JP7074471B2 - 電気機械的動力伝達チェーン用の電気システム - Google Patents

Description

本開示は、電気機械的動力伝達チェーンの一部分を構成するのに適した電気システムに関する。更には、本開示は、電気機械的動力伝達チェーンを制御する方法及びコンピュータプログラムにも関する。

例えば、車輪やチェーントラックなどのアクチュエータを駆動する電気機械的動力伝達チェーンは、通常、静電容量性回路と、１つ又は複数の電気機械と、静電容量性回路と１つ又は複数の電気機械の間において電気エネルギーを転送するコンバータ装置と、を有する。電気機械的動力伝達チェーンは、直列型の伝達チェーンであってもよく、この場合には、電気機械のうちの少なくとも１つは、発電機として動作し、且つ、コンバータ装置は、電気エネルギーをそれぞれの発電機から静電容量性回路に転送する１つ又は複数のコンバータ段と、静電容量性回路から、アクチュエータを駆動する電気モーターとして機能するそれぞれの電気機械に電気エネルギーを転送する１つ又は複数のその他のコンバータ段と、を有する。それぞれの発電機は、例えば、電気励起型同期発電機又は永久磁石同期発電機であってもよく、且つ、発電機と静電容量性回路の間のコンバータ段は、例えば、パルス幅変調「ＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）」コンバータ段であってもよい。それぞれの電気モーターは、例えば、永久磁石又は誘導モーターであってもよく、且つ、静電容量性回路と電気モーターの間のコンバータ段は、例えば、ＰＷＭコンバータ段であってもよい。それぞれの発電機は、内燃機関によって駆動することが可能であり、内燃機関は、例えば、ディーゼル機関、オットーサイクル機関、又はタービン機関であってもよい。

又、電気機械的動力伝達チェーンは、電気機械が、内燃機関に、且つ、更には、アクチュエータに、機械的に接続される並列型の伝達チェーンであってもよい。電気機械は、しばしば、静電容量性回路及び／又は電気機械的動力伝達チェーンの別のエネルギーストレージを充電する発電機として動作し、且つ、しばしば、高機械出力パワーが必要とされる際に静電容量性回路及び／又はその他のエネルギーストレージから電気エネルギーを受け取ると共に内燃機関を支援する電気モーターとして動作する。又、電気機械的動力伝達チェーンは、組合せ型の直列－並列伝達チェーンであってもよく、この場合には、１つ又は複数の電気機械は、内燃機関及びアクチュエータの両方に機械的に接続され、且つ、１つ又は複数のその他の電気機械は、直列伝達チェーンと同一の方式により、１つ又は複数のその他のアクチュエータを駆動するように構成されている。

上述の種類の電気機械的動力伝達チェーンは、従来の機械的動力伝達チェーンとの比較において利点を提供し、その理由は、例えば、内燃機関の回転速度－トルク動作点を内燃機関の動作効率の観点において相対的に自由に選択することができると共に、これにより、燃料費用の節約を実現することができるからである。多くのケースにおいて、この利点は、上述の静電容量性回路が、低機械出力パワーのみが必要とされる際には充電され、且つ、高機械出力パワーが必要とされる際には放電されるように、実現されている。換言すれば、静電容量性回路は、エネルギーバッファとして使用されている。但し、静電容量性回路のエネルギーバッファとしての使用には課題が伴っている。静電容量性回路によって保存される電気エネルギーは、静電容量性回路の電圧の二乗に正比例しており、且つ、従って、静電容量性回路の直流電圧は、静電容量性回路がエネルギーバッファとして機能する際に変化する。この直流電圧の変動が、電気機械的動力伝達チェーンの電気機械の制御を複雑化させる。更には、上述の直流電圧が低い状況においては、電気機械内の磁束が、電気機械の動作効率及び最大トルクが減少するほどに小さくなる可能性がある。

以下は、様々な本発明の実施形態のいくつかの態様の基本的な理解を提供するべく、単純化された概要を提示している。この概要は、本発明の広範な大要ではない。これは、本発明の主要な又は重要な要素を識別することを意図してはおらず、且つ、本発明の範囲を線引きすることを意図してもいない。以下の概要は、本発明の例示用の実施形態の更に詳細な説明に対する前置きとして、本発明のいくつかの概念を単純化された形態において提示するものに過ぎない。

本発明によれば、電気機械的動力伝達チェーンの一部分を構成するのに適した新しい電気システムが提供され、この場合に、電気機械的動力伝達チェーンは、直列型伝達チェーン、並列型伝達チェーン、又は組合せ型の直列－並列伝達チェーンであってもよい。

本発明による電気システムは、
・第１静電容量性回路と、
・第１静電容量性回路と１つ又は複数の電気機械の間において電気エネルギーを転送するコンバータ装置であって、第１静電容量性回路の第１直流電圧を１つ又は複数の電気機械に適した１つ又は複数の電圧に変換するように構成されたコンバータ装置と、
・第２静電容量性回路と、
・第１及び第２静電容量性回路の間において電気エネルギーを転送する直流電圧コンバータと、
・第１直流電圧の変化に応答して直流電圧コンバータを制御すると共に第２静電容量回路の第２直流電圧の変化に応答してコンバータ装置を制御する制御システムと、
を有する。

制御システムは、第１直流電圧を既定の電圧範囲において維持するように、且つ、第２直流電圧が、第１静電容量性回路と１つ又は複数の電気機械の間において転送される電力の変動に応答して変動することを許容するように、第２直流電圧の変化に対してよりも、より高速で、第１直流電圧の変化に反応する。

上述の電気システムを有する電気機械的動力伝達チェーンにおいては、第２静電容量性回路は、ピークパワーニーズに応答するエネルギーバッファとして使用することが可能であり、この場合には、第１静電容量性回路の直流電圧を実質的に一定に維持することができる。第１静電容量性回路の実質的に一定の直流電圧は、電気機械の制御を促進する。更には、第１静電容量性回路の直流電圧の大幅な減少を回避できることから、対応した電気機械の動作効率及び最大トルクの減少を回避することもできる。

又、本発明によれば、新しい電気機械的動力伝達チェーンも提供され、この電気機械的動力伝達チェーンは、直列型の伝達チェーン、並列型の伝達チェーン、又は組合せ型の直列－並列伝達チェーンであってもよい。本発明による電気機械的動力伝達チェーンは、
・１つ又は複数の内燃機関から機械的動力を受け取り、且つ、この機械的動力を、例えば、１つ又は複数の車輪及び／又は１つ又は複数のチェーントラックなどの、１つ又は複数のアクチュエータに供給する１つ又は複数の電気機械と、
・対象の電気機械が電気モーターとして機能する際に、電力を１つ又は複数の電気機械のそれぞれに提供し、且つ、対象の電気機械が発電機として機能する際には、１つ又は複数の電気機械のそれぞれから電力を受け取る本発明による電気システムと、
を有する。

又、本発明によれば、第１静電容量性回路と、１つ又は複数の電気機械と、第１静電容量性回路と１つ又は複数の電気機械の間において電気エネルギーを転送するコンバータ装置と、を有する電気機械的動力伝達チェーンを制御する新しい方法も提供され、この場合に、コンバータ装置は、第１静電容量性回路の第１直流電圧を１つ又複数の電気機械に適した１つ又は複数の電圧に変換している。本発明による方法は、
・第１直流電圧の変化に応答して第１静電容量性回路と第２静電容量性回路の間において電気エネルギーを転送するように、直流電圧コンバータを制御するステップと、
・第１直流電圧を既定の電圧範囲において維持するように、且つ、第２直流電圧が、第１静電容量性回路と１つ又は複数の電気機械の間において転送される電力の変動に応答して変動することを許容するように、直流電圧コンバータの制御が、コンバータ装置の制御が第２直流電圧の変化に対して反応するよりも高速で第１直流電圧の変化に反応するように、第２静電容量性回路の第２直流電圧の変化に応答してコンバータ装置を制御するステップと、
を有する。

又、本発明によれば、第１静電容量性回路と、１つ又は複数の電気機械と、第１静電容量性回路と１つ又は複数の電気機械の間において電気エネルギーを転送するコンバータ装置と、を有する電気機械的動力伝達チェーンを制御する新しいコンピュータシステムも提供され、この場合に、コンバータ装置は、第１静電容量性回路の第１直流電圧を１つ又は複数の電気機械に適した１つ又は複数の電圧に変換するように構成されている。本発明によるコンピュータプログラムは、
・第１直流電圧の変化に応答して第１静電容量性回路と第２静電容量性回路の間において電気エネルギーを転送するように、直流電圧コンバータを制御し、且つ、
・第１直流電圧を既定の電圧範囲において維持するように、且つ、第２直流電圧が、第１静電容量性回路と１つ又は複数の電気機械の間において転送される電力の変動に応答して変動することを許容するように、直流電圧コンバータの制御が、コンバータ装置の制御が第２直流電圧の変化に反応するよりも高速で第１直流電圧の変化に反応するように、第２静電容量性回路の第２直流電圧の変化に応答してコンバータ装置を制御する、
ように、プログラム可能なプロセッサを制御するコンピュータ実行可能命令を有する。

本発明によるコンピュータプログラムプロダクトは、本発明によるコンピュータプログラムによってエンコーディングされた、例えば、コンパクトディスク「ＣＤ（ｃｏｍｐａｃｔ Ｄｉｓｋ）」などの、不揮発性コンピュータ可読媒体を有する。

本発明のいくつかの例示用の且つ非限定的な実施形態については、添付の従属請求項において記述されている。

構造及び動作方法の両方に関する本発明の様々な例示用の且つ非限定的な実施形態については、その更なる目的及び利点と共に、添付図面との関連において参照された際に、特定の例示用の且つ非限定的な実施形態に関する以下の説明から、十分に理解することができよう。

「有する（ｔｏ ｃｏｍｐｒｉｓｅ）」及び「含む（ｔｏ ｉｎｃｌｕｄｅ）」という動詞は、本明細書においては、記述されていない特徴の存在を排除しないと共に必要ともしない開かれた限定（ｏｐｅｎ ｌｉｍｉｔａｔｉｏｎｓ）として使用されている。従属請求項において記述されている特徴は、そうではない旨が明示的に記述されていない限り、相互に自由に組み合わせることができる。更には、「１つの（ａ）」又は「１つの（ａｎ）」の、即ち、単数形の、使用は、本明細書の全体を通じて、複数形を排除するものではないことを理解されたい。

以下、例の意味において、且つ、以下の添付図面を参照し、本発明の例示用の且つ非限定的な実施形態及びその利点について更に詳細に説明する。

本発明の例示用の且つ非限定的な一実施形態による電気システムを有する電気機械的動力伝達チェーンの概略図を示す。 本発明の例示用の且つ非限定的な別の実施形態による電気システムを有する電気機械的動力伝達チェーンの概略図を示す。 電気機械的動力伝達チェーンを制御する本発明の例示用の且つ非限定的な一実施形態による方法のフローチャートを示す。

以下において付与される説明において提供されている特定の例は、添付の請求項の範囲及び／又は適用可能性を限定するものとして解釈してはならない。以下において付与される説明において提供されている例のリスト及び群は、そうではない旨が明示的に記述されていない限り、すべてを網羅したものではない。

図１は、本発明の例示用の且つ非限定的な一実施形態による、電気機械１０８及び１０９と、電気システム１００と、を有する電気機械的動力伝達チェーンの概略図を示している。この例示用のケースにおいては、電気機械的動力伝達チェーンは、直列型の伝達チェーンであり、この場合に、電気機械１０８は、内燃機関１１０によって駆動される発電機として機能しており、且つ、電気機械１０８は、アクチュエータ１１１を駆動する電気モーターとして主に機能している。アクチュエータ１１１は、例えば、車両又は可動式作業機械、油圧ポンプ、或いは、機械的動力によって駆動されるなんらかのその他の装置の、例えば、車輪又はチェーントラックであってもよい。電気機械１０９は、制動動作においては、一時的に発電機として機能することができる。電気システム１００は、第１静電容量性回路１０１と、第１静電容量性回路１０１と電気機械１０８及び１０９の間において電気エネルギーを転送するコンバータ装置１０２と、を有する。コンバータ装置１０２は、静電容量性回路１０１の直流電圧Ｕ_DC1を電気機械１０８及び１０９に適した電圧に変換するように構成されている。電気機械１０８は、例えば、電気励起型同期機械、永久磁石同期機械、非同期機械、又はリラクタンス機械であってもよい。電気機械１０８は、コンバータ装置１０２が、電気機械１０８に無効電力を供給する能力を有しているか、或いは、無効電力を電気機械１０８に供給するその他の手段が存在している、ケースにおいては、非同期機械又はリラクタンス機械であってもよい。電気機械１０９は、例えば、電気励起型同期機械、永久磁石同期機械、非同期機械、又はリラクタンス機械であってもよい。又、本発明の一実施形態による電気システムを有する電気機械的動力伝達チェーンは、１つ又は複数の直流「ＤＣ」機械を有することも可能である。

電気システム１００は、第２静電容量性回路１０３と、静電容量性回路１０１及び１０３の間において電気エネルギーを転送する直流電圧コンバータ１０４と、を有する。電気システム１００は、静電容量性回路１０１の直流電圧Ｕ_DC1の変化に応答して直流電圧コンバータ１０４を制御する第１コントローラ１１２を有する制御システム１０５を有する。制御システム１０５は、静電容量性回路１０３の直流電圧Ｕ_DC2の変化に応答してコンバータ装置１０２を制御する第２コントローラ１１３を更に有する。コントローラ１１２は、例えば、直流電圧Ｕ_DC1の計測値を受け取ると共に直流電圧コントローラ１０４の動作を制御することによって直流電圧ＵＤＣ１をその基準値Ｕ_{DC1 REF}において維持するべく試みる比例及び統合型「ＰＩ（Ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｌ ａｎｄ Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｖｅ）」コントローラを有することができる。対応する方式により、コントローラ１１３も、例えば、直流電圧Ｕ_DC2の計測値を受け取ると共にコンバータ装置１０２の動作を制御することによって直流電圧Ｕ_DC2をその基準値Ｕ_{DC2 REF}において維持するべく試みる比例及び積分型「ＰＩ」コントローラを有することができる。コントローラ１１２及び１１３は、直流電圧Ｕ_DC1を既定の電圧範囲において、即ち、基準値Ｕ_{DC1 REF}の近傍において、維持するように、且つ、直流電圧Ｕ_DC2が、第１静電容量性回路１０１と電気機械１０８及び１０９の間において転送される電力の変動に応答して変動することを同時に許容するように、コントローラ１１２が、コントローラ１１３が直流電圧Ｕ_DC2の変化に反応するよりも高速で直流電圧Ｕ_DC1の変化に反応するように、構成されている。

図１において、静電容量性回路１０１と電気機械１０８及び１０９の間の電力転送は、電気エネルギーがコンバータ装置１０２に向かって流れる際には正であるＰ₁によって表記されている。静電容量性回路１０１及び１０３の間の電力転送は、電気エネルギーが静電容量性回路１０３から離れるように流れる際には正であるＰ₂によって表記されている。静電容量性回路１０１の直流電圧Ｕ_DC1は、Ｐ₂が実質的にＰ₁である際に、即ち、ｄ（（１／２）Ｃ₂Ｕ_DC2 ²）／ｄｔ＝Ｃ₂Ｕ_DC2ｄＵ_DC2／ｄｔ＝Ｐ₁である際に、実質的に一定に留まり、この場合に、（１／２）Ｃ₂Ｕ_DC2 ²は、静電容量性回路１０３によって保存された電気エネルギーであり、且つ、Ｃ₂は、静電容量性回路１０３の静電容量である。直流電圧コンバータ１０４が、直流電圧Ｕ_DC1を実質的一定に維持するように制御されている際には、Ｐ₂、即ち、ｄ（（１／２）Ｃ₂Ｕ_DC2 ²）／ｄｔは、実質的にＰ₁であり、且つ、従って、静電容量性回路１０３は、アクチュエータ１１１のピークパワーニーズに応答するエネルギーバッファとして使用される。実質的に一定の直流電圧Ｕ_DC1は、電気機械１０８及び１０９の制御を促進する。更には、直流電圧Ｕ_DC1の大幅な減少を回避できることから、電気機械１０８及び１０９の動作効率及び最大トルクの対応した減少を回避することもできる。

エネルギーバッファとして使用されうる静電容量性回路１０３の静電容量Ｃ₂は、有利には、その電圧Ｕ_DC1が好ましくは実質的に一定に維持されている静電容量性経路１０１の静電容量を上回っている。静電容量性回路１０３は、例えば、１つ又は複数の電気二重層コンデンサ「ＥＤＬＣ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｄｏｕｂｌｅ－Ｌａｙｅｒ Ｃａｐａｃｉｔｏｒ）」を有することができる。多くの環境において、電気二重層コンデンサは、「スーパーコンデンサ」と呼称されている。直流電圧コンバータ１０４は、静電容量性回路１０３との間において電気エネルギーを転送する能力を有する双方向コンバータである。直流電圧Ｕ_DC1が直流電圧Ｕ_DC2よりも大きいケースにおいては、直流電圧コンバータ１０４は、例えば、それぞれのインバータブランチの直流電圧の極が静電容量性回路１０１に接続され、それぞれのインバータブランチの交流電圧の極が、インダクタコイルを介して静電容量性回路１０４の正の極に接続され、且つ、静電容量性回路１０３の負の極が、それぞれのインバータブランチの負の直流電圧の極に接続されるように、インバータブリッジの１つ又は複数のインバータブランチと、１つ又は複数のインダクタコイルと、により、実装することができる。但し、直流電圧コンバータ１０４は、多くの異なる方式によって実装することができることに留意されたい。

本発明の例示用の且つ非限定的な一実施形態による電気システムにおいては、制御システム１０５のコントローラ１１３は、直流電圧Ｕ_DC2が既定の電圧範囲外にある際よりも、直流電圧Ｕ_DC2が既定の電圧範囲にある際に、より低速で、直流電圧Ｕ_DC2の変化に反応するように構成されている。コントローラ１１３は、直流電圧Ｕ_DC2が既定の電圧範囲にある際には、より低速となるように構成されていることから、静電容量性回路１０３によって保存された電気エネルギー（１／２）Ｃ₂Ｕ_DC2 ²は、事実上、直流電圧Ｕ_DC2が既定の電圧範囲にある際のアクチュエータ１１１のピークパワーニーズに応答している。その一方において、直流電圧Ｕ_DC2は、既定の電圧範囲において十分良好に維持することが可能であり、その理由は、コントローラ１１３が、直流電圧Ｕ_DC2が既定の電圧範囲を離脱する傾向を有する際に、より高速で応答するからである。コントローラ１１３は、例えば、コントローラ１１３の制御利得が、直流電圧Ｕ_DC2が既定の電圧範囲外にある際よりも、直流電圧Ｕ_DC2が既定の電圧範囲にある際に、より小さくなるように、直流電圧Ｕ_DC2が既定の電圧範囲にある際に、より低速となるように構成することができる。

本発明の例示用の且つ非限定的な一実施形態による電気システムにおいては、制御システム１０５のコントローラ１１３は、少なくとも部分的に、基準Ｕ_{DC2 REF}からの直流電圧Ｕ_DC2の逸脱、即ち、Ｕ_DC2－Ｕ_{DC2 REF}、に基づいて、コンバータ装置１１３を制御するように構成されている。コントローラ１１３は、逸脱が正である際には、第１利得係数Ｇ₁により、且つ、逸脱が負である際には、第１利得係数とは異なる第２利得係数Ｇ₂により、逸脱Ｕ_DC2－Ｕ_{DC2 REF}を重み付けするように構成されている。第１利得係数Ｇ₁は、第１利得係数Ｇ₂のものとは異なる値を有しており、その理由は、基準Ｕ_{DC2 REF}が、通常は、直流電圧Ｕ_DC2の許容された変動範囲の中央に位置していないからである。基準Ｕ_{DC2 REF}が直流電圧Ｕ_DC2の許容された変動範囲の中央に位置していない状況は、エネルギーの基準レベル（１／２）Ｃ₂Ｕ_{DC2 REF} ²が、エネルギーの許容された変動範囲の中央に位置している際に、存在する。多くのケースにおいては、エネルギーが、エネルギーの基準レベルの下方又は上方において類似の安全性マージンを有していることが、即ち、エネルギーの基準レベルが、エネルギーの許容された変動範囲の中央に位置していることが、有利である。これらのケースにおいては、基準Ｕ_{DC2 REF}の上方の直流電圧Ｕ_DC2の安全性マージンは、基準Ｕ_{DC2 REF}の下方の直流電圧Ｕ_DC2の安全性マージンよりも狭い。これは、エネルギーが、直流電圧Ｕ_DC2に正比例しておらず、その代わりに、直流電圧Ｕ_DC2の二乗に正比例しているという事実の結果である。Ｕ_DC2の相対的に狭い安全性マージンにおいて、即ち、逸脱Ｕ_DC2－Ｕ_{DC2 REF}が正である際に、使用される第１利得係数Ｇ₁は、好ましくは、Ｕ_DC2の相対的に広い安全性マージンにおいて、即ち、逸脱Ｕ_DC2－Ｕ_{DC2 REF}が負である際に、使用される第２利得係数Ｇ₂よりも、大きな値を有する。従って、この例示用のケースにおいては、コントローラ１１３は、Ｕ_DC2が_{UDC2 REF}を下回っており、且つ、Ｕ_DC2の変化が、エネルギー（１／２）Ｃ₂Ｕ_DC2 ²の相対的に小さな変化に対応している際よりも、Ｕ_DC2がＵ_{DC2 REF}を上回っており、且つ、これにより、Ｕ_DC2の変化が、エネルギー（１／２）Ｃ₂Ｕ_DC2 ²の相対的に強力な変化に対応している際に、より高速で、Ｕ_DC2の変化に反応する。

本発明の例示用の且つ非限定的な一実施形態による電気システムにおいては、制御システム１０５のコントローラ１１２は、過電圧保護を提供するように構成されている。コントローラ１１２は、直流電圧Ｕ_DC1が既定の過電圧限度を超過した状況に応答して静電容量性回路１０１に対する電力転送を低減するように、コンバータ装置１０２を制御するように構成されている。図１に示されている表記を使用すれば、第１静電容量性回路１０１に対する電力転送は、Ｐ₂－Ｐ₁である。従って、第１静電容量性回路１０１に対する電力転送は、電力転送Ｐ₁を増大させるようにコンバータ装置１０２を制御することにより、低減することができる。電力転送Ｐ₁は、発電機として機能する電気機械１０８から取得される電力が減少し、且つ／又は、電気モーターとして機能する電気機械１０９に供給される電力が増大した際に、増大する。電気機械１０８から取得される電力は、電気機械１０８のトルク基準を減少させることにより、減少させることができる。

本発明の例示用の且つ非限定的な一実施形態による電気システムにおいては、制御システム１０５のコントローラ１０２は、不足電圧保護を提供するように構成されている。コントローラ１１２は、直流電圧Ｕ_DC1が既定の不足電圧限度未満に降下した状況に応答して、静電容量性回路１０１からの電力転送を低減するように、コンバータ装置１０２を制御するように構成されている。図１に示されている表記法を使用すれば、第１静電容量性回路１０１からの電力転送は、Ｐ₁－Ｐ₂である。従って、第１静電容量性回路１０１からの電力転送は、電力転送Ｐ₁を減少させるようにコンバータ装置１０２を制御することにより、低減することができる。電力転送Ｐ₁は、発電機として機能する電気機械１０８から取得される電力が増大し、且つ／又は、電気モーターとして機能する電気機械１０９に供給される電力が減少した際に、減少する。電気機械１０８から取得される電力は、電気機械１０８のトルク基準を増大させることにより、増大させることができる。

図１に示されている例示用の電気機械的動力伝達チェーンにおいては、コンバータ装置１０２は、発電機として機能する電気機械１０８から容量性回路１０１に電気エネルギーを転送する第１コンバータ段１０６と、電気モーターとして機能する電気機械１０９に静電容量性回路１０１から電気エネルギーを転送する第２コンバータ段１０７と、を有する。コンバータ段１０６及び１０７は、例えば、パルス幅変調「ＰＷＭ」コンバータ段であってもよい。図１に示されている例示用のケースにおいては、アクチュエータ１１１は、外部的に付与されたトルク基準Ｒｅｆ＿Ｔｏｒｑ＿Ａに従って駆動されるものと仮定されている。コンバータ段１０７は、外部的に付与されたトルク基準Ｒｅｆ＿Ｔｏｒｑ＿Ａに従って、電気機械１０９のトルクを制御するように構成されている。必要とされる制御精度に応じて、電気機械１０９の制御は、回転速度及び／又は位置計測を伴う又は伴わないスカラー制御であってもよく、或いは、回転速度及び／又は位置計測を伴う又は伴わないベクトル制御であってもよい。図１に示されている例示用のケースにおいては、電気機械１０９の制御は、回転速度及び／又は位置信号ω／θ＿Ａを生成する回転速度及び／又は位置センサ１１６によって実装された回転速度及び／又は位置計測を有する。又、アクチュエータ１１１は、外部的に付与された回転速度又は位置基準に従って駆動することも可能である。

本発明の例示用の且つ非限定的な一実施形態による電気システムにおいては、制御システム１０５のコントローラ１１３は、パワー基準が、通常は、直流電圧Ｕ_DC2がその基準Ｕ_{DC2 REF}未満である際には増大し、且つ、パワー基準が、通常は、直流電圧Ｕ_DC2がその基準Ｕ_{DC2 REF}超である際には、減少するように、少なくとも部分的に直流電圧Ｕ_DC2に基づいて電気機械１０８用のパワー基準を判定するように構成されている。更には、電気機械１０８のパワー基準は、電気機械１０９に供給される電力に依存した状態にすることもできる。コントローラ１１３は、上述のパワー基準と、内燃機関１１０がパワー基準に実質的に等しい機械的動力を生成する状況における内燃機関１１０の有利なトルク－速度動作点を表現する予め保存されたデータと、に基づいて、電気機械１０８用のトルク及び回転速度基準Ｒｅｆ－Ｔｏｒｑ及びＲｅｆ＿Ｓｐｅｅｄを判定するように、更に構成することができる。予め保存されたデータは、例えば、内燃機関１１０が、最大効率により、即ち、最小損失により、必要とされる機械的動力を生成しうるトルク－速度動作点を表現しうる。別の例のおいては、予め保存されたデータは、内燃機関１１０が、ほぼ最大効率により、即ち、ほぼ最小損失により、必要とされる機械的動力を生成しうると共に、内燃機関１１０が、変化に応答するための十分な能力を有する、トルク－速度動作点を表現することができる。

図１に示されている例示用のケースにおいては、内燃機関１１０は、速度コントローラ１１４の支援を伴う回転速度制御モードにおいて駆動されている。速度コントローラ１１４は、例えば、上述の回転速度基準Ｒｅｆ＿Ｓｐｅｅｄ並びに回転速度及び／又は位置センサ１１５によって生成される回転速度及び／又は位置信号ω／θに基づいて、内燃機関１１０の燃料及び空気供給を制御することができる。コンバータ段１０６は、上述のトルク基準Ｒｅｆ＿Ｔｏｒｑに従って電気機械１０８のトルクを制御するように構成されている。必要とされる制御精度に応じて、電気機械１０８の制御は、回転速度及び／又は位置計測を伴う又は伴わないスカラー制御であってもよく、或いは、回転速度及び／又は位置計測を伴う又は伴わないベクトル制御であってもよい。図１に示されている例示用のケースにおいては、回転速度及び／又は位置信号ω／θは、電気機械１０８の制御において利用されている。又、電気機械１０８を回転速度制御モードにおいて駆動すると共に、内燃機関をトルク制御モードにおいて駆動することも可能である。

図２は、本発明の例示用の且つ非限定的な一実施形態による、電気機械２０８と、電気システム２００と、を有する電気機械的動力伝達チェーンの概略図を示している。この例示用のケースにおいては、電気機械的動力伝達チェーンは、並列型の伝達チェーンであり、この場合には、電気機械２０８及び内燃機関２１０が互いに機械的に接続され、且つ、電気機械２０８及び内燃機関２１０の両方が機械的動力をアクチュエータ２１１に供給するように構成されている。電気機械２０８は、しばしば、電気エネルギーを生成する発電機として動作し、且つ、しばしば、高機械的出力パワーが必要とされる際に、電気エネルギーを消費すると共に内燃機関２１０を支援する電気モーターとして動作する。電気システム２００は、第１静電容量性回路２０１と、第１静電容量性回路２０１と電気機械２０８の間において電気エネルギーを転送するコンバータ装置２０２と、を有する。コンバータ装置２０２は、静電容量性回路２０１の直流電圧Ｕ_DC1を電気機械２０８に適した電圧に変換するように構成されている。電気システム２００は、第２静電容量性回路２０３と、電気エネルギーを静電容量性回路２０１及び２０３の間において転送する直流電圧コンバータ２０４と、を有する。電気機械２０８は、例えば、電気励起型同期機械、永久磁石同期機械、非同期機械、又はリラクタンス機械であってもよい。電気機械２０８は、コンバータ装置２０２が無効電力を電気機械２０８に供給する能力を有するか、或いは、無効電力を電気機械２０８に供給するその他の手段が存在している、ケースにおいては、非同期機械又はリラクタンス機械であってもよい。電気システム２００は、電池要素２１８と、電池要素２１８を充電及び放電する直流電圧コンバータ２１７と、を更に有することができる。

電気システム２００は、静電容量性回路２０１の直流電圧Ｕ_DC1の変化に応答して直流電圧コンバータ２０４を制御する第１コントローラ２１２を有する制御システム２０５を有する。制御システム２０５は、静電容量性回路２０３の直流電圧Ｕ_DC2の変化に応答してコンバータ装置２０２を制御する第２コントローラ２１３を更に有する。コントローラ２１２及び２１３は、直流電圧Ｕ_DC1を既定の電圧範囲において、即ち、基準値Ｕ_{DC1 REF}の近傍において、維持するように、且つ、直流電圧ＵＤＣ２が、静電容量性回路２０１と電気機械２０８の間において転送される電力の変動に応答して変動することを同時に許容するように、コントローラ２１２が、コントローラ２１３が直流電圧Ｕ_DC2の変化に反応するよりも、より高速で、直流電圧Ｕ_DC1の変化に反応するように、構成されている。

図２に示されている例示用の電気機械的動力伝達チェーンにおいては、コンバータ装置２０２は、電気機械が発電機として機能する際に、電気機械２０８から静電容量性回路２０１に電気エネルギーを転送すると共に、電気機械が電気モーターとして機能する際には、電気エネルギーを静電容量性回路２０１から電気機械２０８に転送するコンバータ段２０６を有する。コンバータ段２０６は、例えば、パルス幅変調「ＰＷＭ」コンバータ段であってもよい。

図２に示されている例示用のケースにおいては、内燃機関２１０は、外部的に付与されたパワー制御信号により、制御されている。パワー制御信号は、例えば、内燃機関２１０の燃料及び空気供給を決定することができる。コントローラ２１３は、少なくとも部分的に、直流電圧Ｕ_DC2、内燃機関２１０のパワー制御信号、及び電気機械２０８の支配的な又は推定された回転速度に基づいて、電気機械２０８用のトルク基準Ｒｅｆ＿Ｔｏｒｑを判定するように構成することができる。図２に示されている例示用のケースにおいては、支配的な回転速度ωは、回転速度センサ２１５によって計測されている。基準トルクＲｅｆ＿Ｔｏｒｑは、例えば、以下の例示用の方式により、判定することができる。

電気機械２０８のモーターパワーＭＰ及び発電機パワーＧＰは、
・Ｕ_DC2≦モーター限度電圧Ｕ_Mである際には、モーターパワーＭＰ（Ｕ_DC2）がゼロとなり、
・Ｕ_DC2＞Ｕ_Mである際には、モーターパワーＭＰ（Ｕ_DC2）がＵ_DC2の増大する関数となり、
・Ｕ_DC2≧発電機限度電圧Ｕ_Gである際には、発電機パワーＧＰ（Ｕ_DC2）がゼロとなり、且つ、
・Ｕ_DC2＜Ｕ_Gである際には、発電機パワーＧＰ（Ｕ_DS2）がＵ_DC2の減少する関数となる、
ように、直流電圧Ｕ_DC2の関数として判定され、ここで、Ｕ_G＞Ｕ_Mであり、即ち、電気機械２０８の許容されたモーター動作の電圧エリアと電気機械２０８の許容された発電機動作の電圧エリアは、部分的にオーバーラップしている。

内燃機関２１０の上述のパワー制御信号の増大の後に、電気機械２０８は、Ｒｅｆ＿Ｔｏｒｑが、実質的に、支配的な回転速度ωによって除算されたモーターパワーＭＰ（Ｕ_DC2）となるように、トルク制御モードにおいて電気モーターとして稼働する。従って、Ｕ_DC2がモーター限度電圧Ｕ_M超であるケースにおいては、パワー制御信号の増大は、直流電圧Ｕ_DC2に応じて、内燃機関２１０によってのみならず、電気機械２０８によっても、応答される。上述のパワー制御信号の減少の後に、電気機械２０８は、Ｒｅｆ＿Ｔｏｒｑが、実質的に、支配的な回転速度ωによって除算された発電機パワーＧＰ（Ｕ_DC2）となるように、トルク制御モードにおいて発電機として稼働する。従って、Ｕ_DC2が発電機限度電圧Ｕ_G未満であるケースにおいては、パワー制御信号の減少は、直流電圧Ｕ_DC2に応じて、内燃機関２１０によってのみならず、電気機械２０９によっても、応答される。

図３は、第１静電容量性回路と、１つ又は複数の電気機械と、第１静電容量性回路と１つ又は複数の電気機械の間において電気エネルギーを転送するコンバータ装置と、を有する電気機械的動力伝達チェーンを制御する、本発明の例示用の且つ非限定的な一実施形態による方法のフローチャートを示しており、この場合に、コンバータ装置は、第１静電容量性回路の第１直流電圧を１つ又は複数の電気機械に適した１つ又は複数の電圧に変換している。

方法は、
・第１直流電圧の変化に応答して、第１静電容量性回路と第２静電容量性回路の間において電気エネルギーを転送するように、直流電圧コンバータを制御する動作３０１と、
・第１直流電圧を第１既定電圧範囲において維持するように、且つ、第２直流電圧が、第１静電容量性回路と１つ又は複数の電気機械の間において転送される電力の変動に応答して変動することを許容するように、直流電圧コンバータの制御が、コンバータ装置の制御が第２直流電圧の変化に反応するよりも、より高速で、第１直流電圧の変化に反応するように、第２静電容量性回路の第２直流電圧の変化に応答してコンバータ装置を制御する動作３０２と、
を有する。

本発明の例示用の且つ非限定的な一実施形態による方法においては、コンバータ装置の制御は、第２直流電圧が第２既定電圧範囲外にある際よりも、第２直流電圧が第２既定電圧範囲にある際に、より低速で、第２直流電圧の変化に反応している。

本発明の例示用の且つ非限定的な一実施形態による方法においては、コンバータ装置の制御は、少なくとも部分的に、基準からの第２直流電圧の逸脱に基づいており、且つ、逸脱は、逸脱が正である際には、第１利得係数により、且つ、逸脱が負である際には、第１利得係数とは異なる第２利得係数により、重み付けされている。

本発明の例示用の且つ非限定的な一実施形態による方法において、コンバータ装置は、第１直流電圧が既定の過電圧限度を超過した状況に応答して、第１静電容量性回路への電気エネルギーの転送を低減するように構成されている。

本発明の例示用の且つ非限定的な一実施形態による方法においては、コンバータ装置は、第１直流電圧が既定の不足電圧限度未満に降下した状況に応答して、第１静電容量性回路からの電気エネルギーの転送を低減するように制御されている。

本発明の例示用の且つ非限定的な一実施形態による方法においては、第２静電容量性回路の静電容量は、第１静電容量性回路の静電容量を上回っている。

本発明の例示用の且つ非限定的な一実施形態による方法においては、第２静電容量性回路は、少なくとも１つの電気二重層コンデンサを有する。

本発明の例示用の且つ非限定的な一実施形態による方法においては、電気機械的動力伝達チェーンは、直列型の伝達チェーンであり、且つ、コンバータ装置は、発電機として機能する第１電気機械から第１静電容量性回路に電気エネルギーを転送する第１コンバータ段と、電気モーターとして機能する第２電気機械に第１静電容量性回路から電気エネルギーを転送する第２コンバータ段と、を有する。

本発明の例示用の且つ非限定的な一実施形態による方法においては、パワー基準は、少なくとも部分的に第２直流電圧に基づいて、第１電気機械について判定され、且つ、トルク及び速度基準は、パワー基準と、パワー基準に実質的に等しい機械的動力を生成する内燃機関のトルク－速度動作点を表現する予め保存されたデータと、に基づいて、第１電気機械について判定されている。

本発明の例示用の且つ非限定的な一実施形態による方法においては、電気機械的動力伝達チェーンは、並列型の伝達チェーンであり、且つ、コンバータ装置は、電気機械が発電機として機能する際に、電気機械から第１静電容量性回路に電気エネルギーを転送すると共に、電気機械が電気モーターとして機能する際には、第１静電容量性回路から電気機械に電気エネルギーを転送するコンバータ段を有する。

本発明の例示用の且つ非限定的な一実施形態による方法においては、トルク基準は、少なくとも部分的に、第２直流電圧、電気機械に機械的に接続された内燃機関のパワー制御信号、及び電気機械の支配的な回転速度に基づいて、並列型の伝達チェーンの電気機械について判定されている。

電気機械的動力伝達チェーンを制御する本発明の例示用の且つ非限定的な一実施形態によるコンピュータプログラムは、本発明の上述の例示用の且つ非限定的な実施形態のいずれかによる方法を実行するように、プログラム可能なプロセッサを制御するコンピュータ実行可能命令を有する。

本発明の例示用の且つ非限定的な一実施形態によるコンピュータプログラムは、第１静電容量性回路と、１つ又は複数の電気機械と、第１静電容量性回路と１つ又は複数の電気機械の間において電気エネルギーを転送するコンバータ装置と、を有する電気機械的動力伝達チェーンを制御するソフトウェアモジュールを有し、この場合に、コンバータ装置は、第１静電容量性回路の第１直流電圧を１つ又は複数の電気機械に適した１つ又は複数の電圧に変換するように構成されている。

ソフトウェアは、
・第１直流電圧の変化に応答して、第１静電容量性回路と第２静電容量性回路の間において電気エネルギーを転送するように、直流電圧コンバータを制御し、且つ、
・第１直流電圧を既定の電圧範囲において維持するように、且つ、第２直流電圧が、第１静電容量性回路と１つ又は複数の電気機械の間において転送される電力の変動に応答して変動することを許容するように、直流電圧コンバータの制御が、コンバータ装置の制御が第２直流電圧の変化に対して反応するよりも、より高速で、第１直流電圧の変化に反応するように、第２静電容量性回路の第２直流電圧の変化に応答してコンバータ装置を制御する、
ように、プログラム可能なプロセッサを制御するコンピュータ実行可能命令を有する。

ソフトウェアモジュールは、例えば、適切なプログラミング言語によって生成されたサブルーチン及び／又は関数であってもよい。

本発明の例示用の且つ非限定的な一実施形態によるコンピュータプログラムプロダクトは、上述のソフトウェアモジュールによってエンコーディングされた、例えば、コンパクトディスク「ＣＤ」などの、不揮発性コンピュータ可読媒体を有する。

本発明の例示用の且つ非限定的な一実施形態による信号は、本発明の一実施形態によるコンピュータプログラムを定義する情報を搬送するようにエンコーディングされている。

以上において付与された説明において提供されている特定の例は、添付の請求項の適用可能性及び／又は解釈を限定するものと解釈してはならない。以上において付与された説明において提供されている例のリスト及び群は、そうではない旨が明示的に記述されていない限り、すべてを網羅するものではない。

Claims (15)

1. 第１静電容量性回路（１０１、２０１）と、前記第１静電容量性回路と１つ又は複数の電気機械の間において電気エネルギーを転送するコンバータ装置（１０２、２０２）と、を有する電気システム（１００、２００）であって、前記コンバータ装置は、前記第１静電容量性回路の第１直流電圧（Ｕ_DC1）を前記１つ又は複数の電気機械に適した１つ又は複数の電圧に変換するように構成されている、電気システムにおいて、
   前記電気システムは、
   ・第２静電容量性回路（１０３、２０３）と、
   ・前記第１及び第２静電容量性回路の間において電気エネルギーを転送する直流電圧コンバータ（１０４、２０４）と、
   ・前記第１直流電圧の変化に応答して前記直流電圧コンバータを制御して、前記第１直流電圧をその基準値（Ｕ _{DC1 REF} ）に接近させる第１コントローラ（１１２）、及び前記第２静電容量性回路の第２直流電圧（Ｕ_DC2）の変化に応答して前記コンバータ装置を制御して、前記第２直流電圧をその基準値（Ｕ _{DC2 REF} ）に接近させる第２コントローラ（１１３）を含む制御システム（１０５、２０５）と、
   を更に有し、
   前記第１コントローラは、前記第１直流電圧を第１既定電圧範囲において維持するように、且つ、前記第２直流電圧が、前記第１静電容量性回路と前記１つ又は複数の電気機械の間において転送される電力の変動に応答して変動することを許容するように、前記第２コントローラが、前記第２直流電圧の前記変化に反応するよりも、より高速で、前記第１直流電圧の前記変化に反応することを特徴とする、電気システム。
2. 前記制御システムは、前記第２直流電圧が第２既定電圧範囲外である際よりも、前記第２直流電圧が前記第２既定電圧範囲にある際に、より低速で、前記第２直流電圧の前記変化に反応するように構成されている、請求項１に記載の電気システム。
3. 前記制御システムは、少なくとも部分的に、前記第２直流電圧（Ｕ _DC2 ）のその基準値（Ｕ _{DC2 REF} ）からの逸脱（Ｕ _DC2 －Ｕ _{DC2 REF} ）に基づいて前記コンバータ装置を制御するように構成されており、且つ、前記制御システムは、前記逸脱が正である際には、第１利得係数（Ｇ ₁ ）により、且つ、前記逸脱が負である際には、前記第１利得係数とは異なる第２利得係数（Ｇ ₂ ）により、前記逸脱を重み付けするように構成され、前記第２直流電圧の前記変化に反応する前記第２コントローラの速さは、前記逸脱が正である際には前記第１利得係数に、前記逸脱が負である際には前記第２利得係数に依存する、請求項１又は２に記載の電気システム。
4. 前記制御システムは、前記第１直流電圧が既定の過電圧限度を超過している状況に応答して、前記第１静電容量性回路への電気エネルギーの転送を低減するように前記コンバータ装置を制御するように構成されている、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の電気システム。
5. 前記制御システムは、前記第１直流電圧が既定の不足電圧限度未満に降下した状況に応答して、前記第１静電容量性回路からの電気エネルギーの転送を低減するように前記コンバータ装置を制御するように構成されている、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の電気システム。
6. 前記第２静電容量性回路の静電容量は、前記第１静電容量性回路の静電容量を上回っている、請求項１乃至５のいずれか一項に記載の電気システム。
7. 前記第２静電容量性回路は、少なくとも１つの電気二重層コンデンサを有する、請求項１乃至６のいずれか一項に記載の電気システム。
8. 前記コンバータ装置は、発電機として機能する前記電気機械のうちの第１のものからの電気エネルギーを前記第１静電容量性回路に転送する第１コンバータ段（１０６）と、電気モーターとして機能する前記電気機械のうちの第２のものに前記第１静電容量性回路からの電気エネルギーを転送する第２コンバータ段（１０７）と、を有する、請求項１乃至７のいずれか一項に記載の電気システム。
9. 前記制御システム（１０５）は、少なくとも部分的に前記第２直流電圧に基づいて前記電気機械のうちの前記第１のもの用のパワー基準を判定するように、且つ、前記パワー基準と、前記パワー基準に実質的に等しい機械的動力を生成する内燃機関のトルク－速度動作点を表現する予め保存されたデータと、に基づいて前記電気機械の前記第１のもの用のトルク及び速度基準を判定するように構成されている、請求項８に記載の電気システム。
10. 前記コンバータ装置は、前記電気機械が発電機として機能する際に、前記電気機械から前記第１静電容量性回路に電気エネルギーを転送すると共に、前記電気機械が電気モーターとして機能する際には、前記第１静電容量性回路から前記電気機械に電気エネルギーを転送するコンバータ段（２０６）を有する、請求項１乃至７のいずれか一項に記載の電気システム。
11. 前記制御システム（２０５）は、少なくとも部分的に、前記第２直流電圧、前記電気機械に機械的に接続された内燃機関のパワー制御信号、及び前記電気機械の支配的な回転速度に基づいて電気機械用のトルク基準を判定するように構成されている、請求項１０に記載の電気システム。
12. 電気機械的動力伝達チェーンであって、
    ・１つ又は複数の内燃機関から機械的動力を受け取ると共に、機械的動力を１つ又は複数のアクチュエータに供給する１つ又は複数の電気機械（１０８、１０９、２０８）と、
    ・対象の電気機械が電気モーターとして機能する際に、電力を前記１つ又は複数の電気機械のそれぞれに供給すると共に、前記対象の電気機械が発電機として機能する際に、前記１つ又は複数の電気機械のそれぞれから電力を受け取る請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の電気システム（１００、２００）と、
    を有する、電気機械的動力伝達チェーン。
13. 第１静電容量性回路と、１つ又は複数の電気機械と、前記第１静電容量性回路と前記１つ又は複数の電気機械の間において電気エネルギーを転送するコンバータ装置と、を有する電気機械的動力伝達チェーンを制御する方法であって、前記コンバータ装置は、前記第１静電容量性回路の第１直流電圧（Ｕ_DC1）を前記１つ又は複数の電気機械に適した１つ又は複数の電圧に変換している、方法において、
    ・第１コントローラにおいて、前記第１直流電圧をその基準値（Ｕ _{DC1 REF} ）に接近させるために、前記第１直流電圧の変化に応答して前記第１静電容量性回路と第２静電容量性回路の間において電気エネルギーを転送するように直流電圧コンバータを制御するステップ（３０１）と、
    ・第２コントローラにおいて、第２直流電圧をその基準値（Ｕ _{DC2 REF} ）に接近させるために、前記第２静電容量性回路の前記第２直流電圧（Ｕ_DC2）の変化に応答して前記コンバータ装置を制御するステップ（３０２）と、
    を有し、
    前記第１コントローラは、前記第１直流電圧を既定の電圧範囲において維持するように、且つ、前記第２直流電圧が、前記第１静電容量性回路と前記１つ又は複数の電気機械の間において転送される電力の変動に応答して変動することを許容するように、前記第２コントローラが、前記第２直流電圧の前記変化に対して反応するよりも、より高速で、前記第１直流電圧の前記変化に反応することを特徴とする、方法。
14. 第１静電容量性回路と、１つ又は複数の電気機械と、前記第１静電容量性回路と前記１つ又は複数の電気機械の間において電気エネルギーを転送するコンバータ装置と、を有する電気機械的動力伝達チェーンを制御するコンピュータプログラムであって、前記コンバータ装置は、前記第１静電容量性回路の第１直流電圧（Ｕ_DC1）を前記１つ又は複数の電気機械に適した１つ又は複数の電圧に変換するように構成されている、コンピュータプログラムにおいて、
    前記コンピュータプログラムは、
    ・前記第１直流電圧の変化に応答して前記第１静電容量性回路と第２静電容量性回路の間において電気エネルギーを転送するように直流電圧コンバータを制御して、前記第１直流電圧をその基準値（Ｕ _{DC1 REF} ）に接近させるための第１コントローラとして動作し、且つ、
    ・前記第２静電容量性回路の第２直流電圧（Ｕ_DC2）の変化に応答して前記コンバータ装置を制御して、前記第２直流電圧をその基準値（Ｕ _{DC2 REF} ）に接近させるための第２コントローラとして動作する、
    ように、プログラム可能なプロセッサを制御するコンピュータ実行可能な命令を有し、
    前記第１コントローラは、前記第１直流電圧を既定の電圧範囲において維持するように、且つ、前記第２直流電圧が、前記第１静電容量性回路と前記１つ又は複数の電気機械の間において転送される電力の変動に応答して変動することを許容するように、前記第２コントローラが、前記第２直流電圧の前記変化に対して反応するよりも、より高速で、前記第１直流電圧の前記変化に反応することを特徴とする、コンピュータプログラム。
15. 請求項１４に記載のコンピュータプログラムを記録する一時的ではないコンピュータ可読媒体。

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