(57)【要約】  本発明は自動車の駆動列及びこの駆動列を制御する方法に関する。本発明の駆動列は第１のステータ及び第１のロータを備えた第１の電気機械（１５）と、第１のロータにより回転させられる駆動シャフト（１９）と、エネルギ貯蔵手段（２７、３５）と、第１のステータをエネルギ貯蔵手段（２７、３５）に電気的に接続する電気エネルギ分配手段（２６）とを有する。更に、エネルギ貯蔵手段（２７、３５）は、エネルギ分配手段（２６）に電気的に接続され、シャフト（３７）により小さなはずみ車（３５）に機械的に接続された、第２のロータ及び第２のステータを備える第２の電気機械（２７）を有する。本発明はまたこのような駆動列を制御する方法に関し、ハイブリッド自動車を駆動するのに適する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１のステータ及び第２のロータを含む第１の電気機械（１５）と、第１のロータにより回転される推進シャフト（１９）と、エネルギ貯蔵手段（２７、３５）と、第１のステータを電気エネルギ貯蔵手段に電気的に接続する電気エネルギ分配手段（２６）とを含む形式の自動車の駆動列であって、
エネルギ貯蔵手段（２７、３５）は、第１にエネルギ分配手段（２６）に電気的に接続されかつ第２にシャフト（３７）を介して小さな寸法のはずみ車（３５）に機械的に接続された、第２のロータ及び第２のステータを有する第２の電気機械（２７）を有し；
推進シャフト（１９）に機械的に接続された出力シャフト（２５）を有するエンジン（１３）を更に含むことを特徴とする駆動列。
【請求項２】
前記はずみ車（３５）の直径が１０ｃｍないし２５ｃｍの範囲内にあることを特徴とする請求項１の駆動列。
【請求項３】
前記はずみ車（３５）の質量が５ｋｇないし１０ｋｇの範囲内にあることを特徴とする請求項１又は２の駆動列。
【請求項４】
前記電気エネルギ分配手段（２６）が第１に第１のステータに電気的に接続されかつ第２にフィルタコンデンサ（３１）に電気的に接続された第１のインバータ（２９）と；第１にフィルタコンデンサ（３１）に電気的に接続されかつ第２に第２のステータに電気的に接続された第２のインバータ（３３）とを有することを特徴とする請求項１ないし３のいずれかの駆動列。
【請求項５】
前記第１のロータが第１にクラッチ（２４）を介してエンジン（１３）の出力シャフト（２５）に機械的に接続されかつ第２に推進シャフト（１９）に機械的に接続されることを特徴とする請求項１の駆動列。
【請求項６】
前記エンジン（１３）の出力シャフト（２５）が推進シャフト（１９）に固定され、伝達手段（５１、５３、５５）により第１のロータに接続されることを特徴とする請求項４の駆動列。
【請求項７】
前記エンジン（１３）の出力シャフト（２５）、推進シャフト（１９）及び第１のロータが第１の遊星歯車（５３）に機械的に接続されることを特徴とする請求項４の駆動列。
【請求項８】
前記分配手段（２６）に電気的に接続され、第１に推進シャフト（１９）に機械的に接続されかつ第２に第２の遊星歯車（５８）に機械的に接続された第３の電気機械（５５）を更に有し；この第２の遊星歯車（５８）がエンジン（１３）の出力シャフト（２５）に接続されることを特徴とする請求項７の駆動列。
【請求項９】
前記第３の電気機械（５９）と推進シャフト（１９）と第２の遊星歯車（５８）との間の機械的な接続が爪接続であることを特徴とする請求項８の駆動列。
【請求項１０】
前記エネルギ貯蔵手段が燃料電池（７１）を有することを特徴とする請求項１ないし３のいずれかの駆動列。
【請求項１１】
請求項１ないし１０のいずれかの駆動列を備えた自動車。
【請求項１２】
請求項１ないし１０のいずれかの自動車の駆動列を制御する方法であって、
ａ）エンジン（１３）がオフ状態に維持され、はずみ車（３５）により蓄えられた電気エネルギが第１の電気機械（１５）を駆動するための電気エネルギに変換され、車両の車輪を推進させるためのシャフトが第１のロータを使用して駆動されるような、車両始動段階と；
ｂ）次いで、エンジン（１３）が始動され、第１の電気機械（１５）が同期発電機として作動させられ、発生した電気エネルギがはずみ車（３５）により蓄えられる機械エネルギに変換されるような、車両のための加速終了段階と；
を含むことを特徴とする方法。
【請求項１３】
車両が所望の速度に達したときには、前記方法が、
エンジン（１３）がオフにされるような、第１の段階と；
第１の電気機械（１５）が推進シャフトを使用して車両を所望の速度に維持するためにモータとして作動させられるような、第２の段階と；
はずみ車（３５）により蓄えられた機械エネルギが第１の電気機械（１５）を作動させるための電気エネルギに変換されるような、第３の段階と；を含むことを特徴とする請求項１２の方法。
【請求項１４】
ｃ）エンジン（１３）がオフ状態に保たれ、第１の電気機械（１５）が同期発電機として作動させられ、発生した電気エネルギがはずみ車（３５）により蓄えられる機械エネルギに変換されるような車両減速段階と；
ｄ）エンジン（１３）がオフ状態に維持されるような、車両停止段階と；を含むことを特徴とする請求項１２又は１３の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は自動車の駆動列（motor vehicle drive train）に関し、また、そのような駆動列を制御する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
周知のように、自動車を推進させるためのエンジンの効率は送出されるパワー（power;動力）の関数である。従って、送出されるパワーがゼロであるか又は少ない場合、例えば、静止の間又は始動後の初期段階中、特にアイドリングのために、効率は低下する。その結果、車両が多くの停止／始動動作を遂行するような都市環境での走行に対しては、燃料又は電気エネルギの消費が極めて大きい。更に、車両が停止前に減速する間に、車両に蓄積された運動エネルギは完全に失われる。
【０００３】
消費を最少化するために、パワーバッテリーを備えたハイブリッド車両が開発されてきた。このような車両は、エンジン、及び駆動シャフトを回転させるための電気機械を含むう。電気機械はパワーバッテリーに電気的に接続される。
【０００４】
このような車両が減速する間、電気機械は同期発電機として作動し、パワーバッテリー内に電気を蓄える。車両が再始動するとき、エンジンはオフ（off;休止）である。次に、パワーバッテリーは電気機械を駆動するのに必要な電気エネルギを供給する。次に、機械は、エンジンが再始動するまで、例えば約３０秒（ｓ）だけ、車両の推進シャフトを駆動するモータとして作動する。このような車両は、特に都市環境での走行に対して、燃料消費を大幅に減少させることができる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
それにも拘らず、この形式の車両は完全な満足を与えない。車両を始動する際に電気モータを駆動するのに必要な電気パワーを貯蔵するためには、協働するパワーバッテリーは重くて大型になってしまう。更に、このようなバッテリーは極めて高価で、使用寿命が短く、これはバッテリーを頻繁に交換しなければならないことを意味する。本発明の主な目的は、低コストで少ない燃料消費を達成するハイブリッド自動車のための駆動列を提供することにより上述の欠点を解消することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この目的のため、本発明は、第１のステータ及び第２のロータを備えた第１の電気機械と、第１のロータにより回転させられる推進シャフトと、エネルギ貯蔵手段と、第１のステータを電気エネルギ貯蔵手段に電気的に接続する電気エネルギ分配手段とを有する形式の自動車駆動列を提供し、この駆動列の特徴とするところは、エネルギ貯蔵手段が、第１にエネルギ分配手段に電気的に接続されかつ第２にシャフトを介して小さな寸法のはずみ車に機械的に接続された、第２のロータ及び第２のステータを備えた第２の電気機械を有することである。
【０００７】
本発明の他の特徴によれば、
はずみ車の直径が１０センチメートル（ｃｍ）ないし２５ｃｍの範囲内にあり；
はずみ車の質量が５ｋｇないし１０ｋｇの範囲内にあり；
電気エネルギ分配手段が第１に第１のステータに電気的に接続されかつ第２にフィルタコンデンサに電気的に接続された第１のインバータと、第１にフィルタコンデンサ（filter capacitor）に電気的に接続されかつ第２に第２のステータに電気的に接続された第２のインバータとを有し；
推進シャフトに機械的に接続された出力シャフトを具備するエンジンを更に備え；
第１のロータが第１にクラッチを介してエンジンの出力シャフトに機械的に接続されかつ第２に推進シャフトに機械的に接続され；
エンジンの出力シャフトが推進シャフトに固定され、伝達手段により第１のロータに接続され；
エンジンの出力シャフト、推進シャフト及び第１のロータが第１の遊星歯車に機械的に接続され；
分配手段に電気的に接続され、第１に推進シャフトに機械的に接続されかつ第２に第２の遊星歯車に機械的に接続された第３の電気機械を更に備え；この第２の遊星歯車がエンジンの出力シャフトに接続され；
第３の電気機械と推進シャフトと第２の遊星歯車との間の機械的な接続が爪接続（claw connection）であり；
エネルギ貯蔵手段が燃料電池を有する。
【０００８】
本発明はまた上述の駆動列を備えた自動車を提供する。本発明はまた、上述の自動車駆動列を制御する方法を提供し、この方法の特徴とするところは、ａ）エンジンがオフ状態に維持され、はずみ車により蓄えられた電気エネルギが第１の電気機械を駆動するための電気エネルギに変換され、車両の車輪を推進させるためのシャフトが第１のロータを使用して駆動されるような、車両始動段階と、ｂ）次いで、エンジンが始動され、第１の電気機械が同期発電機として作動させられ、発生した電気エネルギがはずみ車により蓄えられる機械エネルギに変換されるような、車両のための加速終了段階と、を有することである。本発明の他の特徴及び利点は例として提示され、添付図面を参照して行う以下の説明から明らかである。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
図１はハイブリッド自動車のための駆動列の要素を示す線図である。駆動列はエンジン１３及び（又は）パワー供給組立体１７を備えた第１の電気機械１５により回転させられる推進組立体１１を有する。推進組立体１１は、推進シャフト１９と、車両の車輪２３に接続された歯車箱及びクラッチ（図示せず）を備えた機械的なパワートランスミッション２１とを有する。エンジン１３はエンジン１３のシリンダ内でガソリン又は天然ガスを燃焼させることにより回転させられる出力シャフト２５を具備する。
【００１０】
第１の電気機械１５はロータ及びステータを有する。ロータは第１に推進シャフト１９に機械的に接続されかつ第２にクラッチ２４を介してエンジン１３からの出力シャフト２５に機械的に接続される。図１に示す形状においては、電気モータ１５はエンジン１３とトランスミッション２１との間に位置する。クラッチ２４は不使用の間にエンジンが完全に停止するのを許容する。
【００１１】
第１の電気機械１５は、ステータが電気的に駆動されたときに、ロータを駆動するモータとして作動する。この電気機械は、ステータが電気的に駆動されていない間は、ロータの回転により生じた電気エネルギをステータの端子から受け取るための同期発電機として作動する。
【００１２】
パワー供給組立体１７は、ディストリビュータ２６と、第２の電気機械２７とを有する。ディストリビュータ２６は第１のインバータ２９と、フィルタコンデンサ３１と、第２のインバータ３３とを有する。
【００１３】
第１のインバータ２９は３相交流（ＡＣ）接続部を介して第１の電気機械１５のステータに電気的に接続される。第１のインバータ２９はまた直流（ＤＣ）接続部を介してフィルタコンデンサ３１に接続される。第１の電気機械が同期発電機として作動しているときはいつでも、インバータ２９は第１のステータから受け取った交流を、コンデンサ３１を充電するための直流に変換する。このインバータはまた、第１の電気機械１５がモータとして作動している間は、フィルタコンデンサ３１により送出された直流を、第１のステータへ送出される交流に変換するのに役立つ。
【００１４】
フィルタコンデンサ３１は第１に第１のインバータ２９によりかつ第２に第２のインバータ３３により直流電圧で充電される。始動時に回復すべき最大パワーは２０キロワット（ｋＷ）よりも小さく、実質的には１０ｋＷに等しい。その結果、コンデンサの端子を横切る電圧は３００ボルト（Ｖ）よりも大きく、好ましくは実質上４００Ｖに等しい値に維持される。
【００１５】
第２のインバータ３３は第１に直流接続部を介してフィルタコンデンサ３１に電気的に接続されかつ第２に３相交流接続部を介して第２の電気機械２７に電気的に接続される。このインバータ３３は第１のインバータ３９と同じである。第２の電気機械２７はステータ及びロータを有し、小さな寸法のはずみ車３５を具備する。第２のステータは３相交流接続部を介して第２のインバータ３３に接続される。
【００１６】
ロータははずみ車３５を駆動するための駆動シャフト３７に機械的に接続される。
はずみ車３５は小寸法のものである。その直径は１０ｃｍないし２５ｃｍの範囲内にあり、好ましくは１５ｃｍないし２０ｃｍの範囲内にある。その質量は５ｋｇないし１０ｋｇの範囲内にある。その寸法は回転機械エネルギの形をした実質上１００キロジュール（ｋＪ）に等しいエネルギを蓄えることを可能にする。
【００１７】
第１の電気機械１５と同様、第２の電気機械２７は、第２のステータが電気的に駆動されたときには、はずみ車３５を推進するためのモータとして作動する。ステータが駆動していないときには、この電気機械はステータの端子からロータの回転により生じる電気エネルギを取り出すための同期発電機として作動する。
【００１８】
車両の減速段階から出発して、本発明の第１の駆動列の作動の一例を以下に説明する。このような減速中、第１の電気機械１５は同期発電機として作動し、エンジン１３はオフされる。車輪２３は推進シャフト１９を回転させ、その結果、第１の電気機械１５の第１のロータを回転させる。この回転はステータの端子において３相交流を発生させ、この交流は第１のインバータ２９により取り出される。次いで、第１のインバータ２９は整流器として作動し、第１の機械１５により発生した電気エネルギをフィルタコンデンサ３１へ伝達する。
【００１９】
従って、フィルタコンデンサ３１の端子を横切る電流は増大する傾向を有する。電圧のこの増大に反応して、第２のインバータ３３はコンデンサ３１により受け取られた電気エネルギを３相交流に変換し、この交流は第２の電気機械２７に伝達される。次いで、この第２の電気機械２７はモータとして作動し、はずみ車３５を回転させる。従って、第２の電気機械２７により受け取られた電気エネルギは回転機械エネルギに変換されて、はずみ車３５により蓄えられる。
【００２０】
図２に示すように、時間ｔ０、ｔ１との間では、車両の速度（点線）は減少し、はずみ車３５により蓄えられるエネルギ（細線）は増大し、一方エンジン１３の燃料消費（太線）はゼロである。時間ｔ１、ｔ２との間で、車両が停止する。はずみ車３５は僅かに減速し、はずみ車３５により蓄えられる機械エネルギは若干減少する。時間ｔ２において、車両は再始動する。エンジン１３はオフのままである。はずみ車３５の回転が第２の機械２７の端子において３相交流を発生させ、この交流は第２のインバータ３３に伝達される。第２のインバータ３３は電気的な形で受け取ったエネルギをフィルタコンデンサ３１へ伝達する。従って、コンデンサ３１を横切る電圧は増大する傾向を有する。
【００２１】
電圧のこの増大に反応して、第１のインバータ２９は受け取った電気エネルギを３相交流に変換し、この交流は第１の機械１５のステータに伝達される。このステータは第１のロータ従って推進シャフト１９の回転を生じさせ、運転手の制御によるトランスミッション２１の作用の下に、推進シャフトが車両の車輪２３を回転させる。図２に示すように、車両の速度（点線）は漸進的に増大し、一方、はずみ車３５に蓄えられた機械エネルギは減少する。
【００２２】
時間ｔ３においては、エンジン１３は車両の加速を完了させるのに必要な機械エネルギを供給するために始動される。次いで、第１の電気機械は同期発電機として作動し、第１の機械により受け取られた電気エネルギは第１のインバータ２９、フィルタコンデンサ３１、第２のインバータ３３及び第２の機械２７を介して上述のようにはずみ車に伝達される。次いで、はずみ車３５により蓄えられた機械エネルギは図２に示すように増大する。
【００２３】
時間ｔ４においては、車両が所望の速度に達する。次いで、エンジン１３がオフにされる。第１の電気機械１５は車両を所望の速度に維持するためのモータとして作動する。第１の電気機械１５への電気パワー供給は、第２の電気機械２７、第２のインバータ３３、フィルタコンデンサ３１及び第１のインバータ２９を介して、電気エネルギの形をしている間にはずみ車３５内に蓄えられた機械エネルギを伝達することにより、上述のように送出される。図２に示すように、この段階中、はずみ車３５により蓄えられたエネルギは、車両の新たな減速段階が開始される時間ｔ５まで減少する。
【００２４】
図２に示すように、エンジン１３が運転している時間は減速／停止／始動サイクルの合計時間よりも著しく短い。従って、本発明のこの第１の駆動列を備えた車両の燃料消費は極めて小さい。
【００２５】
本発明の第２の駆動列の主要な要素を図３に示す。図１に示す駆動列とは異なり、推進シャフト１９はエンジン１３の出力シャフト２５に固定される。更に、第１の電気機械の第１のロータは駆動シャフト５１に固定される。この駆動シャフト５１はエンジン１３の出力シャフト２５から片寄っている。これら２つのシャフト１３、５１の各々は互いに対面するそれぞれの伝達プーリー車５３、５５を担持する。これらの伝達プーリー車５３、５５は、第１の電気機械１５の駆動シャフト５１及びエンジン１３の出力シャフト２５のうちの一方の回転が他方のシャフトの回転を同様に生じさせるように、無端伝達部材５７により相互接続される。本発明の第２の駆動列の作動は図１に示す駆動列の作動と同様である。
【００２６】
図４は本発明の第３の駆動列を示す。図１に示す駆動列とは異なり、この駆動列は更に第１の遊星歯車５３と、第３のインバータ５７に協働する第３の電気機械５５と、第２の遊星歯車５８とを有する。第１の遊星歯車５３はリングと、サンギヤと、遊星キャリヤとを有する。エンジン１３の出力シャフト２５、第１の電気機械１５のロータ及び推進シャフト１９は各々第１の遊星歯車５３の出口の１つに接続される。
【００２７】
第３の電気機械５５は第３のロータ及び第３のステータを有する。第３のロータはリンクシャフト５９に固定される。第３のステータは３相交流電気接続部を介して第３のインバータ５７に電気的に接続される。第３のインバータ５７はＤＣ電気接続部を介してフィルタコンデンサ３１に電気的に接続される。第２の遊星歯車５８は第２のリングと、第２のサンギヤと、第２の遊星キャリヤとを有する。エンジンの出力シャフト２５は第２の遊星歯車５８の出口の１つに固定される。第３の電気機械５５のリンクシャフト５９はまた、第１に推進シャフト１９に接続されかつ第２に爪型の接続部を介して第２の遊星歯車５９の別の出口に接続される。
【００２８】
本発明のこの第３の駆動列の作動は、図１ないし３のものと同一のはずみ車エネルギ貯蔵手段をそれに付加した、本出願人により出願されたフランス国特許出願第０１／１５０５０号明細書に記載された作動と同様である。
【特許文献１】フランス国特許出願第０１／１５０５０号明細書  この駆動列においては、エンジン１３と車輪２３との間の歯車比はトルク及び速度の全連続範囲に応じて変化する。
【００２９】
図５に示す変形例においては、エンジンは、コンデンサ７３に電気的に接続された燃料電池７１と交換される。コンデンサ７３はまたフィルタコンデンサ３１に電気的に接続される。車両の加速中、図２における時間ｔ３、ｔ４との間で、燃料電池７１が作動され、化学電位エネルギを電気エネルギに変換する。この電気エネルギは第１のインバータ２９へ伝達される。インバータ２９はこの電気エネルギを３相交流に変換する。３相交流は第１の電気機械１５の第１のステータを駆動する。このパワー供給により、第１のロータが回転駆動され、その結果、推進シャフトを回転させる。
【００３０】
この形式の駆動列は駆動時からある遅れを伴って応答する燃料電池７１と一緒に使用される。従って、燃料電池を駆動するこの段階中は、はずみ車３５内に蓄えられたエネルギが車両を推進するのに必要なエネルギを提供する。上述のような本発明により、低燃料消費を提供し、今まで使用されてきたようなハイブリッド車両のための駆動列よりも一層安価な、ハイブリッド車両のための駆動ユニットが得られる。
【００３１】
この駆動列は比較的小型で、ハイブリッド車両の種々の構造に容易に適合するという利点を与える。更に、この形式の駆動列は燃料電池の存在において有利に作動することができる。更に、はずみ車３５の慣性モーメントは、有利には、６×１０−３キログラム・平方メートル（ｋｇ・ｍ２）ないし８×１０−２ｋｇ・ｍ２の範囲内にある。はずみ車の慣性モーメントは好ましくは実質上５×１０−２ｋｇ・ｍ２に等しい。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の第１の駆動列の主要な要素を示す線図である。
【図２】図１の駆動列を備えたエンジンを始動したときに時間の関数として貯蔵エネルギ、車速及びエンジンの消費をプロットしたグラフである。
【図３】本発明の第２の駆動列の主要な要素を示す線図である。
【図４】本発明の第３の駆動列の主要な要素を示す線図である。
【図５】本発明の第４の駆動列の主要な要素を示す線図である。
【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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【国際調査報告】
2007502240.tif 000008
2007502240.tif 000009
2007502240.tif 000010
2007502240.tif 000011