JPS6124918B2

JPS6124918B2 -

Info

Publication number: JPS6124918B2
Application number: JP57081721A
Authority: JP
Inventors: Edowaado Konratsudo Chaaruzu
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1981-05-20
Filing date: 1982-05-17
Publication date: 1986-06-13
Also published as: US4375603A; JPS57196894A; EP0066057A1; EP0066057B1; DE3272975D1

Description

【発明の詳細な説明】この発明は電気車輛の推進装置、更に具体的に
云えば、電気車輛に対する分巻直流電動機推進装
置に関する。

電気推進車輛はいろいろな用途に使われてい
る。例えば、固定レールの通勤車輛及び機関車は
典型的には電動機によつて推進させるが、公道以
外で鉱業に使われる種々の車輛もそうである。こ
ういう種類の車輛に対する電力は、外部の源か
ら、又は車輛上の機関並びに電動機の組によつて
供給される。この為、こういう車輛の速度並びに
それが発生する馬力の範囲は、牽引力を発生する
為に大形の直巻直流電動機を使える様にした事実
上無制限の電源によつて大幅に制御される。

例えばフオークリフト・トラツク又は小型バス
の様な或る種の車輛では、最大限の移動能力を持
たせながら、車輛の寸法を比較的小さく抑えなけ
ればならない為に、電源は蓄電池に制限されてい
る。こういう車輛も直巻直流電動機を利用する
が、これはこういう電動機であると、物資を移動
させるのに必要なトルク／速度特性が得られるか
らである。然し、直流電動機の規模並びに電源が
限られていることにより、公道での速度では、運
転が制限される為に、直巻直流電動機の特性は小
型自動車の様な蓄電池によつて給電される路上車
輛には有利ではない。多重ギアの伝動装置を用い
れば、一層高い速度を達成することが出来るが、
電動機制御は一層困難な問題が生ずる。こういう
問題を認識して、路上車輛に対し分巻直流電動機
を利用することが提案されている。

１つの初期の分巻電動機制御装置は、電機子電
流並びに界磁電流に対して別々の制御装置を用い
ている。速度ゼロから始動する時、界磁制御装置
が界磁電流をその最大値まで高め、その後電機子
電流制御装置を利用して、電機子電圧をその最大
値まで増加する。一杯の電動機電流によつて達成
されるよりも高い速度にするには、電機子電圧を
一定に保ちながら、界磁電流を徐々に減少する。
この方式に伴う主な難点は、２つの別々の制御装
置、即ち界磁制御と電機子制御の両方が必要であ
ることである。更に、電機子制御装置は常時一杯
の電機子電流を支えなければならないが、これは
電流容量の大きいものを必要とし、コストが高く
なる。

電機子に一杯の電圧をかけた状態で、分巻電動
機を運転することが望ましいが、接触器を使うこ
と等により、電機子を電圧源に突然に接続すると
電機子の閃路並びにそれに伴う損損を招くことが
ある。その代案は、電機子と直列にインピーダン
スを装入して、突入電流及び電圧を制限すること
である。このインピーダンスは接触器によつて分
路することが出来る。電機子の逆起電力が大体電
源電圧に達した時、この接触器を閉路する、電機
子電流の大きさが割合大きい為、電機子電流通路
に入れたインピーダンスは、比較的大量の電力を
熱の形で発散しなければならないので、比較的高
価になる傾向がある。

この発明の目的は分巻直流電動機に対する改良
された電力回路を提供することである。

この発明の別の目的は、１箇の電流調整回路を
用いて、電機子電流制御及び界磁電流制御の両方
を取入れた分巻直流電動機に対する電力制御装置
を提供することである。

この発明では路上車輛に牽引力を供給する分巻
直流電動機が電動機の界磁並びに電機子の両方に
対する電力を最初に制御する１箇の時間比回路又
はチヨツパ回路によつて制御される。この発明の
１面では、電動機の電機子がダイオードと直列に
接続され、ダイオードと電機子の直列回路が電動
機の界磁と並列に接続される。チヨツパ回路が電
動機の界磁及び電機子を直流電圧源に接続する。
電機子の逆起電力が実質的に電流電圧源の電圧に
達した時、電機子を直流源に直接的に接続するス
イツチを設ける。車輛の始動時、チヨツパ回路を
100％導電する方向に向つて徐々に位相調節する
ことにより、電機子電流を制御する。最初、電機
子のインピーダンスの方が低いので、電機子電流
が界磁電流よりも一層速く上昇する。一旦チヨツ
パ回路が100％のオン時間に達すると、スイツチ
を閉じて、電機子を直接的に直流源に接続する。
一杯の電流レベルより高い所では、界磁電流を減
らす様にチヨツパ回路を位相調節することによ
り、速度を高める。伝導装置を含む車輛では、シ
フトの間、界磁電流を最大値まで増加して、高い
ギアに合せて電動機の速度を減少することによ
り、一層高いギアへのシフトが行われる。この
後、界磁電流を徐々に減少して、車輛の速度を高
くする。

１実施例では、分割界磁巻線を設け、界磁巻線
の１つの部分をスイツチを介して直流源の両端に
接続し、一定の最低限の界磁の励磁が行われる様
にすることによつて、別の起動トルクが供給され
る。残りの界磁巻線はチヨツパ回路に接続され、
これが界磁の励磁を調整する。

この発明の目的、特徴及び利点が更によく理解
されるように、次に図面について詳しく説明す
る。

第１図には、電動機の界磁電流が３つの電流段
階に分けて制御される従来の典型的な抵抗制御形
の分巻電動機速度調整装置が略図で示されてい
る。蓄電池１０が、電機子１２及び界磁巻線１４
を持つ分巻電動機を付勢する。蓄電池１０の正の
端子が電気機械的な接点１６を介して相対的に正
の母線１８に接続され、これに界磁巻線１４及び
電機子１２の各々の一方の端子が接続される。界
磁巻線１４の他方の端子が抵抗２０及び抵抗２２
の直列の組合せを介して、蓄電池１０の負の端子
に接続される。界磁巻線１４の他方の端子と蓄電
池の負の端子との間に接続された電気機械的な接
点２４は２つの抵抗２０，２２を分路することが
出来る様にしている。抵抗２０，２２の間の接続
点から蓄電池の負の端子に接続された電気機械的
な接点２６は、抵抗２２を側路することが出来る
様にしている。電機子１２の他方の端子が抵抗２
８を介して蓄電池の負の端子に接続される。抵抗
２８は、それと並列に接続された電気機械的な接
触器３０によつて分路される。

分巻電動機は、その効率の点から、電機子抵抗
が比較的小さいことが要求される。この為、発生
された端子電圧（逆起電力）が蓄電池の電圧とか
なり違う様な形に電機子が接続されている時に
は、電機子電流が過大になり、整流子を閃絡した
り又は電動機を損傷する惧れがある。この為、抵
抗２８を電機子１２と直列に入れて、初期オン転
化の時の電流を制限する。第１図に示した装置で
は、最初に接点１６が閉じると、接点２４，２６
は両方共閉じ、接点３０は開いている。この構成
により、界磁電流がその最大値に向つて増加し、
電動機に最大トルクを発生することが出来る様に
しながら、電機子電流が制限される。一旦電機子
の逆起電力が大体蓄電池の電圧まで上昇したら、
接点３０を閉じ、こうして蓄電池１０を直接的に
電機子１２の両端に接続する。界磁が一杯に励磁
されている時、最初に接点２４を開いて、抵抗２
０が界磁電流通路に入り、こうして界磁電流を減
少して、界磁に発生される磁束を「弱める」こと
により、基本速度より高い電機子速度へ高める。
その後、付加的な界磁弱め工程並びにそれに伴う
速度上昇が、接点２６を開いて、抵抗２０，２２
の両方が界磁電流通路に入る様にすることによつ
て達成される。勿論、２つの抵抗２０，２２の代
りに連続的な電流調整器を使うことにより、動作
範囲にわたつて界磁電流を直線的に変えることが
出来る。

第２図には、第１図に示す様にして異なる３つ
のレベルの一定の励磁をした分巻電動機の典型的
な一組のトルク／速度特性が示されている。縦軸
が速度を表わし、横軸がトルクを表わし、このグ
ラフの内、トルク・ゼロの線より右側にある部分
は正のトルク即ち電動機トルクを表わし、トル
ク・ゼロの線より左側にあるグラフの部分は負の
トルク又は制動トルクを表わす。電動機が発電機
として動作し、その運転を続けるのに或る駆動エ
ネルギ入力を必要とする時、制動トルクが発生さ
れる。特性Ｉ_F1は界磁電流の大きさが最低の時、
即ち、抵抗２０，２２の両方が界磁巻線１４と直
列に接続される時に得られる界磁電流の場合であ
る。特性Ｉ_F2は、一方の抵抗２０を界磁巻線１４
と直列に接続することによつて得られる中間の界
磁電流レベルの場合である。特性Ｉ_F3は両方の接
点２６，２４を閉じて、界磁巻線１４の磁束を最
大にした最大界磁電流状態を表わす。

電動機が最大磁束密度で運転されていて、動作
が特性Ｉ_F3で表わされる場合、駆動負荷が加えら
れ、トルク需要、Ｔ（負荷）が生じた場合、電動
機はＴ（負荷）トルク線とトルク／速度特性Ｉ_F3
との交点Ａに対応する速度で運転される。Ｔ（負
荷）が、電機子１２の回転によつて駆動される車
輛のトルク需要を表わすとして、車輛が若干の勾
配にかかり、同じ速度の保つのにより多くのトル
クを要求した場合、速度が低下し始め、トルクは
トルク／速度特性Ｉ_F3に沿つて右へ増加し始め
る。同じ理屈で、車輛が若干の下り勾配に入り始
め、特定の速度に対する駆動トルクが小さくなつ
た時、速度が上昇し始め、トルク／速度特性Ｉ_F3
の左側をたどる。その勾配が、トルクが負になる
様な値まで車輛の速度が増加する様なものであれ
ば、電動機は発電機様式で動作し始め、強制的に
蓄電池１０に逆電流を供給し、制動トルクを発生
する。この領域の動作を一般的に回生制動と云
う。

車輛が電動機の電機子１２に対するトルク負荷
が一定の平坦な所で運転されている場合を考え、
特性Ｉ_F2で表わされる様な中間の階段まで加速す
ることによつて車輛の速度を高めたい場合、接点
２４を開き、抵抗２０を界磁巻線１４と直列に入
れる。界磁電流が特性Ｉ_F3が表わされる値から特
性Ｉ_F2で表わされる値まで変化する時間の間に、
車輛の速度は目立つて変化することが出来ないか
ら、略一定の速度で移動しながら、トルクは点Ａ
から特性Ｉ_F2上の点Ｂへ急に飛越すことが理解さ
れよう。点Ｂのトルクは負荷Ｔ（負荷）によつて
要求される値より大きいから、電機子１２の回転
速度、従つて車輛の速度は、トルク・レベルが再
び釣合うまで、特性Ｉ_F2に従つて加速される。こ
の時、電動機は特性Ｉ_F2上の点Ｃで示す速度で運
転される。車輛の速度を更に上昇させたい場合、
接触器２６を開き、こうして抵抗２０，２２の直
列の組合せを界磁巻線１４と直列回路に入れ、更
に電流を減少する。トルクが／速度特性Ｉ_F1上の
交点Ｄまで、略一定の速度のまま急激に増加す
る。この後、再びトルクが釣合うまで、電機子の
速度及び車輛の速度が徐々に増加し、特性Ｉ_F1上
の点Ｅで動作が安定する。

装置が点Ｅで動作していて、車輛を減速したい
場合、接触器２４を閉じ、全ての抵抗を界磁巻線
１４の直列回路から切断し、トルク／速度特性Ｉ
_F1から特性Ｉ_F3上の点Ｆへ急速に切換えることが
出来る。点Ｆは発電機領域内にあるから、電機子
１２が車輛によつて駆動され、逆起電力が蓄電池
１０の電圧より高く、強制的に蓄電池１０に電流
が流れる。電機子速度はトルク／速度特性Ｉ_F3を
たどり、車輛の速度点Ａまで徐々に減速する。

相異なるトルク／速度レベルの間のこれより滑
らかな切換えも、抵抗と接触器から成る装置を連
続的な調整回路に取替えることによつて達成し得
る。例えば、２つのチヨツパ回路を用い、一方は
電動機の電機子と直列、他方は電動機の界磁巻線
と直列に入れて、電機子電流及び界磁電流の両方
を個別に制御する様にした装置が知られている。
然し、こういう形式の装置は２つの別々の制御装
置並びに電流調整の為の２つの別々の電力回路を
必要とする。従つて、こういう装置は不経済にな
る傾向がある。

第３図には、この発明の１形式の電力制御装置
が示されている。蓄電池１０が電機子１２及び界
磁巻線１４を持つ直流電動機に電力を供給する様
に接続される。この電動機は、界磁巻線１４の他
方の端子及び蓄電池１０の負の電圧端子の間に接
続された１個の電力調整回路３２によつて制御さ
れる。この電力調整回路が第１図の抵抗と接触器
から成る装置の代りになる。電機子１２及び接点
３０の間の接続点がダイオード３４によつて界磁
巻線１４及び調整回路３２の間の接続点に接続さ
れる。本質的には、電機子１２がダイオード３４
を介して界磁巻線１４と並列に接続される。調整
回路３２は周知の時間比制御回路又はチヨツパ回
路であつてよく、関連した転流回路を持つサイリ
スタであつてもよいし或いは関連したゲート回路
を持つトランジスタであつてもよい。チヨツパ回
路の例が例えば米国特許第3927357号に記載され
ている。

云うまでもなく、調整回路３２は、従来の回路
の抵抗２０，２２に代るものであるが、電流調整
範囲にわたつて連続的な制御作用をする。更に、
調整回路３２が電機子１２の直列電流通路にも接
続されているので、第１の動作様式では、調整回
路３２が電機子１２の起動電流をも制御する。一
旦調整回路３２が一杯に導電する動作様式に達
し、蓄電池電圧の略全部が電動機の電機子１２の
両端に印加されると、接点３０が閉じられ、電機
子１２に直接的に蓄電池１０の両端に接続する。
第２の動作様式では、調整回路３２がこの後界磁
巻線１４を流れる電流だけを制御し、こうして界
磁電流の制御によつて電動機の速度（トルク）を
調整する。ダイオード３４は、接点３０が閉じた
時、実効的に電機子１２及び界磁巻線１４を隔離
する。

第３図に示す電力制御装置は、少なくとも２つ
のギア比を利用し得る可変ギア比伝導装置を持つ
車輛に使うのが最も有利である。車輛は第１のギ
ア比で始動して、一杯の電機子電圧及び一杯の界
磁電流の下に、電機子１２をその最大速度まで加
速する。この点で接点３０を閉じ、こうして電機
子１２を直線的に電源即ち蓄電池１０の両端に接
続する。この後、調整回路３２が徐々に位相調節
により、界磁巻線１４に加えられる界磁の励磁を
弱め又は減少し、こうして前に第２図について説
明した様に、電機子１２の速度を基本速度より高
くする。典型的には界磁電流の制御を利用した制
御速度範囲は、速度を一杯の界磁電流の時の速度
の大体２倍まで高めることが出来る様にする。そ
の後、第１のギア比で得られたこの最高速度より
更に車輛の速度を高めたい場合、伝導装置を第２
のギア比にシフトすることが出来る。然し、ギア
のシフト動作を容易にする為、シフトの直前に、
調整回路３２は一層高い導電率にし、界磁電流の
レベルを高め、こうして発生される界磁の磁束を
増加し、電機子１２の逆起電力を蓄電池１０の電
圧より高くする。この動作により、電動機に発生
されるトルクが減少するので、ギアが弛くなり、
シフト動作が容易になる。一旦ギアをシフトした
ら、調整回路３２を除々に位相調節して、界磁電
流を減少し、再び車輛を加速する。

界磁の励磁レベルを高めて電機子１２によつて
発生される逆起電力を増加すると、電機子１２に
よつて発生される電流が、電動機を強制的に回生
制動様式にする傾向があることがある。これは事
実上、車輛の伝導装置に負のトルクがかかること
であるから、発生された逆起電力が蓄電池１０の
電圧に丁度釣合い、電動機のトルクがゼロに近づ
く様に保証する為には、電動機の磁束レベルの非
常に精密な制御を行わなければならなくなる。調
整回路３２の精密な制御をする代りになるものが
第４図に示されている。この図では、阻止ダイオ
ード３６が接点１６と直列に接続されている。こ
の阻止ダイオード３６は電動機の電機子１２から
蓄電池１０へ電流が流れるのを防止し、ギア比の
シフトに備えて、界磁の励磁を強めるとき、電動
機が惰走状態にあつて、トルクを発生しない様に
保証する。第４図はフリーホイール・ダイオード
３８をも示している。これは調整回路３２が非導
電である時には、何時でも界磁巻線１４の誘導電
流に対する電流通路を作る。別の一組の接点４０
及び直列接続のダイオード４２が、接点１６及び
ダイオー３６と並列に接続されることが示されて
いる。接点４０及びダイオード４２は、電機子１
２の回生制御を行いたい場合に利用される。回生
制動の時、接点１６を開き、接点４０を閉じ、こ
うして電機子１２から蓄電池１０へ流れる電流通
路はダイオード４２及び接点４０を通る。ダイオ
ード４２はダイオード３６と略同じ作用をする。
即ち、回生制動の間、高いギアから低いギアへ下
シフトをしたい時、蓄電池１０から電動機の電機
子１２へ電流が流れない様にする。こうして、ダ
イオード４２は電動機の電機子１２のトルクがゼ
ロの状態で、ギアのシフト動作が行われる様にす
る。

第４図に示したこの発明の回路がよく理解され
る様に、第５図に示した典型的な車輛の速度、界
磁の磁束、電動機の端子電圧、蓄電池電流及び電
動機速度の特性曲線を参照する。第５図に示すグ
ラフは、車輛が最小限の時間内に加速される期間
中のこれらの特性を示している。第５Ａ図は車輛
の速度対時間の関係を示すグラフであり、速度ゼ
ロからギアのシフト動作をしたい点までの一様な
加速を示す。実際にギアのシフト動作をする時、
車輛が惰走し、この為、２番目のギア比に入る前
に、若干負の加速があることがある。２番目のギ
ア比に入つた後、車輛は再び一様な割合で加速さ
れる。

第５Ｂ図に示した電動機の界磁磁束対時間関係
を示すグラフは、界磁の磁速が０から100％ま
で、即ち一杯の励磁まで略直線的に増加すること
を示している。100％の時、接点３０を閉じる。
この後、界磁の励磁を減少し、それに応じて磁束
が約50％のレベルまで低下する。50％のレベルは
界磁の動作に希望する最低励磁を表わすから、速
度上昇の為に一層高いギア比にシフトする必要が
あるのはこの時点である。動力に大きなサージを
何等生せずにギアのシフト動作をし易くする為、
界磁電流を増加することによつて、界磁の磁束を
急速にその最大値まで増加し、こうして発生され
る電機子電圧を蓄電池の電圧より高くし、こうし
てダイオード３６が蓄電池から電機子１２への電
力の流れを阻止し、電動機１２を強制的に惰走状
態にし、この為トルクが発生されない。勿論、ギ
アのシフト時間中、電動機の界磁磁束は略100％
である。一旦一層高いギアに入ると、電動機の速
度は、ギア比の変化に関係した速度まで急速に低
下する。この速度は、ギア比の選び方により、電
動機が依然とする蓄電池電圧より一層大きな電圧
を発生する様に選ぶのが普通であり、この為、切
換えの後も、蓄電池から電動機への電力の流れは
依然としてない。一旦ギアのシフト動作が完了し
たら、伝導装置から制御装置への信号により、調
整回路が加速作用を継続する様に戻る。即ち、電
流調整器３２は界磁電流を減少し始め、この為電
動機の逆起電流が下がり始め、再び電流が電機子
１２に流れて、所望の速度上昇にわたり加速を続
ける。

第５Ｃ図は加速期間中の電動機の端子電圧を示
す。図示の様に、電機子の端子電圧はゼロから蓄
電池電圧まで急速に上昇し、蓄電池電圧に至つた
段階で、接点３０を閉じる。その時からギアのシ
フト期間まで、電機子電圧は一定にとどまり、蓄
電池電圧に等しい。ギアのシフト動作が行われる
時、界磁の磁束が（第５Ｂ図に示す様に）増加
し、これによつて電機子の端子電圧は蓄電池電圧
の２倍に近いレベルまで上昇する。前に述べた様
に、この動作により、電動機が発生するトルクが
減少し、この為、電動機に負荷がかからない状態
でギアのシフト動作を行うことが出来る。ギアの
シフト期間の後、電動機の界磁磁束が減少し、電
機子の端子電圧は急速に蓄電池の電圧レベルまで
低下して、電動機の加速作用を行うことが出来る
様にする。

第５Ｄ図は加速期間中の蓄電池電流のグラフで
ある。調整回路３２が最初に付勢された時、蓄電
池電流が比較的一定の割合で一杯の界磁電流及び
最大の電機子電流のレベルまで増加し、このレベ
ルに至つた時、接点３０を閉じる。このレベルの
後、速度上昇の為に界磁電流を減少するので、接
点３０が閉じてからギアのシフト動作が行われる
時刻まで、蓄電池電流が若干減少する。ギア・シ
フト期間の間、蓄電池電流が略ゼロに減少する。
これは、電機子１２の逆起電力の方が高い為に、
ダイオード３６が逆バイアスされるからである。
ギア・シフト期間の終りに、蓄電池電流が再びそ
の最大値まで増加しその後、界磁電流を徐々に減
少するのにつれて、加速期間にわたつて若干減少
する。

第５Ｅ図には電機子速度のグラフが示されてい
る。実際の電機子速度はゼロから、ギア・シフト
期間まで略直線的に上昇する。勿論、これは第５
Ａ図の車輛の速度が略直線的に増加することによ
るものである。ギア・シフト期間の間、単に電動
機の電機子がフリーホイール動作をしていて何等
負荷トルクが加わらない為、電動機速度は最初は
比較的一定に保たれる。２番目のギアが入り、再
び負荷が加わるや否や、実際の電動機速度は、車
輛の速度と選ばれたギア比とによつて決まる値ま
で、割合急速に低下する。ギア・シフト期間の後
の界磁弱の作用により、電動機速度はこの後かな
り直接的な割合で再び上昇する。第５図の夫々の
グラフに示した各々の直線的な割合は、電流調整
器３２が、関連した車輛が平坦な地形上で一定の
加速をすることが要求されたことに応答して、界
磁電流を略直線的に制御すると仮定した結果であ
る。

第６図は第６Ａ図乃至第６Ｅ図で構成されてい
るが、第４図の装置を用いた車輛の典型的な制動
期間中の一組の曲線を示している。この制動期間
中の２つの事象に関心が持たれる。これらの事象
は、伝導装置が下シフトする点、並びに接点３０
が開く点である。制動期間の初めに、車輛の速度
が最大レベルであると仮定すると、電動機速度も
最大値であり、電動機磁束は最高速度に達する様
にする為に最低値であり、接点３０が閉じている
為に電機子電圧は蓄電池電圧に保たれており、蓄
電池電流は電動機速度と使われる電動機の種類と
によつて決定される値を持つ。制動を開始する
為、第６Ｃ図は電動機磁速の増加によつて示す様
に、界磁電流を若干増加し、電機子１２によつて
発生される逆起電力が蓄電池電圧より高くなる様
にすると共に逆電流が電機子１２から蓄電池１０
へ流れ始める様にする。この期間中、接点４０を
閉じ、接点１６を開き、この為蓄電池への電流通
路が出来る。接点４０が閉じると、電動機電流が
最大値を発生して蓄電池１０に供給することが出
来る様なレベルまで、電動機磁束がその最小値よ
り上向きに増加することが出来る。電流調整器３
２が、速度が下がるのにつれて界磁電流を増加す
ることにより、界磁巻線１４の電流を所望の制動
トルクに対応する値まで調節し、最終的には最大
界磁電流の点に至る。電動機速度が引続いてこの
値より低くなると、電動機は（ダイオード４２が
ない時）駆動トルクを発生し始める。ダイオード
４２が電機子１２及び蓄電池１０の間の直列回路
に接続されていると、電動機は強制的に惰走状態
になり、この為、電動機速度を上昇させるには伝
導装置の下シフトが必要であり、この為回生制動
が可能になる。ギア・シフト動作の間、電動機の
界磁電流を高い値のままにしておくと、伝導装置
のギア切換えによつて電動機が急速に加速された
時、発生される逆起電力の増加により、非常に大
きな電流サージが生ずる。従つて、下シフトの前
に、界磁電流を比較的低いレベルまで下げ、電機
子電圧を蓄電池電圧より低くし、制動ダイオード
４２を逆バイアスして、全ての電流の流れを阻止
する。一旦ギア・シフトが完了して伝動装置が再
び係合して、伝動装置の下シフトの終りの所で第
６Ｂ図のグラフに示す様に、電機子１２がその最
大値まで加速され、界磁磁束が、電流調整器３２
の導電を減少することによつて低いレベルに下げ
られると、電流調整器３２が再び回路に接続さ
れ、界磁電流を増加して、逆電流の流れを再開す
る。この後、基本速度に対応する点まで、即ち、
界磁電流及び電機子電流が共に最大値になる点に
至るまで、制動作用が続けられる。電動機速度が
基本速度より下げる傾向があれば、電動機の特性
は、制動作用を防止しようとして、電動機の動作
点を電動機領域に切換える。従つて、この点で、
電動機を回路から切離し、機械的なブレーキが残
りの制動期間を行うことが出来る様にするのが好
ましい。ダイオード４２を利用することにより、
ダイオード４２の電流阻止作用によつて、電動機
動作が防止される為、実際に基本速度を感知する
必要がない。

第７図には、電機子電圧が一定の時の可変の界
磁制御、並びに界磁電圧が一定の時の可変の電機
子制御を取入れた別の形の実施例が示されてい
る。第７図の実施例は、前に説明した素子の他
に、界磁巻線１４の他方の端子と蓄電池１０の負
の電圧端子との間に接続された別の接点４４を有
する。回路の動作を簡単にする為、接点４４は常
閉接点にして、接点１６が最初に閉じるや否や、
蓄電池電圧を界磁巻線１４の両端に印加すること
が出来る様にするのが好ましい。トランジスタ４
６と直列接続のダイオード４８が界磁巻線１４の
端子と調整回路３２の間に接続されている。制御
用トランジスタ５０は、抵抗５２を介してトラン
ジスタ４６のゲート端子に接続するコレクタ端子
を有する。トランジスタ５０はトランジスタ４６
を強制的に導電させ又は導電状態から切離す制御
信号を供給する。抵抗５４及びダイオード５６も
界磁巻線１４と並列の直列電流通路に接続されて
いる。接点４４及び接点３０は、閉じた時の夫々
の電圧降下を最小限に抑える為に、電気機械的な
接続点にすることが好ましいが、サイリスタの様
な他のスイツチング装置を代りに使つてもよい。

第７図に示す回路の動作について説明すると、
接点１６が閉じた時、一杯の蓄電池電圧が常閉接
点４４により、電動機の界磁巻線１４に印加され
る。ダイオード４８はその陽極が接点４４を介し
て蓄電池の負の電圧端子に接続されている為、逆
バイアスされる。従つて、調整回路３２が界磁巻
線１４から切離される。調整回路３２のマーク・
スペース比、即ち導電時間比が、駆動回路のトル
ク需要に従つて変えられる。この動作様式では、
調整回路３２が電機子電流の大きさを制御する。
電機子速度が、所望の電機子電流を得る為に調整
回路３２の連続的な導電、即ち、100％のオン時
間を必要とする様な速度に達すると、装置は接点
３０を閉じ、接点４４を開くことにより、界磁電
流制御に戻る。電機子制御から界磁電流制御への
切換えは、調整回路３２が一杯に導電している間
に行われるので、接点３０，４４はアークを発生
せずに夫々閉じ並びに開くことが出来る。

界磁電流制御では、調整装置（図に示してな
い）は、トランジスタ４６が導電状態に保たれる
様に、トランジスタ５０にゲート信号を供給して
それぞれを導電状態に保たなければならないこと
に注意されたい。

接点３０が閉じると、調整回路３２の両端の通
常の低い電圧降下により、ダイオード３４が逆バ
イアスされる。更に、この時接点３４が開いてい
るから、界磁電流通路はトランジスタ４６、ダイ
オード４８及び調整回路３２を通る。この為、調
整回路３２のマーク・スペース比がこの時界磁電
流を制御し、装置は界磁制御様式で動作する。界
磁巻線１４によつて発生される磁束を漸進的に弱
めて所望の電動機トルクを保つと共に車輛の速度
を上昇させる為、調整回路３２のマーク・スペー
ス比を徐々に下げる。

前に説明した様に、界磁磁束が許容最低値まで
減少すると、ギア比を変更しなければ、それ以上
速度上昇をすることは出来ない。電気的に制御し
得るクラツチと伝動装置とを持つ車輛では、クラ
ツチを離脱させ、界磁電流を強めて、ギア比の所
望の変更と同じ割合で電動機の磁束を増加するこ
とにより、ギア比の切換えを行うことが出来る。
回生用の電機子電流を所定の値に調整して、噛合
せの為にギアを同期させる為に電動機を減速する
様な形で、界磁電流の変化率を調整回路３２を通
じて制御することが出来る。一旦磁束の変化が達
成されたら、ギア・シフトを完了し、クラツチを
再び係合させることが出来る。

登り坂を登つている時に起る様に、高いギアで
運転されている間に、負荷が界磁制御範囲内のト
ルクを越えた場合、車輛は減速し始める。トルク
負荷の増加が原因で起る減速の間、電機子電流を
最大値に保つ為に、界磁電流は絶えず増加しなけ
ればならない。最終的には、速度は、最大界磁電
流が必要な点に達する。更に速度が下がると、電
機子電流が許容最大値を越える。この点でギアの
下シフトが必要である。然し、車輛が既に最低ギ
ア比を使つている場合、回路は電機子制御に戻さ
なければならない。

負荷状態での下シフトに対する一連の事象は、
クラツチを離脱させ、界磁電流を十分に減少させ
て、ギア・シフト動作の同期に必要な一層高い速
度まで電動機を加速するのに必要な駆動トルクを
供給することである。上シフトについて前に述べ
た様に、下シフトには、シフトする時のトルクの
擾乱を最小限に抑える為に、電動機の速度変化比
がギア比の変化に等しいことが必要である。電動
機の磁束の減少する割合は、電動機が同期速度ま
で加速されている期間中に電機子電流を調整する
様に制御することが出来るが、一般的に云えば、
界磁のインダクタンスによる界磁磁束の自然の減
衰の割合は長くなりすぎ、ギア比のシフトに許容
し難い遅延を生ずる。トランジスタ５０及びトラ
ンジスタ４６は界磁磁束の減衰速度を変えること
が出来る様にする。更に具体的に云うと、普通ト
ランジスタ４６が導電状態にある時、トランジス
タ４６、ダイオード４８及びフリーホイール・ダ
イオード３８を通つて界磁巻線１４を迂回するフ
リーホイール通路が形成されている。然し、界磁
磁束の減衰速度を速くしたい場合、トランジスタ
５０をオフ状態にゲート駆動することが出来る。
これによつてトランジスタ４６がオフに転じダイ
オード３８を通るフリーホイール通路が開く、ダ
イオード３８を通るフリーホイール通路は、界磁
電流が自然の割合で減衰することが出来る様にし
て、界磁電流のパルス制御の間、リツプルを最小
限に抑えるので好ましいものであるが、界磁を急
速に弱めなければならない時、トランジスタ４６
をオフに切換えると、フリーホイール電流が強制
的に抵抗５４及びダイオード５６の通路に流され
る。抵抗５４がＬ／Ｒ時定数を変え、界磁電流を
更に急速に減衰させる。従つて、界磁磁束の所望
の減少に必要な時間を短縮し、ギア・シフト応答
を改善することが出来る。

第８図には、この発明の電力制御装置の動作を
制御するのに適した１形式の電子式調整装置が示
されている。車輛のアクセルを表わすポテンシヨ
メータ５８が大地基準母線６０と調整電圧源Ｖ_B
の間に接続されている。ポテンシヨメータ５８の
可変出力が被制御加速回路６２の入力信号として
接続されている。被制御加速回路は積分器として
作用し、傾斜関数制御信号を発生すると共に、ポ
テンシヨメータ５８に接続されたアクセルを急速
にふみ込んだり或いは難したりすることによつて
起る突然の電圧過渡状態を防止する。被制御加速
回路６２によつて発生された出力信号が、例えば
出願人のマサチユセツツ州所在のフリブリツク／
ネクサス・リサーチによつて出版されたアツプリ
ケイジヨンズ・マニユアル・フオ・オペレイシヨ
ナル・アンプリフアイアーズ（1968年発行）の第
59頁に記載される様な従来公知の形式の絶対値回
路６４に対する入力信号として印加される。

絶対値回路６４によつて発生された出力信号が
ポテンシヨメータ５８から得られる尖頭電圧の中
点、即ち電圧Ｖ_B／２でバイアスされた演算増幅
器の形をした、利得が１の反転増幅回路６６に結
合される。反転増幅器６６と絶対値回路６４の目
的は、増幅回路６６から、ポテンシヨメータ５８
がその最低値にある時の最低値から、ポテンシヨ
メータ５８が中心にある時の尖頭値へ、その後ポ
テンシヨメータ５８からの信号が更に増加するの
につれて、最大値に向つて減少する様な出力信号
を発生することである。勿論、こういう動作が必
要なのは、ポテンシヨメータ５８が中心にある時
に調整回路３２の導電状態を最大値まで増加し、
その後は、回路３２導電を減少することにより、
速度上昇に対して界磁弱め状態にすることが希望
だからである。

増幅回路６６によつて発生された出力信号がゲ
ート回路６８に結合される。これが調整回路３２
に対するゲート信号を発生する。

制御装置は本質的には帰還制御装置であるか
ら、電流感知装置７０が電機子電流を感知する様
に接続されていて、それに比例する出力信号を限
流回路７２に供給する。限流回路７２によつて発
生された信号が被制御加速回路６２に帰還され
る。電流感知回路７０、限流回路７２及び被制御
加速回路６２について詳しいことは、米国特許第
3868554号を参照されたい。電流感知回路７０に
対する電流信号が電機子１２と直列に接続された
電流分路部７４（第７図に示す）から供給され
る。

組の接点３０，４４を制御する為、被制御加速
回路６２によつて発生された出力信号が比較回路
７６に印加される。この比較回路がポテンシヨメ
ータ５８の中点電圧を被制御加速回路６２からの
出力信号と比較して、ポテンシヨメータの位置が
中点より高いことを被制御加速回路の信号が表わ
す時、トランジスタ８０のゲート端子に対し、抵
抗７８を介して付勢信号を供給する。トランジス
タ８０が蓄電池１０の正及び負の端子の間に、接
点３０，４４付勢コイル８２と直列に接続されて
いる。勿論、好ましい実施例では、１箇の付勢コ
イル８２を利用して、第７図の電力制御回路にあ
る常開回接点３０及び常閉接点４４を制御するこ
とが出来る。即ち接点３０，４４は１箇の接触器
集成体の中にある別々の接点である。第８図の調
整装置は単一ギア比装置に使うのに適している。
多重ギア比が必要な場合、加速を続ける為に、加
速回路６２をその中点の値にリセツトする信号を
含めて、伝動装置のシフト信号が必要である。こ
の様な機能を実施することは、使われる特定の回
路に関係し、当業者には明らかであると思われる
ので、その細部は図に示していない。

第９図には電動機の界磁巻線１４が２つの部分
に分割されたこの発明の別の実施例が示されてい
る。電動機界磁巻線１４の第１の部分１４Ａがこ
れまで説明したのと同様に接続されている。電動
機界磁巻線１４の第２の部分１４Ｂは接点８４に
より、直接蓄電池１０の両端に接続されている。
典型的な構成では、界磁巻線の部分１４Ｂは全界
磁巻線１４の内の30％であつてよい。分割界磁巻
線を使うと、常に電動機には最低レベルの界磁磁
束が保たれ、始動時又はギア・シフトの際、電機
子の突入電流を最小限に抑える助けになる。

云うまでもないが、ここで説明した電力制御装
置は、電機子及び界磁の両方の電流を制御する為
に、１箇の電力調整回路しか使わない車輛で使わ
れる直流電動機の運転を制御する方法並びに装置
である。現在この発明の好ましい実施例と考えら
れるものを図示し且つ説明したが、当業者であれ
ば、この発明の範囲内で種々の変更が可能である
ことは明らかであろう。従つて、この発明は図示
の実施例に制約されるものではなく、特許請求の
範囲の記載のみによつて限定されることを承知さ
れたい。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の分巻電動機電力制御装置の回路
図、第２図は第１図に示した電動機装置の速度対
トルク特性のグラフ、第３図はこの発明の１形式
の簡略回路図、第４図はこの発明の別の形式の簡
略回路図、第５図は加速様式にある第４図の回路
の動作を示す一連のグラフ、第６図は制動様式に
ある第４図の回路の動作を表わす一連のグラフ、
第７図はこの発明の好ましい形式の回路図、第８
図はこの発明の電力制御装置に使われる調整装置
のブロツク図、第９図はこの発明の別の実施例の
回路図である。主な符号の説明、１０：電源、１２：電機子、
１４：界磁巻線、３０：接点、３２：調整回路。

Claims

【特許請求の範囲】１いずれも直流電源から付勢される様になつて
いる電機子及び界磁巻線を持つ直流電動機に対す
る電力制御装置に於て、(a)制御可能な電力調整手
段と、(b)該電力調整手段及び電動機の界磁巻線を
直流電源に対して直列電流通路に接続する手段
と、(c)第１の常開スイツチ手段と、(d)該第１のス
イツチ手段及び電動機の電機子を前記直流電源に
対して直列電流通路に接続する手段と、(e)前記電
動機の電機子及び第１のスイツチ手段の間の接続
点を電動機の界磁巻線及び前記調整手段の間の接
続点に接続する部品手段であつて、これにより前
記電動機の電機子及び該部品手段の直列に組合せ
が電動機の界磁巻線に対して並列電流通路に接続
される様にする該部品手段と、(f)前記電力調整手
段の導電を変えて第１の動作様式では、電機子並
びに界磁巻線の両方を通る電流をほとんど同時に
増加または減少する制御手段とを有し、該制御手
段は、電機子の電圧が予定の値に達した時に前記
第１のスイツチ手段を作動し、その後、第２の動
作様式では、前記第１のスイツチ手段を作動状態
に保ちながら、界磁巻線を通る電流だけを調整す
る手段を含んでいる電力制御装置。２特許請求の範囲１に記載した電力制御装置に
於て、前記第１のスイツチ手段及び電動機の電機
子を直流電源に対して直列電流通路に接続する手
段が、第１のダイオードと直列に接続された第２
のスイツチ手段を含み、該第１のダイオードは、
電機子電圧が直流電源の電圧を越える時に電流の
流れを阻止する様な極性に接続されている電力制
御装置。３特許請求の範囲２に記載した電力制御装置に
於て、前記第２のスイツチ手段及び前記第１のダ
イオードに対して並列電流通路に接続された第３
のスイツチ手段及び第２のダイオードの直列の組
合せを含み、前記第２のダイオードは、電力制御
装置が回生制御運転様式にあつて、電源の電圧が
電動機の電機子の逆起電力を越える時、電源から
電動機の電機子への電流の流れを阻止する様な極
性に接続されている電力制御装置。４特許請求の範囲１に記載た電力制御装置に於
て、前記電力調整手段及び電動機の界磁巻線を直
列電流通路に接続する手段が、常閉の界磁スイツ
チ手段と、電動機の界磁巻線の一方の端子及び電
力調整手段の一方の端子の間の前記直列通路内に
前記界磁スイツチ手段と共に接続されている阻止
ダイオードと、前記電力調整手段の前記一方の端
子及び前記電動機の界磁巻線の他方の端子の間に
接続された第１のフリーホイール・ダイオード
と、抵抗と、電動機の界磁巻線の前記一方の端子
及び電動機の界磁巻線の前記他方の端子の間に前
記抵抗と共に直列電流通路をなす様に接続された
第２のフリーホイール・ダイオードと、前記常閉
の界磁スイツチ手段を選択的に開いて前記抵抗及
び前記第２のフリーホイール・ダイオードに強制
的に電流を通し、こうして電動機の界磁磁束を急
速に減少させる手段とで構成されている電力制御
装置。５特許請求の範囲４に記載した電力制御装置に
於て、電動機の界磁巻線の前記一方の端子及び直
流電源の一方の端子の間に接続された常閉接触器
を有し、こうして電動機の界磁巻線を前記電源に
対して直列電流通路に接続することが出来る様に
した電力制御装置。６特許請求の範囲４に記載した電力制御装置に
於て、前記第２のスイツチ手段がトランジスタで
構成される電力制御装置。７特許請求の範囲１に記載した電力制御装置に
於て、前記電力調整手段及び界磁巻線の間の接続
手段がダイオードを有し、更に界磁巻線及び電源
を直列電流通路に接続する常閉の界磁スイツチ手
段を有する電力制御装置。８特許請求の範囲１に記載した電力制御装置に
於て、前記部品手段がダイオードで構成される電
力制御装置。９特許請求の範囲１に記載した電力制御装置に
於て、電動機の界磁巻線の少なくとも一部分が前
記直流電源の両端に直接的に接続されている電力
制御装置。１０特許請求の範囲１に記載した電力制御装置
に於て、前記電力調整手段が時間比制御チヨツパ
回路で構成される電力制御装置。