(57)【要約】【課題】空転検知を確実に行う必要のある高速領域の弱め界磁制御段において、主電動機間の電流差による空転検知を行うことにより、装置の小型化、軽量化、電気的非接触化を図り、また既存の高圧回路への外部的付加により装着できる主電動機の損傷防止装置を提供する。【解決手段】高速域の弱め界磁制御段以上の速度制御を検知する手段と、主電動機１〜４又は５〜８の各並列回路に設置した電流計ホールＣＴと、該電流計ホールＣＴの出力値ＣＴ１，ＣＴ２を比較する電流値比較回路と、該電流値比較回路の出力が所定値以上のときに車輪の空転であると判断し、所定の制御信号を出力する制御回路とで構成する。制御信号は、力行回路をＯＦＦにする。また運転手へランプや警報で知らせる等である。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
低速域では複数の主電動機を直列に接続し、主抵抗器を切り替えて速度制御を行い、中速域では複数の主電動機を並列に接続し、主抵抗器を切り替えて速度制御を行い、高速域では複数の主電動機を並列に接続し、界磁抵抗を切り替えて速度制御を行う車両速度制御装置における空転による主電動機損傷防止装置であって、高速域の所定段階以上の速度制御を検知する手段と、主電動機の各並列回路に設置した電流計と、該電流計の出力値を比較する電流値比較回路と、該電流値比較回路の出力が所定値以上及びある一定時間継続のときに車輪の空転であると判断し、所定の制御信号を出力する制御回路とで構成したことを特徴とする空転による主電動機損傷防止装置。
【請求項２】
前記電流計がホールＣＴである請求項１に記載の空転による主電動機損傷防止装置。
【請求項３】
高速域の所定段階以上の速度制御を検知する手段が、フォトセンサーによりカム軸の位置を検出するものである請求項１に記載の空転による主電動機損傷防止装置。
【請求項４】
高速域の所定段階以上の速度制御を検知する手段が、ホールＣＴにより界磁抵抗に流れる電流を検出するものである請求項１に記載の空転による主電動機損傷防止装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両の空転に起因して発生するフラッシュオーバーによる主電動機の損傷を防止する装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電車車両では、雨天時、特に雨の降り始めや落ち葉の堆積等により車輪の空転、滑走が発生し易くなる。一旦、車輪が空転を始めると、主電動機の負荷が急激に軽くなるため、回転数が更に高くなる。この回転数の増加は、やがて大空転となり、主電動機の整流が大空転に追いつけず、整流不良となり、フラッシュオーバーを伴っていた。そのため、主電動機の機枠等を通じて過大電流が流れ（地絡）、主電動機の損傷事故に至るという問題があった。また過大電流が流れると、架線からの電力の供給が停止されていた。このような主電動機の損傷事故又は架線からの電力の供給停止があると、その復旧までに多くの手間と時間を要し、列車運行ダイヤが乱れる原因になっていた。
【０００３】
このような空転に起因する問題点を解決する対策の方法として、特許文献１に記載されたものがある。この特許文献１の技術は、主電動機の並列回路を流れる電流値を計測し、空転が発生したときに並列回路どうしの間に電流差が発生することを利用して、空転を検知している。そして、空転が発生したときは、主電動機へ流れる電流パターンを減少させることにより、空転軸の駆動力を動摩擦力以下にし、再粘着させるようにしている。
【０００４】
ところが、前記特許文献１の技術では、車輪に発生する空転の全てを検知してこれに対処しているため、低速域，中速域，高速域の全ての領域において、空転が発生した場合には、主電動機への電流パターンを減少させることになる。そのため、僅かの空転のみで、大空転に至ることがなく、フラッシュオーバー等も起こり得ない空転、すなわち、見過ごした方が良い空転にまでも敏感に反応して対処してしまうということと、更に、前述の抵抗制御を行っている車両では、中速域において複数の主電動機を並列に接続し、主抵抗器を交互に短絡する制御を行っているため、このときに並列回路に電流差が発生し、空転検知装置が空転していると見做して力行不能となるという問題があった。この過敏な空転検知による対処により、空転検知継電器が頻繁に切断されて車両への電源の供給が停止され、力行不能とその復旧作業の繰り返しとなり、結果として列車遅延が生じ、運行ダイヤが乱れるという問題があった。
このような事情から、並列接続された主電動機の並列回路へ流れる電流差を検出して空転を検知し、これに対処する方法は採用されていなかったのが現状である。
【０００５】
このような事情に鑑み、従来にあっては、非特許文献１に記載されているように差電圧方式による空転検知を行っていた。この非特許文献１の技術は、主電動機の空転検出をブリッジ回路に発生する電圧差によって行っている。すなわち、各主電動機ごとの端子電圧をブリッジ回路で検知して比較しており、正常に運転されている場合、主電動機間の電位差は等しく、空転が発生すると、空転が発生した主電動機の逆起電力は大きくなり、その分だけ電流は減少して差が生じ、空転を検出することができる。そして、それが一定値以上になると、空転検知継電器を動作させ、主電動機への電源の供給を遮断している。
【特許文献１】特許出願公告昭和４８年第２２７３０号公報
【非特許文献１】関東鉄道学園  電車研究会著  「直流用  新形電車教本  関東鉄道学園編」  株式会社  交友社発行  昭和６２年５月１５日改訂増補第１３版
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところが、前記差電圧方式の空転検知装置は、主電動機回路（高圧回路）の中へ組み込まなければならず、このことは装置が高圧回路に電気的に接触しているということであるため、主回路地絡事故などのリスクがあり、また大掛かりな改造工事となり、手間とコストがかかり、また高度の技術を要するという問題があった。
また非特許文献１の技術にあっては、空転が発生したときに主電動機の逆起電力は大きくなり、その分だけ電流が減少していくので、主電動機が中速領域で主抵抗器による速度制御を行っている場合と、高速領域で弱め界磁制御を行っている場合とでは、同一の速度差であっても逆起電力の大きさが異なる。そのため、弱め界磁制御段では、感度が低くなるという欠点があった。つまり、空転を確実に検知しなければならない弱め界磁制御段において感度が低下し、精度の高い空転検知ができないという問題もあった。
【０００７】
本発明は従来の前記課題に鑑みてこれを改良除去したものであって、空転検知を確実に行う必要のある高速領域の弱め界磁制御段において、主電動機間の電流差による空転検知を行うことにより、装置の小型化、軽量化、電気的非接触化を図り、既存の高圧回路への外部的付加により装着できる主電動機の損傷防止装置を提供せんとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
而して、前記課題を解決するために本発明が採用した請求項１の手段は、低速域では複数の主電動機を直列に接続し、主抵抗器を切り替えて速度制御を行い、中速域では複数の主電動機を並列に接続し、主抵抗器を切り替えて速度制御を行い、高速域では複数の主電動機を並列に接続し、界磁抵抗を切り替えて速度制御を行う車両速度制御装置における空転による主電動機損傷防止装置であって、高速域の所定段階以上の速度制御を検知する手段と、主電動機の各並列回路に設置した電流計と、該電流計の出力値を比較する電流値比較回路と、該電流値比較回路の出力が所定値以上及びある一定時間継続のときに車輪の空転であると判断し、所定の制御信号を出力する制御回路とで構成したことを特徴とする空転による主電動機損傷防止装置である。
【０００９】
本発明が採用した請求項２の手段は、前記電流計がホールＣＴである請求項１に記載の空転による主電動機損傷防止装置である。
【００１０】
本発明が採用した請求項３の手段は、高速域の所定段階以上の速度制御を検知する手段が、フォトセンサーによりカム軸の位置を検出するものである請求項１に記載の空転による主電動機損傷防止装置である。
【００１１】
本発明が採用した請求項４の手段は、高速域の所定段階以上の速度制御を検知する手段が、ホールＣＴにより界磁抵抗に流れる電流を検出するものである請求項１に記載の空転による主電動機損傷防止装置である。
【発明の効果】
【００１２】
請求項１の発明にあっては、車輪空転による主電動機の損傷及び架線停電の多くは、車輪に空転が発生し、主制御器内のカム軸が弱め界磁制御段まで進段することによって主電動機の異常高速回転でフラッシュオーバーが発生して起こることに着目したものである。すなわち、車両の速度制御が弱め界磁制御段等のある特定の段階のときに、主電動機に異常高速回転に伴う逆起電力の増大で、並列接続された主電動機間に電気子電流差を生じるので、これを基準値と比較し、継続時間を計測することにより、車輪空転と判断している。そして、これを運転士にランプ表示や警報等で知らせたり、力行回路を遮断することで主電動機の損傷を防止するようにしている。
【００１３】
従って、この請求項１の発明によれば、低速域及び中速域、並びに高速域のうち、弱め界磁制御段等の所定の段階に進段しない速度制御領域にあっては、空転が発生した場合であっても、主電動機が大空転とならずに直ぐに再粘着が得られれば、フラッシュオーバーによる主電動機の損傷事故及び架線の停電事故とはならないことが統計的にわかっているので、これらの速度領域における空転では対処しないこととしている。一方、空転が始まり、最終段まで進段した場合は、主電動機の損傷事故及び架線停電事故となる確率が高いので、この場合は空転検知装置を機能させて、前記主電動機の損傷事故及び架線の停電事故を防止するようにしたものである。
【００１４】
請求項２の発明にあっては、主電動機の並列回路に設けた電流計をホールＣＴとしている。ホールＣＴは、ケーブルの外側からこれに外嵌装着することで、内部の誘起起電力により発生する電流値を比較し、空転を検知している。従って、空転検知装置の軽量小型化が可能であり、また高圧回路への組み込みも極めて容易である。
【００１５】
請求項３及び４の発明にあっては、フォトセンサーでカム軸の位置を検出したり、ホールＣＴで界磁抵抗に流れる電流を検出することで、弱め界磁制御段であることを検知しており、いずれも非接触方式であるので空転検知装置の車両への組み込みが容易である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下に、本発明の構成を図面に示す発明の実施の形態に基づいて説明すると次の通りである。図１及び図２は本発明の一実施の形態に係るものであり、図１は車両の速度制御回路の全体を示す図面、図２は主電動機損傷防止装置の電気回路を示す図面である。図１に示す如く、この実施の形態にあっては、一両目に搭載された主電動機１〜４と、二両目に搭載された主電動機５〜８とは、直流モータであり、カム軸方式の切り替え器である接触器Ｋ２，Ｋ３，Ｋ４を切り替えることにより一両目と二両目との主電動機が直列接続されたり、又は並列接続されようになっている。低速域では主電動機１〜４と、５〜８が直列接続され、中速域及び高速域では並列接続される。
【００１７】
パンタグラフＰａｎから供給される電源は、全回路過電流継電器ＭＯＣＲを通り、直流モータ１〜８を経て、アース側へ流れる回路を形成する。すなわち、今、低速域であるとすると、接触器Ｋ２がＯＮ（閉）で、Ｋ３とＫ４はＯＦＦ（開）に切り替えられている。パンタグラフＰａｎから供給される電源は、全回路過電流継電器ＭＯＣＲから、主電動機回路過電流継電器ＭＭＯＣＲ１、主電動機界磁コイルＭＦ１〜４、主電動機電機子１〜４、接触器Ｋ２、Ｋ８、主電動機電機子５〜８、主電動機界磁コイルＭＦ５〜８、直流電流計ＤＣＣＴ、接触器Ｋ９、アースへと流れる回路を形成する。このように、この低速域では、主電動機電機子１〜４と、５〜８は直列に接続されており、速度の増減は主抵抗器ＭＲｅ１の抵抗カム接触器Ｒ１２，１３，１４と、主抵抗器ＭＲｅ２の抵抗カム接触器Ｒ２２，２３，２４を随時短絡させて切り替えることで段階的な速度制御を行っている。
【００１８】
また車両の速度制御が中速域であるとすると、接触器Ｋ２はＯＦＦ（開）で、Ｋ３とＫ４はＯＮ（閉）に切り替えられている。パンタグラフＰａｎから供給される電源は、全回路過電流継電器ＭＯＣＲを経た後に、二つの並列回路に分岐される。その一つは、主電動機回路過電流継電器ＭＭＯＣＲ１から主電動機界磁コイルＭＦ１〜４、主電動機電機子１〜４、接触Ｋ４を経てアースへ流れる回路を形成する。他方の分岐回路は、主電動機回路過電流継電器ＭＭＯＣＲ２から接触器Ｋ３、接触Ｋ８、主電動機電機子５〜８、主電動機界磁コイルＭＦ５〜８、直流電流計ＤＣＣＴ、接触器Ｋ９、アースへと流れる回路を形成する。つまり、この中速域では、主電動機電機子１〜４を通る回路と、主電動機電機子５〜８を通る回路とは並列回路を形成することになる。そして、主電動機電機子１〜４における速度制御は、抵抗カム接触器Ｒ１２，１３，１４を随時短絡させて切り替えることで行われ、主電動機電機子５〜８における速度制御は、抵抗カム接触器Ｒ２２，２３，２４を随時短絡させて切り替えることで行われる。
【００１９】
更に、車両の速度制御が高速域であるとすると、主電動機１〜４と、５〜８の並列回路の構成は同じであるが、速度制御の方法が主抵抗器ＭＲｅ１及びＭＲｅ２を短絡するために、抵抗カム接触器Ｒ１２，１３，１４と、Ｒ２２，２３，２４の切り替えを行うのではなく、界磁分流抵抗器を短絡するために、界磁弱めカム接触器Ｆ１１〜１４と、界磁弱めカム接触器Ｆ２１〜２４を段階的に切り替えて各並列回路における主電動機電機子１〜４又は５〜８の段階的な速度制御を行うようにしている。いわゆる弱め界磁制御となる。
【００２０】
このように構成された車両の速度制御装置において、空転が発生した場合に、大空転に至り、主電動機のフラッシュオーバーによる損傷事故、架線の停電事故となる虞れがあるのは、車両が高速域の弱め界磁制御段まで進段した場合のみである。そのため、この実施の形態では、車両が高速域の弱め界磁制御段まで進段した状態で、空転が継続している場合に限って、空転に対する対処を行うようにしている。低速域や中速域において空転を検知し、これに対処した場合は、却って車両の復旧に手間と時間を要し、列車遅延や運行ダイヤの乱れとなるからである。
【００２１】
そのための構成として、この実施の形態にあっては、ケーブルに外嵌装着するだけの簡単な装着でケーブルを流れる電流値の測定が可能なホールＣＴの電流計を、各主電動機１〜４と、５〜８のそれぞれの並列回路の途中に組み入れている。各ホールＣＴの出力信号ＣＴ１，ＣＴ２は、図２に示す比較回路及び判定回路並びに弱め界磁制御段の検出回路によって、制御を必要とする空転か、見過ごすべき空転かの判定がなされるようになっている。すなわち、ホールＣＴの出力信号ＣＴ１，ＣＴ２は、演算比較回路で両信号の差が検知される。そして、この差の絶対値を取り出し、これを基準値設定回路で設定した基準値と比較し、基準値よりも大きい場合で、且つカム軸が弱め界磁制御段に進段している場合には、ＡＮＤ素子により制御すべき空転であると判断してＨレベル出力をするようになっている。
【００２２】
なお、前記弱め界磁制御段の検知回路では、フォトセンサーを利用して弱め界磁制御段であるか否かの検知を行っているが、これはホールＣＴを用いて界磁分流抵抗器へ流れる電流を検出することで検知することも可能である。また判定回路では、ＣＴ１とＣＴ２との電流差を基準値と比較して基準値以上であれば、Ｈレベル出力し、このＨレベル出力と弱め界磁制御段の検知信号とが入力されたときに、アンド素子によって制御信号を出力するようにしている。その一つとして、力行回路を自動的にＯＦＦにすることが考えられる。また別な方法としては、ランプ表示や警告音等により運転手に通知し、速度を低減させる運転操作を促すことが考えられる。
【００２３】
このように本実施の形態にあっては、車両の速度制御が弱め界磁制御段へ進段した状態で、空転が検出されたときにのみ、これに対処するようにしており、主電動機のフラッシュオーバーによる損傷事故や架線の停電事故を防止することが可能である。また空転を検出するための装置は、高圧回路の中へ組み込む必要がなく、外部から付加するのみの簡単な作業で実現でき、その構成も演算比較回路や判定回路、基準値比較回路、ＡＮＤ素子等のように小型の素子を利用して実現できるので、軽量小型なものとなる。
一方、このような大掛かりな事故に至ることのない空転についてはこれを見過ごし、列車遅延や運行ダイヤの乱れが生じないように対処している。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の一実施の形態に係る車両速度制御装置の全体を示す回路図である。
【図２】本発明の一実施の形態に係る主電動機損傷防止装置の回路図である。
【符号の説明】
【００２５】
１〜８…主電動機電機子、Ｋ２〜４…接触器、Ｒ１２〜１４及びＲ２２〜２４…抵抗カ  ム接触器、Ｆ１１〜１４及びＦ２２〜２４…界磁弱めカム接触器、ＭＯＣＲ…全回路過  電流継電器、ＭＯＣＲ１及びＭＯＣＲ２…主電動機回路過電流継電器
【図１】
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【図２】
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