| 【発明の名称】 |
電力回生ブレーキ制御装置 |
| 【発明者】 |
【氏名】石田 啓二
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| 【要約】 |
【課題】停止精度を向上した回生ブレーキを備えた電気車を提供する。
【解決手段】電力供給源１５の電圧を検知する電圧検知手段７を有し、この電圧検知手段７で検知した電力供給源１５の電圧が、設定された回生失効電圧以上になったときに電力回生ブレーキの使用を中止させる電力回生ブレーキ制御装置３，７であり、回生失効電圧を調整する失効電圧調整手段７を備えてなり、この失効電圧調整手段７は、次の停車位置に対する自車の現在位置を認識し、この認識した自車の位置情報により、自車が次の停車位置に所定の距離まで近づいたことを検知すると、次の停車位置に近づくに連れて回生失効電圧を漸次高くする。これにより、停車位置に対して近い位置にある電気車１の回生失効の発生が低減し、停止精度を向上することができる。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 電力供給源の電圧を検知し、該検知した前記電力供給源の電圧が、設定された回生失効電圧以上になったときに電力回生ブレーキを失効させる電力回生ブレーキ制御装置であり、自車の次の停車位置までの距離が他車の前記次の停車位置までの距離よりも近いとき、自車の前記回生失効電圧を他車の前記回生失効電圧よりも高く制御することを特徴とする電力回生ブレーキ制御装置。
【請求項２】 電力供給源の電圧を検知し、該検知した前記電力供給源の電圧が、設定された回生失効電圧以上になったときに電力回生ブレーキを失効させる電力回生ブレーキ制御装置であり、前記回生失効電圧を調整する失効電圧調整手段を備え、該失効電圧調整手段は、次の停車位置に対する自車の現在位置を認識し、該認識した自車の位置情報により、自車が前記次の停車位置に所定の距離まで近づいたことを検知すると、前記次の停車位置に近づくに連れて前記回生失効電圧を漸次高くしてなることを特徴とする電力回生ブレーキ制御装置。
【請求項３】 前記失効電圧調整手段は、前記次の停車位置が含まれる変電設備区間と別の変電設備区間を走行中は、前記回生失効電圧を最大にしてなることを特徴とする請求項２に記載の電力回生ブレーキ制御装置。
【請求項４】 前記失効電圧調整手段は、前記次の停車位置に対する他車の現在位置を認識し、該認識した他車の位置情報によって自車より前記次の停車位置に近い他車が存在しないことを検知した場合は、自車が前記次の停車位置が含まれる変電設備区間を走行中であっても、前記回生失効電圧を最大にしてなることを特徴とする請求項２または３に記載の電力回生ブレーキ制御装置。
【請求項５】 前記失効電圧調整手段は、前記回生失効電圧を調整するための補正値を演算してなることを特徴とする請求項２乃至４のいずれか１項に記載の電力回生ブレーキ制御装置。
【請求項６】 請求項１乃至５のいずれか１項に記載の電力回生ブレーキ制御装置を備えてなる電気車。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、電力回生ブレーキ制御装置に係り、特に、架線など車外から電力の供給を受けて走行する電気車に備えられる電力回生ブレーキ制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】車外から電力の供給を受けて走行する様々な電気車、例えば電車、モノレール、新交通システムなどでは省エネルギー化のため、減速時にモータを発電機として使用し、車両の運動エネルギーを吸収しながら発電した電力を架線などへ戻す電力回生ブレーキ、または回生ブレーキと称される制動方式を採用することにより、省エネルギー性を向上している。
【０００３】ところで、回生ブレーキを使用して減速する場合、減速中の電気車によって電力供給手段、例えば架線などへ戻された電力を使用する他の電気車が存在しないと、電力供給手段の電圧を上昇させてしまう。このため、電力供給手段の電圧が電気車に搭載された機器類、例えばモータや主回路などの定格電圧などを越える過電圧になる場合には、回生ブレーキを失効させるいわゆる回生失効を行う必要がある。したがって、回生ブレーキを失効させるための閾値として、例えば電気車に搭載された機器類の定格電圧などに基づいて回生失効電圧が設定されており、回生ブレーキの動作を制御する回生ブレーキ制御手段は、電力供給手段の電圧を検知し、電力供給手段の電圧がこの回生失効電圧以上になった場合には、回生ブレーキを失効させる。
【０００４】このように、回生ブレーキでは、性質上、全ての運動エネルギーを吸収して所望の制動力を得られなくなる場合があるため、所望の制動力と回生ブレーキによる制動力との差を他の制動方式、例えば空気ブレーキや逆転ブレーキなどの電気ブレーキなどで補う制動力の協調制御を行っている。したがって、回生失効の際には、回生ブレーキが失効した分、他の制動方式による制動力が立ち上がるが、回生ブレーキと他の制動方式との応答時間や制動力の差などにより、他の制動方式による制動力が立ち上がったときに、電気車の減速度が変化し、乗り心地が悪化する場合がある。このような回生ブレーキが失効したときに起こる減速度の変化を低減するため、特開平０５−１３０７０７号公報に記載のように、所定時間内の回生失効回数が所定回数を越えると回生ブレーキを使用しないようにした回生ブレーキ制御装置や、特開平０３−２８５５０１号公報に記載のように、回生ブレーキの強さを電流値として検出し、この電流値の値に基づいて回生失効電圧を変化させることで回生失効の検知を高速化する回生ブレーキ制御装置などが提案されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】最近では、回生ブレーキが使用可能であれば、できる限り停車間際まで回生ブレーキにより制動力を得、完全に停車させるために他の制動方式を用いる場合がある。このため、回生失効による回生ブレーキから他の制動方式への切り替えによる電気車の減速度の変化が駅などへの停車間際で発生すると、その後の運転操作では挽回できない停車位置の誤差などが発生する場合がある。すなわち、駅間を走行中に比べて駅付近では、例えば上り線や下り線両方の電気車が駅などに停車するために、同時に制動状態になることによって電力供給手段へ大きな電力が戻される。したがって、電力供給手段の電圧が回生失効電圧に達し易くなり、回生失効が発生する可能性が高くなる。特に、一方の電気車が停車間際のときに、他方の電気車が大きな減速度で駅などに進入してくることによって電力供給手段の電圧が回生失効電圧に達すると、停車間際の電気車も回生失効してしまい、停車間際の電気車の減速度が変化するために停止精度が低下し、停車位置の誤差などを生じてしまう。
【０００６】ここで、特開平０５−１３０７０７号公報や特開平０３−２８５５０１号公報などに提案されているような従来の回生ブレーキ制御装置では、電気車が駅間などを走行中に発生する減速度の変化を低減し、乗り心地などに対する影響を抑えることはできるが、電気車の走行位置による減速度の変化の影響が考慮されていない。つまり、従来の回生ブレーキ制御装置を備えた電気車では、駅などに停車間際でも、駅に進入しようとしているときでも、同じように回生失効が発生するため、停止精度が低下してしまう。
【０００７】本発明の課題は、回生ブレーキを備えた電気車の停止精度を向上することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明の回生ブレーキ制御装置は、電力供給源の電圧を検知し、この検知した電力供給源の電圧が、設定された回生失効電圧以上になったときに電力回生ブレーキを失効させる電力回生ブレーキ制御装置であり、自車の次の停車位置までの距離が他車の次の停車位置までの距離よりも近いとき、自車の回生失効電圧を他車の回生失効電圧よりも高く制御することにより上記課題を解決する。
【０００９】このようにすれば、駅などの停車位置に対して近い位置にある電気車の回生失効電圧が停車位置に対して遠い位置にある電気車の回生失効電圧よりも高くなるため、停車位置に対して近い位置にある電気車の回生失効の発生が低減することにより、停車間際での減速度の変化を低減することができる。すなわち、回生ブレーキを備えた電気車の停止精度を向上することができる。
【００１０】また、回生失効電圧を調整する失効電圧調整手段を備え、この失効電圧調整手段は、次の停車位置に対する自車の現在位置を認識し、この認識した自車の位置情報により、自車が次の停車位置に所定の距離まで近づいたことを検知すると、次の停車位置に近づくに連れて回生失効電圧を漸次高くする。
【００１１】このようにすれば、簡単な構成で、自車の次の停車位置までの距離が他車の次の停車位置までの距離よりも近いとき、自車の回生失効電圧を他車の回生失効電圧よりも高くすることができるので好ましい。
【００１２】また、回生失効電圧の調整手段は、次の停車位置が含まれる変電設備区間と別の変電設備区間を走行中は、回生失効電圧を最大にするものであれば、次の停車位置が含まれる変電設備区間以外の区間を走行中は、回生失効電圧が最大になるため、回生失効頻度が低減し、電力回生効率、すなわち省エネルギー性を向上できるので好ましい。
【００１３】さらに、失効電圧調整手段は、次の停車位置に対する他車の現在位置を認識し、この認識した他車の位置情報によって自車より次の停車位置に近い他車が存在しないことを検知した場合は、自車が次の停車位置が含まれる変電設備区間を走行中であっても、回生失効電圧を最大にする。このようにすれば、次の停車位置が含まれる変電設備区間内であっても、この変電設備区間内に自車より次の停車位置に近い他車が存在しない場合には、回生失効電圧が最大になるため、回生失効頻度が低減し、電力回生効率、すなわち省エネルギー性を向上できるので好ましい。
【００１４】また、回生失効電圧の調整手段は、回生失効電圧を調整するための補正値を演算するものである。さらに、上記のいずれかの電力回生ブレーキ制御装置を備えた電気車とする。
【００１５】
【発明の実施の形態】（第１の実施形態）本発明を適用してなる電気車の第１の実施形態について図１乃至図３を参照して説明する。図１は、本発明を適用してなる回生ブレーキ制御装置を備えた電気車の概略構成及び動作を示す図である。図２は、本発明を適用してなる回生ブレーキ制御装置の概略構成及び動作を示す図である。図３は、停車駅までの距離と、回生失効電圧の補正値及び回生失効電圧の関係を示す図である。
【００１６】本実施形態の車両１は、図１に示すように、失効電圧調整器３、速度発電器５、主回路制御器７、モータ９、主幹制御器１１、パンタグラフ１３などを備えており、電力供給手段である架線１５から供給される電力により走行する。このような車両１において、運転台に配置された主幹制御器１１は、運転士の操作に応じて、加速・減速の指令１７を主回路制御器７へ出力する。主回路制御器７は、この指令１７に応じ、加速指令の場合にはモータ９の電流を制御して必要な加速度を発生させる。減速指令の場合にはモータ９を発電機とすることで、車両１の運動エネルギーを電気エネルギーに変換して制動力を得、車両１を減速させると共に、主回路制御器７とパンタグラフ１３などを介してモータ９で発生した電力１８を架線１５へ戻す回生ブレーキ動作を行う。このとき、主回路制御器７には、モータ９や車両１に備えられた様々な電気装置類の定格電圧などから安全性を考慮した最大許容電圧に基づいて回生失効電圧が設定されている。主回路制御器７は、架線の電圧を検知するための図示していない電圧検知部を備えており、この図示していない電圧検知部が、回生ブレーキ動作によって架線１５に戻された電力によって架線１５の電圧が上昇し、架線１５の電圧が回生失効電圧に達したことを検知すると、車両１の装置類を保護するために回生ブレーキ動作を停止させ、いわゆる回生失効させる。
【００１７】速度発電器５は、車輪１９の回転速度に応じた速度パルス信号２１を回生失効電圧調整器３へ出力する。回生ブレーキ制御装置２２は、図２に示すように、回生失効電圧を調整する失効電圧調整器３と回生ブレーキ動作を制御する主回路制御器７などからなり、失効電圧調整器３は、位置認識部２３、駅位置記録部２５、そして回生失効電圧の補正値演算部２７などを有している。位置認識部２３は、入力してくる速度パルス信号２１のパルス数をカウント、つまり累積加算して自車の位置を認識する。また、駅位置記録部２５は、各駅の位置データを表１に一例を示すような情報として記録している。
【００１８】
【表１】
回生失効電圧の補正値演算部２７は、自車の位置情報２８と次駅の位置情報２９とを基に、（次駅までの距離）＝（次駅位置）−（自車位置）
の式から次駅までの距離を算出し、算出された次駅までの距離より、回生失効電圧の補正値を算出する。なお、速度発電器５、位置認識部２３、駅位置記録部２５、そして補正値演算部２７は、自車の現在位置から次の停車位置までの距離を認識する手段を構成している。
【００１９】算出された回生失効電圧の補正値は、補正値演算部２７から主回路制御器７へ補正値信号３０として出力され、主回路制御器７は、（回生失効電圧）＝（最大許容電圧）−（補正値）
の式により、回生失効を行うための回生失効電圧を設定する。
【００２０】このように、本実施形態の回生ブレーキ制御装置２２では、失効電圧調整器３は、自車の位置と次の駅の位置情報に基づいて回生失効電圧の補正値を算出して主回路制御器７に補正値信号３０を出力する。主回路制御器７は、入力された補正値信号３０に基づき回生失効電圧を補正し、検知した架線１５の電圧が補正された回生失効電圧以上になると、回生ブレーキを失効させる。失効電圧調整器３で算出する補正値は、図３に一例を示すように、車両１が次の停車駅を含む変電設備区間以外の変電設備区間を走行している場合には０となり、これにより、回生失効電圧は最大になっている。車両１が次の駅を含む変電設備区間に入ると、補正値は最大になり、回生失効電圧は最小の状態になる。さらに、車両１が次の駅の停車位置に近づき、次の駅から所定の距離に設定された減速開始位置以内、例えば２００ｍ以内になると、補正値は連続的に漸減し、次の駅の停車位置でほぼ０になる。これにしたがい、回生失効電圧は最小の状態から連続的に漸増し、次の駅の停車位置でほぼ最大になる。なお、最大補正値は、最高速度といったその車両などの性能、駅区間の距離、減速開始点から停車位置までの距離などに基づいて適宜設定される。
【００２１】これにより、本実施形態の回生ブレーキ制御装置を備えた車両１では、次の駅に停車間際の車両１の回生失効電圧は、それ以外の車両１よりも高く設定されることになり、次の駅に停車間際の車両１とそれ以外の車両１が同時に回生ブレーキをかけている場合、駅停車間際の車両１の回生ブレーキが優先され、他の車両１の回生ブレーキは失効することになる。したがって、停車間際での回生失効の発生頻度を低減し、回生ブレーキから他の制動方式、例えば空気ブレーキへの移行による減速度の変化を低減できるため、停止精度を向上することができる。さらに、停止精度が向上することにより、停車位置の誤差を低減できる。
【００２２】ところで、最近では、自動列車運転装置（ＡＴＯ）の導入や、安全性の向上のためにプラットホームドアの設置などが進められている。ところが、従来の回生ブレーキを備えた電気車などでは、自動列車運転装置（ＡＴＯ）では、回生失効による減速度の変化に対する迅速な制動力の修正動作が行えないため、停車位置に誤差を生じてしまう場合がある。また、プラットホームドアが設置されている場合には、停車位置が正確でなければ乗客などの乗降に支障を来す場合がある。これに対し、本実施形態の回生ブレーキを備えた電気車は、停止精度を向上することができるため、自動列車運転装置（ＡＴＯ）を導入している路線や、プラットホームドアを使用している路線での運行に好適である。
【００２３】また、次の停車位置までの距離から必要なブレーキステップを計算して制動力を制御する一段ブレーキ制御においては、回生失効による減速度の変化、すなわち制動力の変化により、計算されたブレーキステップの制動力から誤差を生じてしまうことになり、やはり停車位置に誤差が生じてしまう。このような一段ブレーキを用いる電気車においても、本発明を適用することにより、停車位置の誤差を低減することができる。
【００２４】また、本実施形態では、次の停車駅が含まれる変電設備区間以外の変電設備区間を走行中は、補正値を０に設定しているが、このときの補正値は、最大値に設定することもできる。ただし、本実施形態のように、次の停車駅を含む変電設備区間以外の変電設備区間を走行中の補正値を０に設定すれば、回生失効電圧が最大になるため、回生失効頻度が低減し、電力回生効率、すなわち省エネルギー性を向上できるので好ましい。
【００２５】（第２の実施形態）本発明を適用してなる電気車の第２の実施形態について図４を参照して説明する。図４は、本発明を適用してなる電気車の概略構成及び動作を示す図である。なお、本実施形態では、第１の実施形態と同一のものには同じ符号を付して説明を省略し、第１の実施形態と相違する構成及び特徴部などについて説明する。本実施形態の車両３１が第１の実施形態の車両１と相違する点は、図４に示すように送受信機３３を備えていることである。送受信機３３は、失効電圧調整器３で検知した自車の次駅までの距離信号３５を送信し、他車の次駅までの距離信号３７を受信して失効電圧調整器３へ出力する。駅位置記録手段２５は、表２のように、各駅の位置データと併せて各駅が含まれる変電設備区間の開始位置データを記録している。
【００２６】
【表２】
補正値演算部２３は、位置認識部２３からの自車の位置情報２８、送受信機３３からの他車の位置情報３７、そして次駅及び次駅が含まれる変電設備区間の位置情報２９に基づいて、回生失効電圧の補正値を（１）自車位置が次の停車駅と次の停車駅を含む変電設備区間の開始点との間でなければ、第１の実施形態と同様に、（回生失効電圧の補正値）＝０とする。
【００２７】（２）自車よりも次の停車駅に近い列車がいなければ、（回生失効電圧の補正値）＝０とする。
【００２８】（３）上記（１）（２）に該当しなければ、図３に示すように、第１の実施形態と同様の動作を行う。すなわち、車両１が次の停車駅の停車位置に近づき、次の駅から所定の距離に設定された減速開始位置以内になると、補正値は連続的に漸減し、次の停車駅の停車位置でほぼ０になる。これにしたがい、回生失効電圧は最小の状態から連続的に漸増し、次の停車駅の停車位置でほぼ最大になる。
【００２９】このように、本実施形態の回生ブレーキ制御装置２２を備えた車両３１では、次の停車駅が含まれる変電設備区間以外の変電設備区間や、次の停車駅が含まれる変電設備区間内で自車以外に駅停車間際の他車が存在しない場合には、回生失効電圧が最大となるため、回生失効の発生頻度を低減することができ、第１の実施形態よりもさらに電力回生効率、すなわち省エネルギー性を向上できる。
【００３０】また、第１及び第２の実施形態では、回生ブレーキ制御装置２２は、車両１、３１が減速開始位置以内になると、補正値が連続的に漸減し、これに連れ、回生失効電圧は最小の状態から連続的に漸増するようにしたが、本実施形態の回生ブレーキ制御装置２２のような構成に限らず、自車の方が停車位置に近い場合、自車の回生失効電圧を他車の回生失効電圧よりも高く制御するような様々な構成の回生ブレーキ制御装置を用いることができる。例えば、第２の実施形態に備えた送受信器３３などで、自車の位置データ及び回生失効電圧と、他車の位置データ及び回生失効電圧とを互いに送受信し、回生ブレーキ制御装置が、他車の位置データ及び回生失効電圧と自車の位置データ及び回生失効電圧とを比較し、自車の方が停車位置に近い場合、自車の回生失効電圧を他車の回生失効電圧よりも高く制御するようにしてもよい。ただし、第１及び第２の実施形態で示した回生ブレーキ制御装置２２であれば、簡単な構成で自車の方が停車位置に近い場合、自車の回生失効電圧を他車の回生失効電圧よりも高く制御し、停止精度を向上できるので好ましい。
【００３１】また、第１及び第２の実施形態では、回生ブレーキ動作制御部が主回路制御器７に含まれる構成としたが、回生ブレーキの動作制御部を、主回路制御器７と別体に形成することもできる。さらに、回生ブレーキの動作制御部と失効電圧調整器３を一体に形成することもできる。
【００３２】さらに、第１及び第２の実施形態では、車両１、３１のような架線１５からパンタグラフ１３を介して電力を得る電車や列車などの電気車を示したが、本発明はこれに限らず、車両の外部から電力の供給を受ける様々な回生ブレーキを備えた電気車、例えば架線式以外の集電方式の地下鉄、モノレール、新交通システムなどに適用できる。
【００３３】また、本発明は、第１及び第２の実施形態の車両１、３１のような構成の電気車に限らず、様々な構成の電気車に適用することができる。例えば、主幹制御器１１やその他のスイッチ類などからの運転操作などの指令に対する主回路制御器７などの制御や、故障や異常などのモニタリングなどを総合的に行う車両情報制御装置などを備えた電気車などにも本発明を適用することができる。この場合、失効電圧調整器３は、車両情報制御装置などと一体的に形成することもできる。
【００３４】
【発明の効果】本発明によれば、回生ブレーキを備えた電気車の停止精度を向上することができる。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００００５１０８
【氏名又は名称】株式会社日立製作所
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| 【出願日】 |
平成１２年１月１７日（２０００．１．１７） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００９８０１７
【弁理士】
【氏名又は名称】吉岡 宏嗣
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| 【公開番号】 |
特開２００１−２０４１０２（Ｐ２００１−２０４１０２Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１３年７月２７日（２００１．７．２７） |
| 【出願番号】 |
特願２０００−７６６６（Ｐ２０００−７６６６） |
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