JPH0236701A - 電動車輛の回生制動制御回路 - 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、電動車輛の回生制動制御回路に係り、とくに
、滑らかな制動を得るための電動車輛の回生制動制御回
路に関する。

〔従来の技術〕

回生制動は、直流モータを駆動手段とする電動車輛の省
エネルギー手段の一つとして広く用いられている。これ
は、アクセルを戻したり、ブレーキを踏んだりした場合
に減速するだけでなく、直流モータの運動エネルギーを
電気エネルギーに変換し、電源側に返すという技術であ
る。

第９図に従来例を示す。この第９図の従来例は、直流モ
ータ１と、制動時に当該直流モータによって発生した電
力によって流れる電流を検出するためのシャント抵抗器
２と、検出された電流を増幅するためのオペアンプ３と
、この増幅された電流のピークを検出するためのコンパ
レータ４と、コンパレータ４の出力パルスＰ１により動
作するワンショットマルチバイブレーク５とを備えてい
る。

ここで、ワンショットマルチバイブレーク５は、デユー
ティ比が一定の出力電圧Ｐ７を出力することが出来るよ
うになっている。

このワンショットマルチバイブレーク５の出力Ｐ７はフ
ォトカプラアンプ６にて増幅される。そして、このフォ
トカプラアンプ６の出力Ｐ、によってオン・オフ動作す
るパワートランジスタ７が、前述した直流モータ１及び
シャント抵抗器２に直列接続されている。一方、回生制
動時に直流モータ１で発電された電気エネルギーを界磁
コイル１ａに一時的に蓄えるためにパワートランジスタ
７とダイオード１０が装備されている。

また、この−時的に蓄えられた電気エネルギーによって
前述した直流モータ１に対して回生制動トルクを発生さ
せ、これによってバッテリ８を充電するためのダイオー
ド９が装備されている。ダイオード９．１０を含む各直
流モータ回路部は、パワートランジスタ７のオン又はオ
フの動作によってそのいずれかのモードが切換選択され
るようになっている。

そして、制動操作時に直流モータ１にて発生した電流は
、シャント抵抗器２で検出され、オペアンプ３で増幅さ
れる。この増幅された検出信号Ｐ。はコンパレータ４で
、ある基準電圧Ｖ、と比較され、基準電圧■、より大き
くなると、第１０図（ｂ）に示すように立ち下がるパル
ス信号Ｐ、がコンパレータ４から出力される。このパル
ス信号Ｐ、によって、ワンショットマルチバイブレーク
５が動作し、第１０図（ｃ）に示すように一定のデユー
ティ比をもつパルス信号Ｐ７を出力する。

このパルス信号Ｐ７はフォトカプラアンプ６で増幅され
、その増幅されたパルス信号Ｐａが「ハイ」レベルの間
はパワートランジスタ７がオン状態になり、界磁コイル
１ａに電気エネルギーが蓄積される。一方、前記パルス
信号Ｐ８が「ローコレベルの間はパワートランジスタ７
がオフ状態になり、蓄積された電気エネルギによって第
１０図（ｄ）に示すような回生電流が流れるため制動ト
ルクが生じ、バッテリ８が充電される。

従って、直流モータ１のモータ電流の波形は第１０図（
ａ）に示すようにピークをもつ形状となる。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、上記従来例においては、ワンショットマ
ルチバイブレータ５の出力パルスＰ、のデユーティ比が
一定であるために、高速走行時や低速走行時では、界磁
コイルに蓄えられる電気エネルギが大きくなる。

このため、第１１図に示されるように制動トルクが大き
くなって、走行状態から回生制動に移る場合には、急ブ
レーキをかけたようなショックを惑したり、特に高速走
行時には車輪が一瞬ロツクされるという事態も生じ、操
作性が悪いという不都合があった。

（発明の目的〕 本発明の目的は、かかる従来例の有する不都合を改善し
、とくに、高速走行時から回生制動に移る場合に滑らか
な制動が得られる電動車輛の回生制動制御回路を提供す
ることにある。

〔課題を解決するための手段〕

制動操作時に直流モータにて発生ずる所定の電力を貯え
、若しくは一定の条件のもとにバッテリを充電するバッ
テリ充電回路と、前記発生電力により流れる電流に対応
して所定のデユーティ比の制御パルスを出力する切換信
号出力回路と、この切換信号出力回路の出力によって前
記充電回路をオン・オフ動作せしめる切換制御手段とを
備えた電動車輛の回生制動制御回路において、切換信号
出力回路に、当該切換信号出力回路から出力される制御
パルスのデユーティ比を調整するデユーティ比調整手段
を併設し、このデユーティ比調整手段が、直流モータの
高速回転時および低速回転時に、前記制御パルスのデユ
ーティ比を小さく設定するデユーティ比調整機能を備え
る、という構成を採っている。これによって前述した目
的を達成しようとするものである。

〔作　　用〕

高速走行時から制動に移ると、デユーティ比調整手段に
より制御パルスのデユーティ比は小さくなる。そのため
、切換制御手段のオン状態が短く、オフ状態が長くなる
。つまり、バッテリ充電回路のオン状態が長く、オフ状
態が短くなる。従って、回生電流は小さく、制動トルク
も小さくなるのでゆるやかな制動がかかる。

速度が低下し、直流モータの回転数が沖程度になると、
デユーティ比調整手段により制御パルスのデユーティ比
は大きくなる。そのため、切換制御手段のオン状態が長
く、オフ状態が短くなる。

つまりバッテリ充電回路のオン状態が短く、オフ状態が
長くなる。従って、回生電流は大きく、制動トルクも大
きくなるので大きな制動がかかる。

さらに速度が低下し、直流モータの回転数が小さくなる
と、デユーティ比調整手段により制御パルスのデユーテ
ィ比は小さくなる。そのため、切換制御手段のオン状態
が短く、オフ状態が長（なる。

つまりバッテリ充電回路のオン状態が長く、オフ状態が
短くなる。従って、回生電流は小さく、制動トルクも小
さくなるので、ゆるやかな制動がかかる。

〔発明の実施例〕

以下、本発明の一実施例を第１図ないし第６図に基づい
て説明する。

この第１図の実施例では、制動操作時に直流モータにて
発生する所定の電力を貯える回路は、シャント抵抗器２
とパワートランジスタ７とダイオード１０と直流モータ
１が直列接続されている。

また、一定の条件のもとにバッテリを充電するバッテリ
充電回路は、直流モータ１とダイオード１０とバッテリ
８とダイオード９とシャント抵抗器２が直列接続されて
いる。

そして、前記発生電力により流れる電流に対応し所定の
デユーティ比の制御パルスを出力する切換信号出力回路
として、ワンショットマルチバイブレータ５が設けられ
、増幅アンプ３とコンパレータ４を介してシャント抵抗
器２と接続されている。

このワンショットマルチバイブレーク５の前段ＮＡＮＤ
ゲート素子５１は抵抗５３と電源電圧■ｃｃでプルアッ
プされたコンパレータ４の出力Ｐ。

を信号入力側端子の入力Ｐｚとし、この前段ＮＡＮＤゲ
ート素子５１の出力Ｐ４はコンデンサ５５を介して後段
ＮＡＮＤゲート素子５２の信号入力側端子の入力Ｐ、と
なっている。さらに、この人力Ｐ、はダイオード５６お
よび抵抗５４を介して接地されている。また、後段ＮＡ
ＮＤゲート素子５２の他方の入力Ｐ、は電源電圧ＶＣＣ
であり、後段ＮＡＮＤゲート素子５２の出力Ｐ、がこの
ワンショットマルチバイブレーク５の出力であるととも
に、前段ＮＡＮＤゲート素子５１の他方の入力Ｐ３とも
なっている。

このワンショットマルチバイブレーク５の出力Ｐｔはフ
ォトカブラアンプ６を介して、前記充電回路をオン・オ
フ動作せしめる切換制御手段であるパワートランジスタ
７のゲート入力となっている。

さらに、ワンショットマルチバイブレーク５に、当該ワ
ンショットマルチバイブレーク５から出力される制御パ
ルスＰ、のデユーティ比を調整するデユーティ比調整手
段２０が併設されている。

すなわち、直流モータ１のアーマチュアシャフトｉｂに
リングギアを有するフライホイール２１が取付けられ、
またこのフライホイール２１に近接してパルスピックア
ップ２２が設置され、このパルスピックアップ２２の出
力ＰＩＧは周波数電圧変換アンプ２３の入力となってい
る。さらに、この周波数電圧変換アンプ２３の出力ｐＨ
は分岐し、特性の異なる２つの並列接続されたオペアン
プ２４．２５の入力Ｐｌ　２＋　　Ｐ　Ｉ　２となり、
それらオペアンプ２４．２５の出力Ｐ１４．　　ＰＩ５
はそれぞれダイオード２６．２７を介して結線され、さ
らに抵抗２９を芥して接地されていると同時に、ダイオ
ード２８を介して、ワンショットマルチバイブレータ５
の後段ＮＡＮＤゲート素子５２の信号入力側端子に接続
されている。

次に、上記実施例の動作について説明する。

直流モータ１のアーマチュアシャフト１ｂに取りつけら
れたフライホイール２１は、直流モータ１と連動して回
転する。また、フライホイール２１にはリングギアが設
けであるためにパルスピックアップ２２でリングギアの
凹凸の周期を測定することにより、第２図に示すように
直流モータ１の回転数に比例した周波数のパルスＰＩＧ
を得ることができる。さらにこのパルスピックアップ２
２の出力である周波数パルスＰ１゜は、周波数電圧変換
アンプ２３により第３図に示すように周波数に比例した
直流電圧に変換・増幅される。

そして、この周波数電圧変換アンプ２３の出力である直
流電圧Ｐｌ＋は、分岐しそれぞれオペアンプ２４．２５
の入力となる。ここで、一方のオペアンプ２４は第４図
に示すように、入力電圧が低い場合には出力電圧は高く
、入力電圧が高くなるにつれて入力電圧に反比例して出
力電圧が低くなるという特性を持っている。また、他方
のオペアンプ２５は第５図に示すように、入力電圧が低
い場合には出力電圧は、はぼ電源電圧■。、の半分と一
定であるが、入力電圧がさらに増加すると、出力電圧も
入力電圧に比例して増加するという特性を有している。

従って、オペアンプ２４．２５の入力電圧が小さいかま
たは大きい場合すなわち、直流モータの回転数が低い場
合や高い場合には、ダイオード２日の出力側の電圧が入
力側の電圧より高くなり、ワンショットマルチバイブレ
ークのコンデンサ５５からの放電電流は抵抗２９を介し
ては流れにくくなり、ワンショットマルチバイブレーク
５の抵抗５４を介してのみ放電され、第６図（ａ）に示
すようなゆるやかな電圧降下を生じる。

一方、各オペアンプ２４．２５の入力電圧が中位すなわ
ち、直流モータの回転数が中位の場合には各オペアンプ
２４．２５の出力電圧は低（、そしてダイオード２８の
出力側の電圧は入力側の電圧より低いため、ワンショッ
トマルチバイブレーク５の抵抗５４だけでなく、ダイオ
ード２８の出力側にある抵抗２９にも、コンデンサ５５
からの放電電流が流れ、第６図（ｂ）に示すように急激
な電圧降下を生じる。

このように、直流モータ１の回転数が変化すると、ワン
ショットマルチバイブレーク５のコンデンサ５５の放電
時間が変化し、ワンショットマルチバイブレータ５の後
段ＮＡＮＤゲート素子５２の入力信号電圧の波形が変化
するため、ワンショットマルチバイブレーク５の出力パ
ルスのデユーティ比が変化する。つまり、直流モータ１
の回転数が低いか高い場合には、第７図（ａ）に示すよ
・）にデユーティ比が小さくなり、「ハイ」レベルの時
間が短くなる。また、直流モータ１の回転数が中位の場
合には、第７図（ｂ）に示すようにデユーティ比が大き
くなり、「ハイ」レベルの時間が長くなる。

これによって、パワートランジスタ７のオン・オフ時間
が変化し、デユーティ比が小さい場合には、界磁コイル
に電気エネルギーを蓄える時間が短いために、回生電流
が小さくなり、制動トルクも小さくなる。また、デユー
ティ比が大きい場合には、界磁コイルに電気エネルギー
を蓄える時間が長いために、回生電流は大きくなり制動
トルクも大きくなる。

従って、第８図に示すように高速走行時に制動に移ると
、先ずゆるやかな制動トルクが生じて徐々に直流モータ
の回転数が下がり、それにつれて制動トルクが大きくな
って、しだいに大きな制動がかかり、低速になると再び
ゆるやかな制動になる。

〔発明の効果〕

以上のように本発明によると、デユーティ比調整手段を
切換信号出力回路に併設したので、その作用により切換
信号出力回路から出力される制御パルスのデユーティ比
を調整することができ、これがため高速走行時あるいは
低速走行時における制動を滑らかにし、操作性を良くす
ることができるという従来にない優れた電動車輛の回生
制動制御回路を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す回路図、第２図は第１
図内の直流モータの回転数とパルスピックアップの出力
周波数の関係を示す線図、第３図は第１図の周波数電圧
変換アンプの入出力特性を示す線図、第４図および第５
図はそれぞれ第１図の２つのオペアンプの入出力特性を
示す線図、第６Ｅ（ａ）、（ｂ）は第１図のワンショッ
トマルチバイブレークの中間出力波形を示す線図、第７
図（ａ）、（ｂ）はワンショットマルチバイブレータの
出力波形図、第８図は本発明の一実施例における制動ト
ルクと直流モータ回転数の関係を示す線図、第９図は従
来例を示す回路図、第１０図（ａ）−（ｄ）はそれぞれ
第９図におけるモータ電流、コンパレータ出力電圧、ワ
ンショットマルチバイブレータ出力電圧、回生電流の波
形図、第１１図は従来例における制動トルクと直流モー
タ回転数の関係を示す線図である。 １・・・・・・直流モータ、５・・・・・・切換信号出
力回路（ワンショットマルチバイブレータ）、７・・・
・・・切換制御手段（パワートランジスタ）、８・・・
・・・バッテリ、２０・・・・・・デユーティ比調整手
段。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）、制動操作時に直流モータにて発生する所定の電
   力を貯え、若しくは一定の条件のもとにバッテリを充電
   するバッテリ充電回路と、前記発生電力により流れる電
   流に対応して所定のデューティ比の制御パルスを出力す
   る切換信号出力回路と、この切換信号出力回路の出力に
   よって前記充電回路をオン・オフ動作せしめる切換制御
   手段とを備えた電動車輛の回生制動制御回路において、
   前記切換信号出力回路に、当該切換信号出力回路から出
   力される制御パルスのデューティ比を調整するデューテ
   ィ比調整手段を併設し、このデューティ比調整手段が、
   直流モータの高速回転時および低速回転時に、前記制御
   パルスのデューティ比を小さく設定するデューティ比調
   整機能を備えていることを特徴とした電動車輛の回生制
   動制御回路。