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電気ブレーキシステム

国内特許コード P07A011657
整理番号 /NO30680
掲載日 2007年11月22日
出願番号 特願2001-177157
公開番号 特開2002-369310
登録番号 特許第4669158号
出願日 平成13年6月12日(2001.6.12)
公開日 平成14年12月20日(2002.12.20)
登録日 平成23年1月21日(2011.1.21)
発明者
  • 小笠 正道
  • 山本 貴光
  • 山下 道寛
  • 渡邉 朝紀
出願人
  • 公益財団法人鉄道総合技術研究所
発明の名称 電気ブレーキシステム
発明の概要 【課題】 電機品容量の増加を抑え、摩擦ブレーキを使用することなく電気ブレーキのみで車両を減速及び停止させることができる電気ブレーキシステムを提供する。
【解決手段】 本発明の電気ブレーキシステムは、パンタグラフ11から入力された架線18からの直流電圧を制御する昇降圧DC/DCコンバータ12とDC/AC変換器であるインバータ13とから成るPAM制御方式主回路20と、鉄道車両などに使用される主電動機群14と、ブレーキ信号を入力するブレーキ入力部16と、ブレーキ入力部16からのブレーキ信号に応じて、予め設定された応速度ブレーキ力パターン(期待粘着ブレーキパターン)μに基づいて、PAM制御方式主回路20を制御する制御部17と、を備えている。
従来技術、競合技術の概要
従来から、鉄道車両用のブレーキとして、電気ブレーキ、摩擦ブレーキ、流体ブレーキなどが用いられている。このうち電気ブレーキの代表的なものは、駆動電動機を発電機として電流を発生して車軸に制動トルクを与え車両を減速及び停止させるものである。また、摩擦ブレーキは、圧縮空気や油圧などによって機械的に制輪子を車軸やブレーキディスクなどに押し付けて摩擦力を発生させ車両を減速及び停止させるものである。また、流体ブレーキは、油などの流体を回転翼などで攪拌し、その際の抵抗力をブレーキ力として車両を減速及び停止させるものである。
【0003】
ここで、走行中の電気車などの鉄道車両を停止させる場合、まず電気ブレーキによって徐々に減速し、最後に摩擦ブレーキによって物理的に車軸などを固定して停止させている。その後、最終的には、摩擦ブレーキを使用して確実に車両の停止状態の保持を行っている。
【0004】
特に、現在の電気車では、主電動機への印加電圧が架線電圧相当の印加電圧で頭打ちになる速度(以下、単に「定格速度」ともいう)より高速域の弱磁束領域・特性領域において、主電動機の制御特性上、定トルク領域に較べて電動機トルクが速度とともに急激に低下する。これは、架線電圧上限値相当以上の電圧を主電動機に印加できない現在の主回路構成上やむを得ないことである。
【0005】
一般に、電気車両のブレーキにおいて、高速域での電気ブレーキ力が低速度域に較べて低下することから、所要ブレーキ力を満足できない部分は機械ブレーキにより補足している。
【0006】
この高速域での機械ブレーキ分担が増えることは、車輪やデイスクヘの熱的負荷の増大やブレーキシュー・ライニングの摩耗の増大を伴い、近年、特に運行時分短縮のために高減速度の要求される機会が増えているため、車輪踏面亀裂や凹摩耗などが発生する場合もある。
【0007】
このため、ブレーキ力の機械ブレーキ分担分をなくし、電気ブレーキのみで賄うことも考えられる。この場合には、高速域での電気ブレーキ分担分を増加させることで実現可能となる。
【0008】
図3は、近郊電車における常用最大ブレーキ設定を示す図である。図3に示すように、最近では、車種によって、中速度~高速度にかけて簡単な応速度ブレーキ力パターンを持たせて、高速域での期待粘着係数(摩擦係数)μ’を若干緩和したものもある。
【0009】
ここで、期待粘着係数μ’とは、駆動伝達力と車軸重量の比であり、
<式1>
期待粘着係数μ’=駆動伝達力/車軸重量
で示される。
産業上の利用分野
本発明は、交流モータ等の電気ブレーキを用いて鉄道車両(以下、単に「車両」ともいう)を減速及び停止させる電気ブレーキシステムに関する。特には、電機品容量の増加を抑え、摩擦ブレーキを使用することなく電気ブレーキのみで車両を減速及び停止させることができる電気ブレーキシステムに関する。
特許請求の範囲 【請求項1】 交流電圧の印可を受けて該交流電圧に対応した制動トルクを車軸に与える主電動機と、
前記主電動機に接続され、電圧を制御する電圧制御回路と、
前記電圧制御回路を速度に反比例する所定のパターンである期待粘着ブレーキパターンμに基づいて制御する制御手段と、
を備え、
前記電圧制御回路は、
入力された直流電圧を交流電圧に変換して、前記主電動機に変換した交流電圧を印可するインバータと、
前記インバータに入力する直流電圧を制御する昇降圧回路と、
を備え
前記主電動機への印加電圧を速度とともに上昇させ、最高速度で最高電圧を主電動機に印加するPAM(Pulse Amplitude Modulation)制御方式の回路である
ことを特徴とする電気ブレーキシステム。
【請求項2】 前記期待粘着ブレーキパターンμは、車両速度をVt[km/h]とし、a及びbを所定の定数としたとき、
μ=b/(Vt+a)、
の関数で示される、
ことを特徴とする請求項1記載の電気ブレーキシステム。
【請求項3】 前記係数aは、78であり、
前記係数bは、15.84である、
ことを特徴とする請求項2記載の電気ブレーキシステム
産業区分
  • 発電、電動
  • 鉄道
国際特許分類(IPC)
画像

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出願権利状態 権利存続中
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