专利名称：电驱动系统和混合驱动系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及串联配置发动机、发电机、变换器和电动机的电驱动系统、以 及所述电驱动系统中同时使用电容的串联型混合驱动系统。
背景技术：
以往，已知电汽车驱动系统，该电汽车驱动系统利用连接发动机的发电机 的电力，通过变换器和逆变器等电力变换器驱动电动机，从而得到车辆的动力。 作为这种电汽车驱动系统的一个例子，有发电机至电动机的能量流串联的串联 型组成，还知道在发电机与电动机之间设置电容的串联型混合电汽车驱动系 统。例如，专利文献1主要揭示混合型电汽车驱动系统中在变换器、逆变器发 生故障时的系统组成。即，使交流发电机的极数少于交流电动机的极数，并且 在变换器、逆变器发生故障时将它们从交流发电机和交流电动机断开，把交流 发电机和交流电动机直接连接，利用交流发电机供给的交流电直接驱动交流电 动机。这样，专利文献1中，设置将设置在交流发电机与交流电动机之间的变 换器和逆变器旁路的电路，其目的在于电力变换器发生故障时也确保驱动力， 从而提高工作可靠性。专利文献l:日本国特开平11 — 341607号公报然而，配备将电力变换器旁路从而能将交流发电机和交流电动机直接连接 的电路的上述已有电汽车驱动系统，以提高故障时的工作可靠性为目的，有在 用于各种目的包括非故障时的移动体中应用时，发动机的运转需要转速范围 大，存在发动机的燃料费和排放气体恶化，从而不能提高系统效率的问题。因 此，利用上述旁路电路的组成，限于发生故障时使用。而且，为了将上述已有电汽车驱动系统也用于发生故障时以外的巡航运转
时，在结合用于各种目的的移动体的巡航速度生产车辆的情况下，存在必须增 加多种电动机和发电机门类的问题。本发明是鉴于上述情况而完成的，其目的在于得到一种电驱动系统和混合 驱动系统，其中除确保电力变换器发生故障时的驱动力外，还能对故障时以外 的使用使发动机的燃料费和排放气体良好，而且减少生产符合其巡航速度的移 动体时的发电机和发动机的门类数。发明内容为了解决上述课题并达到目的，本发明的电驱动系统，用于驱动移动体， 其中配备发动机；连接此发动机并产生交流电的交流发电机；将此交流发电 机供给的交流电变换成直流电的交流一直流变换器；将此交流一直流变换器输 出的直流电变换成交流电的直流一交流变换器；由此直流一交流变换器输出的 交流电驱动的交流电动机；以将所述交流一直流变换器和所述直流一交流变换 器旁路的方式，把所述交流发电机和所述交流电动机直接连接的旁路部；可将 所述交流发电机至所述交流电动机的电路径，切换到经过所述旁路部或所述交 流一直流变换器和所述直流一交流变换器的路径的旁路切换部；可作所述交流 发电机的极数切换的发电机极数切换部；可作所述交流电动机的极数切换的电 动机极数切换部；判断所述移动体是否用预先设定的巡航速度运转的巡航速度 判断部；以及控制部，该控制部在所述巡航速度判断部判断为所述移动体达到 所述巡航速度时，使所述旁路切换部进行切换，从而通过所述旁路部将所述交 流发电机与所述交流电动机连接，并切换所述交流发电机极数和所述交流电动 机的极数的至少一方，而且将所述交流发电机的频率和所述交流电动机的频率 设定为适应所述巡航速度的值。根据本发明，由巡航速度判断部判断为移动体达到巡航速度时，通过旁路 部将交流发电机和交流电动机直接连接，并切换交流发电机和交流电动机的极 数，按照巡航速度设定交流发电机的频率和交流电动机的频率且进行驱动，因 此取得即使巡航运转时也能使燃料费和排放气体得到改善的效果。而且，巡航运转时，按照根据移动体的目的设定的巡航速度设定交流发电
机的频率和交流电动机的频率，因此制造时能减少发电机和电动机的门类数， 取得容易生产的效果。
图1是示出本发明电驱动系统实施方式1的组成的框图。图2是示出一般发电机特性、实施方式1中的加减速模式的转速设定值和 巡航速度模式的转速设定范围的图。图3的(a)是示出一例极数可切换的发电机和电动机的线圈结构以及极数切 换例的图，(b)是示出另一例极数可切换的发电机和电动机的线圈结构以及极数 切换例的图，(c)是示出又一例极数可切换的发电机和电动机的线圈结构以及极 数切换例的图。 .图4是示出本发明电驱动系统实施方式2的组成的框图。 图5是示出实施方式3的巡航速度判断部的组成的图。 图6是示出本发明电驱动系统实施方式4的组成的框图。 图7是示出本发明电驱动系统实施方式5的组成的框图。 图8是示出本发明电驱动系统实施方式6的组成的框图。 图9是示出本发明电驱动系统实施方式7的组成的框图。 标号说明l是发动机，2是发电机，3是交流一直流变换器，4是电容，5是直流一交 流变换器，6是感应电动机，7是传动装置，8是驱动轴，9是差动齿轮，10是 车轮，11、23是运转台，12是主控制器(巡航速度判断部)，13是发动机控制模 件，14、 15是变换器控制电路，16是发动机旁路开关，n是电动机旁路开关， 18是旁路部，19、 20是发电机极数切换开关，21、 22是电动机极数切换开关， 24是ETC， 25是导航系统，26是运行管理系统，27是发电机极数切换信号， 28是电动机极数切换信号。
具体实施方式
根据附图详细说明本发明的电驱动系统实施方式。再者此实施方式并非限
定本发明。实施方式1图1是示出本发明电驱动系统实施方式1的组成的框图；图2是示出一般 发电机特性、实施方式1中的加减速模式的转速设定值和巡航速度模式的转速 设定范围的图；图3的(a) (c)分别是示出极数可切换的发电机和电动机的线圈 结构例以及极数切换例的图。如图1所示，本实施方式的电驱动系统，用于驱动移动体，其中配备发 动机l;连接发动机1并产生交流电的交流发电机2;将交流发电机2供给的 交流电变换成直流电的交流一直流变换器3;储蓄交流一直流变换器3输出的 直流电的电容4;将交流一直流变换器3输出的直流电变换成交流电的直流一交流变换器5;以及由直流一交流变换器5输出的交流电驱动的感应电动机6。 这样，本实施方式中，将发动机l、发电机2、交流一直流变换器3、直流一交 流变换器5、以及感应电动机6串联，构成串联型的组成，并构成在交流一直 流变换器3与直流一交流变换器5之间设置电容4的串联混合型，但本发明对 不设电容4的组成也同样可用。又，本实施方式使用例如感应电动机6，但不 限于此，也能使用其它类型的电动机。本实施方式还配备切换感应电动机6的转速和转矩的传动装置7、驱动轴8、 差动齿轮9、以及设置在连接差动齿轮9的车轴的两端的车轮10，表示例如汽 车、公共汽车、卡车等的电驱动系统。本实施方式还配备可切换发电机2的极数的发电机极数切换开关19和20、 以及可切换感应电动机6的极数的电动机极数切换开关21和22，发电机2作 为极数可切换的发电机起作用，感应电动机6作为极数可切换的电动机起作用。 发电机极数切换开关19以对应于U、 V、 W这三相配备3个转换器的方式加以 构成，发电机极数切换开关20以对应于U、 V、 W这三相配备3个开关的方式 加以构成。电动机极数切换开关21以对应于U、 V、 W这三相配备3个转换器 的方式加以构成，电动机极数切换开关22以对应于U、 V、 W这三相配备3个 开关的方式加以构成。图3的(a)是示出一例极数可切换的发电机2或感应电动 机6的线圈结构和极数切换例的图，以对比左侧所示低速时的结构和右侧所示 高速时的结构的方式示出。如图3的(a)所示，通过切换2个极数切换开关，使 低速时和高速时的结构不同，低速时加大极数，而高速时减少极数。图3的(b)、 图3的(c)分别是示出与图3的(a)不同的极数可切换发电机2或感应电动机6的 线圈结构和极数切换例的图，与(a)同样，也在左侧示出低速时的结构，在右侧 示出高速时的结构。本实施方式还配备将交流一直流变换器3、电容4和直流一交流变换器5旁 路并将发电机2与感应电动机6直接连接的例如作为连接线的旁路部18、以及 可将发电机2至感应电动机6的电路径切换到包含交流一直流变换器3、电容 4和直流一交流变换器5的电路或旁路部18的2个切换开关、即发电机旁路开 关16和电动机旁路开关17。发电机旁路开关16是设置在发电机2与交流一直 流变换器3之间的切换开关，电动机旁路开关17是设置在直流一交流变换器5 与感应电动机6之间的切换开关。而且，将发电机极数切换开关19设置在发 电机2与发电机旁路开关16之间，将电动机极数切换开关21设置在电动机旁 路开关H与感应电动机6之间。本实施方式还配备进行发动机1的控制的发动机控制模件(ECM)13、进行交 流一直流变换器3的控制的作为驱动器的变换器控制电路14、进行直流一交流 变换器5的控制的作为驱动器的变换器控制电路15进行包含发动机控制模件 (ECM)13、变换器控制电路14、 15等的系统的控制的主控制器12、以及连接 主控制器12并配备各种传感器从而可进行系统总体控制的运转台11。主控制器12具备作为巡航速度判断部的功能，由此速度判断部进行是否用 巡航速度运行的判断。这里，巡航速度是指作为移动体的状态长时间且使用得 多的实质上恒定的速度，是根据客户要求的规格等并按照移动体预先设定的。 例如移动体是主要在高速公路上运行的公共汽车的情况下，巡航速度是高速公 路的运行时的典型速度。又，将发电机旁路开关16和电动机旁路开关15分别 连接到主控制器12，由主控制器12控制它们的切换。再者，本实施方式中， 取为主控制器12具备作为巡航速度判断部的功能，但也可取为使巡航速度判 断部独立的组成。运转台11中设置加速踏板传感器、刹车传感器、变速杆和速度传感器等各
种传感器、控制设备，将来自运转台11的控制指令、这些传感器取得的信息 等输入到主控制器12。接着，参照图l和图2说明本实施方式的动作。首先，说明本移动体加减速时的动作。停止时，将发电机旁路开关16设定成把发电机2与交流一直流 变换器3连接，此外，将电动机旁路开关17设定成把直流一交流变换器5与 感应电动机6连接。然后，根据来自运转台11的指令，从停止状态进行加速 时，通过主控制器12、发动机控制模件13驱动发动机1，由发动机1驱动发 电机2，使其产生交流电。将发电机2产生的交流电经发电机极数切换开关19、 发电机旁路开关16输入到交流一直流变换器3，变换成直流电后加以输出。从 交流一直流变换器3输出的直流电能用于电容4的充电，将从交流一直流变换 器3输出的直流电或从电容4放电的直流电输入到直流一交流变换器5，变换 成交流电后加以输出。将直流一交流变换器5输出的交流电经电动机旁路开关 17、电动机极数切换开关21输入到感应电动机6，利用供给的交流电驱动感应 电动机6，并产生转矩。该转矩通过传动装置7、驱动轴8、差动齿轮9，使车 辆10旋转。图2示出发动机1的一般特性，将横轴作为转速(rpm:转/秒)， 描绘马力与转矩曲线。移动体加减速时，发动机1利用图2的发动机特性进行 运转，使转速变化造成的损耗不发生。即，使发动机l的转速恒定，对燃料费、 排放气体等有利，所以如图2的加减速模式A所示，以设定成恒定转速的方式 驱动移动体。3^时，交流一直流变换器3和直流一交流变换器5各自的变换效 率为95%左右，变换器系统总效率为90%左右。接着，说明本移动体巡航运转时的动作。主控制器12的巡航速度判断部判 断为本移动体用巡航速度运转时，切换发电机旁路切换开关16和电动机旁路 切换开关17，使发电机2和感应电动机6通过旁路部18连接。进而，按照巡 航速度设定发电机极数切换开关19和20、电动机极数切换开关21和22，设 定线圈、传动装置7、差动齿轮9，使发动机1的转速与巡航速度一致，形成 发电机频率与电动机频率实质上相等。S卩，发动机1从图2所示的加减速模式 A变成巡航速度模式B，并按照移动体的速度控制发动机转速。再者，图2中， 示出与巡航速度模式A对应的转速范围根据运行状况按移动体的巡航速度具有宽度。这样，通过旁路部18将发电机2与感应电动机6直接连接，不进行变换器的电变换，通过改变极数就将转速设定成与满足移动体的目的的巡航速度 一致。再者，与已有技术相同，也在变换器发生故障时，可通过利用以旁路部18 为中介，将发电机2与感应电动机6直接连接的组成，得到驱动力。根据本实施方式，能由发电机极数切换开关19和20、电动机极数切换开关 21和22切换发电机极数和电动机极数，并添加由巡航速度判断部判断移动体 巡航速度的功能，从而在移动体用巡航速度运转时，以旁路部18为中介将发 电机2与感应电动机6直接连接，用适应巡航速度的发动机转速进行控制并驱 动，所以无交流一直流变换器3和直流一交流变换器5中的损耗，使燃料费、 排放气体得到改善，能进行效率良好的运转。利用这种组成，串联型混合系统 能改善比并联型混合系统效率差的巡航速度上的燃料费、排放气体。又，变换器发生故障时以通过旁路部将交流发电机与交流电动机直接连接 的方式进行驱动的已有电汽车驱动系统(例如参考专利文献l)中，在以变换器发 生故障时以外也利用此组成为目的并结合用于各种目的的移动体的巡航速度 生产车辆的情况下，必须增加多种电动机和发电机门类。本实施方式中，可按照根据移动体的目的决定的巡航速度切换交流电动机的输入频率和交流发电 机的发电频率，所以取得发电机、电动机的门类少从而容易生产的效果。再者，本实施方式中以电力车辆为例作说明，但本发明不限于此，也能用 于其它移动体。例如，取为将感应电动机6或驱动轴8连接到螺旋桨的组成， 则可用于船舶。此情况下，海洋上发生故障时，可通过旁路直连对付非常事态。实施方式2图4是示出本发明电驱动系统实施方式2的组成的框图。如图4所示，本 实施方式结构上做成将实施方式1的电驱动系统的运转台11置换成运转台23， 并且运转台23上设置的变速杆或巡航速度模式幵关通过本移动体运转者手动， 能指令巡航速度模式。本实施方式中，由本移动体的运转者通过变速杆或巡航 速度模式开关指定巡航速度模式时，以实施方式1说明的巡航速度模式进行运
转。S卩，本实施方式中，利用通过变速杆或巡航速度模式开关的手动指令进行 巡航速度判断部的巡航速度判断。再者，本实施方式的其它组成与实施方式1 的组成相同，所以图4中，对同一组成单元标注同一标号，省略其详细说明。 这样，根据本实施方式，由于设置手动指定巡航速度模式的功能，具有的 效果能在巡航速度模式自动判断困难的状况下的移动中，按照运转者的意志进 行巡航速度模式的效率良好的运转。实施方式3本实施方式在实施方式1的组成中，作为巡航速度判断部，利用设置在运 转台的速度传感器检测出的速度传感器信号。图5是示出本实施方式中主控制器12内的对速度传感器信号作出响应的巡航速度判断部的组成的图。如图5所示，示出的状况把用"速度"表示的速度传感器信号与作为相当于预先设定的巡航速度上限值的信号的巡航速度上限50、和作为相当于也同样预先设定的 巡航速度下限值的信号的巡航速度下限51进行比较，并判断为检测出的速度 处在巡航速度上限值与巡航速度下限值之间时，输出巡航速度模式指令。图5 中，将巡航速度上限50和速度传感器信号输入到运算放大器52，而将巡航速 度下限51和速度传感器信号输入到运算放大器53，并通过AD变换器54、 55 将运算放大器52、 53的输出分别输入到SR(置位一复位)型触发器56，在检测 出的速度处于巡航速度上限值与巡航速度下限值之间的情况下，输出巡航速度 模式指令。这样，根据本实施方式，由于按照速度传感器的检测速度自动判断巡航速 度模式，具有即使运转者不作指示也可以的效果。实施方式4图6是示出本发明电驱动系统实施方式4的组成的框图。如图6所示，本 实施方式在实施方式1的电驱动系统的组成中添加ETC (Electronic Toll Collection:自动收费系统)车载设备24，利用高速公路或汽车专用道等的自动 收费系统判断巡航速度。即，本移动体为车辆且在高速公路或汽车专用道等上
行驶的情况下，利用车辆通过收费关卡等时检测出的信号判断巡航速度模式 后，以实施方式1中说明的巡航速度模式运转。再者，例如利用设置在路侧的
系统与ETC车载设备24的通信，在主控制器12取得巡航速度模式判断信息。 移动体的速度能例如从移动体依次通过2个关卡时的时间差信息得到。设置在 路恻的系统设有速度传感器的情况下，也可用该速度传感器检测出的速度信 息。本实施方式的其它组成与实施方式1的组成相同，所以图6中对同一组成 单元标注同一标号，省略其详细说明。
这样，根据本实施方式，由于利用ETC24判断巡航速度模式，因此对高速 公路或汽车专用道上使用得多的长途卡车或长途公共汽车，具有能可靠地进行 巡航速度模式判断的效果。
实施方式5
图7是示出本发明电驱动系统实施方式5的组成的框图。如图7所示，本 实施方式在实施方式1的电驱动系统的组成中添加导航系统25，并且在本移动 体是例如汽车的情况下，作为从导航系统25得到的运行信息，利用汽车在高 速公路、汽车专用道或某程度目的处前无信号的公路上运行的信息判断巡航速
度模式，而且本移动体是例如船舶的情况下，利用离开陆地的距离、其它航路 信息等判断巡航速度模式，并以实施方式1中说明的巡航速度模式进行运转。 再者，本实施方式的其它组成与实施方式1的组成相同，所以图7中对同一组 成单元标注同一标号，省略其详细说明。
这样，根据本实施方式，由于利用导航系统25的输出判断巡航速度模式， 具有的效果在移动体是汽车时，不仅在高速公路、汽车专用道而且在信号少的 公路，都能进行巡航速度模式的效率良好的运转，并且移动体是船舶时，也能 进行巡航速度模式的效率良好的运转。
实施方式6
图8是示出本发明电驱动系统实施方式6的组成的框图。如图8所示，本 实施方式在实施方式1的电驱动系统的组成中添加运行管理系统26，并且本移
动体是例如路线公共汽车或火车的情况下，从运行管理系统26利用以恒定速 度连续行驶的区间信息判断巡航速度模式，并以实施方式1中说明的巡航速度 模式进行运转。再者，本实施方式的其它组成与实施方式1的组成相同，所以
图8中对同一组成单元标注同一标号，省略其详细说明。
这样，根据本实施方式，由于利用运行管理系统26的输出判断巡航速度模 式，具有能在配备运行管理系统的公共汽车路线、铁道等中以巡航速度模式效 率良好地运转的效果。
实施方式7
图9是示出本发明电驱动系统实施方式7的组成的框图。本实施方式中， 可设定多个巡航速度，如图9所示，将发电机极数切换开关19和20、电动机 极数切换开关21和22作为主控制器12可在运转中切换用的连接器，并利用 发电机极数切换指令信号27和电动机极数切换指令信号28进行多个巡航速度 的切换。这样，所取组成在运转中例如操作遥控操作开关，并根据来自主控制 器(巡航速度判断部)12的指令，实施发电机2和感应电动机6的极数切换。再 者，本实施方式的其它组成与实施方式1的组成相同，所以图8中对同一组成 单元标注同一标号，省略其详细说明。
本移动体例如在市区和高速公路行驶的长途路线公共汽车等需要多种以恒 定速度行驶的模式的移动体的情况下，巡航速度判断部判断多个巡航速度，市 区行驶中将巡航速度取为35公里/小时(km/h)、高速公路中将巡航速度取为 70公里/小时等，并且按照该速度切换发电机2和感应电动机6的极数，使 发电机频率与电动机频率实质上一致，适应多种巡航速度模式。
根据本实施方式，具有多个恒定速度行驶模式的移动体的情况下，运转中 可切换到满足巡航速度的系统组成，所以具有能在各种速度中以巡航速度模式 效率良好地运转的效果。
工业上的实用性
综上所述，本发明的电驱动装置能合适地用于电驱动方式或串联型混合方 式的公共汽车、卡车和船舶等。
权利要求
1、一种电驱动系统，用于驱动移动体，其特征在于，配备发动机；连接此发动机、并产生交流电的交流发电机；将此交流发电机供给的交流电变换成直流电的交流—直流变换器；将此交流—直流变换器输出的直流电变换成交流电的直流—交流变换器；由此直流—交流变换器输出的交流电驱动的交流电动机；以将所述交流—直流变换器和所述直流—交流变换器旁路的方式，把所述交流发电机和所述交流电动机直接连接的旁路部；可将所述交流发电机至所述交流电动机的电路径，切换到经过所述旁路部或所述交流—直流变换器和所述直流—交流变换器的路径的旁路切换部；可作所述交流发电机的极数切换的发电机极数切换部；可作所述交流发电机的极数切换的电动机极数切换部；判断所述移动体是否用预先设定的巡航速度运转的巡航速度判断部；以及控制部，该控制部在所述巡航速度判断部判断为所述移动体达到所述巡航速度时，使所述旁路切换部进行切换，从而通过所述旁路部将所述交流发电机与所述交流电动机连接，并切换所述交流发电机极数和所述交流电动机极数的至少一方，而且将所述交流发电机的频率和所述交流电动机的频率设定为与所述巡航速度相适应的值。
2、 如权利要求1中所述的电驱动系统，其特征在于，所述巡航速度判断部根据通过所述移动体中设置的变速杆或开关完成的所 述移动体的运转者的手动指令，判断巡航速度。
3、 如权利要求1中所述的电驱动系统，其特征在于， 所述巡航速度判断部根据所述移动体中设置的速度传感器检测出的速度，判断巡航速度。
4、 如权利要求1中所述的电驱动系统，其特征在于， 所述巡航速度判断部利用自动收费系统，判断巡航速度。
5、 如权利要求1中所述的电驱动系统，其特征在于， 所述巡航速度判断部利用导航系统，判断巡航速度。
6、 如权利要求1中所述的电驱动系统，其特征在于， 所述巡航速度判断部利用运行管理系统，判断巡航速度。
7、 如权利要求1至6中任一项所述的电驱动系统，其特征在于， 所述巡航速度判断部判定多个不同的巡航速度，按照判定的巡航速度将进行所述交流发电机极数切换用的发电机极数切换指令信号发送到所述发电机 极数切换部，并将进行所述交流电动机极数切换用的电动机极数切换指令信号 发送到所述电动机极数切换部。
8、 一种混合驱动系统，其特征在于， 配备权利要求1至7中任一项所述的电驱动系统和电容。
全文摘要
本发明的目的为在串联配置发动机、发电机、变换器、电动机的电驱动系统、以及所述电驱动系统中同时使用电容的串联型混合驱动系统中，除确保变换器发生故障时的驱动力外，还能对故障时以外的使用使发动机的燃料费和排放气体良好，而且减少生产符合其巡航速度的移动体时的发电机和发动机的门类数。为此，所取组成设置判断移动体的巡航速度的功能并可分别切换发电机的极数和电动机的极数。判断为移动体以巡航速度运转时，通过旁路部将发电机和电动机直接连接，按照巡航速度切换发电机的极数和电动机的极数并进行运转。
文档编号B60W10/08GK101400536SQ200780002039
公开日2009年4月1日 申请日期2007年4月24日 优先权日2007年4月24日
发明者小林知宏 申请人:三菱电机株式会社