(57)【要約】【課題】  発電機の容量や蓄電池の容量を小さく抑えて占有スペースを縮小するとともに、ドライバやインバータ等の制御機器をなくして、コストの面でも有利な発電機によるモータダイレクトドライブシステム及びそれを備えた乗物を提供することを目的とする。【解決手段】  内燃機関としてのエンジン６と、該エンジン６から出力された動力を直流電力に変換する直流発電機２と、該直流発電機２からダイレクトに供給された直流電力によって駆動する直流モータ４と、該エンジン６の出力回転速度の増減に従って発電機２の界磁制御とモータ４の界磁制御とを行う制御手段であるコントローラ５と、を備えた、発電機２によるモータダイレクトドライブシステム１を構成する。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関と、該内燃機関から出力された動力を直流電力に変換する直流発電機と、該直流発電機からダイレクトに供給された直流電力によって駆動する直流モータと、該内燃機関の出力回転速度の増減に従って前記発電機の界磁制御と前記モータの界磁制御とを行う制御手段と、を備えたことを特徴とする発電機によるモータダイレクトドライブシステム。
【請求項２】
前記発電機の界磁制御を行う制御手段は、前記発電機内に付設した電気回路で構成したことを特徴とする請求項１に記載の発電機によるモータダイレクトドライブシステム。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の発電機によるモータダイレクトドライブシステムを備えた乗物。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関と、該内燃機関から出力された動力を直流電力に変換する発電手段と、該発電手段からダイレクトに供給された直流電力により駆動する直流電動機と、を備えた発電機によるモータダイレクトドライブシステム及びそれを備えた乗物に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、動力源としてエンジンとモータとを備えたハイブリッドシステムが開発されており、例えば、特許文献１には、このハイブリッドシステムを搭載した四輪駆動車の発明が開示されている。
この特許文献１に開示されているハイブリッド型四輪駆動車は、エンジンと、該エンジンの出力の一部を電力に変換する発電機と、該発電機から直接電力の供給を受けて力行運転するモータと、該エンジンによって駆動される前輪と、該モータによって駆動される後輪と、運転条件に基づきエンジンのトルクを推定するエンジントルク推定手段と、エンジンのトルクのうち発電機によって消費されるトルクを運転条件によって制限する発電機消費トルク制限手段と、を備え、前記発電機消費トルク制限手段で、エンジンが安定して回転するのに必要とされるトルクを演算し、前記エンジントルク推定手段で推定されたエンジントルクからエンジンが安定して回転するのに必要とされるトルクを減じた値をエンジンの余剰トルクとし、この余剰トルクに基づき使用可能トルクを演算し、発電機の消費トルクを該使用可能トルク以下に制限することで発電機の消費トルクを制限するように構成されている。
【０００３】
以上の技術は先行技術調査により発見した他社の技術であり、発電機から直接電力を受けてモータを駆動する点では本願発明と一致するが、制御構成は本願発明と全く異なり、また、発電機やモータについての詳細な記載がなく、従来のように発電機とモータとの間にはコンバータ／インバータが介設されていると思われる。
【０００４】
次に、本願発明に至るまでの自社の技術の経緯について説明する。
従来、トラクタやコンバイン等の走行車両は、エンジンから出力された動力によって走行系が駆動されるように構成されており、例えば、次のように構成されている。
図１８は従来のクローラ式走行車両１６の駆動構成を示す図であり、この走行車両１６は、駆動輪１０１・１０１と、遊動輪１０２・１０２と、該駆動輪１０１と該遊動輪１０２とに巻回されたクローラベルト１０３と、内燃機関であるエンジン６と、該エンジン６から出力された動力を駆動輪１０１・１０１に伝達する駆動伝達手段１６０と、該エンジン６から出力された動力の一部を用いて発電する発電機３２と、該発電機３２で発電された電力を蓄電する蓄電池３８と、該発電機３２からの電力又は該蓄電池３８からの電力を用いて動作するスタータ７等の電気機器と、を備え、前記駆動伝達手段１６０は、トランスミッション１６１、ギアボックス１６２、ディファレンシャルギア１６３、減速機１６４、クラッチ１６５・１６５等で構成されて、これらの部材は走行車両１６の下部スペースに配置されている。
【０００５】
この走行車両１６は、操作手段であるレギュレータレバー（アクセル）の操作量に応じてエンジン６のスロットル開度、燃料噴射量、燃料噴射量タイミング等が制御されて、エンジン６から出力される動力が駆動伝達手段１６０を介して駆動輪１０１・１０１に伝達されるように構成されている。
【０００６】
その後、エンジンからの動力を電力に変換し、モータによって走行系を駆動するように構成した走行車両が開発されており、この走行車両は、例えば、次のように構成されている。
図１９は走行系を電動化したクローラ式走行車両１７の駆動構成を示す図であり、この走行車両１７は、駆動輪１０１・１０１と、遊動輪１０２・１０２と、該駆動輪１０１と該遊動輪１０２とに巻回されたクローラベルト１０３と、内燃機関であるエンジン６と、該エンジン６から出力された動力を用いて発電する発電機３２と、各駆動輪１０１を回転駆動するモータ（誘導同期モータ等）１７４と、該発電機３２で発電された電力が供給されてモータ１７４を起動・停止するドライバ１７３と、各モータ１７４の回転駆動を制止する電磁ブレーキ１７５と、該発電機３２で発電された電力の一部を蓄電する大容量の蓄電池３８と、該発電機３２からの電力又は該蓄電池３８からの電力を用いて動作するスタータ７等の電気機器と、を備え、このモータ１７４の容量を大きくして、モータ１７４に供給される電圧を高めることで、高トルクでの駆動が可能となり、低電流駆動（低損失・高効率）が可能に構成されている。
【０００７】
この構成では、駆動輪１０１・１０１はトランスミッション等の駆動伝達手段１６０の替わりにモータ１７４で駆動されるように構成されていて発電電圧や負荷の急変にも強く応答性が良くなり、操作性、足回り性能の向上を図ることができ、また、トランスミッション等の機械的機構の配置スペースがなくなって省スペース化を図ることができる。
【特許文献１】特開２００２−３２５３０９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、走行車両１７の走行系を電動化する上で、次のような課題があり、（１）長寿命の蓄電池３８が必要となる点、（２）高トルクを要求すると電池電圧が高く蓄電容量も大きな蓄電池３８が必要となる点、（３）大容量化に伴い蓄電池３８のサイズも大型化し、搭載スペースが増大する点、（４）モータ３８の起動停止を制御するためにドライバ１７３やインバータ等の制御機器が必要である点、（５）発電機３２からダイレクトにモータ１７４を駆動する制御を考えた場合、交流同士では困難であるため、発電機３２とモータ１７４との間にコンバータ／インバータを介設する必要がある点、等が課題に挙げられていて、これらの課題は何れもコストアップの要因となり、コスト面で不利になっている。
【０００９】
そこで、本発明では、このような課題を鑑み、発電機の容量や蓄電池の容量を小さく抑えて占有スペースを縮小するとともに、ドライバやインバータ等の制御機器をなくして、コストの面でも有利な発電機によるモータダイレクトドライブシステム及びそれを備えた乗物を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の解決しようとする課題は以上のとおりであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。
まず、請求項１に記載のように、内燃機関と、該内燃機関から出力された動力を直流電力に変換する直流発電機と、該直流発電機からダイレクトに供給された直流電力によって駆動する直流モータと、該内燃機関の出力回転速度の増減に従って前記発電機の界磁制御と前記モータの界磁制御とを行う制御手段と、を備えた、発電機によるモータダイレクトドライブシステムを構成する。
【００１１】
また、請求項２に記載のように、前記発電機の界磁制御を行う制御手段は、前記発電機内に付設した電気回路で構成する。
【００１２】
そして、請求項２に記載のように、請求項１又は請求項２に記載の発電機によるモータダイレクトドライブシステムを備えた乗物を構成する。
【発明の効果】
【００１３】
本発明は、以上のように構成したことにより、次のような効果を奏する。
まず、請求項１に記載の発明では、駆動手段であるモータに直流モータを使用して、該モータを直流発電機からの直流電力で駆動するように構成したことで、該モータと該発電機との間にコンバータ／インバータを介設する必要がなくなり、コスト削減を図ることができる。
また、直流モータを直流発電機からダイレクトに供給された直流電力によって駆動するように構成したことで、モータを駆動・停止するためのドライバやインバータ等の制御機器が不要となり、コストの面で有利になるとともに省スペース化を図ることができる。
さらに、直流モータを直流発電機によって直に駆動するように構成したことで、該モータの駆動に蓄電池が不要となり、蓄電池を小容量化することができて、蓄電池のコンパクト化を図ることができ、その結果、コスト削減を図ることができて省スペース化を図ることができる。
また、蓄電池をもたない構成とした場合、モータで消費される電力分を常時発電機で供給する必要がありモータ駆動力の増大によってはエンジンを維持するのに必要な駆動トルクが確保できなくなりエンジンのハンチングの原因ともなるが、この発明では、発電機の界磁制御とモータの界磁制御とを行うことで、モータ駆動時に発電機からエンジンにかかる負荷が大きくなり過ぎるのを防止することができ、安定したエンジン回転を確保することができて、信頼性が向上する。
さらに、この発明では、発電機から出力される発電電圧が最大電圧に達した後も、モータの界磁制御を行うことで、モータの回転速度をさらに上昇させることができ、小型の発電機でもモータから高回転の出力を取り出すことができて、発電機のサイズダウンを図ることができ、この結果、コスト削減を図ることができるとともに省スペース化を図ることができる。
【００１４】
また、請求項２に記載の発明では、前記発電機の界磁制御を行う制御手段を、前記発電機内に付設した電気回路で構成し、これによっても請求項１に記載の発明の効果と同様の効果を達成することができる。
【００１５】
そして、請求項３に記載の発明では、請求項１に記載の発明の効果を奏する乗物を提供することができ、コスト削減を図ることができるとともに機器を搭載するスペースの省スペース化を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
次に、本発明に係る発電機によるモータダイレクトドライブシステム及びそれを備えた機械の実施の一形態を、図面を参照しながら説明する。
以下では発電機２によるモータダイレクトドライブシステム１を備えた乗物の一例として農業用の走行車両を取り上げて説明するが、該乗物は自動車や機関車、船舶等であってもよく、特に限定するものではない。
【００１７】
＜発電機２によるモータダイレクトドライブシステム１を備えた走行車両１１＞
図１は本発明に係る発電機２によるモータダイレクトドライブシステム１を備えたクローラ式走行車両１１（第１実施例）の駆動構成を示す図であり、この走行車両１１は、車両本体の前部（又は後部）に配置された左右一対の駆動輪１０１・１０１と、車両本体の後部（又は前部）に配置された左右一対の遊動輪１０２・１０２と、該駆動輪１０１と該遊動輪１０２とに巻回されたクローラベルト１０３と、内燃機関であるエンジン６と、該エンジン６から出力された動力を直流電力に変換する直流発電機２と、該発電機２からダイレクトに供給された直流電力によって各駆動輪１０１を回転駆動する直流モータ４と、各モータ４の回転駆動を制止する電磁ブレーキ１１５と、該発電機２で発電された直流電力の一部が蓄電される蓄電池８と、該発電機２からの電力又は該蓄電池８からの電力を用いて動作するスタータ７等の電気機器と、該発電機２と該蓄電池８との間の電気的な接続を入り切りする電磁接触器９と、該エンジン６の出力回転数の増減に従って発電機２の界磁制御とモータ４の界磁制御とを行うコントローラ５と、を備え、前記蓄電池８には小型で小容量のものが用いられるとともに、ドライバやインバータ等の制御機器が不要な構成とされ、コストの低減が図られている。
【００１８】
発電機２からの出力線は、スタータ７と、蓄電池８と、左右一対の駆動輪１０１・１０１に取り付けられたモータ４・４と、電磁ブレーキ１１５・１１５と、に共通接続されており、該発電機２と該蓄電池８との間に、コントローラ５からのＯＮ／ＯＦＦ指令により開閉する電磁接触器９が介設され、該発電機２と各電磁ブレーキ１１５との間に、旋回操作やブレーキ操作に連動して開閉する開閉器１１６が介設されている。
【００１９】
詳述すると、発電機２からの出力線は分岐部１１１で二手に分岐し、一方は分岐部１１２に接続されて、他方は分岐部１１４に接続されている。分岐部１１２は一対の分岐部１１３・１１３に接続されて、各分岐部１１３はモータ４と電磁ブレーキ１１５とに接続され、該分岐部１１３と該電磁ブレーキ１１５との間に開閉器１１６が介設されている。また、分岐部１１４はスタータ７と蓄電池８とに接続されており、該分岐部１１４と該蓄電池８との間に電磁接触器９が介設されている。
【００２０】
蓄電池８は発電機２に直列に接続されて常時充電されるため、小型で小容量のものが使用されており、但し、電磁接触器９をＯＦＦにして蓄電池８と発電機２との間の電気的な接続を切り離して発電機２のみの電圧によりモータ４を駆動することも可能に構成されている。また、スタータ７と発電機２はスタータジェネレータとすることも可能である。
【００２１】
各駆動輪１０１・１０１に取り付けられた左右一対のモータ４・４は重量バランスとトルクバランスとを考えて配置されており、該一対のモータ４・４の電機子電圧は左右一定で後述する界磁電流により各モータ４・４が制御されるように構成されている。
【００２２】
＜発電機２によるモータダイレクトドライブシステム１の構成＞
図２は発電機２によるモータダイレクトドライブシステム１の構成を示す回路図であり、この発電機２によるモータダイレクトドライブシステム１は、エンジン６からの動力で直流電力を発電する直流発電機２と、該直流発電機２とダイレクトに接続された直流モータ４と、制御手段であるコントローラ５と、で構成され、電磁接触器９を介して小容量の蓄電池８が付設されている。
なお、この小容量の蓄電池８の替わりに、キャパシタ等の蓄電器を用いてもよい。
【００２３】
＜発電機２の構成＞
図２に示すように、発電機２は、スター結線された三相の固定子巻線２１・２１・２１と、該固定子巻線２１・２１・２１から発生した誘導電圧Ｅａｇを整流する整流回路２２と、該整流回路２２で整流された直流電圧（発電電圧）Ｖａｇを一定に保つように界磁制御を行うレギュレータ回路２３と、を備え、該固定子巻線２１・２１・２１と該整流回路２２とで直流発電部が構成され、該レギュレータ回路２３によって電圧制御部が構成されている。
【００２４】
整流回路２２は、正側直流母線２２８と、車両アースに接続されている負側直流母線２２９と、の間に介設されており、該整流回路２２は六個のダイオード２２１・２２１・・・で構成されて二個ずつを一組として三組のダイオード対が直流母線２２８・２２９間に並列に接続され、各組のダイオード対の間に前記固定子巻線２１・２１・２１が三相ブリッジ接続されている。
【００２５】
レギュレータ回路２３は、定電圧素子であるツェナダイオード２３１と、一対の検出抵抗２３２・２３３と、誤差増幅器であるオペアンプ２３４と、前記コントローラ５に接続されて基準電圧Ｖｒｅｆを供給する電源部２３０と、ＮＰＮ型トランジスタ２３５と、界磁電流Ｉｆｇが流れる界磁巻線２３６と、バッファとしての抵抗２３７と、を備え、これらの素子は、前記直流発電部の正側直流母線２２８に接続された正側直流母線２３８と、負側直流母線２２９に接続された負側直流母線２３９と、の間に介設されている。
【００２６】
詳述すると、直流母線２３８・２３９間には、ツェナダイオード２３１と、一対の検出抵抗２３２・２３３から成る抵抗対と、が並列に接続されており、負側直流母線２３９の中途部には電源部２３０のマイナス端子が接続されて、負側整流母線２３９の電流方向下流側から上流側に向けて（正側整流母線２３８の電流方向上流側から下流側に向けて）、ツェナダイオード２３１、検出抵抗２３２・２３３、電源部２３０の順に配置されている。負側直流母線２３９は車両アースに接続されていて、電源部２３０のマイナス端子は略０（Ｖ）の定電圧Ｖｏｆｆｓｅｔにオフセットされており、該電源部２３０のプラス端子はオペアンプ２３４のプラス端子に接続されて、該オペアンプ２３４のマイナス端子は一対の検出抵抗２３２・２３３の間に接続され、該オペアンプ２３４の出力端子はトランジスタ２３５のベース端子に接続されている。また、正側直流母線２３８の電流方向下流側端部には界磁巻線２３６の一端が接続されて、負側直流母線２３９の電流方向上流側端部には抵抗２３７の一端が接続されており、該界磁巻線２３６の他端はトランジスタ２３５のコレクタ端子に接続されて、該抵抗２３７の他端はトランジスタ２３５のコレクタ端子に接続されている。
【００２７】
以上のように直流発電機２が構成されており、固定子巻線２１・２１・２１では発電機２の回転速度ωｇに応じた誘起電圧Ｅａｇが発生して、整流回路２２では該誘起電圧Ｅａｇを整流して直流電圧（発電電圧）Ｖａｇを出力する。
ここで、整流回路２２から出力される直流電流（発電電流）をＩａｇ、発電機２内の電気抵抗をＲａｇとすると、発電電圧Ｖａｇは次式（ｇ１）で表わされ、発電機定数をｐｇＭｇ（ｐｇ：発電機２の極対数、Ｍｇ：固定子巻線２１・２１・２１と界磁巻線２３６との相互誘導係数）、レギュレータ回路２３の界磁巻線２３６に流れる発電機界磁電流をＩｆｇとすると、誘起電圧Ｅａｇは次式（ｇ２）で表わされて、次式（ｇ２）を次式（ｇ１）に代入すると、発電電圧Ｖａｇは次式（ｇ３）で表わされる。また、発電機２の駆動トルクＴｇについては次式（ｇ４）で表わされる。
【００２８】
【数１】
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【００２９】
上式（ｇ３）で示すように、発電機２の発電電圧Ｖａｇは、発電機２の回転速度ωｇ、又は／及び界磁巻線２３６に流れる発電機界磁電流Ｉｆｇを調整することで制御することができ、上式（ｇ３）のＲａｇＩａｇは発電電圧Ｖａｇによって決まる値で、発電機２の回転速度ωｇを大きくすればするほど、発電電圧Ｖａｇを大きくすることができ、また、発電機界磁電流Ｉｆｇを大きくすればするほど、発電電圧Ｖａｇを大きくすることができる。そして、図３に示すように、この発電電圧Ｖａｇは発電機２の回転速度ωｇが所定の回転速度を越えると、一定の電圧（最大発電電圧）となり、所定の回転速度以上では定電圧制御となる。
【００３０】
この発電機２の界磁制御は、発電機２の回転速度ωｇが発電電圧Ｖａｇが最大電圧に達する所定回転速度よりも低い低回転域において、発電機界磁電流Ｉｆｇを増加させることにより発電電圧Ｖａｇを増加させるように構成されている。
【００３１】
また、上式（ｇ４）で示すように、発電機２の駆動トルクＴｇも、発電機２の回転速度ωｇ、又は／及び発電機界磁電流Ｉｆｇを調整することで制御することができ、トルクが必要ない場合は、発電機界磁電流Ｉｆｇを小さくするように制御してやればよい。
【００３２】
レギュレータ回路２３は、蓄電池８を蓄電するときに発生する蓄電負荷、トルク負荷に従って、界磁巻線２３６に流れる発電機界磁電流Ｉｆｇを自動的に調整することにより、発電電圧Ｖａｇを常に安定した電圧で供給するように構成されている。コントローラ５では、蓄電負荷、トルク負荷に基づき、ＰＷＭ制御（又はアナログ出力制御）を行って電源部２３０から出力される基準電圧Ｖｒｅｆを変化させており、これにより発電機界磁電流Ｉｆｇを変化させて発電機２の発電電圧Ｖａｇ、及びモータ４の回転速度ωｍを制御している。
【００３３】
以上のような電気回路で構成されたレギュレータ回路２３は、発電機２内に付設されており、該レギュレータ回路２３は発電機２の界磁制御を行う制御手段として構成されている。なお、この発電機２の界磁制御は、上記のハードウェアの替わりに制御ロジックでソフトウェアにより行うように構成してもよい。
【００３４】
このレギュレータ回路２３の回路動作について説明すると、作業負荷や走行負荷により発電機２の発電電圧Ｖａｇが減少した場合（蓄電池８の蓄電容量減、モータ４の駆動トルク要求大）は、発電電圧Ｖａｇの分圧が基準電圧Ｖｒｅｆとの差が大きくなるため発電機界磁電流Ｉｆｇは多くなり、発電電圧Ｖａｇが目標値である基準電圧Ｖｒｅｆに追従し定電圧を保つように構成されている。これにより、蓄電池８へ蓄電池電流（蓄電池８へ供給される場合は充電電流、蓄電池８から供給される場合は放電電流）Ｉｂあるいはモータ４へ電機子電流Ｉａｍが供給されてモータ４の電機子電圧Ｖａｍは上昇し、負荷が大きくなっても一定電圧が供給される。
【００３５】
逆に、発電電圧Ｖａｇが増加した場合（蓄電池８の蓄電容量満、モータ４の駆動トルク要求小）、発電電圧Ｖａｇの分圧が基準電圧Ｖｒｅｆよりも大きくなるため発電機界磁電流Ｉｆｇは小さくなり発電電圧Ｖａｇを抑制する。その結果、発電電圧Ｖａｇが一定となり、蓄電負荷やモータ４の駆動トルクＴｍの上昇を押さえることができる、一定電圧となる。従って、この基準電圧ＶｒｅｆをＰＷＭ制御（又はアナログ出力制御）することにより発電機２の発電電圧Ｖａｇの制御、及びモータ４の調速制御が可能となるのである。
【００３６】
発電機２で過回転が発生した場合は、発電機２の回転速度ωｇに応じて発電電圧Ｖａｇが上昇し電気機器の誤作動や破壊を引き起こす可能性が高い。この場合、発電電圧Ｖａｇの上昇の傾きに比例した電圧指令をレギュレータ回路２３の基準電圧Ｖｒｅｆに出力させることで発電機界磁電流Ｉｆｇをほとんど流さなくして急激な発電電圧Ｖａｇの上昇を防ぐ。
【００３７】
逆に、発電機２の回転速度ωｇがダウンを引き起こす場合は（通常はレギュレータ回路２３の制御が利いているが、それでも無理な場合）、エンジン６の燃料噴射制御を実施し、発電機２の回転速度ωｇを上昇させる。または（補えない場合も同様）蓄電池８によるアシストを利用して、モータ４の駆動トルクＴｍを確保する。
【００３８】
＜モータ４の構成＞
図２に示すように、モータ４は、発電機２にダイレクトに接続された電機子側と、コントローラ５に接続された固定子側と、から成り、該電機子側は前記レギュレータ回路２３の正側直流母線２３８からの出力線と負側直流母線４９からの出力線との間に介設されている。
【００３９】
電機子側において、符号４１は電機子、符号４２は電機子巻線、符号４３は電機子巻線抵抗であり、該電機子４１は発電機２からダイレクトに供給された直流電力によって回転し、回転時には逆起電力Ｅａｍが発生する。
また、固定子側において、符号４６は固定子巻線、符号４７は固定子巻線抵抗、符号５１は増幅器、符号５２はトランジスタ等で構成されたスイッチング素子であり、該増幅器５１と該スイッチング素子５２とはコントローラ５に内蔵されている。
【００４０】
界磁巻線である固定子巻線４６に流れるモータ界磁電流Ｉｆｍの制御は、コントローラ５から増幅器５１を介して出力される出力電圧を変化させることにより行われ、該コントローラ５では、ＰＷＭ制御（又はアナログ出力制御）を行って増幅器５１を介して出力される出力電圧を変化させて、これによりモータ界磁電流Ｉｆｍを変化させてモータ４の回転速度ωｍを制御するように構成されている。
【００４１】
以上のように、モータ４が構成されており、該モータ４へは発電機２からダイレクトに電力が供給されて、該モータ４の電機子電圧Ｖａｍは発電機２からの発電電圧Ｖａｇと等しくなっている（Ｖａｍ＝Ｖａｇ）。
ここで、モータ４の電機子側に供給される直流電流（電機子電流）をＩａｍ、電機子巻線抵抗４３の電気抵抗をＲａｍとすると、モータ４の電機子電圧Ｖａｍは次式（ｍ１）で表わされ、モータ４の直流機定数をｐｍＭｍ（ｐｍ：モータ４の極対数、Ｍｍ：電機子巻線４３と界磁巻線である固定子巻線４６との相互誘導係数）、固定子巻線４６に流れるモータ界磁電流をＩｆｍとすると、逆起電力Ｅａｍは次式（ｍ２）で表わされて、モータ４の回転速度ωｍは次式（ｍ１）、（ｍ２）より次式（ｍ３）で表わされる。また、モータ４の駆動トルクＴｍについては次式（ｍ４）で表わされる。
【００４２】
【数２】
2006197780.tif 000004
【００４３】
上式（ｍ３）で示すように、モータ４の回転速度ωｍは、モータ４の電機子電圧Ｖａｍ、又は／及びモータ界磁電流Ｉｆｍを調整することによって制御することができ、上式（ｍ３）のＲａｍＩａｍは発電電圧Ｖａｇ（＝Ｖａｍ）よって決まる値で、電機子電圧Ｖａｍを高く、モータ界磁電流Ｉｆｍを小さくすればするほど、モータの回転速度ωｍは上昇する。
【００４４】
そして、図４に示すように、モータ４の回転速度ωｍが所定の回転速度に達するまでは、モータ界磁電流Ｉｆｍを一定の条件の下で電圧制御を行い、この低速回転域（モータ４の回転速度ωｍが所定の回転速度に達するまでの回転域）では、発電電圧Ｖａｇを大きくするほど、モータ４の回転速度ωｍは大きくなる。そして、発電電圧Ｖａｇが発電可能な最大発電電圧（磁気飽和や蓄電池電圧）に達すると、発電電圧Ｖａｇが一定の条件の下で界磁制御を行い、この高速回転域（モータ４の回転速度ωｍが所定の回転速度以上となる回転域）では、モータ界磁電流Ｉｆｍを小さくするほど、モータ４の回転速度ωｍは大きくなる。
【００４５】
このモータ４の界磁制御は、モータ４の回転速度ωｍが電機子電圧Ｖａｍ（＝Ｖａｇ）が最大電圧に達する所定回転速度よりも高い高回転域において、電機子電圧Ｖａｍが最大電圧に達して一定の下、モータ界磁電流Ｉｆｍを減少させることによりモータ４の回転速度ωｍを増加させるように構成されている。
【００４６】
また、上式（ｍ４）で示すように、モータ４の駆動トルクＴｍも、モータ４の電機子電圧Ｖａｍ、又は／及びモータ界磁電流Ｉｆｍを調整することで制御することができ、トルクが必要ない場合は、モータ界磁電流Ｉｆｍを小さくしてやればよい。
【００４７】
＜蓄電池８の構成＞
図２に示すように、蓄電池８と発電機２との間にはスイッチ手段である電磁接触器９が介設されており、該電磁接触器９がＯＮの状態に切り換わったときに、発電機２で発電した直流電力の一部が蓄電池８へ供給されるように構成されている。
【００４８】
電磁接触器９がＯＮの状態のときに、発電機２の直流発電部から蓄電池８へ供給される直流電流（蓄電池電流）をＩｂ、蓄電池８の電圧（蓄電池電圧）をＶｂとすると、該蓄電池電流Ｉｂは、該蓄電池電圧Ｖｂと前記発電機２の発電電圧Ｖａｇと前記発電機２内の電気抵抗Ｒａｇとを用いて次式（ｂ１）で表わされ、発電機２の直流発電部からレギュレータ回路２３側へ供給される直流電流（発電出力電流）をＩａとすると、該発電出力電流Ｉａは、該発電電圧Ｖａｇと該電気抵抗Ｒａｇと前記モータ４の電機子巻線抵抗４３の電気抵抗Ｒａｍとを用いて次式（ｂ２）で表わされる。また、キルヒホッフの第１法則より、前記発電出力電流Ｉａと前記蓄電池電流Ｉｂと前記発電電流Ｉａｇと、の間には次式（ｂ３）の関係が成立し、前記供給電流Ｉａと前記発電機界磁電流Ｉｆｇと前記電機子電流Ｉａｍ、との間には次式（ｂ４）の関係が成立する。
【００４９】
【数３】
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【００５０】
＜コントローラ５の構成＞
図２に示すように、制御手段であるコントローラ５には、エンジン６の回転速度を調節するレギュレータレバー（アクセル）の操作位置を検出するアクセルセンサ５４、エンジン６の回転速度を検出するエンジン回転センサ５５、モータ４の回転速度ωｍを検出するモータ回転センサ５６、エンジン６の燃料噴射量を調整する燃料調整器のラック位置を検出するラック位置センサ５７、該燃料調整器のラック位置を調整する電磁式のアクチュエータ５８などの制御機器が通信接続されており、該コントローラ５は運転者のレギュレータレバーの操作量の増減に従い、必要トルクの演算、エンジン６の燃料噴射制御、それに伴う発電機２における発電機界磁電流Ｉｆｇの制御、発電電圧Ｖａｇによるモータ４の界磁制御（回転速度制御）、その他蓄電池８の管理、トラクションコントロール、クラッチ切換などの制御を行っている。
【００５１】
まず、エンジン６の回転速度制御について説明すると、図５に示すように、モータ回転センサ５６によって現在のモータ４の回転速度である実回転速度が検出されており（ステップＳ１）、運転手によって操作手段であるレギュレータレバーが操作されてアクセルセンサ５４により該レギュレータレバーの操作位置が検出されると（ステップＳ２）、モータ４の目標回転速度が演算されて（ステップＳ３）、該モータ４の目標回転速度と前記モータ４の実回転速度との偏差（〔目標回転速度〕−〔実回転速度〕）が求められる（ステップＳ４）。この偏差に基づき発電機２の目標発電電圧が演算されて（ステップＳ５）、該目標発電電圧はリミッタを通って上下限値が制限されて発電電圧出力可能最大値と最小発電電圧値とが生成され（ステップＳ６）、これに基づきエンジン６の目標回転速度が演算される（ステップＳ７）。
【００５２】
また、エンジン回転センサ５５によって現在のエンジン６の回転速度である実回転速度が検出されており（ステップＳ８）、前記エンジン６の目標回転速度とこのエンジン６の実回転速度との偏差（〔目標回転速度〕−〔実回転速度〕）が求められる（ステップＳ１０）。なお、電磁接触器９がＯＮとなって発電機２と蓄電池８とが電気的に接続された状態となり、蓄電池管理要求トルクが発生して発電機２にモータ４以外に蓄電池８による負荷が掛かっている場合は（ステップＳ９）、前記偏差に該負荷による電流補正が行われる（ステップＳ１０）。
【００５３】
そして、この偏差に基づきエンジン６の燃料調整器のラックの目標調整位置が演算されて（ステップＳ１１）、該ラックの目標調整位置にレベル合わせのための定数Ｃ１が乗算された目標制御値と、後述のステップＳ１６で前記ラック位置センサ５７によって検出されている現在のラックの調整位置（実調整位置）にレベル合わせのための定数Ｅ２が乗算された実制御値との偏差（〔目標制御値〕−〔実制御値〕）が求められる（ステップＳ１２）。そして、この偏差はＰＩ制御器によってＰＩ（比例積分）制御演算が行われて（ステップＳ１３）、リミッタを通りその上下限値が制限されてＰＩ制御値として生成される（ステップＳ１４）。このＰＩ制御値に基づき前記アクチュエータ５８に通電する電流値が求められて、該アクチュエータ５８が該電流値に応じて作動され、燃料調整器のラック位置が調整されるとともに（ステップＳ１５）、ラック位置センサ５７によって現在のラックの調整位置（実調整位置）が検出され（ステップＳ１６）、該ラックの実調整位置に応じて燃料噴射量が調整されている。
【００５４】
以上のように、ステップＳ８からステップＳ１５のループに従ってエンジン６の回転速度がフィードバック制御されており、ステップＳ１２からステップＳ１４、ステップＳ１６のループに従ってエンジン６の燃料調整器のラック位置がフィードバック制御されている。
【００５５】
次に、発電機２の界磁電流制御であるが、前記ステップＳ６で演算された発電機２の目標発電電力に基づき、発電機２から発電電圧Ｖａｇが出力されており（ステップＳ１７）、また、コントローラ５によりレギュレータ回路２３の電源部２３０の基準電圧はＶｒｅｆに設定されていて（ステップＳ１８）、この基準電圧Ｖｒｅｆと発電電圧Ｖａｇにレベル合わせのための定数（分圧）Ｅ３が乗算された出力電圧との偏差（〔基準電圧〕−〔出力電圧〕）が求められる（ステップＳ１９）。そして、この偏差はＰＩ制御器によってＰＩ（比例積分）制御演算が行われて（ステップＳ２０）、リミッタを通りその上下限値が制限されてＰＩ制御値として生成され（ステップＳ２１）、該ＰＩ制御値と定数（最低限度値）Ｅ４とが比較器で比較されて大きい方が発電機界磁電流Ｉｆｇとして出力され（ステップＳ２２）、こうして発電機界磁電流Ｉｆｇが生成される（ステップＳ２３）。
【００５６】
なお、その他ソフトウェアで制御を行う場合、発電電圧Ｖａｇが基準電圧Ｖｒｅｆよりも大きいときに、発電機界磁電流Ｉｆｇを減少させて発電機２の回転速度ωｇを下降させ、発電電圧Ｖａｇが基準電圧Ｖｒｅｆ以下のときに、発電機界磁電流Ｉｆｇを増加させて発電機２の回転速度ωｇを上昇させるように制御ロジックを組むこともできる。
【００５７】
また、モータ４の界磁電流制御であるが、前記ステップＳ３で演算されたモータ４の目標回転速度に基づき、モータ４の固定子側でモータ界磁電流Ｉｆｍが生成され（ステップＳ２４）、発電電圧Ｖａｇが一定となる領域（図４における右半分の高速回転領域）で、このモータ界磁電流Ｉｆｍを制御することにより、モータ４の駆動トルクＴｍを増減させ、モータ４の回転速度ωｍを増減させることができるように構成されている。
【００５８】
図６はモータ４の駆動トルクＴｍが生成されるまでの制御ロジックであり、前記エンジン６の回転速度制御に基づき、発電機２からは発電電流Ｉａｇが出力され（ステップＴ１）、前記発電機２の界磁電流制御に基づき、発電機２のレギュレータ回路２３では発電機界磁電流Ｉｆｇが生成され（ステップＴ２）、また、前記電磁接触器９がＯＮとなって蓄電池８へ蓄電池電流Ｉｂが供給されている場合（ステップＴ３）、モータ４に供給される電機子電流Ｉａｍは前記式（ｂ３）、（ｂ４）よりＩａｍ＝Ｉａｇ−Ｉｆｇ−Ｉｂとなり（ステップＴ４）、これらの電流Ｉａｇ、Ｉｆｇ、Ｉｂを用いて電機子電流Ｉａｍが求められる（ステップＴ５）。
【００５９】
また、前記モータ４の界磁電流制御に基づき、モータ４の固定子側ではモータ界磁電流Ｉｆｍが生成されており（ステップＴ６）、このモータ界磁電流Ｉｆｍに前記モータ４の直流機定数ｐｍＭｍが乗算され（ステップＴ７）、そして、この乗算結果ｐｍＭｍＩｆｍと前記ステップＴ５の電機子電流Ｉａｍとが乗算されて（ステップＴ８）、モータ４の駆動トルクの第１の試算値Ｔｍ１がＴｍ１＝ｐｍＭｍＩａｍＩｆｍとして算出される（前記式（ｍ４）参照）。
【００６０】
また一方、前記エンジン６の回転速度制御に基づいて、発電機２は回転速度ωｇで回転駆動しており（ステップＴ９）、前記ステップＴ２で生成された発電機界磁電流Ｉｆｇに前記発電機定数ｐｇＭｇが乗算され（ステップＴ１０）、そして、この乗算結果ｐｇＭｇＩｆｇに発電機２の回転速度ωｇが乗算されて（ステップＴ１１）、誘起電圧Ｅａｇ（前記式（ｇ２）参照）が生成される（ステップＴ１２）。
【００６１】
そして、前記ステップＴ１で生成された発電機２からの発電電流Ｉａｇに前記発電機２内の電気抵抗Ｒａｇが乗算され（ステップＴ１３）、この乗算結果ＲａｇＩａｇに前記ステップＴ１２で生成された誘起電圧Ｅａｇが加算されて（ステップＴ１４）、発電電圧Ｖａｇ（前記式（ｇ１）参照）が生成される（ステップＴ１５）。
【００６２】
この発電電圧Ｖａｇはモータ４の電機子電圧Ｖａｍと等しく、前記ステップＴ１５で生成された電圧Ｖａｍ（Ｖａｍ＝Ｖａｇ）は、リミッタを通ってその上下限値が制限される（ステップＴ１６）。また、前記ステップＴ５で生成された電機子電流Ｉａｍに電機子巻線抵抗４３の電気抵抗Ｒａｍが乗算されて（ステップＴ１７）、この乗算結果ＲａｍＩａｍは前記ステップＴ１６でリミッタを通過した電圧Ｖａｍから減算され（ステップＴ１８）、そして、この減算結果Ｖａｍ−ＲａｍＩａｍは前記ステップＴ７の乗算結果ｐｍＭｍＩｆｍで除算されて（ステップＴ１９）、モータ４の回転速度ωｍ（前記式（ｍ３）参照）が算出される（ステップＴ２０）。
【００６３】
そうして、このモータ４の回転速度ωｍに前記ステップＴ７での乗算結果ｐｍＭｍＩｆｍが乗算されて（ステップＴ２１）、この乗算結果ｐｍＭｍωｍＩｆｍが前記ステップＴ１６でリミッタを通過した電圧Ｖａｍから減算される（ステップＴ２２）。さらに、この減算結果Ｖａｍ−ｐｍＭｍωｍＩｆｍに前記ステップＴ７での乗算結果ｐｍＭｍＩｆｍが乗算され（ステップＴ２３）、そして、この乗算結果ｐｍＭｍＩｆｍ（Ｖａｍ−ｐｍＭｍωｍＩｆｍ）が電機子巻線抵抗４３の電気抵抗Ｒａｍで除算されて（ステップＴ２４）、モータ４の駆動トルクの第２の試算値Ｔｍ２がＴｍ２＝ｐｍＭｍＩｆｍ（Ｖａｍ−ｐｍＭｍωｍＩｆｍ）／Ｒａｍとして算出される（前記式（ｍ４）参照）。
【００６４】
そして、この第２の試算値Ｔｍ２と前記ステップＴ８で生成された第１の試算値Ｔｍ１との大きさが比較されて大きい方が出力され（ステップＴ２５）、この出力値がモータ４の駆動トルクＴｍとして採用される（ステップＴ２６）。
【００６５】
以上のような制御ロジックに従ってモータ４の駆動トルクＴｍが求められており、運転条件及びモータ４の回転速度ωｍに基づき発電機２での必要発電量及びエンジン６からの出力を算出して（〔エンジントルク〕−〔必要発電トルク〕）の余剰トルクから、超過した場合は発電機２によって消費されるトルクを発電電圧Ｖａｇとエンジン６の回転速度の制御により制限する。不足分は、コントローラ５によりモータ界磁電流Ｉｆｍを制御することで補正を行うように構成されている。
【００６６】
＜発電機２によるモータダイレクトドライブシステム１の動作＞
図７から図９は発電機２によるモータダイレクトドライブシステム１を備えた走行車両１１（又は１２、１３、１４、１５）の動作モードを示す一覧表であり、図７に示す表の右端の番号は図９に示す表の左端の番号に対応する。
【００６７】
まず、走行車両１１（又は１２、１３、１４、１５）が停止状態から加速する場合（図７の番号Ａ１、Ａ２の通常走行モード）について説明する。
走行車両１１（又は１２、１３、１４、１５）が停止状態から加速する場合、電磁接触器９はＯＦＦとして発電機２と蓄電池８との間の電気的な接続は切っておき（バッテリーレス状態）、レギュレータレバーを操作する。このレギュレータレバーの操作量の増加に応じてアクチュエータ５８の作動量が増加し、これによりエンジン６の回転速度が上昇して、発電機２の回転速度ωｇが上昇する（図３のグラフ左半分の低回転域参照）。このときエンジン６に掛かる負荷は、走行負荷のみで作業負荷はなく、軽負荷となっており、起動後は操作手段であるレギュレータレバーの操作によりエンジン回転が決定され（図５参照）、その回転速度及び発電機界磁電流Ｉｆｇに従った発電電圧Ｖａｇが出力され、モータ４の回転が制御される（最大トルクのトルク一定制御）。
【００６８】
発電機２はエンジン調速により電圧制御が行われており、界磁制御によりレギュレータ回路２３に流れる発電機界磁電流Ｉｆｇを一定にしてこの状態で発電機２の回転速度ωｇの増加に伴い発電電圧Ｖａｇを上昇させて、モータ４の電機子電圧Ｖａｍ（＝Ｖａｇ）を増加させる（図７の番号Ａ１の通常走行モード）。この発電機界磁電流Ｉｆｇはレギュレータ回路２３の基準電圧Ｖｒｅｆを制御することにより一定となるように制御されており、オペアンプ２３４のマイナス端子からの入力がプラス端子からの入力の基準電圧Ｖｒｅｆよりも高くなった場合は常に一定出力する回路となるように構成されている。
【００６９】
また、走行車両１１（又は１２、１３、１４、１５）を急速に加速する場合は、界磁制御によりレギュレータ回路２３に流れる発電機界磁電流Ｉｆｇを増加させるとともに、発電機２の回転速度ωｇを増加させ、これにより発電電圧Ｖａｇを急上昇させて、モータ４の電機子電圧Ｖａｍ（＝Ｖａｇ）を急激に増加（大増）させて、急加速が行われる（図７の番号Ａ２の通常走行モード）。
【００７０】
このときモータ４はモータ界磁電流Ｉｆｍを一定にして電圧制御が行われ（図４のグラフ左半分の低回転域、及び図８の番号Ｂ１又はＢ２の通常走行モード参照）、モータ４の回転速度ωｍが所定の回転速度以上となって図４のグラフ右半分の高回転域（発電電圧一定領域）に進入すると、界磁制御によりモータ界磁電流Ｉｆｍを減少させて、モータ４の回転速度ωｍを増加させる。なお、モータ４の駆動トルクＴｍは図４のグラフ左半分の低回転域（界磁電流Ｉｆｍ一定領域）では最大トルクとなり、図４のグラフ右半分の高回転域（電圧一定領域）に進入すると、次第に減少する。
【００７１】
走行車両１１（又は１２、１３、１４、１５）が停止状態から加速する時には、基準電圧Ｖｒｅｆは必要であるが、電磁接触器９がＯＮとなって発電機２と蓄電池８との間が電気的に接続されていると、発電電圧Ｖａｇが一定となってモータ４の電機子電圧Ｖａｍが定電圧となるため、モータ４の速度制御ができない（但し、ギア比によりアイドル回転をほぼ回転数ゼロとしてもよい。停止の時は発電電圧Ｖａｇをゼロに制御する）。
【００７２】
このため、蓄電池８はモータ４の電圧制御が必要な低回転域では、電磁接触器９をＯＦＦにして発電機２と蓄電池８の間の電気的な接続が切り離され、これによりモータ４の速度制御を可能にするとともに、蓄電池８での蓄電による効率低下を防止している。この蓄電池８が接続されないバッテリーレス状態の場合、発電電圧Ｖａｇは出力されるが発電電流Ｉａｇは必要分しか流れないので低損失であり、しかも、蓄電池８に負荷がかからない分、エンジン負荷は楽になり加負荷時の発電電圧Ｖａｇの変動もない。
【００７３】
図１０は電磁接触器９がＯＮとなって発電機２と蓄電池８の間が電気的に接続されている状態（バッテリー接続状態）で走行負荷が掛かったときの様子を示すグラフであり、図１１は電磁接触器９がＯＦＦとなって発電機２と蓄電池８の間が電気的な接続が切り離されている状態（バッテリーレス状態）で走行負荷が掛かったときの様子を示すグラフである。なお、図１０（ｂ）において、電機子電流Ｉａｍは発電出力電流Ｉａと略等しくなり、そのグラフを省略する。
【００７４】
走行車両１１（又は１２、１３、１４、１５）が走行を開始し、また旋回操作がなされるなどして走行負荷が掛かったときには、バッテリー接続状態ではエンジン６の回転速度がｒ１降下し、バッテリーレス状態ではエンジン６の回転速度がｒ２（ｒ２＞ｒ１）降下する。バッテリーレス状態では、蓄電池８による負荷がない分、走行負荷による影響が相対的に大きくなるため、バッテリー接続状態よりもエンジン６の回転速度が降下する割合が大きくなる。
【００７５】
また、走行負荷が掛かったとき、バッテリー接続状態では、発電電圧Ｖａｇが約Ｖ０から約Ｖ０−αに電圧降下を引き起こしてその後脈動するが（図１０（ｃ）参照）、バッテリーレス状態では、蓄電池８による負荷がないのでエンジン負荷が相対的に軽くなり、発電電圧Ｖａｇが電圧降下を引き起こし難くなる。
【００７６】
そうして、走行車両１１（又は１２、１３、１４、１５）が加速を終えて一定速度での運転にはいった後、蓄電池８の蓄電量が少ない場合、所定量以下に減少している場合は、電磁接触器９がＯＮにされて発電機２と蓄電池８の間が電気的に接続され、これにより発電機２から蓄電池８へ向けて蓄電池電流Ｉｂが流されて、蓄電池８が充電される。
【００７７】
なお、電磁接触器９を入り切りして発電機２と蓄電池８との間の電気的な接続を入り切りする際は、発電電圧Ｖａｇと蓄電池電圧Ｖｂとの間に電位差があると大電流が流れてサージノイズの発生があるため（図１２参照）、蓄電池電流Ｉｂ（＝Ｉａｇ−Ｉａｍ−Ｉｆｇ）が数アンペア（発電電流Ｉａｇが走行負荷のみに使用されていてＩａｇ≒Ｉａｍの状態）のときに電磁接触器９が切り換えられるように構成されている（図１３参照）。
【００７８】
次に、走行車両１１（又は１２、１３、１４、１５）が一定走行する場合（図７の番号Ａ３の過充電防止モード、番号Ａ４の停止・通常走行モード）について説明する。
図７の番号Ａ４の停止・通常走行モードでは、バッテリーレス状態、バッテリー接続状態のどちらの状態でもよく、この停止・通常走行モードではエンジン６に掛かる負荷は、走行負荷のみで作業負荷はなく軽負荷となっており、操作手段であるレギュレータレバーは一定位置に保たれて、アクチュエータ５８が一定に保たれ、これによりエンジン６の回転速度及び発電機２の回転速度ωｇが一定の回転速度に保たれている。
【００７９】
そして、この状態で、レギュレータ回路２３による界磁制御（基準電圧Ｖｒｅｆが一定）で発電電圧Ｖａｇが一定に制御され（図３のグラフ右半分の高回転域参照）、この結果、モータ４の電機子電圧Ｖａｍも一定に制御される。このときモータ４は、図８の番号Ｂ４からＢ６の停止・通常走行モードに示すように、コントローラ５によりトルク要求、モータ４の回転速度ωｍに応じて界磁制御が行われる（図４のグラフ右半分の電圧一定・界磁制御域参照）。
【００８０】
番号Ｂ６は走行車両１１（又は１２、１３、１４、１５）を一定速度で走行させるためのモードであり、コントローラ５によりモータ界磁電流Ｉｆｍを一定に制御することで、モータ４の回転速度ωｍを一定に保つとともに、駆動トルクＴｍを一定に保って、走行車両１１（又は１２、１３、１４、１５）を一定速度で走行させるように構成されている。
【００８１】
番号Ｂ４は走行車両１１（又は１２、１３、１４、１５）を停止させるためのモードであり、コントローラ５によりモータ界磁電流Ｉｆｍを減少させることで（弱め界磁制御）、モータ４の回転速度ωｍを増加させるとともに、駆動トルクＴｍを一定値（最大トルク）から減少させていって、走行車両１１（又は１２、１３、１４、１５）を停止させるように構成されている。
【００８２】
番号Ｂ５はトルクが要求された場合、走行車両１１（又は１２、１３、１４、１５）に走行負荷に加えて作業負荷が掛かった場合に、トルク不足を解消するためのモードであり、コントローラ５によりモータ界磁電流Ｉｆｍを増加させることで（強め界磁制御）、モータ４の回転速度ωｍを減少させるとともに、駆動トルクＴｍを増加させていって一定値（最大トルク）に保ち、トルク不足の解消を図るように構成されている。
【００８３】
また、図７の番号Ａ３の過充電防止モードでは、モータ４の電機子４１に流れる電機子電流Ｉａｍは負荷により自動調整され、蓄電池８が満充電でトルク要求も少ない場合は流れる電流Ｉｂが抑制されるため過電圧・過充電防止となり蓄電池８の劣化や破壊防止に対して有効である。
【００８４】
この過充電防止モードでトルク要求が発生した場合、レギュレータレバーの操作量を増加させて、このレギュレータレバーの操作量の増加に応じてアクチュエータ５８の作動量を増加させ、これによりエンジン６の回転速度及び発電機２の回転速度ωｇを増加させる。このときレギュレータ回路２３による界磁制御で発電機界磁電流Ｉｆｇを減少させていって、発電電圧Ｖａｇが一定になるように制御され（図４のグラフ右半分の電圧一定・界磁制御域、前記式（ｇ３）参照）、モータ４の電機子電圧Ｖａｍが一定に制御される。
【００８５】
次に、走行車両１１（又は１２、１３、１４、１５）の発電機２に加負荷（蓄電負荷、トルク負荷）が掛かる場合（図７の番号Ａ５、Ａ６の加負荷時モード）について説明する。
レギュレータ回路２３による電圧一定制御の場合は（図４のグラフ右半分の電圧一定・界磁制御域参照）、負荷（蓄電容量、モータトルク）に応じモータ界磁電流Ｉｆｍが自動的に制御される。基本的には、負荷が掛かるとモータ４の回転速度ωｍが下がり駆動トルクＴｍが増す方向へ動く（図７の番号Ａ５の加負荷時モード、図８の番号Ｂ７の加負荷時モード参照）。
【００８６】
また、モータ４の電機子電圧Ｖａｍを上げることによって電機子電流Ｉａｍを多く流して駆動トルクＴｍをアップしたり、回転速度ωｍがダウンした分をエンジン６の燃料噴射制御によって補正したりする。負荷がある場合は、発電機２の回転速度ωｇが下がるため発電機界磁電流Ｉｆｇはあまり上昇せず、発電電圧Ｖａｇは下がる（モータの回転速度ωｇも下がる）が、電機子電流Ｉａｍは流れるため駆動トルクＴｍは大きくなる（図７の番号Ａ６の加負荷時モード、図８の番号Ｂ８の加負荷時モード参照）。
【００８７】
また、作業負荷がかかる場合は、蓄電池８によりエンジン２（軽負荷での運転が可能）とモータ４をアシストするように構成される。その際、瞬時に大電流出力可能な電気二重層キャパシタを適用しトルク不足を補うことも可能である。
【００８８】
次に、走行車両１１（又は１２、１３、１４、１５）が減速する場合（図７の番号Ａ８、Ａ９の減速時モード）について説明する。
走行車両１１（又は１２、１３、１４、１５）を減速させる場合、レギュレータレバーの操作量を減少させて、このレギュレータレバーの操作量の減少に応じてアクチュエータ５８の作動量を減少させ、これによりエンジン６の回転速度及び発電機２の回転速度ωｇを減少させる。このときレギュレータ回路２３による界磁制御で発電機界磁電流Ｉｆｇを一定に制御して、発電機２の回転速度ωｇの減少に伴い発電電圧Ｖａｇを減少させ、モータ４の電機子電圧Ｖａｍを減少させる（図７の番号Ａ８の減速時モード、図８の番号Ｂ９、Ｂ１０、Ｂ１１の減速時モード）。あるいは、レギュレータ回路２３による界磁制御で発電機界磁電流Ｉｆｇを減少させていって、発電電圧Ｖａｇを大きく減少（大減）させて、モータ４の電機子電圧Ｖａｍを減少させる（図７の番号Ａ９の減速時モード、図８の番号Ｂ９の減速時モード）。
【００８９】
図４のグラフ右半分の一定電圧領域ではモータ４の駆動トルクＴｍは上がりながらモータ４の回転速度ωｍが減少し、図４のグラフ左半分の界磁一定領域では駆動トルクＴｍは一定（最大トルク）でモータ４の回転速度ωｍが減少して、低回転で高トルクであるモータ４の特性を生かすことができる。このモータ界磁電流Ｉｆｍが一定に制御される界磁一定領域では発電電圧Ｖａｇに従って、モータの回転速度ωｍが減少する。
【００９０】
＜発電機２によるモータダイレクトドライブシステム１を備えた走行車両の別実施例＞
まず、本発明に係る発電機２によるモータダイレクトドライブシステム１を備えたクローラ式走行車両１２の第２実施例について説明する。
図１４に示すように、この第２実施例に係るクローラ式走行車両１２は、車両本体の前部（又は後部）に配置された左右一対の駆動輪１０１・１０１と、車両本体の後部（又は前部）に配置された左右一対の遊動輪１０２・１０２と、該駆動輪１０１と該遊動輪１０２とに巻回されたクローラベルト１０３と、内燃機関であるエンジン６と、該エンジン６から出力された動力を左右の駆動輪１０１・１０１に伝達するディファレンシャルギア１２５と、該エンジン６から出力された動力の一部を直流電力に変換する直流発電機２と、該発電機２からダイレクトに供給された直流電力によって各駆動輪１０１の回転にブレーキをかける直流モータ４と、該発電機２で発電された直流電力の一部が蓄電される蓄電池８と、該発電機２からの電力又は該蓄電池８からの電力を用いて動作するスタータ７等の電気機器と、該発電機２と該蓄電池８との間の電気的な接続を入り切りする電磁接触器９と、該エンジン６の出力回転数の増減に従って発電機２の界磁制御とモータ４の界磁制御とを行うコントローラ５と、を備え、前記蓄電池８には小型で小容量のものが用いられるとともに、ドライバやインバータ等の制御機器が不要な構成とされ、コストの低減が図られている。
【００９１】
この第２実施例に係るクローラ式走行車両１２は、エンジン６から出力された動力がディファレンシャルギア１２５を介して左右の駆動輪１０１・１０１に伝達されており、走行車両１２を左右に旋回させる場合や停止させる場合には、エンジン６から動力で回転する駆動輪１０１の回転力に抗してモータ４を回転させ、これにより駆動輪１０１の回転速度が下げられて、旋回又は停止するように構成されている。
【００９２】
発電機２からの出力線は、スタータ７と、蓄電池８と、左右一対の駆動輪１０１・１０１に取り付けられたモータ４・４と、に共通接続されており、該発電機２と該蓄電池８との間に、コントローラ５からのＯＮ／ＯＦＦ指令により開閉する電磁接触器９が介設されている。詳しくは、発電機２からの出力線は分岐部１２１で二手に分岐し、一方は分岐部１２２に接続されて、他方は分岐部１２３に接続されている。分岐部１２２は左右のモータ４・４に接続されて、分岐部１２３はスタータ７と蓄電池８とに接続されており、該分岐部１２３と該蓄電池８との間に電磁接触器９が介設されている。
【００９３】
そして、各駆動輪１０１・１０１に取り付けられた左右一対のモータ４・４は重量バランスとトルクバランスとを考えて配置されており、該一対のモータ４・４の電機子電圧は左右一定で後述する界磁電流により各モータ４・４が制御されるように構成されている。
【００９４】
次に、本発明に係る発電機２によるモータダイレクトドライブシステム１を備えた四輪駆動走行車両１３の第１実施例について説明する。
図１５に示すように、この第１実施例に係る四輪駆動走行車両１３は、車両本体の後部（又は前部）に配置された左右一対の第１駆動輪１０６・１０６と、車両本体の前部（又は後部）に配置された左右一対の第２駆動輪１０７・１０７と、内燃機関であるエンジン６と、該エンジン６から出力された動力を第１駆動輪１０６・１０６と第２駆動輪１０７・１０７とに伝達する駆動伝達手段１３０と、該エンジン６から出力された動力の一部を直流電力に変換する直流発電機２と、該発電機２からダイレクトに供給された直流電力によって第２駆動輪１０７・１０７を駆動する直流モータ４と、該発電機２で発電された直流電力の一部が蓄電される蓄電池８と、該発電機２からの電力又は該蓄電池８からの電力を用いて動作するスタータ７等の電気機器と、該発電機２と該蓄電池８との間の電気的な接続を入り切りする電磁接触器９と、該エンジン６の出力回転数の増減に従って発電機２の界磁制御とモータ４の界磁制御とを行うコントローラ５と、を備え、前記蓄電池８には小型で小容量のものが用いられるとともに、ドライバやインバータ等の制御機器が不要な構成とされ、コストの低減が図られている。
【００９５】
前記クローラ式走行車両１１・１２に搭載される発電機２にはモータ４・４が２個接続されているの対し、この四輪駆動車両１３（又は１４、１５）に搭載される発電機２に接続されるモータ４は１個であり、この四輪駆動車両１３（又は１４、１５）に搭載される発電機２の容量は、前記クローラ式走行車両１１・１２に搭載される発電機２の容量の半分にすることができ、小型化・小容量化を図ることができて、占有スペースを小さくすることができる。
【００９６】
前記駆動伝達手段１３０は、第１トランスミッション１３１、ギアボックス１３２、第１ディファレンシャルギア１３３、減速機１３４、クラッチ１３５、第２トランスミッション１３６、第２ディファレンシャルギア１３７を備え、これらの部材は走行車両１３の下部スペースに配置されている。
【００９７】
エンジン６から第１駆動輪１０６・１０６へは、第１トランスミッション１３１、ギアボックス１３２、第１ディファレンシャルギア１３３、減速機１３４を介して動力が伝達され、一方、エンジン６から第２駆動輪１０７・１０７へは、第１トランスミッション１３１、ギアボックス１３２、クラッチ１３５、第２トランスミッション１３６、第２ディファレンシャルギア１３７を介して動力が伝達されるように構成されている。
【００９８】
走行車両１３は、クラッチ１３５を「切り」にした場合には、第２駆動輪１０７・１０７はモータ４からの電気動力によって駆動されて、第１駆動輪１０６・１０６はエンジン６からの動力によって駆動される四輪駆動（４ＷＤ）で走行し、クラッチ１３５を「入り」にした場合には、第２駆動輪１０７・１０７はエンジン６からの動力によって駆動されるとともにモータ４からの電気動力によってもパワーアシストされて、第１駆動輪１０６・１０６はエンジン６からの動力によって駆動される四輪駆動（４ＷＤ）で走行するように構成されている。
なお、クラッチ１３５を「切り」にした場合に、モータ４をＯＦＦにして第２駆動輪１０７・１０７を従動にし、エンジン６からの動力によって第１駆動輪１０６・１０６のみが駆動される二輪駆動（２ＷＤ）で走行することも可能である。
【００９９】
電気系統について説明すると、発電機２からの出力線は、モータ４と、スタータ７と、蓄電池８と、に共通接続されており、該発電機２と該蓄電池８との間に、コントローラ５からのＯＮ／ＯＦＦ指令により開閉する電磁接触器９が介設されている。詳しくは、発電機２からの出力線は分岐部で三方に分岐し、一方はモータ４に接続されて、もう一方はスタータ７に接続され、残りの一方は電磁接触器９を介して蓄電池８に接続されている。
【０１００】
次に、本発明に係る発電機２によるモータダイレクトドライブシステム１を備えた四輪駆動走行車両１４の第２実施例について説明する。
図１６に示すように、この第２実施例に係る四輪駆動走行車両１４は、車両本体の後部（又は前部）に配置された左右一対の第１駆動輪１０６・１０６と、車両本体の前部（又は後部）に配置された左右一対の第２駆動輪１０７・１０７と、内燃機関であるエンジン６と、該エンジン６から出力された動力を第１駆動輪１０６・１０６に伝達する第１駆動伝達手段１４０と、該エンジン６から出力された動力の一部を直流電力に変換する直流発電機２と、該発電機２からダイレクトに供給された直流電力によって駆動する直流モータ４と、該モータ４から出力された動力を第２駆動輪１０７・１０７に伝達する第２駆動伝達手段１４５と、該発電機２で発電された直流電力の一部が蓄電される蓄電池８と、該発電機２からの電力又は該蓄電池８からの電力を用いて動作するスタータ７等の電気機器と、該発電機２と該蓄電池８との間の電気的な接続を入り切りする電磁接触器９と、該エンジン６の出力回転数の増減に従って発電機２の界磁制御とモータ４の界磁制御とを行うコントローラ５と、を備え、前記蓄電池８には小型で小容量のものが用いられるとともに、ドライバやインバータ等の制御機器が不要な構成とされ、コストの低減が図られている。
【０１０１】
前記第１駆動伝達手段１４０は、第１トランスミッション１４１と、第１ディファレンシャルギア１４２と、減速機１４３と、を備え、前記第２駆動伝達手段１４５は、第２トランスミッション１４６と、第２ディファレンシャルギア１４７と、を備えて、これらの部材は走行車両１４の下部スペースに配置されている。
【０１０２】
この第２実施例に係る四輪駆動走行車両１４では、エンジン６は第２駆動輪１０７・１０７側に配置されて、該エンジン６から該第２駆動輪１０７・１０７へ向けてのプロペラシャフト等の機械的機構がなく省スペース化が図られており、第２駆動輪１０７・１０７はモータ４からの電気動力で駆動されて、第１駆動輪１０６・１０６はエンジン６からの動力で駆動されるように構成されている。
【０１０３】
電気系統について説明すると、発電機２からの出力線は、モータ４と、スタータ７と、蓄電池８と、に共通接続されており、該発電機２と該蓄電池８との間に、コントローラ５からのＯＮ／ＯＦＦ指令により開閉する電磁接触器９が介設されている。詳しくは、発電機２からの出力線は分岐部で三方に分岐し、一方はモータ４に接続されて、もう一方はスタータ７に接続され、残りの一方は電磁接触器９を介して蓄電池８に接続されている。
【０１０４】
次に、本発明に係る発電機２によるモータダイレクトドライブシステム１を備えた四輪駆動走行車両１５の第３実施例について説明する。
図１７に示すように、この第３実施例に係る四輪駆動走行車両１５は、車両本体の後部（又は前部）に配置された左右一対の第１駆動輪１０６・１０６と、車両本体の前部（又は後部）に配置された左右一対の第２駆動輪１０７・１０７と、内燃機関であるエンジン６と、該エンジン６から出力された動力を第１駆動輪１０６・１０６に伝達する第１駆動伝達手段１５０と、該エンジン６から出力された動力の一部を直流電力に変換する直流発電機２と、該発電機２からダイレクトに供給された直流電力によって駆動する直流モータ４と、該モータ４から出力された動力を第２駆動輪１０７・１０７に伝達する第２駆動伝達手段１５５と、該発電機２で発電された直流電力の一部が蓄電される蓄電池８と、該発電機２からの電力又は該蓄電池８からの電力を用いて動作するスタータ７等の電気機器と、該発電機２と該蓄電池８との間の電気的な接続を入り切りする電磁接触器９と、該エンジン６の出力回転数の増減に従って発電機２の界磁制御とモータ４の界磁制御とを行うコントローラ５と、を備え、前記蓄電池８には小型で小容量のものが用いられるとともに、ドライバやインバータ等の制御機器が不要な構成とされ、コストの低減が図られている。
【０１０５】
前記第１駆動伝達手段１５０は、第１トランスミッション１５１と、第１ディファレンシャルギア１５２と、減速機１５３と、を備え、前記第２駆動伝達手段１５５は、第２トランスミッション１５６と、第２ディファレンシャルギア１５７と、を備えて、これらの部材は走行車両１５の下部スペースに配置されている。
【０１０６】
この第３実施例に係る四輪駆動走行車両１５では、エンジン６は第１駆動輪１０６・１０６側に配置されて、該エンジン６から第２駆動輪１０７・１０７へ向けてのプロペラシャフト等の機械的機構がなく省スペース化が図られており、第２駆動輪１０７・１０７はモータ４からの電気動力で駆動されて、第１駆動輪１０６・１０６はエンジン６からの動力で駆動されるように構成されている。
【０１０７】
電気系統について説明すると、発電機２からの出力線は、モータ４と、スタータ７と、蓄電池８と、に共通接続されており、該発電機２と該蓄電池８との間に、コントローラ５からのＯＮ／ＯＦＦ指令により開閉する電磁接触器９が介設されている。詳しくは、発電機２からの出力線は分岐部で三方に分岐し、一方はモータ４に接続されて、もう一方はスタータ７に接続され、残りの一方は電磁接触器９を介して蓄電池８に接続されている。
【０１０８】
以上、本発明に係る発電機２によるモータダイレクトドライブシステム１を備えた走行車両１１、１２、１３、１４、１５については、蓄電池８は発電機２に直列に接続されて常時充電されるため、小型で小容量のものが使用されており、但し、電磁接触器９をＯＦＦにして蓄電池８と発電機２との間の電気的な接続を切り離して発電機２のみの電圧によりモータ４を駆動することも可能に構成されている。また、スタータ７と発電機２はスタータジェネレータとすることも可能である。
これらの電気系統にはモータ４を入り切りするなどの負荷変動によりリレーサージが発生する可能性があるため、電圧電流測定条件を設けたり、ＲＣ回路で構成されたフィルターを挿入してもよい。
【図面の簡単な説明】
【０１０９】
【図１】クローラ式走行車両１１（第１実施例）の駆動構成を示す図。
【図２】発電機２によるモータダイレクトドライブシステム１の構成を示す回路図。
【図３】発電機２の回転速度ωｇと発電電圧Ｖａｇの関係を示すグラフ。
【図４】モータ４の回転速度ωｍとモータ駆動トルクＴｍ・電気子電圧Ｖａｍの関係を示すグラフ。
【図５】エンジン回転制御の流れを示すブロック図。
【図６】モータ駆動トルクＴｍの演算の流れを示すブロック図。
【図７】走行車両の動作モードを示す表。
【図８】走行車両の動作モードを示す表。
【図９】走行車両の動作モードを示す表。
【図１０】バッテリー接続状態で走行負荷が掛かったときの発電電圧Ｖａｇ・発電出力電流Ｖａ等の変化を示すグラフ。
【図１１】バッテリーレス状態で走行負荷が掛かったときの発電電圧Ｖａｇ・発電出力電流Ｖａ等の変化を示すグラフ。
【図１２】発電電圧Ｖａｇと蓄電池電圧Ｖｂとの間に電位差があるときに電磁接触器９を切り換えたときの蓄電地電圧Ｖｂ・発電電流Ｉａｇ・電機子電流Ｉａｍの様子を示すグラフ。
【図１３】発電電圧Ｖａｇと蓄電池電圧Ｖｂとの間に電位差が殆んどないときに電磁接触器９を切り換えたときの蓄電地電圧Ｖｂ・発電電流Ｉａｇ・電機子電流Ｉａｍの様子を示すグラフ。
【図１４】クローラ式走行車両１２（第２実施例）の駆動構成を示す図。
【図１５】四輪駆動走行車両１３（第１実施例）の駆動構成を示す図。
【図１６】四輪駆動走行車両１４（第２実施例）の駆動構成を示す図。
【図１７】四輪駆動走行車両１５（第３実施例）の駆動構成を示す図。
【図１８】クローラ式走行車両１６（従来例）の駆動構成を示す図。
【図１９】クローラ式走行車両１７（従来例）の駆動構成を示す図。
【符号の説明】
【０１１０】
１    モータダイレクトドライブシステム
２    発電機
４    モータ
５    コントローラ
６    エンジン
８    蓄電池
９    電磁接触器
１１    走行車両
１２    走行車両
１３    走行車両
１４    走行車両
１５    走行車両
１６    走行車両
１７    走行車両
２３    レギュレータ回路
Ｖａｇ    発電電圧
Ｉａｇ    発電電流
Ｉａ      発電出力電流
ωｇ      発電機回転速度
Ｉｆｇ    発電機界磁電流
Ｔｇ      発電機駆動トルク
Ｖａｍ    電機子電圧
Ｉａｍ    電機子電流
ωｍ      モータ回転速度
Ｉｆｍ    モータ界磁電流
Ｔｍ      モータ駆動トルク
Ｖｂ      蓄電池電圧
Ｉｂ      蓄電池電流
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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