WO2005068244A1

WO2005068244A1 - シリーズハイブリッド電気自動車

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Publication number: WO2005068244A1
Application number: PCT/JP2005/000189
Authority: WO
Inventors: Kenji Fujiwara; Takatoshi Kogure; Tutomu Baba
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2004-01-13
Filing date: 2005-01-11
Publication date: 2005-07-28
Anticipated expiration: 2006-07-13
Also published as: US20070137908A1; US7635039B2; EP1707429A4; JP2005204370A; JP3993564B2; EP1707429A1

Abstract

　本発明は、シリーズハイブリッド電気自動車の発電系の効率を向上するための技術を提供する。本発明によるシリーズハイブリッド電気自動車は，エンジンと，エンジンによって駆動されるｎ相発電機と，ｎ相発電機から送られるｎ相交流電圧から直流電圧を生成する整流器と，生成された直流電圧によって充電されるバッテリーと，駆動輪を駆動するモータと，整流器から供給される直流電圧，及び／又はバッテリーから供給される直流電圧を用いてモータを駆動するインバータと，スイッチとを含む。ｎ相発電機は，それらの一端が共通の中性点に接続されたｎ個の電機子巻線を備えている。整流器は，負極端子と，負極端子よりも高い電位が発生される正極端子と，ｎ本の整流アームとを備えている。ｎ本の整流アームのそれぞれは，電機子巻線の他端に接続された中間ノードと負極端子との間に接続された第１ダイオードと，中間ノードと正極端子との間に接続された第２ダイオードとを具えている。スイッチは，中性点と負極端子との間に接続されている。

Description

明細書

シリーズノヽイブリツド電気自動車

技術分野

[0001] 本発明は，シリーズノ、イブリツド電気自動車に関し，特に，シリーズノ、イブリツド電気自動車のエネルギー効率を向上するための技術に関する。背景技術

[0002] 例えば、特開平 4 322105号公報に開示されているように、シリーズノヽイブリツド電気自動車とは，エンジンによって発電機を駆動し，該発電機からモータに電力を供給し，該モータで駆動輪を駆動する電気自動車である。パラレルハイブリッド電気自動車とは異なり，シリーズハイブリッド電気自動車では，エンジンは発電に専用に使用され，エンジンが発生した動力は機械的には駆動輪に伝達されない。

[0003] シリーズノヽイブリツド電気自動車の利点は，その理想的なエネルギー効率が高!、ことである。パラレルノヽイブリツド電気自動車は，エンジンとモータとの両方が機械的に駆動輪に接続されているため，その動力伝達機構が複雑である。複雑な動力伝達機構は，エネルギーの損失の原因となり得る。一方，シリーズハイブリッド電気自動車は ,その動力伝達機構を単純ィ匕できる。動力伝達機構の単純化は，損失を最小に抑え ,且つ，その重量を低

減するために有効である。ゆえに，理想的なエネルギー効率という観点からは，シリーズハイブリッド電気自動車の方が優れて、る。

[0004] 上記のような利点を生かすためには，シリーズノ、イブリツド電気自動車は，そのエネルギー効率が究極的に向上される必要がある。エネルギー効率を低下させる機構の採用は，シリーズハイブリッド電気自動車の利点を失わせるため好ましくな、。

[0005] シリーズノヽイブリツド電気自動車のエネルギー効率の向上における第 1のポイントは ,発電系における損失である。発電系は，一般に，発電機と，該発電機が発生した交流電圧を直流電圧に変換するインバータとからなる。インバータは，スイッチングトランジスタで構成されるため，ある程度の損失が発生することは回避しがたい。典型的には，インバータの損失は， 5%程度である。しかし，エネルギー効率が重視されるシリーズハイプリ

ッド電気自動車では，インバータにおける 5%の損失の発生は，重大な意味を持っている。

[0006] 第 2のポイントは，駆動系の高効率ィ匕である。高いエネルギー効率が求められるシリーズハイブリッド電気自動車では，トランスミッション機構及びディファレンシャル機構において発生する損失も無視できない。シリーズハイブリッド電気自動車は，トランスミッション機構及びディファレンシャル機構における損失を回避できる駆動系を採用することが求められる。

[0007] したがって、シリーズノ、イブリツド電気自動車のエネルギー効率の向上，より具体的には，シリーズハイブリッド電気自動車の発電系及び駆動系の効率を一層に向上する技術を提供することには必要性が存在する。

発明の開示

[0008] 本発明の目的は，全体としては，シリーズノヽイブリツド電気自動車のエネルギー効率を向上することにある。

詳細には，本発明の一の目的は，シリーズノ、イブリツド電気自動車の発電系のエネルギー効率を向上することにある。

本発明の他の目的は，シリーズノヽイブリツド電気自動車の駆動系のエネルギー効率を向上することにある。

[0009] 本発明の一の観点において，シリーズノヽイブリツド電気自動車は，エンジンと，ェンジンによって駆動される n相発電機と， n相発電機カゝら送られる n相交流電圧カゝら直流電圧を生成する整流器と，生成された直流電圧によって充電されるバッテリーと，駆動輪を駆動するモータと，整流器から供給される直流電圧，及び Z又はバッテリーから供給される直流電圧を用いてモータを駆動するインバータと，スィッチとを含む。 n 相発電機は，それらの一端が共通の中性点に接続された n個の電機子卷線を備えている。整流器は，負極端子と，負極端子よりも高い電位が発生される正極端子と， n 本の整流アームとを備えている。 n本の整流アームのそれぞれは，電機子卷線の他端に接続された中間ノードと負極端子との間に接続された第 1ダイオードと，中間ノ一ドと正極端子との間に接続された第 2ダイオードとを具えている。スィッチは，中性点と負極端子との間に接続されている。

[0010] 当該シリーズハイブリッド電気自動車では， n相発電機が発生した交流電圧を直流電圧に変換するために，インバータではなく，整流器が使用される。整流器は，インバータよりも高い変換効率を有しているから，整流器の使用は，シリーズハイブリッド電気自動車のエネルギー効率を有効に向上する。

[0011] ただし，整流器は，その出力電圧を制御する機能を有していないから，整流器の使用は，エンジンの出力が大きくなつたときに，整流器の出力電圧，即ち，バッテリーに印加される直流電圧の増大を招き得る。バッテリーに印加される直流電圧が過剰に高くなることは，ノッテリーの劣化を招き得る。しかし，上記のシリーズハイブリッド電気自動車では，中性点と負極端子との間にスィッチを設けることにより，整流器の出力電圧を制御可能である。

[0012] 具体的には，スィッチは，エンジンの回転数に応答して，中性点と負極端子とを電気的に接続し，又は切り離す。好適には，スィッチは，エンジンの回転数が増加して第 1回転数より高い第 2回転数においては，中性点と負極端子とを電気的に接続する。エンジンの回転数が減少して，第 2回転数よりも小さい第 1回転数になったとき，前記スィッチは，中性点と負極端子とを電気的に開放する。これにより，エンジンの回転数が増カロしたときに，整流器の出力電圧が高くなりすぎることが防がれる。

[0013] 発電機及び整流器の相数が 3である場合には，スィッチを設ける代わりに， 3相発電機の電機子卷線の結線をスター結線とデルタ結線との間で切り替えるスターデルタ切り替え機構が使用され得る。具体的には，スターデルタ切り替え機構は，ェンジンの回転数に応答して，電機子卷線を，スター結線とデルタ結線とのうちの一方の結線態様で接続する。好適には，スターデルタ切り替え機構は，エンジンの回転数が増力！]して第 1回転数より高い第 2回転数においては，電機子卷線をデルタ結線で接続する。且つ，エンジンの回転数が減少して前記第 1回転数よりも小さい第 2回転数になったとき，電機子卷線をスター結線で接続する。これにより，エンジンの回転数が増カロしたときに，整流器の出力電圧が高くなりすぎることが防がれる。

[0014] 上述のシリーズハイブリッド電気自動車は，モータが複数用意されて，モータが駆動輪をそれぞれに駆動する駆動系を採用することが好適である。カゝかる構成を有する駆動系は，トランスミッション機構及びディファレンシャル機構を不要化し，その効率を高くすることができる。しかし，上記の構成を採用するためには，モータは，小型，且つ，出力トルクが大きいということを要求される。この要求を満足するためには，モータのそれぞれは，下記構成を有する IPMモータであることが好適である；当該 IPM モータは，駆動輪に連結されたロータと，同一円周上に等間隔に配置された複数のスロットを有するステータとを備え，ロータは，ロータ鉄心と，界磁を構成する永久磁石とを含む。ロータは，ステータに対向するロータ側面を有し，永久磁石は，ロータの半径方向の外側に磁極面を有している。永久磁石は，ロータに浅く埋め込まれている。即ち，永久磁石の磁極面の上の点からロータ側面の距離の最大値 Xは，ロータ鉄心の半径 rと，界磁の極数 nとを用いて表された下記式：

x≤D/10,

を満足するように調整されている。カゝかる構成を有する ΙΡΜモータは，小型，且つ，出力トルクが大きいという要求を満足し，モータが駆動輪をそれぞれに駆動する上記の駆動系の採用を可能にする。

[0015] 本発明により，シリーズハイブリッド電気自動車の発電系及び Ζ又は駆動系の効率が向上され，シリーズノヽイブリツド電気自動車のエネルギー効率が向上される。

図面の簡単な説明

[0016] [図 1]図 1は，本発明による実施の第 1形態のシリーズハイブリッド電気自動車を示す

[図 2]図 2は，実施の第 1形態のシリーズハイブリッド電気自動車の 5相発電機及び 5 相ダイオード整流器の構成を示す回路図である。

[図 3]図 3は，実施の第 1形態のシリーズハイブリッド電気自動車の駆動系に好適な IP Mモータの構成を示す。

[図 4]図 4は，図 3の IPMモータのロータの拡大図である。

[図 5]図 5は，本発明による実施の第 2形態のシリーズハイブリッド電気自動車を示す

[図 6]図 6は，実施の第 2形態のシリーズハイブリッド電気自動車の 3相発電機の構成を示す図である。

発明を実施するための最良の形態

[0017] 実施の第 1形態：

本発明の実施の第 1形態では，図 1に示されているように，シリーズハイブリッド電気自動車 1は，エンジン 2と 5相発電機 3と 5相ダイオード整流器 4とバッテリー 5とを備えている。エンジン 2の回転数は制御装置（図示されない）によって制御される。ェンジン 2は， 5相発電機 3に接続されている。 5相発電機 3は，エンジン 2によって駆動されて 5相交流電圧を発生し，発生した 5相交流電圧を 5相ダイオード整流器 4に供給する。 5相ダイオード整流器 4は， 5相交流電圧を整流して直流電圧を発生する。ノッテリー 5は， 5相ダイオード整流器 4が発生する直流電圧によって充電される。

[0018] シリーズノヽイブリツド電気自動車 1は，更に，駆動インバータ 6とモータ 7と減速ギア 8 と駆動輪 9とを備えている。駆動インバータ 6は， 5相ダイオード整流器 4及び Z又はバッテリー 5から供給される直流電力から多相電力を生成する。モータ 7は，生成された多相電力によって駆動されて動力を発生する。発生された動力は，減速ギア 8を介して駆動輪 9に伝達される。

[0019] (発電系の構成）

図 2は， 5相発電機 3と 5相ダイオード整流器 4との構成を示す概略図である。 5相発電機 3は，エンジン 2に連結されたロータ（図示されない）と， 5つの電機子卷線 11一 11が設けられたステータとを備えている。電機子卷線 11一 11の一端は，中性点 1

5 1 5

2に接続されている。 5相ダイオード整流器 4は， 5つの整流アーム 13— 13を備え

1 5 た 5相全波整流回路である。 5つの整流アーム 13— 13は，正極端子 15と負極端子

1 5

16との間に並列に接続されている。正極端子 15と負極端子 16との間に，直流の出力電圧 Vが生成され，生成された出力電圧 V力バッテリー 5及び駆動用インバー o o

タ 6に供給される。出力電圧 Vを安定化するために，正極端子 15と負極端子 16との o

間には平滑キャパシタ 14が接続されている。各整流アーム 13は，直列に接続された 2つのダイオード 17 , 18を備えている。ダイオード 17の力ソードは正極端子 15に接続され，アノードは中間ノード 19に接続されている。ダイオード 18の力ソードは中間ノード 19に接続され，アノードは，負極端子 16に接続されている。各整流アーム 13 の中間ノード 1 は，電機子卷線 1 の他端（中性点 12と反対の端）に接続されている。

[0020] 5相発電機 3の中性点 12と 5相ダイオード整流器 4の負極端子 16との間には，短絡スィッチ 20が設けられている。短絡スィッチ 20がターンオンされると，中性点 12は，負極端子 16に電気的に短絡される。

[0021] 本実施の形態のシリアルノヽイブリツド電気自動車の一つの特徴は， 5相ダイオード整流器 4を使用することによって，スイッチングトランジスタで構成されたインバータを排除していることにある。既述の通り，スイッチングトランジスタで構成されたインバータは，典型的には， 5%の損失を有している。しかし，整流器の損失はインバータの損失よりも小さいから，整流器の使用を使用することにより，発電系の効率を有効に向上することができる。 5相ダイオード整流器では，通常， 99%の効率が得られる。

[0022] しかし， 5相ダイオード整流器 4自体には，出力電圧 Vを調整する機能はない。こ o

れは，バッテリー 5を充電する上で問題となり得る。シリアルハイブリッド電気自動車の速度を上げるためにエンジン 2の回転数が上昇されると， 5相ダイオード整流器 4の出力電圧 Vも増加する。出力電圧 Vが過度に上昇すると，バッテリー 5が過充電され o o

, ノッテリー 5の劣化を招き得る。

[0023] 出力電圧 Vの過剰な上昇を防ぐために，既述の短絡スィッチ 20は，エンジン 2の o

回転数の上昇に応答してターンオンされる。短絡スィッチ 20は，エンジン 2の回転数が所定の第 1回転数 nを超えるとターンオンされ，中性点 12と負極端子 16とを電気的に短絡する。中性点 12と負極端子 16とが短絡されると， 5相ダイオード整流器 4は

, 5相全波整流回路として動作する状態から， 5相半波整流回路として動作する状態に切り替えられる。これにより，出力電圧 Vが低下される。

o

[0024] より好適には，短絡スィッチ 20のターンオンは，以下の手順で行われる；エンジン 2 の回転数が低いときには，短絡スィッチ 20はターンオフされている。エンジン 2の回転数を制御する制御装置によってエンジン 2の回転数が第 1回転数 nを超えようとすることが検知されると，エンジン 2の回転数は，制御装置によって第 2回転数 nまで減

3 少される。この結果， 5相発電機 3の出力電圧は，ノッテリー 5の電圧より低下される。これにより， 5相発電機 3からバッテリー 5及び駆動用インバータ 6に， 5相発電機 3から電力が供給されなくなる。このときには，駆動用インバータ 6にはノッテリー 5のみから電力が供給され，モータ 7は，バッテリー 5からの電力で駆動される。続いて，短絡スィッチ 20がターンオンされ，更に，制御装置により，エンジン 2の回転数が，第 1回転数 nを超えて第 2回転数 n ( >n )まで増加される。この後， 5相発電機 3は，再度

1 2 1

, ノッテリー 5及び駆動用インバータ 6に電力を供給する。この手順により，エンジン 2 の負荷が急激に変動することを避けることができる。

[0025] 一方，制御装置によってエンジン 2の回転数が第 2回転数 n力も減少して第 1回転

2

数 nになろうとすることが検知されると，エンジン 2の回転数は，第 1回転数 nよりも低い第 4回転数 nまで下げられる。続いて，短絡スィッチ 20が，ターンオフされ，中性

4

点 12と負極端子 16とが電気的に切り離される。中性点 12と負極端子 16とが切り離されることにより， 5相ダイオード整流器 4は，元の通り， 5相全波整流器として機能するようになる。この後，制御装置により，エンジン 2の回転数は，第 4回転数 n力も第 1回

4 転数に増加される。この手順により，エンジン 2の負荷が急激に変動することを避けることができる。また，短絡スィッチ 20がバッテリー 5,および駆動用インバータ 6に電力を供給する間にターンオフされることはなくなり，短絡スィッチ 20には，遮断電流能力が必要なくなる。これは，短絡スィッチ 20の小型化の点で好適である。また，短絡スィッチ 20が電力を遮断することがないため，短絡スィッチ 20の高寿命化を図ることができる。

[0026] 以上に説明されているように，本実施の形態の発電系では，インバータの代わりに 5相ダイオード整流器 4が使用され，これにより，エネルギー効率が向上されている。

5相ダイオード整流器 4が，その出力電圧 Vの調整機能を有しないという問題は，短 o

絡スィッチ 20を設けることによって回避されて、る。

[0027] 本実施の形態において， 5相発電機 4及び 5相ダイオード整流器 5の代わりに，他の相数の発電機及びダイオード整流器，例えば， 3相発電機，及び 3相ダイオード整流器が使用され得る。ただし， 5相発電機 4及び 5相ダイオード整流器 5の使用は，ェネルギー効率の向上のために有効である。

[0028] (駆動系の構成）

図 1に示されているように，本実施の形態では，駆動インバータ 6とモータ 7と減速ギァ 8とは，一の駆動輪 9に対して一つずつ用意されている。モータ 7の回転数は，当該シリーズハイブリッド電気自動車 1が所望の速度で，所望の進行方向に走行するように決定される。かかる構成は，トランスミッション機構及びディファレンシャル機構を不要化し，エネルギー効率を向上するために有効である。

[0029] 図 1の構成を採用する上で要求されることは，モータ 7が小型でありながら，その出力が充分に大きい必要があることである。自動車に求められる走行性能を達成するためには，モータ 7は，充分に大きな出力を有していなくてはならない。しかし，シリーズハイブリッド電気自動車 1では，モータ 7を搭載するために用意されている空間は大きくないから，小型のモータ 7し力搭載できない。モータ 7は，これらの相反する要求を満足しなけ

ればならない。複数のモータ 7が必要な図 1の構成においては，モータ 7の小型化は極めて重要である。

[0030] 力かる要求を満足するためには，モータ 7として，図 3に示されている 5相 IPMモータが使用されることが好適である。 5相の IPMモータ 7は，ステータ 31とロータ 32とを備えている。

[0031] ステータ 31は，電機子歯 33を含む。電機子歯 33は，同一円周上に等間隔に配置されている。隣接する 2つの電機子歯 33の間には，スロット 34が形成されている。スロット 34は，同一円周上に等間隔に配置されることになる。本実施の形態では，スロットの数 nは， 20である。電機子歯 33のそれぞれには，電機子コイル 35が巻かれてい

2

る。ステータ 31の内側に回転磁界を発生するために，電機子コイル 35には， 5相の電

機子電流が供給される。

[0032] ロータ 32は，シャフト 36とロータ鉄心 37とを含む。シャフト 36は，図示されない軸受によって回転可能に支持されている。シャフト 36は，上述の減速ギア 8に接続されている。ロータ鉄心 37は，シャフト 36に固定的に接合され，シャフト 36と同体に回転する。ロータ鉄心 37は，珪素鋼板のような磁性材料で形成されている。

[0033] ロータ鉄心 37には，界磁磁石 38が挿入されている。界磁磁石 38のそれぞれは，口ータ 32の界磁の一極を構成し，ロータ 32の半径方向に磁力線を発生する。隣接する 2つの界磁磁石 38は，互いに逆の方向の磁力線を発生する，即ち，隣接する 2つの界磁磁石 38の極性は逆である。本実施の形態では，界磁磁石 38の数，即ち，界磁の極数 nは 22である。

[0034] 図 4に示されているように，界磁磁石 38のそれぞれは，ロータ 32の円周方向に並んだ同一極性を有する 2つの永久磁石 39, 40から構成されている。即ち，界磁の一極は， 2つの永久磁石 39, 40から構成されている。永久磁石 39, 40は，ロータ 32の半径方向の外側に磁極面 39a, 40aを有し，半径方向の内側に磁極面 39b, 40bを有する。永久磁石 39, 40が発生する磁力線は，磁極面 39a, 39b, 40a, 4

Obから半径方向に放射される。一の界磁磁石 38に含まれる一組の永久磁石 39, 40 は，同一の方向に磁力線を発生する，即ち，同一の極性を有する。なお，一極の界磁磁石 38を構成する永久磁石の数は， 2個には限定されない； 1個又は， 3個以上であることも可能である。

[0035] ロータ鉄心 37には，永久磁石 39, 40の半径方向外側に位置する部分 17a (磁力線誘導部分 37a)が設けられる。この磁力線誘導部分 37aの存在は，リラクタンストルクを発生させ，更に，弱め界磁制御を可能にする点で重要である。磁力線誘導部分 37aの体積は，所望のリラクタンストルクが得られるように，且つ，弱め界磁制御が可能であるように選ばれる。

[0036] 一般的な IPMモータとは異なり，図 3の IPMモータ 7では，永久磁石 39, 40のロータ側面 32aからの埋め込み深さ（即ち，半径方向外側の磁極面 39a, 40aの上の点力ロータ側面 32aへの距離）が浅い。定量的に表現すれば，永久磁石 39, 40は，ロータ 32の半径 rと極数 nとを用いて，その埋め込み深さの最大値 xが，下記式： x≤D/10,

を満足するような浅い位置に埋め込まれる。

[0037] 埋め込み深さが浅いことは， ΙΡΜモータ 7から出力される出力トルクのうち，マグネットトルクの成分の割合を増大させる。図 3の ΙΡΜモータ 7は，一般的な ΙΡΜモータとは異なり，マグネットトルクが ΙΡΜモータ 7の出力トルクの主成分であり，リラクタンストルクは，補助的な成分である。 [0038] 永久磁石 39, 40の埋め込み深さが浅いことは， IPMモータ 7の体積あたりの出力トルクを大きくするために重要である。永久磁石 39, 40の埋め込み深さが浅いことは，横軸インダクタンスを低減させる。一般には，横軸インダクタンスの低減は， IPMモータの出力トルクを減少させるように思われる力もしれない。しかし，永久磁石 39, 40の埋め込み深さが浅い場合には，これは正しくない。埋め込み深さが浅いことは， IP Mモータ 7の出力トルクのうちマグネットトルクによる成分力 S,リラクタンストルクによる成分よりも大きいことを意味する。このような場合，横軸インダクタンスの低減によるリラタタンストルクの減少の効果よりも，横軸インダクタンスの低減によって電機子電流が増大し，電機子電流の増大によってマグネットトルクとリラクタンストルクとの両方が大きくなる効果の方が大き、。

[0039] その一方で，磁力線誘導部分 37aが存在することは，弱め界磁制御を可能にする点で重要である。弱め界磁制御が可能であることにより，ロータ 32の回転数が高い場合にも，高い出力トルクが出力可能である。

[0040] このように，永久磁石 39, 40の埋め込み深さが浅い構造の採用により， IPMモータ 7は，広い回転数範囲にわたって，体積あたりの出力トルクが大きい。これは， IPMモータ 7が，小型であり，且つ，出力が大きいという要求を満足できることを意味している。このような特性を有する IPMモータ 7は，図 1の構成において駆動輪 9を駆動するために使用されるのに好適である。

[0041] 以上に説明されているように，本実施の形態では，駆動インバータ 6とモータ 7と減速ギア 8とを，一の駆動輪 9に対して一つずつ用意することにより，トランスミッション機構及びディファレンシャル機構が不要化されている。これにより，駆動輪 9を駆動する駆動系のエネルギー効率が向上されている。かかる構成の採用に伴ってモータ 7には小型且つ高出力という要求が課せられるが，この要求は，モータ 7として永久磁石 39, 40の

埋め込み深さが浅い図 3の IPMモータを採用することによって満足させることができる。

[0042] 実施の第 2形態：

本発明の実施の第 2形態では，図 5に示されているように， 5相発電機 3の代わりに 3相発電機 3 'が使用され， 5相ダイオード整流器 4の代わりに 3相ダイオード整流器 4 'が使用される。 3相ダイオード整流器 4 'は，相数が異なる（即ち，整流アームの数が異なる）点以外， 5相ダイオード整流器 4と同一の構成を有している。

[0043] 既述されているように， 3相ダイオード整流器 4'が出力する出力電圧 Vの適切な o 調整は，ノッテリー 5の保護のために重要である。実施の第 1形態の 5相ダイオード整流器 4と同様に， 3相ダイオード整流器 4 'は，それ自体には出力電圧 Vの調整機能 o

を有しないから，出力電圧 Vの調節の機構が別途に必要である。

o

[0044] 本実施の形態では，短絡スィッチ 20の代わりに 3相発電機 3 'の電機子卷線の結線をスター結線力デルタ結線に切り替える切り替え機構が設けられる。これにより， 3 相ダイオード整流器 4'から出力される出力電圧 Vが調節される。

o

[0045] 図 6は， 3相発電機 3 'と，その結線を切り替える切り替え機構の構成を概略的に示している。 3相発電機 3 'は， R相端子 21r, S相端子 21sと， T相端子 21tと， X端子 2 2xと， Y端子 22yと， Z端子 22zとを有している。 3相発電機 3 'の 3つの電機子卷線（いずれも図示されない）のうちの一の電機子卷線は， R相端子 21rと X端子 22xとの間に介設され，他の一の電機子卷線は S相端子 21sと Y端子 22yとの間に介設され，残りの一の電機子卷線は T相端子 21tと Z端子 22zとの間に介設されている。 R相端子 21r, S相端子 2 Is,及び T相端子 2 Itは，それぞれ， U相端子 23u, V相端子 23v ,及び W相端子 23wに接続されている。 3相発電機 3 'は， U相端子 23u, V相端子 2 3v,及び W相端子 23wを介して， 3相交流電圧を 3相ダイオード整流器 4，に供給する。

[0046] 切り替え機構は，スタースィッチ 24— 24と，デルタスィッチ 25— 25とを備えてい

1 3 1 3

る。スタースィッチ 24 , 24 , 24は，中性点 26を，それぞれ， X端子 22x, Y端子 22

1 2 3

y,及び Z端子 22zに接続するために設けられている。デルタスィッチ 25は Z端子 22 zと U相端子 23uとの間に介設され，デルタスィッチ 25は X端子 22xと V相端子 23v

2

との間に介設され，デルタスィッチ 25は， Y端子 22yと W相端子 23wとの間に介設さ

3

れている。

[0047] 本実施の形態では，スタースィッチ 24

1一 24及びデルタスィッチ 25 25のター 3 1 3 ンオン及びターンオフによって， 3相発電機 3 'が出力する 3相交流電圧が調整され，これにより， 3相ダイオード整流器 4，の出力電圧 Vも調整される。エンジン 2の回転 o

数の上昇によるバッテリー 5の過充電が防がれている。以下，スタースィッチ 24— 24 及びデルタスィッチ 25— 25の動作が詳細に説明される。

3 1 3

[0048] エンジン 2の回転数が低いときには，スタースィッチ 24 ンオンされ，デ

1一 24がター

3

ルタスィッチ 25— 25力ターンオフされる。これにより， 3相発電機 3 'の電機子卷線

1 3

は，スター結線で結線される。

[0049] エンジン 2の回転数が所定の第 1回転数 nを超えると，スタースィッチ 24— 24

1 1 3 ターンオフされるとともに，デルタスィッチ 25 25がターンオンされる。これにより，

1 3

3相発電機 3 'の電機子卷線は，スター結線力もデルタ結線に切り替えられる。 3相発電機 3 'の電機子卷線がデルタ結線に切り替えられることにより， U相端子 23u, V相端子 23v,及び W相端子 23wに現れる 3相交流電圧の相間電圧は， 1Z 3倍になる。これにより， 3相ダイオード整流器 4，の出力電圧 Vが低下される。

o

[0050] より好適には，スター結線力もデルタ結線への切り替えは，以下の手順で行われる；エンジン 2の回転数が低いときには， 3相発電機 3 'の電機子卷線がスター結線で接続される。即ち，デルタスィッチ 25— 25がターンオンされ，スタースィッチ 24— 24

1 3 1 3 力 Sターンオフされる。エンジン 2の回転数を制御する制御装置によってエンジン 2の回転数が第 1回転数 nを超えようとすることが検知されると，エンジン 2の回転数は，制御装置によって第 2回転数 nまで減少される。この結果， 3相発電機 3 'の出力電

3

圧は，ノッテリー 5の電圧より低下される。これにより， 3相発電機 3，からバッテリー 5 及び駆動用インバータ 6に， 3相発電機 3 'から電力が供給されなくなる。このときには ,駆動用インバータ 6にはバッテリー 5のみ力も電力が供給され，モータ 7は，ノッテリ一 5からの電力で駆動される。続いて， 3相発電機 3 'の電機子卷線がデルタ結線に切り替えられ，更に，制御装置により，エンジン 2の回転数が，第 1回転数 nを超えて第 2回転数 n ( >n )まで増加される。この後， 3相発電機 3，は，再度，ノッテリー 5及

2 1

び駆動用インバータ 6に電力を供給する。この手順により，エンジン 2の負荷が急激に変動することを避けることができる。

[0051] 一方，制御装置によってエンジン 2の回転数が第 2回転数 n力も減少して第 1回転

2

数 nになろうとすることが検知されると，エンジン 2の回転数は，第 1回転数 nよりも低い第 4回転数 nまで下げられる。続いて， 3相発電機 3 'の電機子卷線がデルタ結線

4

からスター結線に切り替えられる。即ち，スタースィッチ 24一 24力ターンオンされる

1 3

とともに，デルタスィッチ 25— 25力ターンオフされる。この後，制御装置により，ェン

1 3

ジン 2の回転数は，第 4回転数 n力ゝら第 1回転数 nに増加される。この手順により，ェ

4 1

ンジン 2の負荷が急激に変動することを避けることができる。また，スタースィッチ 24 一 24 ,及びデルタスィッチ 25— 25力バッテリー 5,および駆動用インバータ 6に

3 1 3

電力を供給する間にターンオフされることはなくなり，これらのスィッチには，遮断電流能力が必要なくなる。これは，スィッチの小型化の点で好適である。また，スタースイッチ 24— 24 ,及びデルタスィッチ 25— 25が電力を遮断することがないため，こ

1 3 1 3

れらのスィッチの高寿命化を図ることができる。

以上に説明されているように，本実施の形態の発電系では，インバータの代わりに 3相ダイオード整流器 4，が使用され，これにより，エネルギー効率が向上されている。

5相ダイオード整流器 4'が，その出力電圧 Vの調整機能を有しないという問題は， 3 o

相発電機 3 'の電機子卷線の結線が，スター結線とデルタ結線とで切り替え可能であることによって回避されて、る。

Claims

請求の範囲

[1] エンジンと，

前記エンジンによって駆動される n相発電機と，

前記 n相発電機カゝら送られる n相交流電圧カゝら直流電圧を生成する整流器と，前記直流電圧によって充電されるバッテリーと，

駆動輪を駆動するモータと，

前記整流器から供給される前記直流電圧及び Z又は前記バッテリーから供給される直流電圧を用いて前記モータを駆動するインバータと，

スィッチ

とを含み，

前記 n相発電機は，それらの一端が共通の中性点に接続された n個の電機子卷線を備え，

前記整流器は，

負極端子と，

前記負極端子よりも高!ヽ電位が発生される正極端子と，

n本の整流アーム

とを備え，

前記 n本の整流アームのそれぞれは，

前記電機子卷線の他端に接続された中間ノードと前記負極端子との間に接続された第 1ダイオードと，

前記中間ノードと前記正極端子との間に接続された第 2ダイオード

とを具え，

前記スィッチは，前記中性点と前記負極端子との間に接続された

シリーズハイブリッド電気自動車。

[2] 請求項 1に記載のシリーズハイブリッド電気自動車にお!、て，

前記スィッチは，前記エンジンの回転数に応答して，前記中性点と前記負極端子とを電気的に接続し，又は切り離す

シリーズハイブリッド電気自動車。

[3] 請求項 2に記載のシリーズハイブリッド電気自動車にぉ、て，

更に，前記エンジンのエンジン回転数を制御する制御手段を含み，

前エンジン回転数が増加して第 1回転数を超えようとするとき，前記制御手段は，前記エンジン回転数を前記第 1回転数より低い第 3回転数まで下げ，前記スィッチは，前記中性点と前記負極端子とを電気的に接続し，その後，前記制御手段は，前記ェンジン回転数を前記第 1回転数よりも高い第 2回転数に増加する

シリーズハイブリッド電気自動車。

[4] 請求項 3に記載のシリーズハイブリッド電気自動車にぉ、て，

前記エンジン回転数が前記第 2回転数より減少して前記第 1回転数になろうとするとき，前記制御手段は，前記エンジンの回転数を前記第 1回転数よりも低い第 4回転数まで下げ，前記スィッチは，前記中性点と前記負極端子とを電気的に切り離し，その後，前記制御手段は，前記エンジン回転数を前記第 1回転数まで上昇させるシリーズハイブリッド電気自動車。

[5] エンジンと，

前記エンジンによって駆動される 3相発電機と，

前記 3相発電機カゝら送られる 3相交流電圧から直流電圧を生成する整流器と，前記直流電圧によって充電されるバッテリーと，

駆動輪を駆動するモータと，

前記整流器から供給される前記直流電圧，及び Z又は前記バッテリーから供給される直

流電圧を用いて前記モータを駆動するインバータと，

スターデルタ切り替え機構

とを含み，

前記 3相発電機は， 3個の電機子卷線を備え，

前記スターデルタ切り替え機構は，前記電機子卷線を，スター結線とデルタ結線とのうちの一方の結線態様で接続する

シリーズハイブリッド電気自動車。

[6] 請求項 5に記載のシリーズハイブリッド電気自動車にぉ、て，前記スターデルタ切り替え機構は，前記エンジンの回転数に応答して，前記電機子卷線を，前記スター結線と前記デルタ結線とのうちの一方の結線態様で接続するシリーズハイブリッド電気自動車。

[7] 請求項 6に記載のシリーズハイブリッド電気自動車にぉ、て，

前記エンジンの回転数が増カロして第 1回転数を超えようとするとき，前記制御手段は，前記エンジン回転数を前記第 1回転数より低い第 3回転数まで下げ，前記スターデルタ切り替え機構は，前記電機子卷線を前記デルタ結線で接続しその後，前記制御手段は，前記エンジン回転数を前記第 1回転数よりも高い第 2回転数に増加するシリーズハイブリッド電気自動車。

[8] 請求項 7に記載のシリーズハイブリッド電気自動車にぉ、て，

前記エンジン回転数が前記第 2回転数より減少して前記第 1回転数になろうとするとき，前記制御手段は，前記エンジンの回転数を前記第 1回転数よりも低い第 4回転数まで下げ，前記スターデルタ切り替え機構は，前記電機子卷線を前記スター結線で接続し，その後，前記制御手段は，前記エンジン回転数を前記第 1回転数まで上昇させる

シリーズハイブリッド電気自動車。

[9] 請求項 1乃至請求項 8の、ずれか一に記載のシリーズノヽイブリツド電気自動車において，

前記駆動輪と前記モータとはいずれも複数であり，

前記モータは，前記駆動輪をそれぞれに駆動し，

前記モータのそれぞれは，

対応する前記駆動輪に連結されたロータと，

同一円周上に等間隔に配置された複数のスロットを有するステータ

とを備え，

前記ロータは，

ロータ鉄心と，

界磁を構成する永久磁石

とを含み，前記ロータは，前記ステータに対向するロータ側面を有し，前記永久磁石は，前記ロータの半径方向の外側に磁極面を有し，

前記磁極面の上の点から前記ロータ側面の距離の最大値 Xは，前記ロータ鉄心の半径 r

と，前記界磁の極数 nとを用いて表された下記式：

x≤D/10,

を満足する

シリーズハイブリッド電気自動車。