JP2003009429A - 低エネルギー蓄積高速始動無停電電源システム及び方法 - Google Patents

低エネルギー蓄積高速始動無停電電源システム及び方法

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    • Y04S20/20—End-user application control systems

Abstract

(57)【要約】 【課題】 エネルギー蓄積装置で高速始動能力の無停電
電源（ＵＰＳ）システムを提供する。 【解決手段】 待機モードでは、エネルギー蓄積装置
（５４）が送電線網（３８）に結合したままであるの
で、充電されており、バックアップモードに変化したと
きには即座に電力を供給できる。待機モードでは、第１
のクラッチ（４８）は係合解除状態、第３のクラッチ
（５２）は係合状態にあって、交流発電機の回転運動を
はずみ車（４６）には伝達するが、そこから熱機関（１
２）に伝達しない。バックアップモードにおいては、第
１のクラッチ（４８）は係合状態、第３のクラッチは係
合解除状態にあって、交流発電機（１４）に第２のクラ
ッチ（５０）を介してはずみ車（４６）をオーバランさ
せると共に、第３のクラッチと係合した後に、送電線網
（３８）に電力を供給するために交流発電機を駆動す
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は一般に実用送電線網
のバックアップシステムに関し、特に、高速始動能力及
び低エネルギー蓄積条件を有する無停電電源（ＵＰＳ）
システム及び方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】今日のコンピュータデータセンターやイ
ンターネットサービスプロバイダは極めて信頼性の高い
無停電電力源を必要としている。臨界電力に対する非常
に厳格な要求に適合するため、二重給電実用送電線網シ
ステムに、バックアップ発電機能を備えた無停電電源を
加えた設備を利用している。従来のＵＰＳシステムは、
通常、直流／交流インバータと、切り替えスイッチと、
エネルギー蓄積装置とを含み、多くの場合に大型の鉛畜
電池を使用し、また、熱機関により駆動される交流発電
機を使用している。二重給電送電線網電源が故障してい
る間、エネルギー蓄積装置（通常はバッテリ）からの直
流電力を適正な交流電圧、電流及び周波数に変換して、
切り替えスイッチを介して臨界負荷に接続する。更に、
長期間にわたり臨界電力を供給するように定格を定めら
れた従来のＵＰＳシステムの多くはバッテリエネルギー
蓄積装置に加えて熱機関と、交流発電機とを有してい
る。そのような従来のＵＰＳシステムにおいては、熱機
関がクランク回転により始動され、交流発電機が安定出
力に到達するまで、バッテリエネルギー蓄積装置が臨界
負荷に電力を供給することを要求される。
【０００３】しかし、従来の機関駆動交流発電機を含
む、１００kW−１MW出力定格のＵＰＳシステムには、熱
機関と交流発電機を始動させて、交流発電機を切り替え
スイッチを介して臨界負荷に接続する前に電気出力を安
定させるまでに、通常、少なくとも１５秒の時間が必要
であるという問題がある。最初の１５秒間に、エネルギ
ー蓄積装置は全てのエネルギーをインバータを介して臨
界負荷に供給する。従って、エネルギー蓄積装置は少な
くとも１５秒間にわたり定格電力を供給しなければなら
ない。すなわち、１MW定格のＵＰＳシステムの場合、少
なくとも４.２kWhのエネルギー蓄積が要求されることに
なる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】従って、エネルギー蓄
積装置により供給される必要がある定格電力の持続時間
を大幅に短縮し、それにより、ＵＰＳシステムのエネル
ギー蓄積装置で大型の鉛畜電池を使用する必要をなくす
技術的革新が要求されている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明は、上述の必要を
満たすように設計された無停電電源（ＵＰＳ）システム
及び方法を提供する。本発明のＵＰＳシステムは、エネ
ルギー蓄積装置により供給される必要がある定格電力の
持続時間を大幅に短縮し、それにより、ＵＰＳシステム
のエネルギー蓄積装置で大型の鉛畜電池を使用する必要
をなくす高速始動能力を有する。
【０００６】本発明の一実施例では、待機動作モード及
びバックアップ動作モードを有する無停電電源システム
であって、クランク軸を有する熱機関と、入力軸及び送
電線網に電気的に接続する出力端子を有する交流発電機
と、熱機関のクランク軸と交流発電機の入力軸との間に
配置されたはずみ車と、はずみ車と熱機関のクランク軸
との間に配置され、且つはずみ車を熱機関のクランク軸
に駆動結合する係合状態と、はずみ車を熱機関のクラン
ク軸から遮断する係合解除状態との間で作動自在である
第１の運動伝達機構と、はずみ車と交流発電機の入力軸
とを一方向駆動結合させる第２の運動伝達機構と、はず
み車と交流発電機の入力軸との間に配置され、且つはず
み車を交流発電機の入力軸に駆動結合する係合状態と、
はずみ車を交流発電機の入力軸から遮断する係合解除状
態との間で作動自在である第３の運動伝達機構と、送電
線網に接続する交流電気エネルギー源と、送電線網と、
熱機関と、第１及び第３の運動伝達機構とに接続する無
停電電源システム制御装置であって、無停電電源システ
ムを待機動作モードからバックアップ動作モードへ変化
させるために熱機関と、第１及び第３の運動伝達機構の
動作を制御する無停電電源システム制御装置とを具備す
るシステムが提供される。第２の運動伝達機構は、交流
発電機からはずみ車へ向かう第１の方向（トルクの第１
極性）では、交流発電機の入力軸がはずみ車より速い速
度で回転できるオーバランモードで動作し、これに対
し、第１の方向とは逆の、はずみ車から交流発電機へ向
かう第２の方向（トルクの第２極性）では、はずみ車が
交流発電機の入力軸と同じ速度まで回転できるロックモ
ードで動作するように、一方向駆動結合を行う。第３の
運動伝達機構が係合解除状態にあるときは、交流発電機
の入力軸からはずみ車へ駆動運動が伝達されないように
第２の運動伝達機構が交流発電機の入力軸にはずみ車を
オーバランさせ、これに対し、第３の運動伝達機構が係
合状態にあるときには、交流発電機の入力軸とはずみ車
が同じ速度で回転できるように、はずみ車と交流発電機
の入力軸との間でいずれかの方向に駆動トルクを伝達で
きる。
【０００７】本発明の別の実施例では、無停電電源シス
テムを動作させる方法であって、無停電電源システムを
送電線網における故障の検出に応答して即座にバックア
ップモードに変更できる状態で送電線網に電気的に接続
している状態に維持することにより、無停電電源システ
ムを待機モードで動作させる過程と、送電線網とは無関
係に燃料エネルギー源からの燃料エネルギーを導入する
ことによって、検出された故障により起こる電力損失を
克服し且つ無停電電源システムの熱機関を熱機関が始動
し、全力動作まで加速できる速度まで回転させるのに十
分な電力を送電線網に供給することにより、無停電電源
システムをバックアップモードで動作させる過程とから
成る方法が提供される。
【０００８】
【発明の実施の形態】そこで図面、特に図１を参照する
と、図中符号１０で指示される従来の無停電電源（ＵＰ
Ｓ）システムが示されている。図１に示す従来のＵＰＳ
システム１０は熱機関１２と、交流発電機１４と、熱機
関１２のクランク軸１８に装着されたはずみ車１６と、
はずみ車１６と交流発電機の入力軸２２との間に配置さ
れ、はずみ車を同期発電機１４の入力軸２２対して着脱
するように作動可能である運動伝達機構２０と、始動装
置又はクランキングモータ２４と、クランキングモータ
２４をはずみ車１６に駆動結合する伝動歯車２６と、ク
ランキングモータ２４に接続するクランキングバッテリ
２８とを含む。クランキングバッテリ２８は、例えば、
１２V又は２４Vのバッテリであれば良い。
【０００９】従来のＵＰＳシステム１０はエネルギー蓄
積装置３０と、エネルギー蓄積装置３０に接続する直流
／交流インバータ３２と、３相接触器などの第１及び第
２の切り替えスイッチ３４、３６とを更に含む。切り替
えスイッチ３４、３６は同期発電機１４及び／又は直流
／交流インバータ３２を実用送電線網３８に対して接
続、遮断するように動作可能である。従来のＵＰＳシス
テム１０は、実用送電線網３８における所定の電力損失
に応答して故障を検出するＵＰＳシステム制御装置４０
を更に含む。故障の検出に応答して、ＵＰＳシステム制
御装置４０は第１及び第２の切り替えスイッチ３４、３
６、クランキングモータ２４及び熱機関１２の燃料噴射
器４２の動作を制御する。
【００１０】特に、故障の検出に応答して、ＵＰＳシス
テム制御装置４０は直流／交流インバータ３２へ直流電
気エネルギーを入力させるための指令を直ちにエネルギ
ー蓄積装置３０に対して発すると共に、同期発電機１４
ではなく、インバータ３２のみを実用送電線網３８に接
続する第２の切り替えスイッチ３６を閉成する。これに
代わる技法として、故障に先立って、エネルギー蓄積装
置３０にインバータ３２を接続し、すなわち、エネルギ
ー蓄積装置３０を完全充電状態に維持し、それにより、
故障の検出前に第２の切り替えスイッチ３６を閉成する
こともできる。インバータ３２はエネルギー蓄積装置３
０からの直流電気エネルギーを第２の切り替えスイッチ
３６を介して実用送電線網３８に電力を供給するのに適
する電圧、電流及び周波数の交流電気エネルギーに変換
する。また、ＵＰＳシステム制御装置４０は、伝動歯車
２６を介してはずみ車１６をクランク運動させ、その結
果として熱機関１２のクランク軸１８をクランク運動さ
せるための指令をクランキングモータ２４に対して発す
る。クランキングモータ２４及び伝動歯車２６を介して
はずみ車１６を回転させるための電気エネルギーは、ク
ランキングバッテリ２８によりクランキングモータ２４
に供給される。クランキングモータ２４が熱機関１２を
所定の速度まで加速した後、ＵＰＳシステム制御装置４
０は燃料噴射器４２を動作させて、熱機関１２を始動す
ることができる。熱機関１２に供給される燃料は、熱機
関１２を、従って、同期発電機１４を実用送電線網３８
の臨界負荷に対して適正な周波数を発生するために要求
される速度まで加速し続けるように調整される。例え
ば、４極交流発電機１４を使用する場合、同期速度は１
８００rpmである。これに代わる構成の交流発電機も使
用されている。それらの発電機には極の数が異なる発電
機、同期機（巻線磁界、永久磁石など）、非同期機又は
誘導機、及び加速装置又は減速装置を介して熱機関１２
に結合される高速交流発電機などが含まれる。
【００１１】従来のＵＰＳシステム１０では、熱機関に
より駆動される交流発電機１４を始動し、交流発電機１
４を第１及び第２の切り替えスイッチ３４、３６を介し
て実用送電線網３８に接続する前に交流発電機１４の電
気的出力を安定させるために少なくとも１５秒の持続時
間が必要であるという欠点が見られる。当初のこの１５
秒間に、エネルギー蓄積装置３０は全ての電気エネルギ
ーを実用送電線網３８に供給する。交流発電機１４の出
力が安定して、実用送電線網３８の臨界負荷と適正に位
相合わせされた後、第１の切り替えスイッチ３４が閉成
し、熱機関により駆動される交流発電機１４は臨界負荷
を供給する。
【００１２】図２を参照すると、図中符号４４により指
示される本発明の低エネルギー蓄積高速始動ＵＰＳシス
テムの一実施例が示されている。低エネルギー蓄積高速
始動ＵＰＳシステム４４の構成要素の多くは先に説明し
た従来のＵＰＳシステム１０の構成要素とほぼ同様であ
る。同じ図中符号で識別される構成要素は熱機関１２、
交流発電機１４、交流／直流インバータ３２、第１及び
第２の切り替えスイッチ３４、３６、ＵＰＳシステム制
御装置４０及び燃料噴射器４２である。従来のＵＰＳシ
ステム１０とは異なり、低エネルギー蓄積高速始動ＵＰ
Ｓシステム４４はクランキングモータ２４、伝動歯車２
６及びクランキングバッテリ２８を採用しておらず、は
ずみ車１６は熱機関１２のクランク軸１８に直接装着さ
れていない。その代わりに、低エネルギー蓄積高速始動
ＵＰＳシステム４４は相対的に大きい慣性はずみ車４６
と、はずみ車４６と関連する第１、第２及び第３の運動
伝達機構４８、５０、５２と、図１のエネルギー蓄積装
置３０と同様のピーク電力定格を有するが、蓄積される
電気エネルギーの値は著しく小さいエネルギー蓄積装置
５４とを含む。
【００１３】図示されている実施例においては、第１の
運動伝達機構４８及び第３の運動伝達機構５２は摩擦ク
ラッチ４８、５２であり、第２の運動伝達機構５０は一
方向オーバランクラッチ５０である。運動伝達機構４
８、５０、５２は、以下に説明する第１、第２及び第３
のクラッチ４８、５０、５２により実行される機能とほ
ぼ同じ機能を実行する他の何らかの適切な装置であって
も良い。
【００１４】第１のクラッチ４８は、はずみ車４６を熱
機関１２のクランク軸１８に駆動結合する係合状態と、
はずみ車４６を熱機関１２のクランク軸１８から遮断す
る係合解除状態との間で作動自在である。第１のクラッ
チ４８は、係合状態にあるとき、駆動トルクをはずみ車
４６と熱機関１２との間でいずれかの方向へ伝達するこ
とができる。特に、第１のクラッチ４８ははずみ車４６
と熱機関１２のクランク軸１８との間に配置されてお
り、熱機関１２のクランク軸１８に装着された低慣性円
板部分５６と、慣性はずみ車４６に装着された圧力板部
分５８とを含む。第１のクラッチ４８の円板部分５６と
圧力板部分５８が第１のクラッチ４８の係合状態で互い
に係合しているとき、はずみ車４６は熱機関１２のクラ
ンク軸１８に結合し、一方、第１のクラッチ４８の係合
解除状態で円板部分５６が圧力板部分５８から外れてい
るときには、はずみ車４６は熱機関１２のクランク軸１
８から遮断される。クラッチ４８及び５２の係合と解除
は、機械的ばね及び作動装置、あるいは電気的クラッチ
作動技法のいずれかを取り入れた従来の方法を含む。
【００１５】第２のクラッチ５０ははずみ車４６と交流
発電機１４の入力軸２２との間で一方向駆動結合を行
う。交流発電機からはずみ車へ向かう方向では、第２の
クラッチ５０は、交流発電機１４の入力軸２２をはずみ
車４６より高速で回転させるオーバランモードで動作可
能であり、一方、交流発電機１４に関して、はずみ車４
６の速度を増すためにトルクが印加されたときには、第
２のクラッチは、はずみ車４６が交流発電機１４の入力
軸２２と同じ速度で回転するロックモードで動作可能で
ある。ロックモードにあるとき、第２のクラッチ５０は
はずみ車から交流発電機へ向かう方向に駆動トルクを伝
達することしかできない。特に、第２のクラッチ５０は
はずみ車４６と交流発電機１４の入力軸２２との間に配
置されており、はずみ車４６に装着された外側環状部分
６０と、交流発電機の入力軸２２に装着された内側環状
部分６２とを含む。第２のクラッチ５０の外側環状部分
６０と内側環状部分６２との一方向駆動結合は、交流発
電機１４の入力軸２２と共に回転する第２のクラッチ５
０の内側環状部分６２ははずみ車４６と共に回転する第
２のクラッチ５０の外側環状部分６０より高速で回転で
きるが、第２のクラッチ５０の外側環状部分６０は第２
のクラッチ５０の内側環状部分６２より速くは回転でき
ないように行われる。
【００１６】第３のクラッチ５２は、はずみ車４６を
（第２のクラッチ５２の外側環状部分６０を介して）交
流発電機１４の入力軸２２に駆動結合する係合状態と、
はずみ車４６を交流発電機１４の入力軸２２から遮断す
る係合解除状態との間で作動自在である。係合状態にあ
るとき、第３のクラッチ５２ははずみ車４６と交流発電
機１４との間でいずれかの方向へ駆動トルクを伝達する
ことができる。特に、第３のクラッチ５２ははずみ車４
６と交流発電機１４の入力軸２２との間に配置されてお
り、交流発電機の入力軸２２に装着された円板部分６４
を含む。第２のクラッチ５０の外側環状部分６０及び圧
力板部分６６ははずみ車４６に装着されている。第３の
クラッチ５２が係合解除状態にあるときは、その円板部
分６４と圧力板部分６６は互いに外れているため、第２
のクラッチ５０は先に説明したようにはずみ車４６と交
流発電機の入力軸２２とを結合させるだけである。第３
のクラッチ５２が係合状態にあるときには、その円板部
分６４と圧力板部分６６が互いに係合しているため、第
３のクラッチ５２は、駆動トルクをいずれかに伝達でき
るようにはずみ車４６と交流発電機１４の入力軸２２を
結合させる。このように、係合状態にあるとき、第３の
クラッチ５２は、実質的に、第２のクラッチ５０自体は
交流発電機１４の入力軸２２からはずみ車４６へ駆動ト
ルクを伝達できない第２のクラッチ５０のオーバラン動
作モードをオーバライドする。
【００１７】本発明の低エネルギー蓄積高速始動システ
ム４４は、電力障害又は故障が検出されていない場合に
は通常は待機モードにあり、送電線網の電力障害又は故
障が検出されたときに限りバックアップモードに変化す
る。待機モード及びバックアップモードの双方におい
て、第１の切り替えスイッチ３４と第２の切り替えスイ
ッチ３６は共に閉成している。このため、交流発電機１
４の出力端子は実用送電線網３８に電気的に接続し、実
用送電線網３８からの交流電気エネルギーは交流発電機
１４に印加され、その結果、交流発電機の入力軸２２は
４極同期交流発電機で、６０Hz実用送電線網の場合は１
８００rpmである所望の同期速度で回転する。同様に、
実用送電線網３８からの６０Hz交流電力は直流／交流
（３相）インバータ３２に印加される。待機モード中、
インバータ３２とＵＰＳシステム制御装置４０はエネル
ギー蓄積装置５４をあらかじめ規定された相対的に高い
充電状態に保持するように動作する。第３のクラッチ５
２は待機モード中は閉鎖しており、第２のクラッチ５０
のオーバランモードをオーバライドしているので、はず
み車４６は交流発電機１４の入力軸２２により駆動され
て、同様に１８００rpmの同期速度で回転する。また、
待機モードでは、第１のクラッチ４８は係合解除状態に
あり、熱機関１２は静止しているために、同期回転して
いるはずみ車４６から第１のクラッチ４８により熱機関
１２のクランク軸１８へトルクは伝達されていないの
で、クランク軸は回転していない。
【００１８】図３を参照すると、ＵＰＳシステム４４の
動作を理解するためにＵＰＳシステム４４のタイミング
シーケンスのグラフが示されている。ＵＰＳシステム制
御装置４０が実用送電線網３８における電力障害を検出
した時点で、「Grid Power OK」信号は論理レベル１か
ら論理レベル０へ遷移して、ＵＰＳシステム４４を待機
モードからバックアップモードに変化させる。直流／交
流インバータ３２から、エネルギー蓄積装置５４により
供給される電力を使用して、無遮断電力が実用送電線網
３８の臨界負荷へ流れる。電力障害の検出から数十ミリ
秒以内に、ＵＰＳシステム制御装置４０から受信される
指令信号（論理レベル１から論理レベル０への遷移）に
より第３のクラッチ（Ｃ３）５２が係合解除状態に作動
され、続いて、ＵＰＳシステム制御装置４０から受信さ
れる別の指令信号（論理レベル０から論理レベル１への
遷移）により第１のクラッチ（Ｃ１）４８が係合状態へ
作動される。第１のクラッチ（Ｃ１）４８は、係合状態
にあるとき、相対的に慣性の大きいはずみ車４６から熱
機関１２の慣性の小さいクランク軸１８へ駆動トルクを
伝達するので、熱機関１２のクランク軸１８の回転速度
ははずみ車４６の回転速度が交流発電機１４の入力軸２
２の速度より遅くなるのにつれて急速に加速し、その結
果、熱機関１２の始動シーケンス全体を通して、交流発
電機１４ははずみ車４６の減速しつつある速度より速い
同期速度で回転し続けるため、第２のクラッチ５０の内
側環状部分６２はその外側環状部分６０をオーバランす
る。熱機関１２のあらかじめ規定された始動速度（この
例では１０００rpm）に達する間、ＵＰＳシステム制御
装置４０から受信される指令信号（論理レベル０から論
理レベル１への遷移）により燃料噴射器４２がイネーブ
ルされて、熱機関１２が始動し、同期速度に向かって加
速し続ける。熱機関１２の速度が交流発電機１４の同期
速度に達すると、第２のクラッチ５０はロックモードに
入るので、第２のクラッチ５０の外側環状部分６０は内
側環状部分６２と係止し、その状態のまま外側環状部分
６０は内側環状部分６２へ駆動トルクを伝達し、従っ
て、それらの部分は互いに一体に回転する。約０.９秒
後、第３のクラッチ（Ｃ３）５２がＵＰＳシステム制御
装置４０からの指令信号（論理レベル０から論理レベル
１への遷移）の受信により係合状態へ作動され、その結
果、熱機関１２も第３のクラッチ（Ｃ３）５２により交
流発電機１４の入力軸２２に駆動結合され、それによ
り、熱機関によって駆動される交流発電機１４は実用送
電線網３８に臨界電力を供給するようになる。電力障害
の修正が感知された（Grid Power OK信号の論理レベル
０から論理レベル１への遷移）後、すなわち、送電線網
電力が回復した後に、ＵＰＳシステム４４は待機モード
に戻り、燃料噴射器４２はＵＰＳシステム制御装置４０
から受信される指令信号（論理レベル１から論理レベル
０への遷移）によりディスエーブルされ、続いて、ＵＰ
Ｓシステム制御装置４０は、第１のクラッチ（Ｃ１）４
８を係合解除状態へ作動するための指令信号（論理レベ
ル１から論理レベル０への遷移）を第１のクラッチへ送
信する。その結果、熱機関１２は突然に動作を停止す
る。
【００１９】更に、図３からわかるように、ＵＰＳシス
テム４４の熱機関によって駆動される交流発電機１４は
１秒未満の時間内に実用送電線網３８に必要な電力出力
を供給している。従来のＵＰＳシステム１０の場合の１
５秒と比較すると、これは応答時間が十分の一に短縮さ
れたことになる。従って、１MW ＵＰＳシステムの場
合、必要とされるエネルギー蓄積はわずか約４１７W‐h
である。
【００２０】要するに、本発明の低エネルギー蓄積高速
始動システム４４は通常は待機動作モードにあり、送電
線網電力の障害又は故障が検出されたときに限りバック
アップ動作モードに変化する。システム４４のこれら２
つの動作モード中、交流発電機１４は常に送電線網３８
に電気的に接続されており、同期速度（例えば、１８０
０rpm）で回転しているため、送電線網障害の場合には
バックアップモード能力を即座に利用できる状態になっ
ている。インバータ３２とエネルギー蓄積装置５４はシ
ステム４４の待機動作モードでも実用送電線網３８に電
気的に結合したままであるので、エネルギー蓄積装置５
４はその電荷を維持し、システム４４がバックアップ動
作モードに変わったときには直ちに必要な電力を供給で
きる。実用送電線網３８と交流発電機１４との間にある
切り替えスイッチ３４、３６は待機動作モード及びバッ
クアップ動作モード中は共に閉成しており、システム４
４の試験中に限り開成する。システム４４の待機動作モ
ードでは、第１のクラッチ４８は係合解除状態にあり、
従って、はずみ車４６は熱機関１２から遮断されてい
る。システム４４の待機動作モードでは、第３のクラッ
チ５２は係合状態に作動され、それにより、交流発電機
１４の入力軸２２は第３のクラッチ５２を介してはずみ
車４６を回転駆動する。システム４４のバックアップ動
作モードにおいては、第３のクラッチ５２は係合解除状
態へ作動され、その後に第３のクラッチ５２は外れる。
第１のクラッチ４８は係合状態へ作動されて、はずみ車
４６を熱機関１２のクランク軸１８に結合するので、は
ずみ車４６が、係合した第１のクラッチ４８を介して熱
機関１２のクランク軸１８にトルクを伝達して、クラン
ク軸１８を回転させ始め、その回転速度を熱機関１２が
始動されるレベルまで増加させている間に、第２のクラ
ッチ５０ははずみ車４６の速度を減速させる。
【００２１】ＵＰＳシステム４４のその他の用途には、
有事ミッション―臨界電力システムの分野における利用
が含まれる。使用できる環境にやさしい交互エネルギー
蓄積装置は高比出力超コンデンサ、高比出力はずみ車及
び高比出力バッテリを含む。
【００２２】以上の説明から本発明及びその利点は理解
されるであろうと考えられ、また、本発明の趣旨から逸
脱せずに、又は本発明の重要な利点の全てを損なうこと
なく様々な変更を実施できることは明白であろう。以上
説明した形態は単に本発明の好ましい又は一例としての
実施例であるにすぎない。なお、特許請求の範囲に記載
された符号は、理解容易のためであってなんら発明の技
術的範囲を実施例に限縮するものではない。
【図面の簡単な説明】
【図１】 従来のＵＰＳシステムのブロック線図。
【図２】 本発明の低エネルギー蓄積高速始動ＵＰＳシ
ステムのブロック線図。
【図３】 本発明のＵＰＳシステムのタイミングシーケ
ンスを示すグラフ。
【符号の説明】
１２…熱機関、１４…交流発電機、１８…クランク軸、
２２…入力軸、３２…直流／交流インバータ、３４、４
６…切り替えスイッチ、３８…実用送電線網、４０…Ｕ
ＰＳシステム制御装置、４２…燃料噴射器、４４…低エ
ネルギー蓄積高速始動ＵＰＳシステム、４６…はずみ
車、４８…第１のクラッチ、５０…第２のクラッチ、５
２…第３のクラッチ、５４…エネルギー蓄積装置
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ゴータム・シンハ アメリカ合衆国、ニューヨーク州、クリフ トン・パーク、ミシェル・ドライブ、21番 Ｆターム(参考） 5G015 FA08 GA06 GA07 GA17 JA51 JA68 KA03 5H590 AA21 CA07 CB04 CC05 FA01 FA03

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 待機動作モード及びバックアップ動作モ
    ードを有する無停電電源システム（４４）において、 クランク軸（１８）を有する熱機関（１２）と、 入力軸（２２）と、送電線網（３８）に電気的に接続す
    る出力端子とを有する交流発電機（１４）と、 前記熱機関（１２）の前記クランク軸（１８）と前記交
    流発電機（１４）の前記入力軸（２２）との間に配置さ
    れたはずみ車（４６）と、 前記はずみ車（４６）と前記熱機関（１２）の前記クラ
    ンク軸（１８）との間に配置され、且つ前記はずみ車
    （４６）を前記熱機関（１２）の前記クランク軸（１
    ８）に駆動結合する係合状態と、前記はずみ車（４６）
    を前記熱機関（１２）の前記クランク軸（１８）から遮
    断する係合解除状態との間で作動自在である第１の運動
    伝達機構（４８）と、 前記はずみ車（４６）と、前記交流発電機（１４）の前
    記入力軸（２２）とを一方向駆動結合させ、前記交流発
    電機（１４）から前記はずみ車（４６）へ向かう第１の
    方向では、前記交流発電機（１４）の前記入力軸（２
    ２）が前記はずみ車（４６）より速い速度で回転できる
    オーバランモードで動作し、これに対し、前記第１の方
    向とは逆の、前記はずみ車（４６）から前記交流発電機
    （１４）へ向かう第２の方向では、前記はずみ車（４
    ６）から前記交流発電機（１４）へ駆動トルクを伝達す
    るように前記はずみ車（４６）が前記交流発電機（１
    ４）の前記入力軸（２２）と同じ速度まで回転できるロ
    ックモードで動作する第２の運動伝達機構（５０）と、 前記はずみ車（４６）と前記交流発電機（１４）の前記
    入力軸（２２）との間に配置され、且つ前記はずみ車
    （４６）を前記交流発電機（１４）の前記入力軸（２
    ２）に駆動結合する係合状態と、前記はずみ車（４６）
    を前記交流発電機（１４）の前記入力軸（２２）から遮
    断する係合解除状態との間で作動自在であり、前記係合
    解除状態にあるときは、前記交流発電機（１４）の前記
    入力軸（２２）から前記はずみ車（４６）へ駆動トルク
    が伝達されないように前期第２の運転伝達機構（５０）
    が前記交流発電機（１４）の前記入力軸（２２）に前記
    はずみ車（４６）をオーバランさせ、これに対し、前記
    係合状態にあるときには、前記交流発電機（１４）の前
    記入力軸（２２）と前記はずみ車（４６）が同じ速度で
    回転できるように、前記はずみ車（４６）と前記交流発
    電機（１４）の前記入力軸（２２）との間でいずれかの
    方向に前記駆動トルクを伝達できるように前記交流発電
    機（１４）の前記入力軸（２２）と前記はずみ車（４
    ６）とを互いに駆動結合させる第３の運動伝達機構（５
    ２）と、 前記送電線網（３８）に接続する交流電気エネルギー源
    （５４、３２）と、 前記送電線網（３８）と、前記熱機関（１２）と、前記
    第１及び第３の運動伝達機構（４８、５２）とに接続す
    る無停電電源システム制御装置（４０）であって、待機
    動作モードでは、前記交流電気エネルギー源（５４、３
    ２）が充電中であり且つ前記送電線網（３８）に電力を
    供給できる状態にあり、前記第１及び第３の運動伝達機
    構（４８、５２）はそれぞれ係合解除状態と、係合状態
    にあって、前記はずみ車（４６）には交流発電機の回転
    運動を伝達するが、そこから前記熱機関（１２）には伝
    達せず、これに対し、バックアップ動作モードにあると
    きには、前記交流電気エネルギー源（５４、３２）は前
    記制御装置（４０）が前記送電線網（３８）の故障を検
    出するのに応答して前記送電線網（３８）に電力を供給
    しており且つ前記第１及び第３の運動伝達機構（４８、
    ５２）はそれぞれ係合状態と、係合解除状態にあって、
    前記交流発電機（１４）に前記第２の運動伝達機構（５
    ０）を介して前記はずみ車（４６）をオーバランさせる
    と共に、前記送電線網（３８）に電力を供給すべく前記
    交流発電機（１４）を駆動するために前記熱機関（１
    ２）を始動速度まで加速するようにはずみ車トルクを伝
    達可能なように、前記無停電電源システム（４４）を前
    記待機動作モードから前記バックアップ動作モードへ変
    化させるために前記熱機関（１２）と前記第１及び第３
    の運動伝達機構（４８、５２）との動作を制御する無停
    電電源システム制御装置（４０）とを具備するシステム
    （４４）。
  2. 【請求項２】 前記交流電気エネルギー源（５４、３
    ２）は、 直流電気エネルギー蓄積装置（５４）と、 前記直流エネルギー蓄積装置（５４）と前記送電線網
    （３８）との間に接続され、直流エネルギーを交流エネ
    ルギーに変換し且つその交流エネルギーを前記送電線網
    （３８）に供給する直流／交流インバータ（３２）とを
    含む請求項１記載のシステム（４０）。
  3. 【請求項３】 無停電電源システム（４４）を動作させ
    る方法において、 前記無停電電源システム（４４）を送電線網（３８）に
    おける故障の検出に応答して即座にバックアップモード
    に変更できる状態で前記送電線網（３８）に電気的に接
    続している状態に維持することにより、前記無停電電源
    システムを待機モードで動作させる過程と、 前記送電線網（３８）とは無関係に燃料エネルギー源
    （４２）からの燃料エネルギーを導入することによっ
    て、検出された故障により起こる電力損失を克服し且つ
    前記無停電電源システム（４４）の熱機関（１２）を前
    記熱機関（１２）が始動し、全力動作まで加速できる速
    度まで回転させるのに十分な電力を前記送電線網（３
    ８）に供給することにより、前記無停電電源システム
    （４４）をバックアップモードで動作させる過程とから
    成る方法。
  4. 【請求項４】 前記無停電電源システム（４４）を待機
    モードで動作させることは、交流発電機（１４）を前記
    送電線網（３８）に接続すること及び前記交流発電機
    （１４）を同期速度で回転させるように前記交流発電機
    （１４）に電力を印加することを含む請求項３記載の方
    法。
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