JP2022536680A - ギャップを介して電力を伝達するための多相非接触誘導電力伝達システム - Google Patents
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Abstract
Description
水中用または無人自律ビークル(unmanned autonomous vehicle、UAV)用の先行技術の誘導電力伝達システムは、中周波数および高周波数で動作し、10~15キロワットのレベルの電力を、空気または液体媒体を通じて比較的短い距離にわたって伝達するために商業的および軍事的に使用されている。現在、ほとんどのユニットは、電力を伝送するために単相の静的電磁場を使用している。これは、電力送信機ユニットに対する受信機の位置合わせが非常に正確であることが必要とされるという問題を呈する。空間的整列が完全でない場合、電気伝達効率は、非常に急速に低下し、出力電圧の損失および能力の低下が生じる。
表1―自己整列線形誘導送信機/受信機および二重給電誘導機械を用いた500kW/500kVA誘導電力伝達のパラメータ
DFIMパラメータ
固定子巻線S1 入力電圧:5000Vrms L-L、100-400Hz、57.7Amps/phase
固定子巻線S2 出力電圧:690Vrms、L-L、450Hz、209Amps/phase
固定子巻線S3 出力電圧:1500Vrms、L-L、1200-2400Hz、96Amps/phase
回転子巻線R1+R2 入力電圧:750VL-L 50kVA、3相可変周波数
慣性エネルギー貯蔵 12,000rpmで10MJ
フライホイール型 複合材料
固定子極数 S1に4極、S2に4極、S3に12極
回転子極数 R1に4極、R2に12極
固定子スロット数 すべてのグループのうちで全96
回転子スロット数 24と36
巻線S1型 3相デルタ、二層重ね巻き
巻線S2型 3相ワイ、二層重ね巻き
巻線S3型 3相ワイ、二層重ね巻き
磁場密度 コア内で1.4テスラのベースライン
全体的な変換効率 90%
線形誘導送信機#1
電力定格 進行波場を確立する250kVA、3相
電圧入力 1380V L-L、3相
入力電流 105Amps rms/phase
ベース周波数f2 450Hz
共振周波数f2r 600Hz
巻線型 8極、四重デルタ、二層重ね巻き
空気または液体ドッキング・ギャップ 線形誘導受信機電磁面まで2.5cm(1インチ)
極ピッチ 30cm(12インチ)
機械全長 250cm(98インチ)
機械幅 25cm(10インチ)
磁場密度 1.6テスラ
線形誘導送信機#2
電力定格 進行波場を確立する250kVA、3相
電圧入力 1500V L-L、3相
入力電流 105Amps rms/phase
周波数範囲f32 1200Hz-2400Hz
巻線型 10極、五重デルタ、二層重ね巻き
空気または液体ドッキング・ギャップ 線形誘導受信機電磁面まで2.5cm(1インチ)
極ピッチ 25cm(10インチ)
機械全長 257cm(101インチ)
機械幅 25cm(10インチ)
磁場密度 1.6テスラ・ピーク
磁性鋼型 Hiperco 50A
線形誘導受信機#1
電力定格 240kVA、240キロワット出力
電圧出力 3000V L-L、3相
出力電流 46Amps rms/phase
ベース周波数f2 450Hz
共振周波数f2r 600Hz
巻線型 8極、四重デルタ、重ね巻き
極ピッチ 30cm(12インチ)
機械全長 250cm(98インチ)
機械幅 25cm(10インチ)
磁場密度 1.6テスラ・ピーク
磁性鋼型 Hiperco 50A
線形誘導受信機#2
電力定格 240kVA、240キロワット出力
電圧出力 700V L-L、3相
出力電流 198Amps rms/phase
周波数範囲f3r 1200Hz-2400Hz
巻線型 10極、四重デルタ、重ね巻き
極ピッチ 25cm(10インチ)
機械全長 257cm(101インチ)
機械幅 25cm(10インチ)
磁場密度 1.6テスラ・ピーク
磁性鋼型 Hiperco 50A
Claims (20)
- 一次および二次電気ポートを含む複数の電気ポートを含む多相ダイナモ電気機械と;
前記多相ダイナモ電気機械に結合された機械的慣性エネルギー蓄積装置と;
前記二次ポートのそれぞれに結合された多相進行波誘導電力送信機と;
前記送信機に誘導結合され、負荷に電力を提供する多相進行波電力受信機とを含む、
電力伝達システム。 - 前記ポートは、一次入力ポートおよび複数の二次出力ポートを含み、
前記多相進行波誘導電力送信機は、前記二次出力ポートのそれぞれに結合され、
当該システムは、さらに、前記一次入力ポートに可変周波数電力を提供するように構成された、伝送線を通じて電力生成源から電力を導き出す、前記一次入力ポートに結合されたDC-AC電力コンバータを有する、
請求項1に記載の電力伝達システム。 - 前記多相ダイナモ電気機械は、さらに、前記送信機への電力伝達効率を高めるように構成された、前記二次出力ポートと、前記多相進行波誘導電力送信機のそれぞれとの間のそれぞれの電気共振回路を含む、請求項2に記載の電力伝達システム。
- 前記機械的慣性エネルギー蓄積装置は、前記ダイナモ電気機械の回転子に動作的に結合されたフライホイールを含み、前記エネルギー蓄積装置は、前記フライホイールへの充電レートと前記フライホイールからの放電レートが実質的に等しい、請求項1または請求項1ないし3のうちいずれか一項に記載の電力伝達システム。
- 前記ダイナモ電気機械および前記機械的慣性エネルギー蓄積装置は、電力およびエネルギーの流れにおいて完全に双方向性であり、エネルギーを電力生成源に戻すことができるとともに、エネルギーを前記受信機に結合された負荷に差し向けることができる、請求項1または請求項1ないし4のうちいずれか一項に記載の電力伝達システム。
- 前記誘導送信機は、ある周波数範囲にわたる入力電力を受け入れ、対応する範囲の進行速度を有する進行磁気波を生成して、前記送信機が、前記受信機に制御可能な長手方向の推進力を生じさせることができるようにする、請求項1または請求項1ないし5のうちいずれか一項に記載の電力伝達システム。
- 前記誘導送信機は、それぞれ少なくとも4つの極を有する、請求項6に記載の電力伝達システム。
- 前記誘導送信機は、少なくとも15cm(6インチ)の極ピッチを有する、請求項6または請求項6または7に記載の電力伝達システム。
- 前記受信機は、前記長手方向の推進力を、前記送信機と前記受信機との間のドッキングを支援するために使うように構成される、請求項6または請求項6ないし8のうちいずれか一項に記載の電力伝達システム。
- 前記ダイナモ電気機械は、制御可能な励起を有する、巻線型DC場同期機械である、請求項1または請求項1ないし9のうちいずれか一項に記載の電力伝達システム。
- 前記ダイナモ電気機械は永久磁石同期機械である、請求項1または請求項1ないし9のうちいずれか一項に記載の電力伝達システム。
- 前記ダイナモ電気機械は、二重給電誘導機械である、請求項1または請求項1ないし9のうちいずれか一項に記載の電力伝達システム。
- 前記ダイナモ電気機械は、制御可能な励起を有する、巻線型DC場同期機械であり、
当該システムは、さらに、前記回転子に可変周波数励起または直流励起を提供するために、前記回転子に動作的に結合された電気化学的エネルギー蓄積装置を有する、
請求項12に記載の電力伝達システム。 - 前記受信機のうちの1つは、ビークルの一部であるビークル受信機である、請求項1または請求項1ないし13のうちいずれか一項に記載の電力伝達システム。
- 前記ビークル受信機は、前記ビークル受信機によって提供される電力に加えて、前記負荷のうちの1つに電力を提供するはたらきをする追加的なエネルギー蓄積装置に動作的に結合される、請求項14に記載の電力伝達システム。
- 前記追加的なエネルギー蓄積装置は、前記負荷のうちの前記1つに電力を与えるための電気パルスを整形および制御するように構成されたパルス形成ネットワークを含む、請求項15に記載の電力伝達システム。
- 前記追加的なエネルギー蓄積装置は、前記負荷のうちの前記1つに電力を与えるように構成され、前記ビークル受信機によって再充電可能な電気化学的エネルギー蓄積装置を含む、請求項15に記載の電力伝達システム。
- 前記ビークル受信機と前記送信機のうちの前記1つとの間の前記結合は、液体または気体ギャップを横切っていずれの方向にも双方向のエネルギー伝達を許容する、請求項14または請求項14ないし17のうちいずれか一項に記載の電力伝達システム。
- 電力伝達システムとビークルとの間の電力制御方法であって:
前記電力伝達システムの多相進行波誘導電力送信機と、前記ビークルの受信機とを、液体または気体ギャップを横切って、誘導結合し;
前記送信機または前記受信機のうちの一方に対して電力を、前記送信機または前記受信機のうちの他方に該電力を伝達するために提供することを含み、
前記送信機または前記受信機のうちの前記一方に対して電力を提供することは、前記送信機に電気的に結合されたダイナモ電気機械から電力を提供することを含み、
当該方法はさらに、電源から前記ダイナモ電気機械へ、および、前記ダイナモ電気機械から前記電源へ、双方向の電力を提供することをさらに含み、前記ビークルのエネルギー蓄積装置からの余剰エネルギーが前記電源に戻されることができる、
方法。 - 電源と;
前記電源に動作的に結合された一対の多相ダイナモ電気機械と;
前記ダイナモ電気機械のそれぞれに動作的に結合された一対の送信機‐受信機対とを有する電力伝達システムであって、
前記送信機‐受信機対のそれぞれは:
多相進行波誘導電力送信機と;
前記送信機に誘導結合され、負荷に電力を提供する多相進行波電力受信機とを含む、
電力伝達システム。
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