(57)【要約】【解決手段】  電気自動車用の電気駆動システムは、内燃機関（エンジン）と、エンジンに連結されている発電機と、発電機に連結されている電力バスと、電力バスに連結されている電力貯蔵ユニットと、電気モーター及び電力バスに連結されている駆動コントローラーと、駆動コントローラーに連結されている車両コントローラーと、を含んでいる。発電機は、機械的な動力をエンジンに提供するために、電気モーターによって電力バス上に回生される電力を受け取るように構成されており、エンジンは、制動機能を提供するために、機械的な動力を消散するように構成されている。【選択図】          図１
2008514486.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気自動車用の電気駆動システムにおいて、
内燃機関のエンジン、及び前記エンジンに連結されている発電機と、
前記発電機に連結されている電力バスと、
前記電力バスに連結されている電力貯蔵ユニットと、
電気モーター及び前記電力バスに連結されている駆動コントローラーと、
前記駆動コントローラーに連結されている車両コントローラーと、を備えており、
前記発電機は、機械的な動力を前記エンジンに提供するために、前記電気モーターによって前記電力バス上に回生される電力を受け取るように構成されており、前記エンジンは、制動機能を提供するために、前記機械的な動力を消散するように形成されている、電気駆動システム。
【請求項２】
前記エンジンは、前記動力を消散させるために、空気圧縮機として機能するように構成されている、請求項１に記載の電気駆動システム。
【請求項３】
前記電力貯蔵ユニットは、前記電気モーターによって前記電力バス上に回生される電力を貯蔵するように構成されている、請求項１に記載の電気駆動システム。
【請求項４】
前記電力貯蔵ユニットは、前記電気モーターによって前記電力バス上に回生された第１量の電力を貯蔵するように構成されており、前記発電機は、前記電気モーターによって前記電力バス上に回生された第２量の電力を受け取るように形成されている、請求項３に記載の電気駆動システム。
【請求項５】
前記電力貯蔵ユニットは、少なくとも１つのコンデンサーを備えている、請求項３に記載の電気駆動システム。
【請求項６】
前記エンジンは、ディーゼルエンジンである、請求項１に記載の電気駆動システム。
【請求項７】
前記発電機は、交流同期発電機である、請求項１に記載の電気駆動車両。
【請求項８】
前記電気駆動システムは、直列ハイブリッド車と共に使用するように形成されている、請求項１に記載の電気駆動システム。
【請求項９】
前記駆動コントローラーは、交流−交流インバーターである、請求項１に記載の電気駆動システム。
【請求項１０】
前記電気モーターは、交流モーターである、請求項１に記載の電気駆動システム。
【請求項１１】
電気自動車に制動を提供する方法において、
内燃機関のエンジンと、前記エンジンに連結されている発電機を設け、
前記発電機に連結されている電力バスを設けと、
前記電力バスに連結されている電力貯蔵ユニットを設け、
電気モーターと前記電力バスに連結されている駆動コントローラーを設け、
前記駆動コントローラーに連結されている車両コントローラーを設け、
前記発電機を、機械的な動力を前記エンジンに提供するために、前記電気モーターによって前記電力バス上に回生される電力を受け取り、
前記エンジンを、前記機械的な動力を消散させること、から成る方法。
【請求項１２】
前記エンジンを、前記機械的な動力を消散させる工程は、前記エンジンを、空気圧縮機として機能させる工程を含んでいる、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記電力貯蔵ユニットが前記電気モーターによって前記電力バス上に回生される電力を貯蔵する工程を更に含んでいる、請求項１１に記載の方法。
【請求項１４】
前記電力貯蔵ユニットが前記電気モーターによって前記電力バス上に回生される第１量の電力を貯蔵し、前記発電機が前記電気モーターによって前記電力バス上に回生される第２量の電力を受け取る工程を更に含んでいる、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記電力貯蔵ユニットは、少なくとも１つのコンデンサーを含んでいる、請求項１３に記載の方法。
【請求項１６】
前記エンジンを設ける工程は、ディーゼルエンジンを提供する工程を含んでいる、請求項１１に記載の方法。
【請求項１７】
前記発電機を提供する工程は、交流同期発電機を提供する工程を含んでいる、請求項１１に記載の方法。
【請求項１８】
前記電気駆動システムを、直列ハイブリッド車と共に使用するように構成する工程を更に含んでいる、請求項１１に記載の方法。
【請求項１９】
前記駆動コントローラーを提供する工程工程は、交流−交流インバーターを提供する工程を含んでいる、請求項１１に記載の方法。
【請求項２０】
前記電気モーターを提供する工程は、交流電気モーターを提供する工程を含んでいる、請求項１１に記載の方法。
【請求項２１】
電気駆動車両において、
車両プラットフォームと、
前記車両プラットフォームに搭載されており、エンジンと、前記エンジンに連結されている交流発電機とを備えている、主動力ユニットと、
少なくとも１つの車輪に連結され、前記車両プラットフォームに対して支持されている交流電気モーターと、
前記交流電気モーターに連結されている駆動コントローラーと、
前記駆動コントローラーに連結されている車両コントローラーと、
前記主動力ユニットと前記駆動コントローラーを連結する交流バスアッセンブリと、を備えており、
前記主動力ユニットは、制動機能を提供するために、前記交流電気モーターによって前記交流バスアッセンブリ上に回生された電力を受け取り、前記エンジンを使って前記電力を消散させるように構成されている、電気駆動車両。
【請求項２２】
前記交流発電機は、前記エンジンに機械的な動力を提供するために、前記交流電気モーターによって前記交流バスアッセンブリ上に回生される交流電力を受け取るように構成されている、請求項２１に記載の電気駆動車両。
【請求項２３】
前記エンジンは、前記電力を消散させるために、空気圧縮機として機能するように構成されている、請求項２１に記載の電気駆動車両。
【請求項２４】
前記交流電気モーターによって前記交流バスアッセンブリ上に回生される交流電力を貯蔵するように構成された電力貯蔵ユニットを更に備えている、請求項２１に記載の電気駆動車両。
【請求項２５】
前記電力貯蔵ユニットは、前記交流電気モーターによって前記電力バスアッセンブリ上に回生された第１量の交流電力を貯蔵するように構成されており、前記主動力ユニットは、前記交流電気モーターによって前記交流バスアッセンブリ上に回生された第２量の交流電力を消散するように構成されている、請求項２４に記載の電気駆動車両。
【請求項２６】
前記電力貯蔵ユニットは、少なくとも１つのコンデンサーを備えている、請求項２４に記載の電気駆動車両。
【請求項２７】
前記エンジンは、ディーゼルエンジンである、請求項２１に記載の電気駆動車両。
【請求項２８】
前記交流発電機は、交流同期発電機である、請求項２１に記載の電気駆動車両。
【請求項２９】
前記電気駆動車両は、直列ハイブリッド車として作られている、請求項２１に記載の電気駆動車両。
【請求項３０】
前記駆動コントローラーは、交流−交流インバーターである、請求項２１に記載の電気駆動車両。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概括的には電気自動車の分野に、より具体的には電気自動車に制動能力を提供するためのシステム及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
本出願は、２００１年１月３１日出願の米国特許出願第０９／７７４，９８１号、現在の米国特許第６，７５７，５９７号の分割出願である２００４年３月１６日出願の米国特許出願第１０／７１８，０５１号の一部継続出願であり、前記両方を、参考文献としてここに援用する。この出願は、２００２年１２月１９日に出願の米国特許出願第１０／３２６，８６２号の一部継続出願でもあり、同出願を参考文献としてここに援用する。
【０００３】
電気駆動車両は、電気を何らかの形態で使用して、車両の推進力の全部又は一部を提供する車両である。この電気は、電気的エネルギーを作り出すのに、化学変換に依存している貯蔵エネルギー装置（バッテリー）、貯蔵された電荷に依存している貯蔵エネルギー装置（コンデンサー）、機械的に貯蔵されたエネルギーに依存している貯蔵エネルギー装置（例えば、フライホイール、圧力アキュムレーター）、及びエネルギー変換生成物の様な様々な供給源から生まれる。代表的な従来型電気駆動車両では、ディーゼルエンジンの様な原動機を用いて、１つ又は複数の駆動モーターに電流を供給する発電機又はオルタネータを駆動する。駆動モーターは、通常、車両の車輪セットに連結されている。この型式の電気駆動を利用する代表的な車両は、鉄道機関車である。或る従来型の電気駆動車両では、貯蔵されているエネルギーは、１つ又は複数の駆動モーターに電流を送る主電源を提供するのに用いられる。この型式の電気駆動を利用する代表的な車両は、ゴルフカート又はバッテリー電源式電気自動車である。或る従来型の電気駆動車両では、貯蔵エネルギーユニットと、発電機に連結されている内燃機関（エンジン）の様な、２つ以上のエネルギー源を有することが望ましい。２つ以上のエネルギー源を有していれば、設計で或る種の最適化を図ることによって、より効率的に動力を生成することができ、異なる供給源からの動力を使用して、より効率的な駆動のためのシステムを作り出すことができる。この型式の車両は、一般的に、ハイブリッド電気自動車（ＨＥＶ）と呼ばれている。直列及び並列ＨＥＶシステム設計は、普通に出会うものである。
【０００４】
通常の電気自動車では、機械的制動システムに加えて又はその代わりに、電気駆動モーターへの電力の流れが逆になるように、電気駆動モーターをモーターではなく発電機として機能するように構成することによって、回生制動能力が備えられている。この回生モードでは、各電気駆動モーターは、駆動モーターに連結されている車輪セットの回転から機械的エネルギーを受け取り、発電機として作動して機械的エネルギーを電気的エネルギーに変換し、電力出力を提供する。車輪から機械的エネルギーを受け取り、電気駆動モーターを発電機として作動させるこの過程は、機械的エネルギーを吸収し、車両の速度を下げるように作用する。更に必要な制動力は、通常、機械的ブレーキによって提供される。
【０００５】
電気駆動モーターからの電力の逆流は、通常、貯蔵エネルギー装置に転送される。転送された電力が貯蔵エネルギー装置の容量を超えると、過剰な電気的エネルギーは、通常、抵抗要素の様なエネルギー消散装置又は力的学ブレーキに転送され、抵抗要素を通して熱として消散される。数多くの制動サイクルに亘って過剰な電気的エネルギーをこのやり方で貯蔵及び消散させると、貯蔵エネルギー装置の有効寿命が短くなり、追加的なエネルギー消散システムを使用すると、必要な寸法に依ってはシステムにコストと複雑さが付け加わることになる。また、高コストは、特に、消防トラック、軍用車両、ゴミ処理車両の様な重量電気自動車の場合は、機械的制動システムを使用し維持することに関係している。従って、エンジンと発電機の組み合わせを利用して、追加の制動能力を提供し、回生制動中に過剰なエネルギーを消散させるように作られている、電気自動車における制動のためのシステム及び方法が必要とされている。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００６】
代表的な実施形態によれば、電気自動車用の電気駆動システムは、内燃機関（エンジン）と、エンジンに連結されている発電機と、発電機に連結されている電力バスと、電力バスに連結されている電力貯蔵ユニットと、電気モーター及び電力バスに連結されている駆動コントローラーと、駆動コントローラーに連結されている車両コントローラーと、を含んでいる。発電機は、機械的な力をエンジンに提供するために、電気モーターによって電力バス上に回生される電力を受け取るように作られており、エンジンは、制動機能を提供するために、機械的な力を消散するように作られている。
【０００７】
別の代表的な実施形態によれば、電気自動車内で制動を提供する方法は、内燃機関（エンジン）と、エンジンに連結されている発電機を提供する段階と、発電機に連結されている電力バスを提供する段階と、電力バスに連結されている電力貯蔵ユニットを提供する段階と、電気モーターと電力バスに連結されている駆動コントローラーを提供する段階と、駆動コントローラーに連結されている車両コントローラーを提供する段階を含んでいる。本方法は、更に、機械的な力をエンジンに提供するために、発電機を、電気モーターによって電力バス上に回生される電力を受け取るように構成する段階と、エンジンを、機械的な力を消散させるように構成する段階を含んでいる。
【０００８】
別の代表的な実施形態によれば、電気駆動車両は、車両プラットフォームと、車両プラットフォームに搭載されている主動力ユニットを含んでおり、エンジンと、エンジンに連結されている交流発電機を備えている。電気駆動車両は、更に、少なくとも１つの車輪に連結され、車両プラットフォームに対して支持されている交流電気モーターと、交流電気モーターに連結されている駆動コントローラーと、駆動コントローラーに連結されている車両コントローラーと、主動力ユニットと駆動コントローラーを連結するための交流バスアッセンブリと、を含んでいる。主動力ユニットは、制動機能を提供するために、交流電気モーターによって交流バスアッセンブリ上に回生された電力を受け取り、エンジンを使ってその電力を消散させるように作られている。
【０００９】
本発明のこの他の特徴及び利点は、以下の詳細な説明と添付図面から明らかになるであろう。しかしながら、詳細な説明と具体的な例は、説明のためのものであって、本発明を制限するものではない旨理解されたい。本発明の精神から逸脱することなく、本発明の範囲内で多くの修正及び変更を行うことができ、本発明は、その様な全ての修正を包含するものとする。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以後、代表的な実施形態について添付図面を参照しながら説明するが、図中、同じ参照番号は同じ要素を示している。
代表的な実施形態を詳細に示している図面を見る前に、本発明は、以下の説明に記載されているか又は図面に示されている詳細又は方法論に限定されるものではないものと理解されたい。本発明は、この他の実施形態も可能であるし、様々なやり方で実施又は実行することができる。ここに採用している専門用語又は専門術語は、説明のみを目的としており、本発明に制限を課すものではないものと理解されたい。
【００１１】
概括すると、ここに記載している、電気自動車に制動能力を提供するためのシステムと方法は、エンジンと発電機の組み合わせを使用して、追加の制動能力を提供し、回生制動中に過剰なエネルギーを消散させる。力は、発電機からの電力の流れが逆になり、発電機が機械的なトルクをエンジンに提供し、エンジンが空気圧縮機として従来のエンジンブレーキ又は「ジェイクブレーキ(Jake brake)」の方式で機能するように、発電機をモーターとして作動する（即ち、発電機を「動かす」）ように構成することによって、エンジンと発電機を通して消散させる。エンジンと発電機の組み合わせを用いて追加の制動能力を提供すると、回生制動と組み合わせて用いられる機械的制動システムの磨耗が減って、機械的制動システムの維持に関わるコストを下げることができる。エンジンと発電機の組み合わせを使って、回生制動中に過剰な回生エネルギーを消散させると、追加エネルギー消散装置の寸法を小さくするか、又はその必要性を除去することができるので、追加エネルギー消散システムに関わるコストを下げることができる。
【００１２】
図１は、代表的な実施形態による電気駆動車両１０の概略図である。電気駆動車両は、何らかの形態で電気を使用して、車両の推進力の全て又は一部を提供する車両である。この電気は、化学変換に依る貯蔵エネルギー装置（バッテリー）、貯蔵電荷装置（コンデンサー）、機械的貯蔵エネルギーに依る貯蔵エネルギー装置（例えば、フライホイール、圧力アキュムレーター）、及びエネルギー変換生成物の様な様々な電源から供給することができる。ハイブリッド電気自動車は、先に述べた電気的エネルギー貯蔵装置の内の１つと他の内燃機関（エンジン）の様な、２つ以上のエネルギー源を使用する電気駆動車両である。２つ以上のエネルギー源を有していれば、設計で或る種の最適化を図ることによって、より効率的に動力を生成することができるので、異なる供給源からの動力を使用し、より効率的な駆動のためのシステムを作り出すことができる。電気駆動車両１０は、一般には電気自動車、及び／又は、特別の場合はハイブリッド電気自動車として用いることができる。電気駆動車両１０は、消防車、軍用車両、除雪車、ゴミ処理車両、コンクリートミキサー車など数多くの異なる型式の自動車に実施することができる。
【００１３】
図示の実施形態では、電気駆動車両１０は、エンジン１８、発電機２０、電力変換器２４、エネルギー貯蔵装置２６、複数の電気モーター２８、複数の駆動コントローラー３０、車両コントローラー３４を含んでいる。電気駆動車両１０は、随意的に、エネルギー消散ユニット３２を含んでいてもよい。発電機２０、駆動コントローラー３０、及び電力変換器２４は、交流又は直流の電力バスの様な電力バス４２によって、相互接続されている。電気駆動車両１０は、一般に、エンジン１８と発電機２０の組み合わせを使用して、制動能力を提供し、回生制動中に電気モーター２８によって生成された過剰な電力を消散させるように作られている。
【００１４】
エンジン１８は、ディーゼルエンジンの様な内燃機関で、発電機２０に機械的な動力を提供し、且つ発電機から機械的な動力を受け取って機械的エンジンブレーキ又は空気圧縮機として機能するように構成されているのが望ましい。発電機１２０は、エンジン１８に連結されており、交流又は直流電力を提供するように作られた発電機として、且つ電力を受け取ってエンジン１８に機械的な動力を提供するように作られたモーターとして機能するように構成されている。
【００１５】
電力変換器２４は、エネルギー貯蔵装置２６に連結されており、発電機２０によって、又は回生制動中に電気モーター２８によって生成された電力を、エネルギー貯蔵装置２６が必要とするエネルギーモードに変換するように構成される。例えば、或る代表的な実施形態によれば、電力変換器は、発電機２０によって生成された交流電力を、直流電力に変換し、その様に変換された電力を貯蔵装置２６に移送するように作られている。電力変換器２４は、エネルギー貯蔵装置２６に貯蔵されているエネルギーを、発電機２０のエネルギーモードに戻し、電力バス４２を通して、発電機２０によって生成された電力を増大及び補足する。エネルギー貯蔵装置２６は、電気コンデンサー、電子化学コンデンサー又は「超コンデンサー(ultracapacitor)」、バッテリー、フライホイール、又は油圧アキュムレーターであってもよい。
【００１６】
電気モーター２８は、適切なサイズの電気駆動モーターであり、交流電気モーターでも直流電気モーターでもよい。電気モーター２８は、車輪又は車軸に機械的エネルギー出力を提供するために、電力バス４２から電力を受け取るように構成されている。電気モーター２８は、更に、回生制動中には、電力バス４２上に電力を生成するために、車輪又は車軸から機械的エネルギーを受け取るように構成されている。
【００１７】
駆動コントローラー３０は、各電気モーター２８に連結されており、各電気モーター２８の作動を制御するように構成されている。より具体的には、駆動コントローラーは、電気モーター２８が、機械的エネルギー出力を車輪又は車軸に提供するために電力バス４２から電力を受け取るか、又は、回生制動中には、電力バス４２上に電力を生成するために車輪又は車軸から機械的エネルギーを受け取ることができるように構成されている。
【００１８】
車両コントローラー３４は、データバスネットワーク７６を介して、エンジン１８、発電機２０、電力変換器２４、及び駆動コントローラー３０に連結されている。車両コントローラー３４は、概括的には、エンジン１８、発電機２０、電力変換器２４、エネルギー貯蔵装置２６、複数の電気モーター２８、及び複数の駆動コントローラー３０の作動を制御するように構成されている。より具体的には、車両コントローラー３４は、発電機２０とエンジン１８からの電力の流れが逆になって制動能力を提供するように、そして、回生制動中には、電気モーター２８により生成された過剰な電力を発電機２０に送り返してエンジン１８を介して消散させるように、電力バス上での電力の配分を制御する支援をするように構成されている。
【００１９】
随意的なエネルギー消散ユニット３２は、代表的には抵抗要素で、回生制動中に電気モーター２８によって生成された電力がエネルギー貯蔵装置２６の容量を超えた場合には、抵抗要素を介してその電力を熱として消散させるようになっている。電気駆動車両１０は、回生制動中に電気モーター２８によって生成された過剰な電力が、エンジン１８と発電機２０を通して十分に消散するように構成されているのが望ましい。
【００２０】
或る代表的な実施形態によれば、電気駆動車両１０の前進運動を遅らせ又は低速にするために、車両コントローラー３４は、エンジン１８、発電機２０、及び駆動コントローラー３０に信号を提供し、発電機２０が、エンジン１８からの機械的な動力を受け取って電力バス４２上に電力を提供すること（即ち、発電機として機能すること）から、電力バス４２から電力を受け取って機械的な動力をエンジン１８に提供すること（即ち、モーターとして機能すること）に切り替わるようにする。電気モーター２８は、モーターとして機能から発電機として機能へ切り替わり、各電気モーター２８は、機械的なトルク出力を提供するのに代わって、例えば、電気モーター２８に連結されている車輪セット又は車軸の回転から機械的エネルギーを受け取る。電気モーター２８は、ここで機械的エネルギーを電気的エネルギーに変換し、電力バス４２上に電力出力を提供する。エンジン１８への燃料供給は、制動中は遮断され、エンジンは、発電機２０に機械的な動力を提供する状態から、発電機２０から機械的な動力を受け取る状態へ切り替わり、受け取った機械的な動力を（例えば、熱として）消散させるために、機械的エンジンブレーキ又は空気圧縮機として機能するようになる。或る代表的な実施形態によれば、電気駆動車両１０は、車両コントローラー３４と連携して従来の機械的エンジンブレーキ又は「ジェイクブレーキ」システムに使用される様なエンジンブレーキのユーザーインターフェースを利用するように構成されている。別の代表的な実施形態によれば、ユーザーインターフェースを使って、ユーザーが、制動を提供するのに用いられるときに、エンジン１８を通して消散させることのできる電力の量を調整できるようになっている。
【００２１】
正常な回生制動の間、車両コントローラー３４は、各駆動コントローラー３０に、正の速度基準信号と負のトルク基準信号を提供し、電気モーター２８への電力の流れの方向が逆になるようにする。電気モーター２８は、モーターとして機能することから、発電機として機能することに切り替わり、各電気モーター２８は、機械的なトルク出力を提供する代わりに、例えば、電気モーター２８に連結されている車輪セット又は車軸の回転から機械的エネルギーを受け取る。電気モーター２８は、ここで機械的エネルギーを電気的エネルギーに変換し、電力バス４２上に電力出力を提供する。
【００２２】
電気モーター２８が電力バス４２上に提供する電力は、エネルギー貯蔵装置２６に転送される。転送された電力がエネルギー貯蔵装置２６の容量を超える場合、過剰な電気的エネルギーは発電機２０に転送される。発電機２０は、エンジン１８から機械的な動力を受け取って電力バス４２上に電力を提供すること（即ち、発電機として機能すること）から、電力バス４２から電力を受け取ってエンジン１８に機械的な動力を提供すること（即ち、モーターとして機能すること）に切り替わる。エンジン１８への燃料供給は、制動中は遮断され、エンジンは、発電機２０に機械的な動力を提供することから、発電機２０から機械的な動力を受け取ることへ切り替わり、受け取った機械的な動力を（例えば、熱として）消散させるために、機械的エンジンブレーキ又は空気圧縮機として機能するようになる。
【００２３】
或る代表的な実施形態によれば、電気自動車に制動能力を提供するためのシステムと方法は、交流バスアッセンブリを利用して、過剰な交流電力を、交流電気モーターと、エンジンに連結されている交流発電機とに出し入れ分配する、電気駆動車両に実施されている。図２は、車両の様々なモジュールに連結されている交流バスアッセンブリを使用する電気駆動車両１０の実施形態である、電気駆動車両１１０を示す概略図である。図示の実施形態では、電気駆動車両１１０は、車両プラットフォーム又は車両支持構造１１２を含んでおり、その上に様々なモジュール１８４が取り外し可能に搭載されている。その様なモジュール１８４には、主動力ユニット１１６、電力貯蔵ユニット１２２、車両１１０の少なくとも１つの車輪１１４に連結されている電気モーター１２８、電気モーター１２８に連結されている駆動コントローラー１３０、及び、ユーザーインターフェース１３６を有する車両コントローラー１３４が含まれる。一般に補助モジュール１８６と呼ばれている追加のモジュール１８４を、周囲と状況の保証として電気駆動車両１１０に付加してもよい。例えば、電気駆動車両１１０は、随意的にエネルギー消散ユニット１３２を含んでいてもよい。
【００２４】
電気駆動車両１１０のモジュール１８４を相互連結しているのは、交流電力バスアッセンブリ１４２とデータバスネットワーク１７６であり、これを通して、車両とその様々な機能が制御され操作される。様々なモジュール１８４とそれらの機能に関する具体的な説明を以下に提供する。
【００２５】
電気駆動車両１１０の或る実施形態は、車両プラットフォーム１１２を備えており、その上に主動力力ユニット１１６が搭載されている。電力貯蔵ユニットは車両プラットフォームに搭載されており、複数の車輪が車両プラットフォーム１１２に回転可能に取り付けられ、電気モーター１２８は少なくとも１つの車輪１１４に連結されている。駆動コントローラー１３０は、電気モーター１２８に連結されている。入力端末１３８と出力端末１４０を有する車両コントローラー１３４は、駆動コントローラー１３０とデータバスネットワーク１７６に連結されている。車両コントローラー１３４は、電気駆動車両１１０の作動に必要な速度と動力に関して、モニター及びセンサー、並びに運転者の入力端末１３８からデータ入力を受け取る。各モーター１２８のトルク出力は、その様なデータ入力から車両コントローラー１３４に確立された要件を満たすように調整される。主動力ユニット１１６、電力貯蔵ユニット１２２、及び電気モーター１２８を駆動コントローラー１３０を通して連結しているのは、交流バスアッセンブリ１４２である。或る例では、車両コントローラー１３４は、主動力ユニット１１６と電力貯蔵ユニット１２２の内の一方に、電気駆動車両１１０の運転者の決定に従って連結されている。車輪１１４によって支持される連続トラックも設けることができる。
【００２６】
電気駆動車両１１０は、操舵可能及び操舵不可能な車輪アッセンブリと駆動及び非駆動軸のためのモジュール式独立コイルばね懸架装置で構成されている１つ又は複数のモジュール１８４を備えて構成されている。その様なモジュール式独立コイルばね懸架装置の詳細は、米国特許第５，５３８，２７４号、第５，８２０，１５０号、及び第６，１０５，９８４号で見ることができ、それらを参考文献としてここに援用するが、それらは本発明の譲受人に譲渡されている。
【００２７】
主動力ユニット１１６は、発電機又はオルタネータ１２０に連結されている原動機又はエンジン１１８を含んでいる。原動機１１８は、機械的エンジンブレーキとして機能するよう構成されているディーゼルエンジンの様な内燃機関であるのが望ましい。発電機又はオルタネータ１２０は、原動機に連結されており、電気駆動車両１１０に４６０から４８０ボルトの３相の交流６０ヘルツの電力を生成する同期発電機であるのが望ましい。しかしながら、より高いか又はより低い電力を生成するために、異なるサイズの発電機又はオルタネータを原動機に連結することも考えられる。例えば、単相システムを利用してもよいし、７２０ボルトを生成するシステムを使用してもよいし、例えば欧州諸国で一般的な５０ヘルツの様な、６０ヘルツ以外の周波数で作動するシステムを利用してもよい。更に、主動力ユニット１１６が生成する電力は、ポンプ、インパネ、ツール、照明、及び他の装置の様な、電気駆動車両１１０上の又はこれに付帯する補助装置を作動させるための電力を供給するために、降圧変圧器の様な適切な補助モジュール１８６で修正することも考えられる。
【００２８】
電気駆動車両１００の実施形態は、電気駆動車両１１０で駆動される車輪１１４の数に基づいて様々である。例えば、或る実施形態は、別の車輪１１４に連結され、データバスネットワーク１７６及び交流バスアッセンブリ１４２に連結されている電気モーター１２８及び駆動コントローラー１３０を含んでいる。電気駆動車両１１０は、４つの車輪１１４に連結され、データバスネットワーク１７６と交流バスアッセンブリ１４２に連結されている４つの電気モーター１２８と４つの駆動コントローラー１３０を含んでいる。図２に示している様に、８つの電気モーター１２８と電気駆動コントローラー１３０を、８つの別々の車輪１１４に連結させ、データバスネットワーク１７６と交流バスアッセンブリ１４２に連結させてもよい。電気駆動車両１1０の全ての変形例において、車輪１１４の内の少なくとも２つは操舵可能である。
【００２９】
交流バスアッセンブリ１４２は、複数の位相導体１４４を含んでいる。端部１４８と端部１５０を有する導体１４６は、端部１５４と端部１５６を有する導体１５２と共に、電気駆動車両１１０の或る実施形態では、単相電力を提供するため、ニュートラル１６４と共に構成されている。端部１６０と端部１６２を有する導体１５８は、図２に示すように三相電力を提供するため、導体１４６及び導体１５２と連携して用いられる。導体１４４は、電気駆動車両１１０の設計において考慮されている発電を伝送するために寸法が決められ被覆された銅又はアルミニウムの様な撚り合わせた金属線であってもよい。当業者には理解頂けるように、導体１４４は、一般にバスバーと呼ばれ、銅又はアルミニウムの様な適切に被覆された金属で作られている中実の金属棒であってもよい。
【００３０】
電気モーター１２８は、適切な寸法に作られた駆動モーターである。代表的な実施形態によれば、電気駆動車両１１０は、交流三相誘導電気モーターを含んでいる。電気モーター１２８は、単純な鋳造回転子、機械搭載固定子、密封式ボールベアリング、及び無ブラシ内部スイッチ又は滑動接触装置を有しており、回転子が電気モーター１２８の唯一の可動部品になっているのが望ましい。電気モーター１２８の制御は、電気モーター１２８に連結されている駆動コントローラー１３０を通して実現される。或る代表的な実施形態によれば、駆動コントローラーは、交流−交流インバーターの様なインバーターである。電気モーター１２８のトルク出力は、運転者によって車両コントローラー１３４で設定され、データバスネットワーク１７６を経由して駆動コントローラー１３０に送られた、回転速度と電力要件に基づいて調整される。駆動コントローラー１３０は、データバス１７２によってデータバスネットワーク１７６に連結されており、データバスネットワーク１７６は、車両コントローラー１３４に接続されている。車両コントローラー１３４、駆動コントローラー１３０、補助モジュール１８６を含む他のモジュール及びセンサーによって生成される信号は、車両コントローラー１３４によって、ユーザーインターフェース１３６によって提供される適切な入力と出力を使って処理される。車両コントローラー１３４と様々なモジュール１８４の間の無線通信は、衛星経由で中央の指令センターへの中継も含め、電波、マイクロ波、及び光ファイバー経路を経由する信号通信を含めて実現させることも考えられる。
【００３１】
図２と図４は、車輪１１４が、電気モーター１２８により、必要に応じて適切な車輪端減速器アッセンブリ１８２を通して直接駆動される様子を示している。図３に示しているように、車輪端減速器アッセンブリ１８２は、更に、車輪１１４を差動器アッセンブリ１７８にドライブシャフトを介して連結している。複数の車輪端減速器アッセンブリ１８２は、車輪１１４をそれぞれの電気モーター１２８に連結している。車両１１０の別の実施形態は、図３に示している様に、少なくとも２つの車輪１１４を駆動するため電気モーター１２８に連結されている差動器アッセンブリ１７８を含んでいる。少なくとも２つの車輪を駆動するために各差動器アッセンブリが電気モーター１２８に連結されている３つのアッセンブリ１７８の様な追加の差動器アッセンブリ１７８も、電気駆動車両１１０の中に含めることができる。
【００３２】
先に述べた様に、電気駆動車両１１０には、主動力ユニット１１６、電力貯蔵ユニット１２２、電気モーター１２８、駆動コントローラー１３０、車両コントローラー１３４、懸架装置アッセンブリ、及び、車両プラットフォームに取り外し可能に搭載されているモジュール１８４の様な他の関連装置を設けてもよい。モジュール１８４は、更に、データバスネットワーク１７６と交流バスアッセンブリ１４２に取り外し可能に接続されている。補助モジュール１８６は、電気駆動車両１１０の機能及び作動に必要又は関係するどの様な型式の装置又はツールであってもよい。例えば、補助モジュールは、ポンプ、鋸、ドリル、照明などでもよい。補助モジュール１８６は、データバスネットワーク１７６と交流バスアッセンブリ１４２に取り外し可能に接続されている。接合部１８８は、モジュールを、データバスネットワーク１７６及び交流バスアッセンブリ１４２へ接続し易くするのに用いられ、車両１１０を通して都合の良い場所に配置されている。接合部１８８は、瞬間コネクタ(quick connector)、ナットとボルト、はんだ端末、又はクリップ端末などの様な様々な型式の接続を受け入れることができる。接合部１８８は、データバス１７２又は位相導体１４４又はその両方を受け入れることができる。
【００３３】
交流電力バスアッセンブリ１４２には、電力貯蔵ユニット１２２も接続されている。電力貯蔵ユニット１２２は、電力変換器１２４とエネルギー貯蔵装置１２６を含んでいる。電力貯蔵ユニット１２２は、主動力ユニット１１６が求める以上の電力を提供するように構成することができる。エネルギー貯蔵装置１２６は、電気コンデンサ、電子機械コンデンサー又は「超コンデンサー」、蓄電池、フライホイール、又は油圧アキュムレーターであってもよい。電力変換器１２４は、主動力ユニット１１６によって生成される交流電力を直流電力に変換し、この変換された電力を適切な貯蔵装置へ送るように構成されている。電力変換器１２４は、エネルギー貯蔵装置１２６に貯蔵されているエネルギーを交流電力に変換して戻し、主動力ユニット１１６によって生成された交流電力を、交流電力バスアッセンブリ１４２を通して増大させ、補うこともできる。出願人は、電力貯蔵ユニット１２２の制御の下でオンボードバッテリーパック（エネルギー貯蔵装置１２６）を放電させることによって、追加の２００−３００馬力の電力を、短期間、位相導体１４４を通して、交流電力バスアッセンブリ１４２に提供できることを確認した。電力貯蔵ユニット１２２は、データバスネットワーク１７６に連結され、車両コントローラー１３４によって制御される。主動力ユニット１１６と電力貯蔵ユニット１２２からの組み合わせ電力は、全て、運転者が車両コントローラー１３４のユーザーインターフェース１３６で決めたように、電気モーター１２８、又はあらゆる他のモジュール１８４又は補助モジュール１８６が、交流電力バスアッセンブリ１４２上で使用に供することができる。
【００３４】
作動時、電力貯蔵ユニット１２２は、主動力ユニット１１６から、交流電力バスアッセンブリ１４２の導体１４４を介して電力を受け取る。受け取った電力は、エネルギー貯蔵装置１２６が要求する適切なエネルギーモードに変換され、電気駆動車両１１０の運転中に必要とされるまで、エネルギー貯蔵装置１２６内に維持される。何らかの理由で主動力ユニット１１６が機能していない場合、電力貯蔵ユニット内のエネルギーは、電気駆動車両１１０、又は電気駆動車両１１０に搭載されている何れかのモジュール１８４又は補助モジュール１８６を、所与の時間だけ作動させるのに用いられる。
【００３５】
主動力ユニット１１６による電力貯蔵ユニット１２２のエネルギー貯蔵再充電は、車両１１０が目的地に着いた直後に自動的に始まり、車両が元の場所に戻るまでの走行中継続する。電力貯蔵ユニット１２２の充電の状態は、任務と任務の間は、車両のガレージ又は保管場所の電力差込口へ単にプラグを接続することによって維持され、その差込口は、電気駆動車両１１０がその様な現場を離れると自動的に接続解除される。電気モーター１２８が、発電機として機能する回生モードになっているとき、電力貯蔵ユニット１２２は、電気モーター１２８が生成したエネルギーも受け取ることができる。その様な機能は、運転者が車両コントローラー１３４のユーザーインターフェース１３６で決めたところに従って、車両の制動中に用いられる。電気モーター１２８と交流電力バスアッセンブリ１４２は、更に、図１に関連して先に述べた様に、制動能力を提供するため電力を回生して主動力ユニット１１６に戻すように構成されている。車両コントローラー１３４と駆動コントローラー１３０は、回生中に交流バスアッセンブリ上の電力係数を調整するように構成されているのが望ましい。
【００３６】
車両１１０の別の実施形態に提供されている追加のモジュール１８４は、交流バスアッセンブリ４２とデータバスネットワーク１７６に連結されているエネルギー消散ユニット１３２である。主動力ユニット１１６、電気モーター１２８、又は何れかの他の補助モジュール１８６が過剰な電力を生成しているか、又は十分な電力を利用していないと判断されたとき、エネルギー消散装置１３２を通して過剰な電力を消散させることができる。エネルギー消散装置１３２の例は、ファン又は適切な流体で更に冷却される抵抗コイルである。エネルギー消散装置１３２の別の例は、車両内で生成される過剰な熱を利用し、水を加熱して水蒸気を作る水蒸気発生機である。図１に関連して先に述べた様に、エネルギー消散装置１３２は、発電機又はオルタネータ１２０をモーターとして機能するように構成し、エンジン１１８を空気ポンプ又は圧縮機として使用して過剰な電力を消散させることによって、置き換えるか、又は補うのが望ましい。
【００３７】
各実施形態に関する以上の説明は、分かり易く説明するために呈示したものである。説明は、本発明を網羅しているものでもなければ、開示されている形態そのものに本発明を限定するものでもなく、修正及び変更は、上記教示に照らして実施可能であり、或いは本発明を活用することにより修得することができる。各実施形態は、本発明の原理とその実際の適用例を説明し、当業者が本発明を様々な実施形態で利用できるようにするために選択し、説明しており、様々な修正は、考えられる具体的な用途に適っている。本発明の範囲は、特許請求項の範囲及び等価物によって定義されるものとする。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】代表的な実施形態による電気駆動車両の概略図である。
【図２】電気駆動車両の代表的な実施形態の概略図であり、車両上の様々なモジュールに連結されている交流バスアッセンブリの代表的な実施形態を提供している。
【図３】少なくとも２つの車輪を駆動するための電気モーターに連結され、懸架装置アッセンブリによって支持されている差動器アッセンブリの代表的な実施形態の上面図である。
【図４】少なくとも１つの車輪を車両支持構造体に対して懸架している懸架装置アッセンブリに連結されている電気駆動車両支持構造の代表的な実施形態の端面部分断面図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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