JP2004242498A - 機械的なエネルギを電気的なエネルギに変換し、かつ電気的なエネルギを機械的なエネルギに変換するための装置および方法 - Google Patents

Abstract

【課題】いかなる運転状態においても種々様々なトルク要求および回転数要求に応じて良好な全体効率が得られるようにする。
【解決手段】少なくとも２つの電気機械Ｅ_１，Ｅ_２が設けられており、該電気機械が、出力軸２１と連結された中間伝動装置２０を介して互いに連結されており、さらに、出力軸２１における回転数要求ｎ_Ａおよび／またはトルク要求Ｍ_Ａに関連して電気機械Ｅ_１，Ｅ_２を可変制御するための制御装置が設けられている。
【選択図】図１

Description

本発明は、特に車両の駆動のために、かつ車両の制動時におけるエネルギ回収のために、電気的なエネルギを機械的なエネルギに変換し、かつ機械的なエネルギを電気的なエネルギに変換するための装置に関する。

さらに本発明は、このような装置を運転するための方法に関する。

駆動装置として形成され、かつ／またはエネルギ回収のために形成された、電気機械から成る公知の装置は、原則的に少なくとも１つの電気機械を有している。この電気機械は、たとえば駆動機械として使用される電気モータであってよい。車両駆動装置として使用される電気モータは直接にまたは伝動装置を介して被駆動部に結合されていてよい。電気機械の効率は構造に応じて、送出されるトルクならびに目下の回転数に関連している。特に車両駆動装置では種々様々のトルク要求および回転数要求が生じるので、電気機械の目下の運転状態に応じて種々様々の効率を有する運転点が生ぜしめられる。

電気機械と被駆動部との間には伝動装置を設けることができ、この伝動装置は回転数変換器として使用され得る。この伝動装置は全体効率の改善を可能にする。しかし、できるだけコンパクトな駆動装置および単純な構造が求められるという理由から、しかも電気機械が比較的好都合なトルク特性線を有していることに基づき、通常、伝動装置は使用されない。しかしその場合には、電気モータの最大回転数がたいてい、到達可能な車両最高速度を制限してしまう。

道路走行用車両のための駆動装置における典型的な設備出力は約３ｋＷから約７０ｋＷにまで及ぶ。純然たる電気自動車はエネルギ蓄えのために蓄電池（バッテリ）を必要とする。この蓄電池の充電によって、約２０〜２００ｋｍの典型的な走行距離が可能となる。これ以上大きな走行距離は、たいていこのために必要となる蓄電池重量に基づき制限される。内燃機関を備えた慣用の駆動装置に比べて不十分なこの走行距離と、大型の蓄電池に基づき比較的高くなる車両重量とが、これまで電気自動車の広範囲に及ぶ普及を妨げてきた。

エネルギ供給源として燃料電池が自動車用途に使用されると、使用される電気自動車の著しい台数が見込まれる。しかし、このような電気自動車に対しても、電気的なエネルギを駆動エネルギに変換する際の効率に関しては同様の基本的制限が加えられる。顧客の要望に応えるためには、燃料電池車両が汎用の最高速度を達成しなければならない。伝動装置なしの電気駆動装置が、ゼロと、約１５０〜１８０ｋｍ／ｈ（ｖ_ｍａｘ）との間の全速度領域をカバーすることができなくてはならない。

図１０（ａ）には、１つの電気機械しか有しない慣用の電気駆動装置の簡略化された原理が示されている。電気機械Ｅのモータ出力軸１２はディファレンシャル伝動装置１４を介して２つの駆動軸１６を駆動する。これらの駆動軸１６は車両（図示しない）のホイール１８を駆動するために働く。

図１０（ｂ）には、モータトルクＭと、走行速度ｖと、駆動装置効率ηとの間の典型的な関係が運転特性マップの形で示されている。走行速度はこの場合、モータ回転数ｎに対して直接に比例している。なぜならば、電気機械Ｅは中間接続された回転数変換器なしに車両ホイール１８と連結されているからである。電気機械Ｅは約７５ｋＷのピーク出力Ｐ_ｍａｘと、約３０ｋＷの連続出力Ｐ_{ｋｏｎｓｔ}とを提供することができる。典型的な電気機械、たとえば同期モータまたは非同期モータの場合には、回転数が増大するにつれて出力側トルクは低下する。最大トルクは低い回転数において提供されるので、この電気機械は高い始動トルクを発揮することができる。図示の特性マップには、効率線が等高線として描かれており、この場合、約１００〜１３０ｋｍ／ｈの速度でかつ約３００〜７００Ｎｍの出力側トルクにおいて約９０％の最大効率ηが提供されることが判る。さらに、Ｐ＝５ｋＷの出力側出力ならびにＰ＝１０ｋＷの出力側出力に関する２つの例示的な特性線が描かれており、これらの特性線については、効率はそれぞれ８０％よりも低い。規格化された走行サイクル「新ヨーロッパ走行サイクル（ＮＥＦＺ）」は車両の平均的な運転を模倣するものであり、輪郭線により取り囲まれた領域として線図内に書き込まれている。この走行サイクルの場合、電気駆動装置は平均して約６５％に過ぎない効率領域で作動する。

本発明の課題は、冒頭で述べた装置を改良して、いかなる運転状態においても種々様々なトルク要求および回転数要求に応じて良好な全体効率が得られるような装置を提供することである。

さらに本発明の課題は、このような装置を運転するために適した方法を提供することである。

この課題を解決するために本発明の装置の構成では、少なくとも２つの電気機械が設けられており、該電気機械が、出力軸と連結された中間伝動装置を介して互いに連結されており、さらに、出力軸における回転数要求および／またはトルク要求に関連して前記電気機械を可変制御するための制御装置が設けられているようにした。

さらに上記課題を解決するために本発明の方法では、中間伝動装置を介して互いに連結された少なくとも２つの電気機械が出力軸を駆動するか、もしくは該出力軸により駆動され、この場合、前記電気機械を、出力軸における回転数要求および／またはトルク要求に関連して可変に開ループ制御し、かつ／または閉ループ制御するようにした。

電気的なエネルギを機械的なエネルギに変換し、かつ機械的なエネルギを電気的なエネルギに変換するための本発明による装置は、少なくとも２つの電気機械を有しており、これらの電気機械は中間伝動装置を介して互いに連結されている。前記電気機械は、中間伝動装置の被駆動軸もしくは出力軸における回転数要求および／またはトルク要求に関連して制御装置によって可変制御可能である。本発明による装置は、特に車両の駆動のために、かつ／または車両の制動時におけるエネルギ回収のために適している。少なくとも２つの電気機械が中間伝動装置を介して互いに連結されていることに基づき、前記電気機械のうちの少なくとも一方の電気機械を好都合な効率領域内で運転することができる。それに対して、他方の電気機械は遮断されているか、不都合な効率領域内で小さな出力で運転され得るか、または好都合な効率領域内で同じ出力で運転され得る。唯一つの電気機械しか有しない慣用の駆動装置は部分負荷運転では不都合な効率領域内で運転されなければならないのに対して、本発明による駆動装置では、部分負荷運転を小さい方の電気機械によって実現することができ、この場合、可変に接続可能である他方の電気機械は遮断されたままとなる。

それぞれ遮断可能な電気機械は選択的にフリーホイール装置を介して中間伝動装置と連結されていてよいので、それぞれ接続された方の電気機械の駆動トルクは、一方の方向で伝達遮断機能を発揮するフリーホイールを介して支持され得る。場合によっては、前記フリーホイール装置の伝達遮断機能が解除可能であり、かつ／または伝達遮断方向が切換可能であってよいので、ジェネレータ運転も同じく一方の電気機械を用いるだけで可能となる。

本発明の有利な構成は、互いに異なる電気機械を使用することにあってよい。すなわち、たとえば前記電気機械のうちの一方の電気機械が同期機械であってよい。同期機械は低い回転数において極めて良好な効率を有している。別の電気機械として非同期機械を使用することにより、より高い回転数において良好な効率を得ることができる。こうして、適当な開ループ制御ストラテジ（Steuerstrategie）または閉ループ制御ストラテジ（Regelstrategie）によって両タイプの電気機械の利点を組み合わせることができる。たとえば、低い速度でかつ部分的に高いトルク要求を有する部分負荷領域は同期機械を用いて高い効率でカバーされ得る。そして、より高い回転数領域における、より高い出力要求のためには、同期機械に加えて非同期機械を可変に接続することができる。その場合、この非同期機械は同期機械をアシストするために働く。

本発明のさらに別の有利な構成は、開ループ制御される電気機械、つまりコスト的に好都合な電気機械を、閉ループ制御される電気機械と組み合わせることにあってよい。このことは、たとえば非同期機械であってよい。こうして、開ループ制御される電気機械と閉ループ制御される電気機械との好都合な組合せを実現することができる。所望の回転数の微調整は有利には閉ループ制御される電気機械を用いて達成され得る。

中間伝動装置としては、特に、たとえば車両構造で使用されるような公知のディファレンシャル伝動装置が適している。ディファレンシャル伝動装置は、特に２つの同形式の電気機械を備えた対称的な構造のために適している。しかし、遊星歯車伝動装置も同じく中間伝動装置として使用することができる。遊星歯車伝動装置は特に、互いに異なって寸法設定された電気機械を備えた非対称的な構造のために適している。電気機械のための連結伝動装置としてかつ車両ホイールを駆動するためのアクスルディファレンシャル伝動装置として同一構造の２つのディファレンシャル伝動装置を使用することにより、互いに異なる２つの伝動装置を使用する場合に比べてコストを削減することができる。

以下に、発明による装置を車両駆動装置として使用する場合に本発明による装置を制御するための典型的なストラテジを簡潔に説明する。

低い速度および比較的小さなトルク要求を有する部分負荷運転時では、前記電気機械のうちの一方の電気機械しか運転されないことが有利である。この電気機械の駆動トルクはフリーホイール装置に支持される。このフリーホイール装置は他方の電気機械と中間伝動装置との間に配置されていて、一方の回転方向しか許さない。運転状態にある方の電気機械は好都合な効率領域内で運転され得る。このことは、唯一つの電気機械を用いて全出力をカバーしなければならないような配置形式に比べて明らかに有利である。唯一つの電気機械しか設けられていない場合、このような運転事例においては唯一つの電気機械が極めて小さな出力で、ひいては著しく悪い効率で運転されなければならなくなる。

低いトルク要求およびより高い回転数要求を有する部分負荷運転は、一方の電気機械がその回転数限界で運転されるようになるまでは、この一方の電気機械によってのみカバーされ得る。一方の電気機械の回転数限界が超過されると、これに加えて第２の電気機械を可変に接続することができる。この場合、第２の電気機械はさしあたり、より小さな出力で運転され得る。この場合にも、得られる全体効率は極めて好都合となる。なぜならば、全体効率の算出に際しては、より高い出力送出量を有する電気機械の効率が大きな割合を占めるからである。この電気機械は好都合な効率領域内で運転され、それに対して、部分負荷運転で投入された、追加接続された電気機械は、不都合な効率領域内で問題なく作動することができる。追加接続された電気機械の出力送出量をも増大させることにより、この追加接続された電気機械は徐々に好都合な効率領域に到達してゆくので、この場合、再び両電気機械がその最適な運転点の近傍で運転され得るようになる。

低い回転数において、たとえば車両を加速するために高いトルクが必要とされる場合、有利にはやはり一方の電気機械しか駆動されず、他方の電気機械は遮断されたままとなる。駆動された電気機械のトルクはこの場合、前で説明した部分負荷事例の場合と同様にフリーホイール装置を介して第１の電気機械に支持され得る。全体効率はこの運転モードにおいても比較的好都合である。

回生運転は、電気機械がジェネレータとして運転されることにより特徴付けられている。この場合、制動エネルギが電気的なエネルギに変換され、この電気的なエネルギは蓄電池（バッテリ）に蓄えられ得る。低い速度を有する典型的な出発事例もしくは初期事例では、両電気機械のうちの一方の電気機械がジェネレータ運転モードで中間伝動装置を介して駆動される。制動エネルギから取得されたエネルギは、発生するトルクアンバランスに基づき、まず第２の電気機械を加速するために使用され得る。これにより、この第２の電気機械は好都合な効率を有する運転点へもたらされる。引き続き、この第２の電気機械におけるトルクの引上げ（Aufschaltung）により、この状態を安定化させることができる。引き続き、両電気機械は対称的な運転の形でジェネレータとして作動し、そしてそれぞれほぼ等しい出力を回生する。対称的な運転状態への移行は、選択的に連続的に行うこともでき、これにより自動車における快適性要求に応えることができる。

後退走行運転は全運転モードのうちの下位の要素であることに基づき、後退走行運転はその効率の点では問題にならない。通常事例では、両電気機械のうちの一方の電気機械しか運転されない。この場合、回転方向が単に逆転されているに過ぎない。前に説明したフリーホイール装置はこの場合には、駆動された方の電気機械のトルクの支持を可能にすることができない。しかし、この運転点をアクティブに安定化させるために、それぞれ駆動されていない方の電気機械を使用することができる。択一的には、伝達遮断方向が切換可能であるフリーホイールによってトルクを支持することができる。

本発明のさらに別の特徴および有利な改良形は、請求項２〜請求項１９および請求項２１〜請求項３３ならびに以下に図面につき説明する本発明を実施するための最良の形態に記載されている。

以下に、本発明を実施するための最良の形態を図面につき詳しく説明する。

図１（ａ）には、少なくとも２つの電気機械Ｅ_１，Ｅ_２を備えた本発明による駆動装置の基本的な原理が示されている。両電気機械Ｅ_１，Ｅ_２は中間伝動装置２０を介してディファレンシャル伝動装置１４と連結されている。中間伝動装置２０はディファレンシャル伝動装置１４を駆動するための出力軸２１を有している。ディファレンシャル伝動装置１４は２つの駆動軸１６と連結されており、両駆動軸１６は車両（図示しない）のホイール１８を駆動するために働く。両電気機械Ｅ_１，Ｅ_２の少なくとも一方の電気機械はフリーホイール装置２２を有しており、このフリーホイール装置２２は選択的に伝達遮断機能が解除可能（entsperrbar）であり、かつ／または伝達遮断方向が逆転可能であってよい。中間伝動装置２０としては、特にディファレンシャル伝動装置が適している。このディファレンシャル伝動装置は場合によっては、ホイール１８を駆動するためのディファレンシャル伝動装置１４と同一構造を有していてよい。中間伝動装置２０は択一的には遊星歯車伝動装置またはこれに類するものであってもよい。その場合、互いに等しい大きさおよび出力または互いに異なる大きさおよび出力の原動機を問題なく互いに連結することができる。

本発明による駆動装置は、駆動のためにもエネルギ回収のためにも適している。エネルギ回収時では、電気機械はジェネレータ運転モードで作動する（図７および図８参照）。両電気機械Ｅ_１，Ｅ_２は、それぞれエネルギ供給システム（図示しない）および／またはエネルギ蓄えシステム（図示しない）と連結されていると有利である。このシステムは電気的な駆動エネルギを提供し、かつ／または電気機械が回生運転で作動してジェネレータとして運転されるやいなや電気的なエネルギを蓄えるために働く。エネルギ蓄え器としては、たとえば自体公知の蓄電池（バッテリ）が適している。エネルギ供給システムとしては特に燃料電池システムも適している。

図１（ｂ）は、図１（ａ）に示した駆動装置の機能上の関係を示している。両電気機械Ｅ_１，Ｅ_２はそれぞれ互いに異なる回転数ｎ_１，ｎ_２で運転され得る。ディファレンシャル伝動装置として形成された中間伝動装置２０における出力側回転数ｎ_Ａは、対称的なディファレンシャル伝動装置の場合には両個別回転数の平均から算出される：

回転数ｎ_１，ｎ_２，ｎ_Ａのための矢印の長さは、それぞれその値を特徴付けている。したがって、図１（ｂ）につきグラフにより加算を実施することもできる。

出力側トルクＭ_Ａは両電気機械Ｅ_１；Ｅ_２の個別トルクＭ_１，Ｍ_２の加算から算出される。この計算は、伝動装置自体に損失が生じないという理想化された仮定のもとに行われる。以下においては簡単にするために、同形式の２つの電気機械Ｅ_１，Ｅ_２がそれぞれ等しいトルクＭ_Ｅを供給するものと仮定する。したがって、中間伝動装置２０における出力側トルクＭ_Ａは：

につき算出される。個別トルクＭ_１，Ｍ_２に関する等しい長さの矢印は、これらの個別トルクの互いに等しい値を表している。したがって、出力側トルクＭ_Ａをグラフによる加算によっても求めることができる。

出力側出力Ｐ_Ａは、それぞれ出力側トルクＭ_Ａと出力側回転数ｎ_Ａとからの積となるので：

が成り立つ。すなわち、出力側出力Ｐ_Ａは互いに連結された電気機械Ｅ_１，Ｅ_２の個別出力Ｐ_１，Ｐ_２の総和に相当する。

当該装置の全体効率ηは次の方程式を用いて引き出すことができる：

中間伝動装置２０、特にディファレンシャル伝動装置を介して互いに連結されている、可変制御可能な２つの電気機械Ｅ_１，Ｅ_２を備えた本発明による装置は、駆動装置の効率最適化を可能にする。なぜならば、これらの電気機械が好都合な運転点で作動し得るからである。中間伝動装置２０における機械的な摩擦に基づいた、付加的に発生する損失の欠点は、達成可能な効率改善によって補償されるどころか、それを十分に補って余る利点が得られる。たとえば同期機械を非同期機械とカップリングすることが可能となる。同期機械は低い回転数領域においては、比較可能な運転領域における非同期機械よりも著しく良好な効率を有している。低い速度を有する部分負荷領域はこうして同期機械の優先された使用によりカバーすることができる。それに対して、より高い出力および速度のためには、これに加えて非同期機械をアシスト的に接続することができる。たとえば開ループ制御される同期機械と、閉ループ制御される非同期機械とが使用されると、極めて廉価な変化形が生じ得る。

次の実施例は、互いに連結された電気機械Ｅ_１，Ｅ_２の種々異なる運転モードを示している。分かり易くするために、以下においては、同じ大きさおよび出力の同形式の２つの電気機械、つまりそれぞれ同じ特性マップを有する２つの電気機械が使用されることを前提とする。ただし、互いに異なる形式の２つの電気機械を使用して、しかも両電気機械の最適化された調和が図られると、一層良好な効率を得ることができる。

図２（ａ）および（ｂ）には、部分負荷（Ｍ_Ａ＜５００Ｎｍ）でかつ低い速度（Ｖ＜５０ｋｍ／ｈ）における駆動装置の運転が示されている。この場合、第１の電気機械Ｅ_１は遮断されており、したがって出力を提供していない（ｎ_１＝０；Ｐ_１＝０ｋＷ）。たとえばＰ_Ａ＝１０ｋＷの全出力側出力は、第２の電気機械Ｅ_２により提供される（Ｐ_２＝１０ｋＷ）。図２（ｂ）の運転特性マップから明らかであるように、第２の電気機械Ｅ_２は約８５％（η_２＝８５％）の効率の領域に位置している。したがって、この場合、この第２の電気機械Ｅ_２の効率は全体効率にも相当している（η＝８５％）。中間伝動装置２０における付加的な損失はこの場合、無視される。

第２電気機械Ｅ_２のトルクＭ_２は中間伝動装置２０を介して、第１の電気機械Ｅ_１と中間伝動装置２０との間に配置されたフリーホイール装置２２に支持される（図１ａ参照）。したがって、フリーホイール装置２２は第１の電気機械Ｅ_１の逆回転を阻止する。

図３（ａ）および（ｂ）には、部分負荷（Ｍ_Ａ＜５００Ｎｍ）でかつ、より高い速度（Ｖ＜８０ｋｍ／ｈ）における駆動装置の運転が示されている。この場合、第１の電気機械Ｅ_１はやはり遮断されており、したがって出力を提供していない（ｎ_１＝０；Ｐ_１＝０ｋＷ）。たとえばＰ_Ａ＝２０ｋＷの全出力側出力は、第２の電気機械Ｅ_２により提供される（Ｐ_２＝２０ｋＷ）。図３（ｂ）の運転特性マップから明らかであるように、第２の電気機械Ｅ_２は約９０％の効率の領域に位置している（η_２＝９０％）。したがって、この場合、この第２の電気機械Ｅ_２の効率は全体効率にも相当している（η＝９０％）。中間伝動装置２０における付加的な損失はこの場合にも無視されている。トルク支持のためのフリーホイール装置２２は、やはり第１の電気機械Ｅ_１の逆回転を阻止する。

図４（ａ）および（ｂ）には、部分負荷（Ｍ_Ａ＜５００Ｎｍ）でかつ、より高い速度（Ｖ＞８０ｋｍ／ｈ）における駆動装置の別の運転点が示されている。この場合、第２の電気機械Ｅ_２がその出力限界で運転される（Ｐ_２＝２０ｋＷ）。しかし、たとえばＰ_Ａ＝３０ｋＷの一層高い出力側出力が必要とされるので、これに加えて第１の電気機械Ｅ_１が中間の出力（Ｐ_１＝１０ｋＷ）で接続される。

図４（ｂ）の運転特性マップから判るように、第２の電気機械Ｅ_２は引き続き約９０％の効率の領域に位置しており（η_２＝９０％）、それに対して第１の電気機械Ｅ_１は８３％の効率を提供している（η_１＝８３％）。このことから、全体効率は約８８％（η＝８８％）であることが算出される。より高い出力送出量を有する電気機械の効率が全体効率の計算に著しく影響することが判る。中間伝動装置２０における付加的な損失はこの場合にも無視されている。

図５（ａ）および（ｂ）には、部分負荷（Ｍ_Ａ＜５００Ｎｍ）でかつ高い速度（Ｖ＞１２０ｋｍ／ｈ）における駆動装置の運転点が示されている。この場合、両電気機械Ｅ_１，Ｅ_２がその出力限界もしくはその最適な運転点で運転される（Ｐ_１＝Ｐ_２＝２０ｋＷ）。たとえばＰ_Ａ＝４０ｋＷの出力側出力は、個別出力Ｐ_１，Ｐ_２の総和に相当する。

図５（ｂ）の運転特性マップから判るように、両電気機械Ｅ_１，Ｅ_２はその最適な運転点に位置している（η_１＝η_２＝９０％）ので、全体効率も同じ値に到達する（η＝９０％）。中間伝動装置２０における付加的な損失はこの場合にも無視されている。

図６（ａ）および（ｂ）には、高いトルク需要を有する全負荷（Ｍ_Ａ＞１４００Ｎｍ）でかつ低い速度（Ｖ＜５０ｋｍ／ｈ）における駆動装置の運転が示されている。この場合、第１の電気機械Ｅ_１は遮断されており、したがって出力を提供していない（ｎ_１＝０；Ｐ_１＝０ｋＷ）。したがって、たとえばＰ_Ａ＝１０ｋＷの全出力側出力は第２の電気機械Ｅ_２により提供される（Ｐ_２＝１０ｋＷ）。第２の電気機械Ｅ_２は最大可能なトルクＭ_２＝Ｍ_ｍａｘをも送出する。

図６（ｂ）の運転マップから判るように、第２の電気機械Ｅ_２は約８５％の効率の領域に位置しておりη_２＝８５％）、したがってこの効率は全体効率にも相当する（η＝８５％）。中間伝動装置２０における付加的な損失はこの場合にも無視されている。トルク支持のためのフリーホイール装置２２はやはり第１の電気機械Ｅ_１の逆回転を阻止する。

図７および図８には、たとえば車両を制動するために必要となる制動エネルギが電気機械の駆動のために利用され得るような当該駆動装置のジェネレータ運転が示されている。このいわゆる「回生運転」の間、電気機械はこのときに形成された電気的なエネルギを、蓄電池（図示しない）に中間蓄えするために提供することができるので、駆動装置の全体効率は改善され、慣用の常用ブレーキにおけるできるだけ少ない制動エネルギしか摩擦熱に変換されなくなる。

図７（ａ）および（ｂ）には、出発状況として低い速度（ｖ＜５０ｋｍ／ｈ）における部分負荷事例（Ｍ_Ａ＜−５００Ｎｍ）が示されている。この場合、まず取得されたエネルギ（Ｐ_Ａ＝−２０ｋＷ）が、相応するトルク不均衡もしくはトルクアンバランスに基づき第１の電気機械Ｅ_１を加速するために利用され、これにより第１の電気機械Ｅ_１は好都合な効率を有する領域へもたらされる。このことが実現されるやいなや、この状態は第１の電気機械Ｅ_１のトルク−Ｍ_１の引上げ（Aufschaltung）によって安定化される。次いで、両電気機械Ｅ_１，Ｅ_２は対称的にそれぞれ１０ｋＷを回生する（Ｐ_１＝Ｐ_２＝１０ｋＷ）ので、Ｐ_Ａ＝−２０ｋＷの出力側制動出力が得られる。この対称的な運転は図８（ａ）および（ｂ）に示されている。乗り心地の理由から望ましくないとされるトルクジャンプを発生させないようにするためには、有利には制動トルクの引上げを連続的に行うことができる。

図９（ａ）および（ｂ）には、たとえばＰ_Ａ＝１０ｋＷの所要の出力側出力を有する後退運転が示されている。この場合、通常事例では、一方の電気機械しか必要とされない。なぜならば、高い出力またはトルクは必要とならないからである。図示の事例では、第２の電気機械Ｅ_２を駆動する（Ｐ_２＝１０ｋＷ）と同時に第１の電気機械Ｅ_１を停止させる（Ｐ_１＝０ｋＷ）ことによって後退運転が実現される。

走行方向の逆転に基づき、慣用のフリーホイールではこのモードを支援することはできない。たとえば第１の電気機械Ｅ１が第２の電気機械Ｅ２の運転点をアクティブに安定化させることにより、後退運転を達成することができる。しかし、このことから生ぜしめられる不都合な駆動効率は、後退運転が比較的希にしか必要とされないことを考えると、駆動装置の全体効率とってはあまり問題にならない。

択一的な別の手段は、回転方向切換可能なフリーホイール装置２２を使用することにある。その場合、このフリーホイール装置２２はそれぞれ駆動されていない方の電気機械を遮断することができる。

本発明による駆動装置の１実施例を示す原理的な回路図（ａ）および機能図（ｂ）である。

本発明による駆動装置の第１の運転モードを示す機能図（ａ）および対応する運転特性マップ（ｂ）である。

本発明による駆動装置の第２の運転モードを示す機能図（ａ）および対応する運転特性マップ（ｂ）である。

本発明による駆動装置の第３の運転モードを示す機能図（ａ）および対応する運転特性マップ（ｂ）である。

本発明による駆動装置の第４の運転モードを示す機能図（ａ）および対応する運転特性マップ（ｂ）である。

本発明による駆動装置の第５の運転モードを示す機能図（ａ）および対応する運転特性マップ（ｂ）である。

本発明による駆動装置の第６の運転モードを示す機能図（ａ）および対応する運転特性マップ（ｂ）である。

本発明による駆動装置の第７の運転モードを示す機能図（ａ）および対応する運転特性マップ（ｂ）である。

本発明による駆動装置の第８の運転モードを示す機能図（ａ）および対応する運転特性マップ（ｂ）である。

慣用の駆動装置を示す原理的回路図（ａ）および対応する運転特性マップ（ｂ）である。

符号の説明

１４ ディファレンシャル伝動装置
１６ 駆動軸
１８ ホイール
２０ 中間伝動装置
２１ 出力軸
２２ フリーホイール装置
Ｅ_１，Ｅ_２ 電気機械
ｎ_１，ｎ_２ 回転数
ｎ_Ａ 出力側回転数
Ｍ_１，Ｍ_２ 個別トルク
Ｍ_Ａ 出力側トルク
Ｐ_１，Ｐ_２ 個別出力
Ｐ_Ａ 出力側出力

Claims (33)

1. 特に車両の駆動のために、かつ／または車両の制動時におけるエネルギ回収のために、電気的なエネルギを機械的なエネルギに変換し、かつ機械的なエネルギを電気的なエネルギに変換するための装置において、少なくとも２つの電気機械（Ｅ_１，Ｅ_２）が設けられており、該電気機械（Ｅ_１，Ｅ_２）が、出力軸（２１）と連結された中間伝動装置（２０）を介して互いに連結されており、さらに、出力軸（２１）における回転数要求（ｎ_Ａ）および／またはトルク要求（Ｍ_Ａ）に関連して前記電気機械（Ｅ_１，Ｅ_２）を可変制御するための制御装置が設けられていることを特徴とする、電気的なエネルギを機械的なエネルギに変換し、かつ機械的なエネルギを電気的なエネルギに変換するための装置。
2. 前記電気機械（Ｅ_１，Ｅ_２）のうちの少なくとも１つの電気機械と中間伝動装置（２０）との間にフリーホイール装置（２２）が設けられている、請求項１記載の装置。
3. 前記フリーホイール装置（２２）の伝達遮断機能が解除可能であり、かつ／または伝達遮断方向が切換可能である、請求項２記載の装置。
4. 当該装置が、ほぼ等しい出力の２つの電気機械（Ｅ_１，Ｅ_２）を有している、請求項１から３までのいずれか１項記載の装置。
5. 前記電気機械のうちの少なくとも１つの電気機械（Ｅ_１）が同期機械であり、少なくとも１つの別の電気機械（Ｅ_２）が非同期機械である、請求項１から３までのいずれか１項記載の装置。
6. 同期機械が可変に開ループ制御可能であり、かつ／または閉ループ制御可能である、請求項５記載の装置。
7. 非同期機械が可変に開ループ制御可能であり、かつ／または閉ループ制御可能である、請求項５または６記載の装置。
8. 中間伝動装置（２０）がディファレンシャル伝動装置である、請求項１から７までのいずれか１項記載の装置。
9. 中間伝動装置（２０）が遊星歯車伝動装置である、請求項１から７までのいずれか１項記載の装置。
10. 低い回転数要求（ｎ_Ａ）および低いトルク要求（Ｍ_Ａ）を有する部分負荷運転時では、前記電気機械のうちの一方の電気機械（Ｅ_２）が駆動可能であり、駆動されない方の電気機械（Ｅ_１）はフリーホイール装置（２２）によって遮断可能である、請求項１から９までのいずれか１項記載の装置。
11. 低いトルク要求（Ｍ_Ａ）およびより高い回転数要求（ｎ_Ａ）を有する部分負荷運転時では、両電気機械（Ｅ_１，Ｅ_２）が駆動可能であり、ただし低い回転数（ｎ_１）で運転される方の電気機械（Ｅ_１）は、該電気機械（Ｅ_１）の回転数がゼロよりも小さくなると、それぞれ他方の電気機械（Ｅ_２）により提供されるトルク（Ｍ_２）に対してフリーホイール装置（２２）によるトルク支持を受けるようになっている、請求項１から１０までのいずれか１項記載の装置。
12. 高いトルク要求（Ｍ_Ａ）および低い回転数要求（ｎ_Ａ）を有する全負荷運転時では、前記電気機械のうちの一方の電気機械（Ｅ_２）が駆動可能であり、駆動されない方の電気機械（Ｅ_１）はフリーホイール装置（２２）によって遮断されている、請求項１から１１までのいずれか１項記載の装置。
13. 回生運転時に、前記電気機械（Ｅ_１，Ｅ_２）のうちの少なくとも一方の電気機械がジェネレータとして運転可能である、請求項１から１２までのいずれか１項記載の装置。
14. 出力軸（２１）における負のトルク要求（−Ｍ_Ａ）時に、前記電気機械のうちの一方の電気機械（Ｅ_２）がジェネレータとして運転可能である、請求項１３記載の装置。
15. 出力軸（２１）における負のトルク要求（−Ｍ_Ａ）時に、両電気機械（Ｅ_１，Ｅ_２）がジェネレータとして運転可能である、請求項１３または１４記載の装置。
16. 出力軸（２１）における負のトルク要求（−Ｍ_Ａ）時に、まず前記電気機械のうちの一方の電気機械（Ｅ_２）しかジェネレータとして運転可能でなく、他方の電気機械（Ｅ_１）が所定の運転回転数（ｎ_１）にまで加速された後に該他方の電気機械（Ｅ_１）もジェネレータとして接続可能である、請求項１３から１５までのいずれか１項記載の装置。
17. 前記電気機械（Ｅ_１，Ｅ_２）のうちの少なくとも一方の電気機械の回転方向が逆転可能である、請求項１から１６までのいずれか１項記載の装置。
18. 前記電気機械（Ｅ_１，Ｅ_２）のうちの一方の電気機械（Ｅ_２）の回転方向が逆転されると、それぞれ他方の電気機械（Ｅ_１）がトルク支持のためにジェネレータとして運転可能である、請求項１から１７までのいずれか１項記載の装置。
19. 前記電気機械（Ｅ_１，Ｅ_２）のうちの一方の電気機械（Ｅ_２）の回転方向逆転時におけるトルク支持のためにフリーホイール装置（２２）の伝達遮断方向が切換可能である、請求項１から１８までのいずれか１項記載の装置。
20. 特に車両の駆動のために、かつ／または車両の制動時におけるエネルギ回収のために、電気的なエネルギを機械的なエネルギに変換し、かつ機械的なエネルギを電気的なエネルギに変換するための方法において、中間伝動装置（２０）を介して互いに連結された少なくとも２つの電気機械（Ｅ_１，Ｅ_２）が出力軸（２１）を駆動するか、もしくは該出力軸（２１）により駆動され、この場合、前記電気機械（Ｅ_１，Ｅ_２）を、出力軸（２１）における回転数要求（ｎ_Ａ）および／またはトルク要求（Ｍ_Ａ）に関連して可変に開ループ制御し、かつ／または閉ループ制御することを特徴とする、電気的なエネルギを機械的なエネルギに変換し、かつ機械的なエネルギを電気的なエネルギに変換するための方法。
21. 出力軸（２１）の出力側回転数（ｎ_Ａ）が、前記電気機械（Ｅ_１，Ｅ_２）の個々の回転数（ｎ_１，ｎ_２）の平均に相当する、請求項２０記載の方法。
22. 出力軸（２１）における出力側トルク（Ｍ_Ａ）が、前記電気機械（Ｅ_１，Ｅ_２）により提供された個々のトルク（Ｍ_１，Ｍ_２）の総和に相当する、請求項２０または２１記載の方法。
23. 出力軸（２１）における出力側出力（Ｐ_Ａ）が、前記電気機械（Ｅ_１，Ｅ_２）により提供された個々の出力（Ｐ_１，Ｐ_２）の総和に相当する、請求項２０から２２までのいずれか１項記載の方法。
24. 低い回転数要求（ｎ_Ａ）および低いトルク要求（Ｍ_Ａ）を有する部分負荷運転時では、前記電気機械のうちの一方の電気機械（Ｅ_２）だけを駆動し、駆動されない方の電気機械（Ｅ_１）をフリーホイール装置（２２）によって遮断する、請求項２０から２３までのいずれか１項記載の方法。
25. 低いトルク要求（Ｍ_Ａ）およびより高い回転数要求（ｎ_Ａ）を有する部分負荷運転時では、両電気機械（Ｅ_１，Ｅ_２）を駆動し、ただし低い回転数（ｎ_１）で運転される方の電気機械（Ｅ_１）は、それぞれ他方の電気機械（Ｅ_２）により提供されるトルク（Ｍ_２）に対してフリーホイール装置（２２）によるトルク支持を受けるようになっている、請求項２０から２４までのいずれか１項記載の方法。
26. 高いトルク要求（Ｍ_Ａ）および低い回転数要求（ｎ_Ａ）を有する全負荷運転時では、前記電気機械のうちの一方の電気機械（Ｅ_２）だけを駆動し、駆動されない方の電気機械（Ｅ_１）をフリーホイール装置（２２）によって遮断する、請求項２０から２５までのいずれか１項記載の方法。
27. 回生運転時に、前記電気機械（Ｅ_１，Ｅ_２）のうちの少なくとも一方の電気機械をジェネレータとして運転する、請求項２０から２６までのいずれか１項記載の方法。
28. 出力軸（２１）における負のトルク要求（−Ｍ_Ａ）時に、前記電気機械のうちの一方の電気機械（Ｅ_２）だけをジェネレータとして運転する、請求項２７記載の方法。
29. 出力軸（２１）における負のトルク要求（−Ｍ_Ａ）時に、両電気機械（Ｅ_１，Ｅ_２）をジェネレータとして運転する、請求項２７または２８記載の方法。
30. 出力軸（２１）における負のトルク要求（−Ｍ_Ａ）時に、まず前記電気機械のうちの一方の電気機械（Ｅ_２）だけをジェネレータとして運転し、他方の電気機械（Ｅ_１）が所定の運転回転数（ｎ_１）にまで加速された後に該他方の電気機械（Ｅ_１）を一方の電気機械（Ｅ_１）に加えてジェネレータとして接続する、請求項２７から２９までのいずれか１項記載の方法。
31. 前記電気機械（Ｅ_１，Ｅ_２）のうちの少なくとも一方の電気機械の回転方向が逆転可能である、請求項２０から３０までのいずれか１項記載の方法。
32. 前記電気機械（Ｅ_１，Ｅ_２）のうちの一方の電気機械（Ｅ_２）の回転方向が逆転されると、それぞれ他方の電気機械（Ｅ_１）をトルク支持のためにジェネレータとして運転する、請求項２０から３１までのいずれか１項記載の方法。
33. 前記電気機械（Ｅ_１，Ｅ_２）のうちの一方の電気機械（Ｅ_２）の回転方向逆転時におけるトルク支持のためにフリーホイール装置（２２）の伝達遮断方向を切り換える、請求項２０から３１までのいずれか１項記載の方法。

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