(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電動車両における電力供給のための車両側電力回路（２１０）であって、
前記電力回路（２１０）は、
−外部交流電圧端子（２２０）と、
−交流電圧側（２３２）を有する少なくとも１つのＤＣ／ＡＣ変換器（２３０）と、
−それぞれ１つの第１のタップ（１５５ａ〜ｃ）を有する複数の巻線を有する電気機械（２４０）と、を含み、前記電気機械（２４０）は、前記ＤＣ／ＡＣ変換器（２３０）の前記交流電圧側（２３２）に接続されている、車両側電力回路（２１０）において、
−前記複数の巻線に接続された切替装置（２６０，２９２）と、
−複数の第１のキャパシタ（２７０）を有する信号整形フィルタ（Ｆ１）と、を備え、
前記信号整形フィルタ（Ｆ１）は、前記ＤＣ／ＡＣ変換器（２３０）と外部交流端子（２２０）との間に接続され、
さらに前記切替装置（２６０，２９２）は、選択的に、
−前記電気機械（２４０）内の複数の巻線を相互接続させるか、または
−前記信号整形フィルタ（Ｆ１）内の複数の巻線（２５０ａ〜ｃ）の第１のタップ（２５５ａ〜ｃ）を、少なくとも３次のローパスフィルタを形成すべく複数の第１のキャパシタ（２７０）に接続させることを特徴とする車両側電力回路（２１０）。
【請求項２】
さらに第２のまたはさらに別のキャパシタ（１７０’）を備えており、該第２のまたはさらに別のキャパシタ（１７０’）は、複数の巻線（１５０ａ〜ｃ）の第２のまたはさらに別のタップ（１５６ａ〜ｃ）に切替可能に接続される、請求項１記載の車両側電力回路（１１０）。
【請求項３】
前記第１のタップ（１５５ａ〜ｃ）は、前記巻線（１５０ａ〜ｃ）を、それぞれ異なるインダクタンスの区間（Ａ１，Ａ２）に分割する、請求項１または２記載の車両側電力回路（１１０）。
【請求項４】
前記信号整形フィルタ（Ｆ１）は、４０Ｈｚ〜４００Ｈｚの基本周波数と、５０％のデューティ比を有する矩形波から、全電力における少なくとも７５％、８５％、９５％または９８％の基本電力成分を有する信号をフィルタリングするように構成されている、請求項１から３までのいずれか１項記載の車両側電力回路（２１０）。
【請求項５】
前記ＤＣ／ＡＣ変換器（２３０）は双方向に構成されている、請求項１から４までのいずれか１項記載の車両側電力回路（２１０）。
【請求項６】
前記キャパシタ（２７０）は、前記切替装置（２６０）としてそれぞれ１つのキャパシタ分離スイッチ（２６０）を有しており、該キャパシタ分離スイッチ（２６０）を介して前記キャパシタ（２７０）は、それぞれ関連する前記タップ（２５５ａ〜ｃ）に接続される、請求項１から５までのいずれか１項記載の車両側電力回路（２１０）。
【請求項７】
前記電力回路（２１０）は、さらに中性点分離スイッチ（２９４ａ〜ｃ）を有する中性点分離装置（２９２）を前記切替装置（２９２）として備えており、該中性点分離装置（２９２）を介して前記電気機械（２４０）の前記巻線（２５０ａ〜ｃ）の端部は中性点（２９０）を形成すべく切替可能に相互接続される、請求項６記載の車両側電力回路（２１０）。
【請求項８】
前記車両側電力回路（２１０）は、さらに制御装置（２８０）を備えており、該制御装置（２８０）は、前記キャパシタ分離スイッチ（２６０）と前記中性点分離装置（２９２）とを、フィルタ状態と機械状態とに選択的に置き換えるように構成されており、
−前記フィルタ状態では、前記制御装置（２８０）は、前記中性点分離装置（２９２）を開放切替状態に従って駆動制御し、前記キャパシタ分離スイッチ（２６０）を閉成切替状態に従って駆動制御し、それによって前記巻線（２５０ａ〜ｃ）は、少なくとも３次のローパスフィルタを形成すべく前記キャパシタ（２７０；７２）に接続され、
前記機械状態では、前記制御装置（２８０）は、前記中性点分離装置（２９２）を閉成切替状態に従って駆動制御し、前記キャパシタ分離スイッチ（２６０）を開放切替状態に従って駆動制御し、それによって前記巻線（２５０ａ〜ｃ）は、三相固定子巻線を形成すべく接続される、請求項７記載の車両側電力回路（２１０）。
【請求項９】
前記外部交流電圧端子（２２０）の上流に、ＥＭＣフィルタ（Ｆ２）が接続されており、該ＥＭＣフィルタ（Ｆ２）のカットオフ周波数は、前記信号整形フィルタ（Ｆ１）のカットオフ周波数より上方に存在する、請求項１から８までのいずれか１項記載の車両側電力回路（２１０）。
【請求項１０】
前記外部交流端子（２２０）は、ＩＥＣ６２１９６規格に従って構成されている、請求項１から９までのいずれか１項記載の車両側電力回路（２１０）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ハイブリッド車両および電気自動車の分野に関し、特にこれらの車両内の電力供給に関する。
【０００２】
電動車両（すなわち純粋に電気的に駆動される車両またはハイブリッド方式で駆動される車両）における電力供給では、一方では、車両を駆動するための電気機械への電力供給が保証されなければならず、他方では、電気エネルギー外部電源から車両への充電手段が可能でなければならない。例えばこの種の車両において、電気エネルギー蓄積器の電気エネルギーを、車両の電気機械を用いて回転磁場に変換するためにインバータが使用されることは公知である。さらに、車両と外部電力供給網との間の電気エネルギーの交換を保証する電力変換器が公知であり、それは充電のためのものであるか、または車両から電力供給網にエネルギーをフィードバックするためのものであってもよい。
【０００３】
車両側では直流エネルギー蓄積器（蓄電池またはキャパシタの形態）が使用され、電力供給網は通常、交流電圧を使用するので、交流と直流との間の変換プロセスの際には高周波干渉成分が発生する。さらに、この種の干渉成分は、ＥＭＣフィルタ（ＥＭＣとは電磁適合性を意味する）を用いて濾波されることが一般的に公知である。このＥＭＣフィルタは、基本的にローパスフィルタとして構成されている。
【０００４】
米国特許第８，４１５，９０４号明細書（ＵＳ８，４１５，９０４Ｂ２）には、ＥＭＣフィルタが続き、該ＥＭＣフィルタに交流端子が続く第１のフィルタを形成するために、自身の巻線が、ＬＣフィルタを形成すべく切替可能にキャパシタに接続可能である電気モータが記載されている。
【０００５】
そのように形成されたＬＣフィルタのフィルタ効果は完全に満足できるものではないこと、および下流に接続されるＥＭＣフィルタに高いフィルタ効果が伴うように設計されなければならないことは、発明者側で認識されている。
【０００６】
ここに説明する電力回路は、このことが少なくとも部分的にどのように改善可能かについての１つの手段を示している。
【０００７】
発明の開示
以下では、電気機械（車両のトラクション駆動部の電気機械または車両内の他の電気機械、例えば空調用電動コンプレッサなど）の巻線が、電気機械の枠内での機能の他に、タップによって高次のフィルタを形成するために使用される車両側電力回路を説明する。ここではＥＭＣフィルタが、少なくとも３次のローパスフィルタを形成することが想定されており、それによって少なくとも１つのさらなるフィルタコンポーネントと共に、特にキャパシタの形態で、少なくとも２つのインダクタンス成分の巻線（第１のタップによって分割された）巻線が少なくとも３次のフィルタを形成している。これにより、電気機械の巻線を用いて、干渉成分が効果的に濾波され、特に信号整形が実現される。
【０００８】
同時に（少なくとも１つのさらなるフィルタコンポーネントの他に）電気機械のフィルタ内のタップを備えた巻線を使用することにより、電力網フィルタの実現に必要とされる電気的構成要素の数を低減することができる。特に、対応する実施形態のもとでは、下流に接続されるＥＭＣフィルタの省略が可能になる。
【０００９】
ここで説明する電動車両における電力供給のための車両側電力回路は、外部交流電圧端子を含んでいる。この外部交流電圧端子は、例えばケーブルを介して、車両を外部電力供給網に接続するためのプラグイン端子として、あるいは車両と電力供給網との間でエネルギーを交換するためのプラグイン端子として用いられる。交流電圧端子として、基本的にはケーブル接続式の実施形態が考えられるが、しかしながら誘導式充電ユニットを使用することも可能であり、その場合は外部交流電圧端子がケーブルとしてではなく、磁気結合されるコイル対（車両側コイルと定置コイル）として構成される。
【００１０】
電力回路は、少なくとも１つのＤＣ／ＡＣ変換器を備えている。このＤＣ／ＡＣ変換器は、少なくともインバータとして設計されており（すなわち少なくともインバータとしての機能を実現する）、したがって、（電気機械内で回転磁場を生成するために、かつ／または車両から外部電力供給網に電気エネルギーをフィードバックするために）直流を交流に変換するように構成されている。このＤＣ／ＡＣ変換器はさらに、外部交流電圧端子から車両側エネルギー蓄積器にエネルギーを伝達すべく当該電気エネルギーを交流から直流に変換するために、（電圧レベル整合有りまたは無しにかかわらず）整流機能を備えた変換器として構成されていてもよい。
【００１１】
ＤＣ／ＡＣ変換器は、車両側電気エネルギー蓄積器を交流電圧側に直接的に接続するために、または例えば電圧レベル適合化または充電電流制御のために必要とされるＤＣ／ＤＣ変換器を介して間接的に接続するために、接続される。インバータ機能においても、例えば電気機械の電力制御または電圧レベル適合化のために電気エネルギー蓄積器と電気機械との間に設けられたさらなるＤＣ／ＤＣ変換器を設けてもよい。ＤＣ／ＡＣ変換器は、特に制御可能な全波ブリッジとして、特にＢ６Ｃブリッジとして備えられる。ＤＣ／ＡＣ変換器はＢ６Ｃブリッジを有することができる。ＤＣ／ＡＣ変換器は、二分割に構成されていてもよい。
【００１２】
電力回路はさらに、特にトラクション駆動部としての、または補助ユニット（例えば電気駆動される空調コンプレッサ）を駆動するための電気機械を含む。電気機械は、少なくとも１つの巻線を有し、この場合電気機械は、好ましくは複数の巻線を有しており、特に同じ方法で装備され、特に対称的に切替られる巻線を有している。電気機械は、回転磁場を生成するために相巻線として使用される複数の個別巻線を含むことができる。それゆえ電気機械は、好ましくは、同期機械として構成され、この場合少なくとも１つの第１の巻線は、固定子巻線の少なくとも１つの相巻線である。電気機械が有しているすべての個別巻線または相巻線の全体は、固定子巻線と称される。この電気機械は、ＤＣ／ＡＣ変換器の交流電圧側に接続されている。
【００１３】
電力回路は、少なくとも１つの巻線に接続された切替装置と共に構成されている。
【００１４】
電力回路はさらに、複数の第１のキャパシタを有する信号整形フィルタを含む。これらのキャパシタは、特に、複数の離散構成要素として、または共に１つの離散構成要素として構成され、好ましくは電気機械の一部ではない。信号整形フィルタは、ＤＣ／ＡＣ変換器（もしくはその交流電圧側）と外部交流端子との間に接続される。外部交流端子は、車両側に、特に車両の外板に設けられ、車両を外部電力供給網に接続するために用いられる。この目的を再現するために、「外部」との接頭語を使用するが、ただしこの場合この接頭語は端子の目的のみを指し、端子の位置を指すものではない。
【００１５】
切替装置は、ローパスフィルタを形成すべく、信号整形フィルタ内の複数の巻線をキャパシタに選択的に接続する。ここでの「信号整形フィルタ内」とは、これらの巻線がここでは機能的に信号整形フィルタに割り当てられ、フィルタの一部を形成することを意味している。この文脈においては、これらの巻線は、信号整形フィルタに割り当てられている。つまり「信号整形フィルタ内」という表現は、接続が形成される箇所の表現として解されるべきではない。それどころか接続は切替装置内で形成されるものである。
【００１６】
ローパスフィルタは、少なくとも３次のフィルタであり、それにより巻線もしくはインダクタンスとしてタップにより形成されたそれらの区間、ならびに第１のキャパシタを含む。これら２つのフィルタコンポーネントは、３次のローパスフィルタが生じるように切替られる。少なくとも３次のローパスフィルタと称されるフィルタは、特に、ローパスフィルタの特性を有し、その伝達関数は分母に少なくとも３次、４次またはより高次の多項式を担う。比較可能な定義によれば、ローパスフィルタの減衰は、少なくとも６０ｄＢ／ｄｅｃａｄｅでのローパスフィルタのカットオフ周波数を超えて増加する。
【００１７】
３次のローパスフィルタとしては、特に、Ｔフィルタ、下流に接続された直列インダクタンスを有するＬＣフィルタ、２つ以上の段を有するＬＣフィルタ、ＬＣおよび／またはＴフィルタからなる１つ以上の段を有するＴフィルタ、に相応するようなローパスフィルタかまたは相応のフィルタ回路を含むローパスフィルタが挙げられる。上述のように、ここでは例えば、高い周波数においてより強い減衰効果を達成するために、もしくはフィルタの信号エッジ急峻度を高めるために、ローパスフィルタに、言及された多段性の意味においてこの種の複数の同一または異なるフィルタタイプを組み合わせてもよい。
【００１８】
これらの巻線はそれぞれ１つの第１のタップを有するか、または第１のタップと少なくとも１つの第２のもしくはさらに別のタップとを有している。これにより、これらの巻線は複数の区間に分割される。これらの区間はそれぞれ、信号整形フィルタもしくはＬＣフィルタ、Ｔフィルタ、または１つ以上のＬＣフィルタ段および／または少なくとも１つ以上のＴフィルタ段を有するフィルタの、（個々の）長手方向パス内にインダクタンスを形成する。複数のフィルタ段の場合、これらはカスケード接続される。好ましくは、Ｔフィルタの、ＬＣフィルタの、Ｔフィルタ段のまたはＬＣフィルタ段のキャパシタンス成分を形成するために、タップの各々におよび／または巻線の一端または両端に、それぞれ１つのキャパシタが接続される。複数の巻線の各区間は、フィルタの次数を増加させるのに寄与する。各キャパシタも、フィルタの次数を増加させるのに寄与する。これらの巻線もしくはそれらの区間は、信号整形フィルタの長手方向パスを形成する。
【００１９】
切替装置は、選択的にこれらの巻線の第１のタップを（および場合によってはさらに別のタップを）、ローパスフィルタを形成すべく第１のキャパシタに相互接続させるか、または少なくともこれらの巻線を電気機械内で相互接続させる（すなわち巻線の一方の側の端部）。電気機械の巻線の相互接続の場合、好ましくは電気機械の三相固定子巻線が生じる。この三相固定子巻線は、例えば電気機械を電気モータとして、または発電機として動作させるために、電気機械内で回転磁場が生成されるように構成されている。これらの巻線は、切替装置によって特に中性点において接続される。それゆえ、切替装置の切替状態に依存して、中性点が終端するか（すなわちタップかキャパシタに接続された場合）、またはこれらの巻線が中性点を形成すべく相互接続される（すなわちキャパシタがタップから分離された場合）。複数の巻線が相互接続された場合には、電気機械のための星形構成が生じる。この場合これらの巻線は、例えば全部で３つ以上（特に３の整数倍）の巻線を含む。
【００２０】
電気機械の巻線は、相互に対称的に切替られる。このことは、第１の（もしくは第２のまたはさらに別の）タップに対して、ならびに第１の（もしくは第２のまたはさらに別の）キャパシタに対して当て嵌まる。
【００２１】
ＤＣ／ＡＣ変換器は、上述したように、特に２つの（部分的にまたは完全に制御可能な）ブリッジ、特にＢ６Ｃブリッジを用いて二分割に実施されてもよく、この場合は、例えば電気機械のためのより高い動作電圧を可能にするために、巻線が当該２つのブリッジの間に接続される。ここで使用される、巻線が接続される「交流電圧側」との用語は、外部交流電圧端子とは反対側のブリッジの交流電圧側に関している。ここでは（単相または多相の）ブリッジ分離スイッチは、他のブリッジ（これは外部交流電圧端子に接続されている）用に設けられていてもよい。このブリッジ分離スイッチは、好ましくは、電力回路がフィルタ状態にある場合には開放され、電力回路が機械モードにある場合には閉成される。
【００２２】
切替装置は、少なくとも１つの第１の巻線を、少なくとも１つの第１のキャパシタにまたは電気機械の少なくとも１つの第２の巻線に選択的に接続させる少なくとも１つの切替スイッチを有することができる。初めに述べたケースでは、この切替スイッチは、巻線が信号整形フィルタ内で動作する（「フィルタ状態」）位置を有し、したがってキャパシタに接続される。第２の位置では、この切替スイッチは、三相巻線が生じるように巻線を接続させる（「機械状態」）。特にこの場合は、回転磁場を生成するように構成された多相固定子巻線または巻線順序が生じる。
【００２３】
さらに切替装置は、複数のキャパシタ分離スイッチを有することができる。これらのキャパシタ分離スイッチは、切替スイッチの一部であってもよい。これらのキャパシタ分離スイッチを介して、キャパシタはタップまたは巻線の端部に接続される。簡略化のために、本明細書において「タップ」との用語は、巻線の端部間のタップを意味するものであり、ならびに巻線端部のための用語である。キャパシタ分離スイッチは、特にキャパシタと直列に接続されており、それによってキャパシタが必要に応じて、すなわち信号整形フィルタ内の巻線がフィルタコンポーネントとして動作すべき場合には（「フィルタ状態」）、キャパシタが巻線に接続され、それ以外、特に電気機械内の巻線が動作する場合には（「機械状態」）、キャパシタが分離される。
【００２４】
これらの切替スイッチもしくはキャパシタ分離スイッチは、好ましくは対称であるかもしくは多相切替ユニットを形成しており、そのため必ずしも個々の切替素子だけでなく、三相システム内に設けられた切替素子のグループもスイッチ（切替スイッチまたは分離スイッチ）と称される。
【００２５】
さらに切替装置は、少なくとも１つの中性点分離スイッチを有することができる。この中性点分離スイッチは、切替スイッチの一部であってもよい。中性点分離スイッチを介して、電気機械の巻線は相互に接続される。これらの中性点分離スイッチも、特に、電気機械がそのように動作する場合、すべての巻線の端部がそこに集まる電気機械の中性点に関して対称な多相切替ユニットとして構成されてもよい。
【００２６】
一実施形態によれば、これらの巻線もしくはそれらの区間およびキャパシタは、Ｔフィルタを形成する。これらのキャパシタは、Ｔフィルタの横方向パスに存在している。この横方向パスから離れるように延在している、Ｔフィルタの２つの縦方向パスは、タップから離れるように延在している巻線の区間によって形成される。
【００２７】
それゆえ、巻線の２つの区間はキャパシタと共に、または電気機械の少なくとも１つの第１の巻線および少なくとも１つの第２の巻線はキャパシタと共に、Ｔフィルタを形成し得る。これらのキャパシタは、Ｔフィルタの横方向パスに存在している。少なくとも１つの巻線の２つの区間は、フィルタの２つの縦方向パスを形成する。これらの巻線は、電気機械の異なる箇所に、特に異なる角度位置に設けられる。このことは区間にも当て嵌まる。
【００２８】
なお、「回転磁場を発生させるための」機能は簡略化されており、ただ電気機械のモータ動作を表しているにすぎないことを述べておく。これにより一般に、電気機械内の巻線の機能は、モータとも発電機とも称される。
【００２９】
巻線の一方の側の端部は、ＤＣ／ＡＣ変換器の交流電圧側に接続され、この場合キャパシタは、タップもしくはＤＣ／ＡＣ変換器の交流側に（直接）接続された端部とは反対側の巻線の端部に接続される。
【００３０】
さらに、ＤＣ／ＡＣ変換器を双方向に構成することが想定されてもよい。それゆえこのＤＣ／ＡＣ変換器は、入力側としても出力側としても用いられる直流側を有することができる。それに対して交流側も出力側としてまたは入力側として用いることができる。これにより、当該ＤＣ／ＡＣ変換器は、特に車両から電力供給網へのフィードバックと同じような充電過程を可能にするために、２つの方向に電力を伝送することが可能となる。このＤＣ／ＡＣ変換器は、上述したように好ましくは、完全にまたは少なくとも部分的に切替可能な多相ブリッジとして、特にＢ６Ｃブリッジとして構成される。ＤＣ／ＡＣ変換器は、特に全波ブリッジとして構成され、この場合１つの分岐の２つの切替素子が制御されるかまたは当該分岐の１つの切替素子のみが制御される（それに対して他方の切替素子はダイオードとして構成される）。
【００３１】
ＤＣ／ＡＣ変換器の切替素子として、特に半導体スイッチ、特にトランジスタまたはサイリスタ、好ましくは電界効果トランジスタ、特にＭＯＳＦＥＴまたはＩＧＢＴも挙げられる。上述したように、ＤＣ／ＡＣ変換器は、電気機械の巻線を（機械状態において）ＤＣ／ＡＣ変換器の２つの部分の間で接続するために、二分割に構成されていてもよい。フィルタ状態では、ＤＣ／ＡＣ変換器の外部交流端子の側に接続される部分は、非活性化されるかまたはブリッジ分離スイッチを用いて分離される。
【００３２】
電力回路はさらに制御装置を備えることができる。この制御装置は、切替装置を、フィルタ状態と機械状態とに選択的に置き換えるように構成されている。この目的のために、切替装置は、好ましくは制御装置の制御出力側と接続された入力側を有している。この制御装置自体も、例えば状態を設定するために、上位の制御機器に接続するための入力側を有することができる。この制御装置は、好ましくは、複数の状態を設定および定義するためのプログラムが格納されたプログラムメモリに接続されたプロセッサとして部分的にまたは完全に構成されている。プログラムメモリ内のプログラムは、プロセッサによって処理できるように構成されている。
【００３３】
切替装置は、制御装置によって、フィルタ状態にまたは機械状態に選択的に置き換えることができる。フィルタ状態では、制御装置は、切替装置を、これが信号整形フィルタ内の巻線を少なくとも３次のローパスフィルタを形成すべくキャパシタに接続させるように駆動制御する。
【００３４】
機械状態では、制御装置は、切替装置を、これが電気機械の巻線を三相固定子巻線を形成すべく接続させるように駆動制御する。電気機械の巻線には、特に少なくとも第１の巻線および少なくとも第２の巻線が所属する。ここでは電気機械の巻線は、特に三相固定子巻線の中性点において相互接続される。
【００３５】
好ましくは、信号整形フィルタは三相に構成されている。このことは特に外部交流端子にも当て嵌まる。付加的にＤＣ／ＡＣ変換器は、好ましくは電気機械の相数に適合化された相数を有する単相または多相に構成されている。このことは特にＤＣ／ＡＣ変換器の交流電圧側に当て嵌まり、ＤＣ／ＡＣ変換器の直流側については位相の考慮は不要である。さらに、ここで述べるスイッチ、キャパシタおよびコイルは、多相ユニットとして構成されてもよい。この場合それらの相数は、好ましくは信号整形フィルタの相数、特に外部交流端子の相数に対応する。
【００３６】
外部交流端子は、ＩＥＣ６２１９６規格に従って構成されてもよい。この外部交流端子は、特にプラグイン方式のプラグイン接続要素として構成されていてもよく、好ましくは前述の規格に従って、あるいはさらに別の規格に従って構成されていてもよい。換言すれば、外部交流端子は、標準化されたプラグイン端子として設けられていてもよい。外部交流端子は、特に三相で、プラグコンタクト装置として示される。外部交流端子は、特に車両の外殻に存在し、例えば好ましくはフラップで遮蔽することができる凹部内に存在する。
【００３７】
電力回路は上述したように、第２のまたはさらに別のキャパシタを有することができる。これらは、巻線の第２のまたはさらに別のタップに切替可能に接続される。第１のキャパシタは、グループもしくは多相ユニットを形成することができる。第２のもしくはさらに別のキャパシタも同様に１つのグループを形成することができるが、ただしこのグループは、第１のキャパシタのグループとは異なる（特にそれらとの交差は形成しない）。
【００３８】
巻線内のタップの位置は、区間のインダクタンスを定める。それゆえ区間の長さは、所望のフィルタ効果に従って、例えば基本波に対する可及的に少ない高調波ひずみ、所定の周波数領域の可及的に強い減衰、および／または他の所定の周波数領域（例えば基本周波数を含む）に対する可及的に少ない通過減衰に従って設計されてもよい。
【００３９】
第１のタップは、巻線をそれぞれ異なるインダクタンスの複数の区間に分割することができる。それによりこれらのタップは、必ずしも巻線の中央に存在するのではなく、中心から離れて存在することもできる。これにより、巻線の第１の区間は、そこに接続されたキャパシタと共に第１のカットオフ周波数を有するフィルタ段を形成することができ、巻線の第２のまたはさらに別の区間は、そこに接続されたキャパシタと共に第１のカットオフ周波数から逸脱した第２のカットオフ周波数を有する第２のフィルタ段を形成することができる。ここでは異なる目的を有する２つのフィルタ段を設けることも可能であり、すなわち、正弦波信号整形のための第１のフィルタ段と、（例えば所定の次数の高調波に関連してその出力が特に強い）所定の干渉周波数領域を濾波するための第２のフィルタ段とを設けることも可能である。
【００４０】
第１および場合によっては第２のまたはさらに別のタップは、それぞれ好ましくは異なる巻線の同じ位置に配置される。巻線の第１のタップは、さらに別の巻線の第１のタップに対応する位置に存在する。ここでの「位置」とは、特に巻線の一方の側もしくは端部に関する位置を示し、（同じ側の）巻線の一方の端部からの距離によって定めることができる。
【００４１】
さらに信号整形フィルタは、４０Ｈｚ〜４００Ｈｚの基本周波数と５０％のデューティ比とを有する矩形波から全電力における少なくとも７５％、８５％、９５％または９８％の基本電力成分を有する信号をフィルタリングするように構成することができる。このことは、フィルタ機能およびひいてはキャパシタのキャパシタンス値の適切な選択によって、もしくはタップによって定められる区間の長さの適切な選択によって達成することができる。
【００４２】
さらにキャパシタは、それぞれ１つのキャパシタ分離スイッチを有することができる。このスイッチを介して、これらのキャパシタの各々は関連するタップに接続される。それゆえキャパシタは切替可能である。分離スイッチは、フィルタモードにおいては、濾波すべき信号成分を導出するために閉成され、機械モードにおいては、動作中の電気機械に反応的に負荷をかけないために開放される。
【００４３】
ＤＣ／ＡＣ変換器は双方向に構成されていてもよい。ＤＣ／ＡＣ変換器が一方向に構成されるケースでは、好ましくは直流電圧側から交流電圧側の方向に構成される。
【００４４】
電力回路は、さらに中性点分離スイッチを有する中性点分離装置を備えることができる。電気機械の巻線の端部は中性点を形成すべく切替可能に相互接続される。中性点分離装置およびキャパシタ分離スイッチは交互に動作し、それによって２つのスイッチタイプは共に機能的な観点から切替スイッチを形成している。中性点分離装置はさらに機能的な観点から、中性点分離装置が開放されている場合に巻線を外部交流端子に接続させる切替スイッチの一部であってもよい。
【００４５】
電力回路はさらに制御装置を備えることができる。この制御装置は、切替装置、特にキャパシタ分離スイッチと、中性点分離装置または換言すればそれによって形成される切替スイッチとを、フィルタ状態と機械状態とに選択的に置き換えるように構成されている。
【００４６】
フィルタ状態では、制御装置は、中性点分離装置を開放切替状態に従って駆動制御し、切替装置を閉成切替状態に従って駆動制御する。このことは、制御装置によって生成される制御信号によって達成され、ならびに関連するスイッチもしくは切替装置の構成によって達成される。これらの切替状態により、巻線は、少なくとも３次のローパスフィルタを形成すべくキャパシタに接続されることが生じる。
【００４７】
機械状態では、制御装置は、中性点分離装置を閉成切替状態に従って駆動制御し、キャパシタの切替装置（すなわちキャパシタ分離スイッチ）を開放切替状態に従って駆動制御する。機械状態におけるこれらの切替状態により、巻線は、三相固定子巻線を形成すべく接続される。
【００４８】
ＥＭＣフィルタは、外部交流電圧端子の上流に接続されてもよい。このＥＭＣフィルタは、電気機械の巻線を外部交流電圧端子に接続させる。ＥＭＣフィルタのカットオフ周波数は、信号整形フィルタのカットオフ周波数より上方に存在する。それゆえ、信号品質への要求が特に高い場合には、ＥＭＣフィルタを信号整形フィルタの下流に接続してもよい。それにより、信号整形フィルタから生じる信号において場合により存在する高周波成分が濾波され得る。
【００４９】
上述したように、外部交流端子（２２０）は、プラグイン車両の電気的結合のための規格に従って、特にＩＥＣ６２１９６規格に従って構成されてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】電力回路の可能なフィルタ構成を示した図
【図２】電力回路の可能なフィルタ構成を示した図
【００５１】
図１は、外部交流電圧端子１２０（象徴的に表示）と、交流電圧側１３２を有するＤＣ／ＡＣ変換器１３０とを備えた電力回路１１０を示す。この電気機械１１０からは巻線１５０ａ〜１５０ｃのみが示されており、それらは共に１つの固定子巻線を形成している。切替装置１６０，１９２は、これらの巻線１５０ａ〜ｃに接続されている。
【００５２】
図１において、切替装置は二分割に示されており、三相切替スイッチ１９２と三相キャパシタ分離スイッチ１６０とを含む。これらの切替スイッチおよびキャパシタ分離スイッチは共に切替装置を形成している。さらに、任意のさらなる三相キャパシタ分離スイッチ１６０’が示されており、これも同様に切替装置の一部であり得る。
【００５３】
巻線は、タップ１５５ａ〜ｃを有しており、それらの間の一方では交流電圧側が、他方では、各巻線に対して同じインダクタンス（関連する巻線区間によって定められる）が生じる。三相キャパシタ分離スイッチ１６０は、これらのタップ１５５ａ〜ｃを、三相キャパシタ１７０に切替可能に接続する。
【００５４】
それにより、信号整形フィルタＦ１内では、第１のタップ１５５ａ〜ｃと、交流電圧側１３２に接する巻線端部との間の区間が（三相の）インダクタンスを形成する。このインダクタンスはフィルタＦ１の長手方向パスにあり、ここでは分離スイッチ１６０が閉じている場合には、横方向パスに三相キャパシタ１７０が存在する。交流電圧側１３２に接する巻線端部とタップ１５５ａ〜ｃとの間の区間Ａ１の他に、フィルタＦ１はさらに巻線１５０ａ〜ｃの区間Ａ２を含んでいる。この区間Ａ２は、タップ１５５ａ〜ｃから切替スイッチ１９２まで達することができる。ここでは、第２の長手方向パスが巻線１５０ａ〜ｃの第２の部分Ａ２によって形成されるＴフィルタが生じている。
【００５５】
さらに図１中には、第２のタップ１５６ａ〜ｃが存在する可能性が示されている。これらは巻線１５０ａ〜ｃを（区間Ａ１およびＡ２の他の）さらに別の区間Ａ３において分割している。これらの第２のタップ１５６ａ〜ｃにも、分離スイッチ１６０’（多相）を介してキャパシタ１７０’（多相）が接続されている。
【００５６】
簡略化した描写のために、分離スイッチ１６０’およびキャパシタ１７０’は三相で示されている。実際の実現の際には、例えば図２に示されているように、三相分離スイッチ１６０’および三相キャパシタ１７０’は、第２のキャパシタ分離スイッチもしくは第２のキャパシタによって実現することができる。
【００５７】
フィルタＦ１はさらに、タップによって定められたさらに別の区間を有することができ、この場合はタップの両側に異なる区間が存在する。これらのタップは、電気機械の巻線を複数の個別インダクタンスに分離し、さらにキャパシタ（三相）を当該インダクタンスに個別に追加接続する可能性を与え、これによって個々のフィルタ段が生じる。考察方法に応じて、これらのフィルタ段は、ＬＣフィルタ段として考慮することができ、あるいは（三相）キャパシタの形態の横方向分岐が追加されるＴフィルタとしても考慮することができる。
【００５８】
交流電圧側１３２とは反対側の巻線端部には、図示のような２つの位置を有する切替スイッチ装置１９２が存在している。第１の位置では、巻線端部は相互接続されて中性点１９０を形成する。それとは異なる第２の位置では、巻線端部は分離され、交流電圧端子１２０に個別に接続される。切替スイッチ１９２と外部交流電圧端子１２０との間に三相の線路が示されており、この場合このことは、符号３と斜線とによって再現されている。さらに中性点１９０は、良好な描写目的のためだけに引き出されて示されている。
【００５９】
さらにキャパシタは、デルタ結線で（タップを介して）巻線１５０ａ〜ｃに接続される。代替的な実施形態では、キャパシタは複数のデルタ結線で構成してもよい。
【００６０】
電気的な接続要素１２２（定置）は、例えば変換器１３０およびフィルタＦ１を介して電気エネルギーを電力供給網１２４に給電するために、外部交流電圧端子を交流電圧網もしくは電力供給網１２４に接続するのに用いられる。さらにここでは、外部交流電圧端子１２０および定置の接続要素１２２が、プラグイン接続を形成していることが象徴的に示されている。
【００６１】
必要に応じて、切替スイッチ１９２と外部交流電圧端子１２０との間に存在するＥＭＣフィルタＦ２を設けてもよい。このＥＭＣフィルタＦ２は、それが電力供給網１２４に給電される前に電力信号から何らかの高周波成分を濾波するように構成されていてもよい。
【００６２】
切替スイッチ１９２は図示のように２つの位置を有しており、この場合第１の位置（中性点構成）はモータモードで選択され、フィルタモードでは巻線１５０ａ〜ｃの端部は分離され、外部交流電圧端子に接続される。しかしながら、スイッチ１６０，１６０’も、切替スイッチ１９２の切替位置に同期して設定される。特に切替スイッチ１６０，１６０’は、切替スイッチ１９２が巻線１５０ａ〜ｃを外部交流電圧端子１２０に接続する場合には閉成される。それに対して切替スイッチ１９２が（交流側とは反対側の）巻線端部を相互に接続する場合には、分離スイッチ１６０，１６０’は開放される。
【００６３】
図１では、機械状態が示されており、この状態では分離スイッチは開放されており、巻線は星形構成を形成すべく（中性点１９０に）接続されている。フィルタ状態では、状態は図示の状態から反転され、それによって分離スイッチ１６０を介してキャパシタ１７０が、巻線１５０ａ〜ｃに接続され、切替スイッチは巻線端部を外部交流端子に接続させるようになっている。
【００６４】
分離スイッチ１６０，１６０’の切替状態は、切替スイッチ１９２の状態と同期しているか、もしくは同期して変更されるので、これらの切替スイッチ１６０，１６０’および１９２は、２つの切替状態、すなわちフィルタ状態と機械状態とに相応する２つの切替状態を有する切替スイッチユニットとして実現されてもよい。
【００６５】
ＡＣ／ＤＣ変換器１３０は、直流電圧側１３４を有しており、さらに交流電圧側１３２と直流電圧側１３４との間でエネルギーを変換するように構成されている。この直流電圧側１３４には、（場合によっては制御モジュール１３６かまたはこの位置に存在するＤＣ／ＤＣ変換器を介して）、再充電可能な車両バッテリ１３８が接続され、この車両バッテリ１３８は、例えば電気機械のトラクションおよび／または供給のために用いられる。電気機械は、図１では巻線１５０ａ〜ｃによって再現されており、この場合それは車両のトラクションのために用いられる電気機械であってもよいし、または例えば補助ユニット、例えば電気的空調コンプレッサの電気機械であってもよい。参照符号１３６の箇所には、上述したように、直流電圧側１３４とバッテリ１３８との間の動作電圧の相違を補償するために、かつ／またはＤＣ／ＡＣ変換器からの電力またはＤＣ／ＡＣ変換器への電力を制御するために、ＤＣ／ＤＣ変換器が設けられていてもよい。それゆえこのＤＣ／ＤＣ変換器１３６は、電力制御のために使用することもできる。
【００６６】
図２には、交流側２３２を有しているＤＣ／ＡＣ変換器２３０を備えた電力回路２１０が示されている。電気機械２４０は、巻線２５０ａ〜ｃを有している。これらの巻線２５０ａ〜ｃは、区間２５１と２５２に分割されており、それらは例えば図１の区間Ａ１〜Ａ３に対応し得る。
【００６７】
巻線２５０ａ〜ｃはさらに、タップ２５５ａ〜ｃを有している。これらのタップ２５５ａ〜ｃは、キャパシタ分離スイッチ２６０を介してキャパシタ２７０に接続されている。これらのキャパシタ２７０は、共に三相キャパシタと解釈することもでき、それに対して分離スイッチ２６０は、共に三相分離スイッチとみなすこともできる。
【００６８】
分離スイッチ２６０が閉成された場合には、タップ２５５ａ〜ｃに接続されたキャパシタ２７０に対しデルタ構成が生じる。分離スイッチ２６０は、機械状態に相応する開放状態で示されている。交流電圧側２３２とは反対側の巻線２５０ａ〜ｃの端部には、切替スイッチ２９２が存在しており、この切替スイッチ２９２は、切替スイッチ素子２９４ａ〜ｃ（これらは共に三相切替スイッチ２９２とみなすこともできる）を用いて巻線２５０ａ〜ｃを星形構成で相互に接続させるか、または切替スイッチ２９２に接続された端部を相互に接続させるのではなく、それらを個別に外部交流電圧端子２２０に接続させる。
【００６９】
切替スイッチ２９２は機械状態で示されており、この機械状態では、個々の切替スイッチ素子２９４ａ〜ｃは、それぞれ巻線端部を相互に接続され、特に中性点２９０に接続される。図２では、この中性点２９０は、より良好な描写性のために接続回路として再現されているが、直接接続にも対応することができる。
【００７０】
外部交流電圧端子２２０は、電力供給網２２４の電気的接続要素２２２（定置）に差し込まれる。
【００７１】
制御装置２８０は、特に同期方式で、分離スイッチ２６０もしくは切替スイッチ２９２の切替状態を制御する。ここでは「同期」とは、切替過程が発生した場合に、すべての切替状態が実質的に同時に変更されることを意味する。制御装置２８０はさらに、設定すべき状態を定める命令を受信するための入力側を有することができる。スイッチ２６０および切替スイッチ２９２は、同じ切替信号に従って切替わり、機能的に対になっており、さらにそれらはフィルタ状態または機械状態を表すため、共に切替装置とみなすことができる。
【００７２】
信号整形フィルタは、電力回路２１０において、区間２５１および２５２によって形成されており、これらはタップ２５５ａ〜ｃの両側まで延在している。これらの区間は、巻線２５０ａ〜ｃに関連しており、この場合それらの巻線に対して、区間２５１は同じサイズであり、区間２５２も同じサイズである。しかしながら区間２５１の長さは、区間２５２の長さと異なることもできる。これらの２つの区間２５１および２５２は、それぞれ、Ｔフィルタの長手方向パスの趣旨で三相インダクタンスを形成している。Ｔフィルタの三相キャパシタは、分離スイッチ２６０を介してタップ２５５ａ〜ｃに接続されたキャパシタ２７０によって形成される。
【００７３】
３つのエネルギー蓄積構成要素（すなわち区間２５１のインダクタンス、区間２５２のインダクタンス、およびキャパシタ２７０のキャパシタンス）が使用されるので、ここでは、ＡＣ／ＤＣ変換器から外部交流電圧端子２２０に伝送される信号に対して３次のローパスフィルタが生じる。図１から明らかなように、巻線２５０ａ〜ｃは、多段のローパスフィルタのさらに別の長手方向パスを実現するために、さらに別のタップを、すなわちタップの第２のグループ、第３のグループ、またはさらに別のグループを備えることができる。この場合は、図２および図１に示されているような各タップは、横方向パスを形成するキャパシタンスに接続されるようになる。
【図１】
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【図２】
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