(57)【要約】エネルギー変換システムは、動力を他の装置に伝達することができる動力伝達機構を含む。電気機械システムが動力伝達機構に結合され、このシステムは、動力伝達機構で与えられる動力をエネルギー蓄積装置で蓄積することができる形態に変換し、エネルギー蓄積装置で蓄積されたエネルギーを引き出し、さらに蓄積装置から引き出されたパワーを動力に変換するように動作可能である。動力伝達機構は、電気機械システムへの、および、からの動力を伝達することができる。エネルギー蓄積装置は、電気機械システムとパワーを取り交わすために電気機械システムに結合され、電気機械システムによって与えられるエネルギーを蓄積するように動作可能であり、さらに、システム動作を安定化する安定器として作用する。制御器が、動力伝達機構の動力を調節し、電気機械システムによって他の装置に与えられる電力を調節し、さらに、エネルギー蓄積装置に蓄積されるエネルギーの量を調節するためにエネルギー蓄積装置に対して伝達されるパワーを調節するために設けられる。
2004505586.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
他の装置（２４、１０）と動力（ＭＰ２）を取り交わすことができる動力伝達機構（２１、１、６、７、８、１１）と、
前記動力伝達機構（２１、１、６、７、８、１１）によって与えられる動力（ＭＰ１）を他の装置（２５）のために制御可能な電力（ＥＰ）に変換し、前記動力伝達機構（２１、１、６、７、８、１１）によって与えられる動力（ＭＰ１）をエネルギー蓄積装置（２２、５）で蓄積することができる形態（ＳＰ）に変換し、エネルギー蓄積装置（２２、５）によって蓄積されたエネルギーを引き出し、さらに、前記蓄積装置（２２、５）から引き出されるパワー（ＳＰ）を動力（ＭＰ１、ＭＰ２）に変換するための電気機械システム（２０、２、３）であって、前記動力伝達機構（２１、６）が前記電気機械システム（２０、２、３）への、および、からの動力（ＭＰ１）を伝達することができる、前記動力伝達機構（２１、１、６、７、８、１１）に結合された電気機械システム（２０、２、３）と、
前記電気機械システム（２０、２、３）とパワー（ＳＰ）を取り交わし、前記電気機械システム（２０、２、３）によって与えられるエネルギーを蓄積し、および、システム動作を安定化する安定器として作用するための、前記電気機械システム（２０、２、３）に結合されたエネルギー蓄積装置（２２、５）と、
動力伝達機構の動力（ＭＰ１、ＭＰ２）を調節し、他の電気装置（２５）のために前記電気機械システム（２０、２、３）によって与えられる電力（ＥＰ）を調節し、および、前記エネルギー蓄積装置（２２、５）に蓄積されるエネルギーの量を調節するために前記エネルギー蓄積装置（２２、５）に対して伝達される前記パワー（ＳＰ）を調節するための制御器（２３、４）と、
を備えたエネルギー変換システム。
【請求項２】
前記動力（ＭＰ１、ＭＰ２）が、車両を駆動するために使用される、請求項１に記載のエネルギー変換システム。
【請求項３】
前記電気機械システム（２０、２、３）が、単一電気機械（３）、電気的双方向結線、および前記電気機械（３）への、および、からの電気エネルギーの流れを調節する手段から成る、請求項１に記載のエネルギー変換システム。
【請求項４】
前記動力伝達機構（２０、１、６、７、８、１１）が内燃機関（１）と、電気機械（３）、および駆動軸（６）の方向に前記機関（１）に接続されたトランスミッション（１１）を有する車両とを備え、前記駆動軸（６）が、駆動輪（１０．１、１０．２）のついた少なくとも１つの車輪駆動軸（８）を駆動するために設けられ、
前記内燃機関（１）、前記トランスミッション（１１）、前記電気機械（３）を前記駆動軸（６）によって作動させることができる装置（２）、隔離板（７）、および車輪駆動軸（８）が前記駆動軸（６）に沿って配置されるか、または、前記内燃機関（１）、前記電気機械（３）、前記トランスミッション（１１）、および車輪駆動軸（８）が前記駆動軸（６）に沿って配置され、および、
隔離板（７）または前記トランスミッション（１１）が、前記車両が停止しているとき前記駆動軸（６）から前記車輪駆動軸（８）を分離するために設けられる、請求項２に記載のエネルギー変換システム。
【請求項５】
前記隔離板（７）が、前記車両が停止しているとき前記駆動軸（６）から前記車輪駆動軸（８）を分離するために設けられる、請求項４に記載のシステム。
【請求項６】
前記電気機械（３）が、前記駆動軸（６）により駆動可能である、請求項４に記載のシステム。
【請求項７】
前記電気機械（３）が、モータ／発電機である、請求項４に記載のシステム。
【請求項８】
前記モータ／発電機（３）が、変換器（４）に電気的に接続されている、請求項４に記載のシステム。
【請求項９】
前記モータ／発電機（３）が、前記車両（１３）外部の電気負荷に給電するための電力の引出し点（１２）に接続されている、請求項４に記載のシステム。
【請求項１０】
前記モータ／発電機（３）から前記変換器（４）を切り離するための電気断路器（１４）が、前記変換器（４）と前記モータ／発電機（３）の間に設けられる、請求項８に記載のシステム。
【請求項１１】
前記変換器（４）が、車両のバッテリ（５）に電気的に接続されている、請求項８に記載のシステム。
【請求項１２】
前記駆動軸（６）および／または前記車輪駆動軸（８）および／または駆動輪（１０．１、１０．２）が、電気駆動機械（９）に接続されている、請求項４に記載のシステム。
【請求項１３】
前記内燃機関（１）に結合された前記モータ／発電機（３）が、無負荷運転領域にある前記内燃機関（１）の最大出力パワーにほぼ対応する最大出力パワーを有するパワー・ユニットを形成する、請求項４に記載のシステム。
【請求項１４】
前記モータ／発電機（３）が、非同期機か、または永久励磁機械であり、前記変換器（４）が、６パルス・ブリッジ回路を備える、請求項４に記載のシステム。
【請求項１５】
前記モータ／発電機（３）が機械であり、前記変換器（４）が、界磁制御器を有する６パルス・ブリッジ回路を備える、請求項４に記載のシステム。
【請求項１６】
他の装置（２４、１０）と動力（ＭＰ２）を取り交わすことができる動力伝達機構（２１、１、６、７、８、１１）と、
前記動力伝達機構（２１、１、６、７、８、１１）によって与えられる動力（ＭＰ１）を他の装置（２５）のために制御可能な電力（ＥＰ）に変換し、前記動力伝達機構（２１、１、６、７、８、１１）によって与えられる動力（ＭＰ１）をエネルギー蓄積装置（２２、５）で蓄積することができる形態（ＳＰ）に変換し、エネルギー蓄積装置（２２、５）によって蓄積されたエネルギーを引き出し、さらに、前記蓄積装置（２２、５）から引き出されるパワー（ＳＰ）を動力（ＭＰ１、ＭＰ２）に変換するための電気機械システム（２０、２、３）であって、前記動力伝達機構（２１、６）が前記電気機械システム（２０、２、３）への、および、からの動力（ＭＰ１）を伝達することができる、前記動力伝達機構（２１、１、６、７、８、１１）に結合された電気機械システム（２０、２、３）と、
前記電気機械システム（２０、２、３）とパワー（ＳＰ）を取り交わし、前記電気機械システム（２０、２、３）によって与えられるエネルギーを蓄積し、および、システム動作を安定化する安定器として作用するための、前記電気機械システム（２０、２、３）に結合されたエネルギー蓄積装置（２２、５）と、
動力伝達機構の動力（ＭＰ１、ＭＰ２）を調節し、他の電気装置（２５）のために前記電気機械システム（２０、２、３）によって与えられる電力（ＥＰ）を調節し、および、前記エネルギー蓄積装置（２２、５）に蓄積されるエネルギーの量を調節するために前記エネルギー蓄積装置（２２、５）に対して伝達される前記パワー（ＳＰ）を調節するための制御器（２３、４）と、
を備えたエネルギー変換システムを作動する方法であって、
前記他の機械装置（２４）を前記動力伝達機構（２１）から切り離し、前記動力伝達機構（２１）が切り離された状態で、前記動力伝達機構（２１）により電気機械システム（２０）を駆動し、および、
前記電気機械システム（２０）の出力交流電圧（ＵＡ）が、前記電気機械システム（２０）の電気負荷に応じて、界磁電流（ＩＦ）で調節され、制御器（２３）によって使用可能にされる方法。
【請求項１７】
車両（１３）が、駐車位置にもたらされ、前記車輪駆動軸（８）が前記駆動軸（６）から切り離され、および、前記車輪駆動軸（８）が切り離された状態で、モータ／発電機（３）が内燃機関（１）で駆動され、および、
前記モータ／発電機（３）の出力交流電圧（ＵＡ）が、前記モータ／発電機（３）の電気負荷に応じて、界磁電流（ＩＦ）で調節され、変換器（４）で使用可能にされる、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記モータ／発電機（３）の界磁電流が前記変換器（４）で調節され、および、
引き出すことができる前記モータ／発電機（３）の電力が、固定子の回転速度と回転子の回転速度の差で設定される、請求項１６に記載の方法。
【請求項１９】
前記内燃機関（１）に結合された前記モータ／発電機（３）が、前記車両が停止しているとき、外部電気負荷のためのパワー・ユニットとして動作する、請求項１６に記載の方法。
【請求項２０】
前記車両が、駆動モードで、並列ハイブリッドとして動作する、請求項１６に記載の方法。
【請求項２１】
前記モータ／発電機（３）が、制動エネルギーを取り戻すために使用される、請求項１６に記載の方法。
【請求項２２】
前記モータ／発電機（３）が、前記車両の電気駆動のために使用される、請求項２１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は、エネルギー変換システムおよびその作動方法に関する。
【０００２】
ＤＥ１９７４８４２３Ａｌは、補助ユニットを有する車両を自動車の駆動シャフトで駆動することができるモータ／発電機アセンブリを開示している。この補助ユニットは、交流発電機の形で、車載電気システムに電気エネルギーを供給するか、または、スタータの形で、内燃機関を起動し、または制動エネルギーを車両バッテリへの電気エネルギーとして出力する。
【０００３】
本発明の目的は、電気エネルギーを様々な電気負荷に供給することができるエネルギー変換システムおよびその作動方法を規定することである。
【０００４】
この目的は、装置の場合、エネルギー変換システムを作動する方法を提供することにより達成され、このエネルギー変換システムは、
他の装置と動力を取り交わすことができる動力伝達機構と、
前記の動力伝達機構によって与えられる動力を他の装置への制御可能な電力に変換し、前記の動力伝達機構によって与えられる動力をエネルギー蓄積装置で蓄積することができる形に変換し、エネルギー蓄積装置によって蓄積されたエネルギーを引き出し、さらに、蓄積装置から引き出されるパワーを動力に変換するための、前記の動力伝達機構に結合された電気機械システムと、ここで、動力伝達機構は電気機械システムへの、および電気機械システムからの動力を伝達することができ、
前記の電気機械システムとパワーを取り交わし、前記の電気機械システムによって与えられるエネルギーを蓄積し、さらに、システム動作を安定化する安定器として作用するための、前記の電気機械システムに結合されたエネルギー蓄積装置と、
動力伝達機構の動力を調節し、前記の電気機械システムによって他の電気装置に与えられる電力を調節し、さらに、前記のエネルギー蓄積装置に蓄積されるエネルギーの量を調節するためにエネルギー蓄積装置に関係して伝達されるパワーを調節するための制御器とを備える。
【０００５】
この目的は、方法の場合、エネルギー変換システムを提供することことにより達成され、このエネルギー変換システムは、
他の装置と動力を取り交わすことができる動力伝達機構と、
前記の動力伝達機構によって与えられる動力を他の装置への制御可能な電力に変換し、前記の動力伝達機構によって与えられる動力をエネルギー蓄積装置で蓄積することができる形に変換し、エネルギー蓄積装置によって蓄積されたエネルギーを引き出し、さらに、蓄積装置から引き出されるパワーを動力に変換する、前記の動力伝達機構に結合された電気機械システムと、ここで、動力伝達機構は電気機械システムへの、および電気機械システムからの動力を伝達することができ、
前記の電気機械システムとパワーを取り交わし、前記の電気機械システムによって与えられるエネルギーを蓄積し、さらに、システム動作を安定化する安定器として作用するための、前記の電気機械システムに結合されたエネルギー蓄積装置と、
動力伝達機構の動力を調節し、前記の電気機械システムによって他の電気装置に与えられる電力を調節し、さらに、前記のエネルギー蓄積装置に蓄積されるエネルギーの量を調節するためにエネルギー蓄積装置に関係して伝達されるパワーを調節するための制御器とを備え、
前記の方法は、
他の機械装置を動力伝達機構から切り離し、動力伝達機構が切り離された状態で、この動力伝達機構で電気機械システムを駆動することを含み、さらに、
電気機械システムの出力交流電圧が、電気機械システムの電気負荷に応じて、界磁電流で調節され、制御器によって使用可能にされる。
【０００６】
このエネルギー変換システムは、動力を他の装置に与える動力伝達機構と、この動力伝達機構が、そこにかつそこから、動力を伝達することができる電気機械システムとを組み合わせる。電気機械システムは、その動力伝達機構によって与えられる動力を他の装置への制御可能な電力に変換し、ならびに、前記の動力伝達機構によって与えられる動力をエネルギー蓄積装置に蓄積可能なエネルギーに変換し、ならびに、前記の蓄積装置からエネルギーを引き出し、このエネルギーを動力に変換することができる。
【０００７】
本発明の１つの有利な点は、このエネルギーの変換を、電気制御器に結合された単一電気機械によって行うことができ、これによって、簡単でコンパクトなエネルギー変換システムがもたらされることである。
【０００８】
第１の好ましい実施形態では、エネルギー変換システムは、自動車の一部であり、車両の駆動軸に沿って連続して、内燃機関、トランスミッション、モータ／発電機を有する装置、分離手段および車輪駆動軸を有する。この分離手段は、車両が停止しているとき、駆動軸から車輪駆動軸を分離するために設けられる。自動車の補助ユニットはエネルギー変換システムにより作動することができ、電気エネルギーは、また、車両の外部の電気負荷のためにも使用可能にすることができる。
【０００９】
モータ／発電機は、異なる電気負荷状況に応じてモータ／発電機の界磁電流および／または滑りを調節するのに適している変換器とともに設けられるのが好ましい。
【００１０】
その利点は、回転子／発電機をパワー・ユニットとして使用することができることにあり、このパワー・ユニットは、異なる電力で電気負荷を作動させるように使用することができる。駆動モードで、通例の並列ハイブリッド車のように、制動エネルギーを取り戻すため、または駆動を増すために、モータ／発電機を使用することができることは好都合である。屋外でも電気負荷に電力を供給することができるパワー・ユニットを、車両が提供できるのは、特に有利である。この場合、例えば放出ガス制御、遮音などのような、車両の基礎構造および車両の設備が利用可能である。
【００１１】
本発明の他の利点および改善点は、特許請求の範囲および説明から明らかになる。
【００１２】
これらは、本発明を特徴付ける様々な新規な形態に加えて、本発明の他の目的とともに、この開示に付加され、この開示の一部を形成する特許請求の範囲で、詳細に指摘される。本発明、その動作上の利点、および、それを使用して達成される特定の目的をより適切に理解するために、本発明の好ましい実施形態が例示されている添付の図面および記述内容を参照すべきである。
【００１３】
（図面の詳細な説明）
本発明は、自動車で効果的に使用することができるが、自動車の用途に限定されない。
【００１４】
以下の図１ａおよび１ｂに記載された制御システムは、同じシステム部品を好都合に使用し、動力伝達機構を介して機械装置と動力を取り交わし、および電気機械システムを介して電気装置と電力を取り交わす。これによって、そのようなシステムの簡単化および部品の数およびコストの低減が可能になる。この制御システムは、制御規則と制御規則のための入力および出力として使用されるデータとが２つのモード間で異なることを除いて、図１ａおよび１ｂによる実施形態において同じである。
【００１５】
図１ａは、本発明によるエネルギー変換システムの好ましい実施形態の第１の作動モードを示す。このシステムの動作は、他の機械装置、例えばハイブリッド車の車輪との動力の取り交わしを調節するのに適している。
【００１６】
電気機械システム２０は、動力伝達機構２１と接続されている。動力伝達機構２１は、他の機械装置２４、例えばハイブリッド車の車輪と動力ＭＰ２を取り交わす。
【００１７】
電気機械システム２０は、動力伝達機構２１で直接的または間接的に駆動可能である。動力ＭＰ１は、電気機械システム２０と動力伝達機構２１の間で取り交わされる。また、エネルギー蓄積装置２２は、電気機械システム２０と接続されている。蓄積パワーＳＰは、電気機械システム２０とエネルギー蓄積装置２２の間で取り交わされる。
【００１８】
電気機械システム２０は、制御器２３からシステム制御信号ＥＭＣを受け取る。動力伝達機構２１は、制御器２３から動力伝達機構制御信号ＰＴＣを受け取る。制御器２３は、電気機械システム２０からシステム帰還信号ＥＭＦを、また、動力伝達機構２１から動力伝達機構帰還信号ＰＴＦを、さらにエネルギー蓄積装置２２、例えばバッテリからエネルギー蓄積帰還信号ＳＰＦを受け取る。
【００１９】
このモードでのエネルギー変換システムの動作は、次のようである。機械装置または複数の機械装置２４は、システムに動力を要求する。制御器２３は、動力伝達機構トルクおよび電気機械システム・トルクを調節することにより、与えられるトルクおよび／または速度を調節する制御規則に従って、必要なトルクを与える。制御器２３は、エネルギー蓄積装置２２を監視し、それのエネルギー・レベルが所望の制限内にあることを保証するのに必要であるように制御規則を調整し直す。
【００２０】
上述のモードのための制御器入力・出力の好ましい特定の実施例を下に列挙する。
【００２１】
制御器２３の入力
所望の動力（例えば、ある特定の速度での所望のトルク、または所望のトルクと速度）、
エネルギー蓄積装置のレベル（例えば、バッテリ電圧および電流によって計算されたレベル）、
制御器２３からの出力、
電気機械システム・トルク（例えば、加速または再生のための電気モータ・トルク）、
動力伝達機構トルク（例えば、加速のための）。
【００２２】
図１ｂは、図１に記載される好ましい実施形態の第２の作動モードを示す。類似の要素は、同じ参照数字で参照される。他の機械装置２４に追加して、またはそれの代わりに、電気機械システム２０は、他の電気装置２５と接続され、電気機械システム２０と電力ＥＰを取り交わす。
【００２３】
信号の流れおよびパワーの流れは、図１ａに記載されている動作と同様である。
【００２４】
このモードでのエネルギー変換システムの動作は次のとおりである。電気装置または複数の電気装置２５は、システムに電力を要求する。制御器２３は、電力ＥＰが、電圧および周波数を含んで、要求されたレベルで供給されるように、電気機械システム２０と外部電気装置２５の間の電力の流れを調節する。制御器２３は、要求された電力を電気機械システム２０が与え続けることができるようにするのに必要な動力を与えるために、動力伝達機構のトルクを調節する。エネルギー蓄積装置２２は、必要により安定器として作用することができる。
【００２５】
電気装置２５は任意の電力供給負荷を含むことができ、電気ポンプ、圧縮機などのようなものを含むが、これらに限定されない。
【００２６】
上述のモードの制御手段のための入力および出力の好ましい特定の実施例を下に列挙する。
【００２７】
制御器２３の入力
所望の電圧、
所望の電気的な周波数、
実際の電圧、
実際の電気的な周波数、
【００２８】
制御器２３からの出力
所望の電圧を維持するための装置２５への電力の流れ（例えば、半導体装置のスイッチングによる）、
所望の電気的周波数を維持するための動力伝達機構（エンジン）トルク。
【００２９】
図１で説明したようなエネルギー変換システムは、機械装置２４および電気装置２５に動力を供給することができる。電気装置２５にパワーを供給するために、好ましくは、他の機械装置２４が動力伝達機構２１から切り離され、動力伝達機構２１が切り離された状態で、電気機械システム２０は動力伝達機構２１で駆動され、さらに、電気機械システム２０の電気負荷に応じて、電気機械システム２０の出力交流電圧ＵＡが界磁電流ＩＦにより調節され、制御器２３によって利用可能にされる。
【００３０】
図２は、本発明に従って自動車の補助ユニットを動作させるための装置の第１の好ましい実施形態を示す。ここで、エネルギー変換システムは自動車１３の中に配置されている。
【００３１】
自動車１３において、動力伝達機構は内燃機関１を備え、この内燃機関１は駆動軸６の方向でトランスミッション１１に接続されている。この駆動軸６は、駆動輪１０．１、１０．２および差動装置９の付いた車輪駆動軸８のような機械装置を駆動するために設けられている。第２の車軸の他の車輪１０．３、１０．４は、この好ましい構成では駆動されない。しかし、本発明は、１よりも多い車軸または全ての車軸が駆動される車両でも使用することができる。
【００３２】
電気機械システムは補助ユニット３を備え、この補助ユニット３は、駆動軸６に接続された装置２を介して動作させることができ、かつ駆動軸６で駆動させることができる。補助ユニット３は、駆動軸６で直接駆動させるか、駆動軸６と接続された別の軸を介して間接的に駆動させることができる。補助ユニット３は、単一固定子アセンブリおよび単一回転子アセンブリを有する単一の電気機械であるのが好ましい。
【００３３】
電気機械３は、また、内燃機関１とトランスミッション１１の間に配置することもできる。この場合、クラッチすなわちトルク・コンバータを、モータ／発電機３の前または後に設けることもできる。この利点は、車輪駆動軸８からモータ／発電機３を分離するために、別個の隔離板７が必要でないことである。分離は、トランスミッション１１で行うこともできる。しかし、隔離板７を設けることもできる。
【００３４】
また、駆動軸６のついた装置２を介して電気機械を接続する代わりに、駆動軸６のまわりに同心円状に配置された電気機械３を使用することもできる。
【００３５】
バッテリ５は、エネルギー蓄積装置のために備え付けられる。制御手段は、制御器すなわち変換器４を備える。
【００３６】
内燃機関１、トランスミッション１１、装置２、隔離板７、および車輪駆動軸８が、駆動軸６に沿って連続的に配置される。隔離板７は、車両が停止しているとき駆動軸６から車輪駆動軸８を分離するために設けられる。また、クラッチすなわちトルク・コンバータは、内燃機関１とトランスミッション１１の間に設けることもできる。
【００３７】
装置２は、補助ユニットとしてモータ／発電機３を有する。モータ／発電機３は、変換器４に接続されている。モータ／変換器３は、車両１３の外部および／または内部の電気負荷に供給するための電力の引出し点１２に接続されている。電気負荷は通例の局部電圧電源に接続されるように、この引出し点に接続することができる。
【００３８】
この場合、モータ／発電機３から変換器４を切り離するための断路器１４、好ましくはスイッチは、変換器４とモータ／発電機３の間に設けることができる。さらに、変換器４は、車両のバッテリ５に接続することができる。
【００３９】
駆動モードでは、通例の並列ハイブリッドのように、この装置を作動させるのが効果的である。この場合、モータ／発電機は、４−クワドラント（ｑｕａｄｒａｎｔ）運転で使用することができる。その結果として、駆動モードでは、モータ／発電機３の作動で生じたエネルギーは、バッテリ５に蓄積することができる。車両の制動エネルギーは、モータ／発電機３によってバッテリ５に送り込むことができ、このようにして、取り戻すことができる。駆動モードでは、もう一度起動動作で、モータ／発電機３は、バッテリ５で給電され、追加的に駆動作用を持つことができる。モータ／発電機３が適切に設計される場合、それは電気駆動モータとしても作用することができるので、その結果、内燃機関１が切られた状態で、車両１３を電気的に駆動することができるようになる。
【００４０】
第２の好ましい実施形態では、車両の駆動軸に沿って、後にトランスミッション１．１およびモータ／発電機３が続いている機関１の列の中に、モータ／発電機３が設けられる。
【００４１】
第３の好ましい実施形態では、モータ／発電機３は、機関１とトランスミッション１．１の間に設けられる。
【００４２】
本発明の他の好ましい展開では、駆動軸６および／または車輪駆動軸８および／または駆動輪１０．１、１０．２は、追加的に、電気駆動機械に接続することができる。全ての駆動輪１０．１、１０．２、１０．３、１０．４を、好ましくは電気的に少なくとも部分的に駆動することも、また、可能である。
【００４３】
本発明に従って、内燃機関１に結合されたモータ／発電機３は、車両が停止しているとき、パワー・ユニットを形成する。車両が停止しているとき、連結器７が開くことが可能であり、その結果、駆動軸６は車輪駆動軸８から分離される。内燃機関１に結合されたモータ／発電機３は、パワー・ユニットを形成する。内燃機関１は、トランスミッション１１によって最適動作点に整合させることができ、さらにパワー・ユニットの出力電圧の周波数を一定に保つために、速度調節をして作動することができるのが好ましい。したがって、通例の乗用車の場合、最高５０ｋＷのパワー・ユニットの代表的な電力が使用可能であり、商用車の場合、より大きなエンジン・パワーに対応して、もっと大きな電力も使用可能である。結果として、たとえ負荷がそのような電源網に接続されていなくても、負荷は、それが通例の局部電気供給システム内にあるように、電力を供給され得る。
【００４４】
車両１３は、駐車位置にもたらされ、それから、車輪駆動軸８が駆動軸６から切り離され、さらに、車輪駆動軸８が切り離された状態で、モータ／発電機３が内燃機関１で駆動される。
【００４５】
好ましくは三相同期機がモータ／発電機３として使用される場合、駆動モードでの牽引のために、同期機の巻線部にデルタ結線を施すのが有利である。星形結線は発電機モードに好都合であり、車両が停止しているときにパワー・ユニットとして使用する場合に好ましい。この場合、単相負荷と三相負荷の両方を使用することが可能である。
【００４６】
同期機の使用にはいくつかの利点がある。そのような電気機械は、２つの動作範囲を示す。第１の範囲は、停止から主回転数までであり、この範囲では、同期機は一定界磁モードで動作している。電流およびトルクは一定のままであるが、電圧および電力は回転数に比例して変わる。電圧は、主回転数で最大値に達する。主回転数は、電気機械の設計および大きさに関する特性パラメータである。同期機の第２の動作範囲は、主回転数から同期機の最大可能回転数までのいわゆる弱め界磁範囲である。この範囲では、電流および電力だけでなく、電圧も一定のままである。この動作範囲では、磁界は、回転数の増加に逆比例して減少する。トルクは、同じように減少する。
【００４７】
同期機は、最高で１：５の好都合に広い弱め界磁範囲を有する。ここで、この１：５は、最大可能回転数に対する主回転数の比であり、非常に効率がよい。
【００４８】
同期機は調節するのが比較的簡単である。同期機は、特に、発電機モードに申し分なく適している。同期機は、発電機モードで、誘導負荷および非対称負荷を可能にし、さらに、比較的小さな変換器を必要とするだけである。
【００４９】
同期機がモータ／発電機３として使用される場合、好ましい実施形態では、変換器４は６パルス・ブリッジ回路と、さらに、界磁制御器を備える。
【００５０】
モータ／発電機３の出力交流電圧ＵＡは、モータ／発電機３の両端間の所望の電圧に応じて、界磁電流ＩＦで調節され、変換器４で使用可能にされる。
【００５１】
三相発電機は、１２０Ｖと２４０Ｖまたは１１５Ｖと２３０Ｖの同時供給を可能にしないが、界磁制御によって引出し点１２から必要な電圧を生成することができる。そのような電圧値は、例えば国内の電源および世界中の様々な国の電力供給負荷に、一般に使用される。４極機を使用することで、伝達出力で一般に１８００回転が与えられたとすると、６０Ｈｚで電圧を供給することができる。適切な方法で伝達比を選ぶことで、所定の境界条件、好ましくは一次エネルギー消費、雑音放出および／または汚染物放出に関して、最適動作点で内燃機関を作動することができる。
【００５２】
バッテリ５が耐えられないピーク電圧が発生しないようにするために、断路器手段１４でモータの３相を変換器４から切り離すことができる。
【００５３】
電気機械が電気駆動モータとして設計され、かつ最大出力電流Ｉｍａｘ＝６００Ａの変換器４が使用される場合、１１５ｋＷのピーク電力がそのような星形結線で発生することができ、４００Ａ変換器の場合最高で８０ｋＷが発生することができる。この場合、星形結線は、それぞれのピーク負荷に対して約３００Ｖのバッテリ電圧を必要とする。
【００５４】
モータ巻線部がデルタ結線の場合、バッテリ５は、ピーク負荷に対して約１７０Ｖの電圧を持たなければならない。デルタ結線の場合、６００Ａ変換器で６６ｋＷのピーク電力を達成することができ、４００Ａ変換器の場合には４６ｋＷを達成することができる。駆動モードに関するこの設計で、発電機モードの本発明によるパワー・ユニットでも、結果的に、同様に大きな電力を利用可能にすることができる。
【００５５】
非同期機または永久励磁機械がモータ／発電機３として使用される場合、好ましい実施形態では、変換器４は６パルス・ブリッジ回路を備える。
【００５６】
誘導モータの利点は、最高で１：３の比較的広い弱め界磁範囲、高効率、ハードウェア部品の優れた利用度および牽引のための開ループおよび閉ループ制御プログラムの優れた利用度である。出力電圧ＵＡは、変換器４の対応するデータ処理プログラムで簡単に設定することができる。同期機とは異なり、発電機モードに追加のハードウェアは必要でない。
誘導機の場合、同期機の場合とちょうど同じように、星形結線またはデルタ結線が牽引の目的のために可能であり、星形結線が発電機モードのために好ましい。この場合、変換器４およびバッテリ５は、モータ／発電機３の界磁電流ＩＦしたがって出力電圧ＵＡを設定するために、制御可能移相器として能動的に作用する。
【００５７】
引出し点１２から引き出すことができるモータ／発電機３の電力は、滑り、言い換えると、モータ／発電機３の固定子の周波数と回転子の周波数の差によって、設定することができる。その目的のために、内燃機関１の速度を調節するのが好ましく、その結果、本発明に従ってパワー・ユニットから一定周波数の電圧が保証されるようになる。
【００５８】
同期機の場合と同様な条件が、発電機モードに当てはまる。１２０Ｖと２４０Ｖまたは１１５Ｖと２３０Ｖの同時供給はできないが、界磁制御によって引出し点１２に必要な電圧を生成することができる。４極機が使用される場合、１８００回転／分の一般的な伝達出力速度が与えられれば、６０Ｈｚの周波数を有する電圧を誘導機から供給することもできる。他の周波数は、他の伝達出力速度で設定される。バッテリ電圧は、２４０Ｖの電源電圧に対応して、名目上３４０Ｖより高い。ピーク電力は、牽引用途のためのそれぞれの設計による。
【００５９】
モータ動作では、モータ巻線部が星形結線の場合、ピーク電力は、６００Ａ変換器の場合には１０５ｋＷであり、４００Ａ変換器の場合には７５ｋＷである。バッテリ５は、３４０Ｖのピーク電圧に耐えなければならない。
【００６０】
全体的に、接続されたトランスミッション１１、部分軸６．１、モータ／発電機３のついた装置２および変換器４とともに、内燃機関１が、パワー・ユニットまたは緊急用パワー・ユニットを形成し、このパワー・ユニットは、例えば、レジャーを行うようなキャンプをするとき、または建設現場などの電気機器のような、局部電源システムから遠く離れた分散電気負荷を作動するのに特に適している。また、車両の負荷もこのパワー・ユニットで作動することができ、車両の定常エアコンディショニングなどの大電力消費に関して好ましい。したがって、別個のパワー・ユニットを携帯することは不必要になる。同時に、高度な自動車技術が、本発明による装置に使用され、本発明が発電機として機能するとき、例えば、排気ガス浄化用の触媒コンバータ、存在する防音、および車両の安全機能を本発明によって使用することができる。
【００６１】
したがって、上記の説明は、本発明の原理をただ例示するだけと考えられる。さらに、多数の改良および変更が当業者は容易に思いつくので、図示し説明した構成および動作そのものに本発明を限定することを望むものではなく、したがって、全ての適切な改良および均等物が救済されることができ、本発明の範囲内にある。
【図面の簡単な説明】
【図１】
例えばハイブリッド車の他の機械装置との動力の取り交わしを調節するための第１のモード（図１ａ）、および外部電気負荷の他の電気装置との電力の取り交わしを調節するための第２のモード（図１ｂ）の、２つの作動モードを有する本発明によるエネルギー変換システムの第１の好ましい実施形態を示す図である。
【図２】
自動車での別の好ましい配置の平面図を示す図である。
【国際公開パンフレット】
2004505586.tif 000003
2004505586.tif 000004
2004505586.tif 000005
2004505586.tif 000006
2004505586.tif 000007
2004505586.tif 000008
2004505586.tif 000009
2004505586.tif 000010
2004505586.tif 000011
2004505586.tif 000012
2004505586.tif 000013
2004505586.tif 000014
2004505586.tif 000015
2004505586.tif 000016
2004505586.tif 000017
2004505586.tif 000018
2004505586.tif 000019
2004505586.tif 000020
2004505586.tif 000021
2004505586.tif 000022
2004505586.tif 000023
2004505586.tif 000024
2004505586.tif 000025
【国際調査報告】
2004505586.tif 000026