以下に、本発明にかかる電気駆動システ� ��の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明� ��る。なお、この実施の形態によりこの発明� ��限定されるものではない。

実施の形態1.
 図1は、本発明にかかる電気駆動システムの 実施の形態1の構成を示すブロック図である� �また、図2は、一般的なエンジン特性と、本� ��施の形態における、加減速モードでの回転� ��設定値、および巡航モードでの回転数設定� ��囲を示す図であり、図3の(a)~(c)は、それぞ� �、極数の切り換えが可能な発電機および電� �機の巻線の構造の例と、極数の切り換え例� �示す図である。

 図1に示すように、本実施の形態にかかる 電気駆動システムは移動体を駆動させるため の装置であって、エンジン1と、エンジン1に� ��結され交流電力を発電する発電機2と、発電 機2により発電された交流電力を直流電力に� �換するAC/DC変換器3と、AC/DC変換器3が出力す� �直流電力を蓄える蓄電器4と、AC/DC変換器3、� ��電器4から供給される直流電力を交流電力に 変換して出力するDC/AC変換器5と、DC/AC変換器5 から供給された交流電力により駆動される誘 導発電機6と、を備えている。このように、� �実施の形態では、エンジン1、発電機2、AC/DC� ��換器3、DC/AC変換器5、および誘導発電機6は� �直列に接続されており、シリーズ型のシス� �ムを構成すると共に、AC/DC変換器3とDC/AC変換 器5との間に蓄電器4が設けられたハイブリッ� ��型の構成となっている。なお、本実施の形� ��では、シリーズハイブリット型を例に説明� ��るが、本発明は、蓄電器4を設けない構成に 対しても同様に適用可能である。また、本実 施の形態では、例えば誘導電動機6を使用し� �いるが、これに限定されず、他の種類の電� �機を使用することもできる。

 本実施の形態は、さらに、誘導発電機6の 回転数とトルクを切り替えるためのギア7、� �動軸8、およびディファレンシャルギア9と、 ディファレンシャルギア9に接続された車軸� �両端に設けられた車輪10と、を備え、例えば 、自動車、バス、トラック等における電気駆 動システムを示している。

 本実施の形態は、さらに、発電機2の極数 を切り換えることが可能な発電機極数切換ス イッチ19、20と、誘導電動機6の極数を切り換� ��ることが可能な電動機極数切換スイッチ21� �22と、を備え、発電機2は極数切り換えが可� �な発電機として、誘導電動機6は極数切り換� ��が可能な電動機として機能する。発電機極� ��切換スイッチ19は、U,V,Wの三相に対応して、 3つの切替器を備えて構成され、発電機極数� �換スイッチ20は、U,V,Wの三相に対応して、3つ の開閉器を備えて構成されている。また、電 動機極数切換スイッチ21は、U,V,Wの三相に対� �して、3つの切替器を備えて構成され、電動� ��極数切換スイッチ22は、U,V,Wの三相に対応し て、3つの開閉器を備えて構成されている。� �3の(a)は、極数の切り換えが可能な発電機2ま たは誘導電動機6における巻線の構造の一例� �、極数の切り換え例を示す図であり、左側� �示す低速時における構造と、右側に示す高� �時における構造とを対比して示している。� �3の(a)に示すように、2つの極数切換スイッチ を切り換えることにより、低速時と高速時と では構造が異なり、低速時には極数を大きく し、一方、高速時には極数を小さくする。ま た、図3の(b)、図3の(c)は、それぞれ、図3の(a) とは別の、極数の切り換えが可能な発電機2� �たは誘導電動機6における巻線の構造と、極� ��の切り換え例を示す図であり、(a)と同様に� ��左側に低速時における構造が示され、右側� ��高速時における構造が示されている。

 本実施の形態は、さらに、AC/DC変換器3、� ��電器4、およびDC/AC変換器5をバイパスし、発 電機2と誘導電動機6とを直接接続する例えば� ��続線としてのバイパス部18と、発電機2から� ��導電動機6に至る電力の流路を、AC/DC変換器3 、蓄電器4、およびDC/AC変換器5を含む回路、� �たはバイパス部18に切り換えることが可能な 2つの切り換えスイッチ、すなわち、発電機� �イパススイッチ16と、電動機バイパススイッ チ17と、を備えている。発電機バイパススイ� ��チ16は、発電機2とAC/DC変換器3との間に設け� ��れた切り換えスイッチであり、電動機バイ� ��ススイッチ17は、DC/AC変換器5と誘導電動機6� ��の間に設けられた切り換えスイッチである� ��また、発電機極数切換スイッチ19は、発電� �2と発電機バイパススイッチ16との間に設け� �れており、電動機極数切換スイッチ21は、電 動機バイパススイッチ17と誘導電動機6との間 に設けられている。

 本実施の形態は、さらに、エンジン1の制 御を行うエンジン制御モジュール(ECM)13と、AC /DC変換器3の制御を行うドライバとしての変� �器制御回路14と、DC/AC変換器5の制御を行うド ライバとしての変換器制御回路15と、エンジ� ��制御モジュール(ECM)13、変換器制御回路14、1 5等を含むシステムの制御を行うメインコン� �ローラ12と、メインコントローラ12に接続さ� ��、各種のセンサを備えてシステム全体の制� ��を行うことが可能な運転台11と、を備えて� �る。

 メインコントローラ12は、巡航速度判定� �としての機能を備えており、この巡航速度� �定部により、本移動体が巡航速度で運行し� �いるか否かの判定を行う。ここで巡航速度� �は、移動体の状態として長時間多用される� �ぼ一定の速度であり、顧客からの要求仕様� �に基づいて移動体に応じて予め設定される� �度である。例えば移動体が主に高速道路を� �行するバスである場合には、巡航速度は高� �道路の運行時における典型的な速度である� �また、発電機バイパススイッチ16および電動 機バイパススイッチ17は、それぞれメインコ� ��トローラ12に接続されており、それらの切� �換えはメインコントローラ12の制御によりな される。なお、本実施の形態では、メインコ ントローラ12に、巡航速度判定部としての機� ��が備えられているとしたが、巡航速度判定� ��を独立した構成とすることもできる。

 運転台11には、アクセルセンサ、ブレー� �センサ、シフトレバー、および速度センサ� �の各種センサ、制御機器が設けられており� �運転台からの制御指令、これらのセンサが� �得する情報等は、メインコントローラ12に入 力される。

 次に、本実施の形態の動作について、図1 および図2を参照して説明する。まず、本移� �体の加減速時における動作について説明す� �。停止時には、発電機2とAC/DC変換器3とを接� ��するように発電機バイパススイッチ16を設� �し、さらに、DC/AC変換器5と誘導電動機6とを� ��続するように電動機バイパススイッチ17を� �定する。そして、運転台11からの指令に基づ き、停止状態から加速する際には、メインコ ントローラ12、エンジン制御モジュール13を� �して、エンジン1を駆動させ、エンジン1によ り発電機2を駆動させて交流電力を発生させ� �。発電機2により発生した交流電力は発電機� ��数切換スイッチ19、発電機バイパススイッ� �16を経て、AC/DC変換器3に入力され直流電力に 変換された後に出力される。AC/DC変換器3から 出力される直流電力は、蓄電器4の充電に利� �することができ、AC/DC変換器3から出力され� �直流電力または蓄電器4から放電される直流� ��力は、DC/AC変換器5に入力され交流電力に変� ��された後に出力される。DC/AC変換器5から出� ��される交流電力は、電動機バイパススイッ� ��17、電動機極数切換スイッチ21を経て、誘導 電動機6に入力され、供給された交流電力に� �り誘導電動機6は駆動され、発生するトルク� ��、ギア7、駆動軸8、ディファレンシャルギ� �9を介して車輪10を回転させる。図2では、エ� ��ジン1の一般的な特性が示されており、横軸 を回転数(rpm:回転毎分)として、馬力とトルク 曲線が描かれている。移動体の加減速時にお いては、エンジン1は、図2のエンジン特性に� ��いて、燃費、排ガスの良好な一定回転数を� ��用し、回転数変化による損失が発生しない� ��うに運転される。すなわち、エンジン1の回 転数を一定にすることが燃費、排ガス等に対 しては有利であるため、図2の加減速モードA� ��示すように、一定の回転数に設定して移動� ��を駆動させる。このとき、AC/DC変換器3とDC/A C変換器5のそれぞれの変換効率は95%程度であ� ��、変換器システムの総合効率は90%程度とな� ��。

 次に、本移動体の巡航運転時における動� ��について説明する。メインコントローラ12� �おける巡航速度判定部によって本移動体が� �航速度で運転していると判定されると、発� �機2と誘導電動機6とがバイパス部18を介して� ��続するように、発電機バイパス切換スイッ� ��16と電動機バイパス切換スイッチ17とが切換 えられる。さらに、巡航速度に応じて、発電 機極数切換スイッチ19、20、電動機極数切換� �イッチ21、22を切り換え、巻線、ギア7、ディ ファレンシャルギア9を設定し、エンジン1の� ��転数を巡航速度に合わせ、発電機周波数と� ��動機周波数とがほぼ等しくなるようにする� ��すなわち、エンジン1は、図2に示す加減速� �ードAから、巡航モードBとなって、移動体の 速度に応じてエンジン回転数が制御される。 なお、図2において、巡航モードAに対応する� ��転数の範囲は、運行状況により移動体の巡� ��速度に幅があることを表している。このよ� ��に、巡航運転時においては、バイパス部18� �介して発電機2と誘導電動機6とを直結し、変 換器による電気変換を行わず、極数を変更し て回転数を移動体の目的に応じた巡航速度に 合わせるように設定する。

 なお、従来と同様に、変換器が故障した� ��合にも、バイパス部18を介して発電機2と誘� ��電動機6とを直結する構成を利用することに より、駆動力を得ることができる。

 本実施の形態によれば、発電機極数切換� ��イッチ19、20、電動機極数切換スイッチ21、2 2により発電機極数と電動機極数を切換可能� �すると共に、巡航速度判定部により移動体� �巡航速度を判定する機能を付加することに� �り、移動体の巡航速度での運転時には、バ� �パス部18を介して発電機2と誘導電動機6とを� ��接接続し、巡航速度に応じたエンジン回転� ��で制御して駆動するようにしたので、AC/DC� �換器3とDC/AC変換器5での損出をなくし、燃費� ��排出ガスを向上させ、効率の良い運転を行� ��ことができる。このような構成により、シ� ��ーズ型ハイブリット方式が、パラレル型ハ� ��ブリット方式に比べて効率が悪いといわれ� ��巡航速度での燃費、排ガスを改善できる。

 また、変換器の故障時に、バイパス部を� ��して交流発電機と交流電動機とを直結して� ��両を駆動する従来の電気自動車の駆動シス� ��ム(例えば、特許文献1を参照)において、こ� ��従来の構成を変換器の故障時以外にも利用� ��ることを目的として、様々な目的に使用さ� ��る移動体の巡航速度に合わせて車両を生産� ��る場合、複数種類の発電機と電動機をライ� ��アップしなければならない。本実施の形態� ��は、移動体の目的から決まる巡航速度に応� ��て、交流電動機の入力周波数および交流発� ��機の発電周波数を切り替えればよいので、� ��電機、電動機のラインナップの数を少なく� ��き、生産を容易にするという効果を奏する� ��

 なお、本実施の形態では、電気車を例に� ��明したが、本発明はこれに限定されず、他� ��移動体にも適用することができる。例えば� ��誘導電動機6または駆動軸8がスクリューに� �続される構成とすれば、船舶にも応用可能� �ある。この場合、洋上での故障時において� �バイパス直結することで非常事態時にも対� �することができる。

実施の形態2.
 図4は、本発明にかかる電気駆動システムの 実施の形態2の構成を示すブロック図である� �図4に示すように、本実施の形態は、実施の� ��態1の電気駆動システムの運転台11が運転台2 3に置き換えられたものであり、運転台23に設 けられたシフトレバーまたは巡航モードスイ ッチは、本移動体の運転者が手動で巡航モー ドを指令できるように構成されている。本実 施の形態では、シフトレバーまたは巡航モー ドスイッチを介して本移動体の運転者によっ て巡航モードが指定されると、実施の形態1� �説明した巡航モードで運転される。すなわ� �、本実施の形態では、巡航速度判定部によ� �巡航速度の判定を、シフトレバーまたは巡� �モードスイッチを介した手動の指令により� �っている。なお、本実施の形態のその他の� �成は、実施の形態1の構成と同様であるため� ��図4においては、同一の構成要素には、同一 の符号を付してその詳細な説明を省略する。

 このように、本実施の形態によれば、巡� ��モードを手動指定する機能を設けたことに� ��り、巡航モードの自動判定が困難な状況下� ��の移動においても、運転者の意志によって� ��航モードによる効率の良い運転を行うこと� ��できるという効果がある。

実施の形態3.
 本実施の形態は、実施の形態1の構成におい て、巡航速度判定部として、運転台に設けら れた速度センサが検出する速度センサ信号を 利用するものである。図5は、本実施の形態� �おけるメインコントローラ12内での速度セン サ信号に応じた巡航速度判定部の構成を示す 図である。図5に示すように、「速度」で表� �れた速度センサ信号は、予め設定された巡� �速度の上限値に相当する信号である巡航速� �上限50と、同様に予め設定された巡航速度の 下限値に相当する信号である巡航速度下限51� ��比較され、検出された速度が巡航速度上限� ��と巡航速度下限値の間にあると判定される� ��、巡航モード指令が出力される様子を示し� ��いる。図5では、巡航速度上限50と速度セン� ��信号はオペアンプ52に入力され、一方、速� �センサ信号と巡航速度下限51はオペアンプ53� ��入力され、オペアンプ52、53の出力はそれぞ れAD変換器54、55を介してSR(セット―リセット )型フリップフロップ56に入力され、検出され た速度が巡航速度上限値と巡航速度下限値と の間にある場合には巡航モード指令が出力さ れる。

 このように本実施の形態によれば、速度� ��ンサの検出速度に応じて自動的に巡航モー� ��が判定されるので、運転者が巡航モードの� ��示をしなくてもよいという効果がある。

実施の形態4.
 図6は、本発明にかかる電気駆動システムの 実施の形態4の構成を示すブロック図である� �図6に示すように、本実施の形態は、実施の� ��態1の電気駆動システムの構成に、ETC(Electron ic Toll Collection:自動料金収受システム)車載� �24が加わったものであり、高速道路または自 動車専用道等における自動料金収受システム を利用して巡航速度を判定するものである。 すなわち、本移動体が車両で、高速道路また は自動車専用道等を走行する場合に、車両が ゲート等を通過する際に検出される信号によ り巡航モードが判定され、実施の形態1で説� �した巡航モードで運転される。なお、巡航� �ード判定情報は、例えば、路側に設置され� �システムとETC車載器24との通信により、メイ ンコントローラ12にて取得される。移動体の� ��度は、例えば、移動体が2つのゲートを順次 通過したときの時間差情報から得ることがで きる。また、路側に設置されたシステムに速 度センサが設けられている場合には、その速 度センサで検出された速度情報を用いること もできる。本実施の形態のその他の構成は、 実施の形態1の構成と同様であるため、図6に� ��いては、同一の構成要素には、同一の符号� ��付してその詳細な説明を省略する。

 このように、本実施の形態によれば、ETC2 4を利用して巡航モードが判定されるので、� �速道路または自動車専用道を多用する長距� �トラック、長距離バスに対して、巡航モー� �の判定が確実に行えるという効果がある。

実施の形態5.
 図7は、本発明にかかる電気駆動システムの 実施の形態5の構成を示すブロック図である� �図7に示すように、本実施の形態は、実施の� ��態1の電気駆動システムの構成に、ナビゲー ションシステム25が加わったものであり、本� ��動体が例えば自動車の場合には、ナビゲー� ��ョンシステム25から得られる運行情報とし� �、例えば自動車が高速道路、自動車専用道� �またはある程度先まで信号の無い道路を運� �しているといった情報により巡航モードが� �定され、また、本移動体が例えば船舶の場� �には、陸地からの距離、他の航路情報等に� �り巡航モードが判定され、実施の形態1で説� ��した巡航モードで運転される。なお、その� ��の構成は、実施の形態1の構成と同様である ため、図7においては、同一の構成要素には� �同一の符号を付してその詳細な説明を省略� �る。

 このように、本実施の形態によれば、ナ� ��ゲーションシステム25の出力により巡航モ� �ドが判定されるので、移動体が自動車の場� �には高速道路、自動車専用道だけでなく信� �の少ない道路でも巡航モードでの効率の良� �運転ができ、移動体が船舶の場合において� �巡航モードでの効率の良い運転ができると� �う効果がある。

実施の形態6.
 図8は、本発明にかかる電気駆動システムの 実施の形態6の構成を示すブロック図である� �図8に示すように、本実施の形態は、実施の� ��態1の電気駆動システムの構成に、運行管理 システム26が加わったものであり、本移動体� ��例えば路線バスまたは鉄道の場合には、運� ��管理システム26から、一定速度で連続して� �行する区間情報により巡航モードが判定さ� �、実施の形態1で説明した巡航モードで運転� ��れる。なお、その他の構成は、実施の形態1 の構成と同様であるため、図8においては、� �一の構成要素には、同一の符号を付してそ� �詳細な説明を省略する。

 このように、本実施の形態によれば、運� ��管理システム26の出力により巡航モードが� �定されるので、運行管理システムを備えた� �ス路線、鉄道等において、巡航モードでの� �率の良い運転ができるという効果がある。

実施の形態7.
 図9は、本発明にかかる電気駆動システムの 実施の形態7の構成を示すブロック図である� �本実施の形態では、巡航速度を複数設定可� �とし、図9に示すように、発電機極数切換ス� ��ッチ19、20と、電動機極数切換スイッチ21、2 2とを、メインコントローラ12によって運転中 に切り換え可能とするためコンタクタとし、 発電機極数切換指令信号27と電動機極数切換� ��令信号28とにより、複数の巡航速度の切り� �えを行うものである。このように、発電機2� ��誘導電動機6の極数の切り換えは、運転中に 例えば遠隔操作スイッチを操作してメインコ ントローラ(巡航速度判定部)12からの指令に� �づいて実施する構成としている。なお、そ� �他の構成は、実施の形態1の構成と同様であ� ��ため、図9においては、同一の構成要素には 、同一の符号を付してその詳細な説明を省略 する。

 本移動体が、たとえば、市街地と高速道� ��を走行する長距離路線バスなど、一定速度� ��走行するパターンが複数必要な移動体であ� ��場合に、市街地走行では巡航速度を35km/h、� ��速道路走行では巡航速度を70km/hなど、巡航� ��度判定部は複数の巡航速度を判定し、その� ��度に応じて、発電機2と誘導電動機6の極数� �切り替えて、発電機周波数と、電動機周波� �をほぼ一致させて複数種類の巡航モードに� �応する。

 本実施の形態によれば、複数の一定速度� ��行パターンを持つ移動体の場合に、運転中� ��巡航速度に応じたシステム構成に切り替え� ��能なので、さまざまな速度において巡航モ� ��ドでの効率の良い運転ができるという効果� ��ある。