JPS605705A - 車両用推進制御装置 - 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】 本発明は、電動機の制御装置に関し、更に詳細には乗客
輸送用車両の推進制御装置に関する。

当該技術分野では、１つ及び２以」二の牽引モータに直
列に接続した抵抗器を用いて輸送車両の加速動作を制御
する推進制御装置が周知である。かかる制御装置の一例
には、米国特許第３，２１８，５３７号明細書に開示さ
れるようなカム制御器がある。カム制御器は車両の加速
時第１の複数の抵抗器の各々を選択的に短絡し、また制
動時第２の複数の抵抗器を各々を選択的に短絡する。こ
の動作は、一連のカム状突出部材が配設された回転軸の
周りに位置する各組のパワーコンタクトチップにより機
械的に得られる。その軸が回転すると、異なる組のコン
タクトチップが開閉して所望抵抗器の短絡を行なうに必
要な電気接続が実現される。カム軸はラック／ピニオン
歯車装装置を介して空気シリンダにより回転される。

当該技術分野ではこの数年間ステッピングモータが知ら
れているが、そのステッピングモータの巻線へ特定数の
入力パルスを供給すると、軸がある特定の所望角度位置
まで回転する。このためモータに結合した軸を所望角度
だけ回転させる正確な制御を行なうことがｉｊＪ能とな
り、その際所望の角度位置を制御するだめのフィードバ
ック信号及び回路は必要ない。

更に、Ｔ　、　Ｃ、Ｍ　ａ　ｔ　ｔ　ｙの英国特許第１
．５８７，４６２号に開示されるように、マイクロプロ
セッサを用いて輸送用車両のチ望ツバ推進装置の動作を
制御することが知られている。エイ・サバスラブディ等
（Ａ。

５ａｈａｓｒａｂｕｄｈｅ　ｅｔ　ａｌ、）の１９８３
年４月２９日出願の米国特許出願第４８９．９８３号明
細書に記載されるように、ワシントンΦメトロポリタン
・ニアリヤ・トランシット・オーソリチーのカム４ｆｆ
（進装置には、それと共に動作するマイクロプロセッサ
が設けられている。しかしながら、そのマイクロプロセ
ッサは従来型の空気シリング制御式カム推進装置に供給
される速度維持／プログラム停止入力信号を決定する働
きをする。　尚該技術分野では、普通の直流モータであ
るカム駆動用パイロッＩ・モータを含むモータ駆動式カ
ム推進制御装置が知られている。直流パイロットモータ
は回転及びその停止にを指令する必要があり、このため
に複雑なフィードバック回路を設けてその直流パイロン
トモータの実際の角度位置を正確に測定する必要がある
。

本発明の主要目的は、実際のモータ電流を制御するため
特定の入力リクエスト′市流に応答するモータの制御装
置を提供することにある。

−に記目的を達成するために、木発Ｉｌｌのモータ制御
装置は、電源に接続され所望のモータ動作に従ってその
モータの動作を決定する電流を供給するために、前記電
源とモータの間に直列に接続された複数の抵抗器を含む
実際のモータ電流を決定するための電流制御手段と、前
記電流制御手段に結合され連続する角度位置の間を可動
で１または２以上の選択した抵抗器を前記回路から順次
取り除くカム制御器手段と、前記カム制御器手段に結合
されて前記カム制御器手段に所定の角度位置への運動を
与え前記抵抗器の少なくとも１つを順次取り除いてモー
タ電流を制御するステ・ンピングモータ手段と、前記カ
ム制御手段の初期位置を確立し複数の入力リクエスト電
流の各々に応答して前記実際のモータ電流が前記１つの
リクエスト電流より小さい時前記ステ、ツピングモータ
手段を付勢して前記１つのリクエストモータ電流に相当
する所望のモータ動作を得るための実際のモータ電流を
決定するに必要な所定の角度位置へ前記制御器手段を運
動させる制御手段とより成ることを特徴とする。

本発明は、乗客用車両推進制御装置のカム制御器の動作
をプログラムされたマイクロプロセッサと協働して制御
するステッピングモータを含み、またカム軸の回転時位
置フィードバックを必要としないため構成が簡単で信頼
性が高い制御装置を提供する。従来型の空気シリンダを
有する装置を転用すると、カム位置のインジケータを省
略できる。

ステッピングモータは所望数のステップだけ回転すると
その位置を保持する固有の能力を有するため、一旦所望
の回転を行なって後そのカム軸をその位置で保持するた
めに戻り市あるいは摩擦クラッチを用いる必要がなく、
またステッピングモータで得られる精度は、実際には数
百アンペアのモータ電流が流れるコンタクトチップをモ
ータ電流が流れ始める時正しい位置へ移動させる従来型
の空気作動式あるいはパイロットモータ式装置で得られ
る精度に比して有意に高いものである。従来型の空気作
動式あるいはパイロットモータ式装置は、カム軸へかか
るトルク負荷をバランスさせるために空気回転装置への
負荷が均一である必要がある。ある特定のスイッチが閉
じられている時他のスイッチを開放させて空気またはパ
イロットモータにより必要とされる全負荷を比較的均一
にする必要があり、回転速度は、位置精度に影響を与え
る動的相互作用によりトルクに起因する反対方向の影響
を受ける。

ステッピンクモータはこの欠点を有さす、スイフチの取
り付は位置及び任意特定の時点で閉じたり開いたりする
スイッチの数に関してより大きい柔軟性を有する。更に
、可動部分が少なく、それらは摺動運動ではなく回転運
動なので、ステッピングモータを用いると保守の点で有
利である。牽引モータの電流は大きいため、もしコンタ
クトチップが正しく係合されない状態で電流が流れ始め
ると焼き伺いたりあるいは穴があいたりすることがある
。本発明のステッピングモータ制御装置により位置付は
精度を高めると、コンタクＩ・チップの有効寿命が延び
る。

以下、添付図面を参照して、本発明の実施例を詳細に説
明する。

第１図は、道路上の軌道１２に沿って走行する従来型輸
送用車両ｌＯを示す。４１Ｆ進制御装置１４は、架空電
車線のような電源１６に結合され、運転制御器２２に従
って推進モータ１８及び２２の動作を制御してそれぞれ
の支持用車輪２４及び２６の回転速度及び／または加速
度を決定する。

第２図は、米国特許第３，２１８，５３７号に開示され
たような車両推進制御装置を示すが、その制御装置はモ
ータ３０．３２、ラインスイッチＬＳ、主制御器ＭＣ１
動カー制動制御スツチＰＢＣ１加速抵抗器ＡＲ１制動抵
抗器ＢＲ、カム制御器ＣＣ１空Ｊ機関３４、磁気弁３６
．３８より成る。モータ３０及び３２は車両推進用とし
て適当な直列型として示されている。モータ３０は電機
予巻−線Ａｌ及び直列界磁巻線Ｆｌを有する。モータ３
２は電機子巻線Ａ２及び直列界磁巻線Ｆ２を有する。モ
ータ３０及び３２の回転方向を逆にするために普通の型
の逆転スイッチを設けてもよい。

モータ３０及び３２は図示の如く並列に接続されている
。所望であれば、加速動作時最初にモータを直列に続い
て並列に接続するように制御装置を構成してもよい。こ
れらの接続法は当該技術分野において周知であるため、
第１図には示さない。

ラインスイッチＬＳは、第３レールあるいは他の適当な
電車線（図示せず）へ係合する第３のレールシュウ４０
ヘモータを接続するために設けられている。動力−制動
制御器ＰＢＣは、モータの接続を動力または加速接続モ
ードからダイナミックブレーキ接続モードへ変換するた
めに設けられている。ラインスイッチＬＳ及び制御器Ｐ
ＢＣの動作は、手動あるいは足で作動される主制御器Ｍ
Ｃにより制御される。

加速抵抗器ＡＲは、モータ加速時モータ電流を制御する
ために設けられている。制動抵抗器ＢＲはダイナミック
ブレーキ時モータ電流制御のために設けられている。加
速抵抗器ＡＲは、カム制御器ＣＣのカムにより作動され
る複数のスイッチＲ１〜Ｒ５によりモータ回路から１つ
づつ分路される。同様に制動抵抗器ＢＲは、カム制御器
ＣＣにより作動される複数のスイッチＢ１−８５の作用
によりモータ回路から１つづつ分路される。

カムコントローラＣＣの軸は空気機関３４により駆動さ
れる。空気機関３４は当該技術分野で周知の型である。

空気機関３４の動作は磁気弁３６及び３８により制御さ
れるが、これらの弁はシリンダ４２への空気の流入及び
そのシリンダからの空気の排出を制御してピストン４４
及び４６を作動し、ラック／ピニオン装置５０によりカ
ム軸４８を駆動する。

磁気弁３６はコイル５２及びコア５４より成る電磁気的
手段により作動される。同様に、磁気弁３８はコイル５
６及びコア５８により成る′電磁気的手段により作動さ
れる。磁気弁３６及び３８は共に、弁のコイルが付勢さ
れると空気貯蔵手段からシリンダ４２へ空気を流入させ
コイルが脱勢されるとシリンダ４２がら空気を排出する
標準型の弁である。

加速時モータ電流を制御するために、ゼナーダイオ−１
このような半導体装置ＤＩが設けられている。同様に、
ゼナーダイオードＤ２はダイナミ・ンクブレーキ時モー
タ電流を制御するために設けられている。ゼナーダイオ
ードＤＩは可調整の基準抵抗器Ｈに接続され、この抵抗
器はモータ加速時モータ回路に接続される。ダイオード
ＤＩ及び磁気弁３６のコイル５２は、モータ加速時制御
器ＰＢＣの接点部材６０を介して抵抗Ｈの両端に直列に
接続される。かくして、ダイオードＤＩはモータ電１ｉ
社比例する、抵抗Ｒ両端間の電圧降下により作動される
。

ダイオードＤ２は、ダイナミックブレーキ時スイッチＰ
ＢＣの接点部材６４により抵抗器ＢＲの一部６２の両端
間に磁気弁３８のコイル５６と直列に接続される。かく
して、ダイオードＤ２は、ダイナミックブレーキ時モー
タ電流に比例する、抵抗器部分６２の電圧降下により作
動される。

モータを加速したい場合、主制御器ＭＣは゛動力″位置
へ作動される。この位置で、スイッチＬＳのコイルは付
勢されて第３図の丸印で示すようにスイッチを閉じ、モ
ータを電車線４０に接続する。前述したように、モータ
は並列回路で作動され、この際加速抵抗器ＡＲ及び抵抗
器Ｒはモータ回路に接続されている。この時、ｉＪ御ス
イッチＰＢＣの作動コイルもまた伺勢されてスイッチの
接点部材６６を閉じ、モータ回路に抵抗器ＡＲ及び抵抗
器Ｒを接続し、同時にブレーキ回路を遮断するため接点
６８．７０が開放される。

磁気弁３８のコイル５６もまたこの時スイッチＰＢＣの
接点部材７２により付勢される。かくして、空気が磁気
弁３８を介して空気機関３４へ導入されピストン４６が
上方へ移動する。ピストンのこの運動によりカム軸４８
が回転し、第３図に示すようにスイッチＲ１が閉じて、
抵抗器ＡＲ及びＲがモータ回路に接続される。抵抗器Ｈ
に流れる電流はその電流に比例する電圧降下を生ぜしめ
る。抵抗器の可調整接点が大きい電圧降下にセットされ
ている場合、比較的低い電流でゼナーダイオードＤＩの
降伏電圧を越えるＩＲ降下が得られる。この時、磁気弁
３６のコイル５２もまた付勢されて空気機関３４のシリ
ンダ４２の上方部分へ空気が導入され、ピストン４４及
び４６の上方運動が停止する。牽引モータの回転により
逆起電力が生じ、これが牽引モータの電流を減少させる
ことになる。電流が抵抗器ＲのＩＲ降下がゼナーダイオ
ードの降伏電圧より低くなるレベルまで減少すると、磁
気弁３６への電流が切れてシリンダ４２がら空気が排出
されカム制御器が回転する。

抵抗器ＡＲの次のステップ部分が分路されると、牽引モ
ータ電流はＩＲ降下が再びゼナーダイオードの電圧を越
えるに充分な大きさに増加し、それによりカム制御器の
連動が停止ヒする。このシーケンスは、カム制御器がス
テップ毎に完全に回転して抵抗器ＡＲがモータ回路から
分路されるまで繰り返される。

抵抗器Ｒが低い電圧降下を生じるように調整されている
場合、ゼナーダイオードの降伏電圧レベルに到達するに
は大きな電流が必要である。かくして、抵抗器Ｒを調整
して低いあるいは高い加速度を自在に得ることができる
。

ダイナミックブレーキが所望される場合、主制御器ＭＣ
はブレーキ位置へ作動され、スイッチＬＳ及びＰＢＣの
作動コイルが脱勢される。スイッチＬＳが開くと、モー
タが電源から切り離され、スイッチＰＢＣの接点部材６
８及び７０が閉じるとモータ３０及び３２のダイナミッ
クブレーキ接続モードがセットされる。この時、モータ
は電機子ＡＩがモータ３２の界磁巻線Ｆ２を励磁し、電
機子Ａ２が界磁巻線Ｆｌを励磁するよう接続されている
。抵抗器ＢＲは両方のモータに共通な回路に接続され、
それによりダイナミックブレーキ電流が制御される。

空気機関３２のピストン４４及び４６は、モータ加速時
その最上位置へ移動される。制御器ＭＣがブレーキ位置
へ作動されると、磁気弁３６のコイル５２はスイッチＰ
ＢＣの接点部材７４を介して付勢される。かくして、シ
リンダ４２へ空気が流入しピストン４５及び４６が下方
に駆動される。抵抗器ＢＨの部分６２の電圧降下がゼナ
ーダイオードＤ２へ印加される。ブレーキ電流が抵抗器
部分６２の電圧降下がダイオードＤ２の降伏電圧を越え
るに充分な大きさになると、磁気弁３８のコイル５６は
ゼナーダイオードＤ２を流れる電流により付勢され、シ
リンダ４２のｆ方部分へ空気が導入されてピストン４４
及び４６の運動が停Ｅ卜する。ダイナミックブレーキ電
流が抵抗部分６２の電圧降下がダイオードＤ２の降伏電
圧より少なくなる値まで減少すると、コイル５６は脱勢
されて空気が磁気弁３８を介して排出され、カム制御器
ＣＣがモータ回路から次のステップの抵抗を分路するこ
とが可能になる。このシーケンスは、カム制御器が初期
あるいはオフ位置へくるまでダイナミックブレーキ回路
から抵抗ＢＲをステップ毎に分路すべく繰り返される。

第３図は、ＰＢＣ及びＬＳの作動コイルの付勢及びそれ
に続く加速及び制動抵抗器接点Ｒ１〜Ｒ５及びＢ１−Ｂ
５の閉路をそれにより得られる加速−制動ステップに関
連して丸印で示したものである。

第４．５．６及び７図は、従来型の簡単なステッピング
モ・−夕のステップ動作を説明するためのものである。

第４図において矢印で示すように、界磁コイル８０及び
８２が付勢されると永久磁石のロータ８４は図示の如く
そのＳ極が界磁コイルの２つのＮ極の間に、Ｎ極が界磁
コイルの２つのＳ極の間に来るように回転する。界磁コ
イル８０及び８５が第５図の矢印で示すように付勢され
ると、ロータ８４はそのＳ極が界磁コイルの２つのＮ極
の間にそのＮ極が界磁コイルの２つのＳ極の間にくるよ
う回転する。界磁コイル８１及び８５が第６図において
矢印で示されるように付勢されると、ロータ８４はその
Ｓ及びＮ極が図示の位置に来るように回転する。界磁コ
イル８１及び８２が第７図の矢印で示すように付勢され
ると、ロータ８４はそのＳ及びＮ極が図示の位置に来る
よう回転する。ロータ８４が再び第４図に示す位置へ来
ると、ロータ８４は合計３６０°回転したことになる。

第８図は、本発明バー実施例の加速制御部分を示す。推
進モータｌＯＯは、電流シャントｌＯ２及び直列接続の
抵抗器１０４．１０６．１０８．１１０．１１２．１１
４．１１６及び１１Ｂ、並びにラインスイッチ１２０を
介して電源１２２へ接続されている。電源１２２は典型
的には第３のレールにより集電した直流７００ポルトか
１０００ポルトの電圧を有する。カムユニット１２４は
前述のワシントンＯメトロポリタン・ニアリヤ・トラン
シットΦオーソリチーの輸送車両に現在用いられている
ＦＣＣＣＣカム制御ユニット量様なものでよく、そのカ
ム軸１２８は約２０個の主動力スイッチと共働するカム
を有し、第８図にはかかるスイッチ接点が８個示されて
いる。これらのスイッチは、牽引モータ１００に直列の
抵抗器１０４．１０６．１０８．１１０．１１２．１１
４．１１６及び１１８をそれぞれ分路してモータ電流を
決定する。

直流牽引モータあるいは任意の直巻直流モータの動作特
性によると、停止状態のモータへ電圧を加えると大きい
初期電流が流れる。モータのスピードが上昇すると、こ
の電流レベルが低下する。カム推進制御装置は、この減
少する′Ｉ！ｉ、流レベル全レベル１０２と直列の抵抗
を幾つか取り除くことによって］二昇させる働きをする
。この抵抗を順次分路して、比較的均一なモータ電流及
びそれに応じた車両の加速を得ることができる。ステッ
ピングモータ１２６はカムユニット１２４と軸１２８を
回転するよう連結され、ホール効果型零位置スイッチあ
るいはセンサ１３０はカム軸１２８の他端に配置されて
磁石あるいは他の物理的変異体を含むディスクと共働し
この１つの位置でのみカム軸１２８の零あるいは始動位
置を示す信号を発生する。ステップモータ１２６自体は
その回転位置を認知しないため、マイクロプロセッサ１
３２に最初に電源が入れられる時ステッピングモータ１
２６をカム軸１２８のこの最初の零位置である初期基準
角度位置へ駆動することが望ましい。その後、マイクロ
プロセー２す１３２はステッピングモータ１２６の動作
ステップを監視し、ステッピングモータ１２６及びカム
軸１２８の角度位置を常時認知する。ステッピングモー
タ１２６のそれぞれの界磁コイルに用いる複数のドライ
バ１３４が示されるが、これらのドライバ１３４はマイ
クロプロセッサ１３２により発生された低電流レベルロ
ジック信号をステッピングモータ１２６を作動するのに
必要な比較的高い電流レベルの信号へ変換する。典型的
には、ステッピングモータ１２６はカムユニット１２４
を作動するのに２４ボルトで６〜９アンペアの電流を必
要とし、シュウピリア・エレクトリック（Ｓｕｐｅｒｉ
ｏｒ　Ｅｌｅｃｔｒｉｃ）社のモデルＭ１１２　ＦＪ　
３２７型ステツピングモータを用いることができる。ド
ライバ１３４は市販の直流ソリッドステートリレ−を複
数個含むが、かかるリレーとしてはコネチカ・ント州パ
ウカッツック（Ｐａｗｃａｔｕｃｋ）のダグラス・ラン
ドール・カンパニ（Ｄｏｕｇｌａｓ　Ｒａｎｄａｌｌ、
Ｃｏｍｐａｎｙ）のモデルに１２Ｂがある。車両正転手
の運転制御器１３６には、リセットボタン１３８及び制
御ハンドル１４０のリセット位置を設けて、任意の付加
的なコマンド信号を待機する所望の零または基準始動位
置へステッピングモータ１２６を戻すようにしてもよい
。加速度制御器１４０には、オフ位置及びリクエストで
きる４つの例示的な加速度ステップが設けられている。

この制御器１３６は高速輸送車両のための第１図に示し
た主制御器２２として用いることができ、運転手がこれ
を操作して推進動作時車両の加速を制御する。適当なデ
ジタル／アナログ入出力装置１４２を設けて制御及びフ
ィードバック信号をマイクロプロセッサ１３２に結合し
てもよい。

第９図はソリッドステートのリレードライバをステッピ
ングモータの界磁コイル８０．８１．８２．８５及びラ
インスイッチのコイル１４４と共に示す。デジタル／ア
ナログ入出力装置１４０は、マイクロプロセッサ１３２
からステッピングモータ１２６のそれぞれの界磁コイル
８０．８１．８２．８５を伺勢する信号を供給する。ド
ライバ１５０は界磁コイル８１を付勢し、ドライバ１５
２は界磁コイル８０を、ドライバ１５４は界磁コイル８
２を、ドライバ１５６は界磁コイルを８５を付勢する。

更に、ドライバ１５８はラインスイッチ１２０のリレー
コイル１４４を付勢する。

運転制御器１３６は、リセットスイッチ１３８、及び、
テスト接点１７０、オフ接点１７２、第１加速度接点Ｐ
ｉ、第２加速度接点Ｐ２、第３加速度接点Ｐ３及び第４
加速度接点Ｐ４へ可動な接点アーム１４０を含む。カム
軸１２８が初期の零あるいは基準位置へある時入力信号
を与えるためのホール効果型零位置センサ１３５が示さ
れている。

第１０図はｍ進モータ１００の加速動作制御のためのマ
イクロプロセッサ１３２の動作を示す。マイクロプロセ
ッサ１３２は、モータ作動制御信号記憶用ＲＡＭメモリ
１８０と、エグゼクティブ及びアプリケイジョン制御プ
ログラム記憶用ＥＰＲＯＭメモリ１８２を含む。シャン
）１０２からのアナログモータ電流入力信号ＩＭは、ア
ナログ／デジタルコンバータ１８４へ送られ、そこから
入力゛ポー）１８６へ加えられる。零位置センサ１３０
、リセットスイッチ１３８、テスト接点１７０、加速度
接点Ｐ１．Ｐ２、Ｐ３及びＰ４からのデジタル信号は、
デジタル入力１８８、八ッファ１９０及び入力ポート１
９２を介して加えられる。ステッピングモータの界磁コ
イルへのそれぞれの出力信号は、出力ポート１９４．１
９６．１９８及び２００を介してドライバ１５０．１５
２．１５４及び１５６へ送られる。ラインスイッチのリ
レーコイル１４４への出力信号は出力ポート２０２を介
してドライバ１５８へ送られる。

ステッピングモータ１２６は４つの界磁コイルを有する
が、ロータは多数の山を有し界磁回路にはそれに相当す
る歯を設けた設計であり、４つの界磁コイルを適当に付
勢するとロータが１回転あたり２００個のステップで歩
進し、このためこの実施例ではカム軸１２８を各ステッ
プ１．８°ずつ回転させることができる。マイクロプロ
セッサは非常に低いレベルの信号をソリッドステーＩ・
リレーへ出力し、トランジスタドライブ回路がステッピ
ングモータの界磁コイルを付勢する。マイクロプロセッ
サは、ステッピングモータを回転させようとする時、ど
のコイルが付勢状ｊＡ；にあるか監視してステッピング
モータを任意の特定の方向に駆動するために所望される
次の動作状態を決定し、その次の状態を得るために適当
な界磁コイルを付勢する。マイクロプロセッサ１３２の
電源を入れた時マイクロプロセッサ１３２はステッピン
グモータ１２６がどの位置にあるか認知できないため、
ステ・ンピングモータ１２６もまたその位置を認知でき
ない。モータ１２６の位置を常時監視できるようにする
ため、マイクロプロセッサ１３２は最初にステッピング
モータ１２６とカム軸１２８をその軸が基準零位置へ来
るまで回転させるための動作を始める。その持点よりマ
イクロプロセッサ１３２は、モータ１２６が幾つの回転
ステップだけまたいずれの方向に動くか監視してステ・
ンビングモータ１２６とカム軸１２８の現在位置を認知
し、その情報は推進モータ制御装置を制御するために用
いられる。このようにマイクロプロセッサ１３２はカム
軸１２８の現在位置を監視できるため、従来型の推進モ
ータ用カム制御装置と共に動作するリレーロジ・ンク装
置に必要であるフィードバンクリミットスイッチが全て
不要となる。回転スイッチ１４０からのオフ、Ｐｌ、Ｐ
２．Ｐ３及びＰ４のλカは、典型的には推進モータ制御
装置へ送られるトレインライン信号と同様なものと考え
ることができる。

オフ位置では、付勢されるものは何もなくＰｌ、Ｐ２、
Ｐ３及びＰ４位置の各々では車両にそれぞれ成る特定の
加速度がケえられる。たとえばＰ１位置では最小加速度
が得られるが、これは装置をターンオンするスイッチで
あるラインスイッチ１２０が、回路に綱がれている全て
の抵抗器１０４．１０６．１０８．１１０．１１２．１
１４．１１６及び１１８へ電圧を加える位置である装置
の最小速度位置であり、モータは非常に低い率で加速し
、カム軸１２８は歩進されず、スイッチは何れも切り離
されず、これがモータ１１０が回転できる最も遅い速度
である。Ｐｌ、Ｐ２、Ｐ３及びＰ４信号はそれぞれ異な
る加速度リクエストを与える。Ｐ２が選釈されると、再
びラインスイッチ１２０はプルインされ、モータ１００
が加速を開始してラインスイッチ１２０のプルインによ
り電流が流れる。モータ１００が加速されると、モータ
の作用によりその電流が減少する。マイクロプロセッサ
１３２は、減少するモータ１００の電流をそのアナログ
入カポ−）１８６で検知し、その電流がＰｉ、Ｐ２、Ｐ
３あるいはＰ４の一つにより決定される成る特定のリク
エストスレンショルド電流値以下になると、ステッピン
グモード１２６及びカム軸１２８を回転させて次の抵抗
器を短絡すべきであると決定する。抵抗器がこのように
して短絡されるとモータ１００の電流が上昇しそして再
びその電流は減少を開始し、そして再びこのスレッショ
ルド以下になると次の抵抗器が切り離される。この動作
はカムユニットがリクエストされた加速度を維持すべく
漸進的に位置を変化する間繰り返される。Ｐｌ、Ｐ２、
Ｐ３及び２４人力の作用は、抵抗器のスイッチングが起
こるスレッショルド電流レベルを変化させることである
。リセットボタンは、運転手がカム軸１２８を零位置ヘ
リセットさせるために用いる。

下表■は、加速度人力ＰＩ、Ｐ２、Ｐ３及びＰ４の各々
に対する適当なスレッショルド電流レベルを表わす。

表　工 入　力　トリップ点 ＰＩ　１１５ Ｐ２　１２０ Ｐ３　１２８ Ｐ４　１４０ −Ｉ−に示した表のスレッショルド）・リップ点は、所
望のスレッショルド電流レベルに関してアナログ／デジ
タルコンバータ１８６　（７）　出力カウントを表わす
。

下表ＩＩは、抵抗器分路スイッチの所望の閉路動作を決
定するためのカム軸の回転運動に対して与えられたリミ
ットに関連した所望のスレッショルド電疏レベルを表わ
す。

表　ＩＩ 入力　スイッチ動作 ＰＬ　回転せず。

ラインスイッチのみ閉じる。

Ｐ２　８個のスイッチのうち ２個のみ閉じる。

Ｐ３　更に４個のスイッチが閉じる。

Ｐ４　更に２個のスイッチが閉じる。

第１１図は、第８図に示したマイクロプロセッサ３２の
カム制御プログラムの動作を説明するためのフローチャ
ートである。プログラムはＣＡＭと呼ばれく第１のブロ
ック２５０がマイクロプロセッサにより用いられる変数
をそれらの初期値へ設定する。ブロック２５２は入力ボ
ートのアドレス及び出力ボートのアドレスをセットする
。ブロック２５４において、カムが零位置にあるかどう
かのチェックが行なわれる。プログラムはブロック２５
６において一度に１ステツプづつカム軸１２８を回転さ
せ、各ステップの後零位置センサに到達したかどうかの
チェックが行なわれる。もしそうでなければ、プログラ
ムにより再びブロック２６０においてカムが漸進され、
カム軸１２８が零位置へ到達するまでそのカムの漸進が
継続する。適当な数のステップの後依然として零位置に
到達しない場合は、マイクロプロセッサ１３２がもしカ
ム軸１２Ｂの位置を知らない場合は正しく動作しないた
め、マイクロプロセッサの動作が停止１；される。この
ようにしてブロック２６２においてデジタル入力バイト
が得られ、これは全ての入力情報を含む。第８図に示し
たような推進制御装置は、入力データが８ビツトで加速
度ＰＩ、Ｐ２、Ｐ３及びＰ４並びにカム軸１２８のリセ
ット及び零位置を適切に表わすことができるほど簡単な
ものである。ブロック２６４において、リセットボタン
１３８が押されたかどうかのチェックが行なわれる。も
しそうであればプログラムはブロック２６２へ戻る。も
しそうでなければ、ブロック２６６．２６８．２７６．
２７２の各々において加速度人力Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３及び
Ｐ４の１つが作動されたかどうかのチェックが行なわれ
、もしイエスであればプログラムは２７４において第１
２図に示したプログラムの主ループ部分ヘジャンプする
。もしブロック２７６においてテスト位置が選択される
と、カム制御器１２４はマイクロプロセッサ１３２ヘブ
ロツク２７８及び２８０の所で幾つかの診断作用を行な
わせ、かつステッピングンモータ１２８を８ステツプＵ
Ｐ及び８ステツプＤＯＷＮだけ歩進させて、カム軸１２
８を通常の回転位置の間で回転せしめることにより、ス
イッチが正しく動作していることを確かめるための所定
のテストルーティーンを行なう。輸送車両用の典型的な
カム制御器１２４は、かかる角度位置を２０個有し、こ
れはモータの接続を直列から並列へ所望に応じてスイッ
チするに必要な位置の数より多分多く、また界磁シャン
ト機能も含むであろうが、動作原理は実質的に同じであ
る。

第１２図は、第８図のマイクロプロセッサの主ループプ
ログラムを説明するためのフローチャートである。ブロ
ック３００において、ラインスイッチリレー１４４は付
勢されると電流が流れ始めモータ１００が回転を開始す
る。ブロック３０２においてデジタル入力バイトが再び
得られる。ブロック３０４においてリセットがリクエス
トされたかどうかのチェックが行なわれ、もしそうであ
れば、プログラムは第１図に示すカムプログラムへ帰る
。ブロック３０６．３０８．３１０及び３１２の各々で
、加速度Ｐ１．Ｐ２、Ｐ３あるいはＰ４の１つが選択さ
れたかどうかのチェックが行なわれる。これら加速度の
各々に対して所定のリクエストされた最小スレッショル
ド電流レベルがあり、このように選択された電流リクエ
ストはブロック３１４でセットされる。ブロック３１６
において、モータ１００からのアナログ入力電流であろ
う実際のモータ電流が検知される。ブロック３１８にお
いて、実際の電流が、選択されつつある加速度Ｐ１、Ｐ
２、Ｐ３、Ｐ４の１つにより決定されるリクエストされ
た電流より低いかどうかチェックされる。その選択され
た加速度がＰＩであると仮定すると、ブロック３１４に
おけるセット電流リクエストは低い値である。ブロック
３１８において、もし実際の電流がリクエストされた電
流より低くない場合には゛、プログラムはブロック３０
０へ戻り再びループを循環する。モータの速度が−に昇
すると、モータ電流は減少し始め、実際の電流が成る点
においてセットされた電流リクエスト以下になるとブロ
ック３１８のところの答はイエスとなる。プログラムは
ブロック３２４へ進んで、現在のカムステップ位置が進
むことができる最大８ステツプより少ないかどうかチェ
ックする。もしイエスであれば、ブロック３２６におい
てカム位置は一度歩進され、これはステッピングモータ
で複数ステップになるが、次の抵抗器が短絡されること
になる。第８図に示したカム制御４Ｍ；進装置にはただ
８個の位置ステップが設けられているため、成る点にお
いてその８個が全て利用される。電流は引き続きリクエ
スト値以下に減少し続けるが、もしその動作により最大
ステップ数を越えるかそれに等しくなると、制御装置は
もはやそれ以上のステップを進めない。しかしながら、
依然としてまだ進めるステップがある場合にはカムは回
転して次の抵抗器を切り離す。モータ電流は抵抗器が切
り離される度毎に増加し、プログラムは再び循環して実
際の電流をチェックし、これは制御器の８個の回転ステ
ップが全て完了するまで続く。

ステッピングモータ１２６はカム！ｋｌ＋　１２８をそ
の所定の角歩進運動すべく本質的にデジタル制御し、そ
れは車両推進モータ１１０のカム制御に非常に望ましい
ものである。

第１３図は、推進モータ３０及び３２の加速及び制動制
御を行なう本発明の第２の実施例を示す。カム制御器Ｃ
Ｃ及び主制御器ＭＣは、動カー制動制御スイッチＰＢＣ
１加速抵抗器ＡＲ及び制動抵抗器ＢＲと同様第２図に関
する上述の説明と同様な動作をする。ステッピングモー
タ１２６は、カム制御器ＣＣを作動させるためにカム軸
４８に結合されている。マイクロプロセッサ１３２は接
点１３５を介して動力リクエスト信号を、また接点１３
７を介して制動リクエスト信号を感知し、更に電流セン
サ１３３からのモータ電流信号を検知して、第３図に示
すように加速のための抵抗器短絡スイッチＲ１〜Ｒ５の
閉路及び制動のための抵抗器短絡スイッチＢ１〜Ｂ５の
閉路を決定する。

第１４図は、第１３図に示すマイクロプロセッサ３２の
カム制御プログラムの動作を示すフローチャートである
。プロ、ンク３５２において制御変数がイニシャライズ
され、ブロック３５２においてデジタルボートがイニシ
ャライズされる。ブロック３５４において、カムｔｄ１
４８が零位置にあるかどうかチェックされる。もしない
場合にはブロック３５６においてステップダウンが行な
われ、ブロック３５８において零位置に到達したかどう
かのチェックが再び行なわれる。もしそうでなければ、
ブロック３５６及び３５８において零位置に到達するま
で必要なかかる一連のステップが実施される。ブロック
３６０では零位置に到達したことを確かめるチェックが
行なわれ、もし到達していない場合にはブロック３６０
においてプログラムが停！トされる。ブロック３６０に
おいて零位置に到達したことが判明すると、ブロック３
６４においてデジタル入力が得られ、ブロック３６６に
おいて制動動作がリクエストされたかどうかのチェ・ン
クが行なわれる。もしそうでなければ、ブロック３６８
において動力動作がリクエストされたかどうかのチェッ
クが行なわれる。

もしブロック３６８においてイエスであれば、プログラ
ムは第１５図に示す動力制御プログラムへ移行する。ブ
ロック３７０においてデジタル入力が得られる。ブロッ
ク３７２において動力動作が依然としてリクエストされ
ているかのチェックが行なわれる。もしそうでなければ
プログラムはモ巨タ動作に移行し、第１４図のブロック
３６４，３６６及び３６８を経て動力あるいは制御動作
のいずれか１つがリクエストされるまで移行する。もし
ブロック３７２においてイエスであればプロ・ンク３７
４においてモータ電流が電流センサ１３３から読み取ら
れる。ブロック３７６にお−いて、その１つの所望の加
速度を得るため実際のモータ電波が所定のリクエストス
レッショルド電流より低いかどうかのチェックが行なわ
れる。もし実際のモータ電波がブロック３７６ゎにおい
てそのリクエスト電流より低くない場合は、プログラム
はブロック３７０へ戻る。もしモータ電流がブロック３
７６においてリクエスト電流より小さい場合には、ブロ
ック３７８において第１３図に従いそれまでのステップ
カウントが最大カウントより小さいかどうかのチェック
が行なわれる。もしそうであれば、ブロック３８０で更
に新たなステップアップが成され、もしそうでなければ
プログラムはブロック３７０へ戻る。

以　下　余　白 ブロック３６６においてもしイエスであれば、プログラ
ムは第１６図に示す制動制御プルグラムへ移行する。ブ
ロック３８６においてデジタル入力が得られる。ブロッ
ク３８８において制動動作が依然としてリクエストされ
ているかどうかのチェックが行なわれる。

もしそうでなければ、プログラムは動力あるいは制動動
作の１つがリクエストされるまで第１４図のモニタ部分
へ行く。もしブロック３８８においてイエスであれば、
ブロック３９０においてモータ電流が読み取られる。ブ
ロック３９２において、実際のモータ電流が所望の１つ
のｔ−１動速度の所定スレッショルドリクエスト電流よ
り小さいかどうかのチェ、。

りを行なう。モータ電流がブロック３９２において小さ
くないことが判明すると、プログラムはブロック３８６
へ戻る。もしモータ電流がブロック３９０において小さ
いことが判明すると、ブロック３９４においてステップ
カウントが１より大きいかどうかのチェックが行なわれ
、その位置は零位置の上の第１のステップである。もし
イエスであれば、ブロック３９６において新たなステッ
プダウンが行なわれ、もしそうでなければプログラムは
ブロック３８６へ戻る。

マイクロプロセッサ１３２は、ＰＢＣスイッチ接点１３
５及び１３７から制動あるいは動力コマンドの何れかを
探索し、−８その何れかを受け取ると第１５あるいは１
６図の適当なサブプログラムヘジャンプする。第１５あ
るいは１６図のこれらのサブプログラムでは、電流がプ
ログラム内の１つの特定の加速度に相当するリクエスト
された電波と比較される。もしモータ電流がそのリクエ
ストされた値以下に減少している場合には、プログラム
はそれを調べてカム制御器により個々のステップが全て
利用しつくされているかどうかのチェックを行なう。も
し全てのステップが利用つくされていない場合には、マ
イクロプロセッサは制御器を次のノツチへ進め、それか
ら再び戻ってコマンドが依然として存在するかどうかの
チェックをし、またモータ電流を再び読み取ってもしそ
のモータ電流が未だそのリクエストレベル以下に減少し
ていないことが判明するとプログラムはそのレベル以下
になるまで循環し続け、そしてそのプログラムはそのプ
ロセスをただ繰り返す。一旦その４つの利用可能な動力
ステップが与えられると、プログラムはステップ動作を
バイパスする。リクエスト電流はプログラムの一部であ
り、それは車両に所望される加速度あるいは制動速度に
相当する電流レベルである。

そのリクエストされた各電流レベルは、カム制御器ＣＣ
により閉じられる特定スイッチの関数として制御器１３
６により選択することができ、その情報は運転手により
マイクロプロセッサへ最初供給されると制御プログラム
が運転手により必要とされる所定のリクエスト電流をセ
ットする。制御プログラムは事実−ヒ同一のフローチャ
ートに則った動作をする。モータ電流がアナログ／デジ
タルコンバータへ送られると、それはＯから２５５の間
の値を持つ８ビツトの数へ変換され、これらの数に関連
して、表工に示されるように種々の位置で電流リクエス
トがセットされる。

第８図に示した推進モータ加速カム制御装置の実際の動
作例は、以下に示す構成要素を用いて製造され動作され
た。

ステッピングモータ：コネティカツｉ・州プリスｉ・ル
のシュウビリア・エレクトリック、・カンパニより供給
されるモデルＭ１１２ＦＪ３２７ ドライバ　：コネチカット州バウ カトグの夕゛グラス・り′ノド−１１社により供給され
るモデルに１２Ｂ マイクロプロセッサ二マイクロミント社により供給され
るＺ８ベーシックコンピ ュータコントローラ 第１７図は、カム制御器１２４の抵抗器短絡スイッチが
直列接続の抵抗器１０４．１０６、１０８、１１０、１
１２、１１４、１１６．１１８のそれぞれと共働して必
要とされる動作を行ないモータ１００を間違いなく所望
通り制御したということを順次検証するための第１２図
に示した主ループプログラムの故障検出モードを説明す
るためのフローチャートである。第１２図に示したブロ
ック３２６の後、モータ電流が新たに読み取られると、
ブロック３２９において、新しいモータ電流が前のモー
タ電流より大きいかどうかのチェックが行なわれる。も
しイエスであれば抵抗器が所望の毎〈短絡されてカム制
御器１２４が正し、〈動作しており、プログラムはブロ
ック３００へ戻る。もしそうでなければブロック３３１
においてフラッグがセットされたかどうかのチェックが
行なわれ、もしセットされていなければフラッグはブロ
ック３３３でセットされプログラムは第１１図に示した
カム制御プログラムへ戻る。もしフラッグがブロック３
３１でセットされると、ブロック３３５においてカム軸
１２Ｂは零位置にセットされる。ブロック３３７におい
て零位置センサ１３０により零位置へ到達したかどうか
のチェックが行なわれ、もしそうでなければプログラム
は停止する。もしイエスＪ であれあプログラムはサブプログラム１へ移行し、ブロ
ック３３９においてリセットスイッチ１３８が読み取ら
れる。運転手がリセットスイッチ３３９からリセット信
号を与えたかどうかのチェックが行なわれ、もしそうで
なければプログラムはサブプログラムｌへ戻る。もしイ
エスであれば、動作は第１１図に示すカム制御プログラ
ムへ移る。第１７図に示すようにプログラムの変更を行
なうと、カム制御器１２４によりスイッチ１００が閉じ
た後でモータ電流が増加し関連する抵抗器が実際に短絡
されたことが確かめられる。もし感知したモータ電流が
この時予想通り増加しない場合には、変更プログラムに
より最初に提供されたフラッグをセラ］・し、第１１図
のカム制御プログラムへ戻る。次に第１２図に示す変更
した主ループプログラムへ来ると、フラッグはセットさ
れ、もしその検知したモータ電流が依然として増加して
いない場合には再び第１図に示すカム制御プログラムを
開始する前にプログラムは運転手がセントスイッチ１３
８を閉じるのを待つ。

【図面の簡単な説明】

第１図は、乗客用車両の従来型推進制御装置を示す。 第２図は、乗客用車両の従来型カム推進制御装置を示す
。 第３図は、第２図に示した抵抗器短絡スイ・ンチの動作
シーケンスを説明するチャートである。 第４図は、従来型ステッピングモータのロータの最初の
回転位置を示す。 第５図は、従来型ステッピングモータの回転位置の最初
の位置変化を示す。 第６図は、従来型ステッピングモータロータの回転位置
の第２の変化を示す。 第７図は、従来型ステッピングモータのロータ回転位置
の第３の変化を示す。 第８図は、本発明の一実施例を示す。 第９図は、本発明のステッピングモータ及びラインスイ
ッチに関連して第８図に示したドライバの動作を示す。 第１０図は、第８図に示すマイクロプロセッサの動作を
示す。 第１１図は、第８図のマイクロプロセッサの推進カム制
御プログラムの動作を説明するためのフローチャートで
ある。 第１２図は、第８図のマイクロプロセッサの主ループ制
御プログラムの動作を説明するだめのフローチャートで
ある。 第１３図は、本発明の第２の実施例を示す。 第１４図は、第１３図のマイクロプロセッサの推進カム
制御プログラムの動作を説明するためのフローチャート
ｆある。 第１５図は１．第１３図のマイクロプロセッサの動力制
御プログラムを動作を説明するためのフローチャートで
ある。 第１６図は、第１３図のマイクロプロセ・ンサの制動制
御プログラムの動作を説明するためのフローチャートで
ある。 第１７図は、故障検知モードを説明するための第１２図
の主ループ制御プログラムを変更したものを示す。 １２０・・・・ラインスイッチ １２２・・・・電源 １２４・・・・カムユニット １２８・・・・ステッピングモータ １２８・・・・カム軸 ！３０・・・・零位置センサ １３２・・・・マイクロプロセッサ １３４・・・・ドライバ １３８・・・・制御器 １３８・・・・リセットボタン １３６・・・・制御アーム １４２・・・・デジタル／アナログ入出力装置１５８・
・・・ドライバ ＦＩＧ、　１５ ＦＩＧ、１６ ＦＩＧ、　＋７ 第１頁の続き ０発　明　者　パメラ・エリザベス・ディ・タイン アメリカ合衆国ペンシルベニア 州ウェスト・ミツリン・コービ ン・ストリート８２１

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、電源と協働して所望のモータ動作に従うようモータ
   の動作を制御するため供給電流を決定するモータ制御装
   置であって、前記電源とモータの間に直列に接続された
   複数の抵抗器を含む実際のモータ電流を決定する電流制
   御手段と、前記電流制御手段に結合され前記直列回路か
   ら１または２以上の選択した抵抗器を順次切り敲すべく
   連続する角度位置の間を可動のカム制御器手段と、前記
   カム制御器手段に結合されて前記カム制御器手段を所定
   の角度位置まで回転させ前記抵抗器のうち少なくとも１
   つを順次切り離してモータ電流を制御するステッピング
   モータ手段と、前記カム制御器手段、の初期位置を確立
   し複数の入力リクエスト電流に応答して実際のモータ電
   流が前記リクエスト電流の１つより低い時前記ステッピ
   ングモータ手段を付勢して前記カム制御器手段を所定の
   角度位置へ回転させ前記１つのリクエストモータ電流に
   相当する所望のモータ動作を得るため必要な実際のモー
   タ電流を得るための制御手段とより成ることを特徴とす
   るモータ制御装置。 ２、前記カムｆｆｊＪ御器手段は、前記所望のモータ動
   作の１つに関連する各電流をリクエストして所望の異な
   るモータ速度を得るための運転制御手段を含むことを特
   徴とする前記第１項記載の制御装置。 ３、前記制御手段は、前記全ての抵抗器がモータに直列
   に接続される前記初期位置へ前記カム制御器手段を最初
   に位置させるように（功〈基準手段を含むことを特徴と
   する前記第１または２項記載の制御装置。 ４、前記カム制御器手段は前記抵抗器のそれぞれに設け
   た複数の分路スイッチを含み、前記制御手段は実際の電
   流が前記１つのリクエストモータ電流以下になるのに応
   答して前記ステッピングモータ手段を付勢し選択抵抗器
   を前記直列回路から切り離すことを特徴とする前記第１
   ．２または３項記載の制御装置。 ５、動力リクエスト信号及び制動リクエスト信号の一方
   を与える手段が設けられ、前記制御手段は前記動力リク
   エスト信号に応答して前記カム制御器手段を第１の方向
   へ、また前記制動リクエスト信号に応答して第２の方向
   へ回転させることを特徴とする前記第１〜４項のうち任
   意の１項に記載した制御装置。 ６、前記制御手段は前記角度回転運動ののち新しい実際
   のモータ電流に応答してその新しい実際のモータ電流が
   前記回転運動前の実際のモータ電流より大きいかどうか
   をチェックし前記モータの動作を決定することを特徴と
   する前記第１〜４項のうち任意の１項に記載した制御装
   置。 ７、前記制御手段は、前記新しいモータ電流が前記回転
   連動前のモータ電流より大きくないことが判明すると前
   記カム制御器手段の角度位置を前記初期位置ヘセットす
   ることを特徴とする前記第６項記載の制御装置。