JPH07222304A

JPH07222304A - 回生リターダ装置

Info

Publication number: JPH07222304A
Application number: JP2484994A
Authority: JP
Inventors: Keiichi Iida; 田桂一飯; Teruhiro Shirata; 田彰宏白; Satoru Tozawa; 澤知戸; Keiichi Nishioka; 岡慶一西; Bunji Matsui; 井文二松; Kazuhiro Takayama; 山一弘高
Original assignee: Isuzu Motors Ltd; Nikko Denki Kogyo KK; Nikko Electric Industry Co Ltd
Current assignee: Isuzu Motors Ltd; Nikko Denki Kogyo KK; Nikko Electric Industry Co Ltd
Priority date: 1994-01-27
Filing date: 1994-01-27
Publication date: 1995-08-18

Abstract

(57)【要約】【目的】エンジン１に直結した交流機２を、車両制動
時には発電機運転して車両の運動エネルギーをバッテリ
１５に回収し、車両加速時には交流機を電動機運転して
エンジンの回転を助ける回生リターダ装置において、発
電電流が大であってもバッテリに電気分解が起こらず、
ガスが発生しないようにすること。【構成】前記交流機に、第１電機子巻線３１と第２電
機子巻線３２とを設ける。発電機運転する場合には、第
１電機子巻線の発電電圧をインバータ８で整流してバッ
テリを充電し、第２電機子巻線の発電電圧を整流してコ
ンデンサ１９を充電する。発電電流が大である場合、そ
の大部分がコンデンサの充電電流となるので、バッテリ
へは大きな充電電流は流れない。従って、電気分解は起
こらず、ガスも発生しない。交流機を電動機運転する場
合、バッテリとコンデンサとを直列接続したものをイン
バータの直流端子に接続し、インバータの交流出力を第
１電機子巻線に供給する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、エンジンに直結した交
流機を、車両制動時には発電機運転して車両の運動エネ
ルギーをバッテリに回収すると共に、車両加速時には回
収したエネルギーで電動機運転して、エンジンの回転を
助ける回生リターダ装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】自動車のリターダは、車両の運動エネル
ギーにより回転子に渦電流を生ぜしめ、それを熱エネル
ギーとして消費することにより、制動作用を発揮する装
置として知られている。しかし、単に熱エネルギーとし
て消費してしまうのは勿体ないということで、近年で
は、エンジンに直結した交流機を主体とする回生リター
ダ装置が考えられている。

【０００３】図２は、そのような従来の回生リターダ装
置を示す図である。図２において、１はエンジン、２は
交流機、３は電機子巻線、４は界磁巻線、５は電圧調整
器、６は回転子位置センサ、７は電流センサ、８はイン
バータ、８−１はスイッチングユニット、９は整流回
路、１０は抵抗、１１はチョッパ、１２はインバータ制
御回路、１３はチョッパ制御回路、１４は総合制御回
路、１５はバッテリである。交流機２が、リターダの本
体を構成しており、例えば、同期交流機が用いられる。

【０００４】交流機２はエンジン１に直結されており、
車両制動時には発電機運転される。発電するのにエンジ
ン１のトルクが消費され、そのことが制動力として作用
する。車両加速時には電動機運転され、エンジン１にト
ルクを与えて加速を助ける。発電機運転は、界磁巻線４
に界磁電流を流すことによって行われる。電動機運転
は、界磁電流を流しておき、電機子巻線３に交流を供給
することによって行われる。その交流は、インバータ８
をインバータ動作させ、バッテリ１５の直流を交流に変
換することによって得る。

【０００５】インバータ８は、６つのスイッチングユニ
ット８−１をブリッジに接続して構成されている。個々
のスイッチングユニット８−１としては、例えば、パワ
ーＭＯＳＦＥＴが用いられる。これは、逆方向のダイオ
ードが内蔵されている構造となっている。インバータ動
作をさせる時には、スイッチング素子のオン期間がイン
バータ制御回路１２により制御されるが、そのオン期間
は、回転子位置センサ６からの回転子検出信号あるいは
電流センサ７からの電流検出信号等を参考にして決めら
れる。なお、スイッチングユニット８−１中のダイオー
ドにより整流ブリッジが構成されているので、交流機２
が発電機運転される場合には、発電される３相交流を整
流することも行う。

【０００６】発電エネルギーは、先ず、バッテリ１５を
充電することによって回収される。しかし、発電状況に
よっては、一時的に大きな発電電流が流れる場合があ
る。例えば、急ブレーキをかけた時などである。そのよ
うな場合には、全ての発電エネルギーをバッテリ１５で
回収することは出来ないので、充電できない分は、チョ
ッパ１１をオンして抵抗１０で消費する。チョッパ１１
のオン，オフの制御は、チョッパ制御回路１３によって
行われる。

【０００７】図２では、抵抗１０に印加されている電圧
は、整流回路９の出力電圧であるが、整流回路９は、イ
ンバータ８の下半分に含まれている３つのダイオードと
共に１組の整流ブリッジを構成しているので、インバー
タ８から出力される整流電圧と同じ値である。

【０００８】総合制御回路１４は、エンジン回転数，車
両速度等の種々の車両情報を基に、各制御部に動作時期
等の指令を出す。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】前記した従来の回生リ
ターダ装置では、発電エネルギーの回収をバッテリへの
充電のみで行っているので、充電電流が増大した時には
バッテリ内で電気分解が起こり、ガスが発生して充電で
きなくなる。充電できない発電エネルギーは抵抗で消費
せざるを得ず、そのため回収効率が悪いという問題点が
あった。本発明は、そのような問題点を解決することを
課題とするものである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するた
め、本発明の回生リターダ装置では、エンジンに直結さ
れ、互いに独立した第１電機子巻線および第２電機子巻
線を有し、車両制動時には発電機運転され、車両加速時
には電動機運転される交流機と、前記第１電機子巻線に
交流側端子が接続され、前記交流機の発電機運転時には
発電電圧を整流し、電動機運転時には直流側端子に印加
される直流を交流に変換するインバータと、前記第２電
機子巻線に交流側端子が接続され、前記交流機の発電機
運転時のみオンとされる整流回路と、該整流回路の整流
電圧により充電されるコンデンサと、前記交流機の発電
機運転時にはバッテリを前記インバータの直流側端子に
接続し、電動機運転時には該バッテリと前記コンデンサ
とを直列接続して前記インバータの直流側端子に接続す
るスイッチ回路とを具えることとした。

【００１１】

【作用】エンジンに直結した交流機に、互いに独立
した第１電機子巻線と第２電機子巻線とを設ける。車両
に制動をかけるために交流機を発電機運転する場合、第
１電機子巻線の発電電圧を整流してバッテリを充電し、
第２電機子巻線の発電電圧を整流してコンデンサを充電
する。コンデンサは充電電流が大きくても支障なく充電
を継続でき、発電電流が大である場合、その大部分がコ
ンデンサの充電電流となる。そのため、バッテリへは大
きな充電電流は流れず、電気分解は起こさず、ガスも発
生しない。また、発電エネルギーを回収する手段とし
て、バッテリの他にコンデンサを設けたので、回収量が
多くなる。

【００１２】車両を加速するために交流機を電動機運転
する場合、バッテリとコンデンサとを直列接続したもの
をインバータの直流端子に接続し、インバータの交流出
力を第１電機子巻線に供給する。

【００１３】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳細
に説明する。図１は、本発明の回生リターダ装置を示す
図である。符号は図２のものに対応し、３１は第１電機
子巻線、３２は第２電機子巻線、１６はサイリスタ回
路、１７は整流回路、１８はサイリスタ整流回路、１９
はコンデンサ、２０はサイリスタ点弧回路、２１，２２
はスイッチ回路である。サイリスタ回路１６と整流回路
１７とは、両者でサイリスタ整流回路１８を構成するよ
う接続される。なお、図２と同じ符合の部分は、同様に
動作するので、その説明は省略する。

【００１４】本発明では、交流機２に、第１電機子巻線
３１と第２電機子巻線３２の２つの電機子巻線を設け
る。第１電機子巻線３１の方は、従来の電機子巻線３と
同様にインバータ８に接続する。第２電機子巻線３２の
方は、前記サイリスタ整流回路１８の交流端子に接続す
る。サイリスタ整流回路１８の直流端子は、コンデンサ
１９に接続する。

【００１５】コンデンサ１９は、バッテリ１５と同様、
発電エネルギーを回収する手段として使われるので、大
容量であることが要求される。また、車両では搭載スペ
ースが限られているので、小型でなければならない。そ
のようなコンデンサとしては、例えば、電気二重層コン
デンサがある。

【００１６】スイッチ回路２１，２２は、充電手段であ
るバッテリ１５とコンデンサ１９との接続関係を、切り
替えるために設けられている。スイッチ回路２１，２２
をオンとするかオフとするかの信号は、総合制御回路１
４より供給される。総合制御回路１４は、車両の運転状
況が交流機２を発電機運転すべき状況か、電動機運転す
べき状況かを判断して、前記信号を決める。

【００１７】（本発明の動作の概要）回生時（制動時）
には、第１電機子巻線３１からの発電エネルギーはバッ
テリ１５に充電され、第２電機子巻線３２からの発電エ
ネルギーはコンデンサ１９に充電される。コンデンサ１
９は、大電流で充電しても電気分解は起こらず、ガスも
発生しない。コンデンサ１９は、一時的に大きな電流で
も受容することが出来るので、殆どの場合、抵抗１０で
エネルギーを無駄に消費するに至ることなく回収でき
る。

【００１８】力行時（加速時）には、バッテリ１５とコ
ンデンサ１９とを直列接続し、インバータ８に印加する
直流電源を構成する。そして、力行時に交流が供給され
る電機子巻線は、第１電機子巻線３１の方とする。次
に、本発明の動作を、回生時の動作と、力行時の動作と
に分けて、詳細に説明する。

【００１９】（回生時の動作）総合制御回路１４は、車
両情報から判断して回生時であると判断すると、各部の
オン，オフ状態を次のようにする指令を出す。インバータ８…オフ（インバータ制御回路１２から
スイッチング素子へ、ゲート信号を出さない。つまり、
インバータ８はインバータ動作せず、整流回路として働
く）サイリスタ回路１６…オン（サイリスタ点弧回路２
０から各サイリスタをオンする信号を出す。つまり、サ
イリスタ整流回路１８は、整流回路として働く）スイッチ回路２２…オンスイッチ回路２１…オフ

【００２０】この状態で、電圧調整器５から界磁巻線４
へ界磁電流が流されると、２つの電機子巻線３１，３２
には、電圧が誘起される。第１電機子巻線３１の発電電
圧は、インバータ８で整流され、オンしているスイッチ
回路２２を経てバッテリ１５を充電する。第２電機子巻
線３２の発電電圧は、サイリスタ整流回路１８で整流さ
れ、コンデンサ１９を充電する。

【００２１】コンデンサ１９の充電電圧が低い間は、コ
ンデンサ１９に流れ込む充電電流は大電流である。その
ため、交流機２の発電電圧は低い値に留まり、バッテリ
１５の電圧には達しない。そういう期間は、発電量の殆
どはコンデンサ１９に充電される。コンデンサ１９の充
電電圧が上昇して行き、発電電圧がバッテリ電圧より高
くなると、バッテリ１５への充電が始まる。

【００２２】コンデンサ１９，バッテリ１５が共に満充
電に近くなり、発電電圧がバッテリ１５を充電するのに
適正な電圧になると、電圧調整器５が電圧調整のため、
界磁電流を下げ始め、発電量は減少してくる。従って、
交流機２が消費するトルクも減り、車両に対するブレー
キ力は減る。まだ、ブレーキ力が減ってもらっては困る
状況であれば、総合制御回路１４はチョッパ制御回路１
３に指令して、チョッパ１１をオンさせる。すると、発
電電流が抵抗１０を通っても流れるようになるので、消
費トルクの減少が防止され、ブレーキ力が確保される。

【００２３】本発明では、発電エネルギーの回収は、バ
ッテリ１５のみならずコンデンサ１９でも行われるの
で、次のような効果がある。第１は、回収量が多くな
り、回収効率が向上するという効果である。第２は、急
ブレーキをかけた時のように最初に大きな発電電流が発
生しても、その殆どはコンデンサ１９の充電の方に使わ
れるので、バッテリ１５が電気分解を起こすことがなく
なり、ガスが発生することもなくなるという効果であ
る。

【００２４】（力行時の動作）総合制御回路１４は、車
両情報から判断して力行時であると判断すると、各部の
オン，オフ状態を次のようにする指令を出す。サイリスタ回路１６…オフ（サイリスタ点弧回路２
０から各サイリスタへはオン信号を出さない。従って、
コンデンサ１９と交流機２との接続関係は断たれる）スイッチ回路２２…オフスイッチ回路２１…オンチョッパ１１…オフ

【００２５】スイッチ回路２２オフ，スイッチ回路２１
オンにより、バッテリ１５のプラス端子にコンデンサ１
９のマイナス端子が接続され、コンデンサ１９のプラス
端子がスイッチ回路２１を経て、インバータ８のプラス
端子へ接続されるという接続関係が実現される。つま
り、バッテリ１５とコンデンサ１９との電圧が、重畳さ
れてインバータ８の直流端子に印加される。

【００２６】インバータ８は、力行時にはインバータ運
転されるので、前記重畳された直流電圧を交流に変換し
て、交流機２の第１電機子巻線３１に供給する。他方、
界磁巻線４へは電圧調整器５から界磁電流が流される。
従って、交流機２は電動機運転される。電動機運転によ
り発生したトルクは、エンジン１の回転を助ける。な
お、第２電機子巻線３２はオフされたままなので、何ら
の動作もしない。

【００２７】通常、コンデンサ１９に比べてバッテリ１
５の容量の方が大きいので、力行が続けばコンデンサ１
９の方が先に全放電してしまう。その後は、スイッチ回
路２２中のダイオードが順方向にオンする電圧関係にな
るので、バッテリ１５からそのダイオードを通るという
経路で、インバータ８へ給電される。コンデンサ１９の
電荷は先に放電し、力行が続けば全放電するので、コン
デンサ１９に回収した発電エネルギーは１００％利用さ
れる。また、一般にバッテリは内部抵抗が高いので、バ
ッテリ単独の場合には、回生時の電圧に比べて力行時の
電圧はかなり低下する。しかし、本発明ではバッテリ単
独でなく、コンデンサが直列に接続されているので、そ
の低下が補われる。

【００２８】なお、サイリスタ整流回路１８は、発電機
運転時に整流動作をし、電動機運転動作時にはオフとな
る整流回路であればいいので、スイッチング素子として
サイリスタ以外の素子を含んだ整流回路で構成すること
も出来る。例えば、ダイオードのみで構成される整流回
路の出力経路中に、発電機運転時のみにオンとされるス
イッチング素子が接続される構成であってもよい。

【００２９】

【発明の効果】以上述べた如く、本発明の回生リターダ
装置によれば、発電機運転時に発電エネルギーを回収す
る手段としてバッテリの他に大容量のコンデンサを設
け、それぞれ独立して充電する。発電電流が大である場
合、その大部分がコンデンサの充電電流となるので、バ
ッテリへは大きな充電電流は流れず、電気分解を起こす
ことがないし、ガスも発生しない。また、発電エネルギ
ーの回収量が多くなり、回収効率が向上する。

【００３０】電動機運転時には、バッテリとコンデンサ
とを直列接続してインバータの直流電源とするが、容量
の小さいコンデンサの方が先に放電するので、バッテリ
の放電量を少なくて済ますことが出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の回生リターダ装置を示す図

【図２】従来の回生リターダ装置を示す図

【符号の説明】

１…エンジン、２…交流機、３…電機子巻線、３１…第
１電機子巻線、３２…第２電機子巻線、４…界磁巻線、
５…電圧調整器、６…回転子位置センサ、７…電流セン
サ、８…インバータ、８−１…スイッチングユニット、
９…整流回路、１０…抵抗、１１…チョッパ、１２…イ
ンバータ制御回路、１３…チョッパ制御回路、１４…総
合制御回路、１５…バッテリ、１６…サイリスタ回路、
１７…整流回路、１８…サイリスタ整流回路、１９…コ
ンデンサ、２０…サイリスタ点弧回路、２１，２２…ス
イッチ回路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｂ６０Ｌ 7/22 Ｇ 7227−5Ｈ 11/18 Ｅ 7227−5ＨＢ６０Ｔ 1/10 (72)発明者戸澤知藤沢市土棚８番地いすゞ自動車株式会社藤沢工場内 (72)発明者西岡慶一東京都品川区南大井６丁目26番１号いすゞ自動車株式会社内 (72)発明者松井文二東京都大田区東六郷１丁目12番11号日興電機工業株式会社内 (72)発明者高山一弘東京都大田区東六郷１丁目12番11号日興電機工業株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】エンジンに直結され、互いに独立した第
１電機子巻線および第２電機子巻線を有し、車両制動時
には発電機運転され、車両加速時には電動機運転される
交流機と、前記第１電機子巻線に交流側端子が接続さ
れ、前記交流機の発電機運転時には発電電圧を整流し、
電動機運転時には直流側端子に印加される直流を交流に
変換するインバータと、前記第２電機子巻線に交流側端
子が接続され、前記交流機の発電機運転時のみオンとさ
れる整流回路と、該整流回路の整流電圧により充電され
るコンデンサと、前記交流機の発電機運転時にはバッテ
リを前記インバータの直流側端子に接続し、電動機運転
時には該バッテリと前記コンデンサとを直列接続して前
記インバータの直流側端子に接続するスイッチ回路とを
具えたことを特徴とする回生リターダ装置。