JPH0793764B2 - 直流電気車の制動制御回路 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （技術分野） 本発明は、直流電動機を駆動源とする直流電気車の制動
制御回路に係わり、特にプラギングと回生を併用した制
動制御回路に関する。

（従来技術と問題点） バッテリーフォークリフト等の直流電気車の制動は、一
般にプラギング制動が広く行なわれているが、最近では
プラギング制動に回生制動を併用したものが種々提案さ
れている。回生制動では、前後進切換時に電動機を発電
機として作用させ電気車の制動エネルギーを電動機の発
電力に替えバッテリ充電エネルギーとして回収する。こ
の回生制動には電動機の回転数が発電機として成立する
回転数以下のときには回生制動がきかず車両の惰行にな
る。

そこで、従来から、前後進切換時に電動機の界磁コイル
（フィールド）に予備励磁電流を流し、電動機の電流値
から電動機が発電機として成立するか否か判定し、回生
制動とプラギング制動を使いわけるものが提案されてい
る（例えば特開昭57−6502号）。

この従来方式では、予備励磁を行ったときの電流の大小
から回生制動が可能か又はプラギング制動にすべきかを
判定し、回生制動可能であればコンタクタを回生制動側
に切換え、この後に回生制動のためにチョッパを起動す
る。

このため、電気車を前進させた後に後進する際に前進で
の制動完了になる停止状態から後進での起動のために前
後進切換え操作とアクセル操作をした場合、制御回路は
コンタクトを回生制動側に切換え、その後にチョッパの
起動までに回生制動判定のための予備励磁とその後の判
定と、後進側にコンタクタ切換えになり、これら制御が
後進のためにチョッパが最初にオンするまでの遅れが発
生し、これが発進（後進）フィーリングを悪くする問題
があった。

こうした問題を解消するものとして、回生制動にはプラ
ギング状態（前後進切換）検出でチョッパ動作を停止さ
せ、電動機の発電電流減少を一定時間待って回生側にコ
ンタクトを切換え、その後予備励磁して回生動作させる
ものを本出願人は同時に提案している。

この改良された回路において、プラギング状態検出で回
生制動に切換えるのに、電動機の発電電流減少を待つた
めにプラギング状態検出で起動されるタイマを設け、タ
イマによる計時で回生制御に入るようにしている。

このため、プラギング状態検出で一律に一定時間後に回
生制動に入ることになるが、電機子の電流減衰はプラギ
ング制動時の車速や荷物も含めた減速特性によって大き
く変る。従って、各種条件によって変る電機子電流の減
衰特性に対して一定時間後に回生側に入るのでは、電流
が十分に減衰していなかったり、十分に減衰しているに
も拘らず遅れて回生に切換わる虞れがある。前者の場合
には回生切換用電磁接触器が大きい電流しゃ断をしてそ
のコンタクタ損傷を招くし、後者はプラギング状態が長
くなって電動機刷子等の損傷を早めたり回生によるエネ
ルギー回収効率が悪くなる問題がある。

（発明の目的） 本発明は、上述までの事情に鑑みてなされたもので、プ
ラギング状態検出から回生制動に入るのに回生切換用電
磁接触器の切換えを運転条件に拘らず適切なタイミング
で行なうことができる直流電動機の制動制御回路を提供
することを目的とする。

（発明の概要） 本発明は、電機子電流検出回路を設け、この検出信号か
ら電機子電流が設定レベルまで低下したことを検出し、
この検出とプラギング状態検出を条件にして回生切換用
電磁接触器の切換信号を得ることを特徴とする。

（実施例） 図は本発明の一実施例を示す回路図である。電機子１に
は前進用電磁接触器２のコンタクタ2A又は後進用電磁接
触器３のコンタクタ3Aを介して界磁コイル４が直列接続
され、さらにチョッパ主回路５が直列接続される。コン
タクタ2A,3Aは電気車の前進・後進切換えによって図示
状態から一方が切換わり、界磁コイル４の電流極性を切
換える。チョッパ主回路５はチョッパ制御回路によって
アクセル踏込み量等に応じて導通率が制御され、コンタ
クタ2A,3Aを介装する電動機の電流を制御する。

電機子１とその直流電源としてのバッテリ６との間に回
生切換用電磁接触器７のコンタクタ7A及び電機子電流検
出用シャフト抵抗1Aが設けられる。コンタクタ7Aは常開
接点ａがシャント抵抗1Aを介して電機子１側にされ、常
閉接点ｂが予備励磁用スイッチ手段８側に接続され、回
生時にバッテリ６と電機子１側との間の接続を離落させ
る。スイッチ手段８はスイッチ素子としてのトランジス
タTr₁を有し直列に予備励磁電流設定用抵抗９を有して
電機子１の他端側に接続され、回生時にバッテリ６から
コンタクタ7Aの接点ｂを介して界磁コイル４への予備励
磁電流路を形成する。

界磁コイル４の両端からバッテリ６の正極側に夫々ダイ
オード10,11が設けられる。これら一対のダイオード10,
11はチョッパ主回路５のオフ期間にコンタクタ2A,3Aの
切換状態に応じて電機子１の循環電流路形成又は電機子
１と界磁コイル４のフライホイール電流路形成の兼用に
される。電機子１の一端（シャント抵抗1A側）とバッテ
リ６の基準電位側（負極側）には回生用ダイオード12が
設けられる。このダイオード12は回生時に直流電動機の
発電電流をバッテリ６への充電路形成及びチョッパ主回
路５への励磁電流路形成に使用される。シャント抵抗1A
は電機子１を流れる電流を電圧信号として検出し、この
検出信号は後述のようにプラギングから回生への切換え
に電機子電流が一定値以下に低下したことの判定に供さ
れる。

チョッパ主回路５には並列にコンタクタ13が設けられ、
該コンタクタ13はチョッパに代えて電動機にバッテリ６
の全電圧を印加させる最高速運転のために用意される。

こうした主回路構成において、通常運転（カ行）には前
後進切換スイッチ14F,14Rを通した接触器７の通電でコ
ンタクタ7Aが接点ａ側に接続され、コンタクタ2Aが接点
ａ側に接続され、アクセルの踏込み量に応じてチョッパ
主回路５の導通率が制御されて前進可変速運転がなされ
る。逆に、コンタクタ3Aが接点ａ側に接続されるときに
は後進（後退）可変速運転がなされる。この通常運転で
チョッパ主回路５のオフ期間には前進ではダイオード10
がフライホイール用としてかつダイオード11が循環電流
用として作用し、後進ではダイオード10,11が逆の作用
をする。

次に、プラギング時には前進又は後進中にコンタクタ2
A,3Aをそれぞれの状態とは逆方向に切換え、界磁コイル
４の電流を逆転側に切換えてチョッパ主回路５を運転す
る。

このとき、チョッパ主回路５のオン期間ではバッテリ６
からコンタクタ7A→シャント抵抗1A→電機子１→コンタ
クタ2A又は3A→界磁コイル４→コンタクタ3A又は2A→チ
ョッパ主回路５の経路で励磁電流I_fを流し、これによっ
て電機子１に電流I_aを増大させる方向の誘起電圧を発生
させる。そして、チョッパ主回路５のオフ期間では電機
子１の増大した電流をコンタクタ2A又は3A→ダイオード
10又は11→コンタクタ7A→シャント抵抗1Aの経路で流
す。

この結果、界磁コイル４を流れる界磁電流と電機子電流
との積で決まる強い制動トルクのプラギング制動をかけ
る。このとき、電機子１に作用する運動エネルギーは電
機子巻線，ダイオード，刷子及び刷子と整流子の接触抵
抗に消失される。従って、プラギング制動では刷子及び
整流子の表面が損傷されるばかりでなく、運動エネルギ
ーが徒らに消失される。そこで、プラギングに代えて比
較的小さい電機子電流になる回生制動を可能にしたプラ
ギングと回生制動を併用するための回生制御回路が以下
に示す構成で設けられる。

回生制御回路として、主回路には前述のようにシャント
抵抗1Aとコンタクタ7Aとスイッチ手段８と抵抗９とダイ
オード12が図示のように設けられる。電流検出回路15は
ダイオード10,11のカソードと電機子１の一端（界磁コ
イル側）との間に設けられ、電機子１からダイオード10
又は11に流れる循環電流を検出する。コンパレータ16は
電流検出回路15の検出電流を電圧信号とした比較入力と
し、比較基準として回生制動に必要な電流に相当する電
圧V_R1が与えられ、電機子１の循環電流が回生レベルに
あることを検出する。タイマ17はコンパレータ16の検出
出力が該タイマの時限以上継続するか否か判定するもの
で、電機子１の循環電流には通常運転中にもチョッパ主
回路５のオフ時にスパイク電流を伴う電流として現われ
ることから、この通常運転とプラギングとを区別できる
ようチョッパ主回路の１周期以上の時限に設定される。

従って、回路15〜17からなるプラギング状態検出回路は
ダイオード10又は11の電流が一定値以上でかつチョッパ
主回路のオン・オフの１周期以上継続したときにプラギ
ング状態と判定する出力を得る。換言すればプラギング
状態はコンタクタ2A,3Aの切換えでチョッパ主回路５の
１周期程度で迅速に検出される。

フリップフロップ18はタイマ17の出力になるプラギング
検出信号でセットされてプラギング状態を記憶する。チ
ョッパ停止回路19はフリップフロップ18のセットでチョ
ッパ制御回路の動作を停止し、電動機電流を後述の予備
励磁まで流さないようにする。判定回路20は、シャント
抵抗1Aの電圧信号を適当に増幅及びレベルシフトする増
幅回路20Aと、この回路20Aの出力が比較基準電圧V_L以下
に低下したことを検出するコンパレータ20Bと、このコ
ンパレータ20Bの検出出力とフリップフロップ18のセッ
ト出力の条件成立を判定するアンドゲート20cとで構成
され、チョッパ停止回路19によるチョッパ動作停止すな
わち電動機を発電停止させたプラギング状態（15〜18に
よる検出）で発電電流がダイオード10又は11を循環しな
がら設定レベルV_Lまで減衰したことを判定する。フリッ
プフロップ21は判定回路20の出力でセットされ、セット
出力を回生指令として得る。ドライバ22はフリップフロ
ップ21のセット出力で回生切換用電磁接触器７の制御用
トランジスタ23をオフ制御する。

従って、回路18〜23から成る回生切換用接触器７の切換
手段は、プラギング状態検出信号でチョッパ主回路の動
作を停止させた後、直流電動機の発電電流がコンパレー
タ20Bで判定する値まで低下したときに回生切換用電磁
接触器７のコンタクタ7Aを離落させ、主回路を回生モー
ドに切換える。この切換えにおいて、発電電流の減衰を
電機子電流を直接に検出してコンタクタ7Aを離落させる
ことにより、電気車の運転条件に拘らずプラギング状態
での電流がコンタクタ7Aのしゃ断電流能力以下になった
ことを検出して該コンタクタ7Aの離落を行なうことがで
きる。

回生状態検出回路24は、コンタクタ7Aの離落をその接点
ｂへのバッテリ６の電圧発生で検出し、チョッパ運転に
よる回生制動を開始させる。この回生制動の開始指令は
回生制動回路25に与えられる。回生制動回路25は、まず
フリップフロップ18をリセットして回路19によるチョッ
パ動作停止信号を解除させると同時に、スイッチ手段８
をオンさせて予備励磁電流を界磁コイル４に流す。この
予備励磁電流はバッテリ６→コンタクタ7A→スイッチ手
段８→抵抗９→コンタクタ2A（又は3A）→界磁コイル４
→コンタクタ3A（又は2A）→チョッパ主回路５の経路で
チョッパ動作に従って流れる。次いで、回生制動回路25
は、発電運転に充分な予備励磁電流になったことを増幅
器20Aの出力から検出して（又は計時して）スイッチ手
段８をオフさせ、回生制動を開始させる。この回生制動
はチョッパ主回路５のオフ期間では電機子１の発電電流
をコンタクタ2A又は3A→ダイオード10又は11→バッテリ
６→ダイオード12→シャント抵抗1Aの経路で流してバッ
テリ６を充電し、チョッパ主回路５のオン期間では電機
子１の発電電流をコンタクタ2A又は3A→界磁コイル４→
コンタクタ3A又は2A→チョッパ主回路５→ダイオード12
→シャント抵抗1Aの経路で流して励磁を行ない、バッテ
リ充電と励磁を繰り返しながら制動エネルギーをバッテ
リへの回生電力として回収する。

この回生制動が進み、電機子１の回転が低くなると、回
生制動回路25は発電能力低下を検出、例えば界磁電流の
低下からチョッパ主回路５の転流コンデンサ電圧低下と
して検出し、フリップフロップ21をリセットしてトラン
ジスタ23をオンさせ、コンタクタ7Aを接点ａ側に戻して
プラギング制動に戻す。

（発明の効果） 本発明によれば、プラギング状態でチョッパ動作停止し
た後、回生切換用電磁接触器を回生側に切換えるのに、
電機子電流を検出して該電流が設定値以下に低下したと
きに該接触器を回生側に切換えるようにしたため、電気
車の運転条件に拘らず適切なタイミングでの回生切換え
をすることができる。すなわち、従来のように、運転条
件によって接触器コンタクタ7Aがそのしゃ断容量以上の
ものをしゃ断して損傷を早めたり、プラギングから回生
の切換遅れで減速フィーリングを悪くしたり回生効率を
悪くすることがなくなる。

また、本発明において、電機子電流検出信号は予備励磁
電流を流して回生制動に入るための該電流検出信号にも
兼用できる効果がある。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の一実施例を示す回路図である。 １……電機子、1A……シャント抵抗、２……前進用電磁
接触器、３……後進用電磁接触器、４……界磁コイル、
５……チョッパ主回路、７……回生切換用電磁接触器、
８……スイッチ手段、９……抵抗、12……回生用ダイオ
ード、15……電流検出回路、16……コンパレータ、17…
…タイマ、20……判定回路、24……回生状態検出回路、
25……回生制動回路、20A……増幅器、20B……コンパレ
ータ、20C……アンドゲート。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】主回路は、電気車の駆動用直巻直流電動機
   の電機子（１）と界磁コイル（４）と、前進用・後進用
   電磁接触器（２、３）と、チョッパ主回路（５）と、バ
   ッテリ（６）と、回生切換用電磁接触器（７）と、ダイ
   オード（10,11、12）と、スイッチ手段（８）とを有
   し、 制御回路は、プラギング状態検出回路（15、16、17）
   と、チョッパ停止回路（19）と、判定回路（1A,20）
   と、離落回路（21,22,23）と、回生状態検出回路（24）
   と、回生制動回路（25）とを有し、 上記前進用・後進用電磁接触器（2,3）は、上記電機子
   （１）と界磁コイル（４）の直列接続方向を電気車の前
   進・後進指令に応じて逆方向に切換えるコンタクタを有
   するものであり、 上記チョッパ主回路（５）は、上記電磁接触器（２、
   ３）を介して界磁コイルに直列接続されて導通率が制御
   されるものであり、 上記回生切換用電磁接触器（７）は、直流電動機を回生
   制動するときに離落され上記バッテリ（６）と上記電機
   子（１）との接続を断つものであり、 上記１対のダイオード（10、11）は、上記界磁コイル
   （４）の両端からバッテリ（６）の正極側に電機子
   （１）の循環電流路及び界磁コイル（４）のフライホイ
   ール電流路を形成するものであり、 上記ダイオード（12）は、上記バッテリ（６）の負極側
   から上記電機子（１）への回生電流路を形成するもので
   あり、 上記スイッチ手段（８）は、上記回生切換用電磁接触器
   （７）の離落端子から上記前進用・後進用電磁接触器
   （２、３）のコンタクタを介して上記界磁コイル（４）
   への予備励磁電流路を形成するものであり、 上記プラギング状態検出回路（15、16、17）は、電気車
   の前進又は後進状態からの制動のために上記前進用・後
   進用電磁接触器（２、３）を逆方向に切換えたときの上
   記一対のダイオード（10、11）の電流が一定値以上でか
   つ上記チョッパ主回路（５）のオン・オフの１周期以上
   継続したときにプラギング状態と判定するものであり、 上記チョッパ停止回路（19）は、上記プラギング状態検
   出回路（15、16、17）にプラギング状態の判定が得られ
   た時に上記チョッパ主回路（５）の動作を停止するもの
   であり、 上記判定回路（1A、20）は、上記プラギング状態検出回
   路（15、16、17）にプラギング状態の判定が得られかつ
   電機子（１）の発電電流が一定値以下に低下したことを
   判定するものであり、 上記離落回路（21、22、23）は、上記判定回路（1A、2
   0）に判定出力が得られたときにセットされ上記回生切
   換用電磁接触器（７）を離落させるものであり、 上記回生制動回路（25）は、回生制動指令が与えられた
   ときに上記チョッパ停止回路（19）の停止信号出力を解
   除すると共に上記スイッチ手段（８）をオンさせて界磁
   コイル（４）に予備励磁電流を供給させ、該予備励磁電
   流を流した後に上記チョッパ主回路（５）を運転して回
   生制動状態にし、この回生制動状態で上記判定回路（1
   A、20）が電動機の発電能力低下を検出したときに上記
   離落回路（21、22、23）をリセットしてプラギング制動
   状態に戻すことを特徴とする、 直流電気車の制動制御回路。