(57)【要約】  エンジン、発電機、変換器、および電動機が直列に配置された電気駆動システム、ならびに、前記電気駆動システムに蓄電器を併用したシリーズ型ハイブリット駆動システムにおいて、変換器の故障時における駆動力の確保に加えて、故障時以外の使用に対してエンジンの燃費と排出ガスを良好にでき、かつ、その巡航速度に合わせた移動体を生産する場合の発電機と電動機のラインナップ数を少なくすることを目的とする。このために、移動体の巡航速度を判定する機能を設け、発電機の極数および電動機の極数をそれぞれ切り換え可能な構成とした。移動体が巡航速度で運転していると判定されると、発電機と電動機とをバイパス部を介して直結し、巡航速度に応じて、発電機の極数および電動機の極数を切り換えて運転する。
2008136094.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
移動体を駆動させるための電気駆動システムであって、
エンジンと、
このエンジンに連結され、交流電力を発生する交流発電機と、
この交流発電機から供給される交流電力を直流電力に変換するＡＣ／ＤＣ変換器と、
このＡＣ／ＤＣ変換器から出力される直流電力を交流電力に変換するＤＣ／ＡＣ変換器と、
このＤＣ／ＡＣ変換器から出力される交流電力により駆動される交流電動機と、
前記ＡＣ／ＤＣ変換器および前記ＤＣ／ＡＣ変換器をバイパスするようにして、前記交流発電機と前記交流電動機とを直接接続するバイパス部と、
前記交流発電機から前記交流電動機へ至る電力の経路を、前記バイパス部、または前記ＡＣ／ＤＣ変換器および前記ＤＣ／ＡＣ変換器を経る経路、に切り換えが可能なバイパス切換部と、
前記交流発電機の極数の切り換えが可能な発電機極数切換部と、
前記交流電動機の極数の切り換えが可能な電動機極数切換部と、
前記移動体が予め設定された巡航速度で運転しているか否かを判定する巡航速度判定部と、
前記巡航速度判定部により前記移動体が前記巡航速度に達したと判定された場合には、前記バイパス切換部を切り換えることにより前記交流発電機と前記交流電動機とを前記バイパス部を介して接続すると共に、前記交流発電機の極数および前記交流電動機の極数の少なくともどちらか一方を切り換え、前記交流発電機の周波数および前記交流電動機の周波数を前記巡航速度に応じた値に設定する制御部と、
を備えることを特徴とする電気駆動システム。
【請求項２】
前記巡航速度判定部は、前記移動体に設けられたシフトレバーまたはスイッチを介してなされた前記移動体の運転者による手動指令に基づいて巡航速度を判定することを特徴とする請求項１に記載の電気駆動システム。
【請求項３】
前記巡航速度判定部は、前記移動体に設けられた速度センサからの検出速度に基づいて巡航速度を判定することを特徴とする請求項１に記載の電気駆動システム。
【請求項４】
前記巡航速度判定部は、自動料金収受システムを利用して巡航速度を判定することを特徴とする請求項１に記載の電気駆動システム。
【請求項５】
前記巡航速度判定部は、ナビゲーションシステムを利用して巡航速度を判定することを特徴とする請求項１に記載の電気駆動システム。
【請求項６】
前記巡航速度判定部は、運行管理システムを利用して巡航速度を判定することを特徴とする請求項１に記載の電気駆動システム。
【請求項７】
前記巡航速度判定部は、複数の異なる巡航速度を判定し、判定された巡航速度に応じて、前記交流発電機の極数の切り換えを行うための発電機極数切換指令信号を前記発電機極数切換部に送出すると共に、前記交流電動機の極数の切り換えを行うための電動機極数切換指令信号を前記電動機極数切換部に送出することを特徴とする請求項１〜６のいずれか１つに記載の電気駆動システム。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか１つに記載の電気駆動システムと、蓄電器とを備えることを特徴とするハイブリット駆動システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジン、発電機、変換器、および電動機が直列に配置された電気駆動システム、ならびに、前記電気駆動システムに蓄電器を併用したシリーズ型ハイブリット駆動システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、エンジンに接続された発電機の電力により、コンバータおよびインバータ等の電力変換器を介して、電動機を駆動して車両の動力を得る電気自動車の駆動システムが知られている。このような電気自動車の駆動システムの一例としては、発電機から電動機へのエネルギーの流れが直列のシリーズ型の構成があり、さらに、発電機と電動機との間に蓄電器を設けたシリーズ型ハイブリット電気自動車の駆動システムが知られている。【０００３】
例えば、特許文献１では、シリーズ型ハイブリット電気自動車の駆動システムにおいて、主にコンバータ、インバータが故障した場合のシステム構成について開示されている。すなわち、特許文献１では、交流発電機の極数を交流電動機の極数よりも少なくし、コンバータ、インバータの故障時には、これらを交流発電機および交流電動機から切り離して、交流発電機と交流電動機とを直接接続し、交流発電機から供給される交流電力により交流電動機を直接駆動している。このように、特許文献１では、交流発電機と交流電動機の間に設けられたコンバータおよびインバータをバイパスする回路を設け、電力変換器の故障時にも駆動力を確保することで作動信頼性を高めることを目的としている。【０００４】
【特許文献１】特開平１１−３４１６０７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、電力変換器をバイパスし、交流発電機と交流電動機とを直接接続することが可能な回路を備えた上記従来の電気自動車の駆動システムは、故障時における作動信頼性の向上を目的としており、故障時以外も含め、様々な目的に使用される移動体に適用しようとすると、エンジンの運転に広い回転数範囲が必要となり、エンジンの燃費と排出ガスが悪化しシステム効率を向上できないという問題点があった。そのため、上記バイパス回路を利用する構成は故障時の使用に限定されていた。【０００６】
また、上記従来の電気自動車の駆動システムを、故障時以外の巡航運転時にも使用するために、様々な目的に使用される移動体の巡航速度に合わせて車両を生産する場合、複数種類の電動機と発電機をラインナップしなければならないという問題点があった。【０００７】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、電力変換器の故障時における駆動力の確保に加えて、故障時以外の使用に対してエンジンの燃費と排出ガスを良好にでき、かつ、その巡航速度に合わせた移動体を生産する場合の発電機と電動機のラインナップ数を少なくすることが可能な電気駆動システムおよびハイブリット駆動システムを得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかる電気駆動装置は、移動体を駆動させるための電気駆動システムであって、エンジンと、このエンジンに連結され、交流電力を発生する交流発電機と、この交流発電機から供給される交流電力を直流電力に変換するＡＣ／ＤＣ変換器と、このＡＣ／ＤＣ変換器から出力される直流電力を交流電力に変換するＤＣ／ＡＣ変換器と、このＤＣ／ＡＣ変換器から出力される交流電力により駆動される交流電動機と、前記ＡＣ／ＤＣ変換器および前記ＤＣ／ＡＣ変換器をバイパスするようにして、前記交流発電機と前記交流電動機とを直接接続するバイパス部と、前記交流発電機から前記交流電動機へ至る電力の経路を、前記バイパス部、または前記ＡＣ／ＤＣ変換器および前記ＤＣ／ＡＣ変換器を経る経路、に切り換えが可能なバイパス切換部と、前記交流発電機の極数の切り換えが可能な発電機極数切換部と、前記交流電動機の極数の切り換えが可能な電動機極数切換部と、前記移動体が予め設定された巡航速度で運転しているか否かを判定する巡航速度判定部と、前記巡航速度判定部により前記移動体が前記巡航速度に達したと判定された場合には、前記バイパス切換部を切り換えることにより前記交流発電機と前記交流電動機とを前記バイパス部を介して接続すると共に、前記交流発電機の極数および前記交流電動機の極数の少なくともどちらか一方を切り換え、前記交流発電機の周波数および前記交流電動機の周波数を前記巡航速度に応じた値に設定する制御部と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、巡航速度判定部により移動体が巡航速度に達したと判断されると、バイパス部を介して交流発電機と交流電動機とを直接接続し、交流発電機の極数および交流電動機の極数を切り換え、巡航速度に応じて交流電動機の周波数および交流発電機の周波数を設定して駆動するようにしたので、巡航運転時においても、燃費、排出ガスを向上できるという効果を奏する。【００１０】
また、巡航運転時に、移動体の目的から決まる巡航速度に応じて、交流発電機の周波数および交流電動機の周波数を設定して駆動するようにしたので、製造時に発電機、電動機のラインナップの数を少なくでき、生産を容易にするという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は、本発明にかかる電気駆動システムの実施の形態１の構成を示すブロック図である。
【図２】図２は、一般的なエンジン特性と、実施の形態１における、加減速モードでの回転数設定値、および巡航モードでの回転数設定範囲を示す図である。
【図３】図３は、（ａ）極数の切り換えが可能な発電機および電動機の巻線の構造の一例と、極数の切り換え例を示す図、（ｂ）極数の切り換えが可能な発電機および電動機の巻線の構造の別の一例と、極数の切り換え例を示す図、（ｃ）極数の切り換えが可能な発電機および電動機の巻線の構造のさらに別の一例と、極数の切り換え例を示す図である。
【図４】図４は、本発明にかかる電気駆動システムの実施の形態２の構成を示すブロック図である。
【図５】図５は、実施の形態３における巡航速度判定部の構成を示す図である。
【図６】図６は、本発明にかかる電気駆動システムの実施の形態４の構成を示すブロック図である。
【図７】図７は、本発明にかかる電気駆動システムの実施の形態５の構成を示すブロック図である。
【図８】図８は、本発明にかかる電気駆動システムの実施の形態６の構成を示すブロック図である。
【図９】図９は、本発明にかかる電気駆動システムの実施の形態７の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００１２】
１  エンジン
２  発電機
３  ＡＣ／ＤＣ変換器
４  蓄電器
５  ＤＣ／ＡＣ変換器
６  誘導電動機
７  ギア
８  駆動軸
９  ディファレンシャルギア
１０  車輪
１１，２３  運転台
１２  メインコントローラ（巡航速度判定部）
１３  エンジン制御モジュール
１４，１５  変換器制御回路
１６  発電機バイパススイッチ
１７  電動機バイパススイッチ
１８  バイパス部
１９，２０  発電機極数切換スイッチ
２１，２２  電動機極数切換スイッチ
２４  ＥＴＣ
２５  ナビゲーションシステム
２６  運行管理システム
２７  発電機極数切り替え信号
２８  電動機極数切り替え信号
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下に、本発明にかかる電気駆動システムの実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。【００１４】
実施の形態１．
図１は、本発明にかかる電気駆動システムの実施の形態１の構成を示すブロック図である。また、図２は、一般的なエンジン特性と、本実施の形態における、加減速モードでの回転数設定値、および巡航モードでの回転数設定範囲を示す図であり、図３の（ａ）〜（ｃ）は、それぞれ、極数の切り換えが可能な発電機および電動機の巻線の構造の例と、極数の切り換え例を示す図である。【００１５】
図１に示すように、本実施の形態にかかる電気駆動システムは移動体を駆動させるための装置であって、エンジン１と、エンジン１に連結され交流電力を発電する発電機２と、発電機２により発電された交流電力を直流電力に変換するＡＣ／ＤＣ変換器３と、ＡＣ／ＤＣ変換器３が出力する直流電力を蓄える蓄電器４と、ＡＣ／ＤＣ変換器３、蓄電器４から供給される直流電力を交流電力に変換して出力するＤＣ／ＡＣ変換器５と、ＤＣ／ＡＣ変換器５から供給された交流電力により駆動される誘導発電機６と、を備えている。このように、本実施の形態では、エンジン１、発電機２、ＡＣ／ＤＣ変換器３、ＤＣ／ＡＣ変換器５、および誘導発電機６は、直列に接続されており、シリーズ型のシステムを構成すると共に、ＡＣ／ＤＣ変換器３とＤＣ／ＡＣ変換器５との間に蓄電器４が設けられたハイブリッド型の構成となっている。なお、本実施の形態では、シリーズハイブリット型を例に説明するが、本発明は、蓄電器４を設けない構成に対しても同様に適用可能である。また、本実施の形態では、例えば誘導電動機６を使用しているが、これに限定されず、他の種類の電動機を使用することもできる。【００１６】
本実施の形態は、さらに、誘導発電機６の回転数とトルクを切り替えるためのギア７、駆動軸８、およびディファレンシャルギア９と、ディファレンシャルギア９に接続された車軸の両端に設けられた車輪１０と、を備え、例えば、自動車、バス、トラック等における電気駆動システムを示している。【００１７】
本実施の形態は、さらに、発電機２の極数を切り換えることが可能な発電機極数切換スイッチ１９、２０と、誘導電動機６の極数を切り換えることが可能な電動機極数切換スイッチ２１、２２と、を備え、発電機２は極数切り換えが可能な発電機として、誘導電動機６は極数切り換えが可能な電動機として機能する。発電機極数切換スイッチ１９は、Ｕ，Ｖ，Ｗの三相に対応して、３つの切替器を備えて構成され、発電機極数切換スイッチ２０は、Ｕ，Ｖ，Ｗの三相に対応して、３つの開閉器を備えて構成されている。また、電動機極数切換スイッチ２１は、Ｕ，Ｖ，Ｗの三相に対応して、３つの切替器を備えて構成され、電動機極数切換スイッチ２２は、Ｕ，Ｖ，Ｗの三相に対応して、３つの開閉器を備えて構成されている。図３の（ａ）は、極数の切り換えが可能な発電機２または誘導電動機６における巻線の構造の一例と、極数の切り換え例を示す図であり、左側に示す低速時における構造と、右側に示す高速時における構造とを対比して示している。図３の（ａ）に示すように、２つの極数切換スイッチを切り換えることにより、低速時と高速時とでは構造が異なり、低速時には極数を大きくし、一方、高速時には極数を小さくする。また、図３の（ｂ）、図３の（ｃ）は、それぞれ、図３の（ａ）とは別の、極数の切り換えが可能な発電機２または誘導電動機６における巻線の構造と、極数の切り換え例を示す図であり、（ａ）と同様に、左側に低速時における構造が示され、右側に高速時における構造が示されている。【００１８】
本実施の形態は、さらに、ＡＣ／ＤＣ変換器３、蓄電器４、およびＤＣ／ＡＣ変換器５をバイパスし、発電機２と誘導電動機６とを直接接続する例えば接続線としてのバイパス部１８と、発電機２から誘導電動機６に至る電力の流路を、ＡＣ／ＤＣ変換器３、蓄電器４、およびＤＣ／ＡＣ変換器５を含む回路、またはバイパス部１８に切り換えることが可能な２つの切り換えスイッチ、すなわち、発電機バイパススイッチ１６と、電動機バイパススイッチ１７と、を備えている。発電機バイパススイッチ１６は、発電機２とＡＣ／ＤＣ変換器３との間に設けられた切り換えスイッチであり、電動機バイパススイッチ１７は、ＤＣ／ＡＣ変換器５と誘導電動機６との間に設けられた切り換えスイッチである。また、発電機極数切換スイッチ１９は、発電機２と発電機バイパススイッチ１６との間に設けられており、電動機極数切換スイッチ２１は、電動機バイパススイッチ１７と誘導電動機６との間に設けられている。【００１９】
本実施の形態は、さらに、エンジン１の制御を行うエンジン制御モジュール（ＥＣＭ）１３と、ＡＣ／ＤＣ変換器３の制御を行うドライバとしての変換器制御回路１４と、ＤＣ／ＡＣ変換器５の制御を行うドライバとしての変換器制御回路１５と、エンジン制御モジュール（ＥＣＭ）１３、変換器制御回路１４、１５等を含むシステムの制御を行うメインコントローラ１２と、メインコントローラ１２に接続され、各種のセンサを備えてシステム全体の制御を行うことが可能な運転台１１と、を備えている。【００２０】
メインコントローラ１２は、巡航速度判定部としての機能を備えており、この巡航速度判定部により、本移動体が巡航速度で運行しているか否かの判定を行う。ここで巡航速度とは、移動体の状態として長時間多用されるほぼ一定の速度であり、顧客からの要求仕様等に基づいて移動体に応じて予め設定される速度である。例えば移動体が主に高速道路を運行するバスである場合には、巡航速度は高速道路の運行時における典型的な速度である。また、発電機バイパススイッチ１６および電動機バイパススイッチ１７は、それぞれメインコントローラ１２に接続されており、それらの切り換えはメインコントローラ１２の制御によりなされる。なお、本実施の形態では、メインコントローラ１２に、巡航速度判定部としての機能が備えられているとしたが、巡航速度判定部を独立した構成とすることもできる。【００２１】
運転台１１には、アクセルセンサ、ブレーキセンサ、シフトレバー、および速度センサ等の各種センサ、制御機器が設けられており、運転台からの制御指令、これらのセンサが取得する情報等は、メインコントローラ１２に入力される。【００２２】
次に、本実施の形態の動作について、図１および図２を参照して説明する。まず、本移動体の加減速時における動作について説明する。停止時には、発電機２とＡＣ／ＤＣ変換器３とを接続するように発電機バイパススイッチ１６を設定し、さらに、ＤＣ／ＡＣ変換器５と誘導電動機６とを接続するように電動機バイパススイッチ１７を設定する。そして、運転台１１からの指令に基づき、停止状態から加速する際には、メインコントローラ１２、エンジン制御モジュール１３を介して、エンジン１を駆動させ、エンジン１により発電機２を駆動させて交流電力を発生させる。発電機２により発生した交流電力は発電機極数切換スイッチ１９、発電機バイパススイッチ１６を経て、ＡＣ／ＤＣ変換器３に入力され直流電力に変換された後に出力される。ＡＣ／ＤＣ変換器３から出力される直流電力は、蓄電器４の充電に利用することができ、ＡＣ／ＤＣ変換器３から出力される直流電力または蓄電器４から放電される直流電力は、ＤＣ／ＡＣ変換器５に入力され交流電力に変換された後に出力される。ＤＣ／ＡＣ変換器５から出力される交流電力は、電動機バイパススイッチ１７、電動機極数切換スイッチ２１を経て、誘導電動機６に入力され、供給された交流電力により誘導電動機６は駆動され、発生するトルクは、ギア７、駆動軸８、ディファレンシャルギア９を介して車輪１０を回転させる。図２では、エンジン１の一般的な特性が示されており、横軸を回転数（ｒｐｍ：回転毎分）として、馬力とトルク曲線が描かれている。移動体の加減速時においては、エンジン１は、図２のエンジン特性において、燃費、排ガスの良好な一定回転数を利用し、回転数変化による損失が発生しないように運転される。すなわち、エンジン１の回転数を一定にすることが燃費、排ガス等に対しては有利であるため、図２の加減速モードＡに示すように、一定の回転数に設定して移動体を駆動させる。このとき、ＡＣ／ＤＣ変換器３とＤＣ／ＡＣ変換器５のそれぞれの変換効率は９５％程度であり、変換器システムの総合効率は９０％程度となる。【００２３】
次に、本移動体の巡航運転時における動作について説明する。メインコントローラ１２における巡航速度判定部によって本移動体が巡航速度で運転していると判定されると、発電機２と誘導電動機６とがバイパス部１８を介して接続するように、発電機バイパス切換スイッチ１６と電動機バイパス切換スイッチ１７とが切換えられる。さらに、巡航速度に応じて、発電機極数切換スイッチ１９、２０、電動機極数切換スイッチ２１、２２を切り換え、巻線、ギア７、ディファレンシャルギア９を設定し、エンジン１の回転数を巡航速度に合わせ、発電機周波数と電動機周波数とがほぼ等しくなるようにする。すなわち、エンジン１は、図２に示す加減速モードＡから、巡航モードＢとなって、移動体の速度に応じてエンジン回転数が制御される。なお、図２において、巡航モードＡに対応する回転数の範囲は、運行状況により移動体の巡航速度に幅があることを表している。このように、巡航運転時においては、バイパス部１８を介して発電機２と誘導電動機６とを直結し、変換器による電気変換を行わず、極数を変更して回転数を移動体の目的に応じた巡航速度に合わせるように設定する。【００２４】
なお、従来と同様に、変換器が故障した場合にも、バイパス部１８を介して発電機２と誘導電動機６とを直結する構成を利用することにより、駆動力を得ることができる。【００２５】
本実施の形態によれば、発電機極数切換スイッチ１９、２０、電動機極数切換スイッチ２１、２２により発電機極数と電動機極数を切換可能にすると共に、巡航速度判定部により移動体の巡航速度を判定する機能を付加することにより、移動体の巡航速度での運転時には、バイパス部１８を介して発電機２と誘導電動機６とを直接接続し、巡航速度に応じたエンジン回転数で制御して駆動するようにしたので、ＡＣ／ＤＣ変換器３とＤＣ／ＡＣ変換器５での損出をなくし、燃費、排出ガスを向上させ、効率の良い運転を行うことができる。このような構成により、シリーズ型ハイブリット方式が、パラレル型ハイブリット方式に比べて効率が悪いといわれる巡航速度での燃費、排ガスを改善できる。【００２６】
また、変換器の故障時に、バイパス部を介して交流発電機と交流電動機とを直結して車両を駆動する従来の電気自動車の駆動システム（例えば、特許文献１を参照）において、この従来の構成を変換器の故障時以外にも利用することを目的として、様々な目的に使用される移動体の巡航速度に合わせて車両を生産する場合、複数種類の発電機と電動機をラインアップしなければならない。本実施の形態では、移動体の目的から決まる巡航速度に応じて、交流電動機の入力周波数および交流発電機の発電周波数を切り替えればよいので、発電機、電動機のラインナップの数を少なくでき、生産を容易にするという効果を奏する。【００２７】
なお、本実施の形態では、電気車を例に説明したが、本発明はこれに限定されず、他の移動体にも適用することができる。例えば、誘導電動機６または駆動軸８がスクリューに接続される構成とすれば、船舶にも応用可能である。この場合、洋上での故障時において、バイパス直結することで非常事態時にも対処することができる。【００２８】
実施の形態２．
図４は、本発明にかかる電気駆動システムの実施の形態２の構成を示すブロック図である。図４に示すように、本実施の形態は、実施の形態１の電気駆動システムの運転台１１が運転台２３に置き換えられたものであり、運転台２３に設けられたシフトレバーまたは巡航モードスイッチは、本移動体の運転者が手動で巡航モードを指令できるように構成されている。本実施の形態では、シフトレバーまたは巡航モードスイッチを介して本移動体の運転者によって巡航モードが指定されると、実施の形態１で説明した巡航モードで運転される。すなわち、本実施の形態では、巡航速度判定部による巡航速度の判定を、シフトレバーまたは巡航モードスイッチを介した手動の指令により行っている。なお、本実施の形態のその他の構成は、実施の形態１の構成と同様であるため、図４においては、同一の構成要素には、同一の符号を付してその詳細な説明を省略する。【００２９】
このように、本実施の形態によれば、巡航モードを手動指定する機能を設けたことにより、巡航モードの自動判定が困難な状況下での移動においても、運転者の意志によって巡航モードによる効率の良い運転を行うことができるという効果がある。【００３０】
実施の形態３．
本実施の形態は、実施の形態１の構成において、巡航速度判定部として、運転台に設けられた速度センサが検出する速度センサ信号を利用するものである。図５は、本実施の形態におけるメインコントローラ１２内での速度センサ信号に応じた巡航速度判定部の構成を示す図である。図５に示すように、「速度」で表された速度センサ信号は、予め設定された巡航速度の上限値に相当する信号である巡航速度上限５０と、同様に予め設定された巡航速度の下限値に相当する信号である巡航速度下限５１と比較され、検出された速度が巡航速度上限値と巡航速度下限値の間にあると判定されると、巡航モード指令が出力される様子を示している。図５では、巡航速度上限５０と速度センサ信号はオペアンプ５２に入力され、一方、速度センサ信号と巡航速度下限５１はオペアンプ５３に入力され、オペアンプ５２、５３の出力はそれぞれＡＤ変換器５４、５５を介してＳＲ（セット―リセット）型フリップフロップ５６に入力され、検出された速度が巡航速度上限値と巡航速度下限値との間にある場合には巡航モード指令が出力される。【００３１】
このように本実施の形態によれば、速度センサの検出速度に応じて自動的に巡航モードが判定されるので、運転者が巡航モードの指示をしなくてもよいという効果がある。【００３２】
実施の形態４．
図６は、本発明にかかる電気駆動システムの実施の形態４の構成を示すブロック図である。図６に示すように、本実施の形態は、実施の形態１の電気駆動システムの構成に、ＥＴＣ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  Ｔｏｌｌ  Ｃｏｌｌｅｃｔｉｏｎ：自動料金収受システム）車載器２４が加わったものであり、高速道路または自動車専用道等における自動料金収受システムを利用して巡航速度を判定するものである。すなわち、本移動体が車両で、高速道路または自動車専用道等を走行する場合に、車両がゲート等を通過する際に検出される信号により巡航モードが判定され、実施の形態１で説明した巡航モードで運転される。なお、巡航モード判定情報は、例えば、路側に設置されたシステムとＥＴＣ車載器２４との通信により、メインコントローラ１２にて取得される。移動体の速度は、例えば、移動体が２つのゲートを順次通過したときの時間差情報から得ることができる。また、路側に設置されたシステムに速度センサが設けられている場合には、その速度センサで検出された速度情報を用いることもできる。本実施の形態のその他の構成は、実施の形態１の構成と同様であるため、図６においては、同一の構成要素には、同一の符号を付してその詳細な説明を省略する。【００３３】
このように、本実施の形態によれば、ＥＴＣ２４を利用して巡航モードが判定されるので、高速道路または自動車専用道を多用する長距離トラック、長距離バスに対して、巡航モードの判定が確実に行えるという効果がある。【００３４】
実施の形態５．
図７は、本発明にかかる電気駆動システムの実施の形態５の構成を示すブロック図である。図７に示すように、本実施の形態は、実施の形態１の電気駆動システムの構成に、ナビゲーションシステム２５が加わったものであり、本移動体が例えば自動車の場合には、ナビゲーションシステム２５から得られる運行情報として、例えば自動車が高速道路、自動車専用道、またはある程度先まで信号の無い道路を運行しているといった情報により巡航モードが判定され、また、本移動体が例えば船舶の場合には、陸地からの距離、他の航路情報等により巡航モードが判定され、実施の形態１で説明した巡航モードで運転される。なお、その他の構成は、実施の形態１の構成と同様であるため、図７においては、同一の構成要素には、同一の符号を付してその詳細な説明を省略する。【００３５】
このように、本実施の形態によれば、ナビゲーションシステム２５の出力により巡航モードが判定されるので、移動体が自動車の場合には高速道路、自動車専用道だけでなく信号の少ない道路でも巡航モードでの効率の良い運転ができ、移動体が船舶の場合においても巡航モードでの効率の良い運転ができるという効果がある。【００３６】
実施の形態６．
図８は、本発明にかかる電気駆動システムの実施の形態６の構成を示すブロック図である。図８に示すように、本実施の形態は、実施の形態１の電気駆動システムの構成に、運行管理システム２６が加わったものであり、本移動体が例えば路線バスまたは鉄道の場合には、運行管理システム２６から、一定速度で連続して走行する区間情報により巡航モードが判定され、実施の形態１で説明した巡航モードで運転される。なお、その他の構成は、実施の形態１の構成と同様であるため、図８においては、同一の構成要素には、同一の符号を付してその詳細な説明を省略する。【００３７】
このように、本実施の形態によれば、運行管理システム２６の出力により巡航モードが判定されるので、運行管理システムを備えたバス路線、鉄道等において、巡航モードでの効率の良い運転ができるという効果がある。【００３８】
実施の形態７．
図９は、本発明にかかる電気駆動システムの実施の形態７の構成を示すブロック図である。本実施の形態では、巡航速度を複数設定可能とし、図９に示すように、発電機極数切換スイッチ１９、２０と、電動機極数切換スイッチ２１、２２とを、メインコントローラ１２によって運転中に切り換え可能とするためコンタクタとし、発電機極数切換指令信号２７と電動機極数切換指令信号２８とにより、複数の巡航速度の切り換えを行うものである。このように、発電機２と誘導電動機６の極数の切り換えは、運転中に例えば遠隔操作スイッチを操作してメインコントローラ（巡航速度判定部）１２からの指令に基づいて実施する構成としている。なお、その他の構成は、実施の形態１の構成と同様であるため、図９においては、同一の構成要素には、同一の符号を付してその詳細な説明を省略する。【００３９】
本移動体が、たとえば、市街地と高速道路を走行する長距離路線バスなど、一定速度で走行するパターンが複数必要な移動体である場合に、市街地走行では巡航速度を３５ｋｍ／ｈ、高速道路走行では巡航速度を７０ｋｍ／ｈなど、巡航速度判定部は複数の巡航速度を判定し、その速度に応じて、発電機２と誘導電動機６の極数を切り替えて、発電機周波数と、電動機周波数をほぼ一致させて複数種類の巡航モードに対応する。【００４０】
本実施の形態によれば、複数の一定速度走行パターンを持つ移動体の場合に、運転中に巡航速度に応じたシステム構成に切り替え可能なので、さまざまな速度において巡航モードでの効率の良い運転ができるという効果がある。
【産業上の利用可能性】
【００４１】
以上のように、本発明にかかる電気駆動装置は、電気駆動方式またはシリーズ型ハイブリッド方式のバス、トラック、および船舶等に好適に利用することができる。
【図１】
2008136094.tif 000003
【図２】
2008136094.tif 000004
【図３】
2008136094.tif 000005
【図４】
2008136094.tif 000006
【図５】
2008136094.tif 000007
【図６】
2008136094.tif 000008
【図７】
2008136094.tif 000009
【図８】
2008136094.tif 000010
【図９】
2008136094.tif 000011
【手続補正書】
【提出日】平成21年10月16日(2009.10.16)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
移動体を駆動させるための電気駆動システムであって、
エンジンと、
このエンジンに連結され、交流電力を発生する交流発電機と、
この交流発電機から供給される交流電力を直流電力に変換するＡＣ／ＤＣ変換器と、
このＡＣ／ＤＣ変換器から出力される直流電力を交流電力に変換するＤＣ／ＡＣ変換器と、
このＤＣ／ＡＣ変換器から出力される交流電力により駆動される交流電動機と、
前記ＡＣ／ＤＣ変換器および前記ＤＣ／ＡＣ変換器をバイパスするようにして、前記交流発電機と前記交流電動機とを直接接続するバイパス部と、
前記交流発電機から前記交流電動機へ至る電力の経路を、前記バイパス部、または前記ＡＣ／ＤＣ変換器および前記ＤＣ／ＡＣ変換器を経る経路、に切り換えが可能なバイパス切換部と、
前記交流発電機の極数の切り換えが可能な発電機極数切換部と、
前記交流電動機の極数の切り換えが可能な電動機極数切換部と、
複数の異なる巡航速度が設定可能であり、前記移動体が予め設定された巡航速度で運転しているか否かを判定する巡航速度判定部と、
前記巡航速度判定部により前記移動体が前記巡航速度に達したと判定された場合には、前記バイパス切換部を切り換えることにより前記交流発電機と前記交流電動機とを前記バイパス部を介して接続すると共に、前記巡航速度の大きさに応じて、前記交流発電機の極数および前記交流電動機の極数の少なくともどちらか一方を切り換え、前記交流発電機の周波数と前記交流電動機の周波数とがほぼ等しくなるように制御する制御部と、
を備えることを特徴とする電気駆動システム。
【請求項２】
前記巡航速度判定部により前記移動体が前記巡航速度に達したと判定され、前記バイパス切換部を切り換えることにより前記交流発電機と前記交流電動機とを前記バイパス部を介して接続すると共に、前記巡航速度の大きさに応じて、前記交流発電機の極数および前記交流電動機の極数の少なくともどちらか一方を切り換えられた場合において、前記移動体の速度が増加することにより前記極数が切り換えられたときは、切換後の極数は切換前の極数よりも小さな値に設定されており、前記移動体の速度が減少することにより前記極数が切り換えられたときは、切換後の極数は切換前の極数よりも大きな値に設定されていることを特徴とする請求項１に記載の電気駆動システム。
【請求項３】
前記巡航速度判定部は、前記移動体に設けられたシフトレバーまたはスイッチを介してなされた前記移動体の運転者による手動指令に基づいて巡航速度を判定することを特徴とする請求項１または２に記載の電気駆動システム。
【請求項４】
前記巡航速度判定部は、前記移動体に設けられた速度センサからの検出速度に基づいて巡航速度を判定することを特徴とする請求項１または２に記載の電気駆動システム。
【請求項５】
前記巡航速度判定部は、自動料金収受システムを利用して巡航速度を判定することを特徴とする請求項１または２に記載の電気駆動システム。
【請求項６】
前記巡航速度判定部は、ナビゲーションシステムを利用して巡航速度を判定することを特徴とする請求項１または２に記載の電気駆動システム。
【請求項７】
前記巡航速度判定部は、運行管理システムを利用して巡航速度を判定することを特徴とする請求項１または２に記載の電気駆動システム。
【請求項８】
前記巡航速度判定部は、複数の異なる巡航速度を判定し、判定された巡航速度に応じて、前記交流発電機の極数の切り換えを行うための発電機極数切換指令信号を前記発電機極数切換部に送出すると共に、前記交流電動機の極数の切り換えを行うための電動機極数切換指令信号を前記電動機極数切換部に送出することを特徴とする請求項１〜７のいずれか１つに記載の電気駆動システム。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか１つに記載の電気駆動システムと、蓄電器とを備えることを特徴とするハイブリット駆動システム。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジン、発電機、変換器、および電動機が直列に配置された電気駆動システム、ならびに、前記電気駆動システムに蓄電器を併用したシリーズ型ハイブリット駆動システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、エンジンに接続された発電機の電力により、コンバータおよびインバータ等の電力変換器を介して、電動機を駆動して車両の動力を得る電気自動車の駆動システムが知られている。このような電気自動車の駆動システムの一例としては、発電機から電動機へのエネルギーの流れが直列のシリーズ型の構成があり、さらに、発電機と電動機との間に蓄電器を設けたシリーズ型ハイブリット電気自動車の駆動システムが知られている。
【０００３】
例えば、特許文献１では、シリーズ型ハイブリット電気自動車の駆動システムにおいて、主にコンバータ、インバータが故障した場合のシステム構成について開示されている。すなわち、特許文献１では、交流発電機の極数を交流電動機の極数よりも少なくし、コンバータ、インバータの故障時には、これらを交流発電機および交流電動機から切り離して、交流発電機と交流電動機とを直接接続し、交流発電機から供給される交流電力により交流電動機を直接駆動している。このように、特許文献１では、交流発電機と交流電動機の間に設けられたコンバータおよびインバータをバイパスする回路を設け、電力変換器の故障時にも駆動力を確保することで作動信頼性を高めることを目的としている。
【０００４】
【特許文献１】特開平１１−３４１６０７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、電力変換器をバイパスし、交流発電機と交流電動機とを直接接続することが可能な回路を備えた上記従来の電気自動車の駆動システムは、故障時における作動信頼性の向上を目的としており、故障時以外も含め、様々な目的に使用される移動体に適用しようとすると、エンジンの運転に広い回転数範囲が必要となり、エンジンの燃費と排出ガスが悪化しシステム効率を向上できないという問題点があった。そのため、上記バイパス回路を利用する構成は故障時の使用に限定されていた。
【０００６】
また、上記従来の電気自動車の駆動システムを、故障時以外の巡航運転時にも使用するために、様々な目的に使用される移動体の巡航速度に合わせて車両を生産する場合、複数種類の電動機と発電機をラインナップしなければならないという問題点があった。
【０００７】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、電力変換器の故障時における駆動力の確保に加えて、故障時以外の使用に対してエンジンの燃費と排出ガスを良好にでき、かつ、その巡航速度に合わせた移動体を生産する場合の発電機と電動機のラインナップ数を少なくすることが可能な電気駆動システムおよびハイブリット駆動システムを得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかる電気駆動システムは、移動体を駆動させるための電気駆動システムであって、エンジンと、このエンジンに連結され、交流電力を発生する交流発電機と、この交流発電機から供給される交流電力を直流電力に変換するＡＣ／ＤＣ変換器と、このＡＣ／ＤＣ変換器から出力される直流電力を交流電力に変換するＤＣ／ＡＣ変換器と、このＤＣ／ＡＣ変換器から出力される交流電力により駆動される交流電動機と、前記ＡＣ／ＤＣ変換器および前記ＤＣ／ＡＣ変換器をバイパスするようにして、前記交流発電機と前記交流電動機とを直接接続するバイパス部と、前記交流発電機から前記交流電動機へ至る電力の経路を、前記バイパス部、または前記ＡＣ／ＤＣ変換器および前記ＤＣ／ＡＣ変換器を経る経路、に切り換えが可能なバイパス切換部と、前記交流発電機の極数の切り換えが可能な発電機極数切換部と、前記交流電動機の極数の切り換えが可能な電動機極数切換部と、複数の異なる巡航速度が設定可能であり、前記移動体が予め設定された巡航速度で運転しているか否かを判定する巡航速度判定部と、前記巡航速度判定部により前記移動体が前記巡航速度に達したと判定された場合には、前記バイパス切換部を切り換えることにより前記交流発電機と前記交流電動機とを前記バイパス部を介して接続すると共に、前記巡航速度の大きさに応じて、前記交流発電機の極数および前記交流電動機の極数の少なくともどちらか一方を切り換え、前記交流発電機の周波数と前記交流電動機の周波数とがほぼ等しくなるように制御する制御部と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、巡航速度判定部により移動体が巡航速度に達したと判断されると、バイパス部を介して交流発電機と交流電動機とを直接接続し、交流発電機の極数および交流電動機の極数を切り換え、巡航速度に応じて交流電動機の周波数および交流発電機の周波数を設定して駆動するようにしたので、巡航運転時においても、燃費、排出ガスを向上できるという効果を奏する。
【００１０】
また、巡航運転時に、移動体の目的から決まる巡航速度に応じて、交流発電機の周波数および交流電動機の周波数を設定して駆動するようにしたので、製造時に発電機、電動機のラインナップの数を少なくでき、生産を容易にするという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下に、本発明にかかる電気駆動システムの実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００１２】
実施の形態１．
図１は、本発明にかかる電気駆動システムの実施の形態１の構成を示すブロック図である。また、図２は、一般的なエンジン特性と、本実施の形態における、加減速モードでの回転数設定値、および巡航モードでの回転数設定範囲を示す図であり、図３の（ａ）〜（ｃ）は、それぞれ、極数の切り換えが可能な発電機および電動機の巻線の構造の例と、極数の切り換え例を示す図である。
【００１３】
図１に示すように、本実施の形態にかかる電気駆動システムは移動体を駆動させるための装置であって、エンジン１と、エンジン１に連結され交流電力を発電する発電機２と、発電機２により発電された交流電力を直流電力に変換するＡＣ／ＤＣ変換器３と、ＡＣ／ＤＣ変換器３が出力する直流電力を蓄える蓄電器４と、ＡＣ／ＤＣ変換器３、蓄電器４から供給される直流電力を交流電力に変換して出力するＤＣ／ＡＣ変換器５と、ＤＣ／ＡＣ変換器５から供給された交流電力により駆動される誘導電動機６と、を備えている。このように、本実施の形態では、エンジン１、発電機２、ＡＣ／ＤＣ変換器３、ＤＣ／ＡＣ変換器５、および誘導電動機６は、直列に接続されており、シリーズ型のシステムを構成すると共に、ＡＣ／ＤＣ変換器３とＤＣ／ＡＣ変換器５との間に蓄電器４が設けられたハイブリッド型の構成となっている。なお、本実施の形態では、シリーズハイブリット型を例に説明するが、本発明は、蓄電器４を設けない構成に対しても同様に適用可能である。また、本実施の形態では、例えば誘導電動機６を使用しているが、これに限定されず、他の種類の電動機を使用することもできる。
【００１４】
本実施の形態は、さらに、誘導電動機６の回転数とトルクを切り替えるためのギア７、駆動軸８、およびディファレンシャルギア９と、ディファレンシャルギア９に接続された車軸の両端に設けられた車輪１０と、を備え、例えば、自動車、バス、トラック等における電気駆動システムを示している。
【００１５】
本実施の形態は、さらに、発電機２の極数を切り換えることが可能な発電機極数切換スイッチ１９、２０と、誘導電動機６の極数を切り換えることが可能な電動機極数切換スイッチ２１、２２と、を備え、発電機２は極数切り換えが可能な発電機として、誘導電動機６は極数切り換えが可能な電動機として機能する。発電機極数切換スイッチ１９は、Ｕ，Ｖ，Ｗの三相に対応して、３つの切替器を備えて構成され、発電機極数切換スイッチ２０は、Ｕ，Ｖ，Ｗの三相に対応して、３つの開閉器を備えて構成されている。また、電動機極数切換スイッチ２１は、Ｕ，Ｖ，Ｗの三相に対応して、３つの切替器を備えて構成され、電動機極数切換スイッチ２２は、Ｕ，Ｖ，Ｗの三相に対応して、３つの開閉器を備えて構成されている。図３の（ａ）は、極数の切り換えが可能な発電機２または誘導電動機６における巻線の構造の一例と、極数の切り換え例を示す図であり、左側に示す低速時における構造と、右側に示す高速時における構造とを対比して示している。図３の（ａ）に示すように、２つの極数切換スイッチを切り換えることにより、低速時と高速時とでは構造が異なり、低速時には極数を大きくし、一方、高速時には極数を小さくする。また、図３の（ｂ）、図３の（ｃ）は、それぞれ、図３の（ａ）とは別の、極数の切り換えが可能な発電機２または誘導電動機６における巻線の構造と、極数の切り換え例を示す図であり、（ａ）と同様に、左側に低速時における構造が示され、右側に高速時における構造が示されている。
【００１６】
本実施の形態は、さらに、ＡＣ／ＤＣ変換器３、蓄電器４、およびＤＣ／ＡＣ変換器５をバイパスし、発電機２と誘導電動機６とを直接接続する例えば接続線としてのバイパス部１８と、発電機２から誘導電動機６に至る電力の流路を、ＡＣ／ＤＣ変換器３、蓄電器４、およびＤＣ／ＡＣ変換器５を含む回路、またはバイパス部１８に切り換えることが可能な２つの切り換えスイッチ、すなわち、発電機バイパススイッチ１６と、電動機バイパススイッチ１７と、を備えている。発電機バイパススイッチ１６は、発電機２とＡＣ／ＤＣ変換器３との間に設けられた切り換えスイッチであり、電動機バイパススイッチ１７は、ＤＣ／ＡＣ変換器５と誘導電動機６との間に設けられた切り換えスイッチである。また、発電機極数切換スイッチ１９は、発電機２と発電機バイパススイッチ１６との間に設けられており、電動機極数切換スイッチ２１は、電動機バイパススイッチ１７と誘導電動機６との間に設けられている。
【００１７】
本実施の形態は、さらに、エンジン１の制御を行うエンジン制御モジュール（ＥＣＭ）１３と、ＡＣ／ＤＣ変換器３の制御を行うドライバとしての変換器制御回路１４と、ＤＣ／ＡＣ変換器５の制御を行うドライバとしての変換器制御回路１５と、エンジン制御モジュール（ＥＣＭ）１３、変換器制御回路１４、１５等を含むシステムの制御を行うメインコントローラ１２と、メインコントローラ１２に接続され、各種のセンサを備えてシステム全体の制御を行うことが可能な運転台１１と、を備えている。
【００１８】
メインコントローラ１２は、巡航速度判定部としての機能を備えており、この巡航速度判定部により、本移動体が巡航速度で運行しているか否かの判定を行う。ここで巡航速度とは、移動体の状態として長時間多用されるほぼ一定の速度であり、顧客からの要求仕様等に基づいて移動体に応じて予め設定される速度である。例えば移動体が主に高速道路を運行するバスである場合には、巡航速度は高速道路の運行時における典型的な速度である。また、発電機バイパススイッチ１６および電動機バイパススイッチ１７は、それぞれメインコントローラ１２に接続されており、それらの切り換えはメインコントローラ１２の制御によりなされる。なお、本実施の形態では、メインコントローラ１２に、巡航速度判定部としての機能が備えられているとしたが、巡航速度判定部を独立した構成とすることもできる。
【００１９】
運転台１１には、アクセルセンサ、ブレーキセンサ、シフトレバー、および速度センサ等の各種センサ、制御機器が設けられており、運転台からの制御指令、これらのセンサが取得する情報等は、メインコントローラ１２に入力される。
【００２０】
次に、本実施の形態の動作について、図１および図２を参照して説明する。まず、本移動体の加減速時における動作について説明する。停止時には、発電機２とＡＣ／ＤＣ変換器３とを接続するように発電機バイパススイッチ１６を設定し、さらに、ＤＣ／ＡＣ変換器５と誘導電動機６とを接続するように電動機バイパススイッチ１７を設定する。そして、運転台１１からの指令に基づき、停止状態から加速する際には、メインコントローラ１２、エンジン制御モジュール１３を介して、エンジン１を駆動させ、エンジン１により発電機２を駆動させて交流電力を発生させる。発電機２により発生した交流電力は発電機極数切換スイッチ１９、発電機バイパススイッチ１６を経て、ＡＣ／ＤＣ変換器３に入力され直流電力に変換された後に出力される。ＡＣ／ＤＣ変換器３から出力される直流電力は、蓄電器４の充電に利用することができ、ＡＣ／ＤＣ変換器３から出力される直流電力または蓄電器４から放電される直流電力は、ＤＣ／ＡＣ変換器５に入力され交流電力に変換された後に出力される。ＤＣ／ＡＣ変換器５から出力される交流電力は、電動機バイパススイッチ１７、電動機極数切換スイッチ２１を経て、誘導電動機６に入力され、供給された交流電力により誘導電動機６は駆動され、発生するトルクは、ギア７、駆動軸８、ディファレンシャルギア９を介して車輪１０を回転させる。図２では、エンジン１の一般的な特性が示されており、横軸を回転数（ｒｐｍ：回転毎分）として、馬力とトルク曲線が描かれている。移動体の加減速時においては、エンジン１は、図２のエンジン特性において、燃費、排ガスの良好な一定回転数を利用し、回転数変化による損失が発生しないように運転される。すなわち、エンジン１の回転数を一定にすることが燃費、排ガス等に対しては有利であるため、図２の加減速モードＡに示すように、一定の回転数に設定して移動体を駆動させる。このとき、ＡＣ／ＤＣ変換器３とＤＣ／ＡＣ変換器５のそれぞれの変換効率は９５％程度であり、変換器システムの総合効率は９０％程度となる。
【００２１】
次に、本移動体の巡航運転時における動作について説明する。メインコントローラ１２における巡航速度判定部によって本移動体が巡航速度で運転していると判定されると、発電機２と誘導電動機６とがバイパス部１８を介して接続するように、発電機バイパススイッチ１６と電動機バイパススイッチ１７とが切換えられる。さらに、巡航速度に応じて、発電機極数切換スイッチ１９、２０、電動機極数切換スイッチ２１、２２を切り換え、巻線、ギア７、ディファレンシャルギア９を設定し、エンジン１の回転数を巡航速度に合わせ、発電機周波数と電動機周波数とがほぼ等しくなるようにする。すなわち、エンジン１は、図２に示す加減速モードＡから、巡航モードＢとなって、移動体の速度に応じてエンジン回転数が制御される。なお、図２において、巡航モードＢに対応する回転数の範囲は、運行状況により移動体の巡航速度に幅があることを表している。このように、巡航運転時においては、バイパス部１８を介して発電機２と誘導電動機６とを直結し、変換器による電気変換を行わず、極数を変更して回転数を移動体の目的に応じた巡航速度に合わせるように設定する。
【００２２】
なお、従来と同様に、変換器が故障した場合にも、バイパス部１８を介して発電機２と誘導電動機６とを直結する構成を利用することにより、駆動力を得ることができる。
【００２３】
本実施の形態によれば、発電機極数切換スイッチ１９、２０、電動機極数切換スイッチ２１、２２により発電機極数と電動機極数を切換可能にすると共に、巡航速度判定部により移動体の巡航速度を判定する機能を付加することにより、移動体の巡航速度での運転時には、バイパス部１８を介して発電機２と誘導電動機６とを直接接続し、巡航速度に応じたエンジン回転数で制御して駆動するようにしたので、ＡＣ／ＤＣ変換器３とＤＣ／ＡＣ変換器５での損出をなくし、燃費、排出ガスを向上させ、効率の良い運転を行うことができる。このような構成により、シリーズ型ハイブリット方式が、パラレル型ハイブリット方式に比べて効率が悪いといわれる巡航速度での燃費、排ガスを改善できる。
【００２４】
また、変換器の故障時に、バイパス部を介して交流発電機と交流電動機とを直結して車両を駆動する従来の電気自動車の駆動システム（例えば、特許文献１を参照）において、この従来の構成を変換器の故障時以外にも利用することを目的として、様々な目的に使用される移動体の巡航速度に合わせて車両を生産する場合、複数種類の発電機と電動機をラインアップしなければならない。本実施の形態では、移動体の目的から決まる巡航速度に応じて、交流電動機の入力周波数および交流発電機の発電周波数を切り替えればよいので、発電機、電動機のラインナップの数を少なくでき、生産を容易にするという効果を奏する。
【００２５】
なお、本実施の形態では、電気車を例に説明したが、本発明はこれに限定されず、他の移動体にも適用することができる。例えば、誘導電動機６または駆動軸８がスクリューに接続される構成とすれば、船舶にも応用可能である。この場合、洋上での故障時において、バイパス直結することで非常事態時にも対処することができる。
【００２６】
実施の形態２．
図４は、本発明にかかる電気駆動システムの実施の形態２の構成を示すブロック図である。図４に示すように、本実施の形態は、実施の形態１の電気駆動システムの運転台１１が運転台２３に置き換えられたものであり、運転台２３に設けられたシフトレバーまたは巡航モードスイッチは、本移動体の運転者が手動で巡航モードを指令できるように構成されている。本実施の形態では、シフトレバーまたは巡航モードスイッチを介して本移動体の運転者によって巡航モードが指定されると、実施の形態１で説明した巡航モードで運転される。すなわち、本実施の形態では、巡航速度判定部による巡航速度の判定を、シフトレバーまたは巡航モードスイッチを介した手動の指令により行っている。なお、本実施の形態のその他の構成は、実施の形態１の構成と同様であるため、図４においては、同一の構成要素には、同一の符号を付してその詳細な説明を省略する。
【００２７】
このように、本実施の形態によれば、巡航モードを手動指定する機能を設けたことにより、巡航モードの自動判定が困難な状況下での移動においても、運転者の意志によって巡航モードによる効率の良い運転を行うことができるという効果がある。
【００２８】
実施の形態３．
本実施の形態は、実施の形態１の構成において、巡航速度判定部として、運転台に設けられた速度センサが検出する速度センサ信号を利用するものである。図５は、本実施の形態におけるメインコントローラ１２内での速度センサ信号に応じた巡航速度判定部の構成を示す図である。図５に示すように、「速度」で表された速度センサ信号は、予め設定された巡航速度の上限値に相当する信号である巡航速度上限５０と、同様に予め設定された巡航速度の下限値に相当する信号である巡航速度下限５１と比較され、検出された速度が巡航速度上限値と巡航速度下限値の間にあると判定されると、巡航モード指令が出力される様子を示している。図５では、巡航速度上限５０と速度センサ信号はオペアンプ５２に入力され、一方、速度センサ信号と巡航速度下限５１はオペアンプ５３に入力され、オペアンプ５２、５３の出力はそれぞれＡＤ変換器５４、５５を介してＳＲ（セット―リセット）型フリップフロップ５６に入力され、検出された速度が巡航速度上限値と巡航速度下限値との間にある場合には巡航モード指令が出力される。
【００２９】
このように本実施の形態によれば、速度センサの検出速度に応じて自動的に巡航モードが判定されるので、運転者が巡航モードの指示をしなくてもよいという効果がある。
【００３０】
実施の形態４．
図６は、本発明にかかる電気駆動システムの実施の形態４の構成を示すブロック図である。図６に示すように、本実施の形態は、実施の形態１の電気駆動システムの構成に、ＥＴＣ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  Ｔｏｌｌ  Ｃｏｌｌｅｃｔｉｏｎ：自動料金収受システム）車載器２４が加わったものであり、高速道路または自動車専用道等における自動料金収受システムを利用して巡航速度を判定するものである。すなわち、本移動体が車両で、高速道路または自動車専用道等を走行する場合に、車両がゲート等を通過する際に検出される信号により巡航モードが判定され、実施の形態１で説明した巡航モードで運転される。なお、巡航モード判定情報は、例えば、路側に設置されたシステムとＥＴＣ車載器２４との通信により、メインコントローラ１２にて取得される。移動体の速度は、例えば、移動体が２つのゲートを順次通過したときの時間差情報から得ることができる。また、路側に設置されたシステムに速度センサが設けられている場合には、その速度センサで検出された速度情報を用いることもできる。本実施の形態のその他の構成は、実施の形態１の構成と同様であるため、図６においては、同一の構成要素には、同一の符号を付してその詳細な説明を省略する。
【００３１】
このように、本実施の形態によれば、ＥＴＣ２４を利用して巡航モードが判定されるので、高速道路または自動車専用道を多用する長距離トラック、長距離バスに対して、巡航モードの判定が確実に行えるという効果がある。
【００３２】
実施の形態５．
図７は、本発明にかかる電気駆動システムの実施の形態５の構成を示すブロック図である。図７に示すように、本実施の形態は、実施の形態１の電気駆動システムの構成に、ナビゲーションシステム２５が加わったものであり、本移動体が例えば自動車の場合には、ナビゲーションシステム２５から得られる運行情報として、例えば自動車が高速道路、自動車専用道、またはある程度先まで信号の無い道路を運行しているといった情報により巡航モードが判定され、また、本移動体が例えば船舶の場合には、陸地からの距離、他の航路情報等により巡航モードが判定され、実施の形態１で説明した巡航モードで運転される。なお、その他の構成は、実施の形態１の構成と同様であるため、図７においては、同一の構成要素には、同一の符号を付してその詳細な説明を省略する。
【００３３】
このように、本実施の形態によれば、ナビゲーションシステム２５の出力により巡航モードが判定されるので、移動体が自動車の場合には高速道路、自動車専用道だけでなく信号の少ない道路でも巡航モードでの効率の良い運転ができ、移動体が船舶の場合においても巡航モードでの効率の良い運転ができるという効果がある。
【００３４】
実施の形態６．
図８は、本発明にかかる電気駆動システムの実施の形態６の構成を示すブロック図である。図８に示すように、本実施の形態は、実施の形態１の電気駆動システムの構成に、運行管理システム２６が加わったものであり、本移動体が例えば路線バスまたは鉄道の場合には、運行管理システム２６から、一定速度で連続して走行する区間情報により巡航モードが判定され、実施の形態１で説明した巡航モードで運転される。なお、その他の構成は、実施の形態１の構成と同様であるため、図８においては、同一の構成要素には、同一の符号を付してその詳細な説明を省略する。
【００３５】
このように、本実施の形態によれば、運行管理システム２６の出力により巡航モードが判定されるので、運行管理システムを備えたバス路線、鉄道等において、巡航モードでの効率の良い運転ができるという効果がある。
【００３６】
実施の形態７．
図９は、本発明にかかる電気駆動システムの実施の形態７の構成を示すブロック図である。本実施の形態では、巡航速度を複数設定可能とし、図９に示すように、発電機極数切換スイッチ１９、２０と、電動機極数切換スイッチ２１、２２とを、メインコントローラ１２によって運転中に切り換え可能とするためコンタクタとし、発電機極数切換指令信号２７と電動機極数切換指令信号２８とにより、複数の巡航速度の切り換えを行うものである。このように、発電機２と誘導電動機６の極数の切り換えは、運転中に例えば遠隔操作スイッチを操作してメインコントローラ（巡航速度判定部）１２からの指令に基づいて実施する構成としている。なお、その他の構成は、実施の形態１の構成と同様であるため、図９においては、同一の構成要素には、同一の符号を付してその詳細な説明を省略する。
【００３７】
本移動体が、たとえば、市街地と高速道路を走行する長距離路線バスなど、一定速度で走行するパターンが複数必要な移動体である場合に、市街地走行では巡航速度を３５ｋｍ／ｈ、高速道路走行では巡航速度を７０ｋｍ／ｈなど、巡航速度判定部は複数の巡航速度を判定し、その速度に応じて、発電機２と誘導電動機６の極数を切り替えて、発電機周波数と、電動機周波数をほぼ一致させて複数種類の巡航モードに対応する。
【００３８】
本実施の形態によれば、複数の一定速度走行パターンを持つ移動体の場合に、運転中に巡航速度に応じたシステム構成に切り替え可能なので、さまざまな速度において巡航モードでの効率の良い運転ができるという効果がある。
【産業上の利用可能性】
【００３９】
以上のように、本発明にかかる電気駆動システムは、電気駆動方式またはシリーズ型ハイブリッド方式のバス、トラック、および船舶等に好適に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】図１は、本発明にかかる電気駆動システムの実施の形態１の構成を示すブロック図である。
【図２】図２は、一般的なエンジン特性と、実施の形態１における、加減速モードでの回転数設定値、および巡航モードでの回転数設定範囲を示す図である。
【図３】図３は、（ａ）極数の切り換えが可能な発電機および電動機の巻線の構造の一例と、極数の切り換え例を示す図、（ｂ）極数の切り換えが可能な発電機および電動機の巻線の構造の別の一例と、極数の切り換え例を示す図、（ｃ）極数の切り換えが可能な発電機および電動機の巻線の構造のさらに別の一例と、極数の切り換え例を示す図である。
【図４】図４は、本発明にかかる電気駆動システムの実施の形態２の構成を示すブロック図である。
【図５】図５は、実施の形態３における巡航速度判定部の構成を示す図である。
【図６】図６は、本発明にかかる電気駆動システムの実施の形態４の構成を示すブロック図である。
【図７】図７は、本発明にかかる電気駆動システムの実施の形態５の構成を示すブロック図である。
【図８】図８は、本発明にかかる電気駆動システムの実施の形態６の構成を示すブロック図である。
【図９】図９は、本発明にかかる電気駆動システムの実施の形態７の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００４１】
１  エンジン
２  発電機
３  ＡＣ／ＤＣ変換器
４  蓄電器
５  ＤＣ／ＡＣ変換器
６  誘導電動機
７  ギア
８  駆動軸
９  ディファレンシャルギア
１０  車輪
１１，２３  運転台
１２  メインコントローラ（巡航速度判定部）
１３  エンジン制御モジュール
１４，１５  変換器制御回路
１６  発電機バイパススイッチ
１７  電動機バイパススイッチ
１８  バイパス部
１９，２０  発電機極数切換スイッチ
２１，２２  電動機極数切換スイッチ
２４  ＥＴＣ
２５  ナビゲーションシステム
２６  運行管理システム
２７  発電機極数切替指令信号
２８  電動機極数切替指令信号
【国際調査報告】
2008136094.tif 000012
2008136094.tif 000013