(57)【要約】【課題】インバータを１つとして、２つの誘導機を駆動する。【解決手段】入力エネルギーを動力に変換する原動機であるエンジンＥ／Ｇと、エンジンＥ／Ｇに接続された誘導発電機ＩＧと、機械負荷を駆動する誘導電動機ＩＭと、誘導発電機ＩＧと誘導電動機ＩＭの両方と、交流電力を授受する電力変換装置であるインバータＩＮＶと、特定のモードでは、誘導電動機の回転子の電気角速度ωme、誘導発電機の回転子の電気角速度ωge、電力変換装置の出力側の交流電圧の角速度ωiとの間で、ωme＜ωi＜ωgeの関係を維持するよう電力変換装置を制御して、誘導発電機により発電させ、誘導電動機により動力を出力させる、制御装置Ｃｏｎｔと、を含む。【選択図】図１
2019051746.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力エネルギーを動力に変換する原動機と、
原動機に接続された誘導発電機と、
機械負荷を駆動する誘導電動機と、
誘導発電機と誘導電動機の両方との間で交流電力を授受する電力変換装置と、
特定のモードでは、誘導電動機の回転子の電気角速度ωme、誘導発電機の回転子の電気角速度ωge、電力変換装置の出力側の交流電圧の角速度ωiとの間で、ωme＜ωi＜ωgeの関係を維持するよう電力変換装置を制御して、誘導発電機により発電させ、誘導電動機により動力を出力させる、制御装置と、
を含む、
動力システム。
【請求項２】
請求項１に記載の動力システムであって、
さらに、
原動機と誘導発電機との間の動力の伝達を切断または接続する第１クラッチと、
誘導発電機と誘導電動機との間の動力の伝達を切断または接続する第２クラッチと、
誘導電動機の固定子巻線の中性点を短絡または開放するスイッチと、
を含む、
動力システム。
【請求項３】
請求項１または２に記載の動力システムであって、
誘導発電機と誘導電動機との間に固定変速比の動力伝達装置を含み、
動力伝達装置の変速比は、誘導発電機の極数と誘導電動機の極数の比と等しい、
動力システム。
【請求項４】
請求項２または３に記載の動力システムにおいて、
第１および第２クラッチのいずれか一方あるいは両方が噛み合い構造で動力伝達を行う噛み合いクラッチである、
動力システム。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１つに記載の動力システムを搭載した車両。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、誘導電動機および誘導発電機を有する動力システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、エンジンと、発電機と、モータと、変速機構からなり、変速機構により動力伝達を制御する駆動装置が示されている。特に、変速機構はクラッチＣＬとワンウェイクラッチ１ＷＡＹを有し、クラッチＣＬを操作することでＳＨＶモード（シリーズ・ハイブリッド・モード）とＥＶモード（電気自動車モード）を切り替えることができ、ワンウェイクラッチ１ＷＡＹの作用により、モータと発電機のいずれか一方で走行するモードと両方で駆動するモードを作り出すことができる。
【０００３】
また、非特許文献１には、複数の誘導機の並列駆動する場合に、一台のインバータで複数の駆動用誘導機を運転する技術が示されている。この場合、個々の誘導機間に回転数差があっても、この回転数差に応じて回転数差を縮小するように作用するトルクが自然に生じるので問題が無い。なお、インバータには複数の誘導機の電流の和が流れる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１３−１４１８７２号公報
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】富士時報技報  Ｖｏｌ．７９，Ｎｏ．２  ２００６
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ここで、特許文献１では、つぎのような課題がある。
（１）エンジンを駆動に利用するＰＨＶ（パラレルハイブリッド）モードが実現できない
（２）発電機の動力で走行するＥＶモードにおいて、モータは連れ回り状態となり、磁石磁束に起因する引き摺り損失が生じる
（３）発電機とモータはそれぞれ独立のインバータで駆動されるので、コスト・重量・体格面で不利であり、併用したことによる効率の向上も期待できない
（４）ギヤ・シャフト・ワンウェイクラッチ等の複雑な構造が必要で、コスト・重量・体格の問題がある
（５）後退時に発電機は連れ回されるが使用できない（トルクを出してもワンウェイクラッチ１ＷＡＹの作用で空回りしてしまう）
（６）前進回生制動時に発電機は使用できない（負トルクを出すとワンウェイクラッチ１ＷＡＹの作用で空回りしてしまう）
【０００７】
また、誘導機の並列運転に関しては、下記の問題がある。
（Ａ）全て力行または発電の場合は実用化されているが、力行と発電が混在するものは検討されていない
（Ｂ）力行と発電が混在する場合のインバータ電流の変化については、一般的には知られていない
（Ｃ）力行と発電が混在する場合の回転数制御・トルク制御方法については、一般的には知られていない
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る動力システムは、入力エネルギーを動力に変換する原動機と、原動機に接続された誘導発電機と、機械負荷を駆動する誘導電動機と、誘導発電機と誘導電動機の両方との間で交流電力を授受する電力変換装置と、特定のモードでは、誘導電動機の回転子の電気角速度ωme、誘導発電機の回転子の電気角速度ωge、電力変換装置の出力側の交流電圧の角速度ωiとの間で、ωme＜ωi＜ωgeの関係を維持するよう電力変換装置を制御して、誘導発電機により発電させ、誘導電動機により動力を出力させる、制御装置と、を含む。
【０００９】
さらに、原動機と誘導発電機との間の動力の伝達を切断または接続する第１クラッチと、誘導発電機と誘導電動機との間の動力の伝達を切断または接続する第２クラッチと、誘導電動機の固定子巻線の中性点を短絡または開放するスイッチと、を含むことが好適である。
【００１０】
さらに、誘導発電機と誘導電動機との間に固定変速比の動力伝達装置を含み、動力伝達装置の変速比は、誘導発電機の極数と誘導電動機の極数の比と等しいことが好適である。
【００１１】
また、第１および第２クラッチのいずれか一方あるいは両方が噛み合い構造で動力伝達を行う噛み合いクラッチであることが好適である。
【００１２】
また、本発明に係る車両は、上述の動力システムを搭載する。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、誘導発電機と、誘導電動機を１つのインバータで駆動し、特定のモードでは一方を発電、他方を力行とすることができる。従って、システム構成を簡素化できる。また、電力は発電側から力行側へ流れ、バランスしたとき、有効電力分の電流は打ち消し合い、無効電力分の電流のみインバータから供給することになる。従って、インバータ電流を少なくして、インバータでの損失を低減できる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】実施形態に係る動力システムの全体構成を示すブロック図である。
【図２】誘導機におけるすべりとトルクの関係を示す図である。
【図３】誘導機おける回生電流、力行電流、これらを合成したインバータ電流を示す図である。
【図４】インバータ出力の角速度ωiと、トルクの関係を示す図である。
【図５】エンジン回転数とトルクの関係および最適燃費運転の範囲を示す図である。
【図６】中性点スイッチＮＰＳの構成を示す図である。
【図７】一体化モータ（２重回転子）の構成を示す図である。
【図８】一体化モータ（２回転子並列配置）の構成を示す図である。
【図９】変速比固定の動力伝達装置を設けた動力システムの全体構成を示すブロック図である。
【図１０】トランスミッションを設けた動力システムの全体構成を示すブロック図である。
【図１１】トランスミッションにより変速した場合の車速と車輪駆動トルクの関係を示す図である。
【図１２】前後輪駆動の場合における動力システムの全体構成を示すブロック図である。
【図１３】誘導電動機を２つ設けた前後輪駆動の場合における動力システムの全体構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施形態について、図面に基づいて説明する。なお、本発明は、ここに記載される実施形態に限定されるものではない。
【００１６】
「全体構成」
図１に、本実施形態に係る動力システムの全体構成を示す。
【００１７】
内燃機関であるエンジンＥ／Ｇは、燃料を燃焼させて動力を出力する。エンジンＥ／Ｇは入力エネルギーを動力に変換する原動機の１つである。エンジンＥ／Ｇの回転軸には、クラッチ（第１クラッチ）Ｃ１を介し、誘導発電機ＩＧの回転軸の一方側が接続されている。クラッチＣ１は、動力の伝達を切断または接続する。誘導発電機ＩＧはエンジンＥ／Ｇからの動力により発電を行うが、モータとしても機能し、電力を供給することで動力を出力する。すなわち、モータとして機能する場合には、固定子に電力を供給し、これによって作られる回転磁界により、電気伝導体の回転子に誘導電流が発生し、すべりに対応した回転トルクが発生する。発電機として機能する場合には、回転子をエンジンＥ／Ｇの出力によって回転することで、固定子から発電電力が出力される。
【００１８】
誘導発電機ＩＧの回転軸の他方側には、クラッチ（第２クラッチ）Ｃ２を介し、誘導電動機ＩＭの回転軸の一方側が接続され、誘導電動機ＩＭの他方側は機械負荷としての車輪Ｔｉｒｅに接続されている。クラッチＣ２はクラッチＣ１と同様に動力の伝達を切断または接続するものであり、誘導電動機ＩＭは誘導発電機ＩＧと同様に電力によって動力を出力し、動力の入力によって発電を行う。
【００１９】
バッテリＢＡＴには電力変換装置であるインバータＩＮＶの入力側が接続されており、バッテリＢＡＴとインバータＩＮＶは直流電力を授受する。インバータＩＮＶの出力側には、誘導発電機ＩＧと、誘導電動機ＩＭの両方が並列接続されており、インバータＩＮＶと誘導発電機ＩＧ、誘導電動機ＩＭの両方との間で交流電力が授受される。また、誘導発電機ＩＧには、その固定子巻線の中性点を短絡または開放する中性点スイッチＮＰＳが接続されている。
【００２０】
ここで、各部の出力パワーの定格は、例えば、エンジンＥ／Ｇ：２０ｋＷ、誘導発電機ＩＧ：２０ｋＷ、誘導電動機ＩＭ：６０ｋＷ、バッテリＢＡＴ：８０ｋＷ、インバータ８０ｋＷのように設定する。
【００２１】
エンジンＥ／Ｇは消費電力分のみを補うレンジエクステンダとして働くので、必要最小限の出力でよく、誘導発電機ＩＧもこれに見合った容量でよい。誘導電動機ＩＭは車両駆動用なので、動力性能に合わせて出力を決定する。
【００２２】
このような二つの誘導機を駆動する場合、通常はそれぞれにインバータを設ける。しかし、そのような構成では、コスト・体格・重量が不利となる。そこで、本実施形態では、誘導機の並列運転機能を使用し、一台のインバータＩＮＶで複数の誘導機（誘導発電機ＩＧ、誘導電動機ＩＭ）を駆動する。
【００２３】
制御装置Ｃｏｎｔは、アクセル、ブレーキ操作に従い要求トルクを計算し、要求トルクに見合ったトルクが車輪Ｔｉｒｅに供給されるように、エンジンＥ／Ｇ、誘導発電機ＩＧ、誘導電動機ＩＭを制御する。また、制御装置Ｃｏｎｔは、バッテリＢＡＴの充電状態から発電量を制御したり、車両の走行状態や、ユーザの入力に応じて、クラッチＣ１，Ｃ２も制御して、各種モードでの走行を制御する。
【００２４】
このとき、複数の誘導機が力行同士・回生同士の場合の制御技術は確立されているが、力行と回生が混在する場合の制御方法は知られていない。車両に搭載される動力発生システムの場合に、力行および回生の両方に対応する必要があり、本実施形態ではこれに対応している。
【００２５】
一般的に、誘導機は図２に示すような特性を示す。すなわち、すべりが正か負かで力行と回生が切り替わる。このため、誘導電動機ＩＭと誘導発電機ＩＧの回転数（回転子の電気角速度ωme、ωge）の関係をこのように維持して、インバータＩＮＶの周波数ｆs（出力側の交流電圧の電気角速度ωi）を両者の中間になるよう制御すれば力行と回生が混在する状態で使用できるようになる。
【００２６】
また、このインバータＩＮＶの周波数ｆsのすべりを０の位置からずらし、電圧を操作することでトルク制御できる。この時、エンジンＥ／Ｇの出力制御も必須である。これについては後述する。
【００２７】
ここで、この動力システムは、プラグインＨＥＶとしての使用を前提とする。このため、通常はバッテリＢＡＴに充電された電力を利用して走行するＥＶモードとなる。
【００２８】
ＥＶモードにおいては、基本的に誘導電動機ＩＭが駆動力源となるが、不足する場合が想定される。しかし、誘導電動機ＩＭの出力を大きくすることは、コストと重量・体格の面で好ましくない。そこで、通常のＥＶモード時は使用しない誘導発電機ＩＧも駆動力源として活用できるようにする。ただし、走行パワーによっては誘導電動機ＩＭのみで十分な場合が多いので、誘導発電機ＩＧの動作を休止するために中性点の接続を短絡したり開放したりする中性点スイッチＮＰＳを設ける。さらに、走行モードを切り替えるために、クラッチＣ１、Ｃ２を設けモードに合わせて切断／接続する。ここで、クラッチＣ１，Ｃ２は、運転モードの切り換え時に操作するものであり、ドグクラッチなどの噛み合い構造で動力伝達を行う噛み合いクラッチが好適であるが、摩擦構造で動力伝達を行うすべりクラッチを用いてもよい。
【００２９】
これによって、各種のモードでの走行が可能となり、ＰＨＶ、後退モードでの動作も可能となる。また、ＰＨＶモードでは、エンジンＥ／Ｇ、誘導発電機ＩＧ、誘導電動機ＩＭの３つの動力源からの合計の出力を得ることができ、大きな出力を得ることができる。
【００３０】
ここで、本実施形態において、誘導電動機ＩＭと誘導発電機ＩＧは機械的に接続される。従って両者の周波数を合わせる必要がある。そこで、両者の極数は同じにする必要がある。もし、極数を変える必要があるなら、誘導電動機ＩＭと誘導発電機ＩＧとの間にギヤを入れてそのギヤ比と誘導電動機ＩＭと誘導発電機ＩＧの極数比が一致（電気周波数が一致）するように構成すればよい。なお、車両の回生制動の際には、誘導電動機ＩＭを用いて発電を行えばよい。
【００３１】
「各モードでの動作」
本実施形態のシステムにおける動作について、表１に基づいて説明する。
【００３２】
＜１モータＥＶ＞
１モータＥＶモードの場合、クラッチＣ１，Ｃ２の両方をオフにする。これによって、エンジンＥ／Ｇ、誘導発電機ＩＧが動力系から切り離される。また、中性点スイッチＮＰＳをオフにすることで、誘導発電機ＩＧに、インバータＩＮＶから電力が供給されても、誘導発電機ＩＧは動作しない。そして、インバータＩＮＶからの電力によって誘導電動機ＩＭが駆動され、この駆動力によって車輪Ｔｉｒｅが駆動される。従って、この状態での定格出力は誘導電動機ＩＭの出力である６０ｋＷとなる。
【００３３】
＜２モータＥＶモード＞
２モータＥＶモードの場合、クラッチＣ１をオン、クラッチＣ２をオフにする。これによって、エンジンＥ／Ｇが動力系から切り離される。また、中性点スイッチＮＰＳをオンにすることで、誘導発電機ＩＧ、誘導電動機ＩＭの両方に、インバータＩＮＶから電力が供給されて、これらが駆動され、この駆動力によって車輪Ｔｉｒｅが駆動される。従って、この状態での定格出力は誘導電動機ＩＭ、誘導電動機ＩＭの出力の合計である８０ｋＷとなる。
【００３４】
＜ＳＨＶ＞
ＳＨＶモードの場合、クラッチＣ１をオフ、クラッチＣ２をオンにする。これによって、エンジンＥ／Ｇ、誘導発電機ＩＧが出力軸から切り離される。また、中性点スイッチＮＰＳをオンにすることで、誘導発電機ＩＧ、誘導電動機ＩＭの両方が、インバータＩＮＶと電力を授受して駆動される。すなわち、エンジンＥ／Ｇの出力によって、誘導発電機ＩＧが発電し、誘導電動機ＩＭはインバータＩＮＶからの電力によって駆動され、誘導電動機ＩＭの駆動力によって車輪Ｔｉｒｅが駆動される。従って、この状態での定格出力は誘導電動機ＩＭの出力である６０ｋＷとなる。
【００３５】
このモードでは、誘導発電機ＩＧからの電力と、誘導電動機ＩＭへの電力が相殺され、インバータＩＮＶに流れる電流が減少され、インバータＩＮＶにおけるスイッチング損失が低減できる。
【００３６】
＜ＰＨＶ＞
ＰＨＶモードの場合、クラッチＣ１、Ｃ２をオンにする。これによって、エンジンＥ／Ｇ、誘導発電機ＩＧ、誘導電動機ＩＭへの電力のすべてが出力軸に接続される。また、中性点スイッチＮＰＳをオンまたはオフにする。これによって、誘導発電機ＩＧからの出力をオンオフすることができる。中性点スイッチＮＰＳをオンすると、誘導発電機ＩＧ、誘導電動機ＩＭの両方がインバータＩＮＶと電力で駆動される。また、エンジンＥ／Ｇの出力も、誘導発電機ＩＧ、誘導電動機ＩＭを介して車輪Ｔｉｒｅに伝達される。従って、この状態での定格出力は、エンジンＥ／Ｇ、誘導発電機ＩＧ、誘導電動機ＩＭの出力の合計である１００ｋＷとなる。ここで、中性点スイッチＮＰＳをオフすると、誘導発電機ＩＧの出力は０になり、エンジンＥ／Ｇの出力を単に伝達するものになる。従って、この状態での定格出力は、エンジンＥ／Ｇ、誘導電動機ＩＭの出力の合計である８０ｋＷとなる。
【００３７】
＜後退＞
後退モードでは、クラッチＣ１をオフにしエンジンＥ／Ｇを動力系から切り離す。クラッチＣ２をオンまたはオフ、中性点スイッチＮＰＳをオンまたはオフにする。クラッチＣ２をオン、中性点スイッチＮＰＳをオンにすると、誘導発電機ＩＧ、誘導電動機ＩＭの両方の出力によって車輪を駆動することができる。この場合の定格出力は、誘導発電機ＩＧ、誘導電動機ＩＭの出力の合計である８０ｋＷとなる。一方、クラッチＣ２をオフ、中性点スイッチＮＰＳをオフにすると、誘導電動機ＩＭの出力のみによって車輪が駆動され、この場合の定格出力は、誘導電動機ＩＭの出力である６０ｋＷとなる。
【００３８】
【表１】
2019051746.tif 000003
【００３９】
「ＳＨＶモード」
ここで、本実施形態では、ＳＨＶモードを有しており、このＳＨＶモードにおいて、誘導発電機ＩＧを回生、誘導電動機ＩＭを力行状態として運転することができる。従って、このＳＨＶモードのみの車両としてもよい。
【００４０】
ＳＨＶモードの際の誘導発電機ＩＧと、誘導電動機ＩＭの動作について説明する。誘導発電機ＩＧに流れる回生電流と、誘導電動機ＩＭに流れる力行電流の和（合成電流）がインバータＩＮＶに流れるインバータ電流となる。誘導発電機ＩＧと誘導電動機ＩＭの電力が釣り合っている場合でも力率の影響でインバータ電流は０にはならない。このインバータ電流は無効電力分の電流である。無効電力は、電圧と電流との位相差が９０度となり有効な電力成分を持たない成分である。従って、バッテリＢＡＴへの（平均）電流は０となるが、インバータ素子に流れる電流は存在するのでインバータ損失は０にはならない。ただし、単純に両電流を二つのインバータで制御する場合より全体としては損失は減少する。
【００４１】
そして、より高力率な動作点で利用できればインバータ電流を小さくでき、さらに損失を減少させることができる。
【００４２】
図３（ａ）に誘導発電機ＩＧ、図３（ｂ）に誘導電動機ＩＭ、図３（ｃ）にインバータＩＮＶにおける電圧と、電流を示す（３相であれば１相分）。電圧はすべて同一である。誘導発電機ＩＧでは、図３（ａ）に示すように電圧と（１８０−α）度異なる回生電流が流れ、誘導電動機ＩＭでは、図３（ｂ）に示すように電圧と＋α度異なる回生電流が流れ、インバータＩＮＶでは、図３（ｃ）に示すように回生電流と力行電流が合算された合成電流が流れる。
【００４３】
＜ＳＨＶモードでのトルク制御＞
車両の場合、車速を計測することができ、アクセル等の操作に応じて要求トルクも決定される。そこで、誘導電動機ＩＭの回転速度と力行トルクは与えられるものとする。そして、この点を維持しながら誘導発電機ＩＧにおける回生トルク（＝発電電力）を可変にする制御方法を説明する。
【００４４】
誘導機にすべりとトルクの関係は、図２に示したとおりである。また、誘導機のトルク特性は比例推移特性と呼ばれる周波数（＝角速度）と電圧の大きさに比例して変化する特性を示すことが一般に知られている。一方、インバータＩＮＶで交流電圧を供給する場合、２つの誘導機に供給する周波数と電圧の大きさは自由に設定できる。
【００４５】
図４に実線で示すように、電圧の角速度ωiが誘導電動機ＩＭの角速度ωmeと、誘導発電機ＩＧの角速度ωgeの中央にあれば、力行トルクと、回生トルクは釣り合っている。
【００４６】
ここで、誘導発電機ＩＧにおいてより大きな回生トルクを得るためには、誘導発電機ＩＧのすべりを大きくする必要があるので、電圧の角速度ωiを誘導発電機ＩＧの角速度ωgeから離す（図における左側に移動する）。これにより、誘導発電機ＩＧにおいてより大きな回生トルクが得られる。しかし、そのままでは力行トルクが小さくなってしまう。そこで、電圧の大きさを大きくする。これによって、図４に点線で示すように、誘導電動機ＩＭの力行トルクを維持しつつ、回生トルクを大きくすることができる。すなわち、インバータＩＮＶを操作し電圧の角速度ωiを誘導電動機ＩＭの角速度ωmeに近づけるとともに、電圧の大きさを制御することで、力行トルクを要求トルクに維持しつつ、回生トルク（発電電力）を増加することができる。
【００４７】
逆に、誘導発電機ＩＧにおいてより小さい回生トルクを得る場合は、電圧を小さくし、インバータＩＮＶの角速度ωｉを誘導発電機ＩＧの角速度ωgeに近づける。これによって、図４に一点鎖線で示すように、誘導電動機ＩＭの力行トルクを維持しつつ、回生トルクを小さくすることができる。ただし、力行トルクを維持するのに必要な電圧以下にすることはできないので、力行トルクに依存して一定の発電電力が生じる。
【００４８】
このとき、エンジンＥ／Ｇにおいてもスロットルや燃料噴射量等の制御を併用する必要がある。すなわち、誘導発電機ＩＧの発電量は、エンジンＥ／Ｇの出力に対応するものであり、両者が均衡するようにエンジンＥ／Ｇの動作を制御する。ここで、一般にＨＶ用のエンジンＥ／Ｇでは、通常要求パワーに対して最良効率となる最適動作線上で運転するように制御する。図５にエンジンＥ／Ｇのエンジン最適動作線（実線）を示す。この最適動作線上に点線で示す燃費の最もよい動作点とすることが好適である。なお、駆動電力と発電電力の差分は電池に充放電することで吸収される。
【００４９】
「中性点スイッチＮＰＳの役割」
図６（ａ）に誘導発電機ＩＧにおける中性点スイッチＮＰＳの接続関係を示す。電磁リレー等で構成する場合はこの図のように構成する。半導体スイッチにより構成する場合は、図６（ｂ）の構成となる。この例で、誘導発電機ＩＧは、３相の発電機であり、３相の固定子巻線が中性点で接続される星形の構成を有する。そして、中性点スイッチＮＰＳは、固定子巻線の星形三相結線の中性点の接続または開放を切り替える。中性点スイッチＮＰＳをオンにすると中性点スイッチＮＰＳ内のすべてのスイッチがＯＮになり中性点が接続され固定子巻線に電流が流れ誘導発電機ＩＧが作動する。一方、中性点スイッチＮＰＳをオフにすると中性点は開放され固定子巻線に電流は流れなくなり、インバータＩＮＶは誘導電動機ＩＭのみを駆動することになる。
【００５０】
具体的には、図６（ｂ）に示すように、同一方向を向いた２つのダイオードの直列接続（アーム）を３本設け、これらの中点に３相の固定子巻線の中性点側端を接続する。そして、３本のアームを並列接続し、両端をスイッチＳＷで接続する。従って、スイッチＳＷをオンすることで３相の固定子巻線が中性点で接続され、スイッチＳＷをオフすることで３相の固定子巻線の接続が切断される。
【００５１】
中性点スイッチＮＰＳをオフすることで、誘導電動機ＩＭのみで走行する１モータＥＶ走行モードを実現することができる。
【００５２】
なお、中性点スイッチＮＰＳは、単純な機械スイッチ（リレー）でもよいし、図６（ｂ）に示したような半導体素子により構成してもよい。
【００５３】
「誘導発電機ＩＧと誘導電動機ＩＭの一体化」
誘導発電機ＩＧと誘導電動機ＩＭには、同じ周波数の電流電圧与えているので、固定子を共通にすることができる。これによって誘導発電機ＩＧと誘導電動機ＩＭを一体化して小型軽量化が図れ、また固定子での銅損低減が期待できる。また、この場合には中性点スイッチＮＰＳは不要とする。
【００５４】
図７には、２重回転子を用いる一体化モータの構成例（軸方向から見た断面図）を示してある。一体化モータ１０は、外側から円筒状の外側回転子１２、その内側に所定の微小間隙をおいて円筒状の固定子１４、その内側に所定の微小間隙をおいて円筒状の内側回転子１６が配置されている。固定子１４は、固定されており、固定子巻線が巻回されて、所定数の極が設けられている。そして、この固定子巻線に所定の電流を供給することで、外側および内側に回転磁界が形成される。これによって、外側回転子１２、内側回転子１６上に配置された誘導導体に誘導電流が流れてそれらが回転する。
【００５５】
ここで、外側回転子１２を誘導電動機ＩＭの回転子とし、内側回転子１６を誘導発電機ＩＧの回転子とすることが好適である。半径の大きい外側回転子１２の方がトルクが大きいからである。
【００５６】
また、１モータＥＶモードで誘導発電機ＩＧを使用しない場合には、クラッチＣ１，Ｃ２の両方を開放し、誘導発電機ＩＧを固定子１４による回転磁界で単に空転させればよい。このとき、誘導発電機ＩＧの回転子の回転速度は、固定子の回転磁界の回転速度（同期速度）に近くなり、すべりはほぼ０となる。従って、誘導発電機ＩＧにおける回転子での損失は小さい。
【００５７】
図８には、固定子の内側に、２つの回転子を軸方向に並べた一体化モータ２０の構成例（径方向から見た断面図）を示す。
【００５８】
エンジンＥ／Ｇの出力軸２２には、クラッチＣ１を介し、誘導発電機ＩＧの回転軸２４が接続されている。回転軸２４は、出力軸２２の反対方向に伸びて、誘導発電機ＩＧの出力軸となっている。回転軸２４の外周には円筒状のＩＧ回転子２６が固定されている。
【００５９】
回転軸２４の周囲には誘導電動機ＩＭのＩＭ回転子２８がＩＧ回転子２６と軸方向に並んで配置されている。ＩＭ回転子２８は、回転軸２４には固定されておらず、別に回転する。例えば、ＩＭ回転子２８は、回転軸２４に対し、軸受けなどで回転可能に支持される。
【００６０】
ＩＭ回転子２８には、軸方向に伸びる中空軸３０が取り付けられ、この周囲に出力ギヤ３２が固定されている。従って、ＩＭ回転子２８の回転が、中空軸３０，出力ギヤ３２を介し出力される。また、回転軸２４と、中空軸３０はクラッチＣ２を介し接続されている。
【００６１】
そして、ＩＧ回転子２６、ＩＭ回転子２８を取り囲んで、円環状の固定子３４が配置されている。固定子３４によって、ＩＧ回転子２６、ＩＭ回転子２８に同様の回転磁界が印加される。なお、クラッチＣ１，Ｃ２の近傍に、スリーブ３６が設けられ、これらが左右に移動することによってクラッチＣ１，Ｃ２の切断または接続が制御される。
【００６２】
このように、一体化モータ２０では、１つの固定子３４をＩＧ回転子２６、ＩＭ回転子２８で共有し、それぞれが出力軸として回転軸２４、中空軸３０を有する。
【００６３】
ここで、この２つの回転子を並べた一体化モータ２０では、１モータＥＶモードは使用しないことが好適である。１モータＥＶモードで使用すると、ＩＧ回転子に対向する固定子３４が無駄になるからであり、２モータＥＶモードを使用すればよい。
【００６４】
また、図７，８のいずれの場合においても、クラッチＣ１，Ｃ２を一体化して、複数位置を設定可能（Ｃ１のみ、Ｃ２のみ、Ｃ１とＣ２両方）なドグクラッチとすれば、スリーブを動かすアクチュエータが１つで済む。
【００６５】
「極数とギヤ比の関係」
構成上、誘導発電機ＩＧと誘導電動機ＩＭ間に減速または増速が必要な場合や、誘導発電機ＩＧと誘導電動機ＩＭとで極数を変える必要がある場合が考えられる。一方、本実施形態では、誘導発電機ＩＧと誘導電動機ＩＭの固定子に１つのインバータＩＮＶから電力が供給される。従って、誘導発電機ＩＧと誘導電動機ＩＭとに供給される交流電力の電気角周波数は同一である。
【００６６】
そこで、図９に示すように、誘導発電機ＩＧと誘導電動機ＩＭの動力伝達部分に固定減速比の動力伝達装置４０を配置することで、両者の電気角周波数を一致させることが可能である。なお、図９、その他のシステム構成図においては、制御装置Ｃｏｎｔおよび制御系については図示を省略している。
【００６７】
例えば、誘導発電機ＩＧの極数をＰｇとし、誘導電動機ＩＭの極数をＰｍとし、減速比をｐとすると次式の関係を満たせばよい。
ｐ＝Ｐｍ／Ｐｇ
【００６８】
なお、この例では、動力伝達装置４０は歯車を用いたが、チェーン等を用いることもできる。
【００６９】
「その他の構成１」
ここで、誘導発電機ＩＧはすべりが負であり、誘導電動機ＩＭはすべりが正であるため、ＳＨＶモードの場合に、必ずエンジンＥ／Ｇ（誘導発電機ＩＧ）の回転数の方が、車輪（誘導電動機ＩＭ）の回転数より高くなければいけないという制約がある。従って、エンジン動作範囲が限定され出力パワーが制限されてしまう。また、ＰＨＶモードにおいては、車輪回転数（誘導電動機ＩＭの回転数）とエンジン回転数（誘導発電機ＩＧの回転数）が１対１に固定化されるので、より制限される。また、エンジンＥ／Ｇを最適動作線から外して運転することにもなる（図５参照）。このとき、要求トルクに対するエンジンＥ／Ｇのトルクの過不足は、誘導発電機ＩＧ、誘導電動機ＩＭで吸収することになる。
【００７０】
そこで、図１０に示すように、誘導電動機ＩＭと、車輪Ｔｉｒｅの間にトランスミッションＴ／Ｍを入れることが好適である。これによって、車速とエンジン運転点との間の自由度を上げることができる。すなわち、トランスミッションＴ／Ｍで変速することでエンジンＥ／Ｇの運転点を変えることができ、出力パワーを変化させることができる。このとき、誘導電動機ＩＭの最大トルクも小さくできる。トランスミッションＴ／Ｍにより車輪側のトルクを大きくすることができるので、同じ出力でも誘導電動機ＩＭを小型化できる可能性がある。なお、トランスミッションＴ／Ｍは、ＭＴ（マニュアル）・ＡＴ（オートマティック）、ＣＶＴ（無段変速機）のいずれの方式でもよい。
【００７１】
このようなトランスミッションＴ／Ｍを設け、変速比を変更することで、図１１に示すように、車軸回転数が一定であっても、車速と車輪駆動トルクの関係を変更することができる。
【００７２】
「その他の構成２」
図１２に示すように、誘導発電機ＩＧからの軸を車輪Ｔｉｒｅ（前輪または後輪）に接続し、誘導電動機ＩＭの出力軸を別の車輪Ｔｉｒｅ（後輪または前輪）に接続することでシンプルな全輪駆動システムが構築できる。この場合、誘導発電機ＩＧと車輪Ｔｉｒｅとの間にクラッチＣ２を配置する。なお、制御装置Ｃｏｎｔおよび制御系については図示を省略している。
【００７３】
このような構成によって、誘導電動機ＩＭのみ駆動でＥＶ二輪駆動モード、誘導電動機ＩＭと誘導発電機ＩＧの両方を駆動でＥＶ全輪駆動モードになる。また、エンジンＥ／Ｇ＋誘導発電機ＩＧ＋誘導電動機ＩＭのパワフルなＰＨＶ全輪駆動モードが実現できる。なお、ＳＨＶモードでは、誘導電動機ＩＭによる二輪駆動モードのみとなる。
【００７４】
また、全輪駆動モードにおいて前後輪の回転数差はインバータＩＮＶで吸収可能である。インバータＩＮＶは、誘導発電機ＩＧ、誘導電動機ＩＭの両方に同じ角速度の電力を供給するため、誘導発電機ＩＧ、誘導電動機ＩＭのすべりは基本的に同一になる。前後輪の回転数が異なると、誘導発電機ＩＧ、誘導電動機ＩＭでのすべりが変化して、遅い方のすべりが大きくなってトルクが大きくなり、スリップ防止のトラクションコントロールと同等の作用を示す。また、調整範囲は小さいが前後輪のトルク配分を調整することも可能である。すなわち、インバータの周波数と電圧の大きさを変えることで、誘導電動機ＩＭと誘導発電機ＩＧで生じるトルクの比を変えることができる。通常、後輪の方が低速になるので、定格出力の大きい誘導電動機ＩＭにより後輪を駆動することで、大きなトルクを配分することができる。
【００７５】
なお、前後輪の回転数は基本的に同一であり、クラッチＣ２を切断した状態以外ではトランスミッションＴ／Ｍを使用することはできず、トランスミッションＴ／Ｍとの組み合わせは難しい。
【００７６】
また、誘導発電機ＩＧにより発電、誘導電動機ＩＭで力行するのは、クラッチＣ２を切断した時にのみである。
【００７７】
「その他の構成３」
図１３では、誘導電動機ＩＭを２つ設けてある。すなわち、図１の構成に、誘導電動機ＩＭを１つ追加し、２つの誘導電動機ＩＭ１，ＩＭ２を有し、一方で前輪、他方で後輪を駆動する。そして、インバータＩＮＶからの電力を誘導発電機ＩＧ、誘導電動機ＩＭ１，ＩＭ２に供給する。このシステムでは、ＳＨＶモードでも全輪駆動が可能になる。
【００７８】
「実施形態の効果」
誘導機はすべりを変えることでトルクが変わる。このとき、トルクは正負どちらでもよい。誘導発電機ＩＧと、誘導電動機ＩＭを同じ周波数、電圧で駆動し、一方を発電、他方を力行とする。このとき、電力は発電側から力行側へ流れ、バランスしたとき、有効電力分の電流は打ち消し合い、無効電力分のみインバータから供給することになる。従って、インバータ電流を少なくして、インバータＩＮＶでの損失を低減できる。特に、誘導発電機ＩＧ、誘導電動機ＩＭを高力率で運転することで、無効電流を小さくして、インバータ損失は小さくすることができる。また、誘導発電機ＩＧと誘導電動機ＩＭを１つのインバータＩＮＶで駆動することで、素子数低減によるコスト低減ができる。
【００７９】
さらに、本実施形態では、エンジンＥ／Ｇ、誘導発電機ＩＧ、誘導電動機ＩＭの組み合わせ方によって、１モータＥＶ、２モータＥＶ、ＳＨＶ、ＰＨＶの４モードを実現することができる。
【符号の説明】
【００８０】
ＢＡＴ  バッテリ、Ｃ１，Ｃ２  クラッチ、Ｃｏｎｔ  制御装置、Ｅ／Ｇ  エンジン、ＩＧ  誘導発電機、ＩＭ  誘導電動機、ＩＮＶ  インバータ、ＮＰ  中性点スイッチ、Ｔｉｒｅ  車輪。
【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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