JPS5816004B2 - デンドウシヤノタメノエネルギコウカンソウチ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、搭載蓄電池充電装置、および制動エネルギ
回収装置を備えた電動車のためのエネルギ交換装置に関
する。

電動車は、一般に配電コネクタを含む蓄電池の再充電を
可能にする充電装置を備えている。

したがって、この充電装置はあらゆる利用可能な電源に
適応できるのが好ましい。

他方、電動車の減速時には、その電動機もしくはトラク
ション・モータは、発電機となって、予め電動車により
機械的エネルギの形で蓄えられたエネルギの一部で蓄電
池を再充電する必要がある。

運転および安全上の見地から、運転者が加速ペダルを解
放した時に先ず僅かなエネルギ回収がなされ、それによ
り内燃機関で得られるものにほぼ類似したモータ制御を
達成することができ、そしてエネルギの回収は運転者が
制動ペダルを強く踏むにつれて次第に増大する。

電動車の速度が低い時には、モータの起電力は蓄電池の
起電力よりも小さい。

したがって電動車の機械的エネルギを回収することはで
きない。

蓄電池の放電を避けるために、モータを短絡させて蓄電
池の充電に利用することなく、車の機械的エネルギを消
失させてしまうのが普通である。

この低速度の場合の上記問題を解決するためにモータ軸
に小型の補助発電機を取付けて同じ速度に対し主電機に
より供給される電圧よりも大きな起電力電圧を発生する
ことが提案されている。

しかしこの補助発電機は比較的短かい時間だけしか動作
しないので、かなりの強電向を発生しその定格値に比較
し大きな電流を発生することができよう。

しかしながら、この可能性には限界がある。何故ならば
電動車の牽引もしくは駆動を行う主電機が実際上殆んど
制御できない直巻励磁電機であるからである。

したがって、２つの電機は別々に用いられ、電機組立体
の慣性は増大する。

よって、この発明の目的は同一の軸に取付けられた２つ
の電機を有し、牽引、エネルギ回収、および蓄電池電圧
よりも一般に高い外部給電源電圧による蓄電池の充電と
言う３つの機能を果たし、しかもエネルギの回収機能お
よび蓄電池の再充電機能は供給されるエネルギの本質が
異なるのみであり、しかも最終的には充電々流および電
圧の制御により蓄電池の再充電がなされる電動車用のエ
ネルギ交換装置を提供することにある。

本発明の他の目的は、２つの電機を頻繁に使用したり、
電動機または発電機として同時に使用することを可能に
し且つ良好な制御を達成することにある。

この発明の他の目的は、外部電源から供給されたエネル
ギのみによって電動車を機能させることにある。

この発明の他の目的は、電動車の電動機の稼動率を増大
′し且つ機能が完全に別れている装置を用いる場合より
も小さな全重量を達成することにある。

本発明によれば、上に述べた目的は各々電動機または発
電機として動作できる２つの回転電機を同一の軸に取付
けこれ等電機相互間ならびに電動車の蓄電池との間でエ
ネルギ交換を可能にすることによって達成される。

本発明は非限定的例として図面に示す１実施形態に関す
る以下の説明から一層良く理解できよう。

第１図のブロック・ダイヤグラムを参照するに、参照数
字１は本例の場合商用電源のような外部電源を示し、こ
の電源は充電期間中電機２にエネルギを送る。

電機２は主駆動機械と称する電機３と同じ軸に取付けら
れている。

電機２および３は互いに且つまた蓄電池４と制御ブロッ
ク５を介してエネルギを交換しあう。

主駆動電機３の出力軸は参照数字６で示しである。

この軸は電動車の車輪に連結されている。場合１・こよ
っては電機２および３間に解離自在な連結器、即ちクラ
ッチ７を介在配設することができる。

クラッチ７は、例えば電機３の回転慣性を小さくしたい
ような場合、即ち高速時にこのクラッチにより電機２と
３を切り離すように用いられて良く、低速時には電機２
と３はクラッチを介して結合される。

クラッチ７としては第２図のようにコイルで付勢される
電気的クラッチの他に機械式、水圧式のものでも良い。

ブロック２．３．５および４の各々の間において、エネ
ルギの交換は２つの方向において行なわれ、これ等方向
は矢印で示されている。

外部電源による装置の充電動作は、電動車を停止して電
機３の軸６を車輪から切離し、外部電源により電機２を
駆動し、これにより発電機として作動する電機３を駆動
して蓄電池を充電することによりなされる。

第２図の回路図において、第１図と同じブロックには同
じ参照数字が示されている。

即ち、電源１、高電圧小型電機２、低電圧主電機３、蓄
電池４、クラッチ７および整流器８が示されている。

図中、残りの部分は制御ブロック５を構成する。

交流または直流電圧発生源とすることができる電源１は
、充電期間中、好ましくは３相の整流器装置８に接続さ
れる。

整流器８の正極は、電機２の直巻界磁巻線１０ａの１端
に接続されており、該巻線の他端は回転子１２の正極刷
子１１に接続されている。

整流器８の負極１３は電機２の負極刷子１４に直接接続
されている。

電機２はまた、大きい磁束を得るための低電圧高電力の
他励励磁巻線１０ｂを有している。

電機２の、電源１による蓄電池の再充電機能から駆動も
しくは牽引機能への転換は、参照数字１６．１７および
１８各々で示す３つのスイッチを備えたスイッチ回路１
５を用いて実施される。

蓄電池４の充電状態は、スイッチ１６．１７および１８
の３つの可動片が図において左側の接点に投入された時
に生じる。

その場合、スイッチ１８の回路だけが動作し、その可動
片は接点１９側に投入され、この結果巻線１０ｂは２つ
の直列抵抗器２１および２２を介して蓄電池４の正極に
接続される。

なお、抵抗器２１．２２間の接続点は２３で示されてい
る。

駆動もしくは牽引機能は、スイッチ回路１５の各スイッ
チの可動片が図の右側の接点に投入された時に実現され
る。

この場合には、スイッチ１８の可動片は接点２４側に位
置して、巻線１０ｂを電動車の制動ペダル２６および加
速ペダル２７によって作動されるスイッチ２５の一方の
接点に接続する。

スイッチ２５の可動片は、制動ペダル２６を踏んだ時（
即ち制動時）、もしくは加速ペダル２７を充分に踏み込
んだ時（即ち急加速時）もしくは該加速ペダルを全く加
圧していない時（即ち惰力走行時）に閉じる。

また、低速時に閉じられるようにしても良い。

なお、スイッチ２５は簡略図示したものである。

実際、必要に応じてこのスイッチ２５の代わりに、直列
に接続される一連の抵抗を用い、これら抵抗を一連のス
イッチで順次直列に接続するようにしても良く、これに
よりスイッチの急激なオンオフに代わり、緩やかなスイ
ッチングがなされる。

スイッチ２５の他の接点は電流チョッパ２９の出力端子
２８に接続されている。

チョッパ２９は一方では蓄電池４の正極２０に接続され
ると共に他方では接続点２３に接続されている。

したがって、チョッパ２９は正極２０と接続点２３との
間に接続されている抵抗器２２の端子間に現れる電位差
によって制御され且つまた加速ペダル２７および制動ペ
ダル２６により制御される。

チョッパ２９の主たる役目は、低電圧主電機３の他励巻
線３０に給電することである。

スイッチ２５が閉じている時には、チョッパ２９はまた
電機２の他励巻線１０ｂにも給電する。

巻線３０の他端は蓄電池４の負極３１に接続されている
。

抵抗器２２の端子に現われる電位差は、主として電機３
の回転子３２の電流に由るものである。

回転子３２の正極刷子３３は、チョッパ２９と同様に、
電動車の制動ペダル２６および加速ペダル２１によって
制御される電流チョッパ３４を経て接続点２３に接続さ
れている。

回転子３２の負極の刷子３５は蓄電池４の負極３１に接
続されている。

回転子１２の負極刷子１４も同様に、スイッチ回路１５
のスイッチ１６が牽引位置もしくはエネルギ回収位置（
接片が図中右側の端子に投入されている）にある時にス
イッチ１６を介して蓄電池４の負極３１に接続される。

スイッチ回路１５のスイッチ１７は、その牽引位置にお
いて、回転子１２の正極刷子１１をダイオード３６を介
して接続点２３に接続する。

ダイオード３６のカソードは接続点２３側にある。

第２のダイオード３７により回転子３２の正極刷子３３
が接続点２３に接続されている。

ダイオード３７のカソードも同様に接続点２３側に在る
。

第３のダイオード３８はスイッチ３９を介して刷子３３
を電機２の直巻界磁巻線１０ａに接続する。

スイッチ３９は加速ペダルを所定値以上踏み込んだとき
閉じられる。

従って、ダイオード３８スイツチ３９、巻線１０ａ、回
転子１２、刷子１４及びスイッチ回路１５のスイッチ１
６を含む回路は、電動車の起動時における電機２の利用
できるトルクを増大するよう働く。

即ち、高速時に運転者が加速ペダル２７を充分に踏み込
んでスイッチ３９を閉じた時に、巻線１０ａは電機２の
励起に関与することが可能である。

この時、スイッチ２５も加速ペダル２７の踏み込みに応
答して閉成されるため、巻線１０ａ及び１０ｂはそれぞ
れチョッパ３４及び２９を介して励磁され、電機２は駆
動される。

この場合、チョッパ３４．２９を介して巻線１０ａ、１
０ｂに与えられる電圧による電機２の駆動力は、外部電
源１から整流器８を介して巻線ＬＯａに与えられる電圧
による駆動力よりも小さく電動車を駆動するには不十分
であるが、電機３による電動車の駆動を補助するもので
ある。

尚、高速時に加速ペダル２７を踏み込み、スイッチ３９
を閉じても、電機２は高電圧電機であるため、その逆起
電力によりコイル１０ａを流れる電流は打ち消され電機
２によるトルクはほぼ零きなる。

従って、スイッチ３９は加速ペダルが灰汁以上踏み込ま
れかつ低速時のとき、即ち、起動鴫にのみ閉じられるよ
うにしても良い。

別の実施形態において、スイッチ３９を直接回転子１２
の刷子１１に接続することができる。

この場合巻線１ （ｌａは使用されず、巻線１０ｂだけ
が起動励磁に関与する。

この場合には、巻線１０２は外部電源１で蓄電池４を再
充電するのにしか月いられないことになる。

蓄電池４の端子２０および３１に直接々続されているコ
ネクタ４０によ１て、蓄電池４が完全に放電した時に適
当な外部電源で蓄電池４の再充電を行うことができる。

次に本発明によるエネルギ交換装置の動作にていて簡単
に述べる。

外部電源１で蓄電池４を充電する時には、スイッチ回路
１５の３つのスイッチ１６．１７および１８が手動また
は自動的に第２図において左側に切換えられてスイッチ
２５．３９も開かれる。

巻線１０ａを除いて、電機２は装置の残部から電気的に
絶縁される。

電機２が良好に絶縁されている状態下においては、電動
車の成る個所が誤まって外部電源に接続される危険は極
めて小さい。

斯様にして装置の取扱い者には、良好な安全性か確保さ
れる。

必要ならば、そしてまた外部電源の電圧に依存して電機
２の速度を制御する必要がない場合には巻線１０ｂを蓄
電池４ならびに装置の残部との接続からスイッチ（図示
せず）を用いて切離すことができよう。

外部光流電源１から給電される通常の商用電源の単相ま
たは３相交流電流は整流器８を介して電機２に与えられ
得る。

通常外部電源１から整流器８を介して電機２に与えられ
る直流電圧は例えは２２０Ｖである。

またチョツ、４２９．３４の出力電圧は例えば最大１４
４Ｖである。

電圧が加えられた場合、電機２は直巻巻線１０ａがある
ために比較的／」・さな電流しか食わない。

普通の使用例では、巻線１０ｂは、蓄電池４が完全に放
電していない場合、蓄電池から抵抗器２１および２２を
介して給電される。

電源電圧に応じて抵抗器２１の値を変えることにより、
放電電流量の関数として電機の速度の成る程度の調整が
可能である。

蓄電池の完全な放電や過充電は蓄電池の寿命を早めるの
で、通常は最大充電容量の８０％以下には放電しないよ
う保守される。

回転子３２は、クラッチ７を介して回転子１２によって
１駆動され、そして巻線３０はチョッパ２９を介して給
電されるため、電機３は発電機として働き、回転子３２
からダイオード３７および抵抗器２２を介し蓄電池４に
充電々流を供給する。

ダイオード３７は蓄電池４から回転子３２へと電流が逆
流するのを阻止する。

チョッパ２９は、抵抗器２２を流れる電流の関数として
且つまた蓄電池４の電圧の関数として制御される。

このようにして、蓄電池の充電速度および使用持続期間
に関して良好な結果をもたらす充電々流および電圧を得
ることができる。

休止状態において、チョッパ３４はダイオード３７の代
りをすることができる。

牽引動作の時には、スイッチ１６．１７および１８の可
動片は右側に切換えられ、かつ外部電源１は整流器から
切離される。

電機３は、通例の仕方で動作するチョッパ２９および３
４を介し、加速ペダル２７および制動ペダル２６の位置
の関数として牽引トルクもしくは７駆動トルクを発生す
る。

励磁電流を回転子電流に比例せしめ、そして電機の速度
が増大した時にこの励磁電流を減少させることが適切で
あることは理解されるであろう。

スイッチ２５および３９が閉じている時には、電機２は
牽引即ちトラクション機能を果し、電機２を直巻電動機
として使うか、分巻電動機として使うかによって選択的
に巻線１０ａまたは１０ｂの１つを切り離すことができ
る。

電機２のトルクに加えられた電機３のトルクは起動待初
期を除いて比較的小さい。

と言うのは回転子１２が高電圧供給用に巻回されている
からである。

電機２は起動後電流を殆んど消費しない状態に迅速に達
する。

エネルギ回収状態、即ち加速ペダルが解放されたり制動
状態（回生制動状態）にある時にはスイッチ３９は開放
状態にあるが、スイッチ２５は閉じ巻線３０および１０
ｂの励磁電流は、チョッパ２９に由って高い値にされる
。

したがって、回転子１２および３２の端子電圧は増大し
、回゛転子１２からの回生電流はダイオード３６および
抵抗器２２を介して、また回転子３２からの回生電流は
ダイオード３７、抵抗器２２を介してそれぞれ蓄電池４
に送られる。

抵抗器２２の端子で測定される全充電電流値は他励励磁
コイル３０に給電するチョッパ２９により制御され、こ
れを外部電源１からの充電の場合と同様であるが、しか
しながら外部電源からの充電の場合よりも高い電流およ
び電圧値を有する。

電動車の速度が減少した時には、電機３により供給され
る電圧は充分でなくなり、電機２だけが電流を蓄電池４
に供給する。

本発明の範囲から逸脱することなく、公知の技術に従っ
て、電機２および３を同期または非同期型の交流電機と
し、場合によっては励磁巻線および回転子巻線を対応す
る結合器を用いて任意に結合しても良い。

本発明の別の実施形態によれば、電動車の走行の成る期
間中、例えば専用路上を走行している時に、電機２は連
続的に市街配線網から電気エネルギを受け、そして電機
３は巻線３０の励磁電流値に応じて発電機または電動機
として動作するようにすることができる。

電機３が受けたりまたは発生したりするエネルギは、零
にすることも可能である。

第２図を参照して述べた動作のあらゆる場合において、
かなり大きな電流が通る接点は、一般に手動で停止位置
に操作されるスイッチ１６および１７の接点だけである
。

スイッチ３９は他のスイッチよりも供給される電流が高
いが、電機２が電機３よりも大きなインピーダンスを有
しているので、蓄電池４によって供給される起動電流の
端数値の電流負荷しか受けない。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明によるエネルギ交換器のブロック・ダイ
ヤグラムであって、装置の種々な部分ならびに外部電源
間のエネルギ交換の模様を示し、第２図は本発明の装置
の原理を示す回路図である、１・・・電源、２，３・・
・回転電機、４・・・蓄電池、５・・・制御装置、６・
・・回転電機３の出力軸、７・・・クラッチ、８・・・
整流器、１０ａ・・・直巻界磁巻線、１２・・・回転子
、１０ｂ・・・他励巻線、１５・・・スイッチ回路、１
６，１７．１８・・・スイッチ、２１、２２・・・抵抗
器、２６・・・制動ペダル、２７・・・加速ペダル、２
５・・・スイッチ、２９・・・チョッパ、３０・・・他
励巻線、３４・・・チョッパ、３２・・・回転子、３８
・・・ダイオード、４０・・・コネクタ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 電動車のためのエネルギ交換装置であって、蓄電池
   ４と、直巻界磁巻線と他励励磁巻線を有し前記蓄電池充
   電機械として働く高電圧電機２と、他励励磁巻線を有し
   主駆動機械として働く低電圧電機３と、前記低電圧電機
   と前記高電圧電機とを互いに作動的にかつ解離自在に結
   合する連結器７と、前記高電圧電機を外部電源１に接続
   可能な第１接続手段１６．１７と、前記蓄電池から前記
   各他励励磁巻線３０．１０ｂに可変電流を供給する第１
   チヨツパ２９と、前記蓄電池から前記直巻界磁巻線１０
   ａと前記低電圧電機の回転子３２に可変電流を供給する
   第２チヨツパ３４と、前記高電圧電機の他励励磁巻線１
   ０ｂを電動車の駆動期間において前記第１チヨツパ２９
   に接続しまた前記外部電源１による前記蓄電池４の充電
   期間において前記蓄電池に接続する第２接続手段１８，
   １９゜２４とを備え、電動車の駆動状態では前記各電機
   は駆動状態で動作し、前記外部電源１による前記蓄電池
   ４の充電期間では、前記高電圧電機２は前記第１接続手
   段１６．１７を介して前記外部電源に接続されて電動機
   として駆動され、前記連結器７を介して前記低電圧電機
   ３を発電機として駆動し、前記低電圧電機から前記蓄電
   池に給電を行い、回生制動時には前記第２接続手段１８
   、１９．２４は前記高電圧電機２の他励励磁巻線１０ｂ
   を前記第１チヨツパ２９に接続し、前記各電機は発電機
   として働き前記蓄電池に給電を行うことを特徴とする前
   記電動車のためのエネルギ交換装置。 ２、特許請求の範囲第１項において、更に加速ペダル２
   ７、制御ペダル２６及び電動車の速度の少なくとも一つ
   に応じて前記第１チヨツパ２９と前記高電圧電機の他励
   励磁巻線１０ｂとの接続を制御する第１スイツチ２５と
   、前記加速ペダル又は、前記加速ペダルと電動車の速度
   の両方に応じて前記直巻界磁巻線１０ａと前記第２チヨ
   ツパ３４との接続を制御する第２スイツチ３９を備え、
   前記第２チヨツパ３４は前記加速ペダルと前記制動ペダ
   ルに応じて制御され、前記第１チヨツパ２９は前記加速
   ペダルと前記制動ペダルに応じて制御されると共に前記
   蓄電池の電圧又は電流により制御されることを特徴とす
   る前記電動車のためのエネルギ交換装置。