(57)【要約】      （修正有）【課題】高効率の全直流エネルギ伝送回路、エネルギ伝送コントローラ、全直流エネルギ伝送ネットワーク、これらの回路に用いる要素、および、全直流エネルギ伝送装置、および／または応用装置であるハイブリッド型電気車両、電気式輸送装置、および／またはソーラー電力装置を提供する。【解決手段】全直流エネルギ伝送装置は、入力ＤＣ端子における入力直流動的電気状態（ＤＥＳ）に応じて、内部ＤＥＳを通して、出力ＤＣ端子の出力直流ＤＥＳに電気エネルギを伝送する。第１、第２の容量性デバイスと、スイッチと、誘導性デバイスとを具え、スイッチはコントロール端子を具え、閉状態と開状態によりコモン端子に対するコントロール端子のコントロールＤＥＳへの応答を行う。【選択図】図１
0003203409.tif 000002
【実用新案登録請求の範囲】
【請求項１】
入力ＤＣ端子、コモン端子、および出力ＤＣ端子を有する全直流エネルギ伝送装置を含む装置であって、
前記全直流エネルギ伝送装置は、前記入力ＤＣ端子における入力直流力学電気状態（Ｄｙｎａｍｉｃａｌ  Ｅｌｅｃｔｒｏ−Ｓｔａｔｅ：ＤＥＳ）に応じて、少なくとも１の内部ＤＥＳを通して、前記出力ＤＣ端子の出力直流力学電気状態（ＤＥＳ）に電気エネルギを伝送し、前記内部ＤＥＳは本質的に電流を一方向にのみ流すのに適合した直流ＤＥＳでなり、
前記全直流エネルギ伝送装置は、第１の容量性デバイスと、第２の容量性デバイスと、スイッチと、誘導性デバイスとを具え、
前記第１の容量性デバイス、前記第２の容量性デバイス、前記スイッチ、および前記誘導性デバイスはそれぞれ第１端子および第２端子を具え、
前記スイッチがさらにコントロール端子を具え、前記スイッチは、当該スイッチの第１端子と第２端子との間の接続を閉じて閉状態とし、当該接続を開いて開状態とするのに適合しており、前記閉状態と開状態は前記コモン端子に対する前記コントロール端子のコントロールＤＥＳへの応答であり、
前記全直流エネルギ伝送装置ではさらに、
前記入力ＤＣ端子が、前記第１の容量性デバイスの第１端子に接続されるとともに、前記スイッチの第１端子に接続され、
前記第１の容量性デバイスの第２端子が前記コモン端子に接続され、
前記スイッチの第２端子が前記誘導性デバイスの第１端子に接続され、
前記誘導性デバイスの第２端子が、前記第２の容量性デバイスの第１端子および前記出力ＤＣ端子に接続され、
前記第２の容量性デバイスの第２端子が前記コモン端子に接続されており、
前記全直流エネルギ伝送装置は、前記入力直流ＤＥＳが少なくとも３６ボルトの電圧を有すること、前記出力直流ＤＥＳが少なくとも１２ボルトの電圧を有すること、前記第１の容量性デバイスが少なくとも８００ボルトの動作電圧で少なくとも５００マイクロファラドのキャパシタンスを有すること、前記第２の容量性デバイスが少なくとも１５００マイクロファラドのキャパシタンスを有すること、前記入力ＤＣ端子と前記出力ＤＣ端子間で少なくともＫ％のエネルギ伝送効率でのエネルギ伝送に適合していること、ここでＫは少なくとも６５であること、のそれぞれに合致するかそれ以上に適合していることを特徴とする装置。
【請求項２】
請求項１の装置において、前記全直流エネルギ伝送装置は、前記Ｋが少なくとも７５に合致するかそれ以上に適合していることを特徴とする装置。
【請求項３】
請求項２の装置において、前記全直流エネルギ伝送装置は、前記Ｋが少なくとも８３に合致するかそれ以上に適合していることを特徴とする装置。
【請求項４】
請求項１の装置において、前記全直流エネルギ伝送装置は、
前記入力直流ＤＥＳが少なくとも１０００ボルトの電圧を有すること、
前記出力直流ＤＥＳが少なくとも１００ボルトの電圧を有すること、
前記第１の容量性デバイスが少なくとも１０００ボルトの動作電圧で少なくとも０．５ファラドのキャパシタンスを有すること、および／または、
前記第２の容量性デバイスが少なくとも１．０ファラドのキャパシタンスを有すること、
の少なくとも１つに合致するかそれ以上に適合していることを特徴とする装置。
【請求項５】
請求項４の装置において、前記全直流エネルギ伝送装置は、
前記入力直流ＤＥＳが少なくとも２０００ボルトの電圧を有すること、
前記出力直流ＤＥＳが少なくとも２００ボルトの電圧を有すること、
前記第１の容量性デバイスが少なくとも２０００ボルトの動作電圧で少なくとも１．０ファラドのキャパシタンスを有すること、および／または、
前記第２の容量性デバイスが少なくとも２．０ファラドのキャパシタンスを有すること、
の少なくとも１つに合致するかそれ以上に適合していることを特徴とする装置。
【請求項６】
請求項５の装置において、前記全直流エネルギ伝送装置は、
前記入力直流ＤＥＳが少なくとも３０００ボルトの電圧を有すること、
前記出力直流ＤＥＳが少なくとも３００ボルトの電圧を有すること、
前記第１の容量性デバイスが少なくとも３０００ボルトの動作電圧を有すること、および／または、
前記第２の容量性デバイスが少なくとも４．０ファラドのキャパシタンスを有すること、
の少なくとも１つに合致するかそれ以上に適合していることを特徴とする装置。
【請求項７】
請求項１の装置において、さらに、高エネルギ端子と、サービス端子と、前記コモン端子と、前記高エネルギ端子と前記サービス端子間で少なくとも１００万ジュールのエネルギ伝送に寄与するのに適合した少なくとも１の前記全直流エネルギ伝送装置とを具えることを特徴とする装置。
【請求項８】
請求項７の装置において、前記高エネルギ端子と前記サービス端子間のエネルギ伝送が、少なくとも２００万ジュールであることを特徴とする装置。
【請求項９】
請求項８の装置において、前記高エネルギ端子と前記サービス端子間のエネルギ伝送が、少なくとも４００万ジュールであることを特徴とする装置。
【請求項１０】
請求項７の装置において、前記高エネルギ端子と前記サービス端子間のエネルギ伝送のエネルギ効率が少なくとも前記Ｋ％であることを特徴とする装置。
【請求項１１】
請求項７の装置において、前記Ｋは少なくとも７５であることを特徴とする装置。
【請求項１２】
請求項７の装置において、前記Ｋは少なくとも８３であることを特徴とする装置。
【請求項１３】
請求項７の装置において、さらに、前記全直流エネルギ伝送ネットワークのエネルギ伝送に応じて動作するシステムを具えることを特徴とする装置。
【請求項１４】
請求項１３の装置において、前記システムは、前記サービス端子に連結されて前記全直流エネルギ伝送ネットワークのエネルギ伝送を利用する電気モータを具えることを特徴とする装置。
【請求項１５】
請求項１４の装置において、前記システムがさらに、前記高エネルギ端子に連結されて前記全直流エネルギ伝送ネットワークに前記エネルギ伝送のためのエネルギを提供する燃料電池および／またはソーラー電池および／または発電器を具えることを特徴とする装置。
【請求項１６】
請求項１４の装置において、前記システムがさらに、前記全直流エネルギ伝送ネットワークを具えることを特徴とする装置。
【請求項１７】
請求項１６の装置において、前記システムは少なくとも部分的に輸送手段を構成することを特徴とする装置。
【請求項１８】
請求項１７の装置において、前記輸送手段は、電気式輸送手段および／またはハイブリッド型輸送手段であることを特徴とする装置。
【請求項１９】
請求項１８の装置において、前記ハイブリッド型輸送手段は、ハイブリッド電気／内燃機関（ＩＣＥ）輸送手段であることを特徴とする装置。
【請求項２０】
請求項１７の装置において、前記輸送手段は自動車であることを特徴とする装置。
【考案の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、全直流（ＤＣ）エネルギ伝送装置、エネルギ伝送コントローラ、全直流エネルギ伝送ネットワーク、これらの回路に用いる構成要素、前記全直流エネルギ伝送装置を含んで、および／または用いて、利益となる装置、および／または上述の本発明に関するネットワークおよび運用方法を開示する。前記構成要素は、限定しないが、それぞれ概要および詳細な開示で定義され記載された１以上の容量性デバイス、スイッチデバイス、および／または、誘導性デバイスを含み得る。応用装置は、限定しないが、ハイブリッド電気輸送手段、電気輸送手段、および／またはソーラー電力装置を含み得る。これらの輸送手段は、地表および／または地下を移動する自動車、トラック、バス、トロリー、電車、航空機、船舶、あるいは衛星、および／または宇宙航空機であり得る。好適な車両は自動車、トラック、またはバスである。この車両は有人でも無人でもよい。ソーラー電力装置は、限定しないが、オングリッドかオフグリッドかを問わず、ソーラー電力アレイおよび／またはソーラーエネルギストレージからエネルギを伝送する装置を含み得る。
【背景技術】
【０００２】
従来、１の電圧から他の電圧への直流（ＤＣ）エネルギは、少なくとも２０世紀初頭から多くの電気・電子システムで一般的な機能となっている。
【０００３】
本書で用いる力学電気状態（ｄｙｎａｍｉｃａｌ  ｅｌｅｃｔｒｏ−ｓｔａｔｅ：ＤＥＳ）は、回路中の第２のノードに対する１以上のノードの電圧、電流、またはインダクタンス、の１またはそれ以上をいう。電圧および／または電流は、このノードと第２のノード間の測定値により決定され、これは時間によって変化し得る。インダクタンスは、インダクタに関して論じられる。電流は、当該ノードから第２のノードへ流れる電荷の時間による変化率として考えられる。本書における標準の単位は、電圧についてボルト（Ｖ）、電流についてアンペア（Ａｍｐ）、電荷についてクーロン（Ｃ）である。電圧は、本書では電位差と同義である。
【０００４】
回路は往々にして、限定しないが、端子、複数のノード、前記端子の全部ではないがいくつか、および／または前記ノードの全部ではないがいくつかの間の電気接続を含むデバイスを具える。回路は、そこに含まれるデバイスや電気接続とともに、複数のＤＥＳを構成する。各ＤＥＳは、単独の第２のノードに対し複数のノードにわたって共有される電気状態を有し得る。他の状況では、１またはそれ以上のＤＥＳが前記第２のノードに対して１のノードから他のノードへとはっきり変化する電気状態を有し得る。
【０００５】
回路におけるいくつかの標準的なデバイスは、限定しないが、コンデンサ、抵抗、インダクタ、ダイオードおよび／またはスイッチを含む。これらの標準的なデバイスについて、従来技術を説明する。
【０００６】
コンデンサは一般に２端子デバイスであり、主たる電気特性はこれらの端子間の静電容量である。静電容量はしばしばデバイスに蓄えられる電荷、ひいては電気エネルギの能力としてみられる。コンデンサはしばしば、誘電体で隔てられた２枚の平行な導電版として構成および／または構築される。静電容量は通常、導電版の表面積に正比例し、導電版間の隔てられた距離に反比例するよう構成される。静電容量はさらに、導電版の外形および誘電体の誘電率の関数として考えられる。本書で用いる静電容量の単位はファラドである。１ファラドのコンデンサは、１クーロンで荷電すると、導電版間に１ボルトの電位差を有するものとして規定される。静電容量の通常のモデルは、Ｃがファラドの静電容量である場合に、Ｃ＝ｅｒｅ０Ａ／ｄである。Ａは平行板が重なる面積である。ｅｒは誘電体の誘電率である。ｅ０は絶対誘電率（概ね８．８５４×１０−１２Ｆ／メートル）であり、ｄは誘電版同士の距離をメートルで示す。エネルギはジュール（Ｊ）で測定され、コンデンサに蓄えられるときは、通常はコンデンサを現在の状態に充電する際の仕事として規定される。コンデンサに蓄えられるエネルギは、しばしばＣＶ２／２で評価され、ジュールで報告される。
【０００７】
インダクタは一般に２端子デバイスであり、主たる電磁特性はその端子間のインダクタンスである。インダクタは通常、しばしばワイヤと称される導電材料のコイルを含む。このワイヤがインダクタの２つの端子を接続する。端子間のワイヤは往々にして１の軸回りに巻かれている。いくつかの場合、この巻きは本質的に軸回りに対称である。コイルの内側には金属のコアを有したり有さない場合がある。インダクタンスはしばしば、ワイヤを通る電流の変化が、ワイヤ自身（自己インダクタンス）とワイヤ近傍（相互インダクタンス）の双方に電圧（起電力）を誘導する電磁的特性をいう。インダクタンスはしばしば、時間で変動し、往々にして正弦の、端子間にかけられる所定周波数の電圧に対するコイルの応答として測定される。本書においてインダクタンスの単位は、国際標準（ＳＩ）単位のヘンリー（Ｈ）である。ＳＩ単位の基本に減じると、１ヘンリーは、毎秒１キログラムメートルの２乗を秒の２乗で割り、これをアンペア２乗で割ったものである（ｋｇｍ２ｓ−２Ａ−２）。特定の周波数、多くは１キロヘルツの正弦テストパターンでインダクタをヘンリーで評価するのが共通である。
【０００８】
抵抗は一般に２端子デバイスであり、主たる電気特性はその端子間の抵抗である。抵抗は、ＳＩ単位であるオームの単位で測定される。本書で用いるように、オームは、２つのノード間に１ボルトの一定の電位差をかけた場合に１アンペアの電流が生じる抵抗として規定される。
【０００９】
ダイオードは通常２端子デバイスであり、主たる電気特性は、第１端子から第２端子への電流をブロックしつつ、第２端子から第１端子への電流を通過抵抗で通すことである。
【００１０】
スイッチは、機械スイッチ、固体スイッチ、および／または固体および機械スイッチの統合のいずれかをいう。本書で用いるスイッチは、第１および第２端子と、コントロール端子とを具える。コントロール端子が閉状態であれば、第１および第２端子が接続となるか、閉じられる。コントロール端子が開状態であれば、第１および第２端子が開となるか、非接続となる。
【００１１】
システムは、１またはそれ以上の回路および／または１またはそれ以上のデバイスを含み得る。例えば、自動車は、当該自動車の推進を補助するよう動作するトランスミッション回路と、当該自動車の客室内の温度管理を補助するよう動作する空調デバイスとを具えるシステムとして考えられる。
【００１２】
本書において直流（ＤＣ）ＤＥＳとは、第１のノードと第２のノード間で電流が１のみの方向に流れるＤＥＳをいう。交流（ＡＣ）ＤＥＳとは、経時的に第１のノードから第２のノードへ、および第２のノードから第１のノードへの双方に電流が流れるＤＥＳをいう。
【００１３】
本書で用いるエネルギ伝送装置とは、入力ＤＣ端子、出力ＤＣ端子、およびコモン端子を具える回路であって、入力ＤＣ端子から直流ＤＥＳを受け、１以上の直流ＤＥＳを生成するのに適合した回路をいう。入力直流ＤＥＳは、その第１のノードとして入力ＤＣ端子を有する。出力直流ＤＥＳは、その第１のノードとして出力ＤＣ端子を有する。入力および出力直流ＤＥＳはともに、第２のノードとしてコモン端子を共有する。
【００１４】
数十年間、ＤＣ−ＤＣコンバータとしてエネルギ伝送装置を実装するのが従来の知恵であった。これらのＤＣ−ＤＣコンバータは、ＡＣタイミングのＤＥＳに応答して、ＤＣ入力ＤＥＳを、変換器の一次コイルを駆動するＡＣ内部電力ＤＥＳに変換するインバータを用いる。変換器の二次コイルは、１以上の二次交流ＤＥＳを生成する。この二次交流ＤＥＳはその後フィルタされ整流されて、ＤＣ−ＤＣコンバータの出力直流ＤＥＳが生成される。交流ＤＥＳのいくつかまたは全部は、特に二次交流ＤＥＳは、往々にして一対のワイヤで実装される。
【考案の概要】
【００１５】
本願は、全直流（ＤＣ）エネルギ伝送回路、エネルギ伝送コントローラ、全直流エネルギ伝送ネットワーク、このような回路に用いる構成要素、前記エネルギ伝送装置を含み、および／または用いて利益を得る装置、および当該装置、構成要素、および／または本考案にかかる装置の運用方法を開示する。本書において、本考案の回路に用いる構成要素は、他の応用例に用いることができる。
【００１６】
本書で用いるように、全直流エネルギ伝送装置は、入力ＤＣ端子、出力ＤＣ端子、およびコモン端子を具え、これらの端子を通じて、入力ＤＣ端子から入力直流ＤＥＳを受け、出力ＤＣ端子を通して１以上の出力直流ＤＥＳを生成し、ここでコモン端子は両方のＤＥＳの第２のノードとして作用する。全直流エネルギ伝送装置は、本書で内部直流ＤＥＳと呼ばれる、本質的に直流ＤＥＳからなる出力直流ＤＥＳの生成に寄与する少なくとも１の内部ＤＥＳを具える。この内部ＤＥＳの用語は、全直流エネルギ伝送装置内で、入力ＤＣ端子と出力ＤＣ端子間のエネルギの殆ど、さらに可能であれば全部を伝送するのに用いられる入力端子または出力端子のいずれかではない１以上のノードをいう。
【００１７】
本開示は最初に、全直流エネルギ伝送装置の３つの基本的な実装例について説明する。第１の実装例は、本考案の一実施例の基本動作および能力を示す。第２、第３の実装例は、例えばハイブリッド型電気／内燃エンジン（ｉｃｅ）車両などの様々な応用例に利用可能である。全直流エネルギ伝送装置の第２の実装例の好適な実施例は、ハイブリッド型電気／ＩＣＥ自動車が、１ガロンあたり１００マイル以上、メートル単位ではリットルあたり４３キロメートル以上のガソリンといった燃費に耐えることを支持する。全直流エネルギ伝送装置の第３の実装例の好適な実施例は、ハイブリッド型電気／ｉｃｅ自動車がガロンあたり２００マイル以上、またはリットルあたり８６キロメートルの燃費に耐えることを支持する。全直流エネルギ伝送装置の第２および第３の実装例は、ハイブリッド型電気／ｉｃｅ自動車などの装置で用いられる全直流エネルギ伝送ネットワークに含められる。
【００１８】
全直流エネルギ伝送装置に戻ると、いくつかの実装例では、直流エネルギ伝送装置の内部ＤＥＳはさらに、主たる（predominantly）直流ＤＥＳとして考えることができる。本書において、主たる直流ＤＥＳは、時間により電圧と電流が変化するが、いずれの短時間の窓においても電力スペクトルがＤＣまたは周波数要素が０の近くに集中しているものをいう。本書で用いる場合、短時間の窓は、少なくとも６４分、３２分、１６分、８分、４分、２分、１分、３０秒、１５秒、８秒、４秒、２秒、１秒、０．５秒、０．２５秒、１２５ミリ秒（ｍｓ）、６３ｍｓ、３２ｍｓ、または１６ｍｓを含む。
【００１９】
いくつかの実装例では、装置は、入力直流ＤＥＳおよび／または出力直流ＤＥＳに応答して、少なくとも１のコントロールＤＥＳを生成するのに適合したエネルギ伝送コントローラを具え、これが全直流エネルギ伝送装置に受信されて当該コントロールＤＥＳに応答することによりその動作が指示されるようにしてもよい。このコントロールＤＥＳは、「０」と「１」のブール理論値を示してもよく、これは詳細な説明で述べるようにいくつかの異なる方法で実装することができる。
【００２０】
本願の装置は、限定しないが、ハイブリッド電気輸送手段、電気輸送手段、および／またはソーラー電力輸送手段を含むことができる。これらの輸送手段は、地表および／または地下移動用の自動車、トラック、バス、トロリー、電車、航空機、船舶、および衛星、および／または宇宙船であり得る。好適な車両は、自動車、トラック、またはバスである。これらの輸送手段はいずれも有人でも無人でもよい。ソーラー電力装置は、限定しないが、ソーラー電力セル、および／またはソーラーエネルギ貯蔵器であり、これらはオングリッドでもオフグリッドでもよい。
【００２１】
構成要素は、限定しないが、容量性デバイス、スイッチデバイス、および／または誘導性デバイスを含み得る。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】図１は、全直流エネルギ伝送装置とエネルギ伝送コントローラを具えるシステムの最初の３つの実装例に関する簡略化した実施例を示す。
【図２】図２は、図１のシステムであり、全直流エネルギ伝送装置とエネルギ伝送コントローラを用いた本考案にかかる、特に電気と内燃機関（ｉｃｅ）のハイブリッド型自動車である車両への実装を示す。
【図３】図３は、図２の車両および／または自動車であり、道路の右手側で燃料を１単位供給されて、ある距離を進んでこの燃料の単位が消費されることを示している。
【図４】図４は、図１の全直流エネルギ伝送装置の第２および／または第３の実装例を支持する車両および／またはハイブリッド型電気−ｉｃｅ自動車内でのエネルギ伝送に適合した図２の全直流エネルギ伝送ネットワークのいくつかの詳細例を示す。
【図５】図５は、図１の全直流エネルギ伝送装置の第２および／または第３の実装例を支持する車両および／またはハイブリッド型電気−ｉｃｅ自動車内でのエネルギ伝送に適合した図２の全直流エネルギ伝送ネットワークのいくつかの詳細例を示す。
【図６】図６は、図１の全直流エネルギ伝送装置の第２および／または第３の実装例を支持する車両および／またはハイブリッド型電気−ｉｃｅ自動車内でのエネルギ伝送に適合した図２の全直流エネルギ伝送ネットワークのいくつかの詳細例を示す。
【図７】図７は、図１の全直流エネルギ伝送装置の第２および／または第３の実装例を支持する車両および／またはハイブリッド型電気−ｉｃｅ自動車内でのエネルギ伝送に適合した図２の全直流エネルギ伝送ネットワークのいくつかの詳細例を示す。
【図８】図８は、図１の全直流エネルギ伝送装置の第２および／または第３の実装例を支持する車両および／またはハイブリッド型電気−ｉｃｅ自動車内でのエネルギ伝送に適合した図２の全直流エネルギ伝送ネットワークのいくつかの詳細例を示す。
【図９】図９は、図１の全直流エネルギ伝送装置の第２および／または第３の実装例を支持する車両および／またはハイブリッド型電気−ｉｃｅ自動車内でのエネルギ伝送に適合した図２の全直流エネルギ伝送ネットワークのいくつかの詳細例を示す。
【図１０】図１０は、図１の全直流エネルギ伝送装置の第２および／または第３の実装例を支持する車両および／またはハイブリッド型電気−ｉｃｅ自動車内でのエネルギ伝送に適合した図２の全直流エネルギ伝送ネットワークのいくつかの詳細例を示す。
【図１１】図１１は、図１の全直流エネルギ伝送装置の第２および／または第３の実装例を支持する車両および／またはハイブリッド型電気−ｉｃｅ自動車内でのエネルギ伝送に適合した図２の全直流エネルギ伝送ネットワークのいくつかの詳細例を示す。
【図１２】図１２は、図１の全直流エネルギ伝送装置の第２および／または第３の実装例を支持する車両および／またはハイブリッド型電気−ｉｃｅ自動車内でのエネルギ伝送に適合した図２の全直流エネルギ伝送ネットワークのいくつかの詳細例を示す。
【図１３】図１３は、全直流エネルギ伝送装置と全直流ステップダウン（ＳＤ）ステージとを有する全直流エネルギ伝送ネットワークを示し、ネットワーク全体で一度に１のみのステップダウンステージが運用される利点がある。
【図１４】図１４は、全直流エネルギ伝送装置と、３つの全直流ＳＤステージとを有する全直流エネルギ伝送ネットワークを示し、ネットワーク全体で一度に１のみのステップダウンステージが運用される利点がある。
【図１５】図１５Ａ−１５Ｉは、１以上の第１の容量性デバイスのいくつかの特徴を示し、これは１またはそれ以上の他の容量性デバイスにも適用可能である。
【図１６】図１６は、本考案の多様な実施例および／または実装例の要求に基づき、あるいはこれを満たすように適合された個別に製造されうる本考案の装置のいくつかの概要である。
【図１７】図１７は、１以上のエネルギ伝送コントローラが、コントローラ、コンピュータ、電算構成、および１以上のメモリ内容を含む不揮発性メモリからなる群の少なくとも１の部分のうちの１以上の実施例を含み得ることを示す。
【図１８】図１８は、図１７のプログラムコンポーネントのいくつかの例を示し、これらのいずれかが、特にハイブリッド型電気／ＩＣＥ自動車に、全直流エネルギ伝送装置、全エネルギ伝送ネットワーク、および／またはシステムの少なくとも一部を運用および／または使用する方法の少なくとも１の要素を実装することができる。
【考案を実施するための形態】
【００２３】
本考案は、全直流（ＤＣ）エネルギ伝送回路、エネルギ伝送コントローラ、全直流エネルギ伝送ネットワーク、このような回路に用いる構成要素、全直流エネルギ伝送装置を含み、および／または用いることの利益を受ける装置、および本考案にかかる上記を運用する方法を開示する。詳細な説明は、請求の範囲の解釈に潜在的に関連するいくつかの用語の規定と、本明細書でこれらの請求の範囲の実施の説明から始まる。全直流エネルギ伝送装置の３つの基本的な実装例が説明される。また、本考案の多様な組み合わせと代替例の詳細が開示される。
【００２４】
いくつかの用語の定義：上記の考案の概要、この考案の詳細な説明、以下の請求の範囲、および添付の図面において、本考案の特定の特徴について説明がなされる。これらの特徴は例えば、部品、材料、要素、デバイス、装置、システム、グループ、範囲、方法ステップ、試験結果、およびプログラム命令を含む命令である。
【００２５】
本明細書における本考案の開示は、このような特定の特徴のすべての可能な組み合わせを含むと理解されたい。例えば、ある特定の特徴が、特定の態様、特定の実施例、特定の請求項、あるいは特定の図面に関して開示されていれば、本考案において一般に、文脈がその可能性を除外していない限り、この特徴は他の特定の態様、実施例、請求項および図面の組み合わせでも利用可能である。
【００２６】
本明細書および請求の範囲に開示された考案は、本書に特に記載されていない実施例を含み、例えば本書に特に開示された特徴と同じ、均等、または類似の機能を提供するものであれば、本書に特に記載されていない特徴を利用してもよい。
【００２７】
「具える」および文法的に等しい用語は、特に同定された特徴に加え、任意に他の特徴を有することを意味する。例えば、ある構成またはデバイスが、要素Ａ、ＢおよびＣ「具えている」（または「具える」）とは、要素Ａ、ＢおよびＣのみを含んでもよいし、要素Ａ、ＢおよびＣのみならず１またはそれ以上の他の要素を含んでもよい。「具える」および「含む」の語は同様に解釈される。
【００２８】
「本質的に〜からなる」および文法的に等しい語は、特に同定された特徴に加え、クレームされた考案を実質的に変更しない他の特徴があってもよいことを意味する。
【００２９】
本書に使用される数の前の「少なくとも」は、その数から始まる範囲をいう（これは上限がある範囲または上限がない範囲であり、規定される変数による）。例えば「少なくとも１」は１または１より多いことを意味し、「少なくとも８０％」は８０％または８０％より多いことを意味する。
【００３０】
本書に使用される数の前の「最大で」は、その数で終わる範囲をいう（これはその下限が１か０である範囲か、下限がない範囲であり、規定される変数による）。例えば、「最大で４」は４または４より小さく、「最大で４０％」は４０％または４０％より小さい。ある範囲が「（第１の数）から（第２の数）」または「（第１の数）−（第２の数）」で与えられる場合、その下限が第１の数であり上限が第２の数である範囲を意味する。例えば「８から２０の炭素原子」または「８−２０の炭素原子」は、下限が８の炭素原子で上限が２０の炭素原子の範囲を意味する。本書において「複数（plural, multiple, plurality, multiplicity）」の語は、２または２より多い特徴をいう。
【００３１】
本書で２またはそれ以上の規定されたステップを具える方法が説明される場合、規定されたステップは（文脈がその可能性を除外していない限り）任意の順番で、または同時に実施されてもよく、この方法は選択的に、文脈がその可能性を除外していない限り、規定されたいずれかのステップの前、２つの規定されたステップの間、あるいは規定されたすべてのステップの後に、１またはそれ以上の他のステップを具えてもよい。
【００３２】
本書の説明が「第１」および「第２」の特徴にされる場合、文脈が他を要求しない限り、通常は特定の目的で行われ、第１および第２の特徴は同じであっても異なってもよく、第１の特徴の説明があっても必ずしも第２の特徴があるわけではない（あってもよい）。
【００３３】
本書において「１」または「１つの」特徴の説明は、（文脈でその可能性を除外しない限り）２またはそれ以上のこの特徴がある可能性を含む。したがって、ここには単一の特徴があっても、複数のこの特徴があってもよい。本書で２またはそれ以上の特徴との記載は、文脈でその可能性を除外していない限り、同じ機能を提供する２またはそれ以上の特徴がより少ない数またはより多い数の特徴で置換される可能性を含む。
【００３４】
本書で与えられる数はその文脈や説明に適した範囲で解釈されるべきであり、例えば、それぞれの数が本明細書の出願日において当業者に利用されている伝統的な方法で測定されうる制度に応じた変量の対象となる。
【００３５】
本書で用いる「および／または」の語は、「および／または」の前後に記載された２つの可能性のいずれかまたは双方があることを意味する。これらの可能性は、例えば、部品、材料、要素、デバイス、装置、システム、グループ、範囲およびステップであり得る。例えば、「部材Ａおよび／または部材Ｂ」は３つの可能性があり、（１）部材Ａのみがある場合、（２）部材Ｂのみがある場合、および（３）部材Ａと部材Ｂの双方がある場合である。同様に、Ａ、Ｂおよび／またはＣは、（Ａおよび／またはＢ）および／またはＣと解され、これは他に規定しない限り、Ａおよび／または（Ｂおよび／またはＣ）と同じである。
【００３６】
本書の請求の範囲のいずれかの要素が、３５ＵＳＣ１１２の規定の下に、請求項の要素が請求項内でサポートする構造、材料、または動作の詳述がなく特定の機能を実行するステップの手段として記載される組み合わせである場合、そしてそのために明細書に記載された関連する構造、材料、または動作をカバーすると解される場合、対象とする対応する構造、材料、または動作は、明細書に明記された対応する構造、材料、または動作およびこのような構造、材料または動作の均等物のみならず、本書に参照により組み込まれる米国特許書類に記載されたこれらの構造、材料、または動作、およびこれらの構造、材料または動作の均等物が含まれる。同様に、本願クレームのいずれかの要素が、（例え「手段」の語を用いて特定されていなくても）請求項の構造、材料または動作をサポートする詳述がなくても特定の機能を実行する手段またはステップと等しいと正確に解される場合、対象とする対応する構造、材料または動作は、明細書に明記された対応する構造、材料または動作、およびこのような構造、材料または動作の均等物のみならず、本書に参照により組み込まれる米国特許書類に記載されたこのような構造、材料または動作、およびこのような構造、材料または動作の均等物が含まれる。
【００３７】
本明細書は、本書で出願データシートにより参照するすべての文書と、本明細書と同時に提出されるか本願に関して事前に提出されたすべての文書を参照により組み込むものであり、これは本明細書とともに公衆に閲覧可能であるような文書に限られない。
【００３８】
全直流エネルギ伝送装置の最初の３つの実装例は以下のように要約できる：第１の実装例は、本考案の一実施例の基本の動作および性能を呈する。第２、第３の実装例は、例えば、ハイブリッド型電気／内燃機関（ｉｃｅ）自動車などの多様な応用例に利用可能である。全直流エネルギ伝送装置の第２の実装例の好適な実施例は、ガロンあたり少なくとも１００マイル、メートル単位ではガソリンなどの燃料リットルあたり少なくとも４３キロメートル以上の燃費を実証するハイブリッド型電気／ｉｃｅ自動車をサポートする。全直流エネルギ伝送装置の第３の実装例の好適な実施例は、ハイブリッド型電気／ｉｃｅ自動車においてガロンあたり少なくとも２００マイル、またはリットル当たり少なくとも８６キロメートルの燃費の実証をサポートする。
【００３９】
図１は、全直流エネルギ伝送装置１００とエネルギ伝送コントローラ１７０を具えるシステム１８０の最初の３つの実装例に関する簡略化した実施例を示す。
【００４０】
最も簡単な形では、全直流エネルギ伝送装置１００は、上述したエネルギ伝送装置の定義にあるように、入力ＤＣ端子１０２と、出力ＤＣ端子１０４と、コモン端子１０６とを具える。全直流エネルギ伝送装置１００は、入力ＤＣ端子１０２で入力直流ＤＥＳ１１０に応答して、１以上の内部ＤＥＳ１１４を通して電気エネルギを出力ＤＣ端子１０４の出力直流ＤＥＳ１１２に伝送するのに適合しており、各内部ＤＥＳ１１４は本質的に直流ＤＥＳからなる。定義によると、直流ＤＥＳは電流を一方向のみ流すよう適合している。本例では、内部直流ＤＥＳ１１４の第１のノード１はスイッチＳＷ１  １４０の第２端子２に接続され、第２のノード２はインダクタＬ１  １５０の第１端子１に接続されている。
【００４１】
全直流エネルギ伝送装置１００は、第１の容量性デバイスＣ１  １３０と、第２の容量性デバイスＣ２  １６０と、スイッチＳＷ１  １４０と、誘導性デバイスＬ１  １５０とを具える。第１の容量性デバイスＣ１  １３０、第２の容量性デバイスＣ２  １６０、スイッチＳＷ１  １４０、および誘導性デバイスＬ１  １５０はそれぞれ、第１端子１と第２端子２とを具える。スイッチＳＷ１  １４０はさらに、コントロール端子Ｃを具える。このスイッチＳＷ１  １３０は、当該スイッチの第１端子１と第２端子２間の接続を閉状態１７４へと閉じ、当該接続を開状態１７６へと開くのに適合しており、ここで閉状態と開状態はコントロール端子１０８を介して、ノード２のようなコモン端子に対する（ノード１のような）コントロール端子のコントロールＤＥＳ１８２への応答として実現される。
【００４２】
いくつかの実装例では、全直流エネルギ伝送装置１００はさらに、以下を具える。
【００４３】
入力ＤＣ端子１０２が、第１の容量性デバイスＣ１  １３０の第１端子１に接続され、スイッチＳＷ１  １４０の第１端子１に接続されている。
【００４４】
第１の容量性デバイスＣ１  １３０の第２端子２が、コモン端子１０６に接続されている。
【００４５】
スイッチＳＷ１  １４０の第２端子２は、誘導性デバイスＬ１  １５０の第１端子１に接続されている。
【００４６】
誘導性デバイスＬ１  １５０の第２端子２は、第２の容量性デバイスＣ２  １６０の第１端子１と、出力ＤＣ端子１０４に接続されている。
【００４７】
第２の容量性デバイスＣ２  １６０の第２端子２は、コモン端子１０６に接続されている。
【００４８】
図１はまた、入力直流ＤＥＳ１１０および／または出力直流ＤＥＳ１１２の検出に応じて、コントロールＤＥＳ１８２を生成することにより、コントロール端子１０８を介してスイッチＳＷ１  １４０に閉状態１７４または開状態１７６を提供するよう全直流エネルギ伝送装置１００を運用するのに適合したエネルギ伝送コントローラ１７０を示す。このエネルギ伝送コントローラ１７０はまた、いくつかの実装例では、推定入力ＤＥＳ１７８および／または推定出力１８１を具えてもよい。
【００４９】
いくつかの実装例では、ＤＣエネルギ伝送装置は、入力直流ＤＥＳおよび少なくとも出力直流ＤＥＳに応答して、全直流エネルギ伝送装置により受信されその構成を管理するための少なくとも１のコントロールＤＥＳを生成するのに適合したエネルギ伝送コントローラを具えてもよい。このＤＣエネルギ伝送装置は、コントロールＤＥＳに応答してその動作を設定するのに適合している。コントロールＤＥＳは、「０」や「１」のようなブール理論値を表してもよく、これはいくつかの異なる方法で実現することができる。
【００５０】
例えば、これらのブール値を２つの重複しない電圧範囲に実装することが共通のプラクティスであり、例えば「０」は０から１ボルトの電圧範囲を表し、「１」は２から３．４ボルトの電圧範囲を表す。
【００５１】
別の例ではまた、「０」が例えば−１．５から−０．７５ボルトまでの負の範囲を表し、「１」が例えば０．７５から１．５ボルトの正の電圧範囲を表すようにするのも共通のプラクティスである。この種の信号法はときに作動信号法（differential signaling）と呼ばれる。
【００５２】
当業者は、このようなコントロールＤＥＳの協定（control DES conventions）が、内部ＤＥＳが１であろうとそれ以上であろうと、全直流エネルギ伝送装置の内部ＤＥＳに影響しないことを理解するであろう。
【００５３】
いくつかの実装例では、コントロールＤＥＳ１８２が、エネルギ伝送コントローラ１７０内のコントロールＤＥＳ１８２の内部構成と、スイッチＳＷ１  １４０のコントロール端子Ｃを駆動する全直流エネルギ伝送装置１００に用いられる構成とを変換するインターフェース回路を通して生成されてもよい。このようなインターフェース回路は、限定しないが、増幅器、レベル切換器および／またはフィルタを含んでもよい。
【００５４】
例えば、エネルギ伝送コントローラ１７０は、１０ミリアンペアの電流を用いるエネルギ伝送コントローラ１７０内で各コントロールＤＥＳ１８２に０ボルトと３ボルトの間の論理信号で動作するデジタル論理回路を含んでもよい。ところが、コントロールＤＥＳ１８２は、スイッチＳＷ１  １４０のコントロール端子Ｃを実際に駆動するのに、−１２Ｖから＋１２ボルトの範囲の電圧と、少なくとも１０００ミリアンペアの電流を必要とする。
【００５５】
図１はまた、システム１８０のいくつかの実装例では、コモン端子１０６が可能なフィルタコモン生成器（possibly filter common generator）に接続され、これがさらにエネルギ伝送コントローラ１７０にフィルタされたコモン（filtered common）を提供してもよいことを示している。このフィルタされたコモンは、エネルギ伝送コントローラ１７０をノイズから保護するために供給され、全直流エネルギ伝送装置１００の電源回路が影響を受けないようにする。
【００５６】
全直流エネルギ伝送装置１００の実装例を以下に説明する。第１の実装例は、図１に示すような試験回路システム１８０を示し、スイッチＳＷ１  １４０の第２端子２から誘導性デバイスＬ１  １５０の第１端子１への接続がさらに第１ダイオードＤ１を具える。インダクタＬ１  １５０の第２端子２と第２コンデンサＣ２  １６０の第１端子１の間の接続はさらに、第２ダイオードＤ２を具える。これらのダイオードは確実に電流を一方向のみにしか流さないため、これらのダイオードＤ１、Ｄ２は、スイッチＳＷ１  １４０の開閉から生じうるアンダーシュートを減衰し、さらに確実に内部ＤＥＳ１１４を本質的に直流ＤＥＳとする。
【００５７】
容量性デバイスＣ１およびＣ２に用いられるコンデンサは、すべて４５０ボルトで１８００マイクロ（１０−６）ファラドに定められた。しかしながら、これらの各コンデンサをテストすると、個々のキャパシタンスは１６００マイクロファラドの範囲を示した。これらは抵抗、キャパシタンス、およびインダクタンス（ＲＣＬ）メータでテストされた。これらの各コンデンサは、測定されたキャパシタンスでラベル付けされた。
【００５８】
第１の容量性デバイスＣ１  １３０は、直列配置された３つのコンデンサを用いてなり、５３０．７６マイクロファラドのキャパシタンスで、１０００ボルトまでの動作電圧をサポートする。
【００５９】
第２の容量性デバイスＣ２  １６０は、コンデンサのいくつかの並列配置でテストされ、１から５のコンデンサを並列でナンバリングして、集合のキャパシタンスを約１６００マイクロファラドとした。
【００６０】
スイッチＳＷ１  １４０は、１０００Ｖより上での動作に適合する機械的スイッチであり、全直流エネルギ伝送装置１００の電流を扱う能力を有する。
【００６１】
これらのテストを要約すると、入力直流ＤＥＳは４０ボルトで測定された。出力直流ＤＥＳは約１５．６５ボルトであった。第１の容量性デバイスＣ１  １３０から第２の容量性デバイスＣ２まで伝送されたエネルギは０．２３７９ジュールであった。エネルギ伝送効率は、約８３．３４％と評価された。結果として、この全直流エネルギ伝送装置は少なくともＫ％のエネルギ伝送効率を有し、ここでＫは少なくとも６５であり、考案者による実証によると、さらにＫは７５％以上、さらにＫは８３以上となりうる。
【００６２】
最初のテストはベースラインを確立するために実行された。ＤＣ計測グレードのメータを用いて、１０−６ジュール単位まで多様な電圧測定が行われた。殆どの部分で記録が小数点４位の有効数字まで行われた。これらの機器は、組織内標準（in-house standard）と、販売者が証明する較正試験機関によるメーカーの技術仕様に設定された、最近購入された機器からの比較電圧測定値の双方で較正された。
【００６３】
図２は、図１のシステム１８０であり、全直流エネルギ伝送装置１００とエネルギ伝送コントローラ１７０を用いて本考案にかかる、特に電気と内燃機関（ｉｃｅ）のハイブリッド型自動車２１０である車両２００への実装を示す。この自動車２１０は、図１のシステム１８０の要素を具え、同様に燃料２１４が制御可能にＩＣＥ２２２に供給される。ＩＣＥ２２２はエネルギを発電器２３０に供給するよう運用され、発電器の電気出力が全直流エネルギ伝送装置１００の入力ＤＣ端子１０２に供給される。この簡略化した描写において、出力ＤＣ端子１０４は、自動車のホイールを回転させる１またはそれ以上の軸を駆動する電気モータ２５０に接続されている。
【００６４】
図３は、図２の車両２２０および／または自動車２１０であり、道路３３０の右手側で燃料単位２１４が供給されている。この車両２００および／または自動車２１０は、図面の右から左側へと矢印のように進み、ここで車両２２０および／または自動車２１０は距離３１０を進んでこの燃料単位２１４が消費されることを示している。
【００６５】
第２の実装例は、全直流エネルギ伝送ネットワーク２２０内のエネルギ伝送装置１００が、ハイブリッド型電気／内燃機関（ｉｃｅ）自動車２１０内で動作して、ガソリンといった燃料の自動車の燃費を、ガロンあたり１００マイル以上、メートル単位ではリットル当たり４３キロメートル以上に耐えるようにする。別の方法では、単位３２０が１ガロンの場合、期待される航続距離は１００マイル以上である。単位３２０が１リットルの場合、期待される航続距離は４３キロメートル以上である。
【００６６】
この第３の実装例は、全直流エネルギ伝送ネットワーク２２０内のエネルギ伝送装置１００が、自動車２１０の燃費をガロンあたり２００マイル以上、あるいはリットルあたり８６キロメートル以上に耐えるのに適合する。別の方法では、単位３２０が１ガロンの場合、期待される航続距離は２００マイル以上である。単位３２０が１リットルである場合、期待される航続距離は８６キロメートル以上である。
【００６７】
図４−１１は、図１の全直流エネルギ伝送装置１００の第２および／または第３の実装例をサポートする、図２の車両２００および／またはハイブリッド型電気−ｉｃｅ自動車２１０内でのエネルギ伝送に適合した図２の全直流エネルギ伝送ネットワーク２２０のいくつかの詳細例を示す。これらの図面は最初に個別に説明し、その後に第２および／または第３の実装例をサポートするこれらをまとめて説明する。
【００６８】
図４は、図２の全直流エネルギ伝送ネットワーク２２０を示し、これは図１の全直流エネルギ伝送装置１００と、図５にさらなる詳細を示す２つの全直流ステップダウン（ＳＤ）ステージ４００−１、４００−２とを具えている。全直流エネルギ伝送ネットワーク２２０は、図２に最初に示すように、高エネルギ端子２０２と、コモン端子１０６と、サービス端子２０４とを具えてもよい。この全直流エネルギ伝送ネットワーク２２０はさらに、これも図２に最初に示すように、符号２０８Ａから２０８Ｅが付された複数のコントロール端子を具えてもよい。
【００６９】
図４では、コモン端子１０６に対する各コントロール端子２０８Ａ〜２０８ＥのコントロールＤＥＳを、関連する要素内でスイッチを開閉する面において説明する。
【００７０】
例えば、コントロールＤＥＳ  Ａが「閉」とは、図１に示すように全直流エネルギ伝送装置１００内のスイッチＳＷ１  １４０を開く条件がコントロール端子２０８Ａに提供されたことを意味する。
【００７１】
別の例では、コントロールＤＥＳ  Ｂが「開」とは、図５に示すように第１の全直流ステップダウンステージ４００内のスイッチＳＷ４  ４５０が開く条件がコントロール端子２０８Ｂに提供されたことを意味する。
【００７２】
第３の例として、コントロールＤＥＳ  Ｃが「閉」とは、スイッチＳＷ２  ４１０−２を閉じる条件がコントロール端子２０８Ｃに提供されたことを意味する。
【００７３】
図５は、図４の全直流ステップダウン（ＳＤ）ステージ４００−１および／または４００−２の１以上の実施例のいくつかの詳細を示す。各全直流ＳＤステージは、最初に図４に示すように、入力ＤＣ端子４０２と、出力ＤＣ端子４０４と、コントロール端子４０８と、コモン端子１０６とを具える。この全直流ＳＤステージはさらに、スイッチＳＷ４  ５４０と、第２のインダクタＬ２  ５５０と、第３の容量性デバイスＣ３  ５６０とを具える。
【００７４】
図４−１１の説明と分析を簡略化する目的で、コントロール端子２０８Ｃ、２０９Ｅ用のコントロールＤＥＳは、決して同時には閉じないものと仮定する。これにより、図２のサービス端子２０４におけるＤＥＳ状態の分析が、これらの条件が図５に示すような第３の容量性デバイスＣ３  ５６０に保存されたエネルギにより対処しうるという仮定の下に実現する。この簡略化は本考案の動作と分析を理解するのに有用であるが、図２のエネルギ伝送コントローラ２８０がこれらのコントロールＤＥＳを、有用と思われる任意の組み合わせで扱うことを排除するものではない。
【００７５】
図６は、図４の全直流エネルギ伝送ネットワーク２２０の改良を示し、ここでは第３および第４の全直流ＳＤステージ４００−３、４００−４を具えている。この全直流エネルギ伝送ネットワーク２２０はまた、４つのさらなるコントロール端子２０８Ｆ〜２０８Ｉを具える。前述と同様に、スイッチＳＷ２  ４１０−２、ＳＷ３  ４１０−３、ＳＷ４  ４１０−６、またはＳＷ５  ４１０−７のうち同時に最大１つが閉となる。この簡略化は本考案の動作と分析を理解するのに役立つが、図２のエネルギ伝送コントローラ２８０がこれらのコントロールＤＥＳを、有用であると思われる任意の組み合わせで操作することを排除するものではない。しかしながら、４つの全直流ＳＤステージ４００−１〜４００−４のコントロール端子Ｃ  ４０８にかかるコントロールＤＥＳは、同時に「閉」となってもならなくてもよい。全直流ＳＤステージのこれらの内部スイッチのうちの２つを閉じると、図５の容量性デバイスＣ３  ５６０の２／３が同時にチャージされるが、これらの容量性デバイスはそれぞれ、特に第３の実装例では、個別に放電されることが有用である。
【００７６】
図７は、図４の改良を示し、ここでは全直流エネルギ伝送ネットワーク２２０がさらに、第５の全直流ＳＤステージ４００−５を具える。このデュアルステージ全直流エネルギ伝送装置７００は、第１の全直流エネルギ伝送装置１００−１と、第５の全直流ステップダウン（ＳＤ）ステージ４００−５とを具える。デュアルステージ全直流エネルギ伝送装置７００の端子は、（後述のように）入力ＤＣ端子１０２と、コモン端子１０６とを含む。混乱を避けるために、出力端子は本図と整合するように符号４０４が付されている。第１の全直流エネルギ伝送装置１００−１の出力ＤＣ端子１０４は、図示するように、第５の全直流ステップダウン（ＳＤ）ステージの入力ＤＣ端子４０２に接続されている。このデュアルステージ全直流エネルギ伝送装置７００は、第５のもので内部電圧の２段のステップダウンを支持し、これにより、いくつかの実装例において、前に示すとともに、本図の第１および第２の全直流ＳＤステージ４００−１および４００−２により実装されるように、第１〜第４の全直流ステップダウンステージのサービスＤＥＳの必要性を減らしている。
【００７７】
図８は、図６の全直流エネルギ伝送ネットワーク２２０の改良版であり、第１の全直流エネルギ伝送装置１００−１をデュアルステージエネルギ伝送装置７００に置換している。この置換により、上述したような、図６に関する潜在的利点と組み合わせた、図７で説明したのと同様の潜在的利益につながる。
【００７８】
図９Ａ−図９Ｃは、共有の出力インダクタＬ３  ９５０をもつ全直流エネルギ伝送装置９００の４つの可能な実装例を示す。
【００７９】
図９Ａと図９Ｂでは、共有のインダクタ９００をもつ全直流エネルギ伝送装置は、全直流エネルギ伝送装置１００の実例を含む。
【００８０】
図９Ａでは、全直流エネルギ伝送装置１００の出力ＤＣ端子１０４が、第３の誘導性デバイスＬ３  ９５０の第１端子１に接続されている。この第３の誘導性デバイスＬ３  ９５０の第２端子２は、共有の出力ＤＣ端子９０４に接続されている。
【００８１】
図９Ｂでは、全直流エネルギ伝送装置１００の出力ＤＣ端子１０４が、第５ダイオードＤ５を通して、第３の誘導性デバイスＬ３  ９５０の第１端子１に接続されている。この第３の誘導性デバイスＬ３  ９５０の第２端子２は、第６ダイオードＤ６を通して、共有の出力ＤＣ端子９０４に接続されている。
【００８２】
図９Ｃと図９Ｄでは、共有のインダクタ９００をもつ全直流エネルギ伝送装置は、デュアル全直流エネルギ伝送装置７００の実例を含む。
【００８３】
図９Ｃでは、デュアル全直流エネルギ伝送装置７００の出力ＤＣ端子４０４が、第３の誘導性デバイスＬ３  ９５０の第１端子１に接続されている。第３の誘導性デバイスＬ３  ９５０の第２端子２は、共有のＤＣ端子９０４に接続されている。
【００８４】
図９Ｄでは、デュアル全直流エネルギ伝送装置７００の出力ＤＣ端子１０４は、第７ダイオードＤ７を通して、第３の誘導性デバイスＬ３  ９５０の第１端子１に接続されている。この第３の誘導性デバイスＬ３  ９５０の第２端子２は、第８ダイオードＤ８を通して、共有の出力ＤＣ端子９０４に接続されている。
【００８５】
図１０は、以前の図の全直流エネルギ伝送ネットワーク２２０の実装例を示し、共有のインダクタ９００をもつ全直流エネルギ伝送装置と、２つの全直流容量性ステージ１０００−１、１０００−２と、２つのスイッチＳＷ２  ４１０−２、ＳＷ３  ４１０−３とを具える。図９Ａ−図９Ｄに示すように第３のインダクタＬ３  ９５０を共有することにより、図１１に示すように全直流容量性ステージ１０００−１および１０００−２にインダクタが不要となる。この実装例は、全直流エネルギ伝送ネットワーク２２０のいくつかの実装例で有用となる。
【００８６】
図１１は、図９Ａ−図９Ｄに示す共有のインダクタ９００を有する全直流エネルギ伝送装置にかかる全直流容量性ステージの実施例を示す。
【００８７】
図１２は、図１０の全直流エネルギ伝送ネットワーク２２０の改良であり、さらに第３および第４の全直流容量性ステージ１０００−３および１００−４を具える。
【００８８】
以下は、図２、３のハイブリッド型電気−ｉｃｅ自動車２１０の初期の適用例と仮定する。この自動車２１０は、約３０００ポンド、または約１３６１キログラムの重量である。電気モータ２５０は、例えば巡航時に時速７０マイルで５％の勾配を登るのに時速５５マイルといった自動車２１０の通常の使用に耐えるのに、ほぼ５０キロワットの電力を連続的に伝える必要がある。この自動車２１０は、内燃機関（ＩＣＥ）２２２で発電器２３０を駆動してエネルギを生成し、高エネルギ端子２０４を通して全直流エネルギ伝送ネットワーク２２０へと供給することにより、反復的に全直流エネルギ伝送ネットワーク２２０の充電を繰り返す。ＩＣＥ２２２をオンにすると、燃料２１４を消費して全直流エネルギ伝送ネットワーク２２０を充電し、サービス端子２０４を通して電気モータ２５０に電力を供給できるようにする。
【００８９】
図１３は、全直流エネルギ伝送装置１００と全直流ステップダウン（ＳＤ）ステージ４００とを具える全直流エネルギ伝送ネットワーク２２０を示し、ここで前記直流ＳＤステージ４００の入力ＤＣ端子４０２は高エネルギ端子２０２に接続され、これが図１の第１の容量性デバイスＣ１  １３０に蓄積されたエネルギを、図５の第４のスイッチＳＷ４の第１端子１と効率的に共有している。このネットワーク２２０は、ネットワーク全体で一度に１つのみが運用されるステップダウンステージを有するという効果を奏しうる。
【００９０】
図１４は、全直流エネルギ伝送装置１００と、３つの全直流ステップダウン（ＳＤ）ステージ４００−１、４００−２、４００−３とを有する全直流エネルギ伝送ネットワーク２２０を示し、ここで各全直流ＳＤステージ４００−１、４００−２、４００−３の入力ＤＣ端子４０２は高エネルギ端子２０２に接続され、これが図１の第１の容量性デバイスＣ１  １３０に蓄積されたエネルギを、全直流ＳＤステージ４００−１、４００−２、４００−３それぞれの図５に示す第４のスイッチＳＷ４の第１端子１と効率的に共有している。このネットワーク２２０は、ネットワーク全体で一度に１つのみが運用されるステップダウンステージを有するという効果を奏しうる。
【００９１】
全直流エネルギ伝送装置１００と全直流エネルギ伝送ネットワーク２２０との商業的な目標の一つは、燃料２１４の単位３２０の消費を通した移動距離３１０を増大させることである。エネルギ効率は、電気モータで走る距離に対するＩＣＥで走る距離の比として考えられる。燃料効率は、移動距離３１０に対する燃料２１４の単位３２０でレーティングされる。
【００９２】
第２の実装例では、全直流エネルギ伝送ネットワーク２２０内のエネルギ伝送装置１００が、ガソリンといった燃料をガロンあたり１００マイル以上、あるいはメートル単位ではリットル当たり４３キロメートル以上をサポートする必要がある。
【００９３】
ＩＣＥ２２２が３０秒間作動されて５０キロワットが生成され、全直流エネルギ伝送ネットワーク２２０に供給され、ＩＣＥが再び稼働されエネルギ伝送サイクルが繰り返される前に、ＩＣＥが上記の運転条件下で１００秒以上電気モータ２５０に蓄電および放電されると仮定する。ここでは１時間に１００秒のインターバルが３６回あり、したがってＩＣＥは１時間に１８分稼働する。時速７０マイルで、ガロンあたり４０マイルで走る自動車２１０は、７０マイルで約１．７５ガロンを消費する。この全直流エネルギ伝送ネットワーク２２０を用いると、ＩＣＥは１時間に１８分のみ稼働し、したがって時間あたり０．５ガロン消費し、これはガロンあたり１４０マイルまたはリットルあたり６０キロメートルの燃費となる。自動車２１０をより低速で駆動すると、燃料効率が上がることが多い。また、ガロンあたり１００マイルを目標とするセッティングでは、ここでは見えないが商業的な目標を達成する経験要素の分析の余地があることに留意されたい。
【００９４】
第２の実装例の要素の派生体について。図１を思い返し、スイッチＳＷ１  １４０が開であると仮定する。入力ＤＣ端子１０２からのエネルギ伝送は、第１の容量性デバイス１３０に蓄積されたエネルギががその充電閾値に達したときに始まる。第１の容量性デバイスに蓄積されたエネルギがその充電閾値を超えたとき、第１のスイッチＳＷ１が閉じ、エネルギが第１から第２の容量性デバイスＣ２  １６０へと、誘導性デバイスＬ１  １５０を通って流れ始める。エネルギ伝送装置１００のエネルギ効率は、開始時に第１の容量性デバイスＣ１  １３０にどれくらいエネルギが蓄積されているかに対する、スイッチＳＷ１  １４０がスイッチの端子１と２の間の接続を開く前にどれくらいのエネルギが第２の容量性デバイスＣ２  １６０に伝送されたかの間の差で見ることができる。
【００９５】
図１５Ａ−１５Ｉは、少なくとも第１の容量性デバイス１３１０のいくつかの特徴を示し、これは他の容量性デバイスＣ２  １６０、Ｃ３  ５６０、および／またはＣ４  １１６０の１またはそれ以上にも適用可能である。
【００９６】
第１の容量性デバイスＣ１  １３０に５−６メガジュールを蓄積するには、このコンデンサが１から１．４ファラドの範囲であり、電圧が２７００から３０００ボルトの範囲であることが必要である。従来技術からＣ＝ｅｒｅ０Ａ／ｄであり、ここでＣはファラドのキャパシタンス、Ａは平行プレートの重なる面積、ｅｒは誘電体の誘電率、ｅ０は真空の誘電率（およそ８．８５４＊１０−１２Ｆ／メートル）、ｄはプレートの距離のメートルである。
【００９７】
図１５Ａは、第１の容量性デバイスＣ１  １３０の平面図である。この第１の容量性デバイスは、円形あるいは四半円といった円の一部のような形状の電極版を具える。第１の容量性デバイスＣ１  １３０は、４つの別個の容量性四半円（capacitive quarters）Ｃ１１からＣ１４を具えてもよい。これらの容量性四半円は電気的に結合されともに接着されて、第１の容量性デバイスＣ１  １３０を形成してもよい。容量性デバイスの直径Ｄ１は、１．２メートル、１メートル、０．７５メートル、０．５メートル、および０．２５メートルからなる群の少なくとも１つであってよい。プレートの重なる面積はおよそ０．２５＊ｐｉ＊Ｄ１２である。
【００９８】
図１５Ｂは、容量性四半円のうちの１つ、例えば図１５ＡのＣ１４の断面の簡略図である。この断面は、層とプレートの集合体を含みうる。本例では、層は、誘電体１３３０の層である。誘電体１３３０はセラミックであり、例えば本質的に、チタン酸バリウム、チタン酸バリウム−ストロンチウム、またはチタン酸ストロンチウムからなる群の１またはそれ以上の要素とすることができる。誘電体１３３０は粉体で提供され、例えば高度に圧縮あるいは加工されてキャパシタンス損失のボイドおよび／または水分をなくすようにする。このような粉体は、「焼結」（sintered）と呼ばれる。誘電体１３３０の層は、本質的にｄの厚さを有し、ここでｄはプレート１とプレート２の間の距離として設計される。電極１  １３１０はすべてのプレート１を含む。電極２  １３２０はすべてのプレート２を含む。電極１  １３１０と電極２  １３２０は、例えば金属要素の合金などの本質的に同じ物質でなり、ここでこの金属要素はさらに錫とアルミニウムの群の要素であってよい。
【００９９】
図１５Ｃは、図１５Ｂの層をより詳細に示しており、さらに少なくとも１のバッテリ１３４０層、抵抗１３５０層、および／またはダイオード１３６０層を具える。バッテリ１３４０層は、プレート１と２および誘電体層の間で放出されるエネルギより長い時間にわたり放出されうるエネルギをさらに蓄積するのに用いられる。抵抗１３５０層は、全直流エネルギ伝送装置１００において１またはそれ以上の抵抗が別個の要素となるのを除外する。ダイオード１３６０層は、全直流エネルギ伝送装置１００において第１の容量性デバイスＣ１  １３０をアンダーシュート状況から保護するように作用する。
【０１００】
図１５Ｄは、図１５Ａの容量性要素Ｃ１４のＡ−Ａ断面図である。
【０１０１】
図１５Ｅは、図１５ＤのＡ−Ａ断面において、第１の電極１３１０の個々のプレートが第１の電極を構成する結合、第２の電極１３２０の個々のプレートが第２の電極を構成する結合、および２つの電極１３１０と１３２０のプレートを隔てる誘電体１３３０の配置を示す。
【０１０２】
図１５Ｆ−１５Ｈは、プレートの面に堆積および／または成長されたカーボンナノチューブのようなフィンガーを有する１またはそれ以上の電極の１またはそれ以上のプレートの１またはそれ以上の側面の例を示す。これらのフィンガーは、例えばカーボンナノチューブであり、プレートの肉眼で見える面積を例えば少なくとも１１０％、１５０％、１７５％、２００％、２５０％の比率で、有効表面積を増大させることができる。これらの特徴により、例えばＣ１、Ｃ２、Ｃ３、および／またはＣ４の容量性デバイスのキャパシタンスを同じ率で改善し、一方で装置に必要なサイズと重量を低減することができる。
【０１０３】
図１５Ｆは、第１の面上にカーボンナノチューブ１３１２が堆積および／または成長されている第１の電極１  １３１０のプレートを示す。
【０１０４】
図１５Ｇは、第１の面上にカーボンナノチューブ１３１２が堆積および／または成長されている第２の電極２  １３２０のプレートを示す。
【０１０５】
図１５Ｈは、プレートの２つの面にカーボンナノチューブ１３１２が堆積および／または成長されている電極１３１０の１つを示す。本図は第２の電極２  １３２０にも適用可能である。
【０１０６】
図１５Ｉは、第１の容量性デバイスＣ１  １３０が、ｍ個のＣ１．１  １３０．１からＣ１．ｍ  １３０．ｍを有し、それらの第１端子が接続されてこの第１の容量性デバイスＣ１  １３０の第１端子を構成する図である。Ｃ１．１からＣ１．ｍまでの第２端子２も接続されてＣ１  １３０の第２端子を構成する。このような回路結合は、構成要素の並列回路と呼ばれる。本書において、ｍは少なくとも２である。
【０１０７】
第２の容量性デバイスＣ２  １５０の実装例は、例えば図１５Ｉに示すような回路を具えてもよく、ここでｍは６となる。第２の実装例では、サービス端子とコモン端子の間のサービス電圧は６４ボルトか、６４ボルトの小さな倍数である。とりあえず、サービス電圧が６４ボルトであり、第２の容量性デバイスＣ２は２００万以上のジュールを蓄積することが求められるものとする。本実装例の要素Ｃ２．１からＣ２．ｍは超コンデンサのスタック（連続回路）であり、各スタックが６４ボルトで１２５ファラドを実装しうる。このような構成要素は今日では大量生産されている。
【０１０８】
いくつもの実装例において、容量性デバイスＣ１  １３０のいずれかまたはすべての特徴の組み合わせが、他のいずれかまたはすべての容量性デバイスＣ２  １６０、Ｃ３  ５６０および／またはＣ４  １１６０に実装されてもよい。
【０１０９】
全直流エネルギ伝送ネットワーク２２０の第２の実装例のいくつかでは、図４、図７、図１０に示すような好適なアセンブリは、それぞれが個別に充電と放電できる２つの出力ステージを具えることが好ましい。
【０１１０】
全直流エネルギ伝送ネットワーク２２０の第２の実装例のいくつかでは、図４、図６に示すように単一ステージの全直流エネルギ伝送装置１００が好ましい。
【０１１１】
全直流エネルギ伝送ネットワーク２２０の第２の実装例のいくつかでは、図７、図８に示すように２つの出力ステージの全直流エネルギ伝送装置７００が好ましい。
【０１１２】
全直流エネルギ伝送ネットワーク２２０の第２の実装例のいくつかでは、図１０、図１２に示すように、全直流エネルギ伝送装置９００の共有出力インダクタが好ましい。これらの図では、全直流容量性ステージは、図１１に示すように実装される。
【０１１３】
共通のインダクタを有する全直流エネルギ装置９００は、図９Ａや図９Ｂに示すような単一ステージの全直流エネルギ伝送装置１００を実装してもよく、あるいは図９Ｃや図９Ｄに示すような２ステージの全直流エネルギ伝送装置７００を実装してもよい。
【０１１４】
共通インダクタＬ３  ９５０は、図９Ａに示すように、出力ＤＣ端子１０４から共通出力ＤＣ端子９０４の間に直接接続されてもよい。あるいは、この共通インダクタＬ３  ９５０は、図９Ｂに示すように、出力ＤＣ端子１０４から共通出力ＤＣ端子９０４の間の第５ダイオードＤ５および／または第６ダイオードＤ６にわたって接続されてもよい。
【０１１５】
共通インダクタＬ３  ９５０は、図９Ｃに示すように、出力ＤＣ端子４０４と共通出力ＤＣ端子９０４間に直接接続されてもよい。あるいは、共通インダクタＬ３  ９５０は、図９Ｄにそれぞれ示すように、出力ＤＣ端子４０４と共通出力ＤＣ端子９０４の間の、第７ダイオードＤ７および／または第８ダイオードＤ８にわたって（across）接続されてもよい。
【０１１６】
全直流エネルギ伝送ネットワーク２２０の第３の実装例では、全直流エネルギ伝送ネットワーク２２０内のエネルギ伝送装置１００が自動車２１０内で動作し、ガロンあたり２００マイル以上、あるいはリットル当たり８６キロメートル以上の燃費を支えるのに適合していることを思い出して欲しい。別の方法では、ユニット３２０が１ガロンである場合、期待される航続距離は２００マイル以上である。ユニット３２０が１リットルの場合、期待される航続距離は８６キロメートル以上である。
【０１１７】
自動車製造において、製造コストが重要な関心事であるとすると、信頼性のある簡単な回路が好ましい。しかしながら、自動車２１０の第２弾で２倍の燃費効率を提供できると、特にこのような展開が市場にすぐに反映されると、大きなビジネスバリューがある。
【０１１８】
全直流エネルギ伝送ネットワーク２２０の第２の実装例の要件が、図４または図７に示すような２つの全直流ＳＤステージ４００−１および４００−２を用いて満たされる場合、図６や図８に示すように全直流エネルギ伝送ネットワーク２２０が４つの全直流ＳＤステージ４００−１〜４００−４を用いる第３の実装例が好適である。
【０１１９】
全直流エネルギ伝送ネットワーク２２０の第２の実装例の要件が、図１０に示すような２つの全直流容量性ステージ１０００−１および１０００−２で満たされる場合、図１２に示すように全直流エネルギ伝送ネットワーク２２０が４つの全直流容量性ステージ１０００−１〜１０００−４を用いる第３の実装例が好適である。
【０１２０】
誘導性デバイスＬ１  １５０、Ｌ２  ５５０、およびＬ３、９５０は、最初に商業的に入手可能なインダクタで実装することができる。
【０１２１】
しかしながら、インダクタの冷却や校正に改良の必要がある場合がある。
【０１２２】
全直流エネルギ伝送装置１００および／または全直流エネルギ伝送ネットワーク２２０の様々な実装例のパフォーマンスに特化したインダクタが好ましく、そのパフォーマンス設計は、これらを通る高いエネルギと同様に、これらの通常動作における低周波数の双方を反映する。
【０１２３】
本考案の様々な実装例での使用に適したインダクタはさらに、例えばミネラルオイルといった誘電性液体の冷却層を必要とする。
【０１２４】
スイッチＳＷ１  １４０、ＳＷ２  ４１０−２、ＳＷ３  ４１０−３、ＳＷ４  ５４０、ＳＷ５  ４１０−５、および／またはＳＷ６  ４１０−６は、既に製品としてある固体スイッチで実装することができる。
【０１２５】
しかしながら、例えば、端子１と２の接続開閉間で電機子が動く電機子キャビティを有するリレーなどの信頼性のある機械スイッチ手段を必要としてもよい。
【０１２６】
この電機子キャビティは誘電性液体で満たされ、電機子が端子１、２間で接続を開閉する際のアーク効果を抑制するようにしてもよい。
【０１２７】
この機械スイッチはさらに、スイッチが閉じるときに電機子と端子接触部との間のギャップから誘電性液体を吸引し、スイッチが開くときにギャップに誘電性液体を押しやるのに適合したプランジャを具えてもよい。
【０１２８】
２ステージより多い全直流エネルギ伝送装置が本考案の範囲に入るが、簡潔のためにその説明は本段落のみとする。
【０１２９】
４より多い全直流ＳＤステージ４００が本考案の範囲に入るが、簡潔のためにその説明は本段落のみとする。全直流ＳＤステージ４００の数は１以上であればよく、２の倍数に限定されない。例えば、電気モータ２５０の３ステージサイクリングが好ましく、これは全直流エネルギ伝送ネットワーク２２０が３つあることとなる。
【０１３０】
図１６は、本考案の様々な実施例および／または実装例の要件を満たすのに適用すべく個別に製造されうる、いくつかの本考案の装置１０を要約している。装置１０は、限定しないが、全直流エネルギ伝送装置１００、デュアルステージ全直流エネルギ伝送装置７００、エネルギ伝送コントローラ１７０および／または２８０、全直流エネルギ伝送ネットワーク２２０、このような回路に用いる構成要素１４００、全直流エネルギ伝送装置および／またはネットワークを含む、および／または用いることが利益となる装置、および、本考案によって上記のものを操作する方法を含む。
【０１３１】
構成要素１４００は、限定しないが、１以上の容量性デバイスＣ１−Ｃ４、１以上のスイッチデバイスＳＷ１−ＳＷ６、１以上の誘導性デバイスＬ１−Ｌ３、１以上の全ＳＤステージ４００、および／または、１以上の全直流容量性デバイス１０００を含み、これらはそれぞれこのまとめや詳細な説明に規定され開示されている。
【０１３２】
本願にかかる装置は、限定しないが、ハイブリッド電気輸送手段、電気輸送手段、および／またはソーラー電力輸送手段を含む。
【０１３３】
いずれの輸送手段も、自動車、トラック、バス、トロリー、電車、有人または無人の航空機、海面および／または水面下移動の船舶、衛星、および／または宇宙船であってもよい。
【０１３４】
好適な車両は、自動車、トラック、またはバスであり得る。
【０１３５】
ソーラー電力装置は、限定しないが、オングリッドまたはオフグリッドの、ソーラー電力アレイおよび／またはソーラーエネルギ貯蔵部からのエネルギ伝送装置を含んでもよい。
【０１３６】
本開示においては特に、ハイブリッド型の電気式／内燃機関（ＩＣＥ）自動車２１０である。
【０１３７】
図１７は、エネルギ伝送コントローラ１７０および／または２８０を示し、これはコントローラ１５００、コンピュータ１５１０、構成１５２０、およびメモリコンテンツ１５４０の１以上を具える不揮発性メモリ１５３０からなる群の１以上のものを１つ以上含み得る。
【０１３８】
コントローラ１５００は、１以上の入力部、１以上の出力部、および場合によっては１以上の内部状態を有し得る。このコントローラ１５００は、内部状態を変化させることにより入力に応答してもよい。コントローラ１５００は、１以上の入力値および／または１以上の内部状態の１以上の値に基づいて出力を生成してもよい。この内部状態は、不揮発性メモリ１５３０、メモリコンテンツ１５４０、および／または構成１５２０の１以上のものを実装してもよい。
【０１３９】
コンピュータ１５００は、１以上の命令プロセッサと、１以上のデータプロセッサを具える。各データプロセッサは、１以上の命令プロセッサからの命令を受ける。このコンピュータは、１以上の不揮発性メモリ１５３０、メモリコンテンツ１５４０、および／または構成１５２０の１以上のものを実装してもよい。
【０１４０】
メモリコンテンツ１５４０は、不揮発性メモリ１５３０、コントローラ１５００、および／またはコンピュータ１５１０内に保持されてもよい。
【０１４１】
メモリコンテンツ１５４０は、ダウンロード部１５５０、インストレーションパッケージ１５５２、オペレーティングシステム１５５４、および／または１以上のプログラムコンポーネント１５５６のうちの１以上のを含むことができ、これらはいずれも本考案のいずれかの構成要素を動作させる方法の一部として実現することができる。
【０１４２】
ここで用いるように、不揮発性メモリ１５３０は、１以上の不揮発性メモリ要素、および／または、電源が設けられ通常動作では揮発しない１以上の揮発性メモリ要素を含むことができ、この場合に装置１０が全直流エネルギ伝送装置１００および／または全直流エネルギ伝送ネットワーク２２０が用いる電力発電に現在接続されているといないとを問わない。不揮発性メモリは、当該メモリに電力が供給されているといないとに関わらず、そのメモリコンテンツ１５４０を保持するのに適合している。揮発性メモリは、ある期間を超えて電力供給がないとそのメモリコンテンツ１５４０を消失する。
【０１４３】
図１８は、図１７のプログラム要素１５５６のいくつかの例を示し、これらはいずれも、全直流エネルギ伝送装置１００、全直流エネルギ伝送ネットワーク２２０、これら１００および／または２２０のいずれかを含む、および／または用いるシステム１８０、特にハイブリッド型電気／ＩＣＥ自動車２１０のうちの１以上の少なくとも一部を動作させる方法の少なくとも１つの要素を実現しうる。ある方法が１またはそれ以上のステップを含むように、プログラム要素１５５６は以下の１またはそれ以上の命令動作を含む。
【０１４４】
プログラム動作１６００は、入力ＤＣ端子１０２および／または、コモン端子１０６に対する出力ＤＣ端子１０４の検出に応じた全直流エネルギ伝送装置１００の動作をサポートする。エネルギ伝送コントローラ１７０はコントロール状態１７２を変えて、閉状態１７４または開状態１７６のうちの１つを第１スイッチＳＷ１  １４０のコントロール端子Ｃに供給する。
【０１４５】
例として、入力ＤＣ端子は、図１に示すように、Ｃｅｓｔ１として推定されるキャパシタンスを有する第１の容量性デバイスＣ１  １３０と、時間ｔ０で電圧Ｖｉｎ＿ｅｓｔ０ボルト、時間ｔ１でＶｉｎ＿ｅｓｔ１ボルトを有する入力直流ＤＥＳとに接続されてもよい。ｔ０においてＣ１に保持される推定エネルギは、１／２＊Ｃｅｓｔ１＊Ｖｉｎｅｓｔ０２と計算できる。ｔ１においてＣ１に保持される推定エネルギは、１／２＊Ｃｅｓｔ１＊Ｖｉｎｅｓｔ１２と計算できる。ｔ０からｔ１までにＣ１から伝送されるエネルギの推定は、１／２Ｃｅｓｔ１＊（Ｖｉｎｅｓｔ１２−Ｖｉｎｅｓｔ０２）と計算できる。
【０１４６】
第２の例も図１に基づいている。第２の容量性デバイスＣ２  １６０は推定キャパシタンスＣｅｓｔ２を有するものとする。出力直流ＤＥＳは、時間ｔ０で電圧Ｖｏｕｔ＿ｅｓｔ０ボルト、時間ｔ１でＶｏｕｔ＿ｅｓｔ１ボルトを有するものとする。同様に、ｔ０からｔ１までに伝送されるエネルギの推定は、１／２＊Ｃｅｓｔ２＊（Ｖｏｕｔｅｓｔ１２−Ｖｏｕｔｅｓｔ０２）と計算できる。
【０１４７】
全直流エネルギ伝送装置１００の動作は、Ｃ１の推定保持エネルギがある閾値以下となるか、入力直流ＤＥＳの推定電圧が第２の閾値以下となった場合に、第１の容量性デバイス１００を充電することを含み得る。Ｃ１の最大動作電圧は３０００ボルトで、キャパシタンスは１ファラドであるとする。最初の閾値は、最大動作電圧３０００ボルトのＣ１の保持エネルギの１／４で、第２の閾値はこの３０００ボルトの１／２とすることができる。
【０１４８】
ｔ０とｔ１間のエネルギ伝送効率は、Ｃ２での伝送エネルギをＣ１での伝送エネルギで割った比で推定され、これはＣｅｓｔ２＊（Ｖｏｕｔｅｓｔ１２−Ｖｏｕｔｅｓｔ０２）／（Ｃｅｓｔ１＊（Ｖｉｎｅｓｔ１２−Ｖｉｎｅｓｔ０２））で計算することができる。
【０１４９】
プログラム動作１６１０は、コモン端子１０６に対する高エネルギ端子２０２および／またはサービス端子２０４の検出に応じた全直流エネルギ伝送ネットワーク２２０の動作をサポートする。
【０１５０】
プログラム動作１６２０は、デュアルステージ全直流エネルギ伝送装置７００が、コモン端子１０６に対する端子１０２および／または４０４のうちの１以上を検出する動作をサポートする。これらの動作は、２つのコントロール状態１７２−１、１７２−２を変えて、コントロール端子１０８、４０８を介してデュアルステージ全直流エネルギ伝送装置７００の２つのスイッチを個別に制御することを含み得る。
【０１５１】
プログラム動作１６３０は、コモン端子１０６に対する高エネルギ端子２０２および／またはサービス端子２０４の検出に応じた１以上のステップダウン（ＳＤ）ステージ４００の動作をサポートする。
【０１５２】
プログラム動作１６４０は、コモン端子１０６に対する高エネルギ端子２０２および／またはサービス端子２０４の検出に応じた１以上の容量性（Ｃａｐ）ステージ１００の動作をサポートする。
【０１５３】
プログラム動作１６５０は、少なくとも１の全直流エネルギ伝送装置１００および／または全直流エネルギ伝送ネットワーク２２０の少なくとも一部の、１以上の検出されたＤＥＳに応じたシステム１８０の少なくとも一部の動作をサポートする。
【０１５４】
プログラム動作１６６０は、全直流エネルギ伝送ネットワーク２２０の少なくとも一部の検出されたＤＥＳに応じたハイブリッド電気／ＩＣＥ車両２１０の動作をサポートする。
【０１５５】
これらの実施例および説明は、複数の国における本願および将来の分割出願のクレームを開示し実施可能とすべく提供されているが、本書にかかる技術分野の当業者は、本考案の範囲はこれらの言葉が述べ得ることを超えることを理解するであろう。
【０１５６】
例えば、最も簡単な全直流エネルギ伝送装置１００は、明記されたエネルギ伝送装置の要素を超えて、本書で内部直流ＤＥＳとして参照される、本質的に直流ＤＥＳからなる出力直流ＤＥＳの生成に寄与する１以上の内部ＤＥＳからなる。
【０１５７】
別の例では、図１に示すような全直流エネルギ伝送装置１００の要素間の１またはそれ以上の接続が、図には示されているがダイオードＤ１またはＤ２を具えなくてもよい。
【０１５８】
別の例では、図１および以降の図面のいずれかの接続間に、例えば抵抗、コンデンサ、ダイオードおよび／またはインダクタといった追加の要素が連結されてもよく、これらの追加の要素はＤＣエネルギ伝送に寄与する内部直流ＤＥＳを妨げないように設けられる。
【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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【図７】
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【図８】
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【図９−１】
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【図９−２】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５−１】
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【図１５−２】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【手続補正書】
【提出日】平成28年1月27日(2016.1.27)
【手続補正１】
【補正対象書類名】実用新案登録請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【実用新案登録請求の範囲】
【請求項１】
入力ＤＣ端子、コモン端子、および出力ＤＣ端子を有する全直流エネルギ伝送装置を含む装置であって、
前記全直流エネルギ伝送装置は、前記入力ＤＣ端子における入力直流動的電気状態（Ｄｙｎａｍｉｃａｌ  Ｅｌｅｃｔｒｏ−Ｓｔａｔｅ：ＤＥＳ）に応じて、少なくとも１の内部ＤＥＳを通して、前記出力ＤＣ端子の出力直流動的電気状態（ＤＥＳ）に電気エネルギを伝送し、前記内部ＤＥＳは本質的に電流を一方向にのみ流すのに適合した直流ＤＥＳでなり、
前記全直流エネルギ伝送装置は、第１の容量性デバイスと、第２の容量性デバイスと、スイッチと、誘導性デバイスとを具え、
前記第１の容量性デバイス、前記第２の容量性デバイス、前記スイッチ、および前記誘導性デバイスはそれぞれ第１端子および第２端子を具え、
前記スイッチがさらにコントロール端子を具え、前記スイッチは、当該スイッチの第１端子と第２端子との間の接続を閉じて閉状態とし、当該接続を開いて開状態とするのに適合しており、前記閉状態と開状態は前記コモン端子に対する前記コントロール端子のコントロールＤＥＳへの応答であり、
前記全直流エネルギ伝送装置ではさらに、
前記入力ＤＣ端子が、前記第１の容量性デバイスの第１端子に接続されるとともに、前記スイッチの第１端子に接続され、
前記第１の容量性デバイスの第２端子が前記コモン端子に接続され、
前記スイッチの第２端子が前記誘導性デバイスの第１端子に接続され、
前記誘導性デバイスの第２端子が、前記第２の容量性デバイスの第１端子および前記出力ＤＣ端子に接続され、
前記第２の容量性デバイスの第２端子が前記コモン端子に接続されており、
前記全直流エネルギ伝送装置は、前記入力直流ＤＥＳが少なくとも３６ボルトの電圧を有すること、前記出力直流ＤＥＳが少なくとも１２ボルトの電圧を有すること、前記第１の容量性デバイスが少なくとも８００ボルトの動作電圧で少なくとも５００マイクロファラドのキャパシタンスを有すること、前記第２の容量性デバイスが少なくとも１５００マイクロファラドのキャパシタンスを有すること、前記入力ＤＣ端子と前記出力ＤＣ端子間で少なくともＫ％のエネルギ伝送効率でのエネルギ伝送に適合していること、ここでＫは少なくとも６５であること、のそれぞれに合致するかそれ以上に適合していることを特徴とする装置。
【請求項２】
請求項１の装置において、前記全直流エネルギ伝送装置は、前記Ｋが少なくとも７５に合致するかそれ以上に適合していることを特徴とする装置。
【請求項３】
請求項２の装置において、前記全直流エネルギ伝送装置は、前記Ｋが少なくとも８３に合致するかそれ以上に適合していることを特徴とする装置。
【請求項４】
請求項１の装置において、前記全直流エネルギ伝送装置は、
前記入力直流ＤＥＳが少なくとも１０００ボルトの電圧を有すること、
前記出力直流ＤＥＳが少なくとも１００ボルトの電圧を有すること、
前記第１の容量性デバイスが少なくとも１０００ボルトの動作電圧で少なくとも０．５ファラドのキャパシタンスを有すること、および／または、
前記第２の容量性デバイスが少なくとも１．０ファラドのキャパシタンスを有すること、
の少なくとも１つに合致するかそれ以上に適合していることを特徴とする装置。
【請求項５】
請求項４の装置において、前記全直流エネルギ伝送装置は、
前記入力直流ＤＥＳが少なくとも２０００ボルトの電圧を有すること、
前記出力直流ＤＥＳが少なくとも２００ボルトの電圧を有すること、
前記第１の容量性デバイスが少なくとも２０００ボルトの動作電圧で少なくとも１．０ファラドのキャパシタンスを有すること、および／または、
前記第２の容量性デバイスが少なくとも２．０ファラドのキャパシタンスを有すること、
の少なくとも１つに合致するかそれ以上に適合していることを特徴とする装置。
【請求項６】
請求項５の装置において、前記全直流エネルギ伝送装置は、
前記入力直流ＤＥＳが少なくとも３０００ボルトの電圧を有すること、
前記出力直流ＤＥＳが少なくとも３００ボルトの電圧を有すること、
前記第１の容量性デバイスが少なくとも３０００ボルトの動作電圧を有すること、および／または、
前記第２の容量性デバイスが少なくとも４．０ファラドのキャパシタンスを有すること、
の少なくとも１つに合致するかそれ以上に適合していることを特徴とする装置。
【請求項７】
請求項１の装置において、さらに、高エネルギ端子と、サービス端子と、前記コモン端子と、前記高エネルギ端子と前記サービス端子間で少なくとも１００万ジュールのエネルギ伝送に寄与するのに適合した少なくとも１の前記全直流エネルギ伝送装置とを具える全直流エネルギ伝送ネットワークを具えることを特徴とする装置。
【請求項８】
請求項７の装置において、前記高エネルギ端子と前記サービス端子間のエネルギ伝送が、少なくとも２００万ジュールであることを特徴とする装置。
【請求項９】
請求項８の装置において、前記高エネルギ端子と前記サービス端子間のエネルギ伝送が、少なくとも４００万ジュールであることを特徴とする装置。
【請求項１０】
請求項７の装置において、前記高エネルギ端子と前記サービス端子間のエネルギ伝送のエネルギ効率が少なくとも前記Ｋ％であることを特徴とする装置。
【請求項１１】
請求項７の装置において、前記Ｋは少なくとも７５であることを特徴とする装置。
【請求項１２】
請求項７の装置において、前記Ｋは少なくとも８３であることを特徴とする装置。
【請求項１３】
請求項７の装置において、さらに、前記全直流エネルギ伝送ネットワークのエネルギ伝送に応じて動作するシステムを具えることを特徴とする装置。
【請求項１４】
請求項１３の装置において、前記システムは、前記サービス端子に連結されて前記全直流エネルギ伝送ネットワークのエネルギ伝送を利用する電気モータを具えることを特徴とする装置。
【請求項１５】
請求項１４の装置において、前記システムがさらに、前記高エネルギ端子に連結されて前記全直流エネルギ伝送ネットワークに前記エネルギ伝送のためのエネルギを提供する燃料電池および／またはソーラー電池および／または発電器を具えることを特徴とする装置。
【請求項１６】
請求項１４の装置において、前記システムがさらに、前記全直流エネルギ伝送ネットワークを具えることを特徴とする装置。
【請求項１７】
請求項１６の装置において、前記システムは少なくとも部分的に輸送手段を構成することを特徴とする装置。
【請求項１８】
請求項１７の装置において、前記輸送手段は、電気式輸送手段および／またはハイブリッド型輸送手段であることを特徴とする装置。
【請求項１９】
請求項１８の装置において、前記ハイブリッド型輸送手段は、ハイブリッド電気／内燃機関（ＩＣＥ）輸送手段であることを特徴とする装置。
【請求項２０】
請求項１７の装置において、前記輸送手段は自動車であることを特徴とする装置。