(57)【要約】  バッテリと、エンジンのシャフトに取り付けられた発電機と前記発電機の交流電圧を直流電圧に変換するインバータを含む発電装置と、被駆動部を駆動するモータと前記モータの交流電圧を直流電圧との間で双方向変換するインバータを含む駆動装置と、前記駆動装置の両端間に前記バッテリと前記発電装置を直列接続と並列接続の間で切り替えて接続する複数の切替スイッチを含む切替装置と、前記バッテリと前記切替装置との間、前記発電装置と前記駆動装置との間、のいずれか一方に配置されたリアクトルと、前記切替装置と前記発電装置と前記駆動装置とをそれぞれ制御する制御部と、を備え、前記制御部が、前記被駆動部の速度を変化させている時に、前記切替装置を直列接続と並列接続とを交互に切り替えながら、直列接続および並列接続のいずれか一方に固定する、駆動システム。
2018123141.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
バッテリと、
エンジンのシャフトに取り付けられた発電機と前記発電機の交流電圧を直流電圧に変換するインバータを含む発電装置と、
被駆動部を駆動するモータと前記モータの交流電圧を直流電圧との間で双方向変換するインバータを含む駆動装置と、
前記駆動装置の両端間に前記バッテリと前記発電装置を直列接続と並列接続の間で切り替えて接続する複数の切替スイッチを含む切替装置と、
前記バッテリと前記切替装置との間、前記発電装置と前記駆動装置との間、のいずれか一方に配置されたリアクトルと、
前記切替装置と前記発電装置と前記駆動装置とをそれぞれ制御する制御部と、
を備え、
前記制御部が、前記被駆動部の速度を変化させている時に、前記切替装置を直列接続と並列接続とを交互に切り替えながら、直列接続および並列接続のいずれか一方に固定する、駆動システム。
【請求項２】
バッテリと、
エンジンのシャフトに取り付けられた発電機と前記発電機の交流電圧を直流電圧に変換するインバータを含む発電装置と、
被駆動部を駆動するモータと前記モータの交流電圧を直流電圧との間で双方向変換するインバータを含む駆動装置と、
前記駆動装置の両端間に前記バッテリと前記発電装置を直列接続と並列接続の間で切り替えて接続する複数の切替スイッチを含む切替装置と、
前記バッテリと前記切替装置との間、前記発電装置と前記駆動装置との間、のいずれか一方に配置されたリアクトルと、
前記切替装置と前記発電装置と前記駆動装置とをそれぞれ制御する制御部と、
を備え、
前記制御部が、前記被駆動部の速度を変化させている時に、前記発電装置の直流電圧を予め設定されたしきい値以下となるように制御した後、前記切替装置を直列接続および並列接続のいずれか一方に固定する、駆動システム。
【請求項３】
前記切替装置は、少なくとも３つの前記切替スイッチを有する、請求項１に記載の駆動システム。
【請求項４】
前記切替装置は、少なくとも３つの前記切替スイッチを有する、請求項２に記載の駆動システム。
【請求項５】
前記制御部が、前記モータに要求される回転数およびトルクと、前記バッテリのバッテリ電圧に応じて前記エンジンのエンジン回転数を変化させる、請求項１から４までのいずれか１項に記載の駆動システム。
【請求項６】
前記制御部が、前記バッテリと前記発電装置が直列接続された際に、前記バッテリ電圧(ＶＢ)が低下した場合に、前記発電装置の直流電圧を上昇させる、請求項５に記載の駆動システム。
【請求項７】
前記制御部が、前記バッテリと前記発電装置が並列接続された際に、前記バッテリ電圧が低下した場合に、前記発電装置の直流電圧を上昇させる、請求項５に記載の駆動システム。
【請求項８】
前記制御部が、前記バッテリと前記発電装置が直列接続された際に、前記被駆動部の速度が低下した場合に、前記発電機の交流電圧を直流電圧に変換する前記インバータの動作を停止させて、前記インバータは停止のまま、前記切替装置を直流接続と並列接続とを交互に切り替えながら、並列接続に固定する、請求項１または３に記載の駆動システム。
【請求項９】
前記発電機の交流電圧を直流電圧に変換するインバータが、ダイオードで構成される、請求項１から８までのいずれか１項に記載の駆動システム。
【請求項１０】
バッテリと、
エンジンが接続された発電機と前記発電機の交流電圧を直流電圧に変換するインバータを含む発電装置と、
被駆動部を駆動するモータと前記モータの交流電圧を直流電圧との間で双方向変換するインバータを含む駆動装置と、
前記駆動装置の両端間に前記バッテリと前記発電装置を直列接続と並列接続の間で切り替えて接続する切替装置と、
前記バッテリと前記切替装置との間、前記発電装置と前記駆動装置との間、のいずれか一方に配置されたリアクトルと、
を備えた駆動システムにおいて、前記被駆動部の速度を変化させている時に、前記切替装置を直列接続と並列接続とを交互に切り替えながら、直列接続および並列接続のいずれか一方に固定する、駆動制御方法。
【請求項１１】
前記バッテリと前記発電装置が直列接続された際に、前記被駆動部の速度が低下した場合に、前記発電機の交流電圧を直流電圧に変換するインバータの動作を停止して、前記インバータは停止のまま、前記切替装置を直流接続と並列接続とを交互に切り替えながら、並列接続に固定する、請求項１０に記載の駆動制御方法。
【請求項１２】
バッテリと、
エンジンが接続された発電機と前記発電機の交流電圧を直流電圧に変換するインバータを含む発電装置と、
被駆動部を駆動するモータと前記モータの交流電圧を直流電圧との間で双方向変換するインバータを含む駆動装置と、
前記駆動装置の両端間に前記バッテリと前記発電装置を直列接続と並列接続の間で切り替えて接続する切替装置と、
前記バッテリと前記切替装置との間、前記発電装置と前記駆動装置との間、のいずれか一方に配置されたリアクトルと、
を備えた駆動システムにおいて、前記被駆動部の速度を変化させている時に、前記発電装置の直流電圧を予め設定されたしきい値以下となるように制御した後、前記切替装置を直列接続および並列接続のいずれか一方に固定する、駆動制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、例えば電動車両およびハイブリッド車両の駆動機構に適用される、駆動装置と発電装置との駆動制御を行う駆動システムおよび駆動制御方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えば下記特許文献１に記載の従来の電動車両の駆動システムでは、バッテリとモータの間に昇圧コンバータを配置することで、バッテリの直列セル数を増やすことなく小型のモータで必要な駆動領域をまかなうシステムが提案されている。
また、下記特許文献２では、複数のバッテリの直並列接続を切り替える時にトルク判定値を設けることで、バッテリの直並列接続の切り替え回数を低減させて、コンデンサの寿命を延ばすシステムの制御方法が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】国際公開第２００８／０６２５９０号パンフレット
【特許文献２】特開２０１０−１８３７６８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１のような電動車両においては、新たな部品である昇圧コンバータが必要となる。昇圧コンバータはモータ、インバータと同等の出力が要求されるため、モータが小型化された効果が昇圧コンバータを追加したことで相殺される。そのため、駆動システムとしての小型化効果が低くなる。また、昇圧コンバータはパワー半導体スイッチの常時スイッチング動作と昇圧リアクトルとを必要とし、これら常時スイッチング動作および昇圧リアクトルの両方で損失を生じるためモータ、インバータと同等の冷却が必要となる。【０００５】
一方、特許文献２には、バッテリの直並列接続の切り替えにより、モータの動作範囲を拡大する方法が記載されている。この方法では、パワー半導体スイッチのオンオフ切り替えで発生するコンデンサへの突入電流を抑制するために、リアクトルが大型化するという課題があった。また、バッテリを直列に接続する状態は１つの高電圧なバッテリを使用するのと同じであるため、このような構成の装置ではモータの動作範囲を拡大することができないという課題があった。【０００６】
この発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであり、昇圧コンバータを使用することなく、また複数のバッテリの直並列接続の切替えを行うことなく、より簡素な構成で小型化が可能な駆動システムおよび駆動制御方法を得ることを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明は、バッテリと、エンジンのシャフトに取り付けられた発電機と前記発電機の交流電圧を直流電圧に変換するインバータを含む発電装置と、被駆動部を駆動するモータと前記モータの交流電圧を直流電圧との間で双方向変換するインバータを含む駆動装置と、前記駆動装置の両端間に前記バッテリと前記発電装置を直列接続と並列接続の間で切り替えて接続する複数の切替スイッチを含む切替装置と、前記バッテリと前記切替装置との間、前記発電装置と前記駆動装置との間、のいずれか一方に配置されたリアクトルと、前記切替装置と前記発電装置と前記駆動装置とをそれぞれ制御する制御部と、を備え、前記制御部が、前記被駆動部の速度を変化させている時に、前記切替装置を直列接続と並列接続とを交互に切り替えながら、直列接続および並列接続のいずれか一方に固定する、駆動システム等にある。
【発明の効果】
【０００８】
この発明では、駆動装置から見たバッテリと発電装置との接続関係を、直列接続および並列接続のいずれか一方に制御することにより、バッテリの容量および直列セル数の少なくとも一方を増やすことなくモータを小型化することができる、簡素な構成で小型化が可能な駆動システムおよび駆動制御方法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】この発明の実施の形態１、２における車両用駆動システムの一例の構成図である。
【図２】この発明における図１の駆動装置の一例の構成図である。
【図３】この発明における図１の発電装置の一例の構成図である。
【図４】この発明における図１の車両用駆動システムの並列接続の回路状態を示した図である。
【図５】この発明における図１の車両用駆動システムの直列接続の回路状態を示した図である。
【図６】この発明の実施の形態１、２による車両用駆動システムの制御部周辺の機能ブロック図である。
【図７】この発明の実施の形態１、２による車両用駆動システムの制御部のハードウェア構成の一例を示す概略図である。
【図８】この発明の実施の形態１による車両用駆動システムにおける各車両状態情報を模式的に示したタイムチャートである。
【図９】この発明の実施の形態２による車両用駆動システムにおける各車両状態情報を模式的に示したタイムチャートである。
【図１０】この発明の実施の形態２による車両用駆動システムの接続状態を示した図である。
【図１１】この発明の実施の形態３による発電装置の一例の構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
この発明によれば、駆動装置から見たバッテリと発電装置の接続関係を、直列接続および並列接続のいずれか一方に制御することにより、バッテリの容量および直列セル数の少なくとも一方を増やすことなくモータを小型化することができる。
また、切替装置の切り替え動作中のみ、切替装置を構成するパワー半導体スイッチがスイッチング動作をするため、パワー半導体スイッチのスイッチング損失およびリアクトルの鉄損を低減することができ、冷却器のサイズを小型化することができる。
さらに、コンデンサの印加電圧を制御することで、突入電流を抑制できるため、リアクトルを小型化できる。
このように、システムとして小型化できるという顕著な効果を奏する。
【００１１】
この発明に係る駆動システムおよび駆動制御方法の適用範囲は自動車に限られることはなく、例えば電車、さらにはより広義には、バッテリと発電装置が接続された駆動装置により被駆動部を駆動させる駆動−発電機構を有する装置に適用することができる。
以下、この発明による駆動システムおよび動制御方法を、代表的なものとして電動車両またはハイブリッド車両に適用した場合を例に挙げて、各実施の形態に従って図面を用いて説明する。なお、各実施の形態において、同一もしくは相当部分は同一符号で示し、重複する説明は省略する。
【００１２】
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１、２における車両用駆動システムの構成を示す図である。また図２は図１の駆動装置１００の構成の一例を示す図、図３は図１の発電装置１０１の構成の一例を示す図である。図１の車両用駆動システム１において、バッテリ２は、リチウムイオンバッテリ、ニッケル水素バッテリ等を用いた直流の蓄電デバイスである。バッテリ２の一方の端子はコンデンサ９の一方の端子に、バッテリ２の他方の端子はコンデンサ９の他方の端子にそれぞれ接続される。
【００１３】
切替装置６は、それぞれ半導体スイッチＳと還流ダイオードＤとが並列接続されてなる３つのパワー半導体スイッチ６ａ、６ｂ、６ｃから構成される。パワー半導体スイッチ６ａのコレクタ端子は、図３に示すインバータ１０５を構成するコンデンサ１０５ｇの一方の端子１０１ａと、図２に示すインバータ１０３を構成するコンデンサ１０３ｇの一方の端子１００ａとに接続される。パワー半導体スイッチ６ａのエミッタ端子とパワー半導体スイッチ６ｂのコレクタ端子が接続される。パワー半導体スイッチ６ｂのエミッタ端子とパワー半導体スイッチ６ｃのコレクタ端子が接続され、この接続点とインバータ１０５を構成するコンデンサ１０５ｇの他方の端子１０１ｂとが接続される。パワー半導体スイッチ６ｃのエミッタ端子は、コンデンサ９の他方の端子と、インバータ１０３を構成するコンデンサ１０３ｇの他方の端子１００ｂとに接続される。
【００１４】
駆動装置１００は、切替装置６を介してバッテリ２に接続される。この駆動装置１００は、直流電力から交流電力への変換および交流電力から直流電力への変換を相互に行うインバータ１０３(ＩＮＶ２)と、電動機、より詳細には発電電動機であるモータ３(Ｍ)と、を有する。モータ３は、交流電力を機械エネルギーに変換して車両の駆動輪８を回転駆動させ、また車両の駆動輪８の回転エネルギーを直流電力に変換してバッテリ２へ供給するように構成されている。駆動輪８は自動車の駆動システムの場合の被駆動部となる。また自動車以外のその他の一般的な被駆動部を、破線により象徴的に被駆動部８０で示した。
【００１５】
発電装置１０１は、エンジン４と、エンジンシャフトに取り付けられ機械エネルギーを電気エネルギーに変換する発電機であるジェネレータ５(Ｇ)と、切替装置６を介してバッテリ２に接続され、交流電力を直流電力に変換するインバータ１０５(ＩＮＶ１)と、を有する。
モータ３およびジェネレータ５は、ロータに永久磁石を内蔵した埋め込み磁石型三相同期モータであるが、誘導モータ、シンクロナスリラクタンスモータ等を用いてもよい。
【００１６】
エンジン４はジェネレータ５に接続されるが、車両の駆動輪８には接続されることはない。
【００１７】
リアクトル７の一方の端子はコンデンサ９の一方の端子に接続され、リアクトル７の他方の端子はパワー半導体スイッチ６ａのエミッタ端子とパワー半導体スイッチ６ｂのコレクタ端子との接続点に接続される。
【００１８】
図２の駆動装置１００において、インバータ１０３内では、パワー半導体スイッチ１０３ａのエミッタ端子とパワー半導体スイッチ１０３ｂのコレクタ端子とが接続され、パワー半導体スイッチ１０３ｃのエミッタ端子とパワー半導体１０３ｄのコレクタ端子とが接続され、パワー半導体スイッチ１０３ｅのエミッタ端子とパワー半導体スイッチ１０３ｆのコレクタ端子とが接続される。パワー半導体スイッチ１０３ａのコレクタ端子とパワー半導体スイッチ１０３ｃのコレクタ端子とパワー半導体スイッチ１０３ｅのコレクタ端子とが接続され、さらにこれらのコレクタ端子がコンデンサ１０３ｇの一方の端子に接続される。パワー半導体スイッチ１０３ｂのエミッタ端子とパワー半導体スイッチ１０３ｄのエミッタ端子とパワー半導体スイッチ１０３ｆのエミッタ端子とが接続され、さらにこれらのエミッタ端子がコンデンサ１０３ｇの他方の端子に接続される。
【００１９】
モータ３の３相のうち１相のコイルの端子３ａは、パワー半導体スイッチ１０３ａのエミッタ端子とパワー半導体スイッチ１０３ｂのコレクタ端子との接続点に接続される。他の２相のコイルの端子３ｂおよび３ｃは、パワー半導体スイッチ１０３ｃのエミッタ端子とパワー半導体スイッチ１０３ｄのコレクタ端子との接続点、パワー半導体スイッチ１０３ｅのエミッタ端子とパワー半導体スイッチ１０３ｆのコレクタ端子との接続点にそれぞれ接続される。
【００２０】
図３の発電装置１０１において、インバータ１０５内では、パワー半導体スイッチ１０５ａのエミッタ端子とパワー半導体スイッチ１０５ｂのコレクタ端子とが接続され、パワー半導体スイッチ１０５ｃのエミッタ端子とパワー半導体スイッチ１０５ｄのコレクタ端子とが接続され、パワー半導体スイッチ１０５ｅのエミッタ端子とパワー半導体スイッチ１０５ｆのコレクタ端子とが接続される。パワー半導体スイッチ１０５ａのコレクタ端子とパワー半導体スイッチ１０５ｃのコレクタ端子とパワー半導体スイッチ１０５ｅのコレクタ端子とが接続され、さらにこれらのコレクタ端子がコンデンサ１０５ｇの一方の端子に接続される。パワー半導体スイッチ１０５ｂのエミッタ端子とパワー半導体スイッチ１０５ｄのエミッタ端子とパワー半導体スイッチ１０５ｆのエミッタ端子とが接続され、さらにこれらのエミッタ端子がコンデンサ１０５ｇの他方の端子に接続される。
【００２１】
ジェネレータ５の３相のうち１相のコイルの端子５ａは、パワー半導体スイッチ１０５ａのエミッタ端子とパワー半導体スイッチ１０５ｂのコレクタ端子との接続点に接続される。他の２相のコイルの端子５ｂおよび５ｃは、パワー半導体スイッチ１０５ｃのエミッタ端子とパワー半導体スイッチ１０５ｄのコレクタ端子との接続点、パワー半導体スイッチ１０５ｅのエミッタ端子とパワー半導体スイッチ１０５ｆのコレクタ端子との接続点にそれぞれ接続される。
【００２２】
切替装置６、インバータ１０３およびインバータ１０５を構成するパワー半導体スイッチＳは絶縁型バイポーラトランジスタ(ＩＧＢＴ)で、還流ダイオードＤが並列に接続されている。パワー半導体スイッチとしては、電界効果型トランジスタ(ＭＯＳＦＥＴ)、シリコンカーバイドトランジスタまたはシリコンカーバイドＭＯＳＦＥＴを用いてもよい。
【００２３】
切替装置６、駆動装置１００および発電装置１０１は各々制御機能を保有している。各々の装置は、各々の装置に動作状態を指令する制御部２００の端子２００ａ、端子２００ｂ、端子２００ｃと、それぞれ接続される。
【００２４】
制御部２００は車両状態情報ＶＣＩによる車両における諸条件に従って、駆動装置１００、発電装置１０１の制御を行うと共に、切替装置６を構成するパワー半導体スイッチ６ａ、６ｂ、６ｃの開閉を制御する。このように切替装置６を構成するパワー半導体スイッチ６ａ、６ｂ、６ｃの開閉を制御することにより、制御部２００は、駆動装置１００から見てバッテリ２と発電装置１０１とを、直列接続と並列接続とに切り替える。制御部２００周辺の機能ブロック図を図６に示す。
【００２５】
図６において、制御部２００は駆動装置１００、発電装置１０１および切替装置６の制御を行うそれぞれ駆動装置制御部２０１、発電装置制御部２０２および切替装置制御部２０３を含む。そして詳細な図示は省略されているが、車両の各所に設けられた検出器および他の制御部で構成される他の制御部および各種検出器群３００からの車両状態情報ＶＣＩに従って、制御部２００は、駆動装置１００、発電装置１０１および切替装置６を制御する。
【００２６】
他の制御部および各種検出器群３００からの車両状態情報ＶＣＩとしては、各種検出器からのバッテリ２、発電装置１０１、駆動装置１００のそれぞれの直流電圧ＶＢ、Ｖｇｅｎ、Ｖｂｕｓ、他の制御部からの、車速ＶＳ、モータ３に必要な電力ＰＲ３、回転数ＲＰＭ３、トルクＴＲ３、電流ＩＲ３、エンジン４の回転数ＲＰＭ４、ジェネレータ５の回転数ＲＰＭ５等がある。実際にはこれらの情報は各値を示す信号として制御部２００へ送られてくる。
【００２７】
図７の(ａ)は例えば図６に示した制御部２００の各機能をハードウェアで構成した場合、(ｂ)はソフトウェアで構成した場合の、ハードウェア構成を概略的に示す。
上記各部の機能を図７の(ａ)に示すハードウェアで構成した場合、処理回路２０００は、単一回路、複合回路、プログラム化したプロセッサ、並列プログラム化したプロセッサ、ＡＳＩＣ、ＦＰＧＡ等、またはこれらを組み合わせたものが該当する。上記各部の機能それぞれを処理回路で実現してもよいし、各部の機能をまとめて処理回路で実現してもよい。
【００２８】
上記各部の機能を図７の(ｂ)に示すＣＰＵで構成した場合、上記各部の機能は、ソフトウェア、ファームウェア、またはソフトウェアとファームウェアとの組み合わせにより実現される。ソフトウェア、ファームウェア等はプログラムとして記述され、メモリ２００２に格納される。処理回路であるプロセッサ２００１は、メモリ２００２に記憶されたプログラムを読み出して実行することにより、各部の機能を実現する。これらのプログラムは、上記各部の手順および方法をコンピュータに実行させるものであるともいえる。ここで、メモリ２００２とは、ＲＡＭ、ＲＯＭ、フラッシュメモリー、ＥＰＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ等の不揮発性または揮発性の半導体メモリ、磁気ディスク、フレキシブルディスク、光ディスク、コンパクトディスク、ミニディスク、ＤＶＤ等が該当する。
【００２９】
なお、上記各部の機能について、一部を専用のハードウェアで実現し、一部をソフトウェアまたはファームウェアで実現するようにしてもよい。
【００３０】
このように、処理回路は、ハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、またはこれらの組み合わせによって、上述の各機能を実現することができる。
また処理に必要な各種情報は、ハードウェア構成の場合は回路に予め設定され、またソフトウェア構成の場合にはメモリに予め記憶させておく。
【００３１】
図４は図１の車両用駆動システムの並列接続を説明する図である。切替装置６を構成するパワー半導体スイッチ６ａおよび６ｃをオンすなわち導通状態にし、パワー半導体スイッチ６ｂをオフすなわち遮断状態にする。その結果、駆動装置１００から見てバッテリ２と発電装置１０１とは並列に接続される。
【００３２】
図５は図１の車両用駆動システムの直流接続を説明する図である。切替装置６を構成するパワー半導体スイッチ６ａおよび６ｃをオフにし、パワー半導体スイッチ６ｂをオンにする。その結果、駆動装置１００から見てバッテリ２と発電装置１０１とは直列に接続される。
【００３３】
図８はこの発明の実施の形態１による車両用駆動システムにおける各車両状態情報を模式的に示したタイムチャートである。この図８において、(ａ)は車速ＶＳ、(ｂ)は駆動装置１００を構成するインバータ１０３の直流電圧である母線電圧Ｖｂｕｓ、(ｃ)は発電装置１０１を構成するインバータ１０５の直流電圧である発電電圧Ｖｇｅｎ、(ｄ)はバッテリ２の直流電圧ＶＢを示す。ここで「母線」とは、図１で示すように、切替装置６を介してインバータ１０３とバッテリ２とを接続する端子１００ａ、１００ｂが示された正、負の２本の接続線のことである。
次に各車両状態におけるシステム動作について、図８を用いて説明する。
【００３４】
第１の車両状態としては、「モータ始動」の時である。「モータ始動」とは、信号待ちなどで車両が停止している状態から車両の駆動輪８をモータ３によって回転駆動させることである。「モータ始動」状態は、図８の(ａ)の車速ＶＳの上昇部分の初期に相当する。「モータ始動」状態では、母線電圧を低電圧にするように、図４に示すように駆動装置１００から見てバッテリ２と発電装置１０１とが並列に接続される。バッテリ２と発電装置１０１との両方から駆動装置１００に向けて電力が供給される。
【００３５】
この時、エンジン４、ジェネレータ５およびインバータ１０５の発電効率が最大になるように、例えば図７の(ｂ)のメモリ２００２に予め格納しておいた、定められたマップに従い、バッテリ２とジェネレータ５との負担分担を決定する。この時、インバータ１０５の直流電圧Ｖｇｅｎは、例えばバッテリ２の直流電圧ＶＢと等しい３００Ｖになる。予め定められたマップはこの時のバッテリ２の直流電圧ＶＢで補正されて用いられる。このマップとしては、モータ３の回転数ＲＰＭ３とトルクＴＲ３に対して、エンジン４の効率とジェネレータ５の効率とインバータ１０５の効率とが掛け算された効率マップが用いられ、要求される出力の効率が最大となるようにエンジン４の回転数が決定される。すなわち、ここではモータ３に要求される回転数ＲＰＭ３およびトルクＴＲ３と、バッテリ電圧ＶＢに応じてエンジン４の回転数ＲＰＭ４とが調整される。
なお、図７の(ａ)の処理回路２０００の場合、上記のマップの機能が回路に予め設定されていて、同様に処理が行われる。説明の便宜上、以下では図７の(ｂ)のソフトウェア構成の場合について説明するが、図７の(ａ)のハーウェア構成の場合も上記と同様である。
【００３６】
「モータ始動」状態において発電装置の発電効率が最大になることで、発電に必要なガソリン量が低減して省エネルギー化を実現できる。
また、母線電圧を低電圧にすることで、モータ始動時に駆動装置１００を構成するインバータ１０３およびモータ３に過大な電流が流れることを防止でき、インバータおよびモータの破損を回避できる。
また、複数のバッテリの直並列接続を切り替える従来システムでは、バッテリを並列接続するために数時間かけてバッテリ電圧のバランス調整を行う。これに対して、本実施の形態１ではバッテリ２の直流電圧ＶＢに合わせて、発電装置１０１の直流電圧Ｖｇｅｎを数秒で調整することができるので、電圧のバランス調整をシステム動作に追従させることができる。
また、複数のバッテリの直並列接続を切り替える従来システムでは、バッテリ２の直流電圧ＶＢが低下した場合でも要求される動作領域で動作できるように設計するため、モータ３はオーバースペックで設計されている。これに対して、本実施の形態１ではバッテリ２の直流電圧ＶＢを低下させないように、エンジン４の回転数ＲＰＭ４およびジェネレータ５の回転数ＲＰＭ５を上げる、すなわち発電装置１０１の直流電圧Ｖｇｅｎを増加させる。このように直流電圧を補償することでモータ３に要求されるスペックが緩和され、モータ３を小型化することができる。
【００３７】
次に、第２の車両状態としては、「モータ加速」の時である。「モータ加速」状態は、図８の(ａ)の車速ＶＳの上昇部分の初期以降に相当する。「モータ加速」とは、母線電圧Ｖｂｕｓが高くなるように切替装置６と発電装置１０１とを連携動作させることにより、駆動装置１００に高電力を供給することでトルクを発生させることである。「モータ加速」状態では、発電装置１０１の直流電圧Ｖｇｅｎは、制御部２００にてバッテリ２の直流電圧ＶＢと等しくなるように調整されながら、切替装置６によってバッテリ２と発電装置１０１とは駆動装置１００の両端間で並列接続と直列接続とを交互に繰り返しながら直列接続に固定される。より詳細には、バッテリ２と発電装置１０１の第１のインバータ１０５とは、駆動装置１００の第２のインバータ１０３の両端間で並列接続と直列接続とを交互に繰り返しながら直列接続に固定される。以下同様。その時の母線電圧Ｖｂｕｓは、例えば３００Ｖから６００Ｖへ増加する。
【００３８】
このように、切替装置６の切り替え動作中のみ、切替装置６を構成するパワー半導体スイッチ６ａ−６ｃがスイッチング動作をする。その結果、切替装置６の切り替え動作以外は、パワー半導体スイッチ６ａ−６ｃのスイッチング損失およびリアクトル７の鉄損が発生しないため、冷却器のサイズを低減することができる。
また、複数のバッテリの直並列接続を切り替える従来システムでは、バッテリの直列接続によるコンデンサへの突入電流を抑制するために、リアクトルを用いていた。これに対して本実施の形態１では母線電圧をランプ状に制御することができるので、リアクトル７を小型化することができる。
このようにして、本実施の形態１では、システムとして小型化できるという顕著な効果を奏する。
【００３９】
さらに、第３の車両状態としては、「モータ定速走行」の時である。「モータ定速走行」状態は、図８の(ａ)の車速ＶＳの上昇部分後の定速部分に相当する。「モータ定速走行」とは、車両の駆動輪８の回転駆動により発生するモータ３の誘起電圧に応じて、一定電圧をモータ３に印加することでモータ３を定速回転駆動させることである。
【００４０】
この時、駆動装置１００の直流電圧すなわち母線電圧Ｖｂｕｓは、バッテリ２の直流電圧ＶＢと発電装置１０１の直流電圧Ｖｇｅｎとの合計値、例えば６００Ｖとなる。この際、バッテリ２の直流電圧ＶＢが低下すると、発電装置１０１の直流電圧Ｖｇｅｎを増加させるために、エンジン４の回転数ＲＰＭ４およびジェネレータ５の回転数ＲＰＭ５が上げられる。
【００４１】
一般に、バッテリ２のみを直接的な電源として駆動装置１００が動作する従来システムにおいては、バッテリ２の直流電圧ＶＢが低下した場合でも要求される動作領域で動作できるように設計するため、モータ３はオーバースペックで設計されている。これに対して、本実施の形態１では、上記のように直流電圧を補償することでモータ３に要求されるスペックが緩和され、モータ３を小型化することができる。
【００４２】
次に、第４の車両状態としては、「減速エネルギー回生」の時である。「減速エネルギー回生」状態は、図８の(ａ)の車速ＶＳの下降部分に相当する。「減速エネルギー回生」とは、駆動装置１００の回生エネルギーをバッテリ２に回収させることで、発電に必要なガソリン量を低減させることにより省エネルギー化を実現できる。「減速エネルギー回生」状態では、切替装置６によってバッテリ２および発電装置１０１は、直列接続と、並列接続と、を交互に繰り返しながら並列接続に固定される。その時の母線電圧Ｖｂｕｓは、例えば６００Ｖから３００Ｖへ減少する。
【００４３】
その結果、バッテリ２への過電流を抑制することができるので、バッテリ２の破損を防ぐことができる。
また、バッテリ２と発電装置１０１とが直列接続された際の、減速エネルギー回生時においては、インバータ１０５の動作を停止する。その後、インバータ１０５は停止したまま、切替装置６によってバッテリ２および発電装置１０１は、直列接続と、並列接続と、を交互に繰り返しながら並列接続に固定される。
その結果、発電機の交流電圧を直流電圧に変換するインバータ１０５の損失を低減することができるので、回生エネルギーを積極的にバッテリ２に回収させることが可能になる。すなわち、発電に必要なガソリン量を更に低減することができ、省エネルギー化を実現できる。
なお、この発明の実施の形態１において、リアクトル７は図１に示すようにコンデンサ９の一方の端子と、パワー半導体スイッチ６ａのエミッタ端子およびパワー半導体スイッチ６ｂのコレクタ端子の接続点との間に接続されると説明した。しかしながら、発電装置１０１を構成するインバータ１０５の図３に示すパワー半導体スイッチ１０５ｅのコレクタ端子と、駆動装置１００を構成する図２に示すコンデンサ１０３ｇの一方の端子との間、すなわち図１に破線で示すように発電装置１０１と駆動装置１００との間にリアクトル７ａを接続しても同様の効果が得られる。
【００４４】
なお、この発明の実施の形態１において、駆動装置１００を構成するインバータ１０３およびモータ３と、発電装置１０１を構成するインバータ１０５およびジェネレータ５とは、１組の三相回路方式で説明を行ったが、２組以上の三相回路方式でも同様の効果が得られることはいうまでもない。
【００４５】
実施の形態２．
以下、この発明の実施の形態２による車両用駆動システムを説明する。この発明の実施の形態２による車両用駆動システムの構成図は、実施の形態１で示した図１と基本的に同じである。異なる点は、車両状態の図８の(ａ)の車速ＶＳの上昇部分に相当する「モータ加速」および下降部分に相当する「減速エネルギー回生」時の切替装置６および発電装置１０１の制御が異なる。
図９はこの発明の実施の形態２による車両用駆動システムにおける各車両状態情報を模式的に示したタイムチャートである。この図９において、(ａ)は車速ＶＳ、(ｂ)は駆動装置１００を構成するインバータ１０３の直流電圧である母線電圧Ｖｂｕｓ、(ｃ)は発電装置１０１を構成するインバータ１０５の直流電圧である発電電圧Ｖｇｅｎ、(ｄ)はバッテリ２の直流電圧ＶＢを示す。次に各車両状態における切替装置６および発電装置１０１の動作について、図９を用いて説明する。
【００４６】
実施の形態１では図８の(ａ)の車速ＶＳの上昇部分の初期以降に相当する「モータ加速」時に、発電装置１０１の直流電圧Ｖｇｅｎは、制御部２００にてバッテリ２の直流電圧ＶＢと等しくなるように調整されながら、切替装置６によってバッテリ２と発電装置１０１とが並列接続、直列接続、とを交互に繰り返しながら直列接続に固定されていた。
【００４７】
本実施の形態２では、切替装置６のオンオフ制御で直列接続に切り替えた時に発生する図２のコンデンサ１０３ｇへの突入電流が許容値を超えないように、発電装置１０１の直流電圧Ｖｇｅｎに対して図９の(ｃ)に示すようにしきい値Ｖｔｈを設定する。例えば、この実施の形態２では１０Ｖとする。切替装置６は、図４のパワー半導体スイッチ６ａおよび６ｃがオン、パワー半導体スイッチ６ｂがオフしている状態から、図１０に示すパワー半導体スイッチ６ａがオン、パワー半導体スイッチ６ｂおよび６ｃがオフしている状態に、オンオフ制御で切り替えた後、発電装置１０１は制御部２００によって１０Ｖの電圧になるように制御される。その後、図５に示すパワー半導体スイッチ６ａおよび６ｃがオフ、パワー半導体スイッチ６ｂがオンしている状態へ、切替装置６はオンオフ制御で切り替えられる。さらに、制御部２００は発電装置１０１の直流電圧Ｖｇｅｎが、１０Ｖから３００Ｖへ増加するように発電装置１０１を制御する。
【００４８】
実施の形態１では図８の(ａ)の車速ＶＳの下降部分に相当する「減速エネルギー回生」の時に、切替装置６によってバッテリ２および発電装置１０１は直列接続と、並列接続と、を交互に繰り返しながら並列接続に固定されていた。
本実施の形態２では、切替装置６のオンオフ制御で並列接続に切り替えた時に発生するコンデンサ９への突入電流が許容値を超えないように、図９の(ｃ)に示すように発電装置１０１の直流電圧Ｖｇｅｎに対して予め設定されたしきい値Ｖｔｈを設定する。例えば、この実施の形態２では予め設定されたしきい値Ｖｔｈは１０Ｖとする。発電装置１０１は、発電装置１０１の直流電圧Ｖｇｅｎがこのしきい値Ｖｔｈ以下となるように制御部２００によって制御される。その後、パワー半導体スイッチ６ａおよび６ｃがオフ、パワー半導体スイッチ６ｂがオンしている状態から、図１０に示すパワー半導体スイッチ６ａがオン、パワー半導体スイッチ６ｂおよび６ｃがオフしている状態へ、切替装置６はオンオフ制御で切り替える。
【００４９】
以上のように、切替装置６の切り替え動作中のみ、切替装置６を構成するパワー半導体スイッチ６ａ−６ｃがスイッチング動作をする。その結果、実施の形態２による車両用駆動システムにおいて、切替装置６を構成するパワー半導体スイッチ６ａ、６ｂ、６ｃのスイッチング損失とリアクトル７の鉄損とを低減することができるので、車両用駆動システムを小型化することができる。
【００５０】
なお、この発明の実施の形態２において、切替装置６、インバータ１０３およびインバータ１０５を構成するパワー半導体スイッチＳは絶縁型バイポーラトランジスタ(ＩＧＢＴ)で、還流ダイオードＤが並列に接続されているもので説明した。しかしながら、電界効果型トランジスタ(ＭＯＳＦＥＴ)、シリコンカーバイドトランジスタまたはシリコンカーバイドＭＯＳＦＥＴを用いても同様の効果が得られることはいうまでもない。
【００５１】
なお、この発明の実施の形態２において、リアクトル７の接続はコンデンサ９の一方の端子と、パワー半導体スイッチ６ａのエミッタ端子およびパワー半導体スイッチ６ｂのコレクタ端子の接続点との間に接続されると説明した。しかしながら、発電装置１０１を構成するインバータ１０５の図３に示すパワー半導体スイッチ１０５ｅのコレクタ端子と、駆動装置１００を構成する図２に示すコンデンサ１０３ｇの一方の端子との間、すなわち図１に破線で示すように発電装置１０１と駆動装置１００との間にリアクトル７ａを接続しても同様の効果が得られる。
【００５２】
なお、この発明の実施の形態２においても、駆動装置１００を構成するインバータ１０３およびモータ３と、発電装置１０１を構成するインバータ１０５およびジェネレータ５とは、１組の三相回路方式で説明を行ったが、２組以上の三相回路方式でも同様の効果が得られることはいうまでもない。
【００５３】
実施の形態３．
上記実施の形態１および２では、エンジン４、ジェネレータ５およびインバータ１０５の発電効率が最大になるように、制御している。
【００５４】
しかし、上記実施の形態１および２の場合には、パワー半導体スイッチ１０５ａ−１０５ｆはスイッチング動作をする。この動作により、インバータ１０５にはスイッチング損失が発生する。また、パワー半導体スイッチはスイッチとダイオードとを備えた構成であるので、インバータ１０５が大型化する。
【００５５】
これに対して、この実施の形態３は、スイッチング損失を低減し、インバータを小型化させるものである。以下、そのための構成と動作について具体的に説明する。車両用駆動システムの構成図は、実施の形態１で示した図１と基本的に同じである。異なる点は、インバータ１０５がダイオードで構成されたことである。この発明の実施の形態３によるインバータ１０５を含む発電装置の構成の一例を図１１に示す。
【００５６】
図１１のインバータ１０５内では、ダイオード１０５ｈのアノード端子とダイオード１０５ｉのカソード端子とが接続され、ダイオード１０５ｊのアノード端子とダイオード１０５ｋのカソード端子とが接続され、ダイオード１０５ｌのアノード端子とダイオード１０５ｍのカソード端子とが各々接続される。ダイオード１０５ｈのカソード端子とダイオード１０５ｊのカソード端子とダイオード１０５ｌのカソード端子とが接続され、さらにこれらのカソード端子がコンデンサ１０５ｇの一方の端子に接続される。ダイオード１０５ｉのアノード端子とダイオード１０５ｋのアノード端子とダイオード１０５ｍのアノード端子とが接続され、さらにこれらのアノード端子がコンデンサ１０５ｇの他方の端子に接続される。
【００５７】
ジェネレータ５の３相のうち１相のコイルの端子５ａは、ダイオード１０５ｈのアノード端子とダイオード１０５ｉのカソード端子との接続点に接続される。他の２相のコイルの端子５ｂおよび５ｃは、ダイオード１０５ｊのアノード端子とダイオード１０５ｋのカソード端子との接続点、ダイオード１０５ｌのアノード端子とダイオード１０５ｍのカソード端子との接続点にそれぞれ接続される。
【００５８】
インバータ１０５を構成するダイオードは整流用で、シリコンダイオード、シリコンカーバイドトランジスタ等を用いてもよい。
【００５９】
モータ３に要求される回転数ＲＰＭ３およびトルクＴＲ３と、バッテリ電圧ＶＢとに応じて、エンジン４の回転数ＲＰＭ４を変化させることで、インバータ１０５の直流電圧Ｖｇｅｎを調整する。この時、インバータ１０５はダイオード１０５ｈ−１０５ｍによって交流電力を直流電力に整流する。
【００６０】
その結果、インバータ１０５のスイッチング損失が低減し、インバータを小型化することができる。
【００６１】
なおこの発明は上記各実施の形態に限定されるものではなく、これらの可能な組み合わせを全て含む。
また、この発明に係る駆動システムおよび駆動制御方法の適用範囲は自動車に限られることはなく、例えば電車、さらにはより広義には、バッテリと発電装置が接続された駆動装置により被駆動部を駆動させる駆動−発電機構を有する装置に適用することができる。
さらに、駆動システムおよび駆動制御方法を広義に、一般的な被駆動部の駆動を行うものとした場合、上述の車両の場合の車速は、被駆動部の速度となる。
【符号の説明】
【００６２】
１  車両用駆動システム、２  バッテリ、３  モータ、４  エンジン、５  ジェネレータ、６  切替装置、６ａ−６ｃ，１０３ａ−１０３ｆ，１０５ａ−１０５ｆ  パワー半導体スイッチ、１０５ｈ−１０５ｍ  ダイオード、７，７ａ  リアクトル、８  駆動輪、９  コンデンサ、８０  被駆動部、１００  駆動装置、１０１  発電装置、１０３，１０５  インバータ、１０３ｇ，１０５ｇ  コンデンサ、２００  制御部、２０１  駆動装置制御部、２０２  発電装置制御部、２０３  切替装置制御部、３００  各種検出器群、２０００  処理回路、２００１  プロセッサ、２００２  メモリ、Ｄ  還流ダイオード、Ｓ  パワー半導体スイッチ。
【図１】
2018123141.tif 000003
【図２】
2018123141.tif 000004
【図３】
2018123141.tif 000005
【図４】
2018123141.tif 000006
【図５】
2018123141.tif 000007
【図６】
2018123141.tif 000008
【図７】
2018123141.tif 000009
【図８】
2018123141.tif 000010
【図９】
2018123141.tif 000011
【図１０】
2018123141.tif 000012
【図１１】
2018123141.tif 000013
【手続補正書】
【提出日】平成30年2月6日(2018.2.6)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００７】
この発明は、バッテリと、エンジンのシャフトに取り付けられた発電機と前記発電機の交流電圧を直流電圧に変換するインバータを含む発電装置と、被駆動部を駆動するモータと前記モータの交流電圧を直流電圧との間で双方向変換するインバータを含む駆動装置と、前記駆動装置の両端間に前記バッテリと前記発電装置を直列接続と並列接続の間で切り替えて接続する複数の切替装置と、前記バッテリと前記切替装置との間、前記発電装置と前記駆動装置との間、のいずれか一方に配置されたリアクトルと、前記切替装置と前記発電装置と前記駆動装置とをそれぞれ制御する制御部と、を備え、前記制御部が、前記被駆動部の速度を変化させている時に、前記切替装置を直列接続と並列接続とを交互に切り替えながら、直列接続および並列接続のいずれか一方に固定し、前記バッテリの電圧、前記モータの回転数、前記モータのトルクに対する、前記エンジンの効率と前記ジェネレータの効率と前記インバータの効率が掛け算された効率が予め定められた効率マップを用いて、前記エンジンの回転数を決定する、駆動システム等にある。
【手続補正２】
【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】
バッテリと、
エンジンのシャフトに取り付けられた発電機と前記発電機の交流電圧を直流電圧に変換するインバータを含む発電装置と、
被駆動部を駆動するモータと前記モータの交流電圧を直流電圧との間で双方向変換するインバータを含む駆動装置と、
前記駆動装置の両端間に前記バッテリと前記発電装置を直列接続と並列接続の間で切り替えて接続する複数の切替装置と、
前記バッテリと前記切替装置との間、前記発電装置と前記駆動装置との間、のいずれか一方に配置されたリアクトルと、
前記切替装置と前記発電装置と前記駆動装置とをそれぞれ制御する制御部と、
を備え、
前記制御部が、前記被駆動部の速度を変化させている時に、前記切替装置を直列接続と並列接続とを交互に切り替えながら、直列接続および並列接続のいずれか一方に固定し、
前記バッテリの電圧、前記モータの回転数、前記モータのトルクに対する、前記エンジンの効率と前記ジェネレータの効率と前記インバータの効率が掛け算された効率が予め定められた効率マップを用いて、前記エンジンの回転数を決定する、駆動システム。
【請求項２】
バッテリと、
エンジンのシャフトに取り付けられた発電機と前記発電機の交流電圧を直流電圧に変換するインバータを含む発電装置と、
被駆動部を駆動するモータと前記モータの交流電圧を直流電圧との間で双方向変換するインバータを含む駆動装置と、
前記駆動装置の両端間に前記バッテリと前記発電装置を直列接続と並列接続の間で切り替えて接続する複数の切替スイッチを含む切替装置と、
前記バッテリと前記切替装置との間、前記発電装置と前記駆動装置との間、のいずれか一方に配置されたリアクトルと、
前記切替装置と前記発電装置と前記駆動装置とをそれぞれ制御する制御部と、
を備え、
前記制御部が、前記被駆動部の速度を変化させている時に、前記発電装置の直流電圧を予め設定されたしきい値以下となるように制御した後、前記切替装置を直列接続および並列接続のいずれか一方に固定する、駆動システム。
【請求項３】
前記切替装置は、少なくとも３つの前記切替スイッチを有する、請求項１に記載の駆動システム。
【請求項４】
前記切替装置は、少なくとも３つの前記切替スイッチを有する、請求項２に記載の駆動システム。
【請求項５】
前記制御部が、前記モータに要求される回転数およびトルクと、前記バッテリのバッテリ電圧に応じて前記エンジンのエンジン回転数を変化させる、請求項１から４までのいずれか１項に記載の駆動システム。
【請求項６】
前記制御部が、前記バッテリと前記発電装置が直列接続された際に、前記バッテリ電圧(ＶＢ)が低下した場合に、前記発電装置の直流電圧を上昇させる、請求項５に記載の駆動システム。
【請求項７】
前記制御部が、前記バッテリと前記発電装置が並列接続された際に、前記バッテリ電圧が低下した場合に、前記発電装置の直流電圧を上昇させる、請求項５に記載の駆動システム。
【請求項８】
前記制御部が、前記バッテリと前記発電装置が直列接続された際に、前記被駆動部の速度が低下した場合に、前記発電機の交流電圧を直流電圧に変換する前記インバータの動作を停止させて、前記インバータは停止のまま、前記切替装置を直流接続と並列接続とを交互に切り替えながら、並列接続に固定する、請求項１または３に記載の駆動システム。
【請求項９】
前記発電機の交流電圧を直流電圧に変換するインバータが、ダイオードで構成される、請求項１から８までのいずれか１項に記載の駆動システム。
【請求項１０】
バッテリと、
エンジンのシャフトに取り付けられた発電機と前記発電機の交流電圧を直流電圧に変換するインバータを含む発電装置と、
被駆動部を駆動するモータと前記モータの交流電圧を直流電圧との間で双方向変換するインバータを含む駆動装置と、
前記駆動装置の両端間に前記バッテリと前記発電装置を直列接続と並列接続の間で切り替えて接続する複数の切替装置と、
前記バッテリと前記切替装置との間、前記発電装置と前記駆動装置との間、のいずれか一方に配置されたリアクトルと、
前記切替装置と前記発電装置と前記駆動装置とをそれぞれ制御する制御部と、
を備え、
前記制御部が、前記被駆動部の速度を変化させている時に、前記切替装置を直列接続と並列接続とを交互に切り替えながら、直列接続および並列接続のいずれか一方に固定し、
その後、前記制御部により、前記バッテリの電圧、前記モータの回転数、前記モータのトルクに対する、前記エンジンの効率と前記ジェネレータの効率と前記インバータの効率が掛け算された効率が予め定められた効率マップを用いて、前記エンジンの回転数を決定する、駆動制御方法。
【請求項１１】
前記バッテリと前記発電装置が直列接続された際に、前記被駆動部の速度が低下した場合に、前記発電機の交流電圧を直流電圧に変換するインバータの動作を停止して、前記インバータは停止のまま、前記切替装置を直流接続と並列接続とを交互に切り替えながら、並列接続に固定する、請求項１０に記載の駆動制御方法。
【請求項１２】
バッテリと、
エンジンが接続された発電機と前記発電機の交流電圧を直流電圧に変換するインバータを含む発電装置と、
被駆動部を駆動するモータと前記モータの交流電圧を直流電圧との間で双方向変換するインバータを含む駆動装置と、
前記駆動装置の両端間に前記バッテリと前記発電装置を直列接続と並列接続の間で切り替えて接続する切替装置と、
前記バッテリと前記切替装置との間、前記発電装置と前記駆動装置との間、のいずれか一方に配置されたリアクトルと、
を備えた駆動システムにおいて、前記被駆動部の速度を変化させている時に、前記発電装置の直流電圧を予め設定されたしきい値以下となるように制御した後、前記切替装置を直列接続および並列接続のいずれか一方に固定する、駆動制御方法。
【手続補正書】
【提出日】平成30年6月27日(2018.6.27)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００７】
この発明は、バッテリと、エンジンのシャフトに取り付けられた発電機と前記発電機の交流電圧を直流電圧に変換するインバータを含む発電装置と、被駆動部を駆動するモータと前記モータの交流電圧を直流電圧との間で双方向変換するインバータを含む駆動装置と、前記駆動装置の両端間に前記バッテリと前記発電装置を直列接続と並列接続の間で切り替えて接続する複数の切替スイッチを含む切替装置と、前記バッテリと前記切替装置との間、前記発電装置と前記駆動装置との間、のいずれか一方に配置されたリアクトルと、前記切替装置と前記発電装置と前記駆動装置とをそれぞれ制御する制御部と、を備え、前記制御部が、前記被駆動部の速度を変化させている時に、前記切替装置を直列接続と並列接続とを交互に切り替えながら、直列接続および並列接続のいずれか一方に固定し、前記モータの回転数、前記モータのトルクに対する、前記エンジンの効率と前記発電機の効率と前記インバータの効率が掛け算された効率が予め定められた効率マップを用い、前記バッテリのバッテリ電圧に応じて前記エンジンの回転数を決定する、駆動システム等にある。
【手続補正２】
【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】
バッテリと、
エンジンのシャフトに取り付けられた発電機と前記発電機の交流電圧を直流電圧に変換するインバータを含む発電装置と、
被駆動部を駆動するモータと前記モータの交流電圧を直流電圧との間で双方向変換するインバータを含む駆動装置と、
前記駆動装置の両端間に前記バッテリと前記発電装置を直列接続と並列接続の間で切り替えて接続する複数の切替スイッチを含む切替装置と、
前記バッテリと前記切替装置との間、前記発電装置と前記駆動装置との間、のいずれか一方に配置されたリアクトルと、
前記切替装置と前記発電装置と前記駆動装置とをそれぞれ制御する制御部と、
を備え、
前記制御部が、前記被駆動部の速度を変化させている時に、前記切替装置を直列接続と並列接続とを交互に切り替えながら、直列接続および並列接続のいずれか一方に固定し、前記モータの回転数、前記モータのトルクに対する、前記エンジンの効率と前記発電機の効率と前記インバータの効率が掛け算された効率が予め定められた効率マップを用い、前記バッテリのバッテリ電圧に応じて前記エンジンの回転数を決定する、駆動システム。
【請求項２】
バッテリと、
エンジンのシャフトに取り付けられた発電機と前記発電機の交流電圧を直流電圧に変換するインバータを含む発電装置と、
被駆動部を駆動するモータと前記モータの交流電圧を直流電圧との間で双方向変換するインバータを含む駆動装置と、
前記駆動装置の両端間に前記バッテリと前記発電装置を直列接続と並列接続の間で切り替えて接続する複数の切替スイッチを含む切替装置と、
前記バッテリと前記切替装置との間、前記発電装置と前記駆動装置との間、のいずれか一方に配置されたリアクトルと、
前記切替装置と前記発電装置と前記駆動装置とをそれぞれ制御する制御部と、
を備え、
前記制御部が、前記被駆動部の速度を変化させている時に、前記発電装置の直流電圧を予め設定されたしきい値以下となるように制御した後、前記切替装置を直列接続および並列接続のいずれか一方に固定する、駆動システム。
【請求項３】
前記切替装置は、少なくとも３つの前記切替スイッチを有する、請求項１に記載の駆動システム。
【請求項４】
前記切替装置は、少なくとも３つの前記切替スイッチを有する、請求項２に記載の駆動システム。
【請求項５】
前記制御部が、前記モータに要求される回転数およびトルクと、前記バッテリ電圧に応じて前記エンジンのエンジン回転数を変化させる、請求項１から４までのいずれか１項に記載の駆動システム。
【請求項６】
前記制御部が、前記バッテリと前記発電装置が直列接続された際に、前記バッテリ電圧(ＶＢ)が低下した場合に、前記発電装置の直流電圧を上昇させる、請求項５に記載の駆動システム。
【請求項７】
前記制御部が、前記バッテリと前記発電装置が並列接続された際に、前記バッテリ電圧が低下した場合に、前記発電装置の直流電圧を上昇させる、請求項５に記載の駆動システム。
【請求項８】
前記制御部が、前記バッテリと前記発電装置が直列接続された際に、前記被駆動部の速度が低下した場合に、前記発電機の交流電圧を直流電圧に変換する前記インバータの動作を停止させて、前記インバータは停止のまま、前記切替装置を直列接続と並列接続とを交互に切り替えながら、並列接続に固定する、請求項１または３に記載の駆動システム。
【請求項９】
前記発電機の交流電圧を直流電圧に変換するインバータが、ダイオードで構成される、請求項１から７までのいずれか１項に記載の駆動システム。
【請求項１０】
バッテリと、
エンジンのシャフトに取り付けられた発電機と前記発電機の交流電圧を直流電圧に変換するインバータを含む発電装置と、
被駆動部を駆動するモータと前記モータの交流電圧を直流電圧との間で双方向変換するインバータを含む駆動装置と、
前記駆動装置の両端間に前記バッテリと前記発電装置を直列接続と並列接続の間で切り替えて接続する複数の切替スイッチを含む切替装置と、
前記バッテリと前記切替装置との間、前記発電装置と前記駆動装置との間、のいずれか一方に配置されたリアクトルと、
前記切替装置と前記発電装置と前記駆動装置とをそれぞれ制御する制御部と、
を備えた駆動システムにおいて、
前記制御部が、前記被駆動部の速度を変化させている時に、前記切替装置を直列接続と並列接続とを交互に切り替えながら、直列接続および並列接続のいずれか一方に固定し、
その後、前記制御部により、前記モータの回転数、前記モータのトルクに対する、前記エンジンの効率と前記発電機の効率と前記インバータの効率が掛け算された効率が予め定められた効率マップを用い、前記バッテリのバッテリ電圧に応じて前記エンジンの回転数を決定する、駆動制御方法。
【請求項１１】
前記バッテリと前記発電装置が直列接続された際に、前記被駆動部の速度が低下した場合に、前記発電機の交流電圧を直流電圧に変換するインバータの動作を停止して、前記インバータは停止のまま、前記切替装置を直列接続と並列接続とを交互に切り替えながら、並列接続に固定する、請求項１０に記載の駆動制御方法。
【請求項１２】
バッテリと、
エンジンのシャフト部に取り付けられた発電機と前記発電機の交流電圧を直流電圧に変換するインバータを含む発電装置と、
被駆動部を駆動するモータと前記モータの交流電圧を直流電圧との間で双方向変換するインバータを含む駆動装置と、
前記駆動装置の両端間に前記バッテリと前記発電装置を直列接続と並列接続の間で切り替えて接続する複数の切替スイッチを含む切替装置と、
前記バッテリと前記切替装置との間、前記発電装置と前記駆動装置との間、のいずれか一方に配置されたリアクトルと、
前記切替装置と前記発電装置と前記駆動装置とをそれぞれ制御する制御部と、
を備えた駆動システムにおいて、
前記制御部が、前記被駆動部の速度を変化させている時に、前記発電装置の直流電圧を予め設定されたしきい値以下となるように制御した後、前記切替装置を直列接続および並列接続のいずれか一方に固定する、駆動制御方法。
【国際調査報告】
2018123141.tif 000014
2018123141.tif 000015
2018123141.tif 000016