JPH0721043Y2 - 電動車の制動制御装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本考案は、電動車の制動制御装置に係り、とくに走行用
モータに併設された制動用の機械的制動手段と電気的制
動手段とを駆動制御する電動車の制動制御装置に関す
る。

〔従来の技術〕

一般に、モータを走行用駆動源として用いている電動車
の制動装置では、モータの駆動軸に直接機械的に作用し
てこれを制動する機械的制動手段（例えば電磁ブレー
キ）と、モータ自体の発電制動手段（電気的制動手段）
とを併用して装備した構成のものが多い。

そして、このような制動装置では、機械的制動手段に応
答時間の遅れがあるため、まず、制動指令後直ちに発電
制動手段を作動せしめて制動を掛けつつ、その後の機械
的制動手段の制動参加を待つという手法がその制動制御
の手法として採られており、これによって制動作用が迅
速に行なわれるようになっている。

更に、上述の機械的制動手段が制動に加わった時点で
は、この機械的制動手段のみによって充分制動可能とな
るため、発電制動手段の動作を停止せしめるよう構成さ
れたものが多く用いられており、これによって発電制動
手段を長時間作動させるのに必要なバッテリの消耗を防
ぎ、省エネルギ化が図られている。

〔考案が解決しようとする問題点〕

しかしながら、上記従来技術にあっては、モータの発電
制動が、電磁ブレーキ等の機械的制動手段の作動遅延時
間に相当する時間の間だけ作動し、その後に発電制動手
段を停止せしめるとしていることから、電磁ブレーキ等
の機械的制動手段に何等かの異常が発生してこれが作動
しなかった場合には、電動車の制動を発電制動から機械
的制動に切換えることができず、電動車の制動に支障を
きたすという不都合があった。

〔考案の目的〕

本考案は、かかる従来例の有する不都合を改善し、機械
的制動手段と発電制動手段とを併設している場合に、機
械的制動手段が充分に作動しない場合でも電動車の暴走
を有効に停止或いは抑制し得る電動車の制動制御装置を
提供することを、その目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

本考案では、所定の停止信号に付勢されて走行用モータ
２を発電制動状態に設定する発電制動回路部12と、停止
信号を受けた後に作動し走行用モータ２に予め装備され
ている電磁ブレーキ16を起動制御する切換制御部14と、
この切換制御部14による電磁ブレーキ16の起動制御の開
始後，所定時間t₂経過後に作動し，発電制動回路部12の
走行用モータ２に対する制動制御動作を解除する発電制
動中断制御部18とを備えている。そして、走行用モータ
２に、当該走行用モータ２の回転速度を検出する速度検
出手段20を装備すると共に、発電制動回路部12の走行用
モータ２に対する制動制御動作が解除された後の所定時
間Δα′経過後に，速度検出手段20によって走行用モー
タ２の回転信号が検出された場合に作動し，発電制動中
断制御部18の解除動作を排除し且つ発電制動回路部12を
稼働状態に再設定する再発電制動制御部22を、発電制動
中断制御部18に併設装備する、という構成を採ってい
る。これによって前述した目的を達成しようとするもの
である。

〔作用〕

オペレータからの停止信号によって走行用モータに発電
制動手段及び機械的制動手段が作用して制動がかかる
が、この場合機械的制動手段である電磁ブレーキの方が
一般に機械的な動作遅延時間が大きいことから、最初の
所定時間は発電制動手段のみ作用する。そして、所定時
間が経過すると機械的制動手段も制動動作に参加する
が、この場合には、省電源の観点から発電制動中断制御
部によって自動的に発電制動手段の動作を中断せしめる
ようになっている。

一方、走行用モータの回転速度は速度検出手段によって
絶えず検出されており、所定の制動を掛けてもモータが
回転している場合には、電磁ブレーキが何らかの理由に
より的確に作動していないものとして、再発電制動制御
部の作用によって発電制動中断制御部の作動を中止せし
めて、再び発電制動手段による制動が行われるように制
御される。これによって、電磁ブレーキが故障して作動
しないような場合でも、制動手段が皆無になり電動車が
暴走するというような事態は確実に回避可能となる。

〔考案の実施例〕

以下、本考案の一実施例を第１図および第３図に基づい
て説明する。

まず、第１図において、符号２は電動車を駆動する走行
用モータを示し、符号４は当該走行用モータ２を制御す
る制動制御装置を示す。更に、符号６は当該モータ２の
走行時のモータ駆動部を示す。また、符号７は電源用の
バッテリを示す。

この内、制動制御装置４は、オペレータが操作するアク
セルレバー（図示せず）に連動して操作信号の出力レベ
ルを可変設定する可変抵抗器８と、この可変抵抗器８か
らの操作信号O_aを受けて該信号が走行信号であるか停止
信号であるかを比較判断する比較判断部10と、この比較
判断部10が停止信号であると判断したとき当該比判断部
10からの出力信号に付勢され作動する発電制動用の発電
制動回路部12と、可変抵抗器８からの操作信号O_aを受け
て該信号が走行信号であるか停止信号であるかを比較判
断し停止信号である場合に予め装備されている走行モー
タ用の機械的制動手段としての電磁ブレーキ16を作動状
態に切換え設定する切換制御部14とを備えている。そし
て、この制動制御装置４にあっては、前記切換制御部14
に付勢されて作動し所定時間t₁後（電磁ブレーキ16が実
際に機能するまでの時間的遅れをt₁とし、この時間t₁の
経過後）に、前述したモータ２に対して機械的制動を掛
けることができるようになっている。

更に、この制動制御装置４には、前述した電磁ブレーキ
16の作動開始後t₂秒（＝t₁＋Δα）経過後に発電制動回
路部12の動作を中断せしめる信号を出力する発電制動中
断制御部18と、モータ２の回転速度を検出する速度検出
手段20と、電磁ブレーキ16の作動開始後t₃秒（＝t₂＋Δ
α′）経過後に速度検出手段20がモータ２の回転を検出
した場合には電磁ブレーキ16に異常ありとして発電制動
中断制御部18の作動を停止して発電制動手段を再作動さ
せる再発電制動制御部22を備えている。

これを更に詳述する。

可変抵抗器８からは、前述した如くアクセル開度に対応
した操作信号Oa（第２図（ａ）参照）が出力される。こ
の操作信号Oaは、比較判断部10内のコンパレータ24,及
び切換制御部14内のコンパレータ26の非反転入力端に加
えられている。

この内、コンパレータ24の反転入力端には、鋸歯波発生
器28から発生される所定周波数の鋸歯状波WS（第２図
（ａ）参照）が加えられている。そして、コンパレータ
24の出力信号S₁は、モータ駆動部６に至り、非反転型の
バッファアンプ30を介してスイッチング用トランジスタ
32のベースに印加される。また出力信号S₁は発電制動回
路部12に至り、反転型のバッファアンプ34を介して、ス
イッチング用トランジスタ36のベースに加えられるよう
になっている。

このため、操作信号Oaが鋸歯状波信号WSよりも大きい期
間では、比較判断部10からの信号S₁が論理ハイレベル
（Ｈ）になり、モータ駆動部６内のトランジスタ32がオ
ンとなり、これに接続されているトランジスタ38がオン
となる。これによって、図示の如くモータ２に直列に装
備されているスイッチング用のトランジスタ40がオンと
なるので（第２図（ｂ）参照）、バッテリ７から電源が
モータ２に供給され、このモータ２が回転する。ここ
で、かかるこの状態では、発電制動回路部12内のトラン
ジスタ36がオフとなっているので、モータ２に並列に装
備され発電制動に供されるスイッチング用トランジスタ
42はオフの状態にある（第２図（ｃ）参照）。

また、操作信号Oaが鋸歯状波信号WSよりも小さい期間で
は、信号S₁が論理Ｌレベルになり、発電制動回路部12内
のトランジスタ36がオン、従ってトランジスタ42がオン
となる（第２図（ｃ）参照）。このため、そのときにモ
ータ２に発生している逆起電力がこのトランジスタ42を
介してモータ２に供給され、これによって、当該モータ
２に発電制動が掛けられる。この場合、モータ駆動部６
は非動作状態にある。

ところで、モータ駆動部６において、モータ２に供給さ
れている電流の大きさは当該モータ２に直列に接続され
たシャント抵抗44によって検出されている。そして、そ
の検出値は図示の如く構成されたコンパレータ46等によ
って基準値VRと比較されている。このため、検出値が基
準値VRを越えるとコンパレータ46の出力が論理ローレベ
ル（Ｌ）に立ち下がり、これによってトランジスタ32が
オフとなり、モータ２への電源の供給が停止される。過
電流制限回路48は、このシャント抵抗44とコンパレータ
46及び基準VRを設定する抵抗回路等によって構成されて
いる。

一方、切換制御部14において、前述したコンパレータ26
の入力端には、更に基準信号設定器50から操作信号Oaの
内容を比較・判断するための所定の基準信号V₁（第２図
（ａ）参照）が加えられている。そして当該コンパレー
タ26の出力信号S₂は次段のスイッチング用のトランジス
タ52のベースに加えられるとともに、発電制動中断制御
部18に印加されるようになっている。

この内、トランジスタ52のコレクタとV_B電源との間に
は、リレー54が接続されている。このリレー54は、モー
タ２の軸に装備され該軸を機械的に制動する電磁ブレー
キ16をオン・オフ制御するものである。即ち、ここで
は、リレー54がオンになっている場合には電磁ブレーキ
16はオフ（非制動状態）にあり、またリレー54がオフの
場合には電磁ブレーキ16はオン（制動状態）となるよう
設定されている。ここで、この電磁ブレーキ16に固有の
動作遅延時間をt₁とする。

また、発電制動中断制御部18においては、前述したコン
パレータ26の出力信号S₂はインバータ56を介して遅延回
路58（ここでの遅延時間t₂は、t₂＝t₁＋Δαとする）に
印加されている。この遅延回路58は、信号S₂が立ち上が
ってから実際に電磁ブレーキ16が作動するまでの時間t₁
より僅かに長い時間t₂だけ、インバータ56の出力（第２
図（ｅ）参照）を遅延させるものであり、その出力信号
SD（第２図（ｆ）参照）は次段のコンパレータ60の反転
入力端に加えられるようになっている。

このコンパレータ60の非反転入力端には、基準信号設定
器62から基準値RDが加えられている。したがって、上記
コンパレータ60は、信号SDが基準値RDよりも大きくなる
と、その出力を論理ローレベル（Ｌレベル）に立ち下
げ、それ以外の場合は、その出力を論理ハイレベル（Ｈ
レベル）すなわちハイインピーダンス状態とする。この
コンパレータ60の出力（第２図（ｇ）参照）は、発電制
動回路部12内のスイッチング用トランジスタ36のベース
に印加されるよう構成されている。

一方、速度検出手段20は、モータ２の駆動軸に装備され
当該モータ２の速度に対応した周波数のパルス信号PSを
出力するパルス発生器64と、このパルス信号PSをその周
波数に対応した電圧信号SVに変換する周波数／電圧変換
器66とから構成されている。そして、この速度検出手段
20の出力である電圧信号SVは、再発電制動制御部22に加
えられるとともに、車速信号として電動車の車速を制御
する車速制御部（図示略）にフィードバックされてい
る。

また、再発電制動制御部22は、前述した操作信号Oaを監
視しつつ制動時に、所定の遅延時間t₃（t₃＝t₂＋Δ
α′）経過後にゲートを開いて電圧信号SVを出力する遅
延制御回路67と、スイッチング用トランジスタ68とを、
その要部として構成されている。このため、制動を開始
してからt₃秒経過してもまだ依然としてモータ２が回転
している場合には、トランジスタ68がオンとなり、それ
以外の場合にはオフとなる。

更に、上記トランジスタ68のコレクタは、発電制動中断
制御部18内の遅延回路58の出力端に接続されている。こ
れによってトランジスタ68がオンになると、遅延回路58
の出力信号SDが、ほぼ零レベルに強制的に立ち下げられ
るようになっている。

次に全体的な作用について説明する。

まず、アクセルが停止位置以外の場合には、前述の如く
操作信号Oaの値に応じて、鋸波状波WSの１周期における
比較判断部10内の信号S₁のデューティーが変化し、それ
に伴ってその１周期におけるモータ駆動部６のトランジ
スタ40と発電制動回路部12のトランジスタ42の導通時間
が前述した如く各々変動して、モータ２の速度が設定さ
れる。この場合には、前述の如く、発電制動中断制御部
18のコンパレータ60の出力はハイインピーダンスになっ
ているので、上記トランジスタ42の動作に影響はない。

ここで、アクセルを停止位置まで動かしたとすると（第
３図70参照）、操作信号Oaが漸次小さくなって、信号S₁
のデューティーが零になり、発電制動回路部12のトラン
ジスタ42がオン状態になって、発電制動が掛かる（第３
図72参照）。それとともに、切換制御部14では、操作信
号Oaが基準信号V₁よりも小さくなった時点で信号S₂が論
理Ｌレベルになり、これによって、トランジスタ52がオ
フ，即ちリレー54がオフとなり（第２図（ｄ）参照）、
電磁ブレーキ16が作動し始める。この電磁ブレーキ16は
トランジスタ52がオフとなってから所定の作動遅延時間
t₁後に有効に作用する（第３図74参照）。

また、信号S₂の立ち下がりとともに、インバータ56の出
力が立ち上がり（第２図（ｅ）参照）、その立ち上がり
端が遅延回路58で遅延されて、その出力信号SDが基準信
号RDよりも大きくなったt₂秒後の時点（第２図（ｆ）参
照）においてコンパレータ60の出力が論理レベルＬに立
ち下がる（第２図（ｇ）参照）。これによって、発電制
動回路部12内のトランジスタ36,42がオフになる。

このため、機械的制動手段である電磁ブレーキ16が作用
する段階になると走行用モータ２の発電制動が解除され
（第３図76参照）、これによって発電制動を掛けるため
の駆動用トランジスタ36のコレクタに接続されている抵
抗Ｒ（第１図参照）による電力の消費が停止される。

このように、正常な場合に電動車を停止させる場合に
は、まず機械的制動手段である電磁ブレーキ16が作動す
るまでモータ２に発電制動を掛け、当該電磁ブレーキ16
が作動開始した後は発電制動を停止してバッテリ７の消
耗を防止している。

上述の場合のように、電磁ブレーキ16が正常に動作して
制動機能を発揮した場合、電磁ブレーキ16に制動開始指
令がなされてからt₃秒の内にはモータ２の回転は零とな
るように予め設定されているため、再発電制動制御部22
は動作せず、発電制動中断制御部18のみが有効に機能す
ることになる。

次に、電磁ブレーキ16が何らかの理由により作動しない
場合について説明する。

この場合には、アクセルレバーが停止位置に操作され電
磁ブレーキ16への制動指令後t₂秒経過しても、電磁ブレ
ーキ16が作動しないため（すでにt₁〔＝t₂−Δα〕秒後
に発電制動は中断されている）、一般にモータ２が回転
している。このため、前述の如くt₂より僅かに経過した
t₃（t₂＋Δα′）秒後には、速度検出手段20及び再発電
制動制御部22が動作し（第３図78参照）、発電制動中断
制御部18のコンパレータ60の出力を強制的に自動的に零
レベルに立ち下げる（第２図（ｇ）参照）。そして、こ
れによってそれまで中断していた発電制動回路部12の動
作を再開せしめ（第３図80参照）、モータ２に再び発電
制動を掛けさせ、当該モータ２をすみやかに停止せしめ
る。また、上述の事態が坂道で発生した場合には、発電
制動による走行抵抗を大きくして、最悪の事態である暴
走を回避することができる。

更に、特に坂道において、電動車が一旦正常に停止した
にもかかわらず、何らかの理由により電磁ブレーキ16が
効かなくなったような場合においても、既にt₃秒後が経
過していることから直ちにモータ２の回転が検出され
る。そして、アクセルレバーは停止位置にあるため、直
ちに発電制動手段が再び作用して上述の場合と同様に暴
走を回避し得ることになる。また、発電制動はモータ回
転が高い程制動トルクが大となることから、坂道等では
車速が高速になり難く、暴走等に対する制動機能が充分
に発揮されるという利点を有している。また、上述のΔ
α′の時間を調節することで適度な感度をもたせること
ができる。

なお、上記実施例においては、再発電制動制御部22が有
効に作用する時間を所定の制動開始後t₃（＞t₂＞t₁）秒
後とする構成としたが、本考案は必ずしもこれに限定さ
れることなく、例えば第１図における遅延制御回路67を
排除する構成としてもよい。これによって、制動時にあ
っては、モータ２が回転をしている限り発電制動回路部
12を作動せしめ、遅れて動作する電磁ブレーキ16とも相
まって制動を掛け、当該モータ２が停止した場合にのみ
発電制動中断制御部18の作動を許して、省電力化のため
に発電制動回路部12の動作を中断するようにできる（こ
の段階で初めて電磁ブレーキ16のみ作動）。このように
することによって、バッテリ７の電力消費が前述の実施
例に比べて若干高くなるものの、電磁ブレーキ16の故障
如何にかかわらず初めから停止するまでモータ回転のチ
ェック時間を置かずに発電制動手段を作動させているた
め、坂道等における暴走阻止に対する信頼性がより向上
することになる。この場合、坂道において、一旦停止
後、電磁ブレーキ16が効かなくなった際における動作は
前述の実施例と同様である。

また、上記実施例では、機械的制動手段として、リレー
制御によってモータ軸等へ機械的に作用する作用部を有
する電磁ブレーキとしたが、これは同等に機能するもの
であれば他のものであってもよい。

〔考案の効果〕

本考案は以上のように構成され機能するので、これによ
ると電磁ブレーキに異常が生じた場合でも直ちに発電制
動回路部を作動させて発電制動をかけることが可能とな
り、これによって走行用モータを確実に制動制御或いは
停止制御することができ、従って制動機能に対する大幅
な信頼性向上を図り得るという従来にない実用的な電動
車の制動制御装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の一実施例を示す一部ブロック化した回
路構成図、第２図（ａ）ないし（ｇ）は第１図に示す実
施例の正常停止時の動作を説明するための波形図、第３
図は第１図に示す実施例の動作を説明するフローチャー
トである。 ２……走行用モータ、４……制動制御装置、12……発電
制動状態を設定制御する発電制動回路部、14……切換制
御部、16……機械的制動手段としての電磁ブレーキ、18
……発電制動中断制御部、20……速度検出手段、22……
再発電制動制御部。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】所定の停止信号に付勢されて走行用モータ
   ２を発電制動状態に設定する発電制動回路部12と、前記
   停止信号を受けた後に作動し前記走行用モータ２に予め
   装備されている電磁ブレーキ16を起動制御する切換制御
   部14と、この切換制御部14による前記電磁ブレーキ16の
   起動制御の開始後，所定時間t₂経過後に作動し，前記発
   電制動回路部12の前記走行用モータ２に対する制動制御
   動作を解除する発電制動中断制御部18とを備え、 前記走行用モータ２に、当該走行用モータ２の回転速度
   を検出する速度検出手段20を装備すると共に、前記発電
   制動回路部12の前記走行用モータ２に対する制動制御動
   作が解除された後の所定時間Δα′経過後に，前記速度
   検出手段20によって前記走行用モータ２の回転信号が検
   出された場合に作動し，前記発電制動中断制御部18の解
   除動作を排除し且つ前記発電制動回路部12を稼働状態に
   再設定する再発電制動制御部22を、前記発電制動中断制
   御部18に併設装備したことを特徴とする電動車の制動制
   御装置。