JP7504225B2 - 移動ハイブリッド電力システム - Google Patents

Description

この開示は、概して電力システムに関する。より具体的には、この開示は、移動ハイブリッド電力システムに関する。

例えばレーダ及びランチャアプリケーションなどの既存のポータブル発電機セット（“発電セット”（genset））は、典型的に、負荷の電源を発電セットと送電網（グリッド）との間で切り替える能力を有して、電力系統に並列に接続できることを必要とする。しかしながら、電力系統は典型的に、負荷が必要とするものとは異なる周波数及び異なる電圧レベルで稼働している。結果として、グリッドマッチングを達成するために、大きくて重い電力変圧器が使用されることが多い。これらの用途では、必要とされる変圧器のサイズ及び重量が移動性を妨げる。さらに、時間的に数分になり得るものである発電セットから送電網への、又は送電網から発電セットへの、切り替え移行期間中に負荷への電力を維持するために、エネルギー貯蔵が必要とされる。

この開示は、移動ハイブリッド電力システムに関する。

第１の実施形態において、システムは、シャフトを回転させるように構成された原動機を含む。当該システムはまた、巻線ロータ誘導発電機（ＷＲＩＧ）を含む。ＷＲＩＧは、原動機のシャフトに結合されてシャフトが回転するときに回転するよう構成されたロータを含み、ロータはロータ巻線を含む。ＷＲＩＧはまた、商用（ユーティリティ）電源と負荷とに電気的に接続された多相ステータ巻線を含む。ステータ巻線が商用電源から第１電力を受けるとき、ＷＲＩＧは、第１電力の少なくとも一部を負荷に出力する前に第１電力の電圧及び周波数の少なくとも一方を変換するよう構成される。ステータ巻線が商用電源から第１電力を受けないとき、ＷＲＩＧは、ロータの運動エネルギーによって第２電力を生成し、第２電力の少なくとも一部を負荷に出力するよう構成される。当該システムはまた、第１電源と第２電源との間での移行中に負荷に電力供給するのに使用するための、第１又は第２電力の第２部分を受け取って蓄えるエネルギー貯蔵バンクを含む。

第２の実施形態において、システムは、シャフトを回転させるように構成された原動機を含む。当該システムはまたＷＲＩＧを含む。ＷＲＩＧは、原動機のシャフトに結合されてシャフトが回転するときに回転するよう構成されたロータを含み、ロータはロータ巻線を含む。ＷＲＩＧはまた、商用電源と負荷とに電気的に接続された第１の多相ステータ巻線を含む。ＷＲＩＧは更に、エネルギー貯蔵バンクに電気的に接続された第２のステータ巻線を含む。第１のステータ巻線が商用電源から第１電力を受けるとき、ＷＲＩＧは、第１電力の少なくとも一部を負荷に出力する前に第１電力の電圧及び周波数の少なくとも一方を変換するよう構成される。第１のステータ巻線が商用電源から十分な量の第１電力を受けないとき、ＷＲＩＧは、ロータの運動エネルギーによって第２電力を生成し、第２電力の少なくとも一部を負荷に出力するよう構成される。この第２電力は、２つの電源が同じ周波数のものである場合に、商用電源からの電力の寄与分と組み合わされ得る。

第３の実施形態において、装置は、原動機のシャフトに結合されてシャフトが回転するときに回転するように構成されたロータを含み、ロータは多相ロータ巻線を含む。当該装置はまた、商用電源と負荷とに電気的に接続されるように構成された少なくとも１つのステータ巻線を含む。該少なくとも１つのステータ巻線が商用電源から第１電力を受けるとき、当該装置は、第１電力の少なくとも一部を負荷に出力する前に、第１電力の電圧及び周波数の少なくとも一方を変換するように構成される。上記少なくとも１つのステータ巻線が、商用電源（これは、電圧の大きさが不足していたり、電力定格が不足していたり、多相系における１つ以上の相が失われていたりすることがある）から第１電力を受けないとき、当該装置は、ロータの運動エネルギーによって第２電力を生成し、該第２電力の少なくとも一部を負荷に出力するように構成される。

その他の技術的特徴が、以下の図面、説明、及び請求項から、当業者には容易に明らかになる。

より完全なる本開示の理解のため、ここで、以下の図を含む添付図面とともに以下の説明を参照する。
この開示に従った移動ハイブリッド電力システムの一例を示している。 この開示に従った移動ハイブリッド電力システムの他の一例を示している。 図３Ａ及び３Ｂは、この開示に従った移動ハイブリッド電力システムで使用されるステータ及びロータ巻線の例の概略レイアウトを示している。 図３Ａ及び３Ｂは、この開示に従った移動ハイブリッド電力システムで使用されるステータ及びロータ巻線の例の概略レイアウトを示している。 図４Ａ乃至４Ｃは、この開示に従った移動ハイブリッド電力システムで使用されるステータ及びロータ巻線の他の例の概略レイアウトを示している。 図４Ａ乃至４Ｃは、この開示に従った移動ハイブリッド電力システムで使用されるステータ及びロータ巻線の他の例の概略レイアウトを示している。 図４Ａ乃至４Ｃは、この開示に従った移動ハイブリッド電力システムで使用されるステータ及びロータ巻線の他の例の概略レイアウトを示している。 この開示に従った移動ハイブリッド電力システムの他の一例を示している。 この開示に従った移動ハイブリッド電力システムの他の一例を示している。 この開示に従った移動ハイブリッド電力システムの他の一例を示している。

以下に説明される図１－図７、及び本特許文献にて本発明の原理を説明するために使用される様々な実施形態は、単に例示によるものであり、本発明の範囲を限定するように解釈されるべきでない。当業者が理解するように、本発明の原理は、あらゆる種類の好適に構成された装置又はシステムにて実装され得る。

上述のように、例えばレーダ及びランチャアプリケーションなどの既存のポータブル発電機セット（“発電セット”）は典型的に、電力系統に接続できることを必要とする。しかしながら、電力系統は、負荷が必要とするものとは異なる周波数及び異なる電圧レベルで稼働していることがある。結果として、グリッドマッチング問題を解決するために、大きくて重い電力変圧器が使用されることが多い。これらの用途では、必要とされる変圧器のサイズ及び重量が移動性を妨げる。さらに、発電セットから送電網への又は送電網から発電セットへの切り替え移行中に負荷への電力を維持するために、エネルギー貯蔵が必要とされる。

これら又は他の問題に対処するため、この開示は、商用電源又はローカルな原動機発電機（例えばディーゼルエンジンなど）のいずれかからの入力を有して、効率的でコンパクトな周波数及び電圧変換を可能にする様々な移動ハイブリッド電力システムを提供する。各電力システムの部分を形成する回路が、伝統的な電力変圧器を必要ないものとし、高い全体電力密度及び高い移動性をもたらす。開示される電力システムはまた、１つ以上の負荷に対してトランスパレントであるようにして、商用電源からローカル原動機に移行することもでき、また、そうする際に、１つの電気サイクル内で１つの電源から第２の電源への移行を遂行することができる。加えて、開示される電力システムは、異なるタイプの負荷のニーズに応えるものである可変周波数出力を容易にする。

図１は、この開示に従った一例の移動ハイブリッド電力システム１００を示している。後述するように、システム１００は、かなりのエネルギー貯蔵を可能にするとともに、電圧レベルを変換するための大きな電力変圧器を必要とせずに、ポータブル電力と商用電力との間での途切れのない移動を提供する。システム１００は小型軽量であるとともに、単一段の変換で、付随する負荷に適合する出力周波数変換を可能にする。

図１に示すように、システム１００は原動機１０５を含む。原動機１０５は、シャフト１０７によって当該原動機１０５に接続された巻線ロータ誘導発電機（wound rotor induction generator；ＷＲＩＧ）１１０において回転運動エネルギーを駆動するのに使用される回転力を生成するように構成される。ＷＲＩＧ１１０のステータは通常は多相ステータであるが、特殊な状況では、当該ステータは、単相ユーティリティ給電に対応するために単相ステータとすることができる。一部の実施形態において、原動機１０５は、約２，０００から約５，０００回転毎分（ＲＰＭ）の速さでシャフト１０７を回転させるように動作するが、他の回転速度も可能であり、この開示の範囲内である。原動機１０５は、例えば出力シャフト上にギア機構を有する又は有しないモータなど、回転力を生成することができる任意の好適構造を含む。一部の実施形態において、原動機１０５はディーゼルエンジンを表す又は含む。

ＷＲＩＧ１１０は、“ユーティリティモード”又は“アイランドモード”の、２つのモードのうちのいずれかで動作して電力を出力するように構成される。“ユーティリティモード”は、ＷＲＩＧ１１０が商用（ユーティリティ）電源１３０（例えば送電網電源など）又は他の外部電源から電力を受けて、少なくとも１つの負荷１６０に電力を提供するモードを指す。“アイランドモード”は、ＷＲＩＧ１１０が商用電源１３０の代わりに原動機１０５で動作し、それによって（１つ以上の）負荷１６０に提供される電力を生成するモードを指す。ＷＲＩＧ１１０は、更に詳細に後述するように、ユーティリティモードとアイランドモードとの間で迅速に途切れなく移るように構成される。

この例において、ＷＲＩＧ１１０は、原動機１０５のシャフト１０７に結合されたロータ１１１と、ステータ巻線１１２と、ロータ巻線１１３とを含んでいる。ＷＲＩＧ１１０は、シャフト１０７によってロータ１１１が回転されるときに交流（ＡＣ）電力を生成するように構成される。アイランドモードにおいて、ＷＲＩＧ１１０は、原動機１０５への接続を通じて、ポータブル発電用の発電機として動作することができる。ＷＲＩＧ１１０の１つの利点は、ロータ速度が通常の同期速度から外れたときに一定の出力周波数を提供するようためにロータ励起が可変周波数であるよう命令できることである。ユーティリティモードにおいて、システム１００は、ＷＲＩＧステータ巻線に接続されたスイッチ１３２を介して商用電源１３０によって電力供給され、ＷＲＩＧ１１０は発電機としては動作しない。ユーティリティモードにおいて、シャフト１０７が回転しておらず、ロータ１１１が静止しているとき、ＷＲＩＧ１１０はステータ巻線１１２上の電圧タップを介して変圧器として動作する。

ユーティリティモードにおいて、ＷＲＩＧ１１０は、マシン巻線内での入力－出力電圧変換を可能にし、それにより、変圧器又は移相器を必要ないものとする。例えば、ＷＲＩＧ１１０のステータ巻線１１２をタップ選択することで、商用電源１３０から受ける入力線間電圧を、（１つ以上の）負荷１６０の電圧レベルと一致する異なる出力電圧レベルに変換し得る。一部の実施形態において、ステータ巻線１１２は、２５％、３３％、５０％、又は７５％のうちの１つでタップ選択され得る。一般に、ＷＲＩＧ１１０は、１つ又は複数の電圧レベルにある１つ又は複数のタップを含むことができる。一部の実施形態において、ＷＲＩＧ１１０は複数の電圧出力用に巻かれることができる。制御式の整流器１３５及びＤＣ－ＡＣインバータ１５０と組み合わされるとき、ＷＲＩＧ１１０の異なる電圧出力は、システム１００が異なる電圧及び異なる周波数で電力を生成することを可能にする。

ＷＲＩＧ１１０のＡＣ出力電力は、整流器１３５を介して直流（ＤＣ）電力に変換されることができ、該ＤＣ電力が、エネルギー貯蔵バンク１４０とインバータ１５０へのＤＣ入力との両方に給電する。インバータ１５０は、（１つ以上の）負荷１６０に電力を送る前のメイン周波数変換器として動作する。ここでの最終的な結果は、原動機１０５のポータブル電力から商用電源１３０への及びその逆の、途切れのない迅速な電源移行である。ＷＲＩＧ１１０の出力電力は、整流器１３５、ＤＣバス１４５上のエネルギー貯蔵バンク１４０、及びインバータ１５０に給電する。ＷＲＩＧ１１０の出力は、商用電源よりも多数の相を有してもよい。例えば、ユーティリティが３相電源であるのに対し、ＷＲＩＧ１１０は６相出力を有し得る。この構成は、整流器のＤＣ出力が含む高調波をより少なくすることをもたらし、ＤＣバス１４５に必要とされるフィルタリングの量を最小限にする。

（従来のＤＣフィールド同期発電機の代わりに）ＷＲＩＧ１１０を使用することは、より新しい可変速度の高効率バージョンの原動機１０５の使用を可能にする。例えば、一部の実施形態において、ＷＲＩＧ１１０は、５，０００ＲＰＭを超える高速原動機１０５で動作するように構成されることができ、それは、軽量で効率的な発電を可能にする。例えば、小型原動機に代表的な６０００ＲＰＭのシャフト速度、且つ２極ＷＲＩＧとして、ロータ周波数が４０Ｈｚに制御される場合に、ステータの出力を、多くの用途で関心あるものである６０Ｈｚに維持することができる。アイランドモードでは、ＷＲＩＧ１１０を原動機１０５に接続するシャフト１０７に大きい速度変動があっても、ＷＲＩＧ１１０は、一定の高周波出力を維持することができる。ＷＲＩＧ１１０のロータ回路に対する可変周波数励起を有することにより、原動機１０５は、従来システムにおいてのように固定速度動作に制約されずに、広範囲の動作速度で動作することができる。従って、標準的なソリッドステート周波数変換器がなくても、ＷＲＩＧ１１０は、回路の変更なしで、例えば６０Ｈｚ又は４００Ｈｚなどの１つ以上の指定周波数でフルパワーを（１つ以上の）負荷１６０に出力することができる。また、システム１００は“変圧器レス”（変圧器がないことを意味する）でもあり、これは電力密度を大いに高める。

ＷＲＩＧ１１０の出力周波数は、同期シャフトフィールド周波数と注入ロータ周波数との和を表す。例えば、２４極機でシャフト１０７の速度が１，５００ＲＰＭであり（同期機の場合に３００Ｈｚを生み出す）、且つ注入ロータ周波数が１００Ｈｚである場合、ステータ巻線１１２での出力周波数は４００Ｈｚ（３００Ｈｚ＋１００Ｈｚ）に等しくなる。ＷＲＩＧ１１０における電圧変換比は、ステータ巻線１１２の具体的な設計によって昇圧であることもあるし、降圧であることもある。一部の実施形態において、ＷＲＩＧ１１０は５０％の降圧（例えば４１６Ｖから２０８Ｖなど）を提供し、これは一部の用途で有利である。当然ながら、これは単なる一例であり、他の電圧変換比も可能であり、この開示の範囲内である。

ＷＲＩＧ１１０は、用途に応じて異なるように構成されることができる。例えば、一部の実施形態において、ＷＲＩＧ１１０は、３相、６相、又は１２相の変圧器として構成されることができる。他の構成も同様に可能である。また、一部の実施形態において、ＷＲＩＧ１１０のステータ巻線１１２は、低高調波の１２パルス整流器１３５の使用を可能にするように、３０°位相シフトでワイ（Ｙ）及びデルタ（Δ）出力巻線を備えた６相ステータ巻線を含む。特定の実施形態において、ステータ巻線１１２は、非常に少ない高調波のみを含む高次の整流器システムに適合するデュアルＹ－Δ出力（例えば、１２相２４パルスシステム）用に構成されることができる。このような構成では、外部のパワーフィルタが最小限となる。

スイッチ１３２は、典型的には接触器であり、商用電源１３０が使用できなくなったときにシステム１００を商用電源１３０から切り離し、商用電源１３０が使用可能であるときにシステム１００を商用電源１３０に接続するように動作する。スイッチ１３２はまた、サイリスタ、ＩＧＢＴ、又はハイパワーＭＯＳＦＥＴスイッチを利用するソリッドステート切り替えスイッチの形態をとってもよい。商用電源１３０が、最初は使用可能であり、使用不可能になり、その後再び使用可能になった場合、スイッチ１３２は、商用電源１３０をシステム１００に戻すように切り替えるよう動作し、また、原動機１０５が停止することによってＷＲＩＧ１１０における回転を停止させることができる。

ユーティリティモードからアイランドモードへの移行の前、ＷＲＩＧ１１０は静止していることができる。ユーティリティモードからアイランドモードへの移行は、相入力の喪失又は低電圧が存在するときを含め、商用電源１３０からの電力が使用できなかったり信頼できなかったりするときに必要となり得る。アイランドモードの開始にあたり、商用電源１３０から切り離された後にロータ１１１の動作を開始させるために、ＷＲＩＧ１１０は、先ず、ＤＣ－ＡＣロータエキサイタ１１５によって励起される。ＤＣ－ＡＣロータエキサイタ１１５は、ロータ巻線１１３に接続されてＷＲＩＧ１１０のロータ回路に電力を供給するように構成されたＤＣ－ＡＣインバータである。ＤＣ－ＡＣロータエキサイタ１１５は、例えばキャパシタ源１２０又はエンジンバッテリ１２５などから適切な電力を受け取り、受け取った電力を使ってＷＲＩＧ１１０を始動させる。キャパシタ源１２０は、キャパシタ電力の任意の好適ソースを表し、エネルギー貯蔵バンク１４０を含んでもよいし、例えば外部の容量性エネルギー貯蔵バンクなどの他のエネルギー源をしてもよい。エンジンバッテリ１２５は、任意の好適なバッテリ源を表す。一部の実施形態において、エンジンバッテリ１２５は２８ＶＤＣバッテリであり、原動機１０５のバッテリを含み得る。

アイランドモードにおいて、いったんＷＲＩＧ１１０が指定された速度（例えば５０％の速度又はそれ以上など）で動作すると、ＷＲＩＧ１１０は、エネルギー貯蔵バンク１４０を充電するのに好適な電圧レベルまで励起を積み増す。ＷＲＩＧ１１０の定常動作は、例えば主出力定格の２％など、励起エネルギーのソースとしてエネルギー貯蔵バンク１４０から受け取ったＤＣ電力を使用する。従って、この例では電力増幅は５０：１となるが、他の比率も可能である。

アイランドモード又はユーティリティモードのいずれかでＷＲＩＧ１１０から出力される電力は整流器１３５に入力される。整流器１３５は、ＷＲＩＧ１１０から出力されるＡＣ電力を受け取って該電力をＤＣ電力へと整流する制御式のＡＣ－ＤＣ整流器であり、それにより、該ＤＣ電力がエネルギー貯蔵バンク１４０に蓄えられることを可能にする。整流器１３５は、ＡＣ－ＤＣ電力整流のための任意の好適構造を含む。

エネルギー貯蔵バンク１４０は、ユーティリティモードにおいてＷＲＩＧ１１０が静止しているときにシステム１００の中央エネルギー貯蔵素子として動作する。アイランドモードにおいて、原動機１０５からＷＲＩＧ１１０が動作しているときには、エネルギー貯蔵バンク１４０のエネルギー貯蔵と、ＷＲＩＧ１１０の一部であるエンジンフライホイール慣性とが組み合わさって存在する。従って、アイランドモードでは、エネルギー貯蔵バンク１４０が一次エネルギーストレージとして動作し、エンジンフライホイールの慣性エネルギーが二次エネルギーストレージを表し得る。

ユーティリティモードからアイランドモードへの移行時、エネルギー貯蔵バンク１４０は、商用電源１３０と原動機１０５との間の迅速な切り替えを容易にする。ＷＲＩＧ１１０がアイランドモードの開始時に未だ回転を開始しておらず、未だ電力を生成していないとき、ＷＲＩＧ１１０が回転を増す間、エネルギー貯蔵バンク１４０が一時的に（１つ以上の）負荷１６０に電力を提供することができる。同様に、アイランドモードからユーティリティモードへの移行時、エネルギー貯蔵バンク１４０はバス電圧を維持し、負荷１６０に電力を提供する。充電回路１４２がエネルギー貯蔵バンク１４０をＤＣバス１４５に接続し、エネルギー貯蔵バンク１４０の充放電を制御する。

インバータ１５０は、（１つ以上の）負荷１６０への出力のために、（ＷＲＩＧ１１０、エネルギー貯蔵バンク１４０、又はこれらの両方から）ＤＣバス上で電力を受け取ってＤＣ電力を制御されたＡＣ電力に変換する周波数変換器である。インバータ１５０は、電力を、例えば６０Ｈｚ又は４００Ｈｚなどの任意の好適な周波数に変換することができる。これは、異なる電圧及び周波数の異なる負荷１６０がシステム１００に接続されることを可能にする。インバータ１５０による周波数変換は更に、正確な出力電圧を生み出すための別個の重い電力変圧器の必要性をなくす。負荷１６０の前に三極双投（３ＰＤＴ）スイッチ１５５が配置され、インバータ１５０からの電力と、ＷＲＩＧ１１０から直接の代わりの電力経路との間の切り替えを可能にする。スイッチ１５５は、電気機械デバイス又はソリッドステート切り替えスイッチとし得る。

商用電源１３０をソースとして使用すること（ユーティリティモード）と、原動機１０５をソースとして使用すること（アイランドモード）との間での移行は、エネルギー貯蔵バンク１４０から利用可能なエネルギーにより、（１つ以上の）負荷１６０にとって途切れのないトランスパレントなものである。なお、商用電源１３０を切り替えるためのスイッチ１３２の使用は、一部のケースで、切り替えの時点で電圧スパイクを生じ得る。そのようなスパイクは、例えば（１つ以上の）負荷１６０などの下流コンポーネントに対して有害であり得る。この問題を軽減するため、システム１００は、整流器１３５とインバータ１５０を使って、（１つ以上の）負荷１６０を原動機１０５又は商用電源１３０から電気的にアイソレートする。従って、典型的な動作条件下ではＷＲＩＧ１１０からの全てのエネルギーが、整流器１３５、ＤＣバス１４５、及びインバータ１５０を通過するので、ユーティリティモードからアイランドモードへの（又はその逆の）システム１００の切り替えは途切れがなく高速である。

（原動機１０５がオフであるときの）昇圧又は降圧変圧器としてのＷＲＩＧ１１０の使用は、別個の重い入力変圧器を不要にする。そのような変圧器は典型的に、かなりの重量及び大きさいを電力システムに追加するとともに、電力システム内でかなりの量の熱を発生する。従って、従来の電力システムと比較して、システム１００は全体的なｋＷ／ｋｇ電力密度の向上が可能である。一部の実施形態において、変圧器がないと、システム１００全体を１０，０００ｋｇ以下にすることができ、システム１００は、航空機又は陸上若しくは海上貨物車両に収めることができるトレーラー、パレット、又は他のプラットフォーム上に置くのに（サイズ及び重量の両方で）十分なポータブル性にすることができる。当然ながら、これらの値は単なる例であり、他の重量もこの開示の範囲内である。

図１は一例の移動ハイブリッド電力システム１００を示しているが、図１には様々な変形が為され得る。例えば、図１に示したコンポーネントは除去されたり他の構成で配置されたりすることができ、また、更なるコンポーネントが追加され得る。特定の例として、原動機１０５よりもかなり高い速度で発電機が動作するように、原動機１０５とＷＲＩＧ１１０との間に増速機（ステップアップギアボックス）を挿入することが実用的である。一般に、電力システムには多種多様な構成があり、図１はこの開示を如何なる特定の構成の電力システムにも限定しない。また、図１は移動ハイブリッド電力システムを使用することができる稼働環境の一例を示しているが、他の任意の好適システムでこの機能を使用してもよい。

図２は、この開示に従った他の一例の移動ハイブリッド電力システム２００を示している。図２に示すように、システム２００は、図１のシステム１００の対応するコンポーネントと同じ又は同様とし得る複数のコンポーネントを含む。例えば、当該システムは、原動機２０５に結合され、商用電源２３０に電気的に接続されるＷＲＩＧ２１０を含み、ＷＲＩＧ２１０は、少なくとも１つの負荷２６０に電力を提供するように構成される。これらのコンポーネントは、図１のＷＲＩＧ１１０、原動機１０５、商用電源１３０、及び（１つ以上の）負荷１６０と同じ又は同様とし得る。

ＷＲＩＧ１１０と同様に、ＷＲＩＧ２１０は、ユーティリティモード又はアイランドモードで動作するように構成される。ユーティリティモードにおいて、ＷＲＩＧ２１０は、商用電源２３０からの電圧（Ｖ１）及び周波数（ｆ１）を、ＷＲＩＧ２１０に対する入力電圧（Ｖ２）及び周波数（ｆ２）に変換するものであるＡＣ－ＡＣ周波数変換器２３３を介して、商用電源２３０から電力を受ける。商用電源２３０からの電力が使用できない又は信頼できないものとなると、ＷＲＩＧ２１０はアイランドモードに切り替わる。

アイランドモードの開始にあたり、商用電源２３０から切り離された後にロータ２１１の動作を開始させるために、ＷＲＩＧ２１０は、先ず、ＤＣ－ＡＣロータエキサイタ２１５又はＡＣ－ＡＣロータエキサイタ２３４によって励起される。一部の実施形態において、ＤＣ－ＡＣロータエキサイタ２１５はエンジンバッテリ２２５から電力を受け取ることができ、ＡＣ－ＡＣロータエキサイタ２３４は商用電源２３０から電力を受け取ることができる。ＤＣ－ＡＣエキサイタ２１５及びエンジンバッテリ２２５は、図１のＤＣ－ＡＣロータエキサイタ１１５及びエンジンバッテリ１２５と同じ又は同様とし得る。

ＷＲＩＧ２１０は、ロータ２１１及び対応する多相ロータ巻線２１３を含み、これらは、図１のロータ１１１及びロータ巻線１１３と同じ又は同様とし得る。ＷＲＩＧ２１０はまた、複数のステータ巻線２１２ａ－２１２ｂを含み、これらは、システム稼働の柔軟性を高めるのに有利である。ユーティリティモードにおいて、ステータ巻線２１２ａは、商用電源２３０を起源とする（Ｖ２）電力を受け取り、該電力を異なる電圧（Ｖ２／ｋ_２）に変換し、ここで、ｋ_２は、ステータ巻線２１２ａの構成によって決定される変換係数である。ステータ巻線の一部の構成例を、図３Ａ、図４Ａ、図４Ｂと共に更に詳細に後述する。ステータ巻線２１２ｂは、ウルトラキャパシタストレージ２４０に蓄えるべき電力を提供する。ステータ巻線２１２ｂはデルタ構成とすることができ、ステータ巻線２１２ａはワイ構成とすることができ、さらに、ステータ巻線２１２ｂの出力は、商用電源よりも多い相数（例えば、６、９、又は１２）とすることができ、これは、整流された出力上の高調波成分が低減させる。ウルトラキャパシタストレージ２４０は、原動機２０５が動くアイランドモード中にＷＲＩＧ２１０によって充電される。充電中、ステータ巻線２１２ｂからの電力が、ＡＣ－ＤＣ整流器２３５を介してウルトラキャパシタストレージ２４０に出力される。ＡＣ－ＤＣ整流器２３５はキャパシタバンクの放電も提供し、これは、輸送モードのために、又は電圧が安全レベルを超えて上昇した場合に必要である。

ウルトラキャパシタストレージ２４０は、図１のエネルギー貯蔵バンク１４０と同じ又は同様とし得る。ウルトラキャパシタストレージ２４０からの電力は、商用電源２３０が使用可能でないときに、（１つ以上の）負荷２６０に供給されることができる。ウルトラキャパシタストレージ２４０からのＤＣ電力は、（１つ以上の）負荷２６０に供給される前に、ＤＣ－ＡＣコンバータ２５０によってＡＣに変換され、π型Ｌ－Ｃフィルタ２５２によってフィルタリングされる。ＤＣ－ＡＣコンバータ２５０はまた、図１のインバータ１５０と同様に、（１つ以上の）負荷２６０に好適な周波数の電力を生成する。一部の実施形態において、ＤＣ－ＡＣコンバータ２５０は、電力及び電流の流れにおいて双方向であり、負荷エネルギーがウルトラキャパシタストレージ２４０を充電することを可能にするよう構成される。

図１のシステム１００とは異なり、ウルトラキャパシタストレージ２４０は、システム２００が商用電源２３０で動作しているときにはエネルギー源として使用されない。商用電源２３０が使用できなくなると、システム２００は、ウルトラキャパシタストレージ２４０から受け取る電力に切り替わる。商用電源２３０からの電力とウルトラキャパシタストレージ２４０からの電力との間で切り替えるように、ソリッドステート切り替えスイッチ２５５が構成される。

図２は他の一例の移動ハイブリッド電力システム２００を示しているが、図２には様々な変形が為され得る。例えば、ステータ巻線２１２ｂ入力に加えて、ステータ巻線２１２ａもＡＣ－ＤＣ整流器２３５への入力として、より低い高調波レベルを有した、より高パルスのシステムを形成してもよい。図２に示したコンポーネントは除去されたり他の構成で配置されたりすることができ、また、更なるコンポーネントが追加され得る。一般に、電力システムには多種多様な構成があり、図２はこの開示を如何なる特定の構成の電力システムにも限定しない。また、図２は移動ハイブリッド電力システムを使用することができる稼働環境の他の一例を示しているが、他の任意の好適システムでこの機能を使用してもよい。

図３Ａ及び３Ｂは、この開示に従った移動ハイブリッド電力システムで使用されるステータ及びロータ巻線３００及び３５０の例の概略レイアウトを示している。特に、図３Ａはステータ巻線３００を示し、図３Ｂはロータ巻線３５０を示している。ロータ巻線３５０は、標準的な巻線ロータＡＣ機に典型的なスリップリングとブラシサブシステムによって給電される。ステータ巻線３００とロータ巻線３５０とが一緒になって、任意のシャフト速度に適用可能な発電機を形成する。説明を容易にするために、ステータ巻線３００及びロータ巻線３５０を、図１のＷＲＩＧ１１０又は図２のＷＲＩＧ２１０の一部を形成するものとして説明する。しかし、図３Ａ及び図３Ｂに示すステータ巻線３００及びロータ巻線３５０は、他の好適な電気又は電子コンポーネントで使用されてもよい。

図３Ａに示すように、ステータ巻線３００は“自動変圧器”接続を持ち、４８個のコイル若しくはスロット３０２及び４つの極３０４を含み、これらには図３Ａに示すように番号を付している。一部の実施形態において、ステータ巻線３００は、３つのタップＴ１、Ｔ２、及びＴ３を持つ５０％電圧タップ付き多相ステータ巻線である。図３Ａに示す実施形態において、スロット３０２及び極３０４は３相ワイ構成で配置されている。一部の実施形態において、ステータ巻線３００は図１のステータ巻線１１２を表すことができる。

図３Ｂに示すように、ロータ巻線３５０は、２４個のスロット３５２及び４つの極３５４を含み、これらには図３Ｂに示すように番号を付している。スロット３５２及び極３５４は３相デルタ構成で配置されている。一部の実施形態において、ロータ巻線３５０は、図１のロータ巻線１１３を表すことができる。

図３Ａ及び図３Ｂは移動ハイブリッド電力システムで使用されるステータ巻線３００及びロータ巻線３５０の例の概略レイアウトを示しているが、図３Ａ及び図３Ｂには様々な変形が為され得る。例えば、ステータ巻線３００及びロータ巻線３５０は各々、任意の好適数のスロット及び任意の好適数の極を含むことができ、それらを４の倍数の極を持つ好適構成で配置することができる。

図４Ａ乃至４Ｃは、この開示に従った移動ハイブリッド電力システムで使用されるステータ及びロータ巻線４００、４２０、４５０の他の例の概略レイアウトを示している。特に、図４Ａ及び図４Ｂは、一緒に使用されることができる２つの電気的に独立したステータ巻線４００及び４２０を示し、図４Ｃは、ステータ巻線４００及び４２０と共に使用されることができるロータ巻線４５０を示している。ステータ巻線４００及び４２０とロータ巻線４５０とが一緒になって、任意のシャフト速度に適用可能な発電機を形成する。説明を容易にするために、ステータ巻線４００及び４２０とロータ巻線４５０を、図２のＷＲＩＧ２１０の一部を形成するものとして説明する。しかし、図４Ａ乃至４Ｃに示すステータ巻線４００及び４２０とロータ巻線４５０は、他の好適な電気又は電子コンポーネントで使用されてもよい。

図４Ａに示すように、ステータ巻線４００は、図４Ａに示すように番号を付した４８個のスロット４０２に配置された４８個の二重層コイル、及び８つの極を含む。一部の実施形態において、ステータ巻線４００は、３つのタップＴ１、Ｔ２、及びＴ３を持つ５０％電圧タップ付き多相ステータ巻線である。図４Ａに示す実施形態において、スロット４０２は３相ワイ構成で配置されている。一部の実施形態において、ステータ巻線４００は図２のステータ巻線２１２ａを表すことができる。

図４Ｂに示すように、ステータ巻線４２０は、図４Ｂに示すように番号を付した４８個のスロット４２２に配置された４８個のコイル、及び８つの極を含む。図４Ｂに示す実施形態において、スロット４２２は三相デルタ構成で配置されている。一部の実施形態において、ステータ巻線４２０は、図２のステータ巻線２１２ｂを表すことができる。ここでのステータ巻線４２０は、続くスロットの主ステータ巻線４００を陰にする。一部の実施形態において、ステータ巻線４００とステータ巻線４２０との出力間に３０°の位相シフトが存在する。

図４Ｃに示すように、ロータ巻線４５０は、２４個のスロット４５２及び８つの極４５４を含み、これらには図４Ｃに示すように番号を付している。スロット４５２及び極４５４は、三相の重ね巻きデルタ二重層構成で配置されている。一部の実施形態において、ロータ巻線４５０は、図２のロータ巻線２１３を表すことができる。動作時、ロータ巻線４５０に可変周波数を適用して、広範囲の出力周波数を生み出すことができる。印加されるロータ電流は正のシーケンス又は負のシーケンスとし得る。

ステータ巻線４００及び４２０とロータ巻線４５０とが一緒になって、９６個のスロットの、ワイ－デルタ六相八極の５０％タップ付き発電機を形成する。同様の実施形態は、例えば１６極、２０極、２４極、２８極など、より高い他の極数で、他の数のタップ付き巻線を含むことができる。ステータ巻線４００及び４２０は２つのスロット／極／相を持ち、ロータ巻線４５０は１つのスロット／極／相を持つ。

図４Ａ乃至４Ｃは、移動ハイブリッド電力システムで使用されるステータ巻線４００及び４２０とロータ巻線４５０の他の例の概略レイアウトを示しているが、図４Ａ乃至４Ｃには様々な変形が為され得る。例えば、ステータ巻線４００及び４２０とロータ巻線４５０は各々、任意の好適数のスロット及び任意の好適数の極を含むことができ、それらを数多くの好適構成で配置することができる。

図５は、この開示に従った他の一例の移動ハイブリッド電力システム５００を示している。図５に示すように、システム５００は、図２のシステム２００の対応するコンポーネントと同じ又は同様とし得る複数のコンポーネントを含む。例えば、システム５００は、原動機５０５に結合されるＷＲＩＧ５１０を含み、ＷＲＩＧ５１０は、少なくとも１つの負荷５６０に電力を提供するように構成される。これらのコンポーネントは、図２のＷＲＩＧ２１０、原動機２０５、商用電源１３０、及び（１つ以上の）負荷２６０と同じ又は同様とし得る。

図５に示すように、ＷＲＩＧ５１０は、それぞれ異なる電圧レベルＶａ及びＶｂの２つの独立した商用電源５３０ａ及び５３０ｂから電力を受けることができる。ＷＲＩＧ５１０は２つの独立したステータ入力巻線５１２ａ及び５１２ｂを持ち、これらは、周波数、巻線ピッチ、及び極において一致されるが、２つの異なる電源からの異なる入力電圧並びに電力Ｐａ及びＰｂを受け入れるために異なる空隙磁束レベルを持つ。ステータ巻線５１２ａは、ソース電圧Ｖａとは異なる電圧での直接ＡＣ出力を可能にするようにタップ付けられ、また、従来の電力変圧器を使用せずに、最適な電圧レベルでＤＣキャパシタストレージバンク５４０を充電することを可能にする。

２つのソース５３０ａ、５３０ｂ又は入力巻線の電力定格を一致させる必要はないが、ＷＲＩＧ５１０の設計が、２つのソース５３０ａ及び５３０ｂからの入力をＰｔ＝Ｐａ＋Ｐｂとして共通出力電力へと組み合わせることを可能にし、そして、該共通出力電力が、全波整流後に容量性エネルギー貯蔵バンク５４０を充電するのに使用される第３のステータ巻線５１２ｃ上の出力ポート向けの第３の電圧レベルＶ４への電圧変換を受ける。ソース５３０ａ及び５３０ｂは、同時に利用されたり、一度に一つずつ利用されたりすることができる。

システム５００は、ＤＣエネルギー貯蔵キャパシタバンク５４０を充電するための２つの経路、すなわち、タップ付きステータ巻線５１２ａからの経路と、ステータ巻線５１２ｃからの経路とを持っている。ステータ巻線５１２ａからのＡＣ出力は、通常は低めの周波数（５０又は６０Ｈｚ）である商用電源周波数にある。商用電源が切り離されていたり動作していなたったりするとき、ステータ巻線５１２ｃからのＡＣ出力は、例えば４００Ｈｚなど、商用電源よりも大幅に高い周波数ｆ４にあることができ、これは、より効率的で小型の整流サブシステムを生み出す。ステータ巻線５１２ｃでの、より高い周波数の出力は、周波数ｆ３でのロータ回路５１３の励起によるものであり、それが、実際のロータ速度と数値的に組み合わされて、ステータ巻線５１２ｃにおけるいっそう高い周波数ｆ４を作り出す。一実施形態において、ロータ慣性からエネルギーを取り出すことに起因してロータの速度が低下するにつれて、ロータ周波数ｆ３は徐々に上昇することができ、そうする際、出力周波数ｆ４は広い速度範囲にわたって略一定のままである。

システム５００は、励起周波数ｆ３での機全体の励起のために多相ロータ巻線５１３を使用する。システム５００は、２つよりも多い独立した入力又は商用電源を持つように拡張されることができ、ＷＲＩＧ５１０は、３つよりも多いステータ巻線を持つように設計されることができる。

図５は他の一例の移動ハイブリッド電力システム５００を示しているが、図５には様々な変形が為され得る。例えば、図５に示したコンポーネントは除去されたり他の構成で配置されたりすることができ、また、更なるコンポーネントが追加され得る。一般に、電力システムには多種多様な構成があり、図５はこの開示を如何なる特定の構成の電力システムにも限定しない。また、図５は移動ハイブリッド電力システムを使用することができる稼働環境の他の一例を示しているが、他の任意の好適システムでこの機能を使用してもよい。

表１は、システム５００用の巻線ロータ２極マルチポート誘導機設計の具体的な６００ｋＷ例を示しており、低周波数の２つの独立した電源があり、マシン多相出力は、より高い周波数になる、このマシンはタップ付きステータ巻線を含んでおり、そのため、出力は、ソース周波数で電源から直接導き出すことができるが、電圧は、個別の変圧器を使用することなく、ソースとは異なる電圧である。

図６は、この開示に従った他の一例の移動ハイブリッド電力システム６００を示している。図６に示すように、システム６００は、図２のシステム２００の対応するコンポーネントと同じ又は同様とし得る複数のコンポーネントを含む。例えば、システム６００は、原動機６０５に結合されるＷＲＩＧ６１０を含み、ＷＲＩＧ６１０は、少なくとも１つの負荷６６０に電力を提供するように構成される。これらのコンポーネントは、図２のＷＲＩＧ２１０、原動機２０５、及び（１つ以上の）負荷２６０と同じ又は同様とし得る。

図６に示すように、ＷＲＩＧ６１０は、それぞれ異なる電圧レベルＶａ及びＶｂ並びに異なる周波数ｆａ及びｆｂの２つの独立した商用電源６３０ａ及び６３０ｂから電力を受けることができる。システム６００は、２つのＡＣ－ＡＣ周波数変換器６３３ａ及び６３３ｂ（ソース６３０ａ及び６３０ｂ毎に１つずつ）を含み、それらが、両方の入力周波数を、ＷＲＩＧ６１０への入力のための共通周波数ｆ２に変換する。ＷＲＩＧ６１０は２つの独立したステータ入力巻線６１２ａ及び６１２ｂを持ち、これらは、周波数、巻線ピッチ、及び極において一致されるが、２つの異なる電源からの異なる入力電圧並びに電力Ｐａ及びＰｂを受け入れるために異なる空隙磁束レベルを持つことができる。ステータ巻線６１２ａは、“ユーティリティ”モードにあるときにソース電圧Ｖａとは異なる電圧での直接ＡＣ出力を可能にするようにタップ付けられる。

“アイランド”モードにおける第３のステータ巻線６１２ｃからのＷＲＩＧ６１０の出力は、従来の電力変圧器を使用せずに最適な電圧レベルでＤＣキャパシタストレージバンク６４０を充電するための唯一の手段である。

２つのソース６３０ａ、６３０ｂ又は入力巻線の電力定格を一致させる必要はないが、ＷＲＩＧ６１０の設計が、２つのソース６３０ａ及び６３０ｂからの入力をＰｔ＝Ｐａ＋Ｐｂとして共通出力電力へと組み合わせることを可能にし、そして、該共通出力電力が、全波整流後に容量性エネルギー貯蔵バンク６４０を充電するために後に使用される第３のステータ巻線６１２ｃ上の出力ポートとしての第３の電圧レベルＶ３への電圧変換を受ける。ステータは、より効率的な整流を可能にするよう、ステータ巻線６１２ｃへのいっそう高い相出力のために合計９相又は交互に合計１２相を持つことができる。

“アイランド”モードでのシステム６００は、増速機（ステップアップギアボックス）の使用により、３６００ｒｐｍを超える高い回転速度でＷＲＩＧ６１０が動作することを可能にし、高い周波数でのロータの励起と組み合わされるとき、ステータ巻線６１２ｃに高周波出力（２４０－２０００Ｈｚ）ｆ３を生成し、これは、コンパクトな整流のために有利である。例えば、４極ＷＲＩＧでシャフト速度が７２００ｒｐｍであり、且つロータ周波数が３６０Ｈｚである場合、出力周波数ｆ３は６００Ｈｚになることができる。

システム６００は、２つよりも多い独立した入力又は商用電源、２つよりも多い周波数変換器を持つように拡張されることができ、ＷＲＩＧ６１０は、３つよりも多いステータ巻線を持つように設計されることができる。

システム６００は、エネルギー貯蔵キャパシタが放電されたとき、又は負荷を完全にサポートするのに十分な電荷を持たないときに、電気マシン－フライホイール慣性の蓄積運動エネルギーを利用して、商用電源から負荷に途切れなく電力を伝達する。システム６００はまた、マシンの速度とは独立に、フライホイールの蓄積エネルギーに関係なく、２つのソース６３０ａ及び６３０ｂから、電気マシンを介して、整流器、エネルギー貯蔵バンク、及びＤＣ－ＡＣコンバータに、そしてひいては負荷に、連続した電力の流れを提供する。

電気マシンは、周波数変換器６３３ａ及び６３３ｂの後の２つの入力ソースからの電圧変換を提供し、ＷＲＩＧ６１０、そしてひいては電圧Ｖ３の共通出力端子に対して、異なる又は同じ入力電圧Ｖ２及びＶ６であることができる。電圧変換が行われるのは、ＷＲＩＧ６１０が、その３つのステータ巻線６１２ａ－６１２ｃについて、相あたり異なる巻線数、異なる分布係数、及び異なるコーディング（chording）係数を持ち得るからである。システム６００は、商用電源が直接的にエネルギー貯蔵バンク６４０を充電することを許さず、むしろ、エネルギー貯蔵バンク６４０は専ら、ＡＣ－ＤＣ整流システム６４２を介して、唯一の供給として機能するステータ巻線６１２ｃによって充電される。ステータ巻線６１２ｃは単相又は多相とすることができる。エネルギー貯蔵バンク出力は、１つの出力ＤＣ－ＡＣ変換器６４４及び１つの出力パワーフィルタ６４６を有する。ＤＣ－ＡＣ変換器は単相又は多相のいずれかの出力を持ち得る。エネルギー貯蔵バンク６４０は、ウルトラキャパシタ、電気化学蓄電池、又は補助運動エネルギー装置とし得る。

図６は他の一例の移動ハイブリッド電力システム６００を示しているが、図６には様々な変形が為され得る。例えば、図６に示したコンポーネントは除去されたり他の構成で配置されたりすることができ、また、更なるコンポーネントが追加され得る。一般に、電力システムには多種多様な構成があり、図６はこの開示を如何なる特定の構成の電力システムにも限定しない。また、図６は移動ハイブリッド電力システムを使用することができる稼働環境の他の一例を示しているが、他の任意の好適システムでこの機能を使用してもよい。

図７は、この開示に従った他の一例の移動ハイブリッド電力システム７００を示している。図７に示すように、システム７００は、図２のシステム２００の対応するコンポーネントと同じ又は同様とし得る複数のコンポーネントを含む。例えば、システム７００は、原動機７０５に結合されるＷＲＩＧ７１０を含む。これらのコンポーネントは、図２のＷＲＩＧ２１０及び原動機２０５と同じ又は同様とし得る。

図７に示すように、システム７００は、複数の独立したエネルギー貯蔵バンク７４０ａ及び７４０ｂ、並びにデュアルＡＣ出力７６０ａ及び７６０ｂを含む。出力７６０ａ及び７６０ｂは、異なる周波数ｆ５及びｆ７、並びに異なる電圧レベルＶ５及びＶ７にあることができる。ＷＲＩＧ７１０は、１つの入力ステータ巻線７１２ａと、２つの独立した出力ステータ巻線７１２ｂ及び７１２ｃとを持つ。一実施形態において、全てのステータ巻線が、二重層重ね巻きの３相又はそれより多い相数の巻線である。また、これらステータ巻線は、別々の異なる電圧レベルを持つことができ、電気的に絶縁される。一実施形態において、ステータ巻線７１２ｂ及び７１２ｃの組み合わせでの定格皮相電力は、ステータ巻線７１２ａの定格皮相電力に等しいか、それに近いかであるべきである。ＷＲＩＧ７１０は直接的に又は変速機を介してシャフトに取り付けられており、商用電源７３０からステータ巻線７１２ａへの電力が利用できないとき、フライホイールが、慣性貯蔵エネルギーをＷＲＩＧ７１０に、そしてひいては２つの出力７６０ａ及び７６０ｂに提供することができる。システム７００はまた、ステータ巻線７１２ａにタップ付き巻線を含んでおり、それ故に、ＷＲＩＧ７１０が慣性エネルギー入力又は回転を持たなくても、出力７６０ａにある負荷は、マシン巻線のタップ率に従った、ソース電圧とは異なる電圧ではあるが、ユーティリティ周波数ｆａで直接、商用電力にアクセスし得る。

二重出力システム７００の更なる利点は、２つの負荷が、デューティサイクル、ピーク電力、パルス繰り返し率又は時定数に関して全く異なる特性のものであることができることである。例えば、出力７６０ａにある負荷は、例えばコンプレッサーなどの定常負荷であることができ、出力７６０ｂにある負荷は、相当な過渡電流及び電力を生じさせるものである例えばレーダなどのパルス負荷であることができる。エネルギー貯蔵バンク及び整流器を含んでおり、別々のステータスロット又は電気絶縁された別々の巻線セグメントに出力巻線Ｓ２及びＳ３を持つことにより、これらの２つの出力７６０ａと７６０ｂと間の電気的な相互作用がマシンレベルで最小化され、従って、一方の出力と他方の出力との干渉が殆ど又は全くない。例として３つのステータポートを持つＷＲＩＧ７１０が示されているが、当該概念は、任意の数のステータポートに拡張されることができる。例として１つのロータＡＣポートを持つＷＲＩＧ７１０が示されているが、当該概念は、複数のロータ多相ポートを持つ巻線ロータ電気マシンに拡張されることができる。

図７は他の一例の移動ハイブリッド電力システム７００を示しているが、図７には様々な変形が為され得る。例えば、図７に示したコンポーネントは除去されたり他の構成で配置されたりすることができ、また、更なるコンポーネントが追加され得る。一般に、電力システムには多種多様な構成があり、図７はこの開示を如何なる特定の構成の電力システムにも限定しない。また、図７は移動ハイブリッド電力システムを使用することができる稼働環境の他の一例を示しているが、他の任意の好適システムでこの機能を使用してもよい。

上述のように、開示された実施形態は、グリッドと発電機主電源との間で途切れなく切り替わることができる移動ハイブリッド電力システムを提供する。これは、例えば地上移動レーダシステム、ミサイル防衛システム、及び海上プラットフォームなど、どちらも含むシステムを必要とする又は好む数多くの用途にとって有利である。センサ及びサポート機器に対する電力能力が増す一方で、システム全体の重量及びサイズを削減する要求も増えているので、開示された電力システムは有益である。開示された電力システムはまた、有利なことに、移動性及び可搬性を維持しながら、ユニバーサルプラットフォームから、可変の電力周波数及び電圧レベルで、様々な負荷に電力を供給することができる。

本特許文献の全体を通して使用される特定の単語及びフレーズの定義を説明しておくことが有益であるかもしれない。用語“含む”及び“有する”、並びにこれらの派生語は、限定なしでの包含を意味する。用語“又は”は、及び／又はを意味する包括的なものである。“～と関連付けられる”なる言い回し、及びその派生語は、～を含む、～の中に含まれる、～と相互接続される、～を含有する、～内に含有される、～に又は～と接続する、～に又は～と結合する、～と通信可能である、～と協働する、～と交互である、～隣り合う、～に近接した、～に又は～と結合される、～を有する、～の特性を有する、～に又は～と関係を有する、又はこれらに類するものを意味し得る。“～のうちの少なくとも１つ”なる言い回しは、アイテムのリストとともに使用されるとき、リストアップされたアイテムのうちの１つ以上の様々な組み合わせが使用され得ることを意味し、リスト内の１つのアイテムのみが必要とされることもある。例えば、“Ａ、Ｂ、及びＣのうちの少なくとも１つ”は、以下の組み合わせ：Ａ、Ｂ、Ｃ、ＡとＢ、ＡとＣ、ＢとＣ、及びＡとＢとＣ、のうちの何れをも含む。

本出願における記載は、特定の要素、ステップ、又は機能がクレーム範囲に含まれていなければならない必須又は重要な要素であることを意味するものとして読まれるべきでない。特許される事項の範囲は、許可クレームによってのみ定められる。また、クレームは何れも、その特定のクレーム中で“する手段”又は“するステップ”なるそのままの語が、機能を特定する特定の言い回しに続かれて、明示的に使用されない限り、添付のクレーム又はクレーム要素に関して３５ＵＳＣ第１１２節（ｆ）を行使するものではない。クレーム内での、例えば（以下に限られないが）“機構”、“モジュール”、“デバイス”、“ユニット”、“コンポーネント”、“要素”、“部材”、“装置”、“機械”、“システム”、“プロセッサ”、又は“コントローラ”などの用語の使用は、クレームの特徴自体によって更に改良又は強化されるような、当業者に知られた構造を指すものと理解及び意図されるものであり、３５ＵＳＣ第１１２節（ｆ）を行使することを意図するものではない。

本開示は、特定の実施形態及び概して関連する方法を述べてきたが、これらの実施形態及び方法の改変及び並べ替えが当業者に明らかになる。従って、以上の実施形態例の説明は、本開示を定めたり制約したりするものではない。以下の請求項によって規定される本開示の精神及び範囲を逸脱することなく、その他の変形、代用、及び改変も可能である。

Claims (23)

1. シャフトを回転させるように構成された原動機と、
   巻線ロータ誘導発電機（ＷＲＩＧ）であり、当該ＷＲＩＧは、
   前記原動機の前記シャフトに結合され、前記シャフトが回転するときに回転するように構成されたロータであり、ロータ巻線を有するロータ、及び
   商用電源と負荷とに電気的に接続されたステータ巻線、
   を有し、
   前記ステータ巻線が前記商用電源から第１電力を受けるとき、当該ＷＲＩＧは、前記第１電力の少なくとも一部を前記負荷に出力する前に、前記第１電力の電圧を電圧変換する及び／又は前記第１電力の周波数を周波数変換するように構成され、
   前記ステータ巻線が前記商用電源から第１電力を受けないとき、当該ＷＲＩＧは、前記ロータの運動エネルギーによって第２電力を生成し、該第２電力の少なくとも一部を前記負荷に出力するように構成される、
   ＷＲＩＧと、
   を有するシステム。
2. 前記ステータ巻線に電気的に接続されたエネルギー貯蔵バンクであり、
   前記ＷＲＩＧから前記第１電力の第２部分を受け取り、
   前記ＷＲＩＧが前記商用電源から前記第１電力を受けている間に、前記第１電力の前記第２部分を蓄え、
   前記ＷＲＩＧから前記第２電力の第２部分を受け取り、
   前記ＷＲＩＧが前記第２電力を生成している間に、前記第２電力の前記第２部分を蓄える、
   ように構成されたエネルギー貯蔵バンク、
   を更に有する請求項１に記載のシステム。
3. 前記第１電力と前記第２電力との前記第２部分が前記エネルギー貯蔵バンクで受け取られる前に、前記第１電力及び前記第２電力を交流（ＡＣ）から直流（ＤＣ）に整流するように構成された整流器と、
   前記整流器又は前記エネルギー貯蔵バンクからの第３電力をＤＣからＡＣに変換するように構成されたインバータと、
   を更に有する請求項２に記載のシステム。
4. 前記インバータは更に、前記第３電力の周波数を、前記負荷に適した複数の周波数のうちのいずれかに変換するように構成される、請求項３に記載のシステム。
5. 前記整流器、前記エネルギー貯蔵バンク、及び前記インバータは、前記第１電力と前記第２電力との間での移行中に前記負荷を電気的にアイソレートするように構成される、請求項４に記載のシステム。
6. 前記ＷＲＩＧの前記ステータ巻線は、前記第１電力の電圧を、単相又は多相のいずれかである前記商用電源向けの複数の電圧レベルのうちのいずれかに、変換するように構成された複数のタップを有する、請求項１に記載のシステム。
7. 前記ロータ巻線に電気的に接続されたロータ励起電源であり、前記商用電源から前記第１電力を受けることと、前記第２電力を生成することと、の間で前記ＷＲＩＧが移行するときに、前記ロータを励起するように構成されたロータ励起電源、
   を更に有する請求項１に記載のシステム。
8. 前記ステータ巻線と前記商用電源との間に電気的に接続され、前記ステータ巻線から前記商用電源をはずすべく切り換わるように構成されたスイッチ、
   を更に有する請求項１に記載のシステム。
9. 当該システムは、前記商用電源から前記第１電力を受けることと、前記第２電力を生成することと、の間で途切れなく移行するように構成される、請求項１に記載のシステム。
10. シャフトを回転させるように構成された原動機と、
    巻線ロータ誘導発電機（ＷＲＩＧ）であり、当該ＷＲＩＧは、
    前記原動機の前記シャフトに結合され、前記シャフトが回転するときに回転するように構成されたロータであり、ロータ巻線を有するロータ、
    商用電源と負荷とに電気的に接続された第１のステータ巻線、及び
    エネルギー貯蔵バンクに電気的に接続された第２のステータ巻線、
    を有し、
    前記第１のステータ巻線が前記商用電源から第１電力を受けるとき、当該ＷＲＩＧは、前記第１電力の少なくとも一部を前記負荷に出力する前に、前記第１電力の電圧を電圧変換する及び／又は前記第１電力の周波数を周波数変換するように構成され、
    前記第１のステータ巻線が前記商用電源から第１電力を受けないとき、当該ＷＲＩＧは、前記ロータの運動エネルギーによって前記第２のステータ巻線を通じて第２電力を生成し、該第２電力の少なくとも一部を前記負荷に出力するように構成される、
    ＷＲＩＧと、
    を有するシステム。
11. 前記ＷＲＩＧは、前記第１電力の第２部分を前記エネルギー貯蔵バンクに出力するように構成され、
    前記エネルギー貯蔵バンクは、前記第１電力の前記第２部分を、前記商用電源から前記第１電力を受けることと前記第２電力を生成することとの間で前記ＷＲＩＧが移行するときに使用するために、蓄えるように構成される、
    請求項１０に記載のシステム。
12. 前記第２部分が前記エネルギー貯蔵バンクで受け取られる前に、前記第１電力の前記第２部分を交流（ＡＣ）から直流（ＤＣ）に整流するように構成された整流器と、
    前記整流器又は前記エネルギー貯蔵バンクからの第３電力を、ＤＣから、制御可能な周波数のＡＣ電力に変換するように構成されたインバータと、
    を更に有する請求項１１に記載のシステム。
13. 前記インバータは、電力及び電流の流れにおいて双方向であり、負荷エネルギーが前記エネルギー貯蔵バンクを充電することを可能にするよう構成される、請求項１２に記載のシステム。
14. 前記第１のステータ巻線は、前記第１電力の電圧を複数の電圧レベルのうちのいずれかに変換するように構成された複数のタップを有する、請求項１０に記載のシステム。
15. 当該システムは更に、第３のステータ巻線を有し、
    前記第１のステータ巻線は、第１の電圧レベルで前記商用電源から給電され、
    前記第３のステータ巻線は、第２の電圧レベルで第２の商用電源から給電され、
    前記第２のステータ巻線は、前記第１電力の第２部分を第３の電圧レベルで出力するように構成され、
    前記第２のステータ巻線は、前記ロータの前記運動エネルギーから得られたエネルギーを取り出し、該エネルギーを前記エネルギー貯蔵バンクに伝達するように構成され、
    その後、前記第１電力の前記第２部分が整流され、前記エネルギー貯蔵バンクを充電するのに使用される、
    請求項１０に記載のシステム。
16. 前記ロータ巻線に電気的に接続されたロータ励起電源であり、前記商用電源から前記第１電力を受けることと、前記第２電力を生成することと、の間で前記ＷＲＩＧが移行するときに、制御可能な周波数及び電力束で前記ロータを励起するように構成されたロータ励起電源、
    を更に有する請求項１０に記載のシステム。
17. 装置であって、
    原動機のシャフトに結合され、前記シャフトが回転するときに回転するように構成されたロータであり、ロータ巻線を有するロータと、
    商用電源と負荷とに電気的に接続されるように構成された少なくとも１つのステータ巻線と、
    を有し、
    前記少なくとも１つのステータ巻線が前記商用電源から第１電力を受けるとき、当該装置は、前記第１電力の少なくとも一部を前記負荷に出力する前に、前記第１電力の電圧を電圧変換する及び／又は前記第１電力の周波数を周波数変換するように構成され、
    前記少なくとも１つのステータ巻線が前記商用電源から第１電力を受けないとき、当該装置は、前記ロータの運動エネルギーによって第２電力を生成し、該第２電力の少なくとも一部を前記負荷に出力するように構成される、
    装置。
18. 前記少なくとも１つのステータ巻線は更に、整流後にエネルギー貯蔵バンクに電気的に接続されるように構成され、
    当該装置は、前記第１電力の第２部分を前記エネルギー貯蔵バンクに出力するように構成され、前記エネルギー貯蔵バンクが、前記第１電力の前記第２部分を、前記商用電源から前記第１電力を受けることと前記第２電力を生成することとの間で当該装置が移行するときに使用するために蓄える、
    請求項１７に記載の装置。
19. 前記少なくとも１つのステータ巻線は、
    前記負荷に電気的に接続され、ＡＣ電源を提供するように構成された第１のステータ巻線と、
    整流後に前記エネルギー貯蔵バンクに電気的に接続される第２のステータ巻線であり、該整流が双方向であることで、前記エネルギー貯蔵バンクに蓄えられた余剰エネルギーが当該第２のステータ巻線を介して当該装置に戻ることが可能である、第２のステータ巻線と、
    を有する、請求項１８に記載の装置。
20. 前記少なくとも１つのステータ巻線は、前記第１電力の電圧を複数の電圧レベルのうちのいずれかに変換するように構成された複数のタップを有する、請求項１７に記載の装置。
21. ロータエネルギーが取り出されるときのモードにおいてステータ出力の周波数及び電圧を略一定に維持するために、前記ロータの励起は、前記ロータからエネルギーが取り出されるにつれてロータ速度が低下するのに直接応答して周波数が上昇することを可能にする可変周波数励起特性を有する、請求項１７に記載の装置。
22. 前記少なくとも１つのステータ巻線は、第１のステータ巻線と第２のステータ巻線とを有し、前記エネルギー貯蔵バンクは、第１のエネルギー貯蔵バンクを有し、
    前記第１のステータ巻線は、前記第１のエネルギー貯蔵バンクを充電するように構成され、
    前記第２のステータ巻線は、第２のエネルギー貯蔵バンクを充電するように構成され、
    前記第１及び第２のエネルギー貯蔵バンクは、独立したバス上で使用されるように、又は共通の負荷に電力供給するように組み合わせて使用されるように構成される、
    請求項１８に記載の装置。
23. 前記第１のステータ巻線は、前記第１のエネルギー貯蔵バンクを第１の電圧レベルで充電するように構成され、
    前記第２のステータ巻線は、前記第２のエネルギー貯蔵バンクを第２の電圧レベルで充電するように構成され、
    前記第１及び第２のエネルギー貯蔵バンクの各々が独立した充放電時間又はプロファイルを有する、
    請求項２２に記載の装置。

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