JPS63314101A - 電気制動装置 - 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、自動車の電気制動装置に関する。特に、内燃
機関の主軸あるいは車軸を駆動する駆動手段に連結され
た回転機を含む電気制動装置に関する。

〔概要〕

本発明は回転機を含む自動車の電気制動装置において、 回転機にはかご形多相誘導機を用い、このかご形多相誘
導機にインバータ回路から正または負に速度可変の回転
磁界を与えることにより、このかご形多相誘導機を発電
機として作動させ電気的に制動できるようにしたもので
ある。

〔従来の技術〕

内燃機関の進歩、特（そ過給技術の向上および耐熱材料
の開発実用化により、内燃機関が小型化されている。内
燃機関が小型化されると、排気ブレーキまたはエンジン
ブレーキの効力が小さくなりリターダの併用が必要にな
った。すなわち、車輪に設けた摩擦制動装置とは別に、
降板時勾配による加速度の打ち消しおよび高速制動時の
初期過程での所定速度までの減速を行う補助制動装置が
必要であるが、このために渦電流方式によるリターダや
内燃機関の回転軸に直結された誘導子型構造の発電機を
適用することが試みられている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

リターダとして従来から用いられている渦電流方式は、
その構造が堅牢であり、路面不整などによる車輪の不規
則な振動による外力にもよく耐える構造であるが、制動
時に消費すべき機械的エネルギをすべて熱エネルギに変
換して大気中に放出するので、そのエネルギを回生させ
ることはできない。これは自動車走行にかかわる燃料を
節減する要求の高い最近の趨勢には逆行する。また熱放
散のために熱容量の大きい装置を自動車に搭載すること
が必要であり装置が大型化する。

一方、誘導子形光電機を内燃機関の主軸に直結すること
が、エンジンブレーキまたは排気ブレーキの補助装置と
して有効であることが確かめられた。また、この構造に
より制動時に消費すべき機械的エネルギを電気エネルギ
に変換して、この電気エネルギを二次電池に回生じ、こ
の回生された電気エネルギを例えば始動装置や趨装され
た諸設備に活用することができることもわかった。しか
し、この誘導子形光電機は電力発生時に生ずる磁気音が
大きく、自動車の利用者が満足して使用することができ
る実用的な装置を得るにはさらに研究が必要とされてい
る。

さらに誘導子形光電機は、その固定子と回転子との間の
間隙をできるかぎり小さくしないと磁気漏洩が生じて磁
気抵抗が増大し、能率が低下してしまうので、固定子部
よび回転子の工作精度を相当程度に高くする必要があり
量産するうえにかなりの障害になることもわかった。

本発明はこのような欠点を除去するもので、自動車搭載
に適した堅牢な構造で、かつ低騒音で強力な制動が実現
できるとともに、量産に適する電気制動装置を提供する
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、自動車の車軸を駆動する内燃機関の主軸に直
結された回転機を含む電気制動装置において、上記回転
機はかご形多相誘導機であり、このかご形多相誘導機に
回転磁界を与える電気的手段を備えたことを特徴とする
。

かご形多相誘導機の回転子部が内燃機関の主軸に嵌入さ
れたフライホイールに装着され、固定子部がフライホイ
ールハウジングの内側に装着された構造、またはかご形
多相誘導機が内燃機関の前端に装着された構造にするこ
とができる。

また、本発明は、自動車の車軸を駆動する内燃機関の主
軸に結合された回転機を含む電気制動装置において、上
記回転機はかご形多相誘導機であり、このかご形多相誘
導機に回転磁界を与える電気的手段を備え、上記かご形
多相誘導機はトランスミッション装置とリヤアクスルと
の間の駆動軸に直結されたことを特徴とする。

かご形多相誘導機はトランスミッション装置の後部、リ
ヤアクスルの入口部、またはトランスミッション装置お
よびリヤアクスル間のプロペラシャフトに装着すること
ができる。

〔作用〕

かご形多相誘導機の回転子部を内燃機関または駆動手段
と直結し、固定子部により発生する回転磁界の回転速度
を電気的に制御することにより車両の走行に適合する制
動を行うことができる。

〔実施例〕

以下本発明の一実施例を図面に基づき説明する。

第１図はこの実施例装置の電気的構成を示すブロック構
成図である。第２図はこの実施例装置に用いられたかご
形多相誘導機が装着される位置を示す模式図である。第
３図はこのかご形多相誘導機の機械的構造を示す機械的
構成図で、機関主軸の軸心に沿う平面で一部破断して表
現されている。

第４図は第３図の矢印ＩＶ−ｒＶで切断した断面の一部
分を示す機械的構成図である。

図示するように、回転子部の要素をフライホイールに装
着し、固定子部の要素をフライホイールハウジングに取
りつける。

この回転機はかご形多相誘導機であるから、回転子部の
構造はきわめて簡単でありまた摺動構造はない。また、
従来構造の誘導子形に比べると、回転子部と固定子部と
の間の磁気抵抗の大きさは制動性能に大きく影響しない
ので、間隙を大きくとることができる。すなわち、本発
明の装置では回転子部と固定子部との間の間隙について
の工作精度は誘導子形発電機に比べて緩やかである。

この実施例装置の電気的構成を第１図に基づき説明する
と、この実施例装置は、内燃機関１に直結されたかご形
多相誘導機２と、二次電池３と、この二次電池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、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。

このかご形多相誘導機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、上記二次電池３にはスイッチ回路６を介して抵
抗器７が接続され、インバータ回路４の出力にコンデン
サ８が接続される。

次に、この実施例装置に用いられたかご形多相誘導機２
の機械的構造を第２図ないし第４図に基づき説明する。

このかご形多相誘導機２は、第２図に示すように内燃機
関１とトランスミッション装置２０との間に固着された
フライホイール装置１０の内部に装着される。すなわち
、第３図に示すように、フライホイール装置１０のフラ
イホイールハウジング１５および１６で囲まれた空間に
ステータ鉄心１１、このステータ鉄心１１のコイル溝に
挿入されたステータ巻線１２および口出線１３を主な要
素とする固定子部と、ロータ鉄心２１、このロータ鉄心
２１のコイル溝に挿入されたかご形巻線２２およびこの
かご形巻線２２のエンドリング２３に嵌着された保持環
２４を主要素とする回転子部とが収容される。ステータ
鉄心１１はステータリング１４に嵌入され、このステー
タリング１４はフライホイールハウジング１５および１
６に固着される。一方、ロータ鉄心２１は内燃機関１の
主軸２６で回転駆動されるフライホイール２５の外縁部
に固着される。

次に、この実施例装置の電気的動作を第１図に基づき説
明する。

・　自動車に搭載された内燃機関１の主軸によりかご形
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放出または吸収して
車両の走行を制動するときに、かご形多相誘導機２の回
転子部の回転速度より低い回転速度の回転磁界をかご形
多相誘導機２の固定子巻線に誘起させるのに適合した周
波数の励磁電圧が、二次電池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の固定子巻線に印加される
。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３に充電
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を含む。

自動車の運転に伴い一時的に大きい制動力を発生させる
場合には、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３に回生させることは困難であり、
スイッチ回路６を介して抵抗器７により熱エネルギとし
て放散させる。スイッチ回路６は二次電池３の端子電圧
を監視して、この端子電圧が所定値を越えるときに自動
的に抵抗器７をこの二次電池３０両端に接続する回路を
含む。

第５図は本発明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相である。二次
電池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３の正および負の端子との間に接続さ
れたスイッチ素子Ｑａ、　ＱｂＳＱｃ。

Ｑｄ　ＳＱｅ　、　Ｑｆを含む。このスイッチ素子Ｑａ
。

Ｑｂ　、　Ｑｃ　、　Ｑｄ　ＳＱｅ　ＳＱｆはそれぞれ
トランジスタと、モ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には、上記ス
イッチ素子Ｑａ　ＳＱｂ　、　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ＤＡ。

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ＤＡ２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ＡＭＰ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
５図の左下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工０、トルク
制御回路Ｔｑ１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、同じくトランスミツ？ヨンのニュ
ートラルを示すスイッチＮ１およびＮ２　Ｓ同じくクラ
ッチペダルに連動するスイッチＣＩ　＋およびＣβ２、
運転者により操作される第一スイッチＳｌｓ運転者によ
り操作される第二スイッチＳ２、内燃機関の始動キース
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Ｄ　Ａ　２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Ｓ。

および第二スイッチＳ２は、この実施例では、第６図に
示すようにハンドルの軸に設けた一つの操作レバーβで
操作できるように設計された。この操作レバーβはＯＦ
Ｆの位置でスイッチＳｌおよびＳ２がともに開いた状態
であり、加速の位置に入れるとスイッチＳＩ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β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第５図の端子
Ｔ１に与えて、トルク制御回路Ｔｑからインターフェー
スエ０に信号を送出するように構成した。

上記装置について試験的に製作した装置では、約１００
馬力を越える制動力を発生することができ、駆動力につ
いては二次電池３の性能にしたがって数十馬力が得られ
、十分に実用的な装置を設計することが可能であること
がわかった。この実施例装置ではかご形多相誘導機２の
回転子は内燃機関１のフライホイールに装着され、その
フライホイールハウジングの直径は約７００　ｍｒｎで
ある。

上記第５図に示す実施例装置の制御系を構成する部品の
うち大型のものはインバータ回路４および二次電池３で
ある。二次電池３は従来から自動車に搭載されていたも
のと同等もしくはやや大型のもので実用的に使用するこ
とができる。インバータ回路４については、スイッチ素
子Ｑａ　ＳＱｂ。

Ｑｃ　ＳＱｄ　、　Ｑｅ　、　Ｑｆの体積が大きいが試
験的に製作された装置は、約１５０馬力の制動力を発生
するものについて、総容積が約８０リツトルであり、中
型トラックの車体下部に十分に配置できた。この容積に
ついてはまだ余裕があり、その小型化については今後さ
らに研究されるであろう。たとえば、インバータ回路４
は可動部分のない静的な電気部品により構成されている
ので、複数のスイッチ素子Ｑａ　、　Ｑｂ　、　Ｑｃ　
ＳＱｄ　ＳＱｅ　、Ｑｆを１台の自動車の異なる位置に
分散して配置することが可能であり、これにより各種の
自動車に十分に実用的な形態のものを設計製造すること
が可能である。

また運転性能については、従来から用いられている排気
ブレーキの運転操作と大きく変わることがなく、十分に
実用的な運転性能を実現することができることがわかっ
た。

本発明の装置は回転機がかご形多相誘導機であるので、
回転子部の構造が簡単であり、堅牢、かつ軽量であり、
ブラシなどの摩擦部品はいっさい使用されない。また回
転子と固定子との間の間隙については、従来の誘導子形
のものよりもさらに大きい間隙を設定することができ、
したがって製作時の工作精度は緩和され量産性に優れて
いる。

また、回転子側から発生する磁気音はかご形であること
からほとんどなく、固定子側の騒音も従来の誘導子形に
比べて著しく低い。

上記例ではかご形多相誘導機は３相のものであるが、一
般に多相のものについて同様に本発明を実施することが
できる。相数を大きくすることにより、一つの相あたり
の電流を小さくすることができるから、インバータ回路
の部品を車両の各部空間に分散配置する小型自動車への
適用の場合などには有利になる。

上述した本発明実施例電気制動装置は、かご形多相誘導
機２の回転子部が内燃機関１の主軸に嵌入されたフライ
ホイールに装着され、固定子部がフライホイールハウジ
ングの内側に装着された構造のものであるが、かご形多
相誘導機２の装着位置は必ずしもフライホイール＄よび
フライホイールハウジングに限定されるものではない。

そのいくつかの実施例を次に示す。第７図はかご形多相
誘導機２が内燃機関１の前端に装着された構造を示した
もので、従来のシャーシに実装できない欠点があるが、
クランク軸の捩り振動に抵抗し、減衰させるためクラン
クトーショナルダンパを不要とする利点を有している。

第８図はかご形多相誘導機２がトランスミッション装置
２０の後部に装着された構造を示したもので、図外のク
ラッチおよびトランスミッション装置２０により切り離
されることがあり、内燃機関１と一体的でないが、車軸
の回転と一体的で内燃機関１と切り離されても制動をか
けることができる利点がある。

また、第９図はかご形多相誘導機２がリヤアクスル４０
の入口部に装着された構造を示したもので、第８図に示
した実施例同様に図外のクラッチおよびトランスミッシ
ョン装置２０により切り離されることがあり、内燃機関
１と一体的でないが、内燃機関１の取付構造は従来装置
と全く同じであり変更を要しない。

さらに、第１０図はかご形多相誘導機２がトランスミッ
ション装置２０およびリヤアクスル４０間のプロペラシ
ャフト３０に装着された構造を示したもので、第８図お
よび第９図に示した実施例同様に図外のクラッチおよび
トランスミッション装置２０により切り離されることが
あり、内燃機関１と一体的でないが、スペースファクタ
がよく、大形の回転機を取り付けることができる利点を
有している。

このように、かご形多相誘導機２の装着位置がかわって
もその構成および動作は上述した内容と全く同じであり
、同様の効果を得ることができる。

〔発明の効果〕

以上説明したように、従来の渦電流方式によるリターダ
や誘導子形光電機に比べて構造が小型、堅牢であり、固
定子鉄心と回転子鉄心との間隙を大きくとれることから
製造のための工作精度が緩やかになり量産するうえにき
わめて有利である。

また、誘導子形光電機に比べると、磁気漏洩の影響がな
くその発電効率は極めて高く、強力な制動力を得ること
ができ、エネルギを有効に活用することができる。

また、誘導子形光電機に比べて、本発明の誘導発電機は
制動時の騒音が極めて低（、車両の運転者に不快感を与
えない効果がある。これは回転子部の構造が簡単である
ためと考えられるが、発明者らが試作した試験装置では
、このかご形多相誘導機を用いることによりはじめて実
用に供することができる程度に騒音の小さい装置が得ら
れた。

また、本発明ではかご形多相誘導機が用いられているの
で、刷子を要する集電装置が不要であり保守の手間が省
ける優れた効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明実施例の電気的構成を示すブロック構成
図。 第２図は本発明実施例に用いられるかご形多相誘導機の
装着位置を示す模式図。 第３図および第４図は、本発明実施例に用いられるかご
形多相誘導機の構造を示す機械的構成図。゛第５図は本
発明実施例のさらに詳しい電気回路図。 第６図は本発明実施例の運転席の斜視図。 第７図は本発明実施例装置を内燃機関の前端に装着した
構成図。 第８図は本発明実施例装置をトランス、ミッション装置
の後部に装着した構成図。 第９図は本発明実施例装置をリヤアクスルの入口部に装
着した構成図。 第１０図は本発明実施例装置をトランスミッション装置
とリヤアクスル間のプロペラシャフトに装着した構成図
。 １・・・内燃機関、２・・・かご形多相誘導機、３・・
・二次電池、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・・・抵抗器、
１０・・・フライホイール装置、１１・・・ステータ鉄
心、１２・・・ステータ巻線、１３・・・口出線、１４
・・・ステータリング、１５．１６・・・フライホイー
ルハウジング、２０トランスミツシヨン装置、２１・・
・ロータ鉄心、２２・・・かご形巻線、２３・・・エン
ドリング、２４・・・保持環、２５・・・フライホイー
ル、２６・・・主１ｄｌ、３０・・・プロペラシャフト
、４０・・・リヤアクスル。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、自動車の車軸を駆動する内燃機関の主軸に直結され
   た回転機を含む電気制動装置において、上記回転機はか
   ご形多相誘導機であり、 このかご形多相誘導機に回転磁界を与える電気的手段を
   備えた ことを特徴とする電気制動装置。 ２、かご形多相誘導機の回転子部が内燃機関の主軸に嵌
   入されたフライホイールに装着された構造である請求項
   １記載の電気制動装置。 ３、かご形多相誘導機の固定子部が内燃機関のフライホ
   イールハウジングの内側に装着された構造である請求項
   ２記載の電気制動装置。 ４、かご形多相誘導機が内燃機関の前端に装着された構
   造である請求項１記載の電気制動装置。 ５、自動車の車軸を駆動する内燃機関の主軸に結合され
   た回転機を含む電気制動装置において、上記回転機はか
   ご形多相誘導機であり、 このかご形多相誘導機に回転磁界を与える電気的手段を
   備え、 上記かご形多相誘導機はトランスミッション装置とリヤ
   アクスルとの間の駆動軸に直結されたことを特徴とする
   電気制動装置。 ６、かご形多相誘導機がトランスミッション装置の後部
   に装着された構造である請求項５記載の電気制動装置。 ７、かご形多相誘導機がリヤアクスルの入口部に装着さ
   れた構造である請求項５記載の電気制動装置。 ８、かご形多相誘導機がトランスミッション装置および
   リヤアクスル間のプロペラシャフトに装着された構造で
   ある請求項５記載の電気制動装置。