(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ブレーキ指令を出力するブレーキ指令出力部および電源を備えた動力車に牽引され、
前記動力車に牽引される付随車に備えられた複数の車輪に対して、空気の圧力により制動力を発生させる制動力発生機構と、
前記各車輪に設けられ、前記各車輪の回転速度を示す信号を出力する車輪速センサと、
前記車輪速センサから出力された信号に基づいて滑走を検知し、滑走防止信号を出力する滑走防止制御演算部と、
前記ブレーキ指令を受けて各車を制動させる制動動作にある場合、前記滑走防止信号に基づき、前記空気の圧力を調整することにより前記制動力発生機構の制動力を緩める滑走防止弁と、
前記制動力発生機構、前記滑走防止制御演算部および前記滑走防止弁に電力を供給する静電気の蓄電部と、
前記電源からの電力の供給に用いられる電力線と
を有する、前記付随車の付随車用アンチロックブレーキシステムにおいて、
前記制動力発生機構は、ブレーキシリンダ管内の空気が加圧されることによって前記各車輪に制動力を発生させるブレーキシリンダと、前記ブレーキ指令および前記滑走防止制御演算部からの滑走防止信号を受けて前記ブレーキシリンダ管内の空気の圧力を調整する電磁弁とを有し、
前記車輪速センサとは別体として構成され、前記各車輪のうち少なくとも１つの車輪に設けられ、当該車輪の回転運動に基づいて電力を発生する発電機とを有し、
前記発電機により発生された電力および前記電力線により供給される電力により前記蓄電部に流れ込む電流の向きを規定する電流方向規定回路とを有し、
前記動力車から前記付随車に跨って架設され、充填された空気の圧力変化による空気信号として前記ブレーキ指令を伝達するブレーキ管とを有し、
前記ブレーキ管内の空気は、前記制動力を発生させる状態では減圧され、
前記ブレーキシリンダ管内の空気は、前記ブレーキ管内の空気が減圧されると加圧され、
前記ブレーキシリンダ管内の空気の圧力を監視し、前記ブレーキシリンダ管内の空気が加圧されたときにブレーキ信号を出力する圧力スイッチとを有し、
前記圧力スイッチから前記ブレーキ信号が出力されたときに閉成状態となり、前記蓄電部からの電力を前記滑走防止制御演算部および前記滑走防止弁に供給させる切換スイッチとを有し、
前記電流方向規定回路により、前記蓄電部は、前記発電機が前記蓄電部を蓄電するのに十分な電力を発生している場合、前記電力線を介して供給される前記電源の電力に前記発電機から発生される電力を重畳させた電力により蓄電され、前記発電機が前記蓄電部を蓄電するのに不十分な電力を発生している場合、前記電力線を介して供給される前記電源の電力により蓄電され、
前記蓄電部は、電気二重層コンデンサである
ことを特徴とする付随車用アンチロックブレーキシステム。
【請求項２】
請求項１記載の付随車用アンチロックブレーキシステムにおいて、
前記発電機は、前記車輪の回転数が高回転になるに従って発生する電力が増加する発電機であり、
前記車輪の回転数が高速状態にある場合、前記発電機が前記静電気の蓄電部を蓄電するのに十分な電力を発生する
ことを特徴とする付随車用アンチロックブレーキシステム。
【請求項３】
請求項１または２に記載の付随車用アンチロックブレーキシステムにおいて、
前記蓄電部は、水溶液系の電解液を有する電気二重層コンデンサである
ことを特徴とする付随車用アンチロックブレーキシステム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、動力車に牽引される付随車に備えられ、車輪に制動力を断続的に発生させる付随車用アンチロックブレーキシステムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
鉄道車両（以下、列車という）におけるブレーキシステムは、動力車から発生するブレーキ指令に基づき、動力車は元よりこの動力車に牽引される複数の付随車においても制動力を発生させるものである。従来、列車に用いられる空気ブレーキシステムには、ブレーキ指令の伝達に空気の圧力変化を信号とする空気信号を用いるもの、電磁信号を用いるもの、空気信号と電磁信号を併用するもの等がある。
また、この種のブレーキシステムには、車輪の滑走を防止するために、車輪の制動力を断続的に緩める滑走防止機構が備えられる。この滑走防止機構は、車輪の滑走を検知する滑走検知部と、圧縮空気が込められることにより車輪に制動力を発生させるブレーキシリンダと、このブレーキシリンダに供給される空気圧を減圧する滑走防止弁と、を具備する。滑走防止弁は、検知部からの信号を受けて車輪に発生する制動力を断続的に作動させる。
【０００３】
通常、滑走防止弁は電磁弁によって構成されている。この電磁弁は、電磁コイルに発生する磁力を利用して空気ダメからブレーキシリンダに込められた空気圧を緩めるものである。電磁弁を動かすためには、専用の電源が必要となる。
特開２０００−１０８８６４号公報（以下、従来技術という）には、各車に電源（鉛式二次電池）を設置した制動制御装置が記載されている。この従来技術は、外部からの電力供給を受けることなく、二次電池を充電させるため、車輪の回転運動に応じて発電する発電機を各車内に設けたものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、滑走防止用電磁弁は、各車を制動させる制動動作中、車輪の制動力を断続的に緩める動作（所謂、アンチロック動作）を行う。即ち、滑走防止弁は、制動動作中、ブレーキシリンダに圧力が間欠的に抜く作動とするため、この制動動作中は常に電力が消費されることになる。列車が比較的長い時間制動動作にある場合、電源が過放電状態になってしまうこともあった。
また、各車に設けられた発電機により電源（鉛式二次電池）が充電されるシステムであり、車輪が止まっている状態では、電源が充電できないようになっている。このため、各車に電源を配置した電源が過放電状態になってしまう場合には、列車が停車したときに、電源が過放電状態のまま放置されることになる。そして、列車が走行を始めると、発電機から発生する電力により電源が充電されるようになるが、電源の充電容量が当該システムを動作させるに足りる容量に達していない場合には、ブレーキシステムが円滑に動作しなくなることがある。
特に、一般的に鉛式二次電池は、充放電寿命が短く、信頼性が低いという問題がある。さらに、従来の二次電池では、エネルギ密度に対してパワー密度が小さいため、結果的に二次電池が大きくなり、且つ低温時には容量が減ってしまうという問題があった。
さらに、この従来技術では、電源の充電容量が所定の容量よりも小さい場合には、この電源が過放電状態である旨を運転者に報知するようにしている。しかし、この場合、運転者が電源を別途充電しなくてはならず、その作業が煩わしものとなる。
【０００５】
本発明は、前述した事情を鑑なみてなされたものであり、各車両に設置された従来の化学的な二次電池を、静電気を蓄える電気二重層キャパシタに改め、蓄電を効率良く行うことにより、信頼性の高い付随車用アンチロックブレーキシステムを提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明が採用する付随車用アンチロックブレーキシステムの構成は、
ブレーキ指令を出力するブレーキ指令出力部および電源を備えた動力車に牽引される付随車の付随車用アンチロックブレーキシステムにおいて、
前記付随車に備えられた複数の車輪に対して制動力を発生させる制動力発生機構と、
前記各車輪に設けられ、各車輪の滑走を検知する滑走検知部と、
前記ブレーキ指令を受けて各車を制動させる制動動作にある場合、前記滑走検知部からの信号に基づき、前記制動力発生機構の制動力を緩める滑走防止制御部と、
前記制動力発生機構、前記滑走検知部および前記滑走防止制御部に電力を供給する静電気の蓄電部と、
前記静電気の蓄電部に電力を供給する給電部と、を具備し、
前記給電部は、前記電源から電力が供給される電力線と、
前記各車輪のうち少なくとも１つの車輪に設けられ、当該車輪の回転運動に基づいて電力を発生する発電機と、を備え、
前記静電気の蓄電部は、前記発電機が前記静電気の蓄電部を蓄電するのに十分な電力を発生している場合、前記電力線を介して供給される前記電源の電力に前記発電機から発生される電力を重畳させた電力により蓄電され、前記発電機が前記静電気の蓄電部を蓄電するのに不十分な電力を発生している場合、前記電力線を介して供給される前記電源の電力により蓄電されることを特徴とする。
【０００７】
このような構成とすることにより、静電気の蓄電部は、発電機が前記静電気の蓄電部を蓄電するのに不十分な電力を発生している場合であっても、前記電力線を介して供給される電源の電力により常に蓄電されることになる。これにより、制動動作時に静電気の蓄電部の電力が一気に消費され、静電気の蓄電部が過放電状態になるのを防止することができる。
【０００８】
上記構成において、前記発電機は、車輪の回転数が高回転になるに従って発生する電力が増加する発電機であり、
前記車輪の回転数が高速状態にある場合、前記発電機が前記静電気の蓄電部を蓄電するのに十分な電力を発生する、ことを特徴とする。
上記構成において、前記制動動作にある場合、前記静電気の蓄電部からの電力を前記滑走検知部および前記滑走防止制御部に供給させる給電制御部を備えた、ことを特徴とする。
【０００９】
上記構成において、前記静電気の蓄電部を電気二重層キャパシタとすることにより、このキャパシタの持つ、充放電の繰り返しに強いという特性を生かしてキャパシタの過放電をなくすことができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
次に、図面を参照して本発明の好適な実施形態について説明する。
Ａ．第１実施形態
［Ａ−１］実施形態の大略構成
図１は、本発明による一実施形態に係る付随車用アンチロックブレーキシステム１がそれぞれ備えられた付随車となる貨車１００と、これらの貨車１００を牽引する動力車となる機関車２００を具備した列車の図である。
この機関車２００には、ＤＣ１００Ｖの電源供給部４０（電源）が備えられている。また、機関車２００の電源供給部４０は、各貨車１００に架設された電力線３００を介して貨車１００毎に備えられた付随車用アンチロックブレーキシステム１に接続されている。
機関車２００には、図２に示すように、機関士が列車の速度を調整するためのブレーキ弁２０１が備えられる。このブレーキ弁２０１は、各貨車１００の付随車用アンチロックブレーキシステム１に向けて空気信号によるブレーキ指令を発生させるもので、このブレーキ指令は各車に架設されたブレーキ管１１を介して伝達される。具体的には、ブレーキ弁２０１は、一定圧力を保つブレーキ管１１内の圧縮空気を大気に放出されることによりブレーキ指令を発生させる。このブレーキ指令は、ブレーキ管１１を介して付随車用アンチロックブレーキシステム１に伝達される。
【００１１】
第１実施形態では空気指令式自動空気ブレーキを例に挙げて説明する。この自動空気ブレーキは、空気の圧力変化による空気信号がブレーキ指令として用いられる。このブレーキ指令は、ブレーキ管を介して各貨車１００のアンチロックブレーキシステム１に伝達される。
本発明に係る付随車用アンチロックブレーキシステム１は、空圧系および電気系を具備している。図２は同システム１に用いられる空圧系（即ち、制動力発生機構２）のブロック図、図５は同システム１に用いられる電気系のブロック図を示している。
【００１２】
［Ａ−１−１］  付随車用アンチロックブレーキシステム１の空圧系
まず、付随車用アンチロックブレーキシステム１の空圧系の説明に先立ち、図３に基づき空気ダメについて説明する。空気ダメには元空気ダメＭＲと補助空気ダメＳＲとがあり、これらの空気ダメには、圧縮された空気が、空気管（ＭＲＰ）を介して貯められ、この圧縮空気は、例えば機関車２００に設置された空気圧縮機（ＣＯＭＰ）にて圧縮される。
【００１３】
図２に戻って、貨車１００に備えられた制動力発生機構２について説明する。この制動力発生機構２は、貨車１００の例えば８個の車輪１０１に制動力を発生させるものである。
制動力発生機構２は、機関車２００からのブレーキ指令が伝達されるブレーキ管１１（以下、ＢＰ１１という）と、各車輪１０１毎に設けられたブレーキシリンダ１２（以下、ＢＣＹ１２という）と、ＢＰ１１とＢＣＹ１２との間に設けられたブレーキシリンダ管１３（以下、ＢＣＰ１３という）と、ＢＰ１１とＢＣＰ１３との間に設けられたブレーキ制御弁１４（以下、Ｃ／Ｖ１４という）とを備えている。
Ｃ／Ｖ１４とＢＣＹ１２との間には滑走防止弁１５（以下、ＡＢＳ／Ｖ１５という）が設けられている。
【００１４】
Ｃ／Ｖ１４は、供給ポートが空気ダメＳＲ或いはＭＲに接続され、一方の吐出ポートがＢＣＰ１３に接続され、他方の吐出ポートが絞り１４Ａを介して大気に開放される。
そして、Ｃ／Ｖ１４は、ＢＰ１１内が減圧した場合には、空気ダメＳＲ或いはＭＲからの圧縮空気をＢＣＰ１３に供給してＢＣＰ１３内の圧力を高め、ＢＰ１１内が５ｋｇｆ／ｃｍ2（高圧）の場合には、ＢＣＰ１３内の圧縮空気を大気に放出させることにより、ＢＣＰ１３内の圧力を減圧させる。
このように、Ｃ／Ｖ１４は、ＢＰ１１内の圧力を監視することにより、ブレーキ指令を検知するもので、ＢＰ１１内の圧力をパイロット圧として、ＢＣＰ１３内の圧力を逆比例増幅させるものである。なお、ブレーキ弁には、ＢＰ１１内の圧力からブレーキ信号を検知した場合には、電気的なブレーキ信号を送信するための後述のスイッチ１６を省略しているものがある。
【００１５】
ＡＢＳ／Ｖ１５は、後述するＡＢＳ／Ｃ５１からの滑走防止信号を受けてＢＣＹ１２内の圧力を調整するものである。
ＡＢＳ／Ｖ１５は、図４に示すように、締め切り電磁弁１５Ａ（以下、ＡＳＫ／Ｖ１５Ａという）および緩め電磁弁１５Ｂ（以下、ＲＳＫ／Ｖ１５Ｂという）を備えている。ＡＳＫ／Ｖ１５ＡおよびＲＳＫ／Ｖ１５Ｂは電磁コイルを励磁させることにより動作する電磁弁である。また、このＡＳＫ／Ｖ１５ＡおよびＲＳＫ／Ｖ１５Ｂには、中継弁１５Ｃおよび１５Ｄ（以下、Ｒ／Ｖ１５Ｃおよび１５Ｄという）がそれぞれ接続されている。ＡＳＫ／Ｖ１５Ａは、その供給ポートが台車絞り１５Ｅを介してＢＣＰ１３に接続され、吐き出しポートがＲＳＫ／Ｖ１５Ｂの供給ポートに接続される。ＲＳＫ／Ｖ１５Ｂは、その吐き出しポートが絞り１５Ｆを介して大気に解放される。
ＡＳＫ／Ｖ１５Ａ側のＲ／Ｖ１５Ｃは、その供給ポートが空気ダメＭＲに接続され、指令圧入力ポートがＡＳＫ／Ｖ１５Ａの吐き出しポートに接続され、さらに吐き出しポートがＲＳＫ／Ｖ１５Ｂ側のＲ／Ｖ１５Ｄの供給ポートに接続される。このＲＳＫ／Ｖ１５Ｂ側のＲ／Ｖ１５Ｄは、指令圧入力ポートがＲＳＫ／Ｖ１５Ｂの吐き出しポートに接続され、一方の吐き出しポートがＢＣＹ１２に接続され、他方の吐き出しポートが絞り１５Ｇを介して大気に解放される。
絞り１５Ｅ、１５Ｆは、滑走防止信号のオン／オフに基づき、ＢＣＹ１２に供給される圧力の変化に時定数を持たせた過渡現象を起こさせるものである。しかも、絞り１５Ｅ、１５Ｆのオィフィス径の関係は、供給側に位置した絞り１５Ｅの径が放出側に位置した絞り１５Ｆの径よりも面積比で５０％以下まで小さくなるように設定する。これにより、車輪１０１の制動力を瞬時に緩めることと、緩やかに制動力を与えることとで、制御回数の低減、ひいては小電力化を図ることになる。
【００１６】
ここで、ＡＢＳ／Ｖ１５の電磁コイルがＡＢＳ／Ｃ５１から滑走防止信号のオン状態を受けて励磁されると、ＡＳＫ／Ｖ１５ＡおよびＲＳＫ／Ｖ１５Ｂは、ＢＣＰ１３内の空気を大気に放出し、Ｒ／Ｖ１５Ｃおよび１５Ｄのパイロット室の圧力を減圧する。この結果、Ｒ／Ｖ１５Ｃおよび１５Ｄの増幅作用により、供給されたＢＣＹ１２の圧力を絞り１５Ｇを介して大気に放出して制動力を解除することで、車輪１０１の滑走を抑制する。
一方、通常走行時の滑走防止信号のオフ状態では、ＡＳＫ／Ｖ１５ＡとＲＳＫ／Ｖ１５Ｂの電磁コイルが消磁状態となり、Ｃ／Ｖ１４とＢＣＹ１２とは間接的な連通状態となる。従って、車輪１０１に制動力を発生させる制動動作時にあっては、Ｃ／Ｖ１４からの出力圧力とＢＣＹ１２とがほぼ等しい圧力となり、ＢＣＹ１２は、この圧力を受けて車輪１０１に制動力を与えることになる。因みに、制動力を緩めるときには、Ｃ／Ｖ１４によりＢＣＰ１３内の圧力を抜くことにより、ＢＣＹ１２内の圧力は０ｋｇｆ／ｃｍ2になる。
【００１７】
次に、本発明のＰ／Ｓ１６は、ＢＣＰ１３内の圧力を監視し、ブレーキ指令を自ずから発生させるために設けられたものである。このＰ／Ｓ１６が、ブレーキ弁２０１がブレーキ指令を発生していないにも拘わらず、ＢＣＰ内の圧力が加圧したことを検知した場合には、ＢＰ１１の空気洩れ等による異常として把握することもできる。
また、本実施形態では、ＢＰ１１を介してブレーキ指令を伝達する場合について述べたが、制動動作時にＢＣＰ１３内が加圧されたことを検出するＰ／Ｓ１６からブレーキ指令をＡＢＳ／Ｃ５１に供給するようにしてもよく、この場合、Ｐ／Ｓ１６は、ＡＢＳ／Ｃ５１にブレーキ指令を伝える伝達手段となる。
【００１８】
次に、ＢＰ１１およびＢＣＰ１３について、圧力と制動力との関係について説明する。
車輪１０１が制動力を発生していない場合、ＢＰ１１内の圧力は常時５ｋｇｆ／ｃｍ2（≒４９０ｋＰａ）にあり、ＢＣＰ１３内の圧力は０ｋｇｆ／ｃｍ2に維持される。制動力を発生する場合、ブレーキ弁２０１によりＢＰ１１内の圧縮空気を大気に放出することでこのＢＰ１１内が減圧され、この圧力変化に逆比例するようにＣ／Ｖ１４が作動する。そして、Ｃ／Ｖ１４は、空気ダメＳＲ或いはＭＲの圧縮空気をＢＣＰ１３内に込める。
一方、車輪１０１に制動力を発生させる間（即ち、制動動作にある間）、ＡＢＳ／Ｖ１５が動作する。このＡＢＳ／Ｖ１５は、車輪１０１が滑走状態にあるか否かに応じて、ＢＣＹ１２内の圧縮空気を大気に放出させて制動力を緩めるか、ＢＣＹ１２内に圧縮空気を込めて制動力を発生させるかの切換を行う。この動作により車輪１０１の制動力を断続的に緩めるアンチロック動作を実現する。
【００１９】
［Ａ−１−２］  付随車用アンチロックブレーキシステム１の電気系
次に、付随車用アンチロックブレーキシステム１の電気回路について、図５を参照しつつ説明する。この図５では、説明の都合上、電力を供給するラインを太線で示し、信号線を細線で示し、空圧を供給するラインを点線で示している。
付随車用アンチロックブレーキシステム１の電気回路は、滑走防止制御部５１（以下、ＡＢＳ／Ｃ５１という）と、車輪速センサ５２（以下、Ｓ／Ｓ５２という）と、車輪発電機５３（以下、Ｓ／Ｇ５３という）と、二次電池としての電気二重層キャパシタ５４と、電流方向規定回路５５と、を具備している。また、貨車１００には電気二重層キャパシタ５４から電力が供給される給電線６０が設けられている。
本実施形態では、電力線３００、Ｓ／Ｇ５３および電流方向規定回路５５によって、電気二重層キャパシタ５４への給電を行う給電部が構成される。
【００２０】
ＡＢＳ／Ｃ５１は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ等（いずれも図示せず）からなるマイクロコンピュータによって構成されている。ＡＢＳ／Ｃ５１は、その入力側にＰ／Ｓ１６および各Ｓ／Ｓ５２が接続され、出力側にＡＢＳ／Ｖ１５およびＬＥＤ５６が接続されている。このＡＢＳ／Ｃ５１には、滑走防止処理等を行うためのプログラムおよび設定パラメータがＲＯＭに記憶されている。また、ＡＢＳ／Ｃ５１は、制動動作にある場合に、Ｃ／Ｖ１４が電気的なブレーキ信号を切換スイッチ５７に出力し、この切換スイッチ５７を閉成させることにより、給電線６０の電力が供給されて動作状態となる。
ＡＢＳ／Ｃ５１による滑走防止処理とは、滑走防止制御演算部５１Ａが、各車輪１０１の車軸（図示せず）に設けられたＳ／Ｓ５２からの車輪速度に基づき、当該車輪１０１が滑走しているか否を判定し、個々の車輪１０１に対して滑走防止信号を出力するものである。具体的には、滑走防止制御演算部５１Ａは、個々の車輪１０１毎に下記の演算を施すことにより、滑走防止信号をＡＢＳ／Ｖ１５に向けて出力する。
【００２１】
ここで、滑走防止制御演算部５１Ａにおける滑走の検知動作について説明する。
各Ｓ／Ｓ５２からの信号に基づき、基準軸速度Ｖｓ（ｔ）を下記の数１のように算出する。
【数１】
ＶS(t)＝ＶS(t-1)−β×ｔ
但し、ＶS(t)≦Ｖmax  の時にはＶS(t)＝Ｖmax
β      ：列車の減速度
ＶS     ：基準軸速度
Ｖmax    ：８つの車輪軸の最大軸速度
ｔ      ：演算周期
そして、算出した基準軸速度と各Ｓ／Ｓ５２の検出結果の速度差および軸加減速度（速度変化率）等から滑走を判断し、滑走を抑制するための滑走防止信号をＡＢＳ／Ｖ１５に供給する。
さらに、ＡＢＳ／Ｃ５１は、Ｐ／Ｓ１６からの信号を受信することにより、ＢＣＰ１３の空気洩れを検知する処理を行う。即ち、ＡＢＳ／Ｃ５１は、制動動作時のみ動作されるため、ＢＣＰ１３内にはＣ／Ｖ１４を介して空気ダメＳＲ或いはＭＲから圧縮空気が込められることになる。しかし、Ｐ／Ｓ１６から検出された信号が低圧状態（０ｋｇｆ／ｃｍ2）であった場合には、空気洩れと判断することができ、ＬＥＤ５６を点灯させてこれを報知する。
【００２２】
Ｓ／Ｇ５３は、車輪の軸端に取り付けられており、例えばステータ或いはロータを使用した永久磁石の電磁誘導作用により、車輪１０１の回転速度に対応させた自己発電を行う発電機として構成される。
【００２３】
電気二重層キャパシタ５４は、鉛蓄電池等に比べ、充放電の繰り返しに対する耐久性が高く、寿命が長いという特性を有している。本発明に用いられる電気二重層キャパシタ５４は、塩酸を含む電解液が用いられる水系の電気二重層コンデンサが望ましい。
この電気二重層キャパシタ５４が大電流を消費したとしても、常に電力線３００を介して電源供給部４０の電力が常に供給されているため、電気二重層キャパシタ５４が過放電状態になるのを防止することができる。しかも、従来用いられていた有機系電解液を使用したキャパシタに比べ、本実施形態に用いられる電気二重層キャパシタ５４は、電解液に塩酸系を含んでいるため、長寿命で低温時の容量低下も少ないという特徴を有する。しかも、電気二重層キャパシタ５４は、オンオフを繰り返して瞬時に急変なパワーが必要な動作を繰り返す場合であっても、寿命劣化がし難いという特徴がある。かくして、電気二重層キャパシタ５４は、アンチロック動作時に、充放電を瞬時に繰り返すことになる付随車用アンチロックブレーキシステム１に用いて好適な電源といえる。即ち、電気二重層キャパシタ５４は、化学変化を伴う従来の大容量バッテリ（鉛蓄電池）に比べ、保守を含めたランニングコストが大幅に低減される。
【００２４】
電流方向規定回路５５は、電力線３００からの電流方向およびＳ／Ｇ５３からの電流方向を規定するもので、互いに電流が流れ込むのを阻止することによって、電気二重層キャパシタ５４に電力を供給するものである。
【００２５】
電気二重層キャパシタ５４への電力の供給経路は、次の二通りとなる。
▲１▼  車輪１０１の速度が、Ｓ／Ｇ５３から発生する電力が電気二重層キャパシタ５４を蓄電するのに十分な電力を発生する高速状態である場合、電気二重層キャパシタ５４は、電力線３００を介して供給される電源供給部４０の電力にＳ／Ｇ５３からの発電電力を重畳した電力によって蓄電される。
▲２▼  車輪１０１の速度が、Ｓ／Ｇ５３から発生する電力が電気二重層キャパシタ５４を蓄電するのに不十分な電力を発生する低速状態（停車中も含む）である場合、電気二重層キャパシタ５４は、電力線３００を介して供給される電源供給部４０の電力によってのみ蓄電される。
【００２６】
［Ａ−２］  付随車用アンチロックブレーキシステム１の動作
［Ａ−２−１］  制動力の発生動作
次に、付随車用アンチロックブレーキシステム１の動作のうち、図２および図５に基づき制動力の発生動作について説明する。
列車の運転手がブレーキ弁２０１を作動させて空気信号によるブレーキ指令（４．６〜３．０ｋｇｆ／ｃｍ2または０ｋｇｆ／ｃｍ2）がＢＰ１１を介してＣ／Ｖ１４に伝達されると、Ｃ／Ｖ１４はこのブレーキ指令を受けて、ＢＣＰ１３を０〜６ｋｇｆ／ｃｍ2の範囲で加圧する。
この際、Ｐ／Ｓ１６は、ブレーキ指令を検知したことを電気的なブレーキ信号として切換スイッチ５７に出力する。切換スイッチ５７は、ブレーキ信号を受けて閉成状態となり、給電線６０の電力を各Ｓ／Ｓ５２およびＡＢＳ／Ｃ５１に供給し、これらを動作状態にする。このように、ブレーキ指令を受けたときのみ各Ｓ／Ｓ５２およびＡＢＳ／Ｃ５１に給電するようにしたから、無駄な電力消費をなくし、省電力化を図ることができる。
【００２７】
さらに、ＡＢＳ／Ｃ５１は、各Ｓ／Ｓ５２からの信号に基づき、各車輪１０１に与える制動力を制御する滑走防止信号をＡＢＳ／Ｖ１５に出力する。各ＡＢＳ／Ｖ１５は、滑走防止信号を受けてＢＣＹ１２の圧力を断続的に緩め、各車輪１０１の制動力を断続的に緩める。
これにより、付随車用アンチロックブレーキシステム１は、貨車１００の各車輪１０１に対し、各車輪１０１がレール上を滑走するのを防止しつつ制動力を与えることができる。
【００２８】
［Ａ−２−２］  電気二重層キャパシタの蓄電動作
電気二重層キャパシタ５４の蓄電動作は、前述した如く、車輪１０１の速度が前記Ｓ／Ｇ５３から発生する電力が前記電気二重層キャパシタ５４を蓄電するのに十分な電力となる高速状態である場合、電気二重層キャパシタ５４は、電力線３００を介して供給される電源供給部４０の電力にＳ／Ｇ５３からの発電電力を重畳した電力によって蓄電される。一方、車輪１０１の速度が前記Ｓ／Ｇ５３から発生する電力が電気二重層キャパシタ５４を蓄電するのに不十分な発電量となる低い速度状態にある場合、電気二重層キャパシタ５４は、電力線３００を介して供給される電源供給部４０の電力によってのみ蓄電される。
【００２９】
ここで、本実施形態によるシステムでは、Ｃ／Ｖ１４でブレーキ指令が受信されて、各車輪１０１に制動力を発生させる動作にある場合には、特に電磁切換弁であるＡＳＫ／Ｖ１５ＡおよびＲＳＫ／Ｖ１５Ｂを迅速に動作させる必要があり、電気二重層キャパシタ５４の電力消費が嵩むことになる。しかし、本実施形態では、Ｓ／Ｇ５３で発電した電力を電力線３００の電力に重畳させて電気二重層キャパシタ５４に給電することができ、この電気二重層キャパシタ５４が完全に放電するのを防止することができる。
しかも、電気二重層キャパシタ５４は、完全に放電したとしても比較的短時間で蓄電できるという特性を有しているため、付随車用アンチロックブレーキシステム１には好適な電源である。
【００３０】
かくして、本実施形態では、二次電池に電気二重層キャパシタ５４を用いると共に、停止状態であっても電気二重層キャパシタ５４を蓄電するようにしたから、電気二重層キャパシタ５４が過放電状態になってもすぐに蓄電することが可能となり、ブレーキシステムを確実に動作させることができ、当該システムの信頼性を高めることができる。
しかも、従来技術のように、過放電になった二次電池を取り外して蓄電作業を行う必要がなくなり、メンテナンスフリーを実現することができる。
【００３１】
［Ａ−２−３］  フェールセーフ動作
本実施形態では、車輪１０１に制動力を発生させない状態では、ＢＰ１１が５ｋｇｆ／ｃｍ2となり、ＢＣＰ１３が０ｋｇｆ／ｃｍ2となる。また、車輪１０１に制動力を発生させる状態では、ＢＰ１１を通常圧より減圧させてＢＣＰ１３を加圧させる。また、ＢＣＰ１３に接続したＰ／Ｓ１６は、ＢＣＰ１３内の圧力の有無を監視している。これにより、ブレーキ信号が無であるにも拘わらす、速やかにブレーキの有無を検知し、ブレーキ指令を伝達することができる。さらに、アンチロック動作も確実に行うことができ、安全性を高めることができる。
【００３２】
Ｂ．第２実施形態
この第２実施形態は、ブレーキ管を介して空気信号によるブレーキ指令が伝達されると共に、指令線を介して電気信号によるブレーキ指令が伝達される電磁自動空気ブレーキについて述べる。
第２実施形態の特徴は、図６に示すように、ＢＰ１１に接続されたブレーキ管制御電磁弁部６１（以下、ＢＰ／Ｖ６１という）と、このＢＰ／Ｖ６１を制御する制動制御部７１（以下、Ｂ／Ｃ７１という）を備えたことにある。なお、本実施形態では、前述した第１実施形態と同一の構成要素に同一の符号を付し、その説明を省略するものとする。
ここで、図１中の機関車２００には点線で示す編成列車用ブレーキ指令部２１０（以下、「ブレーキ設定器２１０」という）が設けられ、このブレーキ設定器２１０は、電気信号によるブレーキ指令を出力するものである。このブレーキ設定器２１０は例えばハンドルによって操作され、このハンドルは、第１実施形態で述べた空気信号によるブレーキ指令を出力するブレーキ弁２０１も操作する。即ち、機関士がこのハンドル（図示せず）を回動させることにより、ブレーキ弁２０１からは空気信号によるブレーキ指令が生成され、ブレーキ設定器２１０からは電気信号によるブレーキ指令が生成されることになる。
そして、ブレーキ弁２０１からの空気信号によるブレーキ指令は、図６に示すＢＰ１１を介してＣ／Ｖ１４に伝達される。このＣ／Ｖ１４は、圧力を高めるブレーキ指令をＢＣＰ１３内に伝える。この際、ＢＣＰ１３に接続されるＰ／Ｓ１６はこのＢＣＰ１３内の圧力変化から電気信号によるブレーキ指令をＢ／Ｃ７１に伝達する。
【００３３】
［Ｂ−１］  ＢＰ／Ｖ６１の構成
次に、ＢＰ／Ｖ６１の構成について図７を参照しつつ説明する。
このＢＰ／Ｖ６１は、後述するＢ／Ｃ７１（制動制御部）からのブレーキ信号を受けてＢＰ１１内の圧力を変化させるものである。
ＢＰ／Ｖ６１は、図７に示すように、常用ブレーキ電磁弁６１Ａ（以下、Ａ／Ｖ６１Ａという）、非常用ブレーキ電磁弁６１Ｂ（以下、Ｅ／Ｖ６１Ｂという）およびユルメ電磁弁６１Ｃ（以下、Ｒ／Ｖ６１Ｃという）を備えている。この弁６１Ａ、６１Ｂ、６１Ｃは、いずれもＢＰ１１に連通し、電磁コイルによって発生する電磁力を用いて、ＢＰ１１内の圧縮空気を減らして圧力を減圧させるか或いは圧縮空気を供給して圧力を５ｋｇｆ／ｃｍ2まで込めるかを調整する電磁弁によって構成されている。
【００３４】
Ａ／Ｖ６１Ａは、その供給ポートがＢＰ１１に接続され、吐き出しポートが絞り６１Ｄを介して大気に緩やかに放出される。Ｅ／Ｖ６１Ｂは、その供給ポートがＢＰ１１に接続され、吐き出しポートが大気に順次に開放される。Ｒ／Ｖ６１Ｃは、その供給ポート側が圧力源である空気ダメＭＲに接続され、吐き出しポート側が絞り６１Ｅを介してＢＰ１１に接続される。
【００３５】
ここで、ＢＰ／Ｖ６１は、ブレーキ設定器２１０及びＢ／Ｃ７１からのブレーキ信号を受け、Ａ／Ｖ６１Ａ或いはＥ／Ｖ６１Ｂを作動させてＢＰ１１内の空気を大気に放出し、ＢＰ１１内を減圧させる。この際、ブレーキ信号が常用制動を要求する励磁の場合には、Ａ／Ｖ６１ＡがＢＰ１１内の空気を絞り６１Ｄを介して徐々に放出する。ブレーキ信号が非常制動を要求する場合、Ｅ／Ｖ６１ＢがＢＰ１１内の空気を一気に放出する。これにより、機関車２００のブレーキ弁２０１からＢＰ１１を介して伝達される空気信号によるブレーキ指令よりも速やかに各貨車１００に対し、ＢＰ１１内の減圧を伝達させることができる。
一方、ブレーキ指令が解除された場合には、Ａ／Ｖ６１Ａ或いはＥ／Ｖ６１Ｂへの励磁を止め、Ｒ／Ｖ６１Ｃを励磁させて、空気ダメＭＲの圧縮空気をＢＰ１１に供給し、このＢＰ１１内を５ｋｇｆ／ｃｍ2に復元させる。
【００３６】
［Ｂ−２］  Ｂ／Ｃ７１の構成
ブレーキ設定器２１０及びＢ／Ｃ７１は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ等（いずれも図示せず）からなるマイクロコンピュータによって構成されている。Ｂ／Ｃ７１は、図８に示す如く、その入力側にＰ／Ｓ１６が接続され、出力側にＢＰ／Ｖ６１および切換スイッチ５７が接続されている。このＢ／Ｃ７１には、各種制御を行うプログラムおよび設定パラメータがＲＯＭに記憶されている。各種制御としては、Ｐ／Ｓ１６を介してブレーキ指令が伝達されるとブレーキ信号をＢＰ／Ｖ６１に出力する制御処理、ブレーキ指令を受けた場合に切換スイッチ５７を閉成させて給電線６０をＡＢＳ／Ｃ５１および各Ｓ／Ｓ５２に供給する処理等がある。
また、Ｂ／Ｃ７１は、給電線６０から直接電力が常時給電されるため、常に作動状態となっている。
【００３７】
［Ｂ−３］  本実施形態の動作
本実施形態においても、電気二重層キャパシタ５４を蓄電する給電部の構成は変わっていないため、電気二重層キャパシタ５４が過放電状態になってもすぐに蓄電することが可能となり、ブレーキシステムの信頼性を高めることができる、という同様の効果を奏する。
しかも、本実施形態では、空気信号によるブレーキ指令とは別途に、この指令よりも速やかに伝達される電気信号によるブレーキ指令を用いている。これにより、空気信号によるブレーキ指令の伝達速度が音速以上にならないために発生していた、ブレーキ指令の伝達遅れを解消することができる。
特に、北米や豪州のように機関車２００から最後尾の貨車１００までの距離が１km〜数kmもあるような列車の場合には、空気信号のみによるブレーキ指令が最後尾の貨車１００に伝達されるまで相当の時間を要していた。そこで、本実施形態のように、指令線４００を架設すると共に、貨車１００にＢ／Ｃ７１およびＢＰ／Ｖ６１とを備えることにより、各貨車１００においてブレーキ指令の受信をほぼ同時に行うことにより、制動力の発生遅れをなくすことが可能となり、より信頼性の高いブレーキシステムを実現することができる。
【００３８】
Ｃ．第３実施形態
この第３実施形態の特徴は、第２実施形態のように、有線通信によるブレーキ指令の伝達に代えて、無線信号によるブレーキ指令の伝達を行うようにした点にある。なお、本実施形態では、前述した第１および第２実施形態と同一の構成要素に同一の符号を付し、その説明を省略するものとする。
ブレーキ設定器２１０にはブレーキ指令を無線信号に変換する送信部８１が設けられ、貨車１００側にはこのブレーキ指令を受信する受信部８２が設けられている。また、貨車１００には、Ｂ／Ｃ７１に送信されるブレーキ指令を、有線によるブレーキ指令にするか、無線によるブレーキ指令かを選択するかを選択する切換スイッチ８３が備えられている。この切換スイッチ８３はＢ／Ｃ７１によって予め設定されるようになっている。
このように構成される第３実施形態においては、無線通信を介してブレーキ指令をＢ／Ｃ７１に伝達させるようにしたから、各貨車１００におけるブレーキ指令の受信をほぼ同時に行うことができ、各車毎の制動力の発生遅れをなくすことができる。
特に、北米や豪州のように列車の編成が１km〜数kmもあるような列車の場合には、ブレーキ指令の伝達をワイヤレスで行うことにより、各車における制動力の発生遅れを解消し、より信頼性の高いブレーキシステムを実現することができる。
【００３９】
Ｄ．変形例
以上、本発明の実施形態の説明を行ったが、上記実施形態はあくまでも本発明の一例であり、本発明の趣旨の範囲内で任意に変形を加えることができる。例えば以下のようなものが考えられる。
【００４０】
（１）Ｐ／Ｓ１６は、ＢＣＰ１３内の圧力の有無を監視することにより、制動動作中であるか否かを調べるものとして述べたが、Ｂ／Ｃ７１が、ブレーキ指令が受信されない状態であっても、Ｐ／Ｓ１６からの信号を受けてＡＢＳ／Ｖ１５を作動させるようにしてもよい。
【００４１】
（２）前記実施形態では、制動力発生機構２を空圧によって行う場合について説明したが、油圧、或いは油圧と空圧とを用いた圧力媒体によって車輪１０１に対して制動力を発生させるようにしてもよい。
【００４２】
（３）前記各実施形態では、空気信号によりブレーキ指令が伝達されるブレーキシステム、空気信号によるブレーキ指令と、有線を介した電気信号によるブレーキ指令とが伝達されるブレーキシステム、さらに空気信号によるブレーキ指令と、有線或いは無線を介した電気信号によるブレーキ指令とが伝達されるシステムについて例示した。しかし、本発明ではこれに限らず、伝達されるブレーキ指令を、有線を介した電気信号によるブレーキ指令、或いは無線を介した電気信号によるブレーキ指令等、種々の伝達方法によって、ブレーキ指令を伝達させるようにしてもよい。
【００４３】
（４）前記各実施形態では、二次電池を電気二重層キャパシタ５４によって構成したが、マンガン系リチウムイオン電池等、化学的なバッテリ（蓄電池）によって構成するようにしてもよい。
【００４４】
（５）ＡＢＳ／Ｃ５１およびＳ／Ｓ５２は、給電線６０から電力が常時供給させるようにしてもよい。この場合、切換スイッチ５７は省略することが可能となる。
【００４５】
（６）前記実施形態では、Ｓ／Ｇ５３（発電機）を自励式発電機として記載したが、本発明はこれに限らず、他励式発電機を用いても良い。この場合、発電機のステータ或いはロータへの励磁は、切換スイッチ５７のスイッチング動作により、ＡＢＳ／Ｃ５１およびＳ／Ｓ５２と共に励磁されるようにすればよい。
【００４６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明による付随車用アンチロックブレーキシステムにおいては、車輪に発生させる制動力の有無に関わらず、二次電池への蓄電を効率良く行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の第１実施形態による付随車用アンチロックブレーキシステムが搭載された貨車を備えた列車を示す概略図である。
【図２】  同実施形態の付随車用アンチロックブレーキシステムに用いられる制動力発生機構を示すブロック図である。
【図３】  同実施形態用いられる圧力源（空気ダメ）を示すブロック図である。
【図４】  同実施形態用いられる滑走防止弁を示す構成図である。
【図５】  同実施形態の付随車用アンチロックブレーキシステムに用いられる電気系を示すブロック図である。
【図６】  本発明の第２実施形態による付随車用アンチロックブレーキシステムに用いられる制動力発生機構を示すブロック図である。
【図７】  同実施形態用いられるブレーキ管制御弁を示す構成図である。
【図８】  同実施形態の付随車用アンチロックブレーキシステムに用いられる電気系を示すブロック図である。
【図９】  本発明の第３実施形態の付随車用アンチロックブレーキシステムに用いられる電気系を示すブロック図である。
【符号の説明】
１・・・付随車用アンチロックブレーキシステム、２・・・制動力発生機構、１１・・・ブレーキ管（ＢＰ管）、１２・・・ブレーキシリンダ（ＢＣＹ）、１３・・・ブレーキシリンダ管（ＢＣＰ）、１４・・・ブレーキ制御弁（Ｃ／Ｖ）、１５・・・滑走防止制御弁（ＡＢＳ／Ｖ）、１６・・・圧力スイッチ（Ｐ／Ｓ）、５１・・・滑走防止制御部（ＡＢＳ／Ｃ）、５２・・・車輪速センサ（Ｓ／Ｓ）、５３・・・発電機（Ｓ／Ｇ）、５４・・・電気二重層キャパシタ、５５・・・電流方向規定回路、６０・・・給電線、６１・・・ブレーキ管制御弁（ＢＰ／Ｖ）、７１・・・制動制御部（Ｂ／Ｃ）、１００・・・貨車（付随車）、２００・・・機関車（動力車）、２０１・・・ブレーキ弁（ブレーキ指令出力部）、２１０・・・編成列車用ブレーキ指令部（ブレーキ設定部）、３００・・・電力線、４００・・・指令線。
【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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【図８】
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【図９】
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