JPH08126118A

JPH08126118A - 電気制動装置

Info

Publication number: JPH08126118A
Application number: JP7132827A
Authority: JP
Inventors: Takayuki Suzuki; 孝幸鈴木; Tetsuo Koike; 哲夫小池; Atsumi Obata; 篤臣小幡; Koji Sasaki; 幸治佐々木; Sadataka Iketani; 定敬池谷
Original assignee: Toshiba Corp; Hino Motors Ltd
Current assignee: Toshiba Corp; Hino Motors Ltd
Priority date: 1987-02-18
Filing date: 1995-05-01
Publication date: 1996-05-17

Abstract

(57)【要約】【目的】回転機を含む自動車の電気制動装置を小型堅
牢にし、効率を改善する。【構成】回転機にはかご形多相誘導機を用い、このか
ご形多相誘導機を車軸を駆動する駆動手段に連結し、イ
ンバータ回路から正または負に速度可変の回転磁界を与
える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、自動車の電気制動装置
に関する。特に、内燃機関の主軸あるいは車軸を駆動す
る駆動手段に連結された回転機を含む電気制動装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】内燃機関の進歩、特に過給技術の向上お
よび耐熱材料の開発実用化により、内燃機関が小型化さ
れている。内燃機関が小型化されると、排気ブレーキま
たはエンジンブレーキの効力が小さくなりリターダの併
用が必要になった。すなわち、車輪に設けた摩擦制動装
置とは別に、降坂時勾配による加速度の打ち消しおよび
高速制動時の初期過程での所定速度までの減速を行う補
助制動装置が必要であるが、このために渦電流方式によ
るリターダや内燃機関の回転軸に直結された誘導子型構
造の発電機を適用することが試みられている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】リターダとして従来か
ら用いられている渦電流方式は、その構造が堅牢であ
り、路面不整などによる車輪の不規則な振動による外力
にもよく耐える構造であるが、制動時に消費すべき機械
的エネルギをすべて熱エネルギに変換して大気中に放出
するので、そのエネルギを回生させることはできない。
これは自動車走行にかかわる燃料を節減する要求の高い
最近の趨勢には逆行する。また熱放散のために熱容量の
大きい装置を自動車に搭載することが必要であり装置が
大型化する。

【０００４】一方、誘導子形発電機を内燃機関の主軸に
直結することが、エンジンブレーキまたは排気ブレーキ
の補助装置として有効であることが確かめられた。ま
た、この構造により制動時に消費すべき機械的エネルギ
を電気エネルギに変換して、この電気エネルギを二次電
池に回生し、この回生された電気エネルギを例えば始動
装置や艤装された諸設備に活用することができることも
わかった。しかし、この誘導子形発電機は電力発生時に
生ずる磁気音が大きく、自動車の利用者が満足して使用
することができる実用的な装置を得るにはさらに研究が
必要とされている。

【０００５】さらに誘導子形発電機は、その固定子と回
転子との間の間隙をできるかぎり小さくしないと磁気漏
洩が生じて磁気抵抗が増大し、能率が低下してしまうの
で、固定子および回転子の工作精度を相当程度に高くす
る必要があり量産するうえにかなりの障害になることも
わかった。

【０００６】本発明はこのような欠点を除去するもの
で、自動車搭載に適した堅牢な構造で、かつ低騒音で強
力な制動が実現できるとともに、量産に適する電気制動
装置を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、自動車の車軸
を駆動する内燃機関の主軸に直結された回転機を含む電
気制動装置において、上記回転機はかご形多相誘導機で
あり、このかご形多相誘導機に回転磁界を与える電気的
手段を備えたことを特徴とする。

【０００８】また、本発明は、自動車の車軸を駆動する
内燃機関の主軸に結合された回転機を含む電気制動装置
において、上記回転機はかご形多相誘導機であり、この
かご形多相誘導機に回転磁界を与える電気的手段を備
え、上記かご形多相誘導機はトランスミッション装置と
リヤアクスルとの間の駆動軸に直結されたことを特徴と
する。

【０００９】かご形多相誘導機はトランスミッション装
置の後部、リヤアクスルの入口部、またはトランスミッ
ション装置およびリヤアクスル間のプロペラシャフトに
装着することができる。

【００１０】

【作用】かご形多相誘導機の回転子部を内燃機関または
駆動手段と直結し、固定子部により発生する回転磁界の
回転速度を電気的に制御することにより車両の走行に適
合する制動を行うことができる。

【００１１】

【実施例】以下本発明の一実施例を図面に基づき説明す
る。

【００１２】図１はこの実施例装置の電気的構成を示す
ブロック構成図である。図２はこの実施例装置に用いら
れたかご形多相誘導機が装着される位置を示す模式図で
ある。図３はこのかご形多相誘導機の機械的構造を示す
機械的構成図で、機関主軸の軸心に沿う平面で一部破断
して表現されている。図４は図３の矢印IV−IVで切断し
た断面の一部分を示す機械的構成図である。

【００１３】図示するように、回転子部の要素をフライ
ホイールに装着し、固定子部の要素をフライホイールハ
ウジングに取りつける。

【００１４】この回転機はかご形多相誘導機であるか
ら、回転子部の構造はきわめて簡単でありまた摺動構造
はない。また、従来構造の誘導子形に比べると、回転子
部と固定子部との間の磁気抵抗の大きさは制動性能に大
きく影響しないので、間隙を大きくとることができる。
すなわち、本発明の装置では回転子部と固定子部との間
の間隙についての工作精度は誘導子形発電機に比べて緩
やかである。

【００１５】この実施例装置の電気的構成を図１に基づ
き説明すると、この実施例装置は、内燃機関１に直結さ
れたかご形多相誘導機２と、二次電池３と、この二次電
池３の直流電圧をかご形多相誘導機２の軸回転速度より
低い回転速度の回転磁界を誘起するのに適合した周波数
の交流電圧に変換してこれをかご形多相誘導機２に与
え、またかご形多相誘導機２からの交流電力を直流電力
に変換するインバータ回路４と、このインバータ回路４
の交流側電圧の周波数を設定するインバータ制御回路５
とを備える。このかご形多相誘導機２には回転センサ６
が取付けられていて、この回転センサ６からの信号はイ
ンバータ制御回路５に与えられる。さらに、上記二次電
池３にはスイッチ回路９を介して抵抗器７が接続され、
インバータ回路４の出力にコンデンサ８が接続される。

【００１６】次に、この実施例装置に用いられたかご形
多相誘導機２の機械的構造を図２ないし図４に基づき説
明する。

【００１７】このかご形多相誘導機２は、図２に示すよ
うに内燃機関１とトランスミッション装置20との間に固
着されたフライホイール装置10の内部に装着される。す
なわち、第３図に示すように、フライホイール装置10の
フライホイールハウジング15および16で囲まれた空間に
ステータ鉄心11、このステータ鉄心11のコイル溝に挿入
されたステータ巻線12および口出線13を主な要素とする
固定子部と、ロータ鉄心21、このロータ鉄心21のコイル
溝に挿入されたかご形巻線22およびこのかご形巻線22の
エンドリング23に嵌着された保持環24を主要素とする回
転子部とが収容される。ステータ鉄心11はステータリン
グ14に嵌入され、このステータリング14はフライホイー
ルハウジング15および16に固着される。一方、ロータ鉄
心21は内燃機関１の主軸26で回転駆動されるフライホイ
ール25の外縁部に固着される。

【００１８】次に、この実施例装置の電気的動作を図１
に基づき説明する。

【００１９】自動車に搭載された内燃機関１の主軸によ
りかご形多相誘導機２の回転子部が回転駆動される。こ
の回転系の有する機械エネルギを放出または吸収して車
両の走行を制動するときに、かご形多相誘導機２の回転
子部の回転速度より低い回転速度の回転磁界をかご形多
相誘導機２の固定子巻線に誘起させるのに適合した周波
数の励磁電圧が、二次電池３からインバータ回路４を経
由してかご形多相誘導機２の固定子巻線に印加される。
これにより、回転系の有する機械エネルギが電気エネル
ギに変換され、この電気エネルギが二次電池３に充電さ
れる。

【００２０】インバータ制御回路５はインバータ回路４
に自動車の運転に応じて制動の程度を制御する装置を含
む。

【００２１】自動車の運転に伴い一時的に大きい制動力
を発生させる場合には、かご形多相誘導機２から発生す
る電気エネルギをすべて二次電池３に回生させることは
困難であり、スイッチ回路９を介して抵抗器７により熱
エネルギとして放散させる。スイッチ回路９は二次電池
３の端子電圧を監視して、この端子電圧が所定値を越え
るときに自動的に抵抗器７をこの二次電池３の両端に接
続する回路を含む。

【００２２】第５図は本発明実施例装置のさらに詳しい
一例を示す電気回路図である。

【００２３】この実施例ではかご形多相誘導機２は３相
である。二次電池３とこのかご形多相誘導機２との間は
インバータ回路４により結合される。二次電池３の負端
子Ｅ₂ はこの自動車の共通電位に接続される。

【００２４】このインバータ回路４は、かご形多相誘導
機２の各相端子と上記二次電池３の正および負の端子と
の間に接続されたスイッチ素子Ｑa 、Ｑb 、Ｑc 、Ｑd
、Ｑe 、Ｑf を含む。このスイッチ素子Ｑa 、Ｑb 、
Ｑc 、Ｑd 、Ｑe 、Ｑf はそれぞれトランジスタと、そ
のトランジスタのコレクタ・エミッタ間に逆方向に並列
接続されたダイオードとから構成されている。さらに、
このインバータ回路４には、上記スイッチ素子Ｑa 、Ｑ
b 、Ｑc 、Ｑd 、Ｑe 、Ｑf の制御電極に開閉制御信号
を与える開閉制御信号発生回路ＰＷＭを含む。

【００２５】このインバータ回路４は本発明の試験をす
るために自動車用に特別に設計されたものであるがこの
基本的な技術は公知である。すなわちかご形多相誘導機
の回転磁界をその回転子の回転に応じて制御する技術
は、たとえば交流エレベータあるいはクレーンなどに適
応されている技術の応用である。

【００２６】かご形多相誘導機２（または内燃機関１）
には回転センサ６が取付けられてその主軸の回転を電気
的に検出する。この回転センサ６の出力するパルス信号
はディジタル・アナログ変換回路ＤＡ₁ により回転速度
を表すアナログ信号となる。このアナログ信号は演算増
幅器ＡＭＰの一方の入力に接続され、ディジタル・アナ
ログ変換回路ＤＡ₂ から発生されるすべり量に対応する
制御基準とその極性に応じて加算もしくは減算される。
この演算増幅器ＡＭＰの出力は上述の開閉制御信号発生
回路ＰＷＭにインバータ回路４の出力周波数制御信号と
して与えられる。すなわち、かご形多相誘導機２、回転
センサ６、ディジタル・アナログ変換回路ＤＡ₁ 、演算
増幅器ＡＭＰおよびインバータ回路４により負帰還サー
ボ制御ループが形成される。

【００２７】この負帰還サーボ制御ループにすべり量に
対応する制御基準が加算されるが、このすべり量を発生
する制御手段に必要とする信号について説明する。この
制御手段は第５図の左下に位置する各回路から構成さ
れ、マイクロプロセッサＣＰＵ、インターフェース回路
ＩＯ、トルク制御回路Ｔｑ、自動車のアクセルペダルに
連動するスイッチＡ₁ およびＡ₂ 、同じくトランスミッ
ションのニュートラルを示すスイッチＮ₁ およびＮ₂、
同じくクラッチペダルに連動するスイッチＣｌ₁および
Ｃｌ₂、運転者により操作される第一スイッチＳ₁ 、運
転者により操作される第二スイッチＳ₂ 、内燃機関の始
動キースイッチと連動するスイッチＫＳ、およびディジ
タル・アナログ変換回路ＤＡ₂ を含む。スイッチＳ₃ は
従来から設けられている排気ブレーキスイッチであり、
排気ブレーキ回路Ｅｘに接続されている。

【００２８】第一スイッチＳ₁ は補助加速を操作指示す
るスイッチであり、第二スイッチＳ₂ は電気制動を操作
指示するスイッチである。この第一スイッチＳ₁ および
第二スイッチＳ₂ は、この実施例では、第６図に示すよ
うにハンドルの軸に設けた一つの操作レバーｌで操作で
きるように設計された。この操作レバーｌはＯＦＦの位
置でスイッチＳ₁ およびＳ₂ がともに開いた状態であ
り、加速の位置に入れるとスイッチＳ₁ が閉じる。さら
に制動の位置には４つの位置があり、それぞれスイッチ
Ｓ₂ に示す複数の接点が順に閉じるように構成されてい
る。制動の４つの位置では運転者が電気制動の程度を調
節することができる。

【００２９】この操作レバーｌを加速の位置に入れたと
きには、その加速の程度はアクセルペダルの踏み込み量
により決まるように、アクセルペダルの踏み込み情報を
第５図の端子Ｔ₁ に与えて、トルク制御回路Ｔｑからイ
ンターフェースＩＯに信号を送出するように構成した。

【００３０】上記装置について試験的に製作した装置で
は、約100 馬力を越える制動力を発生することができ、
駆動力については二次電池３の性能にしたがって数十馬
力が得られ、十分に実用的な装置を設計することが可能
であることがわかった。この実施例装置ではかご形多相
誘導機２の回転子は内燃機関１のフライホイールに装着
され、そのフライホイールハウジングの直径は約700 mm
である。

【００３１】上記第５図に示す実施例装置の制御系を構
成する部品のうち大型のものはインバータ回路４および
二次電池３である。二次電池３は従来から自動車に搭載
されていたものと同等もしくはやや大型のもので実用的
に使用することができる。インバータ回路４について
は、スイッチ素子Ｑa 、Ｑb 、Ｑc 、Ｑd 、Ｑe 、Ｑf
の体積が大きいが試験的に製作された装置は、約150 馬
力の制動力を発生するものについて、総容積が約80リッ
トルであり、中型トラックの車体下部に十分に配置でき
た。この容積についてはまだ余裕があり、その小型化に
ついては今後さらに研究されるであろう。たとえば、イ
ンバータ回路４は可動部分のない静的な電気部品により
構成されているので、複数のスイッチ素子Ｑa 、Ｑb 、
Ｑc 、Ｑd、Ｑe 、Ｑf を１台の自動車の異なる位置に
分散して配置することが可能であり、これにより各種の
自動車に十分に実用的な形態のものを設計製造すること
が可能である。

【００３２】また運転性能については、従来から用いら
れている排気ブレーキの運転操作と大きく変わることが
なく、十分に実用的な運転性能を実現することができる
ことがわかった。

【００３３】本発明の装置は回転機がかご形多相誘導機
であるので、回転子部の構造が簡単であり、堅牢、かつ
軽量であり、ブラシなどの摩擦部品はいっさい使用され
ない。また回転子と固定子との間の間隙については、従
来の誘導子形のものよりもさらに大きい間隙を設定する
ことができ、したがって製作時の工作精度は緩和され量
産性に優れている。また、回転子側から発生する磁気音
はかご形であることからほとんどなく、固定子側の騒音
も従来の誘導子形に比べて著しく低い。

【００３４】上記例ではかご形多相誘導機は３相のもの
であるが、一般に多相のものについて同様に本発明を実
施することができる。相数を大きくすることにより、一
つの相あたりの電流を小さくすることができるから、イ
ンバータ回路の部品を車両の各部空間に分散配置する小
型自動車への適用の場合などには有利になる。

【００３５】上述した本発明実施例電気制動装置は、か
ご形多相誘導機２の回転子部が内燃機関１の主軸に嵌入
されたフライホイールに装着され、固定子部がフライホ
イールハウジングの内側に装着された構造のものである
が、かご形多相誘導機２の装着位置は必ずしもフライホ
イールおよびフライホイールハウジングに限定されるも
のではない。

【００３６】そのいくつかの実施例を次に示す。図７は
かご形多相誘導機２が内燃機関１の前端に装着された構
造を示したもので、従来のシャーシに実装できない欠点
があるが、クランク軸の捩り振動に抵抗し、減衰させる
ためクランクトーショナルダンパを不要とする利点を有
している。

【００３７】図８はかご形多相誘導機２がトランスミッ
ション装置20の後部に装着された構造を示したもので、
図外のクラッチおよびトランスミッション装置20により
切り離されることがあり、内燃機関１と一体的でない
が、車軸の回転と一体的で内燃機関１と切り離されても
制動をかけることができる利点がある。

【００３８】また、図９はかご形多相誘導機２がリヤア
クスル40の入口部に装着された構造を示したもので、図
８に示した実施例同様に図外のクラッチおよびトランス
ミッション装置20により切り離されることがあり、内燃
機関１と一体的でないが、内燃機関１の取付構造は従来
装置と全く同じであり変更を要しない。

【００３９】さらに、図10はかご形多相誘導機２がトラ
ンスミッション装置20およびリヤアクスル40間のプロペ
ラシャフト30に装着された構造を示したもので、図８お
よび図９に示した実施例同様に図外のクラッチおよびト
ランスミッション装置20により切り離されることがあ
り、内燃機関１と一体的でないが、スペースファクタが
よく、大形の回転機を取り付けることができる利点を有
している。

【００４０】このように、かご形多相誘導機２の装着位
置がかわってもその構成および動作は上述した内容と全
く同じであり、同様の効果を得ることができる。

【００４１】

【発明の効果】以上説明したように、従来の渦電流方式
によるリターダや誘導子形発電機に比べて構造が小型、
堅牢であり、固定子鉄心と回転子鉄心との間隙を大きく
とれることから製造のための工作精度が緩やかになり量
産するうえにきわめて有利である。

【００４２】また、誘導子形発電機に比べると、磁気漏
洩の影響がなくその発電効率は極めて高く、強力な制動
力を得ることができ、エネルギを有効に活用することが
できる。

【００４３】また、誘導子形発電機に比べて、本発明の
誘導発電機は制動時の騒音が極めて低く、車両の運転者
に不快感を与えない効果がある。これは回転子部の構造
が簡単であるためと考えられるが、発明者らが試作した
試験装置では、このかご形多相誘導機を用いることによ
りはじめて実用に供することができる程度に騒音の小さ
い装置が得られた。

【００４４】また、本発明ではかご形多相誘導機が用い
られているので、刷子を要する集電装置が不要であり保
守の手間が省ける優れた効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明実施例の電気的構成を示すブロック構成
図。

【図２】本発明実施例に用いられるかご形多相誘導機の
装着位置を示す模式図。

【図３】本発明実施例に用いられるかご形多相誘導機の
構造を示す機械的構成図。

【図４】本発明実施例に用いられるかご形多相誘導機の
構造を示す機械的構成図。

【図５】本発明実施例のさらに詳しい電気回路図。

【図６】本発明実施例の運転席の斜視図。

【図７】本発明実施例装置を内燃機関の前端に装着した
構成図。

【図８】本発明実施例装置をトランスミッション装置の
後部に装着した構成図。

【図９】本発明実施例装置をリヤアクスルの入口部に装
着した構成図。

【図１０】本発明実施例装置をトランスミッション装置
とリヤアクスル間のプロペラシャフトに装着した構成
図。

【符号の説明】

１内燃機関２かご形多相誘導機３二次電池４インバータ回路５インバータ制御回路６回転センサ７抵抗器９スイッチ回路 10 フライホイール装置 11 ステータ鉄心 12 ステータ巻線 13 口出線 14 ステータリング 15、16 フライホイールハウジング 20 トランスミッション装置 21 ロータ鉄心 22 かご形巻線 23 エンドリング 24 保持環 25 フライホイール 26 主軸 30 プロペラシャフト 40 リヤアクスル

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者小幡篤臣東京都日野市日野台３丁目１番地１日野自動車工業株式会社内 (72)発明者佐々木幸治東京都港区芝浦一丁目１番１号株式会社東芝本社事務所内 (72)発明者池谷定敬神奈川県横浜市鶴見区末広町２の４株式会社東芝京浜事業所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】自動車の車軸を駆動する内燃機関の主軸
に連結された回転機を含む電気制動装置において、上記回転機はかご形多相誘導機であり、このかご形多相誘導機に回転磁界を与える電気的手段を
備えたことを特徴とする電気制動装置。
【請求項２】自動車の車軸を駆動する内燃機関の主軸
に結合された回転機を含む電気制動装置において、上記回転機はかご形多相誘導機であり、このかご形多相誘導機に回転磁界を与える電気的手段を
備え、上記かご形多相誘導機はトランスミッション装置とリヤ
アクスルとの間の駆動軸に直結されたことを特徴とする
電気制動装置。
【請求項３】かご形多相誘導機がトランスミッション
装置の後部に装着された構造である請求項２記載の電気
制動装置。
【請求項４】かご形多相誘導機がリヤアクスルの入口
部に装着された構造である請求項２記載の電気制動装
置。
【請求項５】かご形多相誘導機がトランスミッション装
置およびリヤアクスル間のプロペラシャフトに装着され
た構造である請求項２記載の電気制動装置。