JPS627307A - 電気車の制御装置 - Google Patents

電気車の制御装置

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JPS627307A
JPS627307A JP60147434A JP14743485A JPS627307A JP S627307 A JPS627307 A JP S627307A JP 60147434 A JP60147434 A JP 60147434A JP 14743485 A JP14743485 A JP 14743485A JP S627307 A JPS627307 A JP S627307A
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JP
Japan
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control device
motor
vibration
electric vehicle
detection signal
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Pending
Application number
JP60147434A
Other languages
English (en)
Inventor
Shinzo Hirao
平尾 新三
Hideo Terasawa
英男 寺澤
Hideki Hegihara
枌原 秀樹
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
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Publication date
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Publication of JPS627307A publication Critical patent/JPS627307A/ja
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    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/72—Electric energy management in electromobility

Landscapes

  • Electric Propulsion And Braking For Vehicles (AREA)

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〕 この発明は電気車の制御装置に係り、とくに粘着性能全
最大限に発揮することができる電気車の制御装置の構成
に関するものである。
〔従来の技術〕
電気車輛の駆動は1輪とレールとの間の粘着力によって
行われるため、この粘着力全最大限に利用することが、
車両技術の基本である。第8図は111.Iil!とレ
ールとの間の粘着係数とすべり速度との関係を示す特性
図で、粘着係数の債自体はレールの表面状態、天候、走
行速度等によって大巾f(変効する。(車輪の引張力/
軸重)で定義される粘着係数が第8図のP点を越えると
大空転が発生し、主電動機、歯車装置等の回転部分、レ
ール表面、I輪踏面に機械的損傷が発生するとともに引
張力も低下するためこれを防止し、しかもできるだけP
点に近い状態で運転を行うのが大きな課題である。一般
にすべり速度がP点以下の領域を微小空転、即ちり一リ
ーブ領域、P点以上金スリップ領域と称す。ところで、
従来は空転の発生全検知してから引張力を低減するいわ
ゆる空転発生後の事後処理制御システムが採用されてい
た。第9図ないし第11図げ従来の電気車の制御装置に
おける空転検知方式である。それぞれ電圧比較方式、電
流比較方式及び速度発電機方式を示す説明図で、各方式
の検出感度、原理、問題点の比較を下表に示す。
〔発明が解決しようとする問題点〕
しかるに、上記のような従来の電気車の制御装置におい
ては、空転検知方式によってその検出感度に若干の差異
n4められるが、いずれも空転発生後即ちスリップ領域
での検出であるため第8図のR点近傍で空転を検知し、
8点1で引張力を下げて再粘着させる方式であり、実用
粘着係数が比較的低い領域で使用されることになり以下
のような欠点があった。即ち、電気機関車においては、
動軸を項す必要から製作コストが高くなり、また鯛軸数
を一定とするとけん側荷重が小さくなる。
そして、電車においては一編成中の(電動車/付随車)
即ち14動車比率が大きくなり製作コスト及び保守コス
トが高くなる。
この発明はこのような従来のものの欠点を解消するため
になされたもので、粘着性能を最大限に発揮することが
できる電気車の制御装置を提供することを目的とするも
のである。
〔問題点を解決するための手段〕
この発明にかかる電気車の制御装置は空転前駆現象とし
ての主電動機ノーズ部の振動における固有振動周波数成
分を検出して振動検出信号を出力するギャップセンサ、
上記振動検出信号レベルを全体の、振動レベルによって
ユニット化した信号と、上記固有振動周波数成分のユニ
ット化した許容最大振巾基準とを比較し、ユニット化し
た固有振動周波数成分が一定になるように上記電動機の
引張力をl11mする゛嘔動機制御装置を備えたもので
ある。
〔作用〕
この発明においては、空転前駆現象の段階でユニット化
したー主電動機ノーズ部の固有振動周波数成分を許容範
囲で一定になるように電動機の引張力を制御するので、
空転を住じることがなく、かつ車両速度VC関係なく高
い粘着性能が得られる。
〔発明の実施例〕
以下、この発明の実施例を図面について説明する。
第1図はこの発明を適用1−また一実施例における電気
車の制御装置の制御ブロックである。
図において、(Pan)はパンタグラフ、(CH)はパ
ンタグラフ(Pan)からの直流入力を制御して、台車
(BG)内に組込まれた主電動機(TM)に直流電流全
供給するチョッパ回路、(GS)は台車(BG)の圧電
動機ノーズ部の振#7を検出するギャップセンサ、(D
F)はギャップセンサ(Gf3)で検出した振動のうち
空転前駆現象としての固有振動周波数成分のみを取り出
すディジタルフィルタ回路である。(RA)Hディジタ
ルフィルタ回路(DF)からの出力としての空転前駆現
象となる周波数成分の信号レベルを全体の信号レベルに
よってユニット化するための回路である。
これはギャップセンサによる検出信号の大きさが、車輪
とレール面の摩擦状態′(輪重、車速等によって変化)
によって変化するため、ユニット化回路(RA)によっ
て%輪重及び車速等の影[−なくすことができる。ディ
ジタルフィルタ回路(DF)はその入力部に増巾器(図
示せず)を設は所定の範囲の周波数帯を通過せしめ、そ
の中から空転前駆現象による周波数成分をマイクロプロ
セッサを使ってディジタル的に処理して抽出するもので
、信号処理時間は数ms程度と極めて早い信号処理を行
うことができる口そしてギャップセンサ(GS)とディ
ジタルフィルタ回路(DF)とによシ振動検出回路(7
B)を構成する。
(CPR)に上記固有振動周波数成分のユニット化した
許容最大振巾基準(As)とユニット化回路(RA)か
らの出力とを比較する比較4、(Sa)は比較)S(C
PR)からの出力を受けてクリープ量を制御する制御信
号を出力するクリープ制御器、(A M P)はクリー
プ制御器(S C)からの制御信号と加速電流指令(工
P)と直流変成器(DCCT)により検出した圧電動機
電流(工M)と全入力してチョッパ回路(CH)にゲー
ト信v+t−出力する増巾器である。そして、チョッパ
回路(CH)、ユニット化回路(RA)ユニット化され
た許容最大振巾基準(AS)、比較器(CPR)、クリ
ープ制御器(SC)及び増巾器(AMF)により電動機
制御装置としてチョッパ制御装置(TMqを構成する@
なお、上記の主電動機の空転前駆現象としての振動にお
ける固有振動周波数は主電動機取付部剛性、および主電
動機慣性によってき1す、−次、二次等の固有振動周波
数が存在する。第2図は上記固有振動周波数の振巾が、
すべり率と良い相関を持っていることを示す。図2によ
れば、すべり率が増大すると上記;Sw振動周波数の振
巾がすべり率rC比例して増大していることがわかる。
次に、上記のように構成されたこの発明の一実施例とし
ての電気車の制御装置の動作を説明する。
台車(EG)の輪軸装置に組込まれた主電動機(TM)
によって車軸が駆動されるが、車輪とレールの間にすべ
り速度が発生すると主電動機に振動が発生する。そして
、この振動の固有振動周波数成分は第2図に示すように
すべり率の上昇とともに増加する。また上記振動の固有
振動周波数成分け、第8図に示すように、車両速度にほ
ぼ比し11シて増加するので、■両速度の影響全除去す
るため、前記ユニット化回路(RA)’に設けである。
従って、ギャップセンサ(GS)によシ上記振動を検出
し、これからディジタルフィルタ回路(DF)によりそ
の固有振動成分のみ?収出し、更に、その出力をユニッ
ト化回路(RA)でユニット化し、第8図のQ点に対応
する振動成分とユニット化した許容最大振巾基準(As
)と比較器(cPR)により比較しその結果がクリープ
制御器(80)’に介して増巾器(AMI’ )に入力
される。
そして、加速電流指令(工F)k受けた増巾器(AMP
)Hチョッパ回路(CH)のゲート制御回路を制御し、
上記振動成分が第8図のQ点近傍に対応する値を維持す
るように主電動接電N、指令(工F)’に制御して圧電
動機(TM)の引張力金利−する。
上記のように、この発明の一実施例において汀、上記制
御によって電気車は第8図のQ点におけるすべり速度v
8で運転することになり、レールの表面状態や天候等の
条件に関係なく、車輪とレールとの間の最大粘着係数に
ほぼ近い値を利用できるので、電気機関車の場合にあっ
てに動軸数を減少させることができ(例えば6動軸から
4動軸[fi少iiT能)、電気機関車の製作コストの
大巾な低減、省資源が図られ、壕だ主電動機等の単機容
量の増大によって効率向上による省エネルギー化を図る
ことができる。
更に電車の場合には粘着係数の改善VCよって、−編成
列車における電動車比率を低減することができる。
第4図はこの発明を適用した他の実施例における電気車
の制御装置の制御ブロック図で、第1図のチョッパ回路
(CH)に代わり主変圧(イ)(MTR)とその2次側
に接続されたサイリスタブリッジ回路(THE )が採
用されておシ、ユニット化回路(RA)、ユニット化さ
れた許容最大振巾基準(A’9)、比較器(CRP)、
クリープ制御器(Sa)及び増巾器(AMP )を含め
て電動機制御装置としてのサイリスタ位相制御装置(T
MC) k構成している。この場合、交流電気車として
、上記一実施例の場合と同様の効果を達成することがで
きる。
第5図は第1図のディジタルフィルタ回路(DI’)k
アナログフィルタ回路(AF)と検波回%(I)xT)
とで構成した実施例でギャップセンサ(G8)により検
出した主電動機の振動のうち固有振動周波数成分を検出
する方式である。
第6図は第4図のディジタルフィルタ回路(DI’)t
−アナログフィルタ回路(AF)と検波回路(DBT)
とで構成した実施例で、ギャップセンサ(GS)により
検出した主電動機の振動のうちtat+有振動周波数成
分を検出する方式である。
第5図及び第6図に示す実施例においても、ユニット化
した固有振動周波数成分の振巾をユニット化した許容最
大振巾基準(A8)と比較し、ユニット化した固有振動
周波数成分が一定になるよう主電動機(TM)の引張力
をl1lalすることによシ、すべり率を許容しながら
粘着性能を最大限に発揮することができる電気車の制御
装置を提供する。
第7図tI′i電動機制御装置として可変電圧可変周波
波制御回路σvVF )2使用したサイリスタ可変電圧
可変周波数11i11dl装置(TMO) i適用した
場合のこの発明の他の実施例を示し、この場合主電動M
(TM)として8相かご形1透導電動機を使用する電気
車の制御装置を提供する。
第12図は台J!I (BG)のノーズ受部に主電動・
機(TM)のノーズ(NS)をギャップセンサ(GS)
と共に収付けた構成を示し、(AI) tri輪軸、t
G+は大歯車、(P)はビニオンを示す。第12図に示
すように、2+jir軸(AI)と主電動機(TM)t
/′1大歯車tGlおよびビニオン(P) ’に介して
機械的に一体における固有振動周波数は主電動機(TM
)の7−ズ(NS)部のギャップセンサ(GS)で検出
できる。
ギャップセンサとしては半導体磁気抵抗素子変位センサ
、圧電弐カセンサ、ロードセル、渦電流形ギヤツブセン
サ等種々の方式がある。第13図は本発明の池の実施例
を示し、圧電動機が台車装荷の場合で、ギャップセンサ
(G S)は吊り装置に収付けられ、主電動機の振動の
反力全検出する6(C)は可撓歯車継手である。
〔発明の効果〕
この発明は以上説明したように、大空転が発生する前の
前駆現象としての主電動機の振動の固有振動周波数成分
を検出し、この固有振動周波数成分の信号レベルを全体
のレベルによって、ユニット化することによシ、検出信
号の速度依存性をなくした上で、同じくユニット化した
許容最大振巾基準と比較し、ユニット化した固有振動周
波数成分が一定となるように電動機の引張力を別画する
構成としたので、車輪とレールとの間のすべり率を許容
するように制御するため、最大粘着係数にほぼ近い粘着
係数を利用することができ、電気車の粘着性能を最大限
に発庫することができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
第1図は、この発明の一実施例における電気車の制御装
置の制御ブロック図、第2図は主電動機の振動の1次、
2次固有振動周波数成分の振巾を示す図面、第3図は車
両速度と固有振動周波数の振巾との関係を示す特性図、
第4図なhし第7図はこの発明のそれぞれ異なる他の実
施例における電気車の制御装置の制御ブロック図、第8
図は車!論とレールとの間のすべり速度(率)と粘着係
数との関係を示す特性図、第9図ないし第11図は従来
の電気車の制御装置における空転検知方式であるそれぞ
れ電圧比較方式、電流比較方式及び速度発電機方式?示
す説明図である。第12図および第18図は台車、輪軸
、主電動機、歯車装置の構成図である。 図において、(TM)Fi電動機としての主電動機、(
’VEI)V′i振動検出装置it、 (RA) fl
 −1ニア )化回路、(A8)Hユニット化した許容
最大振巾基準、(TMO)け電動441 ifl m装
置である。(BG)は台車、(AI)は輪軸、tGlに
歯車装置、(G S )にギャップセンサである。 なお各図中同一符号は同−又は相当部分を示す0

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)電動機によつて駆動される輪軸のねじり自励振動
    の反作用としての電動機の振動における固有振動周波数
    成分を検出して振動検出信号を出力する振動検出装置、
    上記振動検出信号レベルを全体の信号によつてユニット
    化し、このユニット化振動検出信号と上記固有振動周波
    数成分のユニット化した許容最大振巾基準とを比較し、
    ユニット化した固有振動周波数成分が一定になるように
    上記電動機の引張力を制御する電動機制御装置を備えた
    ことを特徴とする電気車の制御装置。
  2. (2)振動検出装置は主電動機ノーズ部の振動を検出し
    て検出信号を出力するギャップセンサと上記検出信号を
    入力して上記振動の固有振動周波数成分を取り出し振動
    検出信号を出力するフィルタ回路とで構成されているこ
    とを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の電気車の制
    御装置。
  3. (3)フィルタ回路はディジタルフィルタ回路であるこ
    とを特徴とする特許請求の範囲第2項記載の電気車の制
    御装置。
  4. (4)フィルタ回路はアナログフィルタ回路と検出回路
    とから構成されたことを特徴とする特許請求の範囲第2
    項記載の電気車の制御装置。
  5. (5)電動機制御装置は電動機の電流を制御することに
    より上記電動機の引張力を制御するチョッパ制御装置で
    あることを特徴とする特許請求の範囲第1項ないし第4
    項のいずれかに記載の電気車の制御装置。
  6. (6)電動機制御装置はサイリスタブリッジ回路を使用
    して電動機の電流を制御することにより上記電動機の引
    張力を制御するサイリスタ位相制御装置であることを特
    徴とする特許請求の範囲第1項ないし第4項のいずれか
    に記載の電気車の制御装置。
  7. (7)電動機制御装置は3相かご形誘動電動機の引張力
    を制御するサイリスタ又はパワートランジスタ可変電圧
    可変周波数制御装置であることを特徴とする特許請求の
    範囲第1項ないし第4項のいずれかに記載の電気車の制
    御装置。
  8. (8)振動検出装置は台車装荷主電動機の歯車装置の吊
    装置に取り付けられ、上記主電動機の振動の反力を検出
    して検出信号を出力するギャップセンサと上記検出信号
    を入力して上記振動の固有振動周波数成分を取り出し振
    動検出信号を出力するフィルタ回路とから構成されたこ
    とを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の電気車の制
    御装置。
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