JPH0823601A - 電気自動車の回生発電電力吸収回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 回生制動用の抵抗を設けずに、走行時にモー
タへ電力を供給するためのバッテリ電源を利用して、発
電制動（回生制動）状態での発電電力（誘導起電力）を
吸収させることで、装置の小型化ならびに回路構成の簡
略化を図る。 【構成】 メインスイッチ２ならびにインバータ８へバ
ッテリ電源３を供給するためのリレー７の接点７ｂがオ
フ状態であっても、モータ１２の回動によって発生した
回生発電電力をバッテリ電源３へ供給させるように、イ
ンバータ８の正極側電源端子８ａとバッテリ電源３の正
極側との間に一方向性通電手段としてダイオード１０を
接続し、回生発電電力をバッテリ電源３で吸収させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、電気自動車の走行用
のモータが外力等で回動された際に発生する誘導起電力
（回生発電電力）をバッテリ電源で吸収するようにした
電気自動車の回生発電電力吸収回路に関する。

【０００２】

【従来の技術】図５は特開昭６１−１８３７８号の第４
図に記載された従来の回生発電電力吸収回路の回路構成
図である。従来の回生発電電力吸収回路１００は、回生
制動時にリレー接点１０１のａ−ｃ間をオフして直流電
源１０２の供給を断するとともに、リレー接点１０１の
ｂ−ｃ間をオン状態にすることで、モータ１０３の回動
によってモータ１０３の各巻線に誘起された誘導起電力
を、インバータ１０４を構成する各電界効果トランジス
タＱ１〜Ｑ６の内部ダイオードを介して回生抵抗１０５
で消費させる構成としている。

【０００３】しかしながら、図５に示した回路構成で
は、インバータ１０４の運転時に電源電圧を安定化する
ための平滑用コンデンサ１０６に蓄積された電荷も回生
抵抗１０５によって放電されてしまうため効率が悪い。
また、平滑用コンデンサ１０６の電荷と誘導起電力が回
生抵抗１０５で消費されるため、この回生抵抗１０５は
大電力用のものが必要となる。さらに、リレーの接点１
０１のａ−ｃ間をオン状態へ切り替えた際に、平滑用コ
ンデンサ１０６を充電する大電流が流れるため、リレー
の接点１０２が損傷することがある。

【０００４】このような課題を解決するようにした他の
従来の回生発電電力吸収回路１００が特開昭６１−１８
３７８号の第１図に記載されている。図６は特開昭６１
−１８３７８号の第１図に記載された他の従来の回生発
電電力吸収回路の回路構成図である。他の従来の回生発
電電力吸収回路１１１は、平滑用コンデンサ１０６を直
流電源１０２側に接続することで、リレーの接点１０１
を介して充電電流が流れることのない構成としている。
また、リレー接点１０１の共通接点ｃを直流電源１０２
側に接続し、接点ｃ−ａ間をオフし、接点ｃ−ｂ間をオ
ン状態にした回生制動状態では、直列接続された分圧抵
抗１１２，１１３で分圧した電圧を電界効果トランジス
タ１１４のゲートへ供給して、この電界効果トランジス
タ１１４を導通状態にし、誘導起電力を回生抵抗１０５
で消費させるようにしている。さらに、リレー接点１０
１のｃ−ａ間にダイオード１１５を逆方向へ並列接続す
ることで、誘導起電力を平滑用コンデンサ１０６でも吸
収するようにしている。なお、電界効果トランジスタ１
１４のゲートとソース間に並列に接続された定電圧ダイ
オード１１６はゲート−ソース間に過電圧が印加される
のを防止するためのものである。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら従来の回
生発電電力吸収回路１００，１１１は、回生時の誘導起
電力（回生発電電力）を回生抵抗１０５で消費させるこ
とで、回生制動を行なう構成である。このような構成
は、モータ１０３が外力によって回転駆動されることが
なく、回生制動によってモータ１０３が短時間で回転停
止状態になる場合は、回生抵抗１０５の放熱をそれほど
考慮しなくてよい。しかしながら、クラッチレス構成の
電気自動車やクラッチを有する電気自動車であってもク
ラッチが接続された状態で、下り坂走行や牽引走行がな
されると、発電制動（回生制動）状態が長時間継続する
ことになる。このため回生抵抗１０５で回生発電電力を
消費させて回生制動を行なうには、大電力用の回生抵抗
１０５が必要になるとともにその放熱対策が必要とな
り、回生抵抗１０５自体が大型となるだけでなく、放熱
のためのスペースが必要となり、回生制動に必要な装置
が大型になるという問題がある。

【０００６】また、直流電源１０２からインバータ１０
４を介してモータ１０３へ電力を供給している状態で
は、回生抵抗１０５を切り離す必要があるため、図５に
示したように１回路２接点型のリレーの接点１０１を用
いてモータ１０３の駆動状態と回生制動状態を切り替え
てたり、図６に示したように電界効果トランジスタ１１
４等を用いた半導体スイッチ手段を用いて回生抵抗１０
５の接続・非接続を制御する必要があり、回路構成が複
雑になるという問題がある。

【０００７】さらに、図６に示した回路構成では、リレ
ーの接点１０１のｃ−ｂ間がオンとなった状態では、直
流電源１０２から分圧抵抗１１２，１１３へ電流が供給
され続けるため、不要な電力消費が発生する。このた
め、バッテリ等の直流電源１０２から全ての電気的負荷
を切り離すためのメインスイッチ１１７を介設するよう
にすると、このメインスイッチ１１７をオンにした時
に、平滑用コンデンサ１０６への充電電流が流れため、
メインスイッチ１１７の接点が損傷する虞れがある。ま
た、平滑用コンデンサ１０６がリレー接点１０１を介し
て直流電源１０２側に配置されるため、平滑用コンデン
サ１０６とインバータ１０４との間の電気配線の導体抵
抗による電圧降下が発生しやすくなり、インバータ１０
４を介してモータ１０３へ供給する電流のピーク値が減
少することがある。このため、平滑用コンデンサ１０６
は、インバータ１０４の近傍に配置するのが望ましい。

【０００８】この発明はこのような課題を解決するため
なされたもので、回生制動用の抵抗を用いずに、走行時
にモータへ電力を供給するためのバッテリ電源を利用し
て回生制動時の誘導起電力を吸収させることで、装置の
小型化ならびに回路構成の簡略化を図るようにした電気
自動車の回生発電電力吸収回路を提供することを目的と
する。

【０００９】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
この発明に係る電気自動車の回生発電電力吸収回路は、
バッテリ電源からモータへ電力を供給するスイッチ手段
がオフ状態であっても、モータの回動によって発生する
誘導起電力をバッテリ電源へ供給させるための一方向性
通電手段を備え、モータ回動時の誘導起電力をバッテリ
電源で吸収させるようにしたことを特徴とする。

【００１０】なお、バッテリ電源からモータへ電力を供
給するスイッチ手段は、ドレインとソース間に逆極性で
並列に接続されたダイオードを内蔵した電力用電界効果
トランジスタを用い、この電力用電界効果トランジスタ
に内蔵されたダイオードを利用して一方向性通電手段を
構成してもよい。

【００１１】

【作用】この発明に係る電気自動車の回生発電電力吸収
回路は、一方向性通電手段を備え、モータの回動によっ
て発生する誘導起電力をバッテリ電源へ供給して吸収さ
せる構成としたので、モータが外力等で回動された際に
発生する誘導起電力（回生発電電力）を消費させるため
の回生抵抗、ならびに、回生状態を切り替えるための回
路が不要となり、回路構成の簡略化を図ることができ
る。

【００１２】また、バッテリ電源からモータへ電力を供
給するスイッチ手段を、ドレインとソース間に逆極性に
並列接続されたダイオードを内蔵した電力用電界効果ト
ランジスタを用いて構成したので、この電力用電界効果
トランジスタに内蔵されたダイオードを介して回生発電
電力をバッテリ電源側へ供給することができる。よっ
て、ダイオード等の一方向性通電手段を新たに設けなく
てよく、回路構成部品点数の削減を図ることができる。

【００１３】

【実施例】以下この発明の実施例を添付図面に基づいて
説明する。図１はこの発明に係る電気自動車の回生発電
電力吸収回路の回路構成図である。この発明に係る回生
発電電力吸収回路１は、電気自動車の鍵等を用いて操作
されるメインスイッチ２をオン状態に操作することで、
バッテリ電源３から図示しないヒューズ等を介して各種
負荷（灯火器類や制御回路等）４、ならびに、遅延タイ
マ５へ電源を供給する構成としている。

【００１４】遅延タイマ５は電源が供給された時点から
予め設定した所定の遅延時間が経過した時点で、リレー
駆動出力５ａを出力するよう構成している。リレー駆動
回路６は、リレー駆動出力５ａに基づいてリレー７の巻
線７ａを通電状態にして、リレー７のメーク接点７ｂを
導通状態にするよう構成している。図１ではリレー駆動
回路６の一具体例としてＮＰＮ型トランジスタとベース
抵抗およびベース・エミッタ間抵抗からなる回路を示し
た。そして、リレー７のメーク接点７ｂを介してインバ
ータ８へバッテリ電源３を供給するようにしている。イ
ンバータ７の正極側ならびに負極側の電源端子８ａ，８
ｂ間には電源平滑用コンデンサ９を接続している。

【００１５】インバータ７の正極側端子８ａとバッテリ
電源３の正極側端子との間に、一方向性通電手段として
のダイオード１０を設けている。ダイオード１０はアノ
ードがインバータ７の正極側端子８ａに、カソードがバ
ッテリ電源３の正極側となるよう接続している。リレー
７のメーク接点７ｂに並列に、ダイオード１１ａと抵抗
１１ｂを直列接続してなる充電回路１１を設けている。
遅延タイマ５の遅延時間は、抵抗１１ｂの抵抗値を電源
平滑用コンデンサ９の容量値で定める充電時定数を考慮
して、電源平滑用コンデンサ９がある程度充電された以
降にリレー７を動作させるよう設定している。

【００１６】インバータ８は、ドレインとソース間に逆
方向接続されたダイオードＱＤ１〜ＱＤ６を内蔵する電
力用電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）Ｑ１〜Ｑ６を３相
ブリッジ接続して、３相同期モータ１２の各相へ電力を
供給する構成としている。

【００１７】以上の構成における動作を説明する。メイ
ンスイッチ２がオン状態になると、充電回路１１を介し
て平滑用コンデンサ９への充電がなされる。充電回路１
１内の抵抗１１ｂを介して平滑用コンデンサ９への充電
を行なうので、この抵抗１１ｂによって充電電流が制限
される。したがって、過大な充電電流が流れることはな
く、メインスイッチ２の接点が損傷されることはない。

【００１８】遅延タイマ５は、所定の遅延時間が経過し
た後にリレー駆動出力５ａを出力するので、リレー駆動
回路６を介してリレー７の巻線７ａが通電され、リレー
７のメーク接点７ｂはオン状態となる。これにより、イ
ンバータ８へは電流制限されない状態で、バッテリ電源
３が供給される。そして、図示しないインバータ制御回
路から各電力用電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）Ｑ１〜
Ｑ６のゲートに制御信号が供給されることによって、交
流電力がモータ１２へ供給される。これによってモータ
１２が回動駆動され、図示しない動力伝達機構を介して
駆動輪が回転駆動され、電気自動車の走行がなされ
る。。

【００１９】メインスイッチ２をオフにした状態で下り
坂走行や牽引走行を行なうと、走行に伴う外力によって
モータ１２が回転駆動され、モータ１２の巻線（図示し
ない）に誘導起電力が発生する。この誘導起電力は、イ
ンバータ８を構成する各電力用電界効果トランジスタ
（ＦＥＴ）Ｑ１〜Ｑ６に内蔵されたダイオードＱＤ１〜
ＱＤ６、ならびに、一方向性通電手段としてのダイオー
ド１０を介してバッテリ電源３へ供給され、バッテリ電
源３に吸収される。

【００２０】一方向性通電手段としてのダイオード１０
は、インバータ１２の正極側端子８ａとバッテリ電源３
の正極側との間に設けているので、メインスイッチ２が
オフ状態であっても、モータ１２の回動によって発生さ
れた誘導起電力をバッテリ電源３側へ供給され、このバ
ッテリ電源３を負荷として回生制動がなされる。

【００２１】一方向性通電手段としてのダイオード１０
がない場合、誘導起電力によってインバータ８の電源端
子８ａ，８ｂ間の電圧は高圧になるため、この高圧に耐
えるよう高耐圧の電力用電界効果トランジスタ（ＦＥ
Ｔ）Ｑ１〜Ｑ６、ならびに、高耐圧の平滑用コンデンサ
９を用いる必要があり回路が高価になるが、一方向性通
電手段としてのダイオード１０を設けることで、インバ
ータ８の電源端子８ａ，８ｂ間の電圧はバッテリ電源３
の電源電圧にほぼ抑制される。

【００２２】図２はこの発明に係る他の回生発電電力吸
収回路の回路構成図である。図２に示す回生発電電力吸
収回路２１は、リレー７の接点７ｂを介してインバータ
８へバッテリ電源３を供給する構成とするとともに、充
電回路１１内に充電電流を検出するための電流検出器
（カレントプローブ）２２を介設し、メインスイッチ２
がオンされると充電電流監視回路２３へバッテリ電源３
を供給する構成としたものである。

【００２３】充電電流監視回路２３は、電流検出器（カ
レントプローブ）２２によって検出された充電電流値が
予め設定した電流値以下であれば、リレー駆動出力５ａ
を出力するよう構成している。したがって、平滑用コン
デンサ９がほぼ充電状態にあり、充電回路１１を介して
流れる充電電流が小さな値となっている場合は、メイン
スイッチ２をオンすると直ちにリレー７が駆動され、イ
ンバータ８へバッテリ電源３が供給されてモータ１２の
運転が可能となる。

【００２４】図１に示した回生発電電力吸収回路１で
は、平滑用コンデンサ９の充電状態にかかわらず遅延タ
イマ５を用いてメインスイッチ２のオンから所定時間後
にモータ１２の運転を可能しているが、図２に示す構成
では平滑用コンデンサ９の充電状態に応じてリレー７を
オンさせるタイミングを可変しているので、平滑用コン
デンサ９の電荷が放電されていない場合は、メインスイ
ッチ２のオン動作後直ちにモータ１２の運転が可能とな
る。

【００２５】なお、電流検出器２２を用いずに、充電電
流を制限する抵抗１１ｂの両端に発生する電圧を検出
し、その電圧降下値に基づいてリレー７をオンさせるタ
イミングを制御するようにしてもよい。また、発光ダイ
オードと受光素子を組み合わせたフォトカプラ等を用
い、発光ダイオードを充電回路１１に直列に介設し、受
光素子側から充電電流に応じた出力を得ることで充電電
流を検出するようにしてもよい。フォトカプラ等を用い
ることで充電回路側の電源と充電電流監視回路側の電源
を分離することができるので、モータ１２駆動専用の走
行用バッテリ電源とこの走行用バッテリ電源とは絶縁さ
れた制御回路等専用のバッテリ電源を備える構成であっ
ても、充電電流を監視し、リレー７のオンタイミングを
調節することで、リレー７の接点７ｂが過大電流で損傷
されるの防止することができる。

【００２６】図３は請求項２に係る電気自動車の回生発
電電力吸収回路の回路構成図である。図３に示す回生発
電電力吸収回路３１は、バッテリ電源３からインバータ
８を介してモータ１２への通電をオン・オフするスイッ
チ手段として、電力用電界効果トランジスタ３２を用い
たものである。図３では、スイッチ手段としてのＮチャ
ンネル型の電力用電界効果トランジスタ３２を、インバ
ータ８の負極側電源端子８ｂとバッテリ電源３の負極側
との間に介設した例を示した。電力用電界効果トランジ
スタ３２は、ドレインＤとソースＳ間にダイオード３２
ａが内蔵されたものを用いている。内蔵されたダイオー
ド３２ａはカソードがドレインＤ側、アノードがソース
Ｓ側となる構造である。

【００２７】メインスイッチ２がオンされると、通電制
御回路３３はゲート駆動電力３３ａを電力用電界効果ト
ランジスタ３２のゲートＧへ供給し、電力用電界効果ト
ランジスタ３２を導通状態へ制御する。これにより、イ
ンバータ８への通電がなされ、モータ１２の運転が可能
となる。

【００２８】回生制動状態でモータ１２の各巻線（図示
しない）に誘導起電圧が発生すると、この誘導起電圧に
よって、インバータ８を構成する各電力用電界効果トラ
ンジスタＱ１〜Ｑ６のドレイン・ソース間に並列接続さ
れたダイオード、バッテリ電源３、スイッチ手段を構成
する電力用電界効果トランジスタ３２に内蔵されたダイ
オード３２ａを介して電流が流れ、バッテリ電源３を負
荷として回生制動がなされる。メインスイッチ２がオフ
されており、スイッチ手段を構成する電力用電界効果ト
ランジスタ３２がオフ状態となっていても、この電力用
電界効果トランジスタ３２に内蔵されたダイオード３２
ａを介して回生制動電流が流れ、バッテリ電源３を負荷
とした回生制動が可能である。

【００２９】なお、平滑用コンデンサ９への充電電流を
制限するため、数オーム程度の抵抗値を有する充電電流
制限抵抗Ｒを、平滑用コンデンサ９に直列に挿入する構
成としてもよい。充電電流制限抵抗Ｒの挿入によって、
インバータ８からモータ１２側への電荷放電する際のイ
ンピーダンスが増加し、インバータ８のスイッチング動
作時に電源電圧の脈動が大きくなるのを軽減するため、
充電電流制限抵抗Ｒに並列にダイオードＤを蓄積した電
荷の放電方向に対して順方向となるよう接続し、このダ
イオードＤのオン抵抗と充電電流制限抵抗Ｒの並列合成
抵抗によって電荷放電時の直流抵抗分を低減させ、イン
バータ８のスイッチング動作に伴う電源電圧の変動が大
きくならないようにしている。ダイオードＤの替わりに
リレーの接点を設け、平滑用コンデンサ９への充電が完
了した以降にリレーの接点を閉じる構成とすることで、
過大な充電電流を抑制するとともに、インバータ８の動
作時の電源電圧変動を軽減させるようにしてもよい。

【００３０】図４は直流ブラシ式モータを用いた電気自
動車の回生発電電力吸収回路の回路構成図である。図４
に示した回生発電電力吸収回路４１は、図示しない車両
のメインスイッチがオンされ、平滑用コンデンサ９への
プリチャージが完了した時点で閉結される接点４２に、
一方向性通電手段としてのダイオード４３を並列に接続
するとともに、図示しない運転制御装置から出力される
運転指令に基づいて導通状態に駆動されて直流ブラシ式
モータ４４への通電を制御する電力用電界効果トランジ
スタ４５に、ダイオード４５ａを内蔵したものを用いた
ものである。

【００３１】図示しないメインスイッチがオフされ接点
４２が開放状態にあるとき、または、運転指令が供給さ
れておらず電力用電界効果トランジスタ４５がオフ状態
にあるときに、電気自動車の坂道走行や牽引走行によっ
て直流ブラシ式モータ４４が回動され、直流ブラシ式モ
ータ４４の巻線（図示しない）に誘導起電力が発生して
も、発生した誘導起電力によって、一方向性通電手段と
してのダイオード４３−バッテリ電源３−電力用電界効
果トランジスタ４５に内蔵されたダイオード４５ａの経
路で回生電流が流れ、回生制動に伴って発生した誘導起
電力はバッテリ電源３で吸収される。

【００３２】なお、直流ブラシ式モータ４４に並列に接
続したダイオード４４ａは、このモータ４４への通電を
遮断した際等に発生する逆極性のサージ電圧を吸収する
ためのものである。

【００３３】

【発明の効果】以上説明したように請求項１に係る電気
自動車の回生発電電力吸収回路は、一方向性通電手段を
備え、モータの回動によって発生する誘導起電力をバッ
テリ電源へ供給して吸収させる構成としたので、回生発
電電力を消費させる回生抵抗ならびに回生状態を切り替
えるための回路が不要となり、回路構成の簡略化を図る
ことができる。

【００３４】請求項２に係る電気自動車の回生発電電力
吸収回路は、バッテリ電源からモータへ電力を供給する
スイッチ手段を、ドレインとソース間に逆極性に並列接
続されたダイオードを内蔵した電力用電界効果トランジ
スタを用いて構成したので、この電力用電界効果トラン
ジスタに内蔵されたダイオードを介して回生発電電力を
バッテリ電源側へ供給することができる。よって、ダイ
オード等の一方向性通電手段を新たに設けなくてよく、
回路構成部品点数の削減を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明に係る電気自動車の回生発電電力吸収
回路の回路構成図

【図２】この発明に係る他の回生発電電力吸収回路の回
路構成図

【図３】請求項２に係る電気自動車の回生発電電力吸収
回路の回路構成図

【図４】直流ブラシ式モータを用いた電気自動車の回生
発電電力吸収回路

【図５】従来の回生発電電力吸収回路の回路構成図

【図６】他の従来の回生発電電力吸収回路の回路構成図

【符号の説明】

１，２１，３１，４１ 回生発電電力吸収回路 ２ メインスイッチ ３ バッテリ電源 ７ｂ バッテリ電源からモータへ電力を供給するスイッ
チ手段を構成するリレーの接点 ８ インバータ ９ 平滑用コンデンサ １０ 一方向性通電手段を構成するダイオード １２，４４ モータ ３２ バッテリ電源からモータへ電力を供給するスイッ
チ手段を構成する電力用電界効果トランジスタ ３２ａ スイッチ手段を構成する電力用電界効果トラン
ジスタに内蔵されたダイオード（一方向性通電手段を構
成するダイオード）

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 バッテリ電源からモータへ電力を供給す
   るスイッチ手段がオフ状態であっても、前記モータの回
   動によって発生する誘導起電力を前記バッテリ電源へ供
   給させるための一方向性通電手段を備え、前記モータ回
   動時の誘導起電力を前記バッテリ電源で吸収させるよう
   にしたことを特徴とする電気自動車の回生発電電力吸収
   回路。
2. 【請求項２】 前記バッテリ電源からモータへ電力を供
   給するスイッチ手段は、ドレインとソース間に逆極性で
   並列に接続されたダイオードを内蔵した電力用電界効果
   トランジスタを用い、この電力用電界効果トランジスタ
   に内蔵されたダイオードを利用して前記一方向性通電手
   段を構成したことを特徴とする請求項１記載の電気自動
   車の回生発電電力吸収回路。