DK142941B - Styrekredsloeb til et elektrisk drevet koeretoej - Google Patents

Description

(w)

Vp.ay (11) FREMLÆGGELSESSKRIFT 1^2941 DANMARK tsi) Int. Cl.3 g 60 L 11/18 H 02 P 7/28 «(21) Ansøgning nr. 3^91/7^ (22) Indleveret den 28. JUn. 197^ (24) Lobedag 28. Jun. 197^ (44) Ansøgningen fremlagt og _ fremleeggelsesskriftet offentliggjort den 2. mar. 1 9θ1

DIREKTORATET FOR

PATENT-OG VAREMÆRKEVÆSENET (30) Prioritet begæret fra den

30. Jun. 1973, 31313/73, GB

(71) JOSEPH LUCAS (INDUSTRIES) LIMITED, Great King Street, Birmingham, GB.

(72) Opfinder: Maurice James Wright, 15 Stanley Avenue, Birmingham, GB.

(74) Fuldmægtig under sagens behandling:

Ingeniørfirmaet Hofman-Bang & Boutard.

(54) Styrekredsløb til et elektrisk drevet køretøj.

Opfindelsen angår et styrekredsløb af den i krav l’s Indledning angivne art.

Fra beskrivelsen til dansk patent nr. 138107 kendes et styrekredsløb, som indeholder et potentiometer, hvis bevægelige arm fastlægger ankerstrømsniveauet. Dette potentiometer aktiverer ikke de forskellige kontakter, der indgår i kredsløbet.

Fra beskrivelsen til USA patent nr. 3 656 039 er det imidlertid kendt at styre motorens arbejdsområde ved hjælp af kontaktorganer. Ved den herfra kendte teknik finder elektrisk bremsning sted ved, at føreren skifter en omskifter fra en stilling til en anden.

2 1Λ 2 9 41

Den foreliggende opfindelse har til formål at angive et styrekredsløb af den omhandlede art, hvori styrepedalen anvendes til at styre både det kontaktorgan, der bestemmer, om motoren skal drive køretøjet frem eller bremse, og det styreorgan, der bestemmer ankerstrømmen.

Dette formål opnås ved, at det i krav l's indledning angivne styrekredsløb er ejendommelig med det i krav l's kendetegnende del angivne.

Ifølge opfindelsen anvendes polariteten af spændingen på potentiometerarmen til at bestemme, hvilket af de to sæt kontakter i kontaktorganet, der skal aktiveres til frembringelse af henholdsvis fremdrift eller bremsning, og spændingens størrelse anvendes til at fastlægge ankerstrømmen.

Ved det i krav 2 angivne kan man opnå, at potentialet på potentiometerarmen foruden af styrepedalen bestemmes af køretøjets hastighed.

De i krav 2 angivne organer til at variere spændingerne ved potentiometerets ender kan f.eks. være yderligere potentiometre eller omskiftere, hvis indstilling styres i afhængighed af køretøjets hastighed.

Ved det i krav 3 angivne opnår man, at den sædvanlige bremsepedals stilling kan bringes til på hensigtsmæssig måde at indvirke på den elektriske bremsekarakteristik, således at den maksimale elektriske bremsning kan fremkomme ved middelhastigheder og aftage til nul, når hastigheden går imod nul.

Opfindelsen skal i det følgende nærmere beskrives med henvisning til tegningen, hvorpå fig. 1 - 3 er kredsløbsdiagrammer af et styrekredsløb til et elektrisk drevet køretøj, og som viser tre alternative forbindelser af det respektive kredsløb, fig. 4 viser et arrangement med kontakter til frembringelse af de i fig. 1 - 3 viste forbindelser, , 142941 3 fig. 5 er et blokdiagram, som viser en del af styrearrangementet til brug med fig. 1-4, fig. 6 er en grafisk afbildning, som viser virkningen af det i fig. 5 viste arrangement, fig. 7 er en grafisk afbildning, som viser en anden udførelsesform, fig. 8 er et blokdiagram, som viser en udførelsesform af det i fig.

5 viste arrangement, og fig. 9 er et blokdiagram lignende fig. 8 af et andet eksempel.

I fig. 1 er der vist positive og negative netforsyningsledninger 11, 12, som er forbundet gennem kontakter 10 til et køretøjs banebatteri 13. Batteriet 13 har fortrinsvis en spænding på over 200 volt. Den ene ende 14 af ankeret til en serieviklet banemotor 15 er forbundet til ledningen 11, og den anden ende 16 af ankeret er forbundet til ledningen 12 gennem et seriekredsløb, som indeholder et strømfølsomt element 18, motorens 15 feltvikling 17 og anodekat o de s trækningen for en tyristor 19. Seriekombinationen af ankeret, elementet 18 og viklingen 17 er parallelforbundet med en frihjulsdiode 21, og overgangen mellem viklingen 17 og tyristoren 19 er forbundet til anoden af en tyristor 22, hvis katode er forbundet til ledningen 12 gennem en kondensator 23. Kondensatoren 23 er parallelforbundet med en seriekombination af en selvinduktion 25 og anode-katodestrækningen for en tyristor 24. Tyristorernes 19 og 21 styreelektroder er forbundet gennem respektive modstande 28, 29 til en udgangsklemme for en styreenhed 26, som har en anden udgangsklemme, som er forbundet gennem en modstand 27 til tyristorens 22 styreelektrode.

Big. 1 viser kredsløbsforbindelserne, når køretøjet drives i fremadgående retning. Køretøjets accellerationspedal betjener et potentiometer, som frembringer et udgangssignal, som er udtryk for det 142941 4 krævede strømniveau i motoren. Dette udgangssignal tilføres til en indgang af styreenheden 26, som også modtager et signal fra det strømfølsomme element 18, som angivet i ansøgerens danske patentansøgning nr. 2985/74. Styreenheden 26 indstiller respektivt et øvre strømniveau og et nedre strømniveau. Når strømmen i motoren når det øvre niveau, hiiver tyristoren 19 afbrudt, og når strømmen synker under det nedre niveau, bliver tyristoren 19 igen tilsluttet. Operationen af kredsløbet for at styre tyristoren 19 forklares bedst ved at begynde ved et sted i operationskredsløbet, hvor tyristorene 19 og 21 er afbrudt, og tyristoren 22 er ledende og oplader kondensatoren 23. Når kondensatoren 23 er opladet, falder strømmen gennem tyristoren 22 til 0, og således afbrydes tyristoren 22. Når tyristoren 19 ikke leder, vil strømmen gennem elementet 18 aftage, og når strømmen når det nedre niveau, frembringer enheden 26 et udgangssignal til at tilslutte tyristoren 19 og tyristoren 24. Tyristorens 24 ledning medfører, at ladningen på kondensatoren 23 vendes, hvorefter tyristoren 24 afbrydes, kondensatoren 23 er nu opladet med dens nedre plade positiv og dens øvre plade negativ. Tyristorens 19 ledning medfører, at der går en strøm i ankeret 15 og viklingen 17, og strømmen, som forløber i elémentet 18, vokser nu, indtil den når det øvre niveau. Når dette øvre niveau er nået, frembringer styreenheden 26 et udgangssignal, som får tyristoren 22 til at lede, idet det tillader afladning af kondensatoren 23 med det resultat, at tyristoren 19 afbrydes. Kondensatoren 23 er nu igen opladet gennem tyristoren 22, og kredsløbet bliver gentaget.

I det beskrevne arrangement er det også muligt at anvende motoren til at bremse køretøjet elektrisk og at benytte motoren til at drive køretøjet baglæns. Pig. 1 viser ikke de forskellige kontaktforbindelser, som benyttes til dette formål, men fig. 2 og 3 viser kredsløbsforbindelseme, når disse kontakter er i den rigtige stilling. Således viser fig 2. opstillingen, når køretøjet skal drives baglæns. Kredsløbsf orbindelseme er de samme som i fig. 4, med den undtagelse, at enden 16 af motoren 15 nu er forbundet til ledningen II gennem elementet 18, og den anden ende 14 er forbundet til viklingen 17. Operationen er nøjagtig den samme som i fig. 1 med den undtagelse, at motoren drives i baglæns retning.

142941 5

Pig. 3 viser kredsløbsforbindelseme, når motoren bliver benyttet til at bremse køretøjet elektrisk. Enden 14 af motoren er forbundet til viklingen 17 som i fig. 2, men enden 16 er nu forbundet til ledningen 12 gennem elementet 18 og en yderligere diode 30 i serie. Når motoren benyttes til at bremse køretøjet, bliver strømmen i motorankeret styret på samme måde som beskrevet i forbindelse med fig. 1. I dette tilfælde virker motoren 15 imidlertid som en generator og oplader batteriet ved hjælp af dioderne 21 og 30.

Der er en række kontaktarrangementer, som kan benyttes til at frembringe det i fig. 1 - 3 viste arrangement, men en mulig udførelsesform er vist i fig. 4. Køretøjets basisstyreorganer er accellera-tionspedalen, som, når den nedtrykkes, betjener et potentiometer som tidligere forklaret, bremsepedalen, som betjener et andet potentiometer og desuden frembringer normal hydraulisk bremsning for køretøjet, og en vælgerkontakt, som har en afbrydningsstilling i midten, men er bevægelig i begge retninger fra afbrydningsstillingen for at vælge den fremadgående eller tilbagegående bevægelse af køretøjet. I fig. 4 er vist tre kontaktbetjenende anordninger E, R og B. Hvis vælgerkontakten er i fremadgående stilling, og accel-lerationspedalen nedtrykkes, vil i afhængighed af accelerationspedalens stilling enten anordningen F blive aktiveret og vil styre en kontakt Fl, som normalt indtager den på tegningen viste stilling, men som, når anordningen F er aktiveret, flyttes til sin alternative stilling, i hvilken den forbinder kredsløbet på den i fig. 1 viste måde eller anordningen B bliver aktiveret for at åbne kontakten Bl. Kontakterne Fl og RI vil være i de viste stillinger, og således vil det fremgå, at kredsløbet nu har den i fig. 3 viste fonn, således at elektrisk bremsning bliver tilvejebragt som forklaret ovenover.

Hvis på den anden side vælgerkontakten bevæges til dens bagud-gående stilling, og accelerationspedalen nedtrykkes, så bliver anordningen R aktiveret, og kontakten RI bliver flyttet fra den viste stilling til dens alternative stilling, ved hvilket punkt kredsløbet er i den i fig. 2 viste form.

1429A1 6

Skønt det i fig. 1-4 viste arrangement vedrører en seriemotor, kan det også benyttes ved shunt- og compound-motorer. I dette tilfælde vil det beskrevne arrangement styre ankerstrømmen.

Det i fig. 5 viste køretøj indeholder en lavspændingskilde, fortrinsvis et 24 volt batteri, hvorfra afledes positive og negative forsyningsledninger 41, 42, som i det i fig. 5 viste eksempel er på +4 og -2 volt respektivt. Tværs over ledningerne 41, 42 er tilsluttet en modstand 43, over hvilken en arm bevæger sig styret af køretøjets accellerationspedal 56.

Armen danner en indgang til et polaritetsfølsomt kredsløb 44 og danner desuden en indgang til en ensretter 45, som på sin side danner et indgangssignal til enheden 26.

Den tidligere omtalte vælgerkontakt kan bevæges til en tilbagegående eller fremadgående stilling, og når den indtager den tilbagegående stilling, har kredsløbet 44 ingen virkning på operationen, og kun anordningen R er aktiveret. Ved betragtning af fig. 5 antages det imidlertid, at vælgerkontakten er i den fremadgående stilling. Afhængigt af stillingen af accellerationspedalen 56 vil spændingen på armen enten være positiv eller negativ, og polariteten af denne spænding registreres af kredsløbet 44. Hvis spændingen er positiv, er anordningen Έ aktiveret til tilvejebringelse af fremadgående kørsel. Hvis spændingen er negativ, er anordningen B aktiveret til at tilvejebringe elektrisk bremsning. Uanset spændingens polaritet tilvejebringer ensretteren 45 et indgangssignal til enheden 26, hvilket indgangssignal repræsenterer størrelsen af spændingen på armen. Enheden 26 indstiller de øvre og nedre strømgrænser som tidligere forklaret, og det forstås, at enheden 26 intet hensyn tager til, om motoren driver køretøjet eller frembringer elektrisk bremsning.

Virkningen af ensretteren 45 fremgår af fig. 6. Ensretteren 45 har et lille dødt bånd tæt ved 0 volt, og i dette døde bånd dannes intet indgangssignal til enheden 26. Hvis spændingen i potentiometerarmen er positiv, dannes et voksende positivt indgangssignal ved enheden 26, når accelerationspedalen nedtrykkes yderligere, idet den 7 14294 1 maksimale værdi af denne spænding er 4 volt, som repræsenterer en forudbestemt maksimal strøm i ankeret. Hvis accelerationspedalen langsomt frigives, er den maksimale ankerstrøm begrænset til den strøm, som svarer til en indgangsspænding på 2 volt til enheden 26.

Det foretrækkes, at den maksimale ankerstrøm varierer med motorens hastighed, og desuden at den maksimale ankerstrøm til bevægelse fremad og fremadgående bremsning varierer uafhængigt af hinanden. Dette kan opnås ved at lade potentialerne 41’ og 42' på ledningerne 41 og 42 variere med hastigheden på passende måde, og fig. 7 viser en mulig karakteristik. Potentialet 41' på ledningen 41 er højt ved lave køretøjshastigheder, således at der tillades en væsentlig ankerstrøm. Potentialet falder så med voksende køretøjshastighed. Potentialet 42’ for ledningen 42 til elektrisk bremsning er helt forskellig, og det bemærkes, at ingen elektrisk bremsning er mulig ved meget lave køretøjshastigheder, og at den maksimale elektriske bremsning er tilgængelig ved middelhastigheder.

I det i fig. 8 viste eksempel er armen forbundet til enheden 26 gennem en normalt åben kontakt F2, som er lukket, når anordningen F er aktiveret, i stedet for gennem en eneretter 45. Kontakten F2 er parallelforbundet med et seriekredsløb, som indeholder en inverter 46 og en normalt åben kontakt B2, som er lukket, når anordningen B er aktiveret. Når spændingen ved armen er positiv, bliver anordningen F aktiveret, kontakten F2 vil slutte, og en positiv indgangsspænding blive ført til enheden 26. Når spændingen ved armen er negativ, bliver anordningen B aktiveret, og kontakten B2 vil slutte, således at den negative spænding bliver inverteret og dernæst tilført enheden 26, således at enheden 26 igen modtager et positivt indgangssignal. Sammenlignet med fig. 5 har dette arrangement den fordel, at hvad enten en ændring foretages fra aktivering af en anordning F eller B til aktivering af den anden anordning B eller F, vil der være en periode, under hvilken indgangssignalet til enheden 26 kræver 0 strøm, således at strømmen gennem ankeret reduceres, før kontakterne igen slutter.

I det beskrevne eksempel bevirker bremsepedalen til køretøjet hydraulisk bremsning, men influerer ikke på den elektriske brems- 14294 1 8 ning. I det i fig. 9 viste arrangement "bliver den elektriske bremsning imidlertid ændret ved stillingen af bremsepedalen 57» således at en række bremsekurver opnås, afhængigt af stillingen af bremsepedalen. Som vist i fig. 9 er den positive ledning 41a forbundet til en jordledning 51 gennem en variabel modstand 52 og et potentiometer 55 i serie, hvilket potentiometer 55 er forud indstillet, og køretøjets bremsepedal tjener til at bevæge armen over modstanden 52. Skyderen på modstanden 52 danner et indgangssignal til en puffer og inverteringsforstærker 54, hvis anden indgangsklemme er forbundet til ledningen 51, og den nederste ende af modstanden •45 er forbundet til forstærkeren 54’s udgangsklemme. Resultatet af dette er, at potentialet på den nederste ende af modstanden 45 varierer med stillingen af bremsepedalen, og af den årsag opnås en række bremsekurver. Derudover er det i fig. 9 viste arrangement ændret i sammenligning med det i fig. 8 viste ved, at der i stedet for komponenterne 46, 1*2, B2, er tilvejebragt en forstærker 55, som virker på en ikke-inverterende måde eller en inverterende måde, afhængigt af om den modtager et styresignal, hvilket styresignal er således tilvejebragt, at forstærkeren 55 virker på nøjagtig samme måde som komponenterne 46, F2, B2 i fig. 8.