(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流モータを駆動源として鉄道の分岐器を転換・鎖錠する電気転てつ機において、
前記交流モータの起動時から所定時間経過後の駆動電流又は駆動トルクから前記電気転てつ機の過負荷を検出する過負荷検出手段と、
過負荷を検出したときに、交流電源の周期よりも大きい、トルク低下に必要な周期の断続信号を生成して出力する断続信号発生手段と、
出力された断続信号に対応して前記交流モータへの交流電源の供給を断続的に行う電源供給手段と、
を有することを特徴とする電気転てつ機。
【請求項２】
断続信号発生手段は断続信号の周期を任意に設定できるものであることを特徴とする請求項１記載の電気転てつ機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、鉄道における分岐器を転換・鎖錠するモータによって駆動される電気転てつ機に係り、特に、電気転てつ機の過負荷防護を効果的に行えるようにしたものに関する。
【０００２】
【従来の技術】
図４は、モータＭを駆動源とする従来の電気転てつ機１が鉄道の分岐器Ｐに設備されている状態の平面図、図５（ａ）はその転てつ機１の内部に組込まれている歯車機構等の機械的構成を示す側面図、（ｂ）は（ａ）の平面図、図６は、転てつ機１の制御系統を示すブロック図、図７は、図６中の電気的構成部分の詳細図である。
【０００３】
以下、上記図４〜図７を参照しながら、従来の電気転てつ機について説明すると、電気転てつ機１は、モータＭを駆動源として摩擦クラッチ２、減速歯車３、転換歯車４、転換ローラ５、動作かん６の順に伝動して、転換ローラ５、動作かん６のカム６′によって動作かん６を直線運動（図５（ｂ）の矢印参照）させるように構成されている。そして、その動作かん６に接続するロッド７′（図４）と転てつ棒７を介して分岐器ＰのトングレールＴを転換し、転換したトングレールＴの先端位置が正常な位置にあるかを照査し、正常位置にあれば鎖錠して転換動作を完了するように動作する。
【０００４】
この鎖錠は、分岐器Ｐの先端の位置をフロントロッド８と接続かん９を介して電気転てつ機１の鎖錠かん１０に伝え、鎖錠かん１０の切欠１０ａ（図５（ｂ））にロックピース１１を挿入することで行われる。そして、そのロックピース１１の挿入ができれば、回路制御器が検知して分岐器Ｐの先端の位置が正常と判断される。この正常と判断される位置において、転換が終了した段階の密着側トングレール（図４では左側のトングレールＴ）の先端は、基本レールＲに密着するとともに、その位置で鎖錠かん１０の切欠１０ａにロックピース１１が挿入できるように予め調整されている。
【０００５】
電気転てつ機１の転換の完了により、鎖錠かん１０の切欠１０ａにロックピース１１が挿入されている状態にある。このとき、電気転てつ機１のモータＭが駆動を開始すると、鎖錠かん１０の切欠１０ａからロックピース１１が抜かれて動作かん６の鎖錠が解かれる。次に、動作かん６が移動するとそれに接続されたロッド７′と転てつ棒７とを介して分岐器ＰのトングレールＴが転換される。そして、その転換が終了すると、もう一方の鎖錠かん１０の切欠にロックピース（図示せず）を挿入して動作かんが鎖錠される。ロックピースを挿入できたことを回路制御器が検知して転換鎖錠が完了となる。
【０００６】
転換鎖錠が完了すると、回路制御器１００が連動装置に転換完了を知らせ、連動装置が信号器を進行信号にして列車が通過できる状態となる。この回路制御器１００は、転換終了時にモータ電源を遮断するが、ロックピースを挿入できなければモータの電源を遮断しない状態のまま電源供給を継続する仕組になっている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の転てつ機は、分岐器のトングレールを床板上を摺動させることで転換を行う構造になっているので、また、屋外に設置されているので、床板に給油した油が雨で流されたり、ゴミが付着したり、あるいは錆びが発生したりして、トングレールと床板との摺動抵抗が大きく変動する性質を有している。その摺動抵抗の大きさは、各分岐器によって異なり、変動幅も大きく、電気転てつ機から見ると過負荷となる要素を多く含んでいる。また、トングレール先端の停止位置が微妙に狂い、鎖錠かんの切欠にロックピースが挿入できない、いわゆるロック狂いを起こしてしまう。
【０００８】
上述のような分岐器を負荷とする電気転てつ機は、過負荷やロック狂いによって一連の動作が阻害されると、電源を供給されているモータは駆動を継続しようと必要なトルクを発生させ、モータ電流が増加して温度上昇による過熱を起こし、その状態が続けば焼損してしまうという不都合が発生する。また、急激に転換が停止した際、モータのロータによる慣性がモータ軸や減速歯車等に衝撃として加わり、軸の折損や歯の破損の原因となる。そのため、図５に示すように、電気転てつ機のモータＭと減速歯車３の間に摩擦クラッチ２等のクラッチが設けられ、設定された伝達トルクを越えるトルクが加わると滑りを起こして伝達トルクを低下させ、過負荷やロック狂いの際の破損や焼損を防止するとともに、異常を起こした状態を保持することで原因究明を追及でき易くしている。しかし、上記クラッチは機構的な構造のため、筐体内で場所をとり、電気転てつ機を大型化してしまうという欠点がある。
【０００９】
電気転てつ機の出力である転換力は、モータの駆動トルクとクラッチの伝達トルクとの関係によって決まるが、モータの駆動トルクは、クラッチの伝達トルクより余裕をもって大きいので、電気転てつ機の最大転換力は、クラッチの伝達トルクによって決まることになる。その設定値は、負荷に対して小さ過ぎると転換中にクラッチが滑ってしまって負荷を転換できない状態、すなわち、転換不能を起こすこととなり、逆に負荷に対して転換力が大きすぎると、転換不能には成りにくくなるものの、転換によって分岐器のトングレールが基本レールに密着する際、基本レールに衝突して電気転てつ機のモータや減速歯車及び動作かんカムを駆動するローラに大きな衝撃を与えてしまう。この衝撃力は、衝突時のスピードやモータのロータの慣性に大きく依存し、その衝撃が大きくなると、その反動で電気転てつ機の動作かんが転換した方向とは反対方向に移動して密着側トングレールが基本レールから離れてしまう。したがって、一度は鎖錠かんの切欠にロックピースが挿入されたものの、再びロックピースを抜いてしまうという現象、いわゆる反転を起こしてしまう。この反転を回路制御器が検知して、再びモータ電源を投入して、転換と反転を繰返して転換鎖錠の完了が不安定な状態になってしまうという不都合が発生することがある。
【００１０】
このため、クラッチの伝達トルクの設定は、転換不能を起こさないように、かつ、反転を起こさないように分岐器の転換状態を観察しながら分岐器の負荷に合う大きさに適度に設定する必要がある。しかも、この負荷の大きさは、変動するのでクラッチの伝達トルクの設定は、定期的に行わなければならないという煩わしさがあった。
【００１１】
転てつ機のクラッチには、大別すると、摩擦板の摩擦抵抗で伝達トルクを伝える摩擦クラッチと、磁力結合によって伝達トルクを伝えるマグネットクラッチとに分けられる。摩擦クラッチは、伝達トルクを調整できる構造になっており、分岐器の負荷に合う大きさに適度に設定することができるが、摩擦板を押さえているばねのばね圧を調整するためにクラッチを特殊な金具で固定させ、ナットの締め付け調整によってばね圧を調整する作業を行う必要がある。このばね圧の調整を適度になるまで調整するには、試行錯誤を繰返し、適度に設定できたとしても気温変化等によってクラッチの伝達トルクが変動するので定期的に伝達トルクを調整する必要があった。
【００１２】
そこで、気温の変化程度では伝達トルクが変動しにくいマグネットクラッチが用いられるようになってきているが（例えば、実開平４−５０４０１号公報等）、伝達トルクの調整ができないために最大転換力の大きさが固定化されるので、分岐器の転換力が小さい、いわゆる軽負荷の場合は、上述した反転が起こってしまい、軽負荷の分岐器には使えない欠点があった。また、マグネットクラッチ自体は高価であり、大きさや重さもモータの約１／２を占め、電気転てつ機が大きく、重く、かつ高価になる要因の１つになっていた。
【００１３】
本発明は、上記欠点を解決するためになされたものであって、その目的は、摩擦クラッチを組込んでいる電気転てつ機の場合は、最大転換力の安定化と調整を簡単かつ容易にできるようにし、マグネットクラッチを組込んでいる電気転てつ機の場合は、最大転換力の調整を簡単かつ容易にできるようにした転てつ機を提供することにある。さらに、摩擦クラッチやマグネットクラッチのようなクラッチに代えて、クラッチの過負荷防護の役割を別の手段に置き換えるとともに、衝撃をある程度吸収する簡素な継手にすることで、点検や機械的調整部分を無くし、最適な最大転換力と妨害時の転換力を最適に、かつ容易に設定できるようにした電気転てつ機を提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る電気転てつ機は、上記目的を達成するために、交流モータを駆動源として鉄道の分岐器を転換・鎖錠する電気転てつ機において、前記交流モータの起動時から所定時間経過後の駆動電流又は駆動トルクから前記電気転てつ機の過負荷を検出する過負荷検出手段と、過負荷を検出したときに、交流電源の周期よりも大きい、トルク低下に必要な周期の断続信号を生成して出力する断続信号発生手段と、出力された断続信号に対応して前記交流モータへの交流電源の供給を断続的に行う電源供給手段と、を有することを特徴としている。
上記構成により、電源供給手段は、断続信号発生手段から入力した、交流電源の周期よりも大きい、トルク低下に必要な周期の断続信号に対応して交流モータへの交流電源の供給を断続的に行うので、交流モータは回転を継続され、かつ、交流モータの駆動トルクが低減される。
また、断続信号発生手段は断続信号の周期を任意に設定できるものであることを特徴としている。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る電気転てつ機を図面に基づいて説明する。図１は、一実施の形態に係る電気転てつ機のモータへの駆動電源を供給する部分の構成を示したブロック図である。
【００１６】
モータＭは、周知の電気転てつ機に使用されていると同様の交流モータから構成されている。このモータＭは、上記図７に示される周知の制御回路で構成されるモータ制御回路ａにより駆動制御されるように構成されている。なお、図示しないが、電気転てつ機の機械的構成は、図５（ａ），（ｂ）と同様であり、また、摩擦クラッチ２の代わりにマグネットクラッチであってもよい。また、後述するが、これら摩擦クラッチやマグネットクラッチに代えて、簡易な緩衝継手等の継手を使用することもできる。
【００１７】
上述のように、本発明に係る電気転てつ機は、従来の機械的な構成及び基本的なモータ制御回路ａをそのまま適用できる特長を有している。
【００１８】
図１中、イで囲まれる部分は、本発明の特徴的な構成部分であり（以下、イで囲まれる部分を「本発明の特徴的構成部分」という）、このうちｂは、過負荷検出部であって、モータＭの駆動電流を検出してモータＭの負荷状態を検出できるように構成されている。
【００１９】
すなわち、この過負荷検出部ｂは、ＣＴ（カレント・トランスフォーマ＝変流器）等の電流計測用センサを備えていて、その値が所定の過負荷となる設定値を越えたときに、過負荷検出信号を出力できるように構成されている。なお、モータＭの起動時の電流は上述の設定値を越えるので、起動時から所定時間、例えば、０．５秒間は過負荷検出信号を出力しないように、タイマ回路等を用いてマスク処理がなされるように構成されている。
【００２０】
断続信号発生部ｃは、図２（ａ）に示されるように、通常は連続信号を発生するようになっており、過負荷検出部ｂから過負荷検出信号を受けると、一定の周期を有するパルス状の断続信号を生成し、生成した断続信号を電源出力部ｄに出力するように構成されている。なお、この断続信号の周期は、任意に設定できるように構成されている。
【００２１】
電源出力部ｄは、ゼロクロス機能を持つＳＳＲ回路で構成されていて、図２（ｂ）に示されるように、断続信号発生部ｃから連続信号を入力しているときは、モータ制御回路ａからの交流電流を断続せずにそのままモータＭへ供給するが、断続信号発生部ｃから断続信号を入力されるときは、モータ制御回路ａからの交流電流を前記断続信号の周期と等しい周期で断続してモータＭへ供給して、モータの回転を継続させるように構成されている。なお、上記ゼロクロス機能を持つＳＳＲ回路をトランジスタ回路やトライアック回路等の他の回路で実現してもよい。
【００２２】
この電源出力部ｄは、図２（ｃ）に示されるように、断続信号のＯＮ（“１”）において、モータ制御回路ａからの交流電流をモータＭに供給でき、その断続信号のＯＦＦ（“０”）において、モータ制御回路ａからの交流電流のモータＭへの供給を停止できるように構成されている。
【００２３】
なお、本発明の特徴的構成部分イは、例えば、上記図７の端子Ｃ又は端子Ｄに直列接続することで使用することができる。また、他の例としては、Ｅ点とＦ点の両方に各１組づつ直列に接続することにより、モータＭの回転方向毎にトルク設定することも可能となる。
【００２４】
次に、電気転てつ機１が摩擦クラッチを用いるものである場合の動作を、その電気転てつ機１によって分岐器Ｐを転換させる場合を例にして説明する。
【００２５】
この摩擦クラッチ付きの電気転てつ機１を、これに本発明の特徴的構成部分イを付加して用いた際は、摩擦クラッチのトルク設定値を、予め、最大に設定して、阻害や転換完了時の衝撃に対してのみ働く緩衝器として用いるようにする。
【００２６】
このようにしておくと、通常時において、モータ制御回路ａには、電源が供給されていないので、モータＭには電流が流れず、過負荷検出部ｂは、連続信号出力を断続信号発生部ｃへ指示し、断続信号発生部ｃは電源出力部ｄがモータＭに対して連続的に、すなわち、通常通りに交流電源を供給できる状態にある。次に、モータ制御回路ａに電源が供給されると、電源出力部ｄは、供給された交流電源をそのままモータＭに供給することとなる。したがって、モータＭは通常の駆動トルクを発生することができる。すなわち、モータＭが起動すると、電気転てつ機１の内部機構が動きだし、上述したような解錠、転換、鎖錠の一連動作を行い、それが完了するとモータ制御回路ａが働いてモータＭの電源が切れる。
【００２７】
今、仮に、モータＭの起動後に負荷が過負荷になったとする。この場合、モータＭの電流が過負荷検出部ｂの設定値を越えるので、その瞬間に過負荷検出部ｂが断続信号発生部ｃから断続信号を出力させる。断続信号発生部ｃは、電源出力部ｄに断続信号を出力し、その電源出力部ｄは、その断続信号の周期に合わせてモータ制御回路ａからの交流電源をモータに対してゼロクロスのタイミングで断続して供給することとなる（図２（ｃ）参照）。
【００２８】
このように、電気転てつ機１が過負荷になったときには、モータ制御回路ａからの交流電源をモータＭに対して断続周期で供給するので、モータＭの駆動トルクは設定した値に低下し、その状態のままの駆動トルクで保持される。この間、モータ電流の増加が抑制され、モータＭは過熱しない状態で過負荷になった位置を保持することができる。したがって、駆け付けた保守者は、過負荷になった位置で分岐器Ｐが停止していることを知り、その過負荷になった原因究明を迅速、かつ、容易に行えることとなる。
【００２９】
図３は、上述のように過負荷状態になったときに、モータＭへの電源を遮断できるように、本発明の特徴的構成部分ロの中に、ゼロクロス機能を持つＳＳＲやトランジスタ回路等のスイッチング回路からなる電源遮断部ｅを設けた例を示している。すなわち、ここでは、モータＭの電源供給ライン中に電源遮断部ｅを介在させた構成を呈している。
【００３０】
このように、モータＭの電源供給ライン中に電源遮断部ｅを設けた場合、過負荷を検知してから所定時間以上、連続信号が出ていたり、あるいは、電源遮断部ｅの出力が断続出力になっていない理由で所定の任意に設定した時間以内にモータ電流あるいはモータの駆動トルクが設定値以下に低下しなかったときは、電源が遮断される。一旦、その遮断状態になると、モータ制御回路ａからの電源がなくなるまでその状態が解除されないので、モータＭの焼損を防止することができる。そして、本発明の特徴的構成部分イ又はロのリセットボタンＲが押下されると、再び、電源供給をすることもできる。なお、断続信号発生部ｃのリセットボタンＲは、電源出力部ｄに設けてもよい。
【００３１】
上記構成の電気転てつ機において、モータＭの駆動トルク≦摩擦クラッチの伝達トルクとなるように設定しておくと、最大転換力は、モータＭの駆動トルクによって決まることとなり、最大転換力は、摩擦クラッチのトルクと無関係となるので、電気転てつ機１の最大転換力を安定させることができ、電気転てつ機１の最大転換力の調整も検知設定値を電気的に任意の値に設定できるので、簡素で容易に行える特長がある。また、摩擦クラッチは、伝達トルクを越えるトルクが加わると摩擦板間で滑りを起こし、摩擦抵抗が静摩擦から動摩擦に変わることで伝達トルクが大きく低下するが、その低下した値は極めて幅が広く不安定なものであるけれども、本発明の特徴的構成部分イ又はロを付加して用いれば、断続信号発生部ｃからの断続信号の周期を任意の値に設定できるので、過負荷になったときの転換力も電気的に任意の値に設定でき、最適な設定を容易に行うことができる。すなわち、電気転てつ機１の負荷を転換するための最大トルクの設定は、過負荷検出部ｂの設定値を調節することで行い、異常があったときのモータＭの伝達トルクの設定は、断続信号発生部ｃの周期を調節することで、それぞれ容易に行うことができる。
【００３２】
マグネットクラッチを備えた電気転てつ機１の場合は、モータＭの駆動トルク≧マグネットクラッチの伝達トルクの関係になっているが、摩擦クラッチよりも伝達トルクがかなり高く設定されているので、本発明の特徴的構成部分イ又はロを付加して用いる際には、そのままの阻害や転換完了時の衝撃に対して働く緩衝器として用いることができる。そして、過負荷検出部ｂの検出を所定の任意の値に設定してモータＭの駆動トルク≦マグネットクラッチの伝達トルクの状態に設定することで、電気転てつ機１の最大転換力は、モータＭの駆動トルクによって決まり、電気転てつ機１の最大転換力の調整も検知設定値を電気的に任意の値に設定できるので、簡素で容易に行うことができる特長を有している。
【００３３】
上述の例は、電気転てつ機に摩擦クラッチ又はマグネットクラッチを用いた例であるが、本発明の特徴的構成部分イ又はロを付加することで、このような本格的なクラッチを取り除き、衝撃のみ吸収する簡素な緩衝器を取付けることにより、あるいは、電気転てつ機１のモータＭのロータの慣性を小さくし、減速歯車３や転換ローラ５等の強度を上げて衝撃に耐えるようにすれば、電気転てつ機１からクラッチを無くすことも可能となる。また、緩衝器には、回転方向に緩衝するものや直線方向に緩衝するものがあり、その機構としてばね、油圧、空圧、磁気等の使用箇所にあった簡易なものを用いることができる。さらに、衝撃緩衝力の設定の大きさも、気温変動や経年劣化を含めた値がモータの駆動トルクに対して余裕をもって越えていればよく、いずれにしても、現用のクラッチのような微妙な設定ができる複雑なものは必要でなく、構造が簡単で、小型、かつ、安価なものを用いることができる。このようなものとして緩衝継手等の継手を用いることができる。
【００３４】
また、上述の例では、モータＭの電流を監視して過負荷検出部ｂによって過負荷を検知したが、モータＭの伝達トルクを検出して同様の処理を行うようにしてもよい。このトルク検出は、センサを用いて直接行うこともできるが、モータＭへ供給する電圧と電流からトルクを推定して行うこともできる。また、モータＭと接続する継手や転換機構に衝撃緩衝機構を設けてその回転ずれや移動ずれをセンサで検知することでもよい。また、本発明の特徴的構成部分イ又はロの電源は、常時供給されているものとしたが、モータ制御回路ａから同一電源を供給するようにしてもよい。このようにすれば、モータＭに電源供給された時だけ働くので、電力消費を少なくすることができる。
【００３５】
さらに、上述の例では、断続周期を一定にしておき、ＯＮとＯＦＦの発生比率を可変とした場合で説明したが、ＯＮとＯＦＦの発生比率を固定しておき、発生周期を可変としても電気転てつ機の過負荷防護の効果が得られ、ＯＮとＯＦＦの発生比率と断続周期を可変としても電気転てつ機の過負荷防護の効果が得られる。
【００３６】
【発明の効果】
本発明の請求項１に係る電気転てつ機は、その駆動源である交流モータの起動時から所定時間経過後の駆動電流又は駆動トルクから電気転てつ機の過負荷を検出する過負荷検出手段と、過負荷を検出したときに、交流電源の周期よりも大きいトルク低下に必要な周期の断続信号を生成して出力する断続信号発生手段と、出力された断続信号に対応して前記交流モータへの交流電源の供給を断続的に行う電源供給手段とを有しているので、過負荷が検出されたときは、交流モータの駆動トルクが設定した値に低下し、その状態に保持するので、その間、モータ電流の増加が抑制され、交流モータは過熱しない状態で過負荷になった位置を保持することができる。したがって、保守者は、過負荷になった位置で分岐器が停止していることを知り、その過負荷になった原因究明を迅速、容易に行うことができる。そして、電気転てつ機の負荷を転換するための最大トルクの設定は、過負荷検出手段の設定値を調節することで、異常があったときの交流モータの伝達トルクの設定は、断続信号発生手段の周期を調節することで、それぞれ容易に行うことができる。また、電気転てつ機が摩擦クラッチを用いるものである場合は、その摩擦クラッチを最大トルクに調整して衝撃のような大きなトルクのみに働くように調整すれば負荷に対しては十分な伝達トルクを確保することができる。摩擦クラッチの最大伝達トルクは、温度変化の影響を受けて低下したとしても負荷を転換するには十分な余裕を持つことができる。しかも、この状態であれば、従来は反転を起こすが、その反転の発生を効果的に抑制することができる。また、電気転てつ機がマグネットクラッチを用いるものである場合は、クラッチの伝達トルクを転換不能を起こし難く、かつ、反転を起こさないように最大転換力が負荷の大きさに応じて最適に調整することができる。さらに、断続信号の調整により、衝撃のみ吸収する緩衝器を用いれば、緩衝継手の電気転てつ機とすることも可能である。
【００３７】
また、本発明の請求項２に係る電気転てつ機は、断続信号発生手段から出力される断続信号の周期を任意に設定できるようにしたので、クラッチの有無、クラッチの種類、電気転てつ機の設置環境に応じて、交流電源の断続周期を適切に調節して過負荷防護を確実に実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の一実施の形態に係る電気転てつ機の特徴的構成部分の構成を示すブロック図である。
【図２】  過負荷検出部及び断続信号発生部の出力波形図である。
【図３】  本発明の他の実施の形態に係る電気転てつ機の特徴的構成部分の構成を示すブロック図である。
【図４】  モータを駆動源とする従来の電気転てつ機が鉄道の分岐器に設備されている状態の平面図である。
【図５】  （ａ）は、電気転てつ機の内部に組込まれている歯車機構等の機械的構成を示す側面図、（ｂ）は、（ａ）の平面図である。
【図６】  電気転てつ機の制御系統を示すブロック図である。
【図７】  図６の電気的構成部分の詳細図である。
【符号の説明】
ａ  モータ制御回路
ｂ  過負荷検出部
ｃ  断続信号発生部
ｄ  電源出力部
Ｍ  モータ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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