JP5905993B2

JP5905993B2 - 車両に給電する方法およびシステム

Info

Publication number: JP5905993B2
Application number: JP2015504614A
Authority: JP
Inventors: クマール，アジス・クッタンネール
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 2012-04-13
Filing date: 2013-03-25
Publication date: 2016-04-20
Anticipated expiration: 2033-03-25
Also published as: CN104245393B; WO2013154815A3; CN104245393A; JP2015514389A; US9296300B2; WO2013154815A2; US20130270897A1

Description

本願は、車両に給電する方法およびシステムに関する。

一部の公知の車両は、車両を推進させる牽引力を提供するトラクションモータと、牽引以外の仕事を車両に提供する非トラクションモータとを含む。非トラクションモータは、コンプレッサに作用する、あるいはファンまたは送風機を回転させて、トラクションモータ、ラジエータおよびブレーキなどを冷却するなどの機能を実行することができる。機関車など、一部の公知の車両では、トラクションモータは、１４００ボルトなど比較的高い電圧で動作して、車両を推進させるのに十分な牽引力を提供する。

１つの電源によって、トラクションモータおよび非トラクションモータに給電する電流を提供することができることもある。例えば、エンジンによって、交流発電機または発電機に接続されたシャフトを回転させて、電動機に給電するための電流を生成することができる。バスなどの導体によって、生成された電流をトラクションモータおよび非トラクションモータに搬送して、これらの電動機に給電することができる。いくつかの車両のトラクションモータは、比較的高い電圧（例えば１４００ボルト）を必要とすることがあるので、非トラクションモータは、これらの高電圧を扱うことができなければならないことがある。例えば、非トラクションモータに、高電圧電動機を使用する必要があることもある。このような高電圧電動機は、高電圧で動作することができる非ランダム巻きの導電性コイルを含むことがある。ただし、これらの電動機は、比較的高価になることがあり、車両のコストおよび／または保守の必要を大幅に増加させる可能性がある。

あるいは、電源からの電圧を、非トラクションモータに到達する前に修正する必要があることもある。例えば、高電圧電動機にフィルタを接続して、電動機に搬送され、場合によっては電動機を破損させることもある過渡電圧を解消または低減することができる。あるいは、またはこれに加えて、電源からの電圧を、それよりも低い、非トラクションモータが受け入れやすい電圧に低下させるために、変圧器が必要となることもある。

このような構成要素（例えばフィルタおよび／または変圧器）の追加によって、車両のコスト、保守の必要、および重量が大幅に増加する可能性がある。重量に関しては、変圧器を車両に追加することにより、車両の重量に数百ポンドまたは数百キログラムが追加されることもある。このような重量の追加は、車両によって起こりえないこともあり（例えば自動車など）、また、車両によっては望ましくないこともある。例えば、機関車では、変圧器を機関車に追加することによって、機関車の重量が増加し、それにより、機関車を推進させるために追加の牽引力および燃料が必要になる可能性がある。さらに、変圧器は、機関車の限られた空間の中で追加の容積を占める可能性もある。

米国特許出願公開第２０１１／３１５０４３号明細書

一実施形態では、システム（例えば車両に給電するシステム）は、トラクションバスと、補助バスと、第１および第２のチョッパデバイスと、制御ユニットとを備える。トラクションバスは、車両の１つまたは複数のトラクションモータに導電結合される。トラクションバスは、車両を推進するために１つまたは複数のトラクションモータに給電するための第１の電圧を供給するように構成される。補助バスは、車両の１つまたは複数の非トラクションモータに導電結合され、車両の牽引以外の仕事を実行するために１つまたは複数の非トラクションモータに給電するための異なる第２の電圧を供給するように構成される。第１および第２のチョッパデバイスは、トラクションバスおよび補助バスの両方に導電結合される。第１および第２のチョッパデバイスは、トラクションバス上の第１の電圧を第２の電圧として補助バスに導通するのを第１および第２のデューティサイクルをそれぞれ用いて制御するように構成される。導通を制御するということは、第１および第２のチョッパデバイスが、トラクションバス上で、トラクションバスを介して、またはトラクションバスによって、電圧をいつ補助電圧に搬送するかを制御することができるということである。制御ユニットは、第１および第２のチョッパデバイスに動作可能に結合されて、トラクションバス上の第１の電圧が補助バス上の第２の電圧に変化するように、第１および第２のチョッパデバイスのそれぞれ第１および第２のデューティサイクルを制御する。

別の実施形態では、別のシステム（例えば車両に給電するシステム）は、トラクションバスと、補助バスと、第１および第２のチョッパデバイスと、制御ユニットとを備える。トラクションバスは、車両の１つまたは複数のトラクションモータに導電結合され、車両を推進するために１つまたは複数のトラクションモータに給電するための第１の電圧を供給するように構成される。補助バスは、車両の１つまたは複数の非トラクションモータに導電結合され、車両の牽引以外の仕事を実行するために１つまたは複数の非トラクションモータに給電するための異なる第２の電圧を供給するように構成される。第１および第２のチョッパデバイスは、トラクションバスおよび補助バスの両方に導電結合され、トラクションバス上の第１の電圧を第２の電圧として補助バスに導通するのを第１および第２のデューティサイクルをそれぞれ用いて制御するように構成される。制御ユニットは、第１および第２のチョッパデバイスに動作可能に結合されて、トラクションバス上の第１の電圧を補助バス上の第２の電圧に変化させるために第１および第２のデューティサイクルが異なる期間にわたって発生するように、第１および第２のチョッパデバイスのそれぞれ第１および第２のデューティサイクルを独立して制御する。

別の実施形態では、方法（例えば車両に給電する方法）は、車両の１つまたは複数のトラクションモータに導電結合された車両のトラクションバスに沿って第１の電圧を搬送するステップを含む。第１の電圧は、車両を推進させるために１つまたは複数のトラクションモータに給電する電圧である。この方法は、車両のトラクションバスおよび補助バスに導電結合された第１および第２のチョッパデバイスを、第１および第２のチョッパデバイスが第１の電圧を補助バス上の第２の電圧に変換するようにそれぞれ異なる第１および第２のデューティサイクルにわたって制御するステップも含む。この方法は、車両の牽引以外の仕事を実行するために車両の１つまたは複数の非トラクションモータに給電するために、車両の１つまたは複数の非トラクションモータに第２の電圧を補助バスに沿って搬送するステップをさらに含む。非トラクションモータが第２の電圧を受け取る前に、第１および第２のチョッパデバイスが受け取る第１の電圧をフィルタまたは変圧器の１つまたは複数を介して搬送して第１の電圧または第１の電圧の過渡電圧を低下させなくても、第１の電圧が非トラクションモータに給電するための第２の電圧まで低下するように、第１および第２のチョッパデバイスの第１および第２のデューティサイクルは、互いに異なる。

本発明の主題は、添付の図面を参照して以下の非限定的な実施形態の説明を読めば、よりよく理解されるであろう。

車両システムの一実施形態を示す概略図である。車両の給電システムの一例を示す回路図である。本明細書に記載する本発明の主題の一実施形態による、図１に示す車両の給電システムを示す回路図である。図３に示すチョッパデバイスのデューティサイクルの一実施形態を示すタイミング図である。車両のトラクションモータおよび非トラクションモータに給電する方法の一実施形態を示す流れ図である。

本明細書に記載する本発明の主題の１つまたは複数の実施形態は、トラクションバスに沿って搬送される（例えば車両のトラクションモータに給電するための）比較的高い電圧を、より低い電圧で動作して車両の推進を伴わない仕事を実行する電動機などの非トラクションモータに給電するために、補助バスに沿って伝送されるより低い電圧に変換するシステムおよび方法を提供するものである。例えば、１４００ボルトの電圧（または別の高電圧）を、１つのバスから別のバスに伝達することができ、伝達された電圧は、非トラクションモータに給電するための７００ボルト（または別の低電圧）に低減される。トラクションバスにおける高電圧は、その高電圧をフィルタや変圧器などを通して搬送しなくても、かつ／または高電圧を受容するように非トラクションモータを修正しなくても、補助バスにおけるそれより低い電圧に低下させることができる。例えば、ランダムな導電性巻線を有する標準的な（例えば購入または設置後に修正していない）電動機（例えば４８０ボルト電動機）を、機関車（またはその他の車両）の非トラクションモータとして使用し、機関車のトラクションモータに供給される高電圧から低下させた電圧によって給電することができる。標準的な電動機は、電動機中の巻線を変更することなく、かつ／あるいはトラクションモータに供給される高電圧を標準的な電動機に給電する前に変圧器（例えば電圧を低下させるためのもの）および／またはフィルタ（例えば過渡電圧を除去するためのもの）に通すことなく、使用することができる。

図１は、車両システム１００の一実施形態を示す概略図である。システム１００は、表面１０４に沿って進行する車両１０２を含む。図示の実施形態では、車両は、機関車などの給電鉄道車両である。あるいは、車両１０２は、機関車の列車編成、１台または複数台の機関車と１台または複数台の非給電（例えば自己推進不能な）鉄道車両とを含む列車など、別の鉄道車両を表すこともある。別の実施形態では、車両１０２は、自動車、鉄道車両以外のオフハイウェイ車両、船舶、および航空機など、自己推進可能な別のタイプの給電車両を表すこともある。表面１０４は、車両１０２がその上を進行する、軌道、道路、水体、空気（例えば航空機が飛行する場合）などを表すこともある。

車両１０２は、車両１０２に搭載された推進給電システムおよび補助給電システムを含む。推進給電システムは、表面１０４に沿って車両１０２を推進させるための１つまたは複数のトラクション負荷に給電するための電気エネルギー（例えば電流）を搬送し、かつ／または受け取るいくつかの構成要素を含む。補助給電システムは、１つまたは複数の非トラクション負荷、あるいは表面１０４に沿って車両１０２を推進させない牽引以外の仕事を実行する負荷に給電するための電気エネルギーを搬送および／または受電するいくつかの構成要素を含む。変換システム１０６が、車両１０２に搭載されて、以下で述べるように、推進給電システムで補助給電システムに搬送される電流の少なくとも一部を変換する。

変換システム１０６は、制御ユニット１０８、および推進給電システムの電流を補助給電システム用の異なる電流に変換するチョッパデバイス１１０を含む。図１に示すチョッパデバイス１１０は、いくつかのチョッパデバイスを表すことができる。制御ユニット１０８は、有形かつ非過渡的なコンピュータ可読記憶媒体（例えばハードドライブ、フラッシュドライブ、ＲＯＭまたはＲＡＭ）に格納された１組または複数組の命令（例えばソフトウェア）に基づいて動作する、コンピュータ、コンピュータプロセッサ、マイクロ制御装置、マイクロプロセッサ、またはその他の論理型デバイスとして実施することができる。制御ユニット１０８は、ハードウェア（例えば回路、メモリなど）、および／またはハードウェアがそれに基づいて動作する命令（例えばソフトウェア）を表すことができる。チョッパデバイス１１０は、開状態と閉状態の間で切り替わるように制御ユニット１０８によって制御される電子回路を含む。開状態では、チョッパデバイス１１０は、推進給電システムから補助給電システムに電流を流さない。閉状態では、チョッパデバイス１１０は、推進給電システムから補助給電システムに電流を流す。以下で述べるように、制御ユニット１０８は、推進給電システムに沿って搬送される電圧を変化させて（例えば低下させて）、補助給電システムの変化させた（例えば低下させた）電圧を供給するために、それぞれのチョッパデバイス１１０がいつ開状態または閉状態になるかを独立して制御することができる。

推進給電システムは、車両１０２を推進させるための電流（例えば直流）によって給電される構成要素を含む。推進給電システムは、車両１０２の車輪１１４または車軸に接合されたいくつかのトラクションモータ１１２（例えば電動機１１２Ａ〜１１２Ｄ）を含むことができる。トラクションモータ１１２は、車両１０２を推進させるために車両１０２の車軸および／または車輪１１４を回転させるために推進給電システムの導電性トラクションバス１１６に沿って搬送される電圧によって給電される。

補助給電システムは、車両１０２の牽引以外の仕事（例えば車両１０２を推進させない機能または仕事）を実行するための電流によって給電される構成要素を含む。一実施形態では、これらの構成要素は、ファンやコンプレッサなど、１つまたは複数のその他のデバイスまたは構成要素に接合された非トラクションモータ１１４（例えば電動機１１４Ａ〜１１４Ｉ）を含む。例えば、非トラクションモータ１１４Ａおよび１１４Ｄは、電動機と、非トラクションモータによって回転してトラクションモータ１１２Ａ〜１１２Ｄに送風してトラクションモータ１１２Ａ〜１１２Ｄを冷却するファンなどのトラクションモータ送風機とを表すことがある。非トラクションモータ１１４Ｂおよび１１４Ｃは、電動機と、電動機１１４Ｂおよび１１４Ｃによって回転して車両１０２の１つまたは複数の構成要素を冷却するラジエータファンとを表すことがある。非トラクションモータ１１４Ｅ〜１１４Ｉは、非トラクションモータ、ならびに／またはコンプレッサ、その他のファン、またはその他の電気的負荷など１つまたは複数のその他の構成要素を表すことができる。あるいは、その他の電気的負荷を、非トラクションモータ１１４に接合することもできる。非トラクションモータ１１４は、補助給電システムの導電性補助バス１１８に沿って搬送される電圧によって給電される。

電源１２０は、推進給電システムおよび補助給電システムに電流を供給する。図示の実施形態の電源１２０は、シャフト１２６によって交流発電機１２４（または発電機）に接合された原動機１２２（エンジンなど）を表す。原動機１２２は、燃料を消費してシャフト１２６を回転させ、それにより交流発電機１２４に電流（例えば直流または直流電圧）を発生させる。この電圧が、トラクションバス１１６に沿って搬送されて、トラクションモータ１１２に給電する。この電圧の少なくとも一部は、変換システム１０６が受け取って、修正する。例えば、トラクションバス１１６に沿って搬送される電圧が高電圧であり、変換システム１０６が補助バス１１８に沿って伝送するために低い電圧に低下させることもある。別の実施形態では、電源１２０は、１つまたは複数の燃料電池、コンデンサ、およびバッテリなど、車両１０２を推進させるのに十分な電気エネルギーを貯蔵することができる搭載型エネルギー貯蔵デバイスとすることもできる。あるいは、電源１２０は、車両１０２上で電流を発生させることができる別のデバイスまたはシステムとすることもできる。別の実施形態では、電源１２０は、通電カテナリから電流を受け取るパンタグラフ、および通電レールと係合する導電性シューなどの非搭載源から電流を取得するデバイスまたはシステムを表すこともある。

本明細書で使用する「高電圧」という用語は、電動機の導電性巻線を修正することなく、かつ／あるいは電圧を電動機に供給する前にフィルタおよび／または変圧器に通すことなく、４８０ボルト電動機に給電するために使用することができる電圧より高い電圧を表すことができる。一例として、「高電圧」は、７００ボルトより高い電圧を示すことがある。あるいは、「高電圧」は、最低でも１４００ボルトである電圧を示すこともある。別の実施形態では、「高電圧」は、最低でも２８００ボルトである電圧を示すこともある。あるいは、その他の電圧を「高電圧」とすることもある。

本明細書で使用する「低電圧」という用語は、電動機の導電性巻線を修正することなく、かつ／あるいは電圧を電動機に供給する前にフィルタおよび／または変圧器に通すことなく、４８０ボルト電動機に給電するために使用することができる電圧を表すことができる。一例として、「低電圧」は、４８０ボルト、および６００〜７００ボルトなど、７００ボルト以下の電圧を示すことがある。あるいは、その他の電圧を「低電圧」とすることもある。

図２は、車両の給電システム２００の一例を示す回路図である。給電システム２００は、トラクション負荷２１２（例えばトラクションモータ）および非トラクション負荷２１４（例えば非トラクションモータ）の両方に給電するために使用することができる。給電システム２００は、トラクションバス２０２および補助バス２０４を含む。トラクションバス２０２は、車両のエンジン２１０によるシャフト２０８の回転に基づいてトラクションバス２０２に沿って伝送される高電圧を生成する交流発電機２０６に導電結合される。インバータおよび／またはトラクションモータ２１２Ａ〜２１２Ｆ（図２の「ＩＮＶ／ＴＭ」）などのトラクション負荷２１２は、トラクションバス２０２に沿って伝送される高電圧によって給電される。整流デバイス２１６（図２の「整流器」）は、交流発電機２０６によって生成される交流電流を受け取り、この交流電流を、トラクションバス２０２に沿って搬送される高電圧に変換することができる。

補助バス２０４は、変換デバイス２１６によってトラクションバス２０２と相互接続することができる。変換デバイス２１６は、トラクションバス上の高電圧を、補助バス２０４用のそれより低い電圧（例えば低電圧）に変換することができる。あるいは、補助バス２０４は、変換デバイス２１６を用いずに、直接トラクションバス２０２に結合することもできる。１つまたは複数の変換デバイス２１６、エネルギー貯蔵デバイス２２０（図２の「バッテリ」）、および／またはその他の負荷を含む交流発電機励起デバイス２１８は、補助バス２０４と接合することができる。

非トラクション負荷２１４は、追加の変換デバイス２１６（例えば変換デバイス２１６Ａ〜２１６Ｆ）によって補助バス２０４に接続される。非トラクション負荷２１４は、ラジエータファン２１４Ａおよび２１４Ｂ（図２の「ＲＡＤＦＡＮ」）、トラクションモータ送風機２１４Ｃ（図２の「ＴＭＢＬＯＷ」）、交流発電機送風機２１４Ｄ（図２の「ＡＬＴＢＬＯＷ」）、その他の電気的負荷２１４Ｅおよび２１４Ｆ（図２の「その他の負荷」）、ならびにコンプレッサ２１４Ｇ（図２の「ＣＯＭＰ」）を含む。非トラクション負荷２１４は、補助バス２０４の低電圧によって給電されて車両を推進しない仕事を実行する電動機（例えば非トラクションモータ）を表すことができる。例えば、非トラクション負荷２１４は、ラジエータファン、トラクションモータ送風機、交流発電機送風機、およびコンプレッサなどを作動する４８０ボルト電動機を表すことができる。

トラクションバス２０２の高電圧を、非トラクション負荷２１４が受容できる補助バス２０４の電圧まで低下させるために、変換デバイス２１６を設ける必要があることがある。変換デバイス２１６としては、トラクションバス２０２の高電圧を低電圧に逓減する（例えば低下させる）変圧器、および過渡電圧（例えば比較的短い期間の電圧のスパイクまたは増加）を除去するフィルタなどが挙げられる。ただし、このような変換デバイス２１６、変圧器、およびフィルタは、比較的高価であることがあり、かつ／または機関車などの車両の限られた有効容積内でかなりの空間を占めることがある。あるいは、またはこれに加えて、トラクションバス２０２から送達される電圧によって電動機２１４に給電できるようにするために、非ランダム巻きの導電性コイルを有する電動機および標準的な４８０ボルト電動機など、非標準の電動機を、電動機２１４として使用することが必要になることもある。このような電動機２１４は、高価であることがあり、かつ／または標準的な４８０ボルト電動機などの標準的な電動機と比較して必要な保守が増加することがある。

図３は、本明細書に記載する本発明の主題の一実施形態による、図１に示す車両１０２の給電システム３００を示す回路図である。給電システム３００は、図２に示す給電システム２００の代わりに使用して、トラクション負荷（例えば車両１０２を推進させるトラクションモータ）および非トラクション負荷または補助負荷（例えば車両１０２を推進させない電気的負荷または電動機）の両方に電力を供給することができる。以下で述べるように、給電システム３００は、過渡電圧を除去するため、および／または非トラクション負荷への電圧を低下させるためにフィルタまたは変圧器を通して電圧を搬送することなく、電圧を供給して、トラクション負荷および非トラクション負荷の両方に給電することができる。その結果として、一実施形態では、４８０ボルト電動機のようなランダム導電性巻線を有する電動機など、標準的な電動機を、非トラクション負荷として使用することができる。

給電システム３００は、１つまたは複数のトラクションモータ３０４など、車両１０２の１つまたは複数のトラクション負荷と導電結合されたトラクションバス３０２を含む。図３ではトラクションモータ３０４を１つしか示していないが、それよりも多い数のトラクションモータ３０４を、トラクションバス３０２に結合することもできる。トラクションモータ３０４は、車両１０２のトラクションモータ１１２（図１に示す）のうちの１つまたは複数あるいは全てを表すことができる。

図示の実施形態では、トラクションバス３０２は、電源３０６から供給される電流の異なる部分を搬送するトラクションバス３０２の導電性部分を表す正のトラクション部分３０２Ａおよび負のトラクション部分３０２Ｂを含む。例えば、電源３０６は、交流発電機１２４（図１に示す）、あるいは交流電流または直流電流をトラクションバス３０２に供給するその他の電源を表すことができる。電源３０６が交流電流を生成する場合には、電源３０６は、交流電流を直流電流に変換する整流器またはその他のデバイスも表すことができる。トラクションバス３０２の正のトラクション部分３０２Ａは、直流電流の正電圧をトラクションモータ３０４に搬送することができ、負のトラクション部分３０２Ｂは、直流電流の負の電圧をトラクションモータ３０４または接地基準（例えば電気的接地または車両１０２のシャーシ）に搬送する。

図示の実施形態では、電源３０６は、１４００ボルトの直流をトラクションバス３０２に供給するが、＋９００ボルト（図３の「＋９００ＶＤＣ」）が正のトラクション部分３０２Ａに沿って搬送され、−５００ボルト（図３の「−５００ＶＤＣ」）が負のトラクション部分３０２Ｂに沿って搬送される。あるいは、電源３０６は、正のトラクション部分３０２Ａおよび／または負のトラクション部分３０２Ｂのうちの一方または両方に、異なる電圧および／または異なる電圧を供給することもできる。

給電システム３００は、１つまたは複数の非トラクションモータ３１０および／あるいは車両１０２のエネルギー貯蔵デバイス（例えばバッテリ）の充電器３１２など、１つまたは複数の非トラクション負荷に導電結合された補助バス３０８も含む。一実施形態では、非トラクションモータ３１０は、図１に示す車両１０２の非トラクションモータ１１４のうちの１つまたは複数あるいは全てを表す。充電器３１２によって充電されるエネルギー貯蔵デバイスを、電源３０６の代わりに、または電源３０６に追加して使用して、非トラクションモータ３１０に電力を供給することができる。

図示の実施形態では、補助バス３０８は、変換システム３１４によってトラクションバス３０２から補助バス３０８に伝達される電流の異なる部分を搬送する補助バス３０８の複数の導電性部分を表す正の補助部分３０８Ａおよび負の補助部分３０８Ｂを含む。例えば、トラクションバス３０２は、高電圧などの第１の電圧を、変換システム３１４まで搬送することができる。変換システム３１４は、以下に述べるように、この電圧を修正して、低電圧など低下させた第２の電圧を、補助バス３０８に供給する。変換システム３１４はトラクションバス３０２からの電圧を、フィルタおよび／または変圧器を通して伝送して過渡電圧を除去する、または電圧を逓減することなく、補助バス３０８に供給される電圧まで低下させることができる。

補助バス３０８の正の補助部分３０８Ａは、補助バス３０８の直流電流の正電圧を非トラクションモータ３１０および／または充電器３１２に搬送することができ、負の補助部分３０８Ｂは、補助バス３０８の直流電流の負電圧を、非トラクションモータ３１０および／または充電器３１２あるいは接地基準（例えば電気的接地または車両１０２のシャーシ）に搬送する。図示の実施形態では、変換システム３１４は、７００ボルトの直流を補助バス３０８に供給するが、＋３５０ボルト（図３の「＋３５０」）が正の補助部分３０８Ａに沿って搬送され、−３５０ボルト（図３の「−３５０」）が負の補助部分３０８Ｂに沿って搬送される。あるいは、変換システム３１４は、正の補助部分３０８Ａおよび／または負のトラクション部分３０８Ｂのうちの一方または両方に、異なる電圧および／または異なる電圧を供給することもできる。

変換システム３１４は、図１に示す車両１０２の変換システム１０６を表すことができる。図示の実施形態では、変換システム３１４は、制御ユニット３１８に動作可能に接続されたチョッパデバイス３１６（例えばチョッパデバイス３１６Ａ、３１６Ｂ）を含む。チョッパデバイス３１６は、図１に示すチョッパデバイス１１０を表すことができ、制御ユニット３１８は、図１に示す制御ユニット１０８を表すことができる。本明細書で使用する「操作可能に接続」および「動作可能に接続」は、２つ以上の構成要素の間に、それらの構成要素が互いに通信すること、１つの構成要素が別の構成要素を制御すること、および／または各構成要素がその他の構成要素を制御することを可能にする１つまたは複数の接続（無線および／または有線）が存在することを示す。

チョッパデバイス３１６は、トラクションバス３０２および補助バス３０８の両方と導電結合される。図示の実施形態では、各チョッパデバイス３１６は、互いに結合されたトランジスタデバイス３２０、ダイオード３２２、およびインダクタ３２４を含む。あるいは、追加のトランジスタ３２０、ダイオード３２２、インダクタ３２４、およびまたはその他の構成要素を、チョッパデバイス３１６に含めることもできる。一実施形態では、チョッパデバイス３１６は、コンデンサなど、いかなるフィルタおよび／または変圧器（例えば誘導結合された導体を用いて異なる回路間で電気エネルギーを伝達するデバイス）も含まない。トランジスタ３２０は、絶縁ゲートバイポーラ接合トランジスタを含む、または表すことができる。あるいは、トランジスタ３２０は、その他のトランジスタを含む、または表すこともできる。

チョッパデバイス３１６は、チョッパデバイス３１６をトラクションバス３０２および補助バス３０８に導電結合する端子３２６を含む。チョッパデバイス３１６Ａでは、入力端子３２６Ａが、チョッパデバイス３１６Ａのトランジスタデバイス３２０を、トラクションバス３０２の正のトラクション部分３０２Ａに導電結合し、第１の出力端子３２６Ｂが、チョッパデバイス３１６Ａのインダクタ３２４を、補助バス３０８の正の補助部分３０８Ａに導電結合し、第２の出力端子３２６Ｃが、チョッパデバイス３１６Ａのダイオード３２２を、車両１０２の導電性中央バス３２８に導電結合する。チョッパデバイス３１６Ｂでは、入力端子３２６Ｄが、チョッパデバイス３１６Ｂのトランジスタデバイス３２０を、トラクションバス３０２の負のトラクション部分３０２Ｂに導電結合し、第１の出力端子３２６Ｅが、チョッパデバイス３１６Ｂのインダクタ３２４を、補助バス３０８の負の補助部分３０８Ｂに導電結合し、第２の出力端子３２６Ｆが、チョッパデバイス３１６Ｂのダイオード３２２を、中央バス３２８に導電結合する。

動作中には、チョッパデバイス３１６は、遮断状態または開状態と、導通状態または閉状態との間で交番して、トラクションバス３０２の電圧の補助バス３０８への導通を阻止または許可するように動作する。例えば、チョッパデバイス３１６のトランジスタ３２０は、開状態と閉状態の間で切り替わって、トラクションバス３０２から補助バス３０８にチョッパデバイス３１６を通って電流が導通する（例えば流れる）ことを阻止または許可することができる。制御ユニット３１８は、トランジスタ３２０がいつ開くか、または閉じるかを制御して、チョッパデバイス３１６を通して電流が搬送されることをチョッパデバイス３１６がいつ阻止するか、または許可するかを制御することができる。例えば、制御ユニット３１８は、トランジスタ３２０のゲート３２８に電圧を印加する制御信号を伝送して、トランジスタ３２０を導通状態に切り替えて、チョッパ３１６を導通または閉状態にすることができる。制御ユニット３１８は、この制御信号の伝送を停止する、またはゲートの電圧を除去して、トランジスタ３２０を阻止状態に切り替えて、チョッパデバイス３１６を阻止または開状態にすることができる。

チョッパデバイス３１６は、デューティサイクルに応じて素子状態と導通状態の間で交番することができる。チョッパデバイス３１６のデューティサイクルは、以下に述べるように、チョッパデバイス３１６がいつ素子状態になるか、およびチョッパデバイス３１６がいつ導通状態になるかを表す。制御ユニット３１８は、チョッパデバイス３１６のデューティサイクルを独立して制御して、トラクションバス３０２の電圧の補助バス３０８に供給する電圧への変化を制御することができる。「独立して制御する」というのは、制御ユニット３１８が、１つのチョッパデバイス３１６Ａまたは３１６Ｂのデューティサイクルを変化させる一方で、もう一方のチョッパデバイス３１６Ａまたは３１６Ｂのデューティサイクルは変化させないことができることを意味する。例えば、チョッパデバイス３１６のデューティサイクルは、互いに基づいていない、または互いに依存していなくてもよい。その代わりに、制御ユニット３１８は、トラクションバス３０２と補助バス３０８の間で指定の（例えば自動的に制御される）または所望の（例えばオペレータが入力する）電圧降下を達成するために、これらのデューティサイクルを変化させることができる。

図４は、図３に示すチョッパデバイス３１６のデューティサイクル４００（例えばデューティサイクル４００Ａ、４００Ｂ）の一実施形態を示すタイミング図である。デューティサイクル４００は、時間を表す横軸４０２およびチョッパデバイス３１６の状態（例えば阻止状態４０６および導通状態４０８）を表す縦軸４０４とともに示してある。一実施形態では、デューティサイクル４００Ａは、経時的にチョッパデバイス３１６Ａの異なる状態４０６および４０８を表し、デューティサイクル４００Ｂは、経時的にチョッパデバイス３１６Ｂの異なる状態４０６および４０８を表す。図４に示すデューティサイクルの他に、追加のデューティサイクルおよび／または別のデューティサイクルを使用することもできる。

デューティサイクル４００は、チョッパデバイス３１６がトラクションバス３０２（図３に示す）から補助バス３０８（図３に示す）への電圧の導通を阻止する阻止状態４０６と、チョッパデバイス３１６がトラクションバス３０２から補助バス３０８に電圧を導通させる導通状態４０８との間で交番する。デューティサイクル４００は、チョッパデバイス３１６が導通状態４０８となる期間４１２（例えば期間４１２Ａおよび４１２Ｂ）を表す波形４１０を含む。デューティサイクル４００は、図４に示すより多くの波形４１０を有することもできる。

制御ユニット３１８（図３に示す）は、導通状態期間４１２の開始時間４１４（例えば開始時間４１４Ａおよび４１４Ｂ）、導通状態期間４１２の終了時間４１６（例えば開始時間４１６Ａおよび４１６Ｂ）、導通状態期間４１２の長さ、および／または終了時間４１６とその後の開始時間４１４の間に延びる阻止状態期間４１８（例えば期間４１８Ａおよび４１８Ｂ）の長さのうちの１つまたは複数を変化させることによって、チョッパデバイス３１６のデューティサイクル４００を制御する。制御ユニット３１８は、１つのチョッパデバイス３１６Ａまたは３１６Ｂの時間４１４、４１６および／または期間４１２、４１８のうちの１つまたは複数を、別のチョッパデバイス３１６Ｂまたは３１６Ａの同じ時間または期間を変化させることなく、独立して変化させることができる。あるいは、またはこれに加えて、制御ユニット３１８は、１つのチョッパデバイス３１６Ａまたは３１６Ｂの時間４１４、４１６および／または期間４１２、４１８のうちの１つまたは複数を変化させる一方で、別のチョッパデバイス３１６Ｂまたは３１６Ａの同じまたは異なる時間４１４、４１６および／あるいは期間４１２、４１８を異なる量だけ変化させることもできる。時間４１４、４１６および／または期間４１２、４１８を変化させることにより、制御ユニット３１８は、チョッパデバイス３１６のデューティサイクルを互いに時間的にずらして、それらのデューティサイクルが異なる期間にわたって発生するようにすることができる。

図３に示す給電システム３００の説明に戻って、図４に示すデューティサイクル４００を引き続き参照すると、チョッパデバイス３１６のデューティサイクル４００を制御することにより、制御ユニット３１８は、どの程度の電圧をトラクションバス３０２から補助バス３０８に搬送するかを制御することができる。異なるチョッパデバイス３１６のデューティサイクル４００を、異なる期間４１２にわたって発生するように制御して、それらのチョッパデバイス３１６が、どの程度の時間にわたって、同時に、または並行して、トラクションバス３０２から補助バス３０８に電圧を搬送するかを制御することができる。

例えば、第１の非重複期間４２０の間、チョッパデバイス３１６Ａは導通状態４０８であるか、チョッパデバイス３１６Ｂは阻止状態４０６である。その結果、チョッパデバイス３１６Ａは、（例えばチョッパデバイス３１６Ａのトランジスタデバイス３２０およびインダクタ３２４を介して）トラクションバス３０２の正のトラクション部分３０２Ａから補助バス３０８の正の補助部分３０８Ａに電圧を導通する。しかし、阻止状態４０６にあるチョッパデバイス３１６Ｂは、トラクションバス３０２の負のトラクション部分３０２Ｂから補助バス３０８の負の補助部分３０８Ｂに電圧を導通しない。

その後の重複期間４２２の間、チョッパデバイス３１６Ａおよび３１６Ｂは、両方とも導通状態４０８である。その結果、チョッパデバイス３１６Ａは、トラクションバス３０２の正のトラクション部分３０２Ａから補助バス３０８の正の補助部分３０８Ａに電圧を導通し、チョッパデバイス３１６Ｂも、（例えばチョッパデバイス３１６Ｂのトランジスタデバイス３２０およびインダクタ３２４を介して）トラクションバス３０２の負のトラクション部分３０２Ｂから補助バス３０８の負の補助部分３０８Ｂに電圧を導通する。

その後の第２の非重複期間４２４の間、チョッパデバイス３１６Ｂは、導通状態４０８であるが、チョッパデバイス３１６Ａは、阻止状態４０６である。その結果、チョッパデバイス３１６Ｂは、トラクションバス３０２の負のトラクション部分３０２Ｂから補助バス３０８の負の補助部分３０８Ｂに電圧を導通する。しかし、阻止状態４０６にあるチョッパデバイス３１６Ａは、トラクションバス３０２の正のトラクション部分３０２Ａから補助バス３０８の正の補助部分３０８Ａに電圧を導通しない。

デューティサイクル４００を制御して、トラクションバス３０２から補助バス３０８に伝達される電圧を低下させることができる。例えば、複数のチョッパデバイス３１６が同時に導通状態４０８（例えば重複期間４２２）になる時間の長さを短縮することによって、補助バス３０８に伝達される電圧の量を低下させることができる。逆に、重複期間４２２を延ばすことによって、伝達される電圧の量を増加させることができる。

一実施形態では、制御ユニット３１８は、チョッパデバイス３１６のデューティサイクル４００を制御して、トラクションバス３０２から補助バス３０８に供給される電圧の対称性を変化させる。電圧の対称性は、バス３０２および３０８の正の部分３０２Ａおよび３０８Ａと負の部分３０２Ｂおよび３０８Ｂとの間の電圧の分割を表すことができる。図示の実施形態では、トラクションバス３０２の電圧の対称性は、負のトラクション部分３０２Ｂの電圧（例えば−５００ボルト）に対する正のトラクション部分３０２Ａの電圧（例えば＋９００ボルト）の比を表すことができる。この例では、１つの部分の電圧の絶対値（例えば正のトラクション部分３０２Ａの９００ボルト）が、もう一方の部分の電圧の絶対値（例えば負のトラクション部分３０２Ｂの５００ボルト）より大きいので、トラクションバス３０２の電圧は、非対称である。逆に、図示の実施形態の補助バス３０８の電圧の対称性は、補助バス３０８の正の補助部分３０８Ａと負の補助部分３０８Ｂとの間で対称な電圧の分割または配分を表す。例えば、補助バス３０８の電圧は、一方の部分の電圧の絶対値（例えば正の補助部分３０８Ａの３５０ボルト）がもう一方の部分の電圧の絶対値（例えば負の補助部分３０８Ｂの３５０ボルト）と等しいので、対称とすることができる。

制御ユニット３１８は、１つまたは複数のデューティサイクル４００にわたって負のトラクション部分３０２Ｂの負電圧が負の補助部分３０８Ｂに伝達される時間の長さに対する正のトラクション部分３０２Ａの正電圧が正の補助部分３０８Ａに伝達される時間の長さを制御することによって、デューティサイクル４００を制御して、補助バス３０８に伝達される電圧の対称性を変化させることができる。例えば、トラクションバス３０２の電圧が、正のトラクション部分３０２Ａの電圧について非対称である場合（例えば正のトラクション部分３０２Ａの電圧の絶対値が負のトラクション部分３０２Ｂの電圧の絶対値より大きい場合）には、制御ユニット３１８は、チョッパデバイス３１６Ａが正のトラクション部分３０２Ａから正の補助部分３０８Ａに電圧を伝達するデューティサイクル４００の非重複期間４２０を短縮し、かつ／またはチョッパデバイス３１６Ｂが負のトラクション部分３０２Ｂから負の補助部分３０８Ｂに電圧を伝達するデューティサイクル４００の非重複期間４２４を延長することによって、伝達される電圧の対称性を高めることができる。

逆に、トラクションバス３０２の電圧が、負のトラクション部分３０２Ｂの電圧について非対称である場合には、制御ユニット３１８は、チョッパデバイス３１６Ｂが負のトラクション部分３０２Ｂから負の補助部分３０８Ｂに電圧を伝達するデューティサイクル４００の非重複期間４２４を短縮し、かつ／またはチョッパデバイス３１６Ａが正のトラクション部分３０２Ａから正の補助部分３０８Ａに電圧を伝達するデューティサイクル４００の非重複期間４２０を延長することによって、伝達される電圧の対称性を高めることができる。

図示の実施形態では、いくつかのコンデンサデバイス３３０（例えばコンデンサデバイス３３０Ａ〜３３０Ｄ）が、バス３０２、３０８、３２８の間に導電結合されている。例えば、第１のコンデンサデバイス３３０Ａは、トラクションバス３０２の正のトラクション部分３０２Ａおよび補助バス３０８の正の補助部分３０８Ａに導電結合し、それらの間に配置することができ、第２のコンデンサデバイス３３０Ｂは、正の補助部分３０８Ａおよび中央バス３２８に導電結合し、それらの間に配置することができ、第３のコンデンサデバイス３３０Ｃは、中央バス３２８および補助バス３０８の負の補助部分３０８Ｂに導電結合し、それらの間に配置することができ、第４のコンデンサデバイス３３０Ｄは、補助バス３０８の負の補助部分３０８Ｂおよびトラクションバス３０２の負のトラクション部分３０２Ｂに導電結合し、それらの間に配置することができる。

コンデンサデバイス３３０は、１つのバス３０２、３０８、３２８からの電圧を少なくとも部分的に保存または保持して、追加の電圧が別のバス３０２、３０８、３２８に伝達されることを防止し、かつ／または残りのバス３０２、３０８、３２８に伝達される電圧を低下させることができる。例えば、コンデンサ３３０に十分な電荷が蓄積されたときには、コンデンサデバイス３３０は、コンデンサデバイス３３０が接続されているバス３０２、３０８、３２８の間のより多くの電圧の導通を阻止することができる。例えば、第１のコンデンサデバイス３３０Ａは、正のトラクション部分３０２Ａから正の補助部分３０８Ａへの電圧の導通を阻止することができ、第２のコンデンサデバイス３３０Ｂは、正の補助部分３０８Ａから中央バス３２８への電圧の導通を阻止することができ、第３のコンデンサデバイス３３０Ｃは、中央バス３２８と負の補助部分３０８Ｂの間の電圧の導通を阻止することができ、かつ／または第４のコンデンサデバイス３３０Ｄは、負の補助部分３０８Ｂと負のトラクション部分３０２Ｂの間の電圧の導通を阻止することができる。

図３ではチョッパデバイス３１６を２つしか示していないが、別法として、それより多い数のチョッパデバイス３１６を設けることもできる。例えば、複数のチョッパデバイス３１６Ａを並列にトラクションバス３０２と導電結合して、トラクションバス３０２によって搬送される電流が、補助バス３０８に伝達される前にこれらのチョッパデバイス３１６Ａの間で分割されるようにすることもできる。同様に、複数のチョッパデバイス３１６Ｂを、並列にトラクションバス３０２と導電結合することもできる。複数のチョッパデバイス３１６Ａおよび／または複数のチョッパデバイス３１６Ｂを使用することによって、複数のチョッパデバイス３１６のそれぞれによって制御される（例えばチョッパデバイス３１６によって阻止される、またはチョッパデバイス３１６を導通する）電流の量を低下させることができる。各チョッパデバイス３１６によって制御される電圧の量を低下させることによって、より安価な、かつ／またはより頑健なチョッパデバイス３１６をシステム３００で使用できるようになる可能性がある。

また、複数のチョッパデバイス３１６を設けることによって、これら複数のチョッパデバイス３１６のうちの１つまたは複数が故障した場合の冗長性を提供することもできる。例えば、第１のチョッパデバイス３１６Ａのトランジスタデバイス３２０が故障した場合も、第１のチョッパデバイス３１６Ａと並列に接続されている追加のチョッパデバイス３１６Ａは動作し続けて、トラクションバス３０２から補助バス３０８に電圧を伝達し続けることができる。

図示の実施形態では、システム３００は、補助バス３０８と導電結合された補助インバータデバイス３３２を含む。補助インバータデバイス３３２は、補助バス３０８の電圧を、非トラクションモータ３１０に給電するための交流電流に変換するために設けることができる。補助インバータデバイス３３２は、低電圧を高電圧ではなく交流電流に変換するように構成された低電圧補助インバータデバイス３３２とすることもできる。例えば、補助インバータデバイス３３２は、補助バス３０８の低電圧を、トラクションバス３０２の高電圧ではなく、交流電流に変換することができることもある。低電圧補助インバータデバイス３３２は、高電圧補助インバータデバイス３３２より安価であることがあるので、このような低電圧補助インバータデバイス３３２を使用することにより、システム３００のコストを削減することができる。

補助インバータデバイス３３２は、非トラクションモータ３１０に給電するための多相交流電流（例えば３相ＡＣ）を生成することができる。一実施形態では、補助インバータデバイス３３２によって生成される電流の各相は、異なるチョッパデバイス３１６、またはチョッパデバイス３１６Ａ、３１６Ｂの異なるセットによって提供される電圧から生成することができる。例えば、第１のチョッパデバイス３１６Ａ（または第１のチョッパデバイス３１６Ａおよび第１のチョッパデバイス３１６Ｂを含むチョッパデバイス３１６の第１のセット）は、補助インバータデバイス３３２が生成する交流電流の第１の相のための補助バス３０８の電圧を提供することができる。第２のチョッパデバイス３１６Ａ（または第２のチョッパデバイス３１６Ａおよび第２のチョッパデバイス３１６Ｂを含むチョッパデバイス３１６の第２のセット）は、補助インバータデバイス３３２が生成する交流電流の別の第２の相のための補助バス３０８の電圧を提供することができる。第３のチョッパデバイス３１６Ａ（または第３のチョッパデバイス３１６Ａおよび第３のチョッパデバイス３１６Ｂを含むチョッパデバイス３１６の第３のセット）は、補助インバータデバイス３３２が生成する交流電流の別の第３の相のための補助バス３０８の電圧を提供することができる。

チョッパデバイス３１６またはチョッパデバイス３１６のセットのうちの１つが故障した場合（例えばトラクションバス３０２の電圧を補助バス３０８用の指定電圧に低下させることができない場合）にも、補助インバータデバイス３３２は、それより少ない数の相の交流電流を生成することによって動作し続けることができる。引き続き上記の例について、第１のチョッパデバイス３１６Ａまたは第１のセットのチョッパデバイス３１６が故障した場合に、補助インバータデバイス３３２は、交流電流を生成し続けることができる。この交流電流は、動作し続けている第２および第３のチョッパデバイス３１６またはチョッパデバイス３１６のセットによって生成される第２および第３の相の電流のみを含むことができる。その結果、交流電流の相の数が減少したことにより、非トラクションモータ３１０の出力も、３分の１など、それと同様の量だけ減少する可能性がある。例えば、非トラクションモータ３１０は、チョッパデバイス３１６またはチョッパデバイス３１６のセットの故障時にも、劣化状態で動作し続けることができる。

一実施形態では、制御ユニット３１８は、トラクションバス３０２の電圧の変化に基づいて、または応じて、チョッパデバイス３１６のデューティサイクルを変化させなくても良い。例えば、トラクションバス３０２の電圧が指定しきい値（例えば図示の例では７００ボルト）より大きくない場合には、制御ユニット３１８は、チョッパデバイス３１６を導通状態のまま残して、トラクションバス３０２の電圧を、（例えばチョッパデバイス３１６の異なるデューティサイクルを使用して）低下させることなく、チョッパデバイス３１６を介して補助バス３０８に導通するようにすることができる。しかし、トラクションバス３０２の電圧がしきい値より高くなったときには、制御ユニット３１８は、上述のように、チョッパデバイス３１６のデューティサイクルを独立して制御して、電圧を指定量または指定しきい値まで低下させることができる。

一実施形態では、充電バス３３４を、中央バス３２８と充電デバイス３１２の間に接続することができる。充電バス３３４は、中央バス３２８から充電デバイス３１２に電圧を送達して、後に非トラクションモータ３１０のうちの１つまたは複数の給電に使用するために１つまたは複数のインダクタ、コンデンサ、および燃料電池などを充電することができる。図３に示すように、充電デバイス３１２は、変圧デバイス３３８の両側に２つのトランジスタデバイス３３６（例えば絶縁ゲートバイポーラ接合トランジスタ）を含むＨブリッジ回路を含むことができる。充電デバイス３１２が起動される（例えばオンになる）と、変圧デバイス３３８の両側のトランジスタデバイス３３６は、比較的速い速度（例えば６０ヘルツ以上）で阻止状態と導通状態の間で切り替わることができる。このトランジスタデバイス３３６の切替えにより、変圧デバイス３３８の両側の電気的エネルギー（例えば電荷または電圧）を、一定値に保つ、または一定値付近に保つことができる。例えば、変圧デバイス３３８（例えばインダクタ）の両側で、導通状態にあるトランジスタデバイス３３６によって蓄積された電気的エネルギーを散逸させるだけの十分な時間がないようにすることができる。その結果として、比較的短い期間では、変圧デバイス３３８の両側の電荷を、ほぼ等しくする、または一定にすることができる。その後、この電荷を、車両１０２に搭載されたバッテリなどのエネルギー貯蔵デバイスに印加して、このデバイスを充電することができる。

図５は、車両のトラクションモータおよび非トラクションモータに給電する方法５００の一実施形態を示す流れ図である。方法５００は、上述の給電システム３００（図３に示す）および／または車両１０２（図１に示す）の１つまたは複数の実施形態と組み合わせて使用することができる。

５０２で、車両のトラクションバス上で電圧を搬送して、車両を推進させるために車両の１つまたは複数のトラクションモータに給電する。例えば、交流発電機１２４（図１に示す）、およびバッテリなどの電源からの電圧を、トラクションバス１１６、３０２（図１および図３に示す）に沿って伝送して、トラクションモータ１１２、３０４（図１および図３に示す）に給電することができる。

５０４で、トラクションバスに沿って搬送される電圧を検査して、その電圧が指定しきい値を超えるかどうかを判定する。例えば、電圧が大きすぎ（例えば高電圧）、車両の非トラクションモータが使用できない場合には、この電圧は、非トラクションモータに供給する前にそれより低い電圧（例えば低電圧）に低下させる必要があることがある。その結果として、方法５００のフローは、５０６に進むことができる。一方、電圧がしきい値を超えない場合には、この電圧は、低下させることなく、非トラクションモータに供給することができることがある。このシナリオでは、方法５００のフローは、５１４に進むことができる。

５１４で、車両の非トラクションモータに電圧を供給するために、しきい値を超えない電圧を車両の補助バスに搬送する。例えば、チョッパデバイス３１６のデューティサイクルを変化させることなく、または独立して制御することなく、チョッパデバイス３１６（図３に示す）を導通状態にすることができる。トラクションバス１１６、３０２の電圧は、チョッパデバイス３１６を通って補助バス１１８、３０８（図１および図３に示す）に導通し、非トラクションモータ１１４、３１０に給電する。

５０６で、チョッパデバイスを起動して、しきい値を超える電圧を、それより低い電圧に低下させる。例えば、制御ユニット３１８（図３に示す）は、チョッパデバイス３１６のデューティサイクル４００（図４に示す）を制御して、チョッパデバイス３１６がいつトラクションバス３０２の電圧を補助バス３０８に搬送するかを制御し始めることができる。

５０８で、チョッパデバイス３１６のデューティサイクルを独立して制御する。例えば、制御ユニット３１８は、チョッパデバイス３１６がトラクションバス３０２から補助バス３０８に電圧を導通する各デューティサイクルの開始時間、終了時間、および／または期間を変化させることができる。上述のように、１つまたは複数の期間にトラクションバス３０２の全電圧未満を補助バス３０８に搬送することができるように、複数のチョッパデバイスのデューティサイクルを異なるようにすることができる。

５１０で、電圧を、チョッパデバイスを通して補助バスに搬送する。上述のように、チョッパデバイス３１６のデューティサイクルを独立して制御することにより、トラクションバス３０２の高電圧から補助バス３０８の低電圧に電圧を低下させることができる。

５１２で、この電圧によって、補助バスに接続された非トラクションモータに給電する。例えば、例えば、独立して制御されるチョッパデバイス３１６によって、かつ／あるいは変圧器またはフィルタを通して電圧を搬送することなく、非トラクションモータ１１４、３１０が使用することができるレベルまで低下した電圧によって、補助バス１１８、３０８に接続された非トラクションモータ１１４、３１０に給電する。

方法５００のフローは、５０２に戻ることができ、電圧をトラクションバスに沿って搬送し続ける。方法５００は、ループ式に進行して、トラクションバス上の電圧を繰り返しモニタリングし、電圧を低下させるためにチョッパデバイスを使用するかどうかを判定し（例えば５０４）、電圧を低下させる場合には、チョッパデバイスのデューティサイクルを独立して制御して補助バス上の非トラクションモータ用の電圧を低下させることができる。

別の実施形態では、システム（例えば車両に給電するシステム）は、トラクションバスと、補助バスと、第１および第２のチョッパデバイスと、制御ユニットとを備える。トラクションバスは、車両の１つまたは複数のトラクションモータに導電結合される。トラクションバスは、車両を推進するために１つまたは複数のトラクションモータに給電するための第１の電圧を供給するように構成される。補助バスは、車両の１つまたは複数の非トラクションモータに導電結合され、車両の牽引以外の仕事を実行するために１つまたは複数の非トラクションモータに給電するための異なる第２の電圧を供給するように構成される。第１および第２のチョッパデバイスは、トラクションバスおよび補助バスの両方に導電結合される。第１および第２のチョッパデバイスは、トラクションバス上の第１の電圧を第２の電圧として補助バスに導通するのを第１および第２のデューティサイクルをそれぞれ用いて制御するように構成される。制御ユニットは、第１および第２のチョッパデバイスに動作可能に結合されて、トラクションバス上の第１の電圧が補助バス上の第２の電圧に変化するように、第１および第２のチョッパデバイスのそれぞれ第１および第２のデューティサイクルを制御する。

別の態様では、補助バス上の第２の電圧は、トラクションバス上の第１の電圧より低く、制御ユニットは、トラクションバス上の第１の電圧が補助バス上の第２の電圧まで低下するように第１および第２のチョッパデバイスの第１および第２のデューティサイクルを制御するように構成される。

別の態様では、制御ユニットは、第１および第２のデューティサイクルが異なる期間にわたって発生するように、第１および第２のチョッパデバイスのそれぞれ前記第１および第２のデューティサイクルを独立して制御するように構成される。

別の態様では、トラクションバスは、トラクションバス上の第１の電圧の正成分を１つまたは複数のトラクションモータに搬送するように構成された正のトラクション部分と、トラクションバス上の第１の電圧の負成分を１つまたは複数のトラクションモータに搬送するように構成された負のトラクション部分とを含む。補助バスは、第２の電圧の正成分を非トラクションモータに搬送するように構成された正の補助部分と、第２の電圧の負成分を非トラクションモータに搬送するように構成された負の補助部分とを含むことができる。

別の態様では、第１のチョッパデバイスがトラクションバス上の第１の電圧の正成分を第２の電圧の正成分として補助バスに伝達するように制御ユニットによって制御可能となるように、第１のチョッパデバイスは、トラクションバスの正のトラクション部分および補助バスの正の補助部分に導電結合される。

別の態様では、第２のチョッパデバイスがトラクションバス上の第１の電圧の負成分を第２の電圧の負成分として補助バスに伝達するように制御ユニットによって制御可能となるように、第２のチョッパデバイスは、トラクションバスの負のトラクション部分および補助バスの負の補助部分に導電結合される。

別の態様では、制御ユニットは、トラクションバス上の第１の電圧の正成分および負成分が互いに対して非対称になり、補助バス上の第２の電圧の正成分および負成分が互いに対して対称になるように、第１および第２のチョッパデバイスのそれぞれ第１および第２のデューティサイクルを制御するように構成される。例えば、第１および第２の電圧の正成分および負成分は、指定電圧（例えばゼロボルト）に対して非対称であっても対称であってもよい。

別の態様では、第１および第２のチョッパデバイスはそれぞれ、入力端子と、第１および第２の出力端子と、トランジスタデバイスと、ダイオードデバイスとを含む。トランジスタデバイスは、ダイオードデバイスに導電結合することができ、入力端子は、トランジスタデバイスに接合することができ、第１の出力端子は、トランジスタデバイスおよびダイオードデバイスの両方に接合し、かつトランジスタデバイスとダイオードデバイスの間に電気的に配置することができ、第２の出力端子は、ダイオードデバイスに接合することができる。

別の態様では、第１のチョッパデバイスの入力端子は、トラクションバスの正のトラクション部分に導電結合され、第１のチョッパデバイスの第１の出力端子は、補助バスの正の補助部分に導電結合され、第１のチョッパデバイスの第２の出力端子は、第１のチョッパデバイスの入力端子に導電結合される。

別の態様では、システムは、第１のコンデンサデバイスおよび第２のコンデンサデバイスも含む。第１のコンデンサデバイスは、トラクションバスの正のトラクション部分と補助バスの正の補助部分との間に導電結合される。第２のコンデンサデバイスは、トラクションバスの前記負のトラクション部分と補助バスの負の補助部分との間に導電結合される。第１および第２のコンデンサデバイスは、第１および第２のチョッパデバイスのデューティサイクルの間に、それぞれ第１の電圧の正成分および負成分の少なくとも一部のエネルギーを保持するように構成される。

別の態様では、トラクションバスは、第１の電圧を少なくとも１４００ボルトの第１の電圧レベルとして１つまたは複数のトラクションモータに搬送するように構成され、制御ユニットは、第１および第２のチョッパデバイスのそれぞれ第１および第２のデューティサイクルを制御して、第１の電圧を、１つまたは複数の非トラクションモータに給電するための補助バス上の第２の電圧である７００ボルト以下の第２の電圧レベルまで低下させるように構成される。

別の態様では、１つまたは複数の非トラクションモータは、４８０ボルト以下の電圧で動作する電動機であり、１つまたは複数の非トラクションモータは、１つまたは複数のフィルタ、コンデンサ、または変圧器を介して補助バスと相互接続されない。

別の態様では、第１および第２のチョッパデバイスを制御するステップは、第１および第２のデューティサイクルが異なる期間にわたって発生するように、第１および第２のチョッパデバイスのそれぞれ第１および第２のデューティサイクルを時間的にずらすステップを含む。

別の態様では、第１の電圧を搬送するステップは、トラクションバスの正のトラクション部分に沿って第１の電圧の正成分を１つまたは複数のトラクションモータに搬送するステップと、正のトラクション部分とは別のトラクションバスの負のトラクション部分に沿って第１の電圧の負成分を別個に搬送するステップとを含む。第２の電圧を搬送するステップは、補助バスの正の補助部分に沿って第２の電圧の正成分を１つまたは複数の非トラクションモータに搬送するステップと、正の補助部分とは別の補助バスの負の補助部分に沿って第２の電圧の負成分を搬送するステップとを含む。

別の態様では、第１および第２のチョッパデバイスを制御するステップは、トラクションバス上の第１の電圧の正成分を補助バス上の第２の電圧の正成分に変換するように第１のチョッパデバイスを制御するステップと、トラクションバス上の第１の電圧の負成分を補助バス上の第２の電圧の負成分に変換するように第２のチョッパデバイスを制御するステップとを含む。

別の態様では、第１および第２のチョッパデバイスを制御するステップは、トラクションバス上の第１の電圧の正成分および負成分が指定電圧レベルの周りで非対称になり、補助バス上の第２の電圧の正成分および負成分が指定電圧レベルの周りで対称になるように、第１および第２のチョッパデバイスのそれぞれ第１および第２のデューティサイクルの開始または終了を交番させるステップを含む。

別の態様では、この方法は、第１のチョッパデバイスの第１のデューティサイクルと第２のチョッパデバイスの第２のデューティサイクルの間の重複期間の間に、第１および第２のチョッパデバイスに導電結合された１つまたは複数のコンデンサデバイスに第１の電圧のエネルギーの少なくとも一部分を保持するステップをさらに含む。

なお、上記の説明は、例示を目的としてものであり、制限を目的としたものではないことを理解されたい。例えば、上述の実施形態（および／またはその態様）は、互いに組み合わせて使用することもできる。さらに、特定の状況または材料に対応するために、本発明の主題の範囲を逸脱することなく、本発明の主題の教示に多くの修正を加えることができる。本明細書に記載する材料の寸法および種類は、本発明の主題のパラメータを定義するためのものであるが、それらは、決して限定的なものではなく、例示的な実施形態に過ぎない。上記の説明を検討すれば、当業者にはその他の多くの実施形態が明らかになるであろう。したがって、本発明の主題の範囲は、添付の特許請求の範囲、ならびにそれらの特許請求の範囲が享受する均等物の全範囲を参照して決定されるべきものである。添付の特許請求の範囲において、「含む」および「の中で」という表現は、それぞれ「備える」および「において」という表現の平易な英語の相当語句として使用している。さらに、以下の特許請求の範囲において、「第１」、「第２」、および「第３」などの表現は、単に標識として使用したものであり、それらの対象に数値的な要件を付与するためのものではない。さらに、以下の特許請求の範囲の制限は、ミーンズプラスファンクション形式で書かれたものではなく、それらの特許請求の範囲の制限が、構成を記載しない機能の記述の前に「するための手段」という表現を明示的に使用していない限り、米国特許法第１１２条第６パラグラフに基づいて解釈されないものと意図されている。

本明細書では、例を用いて、最良の形態も含めた本発明の主題のいくつかの実施形態を開示し、当業者が、任意のデバイスまたはシステムを作成して使用すること、および任意の組み込まれた方法を実行することも含めて、本発明の主題の実施形態を実施することを可能にする。本発明の主題の特許性のある範囲は、特許請求の範囲によって定義され、当業者が思い付くその他の例を含むこともできる。そのような他の例は、それらが特許請求の範囲の文言と異ならない構造要素を有する場合、または特許請求の範囲の文言との実質的な差異を持たない等価な構造要素を含む場合には、特許請求の範囲に含まれるものとされる。

上記の本発明の主題の特定の実施形態の説明は、添付の図面と関連付けて読むと、よりよく理解される。これらの図面が様々な実施形態の機能ブロックの図を示す限りでは、これらの機能ブロックは、必ずしもハードウェア回路間の区分を示しているわけではない。したがって、例えば、これらの機能ブロック（例えばプロセッサまたはメモリ）のうちの１つまたは複数が、１つのハードウェア（例えば汎用信号プロセッサ、マイクロ制御装置、ランダムアクセスメモリ、およびハードディスクなど）として実施されることもある。同様に、プログラムは、例えば、独立型プログラムであってもよいし、サブルーチンとしてオペレーティングシステムに組み込まれていてもよいし、インストールされたソフトウェアパッケージ中の機能であってもよい。これらの様々な実施形態は、図面に示す構成および手段に限定されない。

本明細書で使用する、不定冠詞が付されて単数形で記載される要素またはステップは、その要素またはステップの複数形を排除することが明記されていない限り、その要素またはステップの複数形を排除しないものとして理解すべきものである。さらに、本発明の主題の「一実施形態」への言及は、そこに記載される特徴を含む別の実施形態の存在を排除するものとして解釈されないものとする。さらに、特に明記されない限り、特定の性質を有する１つまたは複数の要素を「備える」、「含む」、または「有する」実施形態は、その性質を有していない追加のそれらの要素を含むことがあり得る。

１００車両システム
１０２車両
１０４表面
１０６変換システム
１０８制御ユニット
１１０チョッパデバイス
１１２トラクションモータ
１１４車輪
１１４Ａ非トラクションモータ
１１６導電性トラクションバス
１１８導電性補助バス
１２０電源
１２２原動機
１２４交流発電機
１２６シャフト

Claims

車両の１つまたは複数のトラクションモータに導電結合されたトラクションバスであり、前記車両を推進するために前記１つまたは複数のトラクションモータに給電するための第１の電圧を供給するように構成され、正のトラクションバス部分と負のトラクションバス部分とを含むトラクションバスと、
前記車両の１つまたは複数の非トラクションモータに導電結合された補助バスであり、前記車両の牽引以外の仕事を実行するために前記１つまたは複数の非トラクションモータに給電するための異なる第２の電圧を供給するように構成され、正の補助バス部分と負の補助バス部分とを含む補助バスと、
前記正のトラクションバス部分および前記正の補助バス部分の両方に導電結合された第１のチョッパデバイスであり、前記トラクションバス上の前記第１の電圧の正成分を前記第２の電圧の正成分として前記正の補助バス部分に導通するのを第１のデューティサイクルを用いて制御するように構成された第１のチョッパデバイスと、
前記負のトラクションバス部分および前記負の補助バス部分の両方に導電結合された第２のチョッパデバイスであり、前記トラクションバス上の前記第１の電圧の負成分を前記第２の電圧の負成分として前記負の補助バス部分に導通するのを第２のデューティサイクルを用いて制御するように構成された第２のチョッパデバイスと、
前記第１および第２のチョッパデバイスに動作可能に結合されて、前記トラクションバス上の前記第１の電圧が前記補助バス上の前記第２の電圧に変化するように、前記第１および第２のチョッパデバイスのそれぞれ前記第１および第２のデューティサイクルを制御する制御ユニットとを備える、システム。
車両の１つまたは複数のトラクションモータに導電結合されたトラクションバスであり、前記車両を推進するために前記１つまたは複数のトラクションモータに給電するための第１の電圧を供給するように構成され、正のトラクションバス部分と負のトラクションバス部分とを含むトラクションバスと、
前記車両の１つまたは複数の非トラクションモータに導電結合された補助バスであり、前記車両の牽引以外の仕事を実行するために前記１つまたは複数の非トラクションモータに給電するための異なる第２の電圧を供給するように構成され、正の補助バス部分と負の補助バス部分とを含む補助バスと、
前記正のトラクションバス部分および前記正の補助バス部分の両方に導電結合された第１のチョッパデバイスであり、前記トラクションバス上の前記第１の電圧の正成分を前記第２の電圧の正成分として前記正の補助バス部分に導通するのを第１のデューティサイクルを用いて制御するように構成された第１のチョッパデバイスと、
前記負のトラクションバス部分および前記負の補助バス部分の両方に導電結合された第２のチョッパデバイスであり、前記トラクションバス上の前記第１の電圧の負成分を前記第２の電圧の負成分として前記負の補助バス部分に導通するのを第２のデューティサイクルを用いて制御するように構成された第２のチョッパデバイスと、
前記第１および第２のチョッパデバイスに動作可能に結合されて、前記トラクションバス上の前記第１の電圧を前記補助バス上の前記第２の電圧に変化させるために前記第１および第２のデューティサイクルが異なる期間にわたって発生するように、前記第１および第２のチョッパデバイスのそれぞれ前記第１および第２のデューティサイクルを独立して制御する制御ユニットとを備える、システム。
前記補助バス上の前記第２の電圧が、前記トラクションバス上の前記第１の電圧より低く、前記制御ユニットが、前記トラクションバス上の前記第１の電圧が前記補助バス上の前記第２の電圧まで低下するように前記第１および第２のチョッパデバイスの前記第１および第２のデューティサイクルを制御するように構成される、請求項１または２に記載のシステム。
前記制御ユニットが、前記第１および第２のデューティサイクルが異なる期間にわたって発生するように、前記第１および第２のチョッパデバイスのそれぞれ前記第１および第２のデューティサイクルを独立して制御するように構成される、請求項１乃至３のいずれかに記載のシステム。
前記制御ユニットが、前記トラクションバス上の前記第１の電圧の前記正成分および前記負成分が互いに対して非対称になり、前記補助バス上の前記第２の電圧の前記正成分および前記負成分が互いに対して対称になるように、前記第１および第２のチョッパデバイスのそれぞれ前記第１および第２のデューティサイクルを制御するように構成される、請求項１乃至４のいずれかに記載のシステム。
前記第１および第２のチョッパデバイスがそれぞれ、入力端子と、第１および第２の出力端子と、トランジスタデバイスと、ダイオードデバイスとを含み、前記トランジスタデバイスが、前記ダイオードデバイスに導電結合され、前記入力端子が、前記トランジスタデバイスに接合され、前記第１の出力端子が、前記トランジスタデバイスおよび前記ダイオードデバイスの両方に接合され、かつ前記トランジスタデバイスと前記ダイオードデバイスの間に電気的に配置され、前記第２の出力端子が、前記ダイオードデバイスに接合される、請求項１乃至５のいずれかに記載のシステム。
前記第１のチョッパデバイスの前記入力端子が、前記トラクションバスの前記正のトラクションバス部分に導電結合され、前記第１のチョッパデバイスの前記第１の出力端子が、前記補助バスの前記正の補助バス部分に導電結合され、前記第１のチョッパデバイスの前記第２の出力端子が、前記第１のチョッパデバイスの前記入力端子に導電結合される、請求項６記載のシステム。
前記トラクションバスの前記正のトラクションバス部分と前記補助バスの前記正の補助バス部分との間に導電結合された第１のコンデンサデバイスと、前記トラクションバスの前記負のトラクションバス部分と前記補助バスの前記負の補助バス部分との間に導電結合された第２のコンデンサデバイスとをさらに備え、前記第１および第２のコンデンサデバイスが、前記第１および第２のチョッパデバイスのデューティサイクルの間に、それぞれ前記第１の電圧の前記正成分および負成分の少なくとも一部のエネルギーを保持するように構成される、請求項１乃至７のいずれかに記載のシステム。
前記トラクションバスが、前記第１の電圧を少なくとも１４００ボルトの第１の電圧レベルとして前記１つまたは複数のトラクションモータに搬送するように構成され、前記制御ユニットが、前記第１および第２のチョッパデバイスのそれぞれ前記第１および第２のデューティサイクルを制御して、前記第１の電圧を、前記１つまたは複数の非トラクションモータに給電するための前記補助バス上の前記第２の電圧である７００ボルト以下の第２の電圧レベルまで低下させるように構成される、請求項１乃至８のいずれかに記載のシステム。
前記１つまたは複数の非トラクションモータが、４８０ボルト以下の電圧で動作する電動機であり、前記１つまたは複数の非トラクションモータが、１つまたは複数のフィルタ、コンデンサ、または変圧器を介して前記補助バスと相互接続されない、請求項９記載のシステム。
前記補助バスと導電結合され、前記補助バスの電圧を、交流電流に変換し、前記１つまたは複数の非トラクションモータに給電する補助インバータデバイスを含む、請求項１乃至１０のいずれかに記載のシステム。
前記補助バスと導電結合され、前記１つまたは複数の非トラクションモータに電力を供給する充電器を含む、請求項１乃至１１のいずれかに記載のシステム。
前記第１および第２のチョッパデバイスに結合された中央バスと、
前記中央バスと前記補助バスの前記正の補助バス部分との間に導電結合された第３のコンデンサデバイスと、前記中央バスと前記補助バスの前記負の補助バス部分との間に導電結合された第４のコンデンサデバイスとをさらに備える、請求項１乃至１２のいずれかに記載のシステム。
前記中央バスを充電器に接続する充電バスをさらに備える、請求項１３記載のシステム。
車両の１つまたは複数のトラクションモータに導電結合された前記車両のトラクションバスに沿って第１の電圧を搬送するステップであり、前記第１の電圧が、前記車両を推進させるために前記１つまたは複数のトラクションモータに給電する電圧であるステップと、
前記車両の前記トラクションバスおよび補助バスに導電結合された第１および第２のチョッパデバイスを制御するステップであり、前記第１および第２のチョッパデバイスが前記第１の電圧を前記補助バス上の第２の電圧に変換するように、前記第１および第２のチョッパデバイスをそれぞれ異なる第１および第２のデューティサイクルにわたって制御するステップと、
前記車両の牽引以外の仕事を実行するために前記車両の１つまたは複数の非トラクションモータに給電するために、前記車両の前記１つまたは複数の非トラクションモータに前記第２の電圧を前記補助バスに沿って搬送するステップとを含み、
前記非トラクションモータが前記第２の電圧を受け取る前に、前記第１および第２のチョッパデバイスが受け取る前記第１の電圧をフィルタまたは変圧器の１つまたは複数を介して搬送して前記第１の電圧または前記第１の電圧の過渡電圧を低下させなくても、前記第１の電圧が前記非トラクションモータに給電するための前記第２の電圧まで低下するように、前記第１および第２のチョッパデバイスの前記第１および第２のデューティサイクルが互いに異なり、
前記第１の電圧を搬送するステップが、前記トラクションバスの正のトラクションバス部分に沿って前記第１の電圧の正成分を前記１つまたは複数のトラクションモータに搬送するステップと、前記正のトラクションバス部分とは別の前記トラクションバスの負のトラクションバス部分に沿って前記第１の電圧の負成分を別個に搬送するステップとを含み、前記第２の電圧を搬送するステップが、前記補助バスの正の補助バス部分に沿って前記第２の電圧の正成分を前記１つまたは複数の非トラクションモータに搬送するステップと、前記正の補助バス部分とは別の前記補助バスの負の補助バス部分に沿って前記第２の電圧の負成分を搬送するステップとを含み、
前記第１および第２のチョッパデバイスを制御するステップが、前記トラクションバス上の前記第１の電圧の前記正成分を前記補助バス上の前記第２の電圧の前記正成分に変換するように前記第１のチョッパデバイスを制御するステップと、前記トラクションバス上の前記第１の電圧の前記負成分を前記補助バス上の前記第２の電圧の前記負成分に変換するように前記第２のチョッパデバイスを制御するステップとを含む、方法。
前記第１および第２のチョッパデバイスを制御するステップが、前記第１および第２のデューティサイクルが異なる期間にわたって発生するように、前記第１および第２のチョッパデバイスのそれぞれ前記第１および第２のデューティサイクルを時間的にずらすステップを含む、請求項１５記載の方法。
前記第１および第２のチョッパデバイスを制御するステップが、前記トラクションバス上の前記第１の電圧の前記正成分および前記負成分が指定電圧レベルの周りで非対称になり、前記補助バス上の前記第２の電圧の前記正成分および前記負成分が前記指定電圧レベルの周りで対称になるように、前記第１および第２のチョッパデバイスのそれぞれ前記第１および第２のデューティサイクルの開始または終了を交番させるステップを含む、請求項１５または１６に記載の方法。
前記第１のチョッパデバイスの前記第１のデューティサイクルと前記第２のチョッパデバイスの前記第２のデューティサイクルの間の重複期間の間に、前記第１および第２のチョッパデバイスに導電結合された１つまたは複数のコンデンサデバイスに前記第１の電圧のエネルギーの少なくとも一部分を保持するステップをさらに含む、請求項１５乃至１７のいずれかに記載の方法。