JP2004187412A - ハイブリッド車両用の動力出力装置及びその制御方法、並びにハイブリッド車両 - Google Patents

Abstract

【課題】ハイブリッド車両用の動力出力装置において、その寿命を長くする。
【解決手段】ハイブリッド車両用の動力出力装置は、エンジンと、この出力の少なくとも一部を用いて発電可能である３相発電機と、これからの交流電源の供給を受けてハイブリッド車両の駆動輪に駆動力を出力可能な誘導モータとを備える。更に、ハイブリッド車両に要求される目標トルクに対応するすべり周波数が誘導モータで得られるように、３相発電機の発電周波数及び誘導モータの回転数のうち少なくとも一方を制御する制御手段を備える。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、エンジンとモータジェネレータ装置とを組合せてなるハイブリッド車両用の動力出力装置の技術分野に属し、更に、該動力出力装置が搭載されたハイブリッド車両の技術分野に属する。
【０００２】
【従来の技術】
ハイブリッド車両用の動力出力装置は、要求される動作状態に応じて適宜、モータジェネレータ装置をエンジンの駆動力で回転されるジェネレータ（発電機）として利用して或いはモータジェネレータ装置に含まれる専用のジェネレータを利用して、バッテリに充電する（特許文献１及び２参照）。また、モータジェネレータ装置をバッテリから電源供給を受けて回転するモータ（電動機）として利用して或いはモータジェネレータ装置に含まれる専用のモータを利用して、駆動軸を単独で或いはエンジンと共に回転させる。これにより、エンジンを基本的に運転効率が高い状態で運転させ続けることができ、燃費性能や排気浄化性能が向上するものとされている。
【０００３】
尚、この種のハイブリッド車両用の動力出力装置は、パラレルハイブリッド方式とシリーズハイブリッド方式とに大別される。前者では、駆動軸をエンジンの出力の一部により回転させると共にモータジェネレータ装置の駆動力により回転させる。後者では、エンジン出力はモータジェネレータ装置による充電に専ら用いられ、駆動軸をモータジェネレータ装置の駆動力により回転させる。
【０００４】
このようなハイブリッド車両用の動力出力装置には通常、バッテリの電源供給を受けて動作可能な、ＤＣ（Ｄｉｒｅｃｔ Ｃｕｒｒｅｎｔ：直流）モータ或いはＤＣモータジェネレータが用いられている。
【０００５】
また、エンジン回転により発電するジェネレータからの電力供給を受けて、モータにより後輪を駆動する形式の四輪駆動制御装置として構築されたハイブリッド車両用の動力出力装置も、開発されている。この装置においても、後輪駆動用のモータとして、やはりＤＣ（Ｄｉｒｅｃｔ Ｃｕｒｒｅｎｔ：直流）モータが用いられている（特許文献３参照）。ＤＣモータは、一般に小型であり、且つ大きなトルクが得られると共に瞬発力を発揮するのにも向いている。
【０００６】
【特許文献１】
特開平９−４７０９４号公報）、
【特許文献２】
特開２０００−３２４６１５号公報）
【特許文献３】
特開２００２−１５２９１１号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特許文献１〜３等に開示されたＤＣモータを用いたハイブリッド車両用の動力出力装置の場合には、例えばハイブリッド車両等の比較的動作時間が長く或いは駆動条件が厳しい用途では、ハイブリッド動作に伴ってＤＣモータのブラシ（整流子）の磨耗が激しくなるという問題点がある。即ち、ブラシ寿命について懸念される。そして、ブラシが、ある程度磨耗してしまうと、単なるＤＣモータの性能低下に留まらずに、特に燃費性能や排気浄化性能の向上を目的とする複雑高度なハイブリッド制御に狂いが生じて、装置全体のパーフォーマンスが顕著に劣化しかねないという技術的な問題点がある。
【０００８】
本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、比較的寿命が長く、高度な制御を長期に亘って実行可能なハイブリッド車両用の動力出力装置及びこれを備えてなるハイブリッド車両を提供することを課題とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明のハイブリッド車両用の動力出力装置は上記課題を解決するために、エンジンと、該エンジンの出力の少なくとも一部を用いて発電可能である３相発電機と、該３相発電機からの交流電源の供給を受けて、前記ハイブリッド車両の駆動輪に駆動力を出力可能な誘導モータと、前記ハイブリッド車両に要求される目標トルクに対応するすべり周波数が前記誘導モータで得られるように、前記３相発電機の発電周波数及び前記誘導モータの回転数のうち少なくとも一方を制御する制御手段とを備える。
【００１０】
本発明のハイブリッド車両用の動力出力装置によれば、その動作中には、３相発電機は、エンジンの出力の少なくとも一部を用いて、その回転子が回転させられて、発電を行う。これにより、３相の交流電源の供給を、その界磁コイルから出力する。誘導モータは、例えば固定子コイルで、このような３相発電機からの交流電源の供給を受けて、例えばかご型回転子であるその回転子が回転する。即ち、誘導モータは、電磁誘導作用により回転されるその回転子の軸から回転駆動力を出力する。ハイブリッド車両の駆動輪は、このような誘導モータの駆動力を、デファレンシャルギヤ等を介して受けて、回転させられる。以上により、３相発電機による電源供給で、誘導モータが駆動し、ハイブリッド車両が走行することになる。
【００１１】
従って本発明によれば、前述した従来例の如く直流モータを用いることで、モータ部分に係るブラシ（整流子）等の磨耗や破損が問題となることはないので、装置の長寿命化が可能であり、大変有利である。
【００１２】
しかも、本発明では特に、制御手段は、３相発電機の発電周波数及び誘導モータの回転数のうち少なくとも一方を制御することで、ハイブリッド車両に要求される目標トルクに対応するすべり周波数が誘導モータで得られる。ここに「すべり周波数制御」とは一般に、誘導モータの１次周波数制御において、発電機における電圧／周波数を一定にする制御（「Ｖ／Ｆ一定制御」或いは「Ｖ／Ｆ制御」と呼ばれる）を行うことで、誘導モータの励磁電流を一定として、誘導モータの出力トルクとすべり周波数（＝発電機周波数−モータ回転数）とを比例関係にする制御をいう。従って、本発明によれば、例えば誘導モータの周波数を制御するためのインバータやバッテリ等の高価な部品を用いる必要なく、比較的簡易な構成を採用しつつ、すべり周波数制御を実現でき、これにより、各時点で当該ハイブリッド車両に要求されている目標トルクが、当該誘導モータによって得られることになる。この際、３相発電機により発電されて誘導モータに供給される交流電源の電圧値（大きさ）を制御するのみならず、誘導モータに供給される交流電源の交流周波数を可変にできる。
【００１３】
尚、本発明に係る「目標トルク」は、通常はアクセルの踏み込み量に応じて比較的簡単に決められる。そして、このようにすべり周波数制御を利用することで、誘導モータの出力トルクを応答良くすべり周波数に比例するように変化させられる。
【００１４】
以上の結果、ハイブリッド車両の動力出力装置として、駆動用モータを誘導モータから構成しつつ、その駆動力を当該ハイブリッド車両により要求される目標トルクに適合するように制御できる。
【００１５】
加えて、本発明では、エンジン出力の少なくとも一部を用いて３相発電機による発電が行われるが、エンジン出力の他の部分を用いて、駆動輪を駆動するように構成してもよい。例えば、エンジンと誘導モータとの両者の駆動力が同時に同一又は異なる駆動輪に伝達される構成としてもよいし、一の時刻にはいずれか一方の駆動力が駆動軸に伝達される構成としてもよい。また、例えば、発進時や低速時には、エンジンにより駆動輪を駆動し、通常速度や高速度の走行中には、誘導モータにより駆動輪を駆動する構成としてもよい。或いは、エンジンは、専ら発電のために用いる構成とすることも可能である。いずれの場合にも、誘導モータで駆動輪を駆動する際には、車速に比例して駆動輪の回転数が決まっており、誘導モータの回転数についても当該実際の駆動輪の回転数により一義的に決まってしまうか又は少なくともその制約を受ける。しかしながら、上述の如く、本発明では、制御手段による３相発電機の発電周波数や誘導モータの回転数の制御によって、ハイブリッド車両の実際の車速によらずに、誘導モータでは適切にすべり周波数制御が行われるのである。
【００１６】
本発明のハイブリッド車両用の動力出力装置の一態様では、前記制御手段は、前記エンジンの回転数を制御することで、前記発電周波数を制御する。
【００１７】
この態様によれば、制御手段は、例えば、燃料噴射量を増減させるなどによってエンジン回転数を制御することで、３相発電機の発電周波数を制御する。これにより、ハイブリッド車両に要求される目標トルクに対応するすべり周波数が誘導モータで得られる。従って、すべり周波数制御によって、各時点で当該ハイブリッド車両に要求されている目標トルクが誘導モータによって得られることになる。
【００１８】
本発明のハイブリッド車両用の動力出力装置の他の態様では、前記制御手段は、前記エンジンと前記３相発電機との間に、前記エンジンの回転数と前記３相発電機の回転数との割合を調整可能な第１回転数調整手段を備えており、前記制御手段による前記発電周波数の制御の少なくとも一部として、前記第１回転数調整手段により、前記エンジンの回転数と前記３相発電機の回転数との割合を調整することで、前記３相発電機の回転数を制御する。
【００１９】
この態様によれば、制御手段は、例えば、クラッチや変速機などの第１回転数調整手段を、エンジンのクランク軸と３相発電機の回転軸との間に備えており、これにより、３相発電機の発電周波数を制御する。即ち、エンジン回転数を固定したままでも、３相発電機の回転子の回転数を変えられるので、有利である。
【００２０】
例えば、３相発電機の回転数を、第１回転数調整手段により調整可能な範囲内で任意に設定できるため、エンジンのアイドル回転数以下の回転数でも、誘導モータを動作させることが可能となり、低トルクが実現できる。或いは、例えば、エンジン回転数をアイドル回転数など、エンジン効率上好ましい回転数に維持しながら、３相発電機の回転数を変えることが可能となる。加えて、誘導モータの力行可能な範囲も拡大可能となる。尚、「力行」とは、誘導モータが発電機ではなく発動機（即ち、モータ）として機能する運転状態をいい、逆に、誘導モータが発電機（即ち、ジェネレータ）として機能する運転状態を「回生」という。
【００２１】
以上の結果、すべり周波数制御によって、各時点で当該ハイブリッド車両に要求されている目標トルクが誘導モータによって得られることになる。
【００２２】
本発明のハイブリッド車両用の動力出力装置の他の態様では、前記制御手段は、前記誘導モータと前記駆動輪との間に、前記誘導モータの回転数と前記駆動輪の回転数との割合を調整可能な第２回転数調整手段を備えており、前記制御手段による前記誘導モータの回転数の制御の少なくとも一部として、前記第２回転数調整手段により、前記誘導モータの回転数と前記駆動輪の回転数との割合を調整することで、前記誘導モータの回転数を制御する。
【００２３】
この態様によれば、制御手段は、例えば、クラッチや変速機などの第２回転数調整手段を、誘導モータと駆動輪との間に備えており、これにより、誘導モータの回転数を制御する。即ち、駆動輪の回転数を固定したままでも、誘導モータの回転子の回転数を変えられるので、有利である。例えば、車速を一定に保ちながら、誘導モータの回転数を変えることが可能となる。この際、３相発電機により発電されて誘導モータに供給される交流電源の電圧値（大きさ）を制御するのみならず、誘導モータの回転数を駆動輪の回転数とは切り離して可変にできる。加えて、誘導モータの力行可能な範囲も拡大可能となる。
【００２４】
以上の結果、すべり周波数制御によって、各時点で当該ハイブリッド車両に要求されている目標トルクが誘導モータによって得られることになる。
【００２５】
本発明のハイブリッド車両用の動力出力装置の他の態様では、前記誘導モータが所定回転数以下で回転している場合には、前記３相発電機の励磁電流を供給する。
【００２６】
本発明では概ね、誘導モータが所定回転数以下で回転している場合には、３相発電機の内部インピーダンスの影響が相対的に増大し、且つ誘導モータの１次リアクタンスの影響も相対的に増大するので、誘導モータの励磁電流が低下する傾向がある。しかるに、この態様によれば、誘導モータが所定回転数以下で回転している場合には、３相発電機の励磁電流を供給するので、誘導モータにおける励磁電流の低下が部分的に或いはほぼ完全に補償される。例えば、ハイブリッド車両が低速走行しており、駆動輪及びこれに連結された誘導モータの回転子の回転数が低い場合であっても、３相発電機の励磁電流の供給によって交流電源を調整し、誘導モータの出力トルクが不足する事態を回避できる。
【００２７】
本発明のハイブリッド車両用の動力出力装置の他の態様では、前記誘導モータに接続可能なインバータと、該インバータを介して前記誘導モータからの電源供給を受ける蓄電装置とを更に備える。
【００２８】
この態様によれば、誘導モータにおいて、例えば減速時や下り坂走行時などで発生するハイブリッド車両の慣性エネルギーを、インバータを介して回生可能となる。また、本発明に係る「蓄電装置」としては、バッテリや大容量コンデンサ等を用いることが可能である。尚、３相発電機とインバータとの間の接続及びインバータと誘導モータとの間の接続は、例えば、電気的或いは機械的なスイッチを設けることにより行われる。
【００２９】
本発明のハイブリッド車両用の動力出力装置の他の態様では、前記インバータの周波数と前記発電周波数とを同期させる同期手段を更に備える。
【００３０】
この態様によれば、誘導モータに対して、蓄電装置からインバータを介して交流電源を供給しつつ、同時に、３相発電機からも交流電源を供給できる。これらにより、所謂パラレルハイブリッド併用走行も可能となる。
【００３１】
本発明のハイブリッド車両は上記課題を解決するために、上述した本発明のハイブリッド車両用の動力出力装置（但し、その各種態様を含む）と、当該動力出力装置が搭載される車両本体と、該車両本体に取り付けられた前記駆動輪とを備える。
【００３２】
本発明のハイブリッド車両によれば、上述した本発明の動力出力装置を備えているので、駆動用モータを誘導モータから構成しつつ、その駆動力を当該ハイブリッド車両により要求される目標トルクに適合するように制御できる。従って、長寿命の動力出力装置を用いることで、ハイブリッド車両の長寿命化も可能となる。
【００３３】
本発明のハイブリッド車両用の動力出力装置の制御方法は上記課題を解決するために、エンジンと、該エンジンの出力の少なくとも一部を用いて発電可能である３相発電機と、該３相発電機からの交流電源の供給を受けて、ハイブリッド車両の駆動輪に駆動力を出力可能な誘導モータとを備えたハイブリッド車両用の動力出力装置を制御する制御方法であって、前記ハイブリッド車両に要求される目標トルクを決定する決定工程と、該決定された目標トルクに対応するすべり周波数が前記誘導モータで得られるように、前記３相発電機の発電周波数及び前記誘導モータの回転数のうち少なくとも一方を制御する制御工程とを備える。
【００３４】
本発明のハイブリッド車両用の動力出力装置の制御方法によれば、当該ハイブリッド車両の走行中には、決定工程により、ハイブリッド車両に要求される目標トルクが決定される。これは例えば、アクセルの踏み込み量に応じて決定される。そして、制御工程により、３相発電機の発電周波数及び誘導モータの回転数のうち少なくとも一方を制御することで、ハイブリッド車両に要求される目標トルクに対応するすべり周波数が誘導モータで得られる。例えば、エンジン回転数を制御すること等によって、３相発電機の発電周波数が制御され、これにより、目標トルクに対応するすべり周波数が誘導モータで得られる。
【００３５】
従って、本発明によれば、例えば誘導モータの周波数制御用のインバータ、バッテリ等の高価な部品を用いる必要なく、比較的簡易な構成を採用しつつ、すべり周波数制御によって、各時点で当該ハイブリッド車両に要求されている目標トルクが誘導モータによって得られることになる。そして、このようにすべり周波数制御を利用することで、誘導モータの出力トルクを応答良くすべり周波数に比例するように変化させられる。
【００３６】
尚、これらの決定工程及び制御工程を１サイクル行うような比較的短時間の間にはハイブリッド車両の速度は一定であるとして扱ってよい。そして、無視し得ない程度に速度が変化した際には、上述の如き決定工程及び制御工程を再度行えばよい。
【００３７】
以上の結果、ハイブリッド車両の動力出力装置として、駆動用モータを誘導モータから構成しつつ、その駆動力を当該ハイブリッド車両により要求される目標トルクに適合するように制御できる。
【００３８】
本発明のハイブリッド車両用の動力出力装置の制御方法の一態様では、前記誘導モータが所定回転数以下で回転している場合には、前記３相発電機の励磁電流を供給する供給工程を更に備える。
【００３９】
この態様によれば、誘導モータが所定回転数以下で回転している場合には、供給工程により、３相発電機の励磁電流を供給するので、３相発電機における発電量の調整によって、誘導モータにおける励磁電流の低下が部分的に或いはほぼ完全に補償される。例えば、ハイブリッド車両が低速走行しており、駆動輪及びこれに連結された誘導モータの回転子の回転数が低い場合であっても、３相発電機の励磁電流の供給によって誘導モータの出力トルクが不足する事態を回避でき、大変有利である。
【００４０】
本発明のこのような作用及び他の利得は次に説明する実施の形態から明らかにされよう。
【００４１】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００４２】
（第１実施形態）
図１から図３を参照して、本発明のハイブリッド車両に係る第１実施形態について説明する。ここに、図１は、第１実施形態のハイブリッド車両の全体ブロック図であり、図２は、このうち３相発電機の概略構成を示す模式図であり、図３は、このうち誘導モータの概略構成を示す模式図である。
【００４３】
図１において、ハイブリッド車両１００は、エンジン（ＥＮＧ）１１０、３相発電機１２０、誘導モータ１３０、制御部１４０及びトランスミッション（ＡＭＴ）１５０を備える。これらは、一方で、エンジン１１０の出力の一部を用いて３相発電機１２０が発電を行い、更に、３相発電機１２０からの３相交流電源の供給を受けて誘導モータ１３０が駆動輪１５７に駆動力を出力するように構成されている。他方で、エンジン１１０が、出力の他の一部を、トランスミッション１５０を介して駆動輪１５６に駆動力として出力するように構成されている。
【００４４】
ハイブリッド車両１００は、エンジン１１０の出力軸或いはクランク軸と３相発電機１２０の回転子軸との間に設けられたクラッチ１１５、エンジン１１０の出力軸或いはクランク軸とトランスミッション１５０との間に設けられたクラッチ１１６、トランスミッション１５０と駆動輪１５６の駆動軸との間に設けられたデファレンシャルギヤ１５１、及び誘導モータ１３０と駆動輪１５７の駆動軸との間に設けられたデファレンシャルギヤ１５２を更に備えて構成されている。
【００４５】
尚、駆動輪１５６と駆動輪１５７とは、いずれが後輪でもよいし、前輪でもよい。本実施形態では、例えば駆動輪１５６が前輪とされ、駆動輪１５７が後輪とされる。即ち、本実施形態に係るハイブリッド車両１００は、４輪駆動方式が採用されている。また、トランスミッション（ＡＭＴ）１５０は、例えば、オートマチック型でも、マニュアル型でもよい。
【００４６】
図２に示すように、３相発電機１２０は、磁石１２２を含んでなる回転子軸が、エンジン１１０の出力軸にクラッチ１１５を介して接続されている。そして、この回転子軸が、エンジン１１０の出力軸の回転によって回転することで、３相交流電流が、その界磁コイルで発生して出力端子Ｕ、Ｖ及びＷから出力される。更に、３相発電機１２０は、後述の如く、制御部１４０による制御下で、誘電モータ１３０の低速回転時等に、励磁電流Ｉｆをスリップリング１２１を介して励磁コイル１２４に供給可能に構成されている。
【００４７】
図３に示すように、誘電モータ１３０は、固定子鉄心１３１に、３相交流電源を受ける固定子コイル１３２が巻かれてなる。各固定子コイル１３２には、その相対向する対に対して、交流電圧Ｖ１、Ｖ２及びＶ３が夫々印加される。ここで特に、各固定子コイル１３２には、位相が１２０度ずつ相互にずれた電流Ｉ１、Ｉ２及びＩ３が図示の通りに供給されることによって、回転子１３３が、固定子コイル１３２が発生する磁界によって回転されるように、即ち電磁誘導作用によって回転されるように構成されている。固定子コイル１３２と図２に示した３相発電機１２０の出力端子Ｕ、Ｖ及びＷとの結線は、公知のＹ結線或いは△結線でよいが、それらの結線方式によって、回転子１３３の回転方向が定まる。尚、本発明に係る誘導モータの「回転子」としては、例えば、ブラシを有必要としない、かご形回転子や、巻線形回転子等が用いられる。
【００４８】
再び図１において、制御部１４０は、本発明に係る「制御手段」の一例を構成しており、例えば、ＣＰＵ或いはマイクロコンピュータ等を含んでなる。制御部１４０は、３相発電機１２０の界磁コイル１４２に流れる電流を制御するように構成されている。
【００４９】
より具体的には、制御部１４０は、ハイブリッド車両に要求される目標トルクに対応するすべり周波数が、誘導モータ１３０で得られるように、エンジン１１０の回転数を制御し、これにより３相発電機１２０の発電周波数を制御する。この際の目標トルクは、当該ハイブリッド車両１００における運転手によるアクセル１４５の踏み込み量に応じて決められる。ここでは、例えば、電子制御されたアクセル１４５の踏み込み量を示すアクセル信号Ｓａが制御部１４０に入力され、これに基づいて目標トルクが決定される。そして、エンジン１１０の回転数の制御は、例えば噴射量制御信号Ｓｅによってエンジン１１０の噴射プラグを制御することによって、エンジン１１０内の燃料噴射量の制御によって行う。
【００５０】
尚、車速については、誘導モータ１３０の回転数を示す回転数信号Ｓｒが制御部１４０に入力されており、制御部１４０では、車速を常時モニタ可能に構成されている。但し、車速については、通常の車速パルスに基づいて常時モニタする構成としてもよい。
【００５１】
次に図１を参照して、本実施形態の動作について、特に制御部１４０による制御動作を中心にして説明する。
【００５２】
本実施形態では、誘導モータ１３０のトルク制御のために、３相発電機１２０の界磁コイル１４２に流れる電流及び３相発電機１２０の回転数を調整する。ここでは、３相発電機１２０の発電機周波数（印加周波数）Ｆと３相発電機の電圧Ｖの比（Ｖ／Ｆ）を一定にすると、誘導モータ１３０の励磁電流は一定となり、これによって、誘導モータ１３０におけるトルクが、すべり周波数に応答良く比例する制御（即ち、すべり周波数制御）を採用している。
【００５３】
先ず、制御部１４０は、アクセル信号Ｓａを参照して、アクセル１４５の踏み込み量に対応する目標トルクを決定する。このような決定は、例えば、予め設定され且つ制御部１４０の内蔵メモリ等に格納された、アクセル踏み込み量と目標トルクとの関係を規定するテーブル又は所定関数を用いることで迅速に行える。
【００５４】
続いて、この決定された目標トルクから、これに比例するすべり周波数を決定する。ここに、「すべり周波数」とは、３相発電機１２０における発電機周波数Ｆと誘導モータ１３０におけるモータ回転数Ｒｍとの差である。即ち、“すべり周波数＝発電機周波数Ｆ−モータ回転数Ｒｍ”という関係が成立する。
【００５５】
他方で、３相発電機１２０には、磁石１２２があるので（図２参照）、“エンジン回転数∝発電機回転数（∝発電機周波数Ｆ）∝発電機電圧Ｖ”という関係が成立する。よって、本実施形態では、発電機電圧Ｖ／発電機周波数Ｆは、一定となっており、すべり周波数制御の要件は成立している。
【００５６】
そこで、制御部１４０は、決定されたすべり周波数に基づいて、エンジン１１０内の燃料噴射量を調整することで、すべり周波数となる回転数までエンジン１１０の回転数を調整し、これにより、誘導モータ１３０において前述した目標トルクを得る。例えば、目標トルクが相対的に大きければ、エンジン１１０内の燃料噴射量を増大し、他方で、目標トルクが相対的に小さければ、エンジン１１０内の燃料噴射量を減少することで、いずれの場合にも、誘導モータ１３０において目標トルクを得ることができる。
【００５７】
このように本実施形態では、制御部１４０によって、界磁コイル１４２に流れる界磁電流の制御及びエンジン１１０の回転数の制御によって、Ｖ／Ｆ一定且つすべり周波数制御を行いつつ、誘導モータ１３０のトルクを目標トルクとなるように制御できる。
【００５８】
尚、これらの目標トルクの決定からエンジン１１０の回転数の調整が完了するまでの時間は、比較的短いため、ハイブリッド車両１００の速度は、この時間内には一定であるとして扱ってよい。そして、無視し得ない程度に速度が変化した際には、これらの目標トルクの決定からエンジン回転数の調整までを再度行えばよい。
【００５９】
ところで、３相発電機１２０の内部インピーダンス及び誘導モータ１３０の一次リアクタンスの影響で、モータ回転数Ｒｍが低い領域では、誘導モータ１３０の励磁電流が低下する。
【００６０】
そこで本実施形態では特に、制御部１４０による制御下で、モータ回転数Ｒｍが所定閾値以下の低速回転域では、３相発電機１２０の励磁電流Ｉｆ（図２参照）を流し、低速での誘導モータ１３０におけるトルク低下を補償する制御を行う。即ち、本実施形態では好適には、すべり周波数制御に加えて、車速が低速の場合に、所謂「トルクブースト制御」を実行する。より具体的には、制御部１４０は、回転数信号Ｓｒ又は不図示の車速パルスを参照することで、低速であることが確認された場合には、自動的に、３相発電機１２０の励磁電流Ｉｆを流すことで、当該トルクブースト制御を行う。逆に、制御部１４０は、回転数信号Ｓｒ又は不図示の車速パルスを参照することで、低速でないことが確認された場合には、３相発電機１２０の励磁電流Ｉｆを流すことなく或いは減少させることで、当該トルクブースト制御を行わない。
【００６１】
このように低速時にトルクブースト制御を行えば、車両の発進時以外における誘導モータ１３０による単独走行を行うこと、即ち、図１の構成においてクラッチ１１６を遮断することで、エンジン１１０により駆動輪１５６を駆動することなく、誘導モータ１３０により駆動輪１５７を駆動することで走行が可能となる。
【００６２】
図１に示した本実施形態の構成では、車速に比例して駆動輪１５７の回転数が決まっており、誘導モータ１３０の回転数についても、駆動輪１５７の回転数により（即ち、車速により）一義的に決まるか又は少なくともその制約を受ける。しかしながら、制御部１４０によるエンジン１１０の回転数制御を介しての３相発電機１２０の発電機周波数Ｆの制御によって、ハイブリッド車両１００の実際の車速によらずに、誘導モータ１３０では適切に、すべり周波数制御を行える。そして、このようにすべり周波数制御を利用することで、誘導モータ１３０の出力トルクを応答良く、すべり周波数に比例するように変化させられる。即ち、すべり周波数制御によって、アクセル１４５の踏み込み量に応じた目標トルクを、迅速且つ的確に得ることが可能となる。
【００６３】
以上の結果、本実施形態によれば、前述した従来例の直流モータの如く、モータ部分に係るブラシ等の磨耗や破損が問題となることはないので、装置の長寿命化が可能である。更に、例えば誘導モータ１３０の周波数を制御するためのインバータやバッテリ等の高価な部品を用いる必要なく、低コスト化も可能となる。そして、このような比較的簡易な構成を採用しつつ実行されるすべり周波数制御によって、各時点で当該ハイブリッド車両に要求されている目標トルクを、誘導モータ１３０によって適切に得られる。この際特に、制御部１４０によって、界磁コイル１４２に流れる電流を制御するので、３相発電機１２０から誘導モータ１３０に供給される交流電源の電圧値（大きさ）を制御するのみならず、その交流周波数を可変に制御できる。
【００６４】
尚、本実施形態において好ましくは、ハイブリッド車両１００の発進時に、上述の如きＶ／Ｆ一定制御且つすべり周波数性制御を行う場合などには、制御部１４０による制御下で、エンジン１１０と３相発電機１２０との間にあるクラッチ１１５を滑らせることで、エンジン１１０のアイドル回転数に相当する回転数以下の回転数で３相発電機１２０を駆動する。即ち、この場合には、３相発電機１２０の発電機周波数Ｆを下げる。これにより、ハイブリッド車両１００の発進時に、低トルクで誘導モータ１３０による発進を実現でき、当該トルク制御を滑らかに実行できる。
【００６５】
他方で、運転手によるアクセル踏み込み量が大きい場合には、制御部１４０による制御下で、エンジン１１０の回転数を上げて、３相発電機１２０の発電機周波数Ｆを高める。これにより、誘導モータ１３０のすべり周波数を高くする。すると、係る大きなアクセル踏み込み量に応じて、大きなトルクを滑らかに得ることができる。このとき更に、制御部１４０による制御下で、クラッチ１１６を、すべり状態（即ち、半クラッチ状態）に維持すれば、クラッチ１１５を係合状態に維持することができ、これらにより、４輪の急発進が可能となる。
【００６６】
加えて、本実施形態において、低速でのトルクを改善するためには、誘導モータ１３０の２次側を、（かご形回転子ではなく）巻線形回転子とし、スリップリングを介して２次抵抗を上げるように構成してもよい。若しくはこれに代えて又は加えて、３相発電機１２０の出力配線たる３相線に３相スイッチを挿入して、これによりパルス数変調をかけることにより、擬似的に周波数変調をかける手段を追加してもよい。
【００６７】
（第２実施形態）
次に図４を参照して、本発明のハイブリッド車両に係る第２実施形態について説明する。ここに、図４は、第２実施形態のハイブリッド車両の全体ブロック図である。尚、第２実施形態に係る図４においては、第１実施形態に係る図１と同様の構成要素には同様の参照符号を付し、それらの説明については適宜省略する。
【００６８】
図４において、ハイブリッド車両２００は、エンジン（ＥＮＧ）１１０、３相発電機１２０、誘導モータ１３０、制御部１４０及びトランスミッション（ＡＭＴ）１５０を備える。ハイブリッド車両２００は更に、クラッチ１１６、デファレンシャルギヤ１５１及びデファレンシャルギヤ１５２を備えて構成されている。
【００６９】
第２実施形態では特に、ハイブリッド車両２００は、第１実施形態に係るクラッチ１１５に代えて、エンジン１１０の出力軸或いはクランク軸と３相発電機１２０の回転子軸との間に設けられた変速機２６０を備える。変速機２６０は、本発明に係る「第１回転数調整手段」の一例を構成しており、例えば、多段式の変速機、ＣＶＴ（Ｃｏｎｓｔａｎｔ Ｖａｒｉａｂｌｅ Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ）型の変速機、プラネタリギヤ型の変速機等からなる。
【００７０】
前述した第１実施形態によれば、誘導モータ１３０の同期電気角周波数が、３相発電機１２０の電気角周波数より高いと、誘導モータ１３０を、力行で利用できなくなる。
【００７１】
これに対して、第２実施形態によれば、変速機２６０を備えるので、エンジン１１０の回転数と３相発電機１２０の回転数との割合を変更できるので、誘導モータ１３０の同期電気角周波数と３相発電機１２０の電気角周波数との高低に拘わらず、変速機２６０により調整可能な範囲内においては、誘導モータ１３０を力行で利用できるようになる。即ち、誘導モータ１３０を力行で利用できる車速の限界が、変速機２６０の変速可能な範囲に応じて広がる。
【００７２】
このように、第２実施形態によれば、変速機２６０の存在によって、誘導モータ１３０の力行可能な範囲を効率良く拡大できる。
【００７３】
加えて、第２実施形態によれば、３相発電機１２０の回転数を、変速機２６０により調整可能な範囲内で任意に設定できるため、エンジン１１０のアイドル回転数以下の回転数でも、誘導モータ１３０を動作させることが可能となり、低トルクが実現できる。或いは、例えば、エンジン回転数をアイドル回転数など、エンジン効率上好ましい回転数に維持しながら、３相発電機１２０の回転数を変えることが可能となる。
【００７４】
第２実施形態に係るその他の構成及び動作については、上述した第１実施形態の場合と同様である。
【００７５】
（第３実施形態）
次に図５を参照して、本発明のハイブリッド車両に係る第３実施形態について説明する。ここに、図５は、第３実施形態のハイブリッド車両の全体ブロック図である。尚、第３実施形態に係る図５においては、第１実施形態に係る図１と同様の構成要素には同様の参照符号を付し、それらの説明については適宜省略する。
【００７６】
図５において、ハイブリッド車両３００は、エンジン（ＥＮＧ）１１０、３相発電機１２０、誘導モータ１３０、制御部１４０及びトランスミッション（ＡＭＴ）１５０を備える。ハイブリッド車両３００は更に、クラッチ１１５、クラッチ１１６、デファレンシャルギヤ１５１及びデファレンシャルギヤ１５２を備えて構成されている。
【００７７】
第３実施形態では特に、ハイブリッド車両３００は、誘導モータ１３０の出力軸とデファレンシャルギヤ１５２との間に設けられた変速機３６０を備える。変速機３６０は、本発明に係る「第２回転数調整手段」の一例を構成しており、例えば、多段式の変速機、ＣＶＴ型の変速機、プラネタリギヤ型の変速機等からなる。
【００７８】
前述した第１実施形態によれば、誘導モータ１３０の同期電気角周波数が、３相発電機１２０の電気角周波数より高いと、誘導モータ１３０を、力行で利用できなくなる。
【００７９】
これに対して、第３実施形態によれば、変速機３６０を備えるので、駆動輪１５７の回転数（即ち、車速）と誘導モータ１３０の回転数との割合を変更できるので、誘導モータ１３０の同期電気角周波数と３相発電機１２０の電気角周波数との高低に拘わらず、変速機３６０により調整可能な範囲内においては、誘導モータ１３０を力行で利用できるようになる。即ち、誘導モータ１３０を力行で利用できる車速の限界が、変速機３６０の変速可能な範囲に応じて広がる。
【００８０】
このように、第３実施形態によれば、変速機３６０の存在によって、誘導モータ１３０の力行可能な範囲を効率良く拡大できる。
【００８１】
加えて、第３実施形態によれば、変速機３６０により、車速を一定に保ちながら、誘導モータ１３０の回転数を変えることが可能となる。この際、３相発電機１２０により発電されて誘導モータ１３０に供給される交流電源の電圧値（大きさ）を制御するのみならず、誘導モータ１３０の回転数を駆動輪１５７の回転数とは切り離して、変速機２６０により調整可能な範囲内で可変にできる。
【００８２】
第３実施形態に係るその他の構成及び動作については、上述した第１実施形態の場合と同様である。
【００８３】
（第４実施形態）
次に図６を参照して、本発明のハイブリッド車両に係る第４実施形態について説明する。ここに、図６は、第４実施形態のハイブリッド車両の全体ブロック図である。尚、第４実施形態に係る図６においては、第１実施形態に係る図１と同様の構成要素には同様の参照符号を付し、それらの説明については適宜省略する。
【００８４】
図６において、ハイブリッド車両４００は、エンジン（ＥＮＧ）１１０、３相発電機１２０、誘導モータ１３０、制御部１４０及びトランスミッション（ＡＭＴ）１５０を備える。ハイブリッド車両４００は更に、クラッチ１１５、クラッチ１１６、デファレンシャルギヤ１５１及びデファレンシャルギヤ１５２を備えて構成されている。
【００８５】
第４実施形態では特に、ハイブリッド車両４００は、３相発電機１２０と誘導モータ１３０と間における３相線中に挿入された二つの３相スイッチＳＷ１及びＳＷ２と、これらの３相スイッチＳＷ１及びＳＷ２によって３相発電機１２０又は誘導モータ１３０に若しくはこれらの両者に対して選択的に接続可能なインバータ４７０と、インバータ４７０により充放電可能な蓄電装置の一例たるバッテリ４８０とを備えて構成されている。
【００８６】
第４実施形態では、３相発電機１２０の３相に対して、２つの３相スイッチＳＷ１及びＳＷ２を追加することにより、誘導モータ１３０における力行制御及び回生制御を独立に且つ簡略に行うことが可能である。
【００８７】
即ち、回生時には、制御部１４０による制御下で、３相スイッチＳＷ２をオンにし且つ３相スイッチＳＷ１をオフにする。このとき、前述した如きＶ／Ｆ一定且つすべり周波数制御の場合と同様に、周波数差で回生トルクを制御する。具体的には、制御部１４０は、先ず目標トルクからインバータ４７０の電気角周波数と誘導モータ１３０の電気角周波数の差を演算する。続いて、制御部１４０は、Ｖ／Ｆ一定となるように、交流電圧Ｖを決定する。この際、力行時と異なり、インバータ４７０の電気角周波数を誘導モータ１２０の電気角周波数より小さくする。
【００８８】
他方、力行時には、制御部１４０による制御下で、パラレルハイブリッド走行を行う。具体的には、例えば、誘導モータ１３０の定格を３０ｋｗ程度に設定し、３相発電機１３０の定格を２０ｋｗ程度に設定し、インバータ４７０（及びバッテリ４８０）の定格を１０ｋｗ程度に設定した場合、３相発電機１２０の３相周波数と、インバータ４７０の周波数を同期させることで（例えば、インバータ４７０の交流電圧の大きさをＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）制御することで）、誘導モータ１３０に対して、エンジン１１０とバッテリ４８０との両方から電源供給する。これによって、インバータ４７０等を用いてのパラレルハイブリッド走行が可能となる。
【００８９】
以上の結果、第４実施形態によれば、誘導モータ１３０において、例えば減速時や下り坂走行時などで発生するハイブリッド車両４００の慣性エネルギーを、インバータ４７０を介してバッテリ４８０に回生可能となる。更に、パラレルハイブリッド走行も可能となり、低燃費走行或いは低公害走行が可能となる。
【００９０】
特に、このようにパラレルハイブリッド走行を行うことにより、或いは誘導モータ１３０においてバッテリ４８０の電源と共に３相発電機１２０からの電源を併用して用いることにより、インバータ４７０の定格やバッテリ４８の定格を相対的に低く抑えることができる。よって、これらインバータやバッテリといった一般に高価な電気部品についてのコスト上昇を効率的に抑えられる。
【００９１】
更に、第４実施形態では好ましくは、力行時において車速が低い場合には、制御部１４０による制御下で、３相スイッチＳＷ２をオンし且つ３相スイッチＳＷ１をオフすることで、バッテリ４８０からインバータ４７０を介して供給される交流電源のみで、誘導モータ１３０を駆動してＥＶ走行してもよい。これにより、低速時にも、Ｖ／Ｆ一定且つすべり周波数制御で、容易にトルク制御を行える。そして、制御部１４０による制御下で、車速が所定閾値よりも上昇したことが検出された段階で、３相スイッチＳＷ１をオンにして、３相発電機１２０からの電源も併用して誘導モータ１３０の駆動を続行してもよい。
【００９２】
加えて、第４実施形態では、車両の発進時に、３相発電機１２０をエンジン始動装置として利用することも可能である。即ち、このためには、車両の発進時に、制御部１４０による制御下で、クラッチ１１６を遮断し且つクラッチ１１５を係合し、３相スイッチＳＷ１をオンにした状態で、インバータ４７０によって、３相発電機１２０を同期駆動する。これにより、３相発電機１２０を、エンジン始動装置として機能させられる。更に、アクセル１４５が強く踏み込まれた際には、制御部１４０による制御下で、３相スイッチＳＷ２もオンにすることで、エンジン１１０の始動と誘導モータ１３０へのトルク駆動とを同一のインバータ４７０で実行可能となり、アイドル停止時における急発進のもたつきを緩和することも可能である。
【００９３】
第４実施形態に係るその他の構成及び動作については、上述した第１実施形態の場合と同様である。
【００９４】
（第５実施形態）
次に図７を参照して、本発明のハイブリッド車両に係る第５実施形態について説明する。ここに、図７は、第５実施形態のハイブリッド車両の全体ブロック図である。尚、第５実施形態に係る図７においては、第１実施形態に係る図１又は第４実施形態に係る図６と同様の構成要素には同様の参照符号を付し、それらの説明については適宜省略する。
【００９５】
図７において、ハイブリッド車両５００は、エンジン（ＥＮＧ）１１０、３相発電機１２０及びトランスミッション（ＡＭＴ）１５０を備える。ハイブリッド車両５００は更に、クラッチ１１５、クラッチ１１６及びデファレンシャルギヤ１５１、並びにインバータ４７０、バッテリ４８０、３相スイッチＳＷ１及びＳＷ２を備えて構成されている。
【００９６】
第５実施形態では特に、ハイブリッド車両５００は、誘導モータ５３０が、デファレンシャルギヤ５２０内に付設されている。このように構成しても、デファレンシャルギヤ５２０内に付設された誘導モータ５３０において、例えば減速時や下り坂走行時などで発生するハイブリッド車両５００の慣性エネルギーを、インバータ４７０を介してバッテリ４８０に回生可能となる。更に、パラレルハイブリッド走行も可能となり、低燃費走行或いは低公害走行が可能となる。
【００９７】
第５実施形態に係るその他の構成及び動作については、上述した第４実施形態の場合と同様である。
【００９８】
（第６実施形態）
次に図８を参照して、本発明のハイブリッド車両に係る第６実施形態について説明する。ここに、図８は、第６実施形態のハイブリッド車両の全体ブロック図である。尚、第６実施形態に係る図８においては、第１実施形態に係る図１又は第５実施形態に係る図７と同様の構成要素には同様の参照符号を付し、それらの説明については適宜省略する。
【００９９】
図８において、ハイブリッド車両６００は、エンジン（ＥＮＧ）１１０、３相発電機１２０及び誘導モータ１３０を備える。ハイブリッド車両６００は更に、クラッチ１１５、クラッチ１１６及びデファレンシャルギヤ１５２、並びにインバータ４７０、バッテリ４８０、３相スイッチＳＷ１及びＳＷ２を備えて構成されている。
【０１００】
第６実施形態では特に、ハイブリッド車両６００は、誘導モータ６３０が、トランスミッション（ＡＭＴ）６５０内に付設されている。このように構成しても、トランスミッション６５０内に付設された誘導モータ６３０において、例えば減速時や下り坂走行時などで発生するハイブリッド車両６００の慣性エネルギーを、インバータ４７０を介してバッテリ４８０に回生可能となる。更に、パラレルハイブリッド走行も可能となり、低燃費走行或いは低公害走行が可能となる。
【０１０１】
第６実施形態に係るその他の構成及び動作については、上述した第４実施形態の場合と同様である。
【０１０２】
以上説明した第１から第６実施形態において、制御部１４０は、ハイブリッド車両の動力系統において、エンジン１１０を制御するＥＦＩＥＣＵ（ＥｌｅｃｔｒｉｃａｌＦｕｅｌ Ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ Ｅｎｇｉｎｅ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）の一部として構築されてもよいし、これとは別個に用意された専用マイクロプロセッサ等から構成されてもよい。
【０１０３】
また、各実施形態では、エンジン１１０は、例えば、ガソリンにより運転される直噴型のガソリンエンジンであるが、その他に、伝統的なポート噴射型のガソリンエンジン、ディーゼルエンジン、タービンエンジン、ジェットエンジン等の各種の内燃あるいは外燃機関を用いることができる。更に、３相発電機と誘導モータとを組み合わせて前述の如きすべり周波数制御を行う限りにおいて、本発明を適用するハイブリッド車両の構成としては、第１から第６実施形態の構成の他、種々の構成が可能である。
【０１０４】
本発明は、上述した実施形態に限られるものではなく、請求の範囲及び明細書全体から読み取れる発明の要旨或いは思想に反しない範囲で適宜変更可能であり、そのような変更を伴なうハイブリッド車両用の動力出力装置及びその制御方法、並びにそのような動力出力装置を備えたハイブリッド車両もまた本発明の技術的範囲に含まれるものである。
【０１０５】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明によれば、比較的寿命が長く、高度な制御を長期に亘って実行可能なハイブリッド車両用の動力出力装置及びその制御方法、並びにそれを備えてなるハイブリッド車両を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る第１実施形態のハイブリッド車両の全体ブロック図である。
【図２】図１に示したハイブリッド車両のうち３相発電機の概略構成を示す模式図である。
【図３】図１に示したハイブリッド車両のうち誘導モータの概略構成を示す模式図である。
【図４】本発明に係る第２実施形態のハイブリッド車両の全体ブロック図である。
【図５】本発明に係る第３実施形態のハイブリッド車両の全体ブロック図である。
【図６】本発明に係る第４実施形態のハイブリッド車両の全体ブロック図である。
【図７】本発明に係る第５実施形態のハイブリッド車両の全体ブロック図である。
【図８】本発明に係る第６実施形態のハイブリッド車両の全体ブロック図である。
【符号の説明】
１１０ エンジン
１２０ ３相発電機
１３０ 誘導モータ
１４０ 制御部
１５０ トランスミッション
１５１、１５２ デファレンシャルギヤ
１５６、１５７ 駆動輪

Claims (10)

1. ハイブリッド車両用の動力出力装置であって、
   エンジンと、
   該エンジンの出力の少なくとも一部を用いて発電可能である３相発電機と、
   該３相発電機からの交流電源の供給を受けて、前記ハイブリッド車両の駆動輪に駆動力を出力可能な誘導モータと、
   前記ハイブリッド車両に要求される目標トルクに対応するすべり周波数が前記誘導モータで得られるように、前記３相発電機の発電周波数及び前記誘導モータの回転数のうち少なくとも一方を制御する制御手段と
   を備えたことを特徴とするハイブリッド車両用の動力出力装置。
2. 前記制御手段は、前記エンジンの回転数を制御することで、前記発電周波数を制御することを特徴とする請求項１に記載のハイブリッド車両用の動力出力装置。
3. 前記制御手段は、前記エンジンと前記３相発電機との間に、前記エンジンの回転数と前記３相発電機の回転数との割合を調整可能な第１回転数調整手段を備えており、
   前記制御手段による前記発電周波数の制御の少なくとも一部として、前記第１回転数調整手段により、前記エンジンの回転数と前記３相発電機の回転数との割合を調整することで、前記３相発電機の回転数を制御することを特徴とする請求項１又は２に記載のハイブリッド車両用の動力出力装置。
4. 前記制御手段は、前記誘導モータと前記駆動輪との間に、前記誘導モータの回転数と前記駆動輪の回転数との割合を調整可能な第２回転数調整手段を備えており、
   前記制御手段による前記誘導モータの回転数の制御の少なくとも一部として、前記第２回転数調整手段により、前記誘導モータの回転数と前記駆動輪の回転数との割合を調整することで、前記誘導モータの回転数を制御することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載のハイブリッド車両用の動力出力装置。
5. 前記誘導モータが所定回転数以下で回転している場合には、前記３相発電機の励磁電流を供給することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載のハイブリッド車両用の動力出力装置。
6. 前記誘導モータに接続可能なインバータと、
   該インバータを介して前記誘導モータからの電源供給を受ける蓄電装置と
   を更に備えたことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載のハイブリッド車両用の動力出力装置。
7. 前記インバータの周波数と前記発電周波数とを同期させる同期手段を更に備えたことを特徴とする請求項６に記載のハイブリッド車両用の動力出力装置。
8. 請求項１乃至７のいずれか一項に記載のハイブリッド車両用の動力出力装置と、
   当該動力出力装置が搭載される車両本体と、
   該車両本体に取り付けられた前記駆動輪と
   を備えたことを特徴とするハイブリッド車両。
9. エンジンと、該エンジンの出力の少なくとも一部を用いて発電可能である３相発電機と、該３相発電機からの交流電源の供給を受けて、ハイブリッド車両の駆動輪に駆動力を出力可能な誘導モータとを備えたハイブリッド車両用の動力出力装置を制御する制御方法であって、
   前記ハイブリッド車両に要求される目標トルクを決定する決定工程と、
   該決定された目標トルクに対応するすべり周波数が前記誘導モータで得られるように、前記３相発電機の発電周波数及び前記誘導モータの回転数のうち少なくとも一方を制御する制御工程と
   を備えたことを特徴とするハイブリッド車両用の動力出力装置の制御方法。
10. 前記誘導モータが所定回転数以下で回転している場合には、前記３相発電機の励磁電流を供給する供給工程を更に備えたことを特徴とする請求項９に記載のハイブリッド車両用の動力出力装置の制御方法。

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