(57)【要約】  本発明は、自動車用の電気トラクションチェーン（１）に関するものであり、この電気トラクションチェーンは：再充電可能な車載用電源（２）と；入力を介して前記再充電可能な電源（２）に接続される三相系統電圧を生成することができる静止コンバータ（５）と；前記静止コンバータ（５）により生成される三相系統電圧で給電される三相電動モータ（１０）を含み、外部電力供給源（３５）を前記モータのステータ巻線に接続することができ、これにより前記車載用電源を前記静止コンバータ（５）を介して再充電することができる。前記電気トラクションチェーンは、前記モータ（１０）が、同期式の個別励磁モータであり、このモータでは、ロータ（２３）への給電が再充電フェーズ中に遮断されることを特徴とする。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
自動車用の電気トラクションチェーン（１）であって：
−再充電可能な車載用エネルギー供給源（２）と；
−入力に接続される三相系統電圧を前記再充電可能なエネルギー供給源（２）に供給することができる固体コンバータ（５）と；
−前記固体コンバータ（５）から供給される三相系統電圧で給電される三相電動モータ（１０）を備え、
外部電気エネルギー供給源（３５）を前記モータのステータ巻線に接続することができ、これにより前記車載用エネルギー供給源を前記固体コンバータ（５）を介して再充電することが可能になり、前記モータ（１０）は、同期式の個別励磁モータであり、このモータでは、ロータ（２３）への給電が再充電フェーズ中に中断されることを特徴とする、自動車用の電気トラクションチェーン（１）。
【請求項２】
各ステータ巻線（１２、１３、１４）は個別端子ペアを含み、各巻線は、前記固体コンバータ（５）に接続される１つの端子（１４、１５、１６）を有し、他方の端子（１７、１８、１９）は、中性線を構成する共通点（２７）に、または外部電気エネルギー供給源（３５）に接続される端子ブロック（２５）に交互に接続されることを特徴とする、請求項１に記載の電気トラクションチェーン。
【請求項３】
前記電気トラクションチェーンは、前記ステータ巻線の端子群を前記中性線構成共通点（２７）に前記再充電フェーズになっていないときに接続することができる１組のリレー部材（３０、３１）を備えることを特徴とする、請求項１に記載の電気トラクションチェーン。
【請求項４】
前記電気トラクションチェーンは、前記ステータ巻線（１２、１３、１４）の全ての前記端子（１７、１８、１９）を、前記再充電フェーズになっていないときに接続することができる前記共通点を形成するプラグコネクタ（２７）を備えることを特徴とする、請求項２に記載の電気トラクションチェーン。
【請求項５】
前記端子ブロック（２５）は三相の外部電源（３５）に接続されることを特徴とする、請求項４に記載の電気トラクションチェーン。
【請求項６】
前記端子ブロック（２５）は単相の外部電源に接続され、前記ステータ巻線のうちの２つのステータ巻線（４１、４２）は、前記外部電源（４０）の同じ端子に共通接続されることを特徴とする、請求項４に記載の電気トラクションチェーン。
【請求項７】
前記端子ブロック（２５）は、前記外部電源にステップダウン変圧器（３７）を介して接続されることを特徴とする、請求項４に記載の電気トラクションチェーン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車の分野に関し、特に電気トラクションチェーンを含む車両の分野に関する。
【０００２】
本発明は更に詳細には、牽引力を供給する蓄電バッテリの再充電時間を短くするために使用される特定の機構を目的としている。
【背景技術】
【０００３】
普通、電気トラクションチェーンを含む車両は、牽引機能に必要な動力を供給するように設計される蓄電バッテリを備える。このバッテリは、電動モータに固体コンバータを介して給電する。これらのコンバータの役割は、モータに直接印加される交流系統電圧を、好ましくは三相交流電圧を生成することである。従って、このタイプのコンバータはインバータとして動作するので、系統電圧を供給し、この系統電圧の振幅及び周波数を制御して必要トルクを供給する。
【０００４】
電気トラクションチェーンを備える車両に関して既に確認されている１つの問題は、蓄電バッテリの再充電フェーズに関わるものである。熱エンジン車両に較べると、エネルギー再充電フェーズはずっと長い。実際、現時点で公知の技術によれば、車両は、約１時間以上の時間に亘って動かないようにして、車載バッテリに主電源から給電する必要がある。普通、バッテリの再充電は、前記バッテリを、内部または外部に設けることができる充電器に接続することにより行なわれる。現時点で入手することができるタイプの車載コンバータでは、これらの再充電操作は、数時間を要するので、これらの操作は普通、車両が停車している夜間に行なわれる。
【０００５】
しかしながら、再充電操作をずっと速く行なうことができる外部充電器が存在するが、これらの充電器は高価過ぎて広く普及させることができない。更に、これらの特定の充電器タイプが必ず、電気自動車において見られる非常に広範な種類の端子ブロック群に対応しているという訳ではない。
【０００６】
１つの解決策が既に、蓄電バッテリの再充電を扱っている欧州特許第０６０３７７８号明細書に提案されている。この原理によれば、外部電源をモータのステータ巻線の両端に接続する。このようにして、モータの巻線が誘導素子として動作し、そしてこれらの誘導素子の接続先のインバータがスイッチモードコンバータとして機能してバッテリを再充電する。
【０００７】
この解決策により生じる１つの潜在的な問題は、バッテリ再充電フェーズ中に再充電電流がステータ巻線を流れると、モータトルクが発生することである。実際、この解決策において使用される、磁石を用いた同期式のモータ、または非同期式モータは、電流を回転部品群に全く供給する必要がないという利点をもたらすが、他方においては、これらのモータのステータ巻線に三相交流電流を流すとトルクが発生するという不具合をもたらす。発生するこのトルクは、ロータを回転しないようにしているときには小さくても、非常に大きな不具合をもたらす、というのは、衝撃が加わると、この衝撃が軽度であっても、充電中に、モータから車輪に伝達されるこの平均トルクが極めて大きくなり、そして機械巻線を流れる充電電流が非常に大きい場合には、遥かに大きくなるからである。実際、充電電流が流れることに関連するステータ回転磁界の方向に、ロータがほんのわずかだけでも回転すると、ロータ磁界及びステータ磁界が同期してしまうことにより速度過剰になるのでトルクが同じ方向に作用し、車両が不意に発進してしまうという悲惨な結果をもたらす。
【０００８】
従って、当然ながら車両が不意に動くリスクが生じてしまう。このリスクは遥かに危険である、何故なら、電気自動車の場合、アイドル速度というものがなく、車両はゼロ速度では全く音を立てないからである。実際のところ、実際に停車している車両とアクセルペダルを踏み込んでいる場合にゼロ速度であるが加速しようとしている車両との区別ができない。また、極端な手段を用いて、駐車している車両が再発進する危険が全くないことを保証することが絶対に重要である。このためには、法規によって、電動システムに、牽引がこの状態では絶対に生じないようにする遮断装置を搭載させる状況を実現する。このような構成は、欧州特許第０６０３７７８号明細書に記載されているシステムには見られず、この文献では、車両の車輪を、ブレーキシステムを使用してロックすることにより車両を動かないようにすることを推奨している。この解決策は、全く満足の行くものではない、何故なら、この解決策は、車両が停車しているときに牽引システムを電気的に遮断してしまうという現行の法規を満たさないからである。また、当該解決策では、車両を発進するときの安全装置として駐車ブレーキ機能しか利用しておらず、これは、トラクションエンジンを作動させるときに車両が動かないようにするためには十分ではない。更に、車輪をブロックする場合、エンジン出力と車軸との間の動力伝達機構の全てが、特に外部電源の電源周波数、及び当該周波数の高調波において機械応力及び振動の原因となる。
【０００９】
従って、本発明が解決しようとしている課題は、蓄電バッテリを改良された方法で再充電する、特に機械の動力伝達部材が大きな機械応力を受けるのを回避し、そして非ゼロの平均トルクが充電時に動力伝達軸に加わる全ての危険を取り除くことにより再充電することができるようにすることである。
【発明の概要】
【００１０】
従って、本発明は、自動車用のトラクションチェーンに関するものであり、前記トラクションチェーンは、周知の如く：
−再充電可能な車載用エネルギー供給源と；
−入力に接続される三相系統電圧を前記再充電可能なエネルギー供給源に供給することができる固体コンバータと；
−前記固体コンバータから供給される三相系統電圧で給電される三相電動モータ
を備え、
外部電気エネルギー供給源を前記モータのステータ巻線に接続することができ、これにより前記車載用エネルギー供給源を前記固体コンバータを介して再充電することができる。
【００１１】
本発明によれば、前記トラクションチェーンは、前記モータが同期式の個別励磁モータであり、このモータでは、ロータへの給電が再充電フェーズ中に中断されることを特徴とする。
【００１２】
別の表現をすると、使用されるモータはロータを有し、このロータは、ロータ磁界を生成する巻線を含み、このロータ磁界と、ステータ巻線により生成される回転磁界が相互作用する。この励磁を、指令により再充電中に打ち消して、この同じ再充電フェーズ中にステータ巻線を流れる電流により発生するトルクを打ち消す、又は少なくとも大幅に小さくすることができる。このように、大きな機械応力を生じることなく、または非ゼロ平均トルクを動力伝達機構にモータの出力で加える危険を全く生じることなく、外部給電網に、特に三相給電網にだけでなく、単相給電網にも直接接続することによりバッテリの再充電を行なうことができるため、回転接点群を介してロータに給電する必要があるという制約は十分補われる。実際、各ステータ巻線は個別端子ペアを含むことができ、各巻線は、固体コンバータに接続される１つの端子を有し、他方の端子は走行フェーズ中に中性線を構成する共通点に、または充電フェーズ中に外部電気エネルギー供給源に接続される端子ブロックに交互に接続される。別の表現をすると、モータのステータの巻線は、三相の中性線をモータ内で直接連結するのではなく、位相リターン端子群を外部に引き出して、これらの位相リターン端子を外部電源に接続することができるように選択される。
【００１３】
有利な点として、実際には、トラクションチェーンは、例えば１組の電気機械リレー部材または電子リレー部材を備えることができ、これらのリレー部材は、ステータ巻線の端子群を、再充電フェーズになっていないときに共通点に接続することができる。別の表現をすると、これらの中性線は機械の内部または外部で、１組のリレーを閉じて、これらの位相リターン端子を短絡することにより接続することができる。
【００１４】
変形実施形態では、前記トラクションチェーンは、プラグコネクタ自体が前記共通点を形成するプラグコネクタを備えることができ、かつ前記再充電フェーズになっていないときに、前記ステータ巻線群の全ての前記位相リターン端子を接続することができる。
【００１５】
逆に、再充電フェーズ中では、これらの位相リターン端子の接続先の端子ブロックを三相または単相の外部電源に接続することができる。従って、単相の外部電源に接続する場合、これらのステータ巻線のうちの２つのステータ巻線は、外部電圧供給源の同じ端子に一括接続される。
【００１６】
該当する事例によって変わるが、主電圧電源配電網を使用する場合には、前記端子ブロックは前記外部電源に変圧器を介して、特にステップダウン変圧器を介して接続することができる。
【００１７】
どのようにして本発明を実施し、そして結果的に利点がどのようにしてもたらされるかについては、実施形態に関する以下の説明から、添付の図を援用することにより明らかになるものと思われる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】図１は、走行モードになっているときのトラクションチェーンの種々の構成要素を示す図である。
【図２】図２は、図１と同様の図であり、モータの中性線の変形実施形態を示している。
【図３】図３は、図１と同様の図であり、この外部電源の異なる変形例によるトラクションチェーンがバッテリ再充電モードになっている様子を示している。
【図４】図４は、図１と同様の図であり、この外部電源の異なる変形例によるトラクションチェーンがバッテリ再充電モードになっている様子を示している。
【図５】図５は、図１と同様の図であり、この外部電源の異なる変形例によるトラクションチェーンがバッテリ再充電モードになっている様子を示している。
【図６】図６は、図１と同様の図であり、この外部電源の異なる変形例によるトラクションチェーンがバッテリ再充電モードになっている様子を示している。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
図１に示すように、トラクションチェーン１は主としてバッテリ２から成り、このバッテリ２の出力端子３、４は、インバータ機能を果たす固体コンバータ５に接続される。このインバータ５は、入力キャパシタ６と種々のレグ７を含み、各レグは２つの固体スイッチを含み、これらの固体スイッチの間に出力端子８が接続される。インバータが適切に制御される場合、これらの出力端子８の間に現われる電圧が三相系統電圧を形成する。このインバータ５は、３つのステータ巻線１１、１２、１３を含むモータ１０に給電する。インバータの出力端子群８は、各ステータ巻線１１、１２、１３の端子１４、１５、１６のうちの１つの端子に接続される。ステータ巻線１１、１２、１３の位相リターン端子１７、１８、１９自体は、１つの端子ブロック２５に接続され、この端子ブロック２５に外部電源が接続されることになる。
【００２０】
図１に示す実施形態では、各ステータ巻線の３つの位相リターン端子１７、１８、１９は、プラグコネクタ２７を介して共通接続される。
【００２１】
モータの動作は、ロータ巻線２３に適切な給電を行ない、そしてインバータ５を適切に制御することにより保証される。
【００２２】
図２に示す変形例では、異なる位相リターン端子１７、１８、１９は、２つのリレー３０及び３１を設けることにより共通接続される。これらのリレー３０、３１の接点を走行モードで閉じることにより、これらの位相リターン端子を短絡させる。これとは異なり、これらのリレーの接点は再充電モードでは開いている。これらのリレーは、異なる技術を使用して、本発明の原理に影響を与えることなく作製することができる。
【００２３】
車両のバッテリを再充電する必要がある場合、トラクションチェーンは図３に示すように構成される。この場合、従って、外部電源３５、好ましくは三相電源３５が端子ブロック２５に接続される。このようにすると、ロータへの給電が遮断された状態で、主系統電圧３５が、誘導素子として機能するステータ巻線を介してインバータの出力端子８に印加される。次に、インバータ５は電圧ステップアップコンバータとして動作し、この場合、当該コンバータを構成する固体スイッチ群が適切に制御される。
【００２４】
必要に応じて、そして図４に示すように、ステップダウン変圧器３７が、モータのステータに印加される系統電圧を、電圧ステップアップモードでのインバータの動作を可能にする値にするために必要になる。
【００２５】
本発明によるトラクションチェーンのアーキテクチャではまた、図５に示すように、単相主電源による再充電が可能になる。この再充電モードは迅速性に劣るが、三相主電源を入手することができない場合には有用となり得る。
【００２６】
この場合、端子ブロック２５を電圧源４０に接続して、当該ブロック２５の端子群のうちの２つの端子４１、４２が共通接続され、第３端子４３が電源４０の他方の端子に接続されるようにする。この場合、ステータ巻線群のうちの２つの巻線１１、１３に同じ電流が流れる。
【００２７】
これまでに述べてきたように、図６に示すようなステップダウン変圧器４８の使用は、電圧ステップアップモードでの固体コンバータ５の動作を可能にするために必要となり得る。
【００２８】
これまでの説明から、本発明によるトラクションチェーンは、再充電フェーズ中にモータ内にトルクが全く生成されることなく、三相電源への接続を行なうことができるという利点をもたらす。このようにして、先行技術による解決策とは異なり、三相回路網に接続される場合の充電速度を使用上の安全と組み合わせる。このアーキテクチャによって更に、単相回路網を介しての再充電が可能になる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【国際調査報告】
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