JPS6027246B2 - 車輌制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は牽引電動機を用いた車糠、更に具体的に云え
ば抵抗制御の電動機によって動力を供給される車廟で、
直巻直流牽引電動機のトルク特性を表わす信号を求める
装置に関する。

地下鉄の様な輸送車鞠は列車として運転する場合が典型
的である。

即ち、複数個の車輪が１台の装置として動作する様に機
械的にも電気的にも結合される。然し、列車内の各々の
車廟にはそれ自身の推進及び制御装置があり、この制御
装置が列車の先導車廟から運転指令信号を受取る様に接
続されている。従来、各車糠の推進及び制御装置は本質
的に同一の電気装置であった。例えば直流直巻牽引電動
機が原動力を供給し、カム制御器が直流電動機によって
供給される動力を調整していた。各車輪の電動動力装置
が本質的に同一であるから、１列車の車鞠にオペレータ
の指令を加えれば、各々の車繭の応答は本質的に同一で
あった。即ち、各々の車輪電動動力装置はその車鞠に必
要な動力を供給することが出来さえすればよい。輸送車
鞠又は地下鉄の車輪が経済的に実用性を持つ様にする為
には、電動動力装置に使う場所を切りつめて、乗客用の
場所を最大にしなければならないこと並びに電動動力装
置に使う場所はその最大発生動力（最高レベル）に略比
例することから、この車糠に必要な動力の最高レベルの
設定は車輪設計上の基本的な考慮事項であった。これか
ら判る様に、列車の１台の車廟の電動動力装置が列車の
他の車鞠よりも一層大きな加速度を発生しようとする時
、その車糠が列車全体を引っ張ろうとして、その電動動
力装置を傷める。カム制御式直流牽引電動機電動力装置
では、中心軸に対して機械的に結合された複数個のカム
が、複数個の電気機械的な接触器を選択的に作動する様
に配置されている。

こういう接触器が車繭の直流牽引電動機を特定の動作様
式に接続する様に作用する。例えば、或る位置にある時
、何台かの電動機の電機子巻線を直流電源の両端に直列
に接続して、各々の電動機が電源電圧全体の一部分で動
作する様にすることが出来る。別の位置にある時、各々
の電動機の電機子巻線を直流電源の両端に接続して、各
々の電動機に電源電圧が全部利用出来る様にすることが
出来る。カム制御器が、電機子電流に調整する為に、又
は直流電動機の特性によって強制的に電流が調整レベル
より低くされるまで、電機子電流を一定レベルに保つ為
に、電動機の電機子電流通路に選択的に直列抵抗を入れ
又はそれから取去る接触器をも制御する。この為、直流
電動機によって発生される動力が、電動機の動作様式を
制御することによって制御される。列車の他の車鞠がカ
ム制御の直巻直流電動機を用いている時、この列車の選
ばれた車椀に違う種類の電動機動力装置を使う時、一方
の種類の電動機動力装置の制御装置を、他方の種類の動
力装置で使われている様な種類のオペレータ指令に応答
する様に変更しなければならないことは明らかである。

例えば列車の１台の車頚を推進する為に交流誘導電動機
を使う場合、交流電動機に対する制御装置は、交流によ
って給電された車藤によって発生されるトルク又は動力
が、直流によって給電された各々の車輪によって発生さ
れる動力に相当するか又はそれと合う様に、交流電動機
を制御する様になっていなければならない。牽引電動機
や他励直流電動機又は分巻直流電動機である場合も同じ
問題が起る。従って、この発明の目的は、他の種類の牽
引電動機の制御に使う為に、直巻直流牽引電動機のトル
クに相当するアナログ量を取出す装置を提供することで
ある。

この発明の好ましい実施例では、複数個の状態決定用入
力信号の関数として、直巻直流電動機によって発生され
るトルクを表わす信号を取出す装置を提供する。

特にこの発明では、装置が直流電動機に対する選ばれた
動作パラメータを特定する信号の形をした複数個の入力
信目を受取る様に接続される。入力信号は、電動機を界
磁を全部使う場合も、又は弱めて使う場合も含めて、電
動機に印加される直流動作電圧、及び直巻直流電動機に
対する電機子電流の調整された大きさを特定する。直流
動作電圧は、それから電動機の内部電圧損失を表わす信
号を差し引くことによって変更し、こうして実効電機子
電圧を表わす信号を発生する。実効電機子電圧信号を制
御される電動機の回転速度を表わす信号で除し、毎分回
転数（ＲＰＭ）あたりのボルト数表わす信号を発生する
。

この信号は電動機の磁束を表わす。次に関数発生器がボ
ルト／ＲＰＭ信号を、ボルト／ＲＰＭのその時の値で起
る直流電動機の界磁電流に対応する信号に変換する。界
磁電流信号に界磁弱めの程度に対応する係数を乗じて、
直巻直流電動機に対する電動機電機子電流を表わす信号
を発生する。この電機子爵流信号にボルト／ＲＰＭ信号
を乗じて、直巻直流電動機のトルクを表わす信号を発生
する。電機子電流信号は鏡遠ループにも印加され、電動
機の内部電圧損失を表わす信号を発生する。第１図には
、運転手（オペレータ）１２からの指令に応答して、１
台の列車として動作する様に機械的並びに電気的に接続
された複数個の電動式輸送車鞠１０が示されている。

各々の車鞠１０がパンタグラフ１４を持ち、これが架線
１６から電力を受取り、制御装置１８を介して車廟弐車
輪２２を駆動する様に取付けられた牽引電動機２０‘こ
電力を供給する。オペレータ指令は、列車線信号と一般
的に呼ばれるが、列車線ケーブル２４を介して制御装置
１８に供孫舎される。このケーブルが輸送車鞠を電気的
に相互接続する。列車線信号は、牽引電動機の指令され
た動作状態を特定する状態信号であり、直巻直流電動機
で云えべ、一般的に云えば、特定の電機子電流の最大レ
ベルと、一杯の界磁、中間の界磁又は最弱の界磁である
。オペレータ１２は１台の車輔にある電動機の直列又は
並列接続を要求することもある。即ち、選ばれた数の電
動機を直列に接続して、架線１６の電圧の一部分しか各
々々の電動機にかからない様にすることもあるし、或い
は各々の電動機を並列に接続して、架線の電圧全部が各
々の電動機に加わる様にすることもある。各々の車鮪１
０に対する列車線信号が同一であり、従って、どの車鞠
１０も列車全体を引っ張ろうとすることがない様に、列
車の牽引力を列車全体にわたって一様に分配しようとす
れば、各々の車輪の応答が略同一でなければならないこ
とに注意されたい。第２図には、１対の直巻直流牽引電
動機２６，２８に対する、第１図の１８に示した様な接
触器によって制御される電力回路の回路図が示されてい
る。

牽引電動機２６が直列に接続された電機子３０及び界磁
巻線３２を持ち、牽引電動機２８が直列に接続された電
機子３４及び界磁巻線３６を持つている。回路には一連
の接触器３８乃至５０も設けられており、これらが電動
機によって駆動される制御器（図に示していない）によ
って選ばれた順序でカム作動され、回路から抵抗を歩進
的に切離して、電動機２６，２８の牽引力を制御する。

接触器３８乃至５０が夫々負荷抵抗５２乃至６４と関連
している。これらの負荷抵抗は図示の様に、牽引電動機
並びにそれに関連した界滋巻線を通る電流を制限して、
電動機の加速度を制御する様に接続されている。電動機
の界滋巻線３２，３６には、抵抗６６乃至７２及び接触
器７４乃至８０の形をした分路切換え手段が付設されて
いる。

接触器７４乃至８０は、抵抗６６乃至７２を夫々の界磁
巻線３２，３６と選択的に並列接続して、電動機速度が
高い時、電動機２６，２８の界磁の弱めを行なうことが
出来る様にする。第２図の回路には、４つのカム作動の
反転接触器８２，８４，８６，８８が設けられている。

反転接触器は単極双役スイッチの形をとっており、牽引
電動機の界磁巻線を順方向又は逆方向動作様式に接続す
る様になっている。牽引装置が直流電源（図に示してい
ない）から給電線電圧ＥＬを受取る。この電源は前述の
架線１６及びパンダグラフ１４とスイッチ９０を介して
装置に接続することが出来る。リレー作動スイッチ９２
が２台の牽引電動機２６，２８及び夫々の界磁巻線を負
荷抵抗６０，６２，６４と直列に接続して、牽引電動機
によって発生される逆起電力（ＥＭＦ）の大きさが小さ
し、抵速範囲で使われる高抵抗接続を構成する。

高速範囲で使うのに適した並列接続が、スイッチ９２を
開き、リレー作動スイッチ９４，９６，９８を閉じるこ
とによって形成される。この配置の時、直列接続の回路
バンクが互いに並列に接続される。一方のバンクは牽引
電動機２６、界磁巻線３２及び負荷抵抗５６，５８の直
列接続によって形成され、他方のバンクは牽引電動機２
８、界磁巻線３６、負荷抵抗５２，５４の直列接続によ
って形成される。スイッチ９４，９６，９８を開き、ス
イッチ９２を閉じることによって形成される直列接続で
は、負荷抵抗５２，５４，５６，５８が回路から切離さ
れ、この接続にした場合、牽引力を制御するのは、負荷
抵抗６０，６２，６４の抵抗値の切換えによることが認
められよう。

スイッチ９２を開き、スイッチ９４，９６，９８を閉じ
た並列接続では、スイッチ９８によって形成される分路
接続の為、負荷抵抗６０，６２，６４が回路から切離さ
れ、この配置では、牽引力の制御は、抵抗５２，５４，
５６，５８の抵抗値の切換えによって行なわれる。第２
図の回路は非常に簡単にしてあり、実際の電力回路では
、各段の抵抗５２乃至６４が少なくとも図示の抵抗の２
倍の数の抵抗で構成され、接触器３８乃至５０も更に増
やし、関連した抵抗の直列及び並列接続が出来る様にな
っていることを承知されたい。

同様に、界磁弱め作用を行なう分路抵抗６６乃至７２は
、一般的に、電流の分路作用を比較的小さな歩進で行な
うことが出来る様にする多数の抵抗で構成され、こうし
て全ての段の抵抗が利用されるまで、電機子爵流を略一
定の大きさ‘こ調整することが出釆る様にする。第２図
の回路の動作について説明すると、スイッチ９０及び９
２が閉じている時、電力が電動機２６、スイッチ９２、
電動機２８及び抵抗６０，６２，６４に印加され、この
回路に初期電流が設定される。

電動機が速度を高めるのにつれて、電動機の逆起電力が
印加電圧から差引かれ、電動機電流が低下し始める。電
動機によって駆動される制御器が種々の位置を歩進的に
進み始め、電動機２６，２８を流れる電流を調整レベル
に保つ為に、接触器４６，４８，５０を逐次的に閉じる
。一且抵抗６０，６２，６４が回路から切離され、電動
機２６，２８が電源の両端に直接に接続されると、制御
器はもう１回の順序にわたって歩進し、接触器９２を開
くと共に接触器９４，９６，９８を閉じる。この作用に
よって、電動機２６，２８が電源の両端に並列回路とし
て接続され、抵抗５２，５４，５６，５８が夫々の電動
機と直列に接続される。抵抗５２，５４，５６，５８は
、電動機が電源の両端に並列に接続された時、電動機の
両端の初期電圧がこの切換え動作が行なわれる直前の時
と同じ値にとどまる様に選ばれていることに注意された
い。この後、制御器が種々の位置を歩進し、接触器３８
，４０，４２，４４を選択的に閉じて、付加的な直列抵
抗を夫々の電動機回路から切離し、この結果電動機２６
，２８が電源の両端に直接的に並列に接続されるように
なる。この時これ以上何もしなければ、電動機の逆起電
力が速度と共に引続いて上昇し、電動機速度の上昇に伴
って電動機磁束並びに電機子電流が減少する結果、トル
クが電動機特性曲線に従って低下し始める。

然し、周知の様に、電機子電流を調整レベルに保って、
電動機トルクを高いレベルに保つ為、抵抗６６，６８，
７０，７２が関連した電動機界磁巻線と並列に接続され
て、電機子電流の一部分を対応する界磁巻線から分路す
る。この為、電動機制御器が別の位置にわたって歩進を
開女台し、接触器７４，７６，７８，８０を選択的に閉
じて、電動機２６，２８を界滋弱め動作様式にする。こ
の界滋弱め状態では、トルクは、界弱が一定である場合
程急速にではないが低下するが、２台の電動機の馬力は
一定レベルに保たれる。接触器７４，７６，７８，８０
が全部閉じた後、電動機２６，２８の逆起電力が増加す
るのにつれて、電動機の電機子電流が減少し始め、この
為電動機のトルク出力が電動機の特性曲線に従って低下
する。電動機２６，２８の動作を更によく理解する為、
第３図を参照する。

この図には直巻直流牽引電動機の典型的なトルク対速度
曲線が示されている。このグラフから判る様に、電力を
印加した時、電動機を通る電機子電流が調整レベルまで
上昇する結果、電動機のトルクが急速に調整レベルまで
上昇する。前に第２図について説明した様に、電動機の
電流通路から逐次的に抵抗を切離すことにより、速度ゼ
ロから速度Ａまで電機子電流が略一定レベルに調整され
る。この為、この範囲では電動機のトルクが略一定にと
どまる。点Ａで、全ての抵抗が電動機の通路から切離さ
れ、電動機が直接的に電源の両端に接続される。これ以
上の措置をとらないと、電動機の逆起電力が電動機速度
に伴って増加する結果、電機子電流が低下するので、電
動機のトルクはＦＦ（一杯の界磁を表わす）と託した曲
線に沿って急速に低下する。然し、前に述べた様に、点
Ａで、電動機の界磁巻線と並列に分路抵抗を接続して、
電機子電流が界磁巻線を側路する様にして、電機子電流
を調整レベルに保つことにより、界磁弱め作用が開始さ
れる。前述の如く、実際の電動機電力回路は複数個の分
路抵抗を持っており、電機子電流を略円滑に調整するこ
とが出釆る様にしている。

一般に、中間の界滋（ＩＦ）状態に対する指令が出ると
、複数個の抵抗が電動機の界磁巻線と並列に選択的に接
続され、この為電動機のトルクは速度Ａから速度Ｂまで
曲線１００‘こ従う。速度Ｂで、界磁電流と電機子電流
との比が、ＩＦ状態に対して指令された値に達する。例
えばＩＦでは界磁電流が電機子電流の４０％になること
がある。指令された値に変化がなければ、電機子電流が
もはや調整されず、従ってトルクは曲線ＩＦ‘こ沿って
急速に低下し始める。然し、点Ｂで最弱の界磁（ＭＦ）
状態が指令されると、付加的な抵抗接続段階が行なわれ
、電動機のトルクは点ＢからＣ点まで曲線１０２に従う
。点ＣでＭ円状態に達し、例えば界磁電流が電機子電流
の１／３になり、トルクは曲線ＭＦに沿って急速に低下
し始める。図示の電動機回路では、２段の抵抗しか示し
てないので、トルク調整回路は、界磁と並列に抵抗を接
続する前に、電動機のトルクが速度Ａ′まで曲線ＦＦ（
一杯の界磁）に従う様にする。

ＩＦ抵抗が並列に接続されると、電動機のトルクが点１
０４まで急速に飛躍し、その後速度Ｂ′まで曲線『に沿
って低下する。速度Ｂ′で、抵抗ＭＦが並列に接続され
、トルクは点１０６まで飛躍し、その後曲線ＭＦに沿っ
て低下する。当業者であれば、曲線１００，１０２が所
望の電動機曲線であって、電動機の動作範囲にわたるト
ルクの理論的な平均値を表わすことが理解されよう。特
に制御が抵抗制御であって、抵抗を歩進的に回路に接続
したり回路から切離すものであるから、実際のトルク曲
線は一連の銭歯状波となり、平均値は大体曲線部分１０
０，１０２で示す様になる。勿論、電動機の電流通路に
入る抵抗の段階数が多ければ、トルクの歩進も小さくな
り、トルクの実際の値はトルクの所望の値に一層近づく
。第４図には、この発明の装置の回路図が示されている
。

これは第２図の電動機回路のアナログ版であり、第２図
の回路の１台の電動機によって発生されるトルクを表わ
す出力信号を発生する。この発明の装置によって発生さ
れるトルク信号は、分巻又は他励直流電動機又は第４図
に示す様な交流電動機装置を制御する為に用いることが
出来る。トルク指令信号は例えば制御装置１０８に対す
る入力指令として印加することが出来る。この制御装置
が線×，Ｙ，Ｚを介して交流誘導電動機１１０に付勢用
の交流を供給する。制御装置１０８は、例えば米国特許
第３８９９７２５号に記載される様な制御装置であって
よい。速度発電機（ＴＧ）１１２が電動機１１０の回転
子に結合され、電動機の実際の角速度又は速度（Ｓ）を
表わす出力信号を１１２Ａに発生する。第４図の装置に
対する入力信号は状態信号又は列車線信号であり、これ
は、第２図について説明した様に、直巻直流電動機を制
御する為に抵抗制御回路に印加するのが普通である。

然し、給電線電圧ＢＬ、荷重重量（ＬＷ）及び速度鏡遠
信号は直接的な測定によって取出すことが出釆る。これ
らの列車線信号を発生することは従来周知であり、その
１例が米国特許第２５６６８９８号に記載されている。
この発明の装置はこういう列車線信号を解釈して、これ
らの信号に応答して直巻直流電動機によって発生される
トルクを表わす出力信号を発生するものであるから、装
置は列車線信号に対する直流電動機の応答を模擬しなけ
ればならない。この発明の装置は動的な動作状態に於け
る直巻直流電動機を模擬する様に設計されているが、装
置が静的状態に於ける直流電動機の電機子電流及びトル
クを表わす出力信号を発生することが理解されよう。例
えば、装置の全ての入力信号は、速度信号を含めて、任
意に選ぶことが出釆、装置が選ばれた入力信号に対応す
る出力信号を発生する。この発明の装置は、直巻直流電
動機に印加される電圧を最初に決定する。

直流線路又は直流電源の電圧を表わす信号Ｅしが第１の
倍率回路１１４に印加される。ここで線路電圧信号に乗
数を乗じて、信号が電子装置の電圧範囲内に来る様にす
る。電動機が直列接続でなく並列接続で運転されている
場合、即ち電源電圧の一部分ではなくその全部が電動機
に印加される場合、この電圧に付加的な値を加算するこ
とにより、この電圧を加算点１１６で修正する。加算点
１１６は例えば演算増幅器の形に接続された増幅器１１
６ａで構成することが出釆る。

電動機が直列に動作する時、第２図に示した装置の２台
の電動機の各々から見た電圧は、大体線路電圧の半分で
ある。加算点１１６はスイッチ１１６ｂによって、この
関係を制御する。スイッチ１１６ｂがＳＥＲ／ＰＡＲ（
直列又は並列の略）と記した列車線状態信号に応答し、
増幅器１１６ａに対する入力抵抗を制御する。周知の様
に、演算増幅器の利得は鏡還抵抗値を入力抵抗値で除し
た値に比例する。この為、電動機の並列接続を模擬する
には、スイッチ１１６ｂを閉じて、抵抗値の等しい２つ
の抵抗を並列に接続し、こうして入力抵抗値を半分に減
らし、増幅器の利得を２倍にする。スイッチ１１６ｂは
例えばＲＣＡコーポレーションによって製造販売されて
いるＣＤ４０１６型アナログ・スイッチであってよい。
従って、加算点１１６に発生される出力電圧は、電動機
の直列又は並列接続のいづれの場合も、電動機に印加さ
れる電圧を表わす。電動機の有効な動作電圧を得るには
、加算点１１６の電圧信号から、電動機の内部電圧損失
を表わす値を筆引くことにより、それを更に修正しなけ
ればならない。

この損失は、電動機の内部抵抗値に電機子電流の実際の
値をこれから説明する様に乗ずることによって計算され
る。電動機電圧及び損失電圧が、図ではやはり演算増幅
器として示した加算点１１８で加算され、実効電機子電
圧を表わす出力信号を発生する。この信号が割算器回路
１２０の第１の入力端子に印加される。割算器回路１２
０の第２の入力端子が１２２に接続され、こうして実効
電機子電圧信号を速度発電機１１２からの速度信号Ｓで
除す。電機子電圧を電動機速度で除す為、速度発電機１
１２と割算器回路１２０の間に直列に接続された最小値
制限回路１２２が、速度信号をゼロより大きい或る値に
制限して、０で割る状態を避ける。割算器回路１２０は
、例えばバー・・ブラウン・インコーポレーテッド社か
ら入手し得る４２９個型／象限割算器であってよい。最
小値制限回路１２２は、例えば図示の様にバィアスした
鏡還ダイオードを持つ演算増幅回路であってよい。こう
いう制限回路は周知であり、１９７１年にマックグロー
・ヒル・フロツク・カンパニから出版されたバー・ブラ
ウン・リサーチ・コーポレーション編集の「オベレィシ
ョナル・アンプリフアイヤーズーデザイン・アンド・ア
ップリケィションズ」の第６２蔓以降に図示し且つ説明
されている。この為、制限回路１２２は詳しく説明しな
い。割算回路１２０によて発生された出力信号は、電動
機１１０のボルト／毎分回転数（Ｅ／ＲＰＭ）を表わし
、周知の様に電動機のボルト／ＲＰＭは大体電動機の磁
束レベルに対応する。

信号Ｅ／ＲＰＭが線１２４を介してダイオード関数発生
器１２６に印加される。この関数発生器は、１９６母王
にテレダイン・フイルブリック・カンパ二から出版され
た「アップリケィションズ・マニュアル・フオー・オベ
レイシヨナル・アンプリフアィャーズ」第２版、第５０
頁に記載される様な形式のもである。この関数発生器１
２６は第１の入力端子が信号Ｅ／ＲＰＭを受取る様に接
続され、それに応答して、直巻直流電動機でＥ／ＲＰＭ
のこの特定の値を生ずる様な界滋電流に対応する出力信
号を発生する。関数発生器１２６で実現された特定の関
数は、１９６１年にマックグロー・ヒル・ブック・カン
パニ・インコ−ボレーテツドから出版されたフイッッジ
ェランド及びキングスレー共著「エレクトリック・マシ
ーナリー」第２版、第１斑費に記載される形式の関数で
ある。任意の特定の直巻直流電動機に対し、Ｅ／ＲＰＭ
対界滋電流曲線は、製造業者の電動機データから、又は
測定した特性から、前掲著書「エレクトリック・マシー
ナリー」に説明する様にして導き出すことが出来る。関
数発生器１２６によって発生された界磁電流信号を電機
子電流信号に変換する為、界磁電流信号に、列車線信号
によって指令された界磁弱めの程度を表わす係数を乗ず
る。

特に、鶏算器１２８は界磁電流信号を受取る様に接続さ
れた第１の入力端子と、乗数を受取る様に接続された第
２の入力端子とを持ち、この乗数は、一杯の界磁を使う
状態では１であり、界磁が最弱状態の場合は３又はそれ
以上になることがある。掛算器１２８は、例えばアナロ
グ・デバイセズ・インコーポレーテッドによって製造並
びに販売される形式のＡＤ５３２型アナログ雛算器の様
な装置であってよい。掛算器１２８の出力が直流電動機
の電機子電流を表わす信号である。制御の或る用途では
、制御装置は牽引電動機の動作を制御する電流指令信号
を受取る様に設計されている。

こういう装置が例えば米国特許第３９１１３４び号に記
載されている。こういう形成の装置では、掛算器１２８
によって発生された電機子電流信号を制御信号として有
利に使うことが出来る。然し、好ましくし、実施例では
、この発明は電機子電流信号をトルク信号に変換してか
ら、電動機制御装置に印加する。周知の様に、電機子電
流とＥ／ＲＰＭとの積が直流電動機のトルクを表わす。

この為、鶏算器１２８かなの電機子電流信号に回路１２
０の出力に発生される信号Ｅ／ＲＰＭを第２の掛算器１
３で乗ずる。雛算器１３０は前述のアナログ装置ＡＤ５
３２型の様な装置であってよい。鞠算器１３０の出力は
、第２図の制御装置内である１つの直巻直流電動機によ
って発生される様なトルクを表わす。第３図を見れば判
る様に、速度０から速度Ａまでの直流電動機のトルクは
、電機子電流を一定に保つことによって一定に保たぇる
。然し、余分の笛遠ループを付け加えることによってこ
の一定の作用を実現する代りに、掛算器１３０の出力端
子に於ける最大トルク・レベルを制限する方が経済的で
あることが判った。この為、掛算器１３０のトルク出力
信号が最大制限回路１３２に印加され、これがトルク信
号を直巻直流牽引電動機によって発生される最高レベル
に対応するレベルにクランブする。制限回路１３２は、
前掲著書「オベレイショナル・アンプリフアイヤーズー
デザイン・アンド・アップリケィションズ」に記載され
る形式のものである。周知の様に、大抵の輸送車鞠の用
途では、車糠の重量によって最大トルク・レベルが修正
される。

この為、荷重重量信号（ＬＷ）が抵抗１３３を介して倍
率回路１３４に印加される。倍率回路１３４は、信号Ｌ
Ｗを、電子回路で使うのに通した値にその倍率を定め、
それ最大制限回路１３２の入力信号として印加し、車函
重量の関数として最大トルク・レベルを調節する。最大
トルク・レベルの調節は、容易に判る様に、制限回路１
３２を形成する演算増幅器回路にある鏡還ダイオード１
３２ａに印加されるバイアス電圧を変えることによって
行なわれる。信号ＬＷは車輪の重量い比例する信号であ
り、一般に輸送車糠の場合には、車鞠に搭載された圧力
又は重量変換器（図に示してない）から得られる。電流
基準信号（ＲＥＦ）も抵抗１３５を介して倍率回路１３
４に印加されることが判る。信号ＲＥＦも最大トルク・
レベルを変える様に作用するが、これは最大指令電流レ
ベルに応答してそうするものである。掛算器１２８で界
磁電流信号を電機子電流信号に変換する為に使われる乗
数が鏡還ループによって制御される。この鏡遠ループが
掛算器１２８から得られる実際の電機子電流を表わす信
号を電機子電流基準信号と加算する。電機子電流基準信
号は、直巻直流電動機に対する制御回路が電機子電流の
調整値として利用する様な電機子電流の値である。列車
線信号が、抵抗制御の電動機装置に対する電機子電流の
所望の大きさを定める基準信号を含む。然し、所定の電
動機トルクに対する車函の加速度が車輪の重量によって
この大きさを修正する。この発明では基準信号ＲＥＦ及
び信号ＬＷを加算点１３６で加算し、車輪の重量によっ
て惨正した基準信号を発生する。修正された基準信号及
び電機子電流信号がこの後演算増幅器回路１３８で組合
される。特に加算点１３６の力端子及び掛算器１２８の
出力端子が４抵抗１２９を介して）増幅器１３８の反転
入力端子に接続される。回路１３８は周知の形式であり
、基準信号及び電機子電流信号を加算して誤差信号を発
生する他に、Ｋ，／Ｓ＋Ｋ２という形の伝達関数を発生
して、誤差信号を増幅して鶏算器１２８に乗数として印
加する為の適切な界滋制御信号を供給する。回路１３８
は、１９６６年にマックグロー・ヒル。ブック・カンパ
ニ。インコーポレーテッドから出版されたダン及びハウ
ピスの著書「フィードバック・コントロール。システム
ズ、アナリシス・アンド・シンセシスＪ第２版に記載さ
れている様な形式のものである。掛算器１２８を制御す
る為に増幅器回路１３８によって発生された出力信号は
、模擬している直流電動機を一杯の界磁、中間の界磁又
は最弱の界磁状態のいづれで運転するかの関数として、
選ばれた最大値及び最小値に制限される。この制御作用
が、界磁弱めの指令値を特定する列車線信号によって制
御される。特に界磁弱めの制御信号が中間の界滋の場合
は『、最弱の界磁の場合はＭ円と記されている。この両
方の信号がない時、指令は一杯の界磁であると理解する
。即ち電機子電流と界磁電流が等しい。好ましい実施例
では、電機子電流と界磁電流との比が一杯の界磁、中間
の界磁及び最弱の界磁状態に対して夫々１．２５及び３
．０に制限される。

この発明で頚算器１２８１こＡＤ５３２型アナログ掛算
器を使い、選ばれた倍率を使うと、装置の第２の入力端
子に負の３．３ボルトを印加した時に乗数が１になり、
負の８．３ボルトを印加した時に２．５の乗数になり、
負の１０ボルトを印加した時に３の乗数になる。従って
、一杯の界磁状態では、電機子電流鏡還ループ又は調整
ループは、電機子電流の大きさに無関係に、負の３．３
ボルトの出力信号を供給するが、中間の界磁又は最弱界
磁状態では、調整ループが、装置の動作様式の関数とし
て、負の３．３ボルトから負の８．３ボルト又は負の１
０ボルトの最小電圧レベルまで変わり得る出力信号を発
生する為、調整ループが第１の増幅器１４０を含む。こ
の増幅器は、増幅器の非反転入力端子に負の３．３ボル
トを供給する様に接続された、抵抗１４２，１４４から
成る抵抗分圧バイアス回路を有する。増幅器１４０の出
力端子がダイオード１４６を介して増幅器の反転入力端
子に接続され、こうして増幅器１４０の出力電圧を負の
３．３ボルトの最大レベルにラツチすることが出来る様
にする鏡還ループを形成する。当然、ダイオード１４６
の陽極端子に発生されて、負の３．３ボルトよりも正に
なろうとする信号があれば、増幅器１４川まその出力様
子に３．３ボルトよりも負である電圧を発生する様にな
り、ダイオード１４６を導電ごせて、その陽極が負の３
．３ボルトのレベルにラッチされる様にする。この様な
電圧クランプは従来周知であり、前掲著書「オベレーシ
ョナル・アンプリフアイヤーズーデザイン×アンド。ア
ップリケイシヨンズ」に記載されている。ダイオード１
４６の陽極端子が増幅器１３８の出力端子に接続されて
いるから、調整ループが掛算器１２８１こ印加される最
大電圧を負の３．３ボルトに制限する。第２の増幅器１
４８が調整ループの８．３ボルト及び１０．０ボルトの
負の限界を供給する。

増幅器１４８の非反転入力端子が抵抗１５０を介して信
号Ｍ『を受取る様に接続されている。非反転入力端子は
、抵抗１５２，１５４で構成された分圧器によって決め
られたバイアス電圧をも受取る様に接続されている。抵
抗１５２，１５４のバイアス回路が正の電圧源とダイオ
ード１４６の陽極端子との間に直列に接続される。バイ
アス抵抗１５２，１５４及び抵抗１５０の数値は、信号
Ｍ円が０ボルトであって、動作様式が一杯の界磁又は中
間の界磁であることを示す場合、増幅器１４８のヲＥ反
転入力端子に現われる電圧０ボルトであり、この時ダィ
オ−ド１４６の陽極の電圧が負の８．３ボルトになる様
に選ばれる。抵抗１５０，１５２，１５４は、信号Ｍ『
が正のレベルであって、装置が最弱界磁状態にあること
を示す時、ダイオード１４６の陽極の電圧が負の１０．
０ボルトである時に増幅器１４８の非反転入力端子の電
圧が０ボルトになる様にも選ばれている。増幅器１４８
が増幅器１４０と同様に、その出力端子及びその反転入
力端子の間に接続されたダイオード１５６を持つ館還ル
ープ回路を含み、ダイオード１５６の陽極端子に現われ
る増幅器１４８の出力電圧が、少なくとも非反転入力端
子に印加されたバイアス電圧よりも負ではない値に制限
されることが理解されよう。増幅器１３８によって発生
された出力電圧を直接的制限する代りに、ダイオード１
５６の陽極端子が増幅器１３８の反転入力端子に接続さ
れ、この為増幅器１４８が電流シンクとして動作し、増
幅器１３８に対する余分の電流を制限することにより、
ダイオード１４６の陽極の電圧を制限する。増幅器１３
８の非反転入力端子が、抵抗１５８，１６０で構成され
たバイアス回路からのバイアス電圧を受取る様に接続さ
れている。

このバイアス電圧は列車線から入力信号ｍの状態によっ
て定められる。信号ＩＦは中間の界滋及び最弱の界磁状
態では典型的には０ボルトであるが、一杯の界磁状態で
は正の電圧である。この為、一杯の界磁で動作する際、
増幅器１３８の出力電圧が正の電圧に向い、こうして調
整ループが増幅器１４０１こよって制御される制限様式
にある様に保証する。図示例では、電機子電流信号が最
初は負の大きな値であり、界磁電流信号が増加するのに
つれてゼロに向って増加する。増幅器１３８の伝達関数
は、中間の界磁状態を実施する時、反転入力端子の電圧
が、電機子電流信号の増加の為に、大体０ボルトになる
様に選ばれている。中間の界磁様式（ＩＦが０）を実施
する時、増幅器１３８の出力電圧が負になり始める。一
旦この電圧が３．３ボルトのクランプ・レベルより低く
あると、調整ループが掛算器１２８の利得を制御して、
電機子爵流信号を基準レベルに調整する。電機子電流信
号鏡還調整ループの他に、電動機の内部電圧降下を表わ
す信号を発生する電機子爵流信号笛還ループもある。

この鏡還ループは、加算点１ １６と略同じ加算点１６
２を含み、ここで電機子電流信号が電動機の内部電圧降
下に比例する信号に変換される。回路１６２が増幅器１
６２ａを含み、これが鉄遠抵抗１６２ｂ及び入力抵抗１
６２ｃを持っていて、これらの低抗が、模擬する直巻直
流電動機の抵抗値に比例しての利得を制御する。別の入
力抵抗１６２ｄがスイッチ１６２ｅと直列に接続され、
抵抗１６２ｄがスイッチ１６２ｅの組合せが入力抵抗１
６２ｃと並列に接続されていることが判る。抵抗１６２
ｄは、輸送車廟をスイッチ（ＳＷ）動作様式で運転する
場合、回路１６２の利得を変えることが出来る様にする
。普通スイッチ様式は、車輪を操車場等で、高い起動ト
ルクで非常に低い速度で運転する時に使われる。スイッ
チ様式では、列車線信号ＳＷによってスイッチ１６２ｅ
が閉じ、こうして回路１６２の入力抵抗を減少し、その
為、その利得を増加して、電機子電流鏡遠信号が、加算
点１１８に印加された時に一層大きな値になり、加算点
１１８が発生する実効電機子電圧信号が減少する様にす
る。従って、回路１６２は、直列抵抗が直流電動機と直
列に入っている抵抗制御の直流電動機回路のスイッチ動
作様式を模擬することが出来る様にする。スイッチ１６
２ｅは例えば前に述べたＣＤ４０１母型アナログ・スイ
ッチであってよい。以上の説明から判る様に、この発明
の回路構成は、列車線によって制御される直巻直流電動
機の動作を模擬し、列車線指令信号に応答して直流電動
機によって発生される電機子電流及びトルクの両方に比
例する出力信号を発生する。

【図面の簡単な説明】

第１図は輸送車輪の構成例を示す略図で、種々の推進装
置の相互接続を示している。 第２図は従釆の抵抗制御の直流電動機装置の回路図、第
３図は直流電動機の典型的な動作特性を示すグラフ、第
４図はこの発明の回路構成を示す回路図である。主な符
号の説明、１０：車鞠、１６：架線、２０：電動機、Ｅ
Ｌ：電源電圧、１１８：加算点（減算手段）、１１２：
速度発電機、１２０：割算器、１２６：関数発生器、１
２８，１３０：掛算器、１３８：増幅器回路、１６２：
加算点。 ９ 山 蓬‐ 山 ＦＩＧえ ｊＦＩＧ３

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 個々に電気的な推進力を受ける特別の車輛及び普通
   の車輛が外部電源によつて給電される列車を構成し、該
   列車の車輛は車輛速度の様な或る共通の動作状態を持ち
   、各々の特別の車輛は普通の車輛と対照的に直巻直流電
   動機でない電動機によつて推進される様になつており、
   当該制御装置が複数個の列車線信号を普通の車輛並びに
   特別な車輛に対して発生するオペレータ指令によつて制
   御されるが、列車線信号並びにそれに含まれる指令が基
   本的には普通の車輛の直巻直流電動機に特有な動作特性
   のみに合う様になつている場合の１台の特別の車輛を制
   御する制御装置に於て、該装置に対する外部電源の電圧
   の大きさを表わす第１の信号を供給する手段と、該第１
   の信号から、直巻直流電動機の内部電圧降下を表わす第
   ２の信号を差し引いて、その実効電機子電圧を表わす差
   信号を発生する減算手段と、制御される車輛の速度に於
   ける直巻直流電動機の回転子の角速度を表わす第３の信
   号を取出す手段と、前記差信号を前記第３の信号で除し
   て毎分回転数あたりのボルト数を表わす第４の信号を求
   める手段と、該第４の信号を該第４の信号がその大きさ
   を持つ直巻直流電動機に生ずる様な界磁電流の大きさを
   表銭す第５の信号に変換する様に接続された開数発生手
   段と、前記第５の信号に、前記直巻直流電動機に対する
   列車線信号によつて指令された界磁弱めの値を表わす係
   数を乗じて当該第１の掛算手段の出力端子に直巻直流電
   動機の電機子電流を表銭す第６の信号を発生する第１の
   掛算手段と、前記第６の信号に前記第４の信号を乗じて
   牽引電動機制御信号として使う、直流電動機のトルクを
   表わすトルク信号を発生する第２の掛算手段とを有する
   制御装置。 ２ 特許請求の範囲１に記載した制御装置に於て、第２
   の信号を発生する饋還回路を設け、該回路が、前記第１
   の掛算手段の出力端子と前記減算手段の入力端子の間に
   接続された演算増幅器を有する制御装置。 ３ 特許請求の範囲１又は２に記載した制御装置に於て
   、前記第１の掛算手段が、前記第５の信号を受取る様に
   接続された第１の入力端子並びに乗数を受取る様に接続
   された第２の入力端子を持つていて、その出力端子に第
   ６の信号を発生するアナログ掛算器を有し、更に、前記
   第６の信号及び電機子電流基準信号を受取つてその差を
   表わす誤差信号を発生する第１の加算点と、前記誤差信
   号を受取つて該誤差信号を前記乗数に変換する制限回路
   とを設け、前記制限回路は動作状態信号に応答して前記
   乗数を選ばれた最大値及び最小値に制限し、この為前記
   第６の信号は、前記乗数が前記最大値及び最小値の間に
   ある時に予定の大きさに調整され、前記乗数が前記最大
   値又は最小値に制限された時、前記第６の信号が予定の
   割合で減少する様にした制御装置。 ４ 特許請求の範囲３に記載した制御装置に於て、前記
   動作状態信号が、直巻直流電動機に対する界磁電流と電
   機子電流との指令された比例を表わす車輛線制御界磁弱
   め信号と、電機子電流の所望の大きさを表わす基準信号
   と、車輛に加えられた荷重の関数として前記基準を変更
   する荷重重信号とで構成される制御装置。 ５ 特許請求の範囲２，３又は４に記載した制御装置に
   於て、前記饋還回路が、直巻直流電動機の内部のオーミ
   ツクな抵抗値に比例する利得を持つ様な大きさの饋還抵
   抗及び第１の入力抵抗と、第２の抵抗と、該第２の抵抗
   と直列に接続されると共に、当該制御可能なスイツチと
   第２の抵抗の直列の組合せが第１の入力抵抗と並列に接
   続される制御可能なスイツチと、選ばれた状態信号を制
   御可能なスイツチに接続することにより、第２の抵抗を
   第１の入力抵抗と並列に選択的に挿入することが出来る
   様にする手段とで構成されている制御装置。 ６ 特許請求の範囲１〜６のうちの一つに記載した制御
   装置に於て、電源電圧を表わす前記第１の信号を供給す
   る手段に接続されていて、選ばれた列車線信号に応答し
   て複数個の直巻直流電動機を直列及び並列接続の間で切
   換える時、個々の電動機の電圧変化を模擬する様に第１
   の信号を修正する手段を設けた制御装置。