JP3463791B2 - 電気自動車の駆動システム - Google Patents
電気自動車の駆動システムInfo
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Description
ッド電気自動車の駆動システムに関し、特に、主蓄電装
置充電用のコンバータや交流電動機駆動用のインバータ
が故障した場合のシステム構成に特徴を有する電気自動
車の駆動システムに関するものである。
電気自動車の駆動システムを示す図である。同図におい
て、1はエンジン、2は交流発電機、3はコンバータ、
4は主蓄電装置、5はインバータ、6は車両駆動用交流
電動機、7は減速機、8はデフギア、9は車輪、10は
補助蓄電装置、11は補助蓄電装置10を電源とする照
明具、ラジオ等の補機、12は主蓄電装置4から補助蓄
電装置10を充電する充電器である。
る機械エネルギーを発電機2により電気エネルギーに変
換し、この電気エネルギーを電動機6により再び機械エ
ネルギーに変換して車両を駆動する。エネルギーの流れ
が直列であることから、この方式はシリーズ方式と呼ば
れている。
って駆動される交流発電機2は一般にほぼ一定の電力を
発生する。電動機6が必要とする電力と発電機2の発生
電力との差は、主蓄電装置4からの充放電によって賄
う。また、図4のシステムでは、発電機2を電動機とし
て作動させることによりエンジン1を始動させるのが一
般的である。
駆動システムの他に、図示しないが、パラレルハイブリ
ッド方式の駆動システムがある。この駆動システムで
は、エンジン単独駆動、電動機単独駆動(この場合、前
述のシリーズハイブリッド方式と同じシステムにな
る)、エンジン及び電動機併用駆動の3種類の駆動シス
テムを構成することができる。
一つに、シリーズ方式と比較して作動信頼性が高い点が
挙げられる。すなわち、電動機駆動で走行中にその駆動
系が使用できなくなった場合でも、エンジンにより駆動
することができるので、作動信頼性は従来のエンジン車
並みとなる。
燃費であることが挙げられ、エンジンを最も効率が高い
点で運転することにより、エンジンの燃費を大きく向上
させることができる。しかし、シリーズ方式では、エネ
ルギーはエンジンから種々の機器を通って車輪に供給さ
れる仕組みであるので、機器に不具合が発生すると走行
不具合に至ってしまう。特に、図4における主蓄電装置
充電用のコンバータ3や電動機駆動用のインバータ5は
半導体電力変換装置からなり、電磁機械である発電機2
や電動機6と比較して部品点数が格段に多い。このた
め、作動信頼性が発電機2や電動機6と比較して低くな
ってしまうことは否めない。このことはシリーズ方式の
方が、パラレル方式と比較して相対的に車両の駆動信頼
性が低くなることを示している。
パラレル方式と同程度の作動信頼性が求められており、
シリーズ方式の普及拡大にあたっては車両の駆動信頼
性、走行信頼性の向上が課題の一つになっている。そこ
で本発明は、パラレルハイブリッド方式と同等の駆動信
頼性、走行信頼性を得ることができるシリーズハイブリ
ッド電気自動車の駆動システムを提供しようとするもの
である。
ブリッド電気自動車では、エンジンと交流発電機とによ
って、可変電圧、可変周波数の交流電圧を発生している
こと、また、車両駆動用電動機は可変電圧、可変周波数
の交流電圧で駆動される交流電動機であることから、発
電機が発生する交流電力を用いて車両駆動用電動機を直
接駆動できること、交流電動機の回転数はその極数に比
例することに着目してなされたものである。
変換装置が故障した時、この電力変換装置を回路から切
り離し、交流発電機の発生電力を車両駆動用交流電動機
に直接供給して交流電動機を直接駆動する。また、交流
発電機の極数を交流電動機の極数よりも少なくし、電動
機回転数を発電機回転数よりも低くする。そして、車両
始動時は、交流発電機と交流電動機とを直接接続すると
共に、補助蓄電装置により駆動されるエンジンスタータ
によってエンジンを始動し、交流発電機の発生電力で交
流電動機を駆動することにより、車両を始動する。
路開閉器を接続し、車両停止時はこの開閉器で交流発電
機と交流電動機との接続を切り離す。更に、交流発電機
と交流電動機との間に相順切替器を接続し、交流電動機
への印加電圧の相順を切り替えることで電動機の回転方
向を正逆に切り替え、前進または後退運転を可能にす
る。
態を説明する。図1は、請求項1,2,4及び5に記載
した発明の第1実施形態を示すものである。図4と同一
の構成要素には同一番号を付してある。なお、図1で
は、便宜上、図4における補機11の図示を省略してあ
る。
源とするエンジンスタータ、201,202は回路切替
器、203は回路開閉器である。ここで、回路切替器2
01,202は、エンジン2、コンバータ3、インバー
タ5、電動機6からなる直列回路と、エンジン2、接続
線204a、回路開閉器203、接続線204b、電動
機6からなる直列回路とを切り替えるための切替器であ
り、何れも共通接点o、切替接点a,bを備えている。
通接点oは何れも切替接点a側に接続されており、実質
的に図4に示す主回路構成になっている。コンバータ3
やインバータ5等の半導体電力変換装置が故障した場
合、回路切替器201,202の共通接点oは何れも切
替接点b側すなわち回路開閉器203側に接続される。
時における図1の動作について説明する。先ず、エンジ
ン1及び車両が停止している状態で、回路切替器20
1,202を切替接点b側に切り替え、 コンバータ3及
びインバータ5を主回路から切り離す。次いで回路開閉
器203を“閉”にすることにより、交流発電機2と交
流電動機6とを接続線204a、回路開閉器203、接
続線204bを介して直接接続する。
スタータ200によりエンジン1をアイドリング始動
し、交流発電機2を回転させて交流電圧を発生させる。
交流発電機2から出力された交流電圧は、交流電動機6
に直接印加される。交流発電機2と交流電動機6とを界
磁に永久磁石を使用した同期機にすると、交流電動機6
は交流発電機2に同期して回転する。すなわち、エンジ
ン1の始動と同時に交流電動機6も回転し、この電動機
6に連結されている車輪9が回転するので、車両も始動
する。
機6よりも少なくすることにより、交流電動機6の回転
数は交流発電機回転数より低くなる。例えば、交流発電
機2の極数を交流電動機6の極数の1/3、車両速度が
100km/hである時の交流電動機6の回転数を1
0,000rpm、アイドリング回転数を500rpm
とすれば、エンジンのアイドリング運転時の車両速度は
1.8km/hとなる。エンジンスタータ200での、
この速度までの始動、運転は特に問題とならない。その
後、アクセルを踏み込んでエンジン回転数を高めれば、
車両速度も増大する。アクセルを戻せば、車両は減速す
る。
203を“ 開”にする。回路開閉器203を“ 開”に
すれば交流発電機2と交流電動機6との接続が開放さ
れ、交流発電機2からの電力供給が無くなるため、通常
の機械式ブレーキで車両を停止させればよい。
記載した発明の第2実施形態を示すもので、図1におけ
る回路開閉器203の機能を回路切替器201a,20
2aに持たせたものである。図2は、図1の主要部に相
当する構成のみを示してある。回路切替器201a,2
02aは回路開放機能を持った切替器であり、図1に示
した接点a,bの他に開放接点cを持っている。
切替接点b同士は接続線204によって常時接続されて
おり、切替器201a,202aの共通接点oを切替接
点b側に接続すれば、図1における切替器201,20
2を切替接点b側に接続して回路開閉器203を“
閉”にした状態、図2の共通接点oを開放接点c側に接
続すれば、図1における回路開閉器203を“ 開”に
した状態と等価になる。車両を停止させる時は、共通接
点oを開放接点c側に接続して、交流発電機2から交流
電動機6へのの電力供給を遮断し、通常のブレーキ操作
によって停止する。本実施形態におけるコンバータ3や
インバータ5の故障時の動作は、上述した回路切替器2
01a,202a等の動作が異なるだけで実質的に図1
と同様であるため、説明を省略する。
明の実施形態を示すものであり、図1,2と同一の構成
要素には同一番号を付してある。図3において、204
b,204c,204dは接続線である。このうち接続
線204b,204cの間には相順切替器205が接続
されている。なお、図では三相の場合を示している。接
続線204cと接続線204dとの間に接続される回路
開閉器203の構成及び動作は、図1に示したものと同
じであるので、ここでは説明を省略する。
流発電機2の各相、U',V',W'は交流電動機6の各相
であり、交流発電機2のU,V相、交流電動機6のU',
V'相は相切替器205U,205Vに各々接続されて
いる。これらの相切替器205U,205Vの端子F,
Rはそれぞれ前進、後退に対応する交流電動機6の回転
方向を示す。
5が故障した場合には、前記同様に回路切替器201,
202を切替接点b側に切り替えてコンバータ3及びイ
ンバータ5を主回路から切り離す。そして、相切替器2
05U,205Vを端子F側に接続すると、交流電動機
6のU'相は交流発電機2のU相、交流電動機6のV'相
は交流発電機2のV相となり、交流電動機6と交流発電
機2とは同相になって交流電動機6は前進方向に回転す
る。
R側に接続すると、交流電動機6のU'相は交流発電機
2のV相、交流電動機6のV'相は交流発電機2のU相
となり、交流電動機6の相順が前進時とは反転するの
で、交流電動機6は後退方向に回転する。これにより、
車両の走行方向を前進、後退に切り替えることができ
る。なお、この実施形態は、図1の実施形態にも適用で
きることは言うまでもない。
リッド方式の電気自動車において、交流発電機の極数を
車両駆動用交流電動機の極数よりも少なくし、コンバー
タやインバータ等の半導体変換装置故障時には交流発電
機と交流電動機間の回路切替器で電力変換装置を切り離
すと共に、交流発電機と交流電動機とを直接接続し、エ
ンジンスタータによりエンジンを始動して車両を始動さ
せ、その後、走行させるようにしたものである。このた
め、駆動信頼性、走行信頼性がパラレルハイブリッド電
気自動車並みに高いシリーズハイブリッド電気自動車を
実現することができる。
施形態を示す図である。
施形態を示す図である。
示す図である。
システムを示す図である。
続線 205 相順切替器 205U,205V 相切替器 a,b 切替接点 c 開放接点 o 共通接点 F,R 端子
Claims (5)
- 【請求項1】 エンジンに連結された交流発電機の電力
により半導体電力変換装置を介して車両駆動用交流電動
機を駆動し、この交流電動機の動力により車輪を駆動す
るとともに、前記交流発電機と前記交流電動機との間に
蓄電装置を備えてなる電気自動車の駆動システムにおい
て、 前記交流発電機の極数を前記交流電動機の極数よりも少
なくし、 前記電力変換装置の故障時には、この電力変換装置を前
記交流発電機及び交流電動機から切り離して前記交流発
電機と前記交流電動機とを直接接続し、車両始動時にエ
ンジンスタータによりエンジンを始動して前記交流発電
機の発生電力を前記交流電動機に供給し、この交流電動
機を直接駆動することを特徴とする電気自動車の駆動シ
ステム。 - 【請求項2】 請求項1記載の電気自動車の駆動システ
ムにおいて、 前記電力変換装置の故障時に、前記交流発電機と前記交
流電動機とを回路開閉器を介して接続することを特徴と
する電気自動車の駆動システム。 - 【請求項3】 請求項1または2記載の電気自動車の駆
動システムにおいて、 前記電力変換装置の故障時に、前記交流発電機を相順切
替器を介して前記交流電動機に接続し、この相順切替器
により前記交流電動機への印加電圧の相順を切り替えて
前記交流電動機を正逆転可能に構成したことを特徴とす
る電気自動車の駆動システム。 - 【請求項4】 請求項1,2または3記載の電気自動車
の駆動システムにおいて、 前記交流発電機及び交流電動機が、界磁に永久磁石を用
いた同期機であることを特徴とする電気自動車の駆動シ
ステム。 - 【請求項5】 請求項1,2,3または4記載の電気自
動車の駆動システムにおいて、 前記エンジンスタータの電力を補助蓄電装置から供給す
ることを特徴とする電気自動車の駆動システム。
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