JP2010520415A

JP2010520415A - 燃料エンジンのサーボ負荷装置およびその最適効率制御方法

Info

Publication number: JP2010520415A
Application number: JP2009551094A
Authority: JP
Inventors: 虹呂
Original assignee: Guilin Geely Stars Oil Electric Hybrid Engine Co ltd
Current assignee: Guilin Geely Stars Oil Electric Hybrid Engine Co ltd
Priority date: 2007-03-01
Filing date: 2007-09-21
Publication date: 2010-06-10
Also published as: DE112007003373T5; GB2460561A; US20100025130A1; GB0915069D0; RU2009133393A; WO2008104109A1; KR20100020933A

Abstract

燃料エンジンのサーボ負荷装置は、第１のローターと第２のローターとを有する永久磁石モーターを備え、第１のローターは、燃料エンジンの出力軸に直結され、第２のローターは、駆動軸に直結され、第１のローターおよび第２のローターは、電磁カップリングを介して互いに力を伝達する。燃料エンジンのサーボ負荷装置は、燃料エンジンのトルク負荷および駆動軸の出力トルクを制御するために、第１のローターと第２のローターとの間の電磁トルクを設定された条件に従って制御するサーボドライバを更に備えている。第１のローターの軸に速度／位置センサーが配置され、第２のローターの軸に位置センサーが配置され、コイルをサーボドライバに連結するため、電気スリップリングがコイルのローターの軸に配置されている。本発明により、エンジンは常に最適燃料消費カーブで作動するとともに、同じ燃料消費で最大の出力を発生させる。

Description

本発明は、燃料エンジンのサーボ負荷装置およびその最適効率制御方法に関する。より詳しくは、本発明は、異なる回転速度においてもエンジンを常に最適効率作動カーブによって作動させ、これによりエネルギー資源の節約を実現するように、エンジンが同じ燃料を消費する際に最大の機械エネルギーを得ることが可能な、燃料エンジンのサーボ負荷装置およびその最適効率制御方法に関する。

試験が示すところによれば、ある所定の機械力を出力する燃料エンジンは、異なる回転速度が異なるトルクに適合するいくつもの作動ポイントを有しており、かつ最小燃料消費ポイント、すなわちエンジンが同じ機械力を出力する複数の作動ポイント中に最適な回転速度−トルクの釣り合い作動ポイントが存在する。異なる出力の最小燃料消費ポイントをつなぐとともにそれを滑らかにすることによって得られるカーブは、そのエンジンの最適効率作動カーブである。このカーブ上で燃料エンジンの効率が最大化され、すなわち同じ燃料を消費した場合に最大の機械エネルギーを生じる結果となる。図１は１．８Ｌのガソリンエンジンにおける最適効率作動カーブである。この図において、垂直座標はエンジン出力軸のトルク（単位Ｎ・ｍ）であり、水平座標はエンジン出力軸の回転速度（単位ｒｐｍ）であり、細い破線は等出力線（単位ｋＷ）であり、細い実線は等エネルギー消費線（単位ｇ／ｋＷｈ）であり、太い実線はエンジンの最適効率作動カーブであり、かつ太い破線はエンジンの最大トルク限界である。

燃料エンジンがある所定の回転速度で作動するとき、仮に燃料エンジンの軸に適用されるトルクが、現在のエンジン回転速度における最適効率作動カーブによって求められるトルクに等しい場合、エンジンは、現在のエンジン回転速度における最適効率ポイントで作動することが分かる。異なる回転速度において、エンジンは、軸に適用されるトルクが最適効率作動カーブによって求められるトルクに常に等しくなるよう保持し、すなわちエンジンの回転速度−トルクが最適効率作動カーブの条件に従えば、これにより、最も経済的な作動状態を達成するよう同じ燃料を消費するエンジンにおける最大の機械エネルギーを得るであろう。

現在の乗り物における様々な燃料エンジンには全て、段階変速機および連続可変変速機（ＣＶＴ）のような機械変速機構が装備されており、これによりエンジンの回転速度−トルクが最適効率作動カーブに近づくように期待して、回転速度とトルクとの適合を調整できるようになっている。

最も一般的に適用される段階変速機は、４−５速のギアを有しかつ単に速度調整のみを実行するが、変速比を連続的に調整することはできない。風抵抗、負荷、道路状態、環境、摩耗等のために負荷トルクが変化したとき、異なるギアの異なる回転速度におけるエンジン軸に適用されるトルクは、最適効率作動カーブの要求にほとんど従うことがない。

１つのタイプの連続可変変速機は、主として駆動輪一式と、被駆動輪一式と、金属ベルトと、油圧ポンプとを有しており、駆動輪の作動半径を変化させることにより変速比の連続可変を実現し、エンジンの回転速度−トルクのより良い適合を実現するために駆動輪の円錐体がＶ型駆動ベルトに係合する。しかしながら、連続可変変速機は明白な限界も有している。第１に、機械構造が比較的複雑であり、したがってその製造コストが比較的高い。第２に、機械構造および油圧システムが大きな慣性を有し、したがって速度の調整が遅い。エンジンスロットルまたは外部負荷トルクが動的に変化するとき、とりわけ道路状態が頻繁に変化するとき、スロットルが頻繁に変化するとともに頻繁にシフトし、連続可変変速機（ＣＶＴ）は迅速かつ適切に変速比を調整することができない。そして燃料エンジンが最適効率作動カーブで作動する可能性は更に低い。加えて、連続可変変速機（ＣＶＴ）の伝達効率は、段階変速機のそれより低い。このような不利益は、ＣＶＴの普及および利用に全て影響を与える。

一旦燃料エンジンがトルクサーボ負荷装置を装備した場合、燃料エンジンは、実際のエンジンの回転速度による現在の回転速度に基づく釣り合いトルクデータと、主制御ユニットのコンピュータ内に予め記憶された最適効率作動カーブとを得、かつ燃料エンジンは、対応するトルクを燃料エンジンに適用するサーボ装置の電動機により、予め記憶された最適効率作動カーブに従って作動され、これにより燃料エンジンの作動効率が大幅に改善され、したがって明らかに燃料の節約を実現することができる。

本発明の目的は、燃料エンジンのサーボ負荷装置およびその最適効率制御方法を設計することである。本装置および制御方法は、乗り物の速度および牽引力のような外部負荷の影響を受けず、エンジン出力軸のトルクを独立して調整する。これにより、燃料エンジンが異なる速度で作動するとき、エンジンの軸により生じる負荷トルクが、最適効率作動カーブにより、回転速度に対して常にほとんど非ヒステリシス適合し、この結果、エンジンは、連続的かつ安定してエネルギーを節約する方法で作動する。

本発明の１つの側面によれば、燃料エンジンのサーボ負荷装置は、第１のローターと第２のローターとを有する永久磁石機械を備え、前記機械の前記第１のローターは、前記燃料エンジンの出力軸に直結され、前記第２のローターは、駆動軸に直結され、力が前記第１のローターと前記第２のローターとの間で電磁カップリングを介して伝達される、燃料エンジンのサーボ負荷装置において、前記燃料エンジンのトルク負荷および前記駆動軸の出力トルクを制御するために、前記第１のローターと前記第２のローターとの間の電磁トルクを設定された条件に従って制御するサーボドライバを更に備え、トルクサーボ制御を実行するために、前記第１のローターの軸に速度／位置センサーが設けられ、かつ前記第２のローターの軸に位置センサーが設けられ、導電性のスリップリングが、電機子巻線が取り付けられた前記ローターの軸に設けられ、前記導電性のスリップリングは、前記電機子巻線を前記サーボドライバに連結する。

本発明の他の側面によれば、燃料エンジンのサーボ負荷装置の最適効率作動制御方法であって、前記燃料エンジンは上述した燃料エンジンのサーボ負荷装置を有し、前記燃料エンジンのサーボ負荷装置は、その最大トルクまたは最大回転速度に適合するものである、最適効率作動制御方法において、
１）前記エンジンが作動しているとき、速度／位置センサーにより前記機械の前記第１のローターの回転速度を実時間で監視する工程と、
２）主制御ユニットが、速度信号に基づき、予めコンピュータに記憶された最適効率作動カーブの回転速度−トルク適合データまたは回転速度−トルク適合関係式に従って、速度に適合する最適トルクを導出するとともに、この導出されたトルク設定値を前記サーボドライバに送信する工程と、
３）前記第１のローターの絶対位置信号および前記第２のローターの絶対位置信号から導出された前記第１のローターと前記第２のローターとの間の相対位置信号に基づき、前記サーボドライバが、電流が逆起電力と同一相をもつという原理に従って、前記第１のローターまたは前記第２のローターの巻線に出力する電流ベクトルの方向を導出する工程と、
４）前記サーボドライバが、前記主制御ユニットにより送信された前記トルク設定値に基づいて、前記第１のローターまたは前記第２のローターの巻線に出力する前記電流ベクトルの大きさを導出する工程と、
５）前記サーボドライバが、導出された前記電流ベクトルの方向および大きさに基づいて、各相巻線における瞬間電流値の大きさを決定するとともに、前記機械が各相電流閉ループ制御によりトルクサーボ制御を実現できるようにし、これにより、前記エンジンが、現在のエンジン回転速度に適合する最適トルク値負荷に基づいて、最適効率作動カーブに従って作動するとともに、同時に前記第２のローターの軸が負荷に対してトルクを出力する工程と、
６）前記主制御ユニットおよび前記サーボドライバが、前記１）から５）の工程を繰り返し、これにより循環的かつ動的に現在のエンジン回転速度を得るとともに、新たな現在のエンジン回転速度および予め記憶された最適効率カーブデータに基づいて新たなトルク設定値を導出し、かつ前記トルクサーボドライバが、対応する新しいトルク値を前記エンジンの軸に適用するとともに、回転速度に対する前記エンジンの最適効率作動カーブによって要求されるトルクに従って作動させる工程とを有する。

本発明の更に他の側面によれば、出力装置は、燃料エンジンと、第１のローターと第２のローターとを有する永久磁石機械とを備え、前記機械の前記第１のローターは、前記燃料エンジンの出力軸に直結され、前記第２のローターは、駆動軸に直結され、力が前記第１のローターと前記第２のローターとの間で電磁カップリングを介して伝達される、出力装置において、前記機械は、サーボドライバにより駆動されるとともに、現在のエンジン回転速度における最適効率作動カーブに適合するトルク負荷を前記第１のローターを介して前記エンジンに適用する。

本発明による燃料エンジンのサーボ負荷装置およびその最適効率制御方法の利点は以下の通りである。
１．エンジン軸に設けられる機械が、トルクサーボドライバとともに、機械変速機およびクラッチに置き換わり、トルクサーボドライバが、機械によりエンジン軸に適用されるトルクをトルクサーボ手法により調整し、これにより燃料エンジンが、最適効率作動カーブに従って実時間で確実に作動できるようにし、したがって同じ燃料を消費する際に最大の機械エネルギーを得ることができる。
２．この装置の燃料エンジン出力軸が外部負荷に対して直接機械的に接続されておらず、仮に外部負荷が頻繁に変化するか、または燃料エンジンが頻繁に変化したとしても、トルクサーボドライバは、依然として連続的に、迅速に、的確に釣り合いトルクを最適効率作動カーブの要求に従って実時間でエンジンに適用する。すなわち、エンジンは異なる回転速度で常に最適効率作動カーブに従って作動し、これにより同じ燃料を消費する際に最大の機械エネルギーを得ることができる。
３．トルクサーボドライバは、トルクサーボ手法を用いて第１のローターと第２のローターとの間の電磁トルクを調整し、すなわち燃料エンジンの出力軸トルクを調整する。したがって、トルクサーボドライバはトルクを連続的に調整することができ、トルクサーボドライバがトルクを調整する反応速度をミリ秒単位とし、調整の正確さと反応速度とが連続機械可変変速機（ＣＶＴ）および段階変速機を大幅に上回り、明らかにエネルギーを節約する結果が得られる。
４．本装置および制御方法は様々な燃料エンジンに適用可能であり、エネルギーの節約および排気物質の低減を実現するために、とりわけ燃料と電気のハイブリッド車に適している。

１．８Ｌのガソリンエンジンにおける最適効率作動カーブであり、この図において、垂直座標はエンジン出力軸のトルク（単位Ｎ・ｍ）であり、水平座標はエンジン出力軸の回転速度（単位ｒｐｍ）であり、細い破線は等出力線（単位ｋＷ）であり、細い実線は等エネルギー消費線（単位ｇ／ｋＷｈ）であり、太い実線はエンジンの最適効率作動カーブであり、かつ太い破線はエンジンの最大トルク限界である。本発明の一実施の形態による燃料エンジンのサーボ負荷装置の構造概略図である。

本発明の一実施の形態による燃料エンジンのサーボ負荷装置の構成が図２に示されており、本実施の形態による機械は、三相永久磁石同期電動機である。燃料エンジン１は、永久磁石同期機、サーボドライバ、および主制御ユニットを有するサーボ負荷装置に連結されている。機械の第１ローター４は、燃料エンジン１の出力軸２に直結されている。機械の第１ローター４には永久磁石材料が埋設され、その内部に第２ローター５が配置されている。第２ローター５は鉄心周りに巻装された巻線であり、第２ローター５の軸はこの装置の出力軸７である。主制御ユニット９およびサーボドライバ８に接続された速度／位置センサー３が、機械の第１ローター４に設けられている。トルクサーボドライバ８に接続された位置センサー１０が、この装置の出力軸７に設けられている。主制御ユニット９はサーボドライバ８に接続されている。サーボドライバ８は、第２ローター軸に設けられた集電リング６を介して第２ローター５の巻線に接続されている。主制御ユニット９の本体はコンピュータからなっていても良く、この内部に最適効率作動カーブに適合する回転速度−トルクデータまたは回転速度−トルク適合関係式が記憶されている。燃料エンジンのサーボ負荷装置としてはブラシレスＤＣ機を利用しても良く、その構成は上述したものと同様である。

この装置の第１ローター４は、鉄心周りに巻装された巻線であっても良く、集電リング６はエンジン軸２に設けられ、この巻線がサーボドライバ８に接続されても良い。この場合、第２ローター５は、第１ローター４に磁場を与えるための永久磁石材料が埋設されたローターである。この他の構成は上述したものと同様である。

各タイプのエンジンの最適効率作動カーブは、製造業者によって提供されても良く、また特別な試験装置による実験により得ても良い。最適効率作動カーブデータは、主制御ユニット９のコンピュータに、表または関数式の形式で記憶されていても良い。

図１は、１．８Ｌのガソリンエンジンにおける最適効率作動カーブである。本実施の形態による主制御ユニット９のコンピュータは、速度およびトルクの最適適合データを表形式で記憶しても良い。すなわち図１において、アイドリング速度から最高回転速度までのエンジン回転速度を等間隔に分けて複数の垂線を作成し、ある垂線と最適効率作動カーブとの交点からある回転速度に対応する適合トルクデータを得て、かつ主制御ユニット９のコンピュータ内で、回転速度−トルク最適適合データを表にまとめても良い。エンジン回転速度が２つの交点の間のとき、主制御ユニット９のコンピュータは、センサー３からの回転速度信号に基づいて、補間によりその適合トルクを得る。回転速度垂線の間隔が小さくなればなるほど、表に描かれたカーブの正確性が高まることは明らかである。図１に示すように、５００毎分回転数（ｒｐｍ）の間隔を用いる場合、低速１０００ｒｐｍから高速６０００ｒｐｍまでにおいて、１１組の回転数Ｎ−トルクＭのデータを得るであろう。もし１００毎分回転数（ｒｐｍ）の間隔を用いる場合、５１組の回転数Ｎ−トルクＭのデータを得るであろう。もし１毎分回転数（ｒｐｍ）の間隔を用いる場合、５００１組の回転数Ｎ−トルクＭのデータを得るであろう。

主制御ユニット９のコンピュータはまた、回転速度およびトルクのデータを関数形式で記憶しても良く、かつ演算、近似等のような数学的処理により最適効率作動カーブに基づいて区分関数Ｍ＝Ｆ（Ｎ）を得ても良い。そしてこの関数は主制御ユニット９のコンピュータに記憶されている。主制御ユニット９のコンピュータは、この関数によりセンサー３の回転速度信号に基づいて、対応する最適トルク値を演算する。

本発明によれば、燃料エンジンは、その最大トルクおよび最大回転速度に適合するサーボ負荷装置を有している。本発明による燃料エンジンのサーボ負荷装置の最適効率作動制御方法は、以下の通りである。

第１の工程：燃料エンジン１が作動しているとき、その出力軸に直結している第１のローター４は、それとともに回転する。速度／位置センサー３は、第１のローター４の現在の速度および位置を実時間で監視し、速度信号および位置信号を主制御ユニット９のコンピュータおよびサーボドライバ８にそれぞれ実時間で送信する。位置センサー１０は、第２ローター５の現在位置を実時間で監視するとともに、サーボドライバ８に位置信号を送信する。

第２の工程：主制御ユニット９は、速度センサー３により送信された現在のエンジン回転速度信号に基づいて、主制御ユニット９のコンピュータに予め記憶された最適効率作動カーブにより、その速度に適合する最適トルク予測を導出するとともに、その予測をサーボドライバ８のトルク設定信号とみなす。

第３の工程：機械の第２のローター５の巻線に出力する電流ベクトルの方向を動的に制御するため、サーボドライバ８が、第１のローターおよび第２のローターの絶対位置信号に基づいて第１のローターと第２のローターとの間の相対位置信号を導出する。

第４の工程：サーボドライバ８が、主制御ユニット９のトルク設定値コマンドに基づいて、第２のローター５の巻線に出力する電流ベクトルの大きさを導出する。

第５の工程：サーボドライバ８が、導出された電流ベクトルの方向および大きさに基づき、３相巻線の瞬間電流値の大きさを決定するとともに、電流エンジン回転速度に基づいて、適合する最適トルク値負荷を実現するため、機械が３相電流の閉ループ制御によりトルクサーボ制御を実現できるようにする。これにより、エンジンが最適効率作動カーブに従って作動するとともに、同時に第２のローター５の出力軸が負荷に等しいトルクを出力するようにする。

第６の工程：主制御ユニット９およびサーボドライバ８が、第１の工程から第５の工程を繰り返し、これにより循環的かつ動的にエンジン１の現在のエンジン回転速度を得るとともに、新たな現在の回転速度および予め記憶された最適効率カーブデータに基づいて新たなトルク設定値を導出し、かつトルクサーボドライバ８が、対応する新しいトルク値をエンジンの軸２に適用し、これによりエンジンが常に最適効率作動カーブに従って作動するようにする。

エンジン１の回転速度が第２ローター５の出力軸７の回転速度を上回ったとき、エンジン１からの機械エネルギーの一部が、電磁変速機によって第１のローターと第２のローターとの間に直接伝達され、かつ機械エネルギーの他の部分は機械サーボシステムにより外部へ伝達される電気エネルギーに変換される。

エンジン１の回転速度が第２のローター５の出力軸７の回転速度に等しいとき、エンジン１からの機械エネルギーの全てが、電磁変速機によって第１のローターと第２のローターとの間に直接伝達される。

エンジン１の回転速度が第２のローター５の出力軸７の回転速度を下回ったとき、エンジンからの機械エネルギーの全てが電磁変速機によって第１のローターと第２のローターとの間に直接伝達され、かつサーボドライバ８は、機械を制御することにより追加の電気エネルギーを生成し、機械を制御することにより電気エネルギーを機械エネルギーに更に変換するとともに、変換された機械エネルギーを、それが出力可能となるように出力軸に対して重複させる。

例えば、図１に示す最適効率作動カーブのデータが、表形式で１１組に分割することより、主制御ユニット９のコンピュータに記憶されている。燃料エンジン１の現在の回転速度は毎分１５００回転であり、主制御ユニット９のコンピュータにより表の検索を通じて得られる適合トルク予測は、１１８ニュートン＊メートル（Ｎ・ｍ）である。したがって、トルクサーボドライバ８が機械の第２のローター５の巻線の電流ベクトルを制御することにより、燃料エンジン１の出力軸２に１１８ニュートン＊メートルのトルクが適用される。目下、第２のローター５の軸はまた、１１８ニュートン＊メートルのトルクをそれに連結された負荷に対して出力する。仮に、燃料エンジン１の現在の回転速度が毎分１８００回転である場合、これは予め記憶された表の中で毎分１５００回転と毎分２０００回転との交点間にあり、この場合、主制御ユニット９のコンピュータによって線形補間を通じて得られる適用されるトルク予測は、１２８．８ニュートン＊メートルであり、かつ１２８．８ニュートン＊メートルのトルクが同様にして適用される。これにより、センサー３が燃料エンジンの現在の回転速度を動的に得て、かつトルクサーボドライバ８が機械の第２のローター５の巻線の電流ベクトルを動的に制御し、このようにして、燃料エンジン１が予め知られた最適効率作動カーブに従って常に作動することを実現するように、機械が適合した負荷トルクを燃料エンジンに適用する。

主制御ユニット９のコンピュータが、その内部に、エンジン回転速度の区分関数と、最適効率作動カーブに基づく演算、近似プロセスにより得たトルクとを記憶するとき、主制御ユニット９のコンピュータは、速度センサー３により送信される実時間回転速度信号に基づいて、関数実時間演算により現在の回転速度に適合するトルクを得る。

本発明の一実施の形態によれば、１．８Ｌのガソリンエンジンは、このサーボ負荷装置を有するとともに、この最適効率作動制御方法に従って作動する。図１の点Ａにより示されるように、エンジンが出力１５ｋＷの状況で作動し、かつ一定に維持されている場合、仮にエンジンが毎分３５００回転および４０．９ニュートン＊メートルの非経済的な作動ポイントで作動すると、ユニット出力機械エネルギーの燃料消費は、３３５グラム毎キロワット時（ｇ／ｋＷｈ）である。その代わりに、仮にこのサーボ負荷装置およびこの最適効率作動制御方法により、エンジンの作動ポイントが最適効率作動カーブの点Ｂ、すなわち毎分１３０２回転および１１０ニュートン＊メートルに調整されたとすると、ユニット出力機械エネルギーの燃料消費は、２５０グラム毎キロワット時であり、したがって燃料消費は２５．４％低減される。この燃料消費の減少割合は、異なる作動ポイントによって変化する。

１燃料エンジン
２エンジン出力軸
３速度／位置センサー
４第１ローター
５第２ローター
６集電リング
７出力軸
８サーボドライバ
９主制御ユニット
１０位置センサー

Claims

第１のローターと第２のローターとを有する永久磁石機械を備え、
前記機械の前記第１のローターは、前記燃料エンジンの出力軸に直結され、前記第２のローターは、駆動軸に直結され、
力が前記第１のローターと前記第２のローターとの間で電磁カップリングを介して伝達される、燃料エンジンのサーボ負荷装置において、
前記燃料エンジンのトルク負荷および前記駆動軸の出力トルクを制御するために、前記第１のローターと前記第２のローターとの間の電磁トルクを設定された条件に従って制御するサーボドライバを更に備え、
トルクサーボ制御を実行するために、前記第１のローターの軸に速度／位置センサーが設けられ、かつ前記第２のローターの軸に位置センサーが設けられ、
前記巻線が取り付けられた前記ローターの軸に、電機子巻線を前記サーボドライバに接続する導電性スリップリングが設けられていることを特徴とする燃料エンジンのサーボ負荷装置。
エンジン最適効率作動カーブの回転速度−トルク関係のデータ表または関数関係式が記憶された主制御ユニットを更に備え、
前記サーボドライバは、前記記憶された回転速度−トルク関係に従って作動するように前記エンジンを制御する、請求項１記載の燃料エンジンのサーボ負荷装置。
燃料エンジンのサーボ負荷装置の最適効率作動制御方法であって、前記燃料エンジンは、前記燃料エンジンの最大トルクまたは最大回転速度に適合する請求項１または２記載の燃料エンジンのサーボ負荷装置を有するものである、最適効率作動制御方法において、
１）前記エンジンが作動しているとき、速度／位置センサーにより前記機械の前記第１のローターの回転速度を実時間で監視する工程と、
２）主制御ユニットが、速度信号に基づき、予めコンピュータに記憶された最適効率作動カーブの回転速度−トルク適合データまたは回転速度−トルク適合関係式に従って、速度に適合する最適トルクを導出するとともに、この導出されたトルクを前記サーボドライバにトルク設定値として送信する工程と、
３）前記第１のローターの絶対位置信号および前記第２のローターの絶対位置信号から導出された前記第１のローターと前記第２のローターとの間の相対位置信号に基づき、前記サーボドライバが、電流が逆起電力と同一相をもつという原理に従って、前記第１のローターまたは前記第２のローターの巻線に出力する電流ベクトルの方向を導出する工程と、
４）前記サーボドライバが、前記主制御ユニットにより送信された前記トルク設定値に基づいて、前記第１のローターまたは前記第２のローターの巻線に出力する前記電流ベクトルの大きさを導出する工程と、
５）前記サーボドライバが、導出された前記電流ベクトルの方向および大きさに基づいて、各相巻線における瞬間電流値の大きさを決定するとともに、前記機械が各相電流閉ループ制御によりトルクサーボ制御を実現できるようにし、現在のエンジン回転速度に適合する最適トルク値負荷を実現し、これにより、前記エンジンが最適効率作動カーブに従って作動するとともに、同時に前記第２のローターの軸が負荷に対してトルクを出力する工程と、
６）前記主制御ユニットおよび前記サーボドライバが、前記１）から５）の工程を繰り返し、これにより循環的かつ動的に現在のエンジン回転速度を得るとともに、新たな現在のエンジン回転速度および予め記憶された最適効率カーブデータに基づいて新たなトルク設定値を導出し、かつ前記トルクサーボドライバが、対応する新しいトルク値を前記エンジンの軸に適用するとともに、回転速度に対する前記エンジンの最適効率作動カーブによって要求されるトルクに従って作動させる工程とを有することを特徴とする最適効率作動制御方法。
燃料エンジンと、
第１のローターと第２のローターとを有する永久磁石機械とを備え、
前記機械の前記第１のローターは、前記燃料エンジンの出力軸に直結され、前記第２のローターは、駆動軸に直結され、
力が前記第１のローターと前記第２のローターとの間で電磁カップリングを介して伝達される、出力装置において、
前記機械は、サーボドライバにより駆動されるとともに、現在のエンジン回転速度における最適効率作動カーブに適合するトルク負荷を前記第１のローターを介して前記エンジンに適用することを特徴とする出力装置。
前記サーボドライバによって制御される前記機械の出力トルクの大きさは、現在のエンジン回転速度と主制御ユニット内に記憶された最適効率作動カーブとに基づき、主制御ユニットによって決定される、請求項４記載の出力装置。
前記主制御ユニットは、前記機械の出力トルクの大きさを、前記主制御ユニットに記憶された燃料エンジン最適効率作動カーブの回転速度−トルク関係から探し出すか、または前記燃料エンジンの現在の作動パラメータに基づいてその関数関係式から算出する、請求項５記載の出力装置。
前記機械が、適合した負荷トルクを前記第１のローターを介して前記エンジンに適用するとき、前記機械の前記第２のローターの出力軸は、外部負荷に等しいトルクを出力し、そのトルクの方向は、前記エンジンの回転方向と同一である、請求項４記載の出力装置。
前記エンジンの回転速度が前記第２のローターの出力軸の回転速度を上回ったとき、エンジンからの機械エネルギーの一部が電磁変速機によって前記第１のローターと前記第２のローターとの間に直接伝達され、かつ前記機械エネルギーの他の部分は機械サーボシステムにより外部へ伝達される電気エネルギーに変換される、請求項４記載の出力装置。
前記エンジンの回転速度が前記第２のローターの出力軸の回転速度に等しいとき、エンジンからの機械エネルギーの全てが電磁変速機によって前記第１のローターと前記第２のローターとの間に直接伝達される、請求項４記載の出力装置。
前記エンジンの回転速度が前記第２のローターの出力軸の回転速度を下回ったとき、エンジンからの機械エネルギーの全てが電磁変速機によって前記第１のローターと前記第２のローターとの間に直接伝達され、かつ前記サーボドライバは、前記機械を制御することにより追加の電気エネルギーを機械エネルギーに更に変換するとともに、変換された機械エネルギーを、それが出力可能となるように出力軸に対して重複させる、請求項４記載の出力装置。