JPH0721117Y2 - 電気自動車の発電制動制御回路 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 産業上の利用分野 本考案は直流直巻モータを利用した電気自動車におい
て、自動車の走行状態に適合した条件で制動を開始する
発電制動制御回路に関する。

従来の技術 電気自動車は、車載のバッテリによって動く直流モータ
を駆動源とし、自動車の運転に必要な前進、後進の切換
え、及び速度制御をするため、その駆動回路（１）は一
般に第５図に示すような構成を持つ。

第５図において、（２）は車載のバッテリ、（３）は電
機子コイル（3a）及び界磁コイル（3b）からなる直流直
巻モータ、（４）は抵抗器r₁,r₂,r₃を直列接続し、図示
しないアクセルペダルの踏み込みに連動して順に導通す
る接点m₁,m₂,m₃によって、各抵抗器r₁,r₂,r₃を短絡させ
るようにした速度制御用可変抵抗回路、（５）は前進モ
ード時にアクセルペダル等の速度制御手段が操作された
ときに界磁コイル（3b）の一端を可変抵抗回路（４）の
一端に接続する常開接点（5a）と、速度制御手段の非操
作時および前進モード時以外のとき界磁コイル（3b）の
一端を電機子コイル（3a）に接続する常閉接点（5b）と
からなる前進スイッチ、（６）は後進モード時に速度制
御手段が操作されたときに界磁コイル（3b）の他端を可
変抵抗回路（４）の一端に接続する常開接点（6a）と、
速度制御手段の非操作時および後進モード時以外のとき
界磁コイル（3b）の他端を電機子コイル（3a）に接続す
る常閉接点（6b）とからなる後進スイッチ、（７）はヒ
ューズである。

直流直巻モータ（３）の駆動回路（１）が第５図に示す
ように中立モード状態にあるとき、アクセルペダルを少
し踏み込むと前進スイッチ（５）は常開接点（5a）が導
通するように切換え接続されて駆動回路（１）が前進モ
ード状態になりモータ（３）は正方向に回転を開始す
る。この後アクセルペダルをさらに踏込むことにより、
これと連動している接点がm₁→m₂→m₃の順に閉じ、電機
子コイル（3a）の両端に加わる電圧が上昇するので、モ
ータ（３）の回転数が上昇する。接点m₃が導通した状態
は可変抵抗回路（４）の両端が短絡されているので、最
高速度が得られる。この後アクセルペダルの踏込み状態
を変化させて、接点m₁,m₂,m₃のいずれかを導通させるこ
とにより、モータ（３）の回転速度を所望の大きさに制
御することができる。

また、後進時には、アクセルペダルから足を離し、前進
スイッチ（５）を常閉接点（5b）に切換えた後、モード
選択スイッチ（図示しない）により後進スイッチ（６）
の常開接点（6a）を導通状態にすると第５図の駆動回路
（１）は後進モード状態に切換えられて、界磁コイル
（3b）に通電する電流の向きが逆になるので、モータ
（３）は逆回転する。この場合にもアクセルペダルの踏
み込み操作により速度制御することが可能である。

考案が解決しようとする問題点 上記電気自動車の制動は、通常機械式のブレーキが使用
されている。しかし電気自動車は通常の自動車における
エンジンブレーキに相当するものがないため、大きなブ
レーキ力を必要とする場合、例えば下り坂の走行におい
てはブレーキ力が不足することもある。

そこで本考案は直流直巻モータの駆動回路自体を利用
し、部品点数をほとんど増加させないで、自動車の走行
が、上記機械式ブレーキに補助が必要な所定の条件にな
ったときのみ、制動を開始する発電制動式のブレーキを
提供することを目的とする。

問題点を解決するための手段 本考案は上記問題点に鑑みてなされたもので、上記問題
点を解決するための技術的手段は、 自動車の原動機である直流直巻モータの界磁コイル（10
b）と直流電源（11）を接続した第１の直列回路（９）
と、前記直流直巻モータの電機子コイル（10a）と速度
制御用可変抵抗回路（13）を接続した第２の直列回路
（12）と、前進・中立・後進の３状態に切替り、前進時
と後進時で上記第２の直列回路（12）の極性を切替えて
上記第１の直列回路（９）に接続し、アクセルペダル等
の速度制御手段が操作されないとき中立状態に復帰する
切換スイッチ回路（14）とからなる電気自動車の直流直
巻モータの駆動回路（８）において、 上記第１の直列回路（９）の直流電源（11）と界磁コイ
ル（10b）の接続点Ｐと、速度制御用可変抵抗回路（1
3）の端部から離れた所定の接続点Ｑとを接続する、発
電制御用スイッチ回路（18）を組込んだ分流回路（26）
と、 自動車が所定角度以上の傾斜の下り坂を走行しているこ
とを検出する下り勾配センサの出力ａと、速度制御手段
を開放したアクセルOFF出力ｂとが同時に成立したこと
を条件として上記発電制御用スイッチ回路（18）を導通
させる制御条件判定回路（19）とからなり、 上記制御条件判定回路（19）の出力ｃにより発電制御用
スイッチ回路（18）を導通させて、第２の直列回路（1
2）の両端を切換スイッチ回路（14）によって閉じた閉
ループ回路（Ｓ）と、該閉ループ回路（Ｓ）中の抵抗器
と並列に接続された界磁コイル（10b）を含む分流回路
（Ｔ）とを形成し、 電機子コイル（10a）に、慣性走行速度に比例した制動
力を発生させたことを特徴とする発電制動制御回路であ
る。

作用 上記手段の基本動作（正逆転及び速度制御）は次のよう
に行なわれる。

すなわち、切換スイッチ回路（14）は前進時と後進時と
で、第１の直列回路（９）と第２の直列回路（12）の両
側端子同士を逆向きに切換え接続する。これによって、
上記界磁コイル（10b）、電機子コイル（10a）、直流電
源（11）、及び速度制御用可変抵抗回路（13）を直列接
続した直流直巻モータの駆動回路（８）において、界磁
コイル（10b）と電機子コイル（10a）に通電する電流が
相対的に逆極性となり、正転（前進）と逆転（後進）が
切換えられる。また、この前進時と後進時に、アクセル
ペダルの踏み込み量に従う速度制御用可変抵抗回路（1
3）の抵抗値変化によって、モータ電流を変化させ速度
制御が行われる。

発電制動は、本考案の特徴とする制動条件を判定回路
（19）が、制動開始条件の成立を検出したとき行われ
る。この制動開始条件は、少なくとも自動車が所定角度
以上の傾斜の下り坂を走行しているとき、速度制御手段
であるアクセルペダルから足を離すことである。

この条件成立時には、アクセルOFF出力を受けて中立と
なった切換スイッチ回路（14）が、直流電源（11）を切
離し、第２の直列回路（12）の両側端子を短絡・接続し
ている。そして、車両の慣性走行によって発生する電機
子コイル（10a）の電流を速度制御用可変抵抗回路（1
3）に流して、車両の慣性力を熱エネルギとして消費さ
せる発電制動を可能としている。仮にこのとき発電制動
用スイッチ回路（18）が投入されなければ、電機子コイ
ル（10a）に発生する起電力は界磁コイル（10b）の残留
磁気によるものだけであり、小さすぎて発電制動は有効
ではない。しかし、本考案では、このとき制動条件判定
回路（19）が発電制動用スイッチ回路（18）を導通させ
る。そして、界磁コイル（10b）に、速度制御用可変抵
抗回路（13）の一部（発電制動用スイッチ回路（18）が
接続される上記速度制御用可変抵抗回路（13）内の所定
の接続点ｂと第２の直列回路（12）の速度制御用可変抵
抗回路（13）側端子の間の抵抗）が接続され、電機子コ
イル（10a）の発生電圧をこの部分で分圧した電圧が、
正転（前進）時と同一極性で、界磁コイル（10b）の両
端に加えられる。これによって界磁コイルに所定電流が
通電し、残留磁気以上の発電制動に必要な界磁磁束を確
保する。この結果車両の慣性力は、速度制御用可変抵抗
回路内で熱エネルギとして消費され、発電制動が行なわ
れる。

実施例 本考案の一実施例を第１図に示す直流直巻モータの駆動
回路（８）について説明する。

第１図において、（９）は直流直巻モータの界磁コイル
（10b）と車載バッテリ等の直流電源（11）を直列接続
した第１の直列回路、（12）は上記モータの電機子コイ
ル（10a）と速度制御用可変抵抗回路（13）を直列接続
した第２の直列回路、（14）は上記第１及び第２の直列
回路（９）（12）の両端同士を、前進時に速度制御手段
を操作することにより正方向に接続し、後進時に速度制
御手段を操作することにより逆方向に接続し、速度制御
手段が操作されない中立状態のときは第１図に示すよう
に第２の直列回路（12）の両端を短絡した状態で上記界
磁コイル（10b）の一端に接続する切換スイッチ回路、
（15）は手動の前進・後進選択スイッチ（16）及びアク
セルペダルから足を離したとき開くアクセルOFF接点（M
₀）によって切換スイッチ回路（14）を切換え制御する
切換スイッチ制御回路、（18）は発電制動時に、第１の
直列回路（９）の直流電源（11）と界磁コイル（10b）
の接続点Ｐと、速度制御用可変抵抗回路（13）の端部か
ら離れた所定の接続点Ｑに、両端を接続したサイリスタ
（18a）等のスイッチ素子からなる発電制動用スイッチ
回路、（19）は自動車の車体に取付けられた図示しない
下り勾配センサの出力ａ及び図示しないアクセル制御機
構のアクセルOFF主力ｂが共に発生したことを、そのAND
ゲート（19a）によって検出し、前記サイリスタ（18a）
のゲートに、制動条件判定出力ｃを与えて導通させる制
動条件判定回路である。

上記駆動回路（８）において、速度制御用可変抵抗回路
（13）は抵抗器R₁,R₂,R₃を直列接続して構成され、図示
しないアクセルペダルに連動して、順に導通する接点
M₁,M₂,M₃によって各抵抗器R₁,R₂,R₃は選択的に短絡され
る。

また切換スイッチ回路（14）は、前進スイッチ（20）と
後進スイッチ（21）を組合せて構成している。

前進スイッチ（20）は、第２の直列回路（12）の電機子
コイル（10a）側の端部を、前進モード時にアクセルペ
ダル等の速度制御手段が操作されたときに常開接点（20
a）によって第１の直列回路（９）の直流電源（11）側
の端部に、また速度制御手段の非操作時および前進モー
ド時でないとき常閉接点（20b）によって第１の直列回
路（９）の界磁コイル（10b）側の端部に接続する。な
おこの前進スイッチ（20）の各接点（20a）（20b）は、
切換スイッチ制御回路（15）内の電磁石（20c）によっ
て開閉する。

後進スイッチ（21）は、第２の直列回路（12）の速度制
御用可変抵抗回路（13）側の端部を、後進モード時に速
度制御手段が操作されたときに常開接点（21a）によっ
て第１の直列回路（９）の直流電源（11）側の端部に、
また速度制御手段の非操作時および後進モード時でない
とき常閉接点（21b）によって第１の直列回路（９）の
界磁コイル（10b）側の端部に接着する。なおこの後進
スイッチ（21）の各接点（21a）（21b）は、切換スイッ
チ制御回路（15）内の電磁石（21c）によって開閉す
る。

また発電制動用スイッチ回路（18）は、第１の直列回路
（９）内の車載バッテリ（11）及び界磁コイル（10b）
の接続点Ｐと、速度制御用可変抵抗回路（13）内の抵抗
器R₁,R₂の接続点Ｑの間に、スイッチ素子、例えばサイ
リスタ（18a）を、カソード側が第１の直列回路（12）
に向くように接続して構成されている。

次に上記駆動回路（８）の動作について説明する。

自動車を前進させたい場合は、モータが回転していない
第１図の中立モード状態で、前進・後進選択スイッチ
（16）を、手動操作により前進側に接続する。そしてア
クセルペダルを踏むと、最初にアクセルOFF接点（M₀）
が導通し、電磁石（20c）への通電により前進スイッチ
（20）の常開接点（20a）が閉じ、第２図の前進モード
状態となる。すると、第２図中に矢印で示すように駆動
回路（８）内を電流が通電する。これによってモータが
正方向に回転を開始する。この後図示しないアクセルペ
ダルをさらに踏むことによって接点をM₁→M₂→M₃の順で
閉じ、初めに抵抗器R₁が、次に抵抗器R₁,R₂が、最後に
抵抗器R₁,R₂,R₃が短絡される。これによって速度制御用
可変抵抗回路（13）における電圧降下が減少して、電機
子コイル（10a）に加わる電圧が上昇し、モータの回転
数は上昇する。この後、減速したいときにはアクセルペ
ダルの操作により、接点M₁,M₂,M₃の閉状態を変えればよ
い。

また自動車を後進させるためモータを逆回転させたいと
きは、アクセルペダルを戻し、前進・後進選択スイッチ
（16）を手動操作により後進側に接続してアクセルペダ
ルを踏むと、電磁石（21c）への通電により後進スイッ
チ（21）の常開接点（21a）が閉じ、第３図の後進モー
ド状態となる。このとき電磁石（20c）には通電してお
らず、前進スイッチ（20）は、常閉接点（20b）が閉じ
た状態にあるので、第３図に示すように界磁コイル（10
b）の電流の向きは変わらないで、電機子コイル（10a）
の電流の向きが変わって通電するので、モータは逆回転
する。この後進時にも、速度制御は、アクセルペダルに
連動して開閉する接点M₁,M₂,M₃によって上記同様に行な
われる。

次に発電制動の動作について説明する。

自動車が下り坂を前進走行しているとき、下り勾配セン
サは“H"レベルの出力ａを発生している。この状態で速
度制御手段であるアクセルペダルから足を離すと、その
接点M₀,M₁,M₂,M₃は全て開状態になる。アクセルOFF接点
M₀が開状態になると電磁石（20c）（21c）には通電しな
いので、第４図に示すように、切換スイッチ回路（14）
は、中立モード状態〔前進スイッチ（20）及び後進スイ
ッチ（21）が共に常開接点（20a）（21a）が開で、常閉
接点（20b）（21b）が閉〕に切換わる。またこれと同時
に“H"レベルのアクセルOFF出力ｂが発生するので、既
に発生している“H"レベルの下り勾配センサ出力ａとの
一致を検出した制動条件範囲回路（19）が、サイリスタ
（18a）に制動条件判定出力ｃを与えて導通状態にす
る。すると、電機子コイル（10a）は慣性により、それ
までと同一方向に回転しているので、界磁コイル（10
b）内の残留磁気によって起電力を発生し、第４図内に
矢印で示すように電流が通電する。このときの電流の経
路は、第２の直列回路（12）の両端を、切換スイッチ回
路（14）によって閉じた閉ループ回路Ｓと、発電制動ス
イッチ回路（18）によって、この閉ループ回路中の抵抗
器R₁と並列に接続された界磁コイル（10b）による分流
回路Ｔである。この発電制動状態になると、界磁コイル
（10b）には、抵抗器R₁の電圧降下分の電圧が印加され
るので、正回転時と同一極性で、上記残留磁気以上の発
電制動に必要な界磁磁束が発生する。そして電機子コイ
ル（10a）は、自動車の慣性走行の速度に比例した起電
力を発生し、抵抗器R₁,R₂,R₃の直列接続により構成され
た速度制御用可変抵抗回路（13）に電流を通電して、ジ
ュール熱として自動車の慣性力を消費させる。これを車
体側から観察すれば、電機子コイル（10a）は、その慣
性走行速度に比例した制動力で、ブレーキ作用をなすこ
とになる。

なお上記発電制動は、実際的には機械式のブレーキの補
助として、併用される。

また上記駆動回路（８）において、切換スイッチ回路
（14）を中立状態にし、発電制動用スイッチ回路（18）
を導通状態にした直後には、界磁コイル（10b）に電流
が通電しないので、発電制動は界磁コイル（10b）の残
留磁気によって開始され、動作不安定となるおそれもあ
る。そこで開始動作を確実化したい場合は、第１図中に
点線で示すように、小容量の蓄電池（22）及び電流制限
用抵抗器（23）等よりなる制動開始用電源（24）を、第
２の直列回路（12）の電機子コイル（10a）側の端部
と、車載バッテリ（11）の界磁コイル（10b）側の端子
の間に挿入接続する。この挿入回路は、前進走行時に充
電された制動開始用電源（24）によって、発電制動の開
始直後のみ、界磁コイル（10b）に通電して、発電制動
の開始時点から充分に大きな界磁磁束を発生させる。

また発電制動用スイッチ回路（18）を構成するスイッチ
素子としてのサイリスタ（18a）は他のスイッチ、例え
ば第１図中に点線で示すような制動条件判定出力ｃによ
って閉じるマグネットスイッチ（25）によって置き換え
ることもできる。

また本考案は、上記実施例の回路構成に限定されること
はなく、切換スイッチ回路（14）は、上記同様の機能を
有するように設計すればよく、異種の部品の組合せによ
って構成することができる。また速度制御用可変抵抗回
路（13）も、例えば抵抗器の直列数を増加するなどの設
計変更が可能で、発電制動用スイッチ回路（18）の可変
抵抗回路への接続を、発電制動に適した電圧が得られる
位置に選定すればよい。

考案の効果 本考案によれば、速度制御用可変抵抗回路を持つ直流直
巻モータにおいて、制動時に電力を全く消費せず車載バ
ッテリに負担を与えない発電制動を行うことができる。
また、例えば一個のサイリスタのみよりなる発電制動用
スイッチ回路と、これを制御するための制動条件判定回
路とを付加するだけで、走行条件に適応した発電制動が
可能になる。従って、装置を複雑・大型化することな
く、坂道走行時等に必要な強力なブレーキ力を得ること
ができ、コストアップを最小限に抑えて、性能を向上で
き、また発電制動は機械式ブレーキに補助が必要となる
坂道走行のときのみに行われるもので、走行エネルギの
無だな消費が避けられ、バッテリ容量が限られた電気自
動車において、特にその実用価値は高い。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第４図は本考案に係る直流直巻モータの発電
制動制御回路の一実施例を示し、第１図は停止状態、第
２図は前進状態、第３図は後進状態、第４図は発電制動
状態を夫々示す。第５図は従来の直流直巻モータの駆動
回路例を示す回路図である。 （８）……直流直巻モータの駆動回路（電気自動車発電
制動制御回路） （９）……第１の直列回路 （10a）……直流直巻モータの電機子コイル （10b）……直流直巻モータの界磁コイル （11）……直流電源（車載バッテリ） （12）……第２の直列回路 （13）……速度制御用可変抵抗回路 （14）……切換えスイッチ回路 （18）……発電制動用スイッチ回路 （18a）……スイッチ素子 （19）……制動条件判定回路 （20）……前進スイッチ （21）……後進スイッチ （20a），（21a）……常開接点 （20b），（21b）……常閉接点 ａ……下り勾配センサ出力 ｂ……アクセルOFF出力 ｃ……制動条件判定出力

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】自動車の原動機である直流直巻モータの界
   磁コイル（10b）と直流電源（11）を接続した第１の直
   列回路（９）と、前記直流直巻モータの電機子コイル
   （10a）と速度制御用可変抵抗回路（13）を接続した第
   ２の直列回路（12）と、前進・中立・後進の３状態に切
   替り、前進時と後進時で上記第２の直列回路（12）の極
   性を切替えて上記第１の直列回路（９）に接続し、アク
   セルペダル等の速度制御手段が操作されないとき中立状
   態に復帰する切換スイッチ回路（14）とからなる電気自
   動車の直流直巻モータの駆動回路（８）において、 上記第１の直列回路（９）の直流電源（11）と界磁コイ
   ル（10b）の接続点Ｐと、速度制御用可変抵抗回路（1
   3）の端部から離れた所定の接続点Ｑとを接続する、発
   電制御用スイッチ回路（18）を組込んだ分流回路（26）
   と、 自動車が所定角度以上の傾斜の下り坂を走行しているこ
   とを検出する下り勾配センサの出力ａと、速度制御手段
   を解放したアクセルOFF出力ｂとが同時に成立したこと
   を条件として上記発電制御用スイッチ回路（18）を導通
   させる制御条件判定回路（19）とからなり、 上記制御条件判定回路（19）の出力ｃにより発電制御用
   スイッチ回路（18）を導通させて、 第２の直列回路（12）の両端を切換スイッチ回路（14）
   によって閉じた閉ループ回路（Ｓ）と、該閉ループ回路
   （Ｓ）中の抵抗器と並列に接続された界磁コイル（10
   b）を含む分流回路（Ｔ）とを形成し、電機子コイル（1
   0a）に、慣性走行速度に比例した制動力を発生させたこ
   とを特徴とする発電制動制御回路。