(57)【要約】  エンジン、第２のインバーターに結合された第１のインバーター、エンジン及び第１のインバーターに結合された第１の電気的機器、第２のインバーター及び車両の車軸に結合された第２の電気的機器、第１のインバーター及び第２のインバーターの双方に結合された高圧電池、及び第１の電気的機器と第２の電気的機器との間に配置されたスイッチボックスを含んだハイブリッド車両である。スイッチボックスは、スイッチの開放と、前記第１の電気的機器と前記第２の電気的機器との間を直接に電気的に接続させる閉鎖とに適応したスイッチを含む。【選択図】図２
2012531354.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ａ）エンジン、
（ｂ）第２のインバーターに結合された第１のインバーター、
（ｃ）前記エンジン及び前記第１のインバーターに結合された第１の電気的機器、
（ｄ）前記第２のインバーター及び車両の車軸に結合された第２の電気的機器、
（ｅ）前記第１のインバーター及び前記第２のインバーターの双方に結合された高圧電池、
（ｆ）前記第１の電気的機器と前記第２の電気的機器との間に配置され、スイッチの開放と、前記第１の電気的機器と前記第２の電気的機器との間を直接に電気的に接続させる閉鎖とに適応したスイッチを有するスイッチボックス、
を備える、ハイブリッド車両のためのシステム。
【請求項２】
前記スイッチボックスは、複数の動作状態で車両を動作させる複数のスイッチを含む、請求項１のシステム。
【請求項３】
前記スイッチは、前記第１の電気的機器と前記第２の電気的機器との間の電気的接続を回避する第１の動作状態において、すべて開放となる、請求項２のシステム。
【請求項４】
前記スイッチは、前記第１の電気的機器と前記第２の電気的機器との間の電気的接続を形成するための第２の動作状態において、すべて閉鎖となる、請求項２のシステム。
【請求項５】
前記スイッチは、前記電気的機器が逆に動作するように前記第１の電気的機器と前記第２の電気的機器との間の電気的接続を形成するための第３の動作状態において、すべて閉鎖となる、請求項２のシステム。
【請求項６】
前記電気的機器は、負のトルク方向で回転しているときは発電機として、及び、正のトルク方向で回転しているときはモーターとして、動作可能である、請求項１のシステム。
【請求項７】
前記エンジンから前記電池へと、及び、前記電池から前記エンジン及び前記車軸へと、パワーを伝達可能な請求項１のシステム。
【請求項８】
前記エンジンと前記第１の電気的機器からの前記エンジンの選択的な切り離しに適応した前記第１の電気的機器との間に配置された機械的切替装置をさらに備える、請求項１のシステム。
【請求項９】
前記機械的切替装置はクラッチである、請求項１のシステム。
【請求項１０】
前記車両の第２の車軸と前記スイッチボックスとに接続された第３の電気的機器をさらに備える、請求項１のシステム。
【請求項１１】
前記スイッチボックスは、第１及び第２双方の電気的機器と前記第３の電気的機器との間の直接の電気的接続を可能とする、請求項１０のシステム。
【請求項１２】
前記第２の車軸と前記第３の電気的機器からの前記車軸の選択的な切り離しに適応した前記第３の電気的機器との間に配置された機械的切替装置をさらに備える、請求項１０のシステム。
【請求項１３】
前記第３の電気的機器は、前記第２のインバーター及び前記第２の電気的機器に直接に結合されている、請求項１０のシステム。
【請求項１４】
前記第３の電気的機器は、前記第１のインバーター及び前記第１の電気的機器に直接に結合されている、請求項１０のシステム。
【請求項１５】
前記第３の電気的機器と前記第１の電気的機器と第１のインバーターとの間に配置され、前記第３の電気的機器と前記第１の電気的機器と前記第１のインバーターとの選択的な結合に適応した第２のスイッチボックスをさらに備える、請求項１０のシステム。
【請求項１６】
前記第２のスイッチボックスは、前記第１の電気的機器と前記第１のインバーターとの間にさらに配置されている、請求項１５のシステム。
【請求項１７】
前記スイッチボックスは、パワーエレクトロニクス的及び機械的な接点を有する複数のスイッチを含んでいる、請求項１のシステム。
【請求項１８】
（ａ）エンジンを第１の電気的機器に結合し、前記電気的機器を回転させてパワーを発生させるのに適応するステップ、
（ｂ）前記第１の電気的機器からスイッチボックス及び第１のインバーターへとパワーを供給するステップであって、前記第１のインバーターは、第２のインバーター及び高圧電池に結合され、さらに前記第２のインバーターは、前記車両の車軸に結合された第２の電気的機器に結合されるステップ、
（ｃ）前記第１の電気的機器と前記第２の電気的機器との間に配置された前記スイッチボックス内の複数のスイッチを選択的に開閉するステップであって、前記スイッチが閉鎖している間は、パワーが、前記第１の電気的機器から前記第２の電気的機器へと直接に伝達可能であるステップ、
を含む、ハイブリッド車両の操作方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、一般的にはハイブリッド車両に関連し、より具体的には、シリーズ式ハイブリッド電気車両のパワー伝導機構に関連する。
【背景技術】
【０００２】
モーター車のような車両は、車両を動作させるパワーを供給するためにエネルギー源を用いる。エネルギー源としては石油を基にした生成物が主流を占めているが、メタノール、エタノール、天然ガス、水素、電気、太陽光などの代替エネルギー源も利用可能である。ハイブリッド駆動車両は、車両にパワーを供給するためにエネルギー源の組み合わせを用いる。このような車両は、ハイブリッド車両の性能及び航続距離特性をガソリン車両に比べて向上させるために、複合した燃料源の利益を利用する点で望ましいものである。
【０００３】
シリーズ式ハイブリッド車両は、車輪を駆動するモーターへとパワーを供給する発電機を登載したエンジンから供給されるパワーを用いる。このような配置によればエネルギーは、エンジンから車輪へと、様々な所定の変換点を経て送られる。このシステムが稼働する間、各エネルギー変換点は１００％未満の効率であり、したがって、過程を通じエネルギー損失がある。結果として、燃料消費は増大し、パワーの必要を満たすために、より大きく高価な部品が必要になる。加えて、エンジン、発電機及び発電機インバーターはすべてエンジンパワーの最大値に耐えるサイズでなければならない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
したがって、部品間を電気的に直接接続すること及び部品のサイズを最小化することを通じてエネルギー損失を低減するシステム及び方法のための技術が必要となる。更に、部品間を電気的に直接接続することを通じてエネルギー損失を低減し、エンジンと電気機器（第一には発電機として作用する）との間の相対的な速度の関係を制御することによって両者のシステム動作効率を改善するような両者間の変速を含む駆動システムのための技術の必要もある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
したがって、本開示は、（ａ）エンジン、（ｂ）第２のインバーターに結合された第１のインバーター、（ｃ）前記エンジン及び前記第１のインバーターに結合された第１の電気的機器、（ｄ）前記第２のインバーター及び車両の車軸に結合された第２の電気的機器、（ｅ）前記第１のインバーター及び前記第２のインバーターの双方に結合された高圧電池、及び（ｆ）前記第１の電気的機器と前記第２の電気的機器との間に配置されたスイッチボックスを含んだ、ハイブリッド車両のためのシステムに関連する。スイッチボックスは、スイッチの開放と、前記第１の電気的機器と前記第２の電気的機器との間を直接に電気的に接続させる閉鎖とに適応したスイッチを有する。
【０００６】
本開示の利点は、ハイブリッド車両が、エンジン、電気機器及びこれらの間に配置された変速機を備えるという点である。本開示の他の利点は、電気機器の動作効率が向上し、結果として燃料の消費が減少する点である。本開示のさらなる利点は、動作効率の向上によりエンジン及び電気機器のサイズが減少し得る点である。さらなる利点は、エンジンの運転中におけるＡＣ−ＤＣ変換の損失が低減されることにより、シリーズ式駆動の効率が向上する点である。さらなる利点は、エンジンの運転中における４−Ｎギア変速機の独特なパワー分割の構成である。さらなる利点は、この独特なパワー分割の構成が電気トラクションシステムのために低損失な二速の変速を実行し、また、エンジンギアを切り離すという点である。本開示のさらなる利点は、それが、発電機及びトラクションモーターの双方に関係するインバーターのダウンサイジングを可能とする点である。本開示のさらなる利点は、低温の熱システムがダウンサイジングされ得るという点である。本開示のさらなる利点は、高速駆動モードでのピークパワーが改善される点である。本開示の別の利点は、パワー所要量を１０−２０％低減することによりエンジンをダウンサイジングできる可能性である。他の潜在的な利点は、この発明が、ＰＨＥＶないしＨＥＶでの応用に用いられ得るもので、ＰＨＥＶやＨＥＶで大規模に実現可能であること、パワーエレクトロニクスのデューティーサイクルの低減により信頼性が向上すること、より多数の縮退運転モードを用意できるようになること、及び、この構造は前輪、後輪又は全輪駆動での応用に適用できること、である。
【０００７】
本開示の他の特徴及び利点もまた容易に理解されるが、付属する図面と結びつけられた後掲の明細書を読むことにより、よりよく理解される。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】ハイブリッド電気車両のための伝導機構の構造の例を示す図である。
【０００９】
【図２】図１の車両のための電気機器とこれに関係する動作状態とを電気的に直接接続するシステムを図示するブロックダイアグラムである。
【００１０】
【図３Ａ】図２のスイッチボックスの動作状態１でのパワーの流れの供給を示す。
【００１１】
【図３Ｂ】図２のスイッチボックスの動作状態１でのパワーの流れの供給を示す。
【００１２】
【図３Ｃ】図２のスイッチボックスの動作状態１でのパワーの流れの供給を示す。
【００１３】
【図４Ａ】図２のスイッチボックスの動作状態２でのパワーの流れの供給を示す。
【００１４】
【図４Ｂ】図２のスイッチボックスの動作状態２でのパワーの流れの供給を示す。
【００１５】
【図５】図２のスイッチボックスの動作状態３でのパワーの流れの供給を示す。
【００１６】
【図６】クラッチを有する図２のシステムの図式的ブロックダイアグラムである。
【００１７】
【図７】前輪に結合された第三のモーター／発電機とスイッチボックスとを有する図２のシステムの図式的ブロックダイアグラムである。
【００１８】
【図８】前輪に結合された第三のモーター／発電機と第二のインバーターとを有する図２のシステムの図式的ブロックダイアグラムである。
【００１９】
【図９】前輪に結合された第三のモーター／発電機と第一のインバーターとを有する図２のシステムの図式的ブロックダイアグラムである。
【００２０】
【図１０】前輪に結合された第三のモーター／発電機、第一のインバーター、及び当該インバーターと当該第三のモーター／発電機との間に配置された第二のスイッチボックスとを有する図２のシステムの図式的ブロックダイアグラムである。
【００２１】
【図１１】第一のインバーターと当該第三のモーター／発電機と第一のモーター／発電機との間に配置された第二のスイッチボックスとともに前輪に結合された、第三のモーター／発電機を有する図２のシステムの図式的ブロックダイアグラムである。
【００２２】
【図１２】本開示のシステムに関係するスイッチボックスのブロックダイアグラムの第２の例を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
本開示は、マルチモーターのハイブリッド駆動システムのための直接的電気接続（ｅ−Ｄｉｒｅｃｔ）のシステムおよび方法を提供する。図１は、ハイブリッド車両１０を図示している。この例におけるハイブリッド車両１０は、内燃エンジン２０と車両外で充電可能な電池１６とによりパワーの供給を受けるプラグインハイブリッド車両であり得る。エンジン２０及び電池１６は、いずれも、車両１０のパワー源として機能する。車両１０は、各パワー源から独立にあるいは協同してパワーの供給を受けることができる。駆動モーターに電気的パワーを供給する発電機を駆動するエンジンのような、シリーズ式配置を用いるハイブリッド車両は、この構造を利用できる。車両１０は乗用車でもよいし、トラックでもよく、オフロード装備のものでもよい。
【００２４】
また、車両１０は、この車両の動きを制御するパワー伝導機構１１を含んでいる。モーター２４は、この車両の車輪を動かすこの車両の車軸を機械的に駆動するものであり、パワー源（たとえば、電池、エンジン及び／又は発電機）により駆動される。図１において、車両１０は、後輪がモーター２４により機械的に駆動される、後輪駆動の車両である。モーター２４及び発電機１２は、電気的機器と呼ぶことができる。例では、“モーター”及び“発電機”という各語は、それぞれが逆の動作を行って反対の機能を行うことができるものであるから、エネルギーの流れを指す用語である。したがって、電気的機器は負の軸トルクで操作することによりパワーを発生させることも（すなわち、発電機）、正の軸トルクを発生させることによりパワーを供給することも（すなわち、モーター）できる。図２−１２においては、電気的機器のことをモーター／発電機（“ＭＧ”）と記している。したがって、この車両は、エンジン２０に結合されたＭＧ１  １２と、車輪Ｗに結合されたＭＧ２  ２４とを含んでいるといえる。
【００２５】
パワー伝導機構の構造は、このパワー伝導機構の構成部品がシリーズ式、パラレル式パラレルスプリット式又はその他の配置を取るよう、選択的に定められる。この例では、パワー伝導機構はＭＧ１  １２及びＭＧ２  ２４を含んでいる。ＭＧの種類としては、電気モーター、発電機、永久磁石同期機、誘導機など、様々な種別のものが利用可能である。ＭＧ１  １２は、外被と、外被内に固定的に配置されたステーターと、永久磁石を含む中心軸の周りを回転するローターとを含んでいる。ＭＧ１  １２は、エンジン２０から受け取った機械的エネルギーを、車輪Ｗにパワーを供給し、車載電池１６を充電し、あるいは車両の補助的な部品を駆動するために用いられる電気的エネルギーへと変換する。一般的には、ＭＧ１  １２の出力はＡ／Ｃパワーであり、これがインバーター２２によりＤ／Ｃパワーへと変換される。Ｄ／Ｃパワーは、駆動モーターにパワーを供給する前に、電池１６へ、又は、Ａ／Ｃパワーへと戻すよう変換する他のインバーター２２へと供給される。このようなＭＧ及びインバーターはそれぞれ、所与の速度／トルクの帯域に対応付けられる所定の動作効率を有しているのが一般的である。
【００２６】
この例では、パワー伝導機構１１はまた、ある動作条件下で必要がある場合に補充的なパワーを供給する、ガソリンで駆動されるエンジン２０を含んでいる。エンジン２０は、たとえばエンジン出力軸を介して、ＭＧ１  １２に機能的に結合されている。したがって一般的には、エンジン２０が回転するとき、ＭＧ１  １２は、これら両者が互いに結合されている結果として回転する。エンジン２０もまた、速度／トルクの帯域に対応付けられる所定の動作効率を有していてよい。しかしながら、エンジンの速度の効率の、発電機の速度の効率に対する比は、特定の速度／トルクの帯域内において必ずしも最適でなくてよい。
【００２７】
図２−１２は、マルチモーターハイブリッド駆動システムのための直接的な電気的接続（ｅ−Ｄｉｒｅｃｔ）の例示的なシステム及び方法を図示する。これらは説明する目的でのものであり、本開示と整合する他の実施形態も考えられる。車両１０は、車両の動作を制御するパワー伝導機構を含んでいる。これらの例では、パワー伝導機構はプラグインハイブリッドであり、少なくとも２個の電気的機器を含んでいる。
【００２８】
このシステムは、車両システム内にパワーを加え又は車両システム内からパワーを引き出すような構成部分と連絡する、たとえば電池１６などのエネルギー保存装置１６を含んでいる。鉛蓄電池あるいはリチウムイオン電池など、様々なタイプの電池が利用可能である。
【００２９】
第１のインバーター２２は、第２のインバーター２２Ｂと機能的に連絡しており、第２のインバーター２２は、ＤＣパワーをＡＣパワーに戻すよう変換する。第２のインバーター２２は、第２の電気的機器ＭＧ２  ２４と機能的に連絡している。第２の電気的機器ＭＧ２  ２４は、ＡＣパワーを車両の動作に使用可能な機械的エネルギーへと変換する。この例では、機械的エネルギーは、車両の車輪Ｗすなわち前輪あるいは後輪の動作を制御するために、駆動軸へと送出されている。
【００３０】
ここで、エネルギーの変換工程は１００％効率未満であり、その結果このシステム全体にわたって損失が生じる、ということに注意されたい。例では、インバーターを通じての損失は、約３％〜１０％の範囲である。第１の電気的機器（ＭＧ１  １２）は第２の電気的機器（ＭＧ２  ２４）へと直接に電気的接続されているため、第１の電気的機器からのＡＣパワーが第２の電気的機器へと直接に供給される。第１の電気的機器は、パワーが第２の電気的機器へと直接に伝達されるような速度及び負荷で動作できることに注意されたい。本開示の様々な異なる例及び説明を、図２−１２に示す。
【００３１】
図２は、ＭＧ１  １２とＭＧ２  ２４との間の直接のＡＣ／ＡＣ接続を可能とするスイッチボックス２１を含んだ車両１０の図式的システムを示す。スイッチボックス２１を通じての損失は比較的低く、インバーターに比べればはるかに低い。この例では、エンジン２０はＭＧ１  １２に結合されており、ＭＧ１  １２は、電池１６、もうひとつのインバーター２２又はスイッチボックス２１によって受けられる電気的パワーをインバーター２２へと供給する。そしてエネルギーはＭＧ２  ２４へ、次いで車輪Ｗへと伝達される。エネルギーは、他の図に示すように、いずれの方向にも流れる。図２ａはさらに、ボックス２１の様々な動作状態の分解図を示す。この例においてスイッチボックス２１は、状態１（２１Ａ）、状態２（２１Ｂ）及び状態３（２１Ｃ）として表されれる３つの動作状態で動作できる。図３Ａ−３Ｃは、状態１におけるエネルギーの流れの様々なモードを示す。図４Ａ−４Ｂは状態２を示し、図５は状態３を示す。下にある表１は、それぞれの動作状態に関連する様々な特徴を示すものである。
【００３２】
【表１】
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【００３３】
パワーは、三相ＡＣバスを通じて伝達される。スイッチボックス２１は、三相のＡＣの伝達のための３個のライン／スイッチ２５を含んでいる。状態１はボックス２１Ａにより表されている状態で、３個のスイッチ２５はすべて開いている。スイッチ２５が開いているとき、エネルギーはＭＧ１とＭＧ２との間で直接に伝達されない。したがって、エネルギーはインバーター２２を通じてＡＣから（ＭＧ１を残して）ＤＣへと変換され、そして電池１６により充電のために受け取られ、あるいは、ＭＧ２に供給される前にインバーター２２ＢにおいてＡＣへと戻すよう再変換される。２個のインバーターを有することにより、いずれの方のＭＧも、他方からの直接の影響を受けることなく動作できることとなる。図３Ａに示すように、ＭＧ１  １２は、電池１６が第２インバーター２２を通じてＭＧ２  ２４へとエネルギーを伝えている間、アイドリング状態で動作したり、あるいは完全にオフ状態となったりすることができる。図３Ｂは、エネルギーが、電池１６からＭＧ１  １２及びＭＧ２  ２４の双方へと伝達されている例を示す。このことは、エンジンの始動をする、したがってＭＧ１  １２をエンジン２０へエネルギーを供給する発電機としてよりむしろモーターとして動作させる必要があるという場合には、望ましいことである。図３Ｃは、ＭＧ１  １２からのパワーが電池１６を充電し同時にＭＧ２  ２４を駆動している、というエネルギーの流れの例を示す。
【００３４】
ボックス２１Ｂに示すように、状態２は、３個のスイッチ２５が閉じ、ＭＧ１  １２とＭＧ２  ２４との間に直接の電気的リンクを与えているという状態である。図４Ａは、状態２で動作している車両につき、エネルギーの流れのパターンの例を示す。スイッチボックス２１Ｂは、ＭＧ１  １２で生成されたＡＣパワーが直接にＭＧ２  ２４へと流れることを可能とする。この例では、エネルギーはインバーターを迂回して流れ、このため、インバーター２２に関係する望ましくない効率損失が除去される。この実施形態でＭＧ１  １２はＭＧ２に直接にリンクしており、したがって比例した速度で動作している。これはたとえば自動速度制御には理想的であり、車両のパワー供給の効率が増大する。２１Ａに関係するスイッチを通じたエネルギー損失は、インバーター２２のそれに比べてはるかに低い。図４Ｂは、エネルギーがインバーター２２のみならずスイッチボックス２１Ａを直接に通じて、電池１６又は他のインバーターへと流れる例を示す。両矢印は、エネルギーが両方向に（すなわち、ＭＧ１  １２及びＭＧ２  ２４から電池１６へと、及び、電池１６からＭＧ１  １２及びＭＧ２  ２４へと）供給され得ることを示す。したがって、車輪Ｗはエンジン２０からのＡ／Ｃパワーと、電池１６からのＤＣパワーとを供給され得る。電池はまた、直接のパワーがＭＧ１からＭＧ２に伝達されている間に同時に充電され得る。電池１６は、１個又は両方のインバーター２２を用いて放電又は充電され得る。
【００３５】
図５は、スイッチボックス２１Ｃの動作状態と結びついた第３の状態（状態３）エネルギー流路を示す。この実施形態においてスイッチ２７（ボックス２１Ａ及び２１Ｂで開いて図示する）は、スイッチ２５のひとつとともに閉じられている。スイッチ２７は、閉じられているときは、ＭＧ１  １２又はＭＧ２  ２４のいずれかが逆転した動作をしている間におけるＭＧ１  １２とＭＧ２  ２４との間の直接のエネルギーの流れを実現するような、三相を横切って交差するエネルギーのリンクを実現する。したがって、ＭＧ１  １２が前方に回転しているとき、ＭＧ２は後方に回転し得る。
【００３６】
図６−１２は、本開示に関連する様々な実施例を示す。図６は、エンジン２０とＭＧ１  １２との間に配置されたクラッチまたはトルク変換機２３をさらに含んだシステムを示す。クラッチは、スイッチボックス２１に関係するスイッチングの間、エンジン２０の切り離しを可能とする。エンジン２０の切り離しにより、関係する接点への負担が軽減され得る。切り離しに関係するさらなる特徴には、エンジンを稼働させ、この車両の発進に先立ってスイッチを閉じるようにスイッチボックス２１を切り替える、ということが含まれる。このことは、インバーター２２が限定的又は望ましくない条件のもとでスイッチボックス２１を用いるという選択肢を可能とする。
【００３７】
図７−１１は、前輪Ｗに結合された第３の電気的機械ＭＧ３  ２６を含むシステムの例を示す。これらの実施形態は、たとえば本開示に関係する車両に、選択的な４輪駆動を実現する。図７において、ＭＧ３  ２６はスイッチボックス２１に直接にリンクしている。前輪ＷとＭＧ３  ２６との間に第２のクラッチ／トルク変換機が配置されてもよい。このシステムは、代替的な実施形態ではクラッチのない第３のモーター／発電機（ＭＧ）によって動作し得る。この例では、クラッチは設けられている。パワーは、エンジン２０からＭＧ３  ２６へと直接に伝えられ得る。ＭＧ３  ２６へと係合したクラッチ２３は、スイッチボックス２１から独立した動作を可能とする。したがって、クラッチ２３は、このシステムからの前輪Ｗの切り離しを可能とする。
【００３８】
図８は、ＭＧ３  ２６、ただしスイッチボックス２１のＭＧ２  ２４側に結合されたものを含む。この実施形態は、スイッチボックス２１のスイッチが閉じていれば、ＭＧ１を、前輪及び後輪の両方の車輪Ｗにリンクする。加えて、スイッチの開く状態１でこの車両が動作していれば、エンジン２０からのパワーは、インバーター２２（インバーター２）を通してなおＭＧ３  ２６へと伝えられ得る。ＭＧ２  ２４及びＭＧ３  ２６は固く結合されている。ＭＧ３はなお、クラッチ２３を介して車輪Ｗから切り離され得る。
【００３９】
図９は、ＭＧ１  １２に固く結合されたＭＧ３  ２６を示す。こうすることにより、双方のＭＧは定比例した速度で回転する。第１のインバーター２２（インバーター１）は、ＭＧ１  １２を回転させクラッチ２３を介してエンジン２０の結合を切ることにより前輪Ｗにパワーを伝えるか、またはＭＧ１  １２（クラッチ２３を介して車輪Ｗからの結合を切られている間回転しているＭＧ３  ２６）からパワーを吸収するか、あるいは、スイッチボックス２１の動作状態２を通してＭＧ１  １２が前輪Ｗにパワーを供給するとき、パワーを調節する動作をする。
【００４０】
図１０は、ＭＧ３  ２６とＭＧ１  １２のＡＣバスとの間に配置された第２のスイッチボックス３１を示す。これは、ボックス３１が動作状態２または動作状態３にある（すなわち、スイッチが閉じている）とき、インバーター２２（インバーター１）がＭＧ３  ２６にパワーを供給することを可能とする。図１１は、第２のスイッチボックス３１がＭＧ３  ２６と第１のインバーター２２（インバーター１）との間に配置されている代替的な実施形態を示す。この構成は、第１のインバーター２２からＭＧ１  １２及び／又はＭＧ３  ２６のいずれかへとパワーを伝達するための、スイッチボックス３１の直接的なスイッチングを可能とする。ＭＧ３  ２６は、接続されているならばＭＧ１  １２の速度に固く結合され得るが、スイッチボックス３１のスイッチが開いているならば必要なことではない。したがって、インバーター２２はＭＧ１  １２とＭＧ３  ２６の一方又は双方にパワーを供給することができる。さらなる実施形態では。ＭＧ３は第２のインバーター２２（インバータ−２）にリンクされ得る。
【００４１】
図１２は、スイッチボックス２１をスイッチの例とともに示す。ＭＧ１  １２とＭＧ２  ２４との間で速度が同一に近くなるよう調整することが不可能な例においては、スイッチボックス２１は比較的速く閉じる必要がある。機械的接点は、高いレベルの効率を有するものであり利用可能であるが、しかしながらある状況のもとでは、反応速度が適切ではないことがある。ボックス２１に示しているようなハイブリッドパワーエレクトロニクス／機械接点を用いることができる。例では、各機械的接点のために、電流をいずれの方向にも流すことができる２個のＩＧＢＴが加えられているものの、しかしながら必要なＩＧＢＴは１個のみである。これは他のパワーエレクトロニクス素子とともに用いることができ、パワーエレクトロニクス素子にはＭＯＳＦＥＴ、サイリスタ、ＳＣＲなどが含まれるがこれらには限られない。スイッチが閉じて電気的機器間での直接のパワー伝達ができるようになっているとき、電圧レベルはコントローラーによって監視される。三相電圧が（たとえ短い時間であるにせよ）揃っているとき、ソリッドステートのスイッチング素子は、位相をともにロックする。この動作により機械的接点の電圧を０に近くし、ほとんど危険なくこれを閉じることを可能とする。
【００４２】
車両をｅ−Ｄｉｒｅｃｔで動作させている（すなわち、スイッチ２５及び／又は２７が閉じている）場合は、車両１０のインバーター２２に対する負荷が有意に低減される。したがって、スイッチボックス２１及び／又は３１がない車両の標準的なインバーターに比べて、インバーター２２のサイズを縮小することができる。インバーター２２のサイズの縮小は、車両のハードウェアのコストの削減及び全体的なシステムの効率につながる。
【００４３】
従属する機械的結合器２３を加えると、車両１０の前輪の車軸と後輪の車軸との間のパワー配分の方向付けのためのｅ−Ｄｉｒｅｃｔの使用など、このシステムの多用途性を向上させることができる。ｅ−Ｄｉｒｅｃｔのハードウェアは、前方のＭＧ１  １２又は後方のモーター／発電機ＭＧ２  ２４のいずれかに切り替えられるように位置していてよい。これはさらに、駆動モータ２４及び２６が同時にあるいは独立に切り替えられるように用いられてもよい。
【００４４】
この車両の変速機は、機械的結合器として動作することができる。機械的結合器の例としては、従来のマニュアル変速機やデュアルクラッチ変速機、オートマチック変速機にみられる湿式クラッチ、オートマチック変速機にみられるトルク変換機、噛み合いクラッチなどのクラッチ、あるいはその他、ある動作モードでは約１００％のトルク伝達を実現し別の動作モードでは約０％のトルク伝達を実現するような機械的な連結器であればよい。また、機械的結合器２３は、オートマチック変速機のトルク変換機におけるように、０％−１００％の広い範囲のトルクを伝達でき又はトルクを増倍する能力を有するものであってもよい。その結果、発電機１２はエンジン２０から切り離され、エンジン２０が発電機から独立した速度で回転している間、パワーないしトルクは発電機ＭＧ１  １２に伝達されるようになっていてもよい。ｅ−Ｄｉｒｅｃｔのような機構は、車両が止まっている間にｅ−Ｄｉｒｅｃｔを機械的スリップ装置（すなわち、結合器２３）の使用を通じて結合させるようにすることで向上する。発電機１２を、三相のバスを介してモーター２４に固く結合し、あたかも機械的にリンクしている発電機／モーター  １２／２４を形成することができる。他の利点は、クラッチ／トルク変換機／従属する機械的結合器２３が、インバーター２２または電池１６を要せずに車両１０を始動できるようにすることである。
【００４５】
たとえば２接点スイッチであるようなスイッチ２５を有するスイッチボックス２１を加えることにより、前方または後方いずれかの車輪Ｗをｅ−Ｄｉｒｅｃｔで動作させるということができる。ポール／ギア比は、エンジン２０がｅ−Ｄｉｒｅｃｔを通じ、複数通りのギアでパワーを伝達するように、すなわち複数通りの最適なエンジン速度で、最適化することができる。たとえばこのシステムは、発電機１２または後輪駆動モーター２４と同じバスへの三相パワーケーブルの固い結合を含んでもよい。前輪駆動モーター２６は、後輪駆動モーター２４と同じ電気的周波数を有していてもよい。このことは、これら２個のモーターが常に、相対的なポール数に反比例する速度で回転することを意味する。しかしながら車軸の速度は、車両の、曲がり角の運行、タイヤの摩耗、ギアチェンジなどにつれて変化し得るため、車軸に従属する機械的結合は、これらの変化に順応する。車両が曲がり角を進むと、前輪Ｗは後輪Ｗより長い距離を移動する。このことは、前輪モーター２６が、後輪モーター２４より比例的に速く回転することを意味する。ｅ−Ｄｉｒｅｃｔは電気的な位相を固く結合するので、前輪モーター２６は、これに従属する、モーターと車輪Ｗとの間の結合の利益を受け得る。前輪モーター２６と車輪Ｗとの間の従属する結合（エンジン／発電機の従属的な結合器において説明したのと同様の可能性がある）及び駆動ユニットは、モーターが常に結合出力速度（ある種のスリップ装置又はトルク変換機２３を用いたもの）より速く回転するように構成することができる。このことは、モーターが車輪にパワーを供給するということを意味する。
【００４６】
他の例として、前輪駆動モーター２６は発電機１２に固く結合されていてもよい。こうすることにより、前輪駆動モーター２６及び発電機１２は定比例した速度で回転する。インバーター２２は、前輪Ｗにパワーを供給するか、または発電機１２からパワーを吸収するか、あるいは、ｅ−Ｄｉｒｅｃｔ動作の間に発電機１２が前輪Ｗにパワーを供給するとき、パワーを変調することができる。前輪及び／または後輪のモーターが発電機１２に比例的に固く結合されるように、第２のｅ−Ｄｉｒｅｃｔスイッチング装置３１を加えてもよい。結果として、第１のインバータ２２が前輪モーター２６または電気機器にパワーを供給してもよい。発電機１２が、要求があるときはエンジン２０の結合が切られるよう前輪モーター２６を回転させてもよい。
【００４７】
動作においては、上述した構成を基本形として用い多数の変形例を作ることができる。たとえば：
−従来型またはインバーターレス型のいずれかで動作させるために、インバーターをスイッチオン／オフする
−電気的機器のパワーをインバーターまたは他の電気的機器へと分配するために、ＩＧＢＴまたはその他の制御された回路を用いる
−２個の電気的機器間のタイミング変化の許容量を増大または減少させるために、永久磁石同期機あるいはＡＣ誘導機のような、異なるタイプのモーターを用いる
−パワーの出力を制御するため、ＡＣ信号の振幅あるいはタイミングを整流あるいは変調する
２個の電気的機器間のパワーあるいは堅牢性を確保するため、位相またはバス容量、インダクタンスあるいはその他の特性を調整する
−各電気的機器の電気的位相間のタイミングを調整するため、エンジンのパワーを能動的または受動的に制御する
【００４８】
ハイブリッド車両は、車両のためのものとして従来より知られているその他の機構、たとえば、ガソリンモーター、他のコントローラー、パワー伝達機構などを含んでいてもよい。本開示の多くの変形例や変種がにつき上述したところに照らして可能である。それゆえ、本開示は、具体的に説明したもの以外の形であっても付記した請求項の範囲で実施し得る。
【００４９】
（関連出願の相互参照）
本願は、２００９年６月２５日に出願された６１／２２０，４２１と、２００９年１２月２１日に出願された６１／２８８７０９と、２０１０年１月１３日に出願された６１／２９４７２２の各米国仮特許出願の利益を主張するものであり、これらの各出願における各開示の全部を、参照のためここに取り込むものとする。
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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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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【手続補正書】
【提出日】平成24年2月22日(2012.2.22)
【手続補正１】
【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】
（ａ）エンジン、
（ｂ）第２のインバーターに結合された第１のインバーター、
（ｃ）前記エンジン及び前記第１のインバーターに結合された第１の電気的機器、
（ｄ）前記第２のインバーター及び車両の車軸に結合された第２の電気的機器、
（ｅ）前記第１のインバーター及び前記第２のインバーターの双方に結合された高圧電池、
（ｆ）前記第１の電気的機器と前記第２の電気的機器との間に配置され、前記第１の電気的機器と前記第２の電気的機器との間に直接的な電気的接続を選択的に形成するスイッチボックス、
を備える、ハイブリッド車両のためのシステム。
【請求項２】
前記スイッチボックスは、複数の動作状態で車両を動作させる複数のスイッチを含む、請求項１のシステム。
【請求項３】
前記スイッチは、前記第１の電気的機器と前記第２の電気的機器との間の電気的接続を回避する第１の動作状態において、すべて開放となる、請求項２のシステム。
【請求項４】
前記スイッチは、前記第１の電気的機器と前記第２の電気的機器との間の電気的接続を形成するための第２の動作状態において、すべて閉鎖となる、請求項２のシステム。
【請求項５】
前記スイッチは、前記電気的機器のいずれかが逆に動作するように前記第１の電気的機器と前記第２の電気的機器との間の電気的接続を形成するための第３の動作状態において、すべて閉鎖となる、請求項２のシステム。
【請求項６】
前記電気的機器は、負のトルク方向で回転しているときは発電機として、及び、正のトルク方向で回転しているときはモーターとして、動作可能である、請求項１のシステム。
【請求項７】
前記エンジンから前記電池へと、及び、前記電池から前記エンジン及び前記車軸へと、パワーを伝達可能な請求項１のシステム。
【請求項８】
前記エンジンと前記第１の電気的機器からの前記エンジンの選択的な切り離しに適応した前記第１の電気的機器との間に配置された機械的係合装置をさらに備える、請求項１のシステム。
【請求項９】
前記機械的係合装置はクラッチである、請求項１のシステム。
【請求項１０】
前記車両の第２の車軸と前記スイッチボックスとに接続された第３の電気的機器をさらに備える、請求項１のシステム。
【請求項１１】
前記スイッチボックスは、第１及び第２双方の電気的機器と前記第３の電気的機器との間の直接の電気的接続を可能とする、請求項１０のシステム。
【請求項１２】
前記第２の車軸と前記第３の電気的機器からの前記車軸の選択的な切り離しに適応した前記第３の電気的機器との間に配置された機械的係合装置をさらに備える、請求項１０のシステム。
【請求項１３】
前記第３の電気的機器は、前記第２のインバーター及び前記第２の電気的機器に直接に結合されている、請求項１０のシステム。
【請求項１４】
前記第３の電気的機器は、前記第１のインバーター及び前記第１の電気的機器に直接に結合されている、請求項１０のシステム。
【請求項１５】
前記第３の電気的機器と前記第１の電気的機器と第１のインバーターとの間に配置され、前記第３の電気的機器と前記第１の電気的機器と前記第１のインバーターとの選択的な結合を許容するように適応した第２のスイッチボックスをさらに備える、請求項１０のシステム。
【請求項１６】
前記第２のスイッチボックスは、前記第１の電気的機器と前記第１のインバーターとの間にさらに配置されている、請求項１５のシステム。
【請求項１７】
前記スイッチボックスは、パワーエレクトロニクス的及び機械的な接点を有する複数のスイッチを含んでいる、請求項１のシステム。
【請求項１８】
（ａ）エンジンを第１の電気的機器に結合し、前記電気的機器を回転させてパワーを発生させるのに適応するステップ、
（ｂ）前記第１の電気的機器からスイッチボックス及び第１のインバーターへとパワーを供給するステップであって、前記第１のインバーターは、第２のインバーター及び高圧電池に結合され、さらに前記第２のインバーターは、前記車両の車軸に結合された第２の電気的機器に結合されるステップ、
（ｃ）前記第１の電気的機器と前記第２の電気的機器との間に配置された前記スイッチボックス内の複数のスイッチを選択的に開閉するステップであって、前記スイッチが閉鎖している間は、パワーが、前記第１の電気的機器から前記第２の電気的機器へと直接に伝達可能であるステップ、
を含む、ハイブリッド車両の操作方法。
【請求項１９】
少なくとも１個の前記第１の電気的機器と前記第１のインバーターと前記第２の電気的機器と前記第２のインバーターとの間に直接的な電気的接続を選択的に形成するためのスイッチボックス、請求項１のシステム。
【国際調査報告】
2012531354.tif 000019