電気車の制御装置

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【発明の名称】	電気車の制御装置
【発明者】	【氏名】岩堀道雄
【要約】	【課題】電気車の空転または滑走の再発を抑制し、加減速性能と乗り心地とを改善する制御装置を提供する。【解決手段】制御装置４０を回転速度演算器３１，空転／滑走検知器３２ａ，乗算器３４，指令値補正器３５，乗算器３７，指令値補正器３８，指令値制御器４１，指令値制御器４２で構成し、指令値制御器４１，４２では空転または滑走が発生した後に再粘着制御を行い、再粘着後の電動機１２，１３または電動機２１，２２へのトルク指令値Ｔ₁^若しくはＴ₂^を予め求めた関数値に基づく値に低下させて、電気車を数秒程度運転することにより、空転または滑走の再発を抑制する。

【特許請求の範囲】
【請求項１】電動機又は該電動機の軸に連結された車軸の回転速度を検出若しくは推定する手段を有するｎ（ｎ＝複数）台の電動機を１台の電力変換装置に接続して駆動し、ｋ（ｋ＝１、２、３、・・・）台の前記電力変換装置を１つの制御単位として制御する電気車の制御装置において、指令される前記ｋ個のトルク指令値又は電流指令値それぞれを被乗数とし、前記ｋ組の指令値制御器からのそれぞれの係数を乗数とする前記ｋ組の乗算器と、該ｋ組の乗算器それぞれの積と、前記ｋ組の指令値制御器からのそれぞれの補正パターンとに基づいた補正指令値を前記ｎ台の電動機へのトルク指令値又は電流指令値として前記電力変換装置それぞれに指令するｋ組の指令値補正器と、前記電気車が運転中に前記ｎ×ｋ台の電動機又はその車軸それぞれの回転速度を監視し、力行又はブレーキ指令に基づいて前記回転速度から導出される基準速度と、前記回転速度との差それぞれのうち、いずれかの差が所定の値を超え、且つ超えた状態が所定の時間継続したとき、又は、前記回転速度の時間当たりの変化値のうち、いずれかの変化値が所定の値を超え、且つ超えた状態が所定の時間継続したときには空転若しくは滑走状態と判定し、前記それぞれの判定結果を対応する前記ｎ×ｋ台の電動機毎に出力し、そのときの前記基準速度を出力する空転／滑走検知器と、該空転／滑走検知器からの前記判定結果と基準速度と、この判定結果に対応する前記ｎ台の電動機又はその車軸それぞれの回転速度と、該電動機が対応する前記乗算器の積と、前記力行又はブレーキ指令とが入力され、前記ｎ台の電動機又はその車軸それぞれの回転速度毎に前記力行又はブレーキ指令に基づいて最高若しくは最低速度を選択し、この選択した速度と前記基準速度との差の時間変化率を求めつつ、前記ｎ台の電動機のうち少なくともいずれか１台が空転又は滑走状態と判定されたときには、前記時間変化率の前記状態での最大値を保持し、且つ前記ｎ台の電動機へのトルク指令値若しくは電流指令値を低下させる前記減速パターンを出力して当該車輪を再粘着させ、再粘着後の所定の時間、前記保持した最大値と前記乗算器の積とから導出される関数値に基づく前記係数を出力する前記ｋ組の指令値制御器と、を備えたことを特徴とする電気車の制御装置。
【請求項２】電動機又は該電動機の軸に連結された車軸の回転速度を検出若しくは推定する手段を有するｎ（ｎ＝複数）台の電動機を１台の電力変換装置に接続して駆動し、ｋ（ｋ＝１、２、３、・・・）台の前記電力変換装置を１つの制御単位として制御する電気車の制御装置において、指令される前記ｋ個のトルク指令値又は電流指令値それぞれを被乗数とし、前記ｋ組の指令値制御器からのそれぞれの係数を乗数とする前記ｋ組の乗算器と、該ｋ組の乗算器それぞれの積と、前記ｋ組の指令値制御器からのそれぞれの補正パターンとに基づいた補正指令値を前記ｎ台の電動機へのトルク指令値又は電流指令値として前記電力変換装置それぞれに指令するｋ組の指令値補正器と、前記電気車が運転中に前記ｎ×ｋ台の電動機又はその車軸それぞれの回転速度を監視し、力行又はブレーキ指令に基づいて前記回転速度から導出される基準速度と、前記回転速度との差それぞれのうち、いずれかの差が所定の値を超え、且つ超えた状態が所定の時間継続したとき、又は、前記回転速度の時間当たりの変化値のうち、いずれかの変化値が所定の値を超え、且つ超えた状態が所定の時間継続したときには空転若しくは滑走状態と判定し、前記それぞれの判定結果を対応する前記ｎ×ｋ台の電動機毎に出力し、そのときの前記基準速度を出力する空転／滑走検知器と、該空転／滑走検知器からの前記判定結果と基準速度と、この判定結果に対応する前記ｎ台の電動機又はその車軸それぞれの回転速度と、前記力行又はブレーキ指令とが入力され、前記ｎ台の電動機又はその車軸それぞれの回転速度毎に前記力行又はブレーキ指令に基づいて最高若しくは最低速度を選択し、この選択した速度と前記基準速度との差の時間変化率を求めつつ、前記ｎ台の電動機のうち少なくともいずれか１台が空転又は滑走状態と判定されたときには、前記時間変化率の前記状態での最大値を保持し、且つ前記ｎ台の電動機へのトルク指令値若しくは電流指令値を低下させる前記減速パターンを出力して当該車輪を再粘着させ、再粘着後の所定の時間、前記保持した最大値から導出される関数値に基づく前記係数を出力する前記ｋ組の指令値制御器と、を備えたことを特徴とする電気車の制御装置。
【請求項３】電動機又は該電動機の軸に連結された車軸の回転速度を検出若しくは推定する手段を有するｎ（ｎ＝複数）台の電動機を１台の電力変換装置に接続して駆動し、ｋ（ｋ＝１、２、３、・・・）台の前記電力変換装置を１つの制御単位として制御する電気車の制御装置において、指令される前記ｋ個のトルク指令値又は電流指令値それぞれから、前記ｋ組の指令値制御器からのそれぞれの補正値を減算する前記ｋ組の減算器と、該ｋ組の減算器それぞれの出力と、前記ｋ組の指令値制御器からのそれぞれの補正パターンとに基づいた補正指令値を前記ｎ台の電動機へのトルク指令値又は電流指令値として前記電力変換装置それぞれに指令するｋ組の指令値補正器と、前記電気車が運転中に前記ｎ×ｋ台の電動機又はその車軸それぞれの回転速度を監視し、力行又はブレーキ指令に基づいて前記回転速度から導出される基準速度と、前記回転速度との差それぞれのうち、いずれかの差が所定の値を超え、且つ超えた状態が所定の時間継続したとき、又は、前記回転速度の時間当たりの変化値のうち、いずれかの変化値が所定の値を超え、且つ超えた状態が所定の時間継続したときには空転若しくは滑走状態と判定し、前記それぞれの判定結果を対応する前記ｎ×ｋ台の電動機毎に出力し、そのときの前記基準速度を出力する空転／滑走検知器と、該空転／滑走検知器からの前記判定結果と基準速度と、この判定結果に対応する前記ｎ台の電動機又はその車軸それぞれの回転速度とが入力され、前記ｎ台の電動機又はその車軸それぞれの回転速度毎に前記力行又はブレーキ指令に基づいて最高若しくは最低速度を選択し、この選択した速度と前記基準速度との差の時間変化率を求めつつ、前記ｎ台の電動機のうち少なくともいずれか１台が空転又は滑走状態と判定されたときには、前記時間変化率の前記状態での最大値を保持し、且つ前記ｎ台の電動機へのトルク指令値若しくは電流指令値を低下させる前記減速パターンを出力して当該車輪を再粘着させ、再粘着後の所定の時間、前記保持した最大値から導出される関数値に基づく前記補正値を出力する前記ｋ組の指令値制御器と、を備えたことを特徴とする電気車の制御装置。
【請求項４】電動機又は該電動機の軸に連結された車軸の回転速度を検出若しくは推定する手段を有するｎ（ｎ＝複数）台の電動機を１台の電力変換装置に接続して駆動し、ｋ（ｋ＝１、２、３、・・・）台の前記電力変換装置を１つの制御単位として制御する電気車の制御装置において、指令される前記ｋ個のトルク指令値又は電流指令値それぞれを被乗数とし、前記ｋ組の指令値制御器からのそれぞれの係数を乗数とする前記ｋ組の乗算器と、該ｋ組の乗算器それぞれの積と、前記ｋ組の指令値制御器からのそれぞれの補正パターンとに基づいた補正指令値を前記ｎ台の電動機へのトルク指令値又は電流指令値として前記電力変換装置それぞれに指令するｋ組の指令値補正器と、前記電気車が運転中に前記ｎ×ｋ台の電動機又はその車軸それぞれの回転速度を監視し、力行又はブレーキ指令に基づいて前記回転速度から導出される基準速度と、前記回転速度との差それぞれのうち、いずれかの差が所定の値を超え、且つ超えた状態が所定の時間継続したとき、又は、前記回転速度の時間当たりの変化値のうち、いずれかの変化値が所定の値を超え、且つ超えた状態が所定の時間継続したときには空転若しくは滑走状態と判定し、前記それぞれの判定結果を対応する前記ｎ×ｋ台の電動機毎に出力する空転／滑走検知器と、該空転／滑走検知器からの前記判定結果と、この判定結果に対応する前記ｎ台の電動機又はその車軸それぞれの回転速度と、該電動機が対応する前記乗算器の積と、前記力行又はブレーキ指令とが入力され、前記ｎ台の電動機又はその車軸それぞれの回転速度毎に前記力行又はブレーキ指令に基づいて最高若しくは最低速度を選択し、この選択した速度の時間変化率を求めつつ、前記ｎ台の電動機のうち少なくともいずれか１台が空転又は滑走状態と判定されたときには、前記時間変化率の前記状態での最大値を保持し、且つ前記ｎ台の電動機へのトルク指令値若しくは電流指令値を低下させる前記減速パターンを出力して当該車輪を再粘着させ、再粘着後の所定の時間、前記保持した最大値と前記乗算器の積とから導出される関数値に基づく前記係数を出力する前記ｋ組の指令値制御器と、を備えたことを特徴とする電気車の制御装置。
【請求項５】電動機又は該電動機の軸に連結された車軸の回転速度を検出若しくは推定する手段を有するｎ（ｎ＝複数）台の電動機を１台の電力変換装置に接続して駆動し、ｋ（ｋ＝１、２、３、・・・）台の前記電力変換装置を１つの制御単位として制御する電気車の制御装置において、指令される前記ｋ個のトルク指令値又は電流指令値それぞれを被乗数とし、前記ｋ組の指令値制御器からのそれぞれの係数を乗数とする前記ｋ組の乗算器と、該ｋ組の乗算器それぞれの積と、前記ｋ組の指令値制御器からのそれぞれの補正パターンとに基づいた補正指令値を前記ｎ台の電動機へのトルク指令値又は電流指令値として前記電力変換装置それぞれに指令するｋ組の指令値補正器と、前記電気車が運転中に前記ｎ×ｋ台の電動機又はその車軸それぞれの回転速度を監視し、力行又はブレーキ指令に基づいて前記回転速度から導出される基準速度と、前記回転速度との差それぞれのうち、いずれかの差が所定の値を超え、且つ超えた状態が所定の時間継続したとき、又は、前記回転速度の時間当たりの変化値のうち、いずれかの変化値が所定の値を超え、且つ超えた状態が所定の時間継続したときには空転若しくは滑走状態と判定し、前記それぞれの判定結果を対応する前記ｎ×ｋ台の電動機毎に出力し、そのときの前記基準速度を出力する空転／滑走検知器と、該空転／滑走検知器からの前記判定結果と基準速度と、この判定結果に対応する前記ｎ台の電動機又はその車軸それぞれの回転速度と、該電動機が対応する前記乗算器の積と、前記力行又はブレーキ指令とが入力され、前記ｎ台の電動機又はその車軸それぞれの回転速度毎に前記力行又はブレーキ指令に基づいて最高若しくは最低速度を選択し、この選択した速度と前記基準速度との差の時間変化率を求めつつ、前記ｎ台の電動機のうち少なくともいずれか１台が空転又は滑走状態と判定されたときには、前記時間変化率の前記状態での最大値を保持し、且つ前記ｎ台の電動機へのトルク指令値若しくは電流指令値を低下させる前記減速パターンを出力して当該車輪を再粘着させ、再粘着後の所定の時間、前記保持した最大値と前記乗算器の積とから導出される関数値に基づく前記係数を出力し、且つ前記再粘着後の所定の時間を可変できる前記ｋ組の指令値制御器と、を備えたことを特徴とする電気車の制御装置。
【請求項６】電動機又は該電動機の軸に連結された車軸の回転速度を検出若しくは推定する手段を有するｎ（ｎ＝複数）台の電動機を１台の電力変換装置に接続して駆動し、ｋ（ｋ＝１、２、３、・・・）台の前記電力変換装置を１つの制御単位として制御する電気車の制御装置において、指令される前記ｋ個のトルク指令値又は電流指令値それぞれを被乗数とし、前記ｋ組の指令値制御器からのそれぞれの係数を乗数とする前記ｋ組の乗算器と、該ｋ組の乗算器それぞれの積のうち、その最小値を選択して出力する最小値選択器と、該最小値選択器の出力と、前記ｋ組の指令値制御器からのそれぞれの補正パターンとに基づいた補正指令値を前記ｎ台の電動機へのトルク指令値又は電流指令値として前記電力変換装置それぞれに指令するｋ組の指令値補正器と、前記電気車が運転中に前記ｎ×ｋ台の電動機又はその車軸それぞれの回転速度を監視し、力行又はブレーキ指令に基づいて前記回転速度から導出される基準速度と、前記回転速度との差それぞれのうち、いずれかの差が所定の値を超え、且つ超えた状態が所定の時間継続したとき、又は、前記回転速度の時間当たりの変化値のうち、いずれかの変化値が所定の値を超え、且つ超えた状態が所定の時間継続したときには空転若しくは滑走状態と判定し、前記それぞれの判定結果を対応する前記ｎ×ｋ台の電動機毎に出力し、そのときの前記基準速度を出力する空転／滑走検知器と、該空転／滑走検知器からの前記判定結果と基準速度と、この判定結果に対応する前記ｎ台の電動機又はその車軸それぞれの回転速度と、該電動機が対応する前記乗算器の積と、前記力行又はブレーキ指令とが入力され、前記ｎ台の電動機又はその車軸それぞれの回転速度毎に前記力行又はブレーキ指令に基づいて最高若しくは最低速度を選択し、この選択した速度と前記基準速度との差の時間変化率を求めつつ、前記ｎ台の電動機のうち少なくともいずれか１台が空転又は滑走状態と判定されたときには、前記時間変化率の前記状態での最大値を保持し、且つ前記ｎ台の電動機へのトルク指令値若しくは電流指令値を低下させる前記減速パターンを出力して当該車輪を再粘着させ、再粘着後の所定の時間、前記保持した最大値と前記最小値選択器の出力値とから導出される関数値に基づく前記係数を出力する前記ｋ組の指令値制御器と、を備えたことを特徴とする電気車の制御装置。

【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、電動機又は該電動機の軸に連結された車軸の回転速度を検出若しくは推定する手段を有するｎ（ｎ＝複数）台の電動機を１台の電力変換装置に接続して駆動し、ｋ（ｋ＝１、２、３、・・・）台の前記電力変換装置を１つの制御単位として、電気車を駆動および駆動している電気車の車輪の空転又は滑走を制御する電気車の制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】図１３はこの種の電気車の制御装置の従来例を示す回路構成図であり、この図では、１台の電力変換装置に２台（すなわち、前記ｎ＝２）の電動機が接続され、さらに２台（すなわち、前記ｋ＝２）の前記電力変換装置を１台の制御装置で制御する構成例を示している。
【０００３】すなわち図１３においては、電力変換装置１１で電動機１２と電動機１３とを駆動し、電力変換装置２１で電動機２２と電動機２３とを駆動し、このとき、制御装置３０に外部より指令されるトルク指令値Ｔ₁^**とトルク指令値Ｔ₂^**とが制御装置３０の内部で後述のトルク指令値Ｔ₁^*とトルク指令値Ｔ₂^*とに変換され、電力変換装置１１では電動機１２，１３にトルク指令値Ｔ₁^*に基づく所望の電力を供給し、また、電力変換装置２１では電動機２２，２３にトルク指令値Ｔ₂^*に基づく所望の電力を供給する。
【０００４】この制御装置３０には、電動機１２に連結されたパルスジェネレータ（以下、パルスジェネレータを単にＰＧと称する）１４，電動機１３に連結されたＰＧ１５，電動機２２に連結されたＰＧ２４，電動機２３に連結されたＰＧ２５それぞれからのパルス列を、電動機１２，１３，２２，２５それぞれの回転速度Ｎ₁，Ｎ₂，Ｎ₃，Ｎ₄に変換して出力する回転速度演算器３１と、電気車が力行指令により力行運転中に、前記Ｎ₁，Ｎ₂，Ｎ₃，Ｎ₄のうち最低の回転速度を検知して、これを基準速度Ｎ_REF(A)とし、前記Ｎ₁，Ｎ₂，Ｎ₃，Ｎ₄と前記基準速度Ｎ_REF(A)との差それぞれのうち、いずれかの差が所定の値を超え、且つ超えた状態が所定の時間継続したとき、又は、前記Ｎ₁，Ｎ₂，Ｎ₃，Ｎ₄それぞれの時間当たりの変化値（ｄＮ_i／ｄｔ、ｉ＝１，２，３，４）のうち、いずれかの変化値が所定の値を超え、且つ超えた状態が所定の時間継続したときには当該する車輪が空転状態と判定し、前記電気車がブレーキ指令によりブレーキ運転中に、前記Ｎ₁，Ｎ₂，Ｎ₃，Ｎ₄のうち最高の回転速度を検知して、これを基準速度Ｎ_REF(B)とし、該基準速度Ｎ_REF(B)と前記Ｎ₁，Ｎ₂，Ｎ₃，Ｎ₄との差それぞれのうち、いずれかの差が所定の値を超え、且つ超えた状態が所定の時間継続したとき、又は、前記Ｎ₁，Ｎ₂，Ｎ₃，Ｎ₄それぞれの時間当たりの変化値（－ｄＮ_i／ｄｔ、ｉ＝１，２，３，４）のうち、いずれかの変化値が所定の値を超え、且つ超えた状態が所定の時間継続したときには当該する車輪が滑走状態と判定し、前記それぞれの判定結果を対応する電動機１２，１３，２２，２３毎に空転／滑走検知信号１～４として出力する空転／滑走検知器３２と、空転／滑走検知信号１，２が入力され、後述の係数１と補正パターン１とを出力する指令値制御器３３と、前記トルク指令値Ｔ₁^**に前記係数１を乗算する乗算器３４と、乗算器３４の乗算値と前記補正パターン１とにより、空転／滑走検知時に車輪を再粘着させるために前記トルク指令値Ｔ₁^**から補正（低減）したトルク指令値Ｔ₁^*を生成する指令値補正器３５と、空転／滑走検知信号３，４が入力され、後述の係数２と補正パターン２とを出力する指令値制御器３６と、前記トルク指令値Ｔ₂^**に前記係数２を乗算する乗算器３７と、乗算器３７の乗算値と前記補正パターン２とにより、空転／滑走検知時に車輪を再粘着させるために前記トルク指令値Ｔ₂^**から補正（低減）したトルク指令値Ｔ₂^*を生成する指令値補正器３８とを備えている。
【０００５】なお、指令値制御器３３，乗算器３４，指令値補正器３５それぞれと、指令値制御器３６，乗算器３７，指令値補正器３８それぞれとは同一回路構成である。図１４は図１３に示した指令値制御器３３の詳細回路構成図で、３３ａはオア素子、３３ｂは再粘着制御器、３３ｃは係数演算器、３３ｄはタイマを示す。
【０００６】この指令値制御器３３の動作を以下に説明する。先ず、電気車が正常運転中はオア素子３３ａの出力は論理「Ｌ」レベル、タイマ３３ｄはタイムアップの状態、再粘着制御器３３ｂの出力である補正パターン１は「１００％」の状態、係数演算器３３ｃの出力である係数１は「１．０」の状態にあり、従って、トルク指令値Ｔ₁^*＝Ｔ₁^**の関係にある。
【０００７】この状態で、電気車が運転中に何らかの要因で上述の空転／滑走検知器３２から空転／滑走検知信号１又は２のいずれか若しくは双方が発せられると、オア素子３３ａが論理「Ｌ」レベルから論理「Ｈ」レベルに変化し、この論理「Ｈ」レベルにより再粘着制御器３３ｂが動作を開始し、再粘着制御器３３ｂの出力である補正パターン１は前記「１００％」から、例えば「５０～７０％」に低下させた値となり、この低下した補正パターン１により指令値補正器３５を介したトルク指令値Ｔ₁^*は正常運転時（Ｔ₁^*＝Ｔ₁^**）より（０．５～０．７）×Ｔ₁^**に低下し、空転または滑走した車輪を再粘着させようとする。
【０００８】上述の動作により、空転または滑走した車輪が再粘着すると、オア素子３３ａが論理「Ｈ」レベルから論理「Ｌ」レベルに変化し、この論理「Ｌ」レベルにより再粘着制御器３３ｂの出力である補正パターン１は「１００％」に戻る。この論理変化により、タイマ３３ｄがセットされて動作を開始し、この動作開始により係数演算器３３ｃの出力である係数１が「１．０」から、例えば「０．８」となり、その結果、トルク指令値Ｔ₁^*は０．８×Ｔ₁^**となり、この状態で電気車が運転され、タイマ３３ｄが数秒動作した後、タイムアップして、係数演算器３３ｃの出力である係数１が前記「０．８」から徐々に「１．０」に向かって回復し、その後、電気車が前述の正常運転状態（Ｔ₁^*＝Ｔ₁^**）に移行する。なお、図１３，図１４の回路例では電動機のトルク指令値による場合を示したが、電動機の電流指令値による場合にも、同様回路構成で具現できる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】上述の従来の制御装置３０の如く空転や滑走を検知したときに、再粘着制御器３３ｂや係数演算器３３ｃによりトルク指令値Ｔ₁^*をトルク指令値Ｔ₁^**に対して一定割合で低下させると、トルク指令値Ｔ₁^*を低下させ過ぎて、電気車の加減速性能の低下を招く恐れがあり、また、車輪とレール間の粘着状態に相当したトルク指令値Ｔ₁^*に低下させないと、空転または滑走が頻発し、電気車の乗り心地が悪化する恐れがあった。
【００１０】また、車輪とレール間の粘着状態の悪化には、単に落ち葉を踏んだ場合のように局所的な悪化と、雨天時のように連続的な悪化とがあり、局所的な悪化に対しては、そこを通過すれば粘着状態が回復するので、電気車の加減速性能の低下を抑制するためにも、トルク指令値Ｔ₁^*の低下期間をできるだけ短くし、また、連続的な悪化に対しては、電気車の乗り心地の悪化を防止するためにトルク指令値Ｔ₁^*の低下期間をできるだけ長くする必要があった。しかしながら、従来の制御装置３０ではトルク指令値Ｔ₁^*の低下期間はタイマ３３ｄによる一定時間としていた。この発明の目的は、上記問題点を解決する電気車の制御装置を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】電動機又は該電動機の軸に連結された車軸の回転速度を検出若しくは推定する手段を有するｎ（ｎ＝複数）台の電動機を１台の電力変換装置に接続して駆動し、ｋ（ｋ＝１、２、３、・・・）台の前記電力変換装置を１つの制御単位として制御する電気車の制御装置において、第１の発明は、指令される前記ｋ個のトルク指令値又は電流指令値それぞれを被乗数とし、前記ｋ組の指令値制御器からのそれぞれの係数を乗数とする前記ｋ組の乗算器と、該ｋ組の乗算器それぞれの積と、前記ｋ組の指令値制御器からのそれぞれの補正パターンとに基づいた補正指令値を前記ｎ台の電動機へのトルク指令値又は電流指令値として前記電力変換装置それぞれに指令するｋ組の指令値補正器と、前記電気車が運転中に前記ｎ×ｋ台の電動機又はその車軸それぞれの回転速度を監視し、力行又はブレーキ指令に基づいて前記回転速度から導出される基準速度と、前記回転速度との差それぞれのうち、いずれかの差が所定の値を超え、且つ超えた状態が所定の時間継続したとき、又は、前記回転速度の時間当たりの変化値のうち、いずれかの変化値が所定の値を超え、且つ超えた状態が所定の時間継続したときには空転若しくは滑走状態と判定し、前記それぞれの判定結果を対応する前記ｎ×ｋ台の電動機毎に出力し、そのときの前記基準速度を出力する空転／滑走検知器と、該空転／滑走検知器からの前記判定結果と基準速度と、この判定結果に対応する前記ｎ台の電動機又はその車軸それぞれの回転速度と、該電動機が対応する前記乗算器の積と、前記力行又はブレーキ指令とが入力され、前記ｎ台の電動機又はその車軸それぞれの回転速度毎に前記力行又はブレーキ指令に基づいて最高若しくは最低速度を選択し、この選択した速度と前記基準速度との差の時間変化率を求めつつ、前記ｎ台の電動機のうち少なくともいずれか１台が空転又は滑走状態と判定されたときには、前記時間変化率の前記状態での最大値を保持し、且つ前記ｎ台の電動機へのトルク指令値若しくは電流指令値を低下させる前記減速パターンを出力して当該車輪を再粘着させ、再粘着後の所定の時間、前記保持した最大値と前記乗算器の積とから導出される関数値に基づく前記係数を出力する前記ｋ組の指令値制御器と、を備えたことを特徴とする。
【００１２】第２の発明は前記電気車の制御装置において、指令される前記ｋ個のトルク指令値又は電流指令値それぞれを被乗数とし、前記ｋ組の指令値制御器からのそれぞれの係数を乗数とする前記ｋ組の乗算器と、該ｋ組の乗算器それぞれの積と、前記ｋ組の指令値制御器からのそれぞれの補正パターンとに基づいた補正指令値を前記ｎ台の電動機へのトルク指令値又は電流指令値として前記電力変換装置それぞれに指令するｋ組の指令値補正器と、前記電気車が運転中に前記ｎ×ｋ台の電動機又はその車軸それぞれの回転速度を監視し、力行又はブレーキ指令に基づいて前記回転速度から導出される基準速度と、前記回転速度との差それぞれのうち、いずれかの差が所定の値を超え、且つ超えた状態が所定の時間継続したとき、又は、前記回転速度の時間当たりの変化値のうち、いずれかの変化値が所定の値を超え、且つ超えた状態が所定の時間継続したときには空転若しくは滑走状態と判定し、前記それぞれの判定結果を対応する前記ｎ×ｋ台の電動機毎に出力し、そのときの前記基準速度を出力する空転／滑走検知器と、該空転／滑走検知器からの前記判定結果と基準速度と、この判定結果に対応する前記ｎ台の電動機又はその車軸それぞれの回転速度と、前記力行又はブレーキ指令とが入力され、前記ｎ台の電動機又はその車軸それぞれの回転速度毎に前記力行又はブレーキ指令に基づいて最高若しくは最低速度を選択し、この選択した速度と前記基準速度との差の時間変化率を求めつつ、前記ｎ台の電動機のうち少なくともいずれか１台が空転又は滑走状態と判定されたときには、前記時間変化率の前記状態での最大値を保持し、且つ前記ｎ台の電動機へのトルク指令値若しくは電流指令値を低下させる前記減速パターンを出力して当該車輪を再粘着させ、再粘着後の所定の時間、前記保持した最大値から導出される関数値に基づく前記係数を出力する前記ｋ組の指令値制御器と、を備えたことを特徴とする。
【００１３】第３の発明は前記電気車の制御装置において、指令される前記ｋ個のトルク指令値又は電流指令値それぞれから、前記ｋ組の指令値制御器からのそれぞれの補正値を減算する前記ｋ組の減算器と、該ｋ組の減算器それぞれの出力と、前記ｋ組の指令値制御器からのそれぞれの補正パターンとに基づいた補正指令値を前記ｎ台の電動機へのトルク指令値又は電流指令値として前記電力変換装置それぞれに指令するｋ組の指令値補正器と、前記電気車が運転中に前記ｎ×ｋ台の電動機又はその車軸それぞれの回転速度を監視し、力行又はブレーキ指令に基づいて前記回転速度から導出される基準速度と、前記回転速度との差それぞれのうち、いずれかの差が所定の値を超え、且つ超えた状態が所定の時間継続したとき、又は、前記回転速度の時間当たりの変化値のうち、いずれかの変化値が所定の値を超え、且つ超えた状態が所定の時間継続したときには空転若しくは滑走状態と判定し、前記それぞれの判定結果を対応する前記ｎ×ｋ台の電動機毎に出力し、そのときの前記基準速度を出力する空転／滑走検知器と、該空転／滑走検知器からの前記判定結果と基準速度と、この判定結果に対応する前記ｎ台の電動機又はその車軸それぞれの回転速度とが入力され、前記ｎ台の電動機又はその車軸それぞれの回転速度毎に前記力行又はブレーキ指令に基づいて最高若しくは最低速度を選択し、この選択した速度と前記基準速度との差の時間変化率を求めつつ、前記ｎ台の電動機のうち少なくともいずれか１台が空転又は滑走状態と判定されたときには、前記時間変化率の前記状態での最大値を保持し、且つ前記ｎ台の電動機へのトルク指令値若しくは電流指令値を低下させる前記減速パターンを出力して当該車輪を再粘着させ、再粘着後の所定の時間、前記保持した最大値から導出される関数値に基づく前記補正値を出力する前記ｋ組の指令値制御器と、を備えたことを特徴とする。
【００１４】第４の発明は前記電気車の制御装置において、指令される前記ｋ個のトルク指令値又は電流指令値それぞれを被乗数とし、前記ｋ組の指令値制御器からのそれぞれの係数を乗数とする前記ｋ組の乗算器と、該ｋ組の乗算器それぞれの積と、前記ｋ組の指令値制御器からのそれぞれの補正パターンとに基づいた補正指令値を前記ｎ台の電動機へのトルク指令値又は電流指令値として前記電力変換装置それぞれに指令するｋ組の指令値補正器と、前記電気車が運転中に前記ｎ×ｋ台の電動機又はその車軸それぞれの回転速度を監視し、力行又はブレーキ指令に基づいて前記回転速度から導出される基準速度と、前記回転速度との差それぞれのうち、いずれかの差が所定の値を超え、且つ超えた状態が所定の時間継続したとき、又は、前記回転速度の時間当たりの変化値のうち、いずれかの変化値が所定の値を超え、且つ超えた状態が所定の時間継続したときには空転若しくは滑走状態と判定し、前記それぞれの判定結果を対応する前記ｎ×ｋ台の電動機毎に出力する空転／滑走検知器と、該空転／滑走検知器からの前記判定結果と、この判定結果に対応する前記ｎ台の電動機又はその車軸それぞれの回転速度と、該電動機が対応する前記乗算器の積と、前記力行又はブレーキ指令とが入力され、前記ｎ台の電動機又はその車軸それぞれの回転速度毎に前記力行又はブレーキ指令に基づいて最高若しくは最低速度を選択し、この選択した速度の時間変化率を求めつつ、前記ｎ台の電動機のうち少なくともいずれか１台が空転又は滑走状態と判定されたときには、前記時間変化率の前記状態での最大値を保持し、且つ前記ｎ台の電動機へのトルク指令値若しくは電流指令値を低下させる前記減速パターンを出力して当該車輪を再粘着させ、再粘着後の所定の時間、前記保持した最大値と前記乗算器の積とから導出される関数値に基づく前記係数を出力する前記ｋ組の指令値制御器と、を備えたことを特徴とする。
【００１５】第５の発明は前記電気車の制御装置において、指令される前記ｋ個のトルク指令値又は電流指令値それぞれを被乗数とし、前記ｋ組の指令値制御器からのそれぞれの係数を乗数とする前記ｋ組の乗算器と、該ｋ組の乗算器それぞれの積と、前記ｋ組の指令値制御器からのそれぞれの補正パターンとに基づいた補正指令値を前記ｎ台の電動機へのトルク指令値又は電流指令値として前記電力変換装置それぞれに指令するｋ組の指令値補正器と、前記電気車が運転中に前記ｎ×ｋ台の電動機又はその車軸それぞれの回転速度を監視し、力行又はブレーキ指令に基づいて前記回転速度から導出される基準速度と、前記回転速度との差それぞれのうち、いずれかの差が所定の値を超え、且つ超えた状態が所定の時間継続したとき、又は、前記回転速度の時間当たりの変化値のうち、いずれかの変化値が所定の値を超え、且つ超えた状態が所定の時間継続したときには空転若しくは滑走状態と判定し、前記それぞれの判定結果を対応する前記ｎ×ｋ台の電動機毎に出力し、そのときの前記基準速度を出力する空転／滑走検知器と、該空転／滑走検知器からの前記判定結果と基準速度と、この判定結果に対応する前記ｎ台の電動機又はその車軸それぞれの回転速度と、該電動機が対応する前記乗算器の積と、前記力行又はブレーキ指令とが入力され、前記ｎ台の電動機又はその車軸それぞれの回転速度毎に前記力行又はブレーキ指令に基づいて最高若しくは最低速度を選択し、この選択した速度と前記基準速度との差の時間変化率を求めつつ、前記ｎ台の電動機のうち少なくともいずれか１台が空転又は滑走状態と判定されたときには、前記時間変化率の前記状態での最大値を保持し、且つ前記ｎ台の電動機へのトルク指令値若しくは電流指令値を低下させる前記減速パターンを出力して当該車輪を再粘着させ、再粘着後の所定の時間、前記保持した最大値と前記乗算器の積とから導出される関数値に基づく前記係数を出力し、且つ前記再粘着後の所定の時間を可変できる前記ｋ組の指令値制御器と、を備えたことを特徴とする。
【００１６】第６の発明は前記電気車の制御装置において、指令される前記ｋ個のトルク指令値又は電流指令値それぞれを被乗数とし、前記ｋ組の指令値制御器からのそれぞれの係数を乗数とする前記ｋ組の乗算器と、該ｋ組の乗算器それぞれの積のうち、その最小値を選択して出力する最小値選択器と、該最小値選択器の出力と、前記ｋ組の指令値制御器からのそれぞれの補正パターンとに基づいた補正指令値を前記ｎ台の電動機へのトルク指令値又は電流指令値として前記電力変換装置それぞれに指令するｋ組の指令値補正器と、前記電気車が運転中に前記ｎ×ｋ台の電動機又はその車軸それぞれの回転速度を監視し、力行又はブレーキ指令に基づいて前記回転速度から導出される基準速度と、前記回転速度との差それぞれのうち、いずれかの差が所定の値を超え、且つ超えた状態が所定の時間継続したとき、又は、前記回転速度の時間当たりの変化値のうち、いずれかの変化値が所定の値を超え、且つ超えた状態が所定の時間継続したときには空転若しくは滑走状態と判定し、前記それぞれの判定結果を対応する前記ｎ×ｋ台の電動機毎に出力し、そのときの前記基準速度を出力する空転／滑走検知器と、該空転／滑走検知器からの前記判定結果と基準速度と、この判定結果に対応する前記ｎ台の電動機又はその車軸それぞれの回転速度と、該電動機が対応する前記乗算器の積と、前記力行又はブレーキ指令とが入力され、前記ｎ台の電動機又はその車軸それぞれの回転速度毎に前記力行又はブレーキ指令に基づいて最高若しくは最低速度を選択し、この選択した速度と前記基準速度との差の時間変化率を求めつつ、前記ｎ台の電動機のうち少なくともいずれか１台が空転又は滑走状態と判定されたときには、前記時間変化率の前記状態での最大値を保持し、且つ前記ｎ台の電動機へのトルク指令値若しくは電流指令値を低下させる前記減速パターンを出力して当該車輪を再粘着させ、再粘着後の所定の時間、前記保持した最大値と前記最小値選択器の出力値とから導出される関数値に基づく前記係数を出力する前記ｋ組の指令値制御器と、を備えたことを特徴とする。
【００１７】この発明は下記に記載する数式に着目してなされたものである。なお、ここでは便宜上、空転の場合についてのみ説明するが、滑走の場合も同様である。
■．空転発生後の粘着トルクの推定空転は、電動機より発生する力Ｆが車輪からレールに伝達される力Ｆ_Sより大きくなったときに発生する現象で、車輪，ギヤー及び電動機の慣性モーメント合計値（車輪軸換算値）をＩ_Wとすると、下記式（１）の運動方程式が成立する。
【００１８】
【数１】
Ｉ_W・ｄ（ω_W）／ｄｔ＝Ｔ－Ｆ_S・ｒ …（１）
但し、ω_W：空転軸の相対角速度（＝空転軸の角速度－粘着軸の角速度）
Ｔ：電動機発生トルク（車輪軸換算；Ｔ＝Ｆ・ｒ）
ｒ：車輪半径上記式（１）で示した運動方程式は、重力によって車輪にかかる軸重Ｗ_Zなどから下記式（２）に変形できる。
【００１９】
【数２】
Ｉ_W・ｄ（ω_W）／ｄｔ＝Ｒ_g・Ｔ_m－μ_S・ｇ・Ｗ_Z・ｒ …（２）
但し、Ｔ_m：電動機発生トルク（電動機軸換算値）
Ｒ_g：ギヤー比（Ｔ＝Ｒ_g・Ｔ_m）
μ_S：接線力係数（Ｆ_S＝μ_S・ｇ・Ｗ_Z）
ｇ：重力加速度空転発生前には上記式（２）において、ｄ（ω_W）／ｄｔ＝０が成立しているので、このときの電動機発生トルク（電動機軸換算）をＴ_m0、利用している接線力係数をμ_S0とすると、下記式（３）が成立する。
【００２０】
【数３】
Ｒ_g・Ｔ_m0＝μ_S0・ｇ・Ｗ_Z・ｒ …（３）
上記式（３）において、車輪とレール間の粘着条件が悪化し、接線力係数μ_Sがμ_S0から〔μ_S0－Δμ_S〕へΔμ_Sだけ低下すると、下記式（４）の関係になる。
【００２１】
【数４】
Ｒ_g・Ｔ_m0＞（μ_S0－Δμ_S）・ｇ・Ｗ_Z・ｒ …（４）
従って、前記式（２）において、ｄ（ω_W）／ｄｔ＞０となり、車輪が粘着軸より大きな角速度で回転し、空転が発生する。ここで、空転した後に再空転させない最大の電動機発生トルク（電動機軸換算）、いわゆる粘着トルクをＴ_m’とし、接線力係数が再粘着制御後も〔μ_S0－Δμ_S〕に低下したままだとすると、下記式（５）が成立する。
【００２２】
【数５】
Ｒ_g・Ｔ_m’＝（μ_S0－Δμ_S）・ｇ・Ｗ_Z・ｒ …（５）
上記式（５）は、前記式（３）を用いて、下記式（６）に変形できる。
【００２３】
【数６】
Ｔ_m’＝〔（μ_S0－Δμ_S）／μ_S0〕・Ｔ_m0 ＝〔１－（Δμ_S／μ_S0）〕・Ｔ_m0 …（６）
上記式（６）より、〔Δμ_S／μ_S0〕が判れば、再粘着制御後のトルクを空転発生前のトルクの〔１－（Δμ_S／μ_S0）〕倍にすることにより、再空転させない最大のトルクで運転できることが判る。
【００２４】さらに、空転が発生してから再粘着させるためにトルクを低下させる制御を開始するまでで、電動機発生トルク（電動機軸換算）がＴ_m0のままの場合には、前記式（２）より下記式（７）が成立する。
【００２５】
【数７】
Ｉ_W・ｄ（ω_W）／ｄｔ＝Ｒ_g・Ｔ_m0 －（μ_S0－Δμ_S）・ｇ・Ｗ_Z・ｒ …（７）
上記式（７）は、前記式（３）により下記式（８）に変形できる。
【００２６】
【数８】
Ｉ_W・ｄ（ω_W）／ｄｔ＝Δμ_S・ｇ・Ｗ_Z・ｒ＝（Δμ_S／μ_S0）・Ｒ_g・Ｔ_m0 …（８）
上記式（８）は、さらに下記式（９）に変形できる。
【００２７】
【数９】
Δμ_S／μ_S0＝〔Ｉ_W／（Ｒ_g・Ｔ_m0）〕・ｄ（ω_W）／ｄｔ …（９）
すなわち上記式（９）に基づいて、空転開始から再粘着制御を開始するまでの〔ｄ（ω_W）／ｄｔ〕などによって、〔Δμ_S／μ_S0〕を演算できれば、これを前記式（６）に代入して、Ｔ_m’を求めることができる。
【００２８】但し、実際には、何時空転を開始したのかを判定することが困難であるため、何時の時点の〔ｄ（ω_W）／ｄｔ〕を用いるべきかは、その空転の状況によって異なってくる。そこで、空転開始前は、ｄ（ω_W）／ｄｔ＝０であることと、空転が発生して検知した後、再粘着させるにトルクを低下させる制御を行うと、前記式（８）のＴ_m0を小さくすることに相当するため、〔ｄ（ω_W）／ｄｔ〕は、徐々に小さくなっていくことに着目する。従って、空転を検知した後、ｄ（ω_W）／ｄｔが０になるまでの〔ｄ（ω_W）／ｄｔ〕の最大値を常に求めるようにすれば、この最大値は空転が開始してから再粘着制御を開始するまでの〔ｄ（ω_W）／ｄｔ〕と等価な値となる。すなわち、前記最大値によって、〔Δμ_S／μ_S0〕の値を推定することにより、粘着トルクを求めることが可能である。なお、前記式（９）を式（６）に代入すると、下記式（１０）となる。
【００２９】
【数１０】
Ｔ_m’＝Ｔ_m0－（Ｉ_W／Ｒ_g）・ｄ（ω_W）／ｄｔ …（１０）
すなわち、Ｔ_m0から低下させるトルク指令の量（Ｉ_W／Ｒ_g）・ｄ（ω_W）／ｄｔは、Ｔ_m0とは無関係な値とすることができる。
■．複数台電動機駆動時の制御について電気車では、１台の電力変換装置で複数台の電動機を駆動することが多い。この場合、空転が発生したときに、各軸毎に上述の粘着トルクを推定する方法に従って、再空転しない最大トルクを演算し、そのトルク指令中の最小値を選択することによって、１台の電力変換装置が駆動している全ての軸を空転させない最大トルクを指令することが可能である。
【００３０】しかしながら、上記方法では各軸毎に演算を行う必要があり、回路構成が複雑となる。そこで、１台の電力変換装置で駆動している軸のうち、力行時に最も大きく空転しているのは、その速度が最高になっている軸であり、ブレーキ時に最も大きく滑走しているのは、その速度が最低になっている軸であることに着目して、その軸について粘着トルクを推定する。この推定値を電力変換装置へのトルク指令値または電流指令値とすることにより、簡素な回路構成による制御が可能となる。
【００３１】
【発明の実施の形態】図１はこの発明の第１の実施例を示す電気車の制御装置の回路構成図であり、図１３に示した従来例回路と同一機能を有するものには同一符号を付して、ここではその説明を省略する。
【００３２】すなわち、図１に示した制御装置４０には回転速度演算器３１，空転／滑走検知器３２ａ，乗算器３４，指令値補正器３５，乗算器３７，指令値補正器３８の他に、指令値制御器４１，４２を備えている。なお、空転／滑走検知器３２ａは従来の空転／滑走検知器３２に対して、力行時には前記Ｎ_REF(A)をＮ_REFとして、ブレーキ時には前記Ｎ_REF(B)をＮ_REFとしてそれぞれ出力する機能が付加されている。また、指令値制御器４１と指令値制御器４２とは同一回路構成である。
【００３３】図２は図１に示した指令値制御器４１の詳細回路構成図であり、図１４に示した従来例回路と同一機能を有するものには同一符号を付している。すなわち指令値制御器４１にはオア素子３３ａ，再粘着制御器３３ｂの他に、最高／最低速度選択器４１ａと、時間変化率演算回路４１ｂと、最大値ホールド回路４１ｃと、関数発生器４１ｄと、係数演算器４１ｅと、タイマ４１ｆとを備えている。
【００３４】この指令値制御器４１の動作を以下に説明する。先ず、電気車が正常運転中はオア素子３３ａの出力は論理「Ｌ」レベル、タイマ４１ｆはタイムアップの状態、再粘着制御器３３ｂの出力である補正パターン１は「１００％」の状態、係数演算器４１ｅの出力である係数１は「１．０」の状態にあり、従って、トルク指令値Ｔ₁^*＝Ｔ₁^**の関係にある。
【００３５】この状態で、電気車が力行指令により力行運転中には回転速度演算器３１から得られる電動機１２，１３それぞれの回転速度Ｎ₁，Ｎ₂のうち最高の回転速度を最高／最低速度選択器４１ａで選択し、これをＮ_SLIPとして出力し、また、電気車がブレーキ指令によりブレーキ運転中には前記回転速度Ｎ₁，Ｎ₂のうち最低の回転速度を最高／最低速度選択器４１ａで選択し、これをＮ_SLIPとして出力し、このとき、何らかの要因で先述の空転／滑走検知器３２ａから空転／滑走検知信号１又は２のいずれか若しくは双方が発せられると、オア素子３３ａが論理「Ｌ」レベルから論理「Ｈ」レベルに変化し、この論理「Ｈ」レベルにより再粘着制御器３３ｂが動作を開始し、再粘着制御器３３ｂの出力である補正パターン１は前記「１００％」から、例えば「５０～７０％」に低下させた値となり、この低下した補正パターン１により指令値補正器３５を介したトルク指令値Ｔ₁^*は正常運転時（Ｔ₁^*＝Ｔ₁^**）より（０．５～０．７）×Ｔ₁^**に低下し、空転または滑走した車輪を再粘着させようとする。
【００３６】この再粘着制御中を含め、時間変化率演算回路４１ｂでは空転／滑走検知器３２ａからの前記Ｎ_REFと最高／最低速度選択器４１ａから出力された前記Ｎ_SLIPとの差の時間変化率〔ｄ（Ｎ_SLIP－Ｎ_REF）／ｄｔ：空転時、またはｄ（Ｎ_REF－Ｎ_SLIP）／ｄｔ：滑走時〕を求め、最大値ホールド回路４１ｃでは時間変化率演算回路４１ｂにより得られた前記時間変化率の最大値を選択して保持する。
【００３７】上述の動作により、空転または滑走した車輪が再粘着すると、オア素子３３ａが論理「Ｈ」レベルから論理「Ｌ」レベルに変化し、この論理「Ｌ」レベルにより再粘着制御器３３ｂの出力である補正パターン１は「１００％」に戻る。この論理変化によりタイマ４１ｆは動作を開始し、この動作の開始により係数演算器４１ｅの出力である係数１が、関数発生器４１ｄで生成された後述の関数値に対応した値となり、この状態で電気車が運転され、タイマ４１ｆが数秒動作した後、タイムアップして、係数演算器４１ｅの出力である係数１が前記関数値に対応した値から徐々に「１．０」に向かって回復し、その後、電気車が前述の正常運転状態（Ｔ₁^*＝Ｔ₁^**）に移行する。
【００３８】なお、関数発生器４１ｄでは最大値ホールド回路４１ｃに保持された時間変化率の最大値と乗算器３４の出力であるＴ₁^**とから、トルク指令値と前記接線力係数の低下割合（Δμ_S／μ_SO）の相当値との相関を実測などにより予め関数として定めておき、前記式（６）に示したＴ_m’に基づく割合だけ係数演算器４１ｅの出力である係数１を低下させる。
【００３９】すなわち、指令値制御器４１により、電力変換装置１１が駆動している電動機１２，１３のうち、最も空転または滑走している電動機に応じて、再粘着制御後のトルク指令値Ｔ₁^*を決定するため、その電動機の車輪が再空転または再滑走を起こさない最大トルク付近で運転が可能となり、再空転または再滑走の発生頻度を低下させることができ、その結果、電気車の加減速性能の低下を抑制でき、乗り心地悪化を防止することができる。
【００４０】図３はこの発明の第２の実施例を示す電気車の制御装置の回路構成図であり、図１に示した実施例回路と同一機能を有するものには同一符号を付している。図３に示した制御装置５０には回転速度演算器３１，空転／滑走検知器３２ａ，乗算器３４，指令値補正器３５，乗算器３７，指令値補正器３８の他に、指令値制御器５１，５２を備えている。なお、指令値制御器５１と指令値制御器５２とは同一回路構成である。
【００４１】図４は図３に示した指令値制御器５１の詳細回路構成図であり、図２に示した実施例回路と同一機能を有するものには同一符号を付して、ここではその説明を省略する。
【００４２】すなわち指令値制御器５１にはオア素子３３ａ，再粘着制御器３３ｂ，最高／最低速度選択器４１ａ，時間変化率演算回路４１ｂ，最大値ホールド回路４１ｃ，係数演算器４１ｅ，タイマ４１ｆの他に、関数発生器４１ａに代わる関数発生器５１ａを備えている。
【００４３】この指令値制御器５１は、電気車においては指令されるトルク指令値Ｔ₁^**の変動幅がそれほど大きくないことに着目してなされた回路構成であり、関数発生器５１ａでは最大値ホールド回路４１ｃに保持された時間変化率の最大値と前記トルク指令値Ｔ₁^**を一定値とした値とから、トルク指令値と前記接線力係数の低下割合（Δμ_S／μ_SO）の相当値との相関を実測などにより予め関数として定めておき、前記式（６）に示したＴ_m’に基づく割合だけ係数演算器４１ｅの出力である係数１を低下させ、指令値制御器５１での演算を簡単にしつつ、再空転または再滑走の発生頻度を低下させることができ、その結果、電気車の加減速性能の低下を抑制でき、乗り心地悪化を防止することができる。
【００４４】図５はこの発明の第３の実施例を示す電気車の制御装置の回路構成図であり、図１に示した実施例回路と同一機能を有するものには同一符号を付している。図５に示した制御装置６０には回転速度演算器３１，空転／滑走検知器３２ａ，指令値補正器３５，指令値補正器３８の他に、指令値制御器６１，６３と、減算器６２，６４とを備えている。なお、指令値制御器６１と指令値制御器６３とは同一回路構成である。
【００４５】図６は図５に示した指令値制御器６１の詳細回路構成図であり、図２，図４に示した実施例回路と同一機能を有するものには同一符号を付して、ここではその説明を省略する。すなわち指令値制御器６１にはオア素子３３ａ，再粘着制御器３３ｂ，最高／最低速度選択器４１ａ，時間変化率演算回路４１ｂ，最大値ホールド回路４１ｃ，タイマ４１ｆ，関数発生器５１ａの他に、補正値演算器６１ａを備えている。
【００４６】この指令値制御器６１の動作を以下に説明する。先ず、電気車が正常運転中はオア素子３３ａの出力は論理「Ｌ」レベル、タイマ４１ｆはタイムアップの状態、再粘着制御器３３ｂの出力である補正パターン１は「１００％」の状態、補正値演算器６１ａの出力である補正値１は「０」の状態にあり、従って、トルク指令値Ｔ₁^*＝Ｔ₁^**の関係にある。
【００４７】この状態で、電気車が力行指令により力行運転中には回転速度演算器３１から得られる電動機１２，１３それぞれの回転速度Ｎ₁，Ｎ₂のうち最高の回転速度を最高／最低速度選択器４１ａで選択し、これをＮ_SLIPとして出力し、また、電気車がブレーキ指令によりブレーキ運転中には前記回転速度Ｎ₁，Ｎ₂のうち最低の回転速度を最高／最低速度選択器４１ａで選択し、これをＮ_SLIPとして出力し、このとき、何らかの要因で先述の空転／滑走検知器３２ａから空転／滑走検知信号１又は２のいずれか若しくは双方が発せられると、オア素子３３ａが論理「Ｌ」レベルから論理「Ｈ」レベルに変化し、この論理「Ｈ」レベルにより再粘着制御器３３ｂが動作を開始し、再粘着制御器３３ｂの出力である補正パターン１は前記「１００％」から、例えば「５０～７０％」に低下させた値となり、この低下した補正パターン１により指令値補正器３５を介したトルク指令値Ｔ₁^*は正常運転時（Ｔ₁^*＝Ｔ₁^**）より（０．５～０．７）×Ｔ₁^**に低下し、空転または滑走した車輪を再粘着させようとする。
【００４８】この再粘着制御中を含め、時間変化率演算回路４１ｂでは空転／滑走検知器３２ａからの前記Ｎ_REFと最高／最低速度選択器４１ａから出力された前記Ｎ_SLIPとの差の時間変化率〔ｄ（Ｎ_SLIP－Ｎ_REF）／ｄｔ：空転時、またはｄ（Ｎ_REF－Ｎ_SLIP）／ｄｔ：滑走時〕を求め、最大値ホールド回路４１ｃでは時間変化率演算回路４１ｂにより得られた前記時間変化率の最大値を選択して保持する。
【００４９】上述の動作により、空転または滑走した車輪が再粘着すると、オア素子３３ａが論理「Ｈ」レベルから論理「Ｌ」レベルに変化し、この論理「Ｌ」レベルにより再粘着制御器３３ｂの出力である補正パターン１は「１００％」に戻る。この論理変化によりタイマ４１ｆは動作を開始し、この動作の開始により補正値演算器６１ａの出力である補正値１が、関数発生器５１ａで生成され、前記式（１０）で求まる関数値に対応した値となり、この状態で電気車が運転され、タイマ４１ｆが数秒動作した後、タイムアップして、補正値演算器６１ａの出力である補正値１が前記関数値に対応した値から徐々に「０」に向かって減少し、その後、電気車が前述の正常運転状態（Ｔ₁^*＝Ｔ₁^**）に移行する。
【００５０】すなわち、指令値制御器６１により、電力変換装置１１が駆動している電動機１２，１３のうち、最も空転または滑走している電動機に応じて、再粘着制御後のトルク指令値Ｔ₁^*を決定するため、その電動機の車輪が再空転または再滑走を起こさない最大トルク付近で運転が可能となり、再空転または再滑走の発生頻度を低下させることができ、その結果、電気車の加減速性能の低下を抑制でき、乗り心地悪化を防止することができる。
【００５１】図７はこの発明の第４の実施例を示す電気車の制御装置の回路構成図であり、図１に示した実施例回路と同一機能を有するものには同一符号を付している。図７に示した制御装置７０には回転速度演算器３１，空転／滑走検知器３２，乗算器３４，指令値補正器３５，乗算器３７，指令値補正器３８の他に、指令値制御器７１，７２を備えている。なお、指令値制御器７１と指令値制御器７２とは同一回路構成である。
【００５２】図８は図７に示した指令値制御器７１の詳細回路構成図であり、図２に示した実施例回路と同一機能を有するものには同一符号を付して、ここではその説明を省略する。
【００５３】すなわち指令値制御器７１にはオア素子３３ａ，再粘着制御器３３ｂ，最高／最低速度選択器４１ａ，最大値ホールド回路４１ｃ，関数発生器４１ｄ，係数演算器４１ｅ，タイマ４１ｆの他に、時間変化率演算回路４１ｂに代わる時間率演算回路７１ａを備えている。
【００５４】この時間率演算回路７１ａでは、前述の再粘着制御中を含め、最高／最低速度選択器４１ａから出力された前記Ｎ_SLIPの時間変化率〔ｄ（Ｎ_SLIP）／ｄｔ：空転時、またはｄ（－Ｎ_SLIP）／ｄｔ：滑走時〕を求めるようにし、その結果、関数発生器４１ｄの出力である補正パターン１の値をより低下させ、先述の再粘着後のトルク指令値Ｔ₁^*をより低下させて、電動機１２，１３共に空転または滑走したときにも、再空転または再滑走の発生頻度を低下させることができる。
【００５５】図９はこの発明の第５の実施例を示す電気車の制御装置の回路構成図であり、図１に示した実施例回路と同一機能を有するものには同一符号を付している。図９に示した制御装置８０には回転速度演算器３１，空転／滑走検知器３２ａ，乗算器３４，指令値補正器３５，乗算器３７，指令値補正器３８の他に、指令値制御器８１，８２を備えている。なお、指令値制御器８１と指令値制御器８２とは同一回路構成である。
【００５６】図１０は図９に示した指令値制御器８１の詳細回路構成図であり、図２に示した実施例回路と同一機能を有するものには同一符号を付して、ここではその説明を省略する。すなわち指令値制御器８１にはオア素子３３ａ，再粘着制御器３３ｂ，最高／最低速度選択器４１ａ，時間変化率演算回路４１ｂ，最大値ホールド回路４１ｃ，関数発生器４１ｄ，係数演算器４１ｅの他に、タイマ８１ａと、カウンタ８１ｂと、設定時間テーブル８１ｃとを備えている。
【００５７】この指令値制御器８１の動作を以下に説明する。先ず、電気車が正常運転中に何らかの要因で先述の空転／滑走検知器３２ａから空転／滑走検知信号１又は２のいずれか若しくは双方が発せられ、ルク指令値Ｔ₁^*は正常運転時（Ｔ₁^*＝Ｔ₁^**）より（０．５～０．７）×Ｔ₁^**に低下し、空転または滑走した車輪を再粘着させるまでは、先述の図２に示した実施例回路と同様である。
【００５８】次に、空転または滑走した車輪が再粘着すると、オア素子３３ａが論理「Ｈ」レベルから論理「Ｌ」レベルに変化し、この論理「Ｌ」レベルにより再粘着制御器３３ｂの出力である補正パターン１は「１００％」に戻る。この論理変化によりタイマ８１ａは後述の設定時間テーブル８１ｃによりタイマ時間で動作を開始し、この動作の開始により係数演算器４１ｅの出力である係数１が、関数発生器４１ｄで生成された後述の関数値に対応した値となり、この状態で電気車が運転され、タイマ８１ａが前記タイマ時間動作した後、タイムアップして、係数演算器４１ｅの出力である係数１が前記関数値に対応した値から徐々に「１．０」に向かって回復し、その後、電気車が前述の正常運転状態（Ｔ₁^*＝Ｔ₁^**）に移行する。
【００５９】カウンタ８１ｂでは力行またはブレーキ指令が新たに発せられる毎に、カウンタ値をリセットし、電気車が力行またはブレーキ指令により運転を継続しているときには、タイマ８１ａがタイムアップする毎にカウンタ値を増加させ、このカウンタ値が増加すると、この値に対応して、設定時間テーブル８１ｃのタイマ８１ａへのタイマ時間をより長くすることによって、落ち葉などによる空転または滑走時は、早く正常運転状態に戻すことができる。
【００６０】図１１はこの発明の第６の実施例を示す電気車の制御装置の回路構成図であり、図１に示した実施例回路と同一機能を有するものには同一符号を付している。図１１に示した制御装置９０には回転速度演算器３１，空転／滑走検知器３２ａ，指令値補正器３５，指令値補正器３８の他に、指令値制御器９１，９２と、最小値選択器９３とを備えている。なお、指令値制御器９１と指令値制御器９２とは同一回路構成である。
【００６１】図１２は図１１に示した指令値制御器９１の詳細回路構成図であり、図２に示した実施例回路と同一機能を有するものには同一符号を付して、ここではその説明を省略する。すなわち指令値制御器９１にはオア素子３３ａ，再粘着制御器３３ｂ，最高／最低速度選択器４１ａ，時間変化率演算回路４１ｂ，最大値ホールド回路４１ｃ，関数発生器４１ｄ，タイマ４１ｆの他に、係数演算器４１ｅに代わる係数演算器９１ａを備えている。
【００６２】この指令値制御器９１は、電気車がブレーキ指令により運転中には、車輪への空気ブレーキが併用されることが多いことに着目してなされた回路構成である。すなわち、空気ブレーキを併用したブレーキ指令中の滑走時に電力変換装置１１，２１側で個別にトルク指令値Ｔ₁^*，Ｔ₂^*を低下させると、該トルク指令値の大きな車輪に過大なブレーキ力がかかって、計画した最大の接線力係数を超えた動作になってしまい、その車輪だけが滑走を繰り返すことになる。そこで、制御装置９０へのトルク指令値の最小値を最小値選択器９３により選択し、この選択されたトルク指令値に基づいて、電力変換装置１１，２１へのトルク指令値Ｔ₁^*，Ｔ₂^*を等しい値にして、電動機１２，１３，２２，２３間の協調を図るようにしている。なお、上述の実施例回路において、関数発生器４１ｄ，５１ａにおける関数値は、電気車が力行時とブレーキ時とはそれぞれ別個の値にしてもよい。
【００６３】
【発明の効果】この発明によれば、車輪の空転または滑走が連続発生して、再粘着制御を繰り返すことが回避され、その結果、電気車の乗り心地の悪化や加減速性能の低下を最小限に抑えることができ、従って、雨天時の空転または滑走の頻発による電気車の運行遅れを少なくできる。

【出願人】	【識別番号】０００００５２３４【氏名又は名称】富士電機株式会社
【出願日】	平成１１年４月２日（１９９９．４．２）
【代理人】	【識別番号】１０００８８３３９【弁理士】【氏名又は名称】篠部正治
【公開番号】	特開２０００－２９５７０５（Ｐ２０００－２９５７０５Ａ）
【公開日】	平成１２年１０月２０日（２０００．１０．２０）
【出願番号】	特願平１１－９６１５５