| 【発明の名称】 |
鉄道車両用ブレーキ制御装置 |
| 【発明者】 |
【氏名】秋山 弘之
【住所又は居所】茨城県ひたちなか市市毛１０７０番地 株式会社日立製作所交通システム事業部内
【氏名】石田 啓二
【住所又は居所】茨城県ひたちなか市市毛１０７０番地 株式会社日立製作所交通システム事業部内
【氏名】北林 英朗
【住所又は居所】東京都千代田区神田駿河台四丁目６番地 株式会社日立製作所内
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| 【要約】 |
【課題】コストを抑えながら、駆動軸と付随軸とが混在する台車におけるブレーキ制御方式を実現する。
【解決手段】２軸のうちの１軸は、１台の電動機４が当該軸を駆動する駆動軸２Ｍであって、他の１軸は電動機を有しない付随軸２Ｔである鉄道車両用の２軸台車のブレーキ制御装置において、電動機４によって駆動される駆動軸２Ｍにはオンオフ制御のみが可能な機械式ブレーキ装置３Ｔを設け、他の付随軸２Ｔには連続的または段階的に強弱を調整可能な機械式ブレーキ装置３Ｍを設けた。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 電動機により駆動される駆動軸と電動機を有さない付随軸を有する鉄道車両用ブレーキ制御装置において、駆動軸に、電動機による電気ブレーキ装置と、オンオフ制御のみが可能な機械式ブレーキ装置を設けたことを特徴とする鉄道車両用ブレーキ装置。
【請求項２】 ２軸のうちの１軸は１台の電動機が当該軸を駆動する駆動軸であって、他の１軸は電動機を有しない付随軸である鉄道車両用の２軸台車において、電動機によって駆動される駆動軸には電動機による電気ブレーキ装置およびオンオフ制御のみが可能な機械式ブレーキ装置を設け、他の付随軸には連続的または段階的に強弱を調整可能な機械式ブレーキ装置を設けたことを特徴とする鉄道車両用ブレーキ制御装置。
【請求項３】 請求項１または請求項２に記載の鉄道車両用ブレーキ装置において、電動機による電気ブレーキ装置は、回生制動ブレーキ力を得ることが可能であり、そのブレーキ力は速度ゼロ、すなわち完全停止に至るまで有効である、いわゆる全電気ブレーキ方式の制御を有することを特徴とする鉄道車両用ブレーキ制御装置。
【請求項４】 請求項１または請求項２に記載の鉄道車両用ブレーキ装置において、運転士または自動運転装置によって与えられるブレーキ力指令を車両の各台車毎に配分し、各台車においては、そのブレーキ力指令が電動機により出力可能なブレーキ力の範囲内であれば、全て電動機で負担するように、電動機を制御する装置に当該指令が与えられ、電動機が実際に出力するブレーキ力を入力し、ブレーキ指令との差分を付随軸の機械ブレーキで補うよう、機械ブレーキのブレーキ力調整装置に、差分のブレーキ指令を与える演算手段を備えたことを特徴とする鉄道車両用ブレーキ制御装置。
【請求項５】 請求項４に記載の鉄道車両用ブレーキ制御装置において、万一電動機によるブレーキ力が不足し、付随軸の機械ブレーキを許容限度最大まで指令しても、台車全体としてのブレーキ力が不足する場合に、駆動軸の機械ブレーキをオンすると共に駆動軸の機械ブレーキと台車全体として必要なブレーキ力指令の差分を改めて付随軸の機械ブレーキのブレーキ力調整装置に指令する手段を備えたことを特徴とする鉄道車両用ブレーキ制御装置。
【請求項６】 ２台車のうちの１台車は回生制動制御可能な電動機が装荷され当該台車軸を駆動する駆動台車であって、他の１台車は電動機を有しない付随台車である鉄道車両のブレーキ制御装置において、電動機によって駆動される駆動台車には電動機による電気ブレーキ装置およびオンオフ制御のみが可能な機械式ブレーキ装置を設け、他の付随台車には連続的または段階的に強弱を調整可能な機械式ブレーキ装置を設けたことを特徴とする鉄道車両用ブレーキ制御装置。
【請求項７】 請求項６に記載の鉄道車両用ブレーキ制御装置において、電動機による電気ブレーキ装置は、回生制動ブレーキ力を得ることが可能であり、そのブレーキ力は速度ゼロ、すなわち完全停止に至るまで有効である、いわゆる全電気ブレーキ方式の制御を有することを特徴とする鉄道車両用ブレーキ制御装置。
【請求項８】 請求項６に記載の鉄道車両用ブレーキ制御装置において、運転士または自動運転装置によってあたえられるブレーキ力指令を列車の各車両毎に配分し、各車両においては、そのブレーキ力指令が電動機により出力可能なブレーキ力の範囲内であれば、全て駆動台車で負担するように、電動機を制御する装置に当該指令が与えられ、電動機が実際に出力するブレーキ力を入力し、ブレーキ指令との差分を付随台車の機械ブレーキで補うよう、機械ブレーキのブレーキ力調整装置に、差分のブレーキ指令を与える演算手段を備えたことを特徴とする鉄道車両用ブレーキ制御装置。
【請求項９】 請求項６に記載の鉄道車両用ブレーキ制御装置において、万一電動機によるブレーキ力が不足し、付随台車の機械ブレーキを許容限度最大まで指令しても、車両全体としてのブレーキ力が不足する場合に、駆動台車の機械ブレーキをオンすると共に駆動台車の機械ブレーキと車両全体として必要なブレーキ力指令の差分を改めて付随台車の機械ブレーキのブレーキ力調整装置に指令する手段を備えたことを特徴とする鉄道車両用ブレーキ制御装置。
【請求項１０】 電動機が装荷された駆動台車を有する駆動車両と、電動機を有しない付随台車を有する付随車両を連結した鉄道車両のブレーキ制御装置において、駆動台車には電動機による電気ブレーキ装置およびオンオフ制御のみが可能な機械式ブレーキ装置を設け、付随台車には連続的または段階的に強弱を調整可能な機械式ブレーキ装置を設けたことを特徴とする鉄道車両用ブレーキ制御装置。
【請求項１１】 請求項１０に記載の鉄道車両用ブレーキ制御装置において、電動機による電気ブレーキ装置は、回生制動ブレーキ力を得ることが可能であり、そのブレーキ力は速度ゼロすなわち完全停止に至るまで有効である、いわゆる全電気ブレーキ方式の制御を有することを特徴とする鉄道車両用ブレーキ制御装置。
【請求項１２】 請求項１０に記載の鉄道車両用ブレーキ制御装置において、運転士または自動運転装置によってあたえられるブレーキ力指令を列車の各車両毎に配分し、駆動車両に、駆動台車の電動機の駆動力および電気ブレーキ力を制御する電動機制御装置を設け、ブレーキ力指令が電動機により出力可能なブレーキ力の範囲内であるかを判断し、範囲内であればブレーキ力を全て駆動台車で負担するように電動機制御装置に当該指令を与え、電動機が実際に出力するブレーキ力とブレーキ力指令との差分を演算して、差分のブレーキ指令を付随車両の付随台車の機械ブレーキのブレーキ力調整装置に与える演算手段を備えたことを特徴とする鉄道車両用ブレーキ制御装置。
【請求項１３】 請求項１０に記載の鉄道車両用ブレーキ制御装置において、電動機によるブレーキ力が不足し、付随台車の機械ブレーキを許容限度最大まで指令しても全体としてのブレーキ力が不足する場合に、駆動台車の機械ブレーキをオンすると共に駆動台車の機械ブレーキと全体として必要なブレーキ力指令の差分を改めて付随台車の機械ブレーキのブレーキ力調整装置に指令する手段を備えたことを特徴とする鉄道車両用ブレーキ制御装置。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明が属する技術分野】本発明は、電気鉄道のブレーキ制御に係り、特に、駆動軸と付随軸、または駆動台車と付随台車の両方を有する鉄道車両のブレーキ制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来の鉄道車両用台車は、通常、同１台車内の２軸には２軸とも電動機が接続されているいわゆるＭ台車（駆動台車）か、２軸とも電動機を持たない付随軸で構成されるいわゆるＴ台車（付随台車）の２種類の台車を編成中に使用する場合がほとんどであった。従来のＭ台車におけるブレーキ制御装置の構成を図６を用いて説明する。ブレーキ制御装置は、レール１の上に位置する２軸の車輪２と、各車輪２に作用するブレーキユニット３と、各軸を駆動する２台の電動機４と、各ブレーキユニット７の動作量を制御するブレーキ制御装置５と、主回路制御装置６と、ブレーキシリンダ７と、空気源９とを有して構成される。
【０００３】各軸には電動機４が図示を省略した駆動装置を介して接続され、電動機４は加速時には駆動力を、減速時にはブレーキ力を発生する。電動機４は、現在多くは回生を行なう機能を持ったものが使用され電動機がブレーキ力を発生し得るが、回生運転時は電源側の負荷状態、或いは電動機の回転数によっては、十分なブレーキ力が得られないことがある。この場合、不足するブレーキ力は他の手段、具体的には機械ブレーキによって補うため、Ｍ軸にも機械ブレーキ３が取り付けられている。ブレーキ力の強弱は運転台などから指令されるが、その指令量に応じて、電動機であれば回生電流を、機械ブレーキであれば空気圧を調整する装置が必要になる。従来は、指令量に応じてモータの電流を制御する、主回路制御装置６に内蔵された電流調整機能と、指令量に応じて空気圧を制御する、ブレーキ制御装置５に内蔵された空気圧調整装置が、設けられていた。
【０００４】上述の装置の構成において、駆動軸を１軸のみとして残りの１軸を付随軸とした場合には、電動機４による駆動軸の回生ブレーキ力だけでは全体としてブレーキ力が不足することが考えられる。したがって、駆動軸を１軸のみとした場合には、機械ブレーキ３にブレーキ力の不足分を補なわせるべく、ブレーキ制御措置５は相応の空気圧を供給するが、図示の構成では電動機が接続されていない付随軸に加わるブレーキ力と、電動機４が接続された駆動軸の機械ブレーキ力が同一であることから、付随軸は問題ないが、駆動軸の合成のブレーキ力が過大となり、滑走（すべり）が生じてしまう恐れがある。
【０００５】これを防ぐには、図７に示すように、ブレーキ制御装置５を２系統設けて駆動軸２Ｍと付随軸２Ｔの機械ブレーキ３の空気圧を別々に調整する構成とすれば良い。ただし、この場合、空気圧調整装置５が２台必要となり、従来よりコストが上昇するという問題があった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、コストを抑えながら、駆動軸と付随軸とが混在する場合のブレーキ制御方式を実現することが目的である。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するために、本発明は、電動機により駆動される駆動軸と電動機を有さない付随軸を有する鉄道車両用ブレーキ制御装置において、駆動軸に、電動機による電気ブレーキ装置と、オンオフ制御のみが可能な機械式ブレーキ装置を設けた。
【０００８】上記課題を解決するために、本発明は、２軸のうちの１軸は１台の電動機が当該軸を駆動する駆動軸であって、他の１軸は電動機を有しない付随軸である鉄道車両用の２軸台車において、電動機によって駆動される駆動軸には電動機による電気ブレーキ装置およびオンオフ制御のみが可能な機械式ブレーキ装置を設け、他の付随軸には連続的または段階的に強弱を調整可能な機械式ブレーキ装置を設けた。
【０００９】本発明は、上記鉄道車両用ブレーキ装置において、電動機による電気ブレーキ装置は、回生制動ブレーキ力を得ることが可能であり、そのブレーキ力は速度ゼロすなわち完全停止に至るまで有効である、いわゆる全電気ブレーキ方式の制御を行う。
【００１０】本発明は、上記鉄道車両用ブレーキ装置において、運転士または自動運転装置によって与えられるブレーキ力指令を車両の各台車毎に配分し、各台車においては、そのブレーキ力指令が電動機により出力可能なブレーキ力の範囲内であれば、全て電動機で負担するように、電動機を制御する装置に当該指令が与えられ、電動機が実際に出力するブレーキ力を入力し、ブレーキ指令との差分を付随軸の機械ブレーキで補うよう、機械ブレーキのブレーキ力調整装置に、差分のブレーキ指令を与える演算手段を備えた。
【００１１】本発明は、上記鉄道車両用ブレーキ装置において、万一電動機によるブレーキ力が不足し、付随軸の機械ブレーキを許容限度最大まで指令しても、台車全体としてのブレーキ力が不足する場合に、駆動軸の機械ブレーキをオンすると共に駆動軸の機械ブレーキと台車全体として必要なブレーキ力指令の差分を改めて付随軸の機械ブレーキのブレーキ力調整装置に指令する手段を備えた。
【００１２】上記課題を解決するために、本発明は、２台車のうちの１台車は回生制動制御可能な電動機が装荷され当該台車軸を駆動する駆動台車であって、他の１台車は電動機を有しない付随台車である鉄道車両のブレーキ制御装置において、電動機によって駆動される駆動台車には電動機による電気ブレーキ装置およびオンオフ制御のみが可能な機械式ブレーキ装置を設け、他の付随台車には連続的または段階的に強弱を調整可能な機械式ブレーキ装置を設けた。
【００１３】本発明は、上記鉄道車両用ブレーキ装置において、電動機による電気ブレーキ装置は、回生制動ブレーキ力を得ることが可能であり、そのブレーキ力は速度ゼロ、すなわち完全停止に至るまで有効である、いわゆる全電気ブレーキ方式の制御を行う。
【００１４】本発明は、上記鉄道車両用ブレーキ装置において、運転士または自動運転装置によってあたえられるブレーキ力指令を列車の各車両毎に配分し、各車両においては、そのブレーキ力指令が電動機により出力可能なブレーキ力の範囲内であれば、全て駆動台車で負担するように、電動機を制御する装置に当該指令が与えられ、電動機が実際に出力するブレーキ力を入力し、ブレーキ指令との差分を付随台車の機械ブレーキで補うよう、機械ブレーキのブレーキ力調整装置に、差分のブレーキ指令を与える演算手段を備えた。
【００１５】本発明は、上記鉄道車両用ブレーキ装置において、万一電動機によるブレーキ力が不足し、付随台車の機械ブレーキを許容限度最大まで指令しても、車両全体としてのブレーキ力が不足する場合に、駆動台車の機械ブレーキをオンすると共に駆動台車の機械ブレーキと車両全体として必要なブレーキ力指令の差分を改めて付随台車の機械ブレーキのブレーキ力調整装置に指令する手段を備えた。
【００１６】上記課題を解決するために、本発明は、電動機が装荷された駆動台車を有する駆動車両と、電動機を有しない付随台車を有する付随車両を連結した鉄道車両のブレーキ制御装置において、駆動台車には電動機による電気ブレーキ装置およびオンオフ制御のみが可能な機械式ブレーキ装置を設け、付随台車には連続的または段階的に強弱を調整可能な機械式ブレーキ装置を設けた。
【００１７】本発明は、上記鉄道車両用ブレーキ装置において、電動機による電気ブレーキ装置は、回生制動ブレーキ力を得ることが可能であり、そのブレーキ力は速度ゼロすなわち完全停止に至るまで有効である、いわゆる全電気ブレーキ方式の制御を行う。
【００１８】本発明は、上記鉄道車両用ブレーキ装置において、運転士または自動運転装置によってあたえられるブレーキ力指令を列車の各車両毎に配分し、駆動車両に、駆動台車の電動機の駆動力および電気ブレーキ力を制御する電動機制御装置を設け、ブレーキ力指令が電動機により出力可能なブレーキ力の範囲内であるかを判断し、範囲内であればブレーキ力を全て駆動台車で負担するように電動機制御装置に当該指令を与え、電動機が実際に出力するブレーキ力とブレーキ力指令との差分を演算して、差分のブレーキ指令を付随車両の付随台車の機械ブレーキのブレーキ力調整装置に与える演算手段を備えた。
【００１９】本発明は、上記鉄道車両用ブレーキ装置において、電動機によるブレーキ力が不足し、付随台車の機械ブレーキを許容限度最大まで指令しても全体としてのブレーキ力が不足する場合に、駆動台車の機械ブレーキをオンすると共に駆動台車の機械ブレーキと全体として必要なブレーキ力指令の差分を改めて付随台車の機械ブレーキのブレーキ力調整装置に指令する手段を備えた。
【００２０】
【発明の実施の形態】以下、本発明にかかるブレーキ制御装置の第１の実施の形態について図１、図２を用いて説明する。図１は、本発明にかかるブレーキ制御装置の構成を説明するブロック図であり、図２は、本発明にかかるブレーキ制御装置の演算装置の機能構成を説明するブロック図である。
【００２１】本発明にかかるブレーキ制御装置は、レール１の上に位置する１軸の駆動２Ｍと１軸の付随車輪２Ｔと、駆動車輪２Ｍに作用するブレーキユニット３Ｍと、付随車輪２Ｔに作用するブレーキユニット３Ｔと、駆動車輪２Ｍを駆動する電動機４と、ブレーキユニット３Ｔの動作量を制御するブレーキ制御装置５と、主回路制御装置６と、ブレーキシリンダ７と、各ブレーキ手段のブレーキ力指令値を演算する演算装置８と、空気源９と、ブレーキユニット３Ｍをオンオフ動作させる電磁弁１０とを有して構成される。
【００２２】付随車輪２Ｔには従来例と同様のブレーキ制御装置５により制御されるブレーキユニット３Ｔが接続され、ブレーキ制御装置５に内蔵された空気圧調整装置によって発生された空気圧がブレーキユニットに伝えられ車輪２Ｔに指令値に見合ったブレーキ力を発生する。駆動車輪２Ｍにはブレーキユニット３Ｍが設けられているが、このブレーキユニット３Ｍへ供給される空気圧は電磁弁１０で空気源９からの作動空気をオンオフ制御する構成になっている。
【００２３】演算装置８は、ブレーキ力指令１２を運転台から受取り、主回路制御装置６空の実回生ブレーキ地１１６を勘案して、各装置に対し、各々が受け持つべきブレーキ力（回生ブレーキ指令値１３、機会ブレーキ指令値１４、電磁弁オン指令値１５）を演算する手段である。
【００２４】演算装置８の構成を、図２を用いて説明する。演算装置８は、第１の論理８１と、第２の論理８２と、減算手段８３とを有して構成される。第１の論理８１及び減算手段８３には、運転台などから車両として必要なブレーキ力がブレーキ力指令値１２として入力される。さらに、第１の論理８１には、第２の論理８２が出力した電磁弁オン指令がカットオフ指令として入力され、回生ブレーキ指令値１３を主回路制御装置６へ出力する。第２の論理８２には、減算手段８３の出力が入力され、機械ブレーキ指令値１４をブレーキ制御装置５へ、電磁弁オン指令（カットオフ指令）１５を電磁弁１０と第１の論理８１へ出力する。
【００２５】減算手段８３には、ブレーキ力指令値１２が入力され、主回路制御装置６からの実回生ブレーキ力１６を減算した結果を、第２の論理８２へ出力する。
【００２６】演算装置８における演算処理の流れを、図３を用いて説明する。
【００２７】ブレーキ力指令値１２が入力されると（Ｓ１）、演算装置８は、まず省エネルギーの観点から、電動機４によりブレーキ力を負担するよう回生ブレーキ指令値１３を出力する。すなわち、回生制動により負担できるブレーキ力には限界があり、また回生制動時における電源側の負荷の状況によっては、車両に要求される全てのブレーキ力を電動機に負担させることは不可能であるので、第１の論理８１により判断して回生ブレーキ指令値１３として主回路制御装置６に出力する（Ｓ２）。
【００２８】主回路制御装置６は、実際に流れている電流などを監視して回生制御を実行する。実際に流れている電流などから実ブレーキ力検出して、その値を実回生ブレーキ力１６として演算装置８へ出力する（Ｓ３）。
【００２９】減算手段８３は、ブレーキ力指令値１２からこの実回生ブレーキ力１６を差し引いて、不足ブレーキ力がを演算し（Ｓ４）、その不足ブレーキ力を機械ブレーキ力に負担させるべく機械ブレーキ指令値１４としてブレーキ制御装置５に出力する。但し、付随車輪も過大なブレーキ力を発生すると滑走などの危険があり、自ずから負担し得るブレーキ力にも限界がある。そこで、第２の論理８２は、演算した不足ブレーキ力が機械ブレーキ力の限界値を超えているか否かを判断し（Ｓ５）、不足ブレーキ力が機械ブレーキ力の限界値以下の場合は、機械ブレーキ指令値１４をブレーキ制御装置５へ出力して駆動車輪２Ｔを制動する（Ｓ６）。
【００３０】ステップ５の判断で、不足ブレーキ力が機械ブレーキ力の限界値を超える場合は、機械ブレーキ指令値１４と電磁弁オン指令１５を出力する（Ｓ７）。この電磁弁オン指令１５を出した場合は、カットオフ指令を出力して、回生ブレーキをカットして駆動車輪２Ｍのブレーキ力が過大になることを防止する（Ｓ８）。
【００３１】なお、本方式において、電動機４並びに主回路制御装置６が、回生運転を行う際、速度がゼロ、即ち停止に至るまで回生ブレーキが作用可能な方式、いわゆる全電気ブレーキを採用することによって、駆動車輪は、通常は機械ブレーキを作用させることがなくなり、実際にはオンオフ式の機械ブレーキを使うことなく、駆動車輪の機械ブレーキのオンオフと、付随軸の機械ブレーキの制御とのタイミングで発生し得るショックを生じないという利点がある。
【００３２】第１の実施の形態によれば、２軸中、１軸を電動機１台で駆動する台車において、電動機軸にはブレーキ制御装置を使用せず、単なるオンオフ機構のみにより機械ブレーキを作用させるので、コストを抑えて、従来と同等の性能のブレーキ制御方法を提供することができる。
【００３３】図４を用いて、本発明の第２の実施の形態を説明する。この実施の形態は、１車両１１の中で、一つが駆動台車と他の一つが付随台車となっている構成の場合である。駆動台車においては電動機４が各駆動車輪２Ｍに接続されているとともに、当該車輪に設置される機械ブレーキ３Ｍは、単にオンオフ制御のみ可能なものとなっている。一方、付随台車についてはブレーキ装置から供給される調整された空気圧による任意の力が出力可能なブレーキ装置３Ｔが設置されている。電動機４による回生ブレーキと、付随軸の機械ブレーキと、駆動軸のオンオフ制御のブレーキのそれぞれの出力は、演算装置８によって、先の実施例で述べたと同様に制御される。
【００３４】図５を用いて、本発明の第３の実施の形態を説明する。この実施の形態では、編成の中で少なくとも１車両が駆動台車のみを有する駆動車両１１Ｍ、他の車両が付随台車のみを有する付随車両１１Ｔの場合である。前記の実施の形態と同様に、駆動台車にはオンオフのみ可能な機械ブレーキ３Ｍが設けられ、付随台車には力の調整可能な機械ブレーキ３Ｔが設けられ、電動機４による回生ブレーキと、付随軸の機械ブレーキと、駆動軸のオンオフ制御のブレーキのそれぞれの出力は、演算装置８によって、先の実施の形態で述べたと同様に制御される。
【００３５】なお、上記では作用する力の媒体が空気であるブレーキ装置を念頭に述べているが、他の媒体、例えば油圧や電磁力を使用した機械ブレーキでも同様に実施可能である。
【００３６】
【発明の効果】本発明によれば、１台車において、２軸中１軸を駆動軸とし残り１軸を付随軸とする、または、１車両において、２台車中１台車を駆動台車とし１台車を付随台車とする、もしくは、１編成中、１車両を駆動台車のみからなる電動車両とし一車両を付随台車のみからなる付随車両として構成するものにおいて、コストを抑えて、性能の良いブレーキ制御方法を提供することができる。
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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
【住所又は居所】東京都千代田区神田駿河台四丁目６番地
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| 【出願日】 |
平成１３年９月２０日（２００１．９．２０） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１１０００００６２
【氏名又は名称】特許業務法人第一国際特許事務所
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| 【公開番号】 |
特開２００３−９２８０１（Ｐ２００３−９２８０１Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１５年３月２８日（２００３．３．２８） |
| 【出願番号】 |
特願２００１−２８６６６８（Ｐ２００１−２８６６６８） |
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