WO1988006107A1 - Electric braking and auxiliary acceleration apparatus for automotive vehicles - Google Patents

Description

明 細 書 自動車の電気制動および補助加速装置

〔技術分野〕

本発明は、 自動車の制動および補助加速を行う電気制動および補 助加速装置に関する。 特に、 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および補助加速装置に関する。

〔従来技術〕 .

内燃機闋の進歩、 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 —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 ターダゃ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。

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 をすベ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。.

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、 ェ 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 ェネルギを電気エネルギに変換して、 この電気工ネルギを二次電池 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この部分に磁気抵抗が増大し、 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が わかった。

一方、 車両の発進加速および登坂補助および走行補助用の駆動手 段が主駆動手段の他に利用できれば、 車両運転者に豊富な運転モー ドを提供し、 操縦性能を向上することができる。

本願発明者らはこのような原理にしたがつてかご形多相誘導機と ィ ンバータ回路を用いて試験を行ったところ、 大きい制動力が得ら れることと、 この制動により発生した電気エネルギが二次電池にか なりの割合で回生されこれが補助動力の電源として有効に利用でき ることなどがわかった。

発明者らはこの装置の回転速度とブレーキ トルクとの関係につい て各種の試験を行ったところ、 主軸の実用回転速度範囲内で値の小 さい抵抗器を接続して大きいブレーキ トルクを与えようとすると、 ブレーキ トルクが主軸のある回転速度で急に発生しなくなることが 観測された。 この原因を詳しく調べるために、 抵抗器の抵抗値を変 更して試験を行うと、 抵抗値の小さいときには主軸の回転速度の小 さい値で急速にブレーキ トルクを失い、 抵抗器の抵抗値を大きく し てゆくにしたがって、 回転速度の大きい領域までブレーキ トルクが 発生することがわかった。 しかし、 抵抗器の抵抗値を大きく してお く と、 消散エネルギは小さいから発生するブレーキ トルクは同様に 小さ く なる。

この原因は、 かご形多相誘導機おょぴィ ンバ一タ回路を一つの直 流電源として把握すると、 この直流電源の発生動力はかご形多相誘 導機の回転速度に比例する。 またこの直流電源の出力電圧も同じく 回転速度に比例する。 ところがこの電源の負荷となる抵抗器の消散 電力は端子電圧すなわち上記出力電圧の二乗に比例する。 したがつ て回転速度が上昇し出力電圧が上昇すると、 消散電力が発生電力を 越えることになり、 かご形多相誘導機が発電機として成立しなく な り、 急速にブレーキ トルクを失う ものであると考えられるにいたつ た。

さ らに、 連続的に大きいブレーキ トルクを発生させるため、 抵抗 器に大電流を与えつづけると、 ブレーキ トルクが低下する現象が観 測された。 これは抵抗器が赤熱しその抵抗値が上昇するため消散す る電気工ネルギが小さ く なるためであると考えられるにいたつた。 なお、 抵抗器と してはじめから小さい抵抗値を選ぶと、 大きいブレ ーキ トルクが発生するときに固定子巻線が発熱してしまう ことにな る o

一方、 リ ターダにかご形多相誘導機を用い、 このかご形多相誘導 機の固定子に与える回転磁界の回転速度を制御することにより、 こ のかご形多相誘導機を発電機として動作させて制動装置と し、 また 電動機と して動作させて補助駆動装置とする技術が開示されている ことがわかった （西独国フォルクスワーゲン社 西独国特許公開審 号第 2943554 号 米国特許第 4533011 号） 。

この技術は、 かご形多相誘導機を主軸に連結し、 このかご形多相 誘導機に正のすべりを有する回転磁界を与え、 このかご形多相誘導 機を補助動力装置とするものである。 またこのかご形多相誘導機に 負のすべりを有する回転磁界を与え、 このかご形多相誘導機を内燃 機関で駆動する発電機とし、 上記補助動力で使用するための電池電 源を充電するとの思想が開示されている。 この技術では、 かご形多 相誘導機の回転軸を車両の主軸に連結し内燃機関の主軸から切り離 すための第二のク ラ ッチを備えている。 これは第二のク ラ ッチを切 断状態にして、 補助動力のみによりすなわち電気自動車として走行 可能なようにするもので、 機関音の低減、 排気ガス公害の低減など が目的としてかかげられているものであって、 内燃機関によるいわ ゆるェ ンジンブレーキを捕うように利用するとの開示はない。 また、 そのためのエネルギ消散用の値の小さい抵抗器を利用する点につい ても開示がない。

〔発明の目的〕

本発明の第一の目的は、 堅牢かつ低騷音で強力な制動が実現でき るとともに、 量産に適する自動車の電気制動および補助加速装置を 提供することにある。

本発明の第二の目的は、 かご形多相誘導機の回転磁界の回転速度 に相応の周波数を出力できる周波数調整範囲を有するィ ンバータ手 段を備え、 余分な空間を占有せずに低いコス トで補助的な駆動手段 としても動作させることができる自動車の電気制動および補助加速 装置を提供することにある。

本発明の第三の目的は、 制動時に発生する電気工ネルギを抵抗器 から消散させ高いブレーキ トルクを維持することができる自動車の 電気制動および補助加速装置を提供することにある。

本発明の第四の目的は、 二次電池への電気工ネルギの回生を効率 的に行い補助動力として利用することができる自動車の電気制動お よび補助加速装置を提供することにある。

本発明の第五の目的は、 内燃機関主軸の回転速度の広い範囲にわ たり、 また長時間にわたり大きいブレーキ トルクを有効に発生させ ることができる自動車の電気制動および補助加速装置を提供するこ とにある。

〔発明の開示〕

本発明は、 自動車の車軸を駆動する内撚機関の主軸に連結された 回転機を含む自動車の電気制動および補助加速装置において、 上記 主軸と上記回転機の回転軸は固定的に直結され、 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徵とする。

上記かご形多相誘導機の回転子部が内燃機関の主軸に嵌入された フライ ホイ ールに装着された構造であり、 固定子部が内燃機関のフ ラィ ホールハゥジングの内側に装着された構造にすることが優れて いる。

このようにかご形多相誘導機の回転子部を機関と直結し、 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。 すなわち、 回転 磁界の回転速度を回転子部の機械的回転速度より小さ く制御するこ とによりかご形多相誘導機を発電機として作用させて、 車両にブレ —キ トルクを与えることができる。 また、 回転磁界の回転速度を回 転子部の機械的回転速度より大き く制御することにより、 このかご 形多相誘導機を電動機として用いて内燃機関の主軸に補助駆動力を 発生させることができる。

自動車の制動はその発生状態をあらかじめ予想することはできず、 常に予期せぬ状況のもとで発生する。 したがって制動時に失われる 運動エネルギを効率よく回生するためには、 二次電池の充電容量を 充電定格容量より も少なめにしておく ことが必要である。 これによ り、 電気制動により電気工ネルギが発生したときに、 二次電池はそ れを回生充電する余裕をもつことができる。 この回生充電されたェ ネルギを補助駆動力と して利用して、 その分だけ内燃機関の燃料消 費量を少なくすることができる。

本発明のィ ンバータ手段は、 かご形多相誘導機の各相端子と直流 電源の正負端子との間に接続され、 ト ラ ン.ジスタおよびダイオー ド の並列接続回路を含む複合形のスィ ッチ素子を備えたことを特徵と する。

また、 かご形多相誘導機の回転速度情報を電気信号として検出す る回転センサと、 自動車の運転に伴い制御基準を発生する制御手段 と、 この制御基準と上記回転速度情報とを加算して上記スィ ッチ素 子に与える開閉制御信号を発生する加算制御回路と、 上記直流電源 の両端に接続されたスィ ッチ回路および値の小さい抵抗器の直列回 路とを備えたことを特徴とすることができる。

制御基準を与える制御手段は、 運転者により操作され補助加速を 指示する第一スィ ツチと、 運転者により操作され捕助制動を指示す る第二スィ ツチと、 上記第一スィ ッチおよび第二スィ ッチの操作に よりかご形多相誘導機に正負の異なる滑りを与えるための制御基準 を発生するプログラム制御回路とを含み、 さらに、 制御基準を与え る制御手段には、 内燃機関の始動キースィ ツチの操作情報を入力す る回路を備え、 プログラム回路はこの操作情報によりかご形多相誘 導機に内燃機関の始動に適する回転磁界を与える制御基準を発生す る手段を含むことが望ましい。

直流電源は、 この直流電源の定格端子電圧より低い定格電圧の二 次電池と、 この二次電池に接続されたリアク トル形の昇圧回路およ び降圧回路とを含み、 スイ ツチ回路は直流電源の端子電圧がその定 格端子電圧を越える所定電圧に達するときに自動的に閉成する回路 手段を含むことができる。

このような構成により回転磁界の回転速度を回転子の回転速度に 対して負、方向のすべりを与えるように制御すると発電機として働き 制動装置として利用でき、 正方向のすべりを与えるように制御する と電動機となって補助動力装置として利用できる。

ィ ンバータ回路に ト ラ ンジスタおよびダイ ォー ドの並列接続回路 を含む複合形のスィ ッチ素子を用いることにより、 発電機として利 用するときには直流電流を取出し、 電動機として利用するときには 回転磁界の電流を直流電源から供給することができる。 ィ ンバータ 回路を制御してかご形多相誘導機に所望の回転磁界を与えるために このかご形多相誘導機の回転速度情報を電気信号として検出し、 こ の回転速度情報により負帰還サーボ制御を行う。 これにより、 安定 度および制御精度の高い制御を行う ことができる。 さらにこのサー ボ制御に与える制御基準を運転操作に基づいて発生して、 従来の自 動車の運転操作に整合させる。

かご形多相誘導機が発電機として作用するときに、 この発電エネ ルギを直流電源に回生させることができる。 しかし、 制動状態は自 動車の運転に伴い随時発生し、 しかもその必要とするブレーキ トル クは大き く変動するものであるから、 制動により発生する電気エネ ルギをすベて回生させることは困難である。 したがって回生不能の 過大な発電エネルギが発生するときのために放電抵抗器を設け、 こ れをスィ ツチ回路で発電機出力に接続することにより、 一時に発生 する大きい電気エネルギを熱エネルギにして放散させて大きいブレ —キ トルクを発生させることができる。

上記放電抵抗はこの直流電源の端子電圧がその定格端子電圧を越 える所定電圧 （例えば 120% ) に達するときに自動的に閉成するよ うにして、 放電抵抗による制動エネルギの放散を上記サ一ボ制御の 系統から独立させることができる。

運転者により操作される第一スィ ッチおよび第ニスィ ツチを設け る場合には、 この操作に応じてかご形多相誘導機に正負の異なる滑 りを与えて適正な運転操作を行う ことができる。

また、 内燃機関の始動キースィ ツチの操作情報を入力する回路を 備え、 プログラム回路はこの操作情報によりかご形多相誘導機に内 燃機関の始動に適するきわめて速度の小さい回転磁界を与える制御 基準を発生することにより、 このかご形多相誘導機を内燃機関の始 動電動機としても利用することができる。. かご形多相誘導機およびイ ンバータ回路は、 その多相交流の電流 を小さくするためにその電圧を高く設定することがよいが、 従来か ら自動車に搭載されている直流電源はかなり低い電圧のものである。 これをィ ンバータ回路の直流側電圧と整合させるために、 直流電源 には従来から用いられている電圧の比較的低い二次電池と、 イ ンバ ータ回路の直流側の端子電圧とを変換するリアク トル形の昇圧回路 および降圧回路を設けることがよい。

本発明は、 主軸の回転速度に相応する電気信号を検出する検出回 路と、 この検出回路の検出出力が示す回転速度が大きくなるにした がって抵抗器の実効的な値を大きい値に制御する制御回路とを備え たことを特徴とする。

制御回路は、 抵抗器に直列に接続された半導体スィツチ回路と、 この半導体スィ ッチ回路に周斯的な開閉制御信号を与えるスィ ッチ 制御回路とを備え、 このスィ ツチ制御画ー路は検出出力にしたがって この開閉制御信号のデューティ比を変化させる回路とを含み、 検出 回路は、 主軸の回転速度に相応する電気信号として抵抗器に印加さ れる電圧または抵抗器および半導体スィ ッチ回路の直列回路の端子 電圧を検出する回路を含み、 制御回路は、 検出回路の検出出力が所 定の値を越えたときに限り抵抗器の実効的な値を大きい値に制御す る構成であることが望ましい。

さらに本発明は、 抵抗器の温度に相当する電気信号を検出する検 岀回路と、 この検出回路の検出出力にしたがって抵抗器の温度が高 くなると抵抗器の実効的な値を小さい値に制御する制御回路とを備 えることが望ましい。

制御回路は、 抵抗器に直列に接続された半-導体スィ ツチ回路と、 この半導体スィ ッチ回路に周期的な開閉制御信号を与えるスィ ッチ 制御回路とを備え、 このスィ ッチ制御回路は検出出力にしたがって この開閉制御信号のデューティ比を変化させる回路を含み、 検出回 路は、 抵抗器の温度に相当する電気信号として、 抵抗器を通過する 電流値の変化を検出する回路を含み、 制御回路は、 検出回路の検出 出力の値に応じて抵抗器の実効的な値を制御する手段を含むことが 望ま しい。

また、 本発明は、 抵抗器の温度に相当する電気信号を検出する検 出回路と、 この検出回路の検出出力にしたがって回転磁界をかご形 多相誘導機の発生電圧が大き く なるように制御する制御手段とを備 えることが望ま しい。

発生電圧が大き く なるように制御する制御手段は、 かご形多相誘 導機に与える電流のパルス幅を制御する手段を含む。

広い範囲の回転速度および長時間にわたり電気制動を効率よく行 うにあたっては、 内燃機関の主軸の回転速度にしたがって、 抵抗器 の実効的な値を変更する。 すなわち、 この回転速度が小さいときに は、 抵抗値の小きいものを使用し、 回転速度が大き く なると抵抗値 の大きいものを使用する。 これは、 抵抗器のタ ップ切替えにより実 現することができるが、 抵抗器のタ ップ切替えのための装置は、 熱 容量および電流容量の大きいスィ ッチ回路や抵抗器を複数用意する 必要があり、 自動車に搭載する装置の規模や重量を大き くする。 し たがって、 望ま しい形態と して、 抵抗値の小さい抵抗器を 1つ使用 して、 これに直列に半導体スィ ッチ回路を接続し、 この半導体スィ ツチ回路を周期的に開閉させ、 その開閉のデューティ比を変更する ことにより、 実効的な抵抗値を変化させる回路を用いることがよい。 また、 主軸の回転速度に相応する電気信号としては、 回転センサ の出力を用いることがよい。 この検出出力にしたがって半導体スィ ツチ回路にデューティ比を変化させた開閉制御信号を与え、 検出出 力が大き く なるにしたがって抵抗器の実効的な値を大きい値に制御 することができる。 このようにして回転速度が大き く発生電圧が高 い領域での発電機と負荷との整合を良く し、 回転速度の大きいとき のブレーキ トルクを増大させ、 広範囲に発電ブレーキとして使用す ることができる。

また、 抵抗器の抵抗値を R、 この抵抗器に印加される直流電圧を Vとすると、 この抵抗器で消散する電力 Pは

V ²

P =

R

である。 電力の消散が長時間にわたり、 この抵抗器の温度が上昇す ると、 抵抗値 Rが大き くなる。 この抵抗値 Rが大きくなつたときに, この値を実効的に小さい値に制御して大きい消散電力を維持するこ とができる。

すなわち、 ィ ンバ一タ回路の出力電圧および抵抗器に流れる電流 を監視していて、 ィ ンバータ回路の出力電圧が大きく なり抵抗器に 流れる電流がそれに比例して上昇しているときには、 抵抗器の実効 的な抵抗値を大きくなるように制御する。 また出力電圧が変化しな いにもかかわらず、 抵抗器の発熱により電流値が低下するときには- 抵抗器の実効的な抵抗値を小さ くなるように制御する。

熱による影響を打消すように抵抗器の温度が上昇したことは抵抗 器に流れる電流値を検出していて、 この電流値が小さ くなつたこと により検出する構成が最も簡単である。

〔図面の簡単な説明〕

第 1図は本発明実施例装置の構成を示すブロ ッ ク図である。

第 2図は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 を示す模式図である。

第 3図あ:よび第 4図は、 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である。

第 5図は本発明実施例のさらに詳しい電気回路図である。

第 6図は本発明実施例の運転席の斜視図である。 第 7図は本発明実施例の直流電源部の電気回路図である。

第 8図は本発明実施例の直流電源部の他の例の構成を示すプロッ ク図である。

第 9図は本発明実施例の回転速度に対するィ ンバータ出力電圧お よびブレーキ トルクの闋係を示す図である。

第 10図は本発明実施例の直流電源部の構成を示すプロ ッ ク図であ る o

第 11図は本発明実施例の回転速度に対するィ ンバータ出力電圧、 ブレーキ ト ルク、 デューティ比および実効抵抗値の関係を示す図で のる。

第 12図は本発明実施例の温度に対する抵抗値およびデュ—ティ比 と、 デューティ比に対する実効抵抗値の関係を示す図である。

第 13図は本発明実施例の温度に対する抵抗値、 消散電力および発 生電圧の関係を示す図である。

第 14図は本発明実施例のスィ ッチ制御回路の制御モデル図。

第 15図は本発明実施例の制動モー ドにおける制御の流れを示すフ ロ ーチ ャ ー ト。

第 16図は本発明実施例の走行モー ドにおける制御の流れを示すフ 口 一チ ヤ 一 ト。

第 17図は本発明実施例の捕助駆動モー ドにおける制御の流れを示 すフ ロ ーチ ヤ 一 ト。

第 18図は本発明実施例の始動モー ドにおける制御の流れを示すフ ロ ーチ ャ ー 卜。

第 19図は本発明実施例装置を内燃機関の前端に装着した構成図。 第 20図は本発明実施例装置を ト ラ ンス ミ ツ シ ョ ン装置の後部に装 着した構成図。

第 21図は本発明実施例装置をリャアク スルの入口部に装着した構 成図。 第 22図は本発明実施例装置を ト ラ ンス ミ ツ ショ ン装置とリャァク スル間のプロペラシャフ トに装着した構成図。

各図面内の符号と要素名との対応は次のとおりである。

1…内燃機関、 2…かご形多栢誘導機、 3…二次電池回路、 … イ ンバ一タ回路、 5…イ ンバ一タ制御回路、 6…回転センサ、 7 ··· コ ンデンサ、 11、 IV …抵抗器、 12…半導体スィ ッチ回路、 12' … スィ ッチ回路、 13…検出回路、 14、 14' …スィ ッチ制御回路、 15·'·

〔実施例〕

以下、 本発明の一実施例を図面に基づき説明する。

第 1図はこの実施例装置の電気的構成を示すブ πック構成図であ る。 第 2図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。 第 3図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。 第 4図は第 3図の矢印 IV- I？で切断し た断面の一部分を示す機械的構成図である。

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。

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。

この実施例装置の電気的構成を第 1図に基づき説明する。 この実 施例装置は、 内燃機関 1にその回転子部が直結されたかご形多相誘 導機 2と、 二次電池回路 3と、 この二次電池回路 3の直流電圧をか ご形多栢誘導機 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制御信号を生成するィ ンバータ制御回路 5 とを備える。 このイ ンバータ制御回路 5 には自動車の運転に応じて 運転者により制御指令を発生する手段を含む。

また、 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からの信号はィ ンバータ制御回路 5 に与えられ、 さ らに二次電池の充電状態に関する二次電池回路 3からの情報が入 力する。

ィ ンバ一タ回路の出力側にはコ ンデンサ 7および半導体スィ ツチ 回路 12が接続され、 この半導体スィ ツチ回路 12を介して抵抗器 11が 接続される。 この抵抗器 11は自動車に大きい制動が行われ回生する ことができないほどの過剰な電気工ネルギが発生したときに、 これ を消散させるように構成されている。

さらに、 二次電池回路 3および半導体スィ ツチ回路 12にはィ ンバ ータ回路 4の出力電圧を検出する検出回路 13が接続され、 抵抗器 11 には電流の変化を検出する電流検出器 15が備えられる。 この電流検 出回路 15にはその検出信号にしたがって半導体スィ ッチ回路 12を制 御するスィ ッチ制御回路 14が接続される。 このスィ ッチ制御回路 14 には検出回路 13が接続される。

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 構造を第 2図ないし第 4図に基づき説明する。

このかご形多相誘導機 2 は、 第 2図に示すように内燃機関 1 と ト ラ ンス ミ ッ ショ ン装置 300 との間に固着されたフラ イ ホイ ール装置 200 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 200 のフライ ホイ 一ルハウジング 215 および 216 で囲 まれた空間にステータ鉄心 211 と、 このステータ鉄心 211 のコイ ル 溝に挿入されたステータ巻線 212 および口出線 213 を主な要素とす る固定子部と、 ロータ鉄心 221 と、 このロータ鉄心 221 のコイル溝 に挿入されたかご形巻線 222 およびこのかご形巻線 222 のエンドリ ング 223 に嵌着された保持瑗 224 を主要素とする回転子部とが収容 される。 ステータ鉄心 211 はステ一タ リ ング 214 に嵌入され、 この ステ一タ リ ング 214 はフライ ホイ ールハウジング 215 および 216 に 固着される。 一方、 ロータ鉄心 221 は内燃機関 1の主軸 226 で回転 駆動されるフラィホイール 225 の外縁部に固着される。

次に、 この実施例装置の電気的動作を第 1図に基づき説明する。 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工ネルギを 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の固定子卷線に誘起させるのに適合した周波数の電圧が， 二次電池回路 3からィ 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工 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回 路 3に充電される。

ィ ンバータ制御回路 5はィ ンバータ西路 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。

自動車の運転に伴い一時的に大きいブレーキ トルクを発生させる 場合には、 かご形多相誘導機 2から発生する電気工ネルギをすべて 二次電池回路 3に回生させることは困難であり、 半導体スイ ッチ回 路 12を介して抵抗器 11により熱エネルギとして放散させる。 半導体 スィ ッチ回路 12は直流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 11をこの二次電池回路 3の両端に接 続する回路を含む。

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 でめな o

この実施例ではかご形多相誘導機 2 は 3相である。 二次電池回路 3 とこのかご形多相誘導機 2 との間はィ ンバータ回路 4により結合 される。 二次電池回路 3の負端子 E ₂ はこの自動車の共通電位に接

¾JC d>れる。

このィ ンバーク回路 4は、 かご形多相誘導機 2の各相端子と二次 電池回路 3の正および負の端子との間に接続されたスィ ツチ素子 Q a, Qb 、 Qc 、 Qd 、 Qe 、 Qf を舍む。 このスィ ッチ素子 Qa 、 Qb- Q c 、 Q d 、 Q e 、 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 スィ ッチ素子 Qa 、 Qb . Qc 、 Qd 、 de 、 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。

このィ 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、 たとえば交流ェ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。

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 ' 了ナログ変換回路 D A , により回 転速度を表すアナ口グ信号となる。 このアナ口グ信号は演算増幅器 AM Pの一方の入力に接続され、 ディ ジタル ♦ アナ口グ変換回路 D A 2 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 P WMにィ 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 · アナ口グ変換回路 D A , 、 演算増幅器 AM Pお よびィ 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。 この負帰還サ一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、 このすベ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 C F U、 イ ンタ フヱース回路 1 0、 トルク制御回路 、 自動車のァクセルペダルに連動するスィ ッチ A！ および A ₂ 、 同じく ト ラ ンス ミ ッ ショ ンのニュー ト ラルを示す スィ ッチ] ST _t および N ₂ 、 同じく クラ ッチペダルに連動するスイ ツ チ C ^ L および C ·^ ₂ 、 運転者により操作される第一スィ ツチ S 運転者により操作される第ニスイ ッチ S ₂ 、 内燃機関 1の始動キー スイ ツチと連動するスィ ツチ K S、 およびディ ジタル · アナ口グ変 換回路 D A 2 を含む。 スィ ッチ S ₃ は従来から設けられている排気 ブレーキスィ ツチであり、 排気ブレーキ回路 E x に接続されている c 第一スィ ッチ S , は補助加速を操作指示するスィ ッチであり、 第 ニスイ ッチ S ₂ は電気制動を操作指示するスィ ッチである。 この第 —スィ ッチ S , および第ニスイ ッチ S ₂ 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 ^で操作で きるように設計された。 この操作レ 一 は O F Fの位置でスイ ツ チ S , および S ₂ がともに開いた状態であり、 加速の位置に入れる とスィ ッチ S _t が閉じる。 さらに制動の位置には 4つの位置があり - 一それぞれスィ ッチ S ₂ 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。

この操作レバ一 ·βを加速の位置に入れたときには、 その加速の程 度はァクセルペダルの踏み込み量により決まるように、 ァクセルべ ダルの踏み込み情報を第 5図の端子 に与えて、 トルク制御回路 T q からイ ンタ フェース I 0に信号を送岀するように構成されてい .る。 またイ ンタ フェース 1 0には抵抗器 11に配置された温度センサ Hからの出力が入力される。

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回路の 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 700mmである。

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 のものはィ ンバータ回路 4および二次電池回路 3である。 二次電池 回路 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、 スィ ッチ素子 Q a 、 Q b 、 Q c 、 Q d 、 Q e 、 Q f 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、 ィ 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、 複数のスィ ッチ素子 Q a 、 Q b 、 Q c 、 Cl d、 Q e、 Q f 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。

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 く代わることがなく、 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つた。

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 品はいつさい使用されない。 また、 回転子と固定子との間の間隙に ついては、 上記実施例では従来の誘導子形のものの約 2倍のものを 1 製作したが、 試験を行った結果何ら問題がなく、 むしろさらに大き い間隙を設定することが可能であることがわかった。 したがって製 作時の工作精度は緩和され量産性が優れることがわかった。 また、 回転子側から発生する磁気音はかご彤であることからほとんどなく、 固定子側の騷音も従来の誘導子形のリターダに比べて著しく低い。

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。 栢数を大き 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、 ィ 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。

次に、 ィ ンバータ回路 4の電気的動作および制御について説明す る α

まず、 制動力を回転系に発生する場合には、 イ ンバータ制御回路 5は回転セ ンサ 6で検出されるかご形多相誘導機 2の回転子部の回 転速度より小さい速度の回転磁界をかご形多相誘導機 2の固定子部 に与えるように制御信号を発生する。 このとき、 かご形多相誘導機 2は発電機として動作し、 発電された電気工ネルギはィ ンバータ回 路 4により直流エネルギに変換されて、 二次電池回路 3に充電電流 として供給される。 ブレーキトルクが大きく、 二次電池回路 3がこ の直流エネルギを吸収しきれないときには、 直流端子電圧が所定値 を越えて上昇し、 半導体スィ ツチ回路 12がこれを検出して二次電池 回路 3の端子に抵抗器 11を接続するように閉成される。

一方、 駆動力を回転系に付与する場合には、 イ ンバータ制御回路 5は回転セ ンサ 6で検出されるかご形多相誘導機 2の回転子部の回 転速度より大きい速度の回転磁界をかご形多相誘導機 2の固定子部 に与えるように制御信号を発生する。 このときには、 二次電池回路 3から直流電流が取り出され、 ィ ンバータ回路 4により回転磁界に 相応の多相交流に変換されて、 かご形多相誘導機 2に供給される。 ここで、 回転磁界の回転速度と軸回転速度との差が大きいほど、 ブレーキ トルクおよび駆動力は大きい。 この実施例では、 この差と 回転磁界の回転速度との比率、 すなわちかご形多相誘導機 2のすベ りがほぼ土 10%の範囲になるように設定される。

次に、 二次電池回路への充電制御について説明する。 ィ ンバ一タ 回路 4にはかご形多相誘導機 2の固定子にその回転子の回転に対応 する回転磁界を与えるための制御信号がィ ンバータ制御回路 5から 供給されている。 このィ ンバータ制御回路 5 には回転センサ 6から の回転情報が入力し、 また二次電池回路 3の充電状態に関する情報 が入力する。 このィ ンバータ制御回路 5 にはマイ クロプロセッサを 含む。 またこのィ ン.バータ制御回路 5には、 運転者の操作により運 転状況により変化する操作制御信号を取り込む手段を含む。

ィ ンバータ回路 4は上記のように直流側端子のエネルギを交流側 端子に与えるとともに、 交流側端子に発生するエネルギを直流側端 子に与えることができる。 さ らに、 イ ンバ一タ制御回路 5の制御に よりかご形多相誘導機 2が電動機となるように回転磁界の回転速度 を制御して、 かご形多相誘導機 2の回転軸に駆動力を与え、 内燃機 関 1の補助駆動装置と して動作させることができる。 このときには、 二次電池回路 3に充電された電気エネルギが用いられる。

二次電池の充電容量について言及すると、 従来、 二次電池の充電 は、 内燃機関に連結された発電機により、 その内燃機関が回転して いるかぎり継続され、 始動電動機の運転または各種の艤装装置の運 転により充電エネルギが使用されると可能なかぎり短時間に定格充 電容量いつぱいの充電状態に達するように充電回路が制御されてい る o

ところが、 制動により発生するエネルギを電気エネルギと して二 次電池に回生し、 またこの二次電池に充電されたエネルギを用いて 自動車走行の補助動力とする技術のもとでは、 二次電池を常に定格 充電容量まで充電させてあつたのでは、 制動により発生するェネル ギを効率的に回生させ、 使用燃料の効率化をはかることはできない。

一方、 そのために充電の目標容量をあまり低く設定すると、 運転 状況によって始動を多数回繰り返えさなければならないことが発生 したときなどに充電されたエネルギを消費しきってしまう事態が起 り得る。

このようなことから、 本発明の装置では、 その目標容量を制動装 置の性能、 自動車の運転状態、 二次電池の絶対容量、 使用温度、 そ の他各種の条件により選択設定し、 二次電池の充電伏態が定常伏態 においてその定格充電容量より小さい所定の目標容量になるように 制御される。 その目標容量としては 50%〜70%が適当である。

このように回生され充電された電気工ネルギが次第に大きくなり、 上記所定の目標値を越えるようになると、 運転者に警報を発生して 積極的に補助駆動力を使用することを促す。 これにより充電された 電気工ネルギはかご形多相誘導機 2に与えられて動力を発生し有効 に利用されることになる。

二次電池の充電状態を監視しィ ンバータ制御回路 5に伝達する情 報については、 本実施例では二次電池の端子電圧を観測し識別する 方法を用いた。 この方法によれば、 精度が低いが充電状態を監視す ることができる。 さらに精度を向上するために、 二次電池の電解液 の比重を監視する方法、 二次電池の充電および放電を計測積算する 方法などがある。

充電容量が所定の目標値を越えているときには、 運転者にこれを 警報して補助駆動力を使用させ内燃機関の燃料使用量を低減させる 方法のほか、 ィ ンバータ制御回路 5に内蔵するマイク口プロセッサ がこの情報を取り込み、 運転者の操作するァクセルペダルの踏み込 み量に对応させて、 定常運転時に自動的にかご形多相誘導機 2を電 動機として動作させる方法を用いてもよい。 さらに、 本発明実施例装置の電気制動および補助加速の制御につ いて説明する。

第 5図に示すように、 イ ンバ一タ回路 4の直流側端子 E , および E 2 には二次電池回路 3、 抵抗器 11および半導体スィ ツチ回路 12の 直列回路が接続される。 この半導体スィ ッチ回路 12の制御電極には 制御回路 が接続される。

この制御回路 C T , はこの実施例では上述のマイ クロプロセッサ C F Uを含む制御系とは独立させて、 端子 および E ₂ の間の電 圧がその制御目標電圧を越える電圧になると半導体スィ ツチ回路 12 を導通状態に転換する構成となっている。 この半導体スィ ツチ回路 12に直列に接続された抵抗器 11には温度センサ Hが配置されていて、 そのセンサ出力はィ ンタ フヱース回路 I 〇に入力される。 すなわち、 その温度が設定値を越えるときには、 回転磁界のス リ ップ量を小さ く してブレーキ トルクを弱くするように制御される。

二次電池回路 3の端子電圧は制御にしたがって 300 V〜600 Vと なる。 この実施例では二次電池の電圧を従来から大型自動車に用い られている 24 Vとするために、 第 7図に示す回路を用いた。 第 7図 で端子 および E ₂ は第 5図の端子 E , および E ₂ に接続される。 この端子 E！ および E ₂ の両端にはコ ンデンサ（： , が接続される。 二次電池 Bはその定格電圧が 24 Vである。 この二次電池 Bの両端に はコ ンデンサ C ₂ が接続される。 二次電池 Bの正端子と端子 E 1 と の間にはリ アク トル Lおよび逆流防止用ダイオー ド D ₂ の直列回路 が接続される。 このリ アク トル Lとダイオー ド D ₂ の接続点と端子 E 2 との間に ト ラ ンジスタ Q ₂ のコ レクタ · ェ ミ ツタ回路が接続さ れる。 またダイオー ド D ₂ と並列に ト ラ ンジスタ Q ₃ のコ レクタ · ェ ミ ッタ回路が接続される。

第 7図の下半分に示すようにこの二次電池回路 3には二つの比較 回路 C P , 、 C P ₂ 、 および制御回路 C T ₂ を備え、 ト ラ ンジスタ Q₂ および Q₃ に制御パルスを供給する。 ト ラ ンジスタ Q₂ はかご 形多相誘導機 2が電動機として動作するときに用いる。 ト ラ ンジス タ Q₃ はかご形多相誘導機 2が発電機として動作するときに用いる。 制御回路 CT₂ には第 5図で説明した第一スィ ッチ S！ および第二 スィ ッチ S 2 の動作情報が入力する。 すなわち第一スイ ッチ S i お よび第二スィ ッチ S ₂ は運転者により操作され、 補助加速のときに は第一スィ ツチ S _t が閉成し、 電気制動のときには第二スィ ツチ S ₂ が閉成する。

第一スィ ッチ が操作されかご形多相誘導機 2が電動機となる ときには、 制御回路 C T₂ は端子 Dr を選択する。 ト ラ ンジスタ Q₂ の制御入力端子 Dr に、 鑤り返し周期に対してきわめて短いパルス を与えることにより。 リァク トル Lの両端には二次電池回路 3の電 圧が短く印加されつづいて高い電圧が発生する。 このリ アク トルし の両端電圧と二次電池回路 3の端子電圧との加算電圧が、 ダイォー ド D₂ を介してコ ンデンサ C , の両端に充電される。 このコ ンデン サ C X の両端電圧がかご形多相誘導機 2が電動機として動作すると きの直流電源電圧となる。 この直流電源電圧は比較回路 C P ₂ によ り基準電圧 E と比較され、 規定の電圧になるようにそのパルス幅 および繰り返し周期が調節される。

第ニスィ ツチ S ₂ が操作されかご形多相誘導機 2が発電機となる ときには、 制御回路 C T₂ は端子 Br を選択する。 このとき ト ラ ン ジスタ Q₃ の制御入力端子 Br に繰り返しパルスが与えられ、 ト ラ ンジスタ Q₃ は間欠的に導通する。 これによりコ ンデンサ C _t (端 子 E _t および E ₂ ) 、 コ ンデンサお 、 リ アタ トル Lおよびト ラ ン ジスタ Cl₃ の閉ループが間欠的に閉成され、 リアク トル Lにェネル ギが蓄積される。 このリ アク トル Lの端子電圧が二次電池 Bの端子 電圧より大きくなると、 リ アク トル L、 二次電池 B、 およびダイォ ード D₃ に閉ループができて電流が流れ二次電池 Bが充電される。 この二次電池 Bの端子電圧すなわちコ ンデンサ C ₂ の端子電圧は、 比較回路 C P , により基準電圧 E r ^に対して比較され、 この端子電 圧が所定の範囲になるようにそのパルス幅および繰り返し周期が調 節される。

この装置の動作モー ドは大別して、

① 発電モー ド

② 電動モー ド

③ 停止モー ド

の 3つのモー ドがある。 ①発電モー ドではかご形多相誘導機 2は発 電機と して動作し、 このモー ドをさ らに詳しく、

① a 制動モー ド

① b 走行モー ド

の 2つのモー ドに区別できる。 このうち① a制動モー ドは自動車の 制動時のモー ドであり、 かご形多相誘導機 2から大きい発電工ネル ギが発生し、 そのエネルギは二次電池 Bに回生されるが、 大部分は 抵抗器 11により消散される。 このモー ドではかご形多相誘導機 2 に 与える回転磁界のすべりを負に保ち大き くするように制御する。 こ のモー ドは第ニスイ ッチ S ₂ を閉成することにより措示される。 第 ニスィ ツチ S ₂ のステップを順に閉じることにより大きいブレーキ トルクを発生するように制御される。

上記① b走行モー ドは自動車の定常走行時のモー ドであり、 かご 形多相誘導機 2から比較的小さい発電エネルギが発生し、 二次電池 Bを連続的に緩やかに充電する。 このモー ドではかご形多相誘導機 2 に与える回転磁界のすべりを負に保ち小さ くするように制御する。 このモー ドは第一スイ ツチおよび第二スィ ツチとも開放状態である ときに、 自動的にこのモー ドに入る。

上記②電動モー ドについては、 さ らに、

② a 補助駆動モー ド ② b 始動モード

に区分できる。 このうち② a補助駆動モー ドは自動車の発進時ある いは登坂時など機関トルクを必要とするときに内燃機関 1 に補助駆 動力を与えるように、 かご形多相誘導機 2は電動機として動作する。 これは運転者が第一スィ ツチ S 1 を操作することにより、 アクセル ペダルの踏み込み量に応じて内燃機関の発生すべき トルクの一部を この電動機が分担するように トルク制御回路 T q から発生する値に したがって、 かご形多相誘導機 2のすベり量を制御することにより 行われる。

上記② b始動モ一ドは、 内燃機関 1が停止している状態から始動 を行う場合に、 従来直流の始動電動機を用いていた始動のための回 転力をこのかご形多相誘導機 2から与えようとするものである。 こ の場合にはかご形多相誘導機 2に例えば 200rpm前後の緩やかな回転 磁界を与える。 これにより直流の始動電動機、 ピニオンギヤ、 マグ ネッ トスィ ツチなど始動のためにのみ設けられている装置は不要に なる。

この装置は上記①発電モードでは、 かご形多栢誘導機 2に負のす ベり、 すなわち回転子の実際の回転速度より小さい回転速度の回転 磁界を与えるように制御する。 かご形多相誘導機 2は発電機として 動作し、 回転磁界を与えるための電流は各スィ ッチ素子 、 Q b、 Q c 、 Q d 、 Q e 、 Q f のト ラ ンジスタの部分を通過してかご形多 相誘導機 2に供給され、 かご形多相誘導機 2で発電された電気エネ ルギは、 各スィ ツチ素子 Q a 、 Q b 、 Q c 、 Q d 、 Q e 、 Q f のダ ィォ一 ドの部分を通過して二次電池回路 3に回生される。 大きいブ レーキ トルクを—時的に作用させて、 発電エネルギが回生できない ほど大きいときには、 二次電池回路 3の端子電圧が上昇し、 半導体 スィ ツチ回路 12が閉成されて、 抵抗器 11により熱エネルギとして放 散される。 さらにこの抵抗器 11に発生する熱エネルギが連続的に大 きい値となるときには、 温度セ ンサ Hの出力により、 回転磁界のす ベり量を小さ く して制動力を小さ く し、 装置を安全な範囲に保つ。

上記②の電動モー ドでは、 かご形多相誘導機 2 に正のすべり、 す なわちかご形多相誘導機 2の回転子の回転速度より大きい回転速度 の回転磁界を与える。 これによりかご形多相誘導機 2 は電動機とし て動作し、 直結された内燃機関 1の主軸に対して回転力を与える。 次に、 本発明実施例装置の熱エネルギを消散させる抵抗器 11の抵 抗値の制御について説明する。

上記実施例について、 各種の試験を行ったところ、 自動車が内燃 機関 1の回転速度の大きい状態で本装置を制動モードに操作し、 あ る回転速度を越えると、 ブレーキ トルクが急に消失することがわか つた。 発明者らはこれを詳しく研究したところ、 制動により発生し た発電エネルギを消散させる抵抗器 11の値を選ぶことにより、 この 現象を回避することができることがわかった。 すなわち、 かご形多 相誘導機が発電機として動作する場合に、 その回転速度がきわめて 大きい場合に、 界磁弱め域に入り電圧または周波数が低下し、 発電 機の出力が低下する。 したがって抵抗器 11の値を小さい一定値のま まにしておく と、 その消散電力 （V ² Z R ) が発電機出力を越えて しま うので、 これを回避するために抵抗器 11の値を制動時の回転速 度に応じて変更すればよいことがわかった。 第 8図はこのための実 施例回路である。

第 8図は主軸の回転速度を検出して抵抗器 11を制御する回路例を 示すプロ ッ ク構成図である。 これは前述の実施例におけるィ ンバー タ回路 4の直流出力端子 E , 、 E 2 間に抵抗値をそれぞれ R ,、 R ₂、 R 3 に切換えることのできる開閉スィ ッチ S W , 、 S W ₂ 、 S W ₃ を設けた抵抗器 1 を備え、 開閉スィ ッ チ S W , 、 S W ₂ 、 S W ₃ にはスィ ッチ制御回路 14' が接続され、 この制御回路 には検出 回路 13が接続され、 この検出回路 13はィ ンバータ回路 4の出力に接 続さ'れたものである。

発明者らは、 この実施例により試験を行ったところ、 スィ ッチ制 御回路 14' が回転速度の検出信号にしたがって開閉スィ ッチ S W _t、 S W ₂ 、 S W ₃ をそれぞれ切換え接続させ、 回転速度に応じて抵抗 値を制御することにより制動可能範囲を拡大することができること 力わかった。

すなわち、 第 9図 (a)および (b)は回転速度に対するィ ンバ一タ回路 4の出力電圧およびブレーキトルクの関係を示したものであるが、 第 9図 (a)に示すように回転速度の上昇にしたがって抵抗値を R ₃ 、 R ₂ . R , のように増加させることによりィンバ一タ出力電圧をほ ぽ一定の値に保ち、 ブレーキトルクも第 9図 (b)に示すように回転速 度の上昇に伴いやや低下はするものの実用上必要とするブレーキト ルクを得ることができる。 このようにして広範囲に制動を実行する には抵抗値を変えなければならないことがわかった。

発明者らは、 このような結果をもとにさらに検討を加えたところ， ィ ンバ一タ回路 4からの出力電圧がある値を越えたときにスィ ツチ のデューティ比 （スィ ッチのオ ンおよびォフの周期に対するォンの 時間の比） を変化させて半導体スィ ツチを制御することにより抵抗 器 11の実効的な値を変化させる方法によりさらにょい結果が得られ ること力わ力、つた。

第 10図はその実施例の構成を示すブロック図である。 この第 10図 で端子 E , および E ₂ は第 5図の端子 E , および E ₂ に接続される ( この実施例装置は、 イ ンバ一タ回路 4の端子 E , および E ₂ に接 続されるコンデンサ 7と、 ィ ンバータ回路 4を介してかご形多相誘 導機 2の固定子巻線に発生する電流が供給される値の小さい抵抗器 11と、 この抵抗器 11およびイ ンバータ回路 4との間に接続され回路 の開閉を行う半導体スィ ツチ回路 12と、 この抵抗器 11にィ ンバータ 回路 4から印加される電圧を検出する検出回路 13と、 回転セ ンサ 6 の検出出力および検出回路 13の検出出力が大き く なるにしたがって 抵抗器 11の実効的な値を大きい値に制御するスィ ッチ制御回路 14と、 抵抗器 11に配置され、 電流の変化を検出してその検出信号をスィ ッ チ制御回路 14に送出する電流検出器 15とを備える。

二次電池回路 3には、 二次電池 31と、 リ アク トル 32と、 半導体ス ィ ツチ 33と、 制御回路 34とを舍む。

このように構成された装置の動作について説明する。 まず、 イ ン バータ回路 4からの出力電圧を検出して抵抗器 11を制御する動作に ついて説明する。 '

内燃機関 1の主軸に回転軸が結合されたかご形多相誘導機 2の固 定子巻線に発電機となる回転速度の回転磁界が与えられると、 固定 子巻線に交流電流が発生し、 ィ ンバータ回路 4により この交流電流 が直流電流に変換されて端子 E , および E ₂ に電圧が印加する。

検出回路 13がこの電圧を検出してスィ ッチ制御回路 14に送出する。 スィ ツチ制御回路 14はこの検出出力により、 その検出出力が所定の 値を越えたときにスィ ツチの開閉制御信号を半導体スィ ツチ回路 12 に与え抵抗器 11のオ ン · オフを制御し、 抵抗の実効的な値が大きい 値になるように制御する。

第 11図 (a)、 （b)、 （c)および (d)は、 内燃機関 1の主軸の回転速度に対 するィ ンバ一タ回路 4の直流出力電圧、 ブレーキ トルク、 デューテ ィ比および実効抵抗値の関係を示したものである。

この第 11図に示すように、 内燃機関 1の回転速度が上昇してある 一定回転速度 N _{c l}に達すると、 ブレーキ トルクは第 11図 (b)の破線で 示すように下りはじめる。 回転速度がこの N _{c l}に達する少し前の N _{c 2} になったときに、 第 11図 (a)に示すように、 検出回路 13がィ ンバ一タ 回路 4のこれに対応する出力電圧 V _c を検出し、 この検出信号をス ィ ッチ制御回路 14に送出する。 スイ ツチ制御回路 14はこの検出信号 にしたがって半導体スイ ッチ回路 12にオ ン ' オフ指令を与えるが、 この半導体スィ ッチ回路 12のォン ·ォフのデューティ比は結果的に 回転速度にしたがう。 第 11図 (c)に示すようにデューティ比が小さく なるように変化させた開閉制御信号が半導体スィ ツチ回路に与えら れることになる。

半導体スィ ッチ回路 12はこの開閉制御信号にしたがって開閉制御 を行い、 第 11図 (d)に示すように実効抵抗値を上昇.させる。 すなわち 回転速度の大きい領域での発電機と負荷との整合を良く し、 ブレー キ トルグの大きい回転速度の範囲を拡げ、 自動車用発電ブレーキと して実用に耐えるものとすることができる。

なお、 実際にはィ ンバータ直流電圧の検出出力のみにより制御を 行うと応答遅れが生じるために、 内燃機蘭 1の回転速度を回転セン サ 6により検出して、 この検出信号によって補助制御、 すなわち、 回転速度に応じて第 11図 (c)に示すデューティ比制御をあらかじめ実 施し、 このパターン制御におけるずれを前記のォン · オフ制御で補 正することを行うことにより、 さらに広範囲にわたって安定したブ レーキ トルクを得ることが可能となる。

各種の試験の結果さらに別の問題があることが発見された。 それ は上述の問題より軽微な問題であるが、 電気制動を長時間继続して 行うと抵抗器 11の温度が上昇し、 その抵抗値がしだいに大きくなり， ブレーヰ トルクが小さくなつてしまう問題である。 これは、 本質的 には抵抗器 11として温度係数の小さいものを使用することにより解 決できるが、 実用的な抵抗器としては温度係数の小さい素子が安価 に得られない。 これを解決するために上述 回路を利用して、 長時 間继続して制動を行う 合に抵抗器 11の実効的な値を小さい値に制 御することがよい。

この制御には、 抵抗器 11に流入する電流を検出していて、 直流電 圧に対してこの電流が小さくなつたときに抵抗器 11の実効的な値を 変更する方法、 抵抗器 11に温度センサを設けておき、 このセンサ出 力にしたがって抵抗器 11の実効的な値を変更する方法などが試みら れた。

すなわちブレーキが継続され、 この電力の消散が長時間にわたる と、 抵抗器 11の温度が上昇する。 電流検出器 15がこの抵抗器 11の温 度上昇を電流値として検出し、 この検出出力をスイ ツチ制御回路 14 に送出する。 スイ ツチ制御回路 14はこの検出出力にしたがって半導 体スィ ッチ回路 12にデューティ比を変化させた開閉制御信号を与え, 抵抗器 11の実効的な値が小さ く なるように制御する。

第 12図 (a)は温度に対する抵抗値の闋係、 （b)は温度に対するデュー ティ比の関係、 （c)はデューティ比に対する実効抵抗の関係を示した 図である。

抵抗器 11の温度が上昇すると第 12図 (a)の破線で示すように抵抗値 は上昇し抵抗器 11から熱エネルギとして消散させる電力量は低下す る。 一方、 同図 (b)に示すように温度の上昇に伴ってデューティ比は 大き く なるように制御される。 これにより、 同図 (c)に示すようにデ ユ ーティ比が増加すれば実効抵抗は低下する。

そこで抵抗器 11の温度上昇をそれに相当する電気信号として電流 検出器 15により検出し、 スイ ツチ制御回路 14にその検出信号を送出 してこの検出出力にしたがって半導体スィ ツチ回路 12にデューティ 比を増大させる開閉制御信号を与え第 12図 (a)の実線で示すように抵 抗値を実効的に小さな値になるように制御する。 これにより大きい 消散電力を長時間維持させてブレーキ トルクを持続することができ る 0

また、 抵抗器 11の温度上昇を電気信号として検出してィ ンバータ 回路 4を制御してもよく、 その動作について次に説明する。 第 1図 において、 内燃機関 1の主軸に回転軸が結合されたかご形多相誘導 機 2の固定子巻線に発電機となる回転速度の回転磁界が与えられる と、 固定子巻線に交流電流が発生し、 ィ ンバータ回路 4により この 交流電流が直流電流に変換されて抵抗器 11に印加され電力が消散さ れる。

この電力の消散が長時間にわたると抵抗器 11の温度が上昇する。 電流検出器 15がこの抵抗器 11の温度上昇を電流値として検出し、 こ の検出出力をィ ンバータ制御回路 5に送出する。 ィ ンバータ制御回 路 5はこの検出出力にしたがって、 かご形多相誘導機 2に与える電 流のパルス幅を制御するか、 または回転磁界の回転速度を制御する かにより回転磁界をィ ンバータ回路の直流電圧が大きくなるように 制御する。

第 13図 )、 （b)、 （c)は抵抗器 11の温度上昇に対する抵抗値 （R ) 、 消散電力 （P ) 、 発生電圧 （V ) との関係を示したものである。

第 13図 (a)のように抵抗器 11の温度が上昇すると、 抵抗値 （R ) は 増加し、 消散電力 （P ) は同図 (b)に破線で示すように低下する。 そ こで抵抗器 11の温度上昇をこれに相当する電気信号として電流検出 器 15が検出し、 ィ ンバータ制御回路 5によりィ ンバータ回路 4の発 生電圧を同図 (c)に示すように温度に相応して上昇させることにより 同図 (b)の実線で示すように大きい消散電力を維持することができる _c 上記以外の構成および動作については第 1図および第 5図に基づ いて説明したものと同様であるので繰り返して説明することを省く _c 以上説明したように、 抵抗器 11の値を制御するにはいくつかの要 因があり、 第 10図に示すスィ ッ チ制御回路 14は、 複数の要因に対し て適切な抵抗値制御を行うことが必要になる。 この制御の一例とし て、 第 U図にスィ ッ チ制御回路 14の制御モデル図を示す。 このスィ ッチ制御回路 14は、 実際にはプログラム制御回路により実現される が、 その制御内容をモデル図として示すと、 主制御系は入力する直 流電圧 V _{D c}をコンパレータにより監視しこの電圧が一定の値 （前述 の V _c に相当する） を越えると、 直流電圧 V _{D c}が V _c に一致するよ うに開閉制御信号を発生する。 一方第一の副制御系として入力する 回転速度を監視し、 自蔵するテーブルに照合してこの回転速度が一 定の値 （前述の N _{c 2}に相当する） に達したときに開閉制御信号を発 生するように制御する系を設ける。 上記主制御系と上記副制御系は 論理積回路により結合する。

さらに、 制御要因として抵抗器 11の温度上昇に対応する制御があ り、 これは第二の副制御系と して、 抵抗器 11に設けた図外の温度セ ンサからの入力または抵抗器 11の電流検出のいずれかにより制御信 号を発生し、 これを直流電圧 V _{D C}の監視入力に加算し、 あるいは上 記第一の副制御系の制御出力を補正する方法により実現した。

以上説明したような動作を行うために、 第 5図に示すマイ クロプ 口セッサ C P Uには第 15図〜第 18図にフローチャー ト として示すプ ログラムを設定する。 第 15図は制動モー ド、 第 16図は走行モー ド、 第 17図は補助駆動モ— ド、 第 18図は始動モー ドの制御の流れを示す フローチャー トである。 なお、 第 15図〜第 18図においては、 抵抗の 変化を補償する温度センサゃ電流センサによる制御は省略している このように、 本発明は内燃機関 1の主軸の回転速度およびィ ンバ 一夕回路 · 4からの出力電圧を検出し、 この検出出力により半導体ス ィ ッチ回路 12に与える開閉制御信号のデュ一ティ比を変化させて広 範囲にわたりブレーキ トルクを維持できるようにし、 また電力の消 散が長時間にわたり抵抗器 11の温度が上昇したときには、 温度変化 に相当する電流値を検出して、 この検出出力により半導体スイ ッチ 回路 12に与える開閉制御信号のデューティ比を変化させて長時間に わたりブレーキ トルクを維持できるようにし、 電圧および電流を検 出することによる制御の調和をとることができるようにしたもので める。

上述した本発明実施例装置は、 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 よびフラィホイ一ルハウジング.に限定されるものではない。

そのいくつかの実施例を次に示す。 第 19図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 —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 トーショナルダンバを不要とする利点を有 している。

第 20図はかご形多相誘導機 2がト ラ ンスミ ツ ショ ン装置 300 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 ツ ショ ン装置 300 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。

また、 第 21図はかご形多相誘導機 2がリャアクスル 40の入口部に 装着された構造を示したもので、 第 20図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 300 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、 内隳機蘭 1の取付構造 は従来装置と単にプロペラ シャフ トの長さのみを変更する以外に全 く同じであり変更を要しない。 このため使用車に対する追加搭載が 容易である利点を有している。

さ らに、 第 22図はかご形多栢誘導機 2がト ラ ンス ミ ツ ショ ン装置 300 およびリャアクスル 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、 第 20図および第 21図に示した実施例同様に図外 のク ラ ッチおよび卜 ラ ンス ミ ッ ショ ン装置 300 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。 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。 〔産業上の利用の可能性〕

本発明は従来の渦電流方式による リ ターダゃ誘導子形発電機に比 ベてかご形多相誘導機を用いることにより、 構造が小型、 堅牢であ り、 低騒音でかつ磁気漏洩の影響がなく強力な制動力を得ることが できる。 さらに、 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に適した電気制 動装置を実現することができる。 本発明の装置は大型自動車をはじ め中型または小型の自動車に広く利用できる。

さらに本発明装置は、 かご形多相誘導機の回転磁界の回転速度に 相応の周波数を出力できる周波数調整範囲を有するィ ンバータ手段 と、 制動時に一時的に過剰に発生する電気エネルギを熱エネルギと して消散させる抵抗器とを備えることにより、 制動時の過剰な電気 エネルギを抵抗器から消散させて高い制動力を維持することができ る。 さらに低いコス トで補助的な駆動手段としても動作させること ができ、 制動により発生するエネルギを効率よく 回生させることが できる。 これにより自動車の走行燃料消費量を小さ くすることがで き る。

さ らに、 本発明では回転速度の広い範囲にわたり、 また長時間に わたり大きいブレーキ トルクを有効に発生させる実用的な形態を得 ることができる。

Claims

請求の範囲

(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 含む自動車の電気制動および補助加速装置において、

上記主軸と上記回転機の回転軸は固定的に直結され、

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 ことを特徵とする自動車の電気制動および捕助加速装置。

C2) 上記かご形多栢誘導機の回転子部が内燃機関の主軸に嵌入され たフラィホイールに装着された構造である請求の範囲第 (1)項に記載 の自動車の電気制動および補助加速装置。

(3) 上記かご形多相誘導機の固定子部が内燃機関のフラィホイール ハゥジングの内側に装着された構造である請求の範囲第 (2)項に記載 の自動車の電気制動および補助加速装置。 -

(4) 二次電池を含む直流電源と、

この直流電源から供給される電流により上記かご形多相誘導機に 回転磁界を与えるイ ンバータ回路と

を備え、

上記ィ ンバータ回路は、 上記かご形多相誘導機の回転速度を超過 して回転する回転磁界の回転速度に相応の周波数、 およびこの回転 速度と同方向でこの回転速度以下で回転する回転磁界の回転速度に 相応の周波数を出力できる周波数調整範囲を有する請求の範囲第 (1) 項に記載の自動車の電気制動および補助加速装置。

(5) 請求の範囲第 (4)項に記載の装置において、

ィ ンバータ手段は、 かご形多相誘導機の各相端子と直流電源の正 負端子との間に接続され、 ト ラ ンジスタおよびダイオードの並列接 続回路を含む複合形のスィ ッチ素子を備えたことを特徵とする自動 車の電気制動および補助加速装置。 (6) 請求の範囲第 (4)項に記載の装置において、

かご形多相誘導機の回転速度情報を電気信号と して検出する回転 センサと、

自動車の運転に伴い制御基準を発生する制御手段と、 この制御基準と上記回転速度情報とを加算してスィ ッチ素子に与 える開閉制御信号を発生する加算制御回路と、

直流電源の両端に接続されたスィ ッチ回路および値の小さい抵抗 器の直列回路と

を備えたことを特徴とする自動車の電気制動および補助加速装置

(7) 制御基準を与える制御手段は、 運転者により操作され補助加速 を指示する第一スィ ツチと、 運転者により操作され補助制動を指示 する第二スィ ツチと、 上記第一ス ィ ツチおよび第二スィ ツチの操作 によりかご形多相誘導機に正負の異なる滑りを与えるための制御基 準を発生するプログラム制御回路とを含む請求の範囲第 (6)項に記載 の自動車の電気制動および補助加速装置。

(8) 制御基準を与える制御手段には、 内燃機関の始動キースィ ッチ の操作情報を入力する回路を備え、 プログラム回路はこの操作情報 によりかご形多相誘導機に内燃機関の始動に適する回転磁界を与え る制御基準を発生する手段を含む請求の範囲第 (6)項に記載の電気制 動および補助加速装置。

(9) 直流電源は、 この直流電源の制御電圧より低い定格電圧の二次 電池と、 この二次電池に接続された リ アタ トル形の昇圧回路および 降圧回路とを含む請求の範囲第 (6)項に記載の自動車の電気制動およ び補助加速装置。

¾ スイ ツチ回路は直流電源の端子電圧がその制御電圧を越える所 定電圧に達するときに自動的に閉成する回路手段を含む請求の範囲 第 (6)項に記載の自動車の電気制動および補助加速装置。

αΐ) 二次電池の充電状態をその定格充電容量より小さい所定の目標 容量に維持する手段を含む請求の範囲第 (4)項に記載の自動車の電気 制動および補助加速装置。

a 所定の目標容量は、 定格充電容量の 50%ないし 70%である請求 の範囲第 (4)項に記載の自動車の電気制動および補助加速装置。

） 請求の範囲第 (6)項に記載の装置において、

主軸の回転速度に相応する電気信号を検出する検出回路と、 この検出回路の検出出力が示す回転速度が大きくなるにしたがつ て抵抗器の実効的な値を大きい値に制御する制御回路と

を備えたことを特徵とする自動車の電気制動および補助加速装置。

制御回路は、 上記抵抗器に直列に接続された半導体スィ ッチ回 路と、 この半導体スィ ッチ回路に周期的な開閉制御信号を与えるス ィ ッチ制御回路とを備え、 このスィ ッチ制御回路は上記検出出力に したがつてこの開閉制御信号のデューティ比を変化させる回路を舍 む請求の範囲第 3)項に記載の自動車の電気制動および補助加速装置 _c ' な 3 検出回路は、 主軸の回転速度に相応する電気信号として抵抗器 に印加される電圧または抵抗器および半導体スィ ッチ回路の直列回 路の端子電圧を検出する回路を含む請求の範囲第^項に記載の電気 制動および補助加速装置。

制御回路は、 検出回路の検出出力の値に応じて抵抗器の実効的 な値を大きい値に制御する構成である請求の範囲第 3項ないし第 (13 項のいずれかに記載の自動車の電気制動および補助加速装置。

(3Π) 請求の範囲第お)項に記載の装置において、

- 抵抗器の温度に相当する電気信号を検岀する検岀回路と、

この検出回路の検出出力にしたがって上記抵抗器の温度が高くな ると上記抵抗器の実効的な値を小さい値に制御する制御回路と を備えたことを特徵とする自動車の電気制動および補助加速装置 ( s) 制御回路は、 抵抗器に直列に接続された半導体スィ ツチ回路と, この半導体スィ ッチ回路に周期的な開閉制御信号を与えるスィ ッチ 制御回路とを備え、 このスィ ッチ制御回路は検出出力にしたがって この開閉制御信号のデュ一ティ比を変化させる回路を含む請求の範 囲第 <Π)項に記載の自動車の電気制動および補助加速装置。

(19) 検出回路は、 抵抗器の温度に相当する電気信号として、 抵抗器 を通過する電流値の変化を検出する回路を会む請求の範囲第^項に 記載の自動車の電気制動および補助加速装置。

(20) スィ ッチ制御回路は、 検出回路の検出出力が所定の値を越えた ときに限り抵抗器の実効的な値を制御する手段を含む請求の範囲第 <TJ)項ないし第 9)項に記載の自動車の電気制動および補助加速装置。 ^ 請求の範囲第 (6)項の記載の装置において、

抵抗器の温度に相当する電気信号を検出する検出回路と'、

この検出回路の検出出力にしたがってィ ンバータ回路の直流電圧 が大き く なるように制御する制御手段と '

を備えたことを特徵とする自動車の電気制動および補助加速装置 _c (2 直流電圧が大きく なるように制御する制御手段は、 かご形多相 誘導機に与える電流のパルス幅を制御する手段を含む請求の範囲第 (2J)項に記載の自動車の電気制動および補助加速装置。

(23) 直流電圧が大き くなるように制御する制御手段は、 かご形多相 誘導機に与える回転磁界の回転速度を制御する手段を含む請求の範 囲第^項に記載の自動車の電気制動および補助加速装置。

^ 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 含む自動車の電気制動および捕助加速装置において、

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 リャアクスル との間の駆動軸に直結された

ことを特徵とする自動車の電気制動および補助加速装置。