JP2009227221A - ハイブリッド電気自動車 - Google Patents

Abstract

【課題】左右の前輪を液体燃料エンジンで駆動し、左右の後輪をＳＲモータで駆動する４輪駆動のハイブリッド電気自動車において、ＳＲモータを回生制御を間欠的に行い、車速の速度低下を抑え車両の操作性を損なわずに回生電力により高圧バッテリを充電する４輪駆動のハイブリッド電気自動車を提供するものである。
【解決手段】第１および第２の前輪を駆動するための液体燃料エンジン２と第１および第２の後輪を駆動する第１および第２のスイッチトリラクタンスモータ８、９とを車両本体に配置する。車両の車速が第３の値以上を継続して予め定められた時間以上維持したと判断したときに、間欠回生制御の開始を指令する回生車速判定手段３５を備え、第１のバッテリ５の残量および車速の大きさにより、励磁電流および間欠時間を設定し、間欠制動制御指令信号を発生する第１の回生制御手段とを備え、第１および第２のＳＲモータ８、９に間欠回生の実行を行わせる。
【選択図】図３

Description

この発明は、左右の前輪を液体燃料エンジンで駆動し、左右の後輪をスイッチトリラクタンスモータで駆動する４輪駆動のハイブリッド電気自動車に関するものであり、特に、スイッチリラクタンスモータの発電によるバッテリへの充電が可能なハイブリッド電気自動車に関するものである。

ハイブリッド電気自動車は、原動機として電動モータを用いており、この電動モータに電力を供給するための高電圧バッテリを備えている。燃料エンジンではなく、電動モータにより車輪が駆動され、車両が走行する場合、バッテリに蓄積された電気エネルギが電動モータで消耗され、電気エネルギが徐々に減少し、残量が一定の値を下回ってしまうと、バッテリは電動モータに電力を供給できなくなる。また、バッテリとしてリチウムイオンバッテリを用いた場合、残量が所定の値以下となってしまうと、再充電ができない。

したがって、電気エネルギの残量を所定以上に維持させるため、なんらかの手段によりバッテリに電力を供給し、充電することが求められる。そのため、例えば、ハイブリッド電気自動車では、燃料エンジンのエンジンシャフトに接続され、エンジンシャフトの回転により発電する発電機を車両に設け、バッテリの充電状態を監視し、この発電機が発電した電力をバッテリに充電するものがある。また、電動モータとしてスイッチトリラクタンスモータ（以下「ＳＲモータ」という。）を用いているものがあり（例えば、特許文献１）、特許文献１に記載のハイブリッド電気自動車では、ＳＲモータの回転により発電を行う、いわゆる回生トルクによる発電について提案がされている。

ＳＲモータに発電のための回生電力を発生させるためには、まず、ロータ突極とステータ突極が互いに近づき、略対向状態にあるときに、ステータ突極に巻装されたコイルに励磁電流（供給電流）を供給し、ステータ突極に巻線電界を生じさせる。その後、ステータ突極からロータ突極が遠ざかり、ステータ突極に巻装されたコイルのインダクタンスが減を始めると、ステータ突極に生じていた巻線電界が、ステータ突極に対しロータ突極が遠ざかるのを阻もうとするように変化する。巻線電界が変化する際に、ステータ突極に巻装されたコイルには回生電流が流れ、回生電力が発生する。

この回生電力は、励磁電流（供給電流）の電流値の大きさによって変化するので、励磁電流（供給電流）の大きさを制御することで、回生電力を制御することができる。特許文献１のハイブリッド電気自動車では、車速が５０ｋｍ／ｈを超える高速領域での発電方式として、ＳＲモータと高圧バッテリとに接続されたインバータの耐電圧内で、巻線電界が高まるようにステータ突極に巻装されたコイルに励磁電流（供給電流）を供給する。
特開２００４−３２８９９１号公報

しかしながら、高電圧バッテリを備えるハイブリッド電気自動車において、ＳＲモータで発電をする際には、インバータの耐電圧を考慮するだけではなく、バッテリの充電状態にも考慮する必要がある。すなわち、バッテリが満充電のときにＳＲモータから回生電力を供給すると、バッテリの発熱の原因となり、バッテリの破損の要因ともなりかねない。また、バッテリへの充電のため連続的にＳＲモータを回生制御した場合には、インバータも連続作動するため、スイッチ素子の発熱の原因となり、特に、高速状態でインバータを連続作動させた場合には、スイッチ素子のオンオフの回数の急増により、一層の発熱が懸念される。さらに、連続的にＳＲモータを回生制御した場合には、車両への走行負荷が常に作用することとなり、例えば、一定車速で車両を走行させたい場合等において車両の操作性を著しく損なうものとなる。なお、特許文献１には車速と励磁電流（供給電流）の関係について詳細は開示されていないが、車速に応じて適切な励磁電流（供給電流）となるよう制御する必要がある。

そこで、本発明は、高電圧バッテリの充電状態を考慮しつつ、インバータのスイッチ素子の発熱や車両の操作性を損なわずにＳＲモータを回生制御し、この回生電力によりバッテリを充電する４輪駆動のハイブリッド電気自動車を提供するものである。

上記の課題を解決するために、本発明のハイブリッド電気自動車は、車両の車両本体と、前記車両本体の前部に配置され、液体燃料の燃焼により回転されるエンジンシャフトを有する液体燃料エンジンと、前記車両本体の前部の左右に回転自在に配置され、前記液体燃料エンジンの前記エンジンシャフトにより回転される第１および第２の前輪と、前記車両本体の後部に配置されるとともに、電力の充放電を行う第１のバッテリと、前記車両本体の後部の左右にそれぞれ配置され、出力軸有し、前記第１のバッテリからの駆動電力の供給により駆動動作し、または制動動作し前記第１のバッテリに回生電力の供給をする第１および第２のスイッチトリラクタンスモータと、前記車両本体の後部の左右に回転自在に配置され、それぞれ前記第１および第２のスイッチトリラクタンスモータの前記出力軸に減速機構を介して機械的に接続され、前記第１および第２のスイッチトリラクタンスモータの駆動動作により駆動させられ、制動動作により制動させられる前記第１および第２の後輪と、前記第１および第２のスイッチトリラクタンスモータ、並びに前記第１のバッテリに接続され、複数のスイッチ素子を有し、前記第１および第２のスイッチトリラクタンスモータを駆動動作させる場合は、前記複数のスイッチ素子のオンオフによる駆動制御により、前記第１のバッテリから前記第１および第２のスイッチトリラクタンスモータへそれぞれ駆動電力を供給するとともに、前記第１および第２のスイッチトリラクタンスモータを制動動作させる場合は、前記複数のスイッチ素子のオンオフによる制動制御により、前記第１および第２のスイッチトリラクタンスモータからそれぞれ回生電力を前記第１のバッテリに供給するの第１および第２のインバータと、前記第１および第２の前輪の近傍に設けられ、前記第１および第２の前輪の回転情報を検出する第１および第２の前輪回転センサと、前記第１および第２の後輪の近傍に設けられ、前記第１および第２の後輪の回転情報を検出する第１および第２の後輪回転センサと、前記第１および第２の前輪センサ、ならびに前記第１および第２の後輪センサに接続され、前記第１および第２の前輪、ならびに前記第１および第２の後輪の回転情報を処理し、前記車両の速度信号を出力する回転信号処理手段と、前記回転信号処理手段に接続され、前記回転信号処理手段からの前記車両の速度信号が、予め定められた第１の値及び第１の値より大きい第２の値を超えるか否かを判断し、前記車両の速度信号が第１の値を超えると第１の指令信号を発生し、第２の値を超えると第２の指令信号を発生する駆動車速判定手段と、前記駆動車速判定手段に接続され、前記駆動車速判定手段から第１の指令信号が供給されると前記液体燃料エンジンにより前記第１および第２の前輪を駆動するエンジン駆動制御信号を発生し、前記液体燃料エンジンにエンジン駆動制御信号を供給する第１の制御装置と、前記回転処理手段に接続され、前記回転処理手段からの前記車両の速度信号が、前記第２の値より大きい第３の値を予め定められた時間以上継続して超える場合には、間欠回生指令信号を発生する回生車速判定手段と、前記駆動車速判定手段、前記回転信号処理手段、前記第１バッテリ、前記回生車速判定手段、ならびに前記第１および第２のインバータに接続され、前記駆動車速判定手段から第２の指令信号が供給されるまでは前記第１および第２のインバータに、駆動制御の実行を指令する駆動制御指令信号を出力する駆動制御手段と、前記回生車速判定手段から間欠回生指令信号が供給されると、前記第１および第２のインバータに、制動制御の間欠的な実行を指令する間欠制動制御指令信号を出力する第２の制御装置とを備える。

本発明では、ＳＲモータを間欠的に回生制御し、この間欠的な回生制御による回生電力により高圧バッテリを充電することにより、インバータのスイッチ素子の発熱が増加することを防止し、かつ、走行する車両の負荷の増加も防止する（ことができる）。したがって、車両の操作性を損なうこともない。

次に、この発明の第１の実施形態を図１に基づいて説明する。図１は、本発明の４輪駆動のハイブリッド電気自動車のシステム構成を示すシステムブロック図である。４輪駆動のハイブリッド電気自動車（以下「ハイブリッド４ＷＤ」という。）１００の車両本体１の前部分には液体燃料エンジン２が配置されており、液体燃料エンジン２は、液体燃料の燃焼により回転されるエンジンシャフト３０を有している。

車両本体１の後部には、液体燃料タンク１２が配置されており、液体燃料エンジン２に供給する液体燃料が収容されている。また、液体燃料タンク１２と液体燃料エンジン２の間には、液体燃料タンク１２に収容された液体燃料を液体燃料エンジン２に供給するための燃料供給手段１３が設けられている。

液体燃料エンジン２のエンジンシャフト３０には、変速機３が機械的に接続されており、エンジンシャフト３０の回転を加速または減速（変速）し、加速または減速（変速）されたエンジンシャフト３０の回転を出力するドライブシャフト３９を有している。

車両本体１の前部の左右には、第１の前輪（前方右側車輪）２８および第２の前輪（前方左側車輪）２９が回転自在に配置されている。上記の変速機３のドライブシャフト３９は、右前輪ドライブシャフト３９ａと左前輪ドライブシャフト３９ｂを備えており、第１の前輪２８は、右前輪ドライブシャフト３９ａに、第２の前輪２９は、左前輪ドライブシャフトに、それぞれ機械的に接続されており、変速機３を介し、液体燃料エンジン２のエンジンシャフト３０の回転により回転される。

車両本体１の後部の左右には、第１および第２のＳＲモータ８、９が配置されており、第１および第２のＳＲモータ８、９には、第１および第２のＳＲモータ８、９の回転を出力する出力軸８ａ、９ａが備えられている。なお、第１および第２のＳＲモータは８，９としては、同一構造のＳＲモータが用いられており、その詳細な構造については後述する。また、これらの第１および第２のＳＲモータ８、９は、電気エネルギを消費する駆動動作と、電気エネルギは発生する制動動作の２モードの動作を行うことが可能である。さらに、第１および第２のＳＲモータ８、９を、車輪のホイール内でなく車両本体１の後部に配置することで、第１および第２のＳＲモータ８，９の配置の自由度が向上する。

車両本体１の後部の左右には、第１の後輪（後方右側車輪）３０および第２の後輪（後方左側車輪）３１が回転自在に配置されており、第１の後輪３０は第１のＳＲモータ８の出力軸８ａに第１の減速ギヤ（減速機構）１０を介して機械的に接続されており、第２の後輪３１は第２のＳＲモータ９の出力軸９ａに第２の減速ギヤ（減速機構）１１を介して機械的に接続されている。第１および第２の後輪３０、３１には、第１および第２のＳＲモータ８、９の出力軸８ａ、９ａの回転が減速され伝達される。

車両本体１の後部には、第１のバッテリ（高圧バッテリ）５が配置され、第１のバッテリ（高圧バッテリ）５は、第１および第２のインバータ８０、９０に接続されており、第１および第２のＳＲモータ８，９が駆動動作した場合に、第１および第２のインバータ８０、９０から第１および第２のＳＲモータ８、９に第１および第２のモータ駆動電力を供給するための電力を、第１および第２のインバータ８０、９０に供給する。

その一方、第１および第２のＳＲモータ８、９が制動動作した場合には、第１および第２のＳＲモータ８、９からの第１および第２の回生電力が、第１および第２のインバータ８０、９０から第１のバッテリ５に供給される。第１のバッテリ５からの第１および第２のＳＲモータ８、９への第１および第２のモータ駆動電力の供給により第１のバッテリは放電し、第１および第２のＳＲモータ８、９からの第１のバッテリ５への第１および第２のモータ回生電力の供給により第１のバッテリ５は充電される。この第１および第２のモータ回生電力の発生の方式については、後に詳述する。なお、本実施形態の第１のバッテリ５は、蓄電電圧５０Ｖ以上のリチウムイオン電池である。

第１のＳＲモータ８には、図２に示すように複数のスイッチ素子を有する第１のインバータ８０が一体的に配置されるとともに電気的に接続されている。第１のＳＲモータ８を駆動動作させる場合は、これら複数のスイッチ素子のオンオフによる第１の駆動制御により、第１のインバータ８０は第１のバッテリ５から第１のＳＲモータ８に第１のモータ駆動電力を供給する。一方、第１のＳＲモータ８を制動動作させる場合は、これら複数のスイッチ素子のオンオフによる第１の制動制御により、第１のＳＲモータ８に第１のモータ回生電力を発生させ、第１のインバータから第１のバッテリ５に第１のモータ回生電力を供給する。

同様に、第２のＳＲモータ９にも、図２に示すように複数のスイッチ素子を有する第２のインバータ９０が一体的に配置されるとともに電気的に接続されている。第２のＳＲモータ９を駆動動作させる場合は、これら複数のスイッチ素子のオンオフによる第２の駆動制御により、第２のインバータ９０は第１のバッテリ５から第２のＳＲモータ９に第２のモータ駆動電力を供給する。一方、第２のＳＲモータ９を制動動作させる場合は、これら複数のスイッチ素子のオンオフによる第２の制動制御により第２のＳＲモータ９のに第２のモータ回生電力を発生させ、第２のインバータから第１のバッテリ５に第２のモータ回生電力を供給する。

図１に示すように、車両本体１の左側側面部（紙面左側）には、交流１００Ｖを供給する家庭用プラグ６０との接続端子６ａを有するプラグイン装置６が配置されている。プラグイン装置６は、５０Ｈｚまたは６０Ｈｚの交流の家庭用電源の電力信号を直流に変換するＡＣ/ＤＣコンバータ７を介して、第１バッテリ５に接続されており、第１のバッテリ５は、第１および第２のＳＲモータ８、９の他にも、家庭用プラグ６０を通じて家庭用電源からも充電可能となっている。なお、本実施の形態では、家庭用電源からの充電方式についてのみ記載されているが、家庭用電源からの充電に限らず、インフラ整備にて各地に設けられた急速充電装置による充電も可能な構造としてもよいことはいうまでもない。

第１および第２の前輪２８、２９の近傍には、第１および第２の前輪回転センサ１４、１５が設けられ、第１および第２の前輪回転センサ１４、１５により、第１および第２の前輪２８、２９の回転情報が検出される。また、第１および第２の後輪３０、３１の近傍には、第１および第２の後輪回転センサ１６、１７が設けられ、第１および第２の後輪回転センサ１６、１７により、第１および第２の後輪３０、３１の回転情報が検出される。回転信号処理手段１８には、第１および第２の前輪回転センサ１４、１５、ならびに第１および第２の後輪回転センサ１６、１７がそれぞれ接続されており、回転信号処理手段１８により、電気自動車１００の速度信号が処理される。

次に、主に図３から図８に基づき、本実施形態の第１および第２の制御手段１９、２０とその周辺手段の構造および機能について詳述する。図３は、第１および第２の制御手段１９、２０とその周辺手段の構造を示すシステムブロック図である。電気自動車１００の車速を処理する車速判定手段２００は、回転信号処置手段１８、駆動車速判定手段３４および回生車速判定手段３５とを備えている。

また、本実施形態に設けられている第１の制御手段１９は、液体燃料エンジン２に接続され、液体燃料エンジン２を制御し、第２の制御手段２０は、第１および第２のインバータ８０、９０に接続され、第１および第２のＳＲモータ８、９を制御する。ここで、第２の制御手段２０は、第１および第２のＳＲモータ８，９に第１および第２の駆動電力を供給するための制御を行う駆動制御手段２１と、第１および第２のＳＲモータ８，９に第１および第２の回生電力を生じさせるための制御を行う第１の回生制御手段２２と、第１および第２のＳＲモータ８，９に第３および第４の回生電力を生じさせるための制御を行う第２の回生制御手段２２とが設けられている。

上述のように、回転信号処理手段１８には、第１および第２の前輪回転センサ１４、１５、ならびに第１および第２の後輪回転センサ１６、１７がそれぞれ接続されており、回転信号処理手段１８により、電気自動車１００の速度信号が処理される。この回転信号処理手段１８により、例えば、前後４輪の平均回転数から車両１００の車速が求められ、速度信号として出力される。駆動車速判定手段３４は、回転信号処理手段１８に接続されており、回転信号処理手段１８からの車両１００の速度信号が、予め定められた第１の値、および第１の値より大きい第２の値を超えるか否かを判断し、車両１００の速度信号が第１の値を超えると第１の指令信号を発生し、第２の値を超えると第２の指令信号を発生する。

次に、液体燃料エンジン２による駆動と第１および第２のＳＲモータ８、９による駆動の切り換えについて、図３および図４を用いて説明する。図３は、回転処理手段１８、駆動車速判定手段３４、第１および第２の制御装置１９、２０等の構成を示したブロック図であり、図４は、第１および第２のＳＲモータ８、９による駆動と液体燃料エンジン２によるの切り換えを図示たものであり、横軸に時間、縦軸に車両１００の速度を示す。また、図中の（１）の実線は第１または第２のＳＲモータ８、９により車両１００が駆動している状態を、（２）の破線は液体燃料エンジン２により車両１００が駆動している状態を示している。本実施の形態では、車両１００の速度に応じて、第１および第２のＳＲモータ８，９の駆動と液体燃料エンジン２による駆動を切り換える制御を行うので、その内容について以下説明する。

第の制御手段２０の駆動制御手段２１は、アクセルセンサ３２、駆動車速判定手段３４、第１および第２のインバータ８０、９０、第１および第２の電流検出手段２４、２５、並びに第１および第２の回転検出手段２６、２７に接続されている。ここで、第１および第２の電流検出手段２４、２５は、第１および第２のＳＲモータ８、９のコイルを流れる電流値を検出するものであり、第１および第２の回転検出手段２６、２７は、第１および第２のＳＲモータ８、９の回転を検出するものである。

車両１００を前進に発進させるため、乗客がアクセルべダル（図示せず）の踏込みを開始し、アクセルセンサ３２からアクセルペダル（図示せず）の踏込み信号が発生した場合、第１の制御装置１９に優先して第２の制御装置２０の駆動制御装置２１が動作を開始する。すなわち、駆動制御装置２１から、複数のスイッチ素子を有する第１および第２のインバータ８０、９０に、複数のスイッチ素子のオンオフによる第１および第２の駆動制御を行わせ、第１および第２のＳＲモータ８，９を駆動するための第１および第２の駆動電力を供給するよう第１および第２のインバータ８０、９０に指令する第１および第２の駆動制御指令信号を出力する。この第１および第２の駆動制御指令信号により、車両は停止状態から前進に発進する。なお、上述のように駆動制御手段２１は、アクセルセンサ３２に接続されており、第１および第２の駆動制御指令信号は、アクセルセンサ３２からの踏込み信号の増大に応じて、第１および第２のＳＲモータ８、９の出力軸８ａ、９ａの回転トルクが大きくなるように設定されている。

第２の制御装置２０の駆動制御手段２１からの第１および第２の駆動制御指令信号により、車両は停止状態から前進に発進した後は、車速が予め定められた第２の値（図４において、１００[ｋｍ/ｈ]）に達し、駆動車速判定手段３４から駆動制御手段２１に、第２の指令信号が駆動制御手段２１に供給されるまでは、駆動制御手段２１は、第１および第２のインバータ８０、９０に第１および第２の駆動制御の実行を指令する第１および第２の駆動制御指令信号を出力する。従って、第１および第２のＳＲモータ８、９は、停止状態から駆動を開始し、第２の値（図４において、１００[ｋｍ/ｈ]）までの低中速走行状態にて駆動を行う。なお、本実施の形態では、第２の値として、１００[ｋｍ/ｈ]と設定しているが、この値に限定されないことは言うまでもない。

第１の制御装置１９は、アクセルセンサ３２、駆動車速判定手段３４および液体燃料エンジン２に接続されており、車速が予め定められた第１の値（図４において、５０[ｋｍ/ｈ]）を超え、駆動車速判定手段３４から第１の指令信号が第１の制御装置１９に供給されると、液体燃料エンジン５により第１および第２の前輪２１、２２を駆動するエンジン駆動制御信号を発生し、液体燃料エンジン５にエンジン駆動制御信号を供給する。また、第１の制御装置１９は、燃料供給手段１３にも接続されており、燃料タンク１２から液体燃料エンジン５への燃料の供給も制御する。

上述のように第１の制御装置１９は、アクセルセンサ３２に接続されており、エンジン駆動制御信号は、アクセルセンサ３２からの踏込み信号の増大に応じて、液体燃料エンジン５のエンジンシャフト３０の回転トルクが大きくなるように設定されている。従って、液体燃料エンジン２は、第１の値（図４において、５０[ｋｍ/ｈ]）の値を超える中高速走行状態にて駆動を行う。なお、本実施の形態では、第１の値として、５０[ｋｍ/ｈ]と設定しているが、この値に限定されず、第の２の値とより小さい値であればよいことは言うまでもない。

車速が予め定められた第１の値（図４において、５０[ｋｍ/ｈ]）に達し、駆動車速判定手段３４から第１の指令値が出力されるまでのいわゆる低速から中速状態では、液体燃料エンジン２の走行距離辺り燃料消費量は、中速から高速状態に比べて多くなり、低速から中速状態はいわゆる燃費の悪い状態である。そこで、このような低速から中速状態はでは、駆動制御手段２１により、第１および第２のＳＲモータ８，９のみを駆動させる。

次に、車速が第１の値（図４において、５０[ｋｍ/ｈ]）から第２の値（図４において、１００[ｋｍ/ｈ]）の中速から高速状態では、比較的燃費が良くなるので駆動制御装置２１により第１および第２のＳＲモータ８，９を駆動させるとともに、第１の制御装置１９により、液体燃料エンジン５を併用し駆動させる。

さらに、車速が第２の値（図４において、１００[ｋｍ/ｈ]）を超える高速状態では、液体燃料エンジン２の燃費が一層向上するので、駆動制御手段２１による第１および第２のＳＲモータ８，９を駆動は停止させ、第１の制御装置１９により、液体燃料エンジン５のみを駆動させる。このような駆動の切り替えを行うことにより、車両１００の燃費の向上が図られる。また、第１のバッテリ５に、家庭用電源からの充電も可能とすることで、さらなる燃費の向上が可能となる。

なお、本実施の形態では、第１の値と第２の値は異なる値に設定されており、中速から高速状態において、液体燃料エンジン２による車両１００の駆動と、第１および第２のＳＲモータ８、９による車両１００の駆動が同時になされる設定となっている。しかし、第１の値と第２の値を略同じ値にし、液体燃料エンジン２による車両１００の駆動と、第１および第２のＳＲモータ８、９による車両１００の駆動が同時になされる速度帯域を設けず、第１の値（第２の値）にて、第１および第２のＳＲモータ８、９による車両１００の駆動から液体燃料エンジン２による車両１００の駆動に切り換える設定としてもよい。

上述のように、車速が第２の値（図４において、１００[ｋｍ/ｈ]）を超える高速走行状態となると、第１および第２のＳＲモータ８，９は駆動を停止する。この際、第１および第２のＳＲモータ８、９の出力軸８ａ、９ａは、クラッチを介せず、減速ギヤ１０、１１を介して第１および第２の後輪３０、３１に直接機械的に接続されている。

従って、車両走行時の第１および第２の後輪３０、３１の回転により、第１および第２のＳＲモータ８、９のロータ４４（図１０参照）は、回転させられる。本実施の形態では、第１のバッテリ５の充電方式として、別途専用の発電機を設けることなく、この高速走行状態でのロータの回転の運動エネルギを電気エネルギに変えるいわゆる回生により、第１のバッテリ５の充電を行うことも採用されている。以下その内容について詳述する。なお、本実施形態では、第１および第２の後輪３０、３１を駆動する電動モータとして、ロータに磁界の発生源としてマグネットを用いないＳＲモータを利用しているので、外部からの回転されたときにコギングトルクが生じないので、回生を行わないときには、ロータの回転が第１および第２の後輪３０、３１の回転負荷とはならない。

図５は、回生車速判定手段３５および第１回生制御手段２２の詳細を示すブロック図である。図５に示すように、回生車速判定手段３５は、回転信号処理手段１８に接続されており、速度メモリ３５ａ、タイマ３５ｂおよび回生指令手段３５ｃを備えている。速度メモリ３５ａには、前記第２の値を超える第３の値（図４にて、１２０[ｋｍ/ｈ]）が記憶されており、タイマは、一定条件下において、予め定められた第１の時間（Ｔ）をカウントし、カウントされた場合にカウント信号を発生するよう設定されている。なお、本実施の形態では、第３の値として、１２０[ｋｍ/ｈ]と設定してあるが、この値に限定されず第２の値を超える値であればよいことは言うまでもない。

回転信号処理手段１８からの車両１００の速度信号が回生指令手段３５ｃに供給されると、回生指令手段３５ｃにて、回転信号処理手段１８から供給された速度信号が速度メモリ３５ａにて記憶された第３の値と参照され、第３の値を超えるか否かの判定がなされる。図４に示すように、速度信号が第３の値を超えると、回転指令手段３５ｃは、タイマ３５ｂに対し、予め定められた第１の時間（Ｔ）をカウントするよう指令する。

一方、タイマ３５ｂが予め定められた第１の時間（Ｔ）をカウントする途中において、速度信号が第３の値を下回ったことを、回生指令手段３５ｃが検知するとタイマ３５ｂに対し、カウントの中止を指令する。タイマ３５ｂがカウントを開始し、前記の中止の指令が出ずに予め定められた第１の時間（Ｔ）がカウントされタイマ３５ｂからカウント信号が回生指令手段３５ｃに供給されると、間欠回生を行うべく回生指令手段３５ｃから間欠回生指令信号が出力される。

次に、第１の回生制御手段２２について説明する。第１の回生制御手段２２は、回転信号処理手段１８、回生車速判定手段３５および第１のバッテリ５等に接続されている。また、第１の回生制御手段２２は、励磁電流決定手段２２ａ、第１のメモリ２２ｂ、第２のメモリ２２ｃ、間欠時間決定手段２２ｄ、第３のメモリ２２ｅおよび回生制御手段２２ｆを備えている。

励磁電流決定手段２２ａは、回転信号処理手段１８、第１のバッテリ５、第１のメモリ２２ｂ、第２のメモリ２２ｃおよび回生制御手段２２ｆに接続されている。ＳＲモータに発電のための回生電力を発生させるためには、まず、ロータの回転によりロータ突極とステータ突極が互いに近づき略対向状態にあるときに、呼び水として予めステータ突極に巻装されたコイルに励磁電流（供給電流）を供給し、ステータ突極に巻線電界を生じさせておく必要がある。

このとき回生電力の大きさは、励磁電流（供給電流）の大きさと、車速の大きさに比例する。また、回生電力が一定の値を超えると第１および第２のインバータ８０、９０に備えられた複数のスイッチ素子等の破損の原因ともなる。従って、回生電力が一定の値を超えないよう車速に応じて励磁電流（供給電流）を制御する必要がある。また、第１のバッテリ５が満充電に近い場合に、必要以上に回生電力を第１のバッテリ５に供給すると第１のバッテリ５の発熱の原因となり、さらに回生電力の過剰な供給がなされると第１のバッテリ５を破損させる原因ともなりかねない。そこで、車速および第１のバッテリ５を監視し、励磁電流（供給電流）を決定する必要がある。

第１のメモリ２２ｂには、低速から高速に変化する車速に対応する適切な励磁電流（供給電流）の関係がマップとして記憶されており、図６は、マップとして記憶されている車速に対応する励磁電流（供給電流）の関係を示すものである。図６に示すように、車速の増大に伴い励磁電流（供給電流）が小さくなるマップとなっている。また、第２のメモリ２２ｃには、バッテリ残量に対応する適切な励磁電流（供給電流）の関係がマップとして記憶されており、図７は、マップとして記憶されているバッテリ残量の増大に伴い励磁電流（供給電流）が小さくなるマップとなっている。

励磁電流決定手段２２ａには、回生信号処理手段１８から車両１００の車速の信号が供給されるとともに、第１のバッテリ５からバッテリ残量の信号が供給される。この車速の信号と第１のメモリ２２ｂに記憶されているマップ、およびバッテリ残量の信号と第２のメモリ２２ｃに記憶されているマップとの対比により、励磁電流決定手段２２ａでは、励磁電流（供給電流）の大きさ（目標値）が決定され、目標励磁電流信号が発生される。

さらに、本実施の形態の第１の制御手段２２では、回生電力を継続して常時連続的に発生させるのではなく、間欠時間決定手段２２ｄにて間欠時間を設定し、回生電力を間欠的に発生させる手段がとられている。間欠時間決定手段２２ｄには、第１のバッテリ５および第３のメモリ２２ｅが接続されており、第３のメモリ２２ｅには、バッテリ残量に対応する適切な間欠時間の関係がマップとして記憶されている。そして、バッテリ残量の信号と第３のメモリ２２ｅに記憶されているマップとの対比により、間欠時間決定手段２２ｄでは、間欠時間が決定され、間欠時間信号が発生される。。例えば、１秒を１周期とする回生制御がなされている場合に、間欠時間が０．８秒と決定された場合には、１秒のうち０．２秒だけ回生電力を発生するよう設定される。すなわち、このように設定された場合には、０．８秒間隔で０．２秒の間だけ回生電力の発生が行われる。

回生制御手段２２ｆには、回生指令手段３５ｃ、励磁電流決定手段２２ａおよび間欠時間決定手段２２ｆが接続されており、回生指令手段３５ｃからの間欠回生指令信号を受けると、間欠時間決定手段２２ｆから供給される間欠時間信号の間欠時間にて、励磁電流決定手段２２ａから供給される目標励磁電流信号となる励磁電流（供給電流）にて、回生制御手段２２ｆは、回生制御を行う。回生制御手段２２ｆには、さらに第１および第２の電流検出手段２４、２５、第１および第２の回転検出手段２６、２７、第１および第２のインバータ８０、９０が接続されている。

第１および第２の電流検出手段２４は、第１および第２のＳＲモータ８、９のコイル４８（図１０参照）を流れる電流値を検出しており、回生制御手段２２ｆでは、コイル４８に流れる励磁電流（供給電流）が上記の目標励磁電流信号と略同一となるよう処理がなされる。このとき、第１および第２のＳＲモータ８、９のステータ突極に対するロータ突極の相対的回転位置の信号が必要となるが、第１および第２の回転検出手段は、第１および第２のＳＲモータ８、９のステータ突極に対するロータ突極の相対的回転位置回転の信号を検出しており、その信号をもとに回生制御のための処理がなされる。

以上のように回生車速判定手段３５の回生指令手段３５ｃから間欠回生指令信号を受けると、上記の励磁電流（供給電流）および間欠時間で、第１および第２のインバータ８０、９０に第１および第２の制動制御の間欠的な実行を指令する間欠制動制御指令信号が、第１の回生制御手段から供給される。

このように、第１および第２のＳＲモータ８、９が駆動しない高速走行状態において、車両走行時の液体燃料エンジン２の運動エネルギをの第１および第２の後輪３０、３１の回転を介して回転するロータの運動エネルギを、第１および第２のＳＲモータ８、９を間欠的に回生制御させることで、電気エネルギである回生電力に変え、この回生電力に第１のバッテリ５を充電することができる。したがって、第１のバッテリ５を充電するために別途専用の発電機を設ける必要がない。また、間欠的に回生制御することで、第１および第２のインバータ８０、９０のスイッチ素子に電流を連続的に流さないので、第１および第２のインバータ８０、９０の発熱を防止することができる。また、第１および第２のＳＲモータ８０、９０に必要以上の負荷をかけることがないので、車両１００の過剰な速度低下をもたらすことがなく、車速の低下により車両の操作性を損なわす、乗客に違和感を与えることがない。

次に、第２の制御手段２０に備わる第２の回生制御手段２３について、図３に基づき説明する。車両本体１には、ブレーキペダル（図示せず）とブレーキべダルの踏込み量をセンシングするブレーキセンサ３３が設けられており、ブレーキペダルが踏み込まれるとブレーキセンサ３３にはブレーキ信号が発生する。第２の回生制御手段２３には、ブレーキセンサ３３、第１および第２のインバータ８０、９０が接続されており、ブレーキセンサ３３からのブレーキ信号が供給されると、制動制御指令信号が発生し、第１および第２のインバータ８０、９０に制動制御指令信号が供給され、第１および第２の制動制御の実行が指令される。

このときの、制動制御は、上述の間欠的な回生制御ことなり継続的かつ連続的な回生動作を第１および第２のＳＲモータ８、９に行わせるものである。従って、継続的かつ連続的な回生制御により多く運動エネルギが電気エネルギに変換されるため、ブレーキの本来の目的である車両１００の速度の適切な低下がなされるともに、多くの電気エネルギが第１のバッテリ５に充電される。

本実施の形態では、第１および第２のＳＲモータ８、９に電力を供給する第１のバッテリ５とは別に、通常の車両と同様に蓄電電圧５０Ｖ以下の鉛蓄電池からなる第２のバッテリ５０を備えている。この第２のバッテリ５０は、第１および第２のＳＲモータ８、９以外のヘッドランプ等の車両の補機に電力を供給するものである。また、第１のバッテリ５を充電するための第１の発電機４とは別に、通常の車両と同様に、第２のバッテリ５０に接続され、第２のバッテリ５０を充電するための発電機４０を備えている。第２の発電機４０は、発電機４と同様に液体燃料エンジン２の近傍に配置されており、液体燃料エンジン２のエンジンシャフトの回転により発電し、発電した電力を第２のバッテリ５０に供給するものである。

次に、本発明の実施形態にて用いられる第１および第２のＳＲモータ８、９の構造について説明する。また、第１および第２のＳＲモータ８、９は、以下に説明する同一構造のＳＲモータ８（９）が用いられている。図３は、ＳＲモータの斜視図であり、図４は、図２にてＡ-Ａにて示すＳＲモータの断面図である。

本実施形態のＳＲモータ８（９）は、半径方向内側に等ピッチにて一体に形成された６個のステータ突極４６を有する円筒形状のステータ４２と、ステータ４２の内側にて回転自在に配置され、半径方向外側に等ピッチにて一体に形成された４個のロータ突極４７を有するロータ４４を備えている。また、ステータ４２とロータ４４は、薄板の鋼板を一体的に積層させ形成されている。ステータ突極４６には、Ｕ相、Ｖ相およびＷ相のコイル４８が、それぞれ巻装されている。ロータ４４の中央部には、シャフト４５との勘合用の孔が設けられており、この勘合用の孔にシャフト４５は固定されている。

ロータ４４が内部に配置されたステータ４２の両端部には、それぞれフロントブラケット４１およびエンドブラケット４２が配置され、セットボルト４９にてステータ４２に固定されている。また、フロントブラケット４１およびエンドブラケット４２の中央部には、それぞれ軸受（図示せず）が配置されており、これらの軸受によりロータ４４のシャフト４５は回転自在に軸支されている。そして、コイル８に第１または第２のモータ駆動信号が供給されることにより、ロータ４４は回転する。

このように、第１および第２のＳＲモータ８、９を、ホイール内ではなく車両本体１の後部に配置することで、第１および第２のＳＲモータ８、９のレイアウトの自由度を高め、ＳＲモータやブレーキディスクの放熱性を向上できる４輪駆動のハイブリッド電気自動車を提供することができる。

本発明の実施形態におけるハイブリッド電気自動車のシステムブロック図である。 本発明の実施形態における第１および第２のインバータを説明する回路ブロック図である。 本発明の実施形態における第１の制御手段、第２の制御手段および周辺手段を説明するブロック図である。 第１および第２のＳＲモータまたは液体燃料エンジンの駆動の切替、および間欠回生の開始を説明する図である。 本実施形態の回生車速判定手段、第１回生制御手段を説明するブロック図である。 バッテリ残量に対する励磁電流の関係を示す図である。 車速に対する励磁電流の関係を示す図である。 バッテリ残量に対する間欠時間の関係を示す図である。 本実施の形態のＳＲモータの斜視図である。 図９にてＡ−Ａにして示すＳＲモータの断面図である。

符号の説明

１ 車両本体
２ 液体燃料エンジン
５ 第１のバッテリ
５０ 第２のバッテリ
８ 第１のスイッチトリラクタンスモータ（ＳＲモータ）
８０ 第１のインバータ
９ 第２のスイッチトリラクタンスモータ（ＳＲモータ）
９０ 第２のインバータ
１４ 第１の回転センサ
１５ 第２の回転センサ
１６ 第３の回転センサ
１７ 第４の回転センサ
１８ 回転処理手段
１９ 第１の制御装置
２０ 第２の制御装置
２１ 駆動制御手段
２２ 第１の回生制御手段
２２ａ 励磁電流決定手段
２２ｂ 第１のメモリ
２２ｃ 第２のメモリ
２２ｄ 間欠時間決定手段
２２ｅ 第３のメモリ
２２ｆ 回生制御手段
２３ 第３の回生制御手段
２８ 第１の後輪
２９ 第２の後輪
３０ 第１の前輪
３１ 第２の前輪
３４ 駆動車速判定手段
３５ 回生車速判定手段
３５ａ 速度メモリ
３５ｂ タイマ
３５ｃ 回生指令手段
２００ 車速判定手段

Claims (3)

1. 車両の車両本体と、
   前記車両本体の前部に配置され、液体燃料の燃焼により回転されるエンジンシャフトを有する液体燃料エンジンと、
   前記車両本体の前部の左右に回転自在に配置され、前記液体燃料エンジンの前記エンジンシャフトにより回転される第１および第２の前輪と、
   前記車両本体の後部に配置されるとともに、電力の充放電を行う第１のバッテリと、
   前記車両本体の後部の左右にそれぞれ配置され、出力軸有し、前記第１のバッテリからの駆動電力の供給により駆動動作し、または制動動作し前記第１のバッテリに回生電力の供給をする第１および第２のスイッチトリラクタンスモータと、
   前記車両本体の後部の左右に回転自在に配置され、それぞれ前記第１および第２のスイッチトリラクタンスモータの前記出力軸に減速機構を介して機械的に接続され、前記第１および第２のスイッチトリラクタンスモータの駆動動作により駆動させられ、制動動作により制動させられる前記第１および第２の後輪と、
   前記第１および第２のスイッチトリラクタンスモータ、並びに前記第１のバッテリに接続され、複数のスイッチ素子を有し、前記第１および第２のスイッチトリラクタンスモータを駆動動作させる場合は、前記複数のスイッチ素子のオンオフによる駆動制御により、前記第１のバッテリから前記第１および第２のスイッチトリラクタンスモータへそれぞれ駆動電力を供給するとともに、
   前記第１および第２のスイッチトリラクタンスモータを制動動作させる場合は、前記複数のスイッチ素子のオンオフによる制動制御により、前記第１および第２のスイッチトリラクタンスモータからそれぞれ回生電力を前記第１のバッテリに供給するの第１および第２のインバータと、
   前記第１および第２の前輪の近傍に設けられ、前記第１および第２の前輪の回転情報を検出する第１および第２の前輪回転センサと、
   前記第１および第２の後輪の近傍に設けられ、前記第１および第２の後輪の回転情報を検出する第１および第２の後輪回転センサと、
   前記第１および第２の前輪センサ、ならびに前記第１および第２の後輪センサに接続され、前記第１および第２の前輪、ならびに前記第１および第２の後輪の回転情報を処理し、前記車両の速度信号を出力する回転信号処理手段と、
   前記回転信号処理手段に接続され、前記回転信号処理手段からの前記車両の速度信号が、予め定められた第１の値及び第１の値より大きい第２の値を超えるか否かを判断し、前記車両の速度信号が第１の値を超えると第１の指令信号を発生し、第２の値を超えると第２の指令信号を発生する駆動車速判定手段と、
   前記駆動車速判定手段に接続され、前記駆動車速判定手段から第１の指令信号が供給されると前記液体燃料エンジンにより前記第１および第２の前輪を駆動するエンジン駆動制御信号を発生し、前記液体燃料エンジンにエンジン駆動制御信号を供給する第１の制御装置と、
   前記回転処理手段に接続され、前記回転処理手段からの前記車両の速度信号が、前記第２の値より大きい第３の値を予め定められた時間以上継続して超える場合には、間欠回生指令信号を発生する回生車速判定手段と、
   前記駆動車速判定手段、前記回転信号処理手段、前記第１バッテリ、前記回生車速判定手段、ならびに前記第１および第２のインバータに接続され、前記駆動車速判定手段から第２の指令信号が供給されるまでは前記第１および第２のインバータに、駆動制御の実行を指令する駆動制御指令信号を出力する駆動制御手段と、
   前記回生車速判定手段から間欠回生指令信号が供給されると、前記第１および第２のインバータに、制動制御の間欠的な実行を指令する間欠制動制御指令信号を出力する第２の制御装置とを備えたことを特徴とするハイブリッド電気自動車。
2. 請求項１に記載のハイブリッド電気自動車において、前記回生車速判定手段は、
   前記第３の値を記憶する速度メモリと、前記予め定められた時間をカウントし、予め定められた時間をカウントするとカウント信号を発生するするタイマと、前記速度メモリ、前記タイマおよび前記回転信号処置手段とに接続された回生指令手段を備え、前記回生指令手段は、前記回転信号処理手段からの前記速度信号と前記速度メモリに記憶されている第３の値とを比較し、前記速度信号が第３の値を超えている場合には前記タイマに予め定められた時間（第１の時間）をカウントすることを指令し、前記タイマから前記カウント信号が供給されると、間欠回生指令信号を発生することを特徴とするハイブリッド電気自動車。
3. 請求項１または２のいずれかに記載のハイブリッド電気自動車において、前記第１の回生制御手段は、
   前記回転信号処理手段、前記第１のバッテリ、バッテリ残量と励磁電流の関係のマップを記憶した第１のメモリおよび車速と励磁電流の関係のマップを記憶した第２のメモリに接続され、前記第１のバッテリの残量と前記第１のメモリに記憶されたマップとを比較し、前記回転信号処理手段からの速度信号と前記第２のメモリに記憶されたマップとを比較し、それらの比較結果から励磁電流を決定し、目標励磁電流信号を発生する励磁電流決定手段と、
   前記第１のバッテリおよびバッテリ残量と間欠時間との関係のマップを記憶した第３のメモリに接続され、前記第１のバッテリの残量と前記第３のメモリに記憶されたマップとを比較し、比較結果から間欠時間を決定し、間欠時間信号を発生する間欠時間決定手段と、
   前記回生車速判定手段、前記励磁電流決定手段および前記間欠時間決定手段に接続され、前記回生車速判定手段から供給される間欠回生指令信号を受けると、前記励磁電流決定手段から供給される目標励磁電流信号における励磁電流および前記間欠時間決定手段より供給される間欠時間信号における間欠時間にて、間欠制動制御信号を発生し、前記第１および第２のインバータに供給する間欠制御手段とを備えていることを特徴とするハイブリッド電気自動車。
   
   

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