JPS63262003A - 電気車の空転滑走制御装置 - 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〕 本発明は、鉄道車両の９転滑走制御に係り、特に粘着係
数の変動にもかかわらず、常に光分な牽引力と制動力の
発揮を必要とする区間輸送用電気鉄道車両に好適な空転
滑走制御装置に関する。

〔従来の技術〕

鉄道車両は、その牽引力および制動力を車輪とレール間
の粘着力により得ており、このため、車輪周の駆動力又
は制動力か車両とレール間の粘着係数により定まる限界
値を超えると、動輪では空転滑走が、そして、制動力だ
けが働く車輪では滑走がそれぞれ発生する。なお、この
□空転と滑走は本質的に同じ現象であり、従って、これ
らの防止も、はとんど同じ手段の適用によって得られて
おり、そこで、以下、電気車のカ行時を例にして説明し
、制動時については、それがカ行時とは異なつ友ものと
なる場合にだけ説明する。

第３図は、動輪とレール間のクリープ速度（駆動輪周速
度ｖｍと車両速ＪＩＶｔとの差）　Ｖｓと粘着力ｆの関
係を示し次ものであり、この図から明らかなように、小
動力を増加すると粘着力ｆが増加し、それに伴ってクリ
ープ速度Ｖ＄も増加するが、粘着力ｆが最大値ｔｍａｘ
に達し、さらに駆動力を増加するとクリープ速度ｖｓは
ますます増大し、クリープ速度の増加にしたがって粘着
力ｆが減少する領域に移ることが判る。そこで、粘着力
ｆが最大値ｆｍａＸとなるクリープ速度をｖｓＯとする
と、これらの差（Ｖｓ−ｖｓＯ）を、駆動時には空転速
度、制動時には滑走速度と称する。そして、このクリー
プ速度ｖａと粘着力ｆの関係を表わす特性は、レールと
ｗＪ輪の踏面の状態、車両速度等によって変化すること
が周知でるり、レール表面に付着し７′ｃｇｅ、水分、
あるいは油脂等により粘着力ｆが著るしく低下すること
も良く知られている。

そこで、踏面状態が変化しても、常に空転ないし滑走速
度ができるだけ小さいうちに再粘着させ（空転速度ない
し滑走速度を零にすること）、粘着力が最大値ｆ　ｍａ
ｘに極力近い値になるように駆動力ないし制動力を制限
してやれば、常に粘着力を最大限有効にけん引力ないし
ブレーキ力とじて利用することができる。

しかして１．このように制御する之めには、クリープ速
度を高精度に測定し、空転ないし滑走を速やかに検出す
るとともに、駆動力や制動力の減少量を必要最小限の値
になるように制限することが要求される。

ところで、鉄道車両における空転ないし滑走の制御装置
には、これまで各種の方式が提案されており、七〇のと
じて、最近のチョッパ式電気単にあっては、直流電動機
の誘起電圧が電動機の回転数にほぼ比例することを利用
し、直列接続された複数の電動機ないし電動機と抵抗・
器のブリッジ回路を構成し、そこに生じた不平衝電圧の
値に基づいて空転ないし滑走を検出し、再粘着制御を行
う方式が一般に採用されている。

一方、各駆動輪ま九は主電動機の軸端に速度センサを取
付け、空転ないし滑走を高感度に検出する方式も実用化
されている。すなわち、その■として、各駆動輪の速度
から最大速度信号ま九は最小速度信号を枳出し、制動時
には最大速度信号、その他の場合には最小速度信号を車
両速度として各駆動輪の速度と比較し、そこに生じた差
に基づいて駆動力ないし制動力を制限する信号を発生さ
せるもの（例えば臀開昭５３−１０４０９２号）や、そ
の■として、連結されに付随車（駆動源を有しない車両
）から従軸軸速度を検出し、各駆動輪の速度と従軸軸速
度とを比較する方式などが公知である。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記従来技術のうち、まず、■の空転滑走制御装置では
、再粘着制御により電動機電流を絞ると誘起電圧も低下
する友め、結果的に空転ないし滑走の検出感度が低下し
、駆動力を大巾に＆少させ次り、再粘着しにくいといっ
た欠点を有している。

又、比較している複数の′電動機が同時に空転ないし滑
走すると不平向電圧が発生せず、空転ないし滑走が検出
できないという問題点もある。

次に、上記■の場合には、すべての軸が空転ないし滑走
すると検出が不可能となるため、特殊な電子そデルによ
り車両速度を補正するなどの必要があり、構成が複雑に
なるという問題点がめる。

さらに上記■の場合には、連結器等に含まれる遊間など
に起因した、車輪速度の比較的大きい変動が発生する虞
れがあり、従って、これらの無用の変動分による影響を
除く九め、空転ないし滑走を判定する九めのしきい値を
高く設定する必要があり、これがｇ！転ないしｉ走の検
出感度の低下となるなどの問題がめった。

本発明の目的は、上記従来の問題点を解因し、粘着力を
最大限有効にけん引力ないしブレーキ力とじて利用する
ことができる、経済的で高い信頼性を有する電気車の空
転滑走制御装置を提供することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

上記目的は、複数台の連結された車両からなる電気単に
おいて、それぞれの車両内で空転と滑走を検出すると共
に、各車両ごとの車輪の回転速度の検出結果に基づいて
空転と滑走の検出を行なうようにし、これらの恒出結果
により空転滑走を制御することにより達成される。

すなわち、これを実施例（後述）に則して、さらに詳述
すると、上記目的は、例えば、連結された仮数の車両に
おいて、各車両内のすべ℃の動輪装置から検出した速度
信号から最大速度信号または填小速度信号を検出し、駆
動時には最小速度信号、その他の場合には最大速度信号
を選択してそれぞれの車両における基準速度信号を作成
するとともに、同−車両内の基準速度信号と各動輪の速
度信号とを比較し、そごに生じた差を該動輪の駆動力な
いし制動力を制限する信号に変換する第１の空転滑走制
御装置と連結された他の車両において選択され九基準速
度信号と前記各動輪の速度信号とを比較し、そこに生じ
に差を該動輪の、ｍａｉｌ１７カないし制動力を制限す
る信号に変換する第２の空転滑走制御装置とを有し、各
制御装置の出力信号の最大値により当該動輪軸の駆動力
ないしｔｔｉｌＪ励力を制御することにより達成される
。

〔作　用〕

本発明による方法は、比較的尚い積潰力を必要とする′
ｅＬ気単におっては仮数の車両勿連結して走行する場合
がほとんどであること及び通常１つの車両内のすべての
動輪が同時に空転ないし滑走する頻度は少なく、さらに
２ないし複数の連結されたＮ、両のすべての動輪が同時
に空転ないし滑走する機会はほとんどないことに着目し
ている。

すなわち、高い頻度で発生する１軸ないし数軸の空転ま
几は滑走に対しては、同−車両内の基準軸速度信号と各
動輪の速度信号とを比較して空転ないし撹走制＃信号を
発生する第１の空転滑走制御装置が作動し、その出力信
号によって当該動輪軸の駆動力ないし制動力を最適値に
制御することができる。又、この第１の空転滑走制御装
置にあっては、管理された同−車両内の動輪から検出さ
れた速度信号の比較であるため、前記した空転ないし滑
走を検出するためのしきい値を充分に小さい値に設定す
ることが可能となり、空転ないし滑走の速度か大きくな
る前の時点でこれを検出し。

駆動力ないし１ｔｉｌＪ動力を必要最小限の値だけ制限
し再粘着させることができる。

一方、当該車両内のすべての動輪が空転ないし滑走し九
場合に当該車両と互いに連結された他の車両内で選択さ
れた第２の基準軸速度信号と当該車両の各動輪の速度信
号とを比較して空転ないしｍ走割呻信号全発生する瀉２
の空転滑走制御装置が動作し、駆動力ないし制動力全最
適値に制御するのであらゆる空転ないし滑走を防止する
ことができる。

〔実施例〕

以下、本発明による電気車の空転滑走制御装置について
、図示の実施例により詳細に説明する。

第１図は本発明の一実施例で、この実施例は、電動機で
駆動される動輪装ｆ全４組備え迄２台の駆動車両１，２
を連結器３で連結した電気車に本発ｆｊＡヲ適用し友も
ので、各駆動車両１及び２の４組の動輪装［４１ａ、　
４１ｂ、　４１ｃ、　４１ｄ及び４２ａ、　４２ｂ。

４２ｃ、　４２ｄにはそれぞれ速度検出器５１ａ、　５
１ｂ、　５１ｃ。

５１　ｄ及び５２ａ、　５２ｂ、　５２ｃ、　５２ｄ　
ト車輪径ｉ正装置６１ａ、　６１ｂ、　６１ｃ、　６１
ｄ及び６２ａ、　６２ｂ、　６２ｃ、　６２ｄが結合さ
れ、これによりすべての軸の管理され友車輪速度が検出
できるようになっている。なお、速度検出器５１ａ、　
５１ｂ、　５１ｃ、　５１ｄ及び５２　ａ　、　５２　
ｂ　、　５２ｃ　。

５２ｄは電動機軸、歯車装置、動輪軸端等に設置し７ｔ
ハルス式速度検出器で構成されているが、直流式の速度
発電機であっても良く、直流電動機を用いた電気車にｂ
つＣは各電動機の紡起覗圧を検出して用いることも可能
である。また、車輪径抽圧装置ｔ６１ａ、　６１ｂ、　
６１ｃ、　６１ｄ及び６２ａ、　６２ｂ、　６２ｃ、　
５２ｄは、予じめ測定しである各車輪の直径に合わせて
定数を設定する方式のものでよいが、このとき、当該電
気車が比較的高速で、だ行していることを検知して（図
示せず）自動的に定数全補正してゆくように構成されて
いることが望ましい。さらに。

直流電動機の誘起電圧を検出する方式では、電動機電流
など軸速度と誘起電圧との関係に影譬をもたらす因子を
加味して補正する装ｆ（図示せず）を含むとよい。

すべての動輪の管理された速度信号はそれぞれの車両ご
とに最大値込択５８と最小値選択器７及び９に導かれる
。なお、この第１図の実１４　ｆｉｌでは、駆動車両１
に設置される空転滑走制御装置の駆動時の態様だけを示
しているため、駆動車両２０１の最大値選択器について
は図示していない。

最大値選択器８の出力には最大動輪速度信号が机われ、
駆動時に車両内の最大クリープ速度を示す信号ＶＭとな
るが、制動時には最小クリープ迷度會示す基準速度信号
となる。最小値選択器７及び９の出力には最小動輪速度
１に号が現われ、駆動時に最小クリープ速度を示す基準
速度信号となり、駆動車両１における空転ｍ走１ｉ１Ｊ
１１妓置では最小値選択器７の出力が第１の基準速度信
号Ｖｔｌとなり、最小値選択器９の出力が第２の基準速
度信号Ｖｔ２となる。また最小値選択器７及び９の出力
は制動時に谷車両内の最大クリープ速度を示す信号とな
る。したかつて図示しない制動指令が生じているか否か
に関連して、第１の空転滑走制御装［１０及び第２の空
転滑走制御装置１１０入力端に、最大動輪速度信号及び
最小動輪速度信号が入れ換って尋かれる。これは最小の
クリープ速度を示す速度信号が車両速度に最も近くなる
からでおり、これは制動時には最大動輪速度信号であり
ＭＪＡｙ；ｔｂ時においては最小動輪速度信号となる。

第１の空転滑走制御装置１０は、最大値選択器８の出力
ＶＭと最小値選択器７の出力、すなわち第１の基準速度
信号ｖ１１とが入力され、これら２つの信号を比較し、
そこに生じた偏差に従って駆動力を１ｔｔｌｊ魁するた
めの第１の匍ｊ御信号Ｉｃｌを出力する。ま九、第２の
空転滑走制御装置１１は、最大値選択器８の出力ｖＭと
最小値選択器９の出力、すなわち第２の基準速度信号Ｖ
ｔ２が入力、比較され、そこに生じた偏差に従って駆動
力を制限するための第２の制御信号Ｉｃ２を出力する。

このため、まず、第１の空転滑走制御装＠　ｉｏ　Ｋ。

入力された最大動輪速度信号ＶＭと第１の基準速度信号
Ｖｔｌは引算器１２に入力され、動輪速度と車両速度と
の偏差、すなわちクリープ速ＦｆＬＶａ　ｌを出力し比
較器１４に導かれる。比較器１４はしきい値設定ｉ３１
３であらかじめ設定しｆＣ，Ｖａｌに対するしきい値Ｖ
ｓ　１ｍ１ｎとクリープ速ｆｊｌ　Ｖｓ　１とを比較し
、ｖａｌ≧Ｖｓ　１　ｍｉｎのとき出力を発生し、演算
器１５に導かれ駆動力を制限する信号に変換し出力する
。演算器１５はＶｓｌまたは（Ｖｓｌ−ｖｓｌｍｉｎ　
）の憾にゲインを掛は元信号を出力するが、これに代え
てｖＳ１≧Ｖｓ　１　ｍｉｎとなった時点からの経過時
間に関連した信号を出力するようにしてもよい。

最大値選択器８の出力（最大動輪速度信号ＶＭ）は微分
器１６にも入力され、動輪速度の時間微分値ＤＶＭを出
力し、比軟器１８において、しきい値設定器１７でめら
かじめ設定しｆｃＬ）ｖＩ！に対するしきい値ＤＶＭｍ
ｉｎの１直と比軟され、Ｌ）ｖＭ≧ＤｖＭ　ｍｉｎのと
きｙ１算器１９からυＶＭに関連した信号ないし、Ｌ）
ＶＭ≧ＤＶｍｍ＋ｎとなった時点からの経過時間に関連
し元信号を出力し、前記した演算器１５の出力とともに
最小値選択器加に入力し、高位の値が培択され第１の匍
ｊ御信号ＩＣＩを出力する。

ここで、第１の空転滑走制御装［１０において、クリー
プ速度ｖｓ１の値に関連して制御信号を出力するととも
に、動輪速度の微分値Ｌ）ＶＭの値にも関連して制御信
号を出力する理由は、ｖＪ軸輪レール間状態により空転
速度の急しゅんに増加する場合と比較的緩慢に増加する
場合とがあるために設けたもので、この結果、前者の場
合、動輪速度の微分値ＤＶｉｉが大きく、これに関連し
た制＃信号により速やかに駆動力を制御して空転速度を
微小値に制限することができる。また、空転速度が緩慢
に増加する場合にはクリープ速度Ｖｓｌに関連した制御
信号により最適に制御できる。

一方、第２の空転滑走制御装置１１では駆動物最大値選
択器８の出力Ｖｍと成小値選択器９の出力、すなわち連
結されに他の車両から求められた第２の基準速度信号Ｖ
ｔ２とが入力され、引算器２１に導かれて差の出力、す
なわちクリープ速度Ｖｓ　Ｚを出力する。Ｖ、２の値は
比較益田に入力され、しきい値設定６乙によりあらかじ
め設定されたクリープ速度Ｖｓ２に対するしきい値Ｖｓ
２ｒｎｉｎの値と比較され、ＶＳ２≧’ｉ’５２ｍ１ｎ
のとき、信号を出力して演算６夙に入力され、クリープ
速度Ｖｓ２に関連した制御信号ＩＣＺを出力する。演算
器Ｕは前記した演算器１５と同様、Ｖｓ２または（Ｖｓ
２−　Ｖｉ２　ｍｉｎ　）に関連した信号ないしＶｓ２
≧Ｖｓ２ｍＩｎになった時点からの経過時間に関連した
イぎ号を出力する。

第１の仝転滑走制御装−１０の出力信号ＩＣＩと第２の
空転滑走制御装−１１の出力信号ＩＣ２は、最大値辿択
器δに入力され、高位の値Ｉｃ’（ｒ出力し、この制御
イご号Ｉｅが動輪装置！４１ａ、　４１ｂ、　４１ｃ、
　４１ｄに連結された１Ｍ機（図示せず）の駆動力ない
し匍」動力上田１」伽する制御装置（図示せす）に導ひ
かれ、駆動力ないし制動力（］ｌ−制限して空転ないし
滑走を迎え、丹柚有させる。

ここで、しきい値設定器１４．１７．　Ｄは空転ないし
滑走とは関係のない動輪速度１ｇ号の震動（例えば、レ
ール継目等通過時の車暢軸ないし台車の振動、各裡装ｄ
の特性差、連結器３の遊間等に起因した車体振動などに
より発生する速度信号の変動）による誤製作を防止する
ために設けたものであるが、この９ち第１の空転滑走制
御装ｆ１ｏのしきい値設定器１４．１７の設定値Ｖｓｌ
ｒｎｉｎ及びＤＶｍｍｉｎ　は、管理された回−車両内
のすべての動輪速度信号に晶づいて選択された速度信号
を用いて構成しているので動ｌｔｉ！速度の小さい変動
を抑制するに必要な十分率さいしきい値に設定すること
が可能であり、尚い頻度で発生する１軸窒転（または滑
走）ないし２，３軸回時空転（または滑走）に対して七
の検出感度を十分尚く設定でき、したがって、この実施
例によれば、空転ないし７１走の速度會倣小値におさえ
、ｌＪＡ動力ないし樹」動力を必要最小限の値だけ制眠
し、再粘宥させることかでさるという模れた効果を有す
る。

また、この来２１１ｉ！１別によれは、すべての動物か
空転ないし滑走し′ｆｃ場合にも、連結された他の車両
から選択され几第２の基準速度信号に基づいて制御する
第２の空転滑走制御装置１１が効果的に動作するため、
全ての空転ない滑走を速やかに防止し、尚い駆動力ない
し制動力で′電気車を走行させることができ、経揖的で
侶租性の高い電気車を提供することができろ。又、本発
明の空転滑走制御装置は駆動源のない車輪、すなわち従
動輪を持たない電気車に適用し′ｆｃ、場合にも、車両
速度を測定するための特別な装置（例えばドプラレーザ
や車両の加速度測定器）を必要としないなどの効果を有
する。

なお、第１図の一実施例では、同−車両内のすべてのｋ
ＪＪ暢を１つの駆動装置ないし制動装置を用いて制御す
る場合の構成を示しているが、動輪ごとに駆ｔＡＪ装置
ないし制動装置を有し、個別に制御可能な電気車にめっ
では、各駆動装置ないし制動装置に一致した数の空転滑
走制御装置を設け、それぞれの動−速度信号と前記した
第１及び第２の基準速度１ｇ号とを比較して仝転渭走制
御することにより、さらに効果的に不発明の目的を達成
でさろ。

第２図は本発明の他の一実施例を示すブロック図であり
、第１図と同一部分は同一符号で示し説明全省略する。

この第２因の実凡例は４組の動輪装置ｉを持つ駆動車両
１と＃ＡＡ動源を持たない伺隨車１０２を連結器３によ
って連結した電気車の駆動時におり−る構成を示してお
り、第１図と異なる点は、第２の空転滑走制御装置１１
に入力される第２の基準速度信号Ｖｔ２が付随車１（Ｊ
２のいずれかの車輪より検出され九速度信号から導かれ
ている点にある。すなわち付随車１０２０車−１０２ａ
、　１０２ｂ、　１０２ｃ、　１０２ｄのいずれかに設
置した速度恨出器あの出力は車−住補正装置！ｃ２７に
導かれ、動輪軸の連肚侶号における車暢径袖正装［６１
ａ、　６１ｂ、　６１ｃ、　ｂｉｃｔとｌｎＪ　　Ｌ／
　ヘルの連星信号に震侠され、第２の基準連反１呂号Ｖ
ｔ２を出力し、第２の空私嘴疋匍」御装置１１に入力さ
れ、動輸込度他号Ｖｉａとの偏差に従って駆動力ないし
制動力をｍｌＪ限する丸めの制御信号ＩＣ２を出力する
。

運度恨出器あの取付けられる付随車１０２０車輸軸１０
２ｄには通常制動装置が設置され℃いるが、一般に当該
軸の制動力は他の車輪に比らべて制動力を弱めており、
滑走を防止する構成となっているため、車両速度にほぼ
一致した値となる。しかし、付随車１０２は駆動源金持
たず、制動装置も駆動車両１とはかなり異なった構成と
なる場合もあること及び連結器３が遊間ないし比較的弱
いはね剛性をもっていることなどから、この付随車１０
２の車−から検出された第２の基準速度信号Ｖｔ２と駆
動車両の各動輪装置から検出された速度信号との間には
、比較重大きく、考慮する必要のない速良信号変＠を生
じることがある。この穴め空転滑走制御装置が誤動作し
ないようにしきい匝検出器四の出力Ｖｓ２ｍｉｎの値を
比較的大きく設定する必要があるが、本発明では発生頻
度のごく少ない全軸空転ないし滑走（駆動車両１のすべ
ての動輪が同時９転ないし削走する現象）時にのみこれ
を伏仰し、再粘溜させるための駆動力ないし制動力を制
限する制＠信号Ｉｃ２を出力するように構成Ｌ℃いる。

従って、尚い頻度で発生する１軸のみの空転（または滑
走）および３軸までの同時空転（または滑走）は、しき
い値Ｖｓ１ｍＩｎ及びυｖＭｍｉｎの値を極めて小さく
設定ム」−能な第１の窒転滑友制御装置で制御すること
ができ、空転ないし滑走の速度を微小−におさえ、！１
ｉＩ３柚、レール間の粘階力金最大限有効にけん引力な
いしブレーキ力とじて利用できる優れた効果がある。

〔発明の効果〕

以上詳述したごとく、本発明によれば、空転ないし滑走
を検出するしきい値上それぞれ個別に設定したｍｌ、第
２の空転滑走ｉ１＋ｌＪ　０１装置を設け、空転ないし
滑走の状況に応じた最適割両佃号を作成し、駆動力ない
し制動力全必要最小限の値だけ制限し、速やかに再粘着
させるようにしたので、動輪レール間の粘漕力を最大限
有効にけん引力ないしブレーキ力とじて利用することが
でき、粘着性能を向上することができる。すなわち機関
車の場合けん引荷凰を増大することができ、′−車の場
合１輪成内の動力車の数を減らしかつ加減速度か大きく
とれるなど経済性の高い電気車を提供できる。

ま九、空転ないしでけ走の速度が微小値に抑制されるの
で動輪とレールの摩耗を少なくシ、かつ空転ないし滑走
発生時の乗心地を改畳することができ信頼性が一段と向
上するほか、騒音も低減できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による電気車の空転滑走制御装置の一実
施例を示すブロック図、第２図は本発明の他の一実施例
を示すブロック図、第３図は車輪とレール間のクリープ
速度と柘漸力の関係を示す特性図でおる。 １．２・・・・・・駆動車両、１０２・・・・・・付随
車、３・・・・・・連結器、７．９・・・・・・最小値
選択器、８．２５・・・・・・蚊大値選択器、　１０・
・・・・・第１の空転滑走制御装置、　１１・・・・・
・第２の空転滑走制御装置、　１３．１７．ρ・・・・
・・しきい値設定器、４１ａ〜４１ｄ、４２ａ〜４２ｄ
・・・・・・動輪装置。 第１図 第２図 第３図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、複数台の連結された車両からなる電気車の空転滑走
   制御装置において、それぞれの車両内での各輪軸の回転
   速度検出結果に基いて空転滑走を検出する第１の空転滑
   走検出手段と、複数台の車両間での輪軸の回転速度検出
   結果に基いて空転滑走を検出する第２の空転滑走検出手
   段とを設け、これら第１と第２の空転滑走検出手段の検
   出結果に基いて空転滑走制御を行なうように構成したこ
   とを特徴とする電気車の空転滑走制御装置。 ２、特許請求の範囲第１項において、上記空転滑走制御
   を、上記第１と第２の空転滑走検出手段による検出結果
   の内の最大値を示す検出結果に基いて行なうように構成
   したことを特徴とする電気車の空転滑走制御装置。 ３、特許請求の範囲第１項において、上記第１の空転滑
   走検出手段における検出しきい値を、上記第２の空転滑
   走検出手段における検出しきい値よりも小さな値に設定
   したことを特徴とする電気車の空転滑走制御装置。 ４、特許請求の範囲第１項において、上記複数台の車両
   のうちの少くとも１台が付随車であり、回転速度を検出
   すべき輪軸が、駆動力および制動力の少とも一方が低減
   されるように構成されていることを特徴とする電気車の
   空転滑走制御装置。