JPH0241603A

JPH0241603A - 電気車の回生制動制御回路

Info

Publication number: JPH0241603A
Application number: JP18789188A
Authority: JP
Inventors: Yoshimitsu Yamada; 山田　佳充
Original assignee: Suzuki Motor Corp
Current assignee: Suzuki Motor Corp
Priority date: 1988-07-27
Filing date: 1988-07-27
Publication date: 1990-02-09
Anticipated expiration: 2013-01-21
Also published as: JP2701340B2

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、電気車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気車の省エネ
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、電源側に戻すという技術である
。

第６図に従来例を示す。この第６図の従来例は、直流モ
ータ５１と、モータ電流を検出するためのシャント抵抗
器５２と、このシャント抵抗器５２で検出された電流値
とある設定値とを比較するコンパレータ５３と、このコ
ンパレータ５３の出力パルスにより動作するワンショッ
トマルチパイプレーク５４とを備えている。さらに、こ
のワンショットマルチパイプレーク５４の出力を増幅す
るフォトカブラアンプ５５と、このフォトカブラアンプ
５５の出力によりスイッチング動作をする切換制御手段
とじてのパワートランジスタ５６とが、前述したシャン
ト抵抗器５２及び直流モータ５１に直列接続されている
。

この従来例では、コンパレータ５３と、ワンショットマ
ルチバイブレーク５４と、フォトカプラアンプ５５とに
よって切換信号出力回路７０が構成されている。

一方、回生制動時に直流モータ５１で発電された電気エ
ネルギーを界磁コイルに一時的に貯えるためにパワート
ランジスタ５６とダイオード５８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５１に対して回生制動トルクを発生さ
せ、これよってバッテリ５７を充電するためのダイオー
ド５９が装備されている。ダイオード５８．５９を含む
各直流モータ回路部は、パワートランジスタ５６のオン
またはオフの動作によってそのいづれかのモードが切換
選択されるようになっている。

次に上記従来例の動作について説明する。

電気車の走行時にアクセルを戻したり、ブレーキを踏ん
だりした場合、直流モータ５１は車輪の運動エネルギー
を電気エネルギーに変換、すなわち発電作用をする。そ
の時のモータ電流はシャント抵抗器５２で検出され、こ
の検出信号はコンパレータ５３の入力信号となり、ある
基準電圧ＶＳＩと比較される。検出信号が基準電圧Ｖ３
１より大きくなると、パルス信号がコンパレータ５３か
ら出力される。そして、このコンパレータ５３のパルス
信号によって、ワンショットマルチバイブレーク５４か
ら一定のデユーティ比をもつパルス信号が出力される。

このパルス信号はさらにフォトカプラアンプ５５で第７
図（ａ）に示されるような波形に増幅され、パワートラ
ンジスタ５６のゲート入力となる。このゲート入力が“
ハイ゛レベルであれば、パワートランジスタ５６は導通
し、界磁コイルに電気エネルギーが蓄えられる。

一方、パワートランジスタ５６のゲート入力が“ロー°
”レベルであれば、パワートランジスタ５６は遮断され
、蓄積された電気エネルギーによって回生電流が流れる
ため直流モータ５１に制動トルクが生じ、さらにバッテ
リ５７が充電される。

したがって、モータ電流の波形は第７図（ｂ）のように
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、放電末期のよう
にバッテリ５７の電圧が低い場合に、第８図（ｂ）に示
すように、回生制動時のモータ電流の減少がゆるやかと
なり、ワンショットマルチバイブレーク５４の出力パル
スの１１ロー”ルベル時間は一定なので、モータ電流が
０になる前に、ワンショットマルチバイブレーク５４の
出力パルスは“ハイ゛レベルとなり、モータ電流はすぐ
にピーク値に達するため、ワンショットマルチバイブレ
ーク５４の出力パルスは“°ロールレベルとなる。

つまり、パワートランジスタ５６のゲート電圧は第８図
（ａ）に示すように“°ハイ゛レベルの時間が短い高周
波となり、モータ電流の立上がりがするどく、また、パ
ワートランジスタ５６のオン・オフ切換が頻繁となり、
このため、スイッチングロスが増えたり、場合によって
は、パワートランジスタ５６が破壊されるという不都合
が生じていた。

一方、この不都合を防止するために、コンパレータ３の
基準電圧Ｖ　３１の値を下げることによって第９図（ａ
）に示すように、パワートランジスタのゲート入力波形
の周波数を低くしている。しかしながら、この方法では
第９図（ｂ）に示すように、モータ電流のピーク値が低
いため、必然的に回生制動トルクが小さくなるという不
都合を有している。

〔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
、とくに放電末期等のバッテリ電圧低下時にあっても回
生制動力を十分に確保し得るとともにパワートランジス
タの破壊を有効に減少せしめることか可能な電気車の回
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〕

本発明では、制動操作時に直流モータにて発生する電気
エネルギを蓄積する第１の回路と、蓄積された電気エネ
ルギに起因して生じる回生電流に一よりバッテリを充電する第２の回路とを有している。ま
た、直流モータに流れる電流に対応して所定の制御信号
を出力する切換信号出力回路と、この切換信号出力回路
の出力信号によって前記第１の回路、又は第２の回路の
いずれかを切換選択する切換制御手段とを備えている。

そして、バッテリのバッテリ電圧が所定のしきい値以下
の場合には、直流モータの回転数が予め定めたある値以
下になるまで回生制動の開始を遅延せしめる回生制動遅
延回路を切換制御手段の入力段側に併設する、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〕

走行時から制動に移った場合に、その時のバッテリ電圧
がある値以上であれば、通常の回生制動が行われるが、
バッテリ電圧がある値以下であれば、回生制動遅延回路
がそれを検知し、切換信号出力回路と切換制御手段を切
り離す。このため、回生制動は行われず、この間にバッ
テリは外部から電力の供給を受ける。そして、バッテリ
電圧がある一定値以上になると、回生制動遅延回路がそ
れを検知し、切換信号出力回路と切換制御手段を接続す
ることによって回生制動を開始する。

〔発明の実施例〕

以下、本発明の一実施例を第１図ないし第５図に基づい
て説明する。

ここで、前述した従来例と同一の構成要素については同
一の符号を用いるものとする。

第１図の実施例は、制動操作時に直流モータ５１にて発
生する電気エネルギーを蓄積する第１の回路４０と、所
定の場合に蓄積された電気エネルギーに起因して生じる
回生電流によりバッテリ５７を充電する第２の回路５０
と、直流モータ５１のモータ電流に対応して所定の制御
信号を出力する切換信号出力回路６０と、この切換信号
出力回路６０の出力信号によって前記第１の回路４０又
は第２の回路５０のいずれかのモードを切換選択する切
換制御手段としてのパワートランジスタ５６とを備えて
いる。

この内、第１の回路４０は、具体的には、直流モータ５
１と、この直流モータ５１に直列接続されたシャント抵
抗器５２と、パワートランジスタ５６と、ダイオード５
Ｂとにより構成されている。

また、第２の回路５０は、直流モータ５１とダイオード
５８とバッテリ５７とダイオード５９とシャント抵抗器
５２とが直列接続されて構成されている。

前記シャント抵抗器５２は、コンパレータ５３の入力側
にも接続されており、このコンパレータ５３の出力段に
は、ワンショットマルチバイブレーク５４が併設されて
いる。

このワンショットマルチバイブレーク５４の出力側には
、アナログスイッチ１９を介して、フォトカプラアンプ
５５が配設され、このフォトカプラアンプ５５の出力側
が、前記パワートランジスタ５６のゲートに接続されて
いる。

本実施例では、これらのコンパレータ５３．ワンショッ
トマルチバイブレーク５４．アナログスイッチ１９、及
びフォトカプラアンプ５５とによって切換信号出力回路
６０が構成されている。

更に、本実施例では、バッテリ５２のバッテリ電圧が所
定のしきい値以下の場合には、直流モータ５１の回転数
が予め定めたある値（例えば３５００ｒｐｍ）以下にな
るまで回生制動を遅延せしめる回生制動遅延回路３０が
、アナログスイッチ１９に併設されている。

この回生制動遅延回路３０は、直流モータ５１のアーマ
チュアシャフトに取付けられたリングギアを有するフラ
イホイール１０と、このフライホイール１０に近接して
設置されたパルスピックアップ１１と、このパルスピッ
クアップ１１の出力段に配設された周波数電圧変換アン
プ１２と、この周波数電圧変換アンプ１２の出力段に配
設されたコンパレータ１３と、バッテリ５７の電圧を入
力とするもう一つのコンパレータ１４とを有している。

さらに、このコンパレータ１４の出力段にはフリップフ
ロップ素子１５が設けられ、更にこのフリップフロップ
素子１５の出力段にはＮＡＮＤゲート素子１６が設けら
れている。そして、このフリップフロップ素子１５の出
力は前記コンパレータ１３の出力とともにＮＡＮＤゲー
ト素子１６の入力となっており、ＮＡＮＤゲート素子１
６の出力は抵抗１７を介してアナログスイッチ１９の制
御信号となるとともに、ダイオード１８を介してフリッ
プフロップ素子１５の入力に帰還されている。

次に、上記実施例の動作について説明する。

直流モータ５１のアーマチュアシャフトに取付けられた
フライホイール１０は、直流モータ５１と連動して回転
する。また、フライホイール１０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１１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５１の回転数に比例した周波数パルスが得ら
れる。

更に、この周波数パルスは周波数電圧変換アンプ１２に
より第３図に示すように周波数に比例した直流信号電圧
に変換および増幅される。

そして、この直流信号電圧は、直流モータ１の回生制動
開始の回転数（例えば３５００ｒｐｍ）に相当する基準
電圧ＶＳ３とコンパレータ１３で比較され、第４図（ｅ
）に示すように基準電圧ＶＳ３より小さい場合（例えば
、直流モータｌの回転数が３５０Ｏｒｐｍ以下）、コン
パレータ１３からＩＩ　ＯＩ＋レベル信号が出力される
。

一方、モラーつのコンパレータ１４では、バッテリ電圧
とある基準電圧■ｓ□（例えば８０■）とが比較され、
第４図（ｂ）に示すようにバッテリ電圧が基準電圧ＶＳ
２以下（例えば８０Ｖ以下）の場合には、第４図（ｃ）
に示すようにコンパレータ１４から“°ロー“レベル信
号が出力される。また、−度“°ロー゛レベルになると
、バッテリ電圧が基準電圧ＶＳ２よりも高いある電圧（
例えば９０■）以上にならないと、コンパレータ１４の
出力は゛ハイ”ルベルにならないようになっている。

しかも、このコンパレータ１４の出力信号はフリップフ
ロップ素子１５にラッチされるので、第４図（ｄ）に示
すように、いったんバッテリ電圧が基準電圧■ｓ□以下
になると、フリップフロップ素子１５からは、“ハイ“
レベルが出力される。したがって、第４図（ｆ）に示す
ようにＮＡＮＤゲート素子１６の出力は、フリップフロ
ップ素子１５とコンパレータ１３の出力がどちらも°“
ハイ°“レベルの場合だけ°“ロー°“レベルとなる。

しかも、アナログスイッチ１９は、入力信号が“ハイ“
レベルの場合にオン、１“ロー”レベルの場合にオフ動
作をするものなので、つまり、第４図（ｇ）に示すよう
に直流モータ５１の回転数が回生制動開始の基準回転数
（例えば３５００ｒｐｍ）以下となるまで、回生制動は
行われず、その間にバッテリの電圧回復が行われる。そ
して、直流モータ５１の回転数が基準値（例えば３５０
０ｒｐｍ）以下になると、回生制動が行われるが、その
時には、すでにバッテリの電圧は回復しているので、パ
ワートランジスタのオン時間は長くなり、制動トルクを
十分大きくとることができる。

第５図（ｂ）に示すように、バッテリの電圧が基準電圧
（例えば８０ｖ）以下にならない場合には、第５図（ｃ
）に示すようにコンパレータ１４の出力は“′ハイ゛レ
ベルのままである。したがって、フリップフロップ１５
の出力は第５図（ｄ）に示すように°“ロー“レベルの
ままである。また、コンパレータ１３の出力は第５図（
ｅ）に示すように直流モータ５１の回転数が基準値（例
えば３５００ｒｐｍ）以上では“ハイ”レベルである。

したがって、ＮＡＮＤゲート素子１６の出力は第５図（
ｆ）に示すように常に“ハイ”レベルとなる。つまり、
アナログスイッチ１９はオン状態のままであるので、第
５図（ｇ）　（ｈ）に示すように通常の回生制動が行わ
れる。

〔発明の効果〕

本発明は、以上のように構成され機能するので、これに
よると、放電末期のようにバッテリ電圧が所定のしきい
値以下に低下した時に制動を行う場合に、回生制動遅延
回路の作用によりモータの回転数が予め定めたある値に
なるまで回生制動の開始時期を遅延せしめることが出来
る。これがため、モータ電流制限値を低めに設定する必
要がないので、十分な回生制動力を確保することが出来
、パワートランジスタのオン・オフの切換の時間的間隔
を長く即ち頻度を低（することが出来、これによりパワ
ートランジスタの破損等を有効に減少せしめることが出
来るという従来にない優れた電気車の回生制動制御回路
を提供することが出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す構成図、第２図は第１
図の直流モータ回転数とパルスピックアンプ出力周波数
の関係図、第３図は第１図の周波数電圧変換アンプの入
出力特性図、第４図（ａ）〜（ｈ）および第５図（ａ）
〜（ｈ）は第Ｆ図の直流モータ回転数、バッテリ電圧、
コンパレータの出力電圧フリップフロップ素子の出力電
圧、ＮＡＮＤゲート素子の出力電圧、パワートランジス
タのゲート入力電圧、モータ電流の時間変化図、第６図
は従来例を示す構成図、第７図、第８図、第９図は第６
図のパワートランジスタゲート入力電圧およびモータ電
流の時間変化図を示す。３０・・・回生制動遅延回路、４０・・・第１の回路、
５０・・・第２の回路、５１・・・直流モータ、５６・
・・切換制御手段としてのパワートランジスタ、５７・
・・バッテリ、６０・・・切換信号出力回路。ト、−り刊曾メ第７図第８図第７図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）、制動操作時に直流モータにて発生する電気エネ
ルギを蓄積する第１の回路と、前記蓄積された電気エネ
ルギに起因して生じる回生電流によりバッテリを充電す
る第２の回路とを有し、前記直流モータに流れる電流に
対応して所定の制御信号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信号によって前記第１の
回路又は第２の回路のいずれかを切換選択する切換制御
手段とを備えてなる電気車の回生制動制御回路において
、前記バッテリのバッテリ電圧が所定のしきい値以下の場
合には、前記直流モータの回転数が予め定めたある値以
下になるまで回生制動の開始を遅延せしめる回生制動遅
延回路を前記切換制御手段の入力段側に併設したことを
特徴とする電気車の回生制動制御回路。