(57)【要約】【課題】シリーズハイブリッド型電気自動車のエンジンと発電機とモーターの効率を最大にして、全体として最適な燃料消費率とする。【解決手段】シリーズハイブリッド型電気自動車は、エンジン５と、エンジン５で駆動される交流発電機６と、整流器７と、可変周波数インバーター３と、三相誘導電動機１と、車輪10と、エンジン５と交流発電機６と可変周波数インバーター３と三相誘導電動機１とを制御する制御装置とを備える。制御装置の発電制御手段８は、回転数変更時以外の定速運転時では、エンジン５と交流発電機６を最大効率で運転するように制御する。制御装置の誘導電動機制御手段９は、効率が最大となる回転数の領域では、三相誘導電動機１を最適すべりで駆動し、大きなトルクが必要な回転数の領域では最大トルクとなるすべりで駆動し、中間の回転数の領域では中間のすべりで駆動するように制御する。【選択図】図１
2013203117.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンと、前記エンジンで駆動される交流発電機と、前記交流発電機に接続された整流器と、前記整流器に接続された可変周波数インバーターと、前記可変周波数インバーターに接続された三相誘導電動機と、前記三相誘導電動機で駆動される車輪と、前記エンジンと前記交流発電機と前記可変周波数インバーターと前記三相誘導電動機とを制御する制御装置とを具備するシリーズハイブリッド型電気自動車において、前記制御装置は、前記エンジンと前記交流発電機を回転数変更時以外の定速運転時では、最大効率で運転するように制御する発電制御手段と、前記三相誘導電動機を効率が最大となる回転数の領域では最適すべりで駆動し、大きなトルクが必要な回転数の領域では最大トルクとなるすべりで駆動し、中間の回転数の領域では中間のすべりで駆動するように制御する誘導電動機制御手段とを備えることを特徴とするシリーズハイブリッド型電気自動車。
【請求項２】
エンジンと、前記エンジンで駆動される交流発電機と、前記交流発電機に接続された整流器と、前記整流器に接続された可変周波数インバーターと、前記整流器と前記可変周波数インバーターとに接続された蓄電池と、前記可変周波数インバーターに接続された三相誘導電動機と、前記三相誘導電動機で駆動される車輪と、前記エンジンと前記交流発電機と前記可変周波数インバーターと前記三相誘導電動機とを制御する制御装置とを具備するシリーズハイブリッド型電気自動車において、前記制御装置は、前記エンジンと前記交流発電機を回転数変更時以外の定速運転時では、最大効率で運転するように制御する発電制御手段と、前記三相誘導電動機を効率が最大となる回転数の領域では最適すべりで駆動し、大きなトルクが必要な回転数の領域では最大トルクとなるすべりで駆動し、中間の回転数の領域では中間のすべりで駆動するように制御する誘導電動機制御手段とを備えることを特徴とするシリーズハイブリッド型電気自動車。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気自動車に関し、特に、レンジエクステンダー付の電気自動車に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、電気自動車は、バッテリーを電源としているので、航続距離が短い。これが、電気自動車の普及が遅れている理由のひとつである。そこで、エンジンを搭載して、ハイブリッド型電気自動車としている。このうち、エンジンと発電機とバッテリーとモーターを直列に接続したものを、シリーズハイブリッド型電気自動車またはレンジエクステンダー付電気自動車という。搭載される発電システムが"レンジエクステンダー（航続距離延長装置）"である。車両全体では"レンジエクステンデッド電気自動車"または"レンジエクステンダー式電気自動車"と称する。レンジエクステンダーとは、航続距離延長装置という意味で、電気自動車に発電専用エンジンを搭載したもののことである。
【０００３】
レンジエクステンダーには、一般に内燃エンジンと発電機が用いられる。二次電池に充電された残量が少なくなったとき、エンジンで発電機を回し、発生した電力を駆動モーターに供給して走行することによって、航続距離を確保する。レンジエクステンダーのエンジンには、車格に比して排気量の小さいものが用いられる。小排気量エンジンを使用するのは、機械損失の低減や常用域での効率向上を目的としたものである。初期に充電した電気を使い切った場合でも、定常走行時に充電を行って走行を継続できる。強い加速が必要なときには電池の電力をフルに利用して、車格に見合った加速を得る。
【０００４】
基本は電気自動車のため、リチウムイオンなどの大容量バッテリーが搭載される。エンジンは発電専用のため、車格の割に小型のものが搭載される傾向にある。なお、このシステム構成は明確な分類基準が無いため、電気自動車ともシリーズ式（プラグイン）ハイブリッドとも呼ばれる。システム構成はシリーズ式ハイブリッドまったく同じだが、国際的に合意形成された分類基準は存在しない。この型の電気自動車は、エンジンを高効率で駆動できるので、燃料消費率がよい。トルクや回転数を最適制御することにより、さらに効率を高める工夫をしているものもある。
【０００５】
シリーズハイブリッド型電気自動車は、バッテリーが必須ではないので、バッテリーを搭載しないものもある。しかし、そのままでは回生電力を保存できないので、効率はよくない。そこで、減速時に一旦電気に変換することなく、別のメカニズムを使ってエネルギーを取り込み、加速時の補助にするというものがある。液体と気体を使って機械的にブレーキ時のエネルギーを加速時のエネルギーとして活用する仕組みである。すでに商用のトラックなどで実用化されている。低圧の液体容器と高圧の窒素ガス容器の２つを使う。ブレーキ時にポンプを回して、液体を高圧ガス側へ注入する。ガスは圧縮され、高圧状態になる。加速時には、高圧ガスが液体を押し戻す動作を行い、タイヤの回転を補助するという仕組みである。
【０００６】
また、フライホイールを利用するものもある。バッテリーを使用する通常のハイブリッド車とは異なり、フライホイール発電機が、モーターに電源を供給する。このフライホイール発電機は、フライホイール（回転する円盤のはずみ車）とモーター兼発電機、電気制御回路を組み合わせたものである。最高回転数40000rpmで回転して、運動エネルギーを蓄える。ブレーキング時にはフロントアクスルの２基のモーターが発電機として作動して、フライホイール発電機を回転させ、エネルギーを蓄える。そして強力な加速が必要なコーナー脱出時や追い越しなどの際に、蓄えたエネルギーを使う。フライホイールは発電機モードになり、電気機械的に減速されて運動エネルギーを電気に変換して、前輪の２基のモーターに最大120kWの出力を供給する。このパワーブーストは、ドライビングコンディションによって異なるが、約６〜８秒間使用できる。これまで、ブレーキの摩擦熱として無駄に捨てていた運動エネルギーを、高い効率で駆動力をブーストする電気エネルギーに変換するシステムである。このハイブリッドシステムでより大きなパワーを得られるだけでなく、燃費も向上する。以下に、シリーズハイブリッド型電気自動車に関連する従来技術の例をあげる。
【０００７】
特許文献１に開示された「電気推進式移動電源車」は、車両を軽量化し、機器の使用効率を向上させたものである。図６（ａ）に示すように、移動電源車に搭載される発電装置は、ディーゼル発電装置と三相平衡装置から構成される。ディーゼル発電装置は、電子ガバナ、発電用エンジン、発電機からなる。三相平衡装置は、インバーター回路、制御回路、フィルタから構成される。インバーター回路には、車両駆動制御装置のインバーター装置が並列接続される。インバーター装置は、制御回路で制御され、得られた交流出力で駆動電動機が駆動される。
【０００８】
特許文献２に開示された「電気自動車用エンジン駆動発電機の制御装置」は、ドライバーのフィーリングにあった運転環境を作るものである。図６（ｂ）に示すように、ＥＣＵは、モーターの回転数によって車速を認識する。車速に応じて、発電機コントローラは、界磁コイルに供給する界磁電流のチョッピング周波数を変更する。こうして車速に応じた騒音を、発電の効率に悪影響を与えずに発生することができる。また、車速に応じてエンジン回転数を変更することもできる。この場合、エンジンの発電効率がほとんど変わらない高効率領域内で、エンジン回転数を変更する。このため、発電には何等悪影響を及ぼさず、騒音を車速に応じて変更することができる。
【０００９】
特許文献３に開示された「自動車のための駆動装置」は、内燃機関により駆動される発電機から給電される電動機により自動車を駆動する装置である。図６（ｃ）に示すように、内燃機関は、調整駆動装置により、出力やトルクや回転数が制御される。発電機は、内燃機関の出力軸に接続されている。電動機は、発電機から給電されて自動車を駆動する。電子制御装置は、調整駆動装置を制御し、発電機により発生される電力や、電動機により受取られる電力を、アクセルペダルの調整位置に依存して制御する。また、内燃機関と、これに接続されている発電機の実際値回転数を、電子制御装置で検出する。さらに、発電機により発生される実際値電力と、電動機により受取られる実際値電力を、電子制御装置で検出する。電子制御装置には、実際値回転数の時間平均値を所定目標値回転数に保持する回転数閉ループ制御回路と、実際値電力の時間平均値を所定目標値電力に保持する電力閉ループ制御器が接続されている。電子制御装置には、目標値電力のためのデータと目標値回転数のためのデータとの組合せのための特性曲線群データや、調整駆動装置の調整のためのデータが記憶されているデータメモリが割り当てられている。電子制御装置は、発電時でも駆動時でも、発電機の電流に依存してトルク変化についてクランク軸角度位置を変数として検出し、トルク変化に依存して作動障害や電動機状態を診断する。
【００１０】
特許文献４に開示された「ハイブリッド車の電源回路」は、エンジンを最高効率点近傍で駆動して排気ガスを低下するとともに、バッテリーの劣化を防止するものである。図６（ｄ）に示すように、制御部は、センサ部から供給される車速信号やシフトポジション信号から、車両の走行停止状態を検出する。このとき、バッテリー充電量が所定値以下であれば、エンジンを最高効率点近傍で駆動させて、発電装置で発電を行い、キャパシタが所定充電値（ほぼ満充電の状態）になるまで充電する。キャパシタが所定充電値以上まで充電された場合、または走行停止状態が終了した場合、制御部はエンジンの駆動を停止する。次いで、制御部はスイッチを接続して、キャパシタからバッテリーへの充電を行う。充電が終了すると、制御部はスイッチを元の状態に戻す。
【００１１】
特許文献５に開示された「ハイブリッド自動車」は、小型で低コストにしたものである。図７（ａ）に示すように、ドライバーがアクセルペダルを押すとすぐに、ドライブモータに供給される電力が増大する。ドライブモータに流れる電流は、ドライブモータが最大出力最大速度で回転するときの電流値を決して超過しない。自動車は、電動モーターで駆動される。発電機は、ガソリンエンジンにより駆動される。調整回路は、ガソリンエンジンの回転速度と、電動モーターに供給される電力を、アクセルペダルの位置の関数として調整する。アクセルペダルを踏んで自動車の速度を増大するときに、ガソリンエンジンの回転速度と同時に電力が増大する。
【００１２】
特許文献６に開示された「車両駆動装置」は、操作性がよくて燃費がよいものである。図７（ｂ）に示すように、内燃機関により発電機を駆動する。発電機の出力電力を二系統に分配し、各電力を、電力変換器を介してモーターに供給し、モーターにより起動輪を駆動する。そしてアクセルペダルの踏込量に応じて、制御部により発電機の出力を制御するとともに、電力変換器による変換電力を制御する。
【００１３】
特許文献７に開示された「バッテリーなしで運転可能な直列ハイブリッド車」は、バッテリーなしでも、アクセル制御の応答性がよいものである。図７（ｃ）に示すように、交流発電機は、エンジンによって駆動される。電気駆動モーターが、所望トルクで運転するためのインバーターを介して、交流発電機に接続されている。アクセル制御装置をドライバーが操作すると、アクチュエータがエンジンを操作する。最大トルクに達した時に、制御装置がアクチュエータの位置を制御する。車両速度とエンジン速度とエンジン出力からトルクを連続的に計算して、車両の推進トルクを制御する。
【００１４】
特許文献８に開示された「エンジン発電機搭載型電気自動車」は、交流電源として利用できるエンジン発電機を搭載して、充電して走行距離を大幅に伸ばすことができるものである。図８（ａ）に示すように、蓄電池の電力によりモーターを駆動させて走行する。電気自動車に搭載されたエンジンにより、一次発電機で三相交流電気を発電する。一次発電機に接続された制御装置で、出力電圧と周波数を変換して、商用交流電流と同じ電流にする。制御装置に接続された差し込みソケットから、作業機器に交流電流を供給する。充電電圧にタップ調整された三相トランスが一次発電機に接続され、三相全波整流器で整流された直流電流を蓄電池に供給する。
【００１５】
特許文献９に開示された「シリーズ式ハイブリッド車両の制御装置」は、発電量を一定に制御できるものである。図８（ｂ）に示すように、内燃機関（発電用エンジン）で発電機を駆動する。発電機の出力によって、走行用のバッテリーを充電する。バッテリーから電力が供給される走行用のモーターで車輪を駆動する。ハイブリッド制御手段で、発電機とモーターの制御を行う。機関制御手段で、内燃機関の制御を行う。ハイブリッド制御手段は、アクセル開度に基づき発電機を駆動させる場合には、内燃機関の回転速度を一定にするための要求回転速度を機関制御手段に出力する。
【００１６】
特許文献10に開示された「ハイブリッド電気自動車のパワートレインの制御方法」は、パワートレインの効率を改善し、エンジンのポンピングロスも減らして、燃費を低減する方法である。図８（ｃ）に示すように、エンジンで直接第１回転電機を駆動して発電する。その電力が供給される第２回転電機で車輪を駆動する。第１回転電機へ要求される発電量の変化に応じて、エンジンのトルクや回転数を制御する。エンジンの吸気マニホールドの圧力が実質的に変化しないよう維持する。エンジンの運転効率のみならず、第１回転電機の作動効率も考慮した制御により、オーバオール効率を改善できる。吸気マニホールド圧力を略大気圧に維持すれば、吸気損失が実質的になくなる。
【００１７】
特許文献11に開示された「シリーズハイブリッド車両を作動させる方法」は、エンジン効率を最大化する方法である。図８（ｄ）に示すように、シリーズハイブリッド車両の運転者が出力要求をする場合、第２の動力源は、エネルギー貯蔵デバイスに貯蔵された第２のエネルギー、エンジンによって生成された直接入力のエネルギー、または両方、のいずれかが供給される。それは、車両の第２の貯蔵デバイスのみに貯蔵された利用可能な第２のエネルギー量、および車両速度との組合せに依存する。エンジンが第２のエネルギーを生成するために使用される間、エンジンが作動する動力効率レベルはまた、車両速度、車両の第２の貯蔵デバイスのみに貯蔵された利用可能な第２のエネルギー量、および車両速度との組合せに依存する。
【００１８】
特許文献12に開示された「シリーズハイブリッド車両の制御装置」は、直流バス電圧に対応してバッテリーの出力を適切に制御するものである。図９（ａ）に示すように、バッテリーの目標出力とバッテリーの充電率に基づいて、直流バスに対する直流バス電圧指令値を設定し、バッテリー目標出力に達するように、バッテリーから直流バスに対する出力を制御する。直流バスへのバッテリーからの出力がバッテリー目標出力に達すると、直流バス電圧指令値にコンバータの直流電圧レベルが近づくように、発電機からの電力量を制御する。
【００１９】
特許文献13に開示された「鉄道車両の駆動装置」は、エンジンが最大運転効率となる出力点と回転速度における発電状態を維持するシリーズハイブリッド方式の鉄道車両の駆動装置である。図９（ｂ）に示すように、エンジンと、発電機と、コンバータ装置と、システム統括制御部と、エンジン制御部と、定電力制御器と、PMW制御部を備える。制御器は、統括制御部からのエンジンの出力の指令から燃料噴射量指令を出力して、エンジンを制御する。PMW制御器は、統括制御部からの発電機の負荷量の指令に基づいた発電機の負荷量を発生するスイッチング素子のゲート信号を与える。エンジンの回転速度に対する出力特性は、特定の回転速度よりも増加すると出力を減少させ、減少すると出力が増加するという特性である。コンバータ装置に対する出力指令は、発電機の負荷量を回転速度によらずに一定の負荷量とする定電力発電制御を行う。
【００２０】
特許文献14に開示された「シリーズハイブリッド車両の制御装置」は、有段変速状態の変速時に、乗員に違和感を与えないように、ドライブフィーリングを向上させるものである。図９（ｃ）に示すように、現在のエンジンの動作点であるポイント「Ｘ」から目標のポイント「Ｙ」までの間を、エンジン回転数が一気に変化する破線で示す変速制御ラインＺを設定する。この変速制御ラインＺをトレースするように、発電機の負荷トルクを制御する。エンジンの回転数変化が高効率ラインＬ′をトレースする場合よりも、より早く変化するように発電機とエンジンを制御する。
【００２１】
特許文献15に開示された「車両の制御装置」は、エンジンの効率特性が変化しても、要求された発電パワーを実現しながら燃料消費率を最小に維持できるものであり、動作点の不必要な変動を抑制し、周辺制御の制御精度を向上させて、発電制御の総合効率を向上させることができるものである。図９（ｄ）に示すように、エンジントルクと発電機回転数を、目標発電パワーを達成するように制御するシリーズ型ハイブリッド車両である。動作点フィードフォワード設定部で、目標発電パワーを達成するためのエンジントルクと目標発電機回転数を演算する。発電パワーフィードバック補償部で、目標発電パワーに実発電パワーが一致するように、目標発電パワーをフィードバック補正する。燃費消費率最小化用フィードバック補償部で、エンジン燃料噴射量と実発電パワーの比率である燃料消費率が最小になるように、仮設定した動作点をフィードバック補正する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２２】
【特許文献１】特開平06-269102号公報
【特許文献２】特開平06-296400号公報
【特許文献３】特表平06-511134号公報
【特許文献４】特開平07-023504号公報
【特許文献５】特開平07-298408号公報
【特許文献６】特開平10-051905号公報
【特許文献７】特開2002-369312号公報
【特許文献８】特開2004-208435号公報
【特許文献９】特開2006-132391号公報
【特許文献１０】特開2008-087758号公報
【特許文献１１】特開2011-025923号公報
【特許文献１２】特開2011-168226号公報
【特許文献１３】特開2007-195334号公報
【特許文献１４】特開2008-207570号公報
【特許文献１５】特開2010-173388号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２３】
しかし、従来のシリーズハイブリッド型電気自動車には、次のような問題がある。エンジンと発電機の動作効率は考慮しているが、モーターの効率は他の電気自動車と同様の考慮しかしていないので、全体の効率は必ずしも高くはならない。
【００２４】
本発明の目的は、上記従来の問題を解決して、エンジンと発電機とモーターの効率を最大にして、全体として最適な燃料消費率とすることである。
【課題を解決するための手段】
【００２５】
上記の課題を解決するために、本発明では、エンジンと、エンジンで駆動される交流発電機と、交流発電機に接続された整流器と、整流器に接続された可変周波数インバーターと、可変周波数インバーターに接続された三相誘導電動機と、三相誘導電動機で駆動される車輪と、エンジンと交流発電機と可変周波数インバーターと三相誘導電動機とを制御する制御装置とを具備するシリーズハイブリッド型電気自動車の制御装置に、エンジンと交流発電機を回転数変更時以外の定速運転時では、最大効率で運転するように制御する発電制御手段と、三相誘導電動機を効率が最大となる回転数の領域では最適すべりで駆動し、大きなトルクが必要な回転数の領域では最大トルクとなるすべりで駆動し、中間の回転数の領域では中間のすべりで駆動するように制御する誘導電動機制御手段とを備える構成とした。
【発明の効果】
【００２６】
上記のように構成したことにより、ほとんどの時間において誘導電動機を最大効率で駆動でき、加速と減速の際には操作性よく運転できるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の実施例におけるシリーズハイブリッド型電気自動車の機能ブロック図である。
【図２】本発明の実施例におけるシリーズハイブリッド型電気自動車の誘導電動機のトルクと効率をすべりに対応させて示した図と、誘導電動機の電圧とすべりの対応図である。
【図３】本発明の実施例におけるシリーズハイブリッド型電気自動車の誘導電動機制御手段の機能ブロック図である。
【図４】本発明の実施例におけるシリーズハイブリッド型電気自動車の変形例の機能ブロック図である。
【図５】本発明の実施例におけるシリーズハイブリッド型電気自動車の変形例の誘導電動機のトルクと効率をすべりに対応させて示した図と、誘導電動機の電圧とすべりの対応図と、状態遷移図である。
【図６】従来のシリーズハイブリッド型電気自動車の概念図である。
【図７】従来のシリーズハイブリッド型電気自動車の概念図である。
【図８】従来のシリーズハイブリッド型電気自動車の概念図である。
【図９】従来のシリーズハイブリッド型電気自動車の概念図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下、本発明を実施するための最良の形態について、図１〜図５を参照しながら詳細に説明する。
【実施例】
【００２９】
本発明の実施例は、効率が最大となる回転数の領域では最適すべりで駆動し、大きなトルクが必要な回転数の領域では最大トルクとなるすべりで駆動し、中間の回転数の領域では中間のすべりで駆動するように誘導電動機を制御するシリーズハイブリッド型電気自動車である。
【００３０】
図１に、シリーズハイブリッド型電気自動車の機能ブロック図を示す。図２に、誘導電動機のすべりに対するトルクと効率の関係と、誘導電動機の電圧とすべりの関係を示す。図３に、誘導電動機制御手段の構成を示す。図４に、シリーズハイブリッド型電気自動車の変形例の機能ブロック図を示す。図５に、シリーズハイブリッド型電気自動車の変形例の状態遷移図を示す。
【００３１】
図１において、三相誘導電動機１は、三相の誘導電動機（交流モーター）である。速度検出器２は、誘導電動機の回転数（周波数）を検出する回転計である。可変周波数インバーター３は、電圧指令と周波数指令に応じて、直流電流を三相交流電流に変換して三相誘導電動機を駆動するインバーターである。蓄電池４は、鉛バッテリーである。エンジン５は、内燃機関である。交流発電機６は、単相または三相の交流発電機である。整流器７は、交流電流を直流電流に変換する装置である。発電制御手段８は、エンジンと交流発電機を制御して効率的に発電するための手段である。誘導電動機制御手段９は、可変周波数インバーターを介して三相誘導電動機を制御する手段である。車輪10は、電気自動車の車輪である。これらの各要素自体の基本的構成は周知のものであるので、詳しい説明は省略する。
【００３２】
上記のように構成された本発明の実施例におけるシリーズハイブリッド型電気自動車の機能と動作を説明する。最初に、図１を参照しながら、シリーズハイブリッド型電気自動車の概要を説明する。シリーズハイブリッド型電気自動車は、エンジン５と、エンジン５で駆動される交流発電機６と、交流発電機６に接続された整流器７と、整流器７に接続された可変周波数インバーター３と、可変周波数インバーター３に接続された三相誘導電動機１と、三相誘導電動機１で駆動される車輪10と、エンジン５と交流発電機６と可変周波数インバーター３と三相誘導電動機１とを制御する制御装置とを具備する。制御装置の発電制御手段８は、回転数変更時以外の定速運転時では、エンジン５と交流発電機６を最大効率で運転するように制御する。制御装置の誘導電動機制御手段９は、三相誘導電動機１を効率が最大となる回転数の領域では最適すべりで駆動し、大きなトルクが必要な回転数の領域では最大トルクとなるすべりで駆動し、中間の回転数の領域では中間のすべりで駆動するように制御する。運転者からの速度指令値は、電圧指令として可変周波数インバーター３に入力される。また、符号付の速度指令値は、誘導電動機制御手段９に入力される。
【００３３】
この例では、蓄電池を備えていないので、減速時に回生電力を蓄えることができない。そこで、回生電力は、可変周波数インバーター３と整流器７を介して交流発電機６に環流させて、交流発電機６をモーターとして動作させ、エンジン５によりエンジンブレーキをかけるようにする。可変周波数インバーター３と整流器７は、回生電力を環流できるように構成しておく。あるいは、回生電力を抵抗器により熱にすることにより、減速時にブレーキをかけるようにする。交流発電機６を駆動するエンジン５は、走行状態に応じて回転数とトルクを変えて、三相誘導電動機１に必要な電力をリアルタイムに供給しなければならないので、常に最適な条件で駆動することはできない。しかし、三相誘導電動機１を最適に制御することにより、エンジン５のみの場合より、効率と制御性は向上する。
【００３４】
次に、図２を参照しながら、すべりと効率とトルクの関係を説明する。図２（ａ）に示すように、すべりｓがＳeのとき、効率が最大になる。効率が最大の動作点では、出力やトルクは定格より低い。定格出力のときは、すべりｓはＳrになる。定格出力を出す場合は、少し効率が下がる。さらに、一時的に大きな出力やトルクを出す必要がある場合があり、その際はさらに効率が下がる。すべりｓがＳsのとき、トルクが最大（停動トルク）になる。誘導電動機を最大効率でのみ動作させることは、電動機の機能の有効利用という観点からは無駄である。一時的に大きな出力やトルクで動作させる場合は、効率より操作性などを重視することにする。そこで、低速時や巡航時にはｓ＝Ｓeとして最大効率で運転し、加速時にはｓ＝Ｓsとして最大トルクで運転する。その中間の遷移状態では、中間のすべりで運転する。
【００３５】
次に、図２（ｂ）を参照しながら、シリーズハイブリッド型電気自動車の動作を説明する。図２（ｂ）に示すように、低い印加電圧の場合（０〜Ｖm）は、最大効率に対応するすべりＳeで駆動する。高い印加電圧の場合は、最大トルクに対応するすべりＳsで駆動する。その中間では、印加電圧の増加に応じてすべりを増加させるように駆動する。すなわち、低電圧領域では最大効率すべり値を最適すべり値とし、高電圧領域では最大トルクすべり値を最適すべり値とし、中間の電圧領域では、最大効率すべり値と最大トルクすべり値の中間のすべり値を最適すべり値とする。中間のすべり値は、電圧の変化に応じて直線的に変化させる。印加電圧に対応した最適すべり値を求めて、回転数と最適すべり値とから駆動すべり周波数を求めて、周波数指令として可変周波数インバーターに与える。こうすることにより、効率と操作性を両立させて駆動することができる。低電圧領域と高電圧領域を具体的にどの範囲にするかは、三相誘導電動機の特性と効率と操作性のバランスなどに応じて決める。
【００３６】
次に、図３を参照しながら、シリーズハイブリッド型電気自動車の誘導電動機制御手段の動作を説明する。予め、最大効率すべり値記憶手段に、図２の特性に従って最大効率すべり値を記憶しておく。最大トルクすべり値記憶手段に、図２の特性に従って最大トルクすべり値を記憶しておく。運転時には、図１の速度検出器２で検出した回転速度と印加電圧に応じて、最大効率すべり値記憶手段や最大トルクすべり値記憶手段を参照し、必要に応じて中間すべり値算出手段を使いながら、最適すべり値算出手段で最適すべり値を求める。最適すべり値と回転速度とから、最適すべり周波数算出手段で最適すべり周波数を求める。回転速度と最適すべり周波数から駆動周波数を求めて、可変周波数インバーターに周波数指令として与える。
【００３７】
次に、図４を参照しながら、シリーズハイブリッド型電気自動車の変形例の概要を説明する。この変形例のシリーズハイブリッド型電気自動車の構成は、上記の例と基本的には同じである。整流器７と可変周波数インバーター３とに接続された蓄電池４を備える点が、上記基本例と異なる。それに伴って、誘導電動機制御手段９の機能が若干異なる。予め蓄電池４に充電しておいて、加速時に交流発電機６側と蓄電池４との両方から三相誘導電動機１に電力を供給することができる。また、減速時の回生電力を蓄電池４に蓄えることができるので、効率が高まる。さらに、蓄電池４を利用することで、エンジン５を最大効率で駆動する時間を長くすることができるので、燃料消費率を改善できる。
【００３８】
次に、図５を参照しながら、すべりと効率とトルクの関係を説明する。力行動作の場合は、上記基本例の場合と同じである。回生動作の場合もそれとほぼ同様な動作をする。図５（ａ）に示すように、すべりｓが−Ｓeのとき、効率が最大になる。効率が最大の動作点では、出力やトルクは定格より低い。定格出力のときは、すべりｓは−Ｓrになる。定格出力を出す場合は、少し効率が下がる。すべりｓが−Ｓsのとき、トルクが最大（停動トルク）になる。低速時にはｓ＝−Ｓeとして最大効率で運転し、減速時にはｓ＝−Ｓsとして最大トルクで運転する。その中間の遷移状態では、中間のすべりで運転する。
【００３９】
次に、図５（ｂ）を参照しながら、シリーズハイブリッド型電気自動車の動作を説明する。力行動作の場合は、上記基本例の場合と同じである。回生動作の場合もそれとほぼ同様な動作をする。図５（ｂ）に示すように、低い印加電圧の場合（０〜−Ｖm）は、最大効率に対応するすべり−Ｓeで駆動する。高い印加電圧の場合は、最大トルクに対応するすべり−Ｓsで駆動する。その中間では、印加電圧の増加に応じてすべりを増加させるように駆動する。すなわち、低電圧領域では最大効率すべり値を最適すべり値とし、高電圧領域では最大トルクすべり値を最適すべり値とし、中間の電圧領域では、最大効率すべり値と最大トルクすべり値の中間のすべり値を最適すべり値とする。中間のすべり値は、電圧の変化に応じて直線的に変化させる。減速時には大きなトルクでブレーキをかけることができる。長い下り坂では、効率よく回生電力を得ることができる。
【００４０】
次に、図５（ｃ）を参照しながら、シリーズハイブリッド型電気自動車の変形例の状態遷移を説明する。エンジンを起動して交流発電機を回す。エンジンは常に最大効率で運転できるように制御する。停車状態から加速状態を経て、巡航状態に至る。巡航状態では、最大効率のすべりで三相誘導電動機を駆動するので、電力消費は少ない。加速状態では、トルクが最大となるすべりで三相誘導電動機を駆動するので、操作性がよい。減速時の回生電力を蓄電池に蓄えて走行時に利用するので、エネルギー効率もよい。
【００４１】
上記のように、本発明の実施例では、シリーズハイブリッド型電気自動車を、効率が最大となる回転数の領域では最適すべりで駆動し、大きなトルクが必要な回転数の領域では最大トルクとなるすべりで駆動し、中間の回転数の領域では中間のすべりで駆動するように誘導電動機を制御する構成としたので、ほとんどの時間においてエンジンを最大効率で駆動でき、誘導電動機もほとんど最大効率で駆動でき、加速と減速の際には操作性よく運転できる。
【産業上の利用可能性】
【００４２】
本発明のシリーズハイブリッド型電気自動車は、家庭用の小型乗用車として最適である。また、バスやトラックなどの営業用の大型車両にも適用できる。
【符号の説明】
【００４３】
１  三相誘導電動機
２  速度検出器
３  可変周波数インバーター
４  蓄電池
５  エンジン
６  交流発電機
７  整流器
８  発電制御手段
９  誘導電動機制御手段
10  車輪
【図１】
2013203117.tif 000003
【図２】
2013203117.tif 000004
【図３】
2013203117.tif 000005
【図４】
2013203117.tif 000006
【図５】
2013203117.tif 000007
【図６】
2013203117.tif 000008
【図７】
2013203117.tif 000009
【図８】
2013203117.tif 000010
【図９】
2013203117.tif 000011