專利名稱：用于產(chǎn)生牽引力的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及一種電力牽引系統(tǒng)，尤其涉及一種用于產(chǎn)生牽引力和用于非牽引目的的能量電池和功率電池的組合的使用。而這里著重公開在機車和非公路(off-highway)車輛中的電力牽引系統(tǒng)的使用，很顯然，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來說本發(fā)明也可以用在其他車輛的和非車輛的應(yīng)用中。
背景技術(shù)：
在廣泛的各種應(yīng)用中，電力牽引系統(tǒng)包括用于改進系統(tǒng)效率的電池。根據(jù)這些電池分別是優(yōu)化能量密度或者功率密度的設(shè)計來將這些電池典型地分為“能量電池”或者“功率電池”。一些牽引應(yīng)用相對于其他應(yīng)用來說更適合一種電池類型；其他的應(yīng)用適合能量和功率電池的組合。在電動機驅(qū)動期間，電池通過電動機放電以產(chǎn)生牽引力。在制動期間，電動機被操作為發(fā)電機給電池再充電。
在結(jié)合了能量和功率電池的系統(tǒng)(雙電池系統(tǒng))中，能量電池的初始充電和補充充電典型地或者通過替換電池的部分機械地獲得或者通過耦合到公共電網(wǎng)(power utility grid)電力地獲得。在雙電池系統(tǒng)中存在提供充電能量電池的可供選擇的方式的機會。
除了為牽引應(yīng)用提供功率之外，牽引系統(tǒng)的電功率產(chǎn)生能力能夠被用于非牽引目的。因此，存在開拓用于非牽引應(yīng)用的電力牽引系統(tǒng)電功率產(chǎn)生能力的附加機會。

發(fā)明內(nèi)容
在本發(fā)明的一個實施例中，通過用于產(chǎn)生牽引力的裝置來提供上述的機會，該裝置包括適于產(chǎn)生高DC(直流)電壓的能源；適于從高DC電壓產(chǎn)生電動機電壓的電動機驅(qū)動器；和適于從電動機電壓產(chǎn)生牽引力的電動機，所述能源包括適于通過燃燒燃料產(chǎn)生機械功率的熱力發(fā)動機；適于從機械功率產(chǎn)生交流電壓的交流發(fā)電機；適于整流交流電壓并且產(chǎn)生低DC電壓的整流器；適于從存儲和傳遞從低DC電壓導出的能量的能量電池；以及適于升高低DC電壓以產(chǎn)生高DC電壓的牽引升壓變換器，該電動機驅(qū)動器包括適于存儲能量在高DC電壓傳遞功率的功率電池；適于在電動機驅(qū)動期間從高DC電壓產(chǎn)生電動機電壓并且適于在制動期間從電動機電壓產(chǎn)生高DC電壓的牽引變換器。
本發(fā)明還包括有一種方法，該方法包括以下的步驟產(chǎn)生高DC電壓；從該高DC電壓產(chǎn)生電動機電壓；以及從電動機電壓產(chǎn)生牽引力，產(chǎn)生高DC電壓的步驟包括燃燒燃料以產(chǎn)生機械功率；利用交流發(fā)電機從該機械功率中產(chǎn)生交流電壓；利用整流器整流該交流電壓以產(chǎn)生低DC電壓；利用能量電池以存儲和傳遞從低DC電壓導出的能量；并且升高低DC電壓以產(chǎn)生高DC電壓，產(chǎn)生電動機電壓的步驟包括利用功率電池存儲能量和在高DC電壓傳遞功率；并且在電動機驅(qū)動期間從高DC電壓產(chǎn)生電動機電壓并且在制動操作期間從電動機電壓產(chǎn)生高DC電壓。


當閱讀了參考附圖的下面的詳細的說明之后，將會更好的理解本發(fā)明的這些和其他的特征、方面、以及優(yōu)點，其中全部附圖中的同樣的符號代表同樣的部分，其中圖1描繪了根據(jù)本發(fā)明的一個實施例用于產(chǎn)生牽引力的裝置的方框圖。
圖2-9描繪了根據(jù)圖1的實施例的其他實施例的方框圖。
圖10描繪了根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例的機車的方框圖。
圖11描繪了根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例的非公路車輛的方框圖。
具體實施例方式
根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，圖1描繪了用于產(chǎn)生牽引力的裝置100的方框圖。裝置100包括能源110、電動機驅(qū)動器130和電動機150。在操作中，能源110產(chǎn)生高DC電壓120。電動機驅(qū)動器130從高DC電壓120產(chǎn)生電動機電壓140，并且電動機150從電動機電壓140產(chǎn)生牽引力。正如這里所使用的，電動機150指的是能夠從電功率產(chǎn)生機械功率的任何電氣設(shè)備，沒有任何限制，該電動機包括單相或者多相、AC(交流)或者DC電動機。
在圖1的實施例中，能源110包括熱力發(fā)動機160、交流發(fā)電機180、整流器200、能量電池220以及牽引升壓變換器230。在操作中，熱力發(fā)動機160通過燃燒燃料產(chǎn)生機械功率170。交流發(fā)電機180從機械功率產(chǎn)生交流電190。然后，整流器200整流交流電壓190以產(chǎn)生低DC電壓210。能量電池220存儲和傳遞從低DC電壓210導出的能量，并且牽引升壓變換器230升高低DC電壓210以產(chǎn)生高DC電壓120。正如這里所使用的，參考DC電壓，“低”和“高”僅僅為相對術(shù)語，并且不特別意味著絕對的電壓電平。
電動機驅(qū)動器130包括功率電池240以及牽引變換器250。在操作中，功率電池240存儲能量并且在高DC電壓120傳遞功率。在電動機驅(qū)動期間，牽引變換器250從高DC電壓120產(chǎn)生電動機電壓140，并且在制動操作期間牽引變換器250從電動機電壓140產(chǎn)生高DC電壓。
在根據(jù)圖1的實施例的更詳細的實施例中，電動機驅(qū)動器130的能量存儲容量與由能源110在高DC電壓120傳遞的功率的比率在約0.001小時至約60小時之間。
在根據(jù)圖1的實施例的另一個更詳細的實施例中，電動機驅(qū)動器130的能量存儲容量與通過能源110在高DC電壓傳遞的功率的比率在約0.5小時和約20小時之間。
根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例，圖2說明了裝置100的方框圖，其中裝置100進一步包括起動逆變器(cranking inverter)260。在操作中，起動逆變器260在交流發(fā)電機180的起動操作期間從低DC電壓210產(chǎn)生起動電壓265。“起動操作”是指利用交流發(fā)電機180作為電動機以應(yīng)用轉(zhuǎn)矩來起動熱力發(fā)動機160的實現(xiàn)。
在根據(jù)圖2的實施例的更詳細的實施例中，起動逆變器260是雙向的并且進一步包括充電升壓變換器270。在操作中，充電升壓變換器270將交流電壓190升高到更適于給能量電池220充電的更高的電壓。
根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例，圖3描繪了裝置100的方框圖，其中裝置100進一步包括電網(wǎng)變換器(utility converter)280。在操作中，電網(wǎng)變換器280起到應(yīng)急發(fā)電機的作用，將低DC電壓210變換成適于耦合到電網(wǎng)(utility grid)300的電網(wǎng)電壓290。在一些實施例中，變換器280為雙向設(shè)備，其選擇地允許能量電池220直接從電網(wǎng)300充電。
在可選擇的實施例中，在圖4中顯示的，電網(wǎng)變換器280從高DC電壓120饋入而不是從低DC電壓210饋入。在一些實施例中，變換器280是雙向的設(shè)備，該設(shè)備選擇地允許功率電池240直接從電網(wǎng)300充電。
根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例，圖5說明了裝置100的方框圖，其中裝置100進一步包括起動逆變器260以及轉(zhuǎn)換開關(guān)310。在操作中，起動逆變器260選擇地從低DC電壓210產(chǎn)生起動電壓265或者電網(wǎng)電壓290。轉(zhuǎn)換開關(guān)310選擇地將起動電壓265耦合到交流發(fā)電機180或者將電網(wǎng)電壓290耦合到電網(wǎng)300上。
在根據(jù)圖5的實施例的更詳細的實施例中，起動逆變器260為雙向的并且包括充電升壓變換器270。在操作中，充電升壓變換器270升高交流電壓190到更適于給能量電池充電220的更高的電壓。在可選擇的實施例中，圖6所示，起動逆變器260從高DC電壓120饋入而不是從低DC電壓210饋入，并且可以用于給功率電池240充電。
在根據(jù)圖1的實施例的另一個實施例中，圖7描繪了能源110的方框圖，其中能源110進一步包括超級電容器組320。在操作中，超級電容器組320存儲和傳遞電能。在這個實施例中，牽引升壓變換器230執(zhí)行控制能量在整流器200、能量電池220以及超級電容組320之間流動的附加功能。
在根據(jù)圖7的另一個實施例中，能源110進一步包括單向耦合器330。在操作中，當超級電容器組320的電壓低于能量電池220的電壓時，單向耦合器330引導電流從能量電池220流到超級電容器組320。
在根據(jù)圖1的另一個實施例中，圖8描述了電動機驅(qū)動器130的方框圖，其中該電動機驅(qū)動器130進一步包括功率超級電容器340。在操作中，功率超級電容器340存儲和傳遞從高DC電壓120導出的能量。
在根據(jù)圖1的實施例的另一個更詳細的實施例中，電動機電壓140為DC電壓，并且電動機150包括DC電動機。
在根據(jù)圖1的另一個更詳細的實施例中，圖9描繪了方框圖，其中交流發(fā)電機180和整流器200更適于提供功率給輔助負載350并且因此起到輔助供電設(shè)備的作用。
根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例，圖10描繪了機車400的方框圖。除了裝置100的組件之外，機車400還包括車輪420。在這個實施例中，電動機150從電動機電壓140產(chǎn)生電動機轉(zhuǎn)矩。車輪420從電動機轉(zhuǎn)矩410產(chǎn)生牽引力430并且將牽引力430應(yīng)用到鐵軌440上。
根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例，圖11描繪了非公路車輛500的方框圖。除了機車400的組件之外，非公路車輛500包括輪胎520。在該實施例中，車輪420從電動機轉(zhuǎn)矩410產(chǎn)生車輪轉(zhuǎn)矩。輪胎520從車輪轉(zhuǎn)矩510產(chǎn)生牽引力430并且將牽引力430應(yīng)用到非公路表面(off-highway surface)540。
雖然這里僅僅說明和描述了本發(fā)明的某些特征，但是對于本領(lǐng)域那些技術(shù)人員來說將可以發(fā)現(xiàn)一些修改和改變。因此，可以理解附加的權(quán)利要求將覆蓋落入到本發(fā)明的真實的精神范圍內(nèi)的所有的這種修改和改變。
權(quán)利要求
1.一種用于產(chǎn)生牽引力的裝置(100)，所述的裝置(100)包括能源(110)，其適于產(chǎn)生高DC電壓(120)；電動機驅(qū)動器(130)，其適于從所述的高DC電壓(120)產(chǎn)生電動機電壓(140)；以及電動機(150)，其適于從所述的電動機電壓(140)產(chǎn)生所述的牽引力，所述的能源(110)包括熱力發(fā)動機(160)，其適于通過燃燒燃料產(chǎn)生機械功率(170)；交流發(fā)電機(180)，其適于從所述的機械功率(170)產(chǎn)生交流電壓(190)；整流器(200)，其適于整流所述的交流電壓(190)并且產(chǎn)生低DC電壓(210)；能量電池(220)，其適于存儲和傳遞從所述的低DC電壓(210)導出的能量；以及牽引升壓變換器(230)，其適于升高所述的低DC電壓(210)以產(chǎn)生所述的高DC電壓(120)，所述的電動機驅(qū)動器(130)包括功率電池(240)，其適于存儲能量和在所述的高DC電壓(120)傳遞功率；以及牽引變換器(250)，其適于在電動機驅(qū)動操作期間從所述的高DC電壓(120)產(chǎn)生所述的電動機電壓(140)，和在制動操作期間從所述的電動機電壓(140)產(chǎn)生所述的高DC電壓(120)。
2.權(quán)利要求1的裝置(100)，其中所述電動機驅(qū)動器(130)的能量存儲容量與通過所述能源(110)在所述高DC電壓(120)傳遞的功率之間的比率在約0.001小時至約60小時之間。
3.權(quán)利要求1的裝置(100)，其中所述電動機驅(qū)動器(130)的能量存儲容量與通過所述能源(110)在所述高DC電壓(120)傳遞的功率之間的比率在約0.5小時至約20小時之間。
4.權(quán)利要求1的裝置(100)，進一步包括起動逆變器(260)，其適于在所述的交流發(fā)電機(180)的起動操作期間從所述的低DC電壓(210)產(chǎn)生起動電壓(265)。
5.權(quán)利要求4的裝置(100)，其中所述的起動逆變器(260)為雙向的并且進一步包括充電升壓變換器(270)，該充電升壓變換器(270)適于升高所述的交流電壓(190)。
6.權(quán)利要求1的裝置(100)進一步包括電網(wǎng)變換器(280)，其適于將所述低DC電壓(210)變換為電網(wǎng)電壓(290)。
7.權(quán)利要求6的裝置(100)，其中所述的電網(wǎng)變換器(280)進一步適于選擇地將所述的電網(wǎng)電壓(290)變換為所述的低DC電壓(210)。
8.權(quán)利要求1的裝置(100)，進一步包括電網(wǎng)變換器(280)，其適于將所述的高DC電壓(120)變換為電網(wǎng)電壓(290)。
9.權(quán)利要求8的裝置(100)，其中所述的電網(wǎng)變換器(280)進一步適于選擇地將所述的電網(wǎng)電壓(290)變換為所述的高DC電壓(120)。
10.權(quán)利要求1的裝置(100)進一步包括起動逆變器(260)，其適于選擇地從所述低DC電壓(210)產(chǎn)生起動電壓(265)或者電網(wǎng)電壓(290)；以及轉(zhuǎn)換開關(guān)(310)，其適于選擇地將所述起動電壓(265)耦合到所述交流發(fā)電機(180)或者將所述的電網(wǎng)電壓(290)耦合到電網(wǎng)(300)。
11.權(quán)利要求10的裝置(100)，其中所述起動逆變器(260)為雙向的并且進一步包括充電升壓變換器(270)，所述充電升壓變換器(270)適于升高所述的交流電壓(190)。
12.權(quán)利要求1的裝置(100)進一步包括起動逆變器(260)，其適于選擇地從所述高DC電壓(120)產(chǎn)生起動電壓(265)或者電網(wǎng)電壓(290)；以及轉(zhuǎn)換開關(guān)(310)，其適于選擇地將所述起動電壓(265)耦合到所述交流發(fā)電機(180)或者將所述的電網(wǎng)電壓(290)耦合到電網(wǎng)(300)。
13.權(quán)利要求1的裝置(100)，其中所述能源(110)進一步包括超級電容器組(320)，其適于存儲和傳遞電能，所述牽引升壓變換器(230)進一步適于控制能量在所述整流器(200)、所述能量電池(220)以及所述超級電容器組(320)之間流動。
14.權(quán)利要求13的裝置(100)，進一步包括單向耦合器(330)，其適于從所述能量電池(220)傳導電流到所述的超級電容器組(320)。
15.權(quán)利要求1的裝置(100)，其中所述電動機驅(qū)動器(130)進一步包括功率超級電容器(340)，其適于存儲和傳遞從所述高DC電壓(120)導出的能量。
16.權(quán)利要求1的裝置(100)，其中所述的電動機電壓(140)為DC電壓。
17.權(quán)利要求1的裝置(100)，其中所述的交流發(fā)電機(180)和所述的整流器(200)進一步適于將功率供應(yīng)給輔助負載(350)。
18.一種用于產(chǎn)生牽引力的方法，所述的方法包括產(chǎn)生高DC電壓(120)；從所述高DC電壓(120)產(chǎn)生電動機電壓(140)；以及從所述電動機電壓(140)產(chǎn)生所述牽引力，所述產(chǎn)生所述高DC電壓(120)的步驟包括燃燒燃料產(chǎn)生機械功率(170)；利用交流發(fā)電機(180)從所述機械功率(170)產(chǎn)生交流電壓(190)；利用整流器(200)整流所述交流電壓(190)以產(chǎn)生低DC電壓(210)；利用能量電池(220)存儲和傳遞從所述低DC電壓(210)導出的能量；以及升高所述低DC電壓(210)以產(chǎn)生所述高DC電壓(120)，所述產(chǎn)生電動機電壓(140)的步驟包括利用功率電池(240)存儲能量在所述高DC電壓(120)傳遞功率；以及在電動機驅(qū)動操作期間從所述的高DC電壓(120)產(chǎn)生所述的電動機電壓(140)并且在制動操作期間從所述的電動機電壓(140)產(chǎn)生所述的高DC電壓(120)。
19.權(quán)利要求18的方法，其中所述電動機驅(qū)動(130)的能量存儲容量與通過所述產(chǎn)生所述高DC電壓(120)的步驟傳遞的功率之間的比率在約0.001小時至約60小時之間。
20.權(quán)利要求18的方法，其中所述電動機驅(qū)動器(130)的能量存儲容量與通過所述產(chǎn)生所述高DC電壓(120)的步驟傳遞的功率之間的比率在約0.5小時至大約20小時之間。
21.權(quán)利要求18的方法，進一步包括在所述交流發(fā)電機(180)的起動操作期間從所述低DC電壓(210)產(chǎn)生起動電壓(265)。
22.權(quán)利要求21的方法，其中所述產(chǎn)生起動電壓(265)的步驟進一步包括升高所述的交流電壓(190)。
23.權(quán)利要求18的方法，進一步包括將所述低DC電壓(210)變換為電網(wǎng)電壓(290)。
24.權(quán)利要求23的方法，進一步包括選擇地將所述電網(wǎng)電壓(290)變換為所述低DC電壓(210)。
25.權(quán)利要求18的方法，進一步包括將所述高DC電壓(120)變換為電網(wǎng)電壓(290)。
26.權(quán)利要求25的方法，進一步包括選擇地將所述電網(wǎng)電壓(290)變換為所述高DC電壓(120)。
27.權(quán)利要求18的方法，進一步包括選擇地從所述低DC電壓(210)產(chǎn)生起動電壓(265)或者電網(wǎng)電壓(290)；以及選擇地將所述起動電壓(265)耦合到所述交流發(fā)電機(180)或者將所述電網(wǎng)電壓(290)耦合到電網(wǎng)(300)。
28.權(quán)利要求27的方法，其中所述的選擇地產(chǎn)生起動電壓(265)或者電網(wǎng)電壓(290)的步驟進一步包括升高所述交流電壓(190)。
29.權(quán)利要求18的方法進一步包括選擇地從所述高DC電壓(120)產(chǎn)生起動電壓(265)或者電網(wǎng)電壓(290)；以及選擇地將所述起動電壓(265)耦合到所述交流發(fā)電機(180)或者將所述電網(wǎng)電壓(290)耦合到電網(wǎng)(300)。
30.權(quán)利要求18的方法，其中所述的產(chǎn)生高DC電壓(120)的步驟進一步包括利用超級電容器組(320)存儲和傳遞從所述低DC電壓(210)導出的電能；以及控制電能在所述整流器(200)、所述能量電池(220)和所述超級電容器組(320)之間流動。
31.權(quán)利要求30的方法，進一步包括單向的將電流從所述能量電池(220)傳導到所述超級電容器組(320)。
32.權(quán)利要求18的方法，其中所述的從所述電動機電壓(140)產(chǎn)生所述牽引力的步驟進一步包括利用功率超級電容器(340)存儲和傳遞從所述高DC電壓(120)導出的能量。
33.權(quán)利要求18的方法，其中所述的電動機電壓(140)為DC電壓。
34.權(quán)利要求18的方法，其中所述的產(chǎn)生所述高DC電壓(120)的步驟進一步包括將功率供應(yīng)給輔助負載(350)。
35.一種用于產(chǎn)生牽引力的機車(400)，所述機車(400)包括能源(110)，其適于產(chǎn)生高DC電壓(120)；電動機驅(qū)動器(130)，其適于從所述的高DC電壓(120)產(chǎn)生電動機電壓(140)；電動機(150)，其適于從所述的電動機電壓(140)產(chǎn)生電動機轉(zhuǎn)矩(410)；以及車輪(420)，其適于從所述的電動機轉(zhuǎn)矩(410)產(chǎn)生所述的牽引力并且將所述的牽引力(430)應(yīng)用到鐵軌上，所述的能源(110)包括熱力發(fā)動機(160)，其適于通過燃燒燃料產(chǎn)生機械功率(170)；交流發(fā)電機(180)，其適于從所述的機械功率(170)產(chǎn)生交流電壓(190)；整流器(200)，其適于整流所述的交流電壓(190)并且產(chǎn)生低DC電壓(210)；能量電池(220)，其適于存儲和傳遞從所述的低DC電壓(210)導出的能量；以及牽引升壓變換器(230)，其適于升高所述的低DC電壓(210)以產(chǎn)生所述的高DC電壓(120)，所述的電動機驅(qū)動器(130)包括功率電池(240)，其適于存儲能量和在所述的高DC電壓(120)傳遞功率；以及牽引變換器(250)，其適于在電動機驅(qū)動操作期間從所述的高DC電壓(120)產(chǎn)生所述的電動機電壓(140)，和在制動操作期間從所述的電動機電壓(140)產(chǎn)生所述的高DC電壓(120)。
36.權(quán)利要求35的機車(400)，其中所述電動機驅(qū)動器(130)的能量存儲容量與通過所述能源(110)在所述高DC電壓(120)傳遞的功率之間的比率在約0.001小時至約60小時之間。
37.權(quán)利要求35的機車(400)，其中所述電動機驅(qū)動器(130)的能量存儲容量與通過所述能源(110)在所述高DC電壓(120)傳遞的功率之間的比率在約0.5小時至約20小時之間。
38.權(quán)利要求35的機車(400)，進一步包括起動逆變器(260)，其適于在所述的交流發(fā)電機(180)的起動操作期間從所述的低DC電壓(210)產(chǎn)生起動電壓(265)。
39.權(quán)利要求38的機車(400)，其中所述的起動逆變器(260)為雙向的并且進一步包括充電升壓變換器(270)，該充電升壓變換器(270)適于升高所述的交流電壓(190)。
40.權(quán)利要求35的機車(400)進一步包括電網(wǎng)變換器(280)，其適于將所述低DC電壓(210)變換為電網(wǎng)電壓(290)。
41.權(quán)利要求40的機車(400)，其中所述的電網(wǎng)變換器(280)進一步適于選擇地將所述的電網(wǎng)電壓(290)變換為所述的低DC電壓(210)。
42.權(quán)利要求35的機車(400)，進一步包括電網(wǎng)變換器(280)，其適于將所述的高DC電壓(120)變換為電網(wǎng)電壓(290)。
43.權(quán)利要求40的機車(400)，其中所述的電網(wǎng)變換器(280)進一步適于選擇地將所述的電網(wǎng)電壓(290)變換為所述的高DC電壓(120)。
44.權(quán)利要求35的機車(400)進一步包括起動逆變器(260)，其適于選擇地從所述低DC電壓(210)產(chǎn)生起動電壓(265)或者電網(wǎng)電壓(290)；以及轉(zhuǎn)換開關(guān)(310)，其適于選擇地將所述起動電壓(265)耦合到所述交流發(fā)電機(180)或者將所述的電網(wǎng)電壓(290)耦合到電網(wǎng)(300)。
45.權(quán)利要求44的機車(400)，其中所述起動逆變器(260)為雙向的并且進一步包括充電升壓變換器(270)，所述充電升壓變換器(270)適于升高所述的交流電壓(190)。
46.權(quán)利要求35的機車(400)，進一步包括起動逆變器(260)，其適于選擇地從所述高DC電壓(120)產(chǎn)生起動電壓(265)或者電網(wǎng)電壓(290)；以及轉(zhuǎn)換開關(guān)(310)，其適于選擇地將所述起動電壓(265)耦合到所述交流發(fā)電機(180)或者將所述的電網(wǎng)電壓(290)耦合到電網(wǎng)(300)。
47.權(quán)利要求35的機車(400)，其中所述能源(110)進一步包括超級電容器組(320)，其適于存儲和傳遞電能，所述牽引升壓變換器(230)進一步適于控制能量在所述整流器(200)、所述能量電池(220)以及所述超級電容器組(320)之間流動。
48.權(quán)利要求47的機車(400)，進一步包括單向耦合器(330)，其適于從所述能量電池(220)傳導電流到所述的超級電容器組(320)。
49.權(quán)利要求35的機車(400)，其中所述電動機驅(qū)動器(130)進一步包括功率超級電容器(340)，其適于存儲和傳遞從所述高DC電壓(120)導出的能量。
50.權(quán)利要求35的機車(400)，其中所述的電動機電壓(140)為DC電壓。
51.權(quán)利要求35的機車(400)，其中所述的交流發(fā)電機(180)和所述的整流器(200)進一步適于將功率供應(yīng)給輔助負載(350)。
52.一種用于產(chǎn)生牽引力的非公路車輛(500)，所述非公路車輛(500)包括能源(110)，其適于產(chǎn)生高DC電壓(120)；電動機驅(qū)動器(130)，其適于從所述的高DC電壓(120)產(chǎn)生電動機電壓(140)；電動機(150)，其適于從所述的電動機電壓(140)產(chǎn)生電動機轉(zhuǎn)矩(410)；車輪(420)，其適于從所述的電動機轉(zhuǎn)矩(410)產(chǎn)生車輪轉(zhuǎn)矩(510)；以及輪胎(520)，其適于從所述車輪轉(zhuǎn)矩(510)產(chǎn)生所述牽引力(430)并且將所述牽引力(430)應(yīng)用到非公路表面(540)，所述的能源(110)包括熱力發(fā)動機(160)，其適于通過燃燒燃料產(chǎn)生機械功率(170)；交流發(fā)電機(180)，其適于從所述的機械功率(170)產(chǎn)生交流電壓(190)；整流器(200)，其適于整流所述的交流電壓(190)并且產(chǎn)生低DC電壓(210)；能量電池(220)，其適于存儲和傳遞從所述的低DC電壓(210)導出的能量；以及牽引升壓變換器(230)，其適于升高所述的低DC電壓(210)以產(chǎn)生所述的高DC電壓(120)，所述的電動機驅(qū)動器(130)包括功率電池(240)，其適于存儲能量和在所述的高DC電壓(120)傳遞功率；以及牽引變換器(250)，其適于在電動機驅(qū)動操作期間從所述的高DC電壓(120)產(chǎn)生所述的電動機電壓(140)，和在制動操作期間從所述的電動機電壓(140)產(chǎn)生所述的高DC電壓(120)。
53.權(quán)利要求52的非公路車輛(500)，其中所述電動機驅(qū)動器(130)的能量存儲容量與通過所述能源(110)在所述高DC電壓(120)傳遞的功率之間的比率在約0.001小時至約60小時之間。
54.權(quán)利要求52的非公路車輛(500)，其中所述電動機驅(qū)動器(130)的能量存儲容量與通過所述能源(110)在所述高DC電壓(120)傳遞的功率之間的比率在約0.5小時至約20小時之間。
55.權(quán)利要求52的非公路車輛(500)，進一步包括起動逆變器(260)，其適于在所述的交流發(fā)電機(180)的起動操作期間從所述的低DC電壓(210)產(chǎn)生起動電壓(265)。
56.權(quán)利要求55的非公路車輛(500)，其中所述的起動逆變器(260)為雙向的并且進一步包括充電升壓變換器(270)，該充電升壓變換器(270)適于升高所述的交流電壓(190)。
57.權(quán)利要求52的非公路車輛(500)進一步包括電網(wǎng)變換器(280)，其適于將所述低DC電壓(210)變換為電網(wǎng)電壓(290)。
58.權(quán)利要求57的非公路車輛(500)，其中所述的電網(wǎng)變換器(280)進一步適于選擇地將所述的電網(wǎng)電壓(290)變換為所述的低DC電壓(210)。
59.權(quán)利要求52的非公路車輛(500)，進一步包括電網(wǎng)變換器(280)，其適于將所述的高DC電壓(120)變換為電網(wǎng)電壓(290)。
60.權(quán)利要求59的非公路車輛(500)，其中所述的電網(wǎng)變換器(280)進一步適于選擇地將所述的電網(wǎng)電壓(290)變換為所述的高DC電壓(120)。
61.權(quán)利要求52的非公路車輛(500)進一步包括起動逆變器(260)，其適于選擇地從所述低DC電壓(210)產(chǎn)生起動電壓(265)或者電網(wǎng)電壓(290)；以及轉(zhuǎn)換開關(guān)(310)，其適于選擇地將所述起動電壓(265)耦合到所述交流發(fā)電機(180)或者將所述的電網(wǎng)電壓(290)耦合到電網(wǎng)(300)。
62.權(quán)利要求61的非公路車輛(500)，其中所述起動逆變器(260)為雙向的并且進一步包括充電升壓變換器(270)，所述充電升壓變換器(270)適于升高所述的交流電壓(190)。
63.權(quán)利要求52的非公路車輛(500)，進一步包括起動逆變器(260)，其適于選擇地從所述高DC電壓(120)產(chǎn)生起動電壓(265)或者電網(wǎng)電壓(290)；以及轉(zhuǎn)換開關(guān)(310)，其適于選擇地將所述起動電壓(265)耦合到所述交流發(fā)電機(180)或者將所述的電網(wǎng)電壓(290)耦合到電網(wǎng)(300)。
64.權(quán)利要求52的非公路車輛(500)，其中所述能源(110)進一步包括超級電容器組(320)，其適于存儲和傳遞電能，所述牽引升壓變換器(230)進一步適于控制能量在所述整流器(200)、所述能量電池(220)以及所述超級電容器組(320)之間流動。
65.權(quán)利要求64的非公路車輛(500)，進一步包括單向耦合器(330)，其適于從所述能量電池(220)傳導電流到所述的超級電容器組(320)。
66.權(quán)利要求52的非公路車輛(500)，其中所述電動機驅(qū)動器(130)進一步包括功率超級電容器(340)，其適于存儲和傳遞從所述高DC電壓(120)導出的能量。
67.權(quán)利要求52的非公路車輛(500)，其中所述的電動機電壓(140)為DC電壓。
68.權(quán)利要求52的非公路車輛(500)，其中所述的交流發(fā)電機(180)和所述的整流器(200)進一步適于將功率供應(yīng)給輔助負載(350)。
全文摘要
一種用于產(chǎn)生牽引力的裝置(100)，該裝置(100)包括能源(110)，其適于產(chǎn)生高DC電壓(120)；電動機驅(qū)動器(130)，其適于從所述的高DC電壓(120)產(chǎn)生電動機電壓(140)；以及電動機(150)，其適于從所述的電動機電壓(140)產(chǎn)生所述的牽引力，所述的能源(110)包括熱力發(fā)動機(160)，其適于通過燃燒燃料產(chǎn)生機械功率(170)；交流發(fā)電機(180)，其適于從所述的機械功率(170)產(chǎn)生交流電壓(190)；整流器(200)，其適于整流所述的交流電壓(190)并且產(chǎn)生低DC電壓(210)；能量電池(220)，其適于存儲和傳遞從所述的低DC電壓(210)導出的能量；以及牽引升壓變換器(230)，其適于升高所述的低DC電壓(210)以產(chǎn)生所述的高DC電壓(120)，所述的電動機驅(qū)動器(130)包括功率電池(240)，其適于存儲能量在所述的高DC電壓(120)傳遞功率；以及牽引變換器(250)，其適于在電動機驅(qū)動操作期間從所述的高DC電壓(120)產(chǎn)生所述的電動機電壓(140)，和在制動操作期間從所述的電動機電壓(140)產(chǎn)生所述的高DC電壓(120)。
文檔編號B60L11/00GK1886282SQ200480034845
公開日2006年12月27日 申請日期2004年11月18日 優(yōu)先權(quán)日2003年11月25日
發(fā)明者R·D·金, L·薩拉索 申請人:通用電氣公司