(57)【要約】【課題】  電動車両、特にトラクションチェ−ンを備える鉄道車両用の安全制動システムを提供する事を目的とする。【解決手段】  このシステムは、トラクションチェ−ン（１）に組込まれる第１の電気式非安全ブレーキと、第２の安全ブレーキ（２）と、からなる。  そして、前記第１のブレーキから第２のブレーキに転流する少なくとも一つの電気−機械式転流器（２０）と、電流値を用いて第１のブレーキの制動性能を監視することができるモニタリング装置（３）と、電流値が予め設定された閾値（２４０）を越える時に前記第１のブレーキから第２のブレーキに転流するための識別装置（４）と、及び前記少なくとも１つの電気−機械式転流器（２０）に転流指令を送信する転流指令送信装置（５）と、を具備することを特徴とする。【選択図】図１
2009065828.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電動車両、特にトラクションチェ−ンを備える鉄道車両用の安全制動システムに関し、
トラクションチェ−ン（１）に組込まれる電気式常用ブレーキである第１ブレーキと、
安全ブレーキである第２ブレーキ（２）と、からなり、
前記第１ブレーキから前記第２ブレーキに転流する少なくとも一つの電気−機械式転流器（２０）と、
電流値を用いて前記第１ブレーキの制動性能を観測することが可能なモニタリング装置（３）と、
前記電流値が予め設定された閾値（２４０）を越える時に前記第１ブレーキから前記第２ブレーキに転流するための識別装置（４）と、
少なくとも１つの電気−機械式転流器（２０）に転流指令を送信する転流指令送信装置（５）と、を具備することを特徴とする安全制動システム。
【請求項２】
前記第１ブレーキは、順に、
発電機として作動する電気―機械式マシン（１０）、
ダイオードブリッジ整流器として構成できるインバータ（１８）、
前記電気―機械式マシン（１０）を前記インバータ（１８）と接続するための前記電気―機械式転流器（２０）、
チョッパ制動抵抗器（３４）を有するチョッパ（１６）、を備えていることを特徴とする請求項１記載の安全制動システム。
【請求項３】
前記第１ブレーキは、ラインフィルタ（１４）及びライン遮断器（９）を有することを特徴とする請求項１又は請求項２記載の安全制動システム。
【請求項４】
前記電気―機械式マシン（１０）が永久磁石からなる回転子を有することを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項記載の安全制動システム。
【請求項５】
前記電気―機械式マシン（１０）は、少なくとも２つの電流が流れ、互に位相がずれた少なくとも２つのコイルを有することを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項記載の安全制動システム。
【請求項６】
前記第２ブレーキ（２）は、機械式からなることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか１項記載の安全制動システム。
【請求項７】
前記第２ブレーキ（２）は、電気式の第２ブレーキ（１１７）であることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか１項記載の安全制動システム。
【請求項８】
前記電気式の第２ブレーキ（１１７）は、前記電気―機械式マシン（１０）、制動トルク生成装置（１１８）を有し、前記電気―機械式マシン（１０）を前記制動トルク生成装置（１１８）に接続することが可能な電気―機械式転流器（１２０）を備えていることを特徴とする請求項７記載の安全制動システム。
【請求項９】
前記制動トルク生成装置（１１８）は、ダイオードブリッジ整流器（１３４）及び抵抗器（１３６）を有することを特徴とする請求項８記載の安全制動システム。
【請求項１０】
前記電気式の第２ブレーキ（１１７）は、前記インバータ（１８）、終端負荷抵抗器（１６２）、その抵抗器（１６２）に直列で接続されて入力部（１６６）で制御される補助電気−機械式リレー（１６４）、前記リレー（１６４）及び抵抗器（１６２）を有するアセンブリ、及び前記チョッパ（１６）とインバータ（１８）との間に挟設されている前記抵抗器（１６２）のダイオードブリッジ整流器を備えていることを特徴とする請求項７記載の安全制動システム。
【請求項１１】
前記モニタリング装置（３）は、前記インバータ（１８）と直列に実装されることを特徴とする請求項２乃至請求項１０のいずれか１項記載の安全制動システム。
【請求項１２】
前記モニタリング装置（３）は、前記チョッパ（１６）の前記チョッパ制動抵抗器（３４）と直列に実装されることを特徴とする請求項２乃至請求項１０のいずれか１項記載の安全制動システム。
【請求項１３】
前記モニタリング装置（３）、前記識別装置（４）、及び前記転流指令送信装置（５）は共に電流リレーを形成することを特徴とする請求項１乃至請求項１２のいずれか１項記載の安全制動システム。
【請求項１４】
前記識別装置（４）の前記閾値（２４０）は、回転する前記電気―機械式マシン（１０）の回転速度が最大値から減少する時に、前記モニタリング装置（３）により観測される電流値の略一定の範囲より下にあるように選定され、前記第１ブレーキがアクティブになることを特徴とする請求項１乃至請求項１３のいずれか１項記載の安全制動システム。
【請求項１５】
前記識別装置（４）の識別は、予め設定された閾値が越えるポイントから遅延することを特徴とする請求項１乃至請求項１４のいずれか１項記載の安全制動システム。
【請求項１６】
前記識別装置（４）の識別は、速度が予め設定された速度閾値（２５０）より低くなると停止することを特徴とする請求項１乃至請求項１５のいずれか１項記載の安全制動システム。
【請求項１７】
電動車両、特に鉄道車両用の安全制動方法に関し、
電気式常用ブレーキである第１ブレーキを起動する段階、
前記第１ブレーキにより生成するブレーキ力を代表する少なくとも１つの変数の測定値を用いて、前記第１ブレーキの性能を監視する段階、
前記変数が閾値（２４０）を下回る時に検出する段階、
電気―機械式マシン（１０）から前記第１ブレーキを分離し、安全ブレーキである第２ブレーキ（２）を起動することにより前記第１ブレーキの制動を前記第２ブレーキ（２）に転流する段階、を有することを特徴とする安全制動方法。
【請求項１８】
前記第２ブレーキ（２）は、電気式ブレーキであることを特徴とする請求項１７記載の安全制動方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、安全装置に関し、より詳細には不十分な電気制動を検出して安全ブレーキに転流する安全制動システムに関し、電動車両、例えば、鉄道車両を対象としている。
【背景技術】
【０００２】
安全制動システムは、極めて信頼性の高い方法で所望のブレーキ力を得ることを保証する。
【０００３】
鉄道輸送の分野において、主として、２タイプの制動操作：常用ブレーキ及び非常ブレーキがある。
【０００４】
常用ブレーキ操作は、最も普通に用いられる操作であり、ゼロに近い最小ブレーキ力と最大ブレーキ力の間で調整される。常用ブレーキ操作は、列車によって複数の形態：純電気式ブレーキ、純機械式ブレーキ又は電気−機械式ブレーキ、に分類される。常用ブレーキ操作は、列車のあらゆる「定位の」停止と減速運行と下り勾配とに適用されるブレーキ操作を行うものである。しかし、多くの電気、電子、メカニカル、空圧、又は油圧のコンポーネントに関係しているため誤動作し、所定外のブレーキ力を生じ得る意味において安全とはいえず、牽引／静的制動転流、牽引力を有する新しいトラクションチェ−ンによってさえ安全とは言えない。
【０００５】
非常ブレーキ操作は、その名前が示唆するように、緊急時のみに用いられる。この緊急状態は、外部の緊急事態又は常用ブレーキの不調のいずれかにより発生する。非常ブレーキの目的は、できるだけ速く、安全に列車を止めることである。非常ブレーキは、調整できないが、信頼性が高く、すなわち、故障の確率は極めて低いことが必要である。したがって、非常ブレーキは、できる限り少数のコンポーネントを用いる必要がある。一般に、非常ブレーキは純メカニカルであるけれども、これにより、特に消費される制動エネルギーレベルが大きい高速列車において、機械式ブレーキは、コスト又は質量に見合うようなサイズにすることが要求される。この理由のために、電気式安全ブレーキを作ることは非常に有利となり得る。
【０００６】
電気式安全制動システムは「永久磁石モータによって二極抵抗アセンブリを有する安全制動装置」（特許文献１参照）という表題が付されたアルストムトランスポート（Ａｌｓｔｏｍ  Ｔｒａｎｓｐｏｒｔ）名の特許出願に記載されている。しかし、この安全制動システムは１つの欠点を有している。その力／速度の特性はモータの特性と選定された制動抵抗値にのみに依存しており、そのため調整できず、特に、高速で過度なレベルの粘着を引き起こし得る過度なレベルの力、あるいは低速度で低過ぎるレベルの力をもたらし得る。この力／速度の特性を改善するための装置は「永久磁石モータと制動トルク制御による電気式安全制動装置」（特許文献２参照）という表題が付されたアルストムトランスポート名の特許出願に記載されているが、装置を追加することが必要である。
【特許文献１】仏国特許発明第０７  ５７３３８号明細書
【特許文献２】仏国特許発明第０７  ５７３３９号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
そこで本発明は上記従来の安全装置における問題点に鑑みてなされたものであって、本発明の目的は、電機式常用ブレーキと安全ブレーキからなる電気式安全制動装置において、電気式常用ブレーキが非常ブレーキ用に用いられ、電気式常用ブレーキの不調の場合のみに安全ブレーキの使用を可能にする安全装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するためになされた本発明による安全装置は、電動車両、トラクションチェ−ンを備える特に鉄道車両用の安全制動システムに関し、このシステムは、
トラクションチェ−ンに組込まれる電気式常用ブレーキである第１ブレーキと、
安全ブレーキである第２ブレーキと、からなり、
前記第１ブレーキから前記第２ブレーキに転流する転流部材と、
電流値を用いて前記第１ブレーキの制動性能を観測することが可能なモニタリング装置と、
前記電流値が予め設定された閾値を越える時に前記第１ブレーキから第２ブレーキに転流するための識別装置と、及び
前記少なくとも１つの転流部材に転流指令を送信する転流指令送信装置と、を具備することを特徴とする。
【０００９】
−前記第１ブレーキは、順に、発電機として作動する電気―機械式マシン、ダイオードブリッジ整流器として構成できるインバータ、前記電気―機械式マシンを前記インバータと接続するための電気―機械式転流器、チョッパ制動抵抗器を有するチョッパ、を備えていることが好ましい。
【００１０】
−電気式常用ブレーキである前記第１ブレーキは、ラインフィルタ及びライン遮断器を有することが好ましい。
【００１１】
−前記電気―機械式マシンは、永久磁石からなる回転子を有する。
−前記電気―機械式マシンは、少なくとも２つの電流が流れ、互に位相がずれた少なくとも２つのコイルを有する。ことが好ましい。
【００１２】
−前記第２ブレーキは、機械式からなる。
−前記第２ブレーキは、電気式ブレーキである。
−前記第２ブレーキは、前記電気―機械式マシン、制動トルク生成装置を有し、前記電気―機械式マシンを制動トルク生成装置に接続することが可能な電気―機械式転流器を備えている。
−前記制動トルク生成装置は、ダイオードブリッジ整流器及び抵抗器を有する。ことが好ましい。
【００１３】
−前記第２ブレーキは、前記インバータのダイオードブリッジ整流器、端子負荷抵抗器、抵抗器に直列で接続されて入力部で制御される補助電気−機械式リレー、前記リレー及び抵抗器を有するアセンブリ、及び前記チョッパと前記インバータの間に挟設されている前記抵抗器のダイオードブリッジ整流器を備えている。ことが好ましい。
【００１４】
−前記モニタリング装置は、前記インバータと直列に実装される。
−前記モニタリング装置は、前記チョッパの制動抵抗器と直列に実装される。
−前記モニタリング装置、識別装置、及び前記転流指令送信装置は共に電流リレーを形成する。ことが好ましい。
【００１５】
−前記識別装置の閾値は、前記回転する電気―機械式マシンの回転速度が最大値から減少する時に、前記モニタリング装置により観測される電流値の略一定の範囲の下にあるように選定され、前記第１ブレーキがアクティブになる。ことが好ましい。
【００１６】
−前記識別装置の識別は、予め設定された閾値が越えるポイントから遅延する、
−前記識別装置の識別は、速度が予め設定された閾値より低くなると停止する。
ことが好ましい。
【００１７】
また、本発明上記目的を達成するためになされた本発明による安全制御方法は、電動車両、特に鉄道車両用の安全制動方法に関し、以下の段階を有する。
−電気式常用ブレーキである第１ブレーキを起動する段階、
−前記第１ブレーキにより生成するブレーキ力を代表する少なくとも１つの変数の測定値を用いて、前記第１ブレーキの性能を監視する段階、
−前記変数が閾値を下回る時に検出する段階、
−前記電気―機械式マシンから前記第１ブレーキを分離し、安全ブレーキである前記第２ブレーキを起動することにより電気式常用ブレーキである前記第１ブレーキの制動を前記第２ブレーキに転流する段階。
【００１８】
−前記第２ブレーキは、電気式ブレーキである。ことが好ましい。
【発明の効果】
【００１９】
誤動作し、所定外のブレーキ力を生じ得る信頼度の低い従来の方式にかわって、
−得られる車輪／レール接着から最大の利点を引き出すために緊急事態における常用ブレーキの動的制御のための全ての可能性を利用すること。
−常用ブレーキの不調の場合のみに安全ブレーキを用いること。により信頼度の高い方式を提供できるという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
次に、本発明に係る安全装置を実施するための最良の形態の具体例を図面を参照しながら説明する。
【００２１】
図１は、安全制動システムと称され、鉄道車両の電気式のトラクションチェ−ン１を具備する第１実施形態の制動システムを示す。
【００２２】
この制動システムは、電気式のトラクションチェ−ン１に組込まれる電気式常用ブレーキである第１ブレーキ、及びこの形態では機械式の安全ブレーキである第２ブレーキ２を備えている。
【００２３】
また、前記制動システムは、電流値を用いて前記第１ブレーキの制動性能を観測するモニタリング装置３、前記電流値が予め設定された閾値を越える時に前記第１ブレーキから第２ブレーキに転流する決定を下す識別装置４、及び転流指令を送信する転流指令送信装置５を備えている。
【００２４】
トラクションチェ−ン１は、アースに接続される接地７によって基準化された高圧下にあり、カテナリライン（又は第３のレール）６を介して電力が供給される。
【００２５】
トラクションチェ−ン１は電気式であり、トラクションチェ−ン１とカテナリライン（又は第３のレール）６の間で主開閉器／接触器として作動するライン遮断器９が後に続くカテナリライン（又は第３のレール）６から電気エネルギーを捕捉するパンタグラフ（又はスケート）８を有している。
【００２６】
また、トラクションチェ−ン１は、電力変換装置１２経由で電力が供給される回転電気―機械式マシン１０を有している。
【００２７】
電力変換装置１２は、遮断器９から電気―機械式マシン１０まで順に、ラインフィルタ１４、抵抗型制動チョッパ１６、及びこの形態では電気―機械式接続転流器２０経由で電力を電気―機械式マシン１０に供給する三相交流出力を有するインバータ１８を備えている。
【００２８】
トラクションチェ−ン１の全ての構成部材は、アースリターンライン２２経由で共通の接地７に接続されている。
【００２９】
電気―機械式マシン１０は、この形態では、三相交流電源を有し、電気入力端子２３、２４、２５を備えた固定子、及び永久磁石により励起される回転子を有している。
【００３０】
電気―機械式マシン１０は、電気トラクションモードにおいてはモータとして動作する一方、電気制動モードにおいては発電器として動作する。
【００３１】
電気式常用ブレーキである前記第１ブレーキは、トラクションチェ−ン１のコンポーネント、特に回転電気―機械式マシン１０、インバータ１８、抵抗型制動チョッパ１６、及びラインフィルタ１４からなっている。
【００３２】
ラインフィルタ１４は、この形態では、一方で回路ブレーカ（ライン遮断器）９とチョッパ１６のライン入力部２９との間で直列に実装されるライン誘導子２８、他方でチョッパ１６の入力部２９近辺で並列に電気接続されるコンデンサ３０からなる通常の“ＬＣ”構造を有している。
【００３３】
抵抗型制動チョッパ１６は、例えば調整器として作動し、抵抗型制動抵抗器３４に直列で接続されるＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ  Ｇａｔｅ  Ｂｉｐｏｌａｒ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）タイプの電力用トランジスタ３２を有している。
【００３４】
また、チョッパ１６は、制動抵抗器３４と並列で接続されるフリーホイールダイオード（ｆｒｅｅ  ｗｈｅｅｌ  ｄｉｏｄｅ）３６を有している。
【００３５】
インバータ１８は、電気―機械式転流器２０を用いてなされる接続により電気―機械式マシン１０（モータ）の電気固定子三相入力端子２３、２４、２５にそれぞれ接続される３つの三相交流出力ライン３７、３８、３９を有している。
【００３６】
インバータ１８は、入力フィルタ１４の出力部とリターンライン２２との間で三相接続される６つの電子式電源スイッチ４２、４４、４６、４８、５０、５２を備えた通常の構造を有している。
【００３７】
各電子式電源スイッチ４２、４４、４６、４８、５０、５２は、例えば、ＩＧＢＴタイプであり、制御電流の導電状態／非導電状態にコントロール可能な電力用トランジスタ５４、５６、５８、６０、６２、６４を有している。この各電力用トランジスタは、フリーホイールダイオード６６、６８、７０、７２、７４、及び７６に対応して対向並列式に実装される。この例の図１において、各電力用トランジスタの矢印は、そのトランジスタが導電時における電流の流れる方向を表している。
【００３８】
各電源スイッチ４２、４４、４６は、電源スイッチ４８、５０、５２にそれぞれ関連している。スイッチ４２、４４、４６のうちの１つの出力部がスイッチ４８、５０、５２のうちの１つの入力部に接続されて、インバータ１８の１つの出力部が形成される毎に、その各出力部はインバータ１８の出力ライン３７、３８、３９とそれぞれ接続される。
【００３９】
転流の制御回路は、図１には示されず、電気−機械式マシン１０（モータ）に同期的なトラクション機能を備えると仮定する。
【００４０】
電気―機械式転流器２０は、電気−機械式マシン１０（モータ）の固定子三相の３つの電気入力端子２３、２４、２５にそれぞれ接続される一式の電気入力ピン９０、９２、９４を有している。
【００４１】
また、電気―機械式転流器２０は、インバータ１８の出力ライン３７、３８、３９にそれぞれ接続される第１のグループの出力ピン９６、９８、１００を有している。
【００４２】
また、電気―機械式転流器２０は、インバータ１８から電気−機械式マシン１０（モータ）を分離するために電気分離されて入力ピン９０、９２、９４にそれぞれ接続される第２のグループの出力ピン１０８、１１０、１１２を有している。
【００４３】
電気―機械式転流器２０は、前記入力ピンと出力ピンとの間の接続がなされて接触器が一方のグループから他方のグループに方向転流させる転流指令を受信する指令入力部１１４を有している。
【００４４】
電気―機械式転流器２０は、高い信頼性及びそれによる安全性を備えている。
【００４５】
この形態では、モニタリング装置３、識別装置４、及び転流指令送信装置５から構成されるアセンブリは、１つのコンポーネント：電流リレーにより構築される。
【００４６】
変形形態において、前記装置３、４、及び５は、３つの別個のコンポーネントからなる分離型アセンブリに形成される。
【００４７】
モニタリング装置３は、この例の図１において、インバータ１８と抵抗型制動チョッパ１６との間に接続される。
【００４８】
転流指令送信装置５は、前記電流リレーにより測定された電流が予め設定された閾値の下にある時に、転流指令信号を出力部で送信する。
【００４９】
転流指令送信装置５の接続／分離状態の出力部は、機械式ブレーキである第２ブレーキ２の起動指令入力部１１６及びインバータ１８から電気−機械式マシン１０（モータ）を接続／切り離しが可能な電気−機械式リレー２０の指令入力部１１４に接続される。
【００５０】
運転操作時に、図１に示すトラクションチェ−ン１は、インバータ１８経由でカテナリライン６を介して電力を電気−機械式マシン１０（モータ）に供給するように設定される。
【００５１】
電力変換装置１２は、直流が供給されるインバータ形態を用い、このときライン遮断器９が閉じて、チョッパ１６のトランジスタが開いている。
【００５２】
電気―機械式転流器２０は、この形態では、インバータ１８の出力ライン３７、３８、３９をモータの固定子の供給入力部２３、２４、２５に接続させるように設定される。
【００５３】
常用ブレーキ操作時には、電気―機械式転流器２０はトラクション操作時と同じ状態に保持される。
【００５４】
インバータ１８は、転流子モードで作動するように設定され、チョッパ１６は、抵抗器３４で消費される如何なる余剰な制動電力をも受け取ることが可能な最大電力までライン６に伝搬される制動電力を制限する。
【００５５】
この操作モードは、回復／抵抗型複合モード（ｃｏｍｂｉｎｅｄ  ｒｅｃｏｖｅｒｙ／ｒｈｅｏｓｔａｔｉｃ  ｍｏｄｅ）と呼ばれる通常の操作モードである。
【００５６】
純抵抗型制動モードで動作することもまた可能である。この形態では、ライン遮断器９が開き、インバータもまた転流子モードで動作し、チョッパ１６の抵抗型制動抵抗器３４の値とインバータ１８の出力電圧に従って転流電流を抵抗型制動抵抗器３４に提供する。この操作モードは、遮断器が開くことによりモータから生成されるトルクがプラス、すなわち、トラクショントルクを与え得るようになることから、電気式ブレーキが非常ブレーキに用いられる時にしばしば選択される。
【００５７】
この純抵抗型制動モードにおいてさえ、制動トルクは、転流子として動作するインバータ１８により活発にコントロールされる。ライン遮断器９が開いているので電気エネルギーがライン６に伝わることができないという事実のため、チョッパ１６の電子スイッチ３２は、永久又は略永久伝導の状態に保持されている。
【００５８】
このように、前記非常ブレーキ時に用いられる前記電気式常用ブレーキの操作モード（複合型回復／抵抗型モード又は純抵抗型制動モード）に関係なく制動トルクは、車輪の速度及び得られる車輪／レール接着による動的な方法でコントロールされる。したがって、このブレーキは、最高レベルの効率を有するが、過度に多い数のコンポーネントを有するため信頼性がない。
【００５９】
単に、このモニタリング装置３が観測した電流値を予め設定された閾値と比較することにより、この電気式ブレーキが適正なレベルの効率を有しているか否かについて、モニタリング装置３から検出する識別装置４は信頼できる情報を提供する。非常ブレーキ時に必要とされるブレーキ力が一定（非調整型ブレーキ）であるため、このモニタリング装置３における列車の速度に対する電流値の曲線はほぼ図７に示された形を有する。
【００６０】
従って、識別装置４は、モニタリング装置３に基づいて電気制動力の不十分なレベルを確実に検出することができる。
【００６１】
従って、電気制動力の不十分なレベルが検出される場合に、転流指令送信装置５は、電気式ブレーキである第１ブレーキから安全ブレーキである第２ブレーキ２に確実に転流することができる。このため、転流指令送信装置５は、転流指令を電気−機械式転流器２０の入力部１１４及び安全ブレーキである第２ブレーキ２の入力部１１６に送信する。また、転流指令送信装置５は、非常ブレーキ時に用いられる常用ブレーキモードが複合型回復／抵抗型モードである場合、装置（トラクションチェ−ン）１がトラクションモードに移動することができないようにするため、開指令を遮断器９に送信する。
【００６２】
変形形態において、誤警報などの全ての妨害を除去するため、例えば１又は２秒識別装置により検出の妥当性検証を遅延するように処置することができる。
【００６３】
別の変形形態において、
予め設定された速度の閾値より下で、常用ブレーキが正しく動作している時、転流指令送信装置の機能を解除できる。識別装置４は、常用ブレーキが正しく動作している時、転流指令送信装置が低速度で安全ブレーキに転流することを防止するために、図示しない列車速度信号用入力部を有する。列車速度に対するモニターされた電流の特性（図７参照）により、速度が非常に低下する時に、この電流値がモニタリング閾値より小さくても合格とする。転流指令送信装置の信頼性を保持するため、この速度閾値は信頼性を有する必要がある。
【００６４】
図２は、図１に示したのと同じトラクションチェ−ン１に関連した第２実施形態の安全制動システムを示す。
【００６５】
この形態では、安全ブレーキである第２ブレーキ２のみが違い、制動トルク生成装置１１８及びこの形態では制動トルク生成装置１１８の入力部１２８、１３０、１３２にそれぞれ接続している第３のグループの出力ピン１２２、１２４、１２６を有し、前記電気―機械式転流器２０に相当する電気―機械式転流器１２０を備える電気式の第２ブレーキ１１７である。
【００６６】
電気式の第２ブレーキ１１７は、電気−機械式マシン１０（発電機）、電気―機械式転流器１２０、及び制動トルク生成装置１１８を備えている。
【００６７】
電気―機械式転流器１２０は、第１のグループのピン９６、９８、１００の電気接触を第２のグループの出力ピン１００、１１０、１１２に転流することによるインバータ１８の出力ライン３７、３８、３９から電気−機械式マシン１０（モータ）の入力端子２３、２４、２５の接続を切ることができ、それによりインバータ１８から電気−機械式マシン１０（モータ）が分離される。
【００６８】
また、電気−機械式転流器１２０は、入力端子２３、２４、２５を電気式の第２ブレーキ１１７の制動トルク生成装置１１８の入力部１２８、１３０、１３２に接続することができる。
【００６９】
制動トルク生成装置１１８は、入力部１２８、１３０、１３２、及び出力部１３８及び１４０でブリッジに接続される終端負荷抵抗器１３６に電力が供給される通常のダイオードブリッジ整流器１３４、この形態では、三相交流の子を有している。この形態におけるダイオードブリッジ整流器１３４は、図２に示す６つのダイオード１４２、１４４、１４６、１４８、１５０、１５２を備えている。
【００７０】
ダイオードブリッジ整流器１３４及び負荷抵抗器１３６は、両方とも全く受動で、制御を全然必要としない電気部品である。
【００７１】
図２に示す安全制動システムで、安全ブレーキモードと呼ばれる制動モードを除いて、図１のものと同じ操作モードが得られる。
【００７２】
いわゆる安全制動モードにおいて、モニタリング装置３及び識別装置４が閾値より下で電気式の第１ブレーキのイメージ電流値を検出する時に、電気式の第２ブレーキ１１７への電気式の第１ブレーキの転流が電気―機械式転流器１２０により実行される。
【００７３】
電気―機械式転流器１２０は、転流指令送信装置５から電気式の第２ブレーキ１１７への転流指令を受信して、電気―機械式マシン１０（発電機）を制動トルク生成装置１１８に接続する時、電気―機械式機構（モータ）１０をインバータ１８から切り離す。
【００７４】
図３は、図１及び２のものと同一のトラクションチェ−ン１に関連した第３実施形態の安全ブレーキシステムを示す。
【００７５】
図１に示す安全ブレーキシステムに比べて、この形態における第２ブレーキは、インバータ１８のフリーホイールダイオード・ブリッジ６６、６８、７０、７２、７４、７６、終端負荷抵抗器１６２、抵抗器１６２に直列で接続されて入力部１６６でコントロールされる補助電気−機械式リレー１６４を有する電気式ブレーキである。そして、リレー１６４及び抵抗器１６２からなるアセンブリは、チョッパ１６とインバータ１８との間に挟設されている。
【００７６】
また、電気式の第２ブレーキは、図３のこの形態では示さず、インバータ１８の電力用トランジスタを導電状態に設定する指令を抑止することが可能な補助回路を有している。
各装置３、４、５のアセンブリは、図１のものと同様である。
【００７７】
しかし、この形態では、転流指令送信装置５の出力部又は電流リレーの出力部は、第２ブレーキの負荷抵抗器１６２を、インバータ１８の電力用トランジスタを閉じる指令を抑止するための回路に、そして必要なら、遮断器９を開く指令ユニットに接続するための電気―機械式転流器２０の入力部１１４に接続される。
【００７８】
図３に示す安全制動システムで、安全ブレーキモードと呼ばれる制動モードを除く図１及び２のものと同じ操作モードが得られる。
【００７９】
この制動モードにおいて、インバータ１８のトランジスタの指令は、転流指令送信装置５により送られた転流指令に応じて抑止される。
【００８０】
電気式の第２ブレーキへの転流は、安全制動トルクを生成する抵抗器１６２の上の補助電気−機械式リレー１６４の閉止により確実に行われる。
【００８１】
図２及び３の場合の電気エネルギーを消散する補足的なシナリオを提供することはできるが、ここでは説明を省略する。
【００８２】
図４は、図１の第１実施形態の安全制動システムの変形形態を示す。この形態における全ての装置３、４、５は、チョッパ１６の抵抗器３４と直列に配置される。
【００８３】
図４の制動システムの操作は、図１のものと同様であるが、この形態では、遮断器９が開いていて、非常ブレーキ操作時に用いられる常用ブレーキが純抵抗型制動である点が相異している。
【００８４】
図５は、装置３、４、５からなる電流リレーがチョッパ１６の抵抗器３４と直列に配置される図２における第２実施形態の安全制動システムの変形形態である。
【００８５】
図５の制動システムの操作は、この形態では、図２のものと同様であるが、非常ブレーキ操作時に用いられる常用ブレーキが図４の純抵抗型モードである点が相異している。
【００８６】
図６は、電流リレー３、４、５が抵抗型制動チョッパ１６の抵抗器３４と直列に挟設された図３の第３実施形態の安全制動システムの変形形態を示す。
【００８７】
図６の制動システムの操作は、図３のものと同様であるが、この形態では、非常ブレーキの場合に用いられる常用ブレーキが図４及び５におけるような純抵抗型ブレーキである点が相異している。
【００８８】
図７は、モータの回転速度すなわち滑走固着（ｌｏｃｋｉｎｇ）しない列車の速度に対するモニタリング装置３の観測電流値を示す。この図は、モニタリング装置３が、抵抗型チョッパ１６とインバータ１８の間のラインに配置される（図１、２、３の通り）か、制動抵抗器３４と直列に配置される（図４、５、６の通り）かによって異なる電流値を示す。図１、２、３の場合は曲線２１０、図４、５、６の場合は曲線２２０が対応している。この図は、電流を監視するための閾値２４０が広範の値から選定されることを示している。この閾値２４０より下で、識別装置４は電気制動の不十分な点を検出する。
【００８９】
また、この図は、速度が０の向かう時に電流が０に向かうことを示す。電流は、非常に低い所定の速度において、必然的にモニタリング閾値を下回ることになる。識別装置４は、従って、低速度時に不十分な電気制動の発生を検出する。このことは０速度に対応した電気制動力を生成することはできないため、全く通常のことである。それにより、転流指令送信装置５は、安全ブレーキである第２ブレーキに転流する。これは演繹的に不利ではない。しかし、例えば、この転流が制動トルクのある程度のサージを引き起こす場合、これを避けることが望ましいといえる。（それにもかかわらず、これは、めったに用いられない非常ブレーキのみに関係するので、一般に許容される）。これを避けるために、速度閾値２５０より下で識別装置４を抑止すること（図７に示した例）は可能である。この形態では、装置の安全性を失わないように、この速度閾値は信頼できることが勿論必要である。
【００９０】
図１乃至６に示す安全制動システムによりもたらされる利点は、モニタリング装置３により監視される第１の電気式常用ブレーキが安全型の制動シナリオに用いられ、同時に、車輪の回転速度に従って制御する制動トルクの容量から恩恵を被るという事実である。
【００９１】
説明した通りの安全制動システムは、次の利点を有している。
−使用可能な車輪／レール接着から最大の利点を引き出すために緊急事態における常用ブレーキの動的制御の全ての可能性を利用すること、
−常用ブレーキの不調の場合のみに用い安全ブレーキに応力をあまり掛けないこと。
【００９２】
モニタリング装置３、識別装置４、転流指令送信装置５、及び安全ブレーキである第２ブレーキ２、電気式の第２ブレーキ１１７の協同動作により制動システムの安全が確保される。
【００９３】
このような制動システムにより、制動トルクの制御は高速で保証され、そして、制動システムの空間要件は、機械式安全制動システムのみの使用に比べて減少する。
【００９４】
さらに、アクティブ制御は、一層効率的で、受動形の電気式安全制動システムで実行されるパッシブ制御より煩雑ではない。
【００９５】
尚、本発明は、上述の実施形態に限られるものではない。本発明の技術的範囲から逸脱しない範囲内で多様に変更実施することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００９６】
【図１】電気式常用ブレーキである第１ブレーキ及び機械式安全ブレーキである第２ブレーキを有する第１実施形態の制動システムの回路図である。
【図２】電気式常用ブレーキである第１ブレーキ及び電気式安全ブレーキである第２ブレーキを有し、この形態では全て電気式である第２実施形態の制動システムの回路図である。
【図３】電気式常用ブレーキである第１ブレーキ及び電気式安全ブレーキである第２ブレーキを有し、この形態では全て電気式である第３実施形態の制動システムの回路図である。
【図４】図１に記載された第１実施形態の変形形態の回路図である。
【図５】図２の第２実施形態の変形形態の回路図である。
【図６】図３に記載された第３実施形態の変形形態の回路図である。
【図７】主電動機の回転速度の関数としての電流線図で、これに基づき閾値が電流リレーを始動するために決定される。
【符号の説明】
【００９７】
１      トラクションチェーン
２      第２ブレーキ
３      モニタリング装置
４      識別装置
５      転流指令送信装置
６      カテナリライン
８      パンタグラフ
９      遮断器
１０      電気−機械式マシン
１４      ラインフィルタ
１６      チョッパ
１８      インバータ
２０      電気−機械式転流器
３４      チョッパ制動抵抗器
１１７      電気式の第２ブレーキ
１１８      制動トルク生成装置
１２０      電気−機械式転流器
１３４      ダイオードブリッジ整流器
１３６      抵抗器
１６２      抵抗器
１６４      リレー、補助電気−機械式リレー
１６６      チョッパ
２４０      閾値
２５０      速度閾値
【図１】
2009065828.tif 000003
【図２】
2009065828.tif 000004
【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】
2009065828.tif 000009
【外国語明細書】
Title of Invention 
Safety device for detecting inadequate electric braking and commutation to a safety brake
The invention relates to a device for detecting inadequate electric braking and commutation to a safety brake. It is intended for a vehicle which is electrically driven, for example, a rail vehicle.
A safety braking system ensures the desired braking force is produced in an extremely reliable manner. 
In the field of rail transport, there are principally two types of braking operation: service braking and emergency braking.
The service braking operation is the one which is most commonly used during operation. It can be adjusted between a minimum force value close to 0 and a maximum force value. It can be broken down itself into a plurality of modes, depending on the trains: purely electric brake, purely mechanical brake or combined electric and mechanical brake. It carries out all the “normal” stopping and deceleration operations of the train, and the braking operations for holding on declines. However, it is not secure in the sense that it involves a large number of electric, electronic, mechanical, pneumatic or hydraulic components which may malfunction and therefore bring about a different braking force from that desired, or even, with the new traction chains having traction/static braking commutation, a traction force.
. The emergency braking operation is used, as its name suggests, only in the event of an emergency. This emergency condition may be brought about either by an external emergency situation or by a malfunction of the service brake. The object of this brake is to stop the train as quickly and safely as possible. This brake cannot be adjusted but is reliable, that is to say, its probability of failure must be extremely low. This brake must therefore use the fewest possible number of components. Generally, it is purely mechanical, but this requires the mechanical brake to be sized accordingly which may be found to be prohibitive in terms of cost or mass, in particular in a high-speed train where the levels of braking energy to be dissipated are significant. For this reason, it may be very advantageous to produce an electric safety brake.
An electric safety braking device is described in the patent application entitled “Safety braking device having a bipolar resistive assembly with permanent magnet motor” in the name of Alstom Transport. However, this device has one disadvantage: the force/speed characteristic thereof is dependent only on the characteristics of the motor and the value of the braking resistance selected, it cannot therefore be adjusted, in particular it may lead to excessive levels of force at high speed which would bring about an excessive level of adhesion or instead to levels of force which are too low at low speed. A device for improving this force/speed characteristic is described in the patent application entitled “Electric safety braking device with permanent magnet motor and braking torque control” in the name of Alstom Transport, but it is necessary to add an additional item of equipment.
The object of the device described in this invention is to allow the electric service brake to be used for emergency braking and to use the safety brake only in the event of a malfunction of the electric service brake, which affords the following advantages:
- making use of all the possibilities for dynamic control of the service brake in an emergency situation, in order to derive maximum benefit from the wheel/rail adhesion available,
- placing less stress on the safety brake by using it only in the event of a malfunction of the service brake.
To this end, the invention relates to a safety braking system which is intended for a vehicle with electric traction, in particular a rail vehicle, which is provided with a traction chain, the system comprising:
a first electric, non-safety brake which is integrated in the traction chain,
a second, safety, brake, 
characterised in that it comprises
a member for commutation from the first brake to the second brake,
a monitoring device which is capable of monitoring the braking performance of the first brake using data for measurement of the intensity of a current,
a decision device for commutating from the first brake to the second brake when a predetermined threshold value is exceeded by the intensity measurement data, and
a device for transmitting a commutation command to the at least one commutation member.
According to specific embodiments, the safety brake comprises one or more of the following features:
- the first electric brake comprises, in sequence, an electromechanical machine which is capable of operating as a voltage generator, a traction inverter which is capable of being configured as a diode bridge rectifier, an electromechanical commutator for connecting the electromechanical machine to the inverter, a chopper with a chopper brake resistor,
- the first electric service brake comprises a line filter and a line circuit-breaker;
- the electromechanical machine comprises a rotor with permanent magnets;
- the electromechanical machine comprises at least two coils which allow at least two currents to flow which are mutually dephased;
- the second brake is of the mechanical type;
- the second brake is an electric brake;
- the second electric brake comprises the electromechanical machine, a braking torque production device, the electromechanical commutator which is capable of connecting the electromechanical machine to the braking torque production device; 
- the braking torque production device comprises a diode bridge rectifier and a resistor;
- the second electric brake comprises the diode bridge rectifier of the traction inverter, a terminal load resistor, an auxiliary electromechanical relay which is connected in series to the resistor and which is controlled at an input, the assembly comprising the relay and the resistor being interposed between the chopper and the inverter;
- the monitoring device is mounted in series with the inverter;
- the monitoring device is mounted in series with the brake resistor of the chopper;
- the monitoring device, the decision device and the device for transmitting a commutation command together form a current relay; and 
- the threshold value of the decision device is selected so as to be below a substantially constant range of current intensity values observed by the monitoring device when the rotation speed of the rotating electromechanical machine decreases from a maximum value, the first brake being active,
- the decision of the decision device is delayed from the point at which a predetermined threshold value is exceeded,
- the decision of the decision device is deactivated when the speed is lower than a predetermined threshold.
The invention also relates to a safety braking method which is intended for a vehicle with electric traction, in particular a rail vehicle, comprising the steps involving:
activating a first electric non-safety brake,
monitoring the performance of the first electric non-safety brake using measurements of at least one variable which is representative of the braking force produced by the first electric brake,
detecting when this variable falls below a threshold value,
commutating the braking of the first electric non-safety brake to the second safety brake by isolating the first brake from the electromechanical machine and activating the second safety brake.
According to specific embodiments, the safety braking method comprises the following feature:
- the second safety brake is an electric brake.
The invention will be better understood from a reading of the description of the embodiments which will follow and which are given purely by way of example and with reference to the drawings, in which:
- Figure 1 is a schematic view of a first embodiment of a braking system comprising a first electric, non-safety service brake, and a second mechanical safety brake;
- Figure 2 is a schematic view of a second embodiment of a braking system, in this instance all electrical, comprising a first non-safety electric service brake and a second electric safety brake;
- Figure 3 is a schematic view of a third embodiment of a braking system, in this instance all electrical, comprising a first non-safety electric service brake and a second electric safety brake;
- Figure 4 is a schematic view of a variant of the first embodiment described in Figure 1;
- Figure 5 is a schematic view of a variant of the second embodiment of Figure 2;
- Figure 6 is a schematic view of a variant of the third embodiment described in Figure 3;
- Figure 7 is a current line as a function of the rotation speed of a traction motor, based on which a threshold is determined for initiating a current relay.
Figure 1 illustrates a first embodiment of a braking system which is referred to as a safety braking system and which is associated with an electric traction chain 1 of a rail vehicle.
The braking system comprises a first electric service brake which is integrated in the electric traction chain 1 and a second safety brake 2 which is in this instance mechanical.
The braking system also comprises a device 3 for monitoring the braking performance of the first brake using current intensity measurement data, a detection device 4 which is capable of reaching the decision to commutate from the first brake to the second brake when a predetermined threshold value is exceeded by the intensity measurement data and a device 5 for transmitting a commutation command.
The traction chain 1 is supplied with electrical power by means of a catenary line (or a third rail) 6 which is under high voltage and which is referenced by a ground 7 which is connected to the earth.
The electric traction chain 1 comprises a pantograph (or skate) 8 for capturing electrical energy from the catenary line (or the third rail) 6 followed by a line circuit-breaker 9 which acts as a main switch/contactor between the traction chain 1 and the catenary line (or the third rail) 6.
The traction chain 1 also comprises a rotating electromechanical machine 10 which is capable of being supplied with electrical power via an electronic power converter 12.
The electronic power converter 12 comprises, in sequence from the circuit-breaker 9 to the electromechanical machine 10, a line filter 14, a rheostatic braking chopper 16 and a traction inverter 18, in this instance having a three-phase output which is capable of supplying the electromechanical machine 10 with electrical power via an electromechanical connection commutator 20.
All of the elements of the traction chain 1 are connected to the common ground 7 via an earth return line 22.
The rotating electromechanical machine 10 comprises a stator which in this case has a three-phase alternating power supply and which is provided with electrical input terminals 23, 24, 25 and a rotor whose excitation is provided by a permanent magnet.
In electric traction mode, the electromechanical machine 10 operates as a motor whilst, in electric braking mode, the mechanism operates as a voltage generator. 
The first electric service brake comprises components of the traction chain 1, in particular the rotating electromechanical machine 10, the inverter 18, the rheostatic braking chopper 16 and the line filter 14.
The line filter 14 comprises in this instance a conventional “LC” structure which is formed on the one hand by a line inductor 28 which is mounted in series between the circuit- breaker 9 and a line input 29 of the chopper 16 and, on the other hand, a capacitor 30 which is electrically connected in parallel close to the input 29 of the chopper 16.
The rheostatic braking chopper 16 comprises a power transistor 32 of the IGBT type (Insulated Gate Bipolar Transistor) which acts, for example, as a regulator and which is connected in series to a rheostatic brake resistor 34.
The chopper 16 also comprises a free wheel diode 36 which is connected in parallel to the brake resistor 34.
The inverter 18 comprises three alternating three-phase output lines 37, 38, 39 which are each capable of being connected to an electric stator phase input terminal 23, 24, 25, respectively, of the motor 10 via a connection which is produced using the electromechanical commutator 20.
The inverter 18 has a conventional structure having 6 electronic power switches 42, 44, 46, 48, 50, 52 which are connected in three phases connected between the output of the input filter 14 and the return line 22.
Each electronic power switch 42, 44, 46, 48, 50, 52 comprises a power transistor 54, 56, 58, 60, 62, 64 which is, for example, of the IGBT type and which can be controlled in a conductive state/non-conductive state for a control current, each power transistor being associated with a free wheel diode 66, 68, 70, 72, 74 and 76 which is mounted in an anti-parallel manner thereon. In this instance, in Figure 1, the arrow of each power transistor represents the flow direction of the current when this transistor is conductive.
Each power switch 42, 44, 46 is associated with a power switch 48, 50, 52, respectively, the output of one of the first switches being connected to the input of one of the second switches and forming an output of the inverter, each output being connected to an output line 37, 38, 39 of the inverter, respectively.
The control circuits of the commutation cells are not illustrated in Figure 1 and are assumed to be capable of providing the motor 10 with a synchronous traction function.
The electromechanical commutator 20 comprises an assembly of three input pins 90, 92, 94 which are connected to the electric input terminals 23, 24, 25 of the stator phases of the motor 10, respectively.
The electromechanical commutator 20 also comprises a first group of output pins 96, 98, 100 which are connected to the output lines 37, 38, 39 of the inverter 18, respectively.
The electromechanical commutator 20 also comprises a second group of output pins 108, 110, 112 which are electrically isolated and which are capable of being connected to the input pins 90, 92, 94, respectively, in order to isolate the motor from the inverter 18.
The electromechanical commutator 20 comprises a command input 114 which is capable of receiving a commutation command which allows the contactors which form connections between the input pins and the output pins to be commutated from one group to the other. 
The electromechanical commutator 20 has a high degree of reliability and therefore safety.
In this instance, the assembly constituted by the monitoring device 3, the detection device 4 and the transmission device 5 is produced by a single component: a current relay.
In a variant, the devices 3, 4 and 5 form a discrete assembly of three separate components.
The monitoring device 3 is connected in this instance, in Figure 1, between the inverter 18 and the rheostatic braking chopper 16.
The transmission device 5 transmits at the output a commutation command signal when the current measured by the current relay is below a predetermined threshold value.
The engaged/disengaged state output of the transmission device 5 is connected to an activation command input 116 of the mechanical brake 2 and to the command input 114 of the electromechanical relay 20 which is capable of connecting/disconnecting the motor 10 from the inverter 18.
During traction operation, the traction chain 1 described in Figure 1 is configured to supply the motor 10 with electrical power by means of the catenary line 6 via the inverter 18.
The electronic power converter 12 uses an inverter configuration which is supplied with direct current, the line circuit-breaker 9 being closed and the transistor of the chopper 16 being open.
The electromechanical commutator 20 is configured in this instance so as to provide the connection of the output lines 37, 38, 39 of the inverter 18 to the supply inputs 23, 24, 25 of the stator of the motor.
During a service braking operation, the electromechanical commutator 20 remains in the same state as during traction operation.
The inverter 18 is configured to operate in rectifier mode and the chopper 16 limits the braking power that is conveyed in the line 6 to the maximum power which it is able to receive, any surplus of braking power being dissipated in the resistor 34.
This operating mode is the conventional operating mode referred to as combined recovery/rheostatic mode.
It is also possible to operate in pure rheostatic braking mode. In this instance, the line circuit-breaker 9 is open, the inverter also operates in rectifier mode and provides in the rheostatic brake resistor 34 a rectified current in accordance with the value of the rheostatic resistor 34 of the chopper 16 and the output voltage of the inverter 18. This operating mode is often selected when the electric brake is used for emergency braking since the opening of the circuit-breaker ensures that the torque produced by the motor cannot be positive, that is to say, traction torque.
Even in this pure rheostatic mode, the braking torque is actively controlled by the inverter 18 which operates as a rectifier, the electronic switch 32 of the chopper 16 being kept in a state of permanent or almost permanent conduction, owing to the fact that no electrical energy can be conveyed in the line 6 since the circuit-breaker 9 is open.
In this manner, regardless of the operating mode of the electric service brake used during emergency braking (combined recovery/rheostatic mode or pure rheostatic mode), the braking torque can be controlled in a dynamic manner in accordance with the speed of the wheels and the wheel/rail adhesion available. This brake will therefore have the maximum level of efficiency but it will not be reliable since it involves an excessively high number of components.
The device 4 for detecting from the monitoring device 3 provides reliable information as to whether this electric brake has an adequate level of efficiency simply by comparing the current which is passing through this device 3 with a predetermined threshold. Since the braking force required during emergency braking is constant (non-adjustable brake), the development of the current in accordance with the speed of the train in this device will have approximately the shape given in Figure 7.
The detection device 4 is therefore capable of reliably detecting an inadequate level of electric braking force on the basis of the monitoring device 3.
In the event that an inadequate level of electric braking force is detected, the commutation device 5 is therefore capable of reliably commutating from the electric brake 1 to the safety brake 2. To this end, it sends a commutation command to the input 114 of the commutator 20 and to the input 116 of the safety brake 2. If the service brake mode used during emergency braking is the combined recovery/rheostatic mode, it can also send an opening command to the circuit-breaker 9 in order to ensure that the equipment 1 cannot move into traction mode.
In a variant, there may be provision to delay the validation of detection by the decision device, for example, by one or two seconds, in order to filter out any interference such as a false alarm.
In another variant, there may be provision to deactivate the commutation device below a predetermined speed threshold, the detection device 4 being provided with an input, which is not illustrated in the Figure, for a train speed signal, in order to prevent the device from switching to the safety brake at low speed, even when the service brake is operating correctly. The characteristic of the current monitored in accordance with the speed (cf. Figure 7) ensures that this current necessarily passes below the monitoring threshold when the speed becomes very low. In order to maintain the reliable nature of the device, this speed threshold must itself be reliable.
Figure 2 illustrates a second embodiment of a safety braking system associated with a traction chain 1, which is identical to that described in Figure 1.
Only the safety brake 2 is different and in this instance is an electric brake 117 which comprises a braking torque production device 118 and the electromechanical commutator 20 which in this instance is an electromechanical commutator 120 comprising a third group of output pins 122, 124, 126 which are connected to inputs 128, 130, 132 of the braking torque production device 118, respectively.
The second electric brake 117 comprises the generator 10, the electromechanical commutator 120 and the braking torque production device 118.
The electromechanical commutator 120 is capable of disconnecting the input terminals 23, 24, 25 of the motor from the output lines 37, 38, 39 of the inverter 18 by commutating electric contacts of the first group of pins 96, 98, 100 to the second group of output pins 108, 110, 112 and thus isolating the motor 10 from the inverter 18.
The commutator 120 is also capable of connecting the input terminals 23, 24, 25 to the inputs 128, 130, 132 of the braking torque production device 118 of the second brake 117.
The braking torque production device 118 comprises a conventional diode bridge rectifier 134, in this instance a three-phase rectifier, which is capable of being supplied with electrical power at the inputs 128, 130, 132 and a terminal load resistor 136 which is connected to the bridge at outputs 138 and 140. The diode bridge rectifier in this instance comprises six diodes 142, 144, 146, 148, 150, 152 which are illustrated in Figure 2.
The diode bridge rectifier 134 and the load resistor 136 are both electrical components which are purely passive and require no control.
With the safety braking system described in Figure 2, the same operating modes as those of Figure 1 are obtained, with the exception of the braking mode which is referred to as the safety braking mode.
In so-called safety braking mode, when the monitoring device 3 and decision device 4 detect an image current value of the first electric brake below the threshold value, a commutation of the first electric brake to the second brake 117 is carried out by the electromechanical commutator 120.
The electromechanical commutator 120 disconnects the electromechanical mechanism 10 from the inverter 18 when it receives the command to commutate to the second brake 117 from the transmission device 5 and connects the generator 10 to the braking torque production device 118.
Figure 3 represents a third embodiment of a safety brake system associated with a traction chain 1 identical to that of Figures 1 and 2.
Compared with the system described in Figure 1, the second brake in this instance is an electric brake comprising the free wheel diode bridge 66, 68, 70, 72, 74, 76 of the inverter 18, a terminal load resistor 162, an auxiliary electromechanical relay 164 which is connected in series to the resistor 162 and controlled at an input 166, the assembly comprising the relay 164 and the resistor 162 being interposed between the chopper 16 and the inverter 18.
The second electric brake also comprises an auxiliary circuit, which is not illustrated in this instance in Figure 3, and which is capable of inhibiting the commands for the power transistors of the inverter 18 to be placed in a conductive state.
The assembly of the devices 3, 4, 5 is similar to that of Figure 1.
In this instance, however, the output of the transmission device 5 or output of the current relay is connected to the input 114 of the electromechanical commutator 164 for connecting the load 162 of the second brake to the circuit for inhibiting the commands to close the power transistors of the inverter 18 and, if necessary, to the command unit for opening the circuit-breaker 9.
With the safety braking system described in Figure 3, the same operating modes as those of Figures 1 and 2 are obtained, with the exception of the braking mode referred to as the safety braking mode.
In this braking mode, the commands of the transistors of the inverter 18 are inhibited in response to the commutation order sent by the transmission device 5.
The commutation to the second electric brake is ensured by the closure of the auxiliary electromechanical relay 164 on the resistor 162 for producing safety braking torque.
Complementary scenarios for dissipation of the electrical energy in the case of Figures 2 and 3 may be provided but are not described in this instance.
Figure 4 illustrates a variant of the first embodiment of the safety braking system of Figure 1, in which all of the devices 3, 4, 5 are placed in series with the resistor 34 of the chopper 16.
The operation of the braking system of Figure 4 is similar to that of Figure 1, with the difference that the service braking used in this instance during the emergency braking operation is the pure rheostatic braking, the circuit-breaker 9 being open.
Figure 5 is a variant of the second embodiment of the safety braking system of Figure 2 in which the current relay formed by 3, 4, 5 is placed in series with the resistor 34 of the chopper 16.
The operation of the braking system of Figure 5 is similar to that of Figure 2 with the difference that in this instance the service brake used during an emergency braking operation is the pure rheostatic mode as in Figure 4.
Figure 6 illustrates a variant of the third embodiment of the safety braking system of Figure 3 in which the current relay 3, 4, 5 is interposed in series with the resistor 34 of the rheostatic braking chopper 16.
The operation of the braking system of Figure 6 is similar to that of Figure 3 but with the difference that the service brake used in this instance in the event of emergency braking is the pure rheostatic brake as in Figures 4 and 5.
Figure 7 illustrates the course of the intensity of the current passing through the monitoring device 3 in accordance with the rotation speed of the motor, that is to say, the speed of the train in the absence of locking. This Figure provides two possible courses for the current in the form of the lines 210 and 220, depending on whether the device 3 is placed on the line between the rheostatic chopper 16 and the inverter 18 (as in Figures 1, 2, 3, illustrated by the line 210) or placed in series with the brake resistor (as in Figures 4, 5, 6 illustrated by the line 220). This Figure illustrates that a threshold 240 for monitoring the current, below which the decision device 4 detects the inadequacy of electric braking may be selected from a large range of values.
This Figure also shows that the current tends towards 0 when the speed tends towards 0. It will therefore inevitably fall below the monitoring threshold at a specific speed which is quite low. The detection device 4 will therefore detect an occurrence of inadequate electric braking at low speed, which is quite normal since an electric braking force can never be totally produced up to zero speed. The commutation device 5 will therefore move the brake to the second safety brake. This is not disadvantageous a priori. However, it may be desirable to avoid this, for example, if this transition brings about a degree of surge in braking torque (which is nonetheless generally acceptable since this involves only emergency braking which is rarely used). In order to avoid this, it is possible to inhibit the detection device 4 below a specific speed threshold 250 (example given in Figure 7). In this instance, it will of course be necessary for this speed threshold to be reliable in order not to lose the safety nature of the device.
The advantage afforded by the safety braking system described in Figures 1 to 6 is the fact that the first electric service brake monitored by the monitoring device 3 may be used in a braking scenario of the safety type and may benefit at the same time from its capacity for controlling braking torque in accordance with the rotation speed of the wheels.
The safety braking system as described has the advantages of: - making use of all the possibilities for dynamic control of the service brake in an emergency situation, in order to derive maximum benefit from the wheel/rail adhesion available,
- placing less stress on the safety brake by using it only in the event of a malfunction of the service brake.
The combined action of the monitoring device 3, decision device 4, device 5 for transmitting a commutation command and a second safety brake 2,117 ensures the safety of the braking system.
With such a braking system, the control of the braking torque is ensured at high speed and the spatial requirement of the braking system is reduced compared with using only a mechanical safety braking system.
Furthermore, active control is more efficient and less cumbersome than passive control which is carried out on an electric safety braking system of the passive type.
CLAIMS
1. Safety braking system which is intended for a vehicle with electric traction, in particular a rail vehicle, which is provided with a traction chain (1), the system comprising:
a first electric, non-safety brake which is integrated in the traction chain (1),
a second, safety, brake (2), 
characterised in that it comprises
at least one member (20) for commutation from the first brake to the second brake (2),
a monitoring device (3) which is capable of monitoring the braking performance of the first brake using data for measurement of the intensity of a current,
a decision device (4) for commutating from the first brake to the second brake when a predetermined threshold value (240) is exceeded by the intensity measurement data, and
a device (5) for transmitting a commutation command to the at least one commutation member (20).
2. Braking system according to claim 1, characterised in that the first electric brake comprises, in sequence, an electromechanical machine (10) which is capable of operating as a voltage generator, a traction inverter (18) which is capable of being configured as a diode bridge rectifier, an electromechanical commutator (20) for connecting the electromechanical machine (10) to the inverter (18), a chopper (16) with a chopper brake resistor (34).
3. Braking system according to either claim 1 or claim 2, characterised in that the first electric service brake comprises a line filter (14) and a line circuit-breaker (9).
4. Braking system according to any one of claims 1 to 3, characterised in that the electromechanical machine (10) comprises a rotor with permanent magnets.
5. Braking system according to any one of claims 1 to 4, characterised in that the electromechanical machine (10) comprises at least two coils which allow at least two currents to flow which are mutually dephased.
6. Braking system according to any one of claims 1 to 5, characterised in that the second brake (2) is of the mechanical type.
7. Braking system according to any one of claims 1 to 5, characterised in that the second brake (2) is an electric brake (117).
8. Braking system according to claim 7, characterised in that the second electric brake (117) comprises the electromechanical machine (10), a braking torque production device (118), the electromechanical commutator (120) which is capable of connecting the electromechanical machine (10) to the braking torque production device (118).
9. Braking system according to claim 8, characterised in that the braking torque production device (118) comprises a diode bridge rectifier (134) and a resistor (136).
10. Braking system according to claim 7, characterised in that the second electric brake (117) comprises the diode bridge rectifier of the traction inverter (18), a terminal load resistor (162), an auxiliary electromechanical relay (164) which is connected in series to the resistor (162) and which is controlled at an input (166), the assembly comprising the relay (164) and the resistor (162) being interposed between the chopper (16) and the inverter (18).
11. Braking system according to any one of claims 2 to 10, characterised in that the monitoring device (3) is mounted in series with the inverter (18).
12. Braking system according to any one of claims 2 to 10, characterised in that the monitoring device (3) is mounted in series with the brake resistor (34) of the chopper (16).
13. Braking system according to any one of claims 1 to 12, characterised in that the monitoring device (3), the decision device (4) and the device (5) for transmitting a commutation command together form a current relay.
14. Braking system according to any one of claims 1 to 13, characterised in that the threshold value (240) of the decision device (4) is selected so as to be below a substantially constant range of current intensity values observed by the monitoring device (3) when the rotation speed of the rotating electromechanical machine (10) decreases from a maximum value, the first brake being active.
15. Braking system according to any one of claims 1 to 14, characterised in that the decision of the decision device is delayed from the point at which a predetermined threshold value is exceeded.
16. Braking system according to any one of claims 1 to 15, characterised in that the decision of the decision device is deactivated when the speed is lower than a predetermined threshold (250).
17. Safety braking method which is intended for a vehicle with electric traction, in particular a rail vehicle, comprising the steps involving:
activating a first electric non-safety brake,
monitoring the performance of the first electric non-safety brake using measurements of at least one variable which is representative of the braking force produced by the first electric brake,
detecting when this variable falls below a threshold value (240),
commutating the braking of the first electric non-safety brake to the second safety brake (2) by isolating the first brake from the electromechanical machine (10) and activating the second safety brake (2).
18. Safety braking method according to claim 17, characterised in that the second safety brake (2) is an electric brake.
ABSTRACT
This device for detecting inadequate electric braking and commutation to a safety brake is intended for a vehicle with electric traction, in particular a rail vehicle, which is provided with a traction chain (1), the system comprising a first electric, non-safety brake which is integrated in the traction chain (1) and a second safety brake (2, 117).
It is characterised in that it comprises a member (20) for commutation from the first brake to the second brake (2, 117),
a device (3) for monitoring the braking performance of the first brake using data for measurement of the intensity of a current, a decision device (4) for commutating from the first brake to the second brake (2, 117) when a predetermined threshold value (240) is exceeded and a device (5) for transmitting a commutation command to the at least one commutation member.
Figure 1.
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