JPH03117332A - 充電回路 - 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、充電回路に関し、特に、発電機により蓄電池
に充電する充電回路に関する。

（従来の技術及び解決すべき課題） 内燃エンジンが全盛の今日、電気鉄道を除く殆どの車両
が内燃機関をその動力源としている。各国における自動
車の普及率が高くなり、炭化水素（ＨＣ）を燃料とした
内燃機関搭載車の走行台数が巨大になるに伴い、燃焼生
成ガスによる酸性雨、湖沼の酸性化、ＣＯ！等に起因す
る自然環境の破壊、ＮＯｘ、Ｃｏ、ＨＣ１騒音、振動等
に起因する生活環境の破壊、石油、白金等の貴重な資源
の枯渇化等の多くの問題が深刻となりつつある。しかも
、内燃機関自体は完成品に近く、熱効率の向上は多くを
望むことが極めて困難である。

そこで、電動機と蓄電池とを搭載した電気自動車が研究
されているが、蓄電池の容量、重量、寿命、価格及び電
動機の単位重量当たりの出力の増大等の克服すべき多く
の困難な問題があり、近未来において電気自動車が完全
にガソリン車の代替車となることは極めて困難である。

しかしながら、電気自動車は近距離実用車として徐々に
使用されつつある。

（発明が解決すべき課題） ところで電気自動車は、電動機がそのまま発電機になる
性格から制動エネルギの回収とその再利用即ち、回生制
動が極めて重要となってくる。ところが、電気自動車を
近距離実用車として使用するときには、低速走行が主体
となるためにどうしても回生可能範囲が狭くなり、電気
自動車の利点を制限する大きな要因となっている。

即ち、蓄電池電圧は、電機子での逆起電圧と種々の電圧
降下（ブラシ、トランジスタコレクタ損失、電機子、リ
アクトルでの銅損等）との和よりも高くなければ電動機
を駆動することができない一方、発電機としての発電電
圧は、この逆起電圧以上になることはない。このため低
速走行時には充電が不能となり、必要な制動力が得られ
なくなり、機械ブレーキが必要となる。

機械ブレーキの作動には倍力装置を必要とすることが多
（、ガソリン車では吸気負圧を利用した倍力装置・マス
タバックが使用されているが、電気自動車ではガソリン
車のように負圧源がないために別途減圧ポンプを必要と
し、電力の回収が出来ないばかりでな（、当該減圧ポン
プを駆動するために却って電力を消費するという結果に
なっている。

本発明は上述の点に鑑みてなされたもので、発電機の低
速回転時においても発電した電力を有効に蓄電池に充電
することが可能な充電回路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） 上記目的を達成するために本発明によれば、直流発電機
により発電した電力を蓄電池に充電する充電回路におい
て、前記直流発電機の電機子回路に、リアクトルとスイ
ッチング回路から成る昇圧回路を設けた構成としたもの
である。

（作用） 昇圧用のスイッチング回路は、発電機の電機子回路に接
続されたりアクドルに流れる電流をオン−オフ制御し、
オン時に当該リアクトルに発電された電力を電磁エネル
ギとして蓄え、オフ時に当該リアクトルに蓄えた電磁エ
ネルギを放出して蓄電池に供給する。リアクトルはオン
からオフとなる時に極めて高い電圧を発生することがで
きるため、必要な充電電圧を確保できる。これにより発
電機の回転速度が低下して、発電電圧が低下しても蓄電
池を充電することが可能となる。

（実施例） 以下本発明の一実施例を添付図面に基づいて詳述する。

第１図は本発明を適用した電気自動車の電動機駆動回路
を示し、電動機としては、電動機運転と同じ接続のまま
で回生制動を行っても正しい極性で発電することができ
る分巻電動機が使用されている。図において、蓄電池Ｂ
は、容量及び端子電圧が同じ第１及び第２の蓄電池Ｂ１
及びＢ！と、これらを直列−並列接続に切り替える蓄電
池直並列切換器（Ｐ／５Ｂ）１とを備えており、一方の
蓄電池Ｂ＋の十電極は線２０に、−電極は蓄電池直並列
切換器ｌに、他方の蓄電池Ｂ２の十電極は蓄電池直並列
切換器１に、−電極は線２２に夫々接続されている。ま
た、蓄電池直並列切換器１は線２０．２２に接続されて
いる。

線２０と２１との間には、コンタクタ２が接続されてお
り、線２０は接点２ａに、線２１は接点２ｂに接続され
ており、接点２ｃと２ｄとは接続されている。コンデン
サＣの子端子はコンタクタ２の接点２ｃに、一端子はコ
ンタクタ３を介して線２２に夫々接続されている。抵抗
Ｒは一端がコンタクタ２の接点２ｃに、他端が蓄電池Ｂ
＋の＋端子に夫々接続されている。そして、これらのコ
ンデンサＣと抵抗Ｒとにより平滑回路が形成される。

分巻電動機（以下単に「電動機Ｊという）４の電機子Ａ
の一方のブラシ４ａは線２１に、他方のブラシ４ｂはり
アクドルＬを介してスイッチング回路ＩＯのトランジス
タＴｒｉのコレクタに接続されている。このトランジス
タＴｒｉのベースは制御回路（ＢＤＣ）１１に、エミッ
タは線２２に接続され、コレクタと線２Ｉとの間には電
機子ＡとリアクトルＬとの直列回路に並列にフリーホイ
リングダイオードＦ　Ｄ　Ｉが接続されている。ダイオ
ードＤＩのカソードはブラシ４ｂとりアクドルＬとの接
続点に、アノードは線２２に接続されており、ダイオー
ドＤ２のカソードはリアクトルＬとトランジスタＴｒｉ
のコレクタとの接続点に、アノードは線２２に接続され
ている。

界磁コイルＦは、コイルＦ１とＦ！とに２分割されてお
り、一方のコイルＦ１の一端は線２１に、他端は界磁直
並列切換器（Ｐ／５Ｆ）５に接続され、他方のコイルＦ
２の一端は界磁直並列切換器５に、他端はスイッチング
回路１２のトランジスタＴｒ２のコレクタに接続されて
いる。また、界磁直並列切換器５は線２１とトランジス
タＴｒ２のコレクタに接続されている。更に、界磁コイ
ルＦにはフリーホイリングダイオードＦＤ、が並列に接
続されている。トランジスタＴｒ２のベースは制御回路
１３に、エミッタは線２２に接続されている。

電機子ＡとリアクトルＬとの直列回路にはスイッチング
回路１４が並列に接続されている。このスイッチング回
路１４のトランジスタＴｒ３のコレクタは線２１に、ベ
ースは制御回路１５に、エミッタはりアクドルＬとトラ
ンジスタＴｒ２のコレクタとの接続点に夫々接続されて
いる。そして、このスイッチング回路１４とリアクトル
Ｌとより昇圧回路が構成されている。制御回路１５は、
車速か所定車速例えば、３０　ｋｍ／ｈ以下に減速した
時に作動し、車速に応じて設定されているデユーティ比
でトランジスタＴｒ３をオン−オフ制御してリアクトル
しに流れる電流を制御する。

蓄電池直並列切換器１は、通常運転時には蓄電池Ｂ＋と
Ｂ！とを直列に接続しており、回生制動時においてこれ
らの蓄電池Ｂ＋とＢ、とを並列に接続する。同様に、界
磁直並列切換器５も通常運転時には界磁コイルＦ＋とＦ
ｔとを直列に接続しており、回生制動において界磁コイ
ルＦ１とＦ２とを並列に接続する。

コンタクタ２は車両の運転状態により接点２ａ、２ｂ側
又は２ｃ、２ｄ側に切換られる。このコンタクタ２は、
通常運転時即ち、電動機４を電動機として使用する時及
び昇圧回路を必要としない回生制動時には接点２ａ、２
ｂ側に切り換えられ、昇圧回路を必要とする回生制動時
には接点２Ｃ１２ｄ側に切り換えられる。また、コンタ
クタ３は、コンタクタ２と連動しており、通常運転時に
はオフ、昇圧を必要とする回生制動時にはオンとなる。

また、スイッチング回路１０，１２の各制御回路１１．
１３は、車両の運転状態に応じてトランジスタＴｒｉ、
Ｔｒ２をオン−オフさせてデユーティ制御し、電機子Ａ
に流れる電機子電流１ａ、界磁コイルＦに流れる界磁電
流Ｉｆを制御する。

スイッチング回路１０はドライバビリティを満足させる
ためのものであり、スイッチング回路１２は電動機４を
常に最高の効率で運転させ、蓄電池Ｂの電力消費量を最
低にして経済運転を行ない、通常の回生制動の場合に必
要な制動力を得るためのものである。

以下に作用を説明する。

車両の走行時即ち、電動機４を電動機として運転する場
合にはコンタクタ２が接点２ａ、２ｂ側に切り換えられ
ており、蓄電池Ｂは、蓄電池直並列切換器ｌにより２個
の蓄電池Ｂ＋とＢ、とが直列に接続されている。また、
界磁コイルＦは、界磁直並列切換器５により２個の界磁
コイルＦ１とＦ！とが直列に接続されている。そして、
アクセル（図示せず）操作に応じて蓄電池Ｂから線２０
→電機子Ａ→リアクトルＬ→トランジスタＴｒｉ→線２
２の経路で電機子電流Ｉａが流れ、線２１→界磁コイル
Ｆ→トランジスタＴｒ２→線２２の経路で界磁電流Ｉｆ
が流れ、当該電動機４が回転して車両を走行させる。電
機子電流Ｉａおよび界磁電流Ｉｆは、前記アクセルの踏
込量に応じて制御され、これに応じて電動機４の回転速
度即ち、車速か制御される。

車両を減速すべくブレーキペダル（図示せず）が踏まれ
ると回生制動状態となる。この時の車速が前記所定車速
（３０ｋｍ／ｈ）以上の時にはスイッチング回路１４及
びコンタクタ２．３が不作動状態にあり、トランジスタ
Ｔｒ３はオフとなっている。そして、電動機４は発電機
として作動し、界磁コイルＦおよび蓄電池Ｂは並列接続
に切り換えられ、電機子Ａの回転速度及び界磁電流Ｉｆ
に応じて発電する。この時の発電電流は図中点線■、■
で示すように、電機子Ａ→線２０→蓄電池Ｂ→線２２→
ダイオードＤＩ→電機子Ａの経路で流れ、蓄電池Ｂを充
電する。これにより当該車両は、制動力が付与されて減
速され、制動エネルギが電力に変換されて蓄電池Ｂを充
電する。

そして、車速か前記所定車速（３０ｋｍ／ｈ　）以下に
なると、コンタクタ２．３が図示の状態となり、スイッ
チング回路１４が作動を開始する。

ところで車速が例えば、４０　ｋｍ／ｈ、　　１０　ｋ
ｗ光発電時に充電端での電圧が約８７Ｖである場合、車
速か３０　ｋｍ／ｈでは約６２Ｖにまで低下する。

このため充電電圧が確保出来なくなり、蓄電池Ｂの接続
を並列接続に切り換え、充電時の標準電池電圧を例えば
、４８Ｖに下げる。また、界磁電流の確保のために界磁
コイルＦも並列結線に切り換える。しかしながら、充電
電圧を下げると、電池以外での電流が太き（なり、これ
に伴い電圧降下も大きくなる。更に、充電による蓄電池
Ｂの端子電圧の上昇（約５６ｖ）もあるために、並列に
切り換えただけでは車速か前記３０　ｋｍ／ｈ以下にな
ると必要な制動力が得られなくなる。

そこで、本発明においては、リアクトルＬとスイッチン
グ回路１４とにより昇圧回路を形成し、発電電圧を昇圧
して車速が前記３０　ｋｍ／ｈ以下に低下しても回生制
動を可能とする。

スイッチング回路１４の制御回路１５が作動してトラン
ジスタＴｒ３をオン−オフ制御する場合、トランジスタ
Ｔｒ３がオン時には発電電流は、図中実線■で示すよう
に電機子Ａ→線２１→トランジスタＴｒ３→リアクトル
Ｌ→電機子Ａの経路で流れ、リアクトルしに電磁エネル
ギとして蓄積される。トランジスタＴｒ３がオフ時には
リアクトルしに蓄積された電磁エネルギは、図中点線■
、■で示す経路即ち、電機子Ａ→コンタクタ２→コンデ
ンサＣ１及び抵抗Ｒ→蓄電池Ｂｌ及びＢ２→線２２→ダ
イオードＤ２→リアクトルＬ→電機子Ａの経路で流れ、
コンデンサＣ及び蓄電池Ｂ１、Ｂ、が充電される。この
コンデンサＣに充電された電荷はトランジスタＴｒ３が
オンの時に実線■で示すように流れて蓄電池Ｂ＋　、Ｂ
ｔを充電する。

そして、コンデンサＣと抵抗Ｒとの平滑回路により蓄電
池Ｂ＋　、Ｂｔへの充電電流が平滑化され、これらの蓄
電池Ｂ＋　、Ｂｔへの電流の受は入れが容易となる。

このように昇圧回路を設けることにより、車速がほぼ歩
行速度近く減速するまで回生制動を行なうことが可能と
なる。これにより、蓄電池Ｂの消費電力を減らし、制動
エネルギをより有効に回収することが可能となる。

尚、前記コンデンサＣと抵抗Ｒとによる平滑回路は制動
力の観点からは無くてもよいが、電流の受は入れ性が悪
い鉛蓄電池の欠点を補うために設けである。従って、蓄
電池として電流の受は入れが良好な例えば、ニッケルー
カドミウム（Ｎ　ｉ　−Ｃｄ）電池等を使用する場合に
は平滑回路は必ずしも必要ではない。

尚、本実施例においては、電動機として分巻電動機を使
用した場合について記述したが、これに限るものではな
く、他の例えば、直巻電動機を使用してもよい。また、
直巻電動機を使用した場合には界磁コイルをリアクトル
として機能させることができ、本実施例のようにリアク
トルＬを別途接続する必要はない。尚、直巻電動機を使
用する場合には、回生制動時に直巻巻線の接続を切り換
える。

また、本実施例のように分巻電動機を使用し、且つドラ
イバビリティを良くするために電機子電流をスイッチン
グ回路により制御即ち、チョッパ制御する駆動回路にお
いては、既に電機子回路にリアクトルが接続されており
、従って、別途リアクトルを接続する必要はない。

更に、本実施例においては電気自動車の電動機駆動回路
の回生制動の充電回路に適用した場合について記述した
が、これに限るものではなく、他の例、例えば、風力発
電機の充電回路等にも適用することができる。

（発明の効果） 以上説明したように本発明によれば、直流発電機により
発電した電力を蓄電池に充電する充電回路において、前
記直流発電機の電機子回路に、リアクトルとスイッチン
グ回路から成る昇圧回路を設けたことにより、発電機の
低速回転時における発電電圧を高くすることができ、蓄
電池への充電を行なうことが可能となる。従って、例え
ば、回生制動を必要とする電気自動車の電動機駆動回路
等に適用すれば減速度が歩行速度近くになるまで４゜ 有効に回生制動を行なうことが可能となる。これにより
発電機の出力を有効に利用することが可能となり、蓄電
池への充電効率の向上を図ることが可能となるという優
れた効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る充電回路を適用した電気自動車の
電動機駆動回路の一実施例を示す回路図である。 ｌ・・・蓄電池直並列切換器、２．３・・・コンタクタ
、４・・・分巻電動機、５・・・界磁直並列切換器、１
０．１２．１４・・・スイッチング回路、ＩＩ、　１３
、Ｉ５・・・制御回路、Ｂ・・・蓄電池、Ａ・・・電機
子、Ｆ・・・界磁コイル、Ｌ・・・リアクトル、Ｔｒｌ
＝Ｔｒ３・・・トランジスタ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 直流発電機により発電した電力を蓄電池に充電する充電
   回路において、前記直流発電機の電機子回路に、リアク
   トルとスイッチング回路から成る昇圧回路を設けたこと
   を特徴とする充電回路。