JPH01274625A - 自動車用電源回路 - 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２つの異なった負荷電圧つまり通常の電気車（
＋５ｏｔｏｒ　ｖｅｈｉｃｌｅ）電源系直流電圧と、例
えばｍ１ｌｌ加熱抵抗器を具備した加熱材（ｈｅａｔｉ
ｎｇｇ　ｌａｚ　ｉｎｇ）を動作させる直流電圧とを用
い、発電機及び電圧制御器を装備した電気車用電源回路
に関する。

〔従来の技術〕

通常の電気車用電源回路は直流を用いた回転子と固定子
に設けられた３相コイルとからなる３相交流発電機を含
む。回転子の回転期間に生じる３相電圧は整流用ブリッ
ジで肱動直流電圧に変換され、電気車電源系へ供給され
る。バッテリ用の最大充電電圧１４．２Ｖへの電圧調整
が動作として要求される。この電圧制御は、周期的に回
転子の励磁機電流を切り離す電圧制御器によって行われ
る。

通常の電気車電源系電圧１２Ｖは特別の電気負荷にとっ
て、例えば薄膜加熱材にとっては不十分である。該加熱
材は要求効果を達するために５０Ｖ又はそれ以上の電圧
を要求する。他の負荷は電気車電源系電圧１２Ｖを供給
されなければならないので、２つの異なった電圧系を有
することが必要となる。

〔発明が解決しようとする課題〕

２つの異なった電圧を設ける１つの可能な方法は、加熱
材の動作に関する電気車電源系から発電機を分離し、加
熱材に対して要求される高電圧にその発電機を調整する
ことである。電気車を源系はこの間、バッテリによって
供給される。しかしながらこの回路では、加熱材のスイ
ッチがオンである間、バッテリは電気車電源を引き続か
なければならないので、急速に放電される。もし電気車
電圧が喪失したならば、電気車はもはや運行できる状態
にはないので、精密な監視回路がバッテリの充電条件の
ために設けられなければならない。

このため、該回路は相対的に高価なものになる。

さらに、バッテリの寿命は急速放電の結果として短かく
なる。

２つの異なった電圧を形成する別の可能な方法は、電気
車電源系電圧から、加熱材の動作に対して要求される高
電圧を生成することである。この目的に対して直流電圧
変換器が要求され、電気車電源系直流電圧が交流電圧に
第１に変換され、交流電圧が、高電圧レベルに変圧され
、次に整流される。

しかしながら１次側の半導体スイッチでの電圧降下が特
に大きいため、この種の昇圧変換器は効率が低い。加熱
材の場合には、送られる電力が大きいため、この種の変
換器は大きくなりかつ高価になる。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は電気車電源系電圧と薄膜加熱材の動作用高電圧
とを発電機によって同時に生成する経済的手法を創設す
る問題を解決する。

本発明によれば、この問題は以下の技術的手段によって
解決される。電気車電源系電圧よりも高い電圧用の発電
機が設計されこの電圧は少なくとも加熱材の動作に対し
て要求される電圧に対応する。また加熱材のスイッチが
オフのときには発電機によって供給される電圧は電気車
電源系電圧に、制御器によって調整される。さらに、加
熱材のスイッチがオンのときには、電気車電源系電圧は
高電圧から得られる。

本発明に係る回路は２つの異なった方法で基本的に実現
されうる。

本発明の構成の第１の実施例は、加熱材のスイッチがオ
ンになると、発電機によって供給される電圧が切替え可
能な制御器によって、要求高電圧に調整されることに特
徴が、あり、また電気車電源系電圧が直流電圧変換器の
補助で高電圧から得られることに特徴がある。この構成
の実施例では、加熱材の動作中にはバッテリが放電され
ないことを確保する。変換器が降圧変換器とに動作する
ので、一方ではスイッチシヂ素子に関し、他方では半導
体スイッチの電気的損失に関する要求は前記昇圧変換器
に関するほど高くなくまたその価格は相当に低い。

本発明の構成の第２の実施例は、加熱材のスイッチがオ
ンのときには、加熱材が電気車電源系の他の負荷と直列
に接続され、双方とも発電機によって供給される高電圧
から供給される。

〔作　用〕

この構成の実施例では、単一発電機を具備する２つの異
なった電圧系の構成方法は非常に経済的である。加熱材
のスイッチがオフのときには発電機は電気車負荷に直接
接続され、通常の電気車電源系電圧に調整されるが、加
熱中には発電機は電気車電源系から分離され、加熱材に
接続され、昇圧される。加熱材は電気車電源系に対し直
列抵抗として使用される。この場合には制御器は発電機
電圧を直接に制限するのではなくて、通常動作条件とし
て電気車電源系電圧を制限する０通常動作条件では、例
えば加熱材のスイッチがオフのときは、加熱材のときは
スイッチによって分路される。

〔実施例〕

第１図に示す給電回路は、整流ブリッジを具備する３相
交流発電機」、制御器２、切替スイッチ３ａ、３１）、
バッテリ４、抵抗器として模式的に示した電気車電源系
の負荷５、電圧変換器６及び抵抗器として模式的に示し
た加熱材７を含む。

図示した条件では、加熱材７のスイッチはオンになって
いない０発電機１によって供給され、かつ制御器２によ
って電気車電源系電圧に制限された直流電圧は、電気車
の負荷５及びバッテリ４に切替スイッチ３ｂの接触部を
直接介して供給する。

加熱材７にスイッチを入れるため、切替スイッチ３ａと
３ｂは他の端位置にする。この位置では、電気車電源系
の負荷５とバッテリ４の接続は切替スイッチ３ｂによっ
て中断され、発電機１の出力電圧は線路８を介して加熱
材７に直接加えられる。

同時に制御器２は５０Ｖの高電圧レベルに例えばスイッ
チ３ａを介して調整されることによって要求電力は加熱
材７で利用できる。電気車系に供給するために電圧変換
器６は同時に動作し、線路８を介して供給される発電機
直流電圧から１２〜１４Ｖの直流電圧を生成する。この
電圧は線路９を介して負荷５とバッテリ４に加えられる
。

第２図は第１図のブロック６を説明し、パルス電圧変換
器６を形成する変換器を示す図である。

約５０Ｖの発電機出力は入力端ｌＯに加えられる。

１４Ｖの電圧が出力端１７に現われるまで、トランジス
タ１２はスイー？モード副’ｌｌｌ’ｄｔ　ｌによって
をオフにする。コイル１４の電流によって生じた磁界は
減衰しダイオード１３を介して出力端１７ンジスタ１２
は再びオフに切替えられる。エネルギー蓄積コンデンサ
１５及び１６はスイッチの電流サージを入力端及び出力
端に近づけないために設けられる。゛ ゛　　　このスイッチング 周波数は回転要素１４．１５及び１６の寸法を定める。

回路要素をできる限り小さく保つためには、スイッチン
グ周波数はＩ　Ｑ　ＫＨ２を超えるべきである。時限電
力は、対称負荷を要求する３相交流巻線から取られる。

スイッチング周波数はこの理由°のためできる限り高く
するべきである。スイッチング周波数は整流子のリップ
ル周波数よりも少なくともファクタ５だけ高くなるべき
である。

第３図は第２図のパルス電圧変換器６に代るものとして
使用されうるプッシュプル変換器６を示す図である。プ
ッシュプル変換器６はスイー／七ｔ・ド２０及び２１と
を含む。トランジスタは変圧器２２に接続され、その変
圧器の１１次側には変換器の入力端２７に接続されるセ
ンタタップが設けられている。コイルの上部及び下部を
介して電流が交互に流れるので、第２巻線を介して分離
された交番磁界は変圧器内に形成される。２つのダイオ
ード２３及び２４は交流電圧を整流する。変圧器２２の
変圧比に従って、電圧比は入力端２７及び出力端２日の
間で確立される。蓄積コンデンサ２５及び２６は電流サ
ージが変換器から外側へ貫通するのを防止する。第２図
を参照に説明したパルス電圧変換器に関する同一物はス
イッチング周波数に適用される。

第４図に示される本発明に係る回路構成の実施例におい
て、スイッチがオンのときには抵抗として示されている
加熱材３０は、負荷３１が共に抵抗として表わされてい
る電気車系と、直列に接続される。回路線図は、加熱材
が分路されオフにあるスイッチング条件を示す図である
。この条件において、加熱材は閉スィッチ３２によって
ブリッジされることによって、制御器３４によって電気
車電源系電圧に調整された発電機３３は電気車系例えば
負荷３１及びバッテリ３５へ直接接続される。加熱動作
への切替えは寸動スイッチ３６によって行われる。これ
によってスイッチ３２の開が確保されることによって、
加熱材３０は、電気車電源系に基づく負荷３１に対して
、直接に直列抵抗の役をする。また制御器３４は切替え
られることによって、発電機電圧は要求高電圧へ昇圧さ
れる。

電源回路に監視装置を加えて完成することによって、あ
らゆる環境下でも系の安全動作条件を確保することが望
ましい。これらの付加的監視装置は、第１図を基に説明
した構成及び第４図に示した構成の形成において共に、
基本的に使用されうる。

例えば、加熱材の加熱電力が高くなることによって加熱
材が過熱されるのを防止するために、加熱時間を制限す
ることが望ましい。経験によれば、洟禎した湿気を除去
するのに要求される加熱時間は最大５分であることが示
されている。凍結点以上の温度では、しかしながらこの
時間は長すぎるかもしれず、そのため加熱材は高温にな
りすぎる。

よって温度が上昇したときには加熱材のオン時間は０℃
又は低温では約５分から、つまり約２５℃では１分にま
で、また約３５℃では零にまで連続減少させられる。従
って加熱材の加熱動作は、約３０℃の温度から、もはや
可能にすべきではない。

電気車内の代表温度はこの制御用基準人力として選定さ
れることが望ましい。

危険な過電圧が加熱材又はケーブルの破損を生じさせる
ので過電圧制限を設けることが望ましい。

電圧を制限するために、発電機の出力端電圧は制御器に
帰環することが望ましい。もし、８０Ｖの所定電圧より
も高い電圧が、例えば現われるならば、制御器系は加熱
動作を中断して、通常動作に切替える。

さらには、切替え処理時間に電流制限を設けることが望
ましい。高出力ダイナモ（ｄｙｎａｍｏ）は電気車電源
系へ１００　Ａ以上を供給することができる。

この電流はスイッチによって送られなければならない。

スイッチが大きくなって高価になりすぎないようにする
ため、加熱材のスイッチがオン及びオフになる間は、発
電機電圧は一時的に減少させられる。これらの特定の要
求を満たし、安全回路を具備する電源回路に関する解決
手段の一例が第５図に示される。制御器４０は線路４２
を介して発電機４１を調整して、バッテリ３５及び負荷
３１が供給される電気車電源系電圧Ｂ＋を一定にする。

制御器４０が有する付加的入力端を介して、発電機の界
磁は分離されうる。入力端４３を制御するタイマスイッ
チ４４によって、制御器４０は、負荷スイッチ４５の切
替えの期間には低電圧に強制的に調整させられる。タイ
マスイッチ４４は主タイマ４６によって制御される。主
タイマ４６のスイッチは、寸動スイッチ４７によって手
動でオン及びオフされる。主タイマ４６と一体になった
温度センサは０〜５分の間にあるオン時間を予め定める
。主タイマ４６は負荷スイッチを開にし、また加熱材３
０を介して発電機電流を流れさせる。

主タイマ４６は分離に対する優先入力端４８を有する。

この人力＃１４８はしきい電圧スイッチ４９に接続され
ている。発電機電圧Ｇ十はしきい電圧スイッチ４９の入
力端５０に供給される。もし、発電機電圧Ｇ＋が約８０
Ｖの安全しきい値を越えるならば、しきい値スイッチ４
９は主タイマ４６の入力端４Ｂに制御パルスを送出し、
加熱材３０の加熱動作を直ちに中断させる。

〔発明の効果〕

以上詳細に説明したように本発明によれば、２つの異な
った負荷電圧、つまり、通常の電気車電源系電圧とその
電圧よりも高（薄膜加熱抵抗器を具備する加熱材の動作
用の電圧とを有する電気車用電源回路において、発電機
（４１）は加熱材の動作に要求される電圧に少なくとも
対応する高電圧用に設計された。さらに加熱材のスイッ
チがオフになると、発電機（４１）によって供給される
電圧は制御器（４０）によって電気車電源系電圧（Ｂ＋
）に調整される。加熱材のスイッチがオンになると、電
気車電源系電圧は高電圧（Ｇ＋）から得られる。

安全動作条件を確保するために、負荷スイッチ（４５）
の切替えの間、発電機（４１）の励磁器電流を一時的に
減少させる時間スイッチ（４４）と、加熱時間を制限す
るための主タイマ（４６）と、発電機電圧（Ｇ十）の制
限用のしきい値スイッチ（４９）は監視要素として付加
的に設けられた。

このため電気車用電源回路の価格は合理的になるという
効果が期待できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は構成の第１実施例に係る電源回路のブロック線
図、第２図は第１図の回路に使用される電圧変換器の構
成の第１の態様を示す図、第３図は第１図の回路に使用
される電圧変換器の構成の別の態様を示す図、第４図は
本発明の構成の第２の実施例に係る電源回路のブロック
線図、第５図は安全回路を付加した構成の１例を示す図
である。 １．３３．４１・・・発電機、 ２．３４．４０・・・制御器、 ３ａ、３ｂ・・・切替えスイッチ、 ４．３５・・・バッテリ、 ５．３１・・・負荷、 ６．６’、６’・・・電圧変換器、 ７．３０・・・加熱材、 ８、９．１８．４２・・・線路、 １０、２７．４３．４８．５０・・・入力端、１１．１
９　　　・・・スイ雫千−ε・Ｐ害１０灯ｔ？。 １２、２０．２１　　・・・トランジスタ、１３、２３
．２４　　・・・ダイオード、１４　・・・　コイル、 １５、１６．２５．２６・・・コンデンサ、１７．２８
・・・出力端、 ２２　・・・　変圧器、 ３６．４４．４５，４７．４９・・・スイッチ、４６　
・・・　主タイマ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、発電機（１；３３；４１）は加熱材（７；３０）の
   動作に対して要求される電圧に少なくとも対応する高電
   圧用に設けられ、 発電機（１；３３；４１）によって供給される電圧は、
   加熱材（ｈｅａｔｉｎｇ　ｇｌａｚｉｎｇ）（７；３０
   ）のスイッチがオフのときに制御器（２；３４；４０）
   によって電気車（ｍｏｔｏｒ　ｖｅｈｉｃｌｅ）電源系
   電圧に調整され、電気車電源系電圧は加熱材（７；３０
   ）のスイッチがオンのときに該高電圧から得られ、 通常の電気車電源系直流電圧と該電圧よりも高くかつ薄
   膜加熱抵抗器の加熱材の動作用の電圧とである２つの異
   なった負荷電圧を有する電気車用電源回路。 ２、発電機（１）によって供給される電圧は加熱材（７
   ）のスイッチがオンのときに切替可能な制御器（２）に
   よって高電圧に調整され、 電気車電源系電圧は電圧変換器（６）の補助によって高
   電圧から得られる請求項１記載の２つの異なった負荷電
   圧を有する電気車用電源回路。 ３、時限通電変換器（６）は電圧変換器（６）として使
   用される請求項２記載の２つの異なった電圧を有する電
   気車用電源回路。 ４、変成器結合プッシュプル変換器（６″）は電圧変換
   器（６）として使用される請求項２記載の２つの異なっ
   た負荷電圧を有する電気車用電源回路。 ５、変換器（６、６″）の発明のパルス周波数は発電機
   （１）の最高整流リップル周波数よりも少なくとも５倍
   高い請求項３又は４記載の２つの異なった負荷電圧を有
   する電気車用電源回路。 ６、加熱材（３０）のスイッチがオンになると発電機（
   ３３）によって供給される高電圧から、加熱材（３０）
   は電気車電源系電圧の他の負荷（３１）と直列接続され
   る請求項１記載の２つの異なった負荷電圧を有する電気
   車用電源回路。 ７、電圧制御器（３４）の入力端は電気車電源系に接続
   される請求項６記載の２つの異なった負荷電圧を有する
   電気車用電源回路。 ８、加熱材の過熱防止のためにそのオン時間は時間制限
   回路（４６）によって制限される請求項１〜７のいずれ
   かに記載の２つの異なった負荷電圧を有する電気車用電
   源回路。 ９、時間制限回路（４６）は風よけガラス （Ｗｉｎｄｓｃｒｅｅｎ）の近くの電気車温度を測定す
   る温度センサによって制御され、０℃で約５分の加熱材
   オン時間は約２５℃で約１分に制限される請求項８記載
   の２つの異なった負荷電圧を有する電気車用電源回路。 １０、電圧制限回路（４９）は加熱系の故障の場合にお
   ける過大な電圧を防止するために設けられる請求項１〜
   ９のいずれかに記載の２つの異なった負荷電圧を有する
   電気車用電源回路。 １１、発電機出力電圧は電圧を制御するため制御器（４
   ０）に帰環し、８０Ｖ以上の過大電圧が発生した場合に
   、例えば制御器（４０）は加熱動作を中断させ、通常動
   作に切替える請求項１０記載の２つの異なった負荷電圧
   を有する電気車用電源回路。 １２、加熱材のスイッチがオン及びオフである間、電流
   制限スイッチ（４４）は発電機電圧を一時的に減少させ
   る請求項１〜１１のいずれか記載の２つの異なった負荷
   電圧を有する電気車用電源回路。