JP2014093883A

JP2014093883A - 動力出力装置

Info

Publication number: JP2014093883A
Application number: JP2012243727A
Authority: JP
Inventors: Tadanobu Takahashi; 忠伸高橋; Susumu Nakasako; 享中佐古
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2012-11-05
Filing date: 2012-11-05
Publication date: 2014-05-19

Abstract

【課題】本発明は、重量化及び大型化が抑制された動力出力装置を提供することを課題とする。
【解決手段】
本発明に係る動力出力装置１ａは、一の多相交流モータ３を含む複数の多相交流モータ２、３と、多相交流モータ２，３の固定子２ａ、３ａに接続する複数のインバータ５、６と、複数のインバータ５、６のそれぞれに接続する蓄電池４と、蓄電池４の出力電圧を昇圧する昇圧器７と、一の多相交流モータ３の固定子３ａの中性点３ｂと蓄電池４の正極端子とを接続して、中性点３ｂを通電させる中性点通電用配線８ａと、中性点通電用配線８ａ上に設けられた通電用スイッチ９ａと、複数のインバータ５，６、昇圧器７及び通電用スイッチ９ａの動作を制御する制御装置２２とを備えることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、動力出力装置に関する。

シリーズ方式を採用するハイブリッド車両に搭載される動力出力装置には、複数の多相交流モータが設けられている。そして、複数の多相交流モータの一つを内燃機関に連結して発電を行う発電機として用い、他の多相交流モータを駆動輪に連結してハイブリッド車両の動力を出力する電動機として用いている。

また、下記特許文献に開示される動力出力装置は、二つの三相交流モータを備えるとともに、直流電源を介在させながら二つの三相交流モータのステータ（固定子）の中性点同士を結線した構成となっている。
そして、二つの三相交流モータのステータに設けられたコイルとインバータのスイッチング素子とを利用することで、直流電源の出力電圧の昇圧と、コンデンサの電圧の降圧ができるようになっている。

特開２００２−２１８７９３号公報

ところで、近年のハイブリッド車両は、内燃機関を駆動させることなく、蓄電池に蓄電された電力のみで走行するＥＶ走行を基本走行としている。そのため、蓄電池の電力のみで駆動する電動機の高出力化を図るため、昇降圧器が大容量化し、動力出力装置の大型化及び重量化を招いていた。

また、複数の蓄電池の接続を直列又は並列に切り替えを行う接続切替機構を備えた動力出力装置においては、直列接続と並列接続との切り替え時に生じる急激な電圧変動を回避するために、瞬時的な昇降圧を行う小型の昇圧器が設けられ、動力出力装置が大型化及び重量化していた。

そこで、本発明は、前記する背景に鑑みて創案された発明であって、重量化及び大型化が抑制された動力出力装置を提供することを課題とする。

前記課題を解決するために、本願発明に係る動力出力装置は、一の多相交流モータを含む複数の多相交流モータと、前記多相交流モータの固定子に接続する複数のインバータと、前記複数のインバータのそれぞれに接続する蓄電池と、蓄電池の出力電圧を昇圧する昇圧器と、前記一の多相交流モータの固定子の中性点と前記蓄電池の正極端子とを接続して、前記中性点を通電させる中性点通電用配線と、前記中性点通電用配線上に設けられた通電用スイッチと、前記複数のインバータ、前記昇圧器及び前記通電用スイッチの動作を制御する制御装置と、を備えることを特徴とする

本発明によれば、通電用スイッチをオン（閉じる）にするとともに、一の多相交流モータの固定子に接続するインバータの一相の正極側及び負極側のスイッチング素子がオンオフの切り替えを行うことで、固定子に設けられたコイルをリアクトルとして機能させ、蓄電池の出力電圧を昇圧させることができる。
そして、本発明によれば、中性点通電用配線と通電用スイッチとを設けることで、蓄電池の電力供給能力の向上を図ることができるため、大容量の昇降圧器が不要となり、動力出力装置の大型化及び重量化を抑制することができる。

また、前記制御装置は、要求される電力に応じて、前記昇圧器による昇圧と、前記昇圧器による昇圧並びに前記一の交流多相モータ及び前記一の交流多相モータに接続する前記インバータの一相を利用した昇圧と、前記昇圧器による昇圧並びに前記一の交流多相モータ及び前記一の交流多相モータに接続する前記インバータの二相以上を利用した昇圧と、のいずれか一つが選択して、前記蓄電池の出力電圧を昇圧することを特徴とする。

前記する構成によれば、要求される電力に応じて、蓄電池の出力電圧を３段階に分けて昇圧させることができる。これにより、要求される電圧に応じて最適の昇圧が可能となる。

また、本願発明に係る動力出力装置は、一の多相交流モータを含む複数の多相交流モータと、前記多相交流モータの固定子に接続された複数のインバータと、前記複数のインバータに接続する第１蓄電池及び第２蓄電池と、前記第１蓄電池と第２蓄電池との接続を並列又は直列に切り替える接続切替機構と、前記一の多相交流モータの固定子の中性点と前記第１蓄電池の負極端子とを接続して、前記中性点を通電させる中性点通電用配線と、前記通電用配線上に設けられた通電用スイッチと、前記中性点通電用配線に接続し、電圧の入力より充電するコンデンサと、前記複数のインバータ、前記接続切替機構及び前記通電用スイッチの動作を制御する制御装置と、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、通電用スイッチをオン（閉じる）とするとともに、インバータにおける一相の正極側及び負極側のスイッチング素子のオンオフを交互に切り替えることで、固定子に設けられたコイルをリアクトルとして機能させることができる。
また、固定子のコイルに蓄積される電磁エネルギを調整することで、コンデンサに入力される電圧を次第に昇圧又は降圧させて、コンデンサにより昇降圧される第１蓄電池の出力電圧を緩やかに変化させることができる。
そのため、第１蓄電池と第２蓄電池との接続の直列と並列とを切り替え時において、急激な電圧変動を回避することができ、かつ、瞬時的な昇降圧を行う小型の昇圧器が不要となり、動力出力装置の大型化及び重量化を抑制することができる。

また、前記制御装置は、前記第１蓄電池と第２蓄電池との接続を並列又は直列に切り替える場合に、前記一の交流多相モータ及び前記一の交流多相モータに接続する前記インバータの一相を利用して、前記第１蓄電池の出力電圧を昇降させることを特徴とする。

前記する構成によれば、一の多相交流モータの固定子の一相に設けられたコイルの誘導電圧を調整することで、昇圧する第１蓄電池を所望の電圧とすることができ、直列接続と並列接続とを切り替え時に生じる急激な電圧変動を回避することができる。

また、前記複数の多相交流モータ及び前記複数のインバータは、二つであり、前記二つの多相交流モータは、前記一の多相交流モータであって外部の駆動源に連結して発電を行う発電機と、供給された電力により駆動して動力を出力する電動機とであることを特徴とする

前記する構成によれば、発電機が発電を行わない場合の固定子のコイルとインバータのスイッチング素子を利用して、蓄電池の出力電圧を昇圧するようになっている。そのため、動力出力装置に昇圧器をそのまま組み付けた場合に比べて、部品点数を抑えることができ、動力出力装置の大型化及び重量化を抑制することができる。

以上、本発明によれば、重量化及び大型化が抑制された動力出力装置を提供することができる。

第１実施形態に係るハイブリッド車両に搭載された動力出力装置と制御装置との関係を示す全体図である。第１実施形態において、昇圧器による昇圧が行われた状態を示す図である。第１実施形態において、昇圧器による昇圧と、発電機及び発電用インバータの一相による昇圧とが行われた状態を示す図である。第１実施形態において、昇圧器による昇圧と、発電機及び発電用インバータの三相による昇圧とが行われた状態を示す図である。第１実施形態において、昇圧要否処理のフローチャート図である。第２実施形態に係るハイブリッド車両に搭載された動力出力装置と制御装置との関係を示す全体図である。第２実施形態において、第１蓄電池と第２蓄電池とが並列接続された状態を示す図である。第２実施形態において、第１蓄電池と第２蓄電池とが直列接続された状態を示す回路である。第２実施形態において、第２蓄電池の出力電圧を昇圧している状態を示す図である。第２実施形態において、第１蓄電池と第２蓄電池との接続が並列から直列に切り替える切替処理のフローチャート図である。第２実施形態において、第１蓄電池と第２蓄電池との接続が直列から並列に切り替える切替処理のフローチャート図である。

次に、実施形態に係る動力出力装置について説明する。なお、実施形態の説明では、動力出力装置がハイブリッド車両に搭載された例を挙げるが、本発明の動力出力装置はこれに限定されるものでなく、たとえば、船舶、航空機等の移動体に搭載されてもよい。また、第１実施形態と第２実施形態の説明において、技術的に同一な要素には同一の符号を付している。

（第１実施形態）
図１に示すように、第１実施形態に係るハイブリッド車両（不図示）は、内燃機関（不図示）と、電動機２及び発電機３を有する動力出力装置１ａと、内燃機関及び動力出力装置１ａの動作を制御する制御装置２０とを備えている。
また、第１実施形態に係るハイブリッド車両は、動力出力装置１ａの発電機３に内燃機関が連結し、動力出力装置１ａの電動機２に駆動輪（不図示）が連結するシリーズ方式の車両である。

動力出力装置１ａは、ハイブリッド車両の推進力となる動力を出力する装置である。図１に示すように、動力出力装置１ａは、電動機２と、発電機３と、電動機２に電力を供給する蓄電池４と、駆動用ステータ２ａに接続する駆動用インバータ５と、発電用ステータ３ａに接続する発電用インバータ６と、蓄電池４の出力電圧を昇圧する昇圧器７と、発電用ステータ３ａの中性点３ｂと蓄電池４の正極端子とを接続する中性点通電用配線８と、中性点通電用配線８ａ上に設けられた通電用スイッチ９ａと、平滑コンデンサ１０とを備えている。

電動機２は、三相（Ｕ相〜Ｗ相）の交流モータである。また、電動機２は、駆動用ステータ２ａに交流電力が供給されて駆動用ロータ（不図示）が回転し、電動機２の出力軸（不図示）が回転力（動力）を出力することで、ハイブリッド車両が走行するようになっている。

発電機３は、三相（Ｕ相〜Ｗ相）の交流モータであり、内燃機関の駆動により発電用ロータ（不図示）が回転して、発電用ステータ３ａに交流の起電力が生じるようになっている。
また、発電機３の発電用ロータには、位置検出用のホール素子（不図示）が設けられている。そして、制御装置２０により発電機３の発電用ロータの位置が確認されるとともに、発電用ロータが常時所定の位置となるように制御されている。
そのため、発電用ステータ３ａが通電した場合、Ｕ相〜Ｗ相に設けられたコイル３ｕ、３ｖ、３ｗの誘導電圧は、発電用ロータに位置によって左右されることがなく、通電時間に対応して決まるようになっている。
なお、ここでいう所定の位置とは、特に限定されないが、Ｕ相〜Ｗ相に設けられたコイル３ｕ、３ｖ、３ｗのそれぞれが通電して電磁エネルギを蓄積する場合、その蓄積を妨げ難い位置であることが望ましい。

蓄電池４は、リチウムイオン（Ｌｉ−ｉｏｎ）型などの２次電池である。また、電動機２に電力を供給する幹線として、蓄電池４の正極端子側に正極母線４ａが設けられ、蓄電池４の負極端子側に負極母線４ｂが設けられている。

駆動用インバータ５は、三相（Ｕ相〜Ｗ相）型のインバータであり、正極側トランジスタ１５_ＵＨ〜１５_ＷＨと負極側トランジスタ１５_ＵＬ〜１５_ＷＬとを備えている。
また、駆動用インバータ５は、制御装置２０からＰＷＭ信号を受けて、正極側トランジスタ１５_ＵＨ〜１５_ＷＨと負極側トランジスタ１５_ＵＬ〜１５_ＷＬとがオンオフの切り替えを行い、蓄電池４又は発電機３から供給される直流電力を交流電力に変換して、電動機２の駆動用ステータ２ａに出力するようになっている。

一方、ハイブリッド車両の減速により、駆動輪から電動機２に駆動力が伝達されて、駆動用ステータ２ａに交流の起電力が生じた場合、制御装置２０からＰＷＭ信号を受けて、正極側トランジスタ１５_ＵＨ〜１５_ＷＨと負極側トランジスタ１５_ＵＬ〜１５_ＷＬとがオンオフの切り替えを行い、駆動用ステータ２ａに生じた交流の起電力に係る電力を直流電力に変換して、蓄電池４を充電できるようになっている。

発電用インバータ６は、三相（Ｕ相〜Ｗ相）型のインバータであり、正極側トランジスタ１６_ＵＨ〜１６_ＷＨと負極側トランジスタ１６_ＵＬ〜１６_ＷＬとを備えている。
また、発電用インバータ６は、制御装置２０からＰＷＭ信号を受けて、正極側トランジスタ１６_ＵＨ〜１６_ＷＨと負極側トランジスタ１６_ＵＬ〜１６_ＷＬとがオンオフの切り替えを行い、発電機３の発電用ステータ３ａに生じた交流の起電力に係る電力を直流電力に変換し、電動機２又は蓄電池４に供給できるようになっている。

昇圧器７は、正極母線４ａ上に設けられた第１トランジスタ７ａと、正極母線４ａ上であって第１トランジスタ７ａよりも蓄電池４側に設けられたリアクトル７ｂと、正極母線４ａと負極母線４ｂに接続する第２トランジスタ７ｃとを備えている。
なお、第２トランジスタ７ｃの正極端子（コレクタ端子）が、リアクトル７ｂと第１トランジスタ７ａとの間となるように正極母線４ａに接続している。
そして、図２に示すように、昇圧器７が制御装置２０からＰＷＭ信号を受けて、第１トランジスタ７ａと第２トランジスタ７ｃとのオンオフの切り替えを行うことで、リアクトル７ｂに電磁エネルギが蓄積されて、蓄電池４の出力電圧を昇圧するようになっている。

通電用スイッチ９ａは、中性点通電用配線８に設けられ、制御装置２０からのＯＮ（閉じる）信号を受けた場合、発電用ステータ３ａの中性点３ｂが通電するようになっている。
そのため、図３に示すように、通電用スイッチ９がＯＮ（閉じる）となっている場合に、発電用インバータ６の一相であるＶ相の正極側トランジスタ１６_ＶＨと負極側トランジスタ１６_ＶＬとのオンオフの切り替えを行うことで、発電用ステータ３ａのＶ相のコイル３ｖが電磁エネルギを溜めて、蓄電池４の出力電圧を昇圧できるようになっている。

さらに、図４に示すように、通電用スイッチ９がＯＮ（閉じる）となっている場合に、発電用インバータ６の三相のそれぞれにおいて、正極側トランジスタ１６_ＵＨ〜１６_ＷＨと負極側トランジスタ１６_ＵＬ〜１６_ＷＬとのオンオフの切り替えを行った場合には、発電用ステータ３ａのコイル３ｕ、３ｖ、３ｗの全てが蓄電池４の出力電圧を昇圧する。そのため、発電用ステータ３ａの一相で昇圧した場合に比べて、電動機２の高出力化を図ることができるとともに、内燃機関の駆動により発電機３で発電している状態（ハイブリッド走行モード）であっても、電動機２の高出力化を図ることができる。

図１に示すように、平滑コンデンサ１０は、蓄電池４又は発電機３から電動機２に供給される電力の平滑化するためのものである。

制御装置２０は、ＣＰＵ（ＣｅｎｔｒａｌＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇＵｎｉｔ）などの電子回路により構成されており、内燃機関ＥＣＵ２１と、動力出力装置ＥＣＵ２２と、蓄電池ＥＣＵ２３と、マネジメントＥＣＵ２４とを備えている。

内燃機関ＥＣＵ２１は、マネジメントＥＣＵ２４の指示に従って内燃機関の駆動を制御するものであって、例えば、スロットルバルブを駆動する電磁アクチュエータに制御電流を通電させて、所望のバルブ開度となるようにスロットルバルブの電子制御を行っている。

図１に示すように、動力出力装置ＥＣＵ２２は、マネジメントＥＣＵ２４の指示に従って、駆動用インバータ５、発電用インバータ６、昇圧器７、通電用スイッチ９ａのそれぞれに、ＯＮ信号（閉じる）又はＯＦＦ信号（開く）、若しくは、交互にオンオフを行うＰＷＭ信号を送り、駆動用インバータ５、発電用インバータ６、昇圧器７、通電用スイッチ９ａの動作の制御を行っている。

蓄電池ＥＣＵ２３は、例えば蓄電池４を含む高圧電装系の監視および保護などの制御を行う。例えば、蓄電池ＥＣＵ２３は、蓄電池４の端子間電圧と電流と温度との各検出信号に基づき、残容量（ＳＯＣ：ＳｔａｔｅＯｆＣｈａｒｇｅ）などの各種の状態量を算出する。

マネジメントＥＣＵ２４は、各装置の動作の監視を行うとともに、各装置を動作させるために、内燃機関ＥＣＵ２１と、動力出力装置ＥＣＵ２２と、蓄電池ＥＣＵ２３とのそれぞれに指示を行うものである。

また、マネジメントＥＣＵ２４は、蓄電池４の残容量が少ないと判断する場合には、内燃機関を駆動させて発電機に３電力を生成させて、蓄電池４又は電動機２に供給するように構成されている。一方で、マネジメントＥＣＵ２４は、蓄電池４の残容量が多いと判断する場合、内燃機関を駆動させることなく、蓄電池４の電力のみで電動機２を駆動させるように構成されている。

また、マネジメントＥＣＵ２４は、図示しないアクセル開度センサ、車速センサの情報に基づいて、要求出力導出マップ（不図示）から電動機２の要求出力を導出できるように構成されている。

そして、マネジメントＥＣＵ２４は、電動機２の要求出力を導出した場合、電動機２に供給する電力が要求出力を満たすようにするため、昇圧器７による昇圧、及び、通電用スイッチ９ａをＯＮにして発電機３及び発電用インバータ６による昇圧を行うか否かを判断する昇圧要否処理を行っている。以下、昇圧要否処理について、図５を用いて説明する。

まず、電動機２の要求出力を導出した場合（Ｓｔａｒｔ）に、マネジメントＥＣＵ２４は、蓄電池４の電力により電動機２の要求出力を満たすか否かを判断する（Ｓ１）。

ここで、マネジメントＥＣＵ２４が蓄電池４の電力によって要求出力を満たすと判断した場合（Ｓ１の「Ｙｅｓ」の場合）、動力出力装置ＥＣＵ２２が、昇圧器７の第１トランジスタ７ａにＯＮ信号（閉じる）を送り、第２トランジスタ７ｃと通電用スイッチ９ａと正極側トランジスタ１６_ＵＨ〜１６_ＷＨと負極側トランジスタ１６_ＵＬ〜１６_ＷＬとにＯＦＦ信号（開く）を送る（Ｓ２）。
これにより、昇圧器７による昇圧と、発電機３及び発電用インバータ６による昇圧とが行われることなく、蓄電池４の電力が電動機２に供給される（Ｅｎｄ）。

一方で、マネジメントＥＣＵ２４は、蓄電池４の電力によって要求出力を満たさないと判断した場合（Ｓ１の「Ｎｏ」の場合）、つぎに昇圧器７の昇圧により電動機２の要求出力を満たすか否かを判断する（Ｓ３）。

ここで、マネジメントＥＣＵ２４が昇圧器７の昇圧により要求出力を満たすと判断した場合（Ｓ３の「Ｙｅｓ」の場合）、動力出力装置ＥＣＵ２２が昇圧器７にＰＷＭ信号を送り（Ｓ４）、第１トランジスタ７ａと第２トランジスタ７ｃとがオンオフの切り替え動作を行う。
また、動力出力装置ＥＣＵ２２が、通電用スイッチ９ａと、発電用インバータ６の正極側トランジスタ１６_ＵＨ〜１６_ＷＨ及び負極側トランジスタ１６_ＵＬ〜１６_ＷＬとにＯＦＦ信号（開く）を送る（Ｓ４）。
これにより、図２に示すように、蓄電池４の出力電圧が昇圧器７により昇圧され、昇圧器７が昇圧を行わない場合（Ｓ２の場合）に比べて、電動機２が高出力となる（Ｅｎｄ）。

また、マネジメントＥＣＵ２４は、昇圧器７の昇圧により電動機２の要求出力を満たさないと判断した場合（Ｓ３の「Ｎｏ」の場合）、つぎに、昇圧器７による昇圧と、発電機３及び発電用インバータ６の一相による昇圧とにより、要求出力を満たすか否かを判断する（Ｓ５）。

ここで、マネジメントＥＣＵ２４が昇圧器７による昇圧と、発電機及び発電用インバータの一相による昇圧とにより要求出力を満たすと判断した場合（Ｓ５の「Ｙｅｓ」の場合）、動力出力装置ＥＣＵ２２が通電用スイッチ９にＯＮ信号（閉じる）を送る（Ｓ６）。
また、動力出力装置ＥＣＵ２２は、昇圧器７と発電用インバータ６のＶ相にＰＷＭ信号を送り（Ｓ６）、第１トランジスタ７ａ及び第２トランジスタ７ｃと、発電用インバータ６のＶ相の正極側トランジスタ１６_ＶＨ及び負極側トランジスタ１６_ＶＬとが、オンオフの切り替え動作を行う。
これにより、図３に示すように、昇圧器７による昇圧と、発電機及び発電用インバータの一相による昇圧とにより蓄電池４の出力電圧が昇圧される。そのため、昇圧器７のみによる昇圧時（Ｓ４の場合）に比べて、電動機２が高出力となる（Ｅｎｄ）。

一方で、マネジメントＥＣＵ２４が昇圧器７による昇圧と、発電機３及び発電用インバータ６の一相による昇圧とにより電動機２の要求出力を満たさないと判断した場合、例えば、蓄電池４の電力が少なくなり電力が不足しているとき、動力出力装置ＥＣＵ２２が通電用スイッチ９にＯＮ信号（閉じる）を送る（Ｓ７）。
また、動力出力装置ＥＣＵ２２は、昇圧器７と発電用インバータ６の三相にＰＷＭ信号を送り（Ｓ７）、昇圧器７の第１トランジスタ７ａ及び第２トランジスタ７ｃと、発電用インバータ６のＵ相〜Ｗ相のそれぞれの正極側トランジスタ１６_ＵＨ〜１６_ＷＨ及び負極側トランジスタ１６_ＵＬ〜１６_ＷＬとがオンオフの切替動作を行う。
これにより、図４に示すように、昇圧器７による昇圧の他に、発電機３のＵ相〜Ｗ相のコイル３ｕ、３ｖ、３ｗに電磁エネルギが蓄積されて、蓄電池４の出力電圧が昇圧される。そのため、昇圧器７による昇圧と発電機及び発電用インバータの一相による昇圧を行った場合（Ｓ６の場合）に比べて、電動機２がより高出力となる（Ｅｎｄ）。

以上、第１実施形態に係る動力出力装置１ａによれば、発電機３の発電用ステータ３ａに設けられたコイル３ｕ〜３ｗと、発電用インバータ６の正極側トランジスタ１６_ＵＨ〜１６_ＷＨと負極側トランジスタ１６_ＵＬ〜１６_ＷＬとを利用して、蓄電池４の出力電圧を昇圧することが可能となる。
また、第１実施形態に係る動力出力装置１ａによれば、三相の発電機３及び発電用インバータ６を用いているため、電動機２の要求出力に応じて、発電機３及び発電用インバータ６を一相利用した場合、又は、二相利用した場合、若しくは三相利用した場合の３段階を分けて用いることができる。
さらに、第１実施形態に係る動力出力装置１ａによれば、従来の動力出力装置に対し、中性点通電用配線８ａと通電用スイッチ９ａとを設けることで蓄電池４の電力供給能力の向上を図ることができる。そのため、昇圧器の大容量化を回避でき、動力出力装置の大型化及び重量化が抑制される。

（第２実施形態）
つぎに、第２実施形態に係る動力出力装置１ｂを搭載したハイブリッド車両について説明する。
図６に示すように、第２実施形態に係るハイブリッド車両（不図示）は、内燃機関（不図示）と、複数の蓄電池を有する動力出力装置１ｂと、制御装置２０ａとを備える。
また、第２実施形態に係る動力出力装置１ｂは、複数の蓄電池の接続を直列又は並列に切り替えることで電動機２に供給する電力量を調整し、電動機２の要求出力を満たすものである。

図６に示すように、第２実施形態に係る動力出力装置１ｂは、電動機２と、発電機３と、複数の蓄電池である第１蓄電池１４ａ及び第２蓄電池１４ｂと、駆動用インバータ５と、発電用インバータ６と、接続切替機構１３と、発電機３の発電用ステータ３ａの中性点３ｂと第２蓄電池１４ｂの負極端子とを接続する中性点通電用配線８ｂと、中性点通電用配線８ｂ上に設けられた通電用スイッチ９ｂと、平滑コンデンサ１１と、電圧を測定する電圧センサ１７とを備えている。
なお、第２実施形態の動力出力装置１ｂの構成と第１実施形態の動力出力装置１ａの構成とにおいて、重複する部分（電動機２、発電機３、駆動用インバータ５と、発電用インバータ６）についての説明を省略する。

接続切替機構１３は、正極母線４ａと負極母線４ｂとに接続する第１蓄電池１４ａ及び第２蓄電池１４ｂの接続を並列又は直列に切り替えるためのものである。
接続切替機構１３は、第１蓄電池１４ａの正極端子と第２蓄電池１４ｂの負極端子とを接続する直列接続用配線４ｃと、第１蓄電池１４ａの正極端子と正極母線４ａとの接続の開閉する第１スイッチ１３ａと、直列接続用配線４ｃに設けられて第１蓄電池１４ａの正極端子と第２蓄電池１４ｂの負極端子との接続を開閉する第２スイッチ１３ｂと、第２蓄電池１４ｂの負極端子と負極母線４ｂとの接続の開閉する第３スイッチ１３ｃと、を備える。

通電用スイッチ９ｂは、中性点通電用配線８ｂ上に設けられており、制御装置２０ａからＯＮ（閉じる）信号を受けて、発電機３の発電用ステータ３ａの中性点３ｂに通電するようになっている。
そのため、通電用スイッチ９がＯＮ（閉じる）になっている場合に、発電用インバータ６の一相であるＶ相の正極側トランジスタ１６_ＶＨと負極側トランジスタ１６_ＶＬとのオンオフの切り替えを行うことで、発電用ステータ３ａのＶ相に設けられたコイル３ｖに電磁エネルギを溜めることができるようになっている。

平滑コンデンサ１１は、一端が中性点通電用配線８ｂに接続し、他端が負極母線４ｂに接続している。また、平滑コンデンサ１１は、通電用スイッチ９がＯＮ（閉じる）となった場合に、コイル３ｖの誘導電圧が入力されて充電し、第２蓄電池１４ｂの出力電圧を昇圧するようになっている

電圧センサ１７は、第１蓄電池１４ａの電圧Ｖ_１を測定する第１電圧センサ１７ａと、第２蓄電池１４ｂの電圧Ｖ_２を測定する第２電圧センサ１７ｂと、平滑コンデンサ１１の電圧Ｖ_３を測定する第３電圧センサ１７ｃとを備えている。また、第１電圧センサ１７ａ〜第３電圧センサ１７ｃは、測定した電圧Ｖ_１〜Ｖ_３を制御装置２０ａに送るようになっている。

制御装置２０ａは、内燃機関ＥＣＵ２１と、動力出力装置ＥＣＵ２２ａと、蓄電池ＥＣＵ２３と、マネジメントＥＣＵ２４ａとを備えている。なお、内燃機関ＥＣＵ２１と、蓄電池ＥＣＵ２３とは、第１実施形態に係る構成を同じであるため、説明を省略する。

動力出力装置ＥＣＵ２２ａは、マネジメントＥＣＵ２４の指示に従って、駆動用インバータ５、発電用インバータ６、接続切替機構１３及び通電用スイッチ９ｂに、ＯＮ信号（閉じる）又はＯＦＦ信号（開く）、若しくは、ＰＷＭ信号を送り、駆動用インバータ５、発電用インバータ６、接続切替機構１３、通電用スイッチ９ｂの動作の制御を行っている。

マネジメントＥＣＵ２４ａは、各装置の動作の監視を行うとともに、各装置を動作させるため、内燃機関ＥＣＵ２１と、動力出力装置ＥＣＵ２２と、蓄電池ＥＣＵ２３とのそれぞれに指示を行っている。

また、マネジメントＥＣＵ２４ａは、図示しないアクセル開度センサ、車速センサの情報に基づいて、要求出力導出マップ（不図示）から電動機２の要求出力を導出できるように構成されている。
そして、マネジメントＥＣＵ２４ａは、導出した電動機２の要求出力が低出力であると判断した場合、動力出力装置ＥＣＵ２２が、動力出力装置ＥＣＵ２２ａが第１スイッチ１３ａと第３スイッチ１３ｃにＯＮ信号（閉じる）を送り、第２スイッチ１３ｂと通電用スイッチ９ｂにＯＦＦ信号（開く）を送るようになっている。
これによれば、図７に示すように、電動機２に対して、第１蓄電池１４ａと第２蓄電池１４ｂとの接続が並列となり、電動機２の印加電圧が、第１蓄電池１４ａの電圧Ｖ_１と第２蓄電池１４ｂの電圧Ｖ_２の平均値となる。

一方で、マネジメントＥＣＵ２４ａは、電動機２の要求出力が高出力であると判断した場合、動力出力装置ＥＣＵ２２が、第１スイッチ１３ａと第３スイッチ１３ｃと通電用スイッチ９ｂにＯＦＦ信号（開く）を送り、第２スイッチ１３ｂにＯＮ信号（閉じる）を送るようになっている。
これによれば、図８に示すように、電動機２に対して第１蓄電池１４ａと第２蓄電池１４ｂとの接続が直列となる。
そのため、電動機２の印加電圧が、第１蓄電池１４ａの電圧Ｖ_１と第２蓄電池１４ｂの電圧Ｖ_２とを加算した値となり、第１蓄電池１４ａと第２蓄電池１４ｂの接続が並列の場合に比べて、電動機２を高電圧で印加でき、電動機２が高出力化となる。

さらに、マネジメントＥＣＵ２４ａは、電動機２の要求出力が低出力から高出力に切り替わったと判断した場合、又は、電動機２の要求出力が高出力から低出力に切り替わったと判断した場合、第１蓄電池１４ａと第２蓄電池１４ｂとの接続の切替処理を行うように構成されている。
以下、電動機２の要求出力が低出力から高出力に切り替わったと判断した場合の切替処理を、図１０に図示したフローチャートに沿って説明する。

電動機２の要求出力が低出力の場合（図７参照）、第１スイッチ１３ａと第３スイッチ１３ｃがＯＮ（閉じる）、第２スイッチ１３ｂと通電用スイッチ９ｂにＯＦＦ（開く）となって、第１蓄電池１４ａと第２蓄電池１４ｂとが並列接続となっている。

そして、マネジメントＥＣＵ２４ａが電動機２の要求出力が高出力となったと判断した場合（Ｓｔｒａｔ）、動力出力装置ＥＣＵ２２が、第１スイッチ１３ａ〜第３スイッチ１３ｃにＯＦＦ信号（開く）を送る（Ｓ１１）とともに、通電用スイッチ９ｂにＯＮ信号（閉じる）を送る（Ｓ１２）。
これにより、図９に示すように、第１蓄電池１４ａの正極端子側と正極母線４ａとが非接続となり、第２蓄電池１４ｂのみが電動機２を印加した状態となる。

そして、動力出力装置ＥＣＵ２２が発電用インバータ６のＶ相にＰＷＭ信号を送り（Ｓ１３）、正極側トランジスタ１６_ＶＨと負極側トランジスタ１６_ＶＬとがオンオフの切替動作を行う。
ここで、正極側トランジスタ１６_ＶＨと負極側トランジスタ１６_ＶＬとのオンオフの切替動作は、発電用ステータ３ａのＶ相のコイル３ｖに蓄積される電磁エネルギが増大するように、言い換えれば、平滑コンデンサ１１の電圧が次第に上昇するように行う。

また、マネジメントＥＣＵ２４ａは、正極側トランジスタ１６_ＶＨと負極側トランジスタ１６_ＶＬとオンオフの切替動作中に、第３電圧センサ１７ｃが測定する平滑コンデンサ１１の電圧Ｖ_３が、第１電圧センサ１７ａが測定する第１蓄電池１４ａの電圧Ｖ_１と同じ値となったか否かを判断する（Ｓ１４）。

ここで、マネジメントＥＣＵ２４ａが電圧Ｖ_３と電圧Ｖ_１と同じでないと判断した場合（Ｓ１４の「Ｎｏ」の場合）、正極側トランジスタ１６_ＶＨと負極側トランジスタ１６_ＶＬとは、オンオフの切替動作を継続する（Ｓ１３）。

一方で、マネジメントＥＣＵ２４ａは、電圧Ｖ_３と電圧Ｖ_１と同じであると判断した場合（Ｓ１４の「Ｙｅｓ」の場合）、つまり、平滑コンデンサ１１により昇圧された第２蓄電池１４ｂの出力電圧が、第１蓄電池１４ａと第２蓄電池１４ｂを直列した場合の出力電圧と等しいと判断した場合に、動力出力装置ＥＣＵ２２が第２スイッチ１３ｂにＯＮ信号（閉じる）を送る（Ｓ１５）。

つぎに、動力出力装置ＥＣＵ２２が通電用スイッチ９ｂと発電用インバータ６のＶ相にＯＦＦ信号（開く）を送り（Ｓ１６）、発電用ステータ３ａと第２蓄電池との接続が開くとともに、正極側トランジスタ１６_ＶＨと負極側トランジスタ１６_ＶＬとがオンオフの切替動作を停止する。
これにより、図８に示すように、第１蓄電池１４ａと第２蓄電池１４ｂとの直列に接続されるとともに、並列接続から直列接続に切替時に生じる急激な電圧変動を回避することができる（Ｅｎｄ）。

つぎに、電動機２の要求出力が高出力から低出力に切り替わったと判断した場合の切替処理について、図１１に図示したフローを基に説明する。

電動機２の要求出力が高出力の場合（図８参照）、第１スイッチ１３ａと第３スイッチ１３ｃと通電用スイッチ９ｂがＯＦＦ（開く）、第２スイッチ１３ｂがＯＮ（閉じる）となっており、第１蓄電池１４ａと第２蓄電池１４ｂとが直列接続となっている。

そして、マネジメントＥＣＵ２４ａが電動機２の要求出力が低出力となったと判断した場合（Ｓｔｒａｔ）、動力出力装置ＥＣＵ２２が、第２スイッチ１３ｂにＯＦＦ信号（開く）を送る（Ｓ２１）。
つぎに、通電用スイッチ９ｂにＯＮ信号（閉じる）を送る（Ｓ２２）。これにより、図９に示すように、第２蓄電池１４ｂのみが電動機２を印加した状態となる。

つぎに、動力出力装置ＥＣＵ２２が発電用インバータ６のＶ相にＰＷＭ信号を送り（Ｓ２３）、正極側トランジスタ１６_ＶＨと負極側トランジスタ１６_ＶＬとがオンオフの切替動作を行い、コイル３ｖに電磁エネルギが蓄積され、平滑コンデンサ１１の電圧が上昇する。
なお、この場合において、平滑コンデンサ１１の電圧Ｖ_３を瞬時的に上げて、第１蓄電池１４ａの電圧Ｖ_１と同じ値となるように、正極側トランジスタ１６_ＶＨと負極側トランジスタ１６_ＶＬとオンオフの切替動作を行う。そして、平滑コンデンサ１１の電圧Ｖ_３を次第に降圧させるように制御する。

つぎに、マネジメントＥＣＵ２４ａは、正極側トランジスタ１６_ＶＨと負極側トランジスタ１６_ＶＬとオンオフの切替動作中に、第３電圧センサ１７ｃが測定した電圧Ｖ_３と第２電圧センサ１７ｂが測定した電圧Ｖ_２とを加算することで算出される電圧、つまり、電動機２の印加電圧が、第１電圧センサ１７ａが測定した電圧Ｖ_１と第２電圧センサ１７ｂが測定した電圧Ｖ_２との平均である平均電圧と同じ値となったか否かを判断する（Ｓ２４）。

ここで、マネジメントＥＣＵ２４ａは、電動機２の印加電圧が平均電圧と同じでないと判断した場合（Ｓ２４の「Ｎｏ」の場合）、正極側トランジスタ１６_ＶＨと負極側トランジスタ１６_ＶＬとオンオフの切替動作を継続する（Ｓ２３）。

一方で、マネジメントＥＣＵ２４ａは、電動機２の印加電圧が平均電圧と同じであると判断した場合（Ｓ２４の「Ｙｅｓ」の場合）に、第１スイッチ１３ａと第３スイッチ１３ｃにＯＮ信号（閉じる）を送る（Ｓ２５）。

つぎに、動力出力装置ＥＣＵ２２が通電用スイッチ９ｂと発電用インバータ６のＶ相にＯＦＦ信号（開く）を送り（Ｓ２６）、発電用ステータ３ａと第２蓄電池との接続が開くとともに、正極側トランジスタ１６_ＶＨと負極側トランジスタ１６_ＶＬとがオンオフの切替動作を停止する。
これによって、図７に示すように、第１蓄電池１４ａと第２蓄電池１４ｂとが並列接続されるとともに、直列接続から並列接続に切替時に生じる急激な電圧変動を回避することができる（Ｅｎｄ）。

以上、第２実施形態の動力出力装置１ｂによれば、発電用ステータ３ａに設けられたコイル３ｖと、発電用インバータ６の一相であるＶ相に設けられた正極側トランジスタ１６_ＶＨ及び負極側トランジスタ１６_ＶＬとを利用して、第２蓄電池１４ｂの出力電圧を昇降圧させて、第１蓄電池１４ａ及び第２蓄電池１４ｂの接続を並列又は直列に切り替える際に生じる急激な電圧変動を回避することができる。
また、動力出力装置１ｂによれば、瞬時的な昇降圧を行う小型の昇圧器を不要することができ、動力出力装置１ｂの大型化及び重量化を抑制することができる。

以上、実施形態に係る動力出力装置１ａ、１ｂについて説明したが、本発明はこれに限定されるものでない。
たとえば、第２実施形態において、第２蓄電池１４ｂの出力電圧を昇降圧する場合に、発電機３及び発電用インバータ６のＶ相を用いていたが、本発明はこれに限定されるものでなく、発電機３及び発電用インバータ６のＵ相又はＷ相を用いてもよい。

１ａ、１ｂ動力出力装置
２電動機（多相交流モータ）
２ａ駆動用ステータ（固定子）
３発電機（一の多相交流モータ）
３ａ発電用ステータ（固定子）
３ｂ中性点
３ｕ、３ｖ、３ｗコイル
４、１４ａ、１４ｂ蓄電池
４ａ正極母線
４ｂ負極母線
６発電用インバータ
７昇圧器
８ａ、８ｂ中性点通電用配線
９ａ、９ｂ通電用スイッチ
１３接続切替機構
２０、２０ａ制御装置

Claims

一の多相交流モータを含む複数の多相交流モータと、
前記多相交流モータの固定子に接続する複数のインバータと、
前記複数のインバータのそれぞれに接続する蓄電池と、
蓄電池の出力電圧を昇圧する昇圧器と、
前記一の多相交流モータの固定子の中性点と前記蓄電池の正極端子とを接続して、前記中性点を通電させる中性点通電用配線と、
前記中性点通電用配線上に設けられた通電用スイッチと、
前記複数のインバータ、前記昇圧器及び前記通電用スイッチの動作を制御する制御装置と、を備えることを特徴とする動力出力装置。
前記制御装置は、要求される電力に応じて、
前記昇圧器による昇圧と、
前記昇圧器による昇圧並びに、前記一の交流多相モータ及び前記一の交流多相モータに接続する前記インバータの一相を利用した昇圧と、
前記昇圧器による昇圧並びに、前記一の交流多相モータ及び前記一の交流多相モータに接続する前記インバータの二相以上を利用した昇圧と、
のいずれか一つが選択して、前記蓄電池の出力電圧を昇圧することを特徴とする請求項１に記載の動力出力装置。
一の多相交流モータを含む複数の多相交流モータと、
前記多相交流モータの固定子に接続された複数のインバータと、
前記複数のインバータに接続する第１蓄電池及び第２蓄電池と、
前記第１蓄電池と第２蓄電池との接続を並列又は直列に切り替える接続切替機構と、
前記一の多相交流モータの固定子の中性点と前記第１蓄電池の負極端子とを接続して、前記中性点を通電させる中性点通電用配線と、
前記通電用配線上に設けられた通電用スイッチと、
前記中性点通電用配線に接続し、電圧の入力より充電するコンデンサと、
前記複数のインバータ、前記接続切替機構及び前記通電用スイッチの動作を制御する制御装置と、
を備えることを特徴とする動力出力装置。
前記制御装置は、前記第１蓄電池と第２蓄電池との接続を並列又は直列に切り替える場合に、前記一の交流多相モータ及び前記一の交流多相モータに接続する前記インバータの一相を利用して、前記第１蓄電池の出力電圧を昇降させることを特徴とする請求項３に記載の動力出力装置。
前記複数の多相交流モータ及び前記複数のインバータは、二つであり、
前記二つの多相交流モータは、前記一の多相交流モータであって外部の駆動源に連結して発電を行う発電機と、供給された電力により駆動して動力を出力する電動機とであることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の動力出力装置。