(57)【要約】  移動車両のための電力システム（１４）が開示される。電力システムは、動力源（１６）と、動力源によって機械的に駆動される第１の回転子（２８）と、動力源から回転に関して切り離される第２の回転子（３４）とを有する。また、電力システムは、第１および第２の回転子に共通の固定子（３０）を有する。
2009528814.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
動力源（１６）と、
動力源によって機械的に駆動される第１の回転子（２８）と、
動力源から回転に関して切り離される第２の回転子（３４）と、
第１および第２の回転子に共通の固定子（３０）と
を備える電力システム（１４）。
【請求項２】
第２の回転子が、回転エネルギーを選択的に蓄積および解放するように構成されたフライホイールである請求項１に記載の電力システム。
【請求項３】
第２の回転子の慣性質量が、第１の回転子の慣性質量よりも大きい請求項２に記載の電力システム。
【請求項４】
固定子が、動力源に機能的かつ機械的に接続される請求項１に記載の電力システム。
【請求項５】
第２の回転子が、動力源に機能的かつ機械的に接続される請求項１に記載の電力システム。
【請求項６】
第２の回転子が、第１の回転子によって機能的かつ電気的に駆動される請求項１に記載の電力システム。
【請求項７】
第１の回転子が、第２の回転子によって機能的かつ電気的に駆動される請求項６に記載の電力システム。
【請求項８】
電力を発生するように構成された請求項１から７のいずれか一項に記載の電力システム（１６）と、
移動車両を推進させるために電力によって機能的に駆動される牽引デバイス（１２）と
を備える移動車両（１０）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、一般に電力システムに関し、より詳細には、モータ／発電機と、蓄電デバイスと、共通の固定子とを有するハイブリッド電力システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
実業車両、オフハイウェイ運搬トラック、モータ・グレーダ、ホイール・ローダ、および他のタイプの重機を含む機械が、様々な作業に使用されている。これらの機械は、しばしば、例えばディーゼル・エンジン、ガソリン・エンジン、または気体燃料エンジンなどのエンジンに結合された発電機を含む。エンジンは、発電機を機械的に駆動して電力を発生し、この電力は、機械を推進させるため、機械の付属負荷に電力供給するため、および／または機械と関連付けられる１つまたは複数の作業器具を駆動するために使用されることがある。牽引デバイス、付属機器、または作業器具によって発電機に加えられる電力負荷が、エンジンに向けて逆方向に伝送される。追加の電力またはより少ない電力を要求する電力負荷変化は、エンジンを所望の動作範囲から逸脱させることがある。所望の動作範囲からの逸脱は、低い効率、より低い生産、エンジンの摩耗の進行、および操作者の不満をもたらす。
【０００３】
機械は、典型的には、電力負荷の変化によって引き起こされるエンジン速度の変化を最小にする助けとなるようにフライホイールを含む。速度変化の大きさは、フライホイールの慣性を増加することによって最小にされることがある。しかし、フライホイール慣性が増加するにつれて、エンジン応答性が低下する。従来のフライホイールは、エンジン速度変動を最小にすることと、エンジンが所望の電力変化に迅速に応答できるようにすることとのバランスを提供する際に非効率的であることがある。
【０００４】
広い範囲の負荷変化に対して改善された応答性を与えるフライホイールを提供するための試みにおいて、電気フライホイールが提案されている。特に、２００５年５月１０日にカザマ（Ｋａｚａｍａ）に付与された（特許文献１）は、電力発生器と、蓄電ユニットと、電力発生器および蓄電ユニットの少なくとも一方から供給される電力出力によって駆動される車両駆動モータとを有するハイブリッド車両を説明する。蓄電ユニットは、電力発生器とは別個であり、回転エネルギーとして電力を蓄積するために電動機発生器に結合されたフライホイールから構成される。このとき、蓄積された電力は、電力発生器からの電力が車両駆動モータの電力要求を満たすには不十分である状況の間、車両モータを駆動するために使用されることがある。
【０００５】
（特許文献１）の蓄電ユニットは、ある範囲の負荷変化に対する改善された応答性を提供することができるが、高価であり、かさばることがある。特に、電力発生器と蓄電ユニットとが互いに別個であるので、それらが、重複した電子構成要素を必要とすることがある。これらの重複構成要素は、ハイブリッド車両のコストを増加し、車両内部の利用可能な空間を減少することがある。
【０００６】
【特許文献１】米国特許第６，８９１，２７９号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本開示の電力システムは、上述した問題の１つまたは複数を解決する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
一態様では、本開示は、電力システムを対象とする。電力システムは、動力源と、動力源によって機械的に駆動される第１の回転子と、動力源から回転に関して切り離される第２の回転子とを含む。また、電力システムは、第１および第２の回転子に共通の固定子を含む。
【０００９】
別の態様では、本開示は、移動車両を対象とする。移動車両は、エンジンと、エンジンに機能的かつ機械的に接続された固定子とを含む。また、移動車両は、固定子と相互作用して電力を発生するためにエンジンによって機械的に駆動される第１の回転子と、移動車両を推進させるために電力によって機能的に駆動される牽引デバイスと、固定子と相互作用し、回転によって電力を蓄積および解放するように構成される第２の回転子とを含む。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
図１は、機械１０の例示実施形態を示す。機械１０は、運搬、採鉱、建設、農業などの産業、または当技術分野で知られている任意の他の産業に関連付けられる何らかのタイプの作業を行うように構成された移動車両を具現化し得る。例えば、機械１０は、運搬トラック、ホイール・ローダ、バックホー、モータ・グレーダなどの土工機械、または任意の他の適切な作業実施機械であってよい。機械１０は、電力システム１４によって駆動される少なくとも１つの牽引デバイス１２を含むことがある。
【００１１】
牽引デバイス１２は、機械１０（片側のみが示されている）の各側に位置された車輪を含むことがある。別法として、牽引デバイス１２は、履帯、ベルト、または他の知られている牽引デバイスを含むことがある。機械１０にある任意の車輪を駆動および／または操縦することができることが企図される。
【００１２】
図２に例示されるように、電力システム１４は、例えば、ディーゼル・エンジン、ガソリン・エンジン、天然ガス・エンジンなどの気体燃料エンジン、または当業者に明らかな任意の他のタイプのエンジンなどのエンジン１６を含むことがある。電力システム１４は、別法として、燃料電池、蓄電デバイス、電動機、または他の同様の機構など非燃焼動力源を含むこともある。エンジン１６は、電気駆動装置１８を介して牽引デバイス１２を駆動し、それにより機械１０を推進させるように接続されることがある。
【００１３】
電気駆動装置１８は、エンジン１６の機械的な動力出力を、機械１０を推進させるために使用される電力に変換するように協働する構成要素を含むことがある。例えば、電気駆動装置１８は、共通バス２２に向けられる電力出力を生成するために回転可能であり、かつ出力シャフト２４を機械的に回転させるように電気的に駆動可能であるモータ／発電機２０を含むことがある。また、電気駆動装置１８は、共通バス２２から電力を引き出す、かつ共通バス２２に電力を解放するように構成された蓄電デバイス２６を含むこともある。電気駆動装置１８は、さらに、共通バス２２から電力を引き出して牽引デバイス１２を推進させるように機能的に接続された電気駆動式モータ（図示せず）と、駆動モータ、モータ／発電機２０、および蓄電デバイス２６と連絡する制御装置（図示せず）と、共通バス２２から余剰な電力を取り除くように構成された抵抗グリッド回路（図示せず）と、電池２９またはコンデンサ・バンク（図示せず）など追加の蓄電デバイスと、当技術分野で知られている他の同様の駆動構成要素とを含むことができることが企図される。
【００１４】
モータ／発電機２０は、エンジン１６にトルクを加えることによってモータとして、または電力を発生するためにエンジン１６によって駆動される発電機として選択的に動作するように構成された単一のユニットであってよい。具体的には、モータ／発電機２０は、固定された外部固定子３０内部で回転可能な回転子２８を含むことがある。出力シャフト２４を回転させるように回転子２８に付勢する回転磁場を発生するために、電流が固定子３０の巻線（図示せず）に順次に印加されることがある。逆に、回転子２８がエンジン１６によって固定子３０内部で回転駆動されるとき、電流が固定子３０の巻線で誘起されることがある。回転子２８は、出力シャフト２４に固定接続されることがあり、したがって、出力シャフト２４の出力回転が、回転子２８の対応する回転をもたらす。固定子３０は、取付具３２によってエンジン１６に機能的に固定されることがある。取付具３２は、エンジン１６に直接接続されることがあり、または別法として、エンジン・ハウジング（図示せず）によってエンジン１６に間接的に接続されることもある。
【００１５】
共通バス２２は、モータ／発電機２０、蓄電デバイス２６、電池２９、コンデンサ、抵抗グリッド回路、および他の構成要素を駆動モータに電気的に接続する正および負の電力線３５、３６を含むことがある。また、共通バス２２は、共通バス２２から電力を除去する付属電力負荷（図示せず）に電気的に接続されることもある。
【００１６】
電気フライホイールとも呼ばれる蓄電デバイス２６は、エネルギーを蓄積し、回転によって解放するように機能する構成要素を含むことがある。特に、蓄電デバイス２６は、固定子３０内部で回転可能な回転子３４を含むことがある（例えば、固定子３０は、回転子２８と回転子３４との両方に共通であってよい）。回転するように回転子３４に付勢する回転磁場を発生するために、電流が固定子３０の巻線に順次に印加されることがある。回転子３４は、実質的な慣性質量であってよく（例えば、回転子２８の慣性質量よりも大きい慣性質量を有し）、運動が開始されると、かなりの時間にわたって運動を持続する。回転子３４が固定子３０内部で回転するとき、回転子３４の回転運動は、固定子３０の巻線で電流を誘起するために使用されることがある。回転子３４は、出力シャフト２４とは無関係に回転することができ、したがって、出力シャフト２４の出力回転は、回転子３４の回転にほとんどまたは全く影響を持たず、逆もまた同様である。回転子３４は、１つまたは複数の軸受３８によって支持されて、取付具３２によって直接または間接的にエンジン１６に取り付けられてもよい。軸受３８は、半径方向で回転子３４の外側に位置されるように例示されているが、別法として、所望であれば、軸受３８は、回転子３４と出力シャフト２４との間で、半径方向で回転子３４の内側に位置されてもよいことが企図される。
【産業上の利用可能性】
【００１７】
開示されるシステムは、所望の動作範囲外への性能の逸脱を最小限にする、または防止するために電力負荷の減衰および／または蓄積を必要とする任意の電力システムに適用可能であってよい。本開示の目的では、用語「所望の動作範囲」は、例えばエンジン速度など、機械操作者および／または機械制御システムが実現および／または維持することを望む動作条件を含む。この所望の動作範囲からの逸脱は、燃料消費の増加、排気物質の増加、エンジン温度の上昇、機械生産性の低下、操作者の不満、および／または応答性の低下をもたらすことがある。
【００１８】
所望の動作範囲からの逸脱は、牽引デバイス１２が受けた電力負荷の突然の変化が、電気駆動装置１８または他のエンジン動力式デバイスによってエンジン１６に伝達されるときに起こることがある。機械１０は、突然の変化を減衰するために蓄電デバイス２６を利用することができる。例えば、電力負荷の急激な減少中、モータ／発電機２０によって発生される余剰の電力が、蓄電デバイス２６に向けられて、蓄電デバイス２６によって吸収されることがあり、回転子３４の回転をもたらす。対照的に、電力負荷の急激な増加中、回転子３４の回転は、回転子２８および出力シャフト２４を駆動するように逆戻りに向けられる、または機械１０の駆動モータに向けられる追加の動力（例えば、モータ／発電機２０によって発生される動力以外の動力）を発生するために使用されることがある。このようにすると、電力システム１４は、エンジン１６が、単に従来のフライホイールを含んだ場合よりも迅速に電力負荷の突然の変化に応答できるようにすることができる。したがって、電力システム１４は、エンジン１６が所望の動作範囲から逸脱する可能性を低減することができる。さらに、モータ／発電機２０から蓄電デバイス２６への電力の方向と、蓄電デバイス２６からモータ／発電機２０への電力の方向との両方が、共通の電子構成要素（例えば、共通の固定子３０）を利用するので、電気駆動装置１８によって費やされるコストおよび空間を低減することができる。
【００１９】
本開示の範囲から逸脱することなく、開示される電力システムに様々な修正および変形を施すことができることが、当業者に理解されよう。電力システムの他の実施形態は、本明細書に開示される電力システムの仕様および実施法を考慮すれば当業者に明らかになろう。仕様および実施例は、単に例示とみなされるものと意図されており、本開示の真の範囲は、頭記の特許請求の範囲およびその等価箇所によって示される。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】例示の開示される移動車両の概略図である。
【図２】図１の車両と共に使用するための電力システムの概略図である。
【図１】
2009528814.tif 000003
【図２】
2009528814.tif 000004
【国際調査報告】
2009528814.tif 000005
2009528814.tif 000006