(57)【要約】  電動機動作状態または発電機動作状態で動作可能な第１の電気的機械（ＥＭ１）と、回転数変更装置を有する遊星歯車機構（１００）とを備えるパワートレインであって、回転数変更装置が、特に内歯車（１１０）および／または遊星歯車（１１４）および／または太陽歯車（１１２）として構成され、遊星歯車機構（１００）が駆動側と従動側を備えるパワートレインにおいて、第１の電気的機械（ＥＭ１）が、電動機動作状態または発電機動作状態で、制御下で回転数変更装置に係合し、それにより遊星歯車機構（１００）で減速比を生み出すことを特徴とするパワートレイン。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電動機動作状態または発電機動作状態で動作可能な第１の電気的機械（ＥＭ１）と、回転数変更装置を有する遊星歯車機構（１００）とを備えるパワートレインであって、前記回転数変更装置が、特に内歯車（１１０）および／または遊星歯車（１１４）および／または太陽歯車（１１２）として構成され、前記遊星歯車機構（１００）が駆動側と従動側を備えるパワートレインにおいて、前記第１の電気的機械（ＥＭ１）が、電動機動作状態または発電機動作状態で、制御下で回転数変更装置に係合し、それにより前記遊星歯車機構（１００）で減速比を生み出すことを特徴とするパワートレイン。
【請求項２】
前記第１の電気的機械が、電動機または発電機動作で、制御下で前記太陽歯車に係合する請求項１に記載のパワートレイン。
【請求項３】
前記第１の電気的機械が、エネルギー貯蔵機構と接続される請求項１または２に記載のパワートレイン。
【請求項４】
駆動側で、機械エネルギー装置が前記遊星歯車機構にフランジ接続される請求項１から３のいずれか一項に記載のパワートレイン。
【請求項５】
前記機械エネルギー装置が燃焼機として構成される請求項１から４のいずれか一項に記載のパワートレイン。
【請求項６】
前記機械エネルギー装置が、ガスタービンのロータ、水力タービンのロータ、および／または風力エネルギー設備のロータとして構成される請求項１から４のいずれか一項に記載のパワートレイン。
【請求項７】
前記機械エネルギー装置が前記遊星歯車機構に動力を伝達する場合に、前記第１の電気的機械が発電機動作状態になり、前記第１の電気的機械が電気エネルギーを提供する請求項１から６のいずれか一項に記載のパワートレイン。
【請求項８】
前記第１の電気的機械によって提供された電気エネルギーがエネルギー貯蔵機構に供給される請求項１から７のいずれか一項に記載のパワートレイン。
【請求項９】
エネルギー管理制御機構を備え、前記エネルギー管理制御機構が、エネルギー貯蔵機構と第１の電気的機械の間のエネルギーの流れを制御する請求項１から８のいずれか一項に記載のパワートレイン。
【請求項１０】
前記エネルギー管理制御機構が調整器を含み、前記調整器が、前記機械エネルギー装置のセンサデータを評価し、算出された調整パラメータによって前記第１の電気的機械を制御する請求項１から９のいずれか一項に記載のパワートレイン。
【請求項１１】
前記電気的機械が、第１の電気的な定格出力を備え、前記機械エネルギー装置が、機械的な定格出力を備え、前記第１の電気的な定格出力が前記機械的な定格出力の０パーセント〜５０パーセントである請求項１から１０のいずれか一項に記載のパワートレイン。
【請求項１２】
前記第１の電気的な定格出力が、前記機械的な定格出力の１０パーセント〜３５パーセントである請求項１から１１のいずれか一項に記載のパワートレイン。
【請求項１３】
前記第１の電気的な定格出力が、前記機械的な定格出力の１５パーセント〜２５パーセント、特に約２０パーセントである請求項１から１２のいずれか一項に記載のパワートレイン。
【請求項１４】
第２の電気的機械（ＥＭ２）を備え、前記第２の電気的機械（ＥＭ２）が、電動機動作状態または発電機動作状態で動作可能である請求項１から１３のいずれか一項に記載のパワートレイン。
【請求項１５】
前記第２の電気的機械が、前記機械的な定格出力の１パーセント〜１５０パーセントの電気的な定格出力をもつ請求項１４に記載のパワートレイン。
【請求項１６】
前記第２の電気的機械が、前記機械的な定格出力の１０パーセント〜３５パーセントの電気的な定格出力をもつ請求項１４または１５に記載のパワートレイン。
【請求項１７】
前記第２の電気的機械が、１５〜２５パーセントの電気的な定格出力をもつ請求項１４から１６のいずれか一項に記載のパワートレイン。
【請求項１８】
前記第２の電気的機械が、約２０パーセントの電気的な定格出力をもつ請求項１４から１７のいずれか一項に記載のパワートレイン。
【請求項１９】
前記第２の電気的機械が、前記エネルギー貯蔵機構と接続される請求項１４から１８のいずれか一項に記載のパワートレイン。
【請求項２０】
前記エネルギー管理制御機構が、前記エネルギー貯蔵機構と前記第２の電気的機械の間の電気の流れを制御する請求項１４から１９のいずれか一項に記載のパワートレイン。
【請求項２１】
前記第２の電気的機械が、前記第１の電気的機械と導電接続される請求項１４から２０のいずれか一項に記載のパワートレイン。
【請求項２２】
前記エネルギー管理制御機構が、第１の電気的機械と第２の電気的機械の間の電気の流れを制御する請求項１４から２１のいずれか一項に記載のパワートレイン。
【請求項２３】
前記第２の電気的機械が従動側に配置される請求項１４から２２のいずれか一項に記載のパワートレイン。
【請求項２４】
従動側に第１のブレーキ（Ｂ１）を備える請求項１から２３のいずれか一項に記載のパワートレイン。
【請求項２５】
駆動側に第２のブレーキ（Ｂ２）を備える請求項１から２４のいずれか一項に記載のパワートレイン。
【請求項２６】
駆動側と従動側の間にクラッチ（Ｋ）を備え、前記クラッチ（Ｋ）が、クラッチが入った状態で、前記機械エネルギー装置から従動側に動力を直接伝達する請求項１から２５のいずれか一項に記載のパワートレイン。
【請求項２７】
前記機械エネルギー装置が、クラッチが切れた状態で、前記遊星歯車機構の内歯車を介して動力を伝達する請求項１から２６のいずれか一項に記載のパワートレイン。
【請求項２８】
前記第１の電気的機械および／または前記第２の電気的機械に電気エネルギーを供給する補助電源を備える請求項１から２７のいずれか一項に記載のパワートレイン。
【請求項２９】
前記エネルギー管理制御機構が調整器を含み、前記調整器が、前記機械エネルギー装置のセンサデータを評価し、算出された調整パラメータによって、前記第２の電気的機械、前記クラッチ、および／または前記ブレーキを制御する請求項１から２８のいずれか一項に記載のパワートレイン。
【請求項３０】
請求項１から２９のいずれか一項に記載のパワートレインを備える軌道車両、特に電車または路面電車。
【請求項３１】
請求項１から２９のいずれか一項に記載のパワートレインを備える自動車、特にトラック、乗用車、バス、戦車、または建設車両。
【請求項３２】
請求項１から２９のいずれか一項に記載のパワートレインを備える水上車両、特に船舶、ヨット、ボート、または水上オートバイ。
【請求項３３】
請求項１から２９のいずれか一項に記載のパワートレインを備える航空車両、特にプロペラ飛行機。
【請求項３４】
請求項１から２９のいずれか一項に記載のパワートレインを備える風力エネルギー設備。
【請求項３５】
従動側で、前記エネルギー管理制御機構によってほぼ一定の回転数が発生し、前記エネルギー管理制御機構が、特に前記第１の電気的機械を制御する請求項３４に記載の風力エネルギー設備。
【請求項３６】
請求項３４または３５に記載の風力エネルギー設備を少なくとも１つ備える風力エネルギー設備パーク。
【請求項３７】
請求項１から２９のいずれか一項に記載のパワートレインを備えるガスタービン。
【請求項３８】
従動側で、前記エネルギー管理制御機構によってほぼ一定の回転数が発生し、前記エネルギー管理制御機構が、特に前記第１の電気的機械を制御する請求項３７に記載のガスタービン。
【請求項３９】
請求項３７または３８に記載のガスタービンを少なくとも１つ備えるガスタービン構成。
【請求項４０】
請求項１から２９のいずれか一項に記載のパワートレインを備える水力タービン。
【請求項４１】
従動側で、前記エネルギー管理制御機構によってほぼ一定の回転数が発生し、前記エネルギー管理制御機構が、特に前記第１の電気的機械を制御する請求項４０に記載の水力タービン。
【請求項４２】
請求項４０または４１に記載の水力タービンを少なくとも１つ備える水力タービン構成。
【請求項４３】
車両を発進させるための方法であって、前記車両が、請求項３０から３３のいずれか一項に従って構成され、発進がほぼ純粋に電気的に行われる方法。
【請求項４４】
前記第２の電気的機械が、電動機動作状態で稼働する請求項４３に記載の方法。
【請求項４５】
前記第１の電気的機械が、実質的に空転状態である、または電動機動作状態で稼働する請求項４３または４４に記載の方法。
【請求項４６】
車両をほぼ連続的に走行させるための方法であって、前記車両が、請求項３０から３３のいずれか一項に従って構成され、従動側で必要な動力が、実質的に前記機械エネルギー装置によって提供される方法。
【請求項４７】
前記従動側で必要な動力の第１の部分が、前記遊星歯車機構を介して機械的に提供され、前記従動側に必要な動力の第２の部分が、発電機動作状態で稼働する前記第１の電気的機械によって、かつ前記第１の電気的機械から動力供給された第２の電気的機械によって提供される請求項４６に記載の方法。
【請求項４８】
請求項１から２９のいずれか一項に記載のパワートレインのエネルギー貯蔵機構を充電するための方法であって、駆動側で発生される動力の一部が、前記第１または第２の電気的機械を介して前記エネルギー貯蔵機構に付与される方法。
【請求項４９】
車両を加速するための方法であって、前記車両が、請求項３０から３３のいずれか一項に従って構成され、前記第２の電気的機械が、前記第１の電気的機械の他に、さらにエネルギー貯蔵機構から動力供給される方法。
【請求項５０】
車両を減速するための方法であって、前記車両が、請求項３０から３３のいずれか一項に従って構成され、減速時に、前記第２の電気的機械および／または前記第１の電気的機械を介して前記エネルギー貯蔵機構にエネルギーが付与される方法。
【請求項５１】
水上車両を動作させるための方法であって、動作が、走行、部分滑走、および滑走に分けられ、走行中、燃焼機に加えて、電動機動作状態での電気的機械が、前記水上車両を加速させるのに寄与する方法。
【請求項５２】
前記水上車両が、請求項３２に記載の水上車両として構成される請求項５１に記載の方法。
【請求項５３】
前記電気的機械が、第２の電気的機械として構成される請求項５１または５２に記載の方法。
【請求項５４】
前記第２の電気的機械が、少なくとも動力係数の最大値まで、前記水上車両を加速するのに寄与する請求項５１から５３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５５】
車両を制御するための方法であって、予想され得る走行プロファイルが記憶され、前記車両が内燃機関と電気的機械とを備える方法において、前記電気的機械の機能が、前記予想され得る走行プロファイルに基づいて構成されることを特徴とする方法。
【請求項５６】
前記車両が、請求項３０から３３のいずれか一項に記載の車両として構成され、前記電気的機械が、前記第２の電気的機械として構成される請求項５５に記載の方法。
【請求項５７】
水上車両の入港および出港のための方法であって、前記水上車両が、内燃機関と、エネルギー貯蔵機構を有する電気的機械とを備える方法において、前記入港および出港が、実質的に前記電気的機械によって行われることを特徴とする方法。
【請求項５８】
前記水上車両が、請求項３２に記載の水上車両として構成される請求項５７に記載の方法。
【請求項５９】
パワートレインを形成するための装置であって、燃焼機（ＶＭ）と、従動軸（１３０）と、第１の電気的機械（ＥＭ１）と、第２の電気的機械（ＥＭ２）と、前記燃焼機に結合された歯車機構（１００）とを備え、前記歯車機構（１００）が、内歯車（１１０）と、太陽歯車（１１２）と、遊星キャリア（１１６）とを備える装置において、前記第１の電気的機械（ＥＭ１）が、前記太陽歯車（１１２）と制御下で結合され、前記第２の電気的機械（ＥＭ２）が、従動軸（１３０）と結合され、前記燃焼機（ＶＭ）が、前記内歯車（１１０）を介して前記従動軸にトルクを与えることを特徴とする方法。
【請求項６０】
請求項１から２９のいずれか一項、特に請求項４から２９のいずれか一項に記載のパワートレインを備える電気パワートレインであって、前記機械エネルギー装置が、電気エネルギー装置によって置き換えられた電気パワートレイン。
【請求項６１】
電動機（ＥＭ３）が、前記電気エネルギー装置を形成する電気パワートレイン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電動機動作状態または発電機動作状態で動作可能な第１の電気的機械と、回転数変更装置を有する遊星歯車機構とを備えるパワートレインであって、回転数変更装置が、特に内歯車および／または遊星歯車および／または太陽歯車として構成され、遊星歯車機構が駆動側と従動側を備えるパワートレインに関する。
【背景技術】
【０００２】
電気的機械と歯車機構との結合は、従来より知られている。そのようなパワートレインは、近年、自動車分野で非常に一般的なものになっている。そのような駆動機構の利点は、特に、通常は熱として排出されるブレーキエネルギーがエネルギー貯蔵機構に貯蔵され、必要に応じて駆動のために用意されることである。
【０００３】
また、従来技術から、電気的機械によって回転数変換が行われる歯車機構も知られている。そのような歯車機構の最も単純な実施形態は、機械エネルギーが電気エネルギーに変換され、その電気エネルギーが電動機を駆動するものである。その際、すべての機械エネルギーが、電気エネルギーおよび損失エネルギーに変換される。これにより、効率が好ましくなくなる。
【０００４】
従来技術のさらなる実施形態では、機械的な歯車機構において電磁遊星歯車機構が使用され、これらは、遊星歯車を変更することにより、特定の減速比に設定できるように切り替えることができる。そのような形態は、機械的にも電気的にも実現が非常に難しい。
【０００５】
いくつかのハイブリッド概念では、電気的機械は、燃焼機と同程度の大きさで構成される。このため、従来の駆動機構または電気的駆動機構がやはり動かさなければならない重量がさらに加わる。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】Ｊｕａｎ  Ｂａａｄｅｒ著「Ｍｏｔｏｒｋｒｅｕｚｅｒ  ｕｎｄ  ｓｃｈｎｅｌｌｅ  Ｓｐｏｒｔｂｏｏｔｅ」（１９７０年版）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の課題は、従来技術を改良することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この課題は、電動機動作状態または発電機動作状態で動作可能な第１の電気的機械と、回転数変更装置を有する遊星歯車機構とを備えるパワートレインであって、回転数変更装置が、特に内歯車および／または遊星歯車および／または太陽歯車として構成され、遊星歯車機構が駆動側と従動側を備えるパワートレインにおいて、第１の電気的機械が、電動機動作状態または発電機動作状態で、制御下で回転数変更装置に係合し、それにより遊星歯車機構で所期の減速比を生み出すパワートレインによって解決される。
【０００９】
ここで説明する種類のパワートレインは、特に、電動機または発電機として使用することができる。電動機として使用するとき、パワートレインは、特に前進走行をもたらすように機能する。発電機として使用するとき、パワートレインは、特に電気エネルギーを発生するように機能する。
【００１０】
ここで使用する第１の電気的機械は、電動機または発電機動作で使用することができる。動作様式は、特に第１の電気的機械の切替えによって設定される。すなわち、第１の電気的機械の電動機動作領域では、駆動型または従動型の回転数変更装置に（２方向で）回転数を与えることができ、それにより減速比をほぼ連続的に調節することができる。同様に、これは第１の電気的機械の発電機動作領域にも当てはまる。この形態では、回転数装置への係合が、遊星歯車、内歯車、または太陽歯車の配置を変えずに行われる。
【００１１】
発電機動作では、遊星歯車機構を介して第１の電気的機械に回転数が与えられ、特に電気エネルギーが発生される。
【００１２】
さらに、第１の電気的機械は、ほぼ「一緒に動く」ように駆動させることができる。この動作モードでは、回転数変更装置には回転数が与えられず、また回転数変更装置が電気的機械に回転数を与えることもない。この動作状態は、特に、パワートレインの機械的な拘束および／または切離しにより実現することができる。
【００１３】
第１の電気的機械の発電機動作では、回転数変更装置が電気的機械に回転数を与えることができ、これにより電流が発生する。
【００１４】
回転数変更装置への制御係合は、実質的には、第１の電気的機械が、電動機動作状態または発電機動作状態で回転数変更装置に回転を与えること、または回転を与えることができることによって行われ、このモードでは、第１の電気的機械が特に制御下で抵抗を生じる。それにより、第１の電気的機械によって遊星歯車機構の減速比に影響を及ぼすことができる。
【００１５】
その際、第１の電気的機械を用いて遊星歯車機構をほぼ連続的に切替え可能であると特に有利である。
【００１６】
トルク浪費をできるだけ少なくして遊星歯車機構に減速比を与えるために、第１の電気的機械は、電動機または発電機動作において制御下で太陽歯車に係合することができる。したがって、さらに、第１の電気的機械を遊星歯車機構の中央にフランジ接続することができる。それにより、パワートレインのコンパクトな構造形態を実現することができる。
【００１７】
パワートレインのさらなる形態では、第１の電気的機械をエネルギー貯蔵機構と接続することができる。それにより、有利には、エネルギー貯蔵機構からのエネルギーを第１の電気的機械のために用意することができ、発電機動作では、第１の電気的機械によってエネルギー貯蔵機構にエネルギーを付与することができる。エネルギー貯蔵機構として、特に、蓄電池、コンデンサ、および／または燃料電池、および／または電力供給網を使用することができる。
【００１８】
パワートレインを介して機械的な動力を伝達するために、駆動側で、機械エネルギー装置を遊星歯車機構にフランジ接続することができる。その際、フランジ接続は、パワートレインに機械エネルギーを付与することができるように構成される。
【００１９】
本発明の発展形態では、機械エネルギー装置を燃焼機として構成することができる。それにより、有利には、ハイブリッド駆動機構（機械的な機械と電気的な機械からなる組合せ）を実現することができる。さらに、そのような燃焼機は、あらゆる自動車での使用に適している。
【００２０】
特に機械エネルギーを電気エネルギーに変換するために、機械エネルギー装置を、ガスタービンのロータ、水力タービンのロータ、または風力エネルギー設備のロータとして構成することができる。
【００２１】
本発明の発展形態では、機械エネルギー装置が遊星歯車機構に動力を伝達する場合に、第１の電気的機械が発電機動作状態になることができ、第１の電気的機械が電気エネルギーを発生する。したがって、有利には、機械エネルギーを電気エネルギーに変換することができる。
【００２２】
様々な時点で電気エネルギーを用意しておくために、第１の電気的機械によって発生される電気エネルギーをエネルギー貯蔵機構に供給することができる。
【００２３】
本発明のさらなる発展形態では、パワートレインがエネルギー管理制御機構を備えることができ、エネルギー管理制御機構が、エネルギー貯蔵機構と第１の電気的機械の間でのエネルギーの流れを制御する。それにより、このパワートレインによって、必要に応じて様々な課題を実現することができる。すなわち、一つには、エネルギー貯蔵機構が空であるときに、エネルギー貯蔵機構を第１の電気的機械によって満たすことができ、またはエネルギー貯蔵機構からのエネルギーによって第１の電気的機械を介して遊星歯車機構を制御することができる。また、動作状態を制御する、したがって確立するために、エネルギー管理制御機構を使用することもできる。
【００２４】
これに関連する本発明の発展形態では、エネルギー管理制御機構が調整器を含むことができ、調整器は、機械エネルギー装置のセンサデータを評価し、算出された調整パラメータによって第１の電気的機械を制御する。センサデータとして、ここでは特に、燃焼機の回転数、出力、および／または排ガス値が考慮される。したがって、例えば、ＣＯ２センサまたはＣＯセンサによって、燃焼機の瞬時的な出力を決定することができ、第１の電気的機械によって減速比を制御することによって、最適な範囲内で燃焼機が稼働するように歯車機構を制御することができる。また、第１の電気的機械を制御するためのセンサデータとして、例えば電源周波数など従動側のセンサデータを使用することもできる。
【００２５】
コンパクトなパワートレインを実現するために、電気的機械は、第１の電気的な定格出力を有することができ、機械エネルギー装置は、機械的な定格出力を有することができ、一実施形態では、第１の電気的な定格出力が、機械的な定格出力の０パーセント〜５０パーセントである。
【００２６】
本発明のさらなる発展形態では、第１の電気的な定格出力が、機械的な定格出力の１０パーセント〜３５パーセントでよい。
【００２７】
さらなる発展形態では、第１の電気的な定格出力が、機械的な定格出力の１５パーセント〜２５パーセント、特に好ましくは約２０パーセントでよい。そのような割合により、特に遊星歯車機構の最適な制御を実現することができる。
【００２８】
より効果的なハイブリッド駆動機構を実現するために、パワートレインは、第２の電気的機械を備えることができ、第２の電気的機械は、電動機動作状態または発電機動作状態で動作可能であり、従動側に配置される。この実施形態では、第１の電気的機械によって遊星歯車機構を無段で調整することができ、第２の電気的機械が駆動およびエネルギー発生に寄与することができるハイブリッド駆動機構が実現される。
【００２９】
パワートレインに関する最適な構造形態を実現するために、第２の電気的機械は、第２の電気的な定格出力を有することができ、これは、０パーセント〜１５０パーセントの第２の電気的な定格出力を備える。さらに、第２の電気的な定格出力は、１０パーセント〜３５パーセント、または１５パーセント〜２５パーセント、特に好ましくは約２０パーセントでよい。したがって、第１の電気的機械と組み合わせて、特にそのような出力／重量と大きさとの比を調節することができる最適なパワートレインを実現することができる。
【００３０】
エネルギー貯蔵機構にエネルギーを付与するために、またはエネルギー貯蔵機構からエネルギーを引き出すために、第２の電気的機械を、エネルギー貯蔵機構と、また好ましくはエネルギー管理制御機構と接続することができる。
【００３１】
本発明のさらなる形態では、前記エネルギー管理制御機構が、前記エネルギー貯蔵機構と前記第２の電気的機械の間の電気の流れを制御することができる。したがって、動作状態に応じた第２の電気的機械の挙動を制御下で実現することができる。それにより、特にハイブリッド挙動を制御することができる。
【００３２】
そのような動作に依存する状態として、特に、あるボートが別のボート（例えば小型帆船）を牽引している場合を挙げることができる。その際、センサ値（例えば回転数）の挙動を最初の加速時に記録することができる。その後の加速時には、それに対応して歯車機構に係合することができる。状態が再び変化する（牽引されていたボートが切り離される）場合、回転数の変化が再び最初の加速で記録され、その後の加速時には制御下で歯車機構に係合する。
【００３３】
第１の電気的機械が第２の電気的機械にエネルギーを供給できるように、第２の電気的機械を第１の電気的機械と導電接続して構成することができる。
【００３４】
これに関連する発展形態では、エネルギー管理制御機構は、第１の電気的機械と第２の電気的機械の間での電気の流れを制御することができる。第２の電気的機械がパワートレインに小さなエネルギー損失でエネルギーを付与することができるように、第２の電気的機械を従動側に配置させることができる。
【００３５】
特に、内燃機関の始動を可能にするために、パワートレインは従動側に第１のブレーキを備えることができる。この発展形態では、特に、第１の電気的機械が、遊星歯車機構を介して燃焼機の始動をサポートすることができる。これは、特に、第１の電気的機械が内燃機関に回転数を与え、それにより内燃機関が、より簡単に始動できるようにすることによって行うことができる。
【００３６】
純粋に電気的な駆動機構を実現するために、パワートレインは駆動側に第２のブレーキを備えることができる。それにより、駆動側を従動側から切り離すことができる。
【００３７】
また、第１または第２の電気的機械の故障時に駆動側から従動側に動力を伝達するために、パワートレインは、駆動側と従動側の間にクラッチを備えることができ、このクラッチは、クラッチが入った状態で、機械エネルギー装置から従動側に動力を直接伝達する。したがって、有利には、冗長なシステムを構成することができる。
【００３８】
本発明のさらなる発展形態では、機械エネルギー装置は、クラッチが切れた状態で、遊星歯車機構の内歯車を介して動力を伝達することができる。それにより、有利には、高いトルクを遊星歯車機構を介して伝達することができる。
【００３９】
エネルギー貯蔵機構に関する冗長システムを提供するために、パワートレインは、第１および／または第２の電気的機械に電気エネルギーを供給する補助電源を備えることができる。これは、特に船舶においては、船舶に電気エネルギーを供給するための既存の補助電源でよい。
【００４０】
本発明のさらなる形態では、エネルギー管理制御機構が調整器を含むことができ、調整器は、機械エネルギー装置のセンサデータを評価し、算出された調整パラメータによって、第２の電気的機械、クラッチ、および／またはブレーキを制御する。これにより、有利には、アクチュエータへの最適な係合を実現することができる。
【００４１】
さらに、この課題は、上述したようなパワートレインを備える軌道車両、特に電車または路面電車によって解決される。それにより、有利には、パワートレインを軌道車両で使用することができる。
【００４２】
本発明のさらなる態様では、この課題は、上述したようなパワートレインを備える自動車、特にトラック、乗用車、バス、戦車、または建設車両によって解決される。それにより、有利には、このパワートレインを自動車で使用することができる。
【００４３】
本発明のさらなる態様では、この課題は、上述したようなパワートレインを備える水上車両、特に船舶、ヨット、ボート、または水上オートバイによって解決することができる。それにより、有利には、環境に優しい水上車両を提供することができる。このパワートレインの（上述した実施形態にも関連する）環境への優しさは、特に、燃焼機の有害物質排気によって遊星歯車機構が制御され、それにより燃焼機を環境に最適な形で動作させることができることによって得ることができる。
【００４４】
本発明のさらなる態様では、この課題は、上述したようなパワートレインを備える航空車両、特にプロペラ飛行機によって解決することができる。それにより、有利には、環境に優しい航空車両を提供することができる。
【００４５】
本発明のさらなる態様では、この課題は、上述したパワートレインを備える風力エネルギー設備によって解決することができる。それにより、有利には、無段で調整される風力エネルギー設備を提供することができる。
【００４６】
電源周波数を有する電流を電力供給網に印加する（電源同期使用）ために、風力エネルギー設備は、駆動側または従動側で、第１の電気的機械によってほぼ一定の回転数を発生することができる。
【００４７】
本発明のさらなる態様では、この課題は、上述したような風力エネルギー設備を少なくとも１つ含む風力エネルギー設備パークによって解決することができる。そのような風力エネルギー設備パークは、しばしばウィンドパークとも呼ばれ、実質的には、１つの場所で複数基の風力エネルギー設備が同時に駆動され、風力エネルギー設備パークの少なくとも１つの風力エネルギー設備が風力エネルギー設備パーク効果を受けることを特徴とする。そのような効果は、特に、風力エネルギー設備が風向きの方向で前後に並んで立つ場合の風力エネルギーの減少である。
【００４８】
本発明のさらなる態様では、この課題は、上述したようなパワートレインを備えるガスタービンによって解決することができる。
【００４９】
本発明のさらなる態様では、この課題は、上述したようなガスタービンを少なくとも１つ備えるガスタービン構成によって解決される。
【００５０】
本発明のさらなる態様では、この課題は、上述したようなパワートレインを備える水力タービンによって解決することができる。
【００５１】
これに関連する本発明のさらなる態様では、この課題は、上述したような水力タービンを少なくとも１つ備える水力タービン構成によって解決することができる。
【００５２】
本発明のさらなる態様では、この課題は、上述した車両、特に軌道車両、自動車、水上車両、または航空車両の１つを発進するための方法であって、発進が実質的に電気的に行われる方法によって解決することができる。それにより、有利には、特に発進中に燃焼機が駆動される必要がないので、静かで有害物質の少ない発進を実現することができる。
【００５３】
最適な動力伝達を保証するために、この方法において、２つの電気的機械が電動機動作状態で稼働することができる。
【００５４】
この方法のさらなる発展形態では、その際、第１の電気的機械が実質的に空転状態でよい。それにより、有利には、第１の電気的機械を省資源で動作させることができる。
【００５５】
本発明のさらなる態様では、この課題は、上述した車両、特に軌道車両、水上車両、自動車、または航空車両をほぼ連続的に走行させるための方法であって、従動側で必要な動力が、実質的に機械エネルギー装置によって提供される方法によって解決することができる。それにより機械エネルギー装置を最適な状態で長期間動作させることができるので、これは有利となり得る。
【００５６】
これに関連するこの方法の発展形態では、従動側で必要な動力の第１の部分を、遊星歯車機構を介して機械的に提供することができ、従動側に必要な動力の第２の部分を、発電機動作状態で稼働する第１の電気的機械によって、かつ（前記第１の電気的機械から動力供給された）第２の電気的機械によって提供することができる。
【００５７】
第１の電気的機械が第２の電気的機械に動力供給する割合によって、さらに燃焼機を最適な範囲で動作させることができ、このとき第１の電気的機械が第２の電気的機械のための電流を発生する。これは、非常に環境に優しいことが分かっている。それに対応する制御は、エネルギー管理制御機構によって実現することができる。
【００５８】
本発明のさらなる態様では、この課題は、上述したようなパワートレインのエネルギー貯蔵機構を充電するための方法であって、駆動側で発生された動力の一部が、第１および／または第２の電気的機械を介してエネルギー貯蔵機構に付与される方法によって解決することができる。したがって、有利には、従動側で要求される充電状態に応じてエネルギー貯蔵機構を充電することができる。したがって、下り坂または停止状態では、内燃機関によって提供されるエネルギーは、電気エネルギーに完全に変換することができ、これがエネルギー貯蔵機構に供給される。
【００５９】
本発明のさらなる態様では、この課題は、上述したような車両、特に軌道車両、自動車、水上車両、または航空車両の１つを加速するための方法であって、第２の電気的機械が、エネルギー貯蔵機構から動力供給され、かつ特にＥＭ１によって動力供給される方法によって解決することができる。それにより、有利には、燃焼機によって提供されるよりも多くの動力を短時間でシステムに付与することができる。
【００６０】
本発明のさらなる態様では、この課題は、上述したような車両、特に軌道車両、自動車、水上車両、または航空車両の１つを減速するための方法であって、減速時に、第２および／または第１の電気的機械によってエネルギー貯蔵機構にエネルギーが付与される方法によって解決することができる。それにより、有利には、ブレーキエネルギーの回収によってエネルギー貯蔵機構を充電することができる。これにより、ブレーキエネルギーは、電気エネルギーに一部変換され、これがエネルギー貯蔵機構に付与される。
【００６１】
本発明のさらなる態様では、この課題は、水上車両を動作させるための方法であって、動作が、走行、部分滑走（ｔｅｉｌｗｅｉｓｅｓ  Ｇｌｅｉｔｅｎ）、および滑走（Ｇｌｅｉｔｅｎ）に分けられ、走行中、燃焼機に加えて、電動機動作状態での電気的機械が、水上車両を加速させるのに寄与する方法によって解決される。滑走、部分滑走、および走行の定義は、非特許文献１（特に図９および図４５）を見れば分かる。これに関連する内容は本文献の一部である。
【００６２】
したがって、ハイブリッド駆動機構において、エネルギー的に不利な走行をできるだけ早く回避するために追加のエネルギーを加えることができる。
【００６３】
これに関連する本発明の発展形態では、水上車両が、上述したような水上車両である。その際、特に第１および／または第２の電気的機械が加速に寄与することができる。
【００６４】
この方法の発展形態では、動力係数Ｃｐ（非特許文献１の図４５参照）の最大値まで、第２の電気的機械が水上車両の加速に寄与することができる。特に、動力係数Ｃｐが最大値になった（より高い速度段Ｒになった）直後に、水上車両の部分滑走が実現される。それにより、水上車両の前進走行のために提供しなければならない実際の動力を減少させることができる。この方法では、特に、電気的機械が、上述した第２の電気的機械として構成される。
【００６５】
本発明のさらなる態様では、この課題は、車両を制御するための方法であって、予想され得る走行プロファイルが記憶され、車両が内燃機関と電気的機械とを含む方法において、電気的機械の機能（走行プロファイルの機能推移）が、予想され得る走行プロファイルに基づいて構成される方法によって解決される。車両の現在の位置は、特に、衛星測位または既知のドライブサイクルから分かる。
【００６６】
したがって、パワートレインは、予想され得る出力要件に対して、事前に備えた状態で反応することができる。記憶される走行プロファイルとして、特に、例えば上りや下りといったパラメータ、またはほぼ平坦な走行距離が記憶される。
【００６７】
これに関連するこの方法の一形態では、車両は、上述したような車両として構成することができ、電気的機械は、第２の電気的機械として構成することができる。それにより、有利には、ここで説明するハイブリッド駆動機構を使用することができる。
【００６８】
本発明のさらなる態様では、この課題は、水上車両の入港および出港のための方法であって、水上車両が、内燃機関と、エネルギー貯蔵機構を有する電気的機械とを備える方法において、入港および出港が、実質的に電気的機械によって行われることを特徴とする方法によって解決される。それにより、有利には、港での騒音公害を減少させることができる。さらに、港の水に流れ出る有害物質を減少させることができる。
【００６９】
これに関連するこの方法の実施形態では、水上車両を、上述したような水上車両として構成することができる。
【００７０】
本発明のさらなる態様では、この課題は、パワートレインを形成するための装置であって、燃焼機と、従動軸と、第１の電気的機械と、第２の電気的機械と、燃焼機に結合された歯車機構とを備え、歯車機構が、内歯車と、太陽歯車と、遊星キャリアとを備える装置において、第１の電気的機械が、太陽歯車と制御下で結合され、第２の電気的機械が、従動軸と結合され、燃焼機が、内歯車を介して従動軸にトルクを与える方法によって解決することができる。この具体的な形態により、第１の電気的機械によって歯車機構減速比を有利に制御することができる。
【００７１】
本発明のさらなる態様では、この課題は、上述したようなパワートレインを備える電気パワートレインであって、機械エネルギー装置が、電気エネルギー装置によって置き換えられた電気パワートレインによって解決される。それにより、有利には、電気パワートレイン用に、電気的に制御可能な歯車機構を提供することができる。
【００７２】
これに関連する本発明の形態では、電動機（ＥＭ３）が、電気エネルギー装置を形成することができる。
【００７３】
さらに、本発明を例示的実施形態に基づいて説明する。
【図面の簡単な説明】
【００７４】
【図１】内燃機関およびエネルギー貯蔵機構を備えるパワートレインの概略図である。
【図２】主駆動機構が電気的機械を形成する、パワートレインの概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００７５】
図１における遊星歯車機構１００は、内歯車１１０と、遊星キャリア１１４と、太陽歯車１１２とを有する。内歯車１１０には、駆動側で燃焼機ＶＭがフランジ接続される。駆動側は「ａｎ」で示される。太陽歯車１１２には、第１の電気的機械ＥＭ１がフランジ接続される。
【００７６】
太陽歯車１１２は、中空軸として構成される。この中空軸を通して、軸１３０が従動側に導かれる。従動側は「ａｂ」で示される。軸１３０に、ブレーキＢ１が配置される。このブレーキは、軸１３０を固定することができる。
【００７７】
駆動側には、ブレーキＢ２が配置され、このブレーキＢ２は、燃焼機に対して内歯車１１０を拘束することができる。
【００７８】
軸１３０に、第２の電気的機械ＥＭ２がフランジ接続される。それにより、第２の電気的機械ＥＭ２が軸１３０にトルクを与えることができる。同様に、軸１３０が電気的機械ＥＭ２にトルクを与えることができ、発電機動作状態での第２の電気的機械ＥＭ２が、このトルクを電気エネルギーに変換する。
【００７９】
遊星キャリア１１６を介して、軸１３０は、遊星歯車機構１００と接続される。ここで、燃焼機ＶＭが内歯車１１０を回転させる場合、この回転が、遊星歯車１１４および遊星キャリア１１６を介して軸１３０に伝達される。
【００８０】
第１の電気的機械ＥＭ１が太陽歯車１１２に回転を与えることにより、遊星歯車機構１００での減速比に影響が及ぼされる。第１の電動機ＥＭ１は、エネルギー管理制御機構（「制御機構」）を介して、エネルギー貯蔵機構にも、第２の電気的機械ＥＭ２にも接続される。ここで、エネルギー管理制御機構は、ＥＭ１からエネルギー貯蔵機構への、かつその逆の電気の流れを制御し、また、ＥＭ２からエネルギー貯蔵機構への、かつその逆のエネルギーの流れを制御し、さらに、第１の電気的機械ＥＭ１から第２の電気的機械ＥＭ２への、かつその逆の電気の流れを制御する。
【００８１】
ここで、エネルギー管理制御機構（「制御機構」）は、内燃機関、エネルギー貯蔵機構、および従動機構のセンサ値も受け取り、あるいは電力供給網接続の場合には電力供給網のセンサ値も受け取る。エネルギー管理制御機構（「制御機構」）は、制御ライン（１４２、１４６、１４８）を介して、クラッチＫおよびブレーキＢ１、Ｂ２と連絡し、それにより所定の条件に最適となるように動力を適合させることができる。
【００８２】
この実施形態では、第１の電気的機械ＥＭ１によって遊星歯車機構１００の減速比に影響を及ぼすことができる。それにより、さらに内燃機関の動作点も特定される。したがって、燃料消費およびそこから発生するＣＯ２排出が最小限にされるように、燃焼機を、その最適に近い効率で動作させることができる。
【００８３】
電気的機械ＥＭ１またはＥＭ２の一方が止まっている場合、燃焼機は、クラッチＫを介して、従動軸１３０を直接駆動させることができる。それにより、冗長システムが形成される。
【００８４】
図１に示される構成は、特に自動車に使用することができる。その際、以下の走行状態を実現することができる。
【００８５】
発進（純粋に電気的な動作）
【００８６】
エネルギー貯蔵機構が十分に充電された状態であるとき、発進が純粋に電気的に行われ、すなわち内燃機関ＶＭは電源を切られるか、または切り離される。第２の電気的機械ＥＭ２が電動機として稼働し、必要な動力がエネルギー貯蔵機構から引き出される。第１の電気的機械ＥＭ１は、空転状態にあるか、または付加駆動機構として使用される。
【００８７】
通常走行（エネルギー貯蔵機構の充電）
【００８８】
この車両状態で要求される動力は、内燃機関ＶＭのみから供給される。その際、燃焼機ＶＭから発生される機械エネルギーの大部分は、遊星歯車機構１００を介して従動軸１３０に伝達される。
【００８９】
機械エネルギーの残りの部分は、第１の電気的機械ＥＭ１によって電気エネルギーに変換され、第２の電気的機械ＥＭ２に直接転送される。エネルギー貯蔵機構の充電状態から、エネルギー貯蔵機構が充電されることが必要とされる場合、第１または第２の電気機械から発生された電気エネルギーの一部が貯蔵装置に供給される。これは、エネルギー管理制御機構によって制御下で実現される。
【００９０】
加速
【００９１】
加速は、第２の電気的機械ＥＭ２（電気機械とも呼ぶ）によってサポートされ、ここで、第２の電気的機械ＥＭ２の動力は、この動作状態では発電機として稼働する第１の電気的機械ＥＭ１から転送された電気的な動力と、エネルギー貯蔵機構から引き出された動力とから得られる。第１の電気的機械ＥＭ１によって提供されるこの動力は、第２の電気的機械ＥＭ２を通して軸１３０に付与される。
【００９２】
減速
【００９３】
減速時に、ブレーキエネルギーの回収によってエネルギー貯蔵機構を充電することができる。２つの電気機械ＥＭ１またはＥＭ２の少なくとも一方が、この動作状態では発電機として稼働し、そこで、発生された電気エネルギーがエネルギー貯蔵機構に付与される。
【００９４】
燃焼機ＶＭではなく、別の機械的なエネルギー源、例えば風力設備のロータや、ガスタービンまたは水力タービンのロータが設けられる場合、エネルギーを発生するための装置（パワートレイン）を使用することができる。
【００９５】
第１の電気的機械ＥＭ１による減速比の制御によって、発生された電気エネルギーは電源同期して提供される。このモードでは、特に第２の電気的機械ＥＭ２が発電機として働く。この発電機は、実質的に、ロータによって提供することができる定格出力をもつ。
【００９６】
図２には、電気パワートレインが示されている。ここでは、電動機ＥＭ３が、電気エネルギー装置を形成する。この機能は、図１におけるパワートレインと同様に行われ、ここでは第２の電気的機械ＥＭ２は構成されていない。ここに示される電気パワートレインは、電気的に制御可能な遊星歯車機構１００を形成し、これは電動機によって駆動可能である。したがって、実質的に、回転数調整機構を組み込まれた電気駆動機構が提供される。
【００９７】
電動機は、電気的機械として構成することもできる。そうすると、同様にエネルギーの回収も可能である。
【図１】
2012510915.tif 000003
【図２】
2012510915.tif 000004
【手続補正書】
【提出日】平成23年7月20日(2011.7.20)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
どちらも電動機動作状態または発電機動作状態で動作可能な第１の電気的機械（ＥＭ１）および第２の電気的機械（ＥＭ２）と、燃焼機（ＶＭ）と、回転数変更装置を有する遊星歯車機構（１００）とを備えるパワートレインであって、前記回転数変更装置が、特に内歯車（１１０）および／または遊星歯車（１１４）および／または太陽歯車（１１２）として構成され、前記遊星歯車機構（１００）が駆動側と従動側を備え、駆動側に前記燃焼機がフランジ接続され、従動側に前記第２の電気的機械（ＥＭ２）が配置され、前記第２の電気的機械（ＥＭ２）が、従動側で軸（１３０）にフランジ接続され、それにより前記軸（１３０）に、前記第２の電気的機械（ＥＭ２）によってトルクを与えることができ、または発電機動作状態での前記第２の電気的機械（ＥＭ２）に、前記軸（１３０）によってトルクを与えることができるパワートレインにおいて、前記第１の電気的機械（ＥＭ１）が、制御下で回転数変更装置に係合し、それにより減速比をほぼ連続的に調節することができることを特徴とするパワートレイン。
【請求項２】
前記第１の電気的機械および／または前記第２の電気的機械が、エネルギー貯蔵機構と接続される請求項１に記載のパワートレイン。
【請求項３】
エネルギー管理制御機構が、前記エネルギー貯蔵機構と前記第１の電気的機械および／または前記第２の電気的機械との間の電気の流れを制御する請求項２に記載のパワートレイン。
【請求項４】
前記第２の電気的機械が、前記第１の電気的機械と導電接続される請求項１から３のいずれか一項に記載のパワートレイン。
【請求項５】
前記第１の電気的機械が、発電機または電動機動作において制御下で前記太陽歯車に係合する請求項１から４のいずれか一項に記載のパワートレイン。
【請求項６】
請求項１から５のいずれか一項に記載のパワートレインを備える軌道車両、特に電車または路面電車。
【請求項７】
請求項１から５のいずれか一項に記載のパワートレインを備える自動車、特にトラック、乗用車、バス、戦車、または建設車両。
【請求項８】
請求項１から５のいずれか一項に記載のパワートレインを備える水上車両、特に船舶、ヨット、ボート、または水上オートバイ。
【請求項９】
請求項１から５のいずれか一項に記載のパワートレインを備える航空車両、特にプロペラ飛行機。
【国際調査報告】
2012510915.tif 000005
2012510915.tif 000006
2012510915.tif 000007
2012510915.tif 000008
2012510915.tif 000009
2012510915.tif 000010