JPH0779522B2 - 自動車のリターダ装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は内燃機関により駆動される自動車の電気的制動
装置として利用する。

〔概要〕

本発明は内燃機関の主軸にかご形多相誘導機の回転軸が
結合され、このかご形多相誘導機が発電機として作動す
るようにその固定子巻線に回転磁界を与え、その発電エ
ネルギを抵抗値により消散させてブレーキトルクを与え
るリターダ装置において、 かご形多相誘導機の回転速度が大きく抵抗器の端子電圧
が大きいときには、抵抗器の抵抗値を実効的に大きい値
に変更制御することにより、 回転速度の大きい領域での発電機と負荷との整合を良く
して回転速度の大きいときのブレーキトルクを増大させ
るものである。

〔従来の技術〕

出願人はリターダ装置として第６図に示すものを特願昭
62−36278、特願昭62−36279、特願昭62−36280、特願
昭62−36281により提案した。これは内燃機関１に直結
したかご形多相誘導機２と、二次電池回路３と、この二
次電池回路３の直流電圧をかご形多相誘導機２の軸回転
速度より低い回転速度の回転磁界を誘起するのに適合し
た周波数の交流電圧に変換してこれをかご形多相誘導機
２に与え、またかご形多相誘導機２から交流電力を直流
電力に変換するインバータ回路４と、このインバータ回
路４の交流側電圧の周波数を設定するインバータ制御回
路５とを備える。

また、かご形多相誘導機２には回転センサ６が取付けら
れていて、この回転センサ６からの信号はインバータ制
御回路５に与えられる。さらに、インバータ回路４の出
力にはコンデンサ７およびスイッチ回路８を介して抵抗
器９が接続される。

二次電池回路３には、二次電池31と、この二次電池31に
接続されたリアクトル32と、このリアクトル32に入力側
が接続された半導体スイッチ33と、この半導体スイッチ
33のベースおよびインバータ回路４の出力に接続された
制御回路34が含まれる。

このように構成された従来のリターダ装置の動作は、自
動車に搭載された内燃機関１の主軸に直結してかご形多
相誘導機２の回転子部が回転駆動される。この回転系の
有する機械エネルギを吸収し車両の走行を制動するとき
には、かご形多相誘導機２の固定子巻線に回転子部の回
転速度より低い回転速度の回転磁界をインバータ回路４
から与える。すなわち、二次電池回路３からインバータ
回路４を経由してかご形多相誘導機２の固定子巻線に交
流が印加され、これにより回転系の有する機械エネルギ
が電気エネルギに変換され、この電気エネルギが二次電
池回路３に回生充電される。

インバータ制御回路５はインバータ回路４に自動車の運
転に応じて制動の程度を制御する装置が含まれる。自動
車の運転に伴い一時的に大きいブレーキトルクを発生さ
せるときには、かご形多相誘導機２から発生する電気エ
ネルギをすべて二次電池回路３に回生させることは困難
であるために、スイッチ回路８を介して抵抗器９により
熱エネルギとして放散させ大きいブレーキトルクを得
る。

インバータ回路４の出力に接続された二次電池回路の制
御回路34は、インバータ回路４の出力にしたがって半導
体スイッチ33の開閉を行い、リアクトル32により二次電
池に回生充電する量を常に適切になるように制御する。

〔発明が解決しようとする問題点〕

発明者らはこの装置について各種の試験を行ったとこ
ろ、主軸の実用回転速度範囲内で値の小さい抵抗器９を
接続して大きいブレーキトルクを与えようとすると、ブ
レーキトルクが主軸のある回転速度で急に発生しなくな
ることが観測された。この原因を詳しく調べるために、
抵抗器９の抵抗値を変更して試験を行うと、抵抗値の小
さいときには主軸の回転速度の小さい値で急速にブレー
キトルクを失い、抵抗器９の抵抗値を大きくしてゆくに
したがって、回転速度の大きい領域までブレーキトルク
が発生させることがわかった。しかし、抵抗器９の抵抗
値を大きくしておくと、消散エネルギは小さいから発生
するブレーキトルクは当然に小さくなる。

この原因は未だ十分に解明されていないが、かご形多相
誘導機２およびインバータ回路４を一つの直流電源とし
て把握すると、この直流電源の発生電力はかご形多相誘
導機の回転速度に比例する。またこの直流電源の出力電
圧も同じく回転速度に比例するところがこの電源の負荷
となる抵抗器の消散電力は端子電圧すなわち上記出力電
圧の二乗に比例する。したがって回転速度が上昇し出力
電圧が上昇すると、消散電力が発生電力を越えることに
なり、かご形多相誘導機が発電機として成立しなくな
り、急速にブレーキトルクを失うものであると考えられ
るにいたった。

本発明は、主軸の回転速度の広い範囲にわたりブレーキ
トルクを有効に発生させる自動車のリターダ装置を提供
することを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は、内燃機関の主軸に回転軸が結合されたかご形
多相誘導機と、このかご形多相誘導機の固定子巻線にこ
のかご形多相誘導機が発電機となる回転速度の回転磁界
を与える手段と、このかご形多相誘導機の固定子巻線に
発生する電流が供給される値の小さい抵抗器とを備えた
自動車のリターダ装置において、上記主軸の回転速度に
相応する電気信号を検出する検出回路と、この検出回路
の検出出力が示す回転速度が大きくなるにしたがって上
記抵抗器の実効的な値を大きい値に制御する制御回路と
を備えたことを特徴とする。

上記制御回路は、上記抵抗器に直列に接続された半導体
スイッチ回路と、この半導体スイッチ回路に周期的な開
閉制御信号を与えるスイッチ制御回路とを備え、このス
イッチ制御回路は上記検出出力にしたがってこの開閉制
御信号のデューティ比を変化させる回路とを含む構成と
することが望ましい。

この場合に上記検出回路は、上記主軸の回転速度に相応
する電気信号として上記抵抗器に印加される電圧または
上記抵抗器および上記半導体スイッチ回路の直列回路の
端子電圧を検出する回路を含む構成とすることができ
る。

また、上記制御回路は、上記検出回路の検出出力の値に
応じて上記抵抗器の実効的な値を大きい値に制御する構
成であることができる。

〔作用〕

内燃機関の主軸の回転速度にしたがって、抵抗器の実効
的な値を変更する。すなわち、この回転速度が小さいと
きには、抵抗値の小さいものを使用し、回転速度が大き
くなると抵抗値の大きいもを使用する。

これは、抵抗器のタップ切替えにより実現することがで
きるが、抵抗器のタップ切替えのための装置は、熱容量
および電流容量の大きいスイッチ回路や抵抗器を複数用
意する必要があり、自動車に搭載する装置の規模や重量
を大きくする。したがって、望ましい形態として、抵抗
値の小さい抵抗器を１つ使用して、これに直列に半導体
スイッチ回路を接続し、この半導体スイッチ回路を周期
的に開閉させ、その開閉のデューティ比を変更すること
により、実効的な抵抗値を変化させる回路を用いること
がよい。

また、主軸の回転速度に相応する電気信号としては回転
センサの出力を用いることがよい。この検出出力にした
がって半導体スイッチ回路にデューティ比を変化させた
開閉制御信号を与え、検出出力が大きくなるにしたがっ
て抵抗器の実効的な値を大きい値に制御する。

このようにして回転速度が大きく発生電圧が高い領域で
の発電機と負荷との整合を良くし、回転速度の大きいと
きのブレーキトルクを増大させ、広範囲に発電ブレーキ
として使用することができる。

〔実施例〕

以下本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

（第一実施例） 第１図は本発明第一実施例装置の全体構成を示すブロッ
ク図である。

本発明第一実施例装置は、内燃機関１の主軸に直結され
たかご形多相誘導機２と、二次電池回路３と、この二次
電池回路３の直流電圧をかご形多相誘導機２の軸回転速
度より低い回転速度の回転磁界を誘起するのに適合した
周波数の交流電圧に変換してこれをかご形多相誘導機２
に与え、またかご形多相誘導機２からの交流電力を直流
電力に変換するインバータ回路４と、内燃機関１の主軸
の回転速度を検出する回転センサ６と、この回転センサ
６の出力によりインバータ回路４を制御するインバータ
制御回路５と、インバータ回路４の出力に接続されるコ
ンデンサ７と、インバータ回路４を介してかご形多相誘
導機２の固定子巻線に発生する電流が供給される値の小
さい抵抗器11と、この抵抗器11およびインバータ回路４
との間に接続され回転の開閉を行う半導体スイッチ回路
12と、この抵抗器11にインバータ回路４から印加される
電圧を検出する検出回路13と、この検出回路13の検出出
力が大きくなるにしたがって抵抗器11の実効的な値を大
きい値に制御するスイッチ制御回路14とを備える。

第２図は本発明第一実施例装置のさらに詳しい一例を示
す電気回路図である。

この実施例ではかご形多相誘導機２は３相であり、二次
電池回路３とこのかご形多相誘導機２との間はインバー
タ回路４により結合される。二次電池回路３の負端子E₂
はこの自動車の共通電位に接続される。

このインバータ回路４は、かご形多相誘導機２の各相端
子と上記二次電池回路３の正および負の端子の間に接続
されたスイッチ素子Qa、Qb、Qc、Qd、Qe、Qfを含む。こ
のスイッチ素子Qa、Qb、Qc、Qd、Qe、Qfはそれぞれトラ
ンジスタと、そのトランジスタのコレクタ・エミッタ間
に逆方向に並列接続されたダイオードとから構成されて
いる。さらに、このインバータ回路４は、上記スイッチ
素子Qa、Qb、Qc、Qd、Qe、Qfの制御電極に開閉制御信号
を与える開閉制御信号発生回路PWMを含む。

このインバータ回路４は本発明の試験をするために自動
車用に特別に設計されたものであるがこの基本的な技術
は公知である。すなわちかご形多相誘導機の回転磁界を
その回転子の回転に応じて制御する技術は、たとえば交
流エレベータあるいはクレーンなどに適応されている技
術の応用である。

かご形多相誘導機２（または内燃機関１）には回転セン
サ６が取付けられてその主軸の回転を電気的に検出す
る。この回転センサ６の出力するパルス信号はディジタ
ル・アナログ変換回路DA₁により回転速度を表すアナロ
グ信号となる。このアナログ信号は演算増幅器AMPの一
方の入力に接続され、ディジタル・アナログ変換回路DA
₂から発生されるすべり量に対応する制御基準とその極
性に応じて加算もしくは減算される。この演算増幅器AM
Pの出力は上述の開閉制御信号発生回路PWMにインバータ
回路４の出力周波数制御信号として与えられる。すなわ
ち、かご形多相誘導機２、回転センサ６、ディジタル・
アナログ変換回路DA₁、演算増幅器AMPおよびインバータ
回路４により負帰還サーボ制御ループが形成される。

この負帰還サーボ制御ループにすべり量に対応する制御
基準が加算されるが、このすべり量を発生する制御手段
に必要とする信号について説明する。この制御手段は第
２図の下部に位置する各回路から構成され、マイクロプ
ロセッサCPU、インターフェース回路IO、トルク制御回
路Tq、自動車のアクセルペダルに連動するスイッチA₁お
よびA₂、同じくトランスミッションのニュートラルを示
すスイッチN₁およびN₂、同じくクラッチペダルに連動す
るスイッチCl₁およびCl₂、運転者により操作される第一
スイッチS₁、運転者より操作される第二スイッチS₂、内
燃機関１の始動キースイッチと連動するスイッチKS、お
よびディジタル・アナログ変換回路DA₂を含む。スイッ
チS₃は従来から設けられている排気ブレーキスイッチで
あり、排気ブレーキ回路Exに接続されている。

第一スイッチS₁は補助加速を操作指示するスイッチであ
り、第二スイッチS₂は電気制動を操作指示するスイッチ
である。この第一スイッチS₁および第二スイッチS₂は、
この実施例では、ハンドルの軸に設けられた一つの操作
レバーでは操作できるように設計されている。この操作
レバーはOFFの位置でスイッチS₁およびS₂がともに開い
た状態であり、加速位置に入れるとスイッチS₁が閉じ
る。さらに制動の位置には４つの位置があり、それぞれ
スイッチS₂に示す複数の接点が順に閉じるように構成さ
れている。制動の４つの位置では運転者が電気制動の程
度を調節することができる。

この操作レバーを加速の位置に入れたときには、その加
速の程度はアクセルペダルの踏み込み量により決まるよ
うに、アクセルペダルの踏み込み情報を端子T₁に与え
て、トルク制御回路TqからインターフェースIOに信号を
送出するように構成されている。

二次電池回路３の正および負の端子E₁およびE₂には、か
ご形多相誘導機２の固定子巻線に発生する電流がインバ
ータ回路４を介して供給される。このインバータ回路４
の直流側にはコンデンサ７と、電気エネルギを熱エネル
ギに変換して放熱する値の小さい抵抗器11と、この抵抗
器11に直列に接続された半導体スイッチ回路12と、この
半導体スイッチ回路12に接続されたスイッチ制御回路14
と、このスイッチ制御回路14および端子E₁、E₂に接続さ
れインバータ回路４の出力電圧および回転センサ６の出
力を検出する検出回路13とを備える。

二次電池回路３は、従来例同様二次電池31と、この二次
電池31に接続されたリアクトル32と、このリアクトル32
に入力側が接続された半導体スイッチ33のベースおよび
インバータ回路４の出力に接続された制御回路34を含む 次に、このように構成された本発明実施例装置の動作に
ついて説明する。

内燃機関１の主軸に回転軸が結合されたかご形多相誘導
機２の固定子巻線に発電機となる回転速度の回転磁界が
与えられると、固定子巻線に交流電流が発生し、インバ
ータ回路４によりこの交流電流が直流電流に変換されて
端子E₁およびE₂に電圧を印加する。

検出回路13がこの電圧を検出してスイッチ制御回路14を
送出する。スイッチ制御回路14はこの検出出力により、
その検出出力が所定の値を越えたときにスイッチのデュ
ーティ比（スイッチのオンおよびオフの周期に対するオ
ンの時間の比）を変化させた開閉制御信号を半導体スイ
ッチ回路12に与え抵抗器11の実効的な値が大きい値にな
るように制御する。

第３図（ａ）、（ｂ）、（ｃ）および（ｄ）は、内燃機
関１の主軸の回転速度に対するインバータ回路４の直流
出力電圧、ブレーキトルク、デューティ比および実効抵
抗値の関係を示したものである。

この第３図に示すように、内燃機関１の回転速度が上昇
してある一定回転速度N_c1に達すると、ブレーキトルク
は第３図（ｂ）の破線で示すようにさがりはじめる。回
転速度がこのN_c1に達する少し前のN_c2になったときに、
第３図（ａ）に示すように検出回路13がインバータ回路
４のこれに対応する出力電圧V_cを検出し、この検出信号
をスイッチ制御回路14に送出する。スイッチ制御回路14
はこの検出信号にしたがって半導体スイッチ回路12にオ
ン・オフ指令を与えるが、この半導体スイッチ回路12の
オン・オフのデューティ比は結果的に回転速度にしたが
い第３図（Ｃ）に示すようにデューティ比を小さくなる
ように変化させた開閉制御信号を与える。

半導体スイッチ回路12はこの開閉制御信号にしたがって
開閉制御を行い、第３図（ｄ）に示すように実効抵抗値
を上昇させる。すなわち回転速度の大きい領域での発電
機と負荷との整合を良くし、ブレーキトルクの大きい回
転速度の範囲を拡げ、自動車用発電ブレーキとして実用
に耐えるものとすることができる。

（第二実施例） 第４図は本発明第二実施例の抵抗器の構成を示す図であ
る。本発明第二実施例は第２図に示す第一実施例におけ
るインバータ回路４の直流出力端子E₁、E₂間に抵抗値を
それぞれR₁、R₂、R₃に切換えることのできる開閉スイッ
チSW₁、SW₂、SW₃を設けた抵抗器11′を備え、開閉スイ
ッチSW₁、SW₂、SW₃にはスイッチ制御回路14′が接続さ
れ、この制御回路14′には検出回路13が接続され、この
検出回路13はインバータ回路４の出力に接続される。そ
の他の構成は第一実施例と同様である。

この第二実施例の動作は、インバータ回路４の出力電圧
を検出回路13が検出し、この検出信号をスイッチ制御回
路14′に送出する。スイッチ制御回路14′はこの検出信
号にしたがって開閉スイッチSW₁、SW₂、SW₃をそれぞれ
切換え接続させ、回転速度に応じて抵抗値を制御し制動
可能範囲を拡大することができる。

第５図（ａ）および（ｂ）は回転速度に対するインバー
タ回路４の出力電圧およびブレーキトルクの関係を示し
たものである。第５図（ａ）に示すように回転速度の上
昇にしたがって抵抗値をR₃、R₂、R₁のように増加させる
ことによりインバータ出力電圧をほぼ一定の値に保ち、
ブレーキトルクも第５図（ｂ）に示すように回転速度の
上昇に伴いやや低下するものの実用上必要とするブレー
キトルクを得ることができる。

このようにしてスイッチ制御回路14′により回転速度に
応じたタップ切替え（抵抗値の切替え）を行うことによ
り回転速度の広い範囲にわたりブレーキトルクを有効に
発生させることが可能である。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明によれば、回転速度の大きい
領域での発電機と負荷との整合を良くして回転速度の大
きいときのブレーキトルク（ブレーキトルク）を増大さ
せる効果がある。

【図面の簡単な説明】 第１図は本発明第一実施例装置の全体の構成を示すブロ
ック図。 第２図は本発明第一実施例装置の電気回路図。 第３図（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）は本発明第一実
施例装置の回転速度に対するインバータ出力電圧、ブレ
ーキトルク、デューティ比、実効抵抗値の関係を示す
図。 第４図は本発明第二実施例装置の電気回路図。 第５図（ａ）、（ｂ）は本発明第二実施例装置の回転速
度に対するインバータ出力電圧、ブレーキトルクの関係
を示す図。 第６図は従来例装置の構成を示すブロック図。 １…内燃機関、２…かご形多相誘導機、３…二次電池回
路、４…インバータ回路、５…インバータ制御回路、６
…回転センサ、７…コンデンサ、８、12′…スイッチ回
路、９、11、11′…抵抗器、12…半導体スイッチ回路、
13…検出回路、14、14′…スイッチ制御回路。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小幡 篤臣 東京都日野市日野台３丁目１番地１ 日野 自動車工業株式会社内 (72)発明者 茂森 政 東京都日野市日野台３丁目１番地１ 日野 自動車工業株式会社内 (72)発明者 佐々木 幸治 東京都港区芝浦１丁目１番１号 株式会社 東芝本社事務所内 (72)発明者 内野 広 東京都府中市東芝町１番地 株式会社東芝 府中工場内 (72)発明者 河田 耕三 東京都府中市東芝町１番地 株式会社東芝 府中工場内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】内燃機関（１）の主軸に回転軸が結合され
   たかご形多相誘導機（２）と、 このかご形多相誘導機（２）の回転速度を検出する回転
   センサ（６）と、 充電可能な直流電源（３）と、 前記回転センサ（６）の検出回転速度に基づいて前記直
   流電源の直流電流を交流電流に変換して前記かご形多相
   誘導機を交流励磁するとともに制動エネルギの回生によ
   り前記かご形多相誘導機に発生する交流電流を直流電流
   に変換して前記直流電源を充電するインバータ回路
   （４）と、 スイッチ制御信号に基づいて開閉されるスイッチ（12）
   と、 前記スイッチ（12）を介して前記直流電源（３）の正負
   間に接続される抵抗器（11）と、 前記回転センサ（６）の検出回転速度に基づいて前記ス
   イッチ（12）を開閉する制御信号を出力するスイッチ制
   御回路（14）と を備え、 前記スイッチ制御回路（14）は、回転速度が大きくなる
   にしたがって前記直流電源（３）の正負間に接続される
   抵抗値を大きい値に制御する制御信号を出力する手段を
   含む ことを特徴とする自動車のリターダ装置。
2. 【請求項２】前記スイッチ（12）は半導体スイッチ回路
   であり、前記スイッチ制御回路（14）は、前記回転速度
   が所定の値を越えるときには、回転速度が大きくなるに
   したがって前記スイッチ（12）を開閉させるデューティ
   比を前記直流電源（３）の正負間に接続される抵抗値を
   大きい値になるように変化させる手段を含む請求項１記
   載の自動車のリターダ装置。
3. 【請求項３】前記スイッチ（12）は複数個のスイッチ
   （12′）で構成され、前記スイッチ制御回路（14）は、
   前記検出回転速度が大きくなるにしたがって段階的に前
   記複数個のスイッチのいずれかを開閉して前記直流電源
   （３）の正負間に接続される抵抗値を大きい値とする制
   御信号を出力する手段を含む 請求項１記載の自動車のリターダ装置。