JP5383614B2

JP5383614B2 - 車両用駆動システム

Info

Publication number: JP5383614B2
Application number: JP2010207203A
Authority: JP
Inventors: 貴史堂元
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2010-09-15
Filing date: 2010-09-15
Publication date: 2014-01-08
Anticipated expiration: 2030-09-15
Also published as: US20120062027A1; WO2012035756A1; JP2012061942A

Description

本発明の実施形態は、車両用駆動システムに関する。

架線等の電力供給源がない場所を走行するため車両は、車両内に電源装置、電力変換装置、電動機を装備し、電源装置から供給される電力を電力変換装置によって電動機の駆動用電力に変換し、変換された電力により電動機が動作し、車両の走行が可能となる駆動システムを有している。

特開２００３−２０９９６９号公報

電力の供給源をバッテリとしている車両用の駆動システムでは、バッテリのメンテナンスを行うことが必要であった。

本発明が解決しようとする課題は、省保守かつ、電源のない走行場所を走行することのできる車両用駆動システムを提供することである。

実施形態の車両用駆動システムは、回転力を生成するエンジンと、エンジンと接続され、エンジンからの回転力により回転する誘導機と、誘導機と接続され、前記誘導機の残留磁束により生成される交流電力を直流電力に変換するＰＷＭコンバータと、ＰＷＭコンバータと接続され、ＰＷＭコンバータより生成される直流電力を交流電力に変換するＰＷＭインバータと、ＰＷＭインバータと接続され、前記ＰＷＭインバータより生成される交流電力を回転力として回転する電動機と、ＰＷＭコンバータと前記ＰＷＭインバータの間に接続され、充電を行うことが可能なフィルタコンデンサと、ＰＷＭコンバータと前記ＰＷＭインバータの間に接続され、前記フィルタコンデンサの電圧を検出する電圧センサを有している。

第１の実施形態の車両用駆動システムの全体構成を示す図。第２の実施形態の車両用駆動システムの全体構成を示す図。第３の実施形態の車両用駆動システムの全体構成を示す図。第４の実施形態の車両用駆動システムの全体構成を示す図。

以下、実施形態の駆動用システムを図面を参照して説明する。

（第１の実施形態）
第１の実施形態について図を参照し、詳細に説明する。図１は、第１の実施形態の車両用駆動システムの全体構成を示す図である。

（構成）
図１に示すように本実施形態の車両用駆動システムは、エンジン１、誘導機２、ＰＷＭコンバータ３、電圧センサ４、フィルタコンデンサ５、ＰＷＭインバータ６、電動機７、制御部１０、電圧検出部１１、比較部１２、エンジン回転数指令部１３で構成される。
エンジン１は、誘導機２の回転子と接続される。誘導機２の固定子巻線はＰＷＭコンバータ３と接続される。ＰＷＭコンバータ３は、フィルタコンデンサ５を介してＰＷＭインバータ６と接続される。ＰＷＭインバータ６は、電動機７と接続される。電圧センサ４はフィルタ５に並列に接続される。電圧センサ４と接続される制御部１０は、電圧検出部１１、比較部１２、エンジン回転数指令部１３を有している。

制御部１０内では、電圧検出部１１が電圧センサ４と比較部１２と接続する。比較部１２は、電圧検出部１１とエンジン回転数指令部１３と接続する。エンジン回転数指令部１３は、比較部１２とエンジン１と接続する。

（作用）
車両が走行する場合は、通常エンジン１で回転力を得て、その回転力で誘導機２の回転子を回転させる。誘導機２を回転させて、ＰＷＭコンバータ３を運転することで、回生電力が発生し、フィルタコンデンサ５が充電される。フィルタコンデンサ５の充電が終了すると、ＰＷＭコンバータ３からＰＷＭインバータ６へフィルタコンデンサ５を介して直流電力が供給され、供給された直流電力をＰＷＭインバータ６で交流電力に変換し、電動機３に電力を供給することで車両が走行する。このような誘導機２を発電機として利用するには、フィルタコンデンサ５の電圧をＰＷＭコンバータ３が規定値以上に常時確保することが必要になる。

フィルタコンデンサ５の電圧を規定値以上にするため誘導機２の回転子の残留磁束を利用する。残留磁束で誘導機２の回転子を回転させることで、誘導機２の固定子に誘起電圧が発生して、誘導機２よりＰＷＭコンバータ３を介してフィルタコンデンサ５の充電をすることが可能となる。これによりフィルタコンデンサ５の電圧がある規定値以上にまで確保され、誘導機２を発電機として使用することが可能となる。残留磁束を利用することで新たに回路を追加することなく、フィルタコンデンサ５に充電することができる。

上記のように誘導機２を発電機として使用することが可能となると、制御部１０によりフィルタコンデンサ５の電圧を制御する。電圧センサ４により検出される電圧が電圧検出部１１に入力される。電圧検出部１１に入力された電圧は、電圧値（Ｉ）として電圧検出部１１から比較部１２へ入力される。比較部１２に入力された電圧値（Ｉ）は、比較部１２で予め設定されている指令値（Α）と比較される。指令値（Α）は、駆動システム全体が動作可能なフィルタコンデンサの電圧値を示している。そのため、比較部１２での電圧値（Ｉ）＞指令値（Α）と判定され、その比較結果が比較部１２よりエンジン回転数指令部１３へ入力された場合は、フィルタコンデンサ５の電圧が駆動システム全体の稼動に十分な値を確保できているとし、エンジンの回転数が抑制するように制御する。また、比較部１２での電圧値（Ｉ）＜指令値（Α）と判定され、その比較結果が比較部１２よりエンジン回転数指令部１３へ入力された場合は、エンジンの回転数を上げるように制御する。

このように駆動システムが動作可能になるフィルタコンデンサ５の最低限の電圧を確保することで、誘導機２で発生する電力を電動機７に供給し、車両が走行できるようにする。

（効果）
以上述べた実施形態の車両用の駆動システムによれば、エンジンにより車両を駆動させ、誘導機２によりコンバータ動作を確保することにより、省保守かつ、電源のない走行場所を走行することのできる車両用駆動システムを提供することが可能となる。

（第２の実施形態）
第２の実施形態について図を参照し、詳細に説明する。図２は、第２の実施形態の車両用駆動システムの全体構成を示す図である。尚、図１と同一の構成をとるものについては、同符号を付して説明を省略する。

本実施形態は、第１の実施形態とは、非常用電源２２とＤＣ／ＤＣコンバータ２１が接続されている点が異なっている。以下、その点について詳細に説明する。

（構成）
図２に示すように、フィルタコンデンサ５とＰＷＭインバータ６の間には、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１を介して非常用電源２２が接続される。

（作用）
誘導機２の残留磁束がフィルタコンデンサ５を充電するのに十分でない場合、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１を介してフィルタコンデンサ２２を充電する。非常用電源２２を電源とし、フィルタコンデンサ２２を充電することで、誘導機２を発電機として使用することが可能となる。

（効果）
以上述べた少なくともひとつの実施形態の車両用の駆動システムによれば、エンジンにより車両を駆動させ、誘導機２によりコンバータ動作を確保することにより、省保守かつ、電源のない走行場所を走行することのできる車両用駆動システムを提供することが可能となる。

また、誘導機２の残留磁束が小さく、フィルタコンデンサ５の電圧が十分に確保できない場合において、非常用電源２２からの電力供給により電動機７を駆動システムを動作させるために十分な電圧となるまで印加することが可能である。

（第３の実施形態）
第３の実施形態について図を参照し、詳細に説明する。図３は、第３の実施形態の車両用駆動システムの全体構成を示す図である。尚、図１乃至２と同一の構成をとるものについては、同符号を付して説明を省略する。

本実施形態は、第２の実施形態とは、第１ギア３１、発電機３２、整流器３３を有している点が異なっている。以下、その点について詳細に説明する。

（構成）
図３に示すように、エンジン１には第１ギア３１が接続される。エンジン１と第１ギア３１の接続部と反対側で、第１ギア３１と誘導機２と発電機３２が接続される。誘導機２側の接続関係は、第１の実施形態と同様である。

発電機３２は、第１ギア３１の接続部の反対側に、整流器３３が接続される。また、整流器３３はフィルタコンデンサ５とＰＷＭインバータ６の間に接続される。

（作用）
誘導機２の残留磁束が小さく、第１の実施形態の制御部１０によりフィルタコンデンサ５を充電するのに十分でないと判定された場合、エンジン１を稼動させる。エンジン１を稼動させると、第１ギア３１が回転するため、発電機３２が回転する。発電機３２が回転すると、交流電力が発生する。発電機３２より発生した交流電力は、整流器３３で整流され、フィルタコンデンサ５へ供給される。フィルタコンデンサ５が十分に充電されると、駆動システム全体が動作するようになる。

また、本実施形態の発電機３２と整流器３３の間に、発電機３２の出力電圧の調整のためにトランスを介してもよい。

また、本実施形態は誘導機３２からの供給電力を交流としたが、直流発電機を適用することも可能であり、その場合は、発電機３２の代わりにＤＣ／ＤＣコンバータ等を設置し、ＰＷＭインバータ６へ入力する直流電力を生成することも可能である。

（効果）
以上述べた少なくともひとつの実施形態の車両用の駆動システムによれば、エンジンにより車両を駆動させ、誘導機２によりコンバータ動作を行うことにより、省保守かつ、電源のない走行場所を走行することのできる車両用駆動システムを提供することが可能となる。

（第４の実施形態）
第４の実施形態について図を参照し、詳細に説明する。図４は、第４の実施形態の車両用駆動システムの全体構成を示す図である。尚、図１乃至３と同一の構成をとるものについては、同符号を付して説明を省略する。

本実施形態は、第１の実施形態とは、第１ギア４１と第２ギア４２が接続している点が異なっている。以下、その点について詳細に説明する。

（構成）
図４に示すように、エンジン１と誘導機２の間に第１ギアが接続される。また、電動機７がＰＷＭインバータ６と接続される反対側には第２ギア４２が接続される。また第１ギア４１と第２ギア４２は接続される。

（作用）
誘導機２の残留磁束が小さく、第１の実施形態の制御部１０によりフィルタコンデンサ５を充電するのに十分でないと判定された場合、エンジン１を稼動させる。エンジン１を稼動させると、第２ギア４１が回転する。第２ギアの回転することで、回転力が第３ギア４２に伝わり、第３ギア４２が回転する。第３ギア４２が回転すると、その回転力により電動機７が回転する。電動機７が回転すると、その回転力により交流電力が発生し、ＰＷＭインバータ６へ電力が供給される。電動機７の交流電力はＰＷＭインバータ６で直流電力に変換され、フィルタコンデンサ５に供給され、フィルタコンデンサ５が充電される。フィルタコンデンサ５が十分に充電されると、駆動システム全体が動作するようになる。

つまり、フィルタコンデンサ５が誘導機２の残留磁束で十分に充電されない場合でも、機械的な接続のみで、フィルタコンデンサの充電を行うことが可能である。

（効果）
以上述べた少なくともひとつの実施形態の車両用の駆動システムによれば、エンジンにより車両を駆動させ、誘導機２によりコンバータ動作を確保することにより、省保守かつ、電源のない走行場所を走行することのできる車両用駆動システムを提供することが可能となる

１エンジン
２誘導機
３ＰＷＭコンバータ
４電圧センサ
５フィルタコンデンサ
６ＰＷＭインバータ
７電動機
１０制御部
１１電圧検出部
１２比較部
１３エンジン回転数指令部
２１ＤＣ／ＤＣコンバータ
２２電源装置
３１第１ギア
３２第２ギア
４１第３ギア
４２第２電動機
４３整流器

Claims

回転力を生成するエンジンと、
前記エンジンと接続され、前記エンジンからの回転力により回転する誘導機と
前記誘導機と接続され、前記誘導機の残留磁束により生成される交流電力を直流電力に変換するＰＷＭコンバータと、
前記ＰＷＭコンバータと接続され、前記ＰＷＭコンバータより生成される直流電力を交流電力に変換するＰＷＭインバータと、
前記ＰＷＭインバータと接続され、前記ＰＷＭインバータより生成される交流電力を回転力として回転する電動機と、
前記ＰＷＭコンバータと前記ＰＷＭインバータの間に接続され、充電を行うことが可能なフィルタコンデンサと、
前記ＰＷＭコンバータと前記ＰＷＭインバータの間に接続され、前記フィルタコンデンサの電圧を検出する電圧センサと、
を有する車両用駆動システム。
回転力を生成するエンジンと、
前記エンジンと接続され、前記エンジンからの回転力により回転する誘導機と
前記誘導機と接続され、前記誘導機の残留磁束により生成される交流電力を直流電力に変換するＰＷＭコンバータと、
前記ＰＷＭコンバータと接続され、前記ＰＷＭコンバータより生成される直流電力を交流電力に変換するＰＷＭインバータと、
前記ＰＷＭインバータと接続され、前記ＰＷＭインバータより生成される交流電力を回転力として回転する電動機と、
前記ＰＷＭコンバータと前記ＰＷＭインバータの間に接続され、充電を行うことが可能なフィルタコンデンサと、
前記ＰＷＭコンバータと前記ＰＷＭインバータの間に接続され、前記フィルタコンデンサの電圧を検出する電圧センサと、
前記エンジンと前記電圧センサと接続され、前記電圧センサから検出される電圧値に基づき、前記フィルタコンデンサの充電が規定値まで行われていないと判断されると場合は、前記エンジンの回転数を増大し、前記フィルタコンデンサの受電が規定値まで行われていると判断される場合には、前記エンジンの回転数を減少する制御部と、
を有する車両用駆動システム。
回転力を生成するエンジンと、
前記エンジンと接続され、前記エンジンからの回転力により回転する誘導機と
前記誘導機と接続され、前記誘導機の残留磁束により生成される交流電力を直流電力に変換するＰＷＭコンバータと、
前記ＰＷＭコンバータと接続され、前記ＰＷＭコンバータより生成される直流電力を交流電力に変換するＰＷＭインバータと、
前記ＰＷＭインバータと接続され、前記ＰＷＭインバータより生成される交流電力を回転力として回転する電動機と、
前記ＰＷＭコンバータと前記ＰＷＭインバータの間に接続され、充電を行うことが可能なフィルタコンデンサと、
前記ＰＷＭコンバータと前記ＰＷＭインバータの間に接続され、前記フィルタコンデンサの電圧を検出する電圧センサと、
前記フィルタコンデンサと前記ＰＷＭインバータの間に接続され、前記誘導機の残留磁束が不十分で前記フィルタコンデンサの充電が規定値まで行えない場合は、電力の供給源となる非常用電源と、
前記非常用電源と接続され、前記時常用電源からの直流電力を整流するＤＣ／ＤＣコンバータと、
を有する車両用駆動システム。
回転力を生成するエンジンと、
前記エンジンと接続され、前記エンジンからの回転力により回転する誘導機と
前記誘導機と接続され、前記誘導機の残留磁束により生成される交流電力を直流電力に変換するＰＷＭコンバータと、
前記ＰＷＭコンバータと接続され、前記ＰＷＭコンバータより生成される直流電力を交流電力に変換するＰＷＭインバータと、
前記ＰＷＭインバータと接続され、前記ＰＷＭインバータより生成される交流電力を回転力として回転する電動機と、
前記ＰＷＭコンバータと前記ＰＷＭインバータの間に接続され、充電を行うことが可能なフィルタコンデンサと、
前記ＰＷＭコンバータと前記ＰＷＭインバータの間に接続され、前記フィルタコンデンサの電圧を検出する電圧センサと、
前記フィルタコンデンサと前記ＰＷＭインバータの間に接続され、前記誘導機の残留磁束が不十分で前記フィルタコンデンサの充電が規定値まで行われない場合に、前記フィルタコンデンサの充電のための電力の供給源となる第２電動機と、
前記誘導機と前記第２電動機と前記エンジンの間に接続され、前記エンジンの回転力を前記第２電動機への回転力する第１ギアと、
を有する車両用駆動システム。
回転力を生成するエンジンと、
前記エンジンと接続され、前記エンジンからの回転力により回転する誘導機と
前記誘導機と接続され、前記誘導機の残留磁束により生成される交流電力を直流電力に変換するＰＷＭコンバータと、
前記ＰＷＭコンバータと接続され、前記ＰＷＭコンバータより生成される直流電力を交流電力に変換するＰＷＭインバータと、
前記ＰＷＭインバータと接続され、前記ＰＷＭインバータより生成される交流電力を回転力として回転する電動機と、
前記ＰＷＭコンバータと前記ＰＷＭインバータの間に接続され、前記誘導器の残留磁束が不十分で充電を行うことが可能なフィルタコンデンサと、
前記ＰＷＭコンバータと前記ＰＷＭインバータの間に接続され、前記フィルタコンデンサの電圧を検出する電圧センサと、
前記エンジンと前記誘導機の間に接続され、前記エンジンの回転力を前記電動機側の回転力とする第２ギアと、
前記電動機と前記第２ギアと接続され、前記第２ギアからの回転力を受け、前記電動機を回転させる第３ギアと
を有する車両用駆動システム。