(스텝 S24：No). 공기 잔량이 100%미만인 경우(스텝 S24：Yes), 압축기(21)에 대해서 동작 개시를 지시한다(스텝 S25). 그 후, 스텝 S10으로 이동하여, 순서도에 따른 동작을 계속한다.
이와 같이, 회생 상태에 있어서는, 공기 잔량이 100%이외의 경우에 압축기(21)를 동작시키도록 제어하므로, 압축기(21)의 가동 시간을 최대로 할 수 있어 회생 브레이크 사용에 의해 발생하는 전력을 자열차에서 보다 많이 소비할 수 있다. 또한, 이미 설명한 회생 준비 상태에 있어서의 제어를 실시하는 것에 의해, 회생 상태에 있어서의 자열차에서 보다 많은 전력을 소비하게 된다 .따라서, 상기의 회생 준비 상태에 있어서의 제어와 회생 상태에 있어서의 제어를 실시하는 것에 의해 회생 실효의 발생 확률을 저감하고, 회생 전력의 효과적인 이용을 실현할 수 있다.
통상 상태의 경우(스텝 S10：No, 또한 스텝 S20：No), 스텝 S31~S35에 따른 제어를 실시한다.
즉, 압축기(21)가 동작 중인지 여부를 확인하여(스텝 S31), 동작 중인 경우(스텝 S31：Yes), 공기 잔량이 80%이상인지 여부를 확인한다(스텝 S32). 공기 잔량이 80%이상이 아닌 경우, 공기 잔량이 80%이상이 될 때까지 압축기(21)의 동작을 계속시킨다(스텝 S32：No). 공기 잔량이 80%이상인 경우(스텝 S32：Yes), 압축기(21)에 대해서 정지를 지시한다(스텝 S33). 그 후, 스텝 S10으로 이동하여, 순서도에 따른 동작을 계속한다.
한편, 압축기(21)가 정지 중인 경우(스텝 S31：No), 공기 잔량이 20%이하인지 여부를 확인하고(스텝 S34), 공기 잔량이 20%이하가 아닌 경우, 공기 잔량이 20%이하가 될 때까지 압축기(21)의 정지 상태를 유지시킨다(스텝 S34：No). 공기 잔량이 20%이하인 경우(스텝 S34：Yes), 압축기(21)에 대해서 동작 개시를 지시한다(스텝 S35). 그 후, 스텝 S10으로 이동하여, 순서도에 따른 동작을 계속한다.
덧붙여, 공기 잔량의 상한과 하한의 임계치(20%, 80%)는 일례이다. 다른 값으로 해도 상관없다.
본 실시의 형태에서는 1 대의 압축기 제어 기능부(10)가 1 대의 압축기(21)를 제어하는 경우에 대해 설명했지만, 압축기 제어 기능부(10)이 2 대 이상의 압축기(21)를 제어하도록 해도 좋다. 이 경우, 압축기 제어 기능부(10)의 공기 잔량 산출부(15)는, 각 공기 브레이크 시스템(20)이 구비하고 있는 공기 탱크(23)의 공기 잔량을 개별로 산출하고, 압축기 제어부(12)는, 각 공기 탱크(23)의 공기 잔량에 기초하여, 각 압축기(21)의 동작을 제어한다. 공기 브레이크 시스템(20)이 1 편성에 복수 탑재되어 있는 경우, 공기 브레이크 시스템(20)과 동수의 압축기 제어 기능부(10)를 구비하여 1 대의 압축기 제어 기능부(10)가 대응되어 있는 공기 브레이크 시스템(20)의 압축기(21)를 제어하도록 해도 좋다.
다음으로, 종래의 압축기 제어 동작과 본 실시의 형태의 열차 정보 관리 장치에 의한 압축기 제어 동작의 차이에 대해서, 도 7을 이용하여 설명한다.
도 7은, 공기 브레이크 시스템(20)에 포함되어 있는 공기 탱크(23)의 공기 잔량의 변동예를 나타내다 도면이다. 도 7에서는, 본 실시의 형태의 열차 정보 관리 장치에 의한 제어(상기의 도 6에 따른 제어)를 실시했을 경우의 공기 잔량 변동을 실선으로 나타내고, 종래의 제어를 실시했을 경우의 공기 잔량 변동을 파선으로 나타내고 있다. 사선으로 나타낸 구간은 종래의 제어를 실시했을 경우에 회생 실효가 될 가능성이 있는 구간이다.
우선, 종래의 제어에서는, 자열차의 주행 위치나 모터의 동작 상태에 관계없이, 공기 잔량(공기 브레이크 시스템의 공기 탱크의 잔량)이 0%가 되면 압축기의 동작을 개시시켜, 공기 잔량이 100%가 될 때까지 동작을 계속시킨다. 공기 잔량이 100%가 되어 압축기를 정지시킨 다음에는, 공기 잔량이 다시 0%가 될 때까지, 압축기를 동작시키지 않는다.
이에 반해, 본 실시의 형태의 열차 정보 관리 장치에 의한 제어에서는, 통상 상태(회생 준비 상태와 회생 상태의 어느 것에도 해당하지 않는 상태, 도 7의 「통상」구간)에 있어서는, 공기 잔량이 20%가 되면 압축기의 동작을 개시시켜, 공기 잔량이 80%가 될 때까지 동작을 계속시킨다. 공기 잔량이 80%가 되어 압축기를 정지시킨 다음에는, 공기 잔량이 다시 20%가 될 때까지, 압축기를 동작시키지 않는다. 회생 준비 상태(도 7의 「준비 중」구간)에 있어서는, 공기 잔량이 0%가 되면 압축기의 동작을 개시시켜, 공기 잔량이 80%가 될 때까지 동작을 계속시킨다. 공기 잔량이 80%가 되어 압축기를 정지시킨 다음에는, 공기 잔량이 다시 0%가 될 때까지, 압축기를 동작시키지 않는다. 또한, 회생 상태(도 7의 「회생 중」구간)에 있어서는, 공기 잔량이 100%미만이면 압축기를 동작시킨다. 덧붙여, 회생 준비 상태로부터 회생 상태로 변화했을 경우, 공기 잔량이 100%미만이면서 압축기가 정지 중이면, 압축기를 즉시 동작시킨다.
이상에서와 같이, 종래의 제어에서는, 회생 상태(회생 브레이크를 사용하고 있는 상태) 또한 공기 잔량이 100%미만인 상태에 있어서도, 공기 잔량이 0%가 될 때까지는 압축기를 동작시키지 않는다. 한편, 본 실시의 형태의 제어에서는, 회생 상태의 경우, 공기 잔량이 0%가 되는 것을 기다리는 일 없이, 압축기를 동작시켜, 자열차에 있어서의 전력 소비량을 증가시킨다. 따라서, 본 실시의 형태의 제어에 의하면, 회생 브레이크 사용에 의해 발생하는 회생 전력을 효율적으로 이용할 수 있다. 또한, 자열차에서 보다 많은 전력을 소비하므로, 회생 실효가 되는 확률을 내릴 수 있다. 도 7에 나타낸 바와 같이, 종래의 제어에서는, 회생 상태가 되어도 공기 잔량이 0%가 될 때까지는 압축기를 동작시키지 않기 때문에, 회생 실효가 될 가능성이 높아진다(자열차 내에 있어서의 전력 소비량이 적은 구간인, 회생 실효의 가능성이 있는 구간이 많이 존재한다).
또한, 본 실시의 형태의 제어를 적용했을 경우, 회생 준비 상태에 있어서는 공기 잔량이 0%가 될 때까지 압축기를 동작시키지 않기 때문에, 그 후의 회생 상태에 있어서 압축기를 구동시키는 시간을 길게 할 수 있어, 보다 많은 회생 전력을 자열차 내에서 소비할 수 있다.
덧붙여, 상기의 특허 문헌 1에 기재된 발명에서는, 주 공기 저장기(공기 탱크)의 압력이 적정치보다도 낮은 경우에는, 회생 전력으로 압축기를 동작시키도록 하고 있지만, 본 실시의 형태가 실시하고 있는 것과 같은, 통상 상태 및 회생 준비 상태에 있어서 공기 잔량이 80% 이하를 유지하도록 제어하는 것은 하고 있지 않기 때문에, 회생 전력 발생 시에 공기 탱크의 압력이 적정치 또는 그것에 가까운 값이 되어 있는 케이스를 생각할 수 있다. 즉, 본 실시의 형태의 제어를 적용했을 경우와 동일한 정도로 효율이 좋게 회생 전력을 이용하고 회생 실효의 발생을 회피하는 것은, 특허 문헌 1에 기재된 발명에서는 불가능하다.
이와 같이, 본 실시의 형태의 열차 정보 관리 장치는, 회생 브레이크를 사용할 가능성의 낮은 구간을 주행 중인 경우(통상 상태의 경우), 공기 브레이크 시스템의 공기 탱크의 공기 잔량이 일정 범위(20% ~ 80%의 범위)가 되도록, 공기 탱크에 압축 공기를 보내는 압축기를 제어하고, 회생 브레이크를 사용할 가능성이 높은 구간에 가까워졌을 경우, 회생 준비 상태로서 공기 탱크의 공기 잔량이 0%가 될 때까지 압축기를 동작시키지 않도록 한다. 그 후, 회생 브레이크가 사용되어 모터에 의해 발전을 하고 있는 상태(회생 상태)에서 압축기를 동작시키는 것으로 했다. 이것에 의해, 회생 브레이크 사용 시에 발전하는 전력(회생 전력)의 자열차 내에 있어서의 사용량을 종래보다도 많게 하여 가선에 되돌리는 전력량을 줄일 수 있다.그 결과, 주위의 열차 등이 필요로 하고 있는 전력이 적은 경우 등에 있어서 회생 실효가 되어 버릴 가능성을 저감할 수 있고, 회생 전력의 효과적인 이용을 실현할 수 있다.
본 실시의 형태에서는, 복수의 차량(6 량)이 1 편성을 구성하는 경우에 대해서 설명했지만, 1 편성을 구성하는 차량의 수는 6 량 이상이어도 좋고, 6 량 이하라도 좋다. 1 량 편성이라도 상관없다.
이상과 같이, 본 발명과 관련된 열차 정보 관리 장치는, 회생 전력을 유효하게 이용하는 것이 가능하고, 경제성이 높은 전기 철도 시스템을 실현하는데 유용하다.
1: 중앙 장치
2-1 ~ 2-4: 단말 장치
3-1 ~ 3-3, 3-5 ~ 3-8: 기기
3-4: 마스터 컨트롤러
3-9: VVVF
3-10: 브레이크 장치
4: 기간 전송로
5: 지선 전송로
6: 전력 변환 장치(VVVF)
7: 모터
8: 보조 전원 장치
9: 보기
10: 압축기 제어 기능부
11: 위치 검지부
12: 압축기 제어부
13: 회생 상태 검지부
14: 노선 정보 유지부
15: 공기 잔량 산출부
20: 공기 브레이크 시스템
21: 압축기
22: 브레이크 제어부(BCU)
23: 공기 탱크(주 공기 저장기)
24: 중계 밸브
25: 브레이크 실린더
26: 제륜자

Claims (4)

  1. 열차에 탑재되어, 차량에 설치된 기기의 정보를 관리하는 것과 더불어 각 기기를 제어하는 열차 정보 관리 장치로서,
    자(自)열차의 위치를 검지하는 위치 검지부와,
    회생 브레이크를 사용하고 있는 상태인지 여부를 검지하는 회생 상태 검지부와,
    브레이크를 사용할 가능성이 높은 구간의 정보를 유지하고 있는 노선 정보 유지부와,
    공기 브레이크에서 사용하는 압축 공기가 저장되고 있는 공기 탱크의 공기 잔량을 산출하는 공기 잔량 산출부와,
    상기 위치 검지부에 의한 검지 결과, 상기 회생 상태 검지부에 의한 검지 결과, 상기 노선 정보 유지부가 유지하고 있는 정보, 및 상기 공기 잔량 산출부에 의한 산출 결과에 기초하여, 상기 압축 공기를 생성하는 압축기를 제어하는 압축기 제어부를 구비하고,
    상기 압축기 제어부는,
    브레이크를 사용할 가능성이 높은 구간과의 거리가 일정치 이하인 지점을 당해 구간을 향해 주행 중이면서, 또한 회생 브레이크를 사용하고 있지 않는 상태인 회생 준비 상태에서는, 상기 공기 잔량이 0%가 되었을 때에 상기 압축기에 압축 공기의 생성을 개시시키고,
    회생 브레이크를 사용하고 있는 상태인 회생 상태에서는, 상기 공기 잔량이 100%미만인 때에 상기 압축기에 압축 공기를 생성시키고,
    상기 회생 준비 상태 및 회생 상태의 어느 것에도 해당하지 않는 통상 상태에서는, 상기 공기 잔량이 0%보다도 큰 제1 임계치가 되었을 때에 상기 압축기에 압축 공기의 생성을 개시시키고, 상기 공기 잔량이 상기 제1 임계치보다도 크고, 또한 100%보다도 작은 제2 임계치가 되었을 때에 압축 공기의 생성을 종료시키는 것을 특징으로 하는 열차 정보 관리 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 압축기 제어부는,
    상기 회생 준비 상태에 있어서 상기 압축기에 압축 공기를 생성시키고 있는 경우, 상기 공기 잔량이 100%보다도 작은 제3 임계치가 되었을 때에 압축 공기의 생성을 종료시키는 것을 특징으로 하는 열차 정보 관리 장치.
  3. 열차에 탑재되어 차량에 설치된 기기의 정보를 관리하는 것과 더불어 각 기기를 제어하는 열차 정보 관리 장치에 있어서의 기기 제어 방법으로서,
    자열차의 위치와 회생 브레이크의 사용 상황과 브레이크를 사용할 가능성이 높은 구간의 정보에 기초하여, 자열차의 상태가, 브레이크를 사용할 가능성이 높은 구간과의 거리가 일정치 이하인 지점을 당해 구간을 향해 주행 중이면서, 또한 회생 브레이크를 사용하고 있지 않는 상태인 회생 준비 상태, 회생 브레이크를 사용하고 있는 상태인 회생 상태, 당해 회생 준비 상태 및 회생 상태의 어느 것에도 해당하지 않는 통상 상태 중에, 어느 상태인지를 판정하는 상태 판정 스텝과,
    자열차의 상태가 상기 회생 준비 상태인 경우, 공기 브레이크로 사용하는 압축 공기가 저장되고 있는 공기 탱크의 공기 잔량이 0%가 되었을 때에, 상기 압축 공기를 생성하는 압축기에 압축 공기의 생성을 개시시키는 제1 제어 스텝과,
    자열차의 상태가 상기 회생 상태인 경우, 상기 공기 잔량이 100%미만인 때에 상기 압축기에 압축 공기를 생성시키는 제2 제어 스텝과,
    자열차의 상태가 상기 통상 상태인 경우, 상기 공기 잔량이 0%보다도 큰 제1 임계치가 되었을 때에 상기 압축기에 압축 공기의 생성을 개시시키고, 상기 공기 잔량이 상기 제1 임계치보다도 크고, 또한 100%보다도 작은 제2 임계치가 되었을 때에 압축 공기의 생성을 종료시키는 제3 제어 스텝을 포함하는 것을 특징으로 하는 기기 제어 방법.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 제1 제어 스텝은,
    상기 압축기에 압축 공기를 생성시키고 있는 경우, 상기 공기 잔량이 100%보다도 작은 제3 임계치가 되었을 때에 압축 공기의 생성을 종료시키는 것을 특징으로 하는 기기 제어 방법.
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