JPS588202B2 - 電気自動車の制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は電気自動車の制御装置に関し、特にたとえば
直流電源をトランジスタ情続制御して直流電動機に与え
ることによって直流電動機を制御するような電気自動車
において、直流電動機の回転速度を制御する回路を直流
電源となる蓄電池の充電器として働かせるような電気自
動車の制御装置に関する。

最近、エンジンによって走行駆動される自動車の排気ガ
スによる公害が問題となっている折、無公害車の電気自
動車が注目を浴びつつある。

このような電気自動車において、走行速度の制御方法と
して大容量のトランジスタによって直流電動機への供給
電力を制御する方法がある。

第１図はこの発明の背景となる電気自動車のトランジス
タを用いた制御装置の一例を示す回路図である。

次に、第１図の具体的な構成とともに動作を説明する。

たとえば、電気自動車でカ行走行する場合は、直流電動
機（以下モータ）Ｍの界磁巻線Ｆに図示極性の界磁電圧
Ｖｆを印加し、かつ主スイッチＭＳを閉成し、さらに大
容量トランジスタＴｒを断続制御するためのパルス状の
制御信号をトランジスタＴｒのベースに与える。

今、トランジスタＴｒのベースにハイレベルのＷ御信号
が与えられ、トランジスタＴｒが導通した場合を考える
と、動力用直流電源となる蓄電池ＢＴからヒューズＦＳ
一主スイッチＭＳ−モータＭの電機子Ａ−リアクトルＲ
Ｅ−｝ランジスタＴｒのコレクタおよびエミツターシャ
ント抵抗ＳＨを介して電流が流れる。

また、トランジスタＴｒの制御信号がローレベルとなり
、トランジスタＴｒがオフとなると、リアクトルＲＥお
よび電機子Ａに誘起されたフリーホイル電流がダイオー
ドＤ１−ダイオードＤ２一電機子Ａを介して循環的に流
れる。

このようにして、トランジスタＴｒのベースにパルス状
の信号が与えられると、トランジスタＴｒがオンーオフ
動作し、それによって電機子Ａに供給する電力を断続制
御する。

応じて、モータＭの電機子が回転駆動する。

このモータＭの回転速度はトランジスタＴｒのオンーオ
フのテユーテイーによって定まる電機子Ａの供給電力に
よって決定される。

このような電気自動車において、制動時や坂道を走行す
るとき、モータＭを直流発電機として働かせた場合の発
電出力で蓄電池ＢＴを充電すること（すなわち回生制御
）が考えられる。

このような回生制御を行なう場合、界磁コイルに流れる
電流を強めることにより電機子Ａの誘起電圧を蓄電池Ｂ
Ｔの電圧より高くする。

この発電出力電流は、主スイッチＭＳ−ヒューズＦＳ一
蓄電池ＢＴ−シャント抵抗一回生用ダイオードＤ３−リ
アクトルＲＥを介して流れ、蓄電池ＢＴを充電する。

このようにして、モータＭを発電機として作動させたと
きの発電出力で蓄電池を充電するが、回生電流だけで蓄
電池を十分に充電することはできないため、電気自動車
は一定距離走行するごとに蓄電池を充電しなげればなら
なかった。

従来、蓄電池を充電する場合は、充電装置を備えたステ
ーションへ帰り、ステーションに設けられた大型の充電
装置によって蓄電池を充電しなければならなかった。

このため、電気自動車は必然的に充電装置を必要とし、
そのような充電装置が極めて大型化しかつ高価であるた
め電気自動車の普及を妨げていた。

そこで、極めて安価でありかつ小型化された充電装置が
提供されれば無公害の電気自動車の普及が促進されよう
。

それゆえに、この発明の主たる目的は、電気自動車の制
御装置の一部を利用して充電機能を持たせることによっ
て、特別の充電装置を設けることなく蓄電池を充電でき
るような電気自動車の制御装置を提供することにある。

この発明の−述の目的およびその他の目的と特徴は図面
を参照して行なう以下の詳細な説明から一層明らかとな
ろう。

第２図はこの発明の一実施例の電気自動車の電気回路図
である。

構成において、動力用直流電源となる蓄電池ＢＴには、
ヒューズＦＳと主スイッチＭＳと直流電動機（モータ）
Ｍの電機子ＡとリクアトルＲＥと電力制御用トランジス
タＴｒとシャント抵抗ＳＨとの直列回路が接続される。

このリアクトルＲＥは、センタータップ型であって、セ
ンタータップから一方端を第１の巻線Ｗ２１としかつセ
ンタータップから他方端を第２の巻線Ｗ２２とする。

この第２の巻線Ｗ２２の他方端とヒューズＦＳとの間に
は、フリーホイル電流および充電電流を流すだめのダイ
オードＤ１が接続され、第１の巻線Ｗ２１の他方端とヒ
ューズＦＳとの間には充電電流を流すためのダイオード
Ｄ４が接続される。

また、リアクトルＲＥＯセンタータップとシャント抵抗
ＳＨを介して接続される蓄電ＭＢＴの負側との間には、
回生用ダイオードＤ３が接続される。

ダイオードＤ１のカソードと蓄電池ＢＴの負側との間に
は、リアクトルＲＥに生じるサージ電圧を吸収するため
のコイルＬとコンデンサＣとからなる直列回路が接続さ
れる。

そして、リアクトルＲＥの巻線Ｗ２１および２２が巻装
されたコアに巻線Ｗ１が巻装される。

この巻装Ｗ１とリアクトルＲＥとでトランスを構成し、
巻線Ｗ１の両端に交流電源ｅを供給することによって、
リアクトルＲＥの巻線Ｗ２１，２２をトランスの２次巻
線として用いる。

この１次巻線Ｗ１と第１および第２の２次巻線Ｗ２１，
Ｗ２２との巻数比は、交流電源ｅを全波整流して得られ
る直流電圧が蓄電池ＢＴの直流電圧よりも少し高い電圧
となるように選ばれる。

以上の構成において、この実施例の具体的な動作を説明
しよう。

まず、モータＭの回転駆動によって電気車をカ行走行さ
せる場合の動作を説明する。

カ行走行させる場合は、主スイッチＭＳを閉成し、かつ
モータＭを指定の速度に回転駆動するのに必要な電力を
供給制御するためにトランジスタＴｒのベース入力とし
てパルス信号を与える。

今、トランジスタＴｒに正のパルス信号が与えられたと
き、トランジスタＴｒが導通するため、蓄電池ＢＴから
ヒューズＦＳ一主スイッチＭＳ−電機子Ａ−リアクトル
ＲＥの巻線Ｗ２１．２２−｝ランジスタＴｒのコレクタ
およびエミツターシャント抵抗ＳＨを介して電流を流れ
、電機子Ａに電流が供給されるこのとき、界磁巻線Ｆに
は界磁電圧Ｖｆが供給されているため、モータＭは回転
駆動する。

一方、トランジスタＴｒのベースにローレベル信号が与
えられると、電機子Ａへの電流供給が遮断されるこのと
き、リアクトルＲＥには残留磁気によって電流が生じる
が、このリアクトルの残留電流がダイオードＤ１一主ス
イッチＭＳ−電機子Ａを介してフリーホイル電流として
流れる。

また、トランジスタＴｒのオンーオフによって発生する
サージ電圧はダイオードＤ１およびコイルＬを介してコ
ンデンサＣに充電されて吸収される。

以後同様にして、トランジスタＴｒのベースにパルスが
与えられる毎に、トランジスタＴｒがオンーオフ動作し
、それによってパルス信号のデューテイーに比例した電
力が電機子Ａに供給制御される。

このようにして電機子Ａの供給電力を制御することによ
って、モータＭの回転速度（すなわち電気自動車の走行
速度）が制御される。

次に、回生制御する場合の動作を説明する。

回生制御する場合は、主スイッチＭＳを閉成するととも
に、界磁コイルＦに流れる電流を強くし、さらにトラン
ジスタＴｒヘパルス入力を与えないこと（ローレベル信
号を与えること）によって行なわれる。

すなわち、電気自動車の回生走行時においては、電機子
Ａの誘起電圧を界磁電流を強めることにより蓄電池ＢＴ
の電圧より高くなるように制御し、モータＭを発電機と
して動作させる。

この発電出力電流が主スイッチＭＳ−ヒューズＦＳ一蓄
電池ＢＴ−シャント抵抗ＳＨ−ダイオードＤ３−リアク
トルＲＥの巻線Ｗ２１を介して流れ、蓄電池ＢＴを充電
する。

次に、この発明の特徴となるトランジスタ制御回路を用
いて蓄電池を交流電源によって充電する場合の動作を説
明する。

蓄電池ＢＴを交流電源Ｅで充電する場合は、メインスイ
ッチＭＳを開成しかつトランスの１次巻線Ｗ１の両端子
Ｐ１，Ｐ２を交流電源に接続する。

交流電源ｅが図示極性（この場合を正の半サイクルとい
う）においては、トランスの１次巻線Ｗ１の一方端子Ｐ
１から巻線Ｗ１および他方端子Ｐ２を介して電流が流れ
るため、２次巻線Ｗ２１には２次電流が誘起される。

この２次巻線Ｗ２１に誘起された電流は、ダイオードＤ
４−ヒューズＦＳ一蓄電池ＢＴ−シャント抵抗ＳＨ−ダ
イオードＤ３を介して流れ、蓄電池ＢＴを正の半サイク
ル期間充電する。

一方、交流電源ｅが図示とは逆極性のとき（すなわち負
の半サイクルのとき）、交流電源ｅから端子Ｐ２−１次
巻線Ｗ１一端子Ｐ１を介して電流が流れるため、２次巻
線Ｗ２２には電流が誘起される。

この誘起電流はダイオードＤ１−ヒューズＦＳ一蓄電池
ＢＴ−ンヤント抵抗ＳＨ−ダイオードＤ３を介して流れ
、蓄電池ＢＴを負の半サイクル期間充電する。

このようにして、交流電源をダイオードＤ１およびＤ４
で全波整流して得られる直流電圧で、蓄電池ＢＴが充電
されている。

すなわち、この発明の注目すべき特徴はトランジスタに
よって電機子電流を制御する回路に設けられるリアクト
ルのコアに１次巻線を巻装することによって、リアクト
ルをトランスの２次巻線として利用し、１次巻線に交流
電源を供給することによって蓄電池を全波整流出力で充
電するものである。

上述のごとく、この実施例によれば直流電動機の制御回
路（すなわち電気自動車の速度制御回路）を利用して充
電機能を持たせそれによって蓄電池を充電するため、特
別の充電装置を必要とせずかつしたがって安価にして蓄
電池を充電することができる。

また、リアクトルＲＥはタップ型を用い、一方の巻線Ｗ
２１と他方巻線Ｗ２２とはそれぞれ正の半サイクルと負
の半サイクルごとに電流が流れるため、リアクトルの熱
による問題を低減でき１る。

なお、蓄電池の１回の充電可能な距離を走行したのち充
電する場合は急速充電する必要があるが、夜間に充電す
る場合は急速充電する必要がない。

そこで、充電用ダイオードＤ４をサイリスタに替えて該
サイリスタの導通位相を制御するように構成すれば、充
電速度を適宜可変することができる利点もある。

ところで、前述の第２図に示す実施例は走行制御回路を
有効に利用して蓄電池を充電することができるものであ
るが、より一層改良する点として次の点があげられる。

すなわち、急速充電トランスの２次巻線としてリアクト
ルＲＥを利用するため、トランスの電流容量によっては
熱的な問題がある。

また、カ行走行駆動時において、リアクトルＲＥをトラ
ンスの２次巻線として利用した場合、トランジスタＴｒ
の断続的なオンーオフ動作によってトランスの１次巻線
Ｗ１に誘導電圧が生じる場合がある。

そこで、これらの点を改良するために以下のより好まし
い実施例が考えられる。

第３図はこの発明の好ましい実施例の電気自動車の制御
回路図である。

構成において、この実施例が第２図の実施例と異なる点
は、リアクトルＲＥの巻線Ｗ２１の他方端とトランスの
１次巻線Ｗ１の一方端子Ｐ１との間にスイッチｓｗ１を
介挿するとともに，巻線Ｗ２２の他方端子Ｐ２と巻線Ｗ
１の他方端Ｐ２との間にスイッチＳＷ２を介挿し、カ行
走行時においてはスイッチＳＷＩ，ＳＷ２を閉成しかつ
充電時においてはＳＷ１，ＳＷ２を開成するように構成
する。

その他の構成は第２図と同様であるため、同一部分は同
一参照符号で示し、詳細な説明を省略する。

動作において、この実施例ではカ行走行時にスイッチＳ
ＷＩ，ＳＷ２を閉成することによって、トランジスタＴ
ｒが導通したとき蓄電池ＢＴからヒューズＦＳ一主スイ
ッチＭＳ−電機子Ａ−リアクトルＲＥおよびスイッチｓ
ｗ１と１次巻線Ｗ１とスイッチｓｗ２の直列回路とを並
列接続した回路一トランジスタＴｒのコレクタおよびエ
ミツターシャント抵抗ＳＨを介して電流が流れる。

したかって、電機子電流は巻線Ｗ２１とＷ２２からなる
リアクトルと１次巻線Ｗｌ１を介して分流されて流れる
ため、電流容量が半減でき、熱的な問題の生じることを
低減できる。

また、リアクトルＲＥに熱的な問題がない場合において
は、カ行走行時に必要なりアクトル成分がリアクトルＲ
Ｅと１次巻線Ｗ１とによって得られるため、リアクトル
ＲＥＯ線径を小さくすることができる。

さらに、トランジスタＴｒがオンーオフ動作してもトラ
ンスの１次巻線Ｗ１に誘導電圧が発生するのを防止でき
る。

第４図はこの発明の他の実施例の電気自動車の制御回路
図である。

この実施例が第２図と異なる点は、電機子Ａの負側端子
をリアクトルＲＥＯセンタータップに接続し、リアクト
ルＲＥの巻線Ｗ２１の他方端と負側との間に第１のトラ
ンジスタＴｒ１を接続し，巻線Ｗ２２の他方端と負側と
の間に第２のトランジスタＴｒ２を接続したことである
。

その他の構成は第２図の実施例と同様であるため、同一
部分は同一参照符号で示し詳細な説明を省略する。

この実施例は、カ行走行時においてトランジスタＴｒ１
，Ｔｒ２を交互にオンーオフさせることによって、１個
のトランジスタの電流容量を電機子電流の１／２に低減
することである。

このように構成することによって、トランジスタＴｒｌ
，Ｔｒ２の電流容量が１／２に低減できるため、トラン
ジスタの小型化が図れるとともにトランジスタが安価と
なる利点がある。

周知のように、トランジスタは比較的電流容量が少さい
ほど安価であるが、電流容量が増大するにつれて相乗的
に高価になるため、この実施例のように小さな電流容量
のトランジスタを並列接続して用いれば電流容量の大き
なトランジスタを１個用いた場合に比べて極めて安価と
なる。

また、トランジスタＴｒｉとＴｒ２とに交互にハイレベ
ルのパルス信号を与えることによって、トランジスタＴ
ｒ１とＴｒ２とを交互に導通させると、平均化された電
機子電流が流れる。

以上のように、この発明によれば比較的簡単な回路であ
って極めて小型化された充電機能を内蔵する電気自動車
の制御装置が得られる。

この発明は電気自動車の制御回路に関連して充電装置を
設けることによって、従来のようにステーションに非常
に大型の充電装置を設置した場合のように所定のステー
ションのみで充電しなければならないということがなく
なり、商用電源のある場所であればどこでも急速充電で
きるため、電気自動車の普及に貢献しよう。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の背景となる電気自動車の制御回路図
である。 第２図はこの発明の一実施例の電気自動車の制御回路図
である。 第３図および４図はこの発明の他の実施例の電気自動車
の制御回路図である。 図において、ＢＴは蓄電池、ＦＳはヒューズ、ＭＳは主
回路スイッチ、ＳＨはシャント抵抗、Ａは電機子、Ｆは
界磁巻線、ＲＥはリアクトル、Ｗ１はリアクトルＲＥを
トランスとして用いた場合の１次巻線、Ｄ１ないしＤ４
はダイオード、ＬおよびＣの直列回路はサージ吸収回路
、Ｔｒ，Ｔｒｉ，Ｔｒ２はトランジスタを示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 少なくとも蓄電池と、直流電動機の電機子と、リア
   クトルと、前記電機子へ供給する電力を断続制御するト
   ランジスタとを直列接続して成り、前記トランジスタの
   オンーオフによって走行駆動される電気自動車にお（て
   、 前記リアクトルの出力端と前記蓄電池の正側との間に接
   続される充電用ダイオード、 前記リアクトルと前記蓄電池の負側との間に接続され、
   回生電流を流すための回生用ダイオード、および 前記リアクトルと同一コアに巻装される１次巻線を備え
   、 前記１次巻線と前記リアクトルとで蓄電池充電用トラン
   スを構成し、充電時は前記１次巻線に交流電源を接続す
   ることによって前記リアクトルに誘起される２次電圧を
   前記充電用ダイオードにより整流して前記蓄電池に供給
   することを特徴とする電気自動車の制御装置。 ２ 前記リアクトルは、センタータップ型巻線であって
   、 前記回生用ダイオードのカソードは、前記リアクトルの
   センタータップに接続されていることを特徴とする特許
   請求の範囲第１項記載の電気自動車の制御装置。 ３ 前記リアクトルの両端と前記１次巻線の両端のそれ
   ぞれの間には、１組のスイッチが接続され、前記電気自
   動車のカ行走行時に前記スイッチを閉成することによっ
   て前記リアクトルの電流容量を増加せしめることを特徴
   とする特許請求の範囲第１項または第２項記載の電気自
   動車の制御装置。 ４ 前記リアクトルは、センタータップ型巻線であり、
   一方巻線のリアクトルと第１のトランジスタとの直列回
   路に他方巻線のりアクトルと第２のトランジスタとの直
   列回路を並列接続し、 前記充電用ダイオードは、 前記一方巻線のりアクトルと前記第１のトランジスタの
   接続点と、前記蓄電池の正側との間に介挿される第１の
   ダイオード、および 他方巻線のりアクトルと第２のトランジスタとの接続点
   と、前記蓄電池の正側との間に介挿される第２のダイオ
   ードから成ることを特徴とする特許請求の範囲第１項記
   載の電気自動車の制御装置。