(57)【要約】【課題】高周波変成器分離を備えたオンボードのパワー電子回路を用いてエネルギーを移行する。【解決手段】パワー電子駆動回路（１０、１３４、１３６、１４２、１７４、１７８）は、ｄｃバス（５２、１７６）と第１のエネルギー蓄積デバイス（１２）とを含む。第１のエネルギー蓄積デバイス（１２）及びｄｃバス（５２、１７６）に対して第１の双方向ｄｃ対ａｃ電圧インバータ（５４、１４４）を結合させ、該第１の双方向ｄｃ対ａｃ電圧インバータ（５４、１４４）に対して第１の電気機械式デバイス（７４、１４４）を結合させ。充電バス（９４）を介してｄｃバス（５２、１７６）に結合された充電システム（９２）は、外部にある電圧源（１３２）に結合されたコネクタ（１２６）と係合するレセプタクル（１２０）と、該レセプタクル（１２０）から充電バス（９４）を電気的に分離する分離変成器（１１２）とを備える。【選択図】図２
2012105524.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ｄｃバス（５２、１７６）と、
前記ｄｃバス（５２、１７６）に結合されている、ｄｃ電圧を出力するように構成された第１のエネルギー蓄積デバイス（１２）と、
前記第１のエネルギー蓄積デバイス（１２）に対して及び前記ｄｃバス（５２、１７６）に対して結合された第１の双方向ｄｃ対ａｃ電圧インバータ（５４、１４４）と、
前記第１の双方向ｄｃ対ａｃ電圧インバータ（５４、１４４）に結合された第１の電気機械式デバイス（７４、１４４）と、
充電バス（９４）を介してｄｃバス（５２、１７６）に結合された充電システム（９２）であって、
パワー電子駆動回路（１０、１３４、１３６、１４２、１７４、１７８）の外部にある電圧源（１３２）に結合されたコネクタ（１２６）と係合するように構成されたレセプタクル（１２０）と、
前記充電バス（９４）を前記レセプタクル（１２０）から電気的に分離するように構成された分離変成器（１１２）と、
を備えている充電システム（９２）と、
前記充電システム（９２）に対して、パワー電子駆動回路（１０、１３４、１３６、１４２、１７４、１７８）の外部にある電圧源（１３２）から受け取った電圧に基づいてｄｃバス（５２、１７６）に充電電圧を供給させるように構成された制御器（３４、１１４）と、
を備えるパワー電子駆動回路（１０、１３４、１３６、１４２、１７４、１７８）。
【請求項２】
前記充電システム（９２）はさらに、
１対のトランジスタ（１０６、１０８）と、
共振コンデンサ（１１０）と、を備えており、
前記分離変成器（１１２）、１対のトランジスタ（１０６、１０８）及び共振コンデンサ（１１０）によって分離ａｃ対ｄｃインバータ（１０４）が形成されている、請求項１に記載のパワー電子駆動回路（１０、１３４、１３６、１４２、１７４、１７８）。
【請求項３】
前記制御器（３４、１１４）はさらに、分離ａｃ対ｄｃインバータ（１０４）を直列共振モードで動作させるように構成されている、請求項２に記載のパワー電子駆動回路（１０、１３４、１３６、１４２、１７４、１７８）。
【請求項４】
前記制御器（３４、１１４）はさらに、分離ａｃ対ｄｃインバータ（１０４）を並列共振モードと直列−並列共振モードのうちの一方で動作させるように構成されている、請求項２に記載のパワー電子駆動回路（１０、１３４、１３６、１４２、１７４、１７８）。
【請求項５】
前記充電システム（９２）はさらに全波整流器（１０２）を備えており、前記分離ａｃ対ｄｃインバータ（１０４）と該全波整流器（１０２）によって分離ｄｃ対ｄｃコンバータ（１００）が形成されている、請求項２に記載のパワー電子駆動回路（１０、１３４、１３６、１４２、１７４、１７８）。
【請求項６】
前記ｄｃバス（５２、１７６）に結合された第１の双方向ｄｃ対ｄｃ電圧コンバータ（１４）をさらに備えると共に、
前記制御器（３４、１１４）はさらに該第１の双方向ｄｃ対ｄｃ電圧コンバータ（１４）に対して、
第１のエネルギー蓄積デバイス（１２）からの蓄積電圧をブーストすること、
前記ブースト済み蓄積電圧をｄｃバス（５２、１７６）に供給すること、
を行わせるように構成されている、請求項１に記載のパワー電子駆動回路（１０、１３４、１３６、１４２、１７４、１７８）。
【請求項７】
前記制御器（３４、１１４）はさらに第１の双方向ｄｃ対ｄｃ電圧コンバータ（１４）に対して、
ｄｃバス（５２、１７６）上の第１のｄｃ電圧を第１のエネルギー蓄積デバイス（１２）の充電に適した第２のｄｃ電圧までバッキングすること、
前記第２のｄｃ電圧を第１のエネルギー蓄積デバイス（１２）に供給すること、
を行わせるように構成されている、請求項６に記載のパワー電子駆動回路（１０、１３４、１３６、１４２、１７４、１７８）。
【請求項８】
前記第１の電気機械式デバイス（７４、１４４）は第１の双方向ｄｃ対ａｃ電圧インバータ（５４、１４４）にａｃ回生電圧を供給するように構成されており、かつ
前記第１の双方向ｄｃ対ａｃ電圧インバータ（５４、１４４）は前記ａｃ回生電圧を第１のｄｃ電圧に変換しかつ該第１のｄｃ電圧をｄｃバス（５２、１７６）に供給するように構成されている、請求項７に記載のパワー電子駆動回路（１０、１３４、１３６、１４２、１７４、１７８）。
【請求項９】
前記ｄｃバス（５２、１７６）に結合された第２の双方向ｄｃ対ａｃ電圧インバータ（５４、１４４）と、
前記第２の双方向ｄｃ対ａｃ電圧インバータ（５４、１４４）に結合された第２の電気機械式デバイス（７４、１４６）と、をさらに備えており、
前記充電バス（９４）は、
充電バス（９４）に結合された第１の導体（９６）と、
第２の電気機械式デバイス（７４、１４６）に結合された第２の導体（９８）と、
を備えており、
前記制御器（３４、１１４）は、充電システム（９２）に対してｄｃバス（５２、１７６）に充電電圧を供給させるように構成される際に、第２の双方向ｄｃ対ａｃ電圧インバータ（５４、１４４）に対して充電バス（９４）からの整流済み電圧を第１のｄｃ電圧までブーストさせるように構成されている、請求項７に記載のパワー電子駆動回路（１０、１３４、１３６、１４２、１７４、１７８）。
【請求項１０】
前記ｄｃバス（５２、１７６）に結合された第２の双方向ｄｃ対ｄｃ電圧コンバータ（１８）をさらに備えると共に、
前記制御器（３４、１１４）はさらに該第２の双方向ｄｃ対ｄｃ電圧コンバータ（１８）に対して、
第１のエネルギー蓄積デバイス（１２）からの蓄積電圧をブーストすること、
該ブースト済み蓄積電圧をｄｃバス（５２、１７６）に供給すること、
充電システム（９２）からの充電電圧をブーストすること、
該ブースト済み充電電圧をｄｃバス（５２、１７６）に供給すること、
を行わせるように構成されている、請求項７に記載のパワー電子駆動回路（１０、１３４、１３６、１４２、１７４、１７８）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は全般的にはハイブリッド型及び電気式の運搬手段を含む電気駆動システム並びに過渡的負荷やパルス状負荷を受ける静止型駆動機に関し、またさらに詳細には、運搬手段または駆動機の電気蓄積デバイスと該運搬手段の外部にある電源との間でのエネルギー移行に関する。
【背景技術】
【０００２】
ハイブリッド型電気式運搬手段は、内燃機関と牽引バッテリーなどのエネルギー蓄積デバイスによりパワー供給された電気モータとを組み合わせて該電気式運搬手段を推進させることがある。こうした組み合わせによれば燃焼機関と電気モータのそれぞれが効率の高いそれぞれのレンジで動作可能となることによって全体的な燃料効率を上昇させることができる。例えば電気モータは、静止スタートからの加速の際の効率がよいことがある一方、燃焼機関はハイウェイ駆動など一定のエンジン動作が持続される期間において効率がよいことがある。初期加速をブーストするための電気モータを有することによって、ハイブリッド型運搬手段の燃焼機関をより小型にしかつより燃料効率を高くすることが可能となる。
【０００３】
純粋に電気式の運搬手段は、蓄積しておいた電気エネルギーを用いて電気モータにパワー供給しており、このパワーによって運搬手段を推進させまた補助的駆動機も動作させることがある。純粋に電気式の運搬手段は１つまたは複数の蓄積電気エネルギー源を用いることがある。例えば、第１の蓄積電気エネルギー源を用いてより長時間持続のエネルギーを提供することがある一方、第２の蓄積電気エネルギー源を用いて、例えば加速用などより大パワーのエネルギーを提供することがある。
【０００４】
プラグイン式電気式運搬手段は（ハイブリッド電気式の場合も純粋に電気式の場合でも）、牽引バッテリーを再充電するために外部源からの電気エネルギーを使用するように構成されている。こうした運搬手段は例えば、オンロードやオフロードの運搬手段、ゴルフカート、近隣電気式運搬手段、フォークリフト、公益トラックを含むことがある。これらの運搬手段は、公益網や再生可能エネルギー源からの電気エネルギーを運搬手段のオンボードの牽引バッテリーに移行させるためにオフボードの静止型バッテリー充電器とオンボードのバッテリー充電器のいずれを使用することもできる。プラグイン式運搬手段は、例えば公益網その他の外部エネルギー源からの牽引バッテリーの再充電を容易にするための回路及び接続を含むことがある。しかしバッテリー充電回路は、ブーストコンバータ、高周波フィルタ、チョッパ、インダクタ、及びオンボードの電気蓄積デバイスと外部源との間でのエネルギーの移行だけを専ら行う電気コネクタや接触子を含む別の電気的構成要素などの専用の構成要素を含むことがある。これらの追加的な専用構成要素によって運搬手段に余分なコストや重量が加わることになる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許第７５５９３８８号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
したがって、プラグイン式運搬手段のオンボードの電気蓄積デバイスと外部源の間のエネルギーの移行のみを専らとする構成要素の数を低減するために外部源からプラグイン式運搬手段のオンボード電気蓄積デバイスへの電気エネルギー移行を容易にするための装置を提供することが望ましい。さらに、プラグイン式運搬手段のオンボード電気蓄積デバイスやその他の構成要素の外部源からの分離を提供することが望ましい。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一態様によるパワー電子駆動回路は、ｄｃバスと、該ｄｃバスに結合されているｄｃ電圧を出力するように構成された第１のエネルギー蓄積デバイスと、を備える。第１のエネルギー蓄積デバイスに対して及びｄｃバスに対しては第１の双方向ｄｃ対ａｃ電圧インバータを結合させており、また該第１の双方向ｄｃ対ａｃ電圧インバータに対して第１の電気機械式デバイスを結合させている。充電バスを介してｄｃバスに結合された充電システムは、パワー電子駆動回路の外部にある電圧源に結合されたコネクタと係合するように構成されたレセプタクルと、該レセプタクルから充電バスを電気的に分離するように構成された分離変成器と、を備える。本パワー電子駆動回路はさらに、充電システムに対してパワー電子駆動回路の外部にある電圧源から受け取った電圧に基づいてｄｃバスに充電電圧を供給させるように構成された制御器を備える。
【０００８】
本発明の別の態様によるパワー電子駆動回路を製造する方法は、第１のｄｃエネルギー蓄積デバイスをｄｃバスに結合させるステップと、第１の双方向ｄｃ対ａｃ電圧インバータをｄｃバスに結合させるステップと、第１の双方向ｄｃ対ａｃ電圧インバータに第１の電気機械式デバイスを結合させるステップと、を含んでおり、該第１の電気機械式デバイスは力学的エネルギーを電気エネルギーに変換するように構成されかつ電気エネルギーを力学的エネルギーに変換するように構成されている。本方法はさらに、充電バスを介して充電回路をｄｃバスに結合させるステップを含んでおり、該充電システムは、外部電圧源コネクタと係合するように構成されたレセプタクルと該レセプタクルから充電バスを電気的に分離するように構成された変成器とを備えている。本方法はさらに、充電システムに対して外部電圧源から受け取った電圧に基づいてｄｃバスに充電電圧を供給させるように制御器を構成するステップを含む。
【０００９】
本発明のさらに別の態様によるシステムは、マシンと、該マシンに結合された電圧インバータと、を備える。このマシンは、力学的エネルギーを電気エネルギーに変換するように構成されかつ電気エネルギーを力学的エネルギーに変換するように構成されている。電圧インバータは、ａｃ電気エネルギーのｄｃ電気エネルギーへの変換及びｄｃ電気エネルギーのａｃ電気エネルギーへの変換を行うように構成されている。本システムはさらに、電圧インバータに結合されたｄｃバスと、該ｄｃバスに結合された第１のエネルギー蓄積デバイスと、充電システムと、を備える。この充電システムは、レセプタクルと、該レセプタクルに結合された全波整流器と、該全波整流器に結合されたｄｃ対ｄｃコンバータと、該ｄｃ対ｄｃコンバータに対して及びｄｃバスに対して結合された充電バスと、を備える。このレセプタクルは、パワー電子駆動回路の外部にある電圧源に結合されたプラグと係合するように構成されている。この全波整流器は、電圧源から受け取った電圧を整流するように構成されている。このｄｃ対ｄｃコンバータは、充電バスを全波整流器から電気的に分離するように構成させた分離変成器を備える。本システムはさらに、ｄｃ対ｄｃコンバータに対して全波整流器から受け取った第１のｄｃ電圧を第２のｄｃ電圧に変換させかつ該第２のｄｃ電圧を充電バスに供給させるように構成された制御器を備える。
【００１０】
別の様々な特徴及び利点は、以下の詳細な説明及び図面から明らかとなろう。
【００１１】
図面では、本発明の１つまたは複数の実施形態を実施するために目下のところ企図されている実施形態を図示している。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の一実施形態による牽引システムを表した概要図である。
【図２】本発明の一実施形態による別の牽引システムを表した概要図である。
【図３】本発明の一実施形態による別の牽引システムを表した概要図である。
【図４】本発明の一実施形態による別の牽引システムを表した概要図である。
【図５】本発明の一実施形態による別の牽引システムを表した概要図である。
【図６】本発明の一実施形態による別の牽引システムを表した概要図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
図１は、本発明の一実施形態によるプラグイン式電気式運搬手段またはプラグイン式ハイブリッド型運搬手段などの運搬手段あるいは静止型電気駆動システム内で使用可能な牽引システム１０の概要図である。牽引システム１０は第１のエネルギー蓄積デバイス１２を含む。一実施形態では、第１のエネルギー蓄積デバイス１２は低電圧エネルギー蓄積デバイスであると共に、バッテリー、燃料電池、ウルトラキャパシタ、その他とすることができる。牽引システム１０は、あるｄｃ電圧を別のｄｃ電圧に変換するように構成された第１、第２及び第３の双方向ｄｃ対ｄｃ電圧コンバータ１４、１６、１８を含む。第１のエネルギー蓄積デバイス１２は双方向ｄｃ対ｄｃ電圧コンバータ１４〜１８に結合させている。双方向ｄｃ対ｄｃ電圧コンバータ１４〜１８の各々は、１対のスイッチ２２、２４に結合されかつ１対のダイオード２６、２８に結合されたインダクタ２０を含む。各スイッチ２２、２４はそれぞれのダイオード２６、２８に結合されており、また各スイッチ／ダイオード対によってそれぞれの半位相モジュール３０、３２が形成されている。スイッチ２２、２４は、例示を目的として絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）として図示している。しかし、本発明の実施形態はＩＧＢＴに限定されるものではない。例えば金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）、バイポーラ接合トランジスタ（ＢＪＴ）及び金属酸化膜半導体制御サイリスタ（ＭＣＴ）などの適当な任意の電子スイッチを用いることが可能である。半導体電子スイッチ製作は、ケイ素、炭化ケイ素またはその他の半導体素材テクノロジーを含むことがある。
【００１４】
牽引システム１０は、それぞれのライン対３６を介してスイッチ２２、２４に結合させた制御器３４を含む。複数の接触子３８、４０、４２によって、牽引システム１０の動作モード及び／または内部充電モード中並びに外部充電モード中に制御器３４により制御される結合用アセンブリが形成されている。動作モード中では、制御器３４は接触子３８〜４２を閉鎖位置へ切替えるまたは閉鎖位置に保つように構成されている。動作モード中におけるスイッチ２２及び２４の適当な制御によって制御器３４は、双方向ｄｃ対ｄｃ電圧コンバータ１４〜１８を制御して第１のエネルギー蓄積デバイス１２の電圧をより高電圧までブーストさせかつ該高電圧を双方向ｄｃ対ｄｃ電圧コンバータ１４〜１８に結合されたｄｃバス５２の複数の導体４４、４６、４８、５０に供給させるように構成されている。内部充電モード中では制御器３４はさらに、接触子３８〜４２を閉鎖位置へ切替えるまたは閉鎖位置に保たせると共に、双方向ｄｃ対ｄｃ電圧コンバータ１４〜１８のスイッチ２２及び２４を制御してｄｃバス５２からの電圧をバッキングし、第１のエネルギー蓄積デバイス１２を充電するために該バック電圧を第１のエネルギー蓄積デバイス１２に供給するように構成されている。
【００１５】
牽引システム１０は、ｄｃバス５２に結合された双方向ｄｃ対ａｃ電圧インバータ５４を含む。双方向ｄｃ対ａｃ電圧インバータ５４は、３つの位相６８、７０及び７２を形成するように対にさせた６つの半位相モジュール５６、５８、６０、６２、６４及び６６を含む。各位相６８、７０、７２はｄｃバス５２の導体４８及び５０に結合されている。双方向ｄｃ対ａｃ電圧インバータ５４には電気機械式デバイスまたはマシン７４を結合させている。一実施形態では電気機械式デバイス７４は、運搬手段（図示せず）の１つまたは複数の駆動輪または車軸７６と機械的に結合させた３相牽引モータとして図示している。代替的な電気機械式デバイス構成（図示せず）は３位相以外で多数の位相を含む。電気機械式デバイス７４は、双方向ｄｃ対ａｃ電圧インバータ５４のそれぞれの位相６８、７０、７２に結合させた複数の導体８４を有する複数の巻き線７８、８０及び８２を含む。巻き線７８〜８２はさらに、共通ノード８８を形成するように互いに結合させた複数の導体８６を有する。代替的な電気機械式デバイス７４構成（図示せず）は、共通ノード８８を伴わない「デルタ」構成で結合させた複数の巻き線を含む。
【００１６】
制御器３４は、それぞれのライン３６を介して半位相モジュール５６〜６６に結合されている。制御器３４は半位相モジュール５６〜６６に対する適当な制御を通じて、双方向ｄｃ対ａｃ電圧インバータ５４を制御してｄｃバス５２上のｄｃ電圧または電流を導体８４を介して巻き線７８〜８２に供給するためのａｃ電圧または電流に変換させるように構成されている。したがって第１のエネルギー蓄積デバイス１２からのｄｃ電圧または電流は、双方向ｄｃ対ｄｃ電圧コンバータ１４〜１８を介してより高いｄｃ電圧または電流までブーストさせることがあり、次いでこれがａｃ電圧または電流に変換されてモータ７４に伝達されて車輪７６を駆動させている。別の非運搬用推進システムでは駆動輪７６を、ポンプ、ファン、ウィンチ、クレーンまたは別のモータ駆動式負荷を含めパルス状の負荷（図示せず）とすることがある。回生制動モードでは、電気機械式デバイス７４を発電機として動作させ、車輪７６を制動させると共にａｃ電圧または電流を双方向ｄｃ対ａｃ電圧インバータ５４に供給し、ｄｃバス５２上へのｄｃ電圧または電流への逆変換をさせることがある。その後でこのｄｃ電圧または電流は、双方向ｄｃ対ｄｃ電圧コンバータ１４〜１８を介して第１のエネルギー蓄積デバイス１２の再充電に適した別のｄｃ電圧または電流になるようにバッキングまたは変換されることがある。
【００１７】
牽引システム１０はさらに、車輪７６を駆動させるための追加のパワーを提供するようにｄｃバス５２に結合された第２のエネルギー蓄積デバイス９０を含む。第２のエネルギー蓄積デバイス９０は、例えば運搬手段の加速期間中にパワーを提供するように第１のエネルギー蓄積デバイス１２と比べてより高いパワーを提供するように構成されることがある。第１のエネルギー蓄積デバイス１２は、運搬手段に対してその移動距離を増大させるようなより長期間持続のパワー提供のために、第２のエネルギー蓄積デバイス９０と比べてより高いエネルギーを提供するように構成されることがある。第２のエネルギー蓄積デバイス９０を介してｄｃバス５２に供給されるエネルギーはさらに、双方向ｄｃ対ａｃ電圧インバータ５４を介して逆変換されてモータ電気機械式デバイス７４に供給されることがある。同様に、双方向ｄｃ対ａｃ電圧インバータ５４を介して第２のエネルギー蓄積デバイス９０を再充電するために回生制動モード中に生成されるエネルギーも使用されることがある。
【００１８】
牽引システム１０を組み込んだ運搬手段が駐車中または使用していないときには、例えば公益網に対してまたは再生可能エネルギー源に対してその運搬手段をプラグインし、エネルギー蓄積デバイス１２、９０のうちの一方または両方を回復させるまたは再充電させることが望ましい。したがって図１は、エネルギー蓄積デバイス１２、９０の再充電のために牽引システム１０に結合させる充電回路またはシステム９２を含んでおり、エネルギー蓄積デバイス１２、９０の再充電とエネルギー蓄積デバイス１２、９０からのエネルギーの運搬手段の推進に使用可能なエネルギーへの変換という２重の目的のために牽引システム１０の構成要素を使用し得るような本発明の一実施形態を表している。
【００１９】
充電システム９２は、１対の導体９６、９８を有する充電バス９４を含む。図１に示すように、導体９６はｄｃバス５２の導体５０に結合されており、また導体９８はｄｃバス５２の導体４４に結合されている。充電システム９２は、全波整流器１０２とインバータ１０４（この実施形態では直列共振インバータとして動作）とを含んだ充電バス９４に結合された分離ｄｃ対ｄｃコンバータ１００を有する。インバータ１０４は、ｄｃ電圧をａｃ電圧に変換し、このａｃ電圧を第１及び／または第２のエネルギー蓄積デバイス１２、９０の充電のために充電バス９４に供給される別のｄｃ電圧に整流するための整流器１０２に伝達するように構成されている。
【００２０】
インバータ１０４は、共振コンデンサ１１０に対して及び変成器１１２に対して結合させた１対のスイッチまたはトランジスタ１０６、１０８を含む。本発明の実施形態では、トランジスタ１０６、１０８は電界効果トランジスタであり、また変成器１１２は小型の高周波変成器である。それぞれのライン１１６を介してトランジスタ１０６、１０８に結合させた制御器１１４は、共振コンデンサ１１０と変成器１１２の変成器漏れインダクタンス（ＬR）とが開放ループ内で実質的に共振においてまたは共振を若干超えたところで動作するようにトランジスタ１０６、１０８を直列共振モードで独立に制御するように構成されている。変成器漏れインダクタンスは、共振インダクタの役割をしているが、本図には図示していない。図１では牽引システム１０が２つの制御器３４、１１４を有するように図示しているが、制御器動作を実行するように２個未満のまたは３個以上の制御器を構成し得ることも企図される。
【００２１】
共振インダクタンス（ＬR）が変成器１１２によって提供されているため、構成要素の追加が回避される。さらに、漏れインダクタンスが低い値である必要がないため、変成器１１２の１次巻き線と２次巻き線の間の間隔を比較的大きくすることが可能であり、このために巻き線間キャパシタンスが低くなる（一方これが良好なＥＭＩ性能に繋がる）。間隔がこのように大きいとさらに、ｄｃ対ｄｃコンバータ１００の入力側と出力側の間で優秀な高電圧分離が達成される。さらに変成器１１２の周回数比は、ｄｃ対ｄｃコンバータ１００内に入力される電圧の特性に基づいてこれから最適な電圧が生成されるように設計または選択することが可能である。一実施形態ではその変成器１１２の磁化インダクタンスは任意の負荷におけるソフト切替えを提供するように設計される。
【００２２】
トランジスタ１０６、１０８をこの方式により制御することによって、低切替え損失が可能となりかつ単純な一定周波数制御が可能となる。例えばトランジスタ１０６、１０８はいずれも、共振コンデンサ１１０と変成器１１２の特性に関する適当な整合に基づいて１００ｋＨｚなどの周波数で動作させることがある。共振のところでまたは共振をちょうど超えたところで動作させることによって、高周波スイッチまたはトランジスタ１０６、１０８によって流される高周波電流が正弦波となると共に、ほぼゼロ電流で切替えが実施される。この方式により、切替え損失がほぼゼロとなる。さらに、変成器１１２の磁化インダクタンスは、トランジスタ１０６、１０８のゼロ電圧切替え（ＺＶＳ）を可能とするのにちょうど十分な磁化電流を生成するように設計することが可能であり、負荷電流に依存しないことになる。したがって、高周波動作（例えば典型的には、１００〜３００ｋＨｚ）を可能とするような効率のよい切替えが達成される。
【００２３】
充電システム９２は、ｄｃ対ｄｃコンバータ１００に結合されておりかつその接点１２２、１２４が外部電源１３２の接点１２８、１３０を有するプラグまたはコネクタ１２６と係合するように構成されているレセプタクル１２０に結合されている全波整流器１１８を含む。一実施形態では、外部電源１３２がａｃ源であること、外部電源１３２の１つ、２つまたは３つの位相を用い得ること、並びに外部電源１３２によって例えば１２０Ｖａｃまたは２４０Ｖａｃのパワーを提供し得ることが企図される。３相ａｃ外部電源１３２から動作するように設計された構成では整流器１１８は、３相整流器の第３の位相向けに２つの追加のダイオード（図示せず）を含めるように変更されることがある。本発明の別の実施形態では、外部電源１３２がｄｃ源であることが企図される。整流器１１８を介してｄｃ源１３２を充電バス９４に結合させることによって、ｄｃ源１３２が逆の極性の整流器１１８に結合される場合にも充電バス９４に移行される充電電圧に確実に正しい極性を有させるのに役立つ。レセプタクル１２０は、外部ａｃ電圧源と外部ｄｃ電圧源のいずれとも一緒に使用することができる。単一のレセプタクル１２０がいずれのタイプの外部電圧源とも係合するように構成させることによってシステムのコストの低減に役立つ。
【００２４】
ａｃ電力システムの力率は、皮相電力に対する有効電力の比であると定義され、０と１の間の数として表現することや、０と１００の間のパーセント値で表現することができる。有効電力とは、その回路がある具体的な時間で仕事を実行する能力のことである。皮相電力とは回路のｒｍｓ電流とｒｍｓ電圧の積である。負荷内に蓄積されて電源に戻されるエネルギーのため、あるいは電源から引き出された電流の波の形状を歪ませるような非線形負荷のために、皮相電力は有効電力より大きくなる可能性がある。ｒｍｓ電圧及び電流が同じであれば力率がより小さい回路は力率がより大きい回路と比べて実行する仕事は小さくなる。したがって力率がより低い回路に対しては、同じ量の仕事を実行するのにより高い電圧または電流が入力される。
【００２５】
エネルギー移行力率を上昇させるために負荷が引き出すパワー量を制御するように切替えモードの電源を構成させることがある。幾つかの用途では、例えばバック（ｂｕｃｋ）／ブーストコンバータを含む電源などの切替えモード電源により、そこに入力される電流を制御し、これによってその電流波形をそこへの入力電圧波形と比例させている。例えばバック／ブーストコンバータは、電圧波形の正弦波と同位相の正弦波となるようにその電流波形を整形することがある。ブーストコンバータは、出力ライン電圧と同位相でありかつ周波数が同じ電流を引き出しながら一定のｄｃバス出力ライン電圧を維持するように制御することが可能である。
【００２６】
牽引システム１０を組み込んだ運搬手段が駐車中または使用していないときには、例えば公益網に対してまたは再生可能エネルギー源に対してその運搬手段をプラグインし、エネルギー蓄積デバイス１２、９０のうちの一方または両方を回復させるまたは再充電させることが望ましい。したがってここでは、外部充電モード中における牽引システム１０の動について記載することにする。
【００２７】
接点１２２、１２４、１２８、１３０を介して外部電源１３２が充電システム９２に接続されると制御器１１４は、ｄｃ対ｄｃコンバータ１００に対して上述のようにバス５２に移行される充電電圧を充電バス９４に提供させるような制御をさせるように構成される。
【００２８】
バックキングのみ充電モードでは制御器３４は、接触子３８〜４２を開放位置に切替えるか開放位置に保ち、双方向ｄｃ対ｄｃ電圧コンバータ１６をｄｃバス５２の導体４６から脱結合させかつ双方向ｄｃ対ｄｃ電圧コンバータ１６、１８が第１のエネルギー蓄積デバイス１２に直接結合されないように脱結合させるような制御をさせるように構成される。さらに第２のエネルギー蓄積デバイス９０は充電電圧から脱結合される。制御器３４はさらに、充電バス９４により供給されたｄｃ充電電圧をこれより低い第２の充電電圧に変換するために双方向ｄｃ対ｄｃ電圧コンバータ１６をバックキングモードで制御するように構成される。充電電圧をバックキングするために制御器３４は、コンバータ１６のインダクタ２０及びダイオード２８と協働して双方向ｄｃ対ｄｃ電圧コンバータ１８に第２の充電電圧が供給されるようにスイッチ２２を制御する。コンバータ１８のダイオード２６は第２の充電電圧を双方向ｄｃ対ｄｃ電圧コンバータ１４に供給しており、双方向ｄｃ対ｄｃ電圧コンバータ１４はコンバータ１４のインダクタ２０及びスイッチ２２（オン状態になるように制御される）を介してこの第２の充電電圧を第１のエネルギー蓄積デバイス１２に供給している。
【００２９】
ブースト−バック充電モードでは制御器３４は、接触子３８〜４０を開放位置に切替えるか開放位置に保つようにこれを制御するように構成される。制御器３４はさらに、コンバータ１６によって能動的なバックキング制御を伴わずに充電電圧がコンバータ１８に移行されるようにスイッチ２２をオン状態にするような制御をするように構成される。制御器３４は、充電バス９４により供給されるｄｃ充電電圧をこれより高い第２の充電電圧に変換するために制御コンバータ１８をブーストモードで制御するように構成される。充電電圧をブーストするために制御器３４は、コンバータ１８のダイオード２８と協働して双方向ｄｃ対ｄｃ電圧コンバータ１４に第２の充電電圧が供給されるようにスイッチ２２を制御する。一実施形態では制御器３４は、第２のエネルギー蓄積デバイス９０に対してその充電のために第２の充電電圧も供給されるように接触子４２を閉じた状態にするように制御することがある。制御器３４は、コンバータ１８により供給されるブースト済みｄｃ充電電圧をこれより低い第３の充電電圧に変換するように双方向ｄｃ対ｄｃ電圧コンバータ１４をバックキングモードで制御するように構成される。充電電圧をバックキングするための制御器３４は、コンバータ１４のインダクタ２０及びダイオード２８と協働して第１のエネルギー蓄積デバイス１２に第３の充電電圧が供給されるようにスイッチ２２を制御する。
【００３０】
接触子３８が開かれかつ接触子４２が閉じた状態では、双方向パワーコンバータ１６及び１８を組み合わせて使用し、エネルギー蓄積デバイス９０を充電するためのバックキングまたはブーストを生成することが可能である。電圧バス９４が電圧バス５２より低いときは、エネルギー蓄積デバイス９０を充電するために電圧をバス５２のレベルまでブーストするように双方向コンバータ１６のトランジスタ２２をオンに切替えかつ双方向コンバータ１８のトランジスタ２４及びダイオード２６を切替えモードで動作させることによって電圧ブーストが達成される。電圧バス９４が電圧バス５２を超えていれば、双方向コンバータ１６のトランジスタ２２及びダイオード２８をバックキングモードで動作させると共に双方向コンバータ１８のダイオード２６を介して電流をバス５２に連続して流し、これによりエネルギー蓄積デバイス９０を充電するようにこの同じコンバータをバックキングモードで動作させることが可能である。この方式によれば、電圧バス９４が電圧バス５２より高いか低いかによらずエネルギー蓄積デバイス９０を充電することが可能である。入力ａｃ電圧波（典型的には５０または６０Ｈｚ）の半サイクルの間にバックキングモードとブーストモードを高速で交替させることが可能であることに留意されたい。ｄｃ−ｄｃコンバータ１００を一定周波数で動作させると、その出力電圧バス９４は２倍のライン周波数（典型的には１００または１２０Ｈｚ）でパルス動作することになる。バス９４の電圧が、コンバータがブーストモードでありかつａｃ電圧１３２のａｃ入力波の最大値付近で作用するような低い（入力ａｃ電圧１３２のゼロ交差のあたりの）電圧であるとき、この電圧がバス５２の電圧を超えるとコンバータはバックキングモードで作用することが可能である。制御器３４による制御が適正であれば、入力電流値を入力電圧波に比例させこれにより高い力率を得ることが可能である。双方向コンバータ１６及び１８に対するこのタイプの制御では、ｄｃ−ｄｃコンバータ１００の出力位置における平均負荷は１つの抵抗器のようになると共に、これがａｃ入力源に対しても同様に等価抵抗器として反映される。したがって、低高調波電流による高い力率が達成される。この同じタイプの挙動は以下の実施形態（以下で検討することにする図３の実施形態を除く）を用いて達成することが可能である。
【００３１】
本発明の別の実施形態は、図１に示した実施形態に関連して検討した同様の構成要素を同様の参照番号によって示している図２にその概要を示した牽引システム１３４を含む。
【００３２】
図２に示すように充電バス９４の導体９８は、ｄｃバス５２の導体４４にではなく双方向ｄｃ対ｄｃ電圧コンバータ１８のインダクタ２０に直接結合されている。さらに接触子３８を取り除いており、また接触子４０をコンバータ１４、１６とコンバータ１８の間に結合させている。
【００３３】
バックキングのみ充電モードでは制御器３４は、接触子４０〜４２を開放位置に切替えるか開放位置に保ち、双方向ｄｃ対ｄｃ電圧コンバータ１８を第１のエネルギー蓄積デバイス１２に対しかつコンバータ１４、１６に対して直接結合されないように脱結合させるような制御をさせるように構成される。さらに第２のエネルギー蓄積デバイス９０は充電電圧から脱結合されている。コンバータ１８のダイオード２６を介して、充電バス９４により供給された充電電圧がｄｃバス５２に供給されている。制御器３４は、ｄｃバス５２上のｄｃ充電電圧をこれより低い第２の充電電圧に変換するようにコンバータ１４、１６のうちの一方または両方をバックキングモードで制御するように構成される。充電電圧をバックキングするために制御器３４は、コンバータ１４、１６のうちの一方または両方をインダクタ２０及びダイオード２８と協働して第１のエネルギー蓄積デバイス１２に第２の充電電圧が供給されるようにスイッチ２２を制御する。
【００３４】
ブースト−バック充電モードでは制御器３４は、接触子４０を開放位置に切替えるか開放位置に保つような制御をさせるように構成される。制御器３４はさらに、充電バス９４により供給されたｄｃ充電電圧をこれより高い第２の充電電圧に変換するようにコンバータ１８をブーストモードで制御するように構成される。充電電圧をブーストするために制御器３４は、コンバータ１８のダイオード２６と協働して双方向ｄｃ対ｄｃ電圧コンバータ１４、１６に第２の充電電圧が供給されるようにスイッチ２４を制御する。一実施形態では制御器３４は、第２のエネルギー蓄積デバイス９０にもその充電のために第２の充電電圧が供給されるように接触子４２が閉じた状態になるように制御することがある。制御器３４は、コンバータ１８により供給されたブースト済みｄｃ充電電圧をこれより低い第３の充電電圧に変換するために双方向ｄｃ対ｄｃ電圧コンバータ１４、１６のうちの一方または両方をバックキングモードで制御するように構成される。充電電圧をバックキングするために制御器３４は、コンバータ１４、１６のうちの一方または両方のインダクタ２０及びダイオード２８と協働して第１のエネルギー蓄積デバイス１２に第３の充電電圧が供給されるようにスイッチ２２を制御する。
【００３５】
本発明の別の実施形態は、図１及び２に示した実施形態に関連して検討したのと同様の構成要素を同様の参照番号によって示している図３にその概要を示した牽引システム１３６を含む。
【００３６】
一実施形態ではインバータ１０４は、正弦波の公益電流を引き出すように並列共振モードまたは直列−並列共振モードで動作させている。この方式ではインバータ１０４の動作は、受け取った電流フィードバックを用いると共に制御用トランジスタ１０６、１０８の周波数を周辺に動かして入力電流波形を制御することによってインバータ１０４を能動的に制御することを含む。しかし上述のようにインバータ１０４に対する直列共振モードでの制御も利用可能であることが企図される。
【００３７】
図３に示すように充電バス９４の導体９８は双方向ｄｃ対ｄｃ電圧コンバータ１６のダイオード２６、２８に直接結合されており、また充電バス９４の導体９６はｄｃバス５２の導体４４にではなく双方向ｄｃ対ｄｃ電圧コンバータ１８のダイオード２６、２８に直接結合されている。この方式では図１及び２に示した整流器１０２は不要であり、また充電システム９２からのａｃ電圧出力の整流は、コンバータ１６、１８のダイオード２６、２８を介した整流となる。
【００３８】
充電回路またはシステム９２を介したブースト−バック充電モードでは制御器１１４は、充電バス９４の導体９６、９８に結合された１対の接触子１３８、１４０を閉じかつ接触子４０を開き、これによりｄｃ双方向ｄｃ対ｄｃ電圧コンバータ１６及び１８のインダクタ２０から制御不能な電流が直接エネルギー蓄積デバイス１２に流入しないように構成される。制御器１１４はさらに、インバータ１０４に対して、ｄｃバス５２に供給するためのブースト済みｄｃ電圧にするように整流させるために整流器１１８からの電圧の逆変換及びブースト並びにコンバータ１６、１８のダイオード２６、２８への該ブースト済み電圧の供給を行わせるような制御をするように構成される。このブースト済みｄｃ電圧を介して第２のエネルギー蓄積デバイス９０が再充電される。制御器３４は、ｄｃバス５２に供給されたブースト済みｄｃ充電電圧をこれより低い充電電圧に変換するように双方向ｄｃ対ｄｃ電圧コンバータ１４をバックキングモードで制御するように構成される。充電電圧をバックキングするために制御器３４は、コンバータ１４のインダクタ２０及びダイオード２８と協働して、第１のエネルギー蓄積デバイス１２に充電電圧が供給されるようにスイッチ２２を制御する。
【００３９】
回生制動モード中など非外部充電モードで動作しているときに制御器１１４は、コンバータ１６、１８を別々に動作させようとする場合に接触子１３８、１４０のうちの一方または両方を開くように構成される。接触子１３８、１４０のうちの一方または両方を開くことは、システムが非外部充電モードで動作しているときに変成器１１２内に電流が流れる可能性を防ぐのに役立つ。さらに当業者であれば、非外部充電あるいはモータ動作モードでの動作中にあるとき（例えば、運搬手段のモータ駆動または推進駆動中）にコンバータ１６及び１８を一緒に切替える場合、変成器１１２の２次巻き線には電圧が生じないため接触子１３８、１４０は不要となることを理解されよう。
【００４０】
本発明の別の実施形態は、図１〜３に示した実施形態に関連して検討したのと同様の構成要素を同様の参照番号によって示している図４にその概要を示した牽引システム１４２を含む。
【００４１】
牽引システム１４２は、第２の電気機械式デバイス１４６に結合された第２の双方向ｄｃ対ａｃ電圧インバータ１４４を含んでおり、これには複数の巻き線１４８、１５０及び１５２を含む。第２の双方向ｄｃ対ａｃ電圧インバータ１４４は、３つの位相１６６、１６８及び１７０を形成するように対にした６つの半位相モジュール１５４、１５６、１５８、１６０、１６２及び１６４を含む。各位相１６６、１６８、１７０はｄｃバス５２の導体４４及び５０に結合されている。
【００４２】
本発明の一実施形態では、電気機械式デバイス７４は車輪７６に結合させた牽引モータであり、また電気機械式デバイス１４６は内燃機関１７２に機械的に結合させたオルタネータである。制御器３４は、それぞれのライン３６を介して半位相モジュール１５４〜１６４に結合されている。制御器３４は半位相モジュール１５４〜１６４に対する適当な制御を通じて、ｄｃバス５２上のｄｃ電圧または電流をオルタネータ１４６の巻き線１４８〜１５２に供給するためのａｃ電圧または電流に変換して内燃機関１７２を始動させるトルクを生成させるような始動用（ｃｒａｎｋｉｎｇ）インバータ１４４の制御をするように構成される。別法として内燃機関１７２は、始動用インバータ１４４にｄｃバス５２上へのｄｃ電圧または電流への逆変換のためのａｃ電圧または電流を供給するためのトルクをオルタネータ１４６に加えることがある。その後にこのｄｃ電圧または電流によって第２のエネルギー蓄積デバイス９０が再充電されること、及び／または双方向ｄｃ対ｄｃ電圧コンバータ１４を介して第１のエネルギー蓄積デバイス１２の再充電に適した別のｄｃ電圧になるようにバッキングまたは変換されることがある。
【００４３】
図４に示すように、オルタネータ１４６には充電システム９２が結合されている。したがってブースト−バック充電モードでは制御器３４は、例えばオルタネータ１４６の巻き線１４８内に流入する充電電圧または電流をブーストするような位相１６６の半位相モジュール１５４、１５６の制御をするように構成される。このブースト済み充電電圧は、ｄｃバス５２に供給されており、また第２のエネルギー蓄積デバイス９０（存在する場合）を直接再充電するため及び制御器３４による双方向ｄｃ対ｄｃ電圧コンバータ１４のバックキング制御を介して第１のエネルギー蓄積デバイス１２を再充電するために使用されている。第２のエネルギー蓄積デバイス９０が存在しない場合は、インバータ１４４内部に包含されたｄｃリンクフィルタコンデンサ（図示せず）によってｄｃバス５２向けの平滑化機能が提供されると共に、制御器３４による双方向ｄｃ対ｄｃ電圧コンバータ１４のバックキング制御によって第１のエネルギー蓄積デバイス１２の再充電を充電することが可能である。したがって、ｄｃバス５２上のｄｃ電圧レベルが整流器１１８の出力のピーク電圧より高い構成について高い力率を実現することができる。制御器３４はまた、リップルを低減するために充電中に始動用インバータ１４４を２相または３相ブースト回路として交互配置式モードで動作させるように位相１６８の半位相モジュール１５８、１６０及び／または位相１７０の半位相モジュール１６２、１６４に対してさらなる制御をするように構成されている。さらに、充電中の１相、２相または３相動作によって部分負荷充電効率を最大化させることがある。
【００４４】
さらに、図４には双方向ｄｃ対ｄｃ電圧コンバータ１６、１８を図示していないが、牽引システム１４２がコンバータ１６、１８を含むことがあり得ること、並びに交互配置式モードで２相または３相バック回路を提供するようにコンバータ１６及び／または１８をコンバータ１４に加えて動作させ得ることを理解されたい。
【００４５】
図５は、図１〜４に示した実施形態に関連して検討したのと同様の構成要素を同様の参照番号によって示している本発明の別の実施形態による牽引システム１７４の概要図を示している。牽引システム１７４は図４の牽引システム１４２と同様に、第１及び第２の双方向ｄｃ対ａｃ電圧インバータ５４、１４４と電気機械式デバイス７４、１４６とを含む。しかし図５に示した双方向ｄｃ対ａｃ電圧インバータ１４４は、図４に示すようにｄｃバス５２を跨いで双方向ｄｃ対ａｃ電圧インバータ５４と並列に結合させるのではなく、第２のｄｃバス１７６を跨いで第１のエネルギー蓄積デバイス１２と並列に結合させている。したがって、外部電源１３２からの充電電圧は、制御器３４を介した適当な制御によって双方向ｄｃ対ａｃ電圧インバータ１４４を通じてブーストされる。このブースト済み充電電圧は、第１のエネルギー蓄積デバイス１２を直接再充電し、かつ双方向ｄｃ対ｄｃ電圧コンバータ１４に対するブースト制御によって第２のエネルギー蓄積デバイス９０（存在する場合）を再充電している。制御器３４はまた、リップルを低減するために充電中に始動用インバータ１４４を２相または３相ブースト回路として交互配置式モードで動作させるように位相１６８の半位相モジュール１５８、１６０及び／または位相１７０の半位相モジュール１６２、１６４に対してさらなる制御をするように構成されることがある。さらに、充電中の１相、２相または３相動作によって部分負荷充電効率を最大化させることがある。制御器３４はまた、制御式の充電電圧をエネルギー蓄積デバイス１２に対して提供すること並びにｄｃ対ａｃインバータ５４と電気マシン７４とから成る牽引駆動システムをオルタネータ１４６を駆動する内燃機関１７２からのパワーを用いて動作させるパワーを提供することのために始動用インバータ１４４をａｃ−ｄｃコンバータとして動作させるように位相１６６の半位相モジュール１５４、１５６、位相１６８の半位相モジュール１５８、１６０及び位相１７０の半位相モジュール１６２、１６４に対してさらなる制御をするように構成されることがある。
【００４６】
本発明の別の実施形態は、図１〜５に示した実施形態に関連して検討したのと同様の構成要素を同様の参照番号によって示している図６にその概要を示した牽引システム１７８を含む。
【００４７】
牽引システム１７８は図４の牽引システム１４２と同様に、電気機械式デバイスに結合させた充電バス９４の導体９８を有する。しかし図６に示した牽引システム１７８の導体９８は、オルタネータ１４６にではなく牽引モータ７４のノード８８に直接結合されている。ブースト−バック充電モードでは制御器３４は、充電電圧をブーストさせこれによりモータ７４の巻き線７８に流入する電流をブーストさせるように例えば位相６８の半位相モジュール５６、５８を制御するように構成される。このブースト済み充電電圧はｄｃバス５２に供給されると共に、第２のエネルギー蓄積デバイス９０（存在する場合）を直接再充電するため並びに第１のエネルギー蓄積デバイス１２を制御器３４による双方向ｄｃ対ｄｃ電圧コンバータ１４のバックキング制御を介して再充電するために用いられる。
【００４８】
本発明の実施形態はしたがって牽引制御システムの１つまたは複数のエネルギー蓄積デバイスを再充電するために、オンボードのコンバータ、ｄｃ−ｄｃコンバータ及び付属インダクタ、インバータ、牽引制御システムのマシンインダクタンス、あるいは前記のものの組み合わせを用いている。この方式ではそのコンバータ、インバータ、ｄｃ−ｄｃコンバータ付属インダクタ並びにマシンインダクタンスを、モータ動作とエネルギー蓄積デバイスの再充電という２重の目的で使用することがある。インバータ、ｄｃ−ｄｃコンバータ付属インダクタ並びにマシンインダクタンスを用いることによって、エネルギー蓄積デバイスに対する高力率で低高調波の充電が可能となる。さらに、分離変成器を有する充電システムにおいてｄｃ対ｄｃコンバータを用いることによって、オンボードのコンバータ、インバータ及びマシンインダクタンスをメイン部から分離させることが可能である。したがって、接地フォルト（ｆａｕｌｔ）などからの保護が改善される。さらに、コンバータ、インバータ、ｄｃ−ｄｃコンバータ付属インダクタ並びにマシンインダクタンスに供給される充電電圧を最適レベルに来るように設計することがある。
【００４９】
本発明の一実施形態によるパワー電子駆動回路は、ｄｃバスと、該ｄｃバスに結合されているｄｃ電圧を出力するように構成された第１のエネルギー蓄積デバイスと、を備える。第１のエネルギー蓄積デバイスに対して及びｄｃバスに対しては第１の双方向ｄｃ対ａｃ電圧インバータを結合させており、また該第１の双方向ｄｃ対ａｃ電圧インバータに対して第１の電気機械式デバイスを結合させている。充電バスを介してｄｃバスに結合された充電システムは、パワー電子駆動回路の外部にある電圧源に結合されたコネクタと係合するように構成されたレセプタクルと、該レセプタクルから充電バスを電気的に分離するように構成された分離変成器と、を備える。本パワー電子駆動回路はさらに、充電システムに対してパワー電子駆動回路の外部にある電圧源から受け取った電圧に基づいてｄｃバスに充電電圧を供給させるように構成された制御器を備える。
【００５０】
本発明の別の実施形態によるパワー電子駆動回路を製造する方法は、第１のｄｃエネルギー蓄積デバイスをｄｃバスに結合させるステップと、第１の双方向ｄｃ対ａｃ電圧インバータをｄｃバスに結合させるステップと、第１の双方向ｄｃ対ａｃ電圧インバータに第１の電気機械式デバイスを結合させるステップと、を含んでおり、該第１の電気機械式デバイスは力学的エネルギーを電気エネルギーに変換するように構成されかつ電気エネルギーを力学的エネルギーに変換するように構成されている。本方法はさらに、充電バスを介して充電回路をｄｃバスに結合させるステップを含んでおり、該充電システムは、外部電圧源コネクタと係合するように構成されたレセプタクルと該レセプタクルから充電バスを電気的に分離するように構成された変成器とを備えている。本方法はさらに、充電システムに対して外部電圧源から受け取った電圧に基づいてｄｃバスに充電電圧を供給させるように制御器を構成するステップを含む。
【００５１】
本発明のさらに別の実施形態によるシステムは、マシンと、該マシンに結合された電圧インバータと、を備える。このマシンは、力学的エネルギーを電気エネルギーに変換するように構成されかつ電気エネルギーを力学的エネルギーに変換するように構成されている。電圧インバータは、ａｃ電気エネルギーのｄｃ電気エネルギーへの変換及びｄｃ電気エネルギーのａｃ電気エネルギーへの変換を行うように構成されている。本システムはさらに、電圧インバータに結合されたｄｃバスと、該ｄｃバスに結合された第１のエネルギー蓄積デバイスと、充電システムと、を備える。この充電システムは、レセプタクルと、該レセプタクルに結合された全波整流器と、該全波整流器に結合されたｄｃ対ｄｃコンバータと、該ｄｃ対ｄｃコンバータに対して及びｄｃバスに対して結合された充電バスと、を備える。このレセプタクルは、パワー電子駆動回路の外部にある電圧源に結合されたプラグと係合するように構成されている。この全波整流器は、電圧源から受け取った電圧を整流するように構成されている。このｄｃ対ｄｃコンバータは、充電バスを全波整流器から電気的に分離するように構成された分離変成器を備える。本システムはさらに、ｄｃ対ｄｃコンバータに対して全波整流器から受け取った第１のｄｃ電圧を第２のｄｃ電圧に変換させかつ該第２のｄｃ電圧を充電バスに供給させるように構成された制御器を備える。
【００５２】
本発明について限られた数の実施形態のみに関連して詳細に記載してきたが、本発明が開示したこうした実施形態に限定されないことは容易に理解できよう。それどころか本発明は、ここまでに記載していないが本発明の精神及び趣旨に相応するような任意の数の変形形態、修正形態、置換形態、等価形態の機構を組み込むように修正することが可能である。さらに、本発明に関して様々な実施形態を記載しているが、本発明の態様は記載した実施形態のうちの一部のみを含むこともあり得ることを理解すべきである。したがって本発明は、上述の記述によって限定されるものと理解すべきではなく、添付の特許請求の範囲の趣旨によってのみ限定されるものである。
【符号の説明】
【００５３】
１０  牽引システム
１２  第１のエネルギー蓄積デバイス
１４  第１の双方向ｄｃ対ｄｃ電圧コンバータ
１６  第２の双方向ｄｃ対ｄｃ電圧コンバータ
１８  第３の双方向ｄｃ対ｄｃ電圧コンバータ
２０  インダクタ
２２  スイッチ
２４  スイッチ
２６  ダイオード
２８  ダイオード
３０  半位相モジュール
３２  半位相モジュール
３４  制御器
３６  ライン
３８  接触子
４０  接触子
４２  接触子
４４  導体
４６  導体
４８  導体
５０  導体
５２  ｄｃバス
５４  双方向ｄｃ対ａｃ電圧インバータ
５６  半位相モジュール
５８  半位相モジュール
６０  半位相モジュール
６２  半位相モジュール
６４  半位相モジュール
６６  半位相モジュール
６８  位相
７０  位相
７２  位相
７４  電気機械式デバイスまたはマシン
７６  駆動輪、車軸
７８  巻き線
８０  巻き線
８２  巻き線
８４  導体
８６  導体
８８  共通ノード
９０  第２のエネルギー蓄積デバイス
９２  充電回路またはシステム
９４  充電バス
９６  導体
９８  導体
１００  分離ｄｃ対ｄｃコンバータ
１０２  全波整流器
１０４  インバータ
１０６  スイッチまたはトランジスタ
１０８  スイッチまたはトランジスタ
１１０  共振コンデンサ
１１２  変成器
１１４  制御器
１１６  ライン
１１８  全波整流器
１２０  レセプタクル
１２２  接点
１２４  接点
１２６  プラグまたはコネクタ
１２８  接点
１３０  接点
１３２  外部電源
１３４  牽引システム
１３６  牽引システム
１３８  接触子
１４０  接触子
１４２  牽引システム
１４４  第２の双方向ｄｃ対ａｃ電圧インバータ
１４６  オルタネータ
１４８  巻き線
１５０  巻き線
１５２  巻き線
１５４  半位相モジュール
１５６  半位相モジュール
１５８  半位相モジュール
１６０  半位相モジュール
１６２  半位相モジュール
１６４  半位相モジュール
１６６  位相
１６８  位相
１７０  位相
１７２  内燃機関
１７４  牽引システム
１７６  第２のｄｃバス
１７８  牽引システム
【図１】
2012105524.tif 000003
【図２】
2012105524.tif 000004
【図３】
2012105524.tif 000005
【図４】
2012105524.tif 000006
【図５】
2012105524.tif 000007
【図６】
2012105524.tif 000008
【外国語明細書】
2012105524000001.pdf