JP6924061B2

JP6924061B2 - トラクションシステム

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Publication number: JP6924061B2
Application number: JP2017077895A
Authority: JP
Inventors: クム・カン・ホ; ディ・パン
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 2016-04-25
Filing date: 2017-04-11
Publication date: 2021-08-25
Anticipated expiration: 2037-04-11
Also published as: EP3238979A1; US20170305283A1; EP3238979B1; JP2017200428A; US10507716B2; KR20170121697A; CN107364350A; US20200070643A1; KR102370937B1

Description

本発明の実施形態は、一般にハイブリッド車および電気自動車を含む電気駆動システムならびに過渡またはパルス負荷を受ける固定駆動装置に関し、より詳細には、車両または駆動装置の蓄電デバイスと車両の外部の電源との間でエネルギーを伝達することに関する。

ハイブリッド電気自動車は、車両を推進するために内燃エンジンと、トラクション電池などのエネルギー貯蔵デバイスによって電力供給される電気モータとを組み合わせることができる。そのような組合せにより、燃焼エンジンおよび電気モータが、それぞれ、それぞれの増加した効率の範囲で動作することが可能になることによって総燃料効率が増加することができる。例えば、電気モータは、発進から加速するのが効率的であり得るが、燃焼エンジンは、幹線道路走行などの一定のエンジン動作の持続時間の間が効率的あり得る。初期加速を上げるために電気モータを有することにより、ハイブリッド車の燃焼エンジンは、より小型になり、より燃費がよくなることが可能になる。

純粋電気自動車は、貯蔵電気エネルギーを使用して、電気モータに電力供給し、電気モータは、車両を推進し、また補助駆動装置を動作させることもできる。純粋電気自動車は、１つまたは複数の貯蔵電気エネルギー源を使用することができる。例えば、第１の貯蔵電気エネルギー源は、より長持ちするエネルギーを提供するのに使用することができるが、第２の貯蔵電気エネルギー源は、例えば、加速のためのより高出力のエネルギーを提供するのに使用することができる。

プラグイン電気自動車は、ハイブリッド電気タイプであるかまたは純粋電気タイプであるかにかかわらず、トラクション電池を再充電するために外部電源からの電気エネルギーを使用するように構成される。そのような車両は、例としてオンロードおよびオフロード車、ゴルフカー、近隣走行用電気自動車、フォークリフト、および万能トラックを含むことができる。これらの車両は、電力系統または再生可能エネルギー源から車両の車載トラクション電池に電気エネルギーを伝達するために非車載固定充電器または車載充電器のいずれかを使用することができる。プラグイン車は、例えば、電力系統または他の外部電源からのトラクション電池の再充電を容易にするための回路および接続部を含むことができる。しかし、電池充電回路は、車載蓄電デバイスと外部電源との間のエネルギーの伝達専用の、電気コネクタおよび接触器を含む、昇圧変換器、高周波フィルタ、チョッパ、誘導子、および他の電気構成部品などの専用構成部品を含むことができる。これらの追加の専用構成部品により、車両に余分な費用および重量が加わる。

電池充電のために車両に入ってくる電気は、直流（ＤＣ）または交流（ＡＣ）のいずれかであり得る。ＤＣ充電は、専用の充電インフラストラクチャを必要とし、高速充電が検討されている。しかし、ＡＣ充電が採用されたときは既存の回路を利用するのがより容易である。既存のＩＥＣ／ＳＡＥ規格によれば、充電用のＡＣ電圧は、単相または三相で１２０ボルトから６００ボルトの範囲にわたる。整流器のＤＣリンク電圧は、整流器の完全制御性を確実にして、力率および高調波の要件を満たすために、ＡＣ電圧のピークよりも高いことが必要とされる。ほとんどの既存のハイブリッド電気自動車および電気自動車においては、電池電圧は、２００ボルトから４００ボルトの範囲にわたることができる。１２０ボルトの入力を除いて、電圧逓降段が必要とされる。

従来の外部充電回路は、昇圧（逓増）ＡＣ／ＤＣ変換器または降圧（逓降）ＡＣ／ＤＣ変換器を含むことができる。しかし、これらの変換器は、電池の充電を制御する能力を制限する、限定された出力電圧を有する。例えば、ＡＣ１２０ボルトまたは２４０ボルトの入力の場合、ＤＣ出力電圧は、昇圧ＡＣ／ＤＣ変換器を使用したとき、それぞれ１７０ボルトまたは３４０ボルトよりも低くすることができない。さらに、ＡＣ１２０ボルトまたは２４０ボルトの入力の場合、ＤＣ出力電圧は、降圧ＡＣ／ＤＣ変換器を使用したとき、１７０ボルトまたは３４０ボルトよりも高くすることができない。全電池電圧範囲に対応させるためにＤＣ／ＤＣ変換器を含めることができるが、しかし、これにより、電力レベルの増大を補うために次第に大型の充電器となり、最終的にはそれを車両に組み込むことが困難になる。

従来の外部充電回路の例が、参照により本明細書に組み込まれている、米国特許第８，０３０，８８４号に説明されている。この特許の図１の構成において、ダイオード整流器の出力は、複数の誘導子を通してトラクションインバータのＤＣリンクに結合される。この構成は、外部ＡＣ電圧源によって決定されたダイオード整流器の出力電圧を昇圧（降圧ではなく）することしかできず、充電能力が限定される。さらに、この構成で利用される接触器は、電気モータの電流を動作させる大きさにする必要があり、それは充電電流よりも顕著に大きいことがあり得、より重く、より高価な接触器がもたらされ得る。

したがって、車載蓄電デバイスと外部電源との間でのエネルギーの伝達専用の構成部品の費用および数を低減する、すべての充電条件に対して外部電源からプラグイン車の車載蓄電デバイスへの電気エネルギーの伝達を容易にするための装置を提供することが望ましいはずである。

特開平５−２０７６６４

いくつかの実施形態によれば、トラクションシステムが開示される。トラクションシステムは、ＤＣバスと、ＤＣバスに結合されたエネルギー貯蔵デバイスと、エネルギー貯蔵デバイスに結合された電圧変換器組立品とを含む。電圧変換器組立品は複数の位相レッグを含む。トラクションシステムは、電圧変換器組立品に結合された複数の巻線を含む電気機械デバイスをさらに含む。トラクションシステムは、電圧変換器組立品とエネルギー貯蔵デバイスとの間のＤＣバスに結合されたスイッチも含む。トラクションシステムは、位相レッグおよび電気機械デバイスの巻線がＤＣ／ＤＣ変換器を構成するように、スイッチおよび電圧変換器組立品を制御するように構成された制御器を含む。

いくつかの実施形態によれば、ハイブリッド電気自動車を充電するための方法が開示される。方法は、電気機械デバイスとエネルギー貯蔵デバイスとの間に結合されたＤＣバス上の第１のスイッチを閉じ、電圧変換器組立品とエネルギー貯蔵デバイスとの間に結合されたＤＣバス上の第２のスイッチを開き、位相レッグおよび電気機械デバイスの巻線がＤＣ／ＤＣ変換器を形成するように、電圧変換器組立品の位相レッグをオンにするように制御器を構成するステップを含む。

いくつかの実施形態によれば、トラクションシステムが開示される。トラクションシステムは、ＤＣバスと、ＤＣバスに結合されたエネルギー貯蔵デバイスと、エネルギー貯蔵デバイスに結合された第１の電圧変換器組立品と、エネルギー貯蔵デバイスに結合された第２の電圧変換器組立品とを含む。第１の電圧変換器組立品は、第１の複数の位相レッグを含み、第２の電圧変換器組立品は、第２の複数の位相レッグを含む。トラクションシステムは、第１の電圧変換器組立品のそれぞれの位相レッグに結合された、複数の巻線を含む第１の電気機械デバイスと、第２の電圧変換器組立品のそれぞれの位相レッグに結合された、複数の巻線を含む第２の電気機械デバイスとをさらに含む。トラクションシステムは、第１の電気機械デバイスとエネルギー貯蔵デバイスとの間のＤＣバスに結合された第１のスイッチと、第２の電気機械デバイスとエネルギー貯蔵デバイスとの間のＤＣバスに結合された第２のスイッチとをやはり含む。トラクションシステムは、第１の電圧変換器組立品の位相レッグおよび第１の電気機械デバイスの巻線が第１のＤＣ／ＤＣ変換器を形成し、第２の電圧変換器組立品の位相レッグおよび第２の電気機械デバイスの巻線が第２のＤＣ／ＤＣ変換器を形成するように、第１のおよび第２のスイッチならびに両電圧変換器組立品を制御するように構成された制御器を含む。

上記の実施形態により、任意の顕著な車載充電器構成部品を追加することなく車両の急速充電が可能になる。さらに、電気機械デバイスの巻線は、充電中、電圧変換器組立品に接続されたままであることができ、より低い費用およびより高い効率がもたらされ得る。様々な他の特徴および利点は、以下の詳細な説明および図面から明らかにされよう。

本発明の利点を容易に理解するために、上記に簡潔に説明した本発明のより詳細な説明は、添付の図面に示す特定の実施形態を参照して行われる。これらの図面は本発明の典型的な実施形態だけを示し、したがって、添付の図面のその範囲を限定することが意図されていないことを理解されたい。

本発明の実施形態によるトラクションシステムの回路図である。本発明の実施形態によるトラクションシステムの回路図である。本発明の実施形態によるトラクションシステムの回路図である。本発明の実施形態によるトラクションシステムの回路図である。

本発明の原理を理解することを促進するために、次に、図面に示す例示的な実施形態を参照し、特定の言語を使用してそれを説明する。それにもかかわらず、それによって本発明の範囲の限定が何も意図されていないことが理解されるであろう。当業者および本開示を入手する者には思いつく、本明細書に示す本発明の特徴の任意の改変および他の変更、ならびに本明細書に示す本発明の原理の任意の追加の適用は、本発明の範囲内にあるとみなされるものとする。

図１は、本発明の実施形態によるトラクションシステム２の回路図を示す。トラクションシステム２は、エネルギー貯蔵デバイス４を含む。一実施形態において、エネルギー貯蔵デバイス４は、例として、電池、フライホイールシステム、燃料電池、超コンデンサ、または超コンデンサと電池との組合せであり得る。エネルギー貯蔵デバイス４は、ＤＣバス８を介して電圧変換器組立品６に結合される。一実施形態において、電圧変換器組立品６は、双方向ＤＣ／ＡＣ電圧インバータである。電圧変換器組立品６は、３つの位相レッグ２２〜２６を形成するために対になっている６つの半位相モジュール１０〜２０を含む。各モジュール１４〜２４は、ダイオードに逆並列に結合された電源スイッチを備える。絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ：ｉｎｓｕｌａｔｅｄｇａｔｅｂｉｐｏｌａｒｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）、金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ：ｍｅｔａｌｏｘｉｄｅｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒｆｉｅｌｄｅｆｆｅｃｔｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）、炭化ケイ素（ＳｉＣ：ｓｉｌｉｃｏｎｃａｒｂｉｄｅ）ＭＯＳＦＥＴ、窒化ガリウム（ＧａＮ：ｇａｌｌｉｕｍｎｉｔｒｉｄｅ）デバイス、バイポーラ接合トランジスタ（ＮＪＴ）、および金属酸化膜半導体制御サイリスタ（ＭＣＴ）など、任意の適切な電子スイッチを使用することができる。各位相レッグ２２〜２６は、導体２８および３０の対に結合される。ＤＣリンクコンデンサ３２が、ＤＣバス８に対して平滑化機能を提供し、高周波電流をフィルタリングするためにＤＣバス８に結合される。

電気機械デバイス３４が電圧変換器組立品６に結合される。一実施形態において、電気機械デバイス３４は、非限定例として、車両または起重機、エレベータ、もしくはリフトなどの他の電気装置のうちの１つまたは複数の動輪または動軸（図示せず）に機械的に結合されたトラクションモータである。電気機械デバイス３４は、電圧変換器組立品６のそれぞれの位相２２〜２６に結合された複数の巻線３５を含む。巻線３５は、Ｙ字形構成で示すが、デルタ構成または任意の他の適切な構成として構成することができる。任意の数の巻線を使用することもできる。

第１の充電スイッチ３６および任意選択の誘導子３８が、電気機械デバイス３４とエネルギー貯蔵デバイス４との間に直接結合される。任意選択の誘導子３８は、十分なインダクタンスが電気機械デバイス３４によって提供されない場合に含まれる。第２の充電スイッチ４０が、エネルギー貯蔵デバイス４と変換器組立品６との間に結合される。充電スイッチ３６および４０は、非限定例として、機械的接触器、またはＩＧＢＴ、ＭＯＳＦＥＴ、ＳｉＣＭＯＳＦＥＴ、ＧａＮデバイス、ＮＪＴ、およびＭＣＴなどの電子スイッチのいずれかでよい。この構成は、外部充電源から電圧を昇圧および降圧の両方をすることができ、それによって、固定充電設備の全能力をすべての充電条件で利用することが可能になるが、ただし、エネルギー貯蔵デバイス４をその速度で充電できる場合に限る。さらに、充電スイッチ３６および４０は、充電電流に対する大きさにすることだけが必要であり、サイズおよび費用が大幅に低減する。

トラクションシステム２は、配線４４を介して半位相モジュール１０〜２０ならびに充電スイッチ３６および４０に結合された制御器４２を含む。半位相モジュール１０〜２０を適切に制御することにより、制御器４２は、ＤＣバス８上のＤＣ電圧または電流をＡＣ電圧または電流に変換して、電気機械デバイス３４の巻線３５に供給するために電圧変換器組立品６を制御するように構成される。したがって、エネルギー貯蔵デバイス４からのＤＣ電圧または電流をＡＣ電圧または電流に変換し、電気機械デバイス３４に、次いで動輪（図示せず）に供給することができる。他の非車両推進システムにおいて、動輪（図示せず）は、ポンプ、換気扇、巻き上げ機、起重機、または他のモータ駆動負荷を含む別のタイプの負荷でよい。回生制動モードでは、電気機械デバイス３４は、動輪（図示せず）を制動し、ＡＣ電圧または電流を電圧変換器組立品６に供給して、エネルギー貯蔵デバイス４を再充電するのに適切である、ＤＣバス８上へのＤＣ電圧または電流に逆変換するための発電機として動作させることができる。

トラクションシステム２を組み込んだ車両または装置が駐車しており、または使用していないとき、車両のプラグを例えば電力系統または再生可能エネルギー源に差し込んで、エネルギー貯蔵デバイス４をリフレッシュまたは再充電することが望ましいことであり得る。したがって、トラクションシステム２は、外部ＡＣ電圧源（図示せず）と結合するように構成されたプラグまたはコンセント４６を含む。ＡＣ電圧源（図示せず）は、任意の数の位相を有する高インピーダンス電圧源でよい。プラグ４６は、ＤＣ電圧または電流がＤＣバス８中を流れることができるように、ＡＣ電圧源（図示せず）からのＡＣ電圧または電流をＤＣ電圧または電流に変換するために整流器４８に結合される。

本発明の一実施形態によれば、位相レッグ２２〜２６のうちの１つだけがＤＣ／ＤＣ変換器として使用される。非限定例として、位相レッグ２２が、ＤＣ／ＤＣ変換器として使用される。制御器４２は、位相レッグ２２をオンにし、残りの位相レッグ２４〜２６をオフにし、したがって、電流は電気機械デバイス３４に流れない。電気機械デバイス３４は変換器組立品６に接続されたままである。充電時、第１の充電スイッチ３６は閉じられるが、第２の充電スイッチ４０は制御器４２を使用して開いたままである。これにより、位相レッグ２２の出力電流は、第１の充電スイッチ３６および誘導子３８を通してエネルギー貯蔵デバイス４に向けることが可能になる。閉じた第１の充電スイッチ３６および誘導子３８と組み合わせた位相レッグ２２は、双方向降圧／昇圧ＤＣ／ＤＣ変換器を形成する。この実施形態は位相レッグ２２を使用するが、追加のＤＣ／ＤＣ変換器、トラクションインバータ、または補助インバータからの位相レッグを含む、ＤＣバス８につながれた変換器の任意の位相レッグを使用することができる。

位相レッグ２２、第１の充電スイッチ３６、および誘導子３８をＤＣ／ＤＣ変換器として使用することにより、車載充電器構成部品を顕著に追加することなくエネルギー貯蔵デバイス４を急速充電することが可能になり、したがって、ＤＣバス８に必要な費用および空間が低減することが可能になる。さらに、電気機械デバイス３４の接触器が高価であり得るので、充電中、電気機械デバイスを変換器組立品６に接続したままにすることにより、費用がさらに低減される。変換器組立品６の一部しか動作していないので、変換器組立品６の残りはオフにして、不必要な損失をなくし、低電力充電（ＡＣ１２０ＶまたはＡＣ２４０Ｖなど）の効率を改善する。

図２は、本発明の別の実施形態によるトラクションシステム５０の回路図である。この実施形態においては、１つを除いて位相レッグのすべてをＤＣ／ＤＣ変換に使用することができる。非限定例として、電気機械デバイス３４からの巻線３５とともに位相レッグ２４および２６がＤＣ／ＤＣ変換に使用される。電気機械デバイス３４からの巻線３５が十分なインダクタンスを提供しない場合、誘導子３８を含めることができる。機能していない位相レッグ２２は、第１の充電スイッチ３６および任意選択の誘導子３８を通してエネルギー貯蔵デバイス４に依然として接続されている。この実施形態においては、制御器４２は位相レッグ２２をオフにし、位相レッグ２４および２６をオンにする。充電時、第１の充電スイッチ３６は閉じられるが、第２の充電スイッチ４０は制御器４２を通して開いたままである。これにより、位相レッグ２４および２６からの出力電流は、第１の充電スイッチ３６および任意選択の誘導子３８を通してエネルギー貯蔵デバイス４に向けることが可能になる。第１の充電スイッチ３６および電気機械デバイス３４と組み合わせた２つの機能している位相レッグ２４および２６は、双方向降圧／昇圧ＤＣ／ＤＣ変換器の対を形成する。この実施形態は位相レッグ２４および２６を使用するが、追加のＤＣ／ＤＣ変換器、トラクションインバータ、または補助インバータからの位相レッグを含む、ＤＣバス８につながれた変換器の任意の位相レッグを使用することができる。

位相レッグ２４および２６、第１の充電スイッチ３６、ならびに電気機械デバイス３４をＤＣ／ＤＣ変換器として使用することにより、車載充電器構成部品を顕著に追加することなくエネルギー貯蔵デバイス４を急速充電することが可能になり、したがって、ＤＣバス８に必要な費用および空間が低減することが可能になる。さらに、電気機械デバイス３４の接触器が高価であり得るので、充電中、電気機械デバイスが変換器組立品６に接続されたままであることにより、費用がさらに低減される。さらに、１つだけではなく２つの機能している位相レッグを使用することにより、電力レベルが限定されない。電気機械デバイス３４が永久磁石またはリラクタンスモータである場合、トルクが発生することがあり、それによって、回転子が特定の位置に引き付けられ、結果としてわずかに動くことがある。しかし、モータを減結合するためにモータ軸と変速装置との間にクラッチ（図示せず）を含めることができ、軸の動く可能性をなくすことができる。

図３は、本発明のさらに別の実施形態によるトラクションシステム５２の回路図である。この実施形態においては、電気機械デバイス３４からの巻線３５とともに位相レッグ２２〜２６のすべてがＤＣ／ＤＣ変換に使用される。電気機械デバイス３４からの巻線３５が十分なインダクタンスを提供しない場合、誘導子３８を含めることができる。電気機械デバイス３４は、第１の充電スイッチ３６および任意選択の誘導子３８を通してエネルギー貯蔵デバイス４に接続される。電気機械デバイス３４は、星形結線またはＹ字形結線の巻線３５を含む。中性または中央端子（図示せず）が第１の充電スイッチ３６および任意選択の誘導子３８を通してエネルギー貯蔵デバイス４に接続される。この実施形態においては、３つのすべての位相レッグ２２〜２６が使用される。充電時、第１の充電スイッチ３６は閉じられるが、第２の充電スイッチ４０は制御器４２を通して開いたままである。これにより、位相レッグ２２〜２６からの出力電流は、電気機械デバイス３４、第１の充電スイッチ３６、および任意選択の誘導子３８を通してエネルギー貯蔵デバイス４に向けることが可能になる。第１の充電スイッチ３６および電気機械デバイス３４と組み合わせた、機能している位相レッグ２２〜２６は、３つの双方向降圧／昇圧ＤＣ／ＤＣ変換器を形成する。この実施形態は位相レッグ２２〜２６を使用するが、追加のＤＣ／ＤＣ変換器、トラクションインバータ、または補助インバータからの位相レッグを含む、ＤＣバス８につながれた変換器の任意の位相レッグを使用することができる。

位相レッグ２２〜２６、第１の充電スイッチ３６、および電気機械デバイス３４をＤＣ／ＤＣ変換器として使用することにより、車載充電器構成部品を顕著に追加することなくエネルギー貯蔵デバイス４を急速充電することが可能になり、したがって、ＤＣバス８に必要な費用および空間が低減することが可能になる。さらに、電気機械デバイス３４の接触器が高価であり得るので、充電中、電気機械デバイスが変換器組立品６に接続されたままであることにより、費用がさらに低減される。さらに、３つのすべての位相レッグを使用して全電源能力が発揮される。この実施形態においては、電気機械デバイス３４はトルクを発生させないので、結果として生じるわずかな動きはない。３つのＤＣ／ＤＣ変換器からの電流が回転磁界を作り出さないので、充電中に軸上に発生されるトルクは何もない。この実施形態は、中性点との接続を必要とする可能性があり、電気機械デバイス３４は巻線３５を星形またはＹ字形結線にすべきである。

図４は、本発明のさらに別の実施形態による、２つの電気機械デバイスおよび２つの変換器組立品を有するトラクションシステム５４の回路図である。この実施形態においては、電源能力は、ＤＣバス５６につながれたすべての変換器を降圧ＤＣ／ＤＣ変換器として構成することによって最大化される。トラクションシステム５４は、ＤＣバス５６を介して第１の電圧変換器組立品６０に結合されたエネルギー貯蔵デバイス５８を含む。第１の電圧変換器組立品６０は、単一の位相レッグ６６を形成するために対になっている２つの半位相モジュール６２〜６４を含む。ＤＣリンクコンデンサ６８が、ＤＣバス５６に対して平滑化機能を提供し、高周波電流をフィルタリングするためにＤＣバス５６に結合される。第１の電圧変換器組立品６０は、ＤＣバス５６を介して第２の電圧変換器組立品７０に結合される。第２の電圧変換器組立品７０は、３つの位相レッグ８４〜８８を形成するために対になっている６つの半位相モジュール７２〜８２を含む。第１の電気機械デバイス９０が、第２の電圧変換器組立品７０のそれぞれの位相８４〜８８を介して第２の電圧変換器組立品７０に結合される。第１の電気機械デバイス９０は複数の巻線９１を含む。一実施形態において、第１の電気機械デバイス９０はトラクションモータである。第２の電圧変換器組立品７０は、ＤＣバス５６を介して第３の電圧変換器組立品９２に結合される。第３の電圧変換器組立品９２は、２つの位相レッグ１０２〜１０４を形成するために対になっている４つの半位相モジュール９４〜１００を含む。第２の電気機械デバイス１０６が、それぞれの位相１０２〜１０４を介して第３の電圧変換器組立品９２に結合される。第２の電気機械デバイスは、複数の巻線１０７を含む。第２の電気機械デバイス１０６は、非限定例として、交流機または第２のトラクションモータであり得る。トラクションシステム５４は、ＡＣ電圧源（図示せず）と結合するように構成されたプラグまたはコンセント１０８を含む。プラグ１０８は、ＡＣ電圧源（図示せず）からのＡＣ電圧または電流をＤＣバス５６のＤＣ電圧または電流に変換するために整流器１１０に結合される。第１の充電スイッチ１１２が、第１の電気機械デバイス９０とエネルギー貯蔵デバイス５８との間の任意選択の誘導子１１４に直列に結合される。第２の充電スイッチ１１６が、第２の電気機械デバイス１０６とエネルギー貯蔵デバイス５８との間の任意選択の誘導子１１８に直列に結合される。追加の任意選択の誘導子１２０を第１の充電スイッチ１１２および第２の充電スイッチ１１６とエネルギー貯蔵デバイス５８との間に含めることができる。別の誘導子１２２が第１の電圧変換器組立品６０とエネルギー貯蔵デバイス５８との間に結合される。トラクションシステム５４は、配線１２６を介して半位相モジュール６２〜６４、７２〜８２、および９４〜１００ならびに充電スイッチ１１２および１１６に結合された制御器１２４も含む。

図１の実施形態と同様に、誘導子１２２と組み合わせた位相レッグ６６は、双方向降圧／昇圧ＤＣ／ＤＣ変換器を形成する。図２の実施形態と同様に、第２の充電スイッチ１１６および第２の電気機械デバイス１０６と組み合わせた位相レッグ１０２〜１０４は、双方向降圧／昇圧ＤＣ／ＤＣ変換器の対を形成する。図３の実施形態と同様に、第１の充電スイッチ１１２および第１の電気機械デバイス９０と組み合わせた位相レッグ８４〜８８は、３つの双方向降圧／昇圧ＤＣ／ＤＣ変換器を形成する。

複数の双方向降圧／昇圧ＤＣ／ＤＣ変換器は、すべて電源能力を最大化するのに利用することができ、その一方で、車載充電器構成部品を顕著に追加することなくエネルギー貯蔵デバイス５８を急速充電することが可能になり、したがって、ＤＣバス５６に必要な費用および空間が低減することが可能になる。さらに、電気機械デバイス９０および１０６の接触器が高価であり得るので、電気機械デバイスは、充電中、変換器組立品に接続されたままであり、費用がさらに低減される。この実施形態により、電気機械デバイスは、トルクを発生させないので、結果として生じるわずかな動きはない。この実施形態においては、中性端子も必要とされないが、好むのであれば含めることができる。

上記の実施形態は、本発明の原理の適用を例示するだけであることが理解される。したがって、本発明を、現在本発明の最も実際的で好ましい実施形態とみなされるものに関連して上記に事細かにおよび詳細に十分に説明してきたが、特許請求の範囲に記載する本発明の原理および概念から逸脱することなく、サイズ、材料、形状、形態、機能、ならびに動作、組立て、および使用のやり方における変形を含むがそれらに限定されない数多くの変更を加えることができることが当業者には明らかであろう。

２トラクションシステム
４エネルギー貯蔵デバイス
６電圧変換器組立品
８ＤＣバス
１０、１２、１４、１６、１８、２０半位相モジュール
２２、２４、２６位相レッグ
２８、３０導体
３２ＤＣリンクコンデンサ
３４電気機械デバイス
３５巻線
３６第１の充電スイッチ
３８誘導子
４０第２の充電スイッチ
４２制御器
４４配線
４６プラグ、コンセント
４８整流器
５０、５２、５４トラクションシステム
５６ＤＣバス
５８エネルギー貯蔵デバイス
６０第１の電圧変換器組立品
６２、６４半位相モジュール
６６位相レッグ
６８ＤＣリンクコンデンサ
７０第２の電圧変換器組立品
７２、７４、７６、７８、８０、８２半位相モジュール
８４、８６、８８位相レッグ
９０第１の電気機械デバイス
９１巻線
９２第３の電圧変換器組立品
９４、９６、９８、１００半位相モジュール
１０２、１０４位相レッグ
１０６第２の電気機械デバイス
１０７巻線
１０８プラグ、コンセント
１１０整流器
１１２第１の充電スイッチ
１１４誘導子
１１６第２の充電スイッチ
１１８、１２０、１２２誘導子
１２４制御器
１２６配線

Claims

ＤＣバス（８、５６）と、
第１の接続点で前記ＤＣバス（８、５６）に結合されたエネルギー貯蔵デバイス（４、５８）と、
前記エネルギー貯蔵デバイス（４、５８）に結合された電圧変換器組立品（６）であって、少なくとも１つの位相レッグを備える電圧変換器組立品（６）と、
前記電圧変換器組立品（６）に結合された電気機械デバイス（３４）であって、少なくとも１つの巻線（３５）を備える電気機械デバイス（３４）と、
前記電気機械デバイス（３４）と前記第１の接続点との間に結合された第１のスイッチ（３６）と、
前記電圧変換器組立品（６）と前記第１の接続点との間の前記ＤＣバス（８、５６）に結合された第２のスイッチ（４０）と、
前記電圧変換器組立品（６）の前記少なくとも１つの位相レッグ（２２、２４、２６）および前記電気機械デバイス（３４）の前記少なくとも１つの巻線（３５）が充電経路を形成するように、前記第１及び第２のスイッチを制御し、電圧源から得られたＤＣ充電電圧が、前記充電経路を介して降圧され、前記エネルギー貯蔵デバイス（４、５８）の充電に適した電圧に変換されるように前記電圧変換器組立品（６）を制御するように構成された制御器（４２）とを備え、
前記電圧源が、前記第２のスイッチと前記電圧変換器組立品（６）との間の第２の接続点で前記ＤＣバス（８、５６）に直接結合される、トラクションシステム（２、５０、５２、５４）。
前記電圧変換器組立品（６）の位相レッグ（２２、２４、２６）と前記エネルギー貯蔵デバイス（４、５８）との間の前記ＤＣバス（８、５６）に結合された誘導子（３８）をさらに備え、
前記制御器（４２）が、位相レッグ（２２、２４、２６）および前記誘導子（３８）がＤＣ／ＤＣ変換器を形成するように構成される、請求項１に記載のトラクションシステム（２、５０、５２、５４）。
前記ＤＣバス（８、５６）に対して平滑化機能を提供し、高周波電流をフィルタリングするために前記第２の接続点と前記電圧変換器組立品（６）との間で前記ＤＣバス（８、５６）に結合されるＤＣリンクコンデンサ（３２）を備える、請求項１または２に記載のトラクションシステム（２、５０、５２、５４）。
前記制御器（４２）が、２つの位相レッグ（２２、２４、２６）および前記電気機械デバイス（３４）の２つの巻線（３５）がＤＣ／ＤＣ変換器の対を形成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トラクションシステム（２、５０、５２、５４）。
前記制御器（４２）が、すべての位相レッグ（２２、２４、２６）および前記電気機械デバイス（３４）のすべての巻線（３５）が複数のＤＣ／ＤＣ変換器を形成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トラクションシステム（２、５０、５２、５４）。
前記巻線（３５）がＹ字形結線で構成される、請求項５記載のトラクションシステム（２、５０、５２、５４）。
前記電気機械デバイス（３４）がトラクションモータである、請求項１乃至６のいずれかに記載のトラクションシステム（２、５０、５２、５４）。
前記エネルギー貯蔵デバイス（４、５８）と前記電圧変換器組立品（６）との間の前記ＤＣバス（８、５６）に結合されたコンセントをさらに備え、前記コンセントが前記電圧源に結合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トラクションシステム（２、５０、５２、５４）。
前記電圧変換器組立品（６）がインバータである、請求項１乃至８のいずれかに記載のトラクションシステム（２、５０、５２、５４）。
ＤＣバス（８、５６）と、
前記ＤＣバス（８、５６）に結合されたエネルギー貯蔵デバイス（４、５８）と、
前記エネルギー貯蔵デバイス（４、５８）に結合された第１の複数の位相レッグ（６６、８４、８６、８８、１０２、１０４）を備える第１の電圧変換器組立品（６０）と、
前記エネルギー貯蔵デバイス（４、５８）に結合された第２の複数の位相レッグ（６６、８４、８６、８８、１０２、１０４）を備える第２の電圧変換器組立品（７０）と、
前記第１の電圧変換器組立品（６０）のそれぞれの前記位相レッグ（６６、８４、８６、８８、１０２、１０４）に結合された複数の巻線（９１）を備える第１の電気機械デバイス（９０）と、
前記第２の電圧変換器組立品（７０）のそれぞれの前記位相レッグ（６６、８４、８６、８８、１０２、１０４）に結合された複数の巻線（９１）を備える第２の電気機械デバイス（１０６）と、
前記第１の電気機械デバイス（９０）と前記エネルギー貯蔵デバイス（４、５８）との間の前記ＤＣバス（８、５６）に結合された第１のスイッチと、
前記第２の電気機械デバイス（１０６）と前記エネルギー貯蔵デバイス（４、５８）との間の前記ＤＣバス（８、５６）に結合された第２のスイッチと、
前記第１の電圧変換器組立品（６０）の位相レッグ（６６、８４、８６、８８、１０２、１０４）および前記第１の電気機械デバイス（９０）の巻線（９１）が第１のＤＣ／ＤＣ変換器を形成し、前記第２の電圧変換器組立品（７０）の位相レッグ（６６、８４、８６、８８、１０２、１０４）および前記第２の電気機械デバイス（１０６）の巻線（９１）が第２のＤＣ／ＤＣ変換器を形成するように、前記第１のおよび第２のスイッチならびに前記電圧変換器組立品を制御するように構成された制御器（１２４）とを備える、トラクションシステム（２、５０、５２、５４）。
前記ＤＣバス（８、５６）に結合されたコンセントをさらに備え、前記コンセントが、ＡＣ電圧源と結合するように構成される、請求項１０に記載のトラクションシステム（２、５０、５２、５４）。
前記第１の電気機械デバイス（９０）がトラクションモータであり、前記第２の電気機械デバイス（１０６）が交流機である、請求項１０または１１に記載のトラクションシステム（２、５０、５２、５４）。