JPH01185105A - 電気車制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は電気車制御装置に係り、特に直流分巻電動機で
駆動する電気自動車の電動機の過回転を抑制するのに好
適な電気車制御装置に関する。

〔従来の技術〕

直流分巻電動機を用いた従来の電気車制御装置は、特公
昭５２−４２２８７号に記載のように、バッテリ、直流
分巻電動機の電機子電流を制御する第１のチョッパを含
む加速回路、直流分巻電動機の界磁電流を制御する第２
のチョッパを有し、アクセルの踏み量により第１のチョ
ッパの通流期間を制御し、カ行の加速を行うと共に、電
機子電流により第２のチョッパの通流期間を制御し、カ
行時に所定の駆動力を得るようにしていた。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、上記従来の電気車用制御装置は、下り坂
での加速中に電動機の回転数を抑制する点については配
慮がされておらず、アクセルを踏込んだまま下り坂道を
走行すると電動機の回転数が通常の平坦路走行時の最高
回転数より高くなり、このため電動機の許容回転数は下
り坂道での加速走行を考慮して決定されるが、下り坂の
勾配によっては平坦路走行時よりはるかに高回転を考慮
して許容回転数を設定しなければならず、電動機の利用
効率が非常に低下するという問題があった。

本発明の目的は、下り坂道において所定の回転数に達し
た場合に自動的に電気ブレーキをかけることができ、電
動機の許容回転数を高回転数に設定する必要がなく、電
動機の利用効率を向上させることのできる電気車用制御
装置を提供することである。

〔問題点を解決するための手段〕

上記した目的は、回生ブレーキ回路と、電機子の接続を
加速回路と回生ブレーキ回路との間で切換える切換え手
段と、電動機の回転数検出手段と、回転数検出手段の出
力と設定値との比較手段と、アクセルの踏込み検出手段
と、踏込み検出手段によりアクセルの踏込みが検出され
かつ比較手段により電動機の回転数が設定値を越えたこ
とが検出されたときに、切換え手段を動作させて電機子
の接続を加速回路から回生ブレーキ回路に切換えると共
に、第１のチョッパを停止させかつ界磁電流を所定の値
とするよう第２のチョッパを制御する制御手段とを設け
たことを特徴とする電気車制御装置によって達成される
。

〔作用〕

アクセルを踏んだ加速中において電動機の回転数が上記
比較手段の設定値を越えると、制御手段は、切換え手段
を動作させて電機子の接続を加速回路から回生ブレーキ
回路に切換えると共に、第１のチョッパを停止させかつ
界磁電流を所定の値とするよう第２のチョッパを制御す
る。このとき、界磁電流の所定の値は、上記設定値の電
動機回転数で発生するモータ誘起電圧がバッテリ電圧と
同程度になるように設定される。この状態から下り坂道
を慣性で下りさらに電動機回転数が上昇すると、モータ
誘起電圧がバッテリ電圧より大きくなるため回生ブレー
キ回路にＴｌ５Ｒ子電流が流れ、回生ブレーキ力が作用
する０回転数が高ければ電機子電流が大に、低ければ小
になるので、下り勾配につり合ったブレーキ力が働く抑
速ブレーキとなって、電動機の過回転を防止できる。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を第１図ないし第３図を参照し
て説明する。

第１図において電気車制御装置は、バ・ｙテリ１、直流
分巻電動機の電機子２、電機子２の電機子電流を制御す
る第１のチョッパ３、ダイオード４゜５、電機子２と第
１のチョッパ３及びダイオード４．５との接続を切換え
る切換器６．７とからなる電動機電機子回路を有してい
る。切換器６が６ａｌＦ！ｌ、切換器７７￥７ｂｌｌｌ
に切換えられると、バッテリ１と切換器６と電機子２と
切換器７とチョッパ３とが直列接続となり、加速回路が
構成される。

一方、切換器６が６ｂ（１１１、切換器７が７ａ側では
バッテリ１とダイオード４と切換器６と電機子２と切換
器７とダイオード５が直列接続となる回−生ブレーキ回
路が構成される。

また、界磁コイル８はダイオード９に並列接続され、か
つバッテリ１と界磁電流を制御する第２のチョッパ１０
とに直列接続される。

切換器６．７は動作コイル６ｃ、７ｃを有し、これら動
作コイル６ｃ、７ｃはそれぞれバッテリ１とスイッチ素
子１１．１２とに直列接続されている。スイッチ素子１
１．１２をオン、オフすることにより切換器６．７の位
置が切換えられる。

第１及び第２のチョッパ３．１０及びスイ・ｙチ素子１
１．１２の動作は制御回路２０により制御される。制御
回路２０は、第１のチョッパ３のゲート制御回路２１と
、第２のチョッパ３のゲート制御回路２２と、踏量に応
じたレベルのアナログ信号を出力するアクセル２３と、
電動機の回転数を検出する回転数検出器２４と、回転数
検出器２４により検出された電動機の回転数を設定値ｎ
ｓと比較し、設定値ｎｓ以下のときには“０”を出力し
、設定値ｎｓ異常になると“１”を出力する回転数レベ
ル検出器２５とを有している。ゲート制御回路２１には
電機子電流ＩＮと、アクセル２３及び回転数レベル検出
器２５の出力とが入力され、ゲート制御回路２２には電
機子電流ＩＮと、界磁電流■［と、回転数レベル検出器
２５の出力とが入力される。

制御回路２０はまた、アンドゲート２６，２７及びイン
バータゲート２゛８を有し、かつアクセル２３にはそれ
が踏み込まれるとオンし、その踏込みを検出するスイッ
チ２３ａが設けられている。

アンドゲート２６には、インバータゲート２８の出力と
アクセルスイッチ２３ａの出力とが入力され、インバー
タゲート２８には回転数レベル検出器２５の出力が入力
され、アンドゲート２７にはアクセルスイッチ２３ａ及
び回転数レベル検出器２５の出力が入力される。アンド
ゲート２６，２７の出力により上記切換器６．７の位置
切換えのためのスイッチ素子１１．１２を制御する。

ゲート制御回路２１．．２２の詳細は第２図に示されて
おり、ゲート制御回路２１は、加算器２１ａと、電流制
御回路２１ｂと、ゲートパルス回路２１ｃとを有し、加
算器２１ａにアクセル２３の出力と電機子電流ＩＮが入
力され、ゲートパルス回路２１ｄより第１のチョッパ３
の制御信号が出力される。これによりアクセル２３の出
力を指令信号とし、’８１１％子電流ＩＭをフィードバ
ックした電流制御系が構成される。を流制御回路２１ｂ
とゲートパルス回路２１ｃとの間にはリレー２１ｄが設
けられ、リレー２１ｃの動作コイルに回転数レベル検出
器２５の出力が入力される。

ゲート制御回路２２は、電流指令回路２２ａと、加算器
２２ｂと電流制御回路２２ｃとを有し、電流指令回路２
２ａに電機子電流１１４が入力され、加算器２２ｂに界
磁電流Ｉ［と電流指令回路２２ａの出力とが入力され、
電流制御回路２２ｃより第２のチョッパ１０の制御信号
が出力される。これにより電機子電流ＩＮを指令信号と
し、界磁電流工「をフィードパ・ｙりした電流制御系が
構成される。ゲート制御回路２２はまた、界磁電流ＩＦ
の指令信号として一定の設定値を出力する設定器２２ｄ
と、加算器２２ｂに対する電流指令回路２２ａと設定器
２２ｄとの接続を切換えるリレー２２ｅとを有し、リレ
ー２２ｅの動作コイルに回転数レベル検出器２５の出力
が入力される。

次にこのように構成された電気車制御装置の動作を説明
する。

まず、加速のスタート時にアクセル２３が踏み込まれる
と、スイッチ２３ａがオンする。このとき電動機の回転
数Ｎは設定値ｎｓ以下であるため、回転数レベル検出器
２５は出力“Ｏ”であり、インバータゲート２８が出力
“１″となってアンドゲート２６の入力が共に“１”と
なる、従ってアンド家と２６の出力は“１″となり、ス
イッチ素子１１がオンして動作コイル６Ｃが動作し、切
換器６は６ａ側となる。一方、アンドゲート２７には回
転数レベル検出器２５の出力“０”がそのまま入力され
るため、その出力は“０”であり、スイッチ１２はオフ
し動作コイル４２ｃが動作しないため切換器７は７ｂ側
となる。これにより前述した加速回路に構成される。

またゲート制御回路２１においては、回転数レベル検出
器２５の出力が“０″であるため、リレー２１ｄは電流
制御回路２１ｂとゲートパルス回路２１ｃとを８続して
おり、同様にゲート制御回路２２においては、リレー２
２ｅが電流指令回路２２ａと加算器２２ｂを接続してい
る。そして、アクセル２３の踏量をアナログ信号でゲー
ト制御回路２１の加算器２１ａに与えると、ゲートパル
ス回路２１ｃの出力により第１のチョッパ３の通流期間
が制御されて、電機子電流が制御され、カ行の加速状態
となる。このとき同時に、ゲート制御回路２２の電流指
令回路２２ａには電機子電流ＩＮが与えられ、電流制御
回路２２ｃの出力により第２のチョッパ１０の通流期間
が制御され、カ行時の所定の駆動力が得られるよう界磁
電流を制御する。これにより電動機は、アクセル２３の
踏量に応じた速度で所定の駆動力をもったカ行の加速状
態で回転駆動される。

このカ行の加速状態において下り坂にさしかかり、慣性
により電動機の回転数Ｎが上昇し、設定値ｎｓ以上にな
ると、回転数レベル検出器２５の出力が“１”となり、
インバータゲート２８の出力が“０″となるので、アン
ドゲート２６も出力“０”となる、その結果、スイッチ
素子１１がオフして動作コイル６ｃが励磁されなくなる
ので、切換器６は６ｂｌＩＩＩとなる。一方、アンドゲ
ート２７はアクセルスイッチ２３ａがオンしていれば入
力が共に“１″となり、出力が“１”となって、スイッ
チ素子１２がオンして動作コイル７ｃが励磁されるので
、切換器７は７ａ［となる、これにより電機子２の接続
は前述した回生ブレーキ回路に切換えられる。

また、回転数レベル検出器２５の“１”の出力はゲート
制御回路２１のリレー２１ｄに与えられ、動作コイルを
励磁してリレースイッチをオフし、電流制御回路２１ｂ
とゲートパルス回路２１９の接続を断つ、これにより第
１のチョッパ３のゲート制御を停止させる。一方、ゲー
ト制御回路２２では回転数レベル検出器の上記出力によ
りリレー２２ｅの動作コイルが励磁され、リレースイッ
チの位置を切換え、設定器２２ｄと加算器２２ｂを接続
する。これにより設定器２２ｄの設定値によい第２のチ
ョッパ１０のゲート制御が行われ、界磁電流ＩＦは、設
定器２２ｄの設定値で定まる所定の値となるよう制御さ
れる。

ここで設定器２２ｄの設定値は、設定１ｉ１ｉｎｓの電
動機回転数で発生するモータ誘起電圧ＶＭがバッテリ１
の電圧ＶＢと同程度になるように設定される。

従ってこの状態から、下り坂での慣性によりさらに電動
機回転数Ｎが上昇しようとすると、モータ誘起電圧ＶＨ
がバッテリ電圧ＶＢより大きくなるため、回生ブレーキ
回路に電機子電流ＩＮが、電機子２→切換器６→ダイオ
ード４→バツテリ１→ダイオード５→切換器７の経路で
流れ、回生ブレーキ力が作用する。電動機回転数Ｎがさ
らに大きくなろうとすると電機子電流ＩＮが大きくなっ
てブレーキ力を強くし、電動機回転数が低くなれば電機
子電流が小さくなってブレーキ力を弱くする。従って、
電動機回転数Ｎは設定回転数ｎ−ｓの近傍で釣り合い、
下り坂の勾配に釣り合ったブレーキ力が働く抑速ブレー
キとなって電動機が過回転になるのを防止する。またブ
レーキ力が急激に作用しないなめ、運転者に不快感を与
えることがない。

第３図は実際の車両に本実施例の電気車制御装置を適用
した場合の記録を示すオロシグラフであり、上から順に
、電動ｔＲ電機子電流ＩＮ、バッテリ電流ｒａ、を動機
界磁電流ＩＦ、電動機誘起電圧ｖＭ、電動機回転数Ｎを
示している。前述したカ行の加速状態は時刻ｔＯ〜ｔ１
の期間である。

この期間にアクセルを踏み込んだまま下り坂にさしかか
っており、電動機回転数Ｎは次第に大きくなり、遂には
時刻ｔ１において回転数レベル検出器２５の設定回転数
ｎｓに達している。ここではｎｓの値は５０００　ｒｐ
Ｉｌに設定されている。

時刻ｔ１において設定回転数ｎｓに達すると、上述した
ように切換器６．７の切換え及び第１及び第２のチョッ
パ３，１０の制御の切換えが行われ、電機子電流ＩＮ及
びバッテリ電流ＩＢは零となり、界磁電流Ｉ［のみが流
れている状態となる。こ、の状態で時刻ｔ２において、
電動機回転数Ｎがさらに大きくなり、誘起電圧ＶＨ＞バ
ッテリ電圧ＶＢになると、上述したように電機子電流Ｉ
Ｎが回生ブレーキ回路に流れ、回生ブレーキ状態となる
。

電動機回転数Ｎがさらに大きくなろうとしても、それに
応して電機子電流ＩＮが大きくなってブレーキ力が強ま
るので、電動機回転数は設定回転数ｎｓの近傍で釣り合
い、抑速ブレーキ状態となる。

第３図では時刻ｔ２〜ｔ３がこの状態であり、回転数Ｎ
は５４００／ｍｉｎ近傍で釣り合っている。

なお第３図において、時刻ｔ３〜ｔ４では誘起電圧ＶＨ
＜バッテリ電圧ＶＢとなり、電機子電流Ｉ　Ｈが０とな
りブレーキ力がない状態であり、これは、下り坂が一度
平坦になり回転数の上昇がない状態を示している。その
後時刻ｔ４で再び回生ブレーキ力が鋤こうとしている０
時刻ｔ５以降は、停止するためにアクセル２３をオフに
し、図示しない回生ブレーキ制御手段の操作を行ったも
のである。

このように本実施例によれば、下り坂道を加速しながら
走行しても、電動機回転数Ｎが設定値ｎｓに達すると回
生ブレーキが働き、電動機の過回転が防止できる効果が
ある。従って、電動機の許容回転数を高回転数に設定す
る必要かなくなり、電動機の利用効率を大幅に向上させ
ることができる。

また、第３図に示す回生ブレーキ中の回転数Ｎの波形か
ら分かるように、電動機回転数の変化が滑へかであるこ
とから、運転者に加速、減速による不快感を与えない効
果がある。

〔発明の効果〕

以上明らかなように本発明によれば、下り坂道において
所定の回転数に達すると、回転数に応じたブレーキ力が
得られるので、過回転を防止でき、電動機の許容回転数
を高回転数に設定する必要がなくなり、電動機の利用効
率を向上させることができると共に、そのブレーキ作用
が運転者に不快感を与えない効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例による電気車制御装置の回路
図であり、第２図はその電気車制御装置のゲート制御回
路の詳細を示す回路図であり、第３図は同電気車制御装
置を実際の車輌に適用した場合の記録を示すオシログラ
フである。 符号の説明 １・・・バッテリ　　　　　２・・・電機子３・・・第
１のチョッパ（加速回路） ４．５・・・ダイオード（回生ブレーキ回路）６．７・
・・切換器　　　　８・・・界磁コイル１０・・・第２
のチョッパ　２０・・・制御回路２１．２２・・・ゲー
ト制御回路 ２３・・・アクセル ２３ａ・・・アクセルスイッチ（踏込み検出手段）２４
・・・回転数検出器 ２５・・・回転数レベル検出器（比較手段）２６．２７
・・・アンドゲート（論理積検出手段）出願人　　株式
会社　日立製作所 出願人　　日立オートモチイブエンジニアリング株式会
社 代理人　　弁理士　春　日　　譲 第２図 介ｉｒ電、ＵＩＦ １−−−−バフテリ ２−−−一電機子 ３−−−一第１のチヨツパ（加速回路）８−一一一界磁
コイル １０−−−一第２のチヨツパ ２０−−−一制算回路 ２１．２２−−−一ゲート制御回路 ２３−−−−アクセル ２３　ａ−−−−アクセルスイッチ（踏込み検出手段）
２４−一回転数検出器。 ２５−−−一回転数レベル検出器（比較手段）２６．２
７−−−−アンドゲート（論理積検出手段）第１図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）バッテリ、直流分巻電動機の電機子電流を制御す
   る第１のチョッパを含む加速回路、前記直流分巻電動機
   の界磁電流を制御する第２のチョッパを有する電気車制
   御装置において、 回生ブレーキ回路と、前記電機子の接続を前記加速回路
   と回生ブレーキ回路との間で切換える切換え手段と、前
   記電動機の回転数検出手段と、前記回転数検出手段の出
   力と設定値との比較手段と、前記アクセルの踏込み検出
   手段と、前記踏込み検出手段によりアクセルの踏込みが
   検出されかつ前記比較手段により電動機の回転数が設定
   値を越えたことが検出されたときに、前記切換え手段を
   動作させて電機子の接続を前記加速回路から回生ブレー
   キ回路に切換えると共に、前記第１のチョッパを停止さ
   せかつ前記界磁電流を所定の値とするよう前記第２のチ
   ョッパを制御する制御手段とを設けたことを特徴とする
   電気車制御装置。
2. （２）前記制御手段が、前記比較手段及び踏込み検出手
   段に接続され、前記切換え手段の動作を制御する論理積
   検出手段を有していることを特徴とする特許請求の範囲
   第１項記載の電気車制御装置。
3. （３）前記制御手段が、前記アクセルの踏量に応じて前
   記第１のチョッパの通流期間を制御する第１のゲート制
   御回路と、前記電機子電流に応じて前記第２のチョッパ
   の通流期間を制御する第２のゲート制御回路とを有し、
   前記比較手段がこの第１及び第２のゲート制御回路に接
   続されていることを特徴とする特許請求の範囲第１項記
   載の電気車制御装置。