JPH02206301A - 自動車の発電制御装置 - 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】 〔発明の利用分野〕 本発明は、トラック、バス等に利用する自動車の発電制
御装置に係わり、特に内燃機関の主軸に交流機を接続し
制動時にこの交流機から発生する電力を二次電池に充電
し、この電池電圧を車両用電源に用いる自動車の発電制
御装置に関する。

〔従来の技術〕

近年、内燃機関の主軸にかご形誘導機およびインバータ
等を設け、このインバータの制御によりかご形誘導機か
ら得られる電気エネルギーを有効に利用するものとして
リターダ装置が開発されている（特願昭６２−３６２７
８号〜特願昭６２−３６２８１号）。以下、このリター
ダ装置を説明するに先立ち、自動車の回転伝達系とかご
形誘導機との機械的接続構造（第３図、第４図参照）を
述べ、その後、従来のリターダ装置（第５図参照）につ
いて説明する。先ず、自動車の回転伝達系は、第３図に
示すように内燃機関１の回転軸にフライホイール装置２
、クラッチ装置３、トランスミッション装置４およびプ
ロペラシャフト５の順序で接続され、このクラッチ装置
３のクラッチペダルの踏込み操作によって内燃機関１の
回転軸を一時切り離した後、トランスミッション装置４
で回転速度比を変えてクラッチペダルの踏込み操作を解
除することにより、内燃機関１の回転をトランスミッシ
ョン装置ｉ１４で定めた速度に調整してプロペラシャフ
ト５へ伝達する構成となっている。

このような回転伝達系においてかご形誘導機は特にフラ
イホイール装置２の内部に装着されるものであり、具体
的には第４図に示す如くフライホイール装置２のフライ
ホイールノ１ウジング１１１２で形成された空間部分に
かご形誘導機の固定子部Ａおよび回転子部Ｂが収納され
ている。この固定子部Ａはステータ鉄心１３、このステ
ータ鉄心１３のコイル溝に挿入されたステータ巻線１４
、口出線１５およびステータリング１６からなり、この
ステータリング１６の前記フライホイール！−ウジング
１１．１２間への嵌合によって固定子部Ａはフライホイ
ール装置２に固着される。一方、回転子部Ｂはロータ鉄
心１７、このロータ鉄心１７のコイル溝に挿入されたか
ご形巻線１８、この巻線１８のエンドリング１９に嵌着
された保持環２０からなり、この回転子部Ｂは内燃機関
１の主軸２１で回転駆動されるフライホイール２２の外
縁部に固着されている。

次に、従来のリターダ装置は、第５図に示すように内燃
機関１の主軸２１に接続されたかご形誘導機３１と、ダ
イオード３２１，３２２．二次電池３２３．リアクトル
３２４．　　トランジスタ３２５およびチョッパ制御回
路３２６等の二次電池回路３２と、前記かご形誘導機３
１と二次電池回路３２との間に設けられたインバータ３
３とを有し、更に前記かご形誘導機３１に該誘導機３１
の回転速度を検出する回転センサ３４が設けられ、この
回転センサ３４の出力がインバータ制御回路３５へ送出
される。このインバータ制御回路３５は回転センサ３４
の出力を基準として前記インノくり３３の交流側電圧の
周波数を制御するものである。従って、インバータ３３
はインバータ制御回路３５の制御に基づいて例えば二次
電池回路３２の直流電圧を交流電圧に変換してかご形誘
導機３１へ回転磁界を与え、またかご形誘導機３１から
の交流電力を直流電力に変換する。すなわち誘導機３１
の発電電力を制御して前記二次電池３２３へ回生充電を
行うものである。さらに、インバータ３３の直流電源ラ
イン間に直流側電圧を平滑化するコンデンサ３６が設け
られ、また抵抗器３７およびスイッチ回路３８等の熱エ
ネルギー放出回路が設けられている。このスイッチ回路
３８は、大きなブレーキ力が発生して、かご形誘導機３
１の発電電力を二次電池３２３への回生充電で吸収しき
れないときに抵抗器３７で熱エネルギーに変換して放出
する機能をもっている。

なお、二次電池回路３２は充電制御機能およびかご形誘
導機３１への誘起電圧確立機能をもっている。前者の充
電制御機能は、かご形誘導機３１の発電制御時、チョッ
パ制御回路３２６にてトランジスタ３２５のオン・オフ
時間比を変えることにより、そのオン時に二次電池３２
３−リアクトル３２４−トランジスタ３２５の回路を形
成し、一方、オフ時にはダイオード３２１−二次電池３
２３−リアクトル３２４より成る閉回路を形成すること
により二次電池３２３への充電制御を行い、誘起電圧確
立機能は電動機として用いるときにかご形誘導機３１が
無励磁のときにダイオード３２２−リアクトル３２４−
二次電池３２３の回路を形成し、二次電池３２３からの
電流をインバータ３３を介してかご形誘導機３１に供給
して誘起電圧を確立する。

次に、以上のように構成されたリターダ装置の動作につ
いて説明する。先ず、内燃機関１の回転はこの内燃機関
１の主軸２１を介してかご形誘導機３１の回転子部Ｂに
伝達され、さらにクラッチ装置３、トランスミッション
装置４、プロペラシャフト５およびディファレンシャル
ギア（図示せず）を通して車輪に伝達される。

ところで、以−にのような回転伝達系を持つ自動車にお
いて走行制動を行う場合、インバータ制御回路３５はブ
レーキ指令を受けると回転センサ３４の検出速度よりも
遅くなる様にインバータ３３の交流側電圧の周波数を制
御する。ここで、インバータ３３はインバータ制御回路
３５の制御に基づいて二次電池回路３２からかご形誘導
機３１のステータ巻線１４へ回転子部Ｂより遅い速度の
回転磁界を与えるので、かご形誘導機３１は発電機とし
て動作する。その結果、前記回転伝達系の機械エネルギ
ーは電気エネルギーに変換され、この電気エネルギーが
二次電池回路３２３に回生充電される。

なお、この走行制動時、自動車の運転状況に応じて一時
的に大きなブレーキトルクを発生する場合があるが、こ
のときかご形誘導機３１から発生した電気エネルギーの
全部を二次電池回路３２に回生ずることが難しいので、
スイッチ回路３８をオンにして抵抗器３７から熱エネル
ギーとして放散することにより、大きなブレーキトルク
を得るようにしている。

従って、このリターダ装置は、本来のリターダ動作を行
っていないとき、すなわち自動車の制動を行わない時に
かご形誘導機３１を発電機として動作させると共にスイ
ッチ３８をオフ状態に設定することにより、このかご形
誘導機３１からの発電電力、つまりインバータ３３の直
流出力電圧をチョッパ制御回路３２６の制御により二次
電池３２３へ充電することができる。このようにしてリ
ターダ装置は発電機能を兼ねることにより、従来用いら
れていたオールタネータを省略できる。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところで、本発明者等において上記リターダ装置を用い
て実車走行による各種の試験を行ったところ、かご形誘
導機３１をリターダとして動作させずに単に発電機とし
て動作させてその発電電力を二次電池３２３へ充電する
場合、そのかご形誘導機３１は非常に効率の悪い状態で
使用されていることが分った。その理由は、大きなブレ
ーキ力発生時、かご形誘導機３１は発電機として動作し
てその発電電力を抵抗器３７に流して熱エネルギーに変
換しているが、そのためにかご形誘導機３１は従来のオ
ールタネータに比べて強力なブレーキ力を得る必要上例
えば１００馬力もの大容量機を使用する必要がある。そ
の結果、かご形誘導機３１が抵抗器３７を用いずに二次
電池３２３に充電を行っているときその大容量機の励磁
に伴う損失が非常に大きく、いわゆる従来のオールタネ
ータの代用として軽負荷で使用する時に非常に効率の悪
い状態で使用せざるを得なかった。

本発明は以上のような問題を解決するためになされたも
ので、自動車の制動時、かご形誘導機から得られる発電
電力を第１の二次電池に貯えこれを車両用電源に利用す
ることにより、発電運転時のかご形誘導機の損失をなく
し、よって、燃費の向上を図り得る自動車の発電制御装
置を提供することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕 本発明による自動車の発電制御装置は上記目的を達成す
るために、内燃機関の主軸に接続された交流機と、この
交流機にインバータを介して接続された第１および第２
の二次電池と、制動時に前記インバータを制御して前記
交流機を発電機として動作させるインバータ制御手段と
、前記インバータと第１の二次電池との間に設けらガ前
記交流機が発′！３．機として動作しているときにその
発電電力を第１の二次電池に回生充電する第１の充電制
御回路と、前記インバータと第２の二次電池との間に設
けられ第１の二次電池に蓄えられた電圧を第２の二次電
池に充電する第２の充電制御回路とを備えたものである
。

〔作用〕

従って、本発明は以上のような手段を講じたことにより
、自動車の制動時にブレーキ指令値を受けるとインバー
タ制御手段は内燃機関の回転速度に応じて磁界がインバ
ータを制御し、交流機を発電機として動作させる。そし
て、この発電機の発電電力を第１の充電制御回路により
第１の二次電池へ回生充電する。このようにして第１の
二次電池に蓄えられた電圧は交流機の無励磁時に第２の
充電制御回路を用いて第２の二次電池へ充電し、専ら第
２の二次電池の電圧を車両用電源として用いるものであ
る。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例について図面を参照して説明する
。第１図は本発明装置の全体構成を示す図であって、第
３図ないし第５図と同一部分には同−符号を付してその
詳しい説明は省略する。すなわち、この装置は、内燃機
関１の車軸２１にかご形誘導機３１が接続されている。

このかご形誘導機３１は、固定子部Ａおよび回転子部Ｂ
を有し、その固定子部Ａのステータ（固定子）巻線１４
にインバータ３３が接続され、一方、回転子部Ｂに回転
センサ３４が設けられている。

このインバータ３３はインバータ制御手段４０からの制
御信号に基づいてかご形誘導機３１のステータ巻線１４
に供給する交流側電圧の周波数を制御する。このインバ
ータ３３の直流側出力端にはインバータ３３の直流電圧
を平滑化するコンデンサ３６のほか、第１の二次電池４
１に対し充電制御を行う第１の充電制御回路４２、第２
の二次電池４３に対して充電制御を行う第２の充電制御
回路４４および熱エネルギー放出回路４５が設けられて
いる。

この第１の充電制御回路４２は、第１の充電基準電圧設
定部４２１、第１の二次電池４１の電圧を検出する電圧
検出器４２２、これら設定部４２１と電圧検出器４２２
の両電圧差に基づいてオン・オフ時間比の異なるオン・
オフ制御信号を出力するチョッパ制御回路４２３、この
チョッパ制御回路４２３からのオン・オフ制御信号に基
づいてインバータ３３の直流出力電圧を第１の二次電池
４１に充電するトランジスタ４２４．ダイオード４２５
．リアクトル４２６等で構成されている。つまり、トラ
ンジスタ４２４のオン時にインバータ３３の直流出力電
圧をトランジスタ４２４およびリアクトル４２６を通し
て第１の二次電池４１へ充電し、オフ時にダイオード４
２５−リアクトル４２６−二次電池４１からなる閉ルー
プを形成する。一方、第２の充電制御回路４４は第１の
二次電池４１の電圧を第２の二次電池４３へ充電するも
ので、第１の充電制御回路４２と同様に第２の充電基準
電圧設定部４４１、電圧検出器４４２、チョッパ制御回
路４４３、このチョッパ制御回路４４３からのオン・オ
フ制御信号に基づいて第１の二次電池４１の電圧をダイ
オード４６を介して第２の二次電池４３へ充電するトラ
ンジスタ４４４．ダイオード４４５．リアクトル４４６
等で構成されている。また、ダイオード４６はかご形誘
導機３１が無励磁のときに第１の二次電池４１からの電
流をインバータ３３を介してかご形誘導機３１に供給し
て誘起電圧を確立するために用いられる。また、前記熱
エネルギー放出回路４５は、相当大きなブレーキ力のと
きには第１の二次電池４１への回生充電だけで吸収しき
れないのでオン指令を受けてオン制御信号を出力するス
イッチ制御回路４５１、この制御回路４５１のオン制御
信号でオンしてブレーキ力の一部を抵抗器４５２で熱エ
ネルギーとして放出させるトランジスタ４５３で構成さ
れている。４７は第２の二次電池４３の電圧を必要な機
器へ車両用電源として出力する出力端子である。

前記インバータ制御手段４０は、ブレーキ力指令値演算
手段５０から送られてくるインバータオフ指令５１１を
受けてリダーダとして動作させない時にインバータ３３
をオフしてかご形誘導機３１を無励磁とし、またブレー
キ力指令値５１２を受けてインバータ３３の出力周波数
を制御するものであって、これには回転センサ３４、イ
ンバータ３３の交流側電流を検出する電流検出器４８お
よびインバータ３３の直流出力を検出する電力検出器４
９が接続されている。すなわち、このインバータ制御手
段４０は、ブレーキ力指令値５１２を受けると回転セン
サ３４からの回転速度を基準にしてこれよりもステータ
巻線１４の回転磁界が遅くなるようにインバータ３３の
交流電圧の周波数を制御して発電制御を持続させ、また
電流検出器４９からのインバータ交流側電流が定格値を
越えないように各相電流をフィードバック制御する。さ
らに、インバータ３３および誘導機３１の損失を無視す
れば、電力検出器４９で検出したｃＬ流出力をかご形誘
導機３１の回転速度で除した値がブレーキ力となるので
、この除算によって得られたブレーキ力とブレーキ力指
令値５１２とからインバータ３３の直流出力を制御すれ
ば、それはブレーキ力を制御することになる。

次に、ブレーキ力指令値演算手段５０はプレーキカ発生
手段とクラッチ踏込み全信号発生手段とからなり、前者
のブレーキ力発生手段は次のように構成されている。す
なわち２図中、５１は直流制御電源、Ｎ１はトランスミ
ッションの非ニュートラル時に閉じる接点、Ａ１はアク
セルペダルを踏んでいるときに閉じる接点、Ａ２はアク
セルを踏んでいるときに開く接点、Ｓｌは補助加速指令
スイッチ、Ｂ２は補助加速指令が無いときに閉じる接点
、Ｂ３はブレーキ指令スイッチであって異なるブレーキ
力を設定する複数のブレーキ指令接点ＢＯ−８４からな
り、そのうちＢＯはブレーキ力零指令、Ｂ１はブレーキ
力１ノツチ指令、Ｂ２はブレーキカ２ノツチ指令、Ｂ３
はブレーキ力３ノツチ指令、Ｂ４はブレーキ力４ノツチ
指令である。Ｂ４は排気ブレーキ指令、５２は排気ブレ
ーキオン・オフ回路である。

そして、これら補助加速指令スイッチＳ１およびブレー
キ指令スイッチＳ３と前記回転センサ３４との間に、所
定のプログラム制御を実行するマイクロコンピュータ５
３、ブレーキ力特性信号５４（第２図参照）を記憶する
メモリ５５、Ｉ１０インタフェース５６およびＤ／Ａ変
換回路５７等が設けられている。すなわち、このブレー
キ力発生手段は、ＣＰＵ５３がブレーキ指令接点ＢＯ−
８４のオン信号と回転センサ３４の出力。

つまり内燃機関の回転速度とを取込んで予めメモリ５５
に記憶されている第２図のブレーキ力特性信号５４を読
出してＩ１０インタフェース５６を通してＤ／Ａ変換回
路５７へ送出し、ここでアナログブレーキ力信号に変換
して出力する機能を持っている。なお、ブレーキ力特性
信号５４は、例えば内燃機関の回転速度が０〜ｄまでの
速度範囲ではかご形誘導機３１の磁束を一定に制御して
定トルク特性を得、かつ、内燃機関の回転速度がｄを越
えたときには回転速度の上昇に伴ってブレーキ力を徐々
に減少させてかご形誘導機３１の磁束を弱めて出力電圧
を一定に制御する。いわゆる定出力特性を得るようなブ
レーキ力信号を出力する。

一方、前記クラッチ踏込み全信号発生手段６０は、クラ
ッチペダル６１と、このクラッチペダル６１の踏込み角
度に応じて変化する電気信号を出力するポテンシオメー
タ６２と、このポテンシオメータ６２の出力に応じた「
０」〜「１」の倍率信号、つまりブレーキ力低減信号６
３を発生するブレーキ力低減信号発生部６４とで構成さ
れている。このブレーキ力低減信号６３は例えばクラッ
チペダル６１を踏込み川めた８点から徐々に弱まり初め
、クラッチが離れるｂ点で零となるパターンである。ク
ラッチペダル６１の０点はクラッチペダル６１のストロ
ークエンドである。そして、前記ブレーキ力発生手段の
出力とクラッチ踏込み全信号発生手段の出力とが乗算部
６５に送られ、ここで両信号を乗算して前記ブレーキ力
指令値５１２としてインバータ制御手段４０へ送出する
構成となっている。

次に、以上のように構成された装置の動作について説明
する。自動車の走行時、トランスミッションがニュート
ラルでなく従って接点Ｎ１が閉の状態で、かつ、アクセ
ルペダルを踏んでいないときつまり接点Ａ２が閉の状態
において、運転者がブレーキ指令スイッチＳ３の何れか
の接点８１〜Ｂ４を選択した時、ＣＰＵ５３はその選択
接点Ｂ１またはＢ２．Ｂ３．Ｂ４のオン信号と回転セン
サ３４のエンジン回転速度とに基づいてメモリ５５のブ
レーキ力特性信号５４からブレーキ力を読出してＩ１０
インタフェース５６およびＤ／Ａ変換回路５７を介して
乗算部６５へ送出する。このとき、クラッチペダル６１
を踏んでいないので、クラッチ踏込み全信号発生手段の
ブレーキ力低減信号発生部６４から倍率「１」なるブレ
ーキ力低減信号が出力されているので、乗算部６５から
はＤ／Ａ変換回路５７からの出力がそのままブレーキ力
指令値５１２としてインバータ制御手段４０へ送出され
る。

このインバター制御手段４０は、ブレーキ力指令値５１
２を受けて回転センサ３４の回転速度よりも遅い回転磁
束をステータ巻線１４に供給するように制御すれば、か
ご形誘導機３１は発電機として動作する。このとき、電
力検出器４９でインバータ３３の直流出力を検出しこの
直流出力を回転センサ３４の回転速度で除して得たブレ
ーキ力とブレーキ力指令値５１２とに基づいてフィード
バック制御すれば、ブレーキ力を制御できる。

しかして、以上のような装置を用いて大形自動車に適用
して実車走行によるテストを行ったところ、その制動時
にインバータ制御手段４０によりインバータ３３を制御
してかご形誘導機３１を発電機として動作させたとき、
その発電電力は最大１２０Ｋｗ〜１５０Ｋｗ発生してい
ることが確められた。そこで、この発電電力は第１のチ
ョッパ制御回路４２３を用いてトランジスタ４２４を制
御することにより、第１の二次電池４１へ回生充電する
。この第１の二次電池４１に充電しきれない電力はオン
指令によりスイッチ制御回路４５１からオン制御信号を
出力してトランジスタ４５３をオンすることにより、抵
抗器４５２で熱エネルギーとして放出する。

次に、以上のようにして第１の二次電池４１に充電した
後、接点Ｓ２を閉じ、かつ、ブレーキ指令スイッチＳ３
の接点ＯＦＦを選択操作してオフノツチとすると、ＣＰ
Ｕ５３はそのオフノツチ信号を検出してＩ１０インタフ
ェース５６からインバータオフ指令５１１が発生され、
インバータ制御手段４０に送出される。ここで、インバ
ータ制御手段４０はインバータ３３をオフ制御すれば、
かご形誘導機３１は無励磁となる。そして、このかご形
誘導機３１が発電機として動作していないとき、チョッ
パ制御回路４４３からオン・オフ制御信号をトランジス
タ４４４に与えると、第１の二次電池４１の電圧はりア
クドル４２６．ダイオード４６およびトランジスタ４４
４を通り、更にこのトランジスタ４４４．ダイオード４
４５およびリアクトル４４６の降圧チョッパ機能により
第２の二次電池４３へ充電を継続させることができる。

そして、この第２の二次電池４３の電圧は出力端子４７
から車両用電源として出力する。

従って、以上のような実施例の構成によれば、自動車の
制動時にかご形誘導機３１を発電機として動作させると
共に第１の充電制御回路４２で発［電力を第１の二次電
池４１に回生充電し、かつ、第１の二次電池４１の電圧
を第２の充電制御回路４４を用いて第２の二次電池４３
に充電するようにしたので、この第２の二次電池４３に
より容易に車両用電源を得ることができ、従来熱エネル
ギーとして捨てていた車両制動時のエネルギーを有効に
活用できる。また、通常の走行時にかご形誘導機３１を
無励磁とすることにより、走行時にかご形誘導機３１に
損失が生じない。従って、燃費を大幅に低減できる。

なお、上記実施例では交流機としてかご形誘導機３１を
用いたが、同期機を用いてもよい。その他、本発明はそ
の要旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施できる。

〔発明の効果〕

以上詳記したように本発明によれば、自動車の制動時、
交流機から発電電力を得てその電力を車両用電源に利用
することにより、発電運転時の交流機およびインバータ
の損失をなくし、よって、燃費の向上を図り得る自動車
の発電制御装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は本発明装置の一実施例を説明する
ために示したもので、第１図は装置全体の構成図、第２
図はブレーキ力指令値演算手段の動作を説明する図、第
３図ないし第５図は従来装置を説明するもので、第３図
は自動車の回転伝達系を示す図、第４図は回転伝達系と
かご形誘導機との関係を示す図、第５図は従来のリター
ダ装置の構成図である。 １・・・内燃機関、３１・・・かご形誘導機、３３・・
・インバータ、３４・・・回転センサ、４０・・・イン
バータ制御手段、４１・・・第１の二次電池回路、４２
・・・第１の充電制御回路、４３・・・第２の二次電池
、４４・・・第２の充電制御回路、４５・・・熱エネル
ギー放出回路、４８・・・電流検出器、４つ・・・電力
検出器、５０・・・ブレーキ力指令値演算手段、５４・
・・ブレーキ力特性信号、５５・・・メモリ、６１・・
・クラッチペダル、６３・・・ブレーキ力低減信号、６
４・・・ブレーキカ低減信号発生部、６５・・・乗算部
、Ｓ３・・・ブレーキ指令スイッチ、５１１・・・イン
バータオフ指令、２・・・ブレーキ力指令値。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 内燃機関の主軸に接続された交流機と、この交流機にイ
   ンバータを介して接続された第１および第２の二次電池
   と、制動時に前記インバータを制御して前記交流機を発
   電機として動作させるインバータ制御手段と、前記イン
   バータと第１の二次電池との間に設けられ前記交流機が
   発電機として動作しているときにその発電電力を第１の
   二次電池に回生充電する第１の充電制御回路と、前記イ
   ンバータと第２の二次電池との間に設けられ第１の二次
   電池に蓄えられた電力を第２の二次電池に充電する第２
   の充電制御回路とを備えたことを特徴とする自動車の発
   電制御装置。