JP2517452Y2 - 電動車の過負荷制御装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 （産業上の利用分野） この考案は、電動車が急坂等を連続走行すると過負荷
運転状態となり、電子部品等で構成される制御装置が異
常発熱し最悪の場合は破壊を招く恐れがあるので、これ
を防止する過負荷制御装置に関するものである。

（従来技術） 従来、この種過負荷制御装置としては特公昭56-4081
号公報に記載されたもの等があるが、この技術は直流モ
ータのアマチュア電圧を抵抗切替えによって複数段に切
替える所謂抵抗式の制御装置をベースにしており、下り
坂等にあっては車体重量により加速される欠点を有する
ものである。

（考案が解決しようとする課題） この考案は従来技術に比し、平地や登り坂はもちろん
下り坂においても正確な速度制御を行い、なおかつ、過
負荷制御をより効率的に行おうとするものである。

（課題を解決するための手段） 駆動用トランジスタをON動作させモータを駆動するア
クセル信号と、制動用トランジスタをON動作させ発電制
動を行うブレーキ信号との割合であるデューティ比を変
更して走行速度を制御可能に構成すると共に、制御装置
の温度を検出する温度センサの信号値が基準値以上にな
った場合にデューティ比を下げて電流制限を行い、更に
ブレーキ信号をニュートラル信号に切替えることを特徴
とする電動車の過負荷制御装置の構成とする。

（考案の作用） 通常の走行状態にあっては、指令速度と走行速度の差
に応じてデューティ比を変更してモータを駆動し指令速
度にて走行する。即ち、登り坂や発進時のように走行実
速度が指令速度より低い場合には、駆動用トランジスタ
をON動作させモータを駆動するアクセル信号を増加させ
て、即ち、デューティ比を高くしてより大きな電流を印
加して増速制御を行い、又、下り坂走行時や減速時にあ
って、走行実速度が指令速度より高くなると、制動用ト
ランジスタをON動作させ発電制動を行うブレーキ信号を
増加させ、即ち、デューティ比を下げて発電制動により
減速し指令速度にて走行させる。

次に、急坂等を連続走行して過負荷運転状態となる
と、電子部品等で構成される制御装置が異常発熱する。

この様な場合に温度センサの信号値が基準値を越える
と上述の既定デューティ比の制御に対し所定の割合でデ
ューティ比を下げる過負荷運転制御を行う。

即ち、指令速度に対応するアクセル信号を所定の割合
で減少させることにより駆動電流を制限し、電動車を減
速させて負荷の軽減を行い、制御装置の発熱を抑制し、
又、デューティ比を下げることによって増加するブレー
キ信号をニュートラル信号に切替える。

従って、制動用トランジスタON動作時に発生する高い
ピーク電流の発生をなくし装置の発熱を更に抑制する。

（考案の効果） この考案は前述の如く構成したものであるから、平地
走行時はもちろん登り坂や下り坂走行時にあっても、指
令速度と実走行速度との差に応じて、駆動用トランジス
タをON動作させモータに電流を印加するアクセル信号と
制動用トランジスタをON動作させ発電制動を行うブレー
キ信号との割合であるデューティ比を変更して正確に走
行速度を制御できると共に、急な登り坂を連続走行して
過負荷運転状態となり制御装置が発熱した際には温度セ
ンサによりこれを検出しアクセル信号を減少させて電流
を制限し電子部品の発熱を抑制できるものである。

更にこの考案にあっては、この過負荷制御時のブレー
キ信号をニュトラル信号に切替えることによって、制動
トランジスタのON動作時に発生していた高いピーク電流
を減少させることができ、制御装置の発熱を更に抑制で
きるものである。

（実施例） 第１図に示す制御回路図において、中央の演算装置
（CPU）１は、予め設定された条件に基づいて車輪駆動
用モータ２をコントロールする電界効果型の駆動用トラ
ンジスタ３及び制動用トランジスタ４をON,OFF制御する
ようになっている。これらのトランジスタ３及び４は、
直列に接続されており、その内部に逆バイアス時に動作
するダイオード3a及び4aが組み込まれている。そして、
トランジスタ３のドレイン側は＋24Vの電源（バッテリ
の＋側端子）側へ接続されており、トランジスタ４のソ
ース側はアース側へ接続されている。またトランジスタ
３は、そのゲート側が電界効果型のトランジスタ５のド
レン側へ接続されている。６及び７はトランジスタ５及
び４のゲート側のバイアスをコントロールするインバー
タである。

車輪駆動用のモータ２は、トランジスタ３及び４の中
間接続点とアース側との間に、前後進切換用リレー８及
び９の接点10及び11と電流検出器12とを介して接続され
ている。前記リレー接点10及び11は、それぞれ二つの端
子a,bと端子c,dとを有している。13は車輪駆動用モータ
２の回転軸を緊締し、減速並びに停止させる電磁ブレー
キである。この電磁ブレーキ13は、励磁状態では前記モ
ータ２の回転軸を解放し、非励磁状態でバネ力によりモ
ータ２の回転軸を緊締するようになっている。

また同図において、14及び15は、電磁ブレーキ13の二
段増幅用トランジスタである。更に、16及び17は、リレ
ー８及び９をON,OFF制御するインバータ、18は回転数検
出器である。この回転数検出器18は、車輪駆動用モータ
２が逆起電力を発生した場合は、これを検出することで
モータ２の回転数（電動車の走行速度）を演算するため
のものである。更にまた19はメインリレー、20はその接
点、21は電子部品の温度を検出する温度センサ、22はメ
インリレー19をON,OFF制御するインバータ、23はバッテ
リ電圧を例えば５個のLEDで発光表示する表示装置であ
る。

このような電動車の駆動回路にあって、その駆動状態
の制御はCPU1の端子PC1及びPC2の出力と、PC6及びPC7の
出力とを“L"レベル又は“H"レベルに切り換えることで
行っている。PC1及びPC2は、リレー接点10及び11の接点
a,b及びc,dを切り換えて車輪駆動用モータ２を正転又は
逆点させるか、あるいは中立位置へ保持するためのもの
である。これは電動車の前後進切換スイッチを操作する
ことにより行われる。端子ａと端子ｃとへ切り換えて正
転させた場合は前進し、端子ｂと端子ｄとへ切り換えて
逆転させた場合は後進する。またPC6及びPC7は、車輪駆
動用モータ２への通電時間をコントロールすることによ
り、電動車の走行速度を決定するためのものである。通
電時間のコントロールは、スロットルレバーの開度及び
速度切換スイッチの状態（高速，中速，低速）に応じて
決定されるものである。

具体的な通電時間のコントロールは、次のようにして
行っている。すなわち、例えば第２図（イ）に示すよう
に、25msの１サイクルの時間を更に50区分し、その間に
アクセル信号Ａとブレーキ信号Ｂとニュートラル信号Ｎ
とを各走行条件に応じた所定の割合で出力するようにし
ている。アクセル信号Ａが出力されている状態では、車
輪駆動用モータ２へ＋24Vの電源が供給され、電動車は
電源の供給時間に応じて回転数が増加する。またブレー
キ信号Ｂが出力されている状態では、車輪駆動用モータ
２は発電機として機能し、発生した電気はトランジスタ
４を通じてモータ２へ戻され、発電制動が行われるよう
になっている。なお、ニュートラル信号Ｎは、１サイク
ルにおいて、最後に２〜３パルス程度配置し、その時の
モータ２の逆起電力を検知して、電動車の走行速度を検
知するためのものである。

アクセル信号Ａの状態にする場合は、CPU1の端子PC6
及びPC7の双方を、“H"レベル出力させる。PC6が“H"レ
ベルであると、インバータ16によりトランジスタ５のゲ
ート電圧が低下し、トランジスタ５がOFFとなる。その
ため、トランジスタ３のゲート側電圧が高くなり、駆動
用トランジスタ３がON動作する。またPC7が“H"レベル
であると、インバータ17によりトランジスタ４のゲート
電圧が低下し、トランジスタ４はOFFとなる。この状態
がアクセル信号Ａの場合であり、バッテリから供給され
る＋24Vの電力は、リレー接点10又は11を介して車輪駆
動用モータ２へ供給される。そして、電流検出器12を経
てアース側へ流れる。そのため、車輪駆動用モータ２が
回転駆動する。

ブレーキ信号Ｂにする場合は、CPU1のPC6及びPC7の出
力を共に“L"レベルにしている。前記PC6が“L"レベル
であると、今度はトランジスタ５がONで、駆動用トラン
ジスタ３がOFFとなる。またPC7が“L"レベルであると、
制動用トランジスタ４がONとなる。従って、駆動用トラ
ンジスタ３を通じて、バッテリからの電力が車輪駆動用
モータ２へ供給されなくなり、該モータ２は惰性による
回転により発電機として機能する。発生した電気は、リ
レー接点10又は11と、制動用トランジスタ４を通じてモ
ータ２側へ戻され、モータ２に負荷を与えて発電制動を
行うようにしている。

ニュートラル信号Ｎにする場合は、CPU1の端子PC6を
“L"レベルにし、端子PC7を“H"レベルにする。つま
り、駆動用及び制動用の両トランジスタ３及び４を共に
OFFにする。これにより、車輪駆動用モータ２は負荷が
かからない状態となり、惰性回転により発生した電圧を
電圧検出器18で検知することにより、モータ２の回転数
を検知し、電動車の走行速度を求めるようにしている。
そして発生した電気は、逆バイアス用のトランジスタ3a
及び4aを通じてバッテリ側へ蓄積され、所謂回生制動が
行われる。

次に、過負荷運転状態かどうかの検出は、トランジス
タ３及び４等の電子部品付近の温度を温度センサ21によ
り測定し、測定された信号値を基準値と比較して行って
いる。信号値が基準値を下回る場合は、通常の走行運転
状態であり、CPU1はスロットル開度や速度切換スイッチ
の位置等に応じて予め設定された既定のデューティ比Ｙ
で、車輪駆動用モータ２の回転制御を行う。尚、デュー
ティ比とは、１サイクル（例えば、25ms）におけるアク
セル信号Ａの出力される割合であり、単位は％である。

これに対して、温度センサ21で測定された信号値が基
準値以上になっている場合は、電子部品が異常発熱して
いるということであり、また同時にモータ２も発熱して
いるので、過負荷運転状態であると判断する。この状態
を放置すると電子部品の損壊事故やモータ２の焼損に至
る。そのため、CPU1の指令に基づいて、次に説明する如
く、過負荷制御の運転を行うようにしている。

過負荷制御は、先ず現在の温度センサ21の信号値が、
（限界値−基準値）の許容範囲内のどの段階にあるかを
検知し、その値に応じてデューティ制限率Ｘを次式によ
り求める。

但し、ここにおいて限界値とは、例えば53℃等の電子
部品の限界温度である。そして、既定デューティ比Ｙに
このデューティ制限率Ｘを乗じて補正デューティ比ｙを
求める。

然る後は、温度センサ21で測定された信号値が限界値
以上であるかどうかを判断する。そして、前記信号値が
限界値を下回る場合は、CPU1は前記補正デューティ比ｙ
を車輪駆動用モータ２の制御信号として出力し、回転数
を減少させて次第に電動車の走行速度を低下させるよう
にしている。つまり、車輪駆動用モータ２へ流れる平均
電流値を低くして負荷を次第に軽減させて、電子部品の
発熱温度及びモータ２の発熱温度を低下させるべく、運
転制御する。この補正デューティ比ｙによる運転制御
は、前記温度センサ21の信号値が限界値へ達するまで行
われる。すなわち、基準値から限界値までの許容範囲に
おいて行われる。前記温度センサ21の信号値が限界値へ
近づくと、補正デューティ比ｙは０に近くなり、車輪駆
動用モータ２へ流れる平均電流値が小さくなって電動車
は次第に停止速度へ近づくようになる。なお、この補正
デューティ比ｙの作成に際しては、前回温度補正された
補正デューティ比を既定デューティ比として入力して演
算することにより温度上昇に伴うデューティ比の変化を
二次曲線的に変化させるようにすることも可能である。

又、このデューティ比の低下によりブレーキ信号
（Ｂ）が増加し、このブレーキ信号（Ｂ）により制動ト
ランジスタ４がONされるとモータ２の惰性回転により発
生する電気がリレー接点10又は11と制動用トランジスタ
４を通じてモータ２に負荷を与えて発電制動を行うが、
この時に流れるピーク電流は非常に高く特に制動用トラ
ンジスタ４が発熱する。

従って、この考案にあっては、過負荷運転状態、即
ち、温度センサ21で測定された信号値が基準値以上にな
った場合には、上述のデューティ比の補正と共に、ブレ
ーキ信号（Ｂ）をニュートラル信号（Ｎ）に切替える。
即ち、CPU1の端子PC6を“L"レベルにし、端子PC7を“H"
レベルにし、駆動用及び制動用の両トランジスタ３及び
４を共にOFFする。従って、車輪駆動モータ２は負荷が
かからない状態となり電子部品の発熱を抑制できる。

このような過負荷制御運転中にあって、温度センサ21
の信号値が限界値を越えるようになった場合は、アクセ
ル信号（Ａ）の出力が０となり電動車は停止する。

又、パルスの形成方法は、のこぎり波を出力する基準
波発振器と操作入力による指令電圧とを比較して駆動パ
ルス（アクセル信号）を出力するアナログ形式としても
よく、この場合は温度センサ21の信号値が基準値を越え
た場合にその値により指令電圧を変更してデューティ比
を補正し、更に、該信号値により制動トランジスタ４の
出力を停止させるとよい。

【図面の簡単な説明】

図は本考案の実施例を示すものであって、第１図は駆動
制御回路を示す電気回路図、第２図は車輪駆動用モータ
の制御パターンを示すタイムチャート図であり、（イ）
は通常の制御状態、（ロ）は過負荷制御状態を示す図、
第３図はフローチャート図である。 図中、符号１はCPU、２はモータ、３は駆動用トランジ
スタ、４は制動用トランジスタ、21は温度センサ、
（Ａ）はアクセル信号、（Ｂ）はブレーキ信号、（Ｎ）
はニュートラル信号を示す。

Claims (1)

(57)【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】駆動用トランジスタをON動作させモータを
   駆動するアクセル信号と、制動用トランジスタをON動作
   させ発電制動を行うブレーキ信号との割合であるデュー
   ティ比を変更して走行速度を制御可能に構成すると共
   に、制御装置の温度を検出する温度センサの信号値が基
   準値以上になった場合にデューティ比を下げて電流制限
   を行い、更にブレーキ信号をニュートラル信号に切替え
   ることを特徴とする電動車の過負荷制御装置。