JP2009512409A - 電動・発電混成制御システム、その方法及びハイブリッドカー - Google Patents

電動・発電混成制御システム、その方法及びハイブリッドカー Download PDF

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Abstract

電動と発電混成制御システムは、モーター駆動制御装置や始動巻線とモーター補助巻線を含めるモーターや磁気・電気切替スイッチによって構成される。始動巻線とモーター補助巻線の出力電線は、磁気・電気切替スイッチを通じてモーター駆動制御装置と連接している。その磁気・電気切替スイッチが始動巻線とモーター駆動制御装置を連接する際、モーター駆動制御装置は、始動巻線を始動させ、エンジンが始動する。エンジンの回転速度が定格速度に達すると、磁気・電気切替スイッチが始動巻線とモーター駆動制御装置を切断し、モーター補助巻線とモーター駆動制御装置を連接する、モーター補助巻線によって電動補助を実行させる。そのシステムと方法を応用したハイブリッドカーを提供する。本発明は、弱磁気で制御でき、低速大トルクでの始動と高速大トルクでの電動補助を実現する。エンジンが高速運行する時、モーターの反対電位により、パワー部品が損傷しやすい問題も解決する。
【選択図】図１

Description

本発明は、ハイブリッドカーの分野に関し、さらにハイブリッドカー分野の電動駆動と発電制御技術、特にその電動・発電混成制御技術に関する。
ここ数年、自動車業界においてエネルギー不足、生態環境悪化などのグローバルな問題を緩和するため、「エネルギー節約」や「環境保護」型の新たなハイブリッドカーを開発することが、すでに今の時代の自動車開発の必然的な傾向となっている。ハイブリッド動力は、電動と他動力を組み合わせることである。自動車が始動・加速する時、永久磁石同期電動機・励磁電動機をモーターとして組み合わせて使用し、始動・電動補助の混成使用を実現する。自動車が減速又は正常に走る時には、永久磁石同期電動機・励磁電動機が発電機となり、エネルギー回収とバッテリーユニット充電を実現する。
上述の始動・電動補助と発電モードの転換の実現は、駆動制御の一連の技術が必要である上に、その駆動制御の技術を応用するハイブリッドカーの開発と生産にも数少ない新たな問題と技術難問に直面している。
例えば、自動車は、低速起動する時にも高速補助力（パワー・アシスト）が必要する時にも大トルクが必要である。しかし、永久磁石電動機の設計原理は、低速始動の大トルクと高速補助力の大トルクの同時実現を制限する。実施例を挙げると、同じ状況で、定格回転速度800r/minの永久磁石電動機は、始動トルクが3000r/minの永久磁石電動機の始動トルクよりもかなり高い。しかし、電動巻線ユニットの反対電位が制限する原因で、3000r/minの最高回転速度を実現できないために、高速補助力の実現ができない。一方、最高回転速度3000r/minの永久磁石電動機は、高速時の大トルク補助を提供できるが、低速始動時のトルクが極めて小さい。つまり、低速始動の性能の永久磁石電動機が高速時の補助力の性能を遂げられず、高速補助力の性能では低速始動の性能が遂げられないという矛盾があるので、この二つの要求を同時に実現できない。
もう一つの例を挙げると、既存の低圧電動・発電を組み合わせる制御技術には、ほとんど管圧降より低いMOSFET素子又はそのモジュールの使用で低電圧の永久磁石ブラシレス電動機での駆動制御を実現させる。しかし、MOSFET素子の性能は、大電流管又はそのモジュールの低動作電圧である。例えば、200A〜600Aのパワー素子又はそのモジュールの動作電圧は、通常150Vであるのに対し、300V〜600Vの管又はそのモジュールの動作電流は、数十アンペアが最大限界である。よって、低電圧電動・発電混成制御システムにおいては、大電流型のMOSFET又はそのモジュールを使うしかない。自動車の電動モードが終わった後、エンジンは自動的に発電モードに転換する。発電の出力には負荷があるかどうかを問わず、エンジンの回転速度の上昇によって反対電位が上昇し、電動巻線にも高い反対電位が発生する。その結果、エンジンが高速運行する時、電動巻線が発生した反対電位は、MOSFET又はそのモジュールの正常動作電圧よりもかなり高い。現在、国際間で新開発した自動車用42V電動・発電混成電気システムを例としてあげると、42Vはその発電機の充電電圧が42VDCを意味し、その発電機のバッテリー電圧は、安全電圧の36Vである。電圧が36V、定格回転速度が800r/minの永久磁石同期電動機は、回転速度が800r/minに達する時、電動巻線の反対電位は、すでに36Vに近づく。しかし、通常、自動車エンジンの回転速度は、ほぼ6500r/minに達し、800r/minの永久磁石同期電動機は、その回転速度に達した時に、反対電位は200V以上に上昇する、それは、MOSFET又はそのモジュールの正常電圧よりもはるかに高いので、MOSFET又はそのモジュールが直接損傷される。これによって、励磁機のトルクも効率も永久磁石同期電動機に及ばず、上述の永久磁石型自動車用42V電動・発電混成電気システムにある問題を避けるため、現在、国内外の多くの自動車会社がやはり励磁型の42V電動・発電とその制御システムを採用している。
その上、現在の自動車は、高圧ハイブリッド動力システムや低圧ハイブリッド動力システムでも、二セットのバッテリーと二つ発電充電システムを採用している。上述の４２Vシステムには、１２Vと36Vの二つのバッテリーユニット及び１４Vと４２Vの二つの発電充電システムが共存する。今の自動車会社は、ほとんどこういう方法で二セットのバッテリーと二つ発電充電システムを実現する。一セットは、直接一定の電圧でバッテリーの充電及び／又は負荷に供給する。このシステムをDC-DCでの電圧増減方法を通じて、もう一つの電圧でバッテリーの充電及び／又は負荷に供給する。こういうDC-DCで出力電圧増減発電機による転換方式は、損耗が高くて効率が低い。特に、高効率低電圧DC-DCの場合は、一段と深刻になる。また、DC-DC制御システムの技術に難点があって、その設計と生産のコストは、ブラシレス永久磁石電動機駆動制御システム全体のコストとほぼ同じである。
上記の種々の技術問題があるので、今、各大自動車会社が採用しているのは、高圧ハイブリッド動力システムである。つまり、電圧が高いバッテリーユニットを採用している。管圧がより高く、動作電流が高い高電圧IGBTモジュールなどのモーター駆動制御システムを実現すると同時に、ブラシレス永久磁石同期サイン波電動機とその弱磁気駆動制御システムを使用する。弱磁気駆動制御システムは、弱磁気でモーターの低速始動大トルクと高速電動補助を、すぐに実現する。弱磁気制御の原理とは、固定子巻線がｄ軸にあるとき、電流をロードすることを通じで固定子の磁界を相対回転子の永久磁石と同じ極性にし、それによって回転子の永久磁石の磁力を弱め、したがってモーターの回転速度を高めると、発電機の出力を制御する目的を実現する。ただし、弱磁気で制御することを採用することによってはモーターの回転子の永久磁石の磁気が除去されやすく、回路の設計に対する要求が厳しい。回路は、一旦、故障が起これば、反対電位の原因で、全制御システムを破壊されるリスクがある。それに、モーターは、終始弱磁気大電流を入力して、それによってモーターの温度を高めるのが容易なことである。それは、電力が無駄に消耗され、並びに効率低下、故障多すぎ、弱磁気を使わない永久磁石電動機より出力トルクが小さいなどの多くの欠点がある。
上記の問題と技術難点を解決するため、本発明の目的は、電動・発電混成制御システムとその方法を提供し、それにより弱磁気制御がなくても、ハイブリッドエンジンが低速大トルク始動と高速大トルク電動補助を提供でき、効率良く簡単な直接的電圧調整と充電システムを実現することである。
もう一つの目的は、その電動・発電混成制御システムと方法を採用するハイブリッドカーを提供することである。
上述の目標を実現するため、本発明の一つの技術は、電動・発電混成制御システムを提供することである。このシステムは、モーター駆動制御装置、始動巻線とモーター補助巻線を含めているモーターと低速始動と高速電動補助モードに転換する磁気・電気切替スイッチによって構成される。
その始動巻線の出力配線は磁気・電気切替スイッチの上接点と接続する。そのモーター補助巻線の出力配線は磁気・電気切替スイッチの下接点と接続する。
モーター駆動制御装置の三相交流出力は、それぞれ、磁気・電気切替スイッチの可動接点と接続する。
その中で、始動巻線とモーター補助巻線の接続は、スター接続、デルタ接続のいずれでもよい。また、一台のモーターの巻線はピンはねを通じて又は独立装置方式を通じて設置することができ、それとも二台のモーターの巻線を独立に設置することもできる。
上記の磁気・電気切替スイッチは、一路でも二路でもよい。
上記のモーター駆動制御装置や始動巻線やそのモーター補助巻線の波形は、台形波又はサイン波でもよい。
好ましくは、上記の電動・発電混成制御システムには、高圧整流ブレーカ電圧調整回路と低圧整流ブレーカ電圧調整回路を採用できる。
高圧整流ブレーカ電圧調整回路の三相入力端子は、始動巻線の三相出力端子と接続し、その始動巻線が出力する三相交流電圧を直流電圧に転換して、高圧電源・バッテリーの充電又は負荷に供給する以外、低圧電源・バッテリーの充電又は負荷にも供給できる。
上記の低圧整流ブレーカ電圧調整回路の三相入力端子は、上記のモーター補助巻線の三相出力端子と接続して、そのモーター補助巻線が出力する三相交流電圧を直流電圧に転換して、低圧電源・バッテリーの充電又は負荷に供給する。
同時に、この電動・発電混成制御システムには、発電巻線を配置することもできる。この発電巻線は、始動巻線やモーター補助巻線と同位相で直列接続し、又は同位相の独立巻線として設置する。また、この発電巻線の三相出力端子は、高圧整流ブレーカ電圧調整回路の三相入力端子と接続する。高圧整流ブレーカ電圧調整回路の出力直流電圧が高圧電源・バッテリーの充電電圧より低い場合、この発電巻線は、高圧整流ブレーカ電圧調整回路の出力直流電圧を高圧電源・バッテリーの充電電圧まで高める。
さらに、本発明には、このシステムの中のモーター駆動制御装置のためにデザインした放熱の良い、簡単且つ便利なホルダを含める。このホルダのケースには高比熱の放熱液体を含める溝があり、放熱液体のカバーはケースと密封して取り付けている。モーター駆動制御装置は、そのカバーの上に固定される。
好ましくは、放熱液溝へ通るケースのホールは、外側に給油ボルトに付けられている。また、好ましくは、ケースの外壁と溝の内壁に放熱器をつけられる。
上述の目的を実現するために、本発明一つの技術案は、電動・発電混成制御方法を提供する。この電動・発電混成制御方法は、上記電動・発電混成制御システムを後述の通りに応用することである。
磁気・電気切替スイッチを通じて始動巻線やモーター駆動制御装置を連接させ、そのモーター駆動制御装置が動作し始め、始動巻線を駆動してハイブリッド自動車のエンジンを始動させる。
エンジンが定格回転速度に達した後、磁気・電気切替スイッチがモーター駆動制御装置と始動巻線を切断し、モーター補助巻線とモーター駆動制御装置を連接する、モーター補助巻線を駆動することを通じて電動補助を行う。
好ましくは、上記電動・発電混成制御の方法は、また、後述の通りである。
始動巻線の三相出力は、高圧整流ブレーカ電圧調整回路を通過してから、直流電を出力して、高圧電源・バッテリーの充電又は負荷に供給する。
モーター補助巻線の三相出力は、低圧整流ブレーカ電圧調整回路を通過してから、直流電を出力して、低圧電源・バッテリーの充電又は負荷に供給する。
発電巻線の三相出力は、高圧整流ブレーカ電圧調整回路を通過してから、直流電流を出力して、高圧電源・バッテリーの充電又は負荷に供給する。
始動巻線の三相出力は、低圧整流ブレーカ電圧調整回路を通過してから、直流電流を出力して低圧電源・バッテリーの充電又は負荷に供給する。
そのほかに、その高圧整流ブレーカ電圧調整回路から出力する直流電圧が、高圧電源又はバッテリーの充電電圧より高い場合、上記の発電巻線を追加する。その発電巻線を始動巻線やモーター補助巻線と同位相で直列し、又は同位相の独立巻線にする。その発電巻線の三相出力は、上記高圧整流ブレーカ電圧調整回路を通過してから、直流電を出力して、高圧電源・バッテリーの充電又は負荷に供給する。
上記本発明の一つの目的を実現するために、本発明のもう一つの技術案は、ハイブリッドカーを提供する。このハイブリッドカーに上述の電動・発電混成制御システムとその方法を応用し、低速始動と高速電動補助自動車モードの間に転換を行う。
そのハイブリッド自動車は、CAN(Controller Area Network, コントローラー・エリア・ネットワーク)バスとCANバスのファンクションを持つモーターチップも含む。そのモーターチップは、CANバスを通じて自動車のエンジンECU(Engine Control Unit, エンジン制御単位)と連接し、モーター駆動制御装置が始動巻線・モーター補助巻線や高圧・低圧整流ブレーカ電圧調整回路や磁気・電気切替スイッチの動作状況の情報を収集する。その情報とエンジンのECUがこの方法を応用する自動車エンジン及び全車運行状況から収集してきた情報をプロセスする。モーターチップは、プロセスを通じて取り入れた電動駆動信号や磁気・電気切替スイッチをコントロール信号や整流ブレーカ電圧調整回路を接続・切断する信号やエンジンＥＣＵ信号をモーター駆動制御装置まで送信する。そして、プロセスした情報の中に制御が必要な全車コントロール信号をエンジンECUまで送信する。それにより、滞りなく起動・停止、加速電動補助、コントロールできる連続トルク電動補助、減速エネルギー回収などのハイブリッド運行ファンクションを実現する。
動作状況の情報は、始動巻線・モーター補助巻線のモーター回転子の位相、速度、電圧、電流、発電出力電圧、「A」点サンプリング電圧、「W」端子の出力回転速度パルス、その磁気・電気切替スイッチの状況などを含む。全車運行状況の情報は、エンジンの回転速度、冷却水の温度、出力トルク、スロットルの位置、自動車の速度、エアコン内の暖気などを含む。
本発明が提供するハイブリッドカーは、エンジンのスロットルの位置センサー又は電子スロットルを通じて、始動巻線・モーター補助巻線の起動・停止をコントロールする。
本発明のもう一つの優れた点は、始動と補助モーター二巻線とその切換制御技術を使用したので、弱磁気制御無に低速大トルク始動と高速大トルク電動補助モードを実現できることである。この電動・発電混成制御システムとその方法の効率が高く、トルクも大きく、合理的に設計に応用しやすい。
本発明のもう一つの優れた点は、始動と電動補助モードの間に切換ができる磁気・電気切替スイッチ技術を応用したので、エンジンが起動し定格回転速度に達したとき、その磁気・電気切替スイッチが自動的に高速電動補助モードにチェンジし、そして高い反対電位の始動巻線の三相出力端子を切る。したがって、現在の低圧電動・発電混成制御技術の中に、エンジンが高速運行するとき、始動巻線が発生する反対電位より大電流MOSFET又はモジュールなどのパワー部品が容易に損傷することがよくある。上記電動・発電混成制御システムとその方法では、その問題を避けられる。
さらに優れた点は、始動巻線やモーター補助巻線の三相出力端子と高・低電圧の整流ブレーカ電圧調整回路を接続して、二セットのバッテリーと負荷の電力供給問題を完璧に解決したことである。
総じて、本発明の電動・発電混成制御方法とそのシステムは、「エネルギー節約」や「環境保護」型のハイブリッドカーの産業化の信頼できる技術基盤を提供する。
図１に示すように、本発明の電動・発電混成制御システムは、モーター駆動制御装置（100）、モーター（200）や磁気・電気切替スイッチ（300）によって構成される。モーター駆動制御装置（100）は、制御回路と駆動回路（120）や三相パワー駆動回路（110）によって構成される。モーター（200）は、始動巻線（210）とモーター補助巻線（220）によって構成される。その中でも、モーター駆動制御装置（100）は、台形波又はサイン波モーター駆動制御装置である。モーター（200）は、ブラシレス永久磁石同期電動機である。始動巻線（210）とモーター補助巻線（220）は、一台のブラシレス永久磁石同期電動機の巻線がピンはねを通じて又は独立装置式を通じて設置し、それをスター接続又はデルタ接続に設計している台形波それともサイン波始動巻線とモーター補助巻線、又は二台の独立なブラシレス永久磁石同期電動機を始動巻線とモーター補助巻線に設計する。また、始動巻線（210）とモーター補助巻線（220）の各出力配線は、それぞれ、磁気・電気切替スイッチ（300）の上接点と下接点と接続し、モーター駆動制御装置（100）の三相交流出力は、それぞれ、磁気・電気切替スイッチ（300）の可動接点と接続している。モーター（200）の上の位置スピードセンサー（230）は、モーター駆動制御装置（100）にブラシレス永久磁石同期電動機の回転子の位相位置と回転速度の信号を提供する。
この電動と発電混成制御システムを応用して電動と発電混成制御を行う方法は、以下の通りである。磁気・電気切替スイッチ（300）を通じて始動巻線（210）とモーター駆動制御装置（100）を連接させ、モーター駆動制御装置（100）が動作し始め、始動巻線（210）を駆動してエンジンを始動させる。エンジンの運行が定格回転速度に達した後、低速大トルク始動モードが完了して、このとき磁気・電気切替スイッチが自動的に切換え、モーター駆動制御装置（100）をモーター（200）の始動巻線（210）と切断し、モーター（200）のモーター補助巻線（220）と連接するようになり、モーター補助巻線（220）を駆動して高速大トルクの電動補助が実現される。
上述のダブル巻線と磁気・電気切替制御技術は、低速大きいトルクでの始動と高速大トルクでの電動補助を遂げ、また、反対電位がパワー部品の正常動作電圧より高い問題を解決する。自動車が始動モードを完了して正常運行する時、この磁気・電気切替スイッチを通じて、高い反対電位の始動巻線をモーター駆動制御装置から切断し、同時に低い反対電位のモーター補助巻線をモーター駆動制御装置と接続する。このように、磁気・電気切替スイッチが始動と電動補助モードへの切換えを完成すると同時に、反対電位過度電圧の保護も達成される。
そのほかに、図１に示すように、本発明の電動・発電混成制御システムの中には高圧整流ブレーカ電圧調整回路（510）、高圧電源又はバッテリー（520）、低圧整流ブレーカ電圧調整回路（410）、低圧電源又はバッテリー（420）が含まれる。実際の回路で実施する時、高圧整流ブレーカ電圧調整回路（510）の三相入力端子が始動巻線（210）又は発電巻線の三相出力端子と接続し、始動巻線（210）から出力する三相交流電圧を直流電圧に転換して高圧電源・バッテリー（520）の充電に供給する。低圧整流ブレーカ電圧調整回路（410）の三相入力端子がモーター補助巻線（220）又は始動巻線（210）の三相出力端子と接続し、モーター補助巻線（220）から出力する三相交流電圧を直流電圧に転換して低圧電源・バッテリー（420）の充電に供給する。
図２が示すように、本発明のハイブリッドカー中の電動・発電混成制御システムは、図１に示す構造を有する。また、本発明のハイブリッドカーは、全車制御ファンクションを有する。つまり、CAN(Controller Area Network,コントローラー・エリア・ネットワーク)バスのファンクションを持つモーターチップ（130）を使用して、モーター駆動制御装置（100）と高・低圧整流ブレーカ電圧調整回路（410,510）及び自動車のエンジンECU(Engine Control Unit, エンジン制御単位)（600）を連接し一体化して制御する。図２にあるモーター駆動制御装置（100）は、図１に示しているのと同じく、制御回路、駆動回路（120）や三相パワー駆動回路（110）が含まれる。
実際の回路で実施する時、CAN(Controller Area Network, コントローラー・エリア・ネットワーク)バスのファンクションを持つモーターチップ（130）を使用して、モーター駆動制御と発電・電圧調整及び全車制御ソフトウェアと回路をモーター駆動制御装置（100）の回路に集積し、モーターチップ（130）を下位機として、上位機の自動車エンジンECU（600）と接続して、CANバスを通じてモーター駆動、発電、全車運行などの集積化通信制御を実現する。
図3に示すように、本発明の電動・発電混成制御システムの実施例１には、ブラシレス永久磁石同期電動機駆動制御装置を採用している。そのブラシレス永久磁石同期電動機駆動制御装置は、制御回路、駆動回路（120）や三相パワー駆動回路（110）が構成する。また、スター接続の多数ピンはねのブラシレス永久磁石同期電動機（200）を採用する。この電動機（200）には、始動巻線（210）U1、V1、W1とモーター補助巻線（220）U2、V2、W2、三相大電流二路磁気・電気切り替えスイッチ一セット、１４Vの低圧整流ブレーカ電圧調整回路（410）一セットと４２Vの高圧整流ブレーカ電圧調整回路（510）一セットを採用する。
具体的な構成は、１２Vの低圧バッテリー（420）一セットと３６Vの高圧バッテリー（520）一セットと、六ユニットのパワー管T1、T2、T3、T4、T5、T6からなる三相ブリッジパワーMOSFET駆動モジュールが採用されている、つまり、三相パワー駆動回路である。高圧バッテリー（520）の陽極がMOSFET駆動モジュールの陽極入力端子に接続し、その陰極がMOSFET駆動モジュールの陰極入力端子に接続する。三相ブリッジパワーMOSFET駆動モジュールの三相交流出力端子A、B、Cは、三相大電流の二路磁気・電気切替スイッチ（300）を通じて、ブラシレス永久磁石同期電動機（200）の始動巻線（210）U1、V1、W1又はモーター補助巻線（220）U2、V2、W2と切換えて接続する。ブラシレス永久磁石同期電動機（200）に設置している位置スピードセンサー（230）は、永久磁石回転子（240）の位相位信号と回転速度信号を収集し、制御回路と駆動回路（120）に提供して制御ファンクションを実現する。
ブラシレス永久磁石同期電動機（200）の始動巻線（210）U1、V1、W1は、高圧整流ブレーカ電圧調整回路（510）の三相入力端子と接続する。もし、エンジンの速度が低い時始動巻線（210）から出力して、三相交流電圧は高圧バッテリー（520）の充電電圧に達しないと、発電巻線（250）U、V、Wを設置して、それを始動巻線（210）U1、V1、W1と同位相で直列し、その出力を高圧整流ブレーカ電圧調整回路（510）と接続し、直流を出力して36V高圧バッテリー（520）の充電と負荷に供給する。
ブラシレス永久磁石同期電動機（200）のモーター補助巻線（220）U2、V2、W2は、低圧整流ブレーカ電圧調整回路（410）の三相入力端子と接続し、直流を出力して12V低圧バッテリー（420）の充電と負荷に供給する。一方、ブラシレス永久磁石同期電動機（200）の始動巻線（210）U1、V1、W1は、低圧整流ブレーカ電圧調整回路（410）の三相入力端子と接続し、直流出力が12V低圧バッテリー（420）の充電と負荷に供給することも可能である。
上述の整流ブレーカ電圧調整回路（410,510）中のレギュレータ（電圧調整器）は、「A」点でのサンプリング電圧の高さによる充電指示端「D+」と中性線端「N」の出力レベル状況を制御して、ターミナルファンクションを実現する。速度検定部分の回路は、固定子感応交流電を整流整形し、「W」端は、回転速度のパルス信号をアウトプットする。電圧でパルス発生とパルスデューティサイクルと制御する調整装置（411、511）を使用して、レギュレータが「B+」電機子でサンプリングの電圧の高さにより相応のデューティサイクルのパルスをSCRのコントロール極まで発送して、それによってSCRの動作・切断時間の比率をコントロールする。もし、出力電圧が高すぎると、レギュレータは触発パルスの幅を短縮して、SCRの切断時間を延長し、出力電圧を低下させる。もし、出力電圧が低すぎると、レギュレータはパルスを発生して、SCRの接続時間の比率を高め、したがって、出力電圧も高まる。それによって、整流ブレーカ電圧調整回路（410,510）を動的平衡の状態中で動作させ、安定な１４Vと４２Vの電圧を出力する。
上述の電動・発電混成制御システムに基づいて、全車制御ファンションを可能にする。つまり、モーター駆動制御装置（110、120）、高低圧整流ブレーカ電圧調整回路（410,510）、全車制御とエンジンECUを集積し、一体化して制御する。
中でも、CANバスのファンクションを持つモーターチップ（130）を使用して、モーター駆動制御装置回路にモーター駆動制御、発電・電圧調整及び全車制御ソフトウェアと回路を集積し、モーターチップ（130）を下位機として、上位機の自動車エンジンECUと接続して、CANバスを通じてモーターの駆動、発電、全車運行などの集積化通信制御を実現する。
モーターチップが同時に収集する信号は、モーター回転子の位相、速度、電圧、電流など電動駆動に必要なフィードバック信号、発電出力電圧と「A」点サンプリング電圧と「W」端子出力回転速度パルスと回路接続・切断スイッチなどの発電制御に必要な信号である。エンジンECUを通じてエンジンの回転速度、エンジン冷却水の温度、エンジンスロットルの位置、自動車の速度、エアコンなど全車制御に必要な信号である。モーターチップが以上の信号を計算し処理する上に、モードの都合によって磁気・電気切替スイッチをコントロールする、電動駆動回路を始動・停止しトルクを調整する、発電・電圧調整回路を接続・切断する、エンジンECUがガソリン・電力の供給を切断するなどの様々な信号をアウトプットする。
始動・電動補助とダブル電圧での発電より出力はロックし合う動作状態にあり、始動又は電動補助モードの場合に、高・低圧整流ブレーカ電圧調整回路（410,510）は出力なしの停止状態にある。自動車エンジンは電動モードが必要ない場合、例えば自動車が正常走行又は減速するとき、高・低圧整流ブレーカ電圧調整回路（410,510）は出力状態にある。こういうロックし合い動作状態のパターンは、自動車が始動又は加速するとき、エンジンの性能を向上させる。
モーターの動作は自動車エンジンのスロットルの位置センサー（230）又は電子スロットルを通じて制御する。エンジンとモーターの起動・停止・加速する時の電動補助・正常走行又は減速するときの発電など自動車エンジンとモーターハイブリッド動作モードに制御を同時に実現でき、自動車制御パネルで新たのスイッチを設置しなくてすみ、簡単且つ安全に電動と燃料の二重動力混成制御を理想的にコントロールすることが実現できる。
さらに、自動車始動と電動補助モードの間を切り換え、正常走行又は減速発電を滞りなく起動・停止し、発電・電圧調整などの集積化制御を一層理想的に実現できる。
図4に示すように、本発明の電動と発電混成制御システムの実施例２には、ブラシレス永久磁石同期電動機駆動制御装置（100）を二セット採用している。その二セットのブラシレス永久磁石同期電動機駆動制御装置は、制御回路、駆動回路（120）や三相パワー駆動回路（111、112）からなる。また、スター接続のブラシレス永久磁石同期電動機（200）を一台採用している。この電動機（200）には始動巻線（210）U1、V1、W1とモーター補助巻線（220）U2、V2、W2がある。その上、三相大電流単路磁気・電気切替スイッチ、１４Vの低圧整流ブレーカ電圧調整回路（410）一セットと４２Vの高圧整流ブレーカ電圧調整回路（510）一セットを採用している。
具体的な構造の違いは、以下のとおりである。このシステムの三相ブリッジパワーMOSFET駆動モジュール、すなわち三相パワー駆動回路（111,112）の陽極入力端子が、高圧バッテリー（520）の陽極に接続し、その陰極入力端子が高圧バッテリー（520）の陰極に接続する。三相ブリッジパワーMOSFET駆動モジュールの一セット、すなわち三相パワー駆動回路（111）の三相交流出力端子A、B、Cは、三相大電流の単路磁気・電気切替スイッチ（300）を通じて、ブラシレス永久磁石同期電動機（200）の始動巻線（210）U1、V1、W1に接続し、もう一セットすなわち三相パワー駆動回路（112）の三相交流出力端子A１、B１、C１は、直接ブラシレス永久磁石同期電動機（200）のモーター補助巻線（220）U2、V2、W2と接続する。三相大電流の単路磁気・電気切替スイッチ（300）のオン・オフにより、二セットの三相ブリッジパワーMOSFET駆動モジュール、すなわち三相パワー駆動回路（111、112）の切換え制御を実現し、したがって始動と電動補助の二種類のモードに間の転換を完成する。
ブラシレス永久磁石同期電動機（200）の始動巻線（210）U1、V1、W1が、高圧整流ブレーカ電圧調整回路（510）の三相入力端子と接続し、直流電流を出力して36Vの高圧バッテリー（520）の充電と負荷に供給する。モーター補助巻線（220）U2、V2、W2が低圧整流ブレーカ電圧調整回路（４10）の三相入力端子と接続し、直流電流を出力して12Vの低圧バッテリー（420）の充電と負荷に供給する。
図3と同じ原理で、もし、エンジンの速度が低い時、始動巻線（210）から出力する三相交流電圧が高圧バッテリー（520）の充電電圧に達しないと、デルタ接続の独立巻線の発電巻線を設置して、高圧整流ブレーカ電圧調整回路（510）と接続し、直流を出力して高圧バッテリー（520）の充電と負荷に供給する。
他の制御方法は、システム図３とほぼ同じのため、詳しい説明を省略する。
図5に示しているのは、本発明の電動と発電混成制御システム中のモーター駆動制御装置のホルダである。その中で、１はケース、2は放熱液溝、3は放熱液、4はカバー、5はカバー固定用ボルト、6はOリング、7は給油ボルト、8は密封ワッシャー、9はヒートシンク、10はモジュール、11はモジュール固定用ボルト、12はホルダ固定用ホールである。
既存の技術において、駆動制御装置が水冷式又は空冷式冷却で駆動パワーモジュールを放熱させることは普通である。単なる電動力又は長時間電動モードに混成動力と使う場合、水冷式又は空冷式冷却で放熱するのは適切であるが、短時間に始動・加速の軽度混成動力と使う場合には、水冷式又は空冷式冷却のシステムの構造要求が複雑でコストも高い。
それに対して、本発明は、駆動制御装置モジュールのために、放熱の良い、簡単且つ便利なホルダを含めるよう設計する。このホルダのケース(1)には、高い比熱の放熱液(3)を注いだ放熱液溝(2)があり、放熱液(3)のカバー(4)は、ケース(1)と密封して取り付けされている。そのカバー(4)は、モジュールの底板として、モジュール(10)は、カバー(4)の上に固定される。
放熱液を注ぐために、放熱液溝(2)へ通るためケース(1)の外側に給油ボルト(7)をつけるホールがある。
放熱性を強化するため、ケース(1)の外壁と放熱液溝(2)の内壁にヒートシンク(6)をつけている。モジュール(10)は、カバー(4)の上に実装されるので、制御システムのパワー部品が短時間で始動又は電動補助の時、発生する熱がまず放熱液(3)に吸収され、それからケース(1)を通じて自然的に放熱される。
説明する必要があるのは、上述の発明の内容とその具体的な実施方法は、本発明の技術の実際の応用を証明するためであり、本発明の保護される範囲の限界を定めると認識してはならない。当分野の技術者は、本発明の主旨と原理に基づいて変更、同等改変又は組み合わせることなどができる。本発明の保護される範囲は、請求の範囲を規準とする。
本発明の請求内容の電動・発電混成制御システムとその方法の適用は、多種の実験で認可され、その関連製品の生産も始まる。また、もう一つの請求内容である上述電動・発電混成制御システムとその方法を採用した自動車の生産も完全に実施できることは、当分野の技術者ならば専門知識をもって判断できるはずである。
本発明の電動・発電混成制御システムの構造図である。 本発明のハイブリッドカーの中に、本発明の電動・発電混成制御システムとエンジンECUの接続説明図である。 本発明の電動・発電混成制御システムの実施例１の結線図である。 本発明の電動・発電混成制御システムの実施例２の結線図である。 本発明の電動・発電混成制御システムの中のモーター駆動制御装置のケースの構造図である。

Claims (16)

  1. 電動・発電混成制御システムであって、
    この電動・発電混成制御システムは、モーター駆動制御装置、始動巻線とモーター補助巻線を含めているモーターと低速始動と高速電動補助モードに切換え用の磁気・電気切替スイッチによって構成され、
    その始動巻線の出力配線は、磁気・電気切替スイッチの上接点と接続され、
    そのモーター補助巻線の出力配線は、磁気・電気切替スイッチの下接点と接続され、
    そのモーター駆動制御装置の三相交流出力は、それぞれ、磁気・電気切替スイッチの可動接点と接続されることを特徴とする、前記電動・発電混成制御システム。
  2. 前記始動巻線とそのモーター補助巻線は、一台のモーターの巻線からピンはね又は独立装置を通じて設置され、又は二台のモーターの巻線を独立に設置することを特徴とする、請求項１に記載する電動・発電混成制御システム。
  3. 発電巻線があり、それを始動巻線と同位相で直列し、又は同位相の独立巻線として設置することを特徴とする、請求項１に記載する電動・発電混成制御システム。
  4. 前記システムには高圧整流ブレーカ電圧調整回路と低圧整流ブレーカ電圧調整回路があり、
    その高圧整流ブレーカ電圧調整回路の三相入力端子は、始動巻線又は発電巻線の三相出力端子と接続し、その始動巻線が出力する三相交流電圧を直流電圧に転換して高圧電源・バッテリーの充電又は負荷に供給し、
    その低圧整流ブレーカ電圧調整回路の三相入力端子は、モーター補助巻線又は始動巻線の三相出力端子と接続し、そのモーター補助巻線又は始動巻線が出力する三相交流電圧を直流電圧に転換して、低圧電源・バッテリーの充電又は負荷に供給することを特徴とする、請求項１又は3に記載する電動・発電混成制御システム。
  5. 前記モーター駆動制御装置は、放熱液体をもっているホルダの中に実装し、
    ホルダのケース（1）には、放熱液体（3）を注いだ放熱液溝（2）があり、
    放熱液体（3）のカバー（4）は、ケース（1）と密封して取り付けされ、
    そのカバー（4）は、モジュールの底板として、
    モジュール（10）は、カバー（4）の上に固定されることを特徴とする、請求項１、２又は3に記載する電動・発電混成制御システム。
  6. 前記放熱液溝（2）へ通るためケース（1）の外側に給油ボルト（7）をつけるホールがあることを特徴とする、請求項5に記載する電動・発電混成制御システム。
  7. 放熱性を強化するため、ケース（1）の外壁と放熱液溝（2）の内壁にヒートシンク（6）をつけることを特徴とする、請求項5項に記載する電動・発電混成制御システム。
  8. 請求項1又は3項に記載する電動・発電混成制御システムに応用する電動・発電混成制御の方法であって、
    磁気・電気切替スイッチを通じて始動巻線とモーター駆動制御装置を連接させ、そのモーター駆動制御装置が動作し始め、始動巻線を駆動してハイブリッド自動車のエンジンを始動させ、エンジンの運行が定格回転速度の達した後、磁気・電気切替スイッチはモーター駆動制御装置と始動巻線を切断し、モーター補助巻線と連接するようになり、モーター補助巻線を駆動して電動補助を行うことを特徴とする、前記電動・発電混成制御の方法。
  9. 前記始動巻線の三相出力は、高圧整流ブレーカ電圧調整回路を通過してから、直流電を出力して、高圧電源・バッテリーの充電又は負荷に供給し、
    モーター補助巻線の三相出力は低圧整流ブレーカ電圧調整回路を通過してから、直流電を出力して、低圧電源・バッテリーの充電又は負荷に供給することを特徴とする、請求項8に記載する電動・発電混成制御方法。
  10. 前記始動巻線とそのモーター補助巻線は、一台のモーターの巻線からピンはね又は独立装置の方式で設置、又は二台のモーターの巻線でそれぞれ設置することを特徴とする、請求項8又は9の記載する電動・発電混成制御方法。
  11. ハイブリッドカーであって、電動・発電混成制御システムとその方法を応用して、低速始動と高速電動補助自動車モードの間の転換を行い、
    この電動・発電混成制御システムはモーター駆動制御装置、始動巻線とモーター補助巻線を含めるモーターと磁気・電気切替スイッチからなり、
    始動巻線とそのモーター補助巻線の各出力配線は、それぞれ磁気・電気切替スイッチの上接点と下接点と接続し、
    モーター駆動制御装置の三相交流出力はそれぞれ磁気・電気切替スイッチの可動接点と接続し、磁気・電気切替スイッチを通じて始動巻線とモーター駆動制御装置を連接させ、
    モーター駆動制御装置が動作し始め、始動巻線を駆動してハイブリッド自動車のエンジンを始動させ、
    エンジンの運行が定格回転速度の達した後、磁気・電気切替スイッチがモーター駆動制御装置を始動巻線と切断し、モーター補助巻線と連接するようになり、モーター補助巻線を駆動して電動補助を行うことを特徴とする、前記ハイブリッドカー。
  12. 前記自動車の電動・発電混成制御システムの中には発電巻線があり、それを始動巻線とモーター補助巻線と同位相で直列し、又は同位相の独立巻線として設置することを特徴とする、請求項11に記載するハイブリッドカー。
  13. 前記自動車の電動と発電混成制御システムには、高圧整流ブレーカ電圧調整回路と低圧整流ブレーカ電圧調整回路があり、
    その高圧整流ブレーカ電圧調整回路の三相入力端子は、始動巻線又は発電巻線の三相出力端子と接続し、その始動巻線が出力する三相交流電圧を直流電圧に転換して高圧電源・バッテリーの充電又は負荷に供給し、
    その低圧整流ブレーカ電圧調整回路の三相入力端子は、モーター補助巻線又は始動巻線の三相出力端子と接続し、そのモーター補助巻線又は始動巻線が出力する三相交流電圧を直流電圧に転換して低圧電源・バッテリーの充電又は負荷に供給することを特徴とする、請求項11又は12に記載するハイブリッドカー。
  14. 前記自動車は、CANバスのファンクションがあるモーターチップを使用し、そのモーターチップはCANバスを通じて自動車のエンジンECUに接続し、モーター駆動制御装置が収集してきた始動巻線・モーター補助巻線と高圧・低圧整流ブレーカ電圧調整回路及び磁気・電気切替スイッチの動作状況の情報とエンジンのECUが収集してきたこの方法を応用する自動車エンジン及び全車運行状況の情報を処理し、それから取り入れた電動駆動信号、磁気・電気切替スイッチをコントロールする信号、整流ブレーカ電圧調整回路を接続・切断する信号と全車コントロールの必要な信号をエンジンECUまで発送することを特徴とする、請求項11又は12に記載するハイブリッドカー。
  15. 前記動作状況の情報は、始動巻線・モーター補助巻線のモーター回転子の位相、速度、電圧、電流、発電出力電圧、「A」点サンプリング電圧、「W」端子で発生する回転速度パルス、やその磁気・電気切替スイッチの状況などを含め、全車運行状況の情報はエンジンの回転速度、冷却水の温度、出力トルク、スロットルの位置、自動車の速度、エアコンなどを含めることを特徴とする、請求項14に記載するハイブリッドカー。
  16. 前記自動車は、エンジンのスロットルの位置センサー又は電子スロットルを通じて始動巻線・モーター補助巻線の起動・停止をコントロールすることを特徴とする、請求項15に記載するハイブリッドカー。
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