JPS592502A - 電力制御装置に対する故障検出及び禁止回路 - 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】 発明の背景 この発明は牽引電動機によって推進させられる車輛に対
する電力制御装置、更に具体的に云えば、この様な装置
に使われる安全及び保護装置に関する。

多くの電気車輛では、車輛を推進させる牽引電動機が発
生するトルク又は速度を制御する為に、電子式電力調整
器が使われている。典型的には、調整器は時間比回路又
はテｉ、バ回路で構成され、これが電動機が電源に接続
される時間の百分率を制御することにより、電動機が発
生する動力を変える。チ日ツバ回路はトランジスタ回路
又はサイリスタ（ＳＯＲ）回路であってよい。何れの場
合でも、一般的にテ曙ツバ回路と並列に機械的な側路ス
イッチが接続される。チロツバ回路の導電比が高い（電
流が大きい）場合、側路スイッチを閉じて、固体部品に
対する熱応力を最小限に抑える。

車輌装置は直列接触器をも含み、これをキー・スイッチ
で作動して、調整器及び電動機を電源に接続することが
出来る。

側路接触器の接点の先端が閉じた状態で故障することが
知られている。例えば、閉じる時の突然の電流サージに
より、先端が溶着することがある。チョッパ回路が短絡
状態で故障することも知られている。こういう何れかの
故障が存在する時に、車輛を始動させようとすると、直
列接触器を閉じた時、電動機内に大電流が発生する。直
巻直流電動機は、界磁巻線のインピーダンスが比較的高
い為に、幾分か保護されるが、他励電動機の電機子はこ
の様な保護がない。実際、８４ボルトの装置では、電機
子電流は３０００アンペアを越える値まで急速にはね上
ることがあり、電機子に重大な損傷を招く。

然し、尚更問題なのは、側路スイッチ又はチョッパ回路
の故障により、主接触器が溶着する惧れがあることであ
る。この種の故障状態になると、車輛の暴走状態が起る
慣れがある。

この発明の目的は、直流電動機電力制御装置に使う保護
装置を提供することである。

この発明の別の目的は、電力調整器又は側路接触器の故
障状態を検出して、制御装置の動作を禁止する保護装置
を提供することである。

発明の概要 この発明では、直流電動機に対する固体電力制御装置に
使う故障検出及び禁止回路を提供する。

電力制御装置は、電動機に対する電力を調整するスイッ
チング形調整器、該調整器と並列に接続された側路接触
器、及び調整器並びに電動機を電源に接続する主接触器
を持つ形式である。故障検出回路が、電源の両端に接続
された分圧器を含み、中間点が主接触器及び側路接触器
の間の接続点に接続されている。接触器又は調整器が付
勢される前、分圧器の中間点の電位が高又は低の値にな
ると−とによシ、故障が表示される。禁止回路が中間点
の電圧に応答して、主接触器の駆動回路の動作を禁止す
ることにより、装置に対して電力を印加することを防止
する。

この発明に特有と考えられる新規な特徴は、特許請求の
範囲に記載しであるが、この発明の利点並びに目的は、
以下図面について説明する所から、更によく理解されよ
う。

詳細な記載 第１図には、他励式直流電動機に対する電力゛制御回路
又は調整器回路の簡略回路図が示されている。直流電動
機が電機子１０及び界磁巻線１２を含む。電池１４で示
した直流電源が、電動機の界磁並びに電機子に対して直
流電力を供給する。

電池１４の相対的に正の端子が実接触器１８により、直
流母線１６に接続される。電動機の界磁巻線１２が、夫
々Ｆ及びＲで表わした複数個の順方向接点及び逆方向接
点により、ブリッジ形に接続されている。Ｆ接点を開い
てＲ接点を閉じると、電機子１０の回転方向を逆転する
ことが出来る。

界磁巻線１２が電力母線１６及び電池１４の相対的に負
の端子の間に電流調整器回路２０を介して接続されてい
る。好ましい実施例では、電流調整器回路２０はトラン
ジスタ化チョッパ回路であシ、これが導電状態及び非導
電状態の間で切換わることにより、界磁巻線１２を通る
平均電流を制御する。界磁巻線１２と並列に接続された
フリーホイール形ダイオード２２が、チョッパ回路２０
の非導電期間の間、誘導性電流に対する界磁電流通路と
なる。界磁巻線１２と直列に接続された電流分路部２４
が、平均界磁電流を表わす出力信号を発生する。この信
号は制御回路（図に示してない）により、所望の界磁電
流レベルが得られる様にチョッパ回路２０の導電期間を
調整する為″に使われる。

同様に電機子１０がチョッパ回路２６を介して電力母線
１６に接続される。電流分路部２８が電機子と電源１４
０間に接続される。フリーホイール・ダイオード３０が
電機子１０と並列に接続されて、チョッパ回路２６の非
導電時間の間、電機子電流に対する電流通路を作る。側
路接触器３２がチョッパ回路２６と並列に接続される。

側路接触器３２は、チョッパ回路２６の導電時間比が１
に接近する時、高い導電レベルでチョッパ回路に加わる
熱応力を最小限に抑える為に閉じられる。

第１図の電力回路の動作について説明すると、制御回路
（図に示してない）が最初に付勢信号を発生して、主接
触器１８を閉じ、その後チョッパ回路２０及びチョッパ
回路２６に対してゲート信号を供給して、電機子１０及
び界磁巻線１２の電流レベルを制御し、所望のレベルの
トルク出力が得られる様にする。制御回路は公知の幾つ
かの形式のものにすることが出来、例えば米国特許第３
゜８４３、９１２号に記載されるものにすることが出来
る。他励電動機に特に適した制御回路が１９８２年５月
１６日に出願された係属中の米国特許出願通し番号第５
７９．８６７号に記載されている。電動機の電機子１０
が回転し始めると、その逆起電力が増加し、トルクの所
望の大きさに対する所望の電流レベルが得られる様にす
る為、チョッパ回路２６の導電期間が長くなる。チョッ
パ回路２６の導電時間比が１００ｑｂに近づくと、側路
接触器３２が閉じられ、こうして電機子１０を直接的に
電池１４の両端に接続する。万一接触器３２が溶着した
場合、その後で制御回路が電動機のトルク出力を変えよ
うとしても、チョッパ回路２６が、制御回路に応答する
けれども、電機子１０に対する電流を変調することが出
来ないので、うまく行かない。こういう場合、故障検出
回路（図に示してない）が普通はチョッパ回路２６と接
触器３２の組合せを監視していて、チョッパ回路２６又
は接触器３２の誤動作が検出された場合、主接触器１８
を開く。こつ様な故障検出回路が米国特許第５、．９１
４．６７５号に記載されている。

一旦制御回路が、故障を検出した為に、運転を停止した
場合、オペレータは、主接触器１８を繰返して開閉する
ことにより、車輛を修理部まで移動し・ようとすること
がある。前に述べた様に、この様な動作によって、電動
機の電機子には３０００アンペアを越える電流が印加さ
れることがある。

更に、この様な大電流が接触器１８の接点を溶着させ、
こうして電機子を何の保護もなく、直接的に電池の両端
に接続することがある。

接触器３２の故障の慣れがある他に、チョッパ回路２０
も短絡状態で故障することがある。この故障はチョッパ
回路２６の故障程重大ではないが、一杯の界磁電流が加
えられ、それが車輌の最高速度を半速未満に制限すると
共に、３０分以内に界磁が過大な温度になる慣れがある
、ので、電動機の制御が出来なくなる。調整器回路２０
．２６及び接触器３２が依然として動作状態にあっても
、主接触器１．８が閉じた状態で溶着することもあシ得
る。勿論、この様な状態で装置を運転するのは好ましく
ないちそれは、この後で何れかの調整器回路２０又は２
６又は側路接触器３２が故障すると、畢走状態になシ、
それに伴って装置内の電子回路並びに電動機の損渦を招
く慣れがあるからである。

第２図にはこの発明に従って構成された故障検出及び禁
止回路が示されている。直列接続の抵抗３４．３６で構
成された第１の分圧器が電池１４の両端に接続される。

好ましい実施例では、抵抗３４．３６は同じ抵抗値を持
ち、２つの抵抗の中間の接続点３８が電池電圧の大体半
分になる様になっている。接続点３８が接触器１８と接
触器３２の間にある母線１６の点に接続される。この為
、抵抗３４が接触器１８と並列に接続され、抵抗５６が
電動機の電機子１０及び接触器３２と並列に接続される
。従って、接触器１８が閉じた状態で溶着した場合、接
続点３８の電圧が電池電圧まで上昇することが判る。こ
の代りに、接触器３２が閉じた状態で溶着すると、接続
°点３８の電圧は大体電池の負の電位又は大地電位（（
なる。調整回路２０又１ｌ−１：調整回路２６が故障し
て短絡状態にある場合も、接続点５８は大地電位又はそ
の近くにある。

直列接続の抵抗４０，４２．４４で構成された第２の分
圧器が電池１４の両端に接続される。

抵抗４０．４２の中間の接続点が電圧比較器４６の反転
入力端子に接続される。抵抗４２．４４の中間の接続点
が比較器４８の非反転入力端子に接続される。比較器４
６の非反転入力端子が比較器４８の反転入力端子と共に
、接続点３８に接続される。比較器４６の出力端子がダ
イオード・オア・ゲート５０の第１の入力端子に接続さ
れる。オア・ゲート５０の第２の入力端子が比較器４８
の出力端子に接続される。オア・ゲート５０の出力端子
がラッチ形フリップフロップ５２のセット入力端子に接
続される。引張り抵抗５４がオア・ゲート５０の出力端
子を正の電圧源に接続し、プリーダ抵抗５６がこの出力
端子を共通端子又は大地端子に接続する。

フリップフロ、ブ５２の出力端−子がアンド・ゲート６
０の第１の入力端子に接続される。アンド・ゲート６０
の出力端子が抵抗６２を介して、トランジスタ電流駆動
器６４のベース端子に接続される。主接触器１８に対す
る作動コイル６６が、トランジスタ駆動器６４のコレク
タ端子と電池１４の正の電圧端子との間に接続される。

トランジスタ駆動器６４のエミッタ端子が電池１４の負
の端子に接続される。

入力端子６８が車輛の制御回路（図に示してない）から
ピックアップ指令を受取る様に接続されている。前に説
明した様に、ピックアップ指令は単にキー・スイッチを
廻すことであってよい。

ピックアップ指令がコンデンサ７０及び直列接続の抵抗
７２で構成された微分回路に通される。抵抗７２の一方
の端子が電池の負の端子に接続される。コンデンサ７０
と抵抗７２の間の接続点が、ラッチ形フリップフロ、ツ
ブ５２の破算入力端子（Ｃ！ＬＲ）に接続される。端子
６８のピックアップ指令は、抵抗７４及びコンデンサ７
６の直列の組合せで構成てれた積分回路にも供給される
。コンデンサ７６の一方の端子が電池の共通端子に接続
される。抵抗７４とコンデンサ７６の中間の接続点がア
ンド・ゲート６０の第２の入力端子に接続される。

動作について説明すると、接続点３８の電圧が電池電圧
の中点にあって、接触器１８も接触器３２も、或いはテ
ヨノノ（回路２０又は２６の何れも故障していないこと
を示す時、比較器は、それらの両方の出力端子の電圧が
論理ルベルにある様な状態に保たれる。従って、論理オ
ア回路５０の出力は論理ルベルであり、この論理ルベル
の信号がフリップフロップ５２のセット入力端子に印加
される。この後、端子６８にピックアップ指令が印加さ
れた時、フリップフロップ５２の破算端子に直ちに破算
信号が現われ、強制的にその出力信号を論理ルベルにす
る。抵抗７４及びコンデンサ７６の相対的な値によって
決定された短い遅延時間の後、ピックアップ指令がアン
ド・ゲート６０の第２の入力端子に論理ルベルとして現
われる。この時両方の入力端子が論理ルベルであるから
、アンド・ゲート６０からトランジスタ駆動器６４のベ
ース端子に信号が送られ、このトランジスタを強制的に
導電させ、主接触器がピックアップされる様にする。微
分回路は、破算信号が短い期間、例えば１００ミリ秒の
間だけ、存在する様にする。大体同じ期間の後、積分回
路がラッチ作用を行なわせて、主接触器を付勢状態に保
つ。

主接触器、側路接触器、チョッパ回路２０又はチョッパ
回路２６の何れかが故障状態にある場合、接続点３８の
電圧は中点の値より高くなるか或いは低くなる。何れの
場合も、一方の比較器４６又は４８が中点電圧からの偏
差を検出１−で、夫々の出力端子に論理０の出力信号を
発生する。

この論理０の信号がオア・ゲート５０を通り、フリップ
フロップ５２のセット入力端子に論理０の信号を印加す
る。この後、端子６８にビ、クア。

プ指令が印加されると、フリ、プフロ、プ５２によって
発生された出力信号は論理０になる。こうして、この信
号はアンド・ゲート６０の動作を禁止し、こうしてトラ
ンジスタ駆動器６４が導電状態にならない様にすると共
に、主接触器１８の作動を禁止する。抵抗４０，４２．
４４の数値は、誤った禁止作用が生じない様に、電池の
中点の前後の適当な範囲の電圧が得られる様に選ばれる
。

抵抗４０．４４を２２キロオーム、抵抗４２を１０キロ
オームの値にすると、電池電圧の４０係乃至６０係の範
囲が得られる。

チョッパ回路又は側路接触器３２の何れがが通常の運転
状態の間に故障した場合、前述の故障検出回路が、主接
触器１８を強制的にドロップアウトする出力信号を発生
する。この出力信号はフリップフロップ５２の破算入力
端子に印加して、直ちにその出力を強制的に論理０にす
ることが出来る。接触器１８が閉じた状態で動作してい
る間、比較器４６又は比較器４８によって発生された出
力信号がゼロであり、こうしてフリップフロップ５２の
セット入力端子に論理Ｏを印加するので、フリップフロ
ップ５２の出力に論理０が発生する。

その後、安全回路が、接触器が閉じた状態で溶着したこ
と、又はチョッパ回路が短絡状態で故障したことを検出
し、それ以後の主接触器１８の作動を禁止する。

この発明の好ましい実施例と現在考えられるものを図示
したが、この発明の範囲内で種々の変更が可能であるこ
とは云うまでもない。従って、この発明はこへに説明し
た具体的な説明に制約されるものではなく、特許請求の
範囲の記載のみによって限定されることを承知されたい
。

【図面の簡単な説明】

第１図は直流電動機電力回路の回路図、第２図は第１図
の゛軍刀回路に対するこの発明の安全及び保護回路の回
路図である。 主な符号の説明 １０゛電機子 １２：界磁巻線 １４：電源 １８：主接触器 ２０．２６：チョッパ回路 ３２：側路接触器 ３４．３６：第１の分圧器 ４０．４２，４４：第２の分圧器 ４６．４８：比較器 ５０；オア・ゲート 特許出願人ゼネラル・ｙレフトリック・カンパニイ代理
人　（７６３０）　生沼徳二 動−

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）牽引電動機に対する電力を調整するチ日ツバ回路、
   該テ日ツバ回路の百分率導電時間が予定の値を越えた時
   にテコ２フ回路を分路する側路接触器、及び前記電動機
   、チョッパ回路及び電源を直列電流通路に接続する主接
   触器を持つ様な、牽引電動機によって推進させられる車
   輛に用いる電力制御装置に対する故障検出及び禁止回路
   に於て、前記電源と並列に接続される第１の分圧器と、
   該第１の分圧器の中間点を主接触器及び側路接触器の中
   間の点に接続する手段と、前記第１の分圧器の前記中間
   点の電圧を予定の範囲の電圧の値と比較する手段と、前
   記中間点の電圧が前記予定の範囲の電圧の値の範囲外に
   ある時、前記主接触器の動作を禁止する手段とを有する
   故障検出及び禁止回路。 ２、特許請求の範囲１）に記載した故障検出及び禁止回
   路に於て、前記電動機が他励形式に接続され、チョッパ
   回路が該電動機の電機子と直列に接続され、電力制御装
   置が前記主接触器及び側路接触器の中間点と電源の端子
   の・間で電動機の界磁巻線と直列に接続された電流調整
   器を含んでいる故障検出及び禁止回路。 ３）特許請求の範囲１）又は２）に記載した故障検出及
   び禁止回路に於て、前記比較する手段が、前記電源の両
   端に接続された第２の分圧器と、該第２の分圧器の比較
   的高い電圧の、上側の点に接続された第１の入力端子を
   持つと共に、前記第１の分圧器の前記中間点に接続され
   た第２の入力端子を持っていて、前記中間点の電圧が前
   記第１の入力端子の電圧を越える時、セット信号を発生
   する第１の電圧比較器と、前記第２の分圧器の比較的低
   い電圧の、上側の点に接続された第１の入力端子を持つ
   と共に５前記第１の分圧器の前記中間点に接続された第
   ２の入力端子を持っていて、前記中間点の電圧が前記第
   １の入力端子の電圧よシ小さい時にセット信号を発生す
   る第２の電圧比較器と、前記第１及び第２の比較器から
   のセット信号全前記禁止する手段に結合する手段とで構
   成されている故障検出及び禁止回路。