JPH07177674A - 自動車の制動および補助動力装置 - Google Patents

自動車の制動および補助動力装置

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JPH07177674A
JPH07177674A JP4049932A JP4993292A JPH07177674A JP H07177674 A JPH07177674 A JP H07177674A JP 4049932 A JP4049932 A JP 4049932A JP 4993292 A JP4993292 A JP 4993292A JP H07177674 A JPH07177674 A JP H07177674A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 低電圧側回路の共通電位と高電圧側回路の共
通電位とを分離し人体が高圧に触れることを防止できる
ようにする。 【構成】 内燃機関の回転軸に連結されたかご形多相誘
導機の多相交流回路と蓄電手段の直流回路との電気エネ
ルギをインバータ回路により双方向に変換し制動および
補助動力とする内燃機関の制動および補助動力装置にお
いて、インバータ回路の直流側に直結された高電圧の静
電容量回路と、自動車の一般電気装備の定格電圧に等し
い低電圧の蓄電池と、静電容量回路および蓄電池との間
に接続された双方向ＤＣ・ＤＣコンバータとを備え、蓄
電池の一端となる低電圧側の共通電位と静電容量回路の
一端となる高電圧側の共通電位とを切離し、インバータ
制御回路の共通電位を高電圧側の共通電位に接続すると
ともに、制御入力点にホトカプラを含む共通電位分離回
路を備え、さらに低電圧側の共通電位を自動車の車体電
位に接続する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、内燃機関を制動すると
きに発生する機械的エネルギを電気的エネルギに変換し
て蓄積し、内燃機関を加速するときに蓄積された電気的
エネルギを補助加速装置に供給して機械的エネルギを発
生させる装置に利用する。本発明は、内燃機関の回転軸
にかご形多相誘導機を連結し、そのかご形多相誘導機を
制動時には発電機として作用させ、加速時には電動機と
して作用させる装置に利用する。本発明は、ＨＩＭＲの
名称で本願出願人が販売している補助加速および補助制
動装置を備えた自動車に搭載するに適する装置である。
【０００２】
【従来の技術】本願出願人は、国際公表公報ＷＯ８８／
０６１７（国際出願番号ＰＣＴ／ＪＰ／００１５７）に
自動車の電気制動および補助加速装置を開示した。この
装置は図７に示すように、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、蓄電手段としての二
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
数を設定する制御信号を生成するインバータ制御回路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。
【０００３】また、かご型多相誘導機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、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。
【０００４】インバータ回路４の出力側にはコンデンサ
７および半導体スイッチ回路１２が接続され、この半導
体スイッチ回路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エ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。
【０００５】さらに、二次電池回路３および半導体スイ
ッチ回路１２にはインバータ回路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
器１５にはその検出信号にしたがって半導体スイッチ回
路１２を制御するスイッチ制御回路１４が接続される。
このスイッチ制御回路１４には検出回路１３が接続され
る。
【０００６】この装置は自動車に搭載して、自動車の制
動時には制動により発生するエネルギを電気エネルギと
して回収して蓄電し、自動車の加速時にはその蓄電され
た電気エネルギを機械エネルギに変換して、車軸駆動用
の内燃機関に補助動力を与えるものである。
【０００７】すなわち、インバータを制御する制御回路
は、かご形多相誘導機を内燃機関の補助動力装置とする
加速モードではかご形多相誘導機に内燃機関の回転速度
を越える速度の回転磁界を与え、かご形多相誘導機を内
燃機関の制動装置とする減速モードではかご形多相誘導
機に内燃機関の回転速度を下回る速度の回転磁界を与え
るようにそのインバータ回路を制御する手段を含む。ま
たインバータ回路は、加速モードでは蓄電手段に蓄積さ
れた電気エネルギの直流出力をかご形多相誘導機に多相
交流出力として与え、減速モードではかご形多相誘導機
の多相交流出力エネルギを直流出力として蓄電手段に与
える回路手段を含む。
【０００８】このような従来装置では、上記蓄電手段は
蓄電池である。すなわちインバータの直流側の定格電圧
は２００〜３００Ｖであり、この定格電圧を有する蓄電
池を自動車用の鉛蓄電池を多数直列接続して利用する構
造である。
【０００９】出願人は上記装置について実用的な装置を
設計製作し、自動車に搭載し、これは主として市街地を
運行する定期バスとして試験的に採用され多くの試験を
行うことができた。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】この試験の結果から、
上記装置は制動時に発生するエネルギを単純に放散させ
ることなく、有効に回収利用することができるきわめて
有用な装置であり、将来は大型自動車に限らず広く乗用
車や小型貨物自動車にも実施できる本質的に優れた性能
があることがわかってきたが、大型の鉛蓄電池を実用的
な自動車に搭載することになると、○ 体積的にかなり
大きくなる……具体的には２４Ｖの鉛蓄電池を１０個程
度直列に接続して利用することになるから０．２〜０．
４ｍ2 程度になる、○ 車体重量が増大する……具体的
には２００〜３００ｋｇになる、○ ２００Ｖを越える
電圧で数十アンペアの直流電力を取り出すには人体に対
して相応の安全設備を設けた実装構造を装備しなければ
ならない……具体的には開閉扉を設けた堅固な箱の中に
実装し、扉を開いたときに回路が自動的に遮断するよう
な安全設備が必要である、○ 鉛蓄電池は化学反応を伴
う装置であるから一定の条件で電解液の量を観測してそ
の比重を測定し電解液の補充や補充充電を行うなどの保
守が必要である……保守の作業工数が大きくなるととも
に自家用車への適用はむつかしくなる、○ その保守に
便利な構造とするために１箇所に集中的に配置しなけれ
ばならない……小型自動車ではそのためのスペースがと
れない、○ 電池の内部抵抗によるエネルギ損失がある
……制動時に回収したエネルギが加速時に効率的に利用
できない、○ 通常の動作状態で現在の蓄電容量がどれ
だけであるかを自動制御に利用できる程度に電気的に正
確に検出できない……電解液の比重を測定することによ
り現在の蓄電容量をかなり正確に知ることはできるが、
単純な電流計や電圧計による計測では温度変化があると
上記内部抵抗が変化して必ずしも十分な正確度がなく、
それをリアルタイムな制御情報として利用できる形態に
ならない、などの課題があることがわかった。
【００１１】上記課題を解決するものとして本願発明者
は、蓄電手段に静電容量回路（コンデンサ）を利用する
ことを提案し試験を実施するに至った。蓄電手段に静電
容量回路を利用する装置については同一出願人が本願と
同時に提出する別の特許出願において詳しく説明してい
る。その概要は、実現可能な一例として電気二重層コン
デンサを単位コンデンサとし、これを多数個直列に接続
してさらにその直列回路を複数個並列に接続して耐圧３
００Ｖ、静電容量２０Ｆ程度の静電容量回路を得るもの
である。そして、この静電容量回路を利用することによ
り、最大電圧２００Ｖで最大電流１６０Ａ程度の電力に
対して２５秒程度のアシストが可能であることを開示し
た。
【００１２】ところでこのような装置で試験を行うと、
この装置をきわめて長い期間使用しなかった場合に、静
電容量回路の電荷が自己放電してしまうことがある。ま
たこの装置を製造して最初に使用するときにも、静電容
量回路には電荷が蓄電されていないから同様である。静
電容量回路にほとんど電荷が蓄電されていない状態で
は、この内燃機関を始動させることもできない。さら
に、インバータ回路の直流側あるいは静電容量回路の端
子には直流高電圧があり、この直流高電圧は絶縁物によ
り覆うとしても、何らかの原因によりこれに人体が触れ
るときわめて危険であることから、この直流高電圧回路
を低電圧回路と異なる共通電位とすることが望まれる。
【００１３】本発明はこのような課題を解決するもの
で、静電容量回路に蓄電電荷がほとんどなくなった場合
にも、合理的に内燃機関を始動することができる装置を
提供することを目的とする。さらに、本発明は低電圧側
回路の共通電位と高電圧側回路の共通電位とを分離する
ことができる装置を提供することを目的とする。
【００１４】
【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回転軸に連結されたかご形多相誘
導機と、蓄電手段と、前記かご形多相誘導機の多相交流
回路と前記蓄電手段の直流回路とを双方向に電気エネル
ギを変換して結合するインバータ回路と、このインバー
タ回路を制御するインバータ制御回路とを備えた自動車
の制動および補助動力装置において、前記蓄電手段は、
前記インバータ回路の直流側に直結された高電圧の静電
容量回路と、前記自動車の一般電気装備の定格電圧に等
しい低電圧の蓄電池と、前記静電容量回路と前記蓄電池
との間に接続された双方向ＤＣ・ＤＣコンバータとを含
み、前記双方向ＤＣ・ＤＣコンバータにはそのスイッチ
ング素子を開閉制御してエネルギの伝達方向を制御する
コンバータ制御回路を含むことを特徴とする。
【００１５】前記蓄電池の一端となる低電圧側の共通電
位と、前記静電容量回路の一端となる高電圧側の共通電
位とは切り離され、前記インバータ制御回路の共通電位
は前記高電圧側の共通電位に接続され、前記インバータ
制御回路の制御入力点にホトカプラを含む共通電位分離
回路を備え、前記低電圧側の共通電位は自動車の車体電
位に接続され、前記コンバータ制御回路はその制御モー
ドとして、前記静電容量回路に前記蓄電池のエネルギを
前記ＤＣ・ＤＣコンバータにより変換して充電させる初
期充電モードと、前記静電容量回路の端子電圧が所定値
を越えるときにその静電容量回路の蓄電エネルギを前記
ＤＣ・ＤＣコンバータにより変換して前記蓄電池に充電
させる電池充電モードを含み、さらに、インバータ制御
回路はその制御モードとして、前記静電容量回路に蓄電
されたエネルギを前記インバータ回路を介して前記かご
形多相誘導機に交流電流として与え前記かご形多相誘導
機を電動機として作動させる始動モードと、自動車の制
動時に前記かご形多相誘導機を発電機として作動させ前
記かご形多相誘導機の出力交流電流を前記インバータ回
路を介して前記静電容量回路に充電電流として供給する
減速モードと、自動車の加速時に前記かご形多相誘導機
を電動機として作動させ前記静電容量回路に蓄電された
エネルギを前記インバータ回路を介して前記かご形多相
誘導機に交流電流として供給する加速モードとを含むと
ともに、その制御モードとして、前記始動モードにつづ
き前記内燃機関の暖機運転中に前記かご形多相誘導機を
発電機として作動させ前記かご形多相誘導機の出力交流
電流を前記インバータ回路を介して前記静電容量回路に
充電電流として供給する暖機モードと、前記内燃機関の
運転中に前記静電容量回路の端子電圧が所定値以下に低
下したときに前記かご形多相誘導機を発電機として作動
させ前記かご形多相誘導機の出力交流電流を前記インバ
ータ回路を介して前記静電容量回路に充電電流として供
給する補充充電モードとを含み、前記インバータ回路、
前記インバータ制御回路および前記静電容量回路は電気
絶縁体により包まれ、車体電位に接続された金属容器に
収容された構造であることが望ましい。
【００１６】
【作用】本発明の構成では、装置の製造直後あるいは装
置を長時間使用しなかった状態で静電容量回路に蓄電電
荷がほとんどない状態のときにも、この装置を搭載した
自動車には蓄電池（端子電圧２４Ｖまたは１２Ｖ）が搭
載されていて、この蓄電池のエネルギを利用することが
できる。
【００１７】初期充電モードでは、この蓄電池の端子電
圧をＤＣ・ＤＣコンバータを利用して高電圧を発生させ
て、静電容量回路にある程度の電荷を蓄電させる。
【００１８】始動モードでは、この初期充電モードで蓄
電された電荷を利用してかご形多相誘導機を電動機とし
て作動させて内燃機関を始動させる。
【００１９】内燃機関が自力回転するようになると、か
ご形多相誘導機から電力を取り出し静電容量回路にさら
に電荷を蓄電させる。これは望ましくは暖気運転モード
として特別の制御を行うことがよい。この暖気運転モー
ドで静電容量回路は定格端子電圧に達する。
【００２０】ここで自動車は走行可能な状態となり、加
速モードでは静電容量回路に蓄電された電荷を放出して
かご形多相誘導機を補助動力とし、また減速モードでは
かご形多相誘導機から発生する電気エネルギを静電容量
回路に蓄電させる。
【００２１】加速モードを利用しすぎて静電容量回路の
蓄電電荷量が規定値より小さくなった場合には、制御モ
ードを補助充電モードとしてかご形多相誘導機を発電機
として作動させて、内燃機関が回転している状態ではつ
ねに静電容量回路の蓄電電荷量を規定値以上に維持する
ことができる。
【００２２】インバータ制御回路は、この装置では静電
容量回路に十分な蓄電電荷がある状態のときに、ＤＣ・
ＤＣコンバータを制御して低電圧を発生させて充電し、
蓄電池を定常的に充電状態に維持することができる。
【００２３】本発明の装置では共通電位を高電圧側と低
電圧側で分離することができる。すなわち、低電圧側は
自動車の一般負荷回路と共通であり、共通電位を自動車
の車体電位に接続する。すなわち本発明の装置は双方向
ＤＣ・ＤＣコンバータのトランスにより低電圧側と高電
圧側の共通電位を分離することが可能になる。高電圧側
は共通電位を車体に接続せずに車体電位からフロート状
態とする。したがって、かりに何らかの原因により高電
圧側回路に人体が触れることがあっても、直ちに感電す
る状態にはならずに危険を回避することができる。
【００２４】インバータ制御回路に導入されるセンサ入
力、操作入力その他制御入力は、共通電位分離回路によ
り共通電位が分離されて、信号はホトカプラにより伝達
される。したがってインバータ制御回路の共通電位はイ
ンバータの共通電位に接続することができる。
【００２５】
【実施例】次に、本発明実施例を図面に基づいて説明す
る。図１は本発明実施例に係わる全体構成を示すブロッ
ク図、図２は本発明実施例の構成を示すブロック図、図
３は本発明実施例における静電容量回路の構成を示す
図、図４は本発明実施例における双方向ＤＣ・ＤＣコン
バータの構成を示す回路図、図５（ａ）は本発明実施例
における入力用共通電位分離回路の構成を示す回路図、
（ｂ）は出力用共通電位分離回路の構成を示す回路図で
ある。
【００２６】本発明実施例は図１に示すように、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、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制御信号を生成するイ
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。
【００２７】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
インバータ制御回路５に与えられ、さらに充電状態に関
する情報が入力される。
【００２８】インバータ回路４の出力側にはコンデンサ
７および半導体スイッチ回路１２が接続され、この半導
体スイッチ回路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エネルギが発生したと
きに、これを消散させる。
【００２９】さらに、インバータ回路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
検出器１５にはその検出信号にしたがって半導体スイッ
チ回路１２を制御するスイッチ制御回路１４が接続され
る。このスイッチ制御回路１４には検出回路１３が接続
される。
【００３０】さらに、本発明の特徴として、インバータ
回路４の直流側に直結された高電圧の静電容量回路２０
と、自動車の一般電気装備の定格電圧に等しい低電圧の
蓄電池２１と、静電容量回路２０と蓄電池２１との間に
接続された双方向ＤＣ・ＤＣコンバータ２２とを含む蓄
電手段を備え、双方向ＤＣ・ＤＣコンバータ２２にはそ
のスイッチング素子を開閉制御してエネルギの伝達方向
を制御する図４に示すコンバータ制御回路２４を含む。
【００３１】蓄電池２１の一端となる低電圧側の共通電
位と、静電容量回路２０の一端となる高電圧側の共通電
位とは切り離され、インバータ制御回路５の共通電位は
高電圧側の共通電位に接続され、インバータ制御回路５
の制御入力点にホトカプラ２５ａを含む入力用共通電位
分離回路２５を備え、その制御出力点にホトカプラ２６
ａを含む出力用共通電位分離回路２６を備え、低電圧側
の共通電位は自動車の車体電位に接続される。
【００３２】また、コンバータ制御回路２４はその制御
モードとして、静電容量回路２０に蓄電池２１のエネル
ギを双方向ＤＣ・ＤＣコンバータ２２により変換して充
電させる初期充電モードと、静電容量回路２０の端子電
圧が所定値を越えるときにその静電容量回路２０の蓄電
エネルギを双方向ＤＣ・ＤＣコンバータ２２により変換
して蓄電池２１に充電させる電池充電モードを含み、イ
ンバータ制御回路５はその制御モードとして、静電容量
回路２０に蓄電されたエネルギをインバータ回路４を介
してかご形多相誘導機２に交流電流として与えかご形多
相誘導機２を電動機として作動させる始動モードと、自
動車の制動時にかご形多相誘導機２を発電機として作動
させかご形多相誘導機２の出力交流電流をインバータ回
路４を介して静電容量回路２０に充電電流として供給す
る減速モードと、自動車の加速時にかご形多相誘導機２
を電動機として作動させ静電容量回路２０に蓄電された
エネルギをインバータ回路４を介してかご形多相誘導機
２に交流電流として供給する加速モードと、始動モード
につづき内燃機関１の暖機運転中にかご形多相誘導機２
を発電機として作動させかご形多相誘導機２の出力交流
電流をインバータ回路４を介して静電容量回路２０に充
電電流として供給する暖機モードと、内燃機関１の運転
中に静電容量回路２０の端子電圧が所定値以下に低下し
たときにかご形多相誘導機２を発電機として作動させか
ご形多相誘導機２の出力交流電流をインバータ回路４を
介して静電容量回路２０に充電電流として供給する補充
充電モードとを含み、インバータ回路４、インバータ制
御回路５および静電容量回路２０は電気絶縁体により包
まれ、車体電位に接続された金属容器３０に収容され
る。
【００３３】静電容量回路２０は、図３にその一例を示
すように、同一の静電容量（５００Ｆ、２Ｖ）を有する
１５０個の単位コンデンサＣ1 、Ｃ2 、…Ｃ150 が電気
的に直列に接続された直列回路がさらに６列に並列接続
され、合計９００個のコンデンサが配置される。
【００３４】さらに、これらのコンデンサそれぞれに
は、同一の抵抗値を有する抵抗Ｒ1 、Ｒ2 、Ｒ3 、…Ｒ
150 が並列に接続されるとともに、それぞれが直列に６
列接続されて配置される。
【００３５】前述のように抵抗を配置するのは、各コン
デンサが規格上同一の静電容量を有するものであって
も、製造上の許容差があるために、わずかながらばらつ
きがあり、各コンデンサに発生する端子電圧に差が生じ
る。これを防ぐために製造上ばらつきの少ない抵抗を各
コンデンサ毎に並列に接続して発生する端子電圧をでき
るだけ一様にするために行われるものである。
【００３６】この例では、前述のようにコンデンサおよ
び抵抗をそれぞれ９００個使用するが、これを平面上に
配列した場合には畳一枚程度の面積および体積を有する
ものになる。ただしコンデンサおよび抵抗の列群を電気
的に接続した状態で車内の利用されていない空間に分散
配置することが可能なために、行動空間を狭くすること
はなく、かつ従来用いられていたバッテリの重量と比較
した場合に極めて軽量にすることができる。
【００３７】前述の例ではコンデンサおよび抵抗を９０
０個としたが、これは必ずしも限定されるものではな
く、各車種に応じて任意に設定することができる。
【００３８】ここで具体的な一例を示すと、市販されて
いる電気二重層コンデンサの場合、耐圧２Ｖ、静電容量
５００Ｆであり、これを１５０個直列接続すると耐圧３
００Ｖとなり、さらに６回路並列接続すると静電容量は
２０Ｆ程度となる。
【００３９】耐圧３００Ｖであるからこれを定格電圧２
００Ｖで利用すると、定格充電電荷は、 ２００Ｖ×２０Ｆ＝４０００クーロン（＝アンペア秒） となり、現用のインバータによれば最大電流は１６０Ａ
程度であるので、 ４０００クーロン／１６０アンペア＝２５秒 となり、最大電圧２００Ｖで最大電流１６０Ａの電力に
対し２５秒程度は補助動力を与えることができる。
【００４０】双方向ＤＣ・ＤＣコンバータ２２は、図４
にその一例を示すように、低圧側端子３１ａおよび３１
ｂと、高圧側端子３１ｃおよび３１ｄと、低圧側巻線３
２および高圧側巻線３３を含むトランス３５と、低圧側
端子３１ａおよび３１ｂと低圧側巻線３２との間に挿入
された低圧側スイッチング素子ＴａおよびＴｂと、高圧
側端子３１ｃおよび３１ｄと高圧側巻線３３との間に挿
入された高圧側スイッチング素子ＴｃおよびＴｄと、低
圧側スイッチング素子ＴａおよびＴｂそれぞれに並列接
続された低圧側整流素子ＤａおよびＤｂと、高圧側スイ
ッチング素子ＴｃおよびＴｄに並列接続された高圧側整
流素子ＤｃおよびＤｄと、低圧側スイッチング素子Ｔ
ａ、Ｔｂおよび高圧側スイッチング素子Ｔｃ、Ｔｄを制
御するコンバータ制御回路２４とを備え、コンバータ制
御回路２４には、低圧高圧変換モードでは、低圧側スイ
ッチング素子Ｔａ、Ｔｂに開閉制御信号を与え高圧側ス
イッチング素子Ｔｃ、Ｔｄを開放状態に維持させる制御
手段と、高圧低圧変換モードでは、高圧側スイッチング
素子Ｔｃ、Ｔｄに開閉制御信号を与え低圧側スイッチン
グ素子Ｔａ、Ｔｂを開放状態に維持させる制御手段と、
二つの制御モードのいずれかを選択する選択手段とを備
える。
【００４１】また、低圧側端子３１ａおよび３１ｂの端
子電圧を検出する低圧側電圧検出回路Ｖ１と、高圧側端
子３１ｃおよび３１ｄの端子電圧を検出する高圧側電圧
検出回路Ｖ２とを備え、さらに、コンバータ制御回路２
４には、起動時にこの二つの電圧検出回路Ｖ１およびＶ
２のそれぞれの検出出力を取り込み、この二つの検出出
力をそれぞれの基準値と比較して前記選択手段を自動的
に制御する手段を含み、低圧側巻線３２の電流を検出す
る低圧側電流検出回路Ｉ１と、高圧側巻線３３の電流を
検出する高圧側電流検出回路Ｉ２とを備え、さらに、コ
ンバータ制御回路２４には、この二つの電流検出回路Ｉ
１およびＩ２の検出出力を取り込み、この二つの検出出
力が前記二つの制御モードのそれぞれの許容範囲にない
ときに異常警報出力を送出する手段を備える。
【００４２】インバータ制御回路５の制御入力点に備え
られる入力用共通電位分離回路２５は、図５（ａ）にそ
の一例を示すように、各センサあるいは操作信号を入力
し、この信号に重畳されている雑音を除去するフィルタ
２５ｂと、二つの共通電位とを分離するホトカプラ２５
ａとを備える。
【００４３】また、インバータ制御回路５の制御出力点
に備えられる出力用共通電位分離回路２６は、図５
（ｂ）にその一例を示すように、二つの共通電位を分離
するホトカプラ２６ａと、外部雑音の逆流を防止するダ
イオード２６ｅ、抵抗器２６ｆおよびフィルタ２６ｂと
を備え、出力信号はスイッチ２６ｄを開閉するリレー２
６ｃを介して外部回路に送出される構成となっている。
【００４４】次に、このように構成された本発明実施例
の通常動作について説明する。
【００４５】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、発電された電気エネルギは
インバータ回路４により直流エネルギに変換されて、静
電容量回路２０に充電電流として供給される。ブレーキ
トルクが大きく、静電容量回路２０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、半導体スイッチ回路１２がこれを検出して
静電容量回路２０の端子に抵抗器１１を接続するように
閉成する。
【００４６】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、静電容量回
路２０から直流電流が取り出され、インバータ回路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。
【００４７】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のすべりがほぼ±
１０％の範囲になるように設定される。
【００４８】次に、静電容量回路２０への充電制御につ
いて説明する。インバータ回路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インバータ制御回路５から供給さ
れている。このインバータ制御回路５には回転センサ６
からの回転情報が入力し、また静電容量回路２０の充電
状態に関する情報が入力する。このインバータ制御回路
５にはマイクロプロセッサを含む。またこのインバータ
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。
【００４９】インバータ回路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、インバータ制御回路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、静電容量回路２０に充電された
電気エネルギが用いられる。
【００５０】静電容量回路２０への充電は、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っぱいの充電状態に達するよ
うに制御される。
【００５１】次に、本発明実施例における静電容量回路
２０の充放電制御について説明する。図６は本発明実施
例における静電容量回路の充放電の制御の流れを示す図
である。
【００５２】装置の製造直後あるいは装置を長時間使用
しなかった状態で静電容量回路２０に蓄電電荷がほとん
どない状態のときには、初期充電モードが選択され昇圧
降圧変換器の昇圧チョッパにより最低電圧１５０Ｖまで
充電される（）。始動モードが選択されこの電圧によ
り内燃機関１の起動が行われると電圧は約１００Ｖまで
低下する（）。
【００５３】内燃機関１が起動し暖機運転状態になると
暖気モードが選択され、かご形多相誘導機２が発電を開
始し静電容量回路２０に電荷が蓄電され定格電圧の３５
０Ｖに達する（）。これにより自動車は走行可能状態
となり、加速モードが選択されて静電容量回路２０に蓄
電された電荷を放出し、あるいは減速モードが選択され
てかご形多相誘導機２を補助動力として走行が行われる
（）。
【００５４】このとき、加速モードが長く用いられると
電圧は低下するが、約２３０Ｖに設定された最低限界電
圧を下回るときには加速モードの選択が禁止される。最
低限界電圧に達すると制御モードは補充充電モードに切
換わり、かご形多相誘導機２を発電機として作動させて
静電容量回路２０をゆるやかに充電する（）。このよ
うに内燃機関１が回転している状態では、つねに静電容
量回路２０の蓄電電荷量を規定値以上に維持する。以降
同様の制御が繰り返される。
【００５５】ここで、図４を参照して双方向ＤＣ・ＤＣ
コンバータの動作について説明する。
【００５６】低圧高圧変換モードの場合には、コンバー
タ制御回路２４が低圧側スイッチング素子ＴａおよびＴ
ｂに開閉制御信号を与え高圧側スイッチング素子Ｔｃお
よびＴｄを開放状態にする。このとき低圧側スイッチン
グ素子ＴａおよびＴｂと並列に接続されている低圧側整
流素子ＤａおよびＤｂは印加される電圧が逆方向となる
ために作用せず、開放状態に維持されている高圧側スイ
ッチング素子ＴｃおよびＴｄと並列に接続されている高
圧側整流素子ＤｃおよびＤｄは印加される電圧が順方向
であるために整流素子としての動作を行う。
【００５７】高圧低圧変換モードの場合には、コンバー
タ制御回路２４が高圧側スイッチング素子ＴｃおよびＴ
ｄに開閉制御信号を与え低圧側スイッチング素子Ｔａお
よびＴｂを開放状態にする。このとき高圧側スイッチン
グ素子ＴｃおよびＴｄと並列に接続されている高圧側整
流素子ＤｃおよびＤｄにかかる印加電圧は逆方向になる
ために作用しない。開放状態に維持されている低圧側ス
イッチング素子ＴａおよびＴｂと並列に接続されている
低圧側整流素子ＤｃおよびＤｄに印加される電圧は順方
向のために整流素子としての動作を行う。
【００５８】前述したように蓄電手段には、インバータ
回路４の直流側に直結された高電圧の静電容量回路２０
と、一般電気装備の定格電圧に等しい低電圧の蓄電池２
１とが含まれる。そこで人体に対する危険防止のため
に、蓄電池２１の一端となる低電圧側の共通電位と静電
容量回路２０の一端となる高電圧側の共通電位とを双方
向ＤＣ・ＤＣコンバータおよび図５（ａ）および（ｂ）
に示すインバータ制御回路５に備えられた入力用共通電
位分離回路２５および出力用共通電位分離回路２６によ
り分離する。すなわちインバータ制御回路５の共通電位
を高圧側の共通電位に接続し、低電圧側の共通電位を自
動車の車体電位に接続する。
【００５９】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、静
電容量回路に十分な蓄電電荷がある状態のときには、双
方向ＤＣ・ＤＣコンバータを制御して一般負荷回路用の
低電圧を発生させ蓄電池の充電を定常的に維持すること
ができ、かつ高電圧側と低電圧側との共通電位を分離し
て車体電位からフロート状態にし高電圧側に人体が触れ
ることにより感電することを防止することができる効果
がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明実施例に係わる全体構成を示すブロック
図。
【図２】本発明実施例の構成を示すブロック図。
【図３】本発明実施例における静電容量回路の構成を示
す図。
【図４】本発明実施例における双方向ＤＣ・ＤＣコンバ
ータの構成を示す回路図。
【図５】（ａ）は本発明実施例における入力用共通電位
分離回路の構成を示す回路図、（ｂ）は出力用共通電位
分離回路の構成を示す回路図。
【図６】本発明実施例における静電容量回路の充放電の
制御の流れを示す図。
【図７】従来例の構成を示すブロック図。
【符号の説明】
１ 内燃機関 ２ かご形多相誘導機 ３ 二次電池回路 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 コンデンサ １１ 抵抗器 １２ 半導体スイッチ回路 １３ 検出回路 １４ スイッチ制御回路 １５ 電流検出器 ２０ 静電容量回路 ２１ 蓄電池 ２２ 双方向ＤＣ・ＤＣコンバータ ２４ コンバータ制御回路 ２５ 入力用共通電位分離回路 ２５ａ、２６ａ ホトカプラ ２６ 出力用共通電位分離回路 ２５ｂ、２６ｂ フィルタ ２６ｃ リレー ２６ｄ スイッチ ２６ｅ ダイオード ２６ｆ 抵抗器 ３０ 金属容器 ３１ａ、３１ｂ 低圧側端子 ３１ｃ、３１ｄ 高圧側端子 ３２ 低圧側巻線 ３３ 高圧側巻線 ３５ トランス Ｄａ、Ｄｂ 低圧側整流素子 Ｄｃ、Ｄｄ 高圧側整流素子 Ｔａ、Ｔｂ 低圧側スイッチング素子 Ｔｃ、Ｔｄ 高圧側スイッチング素子 Ｖ１ 低圧側電圧検出回路 Ｖ２ 高圧側電圧検出回路 Ｉ１ 低圧側電流検出回路 Ｉ２ 高圧側電流検出回路

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 自動車の車軸を駆動する内燃機関の回転
    軸に連結されたかご形多相誘導機と、蓄電手段と、前記
    かご形多相誘導機の多相交流回路と前記蓄電手段の直流
    回路とを双方向に電気エネルギを変換して結合するイン
    バータ回路と、このインバータ回路を制御するインバー
    タ制御回路とを備えた自動車の制動および補助動力装置
    において、 前記蓄電手段は、前記インバータ回路の直流側に直結さ
    れた高電圧の静電容量回路と、前記自動車の一般電気装
    備の定格電圧に等しい低電圧の蓄電池と、前記静電容量
    回路と前記蓄電池との間に接続された双方向ＤＣ・ＤＣ
    コンバータとを含み、 前記双方向ＤＣ・ＤＣコンバータにはそのスイッチング
    素子を開閉制御してエネルギの伝達方向を制御するコン
    バータ制御回路を含むことを特徴とする自動車の制動お
    よび補助動力装置。
  2. 【請求項２】 前記蓄電池の一端となる低電圧側の共通
    電位と、前記静電容量回路の一端となる高電圧側の共通
    電位とは切り離され、 前記インバータ制御回路の共通電位は前記高電圧側の共
    通電位に接続され、 前記インバータ制御回路の制御入力点にホトカプラを含
    む共通電位分離回路を備えた請求項１記載の自動車の制
    動および補助動力装置。
  3. 【請求項３】 前記低電圧側の共通電位は自動車の車体
    電位に接続された請求項２記載の自動車の制動および補
    助動力装置。
  4. 【請求項４】 前記コンバータ制御回路はその制御モー
    ドとして、前記静電容量回路に前記蓄電池のエネルギを
    前記ＤＣ・ＤＣコンバータにより変換して充電させる初
    期充電モードと、前記静電容量回路の端子電圧が所定値
    を越えるときにその静電容量回路の蓄電エネルギを前記
    ＤＣ・ＤＣコンバータにより変換して前記蓄電池に充電
    させる電池充電モードを含む請求項１記載の自動車の制
    動および補助動力装置。
  5. 【請求項５】 前記インバータ制御回路はその制御モー
    ドとして、 前記静電容量回路に蓄電されたエネルギを前記インバー
    タ回路を介して前記かご形多相誘導機に交流電流として
    与え前記かご形多相誘導機を電動機として作動させる始
    動モードと、自動車の制動時に前記かご形多相誘導機を
    発電機として作動させ前記かご形多相誘導機の出力交流
    電流を前記インバータ回路を介して前記静電容量回路に
    充電電流として供給する減速モードと、自動車の加速時
    に前記かご形多相誘導機を電動機として作動させ前記静
    電容量回路に蓄電されたエネルギを前記インバータ回路
    を介して前記かご形多相誘導機に交流電流として供給す
    る加速モードとを含む請求項１記載の自動車の制動およ
    び補助動力装置。
  6. 【請求項６】 前記インバータ制御回路はその制御モー
    ドとして、前記始動モードにつづき前記内燃機関の暖機
    運転中に前記かご形多相誘導機を発電機として作動させ
    前記かご形多相誘導機の出力交流電流を前記インバータ
    回路を介して前記静電容量回路に充電電流として供給す
    る暖機モードと、前記内燃機関の運転中に前記静電容量
    回路の端子電圧が所定値以下に低下したときに前記かご
    形多相誘導機を発電機として作動させ前記かご形多相誘
    導機の出力交流電流を前記インバータ回路を介して前記
    静電容量回路に充電電流として供給する補充充電モード
    とを含む請求項５記載の自動車の制動および補助動力装
    置。
  7. 【請求項７】 前記インバータ回路、前記インバータ制
    御回路および前記静電容量回路は電気絶縁体により包ま
    れ、車体電位に接続された金属容器に収容された構造で
    ある請求項１記載の自動車の制動および補助動力装置。
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