JPH01286702A - インバータ電気車の空転・滑走時の再粘着制御方法 - 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、誘導電動機を用いたインバータ電気車の動輪
と軌道面に発生する空転・滑走時における利用粘着係数
を高めせしめる再粘着制御方法に関するものである。

〔従来の技術〕

まず、第４図〜第５図を参照しながら従来のインバータ
電気車の空転・滑走時の再粘着制御手段を説明する。第
４図において、ｌは電気車の車体、２は軌道、３ａ〜３
ｄはそれぞれ誘導電動機の動輪である。１１〜４４は各
動輪の回転周波数を検出する回転周波数検出器である。

７およびｆＩ〜ｒ４は各動輪の各回転周波数の出力であ
る。６゛は各動輪の各回転周波数を入力し、カ行中は各
回転周波数の最小値を動輪の基準周波数とする。また、
回生中は各動輪の最大値を動輪の基準周波数とする比較
回路である。１０°は各動輪の各回転周波数の変化量（
微分値ａ　ｒ７ａ　ｔ）を算出する回路である。この各
回転周波数の変化量の出力を半導体素子であるダイオー
ドの論理和によって変化量・の最大値を検出して１３°
に出力している。

この変化量の最大値と１４゛の空転・滑走の渣知怒度設
定器の出力である１５’　　との比較を１６で行い、設
定値以上ならば空転・滑走と判断し１７に検知信号を出
力する。°１８は電気車の応荷重に対応した誘導電動機
のすべり周波数の標準パターンである。１９は空転・滑
走検知信号が出力されている期間中すべり周波数の標準
パターンを絞り込む減算器である。この減算結果を誘導
電動機のすべり周波数（ｆｓ　）として、空転・滑走時
は誘導電動機の電流を制御して再粘着を図っている。

２１は各動輪の各回転周波数より得た動輪の基準周波数
（ｆ、）の出力であり、さきのすべり周波数とを２３で
加算するものである。２４は２３の加算器の出力であり
、インバータ周波数（ｆ　ｒ、１ｖ−ｒ、Ｉ　±ｒｍ）
としている０式中（＋）はカ行、（−）は回生時を示す
。

従来のインバータ電気車の空転・滑走時の再粘着制御手
段は上記のように構成され、第５図に示すような再粘着
制御方法である。第５図は各動輪が同時に空転し、大き
さも同じ場合について説明する。第５図において、７は
各動輪軸の各回転周波数を示す、１３°は各回転周波数
の変化量（加速度）の最大値を示す、１５゛は空転検知
感度の設定レベルである。１７は空転検知信号である。

２０は誘導電動機のすべり周波数（ｆ、）であり、空転
が発生し検知感度以上になり空転を検知すると２０のす
べり周波数をＥ点に示すように絞り込み、空転している
動輪を再粘着させるように作用する。しかし、空転検知
信号が空転検知感度レベル以上の期間中だけ出力する。

また、検知信号は各回転周波数が減速に向うと消磁され
てしまう。

このためすべり周波数はもとの値に回復する。従って、
各動輪は再粘着することができず、７に示すように空転
が！Ｉ続する結果となる。

このように各動輪の各回転周波数の変化量の大きさで検
知する手段では、微少空転（微少滑走）が発生した場合
検知に至らず長時間継続する。このため、第５図の各回
転周波数に空転が発生しなければ破線上を走行するもの
と仮定すると、第４図の軌道と各動輪に当たえる損傷が
大きくなる。また、全動輪に空転・滑走が発生すると、
電気車のインバータを制御する第４図のインバータ周波
数（ｆ＋、ｖ）は、第４図の基準周波数（ｆ、）が、空
転の場合は増大し、滑走の場合は減少する方向に作用す
るため結果的には、全動輪の空転・滑走が助長されると
いう欠点がある。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記のような従来のインバータ電気車における空転・滑
走時の再粘着制御手段すなわち、第４図の各動輪（３ａ
）〜（３ｄ）に、取付けられた回転周波数検出器（１１
）〜（４４）から得られる各回転周波数（７）の（ｆｌ
）〜（【４）の変化量（微分値）の大きさによる空転・
滑走の検知方式では、検知感度（１５’）に至らない微
少な空転・滑走が発生した場合第５図の（７）に示す破
線上すなわち、空転の発生がないとした時の基線と各動
輪との速度差を増す傾向となる。また、空転および滑走
を検知した場合の検知信号は第５図の（１７）に示すよ
うに、再粘着以前に消磁するため、すべり周波数（２０
）は−旦絞り込まれるが直ちにもとの値まで回復する。

このため、空転・滑走をした動輪は、再粘着する事がで
きずある速度差を持ったまま°の状態が継続し、動輪と
軌道間の粘着力が大きくなった時のみしか再粘着は期待
できない、軌道と動輪間の粘着係数が著しく低下し、４
個の動輪が同時に空転および滑走をした場合は、第４図
の動輪の基準周波数（２１）の（ｒｘ）が空転時は増大
、滑走時は減小する方向に作用するためインバータ電気
車の制御が正常に動作できないという問題があった。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は上記欠点を除去するものであってインバータ電
気車の空転・滑走時の再粘着制御方法は同一車体内に取
付けた加速度計より演算した基準速度と各動輪の速度と
の相対速度差を検出し、その速度差の値がある値（例え
ば２ｋｍ／ｈ）以上になると空転・滑走として検知し、
速やかに誘導電動機のすべり周波数を一定量絞り込み、
誘導電動機に流れる電流を制御し再粘着を促進させる。

また、検知信号は完全再粘着するまで継続させ再空転・
再滑走の防止対策を行い動輪と軌道間の利用粘着係数を
高めせしめる再粘着制御方法を得ることを目的とするも
のである。

〔作用〕

この発明においては、基準速度は加速度計を用いて列車
の加減速度より演算しているため、空転・滑走に関係な
く算出できるため空転・滑走時において各動輪の速度と
の相対速度により、空転・滑走を検知することができる
ことから、微少空転・微少滑走の時点で再粘着制御が可
能となる。また、この基準速度を動輪の基準周波数に換
算して誘導電動機の回転子周波数とすれば、電気車のイ
ンバータを空転・滑走時においても安定した制御が可能
となる。　　　　゛ 〔実施例〕 この発明の一実施例について図面を参照しながら説明す
る。まず、第１図において横軸に時間（ｔ）縦軸に電気
車のカ行時における加速度計の出力（５）の（α）とこ
の加速度計の出力（５）の（α）を読み取りマイクロプ
ロセンサーにより演）Ｅ（α×サンプリング時間）し基
準速度（１２）の（Ｖ、）とを示している。基準速度（
１２）の（ＶＳ　）はサンプリング毎に入力される加速
度計の出力（５）の（α）より演算して積算するように
している。加速度計の出力（５）の（Ａ）点は列車が上
り勾配に入り加速度計の出力（５）の（α）が減少し、
これに伴い基準速度（１２）の（Ｖｓ　）が緩やかに制
御されている状態を示している。また、加速度計の出力
（５）のＢ点は惰行時の状態を示している。惰行時の基
準速度（１２）の（Ｖ、）は勾配変化等による加（ｍ）
速度の変化に応じて制御されるようにしている。このよ
うに第１図の基準速度（１２）の（Ｖ、）は、電気車の
動輪の回転周波数の代わりに第２図の加速度計（４）を
用いているため空転・滑走に関係なく列車の基準速度が
検出できる０次に、この基準速度（Ｖ、）によるインバ
ータ電気車の空転・滑走時の再粘着制御方法について説
明すると、第２図に示すように（１）は車体、（２）は
軌道、（３ａ）（３ｂ）（３ｃ）（３ｄ）は誘導電動機
の動輪である。各動輪の速度検出は各動輪（３ａ）、〜
（３ｄ）に取付けられた回転周波数検出器（１１）（２
２）　　（３３）　　（４４）の回転周波数出力（７）
の（ｒ＋　）＜ｆｌ　）Ｃｆ２　）＜１４　）によって
いる、（４）は基準速度（１２）の（Ｖ、）および基準
周波数（２１）の（ｆ、Ｉ）を得るための加速度計であ
る。（５）は加速度計（４）の出力である。（６）は加
速度計（４）の出力（５）を入力し、カ行・回生中の基
準速度（１２）の（Ｖｓ　）および基準周波数（２１）
の（ｆＮ）を演算する回路である。また、惰行中は各動
輪（３ａ）〜（３ｄ）の回転周波数出力（７）の（ｆ、
）〜（ｆ４）を入力し、基準速度（１２）の（Ｖ、）お
よび各動輪（３ａ）〜（３ｄ）の動輪径等の補正を行っ
ている。（８）は各動輪（３ａ）〜（３ｄ）の回転周波
数（７）の（ｆｌ）〜（ｒ、）を入力し、各動輪（３ａ
）〜（３ｄ）の速度（Ｖ＋）”’（Ｖ、）の演算を行っ
ている。（９）は各動輪（３ａ）　〜（３ｄ）（Ｄ速度
出力（ｖ＋　）　〜（Ｖ４　）である、（１０）は（６
）の出力である基準速度（１２）の（Ｖ、）と各動輪（
３ａ）　〜（３ｄ）の速度出力（９）の（■１）〜（Ｖ
、）とを比較し相対速度差を検出する。カ行時の速度差
（Δ■）は各動輪速度（９）の（ｖｌ）〜（ｖ４）から
基準速度（１２）の（Ｖ、）を減じて検出している。

回生時の速度差（ΔＶ）は基準速度（１２）の（Ｖｓ　
）から動輪速度（９）の（ｖｌ）〜（■４）を減じて検
出している。（１３）は（１ｏ）で比較演算された速度
差（ΔＶｌ　）〜（ΔＶａ）の出力である。（１４）は
空転・滑走検知の速度差感度の設定器である。（１５）
は感度設定器（１４）の出力である。（１６）は空転・
滑走の検知回路であり、（１３）の各動輪（３ａ）　〜
（３ｄ）の速度差（ΔＶ＋）〜（ΔＶ４　）と空転・滑
走の検知感度（例えば２　ｋ　ｍ　／　ｈ　）とを比較
して検知感度以上なら空転・滑走と判定し検知信号（１
７）を出力する。検知信号（１７）は各動輪（３ａ）〜
（３ｄ）が再粘着すなわち速度差（ΔＶｌ　）〜（ΔＶ
４）の値が零になるまで継続するようにしている。（１
８）は電気車の応荷量に対応したすべり周波数の標準パ
ターン（ｒ□）である、（１９）は空転および滑走検知
信号（１７）が出力されている期間中（１８）のすべり
周波数の標準パターン（（ｓｒ）を一定量絞り込む減算
器である。

（２０）は減算器（１９）の出力を誘導電動機のすべり
周波数（ｆ、）としている、このすべり周波数（２０）
の（ｆ、）によって、空転・滑走時は誘導電動機に流れ
る電流を一定量絞り込み、再粘着を促進させる。また、
すべり周波数（２０）の（ｆ、）はカ行時はプラス（＋
）に、回生時はマイナス（−）に作用するようにしてい
る。

（２１）は基準速度演算回路（６）の基準速度を動輪の
基準周波数に換真して誘導電動機の回転子周波数とした
出力（ｆＭ）である、（２３）は加算器である。（２１
）の基準周波数すなわち回転子周波数（ｒ９）と（２０
）のすべり周波数（ｆ、）を加算して（２４）のインバ
ータ周波数（ｆＩＮＶ　）　−（ｆｘ　）　　±（ｆ、
）としている、（−は回生時を示す）、このインバータ
周波数（ｒ　＋、１ｗ＞で電気車のインバータを制御Ｉ
することにより、空転および滑走時においても（２１）
の基準周波数すなわち回転子周波数がしっかりしており
安定した制御が可能となる。第３図により実施例を具体
的に説明すると次のようになる。なお、説明は原理的に
４個の動輪（３ａ）〜（３ｄ）が同時に大きさも同じ空
転をした場合を示す、（１２）は加速度計より得た第２
図（Ｌ２）の基準速度（Ｖ　５）（９）は第２図の各動
輪（３ａ）〜（３ｄ）の速度（９）の（ｖｌ）〜（ｖ４
）を示す、（２０）はすべり周波数（ｆ、）である、（
１３）は基準速度（１２）の（Ｖ＄）と（９）の各動輪
速度が空転したことにより生じた第２図（１３）の速度
差（ΔＶ）　”　（Ｖｔ　）　〜（Ｖ４　）　　　（Ｖ
ｔ　）を示している。（１５）は空転検知感度のレベル
である。（１７）は速度差（ΔＶ）が、空転検知レベル
（１５）以上になり検知信号を出力した状態を示す、こ
の検知信号（１７）は動輪速度（９）の（■、）〜（ｖ
４）が基準゛速度（１２）の（Ｖ　ｓ）になるまで、す
なわち再粘着点まで継続するようにしている。検知信号
（１７）によって、すべり周波数（２０）は０点に示す
ように一定量絞り込み、誘導電動機に流れる電流を減少
させて再粘着を図っている。動輪速度（９）のＤ点は、
本発明による再粘着制御方法によって得られる再粘着点
を示す、上記実施例では、各動輪の摩耗差によって動輪
径差を生じるので、各動輪径の補正は惰行中に行うよう
にしている。第２図（１４）の空転・滑走検知回路の検
知レベルはあらかじめ決められた値、または任意に変え
られるようにしておくことが必要である。また、加速度
計（４）の出力（５）は、カ行、回生、前、後進によっ
て極性が変わるので外部信号によって常に同一方向（プ
ラス）にする配慮が必要である。この発明は上記構成を
とったことにより、従来の各動輪の回転周波数を比較し
た基準速度から基準周波数とし、電気車のインバータを
制御、また、各動輪の回転周波数の変化率による空転・
滑走を検知する方法を取らず加速度計を用いて確実な基
準速度および基準周波数を演算し、また、基準速度と各
動輪速度との相対速度差により空転・滑走を検知する方
法により、インバータ電気車の空転・滑走時における再
粘着対策を早期に行い利用粘着係数を高め安定した制御
が可能である。

〔発明の効果〕

この発明は、上記実施例により説明したように、加速度
計を用いて基準速度を演算し、各動輪に取りつけられた
回転周波数検出器から得られる回転周波数より求めた各
動輪速度との比較により、空転・滑走を検知し、インバ
ータ電気車の再粘着制御を行うことにより最大粘着力を
得ることができることから、空転・滑走時における乗り
心地力１改善される。また、基準速度の検出に加速度計
を用いているため勾配変化についても対応できる効果が
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の原理を示す説明図。 第２図は本発明の一実施例を示す電気車の側面図と回路
図、第３図は本発明の一実施例を示す再粘着Ｈａ左方法
説明図、第４図は従来の電気車の再粘着制御手段を示す
電気車の側面図と回路図、第５図は従来の電気車の再粘
着制御手段の説明図である。 （１）・・・・・車体　（２）−・・・軌道面　（３ａ
）〜（３ｄ）・・・・−各動輪　（４）・・−・−加速
度計　（５）・・・・・加速度計の出力　　　（６）・
・−・−基準速度演算回路（６°）−・・・−基準周波
数比較回路　（７）・・・・一回転周波数　（８）−・
・−速度演夏回路　（９）−・・−・動輪速度（１０）
・−・・−速度差検出回路　（１０’）・〜・回転周波
数の変化量検出回路　（１２）、　　（■ｔ）・−・−
・基準速度　（１３）・−・・・速度差の出力　（１３
°）・・−・一回転周波数の変化量出力　（１４）・−
・−速度差検知感度の設定器　（１４°）・・・・・変
化量検知感度の設定器　（１５’）　−速度差検知感度
　（１５°）・・・−・変化量の検知感度　（１６）−
・・・・空転および滑走検知　（１７）・−・・−空転
および滑走検知信号　（１８）・・・−すべり周波数の
標準パターン　（１９）・−・・減算器　（２０）−・
・・−すべり周波数　（２１）・・−・・動輪の基準周
波数　（２３）・・・・・比較器　（２４）・−・−・
インバータ周波数　（１１）、（２２）、（３３）。 （４４）・・・−各動輪の回転周波数検出器　（α）・
・−・・加速度　（ｆ、）〜（ｆ４）・−・・・各軸の
回転周波数（ｖｌ）〜（■４）−・・・・各動輪速度　
（ΔＶ＋　）〜（ΔＶ４）・−・各動輪の速度差　（１
）・−・・−時間（Ａ）・・・・−上り勾配時の加速度
針の出力　（Ｂ）・・・・・惰行時の加速度計の出力　
（Ｃ）・−・−・すべり周波数の一定量絞り込み　（Ｄ
）−・・・・再粘着点　（Ｅ）・・・−・すべり周波数
の絞り込み 特許出願人　財団法人鉄道総合技術研究所第１図 第３図 ｆｆ１４図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 同一車体内に取付けた加速度計より列車の基準速度およ
   び誘導電動機の回転子周波数としての基準周波数を算出
   し、空転・滑走時は、この基準速度と同一車体内の動力
   伝達軸の速度とを比較演算を行い、その相対速度差の大
   きさにより、空転・滑走を検知し、電気車の応荷重に対
   応した誘導電動機のすべり周波数を再粘着点まで制御す
   ると共に、基準周波数を用いて電気車のインバータを制
   御することにより、動輪と軌道間の最大粘着力を得るこ
   とを特徴とするインバータ電気車の空転・滑走時の再粘
   着制御方法。