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技術 電力システム構成のための方法およびモジュールシステム

出願人 ジーイー・アビエイション・システムズ・エルエルシー
発明者 ホアン,ハオ
出願日 2017年6月16日 (3年8ヶ月経過) 出願番号 2019-504836
公開日 2019年8月22日 (1年5ヶ月経過) 公開番号 2019-523626
状態 拒絶査定
技術分野
  • -
主要キーワード 電力供給接続 電力リード フィルタリング素子 組合せモジュール パワーエレクトロニクスシステム モジュール式システム モジュール構成部品 電力構成
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図面 (8)

課題・解決手段

電力システム構成を組み立てるための方法およびモジュール式システムは、第1のDC入力およびDC出力を有する直流(DC)出力モジュールと、DC入力/出力および交流(AC)入力/出力を有する共通パワーモジュールと、AC入力および第1のAC出力を有するAC出力モジュールと、第2のDC入力および第2のAC出力を有する励磁機パワーモジュールとを含む。

概要

背景

エネルギー変換で使用されるパワーエレクトロニクスシステム。例えば、電力システム構成のパワーエレクトロニクスシステムは、普通、電気機械または発電機などの電源からの電力供給を受けて、その受け取った電力を、電気負荷のために定められた所望の電力に変換するのが一般的である。供給電力を電気負荷のための所望の電力に変換することは、電気負荷の電力システム構成の電気特性に基づくことができる。

概要

電力システム構成を組み立てるための方法およびモジュール式システムは、第1のDC入力およびDC出力を有する直流(DC)出力モジュールと、DC入力/出力および交流(AC)入力/出力を有する共通パワーモジュールと、AC入力および第1のAC出力を有するAC出力モジュールと、第2のDC入力および第2のAC出力を有する励磁機パワーモジュールとを含む。

目的

図2は、図1のモジュール式電力電子変換ステム14の一部分として選択的に提供する

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請求項1

DC入力/出力(50)および交流(AC)入力/出力(48)を有する共通パワーモジュール(26)と、第1のDC入力(32)およびDC出力(36)を有する直流(DC)出力モジュール(24)、またはAC入力(68)および第1のAC出力(70)を有するAC出力モジュール(28)のうちの少なくとも1つとを備え、前記第1のDC入力(32)が、前記DC入力/出力(50)に接続するように構成され、または、前記AC入力/出力(48)が、前記AC入力(68)、第2の共通パワーモジュール(326)のAC入力/出力(48)、またはAC発電機(86、88)出力のうちの1つに接続するように構成された、電力システム構成(10)を組み立てるためのモジュール式システム

請求項2

前記共通パワーモジュール(26)が、少なくとも3レグパワーブリッジ(54)およびコントローラモジュール(58)を含み、前記コントローラモジュール(58)が、前記3レグパワーブリッジ(54)と通信可能に結合され、前記DC入力/出力(50)で受け取ったDC電力を前記AC入力/出力(48)に供給されるAC電力逆変換すること、または前記AC入力/出力(48)で受け取ったAC電力を前記DC入力/出力(50)に供給されるDC電力に変換することのうちの少なくとも1つを行うように、前記3レグパワーブリッジ(54)を動作させるように構成された、請求項1記載のモジュール式システム。

請求項3

前記共通パワーモジュール(26)が、前記コントローラモジュール(58)と結合された第1の通信ポート(34)、および前記コントローラモジュール(58)と結合された第2の通信ポート(34)を含む、請求項2記載のモジュール式システム。

請求項4

前記DC出力モジュール(24)が、第3の通信ポート(34)、および前記DC出力(36)に供給された電力を検知するように構成された電力センサを含み、前記第3の通信ポート(34)が、前記第1または第2の通信ポート(34)のうちの少なくとも1つと選択的に結合するように構成された、請求項3記載のモジュール式システム。

請求項5

前記AC出力モジュール(28)が、第4の通信ポート(34)、および前記第1のAC出力(70)に供給された電力を検知するように構成された電力センサを含み、前記第4の通信ポート(34)が、前記第1または第2の通信ポート(34)のうちの少なくとも1つと選択的に結合するように構成された、請求項3記載のモジュール式システム。

請求項6

前記DC入力/出力(50)に接続するように構成された第2のDC入力(74)、および第2のAC出力(76)を有する励磁機パワーモジュール(30)をさらに含み、前記励磁機パワーモジュールが第5の通信ポート(34)を含み、前記第5の通信ポート(34)が、前記第1または第2の通信ポート(34)のうちの少なくとも1つと選択的に結合するように構成された、請求項3記載のモジュール式システム。

請求項7

前記共通パワーモジュール(26)が、4レグパワーブリッジ(54)およびコントローラモジュール(58)を含み、前記コントローラモジュール(58)が、前記4レグパワーブリッジ(54)と通信可能に結合され、前記DC入力/出力(50)で受け取ったDC電力を前記AC入力/出力(48)に供給される4相AC電力に逆変換すること、または前記AC入力/出力(48)で受け取った4相AC電力を前記DC入力/出力(50)に供給されるDC電力に変換することのうちの少なくとも1つを行うように、前記4レグパワーブリッジ(54)を動作させるように構成された、請求項1記載のモジュール式システム。

請求項8

前記DC入力/出力(50)に接続するように構成された第2のDC入力(74)、および第2のAC出力(76)を有する励磁機パワーモジュール(30)をさらに含み、前記励磁機パワーモジュール(30)が、前記第2のDC入力(74)で受け取ったDC電力を、前記第2のAC出力(76)に供給される3相励磁機電力信号に逆変換するようにインバータとして前記励磁機パワーモジュール(30)を動作させるように構成された3レグパワーブリッジ(80)を含む、請求項1記載のモジュール式システム。

請求項9

前記電力システム構成(10)が、始動機/発電機(86)のために構成されたDC出力電力システム構成、発電機(86、88)のために構成されたDC出力電力システム構成、ACからDC電力へのコンバータ、始動機/発電機(86)のために構成されたAC出力電力システム構成、発電機(86、88)のために構成されたAC出力電力システム構成、またはACからAC電力へのコンバータのうちの少なくとも1つを含むことができる、請求項1記載のモジュール式システム。

請求項10

電力電子変換システム構成(10)を組み立てる方法であって、電力電子変換システム構成(10)の設計を決定するステップと、前記決定された電力電子変換システム構成(10)の設計に基づいて、DC入力/出力(50)およびAC入力/出力(48)を有する共通パワーモジュール(26)を、第1のDC入力(32)およびDC出力(36)を有するDC出力モジュール(24)、AC入力(68)および第1のAC出力(70)を有するAC出力モジュール(28)、または第2のDC入力(74)および第2のAC出力(76)を有する励磁機パワーモジュール(30)のうちの少なくとも1つに接続するステップと、前記共通パワーモジュール(26)によって、前記DC出力モジュール(24)、前記AC出力モジュール(28)、または前記励磁機パワーモジュール(30)のうちの前記少なくとも1つを検出するステップと、前記少なくとも1つの検出されたモジュール(24、28、30)に基づいて、前記電力電子変換システム構成(10)を動作させるステップとを含む方法。

技術分野

0001

本発明は、電力システム構成のための方法およびモジュールシステムに関する。

背景技術

0002

エネルギー変換で使用されるパワーエレクトロニクスシステム。例えば、電力システム構成のパワーエレクトロニクスシステムは、普通、電気機械または発電機などの電源からの電力供給を受けて、その受け取った電力を、電気負荷のために定められた所望の電力に変換するのが一般的である。供給電力を電気負荷のための所望の電力に変換することは、電気負荷の電力システム構成の電気特性に基づくことができる。

先行技術

0003

米国特許第5477091号明細書

0004

1つの態様では、本開示は、DC入力/出力および交流(AC:alternating current)入力/出力を有する共通パワーモジュールと、第1のDC入力およびDC出力を有する直流(DC:direct current)出力モジュール、またはAC入力および第1のAC出力を有するAC出力モジュールのうちの少なくとも1つとを含む、電力システム構成を組み立てるためのモジュール式システムに関する。第1のDC入力は、DC入力/出力に接続するように構成され、または、AC入力/出力は、AC入力、第2の共通パワーモジュールのAC入力/出力、またはAC発電機出力のうちの1つに接続するように構成される。

0005

別の態様では、本開示は、電力電子変換システム構成の設計を決定するステップと、決定された電力電子変換システム構成の設計に基づいて、DC入力/出力およびAC入力/出力を有する共通パワーモジュールを、第1のDC入力およびDC出力を有するDC出力モジュール、AC入力および第1のAC出力を有するAC出力モジュール、または第2のDC入力および第2のAC出力を有する励磁機パワーモジュールのうちの少なくとも1つに接続するステップと、共通パワーモジュールによって、DC出力モジュール、AC出力モジュール、または励磁機パワーモジュールのうちの少なくとも1つを検出するステップと、少なくとも1つの検出されたモジュールに基づいて、電力電子変換システム構成を動作させるステップとを含む、電力電子変換システム構成を組み立てる方法に関する。

0006

さらに別の態様では、本開示は、第1のDC入力およびDC出力を有するDC出力モジュールと、DC入力/出力およびAC入力/出力を有する共通パワーモジュールと、AC入力および第1のAC出力を有するAC出力モジュールと、第2のDC入力および第2のAC出力を有する励磁機パワーモジュールとを含む、航空機の電力システム構成を組み立てるためのモジュール式システムに関する。第1のDC入力は、DC入力/出力に接続するように構成され、AC入力/出力は、AC入力、第2の共通パワーモジュールのAC入力/出力、またはAC発電機出力のうちの1つに接続するように構成され、第2のDC入力は、DC入力/出力に接続するように構成され、共通パワーモジュール、およびDC出力モジュール、AC出力モジュール、または励磁機パワーモジュールのうちの少なくとも1つは、始動機/発電機のために構成されたDC出力電力システム構成、発電機のために構成されたDC出力電力システム構成、ACからDC電力へのコンバータ、始動機/発電機のために構成されたAC出力電力システム構成、発電機のために構成されたAC出力電力システム構成、またはACからAC電力へのコンバータのうちの少なくとも1つを組み立てるように選択的に接続可能である。

図面の簡単な説明

0007

本明細書で説明する様々な態様による、電力システム構成の概略図である。
本明細書で説明する様々な態様による、図1の電力システム構成のためのモジュール式電力電子変換システム構成部品のセットの概略図である。
本明細書で説明する様々な態様による、発電機のための電力システム構成の概略図である。
本明細書で説明する様々な態様による、3相電源のための電力システム構成の概略図である。
本明細書で説明する様々な態様による、発電機のための別の電力システム構成の概略図である。
本明細書で説明する様々な態様による、3相電源のための別の電力システム構成の概略図である。
本明細書で説明する様々な態様による、電力システム構成を組み立てる方法を示すフロー図の例である。

実施例

0008

本発明は、電源からの第1の電力を変換、整流変調、その他変更して第2の電力にするように構成された任意の環境で実行することができる一方で、本開示の態様は、電力を供給する任意の電源に適用することができ、限定するものではないが、発電機、始動機/発電機、電気機械、電池、3相または4相電力などの交流(AC)電源、あるいは直流(DC)電源を含むことができる。さらに、本開示の態様は、限定するものではないが、航空機の電力システム、水上または上の乗物の電力システム、永久構造物の電力システムなどを含む多くの物理的な環境で適用することができる。

0009

様々な要素「のセット」が記述されているが、「セット」は、1つのみの要素を含む任意の数のそれぞれの要素を含み得ることは理解される。また、センサは、本明細書で使用するとき、それぞれの値を「検知するもの」または「測定するもの」として記述されることがあるが、検知することまたは測定することは、その値自体を直接検知するまたは測定することよりむしろ、それぞれの値を示す値または関係する値を決定することを含むことができる。検知されたまたは測定された値は、さらなる構成部品にさらに提供することができる。例えば、その値は、コントローラモジュールまたはプロセッサに提供することができ、コントローラモジュールまたはプロセッサはその値について処理を実行して代表値または前記値を代表する電気特性を決定することができる。さらに、電流または電圧を検知するまたは測定することが記述されることがあるが、電力特性を検知または測定するように構成された任意のセンサを含むことができる。

0010

接続に関する言及(例えば、取り付けられた、結合された、接続された、および接合された)は、広義解釈すべきであり、別途指示されていない限り、一群の要素間の中間部材および要素間の相対移動を含むことができる。したがって、接続または結合に関する言及は、必ずしも2つの要素が直接接続され、互いに固定された関係にあることを示唆するものではない。例示する図面は、単に例示の目的であり、本明細書に添付の図面中に示された寸法、位置、順序、および相対的な大きさは変わり得る。

0011

図1は、電力を供給するために構成された、または電力を供給することを可能にする電源12と、入力16および出力18を有するモジュール式電力電子変換システム14と、電気負荷20とを有する電力システム構成10を概略的に示している。電力システム構成は電気負荷のセットを含むことができるが、簡潔にするため、単一の電力負荷20のみが概略的に示されている。電源12は、モジュール式電力電子変換システム14の入力16と電気的に結合され、電源12からモジュール式電力電子変換システム14の入力16に第1の電力を供給するように構成される。モジュール式電力電子変換システム14の出力18は、電気負荷20とさらに電気的に結合され、モジュール式電力電子変換システム14の出力18から電気負荷20に第2の電力を供給するように構成される。第1の電力は、モジュール式電力電子変換システム14によって異なる第2の電力に変換、変化、調節、またはその他変更される。第1の電力を第2の電力に変更することには、限定するものではないが、逆変換、整流、変調、昇圧または降圧、あるいはこれらの組合せを含む任意の電力調節を含むことができる。本開示の1つの態様では、第2の電力は、電力システム構成10、または電気負荷20の電気的な要件に基づいて、あるいは電気負荷20に基づいて選択された、または構成された所望の電力とすることができる。

0012

図2は、図1のモジュール式電力電子変換システム14の一部分として選択的に提供することができるモジュール式電力電子変換システム構成部品22のセットを示す。図示のように、モジュール式電力電子変換システム構成部品22のセットは、DC出力またはDC出力/電磁妨害EMI:electromagnetic interference)組合せモジュール24、共通パワーモジュール26、AC出力またはAC出力/EMI組合せモジュール28、および励磁機パワーモジュール30を含むことができる。

0013

DC出力/EMIモジュール24は、DC電力入力を受け取るように構成された電力入力リード32、通信リード34または通信ポート、およびDC電力出力を供給するように構成された電力出力リード36のセットを含むことができる。DC出力/EMIモジュール24はまた、限定するものではないが、電気的に接続された電力入力リード32と電力出力リード36との間に配置されたインダクタ38、キャパシタ40、電磁障害フィルタ、電磁障害保護部、チョークトランス、またはこれらの組合せなどを含む電力フィルタリング素子のセットを含むことができる。電力フィルタリング素子は、EMIフィルタリング、あるいは電力入力リード32で受け取った電力の電流、電圧、または電力のフィルタリングを可能にして、フィルタリングした電力を電力出力リード36に供給するように選択的に構成、配置、または提供することができる。

0014

DC出力/EMIモジュール24はまた、例えば、入力リード32から出力リード36に送られた電流、または出力リード36での電圧をそれぞれ検知または測定するように構成された、電力入力リード32と電力出力リード36との間で電気的に直列電流センサ42または電圧センサ44を含むことができる。電流センサ42または電圧センサ44は、それぞれ検知したもの、または測定したものを、通信リード34と接続された通信チャネル46、通信バス、または通信ラインに提供するように構成することができる。このようにして、電流センサ42または電圧センサ44は、それぞれの測定値を通信リード34に提供することができる。

0015

共通パワーモジュール26は、第1の電力入力/出力48、第2の電力入力/出力50、および、ここでは2つの通信リード34として示されているが、少なくとも1つの通信リード34を含むことができる。第1の電力入力/出力48は、3相または4相AC電力を供給または受け取るように構成された電力リードのセットを含むことができ、第2の電力入力/出力50は、DC電力を供給または受け取るように構成された電力リードのセットを含むことができる。1つの例示的な構成では、4相電力は3つのAC相と1つの中性相を含むことができる。第2の電力入力/出力50は、DC電力を供給または受け取るように構成された電力リードのセットを含むことができる。

0016

コンバータ52は、第1の電力入力/出力48と第2の電力入力/出力50との間に配置することができ、制御可能なトランジスタ56のセットを有するトランジスタブリッジ54またはパワーブリッジを含むことができる。コンバータ52、トランジスタブリッジ54、または制御可能なトランジスタ56のセットは、ゲートドライバ57と通信可能に結合することができ、ゲートドライバ57からのゲートドライブ信号を受け取ったことに応答して制御することができる。コンバータ52、トランジスタブリッジ54、または制御可能なトランジスタ56のセットは、ゲートドライブ信号に応答して動作して、第1または第2の電力入力/出力48、50のうちの一方で受け取った電力などの第1の電力を、第1または第2の電力入力/出力48、50のうちの他方に供給される第2の電力に変換することができる。第1または第2の電力の非限定的な例は、400Hzの115ボルトAC、±270ボルトDC、または60Hzの120ボルトACを含むことができる。

0017

共通パワーモジュール26はまた、プロセッサ60およびメモリ62を有するコントローラモジュール58を含むことができる。メモリ62は、ゲートドライバ57、コンバータ52、またはモジュール式電力電子変換システム構成部品22のセットを動作させるための動作制御プロファイルまたはプログラムのセットを記憶することができる。メモリ62は、ランダムアクセスメモリ(RAM:random access memoy)、読み出し専用メモリ(ROM:read only memory)、フラッシュメモリ、あるいは、ディスク、DVD、CD−ROMなどの1つまたは複数の様々なタイプの可搬の電子メモリ、あるいは、これらのタイプのメモリの任意の適切な組合せを含むことができる。コントローラモジュール58は、メモリ62と動作可能に結合することができ、その結果、コントローラモジュール58およびメモリ62のうちの1つは、前述の構成部品の動作を制御するための実行可能な命令セット、またはそれらを動作させる方法を有するコンピュータプログラムのすべて、または一部分を含むことができる。プログラムは、機械実行可能な命令またはデータ構造担持または記憶するための機械読み取り可能な媒体を含むことができるコンピュータプログラム製品を含むことができる。このような機械読み取り可能な媒体は、汎用または専用のコンピュータ、あるいはプロセッサを有する他の機械によってアクセスすることができる利用可能な任意の媒体とすることができる。概して、このようなコンピュータプログラムは、特定のタスクを実行する、または特定の抽象データ型を実施する技術的効果を有するルーチン、プログラム、オブジェクトコンポーネント、データ構造、アルゴリズムなどを含むことができる。

0018

機械実行可能な命令、関連するデータ構造、およびプログラムは、本明細書で開示するような情報の交換を実行するためのプログラムコードの例を表している。機械実行可能な命令は、例えば、汎用コンピュータ、専用コンピュータ、コントローラモジュール58、または専用処理機械に特定の機能、または一群の機能を実行させる命令およびデータを含むことができる。実行時、これらの機能は、プロセッサ60によって実行することができる実行可能な命令のセットを含むコンピュータプログラムに変換することができる。

0019

共通パワーモジュールはまた、例えば、第1の電力入力/出力48と結合された電力のそれぞれのレグまたは相に対する電流センサ42のセット、あるいは第2の電力入力/出力50の電圧出力と結合された電圧センサ44を含むことができる。このようにして、電流センサ42のセットは、対応する多レグまたは多相の入力/出力リード48のセットを通って送られた電流を検知または測定するように構成することができ、あるいは、電圧センサ44は、第2の電力入力/出力リード50での電圧を検知または測定することができる。電流センサ42または電圧センサ44は、それぞれ検知したもの、または測定したものを、コントローラモジュール58と接続された通信チャネル64、通信バス、または通信ラインに提供するように構成することができる。このようにして、電流センサ42または電圧センサ44は、それぞれの測定値をコントローラモジュール58に提供することができる。コントローラモジュール58はさらに、少なくとも1つの通信リード34と通信可能に結合することができる。

0020

非限定的な例として、プロセッサ60またはコントローラモジュール58は、コンバータ52、トランジスタブリッジ54、または制御可能なトランジスタ56のセットによって変換された電力をそれぞれの電流または電圧センサ42、44によって監視するように構成することができ、通信チャネル64と通信することができる。本開示の別の態様では、プロセッサ60またはコントローラモジュール58はまた、少なくとも1つの電流または電圧センサ42、44を有するモジュール式電力電子変換システム構成部品22の別のセットの電力を監視するように構成することができる。例えば、それぞれのセンサ42、44と接続され、共通パワーモジュール26の通信リード34とさらに接続された通信チャネル46を有するモジュール式電力電子変換システム構成部品22の別のセットは、センサ42、44が検知または測定した値をプロセッサ60またはコントローラモジュール58に通信可能に提供することができる。プロセッサ60またはコントローラモジュール58は、受け取った検知または測定された値のセットまたはサブセットに基づいて、モジュール式電力電子変換システム14、モジュール式電力電子変換システム構成部品22のセットまたはサブセット、あるいはゲートドライバ57を制御可能に動作させるようにさらに構成することができる。

0021

本開示の非限定的な別の態様として、プロセッサ60またはコントローラモジュール58はまた、コンバータ52のトランジスタブリッジ54のためのゲートドライブ信号を駆動、制御、発生し、またはゲートドライバ57に提供するように構成することができ、ゲートドライバ57は、トランジスタブリッジ54を動作させるように制御可能なトランジスタ56のセットを選択的に動作させることができる。例えば、本開示の1つの非限定的な構成では、共通パワーモジュール26は、第2の電力入力/出力50でDC電力を受け取って、受け取ったDC電力を、第1の電力入力/出力48で3相AC電力と中性相レグを有する4レグ出力に変換することができるように構成することができる。この例では、プロセッサ60またはコントローラモジュール58は、正弦波変調プロファイルまたはプログラム、あるいは空間ベクトル変調プロファイルまたはプログラムを動作させることができ、その結果、トランジスタブリッジ54のスイッチングによって、第1の電力入力/出力48に所望の4レグ出力が与えられる。本開示の別の非限定的な構成では、共通パワーモジュール26は、第1の電力入力/出力48でAC電力を受け取り、受け取ったAC電力を、第2の電力入力/出力50でDC電力出力に変換するように構成することができる。この例では、プロセッサ60またはコントローラモジュール58はまた、トランジスタブリッジ54が第2の電力入力/出力50に所望のDC出力を与えるように、整流プロファイルまたはプログラムを動作させることができる。

0022

共通パワーモジュール26は、第1の電力入力/出力48で4レグおよび4相のリードのセットを有するように示され説明されているが、本開示は、共通パワーモジュール26が、第1の電力入力/出力48で3レグまたは3相のリードのセットを与えるように構成され、配置され、または制御可能に動作する態様を含むことができる。例えば、トランジスタブリッジ54のサブセットのオプションの配置(点線66で示されている)は、入力/出力48の第4のレグまたは第4のリードを制御可能に動作させるためのトランジスタ56のセット、および第4のレグを通る電流を検知または測定するように構成された電流センサ42を含む。共通パワーモジュール26は、ゲートドライバ57、コントローラモジュール58、またはプロセッサ60のうちの少なくとも1つによって選択的に有効になる、または選択的に動作可能になる、あるいは、モジュール式電力電子変換システム14または電力システム構成10の特定の実行に基づいて選択的に取り外し可能になる、第4のレグのためのオプションの構成部品66を含むことができる態様を含むことができる。本開示の別の態様では、共通パワーモジュール26の第1のバージョンは、第1の電力入力/出力48の4レグまたは4相構成を含むが、共通パワーモジュール26の第2のバージョンは、第1の電力入力/出力48の3レグまたは3相構成を含む、複数の共通パワーモジュール26の構成部品を含むことができる。

0023

AC出力/EMIモジュール28は、3相または4相AC電力入力を受け取るように構成された電力入力リード68のセット、通信リード34、および3相または4相AC電力出力を供給するように構成された電力出力リード70のセットを含むことができる。AC出力/EMIモジュール28はまた、限定するものではないが、電気的に接続された電力入力リード68と電力出力リード70との間に配置されたインダクタ38、キャパシタ40、電磁障害フィルタ、電磁障害保護部、チョーク、トランス、またはこれらの組合せなどを含む電力フィルタリング素子のセットを含むことができる。電力フィルタリング素子は、EMIフィルタリング、あるいは電力入力リード68で受け取った電力の電流、電圧、または電力のフィルタリングを可能にして、フィルタリングした電力を電力出力リード70に供給するように選択的に構成、配置、または提供することができる。

0024

AC出力/EMIモジュール28はまた、例えば、入力リード68から出力リード70に送られた電流、または出力リード70での電圧をそれぞれ検知または測定するように構成された、電力入力リード68と電力出力リード70との間で電気的に直列の電流センサ42のセットまたは電圧センサ44を含むことができる。電流センサ42または電圧センサ44は、それぞれ検知したもの、または測定したものを、通信リード34と接続された通信チャネル46、通信バス、または通信ラインに提供するように構成することができる。このようにして、電流センサ42または電圧センサ44は、それぞれの測定値を通信リード34に提供することができる。

0025

AC出力/EMIモジュール28は、共通パワーモジュール26と同様に、オプションの配置(点線72の輪郭で示されている)が、第4のレグまたは第4の相のための電力フィルタリング素子のサブセット、および第4のレグのための電流または電圧センサ42、44を含むことができる態様を含むことができる。AC出力/EMIモジュール28は、選択的に有効になる、または選択的に動作可能になる、あるいは、モジュール式電力電子変換システム14または電力システム構成10の特定の実行に基づいて選択的に取り外し可能になる、第4のレグのためのオプションの構成部品72を含むことができる態様を含むことができる。本開示の別の態様では、AC出力/EMIモジュール28の第1のバージョンは、4レグまたは4相構成を含むが、AC出力/EMIモジュール28の第2のバージョンは、3レグまたは3相構成を含む、複数のAC出力/EMIモジュール28の構成部品を含むことができる。図示のように、第4のレグを有するAC出力/EMIモジュール28は、第4のレグが中性接続部または接地接続部を定める、またはそれらと電気的に結合される態様を含むことができる。

0026

励磁機パワーモジュール30は、DC電力を受け取るように構成された電力入力リード74、3相電力を供給するように構成された電力出力リード76、および少なくとも1つの通信リード34を含むことができる。コンバータ78は、電力入力リード74と電力出力リード76との間に配置することができ、制御可能なトランジスタ82のセットを有するトランジスタブリッジ80またはパワーブリッジを含むことができる。コンバータ78、トランジスタブリッジ80、または制御可能なトランジスタ82のセットは、ゲートドライバ84と通信可能に結合することができ、ゲートドライバ84からのゲートドライブ信号を受け取ったことに応答して制御することができる。コンバータ78、トランジスタブリッジ80、または制御可能なトランジスタ82のセットは、ゲートドライブ信号に応答して動作して、電力入力リード74で受け取ったDC電力などの第1の電力を、電力出力リード76に供給される第2の電力に変換することができる。ゲートドライバ84はさらに、通信リード34と通信可能に結合することができる。1つの非限定的な例の構成では、ゲートドライバ84、コンバータ78、トランジスタブリッジ80、または制御可能なトランジスタ82のセットの動作は、発電機または始動機/発電機(図示せず)の励磁機ロータに電気を発生させる、誘導する、駆動する、または導くように構成することができる。

0027

この例では、励磁機パワーモジュール30が発電機または始動機/発電機と結合されているとき、励磁機パワーモジュール30は、励磁機ステータ巻線のセットを制御して励磁することによって、励磁機ロータに電気を発生させる、誘導する、駆動する、または導くことができる。例えば、ゲートドライバ84によって励磁機ステータ巻線に電気を発生させる、誘導する、駆動する、または導くことは、例えば、発電機または始動機/発電機が電力システム構成10の電源として動作しているとき、発電機または始動機/発電機によって与えられた位相、電圧、電流、または電力をさらに制御するように動作することができる。本開示の別の非限定的な態様では、ゲートドライバ84は、共通パワーモジュール26のコントローラモジュール58またはプロセッサ60と通信可能に結合することができ、メモリ62はまた、ゲートドライバ84を動作させるための動作制御プロファイルまたはプログラムのセットを記憶することができる。このようにして、プロセッサ60またはコントローラモジュール58は、コンバータ78のトランジスタブリッジ80のためのゲートドライブ信号を駆動し、発生させ、または与えるように、ゲートドライバ84と通信可能になって、ゲートドライバ84を制御して、動作させて、またはそれに命令することができ、それによって、制御可能なトランジスタ82のセットを選択的に動作させて、発電機の励磁プロファイルまたはプログラムにしたがってトランジスタブリッジ80を動作させることができる。発電機の励磁プロファイルまたはプログラムは、電力入力リード74で受け取ったDC電力を電力出力リード76に供給される励磁AC電力に制御可能に変換することができる。

0028

励磁機パワーモジュール30はまた、例えば、入力リード74から出力リード76に送られた電流、または出力リード76での電圧をそれぞれ検知または測定するように構成された、電力入力リード74と電力出力リード76との間で電気的に直列の電流センサ42のセットまたは電圧センサ44を含むことができる。電流センサ42または電圧センサ44は、それぞれ検知したもの、または測定したものを、例えば、ゲートドライバ84によって、通信リード34に提供するように構成することができる。このようにして、電流センサ42または電圧センサ44は、それぞれの測定値を通信リード34に提供することができる。

0029

モジュール式電力電子変換システム構成部品22のセットは、特定の入力または出力がそれに対応して左側または右側で接続されているように示されているが、構成部品22の構成は、鏡像配置を含むことができる。このように、示されている入力/出力と左/右の構成は、理解するために示された単なる一構成であり、反対の右手左手側での反対の入力または出力の接続を有するさらなる構成も考えられる。

0030

モジュール式電力電子変換システム14は、モジュール式電力電子変換システム構成部品22のセットまたはサブセットを、電力システム構成10で電力変換ができるように選択的に構成または配置することができる態様を含むことができる。本開示は、DC出力/EMIモジュール24のDC電力入力リード32を、共通パワーモジュール26のDC第2の電力入力/出力と選択的に接続するように構成することができる、さらなる態様を含むことができる。本開示は、共通パワーモジュール26のAC第1の電力入力/出力48を、AC出力/EMIモジュール28のAC電力入力リード68、別の共通パワーモジュール26のAC第1の電力入力/出力48、または電源12のAC出力のうちの1つに選択的に接続するように構成することができる、さらなる態様を含むことができる。本開示のさらに別の態様では、励磁機パワーモジュール30のDC電力入力リード74は、共通電力モジュール26のDC第2の電力入力/出力50と選択的に接続するように構成することができる。このようにして、モジュール式電力電子変換システム14は、少なくとも1つの共通パワーモジュール26、およびDC出力/EMIモジュール24、AC出力/EMIモジュール28、または励磁機パワーモジュール30の群のうちの少なくとも1つを含んで電力システム構成10を組み立てることができる。

0031

図3は、本開示の1つの態様を示しており、ここでは、モジュール式電力電子変換システム構成部品のサブセットが、電力システム構成110のためのモジュール式電力電子変換システム114として構成されている。この非限定的な構成では、モジュール式電力電子変換システム114は、DC出力始動機/発電機のためのインバータ/コンバータとして動作可能となるように構成されている。この非限定的な構成の別の態様では、モジュール式電力電子変換システム114は、DC出力発電機のためのコンバータとして動作可能となるように構成されている。図示のように、電源12は、3相電力(L1、L2、およびL3)を発生してモジュール式電力電子変換システム114の入力16に供給するように構成された主機ステータ巻線を有する発電機86または始動機/発電機を含むことができる。3相電力は、モジュール式電力電子変換システム114の入力16から共通パワーモジュール26の第1の電力入力/出力48に供給することができる。

0032

モジュール式電力電子変換システム114は、DC出力/EMIモジュール24の電力入力リード32を、共通パワーモジュール26の第2の電力入力/出力50に接続するように、さらに選択的に構成することができる。DC出力/EMIモジュール24の電力出力リード36は、モジュール式電力電子変換システム114の出力18とさらに接続することができ、最終的に電気負荷20と接続することができる。

0033

励磁機パワーモジュール30の電力入力リード74もまた、共通パワーモジュール26の第2の電力入力/出力50に接続することができ、これは、DC出力/EMIモジュール24と電気的に並列である。励磁機パワーモジュール30の電力出力リード76は、発電機86または始動機/発電機の励磁機巻線(L4、L5、およびL6)のセットとさらに接続することができる。このようにして、本開示の態様は、ACからDC電力へのコンバータ、または発電機86または始動機/発電機のために構成されたAC出力電力システム構成110を提供する、または可能にすることができる。

0034

本開示の別の態様では、励磁機パワーモジュール30は、それぞれの通信リード34を接続することによって共通パワーモジュール26と通信可能に結合することができ、DC出力/EMIモジュール24は、共通パワーモジュール26とそれぞれの通信リード34を接続することによって通信可能に結合することができる。

0035

図示のモジュール式電力電子変換システム114の態様は、コンバータとして動作して、発電機86が発生したAC出力を電気負荷20に適するDC出力18に変換することができる。例えば、共通パワーモジュール26は、発電機86から3相電力を受け取って、その受け取った電力を整流して、第2の電力入力/出力50に提供されるDC電力にすることができる。整流は、トランジスタブリッジ54、ゲートドライバ57、コントローラモジュール58、プロセッサ60、メモリ62に記憶された整流プログラムまたはプロファイル、またはこれらの組合せによって達成または実施することができる。第2の電力入力/出力50に供給されたDC電力は、本明細書で説明したように、フィルタリングのためにDC出力/EMIモジュール24に供給することができ、最終的に電気負荷20に供給することができる。

0036

本明細書で説明したように、第2の電力入力/出力50によって供給されたDC電力の一部分は、励磁機パワーモジュール30に供給されて、励磁機ステータ巻線(L4、L5、L6)のセットを制御して励磁することによって、励磁機ロータに電気を発生させる、誘導する、駆動する、または導いて、発電機86または始動機/発電機によって供給される位相、電圧、電流、または電力をさらに制御することができる。本開示の1つの非限定的な態様では、モジュール式電力電子変換システム構成部品24、26、30に含まれる様々な電流または電圧センサ42、44は、検知または測定された電流値または電圧値を、通信リード34によって共通パワーモジュール26のコントローラモジュール58またはプロセッサ60に提供することができる。このようにして、コントローラモジュール58またはプロセッサ60は、発電機86、始動機/発電機によってモジュール式電力電子変換システム114に供給される電力の所望の電気特性、または電気負荷20に供給される電力の電気特性が、予想するもの、望むもの、または許容範囲などと一致することを確実にすることができる。電気特性が予想するものなどと一致しない場合には、コントローラモジュール58またはプロセッサ60は、例えば、発電機86または始動機/発電機の発電に影響を与えるように、励磁機パワーモジュール30のゲートドライバ84を制御することができる。電気特性が予想するものなどと一致しない別の場合には、コントローラモジュール58またはプロセッサ60は、例えば、必要に応じてトランジスタブリッジ54の動作を変更するように共通パワーモジュール26のゲートドライバ57を制御することができる。本開示は、励磁機パワーモジュール30のゲートドライバ84の制御と、共通パワーモジュール26のゲートドライバ57の制御とを組み合わせて、電気特性が確実に予想するものと一致するように使用することができる態様を含むことができる。

0037

共通パワーモジュール26は、3相の第1の電力入力/出力48を有するように示されているが、本開示は、4相の第1の電力入力/出力48を、例えば、別の発電機86または始動機/発電機の4相の発電に合わせるように含むことができる非限定的な態様を含むことができる。これに加えて、本開示は、図示のモジュール式電力電子変換システム114が、始動機/発電機用始動インバータとして動作することができ、電力を共通パワーモジュール26または励磁機パワーモジュール30に供給して始動機/発電機を始動させることができる態様を含むことができる。

0038

図4は、本開示の別の態様を示しており、ここでは、モジュール式電力電子変換システム構成部品のサブセットが、電力システム構成210のためのモジュール式電力電子変換システム214として構成されている。この非限定的な構成では、モジュール式電力電子変換システム214は、ACからDCへのコンバータとして動作可能となるように構成されている。図示のように、電源12は、3相AC電源88を含むことができ、これは、例えば、壁面コンセントまたは発電機などを含むことができる。図示のように、3相AC電源88は、3相電力(L1、L2、およびL3)を発生してモジュール式電力電子変換システム214の入力16に供給するように構成することができる。3相電力は、モジュール式電力電子変換システム214の入力16から共通パワーモジュール26の第1の電力入力/出力48に供給することができる。

0039

モジュール式電力電子変換システム214は、DC出力/EMIモジュール24の電力入力リード32を、共通パワーモジュール26の第2の電力入力/出力50に接続するように、さらに選択的に構成することができる。DC出力/EMIモジュール24の電力出力リード36は、モジュール式電力電子変換システム214の出力18とさらに接続することができ、最終的に電気負荷20と接続することができる。このようにして、本開示の態様は、ACからDC電力へのコンバータを提供する、または可能にすることができる。本開示の別の態様では、DC出力/EMIモジュール24は、それぞれの通信リード34を接続することによって共通パワーモジュール26と通信可能に結合することができる。

0040

図示のモジュール式電力電子変換システム214の態様は、コンバータとして動作して、3相AC電源88が発生したAC出力を電気負荷20に適するDC出力18に変換することができる。例えば、共通パワーモジュール26は、電源88から3相電力を受け取って、その受け取った電力を整流して、第2の電力入力/出力50に提供されるDC電力にすることができる。整流は、トランジスタブリッジ54、ゲートドライバ57、コントローラモジュール58、プロセッサ60、メモリ62に記憶された整流プログラムまたはプロファイル、またはこれらの組合せによって達成または実施することができる。第2の電力入力/出力50に供給されたDC電力は、本明細書で説明したように、フィルタリングのためにDC出力/EMIモジュール24に供給することができ、最終的に電気負荷20に供給することができる。

0041

本開示の1つの非限定的な態様では、モジュール式電力電子変換システム構成部品24、26に含まれる様々な電流または電圧センサ42、44は、検知または測定された電流値または電圧値を、通信リード34によって共通パワーモジュール26のコントローラモジュール58またはプロセッサ60に提供することができる。このようにして、コントローラモジュール58またはプロセッサ60は、3相AC電源88、始動機/発電機によってモジュール式電力電子変換システム214に供給される電力の所望の電気特性、または電気負荷20に供給される電力の電気特性が、予想するもの、望むもの、または許容範囲などと一致することを確実にすることができる。電気特性が予想するものなどと一致しない場合には、コントローラモジュール58またはプロセッサ60は、例えば、必要に応じてトランジスタブリッジ54の動作を変更するように共通パワーモジュール26のゲートドライバ57を制御して、電気特性が予想するものと一致することを確実にすることができる。

0042

共通パワーモジュール26は、3相の第1の電力入力/出力48を有するように示されているが、本開示は、4相の第1の電力入力/出力48を、例えば、4相AC電源88の4相の発電に合わせるように含むことができる非限定的な態様を含むことができる。

0043

図5は、本開示のさらに別の態様を示しており、ここでは、モジュール式電力電子変換システム構成部品のサブセットが、電力システム構成310のためのモジュール式電力電子変換システム314として構成されている。この非限定的な構成では、モジュール式電力電子変換システム314は、AC出力始動機/発電機のためのインバータ/コンバータとして動作可能となるように構成されている。この非限定的な構成の別の態様では、モジュール式電力電子変換システム314は、AC出力発電機のためのコンバータ/インバータとして動作可能となるように構成されている。図示のように、電源12は、3相電力(L1、L2、およびL3)を発生してモジュール式電力電子変換システム314の入力16に供給するように構成された主機ステータ巻線を有する発電機86または始動機/発電機を含むことができる。3相電力は、モジュール式電力電子変換システム314の入力16から第1の共通パワーモジュール26の第1の電力入力/出力48に供給することができる。

0044

モジュール式電力電子変換システム314は、第2の共通パワーモジュール326の第2の電力入力/出力50を、第1の共通パワーモジュール26の第2の電力入力/出力50に接続するように、さらに選択的に構成することができる。図示のように、第1の共通パワーモジュール26は、発電機86から3相AC電力を受け取るように構成された第1の電力入力/出力48を有することができ、一方、第2の共通パワーモジュール326は、4相AC電力を供給するように構成された第1の電力入力/出力48を有することができる。第2の共通パワーモジュール326の4相の第2の電力入力/出力48は、AC出力/EMIモジュール28の電力入力リード68と接続することができる。AC出力/EMIモジュール28の電力出力リード70は、モジュール式電力電子変換システム314の出力18とさらに接続することができ、最終的に電気負荷20と接続することができる。

0045

励磁機パワーモジュール30の電力入力リード74もまた、第1の共通パワーモジュール26の第2の電力入力/出力50に接続することができ、これは、第2の共通パワーモジュール326と電気的に並列である。励磁機パワーモジュール30の電力出力リード76は、発電機86または始動機/発電機の励磁機巻線(L4、L5、およびL6)のセットとさらに接続することができる。このようにして、本開示の態様は、ACからAC電力へのコンバータ、または発電機86または始動機/発電機のために構成されたAC出力電力システム構成310を提供する、または可能にすることができる。

0046

本開示の別の態様では、それぞれの通信リード34を接続することによって、励磁機パワーモジュール30は、第1または第2の共通パワーモジュール26、326のうちの少なくとも1つと通信可能に結合することができ、共通パワーモジュール26と共通パワーモジュール326は通信可能に結合することができ、AC出力/EMIモジュール28は、第1または第2の共通パワーモジュール26、326のうちの少なくとも1つと通信可能に結合することができる。本開示の1つの非限定的な態様では、通信可能な結合は、直列に接続されたモジュール構成部品間のカスケード接続を含むことができる。

0047

図示のモジュール式電力電子変換システム314の態様は、コンバータとして動作して、発電機86が発生した3相AC出力を電気負荷20に適する4相出力18に変換することができる。例えば、第1の共通パワーモジュール26は、発電機86から3相電力を受け取って、その受け取った電力を整流して、第2の電力入力/出力50に提供されるDC電力にすることができる。整流は、トランジスタブリッジ54、ゲートドライバ57、コントローラモジュール58、プロセッサ60、メモリ62に記憶された整流プログラムまたはプロファイル、またはこれらの組合せによって達成または実施することができる。第2の電力入力/出力50に供給されたDC電力は、第2の共通パワーモジュール326の第2の電力入力/出力50に供給され、第1の電力入力/出力48に供給されるために4相AC電力に逆変換することができる。逆変換は、トランジスタブリッジ54、ゲートドライバ57、コントローラモジュール58、プロセッサ60、メモリ62に記憶された逆変換プログラムまたはプロファイル、またはこれらの組合せによって達成または実施することができる。次いで、逆変換された4相電力は、本明細書で説明したように、フィルタリングのために、第2の共通パワーモジュール326の第1の電力入力/出力48から、AC出力/EMIモジュール28の電力入力リード68に供給することができ、最終的に電気負荷20に供給することができる。

0048

本明細書で説明したように、第1の共通パワーモジュール26の第2の電力入力/出力50によって供給されたDC電力の一部分は、励磁機パワーモジュール30に供給されて、励磁機ステータ巻線(L4、L5、L6)のセットを制御して励磁することによって、励磁機ロータに電気を発生させる、誘導する、駆動する、または導いて、発電機86または始動機/発電機によって供給される位相、電圧、電流、または電力をさらに制御することができる。本開示の1つの非限定的な態様では、モジュール式電力電子変換システム構成部品26、28、30、326に含まれる様々な電流または電圧センサ42、44は、検知または測定された電流値または電圧値を、通信リード34によって第1または第2の共通パワーモジュール26、326のうちの少なくとも1つ、あるいは両方のコントローラモジュール58またはプロセッサ60に提供することができる。このようにして、コントローラモジュール58またはプロセッサ60のうちの少なくとも1つは、発電機86、始動機/発電機によってモジュール式電力電子変換システム314に供給される電力の所望の電気特性、または電気負荷20に供給される電力の電気特性が、予想するもの、望むもの、または許容範囲などと一致することを確実にすることができる。電気特性が予想するものなどと一致しない場合には、コントローラモジュール58またはプロセッサ60のうちの少なくとも1つは、例えば、発電機86または始動機/発電機の発電に影響を与えるように、励磁機パワーモジュール30のゲートドライバ84を制御することができる。電気特性が予想するものなどと一致しない別の場合には、コントローラモジュール58またはプロセッサ60は、例えば、必要に応じてそれぞれのトランジスタブリッジ54の動作を変更するように第1または第2の共通パワーモジュール26、326の、または両方の共通パワーモジュール26、326のゲートドライバ57を制御することができる。本開示は、励磁機パワーモジュール30のゲートドライバ84の制御と、第1または第2の共通パワーモジュール26、326のゲートドライバ57の制御とを組み合わせて、電気特性が確実に予想するものと一致するように使用することができる態様を含むことができる。

0049

第1の共通パワーモジュール26は、3相の第1の電力入力/出力48を有するように示されているが、本開示は、4相の第1の電力入力/出力48を、例えば、別の発電機86または始動機/発電機の4相の発電に合わせるように含むことができる非限定的な態様を含むことができる。これに加えて、本開示は、4相の第1の共通パワーモジュール26が、4相の第2の共通パワーモジュール326とともに動作して、第1の共通パワーモジュール26の第1の入力/出力48で受け取った電力を、第2の共通パワーモジュール326の第1の入力/出力48で供給される異なる4相電力に変更する態様を含むことができる。同様に、本開示の態様は、第1の共通パワーモジュール26は3相電力を受け取り、その3相電力は、第2の共通パワーモジュール326によって供給される異なる3相電力に変更される、または、第1の共通パワーモジュール26は4相電力を受け取り、その4相電力は、第2の共通パワーモジュール326によって供給される3相電力に変更される構成を含むことができる。本開示のさらに別の態様では、図示のモジュール式電力電子変換システム314は、始動機/発電機用の始動インバータとして動作することができ、電力を第1または第2の共通パワーモジュール26、326のうちの少なくとも1つ、あるいは励磁機パワーモジュール30に供給して始動機/発電機を始動させることができる。

0050

図6は、本開示のさらに別の態様を示しており、ここでは、モジュール式電力電子変換システム構成部品のサブセットが、電力システム構成410のためのモジュール式電力電子変換システム414として構成されている。この非限定的な構成では、モジュール式電力電子変換システム414は、ACからACへのコンバータとして動作可能となるように構成されている。図示のように、電源12は、3相電力(L1、L2、およびL3)をモジュール式電力電子変換システム414の入力16に供給するように構成された3相AC電源88を含むことができる。3相電力は、モジュール式電力電子変換システム414の入力16から第1の共通パワーモジュール26の第1の電力入力/出力48に供給することができる。

0051

モジュール式電力電子変換システム414は、第2の共通パワーモジュール326の第2の電力入力/出力50を、第1の共通パワーモジュール26の第2の電力入力/出力50に接続するように、さらに選択的に構成することができる。図示のように、第1の共通パワーモジュール26は、3相AC電源88から3相AC電力を受け取るように構成された第1の電力入力/出力48を有することができ、一方、第2の共通パワーモジュール326は、4相AC電力を供給するように構成された第1の電力入力/出力48を有することができる。第2の共通パワーモジュール326の4相の第2の電力入力/出力48は、AC出力/EMIモジュール28の電力入力リード68と接続することができる。AC出力/EMIモジュール28の電力出力リード70は、モジュール式電力電子変換システム414の出力18とさらに接続することができ、最終的に電気負荷20と接続することができる。このようにして、本開示の態様は、ACからAC電力へのコンバータを提供する、または可能にすることができる。

0052

本開示の別の態様では、それぞれの通信リード34を接続することによって、共通パワーモジュール26と共通パワーモジュール326は通信可能に結合することができ、AC出力/EMIモジュール28は、第1または第2の共通パワーモジュール26、326のうちの少なくとも1つと通信可能に結合することができる。本開示の1つの非限定的な態様では、通信可能な結合は、直列に接続されたモジュール構成部品間のカスケード接続を含むことができる。

0053

図示のモジュール式電力電子変換システム414の態様は、コンバータとして動作して、3相AC電源88が発生した3相AC出力を電気負荷20に適する4相出力18に変換することができる。例えば、第1の共通パワーモジュール26は、3相AC電源88から3相電力を受け取って、その受け取った電力を整流して、第2の電力入力/出力50に提供されるDC電力にすることができる。整流は、トランジスタブリッジ54、ゲートドライバ57、コントローラモジュール58、プロセッサ60、メモリ62に記憶された整流プログラムまたはプロファイル、またはこれらの組合せによって達成または実施することができる。第2の電力入力/出力50に供給されたDC電力は、第2の共通パワーモジュール326の第2の電力入力/出力50に供給され、第1の電力入力/出力48に供給されるために4相AC電力に逆変換することができる。逆変換は、トランジスタブリッジ54、ゲートドライバ57、コントローラモジュール58、プロセッサ60、メモリ62に記憶された逆変換プログラムまたはプロファイル、またはこれらの組合せによって達成または実施することができる。次いで、逆変換された4相電力は、本明細書で説明したように、フィルタリングのために、第2の共通パワーモジュール326の第1の電力入力/出力48から、AC出力/EMIモジュール28の電力入力リード68に供給することができ、最終的に電気負荷20に供給することができる。

0054

本開示の1つの非限定的な態様では、モジュール式電力電子変換システム構成部品26、28、326に含まれる様々な電流または電圧センサ42、44は、検知または測定された電流値または電圧値を、通信リード34によって第1または第2の共通パワーモジュール26、326のうちの少なくとも1つ、あるいは両方のコントローラモジュール58またはプロセッサ60に提供することができる。このようにして、コントローラモジュール58またはプロセッサ60のうちの少なくとも1は、3相AC電源88によってモジュール式電力電子変換システム414に供給される電力の所望の電気特性、または電気負荷20に供給される電力の電気特性が、予想するもの、望むもの、または許容範囲などと一致することを確実にすることができる。電気特性が予想するものなどと一致しない場合には、コントローラモジュール58またはプロセッサ60のうちの少なくとも1つは、例えば、必要に応じてそれぞれのトランジスタブリッジ54の動作を変更するように、第1または第2の共通パワーモジュール26、326のゲートドライバ57、または両方の共通パワーモジュール26、326のゲートドライバ57を制御することができる。

0055

第1の共通パワーモジュール26は、3相の第1の電力入力/出力48を有するように示されているが、本開示は、4相の第1の電力入力/出力48を、例えば、別の発電機86または始動機/発電機の4相の発電に合わせるように含むことができる非限定的な態様を含むことができる。これに加えて、本開示は、4相の第1の共通パワーモジュール26が、4相の第2の共通パワーモジュール326とともに動作して、第1の共通パワーモジュール26の第1の入力/出力48で受け取った電力を、第2の共通パワーモジュール326の第1の入力/出力48で供給される異なる4相電力に変更する態様を含むことができる。同様に、本開示の態様は、第1の共通パワーモジュール26は3相電力を受け取り、その3相電力は、第2の共通パワーモジュール326によって供給される異なる3相電力に変更される、または、第1の共通パワーモジュール26は4相電力を受け取り、その4相電力は、第2の共通パワーモジュール326によって供給される3相電力に変更される構成を含むことができる。本開示のさらに別の態様では、図示のモジュール式電力電子変換システム414は、始動機/発電機用の始動インバータとして動作することができ、電力を第1または第2の共通パワーモジュール26、326のうちの少なくとも1つ、あるいは励磁機パワーモジュール30に供給して始動機/発電機を始動させることができる。

0056

図7は、本明細書で説明したような電力システム構成10を組み立てる方法500を示したフロー図である。方法500は、ステップ502において、例えば、1つまたは複数の電気負荷20、利用可能な電源12、またはそれらの組合せの所望の電気特性に基づいて、電力システム構成10の設計を決定することで始まる。例えば、本開示の1つの非限定的な態様では、1つまたは複数の電気負荷20の所望の電気特性は、所望のDC電力出力、所望の3相電力出力、または所望の4相電力出力のうちの少なくとも1つを含むことができる。

0057

次に、方法500は、決定された電力システム構成の設計10に基づいて、DC第2の電力入力/出力50およびAC第1の電力入力/出力48を有する共通パワーモジュール26を、DC電力入力32の第1のセットおよびDC電力出力36のセットを有するDC出力モジュール24、AC電力入力リード68のセットおよびAC電力出力リード70の第1のセットを有するAC出力モジュール28、またはDC電力入力リード74の第2のセットおよびAC電力出力リード76の第2のセットを有する励磁機パワーモジュール30のうちの少なくとも1つに接続するステップを含む。

0058

本方法の部分は異なる論理順序で進めることができ、追加または介入部分を含めることができ、あるいは、本方法の記述部分を複数の部分に分割することができ、あるいは、本方法の記述部分を、記述した方法を損なわないで省略することができることは理解されるので、図示の順序は、単に例示する目的のためであり、方法500を何ら限定することを意味していない。例えば、方法500は、共通パワーモジュール26によって、例えば、様々な入力または出力接続部を経て、または通信リード34を経て接続された、少なくとも1つの他のモジュールを検出するステップを含むことができる。方法500は、少なくとも1つの検出されたモジュールに基づいて、電力電子変換システム構成を動作させるステップをさらに含むことができる。例えば、図3に示す非限定的な構成では、共通パワーモジュール26またはコントローラモジュールのうちの少なくとも1つは、共通パワーモジュール26と、DC出力/EMIモジュール24または励磁機パワーモジュール30のうちの少なくとも1つとの接続を検出するように構成することができる。本明細書で説明したように、それぞれのモジュール24、30との接続を検出することに基づいて、共通パワーモジュール26は、DC出力始動機/発電機のためのインバータ/コンバータ、またはDC出力発電機のためのコンバータとして電力システム構成110を動作させることができる。

0059

上記の図で示されたものに加えて、多くの他の可能な実施形態および構成が、本開示によって考えられる。本開示の別の非限定的で例示的な実施形態では、発電機は、主機出力において、図示のものよりも多いまたは少ない相の電力を発生させるように構成された巻線のセットを含むことができる。例えば、発電機は単相の電力、2相の電力、6相の電力などを発生することができる。本開示のこのような実施形態では、共通パワーモジュール26、326は、発電される相の数に合わせるように構成することができる(例えば、6相の電力をDC電力に整流するように構成されたブリッジなど)。

0060

本明細書に開示する方法は、電力システム構成のためのモジュール式電力電子変換システムを構成する、または動作させるための装置および方法を提供する。技術的効果としては、上記で説明した実施形態が、いくつかの配置または構成で、モジュール式電力電子変換システ構成部品のセットまたはサブセットを配置し、必要に応じて、電源から所望の電力出力を供給するようにそれらを動作させることができるモジュール式電力電子変換システムの構成および動作を可能にすることである。上記の開示で実現できる1つの利点は、本方法および本装置が、3相AC電力入力にもかかわらず、始動機/発電機のために構成されたDC出力電力システム構成、発電機のために構成されたDC出力電力システム構成、ACからDC電力へのコンバータ、始動機/発電機のために構成されたAC出力電力システム構成、発電機のために構成されたAC出力電力システム構成、またはACからAC電力へのコンバータとして動作するように配置または構成することができるモジュール式電力電子変換システム構成部品のセットを可能にすることである。入力電力および所望の出力電力に基づいて予め構成された従来の電力システム構成と比べると、例えば、これは、設置時に構成または配置することができるモジュール構成部品の共通のセットが、所望の電力出力(ACまたはDC、電圧および周波数特性を含む)を供給することを可能にする。したがって、モジュール式電力構成部品の共通のセットは、最小限の構成を用いて、発電機または所望の電力出力のセットのために構成することができ、それらは、取付時に「在庫」構成部品として入手することができる。

0061

実現することができる別の利点は、モジュール式電力電子変換システム構成部品の共通のセットを使用することによって、構成部品のセットを設計、認定保守するコストが削減され、それでも、このセットが多くの電源および所望の電力出力に適用可能であることである。モジュール化するという解決策によって、顧客または製造者に対して再発しないコストおよび再発するコストを低減し、より少ない特殊な部品を保管して在庫にするコストを低減することができ、それによって航空機、車両、発電機、または電力変換システムを維持するコストを低減することができる。

0062

まだ説明していない範囲で、様々な実施形態の異なる特徴および構造を、望むように互いに組み合わせて使用することができる。実施形態のすべてに1つの特徴を示すことができないのは、それが不可能であると解釈するのではなく、説明を簡潔にするためになされたことを意図する。したがって、異なる実施形態の様々な特徴を望むように混ぜて、また合わせて、明記されていようと、されてなかろうと、新しい実施形態を形成することができる。この開示は、本明細書で説明した特徴を組み合わせることまたは置き換えることを包含する。

0063

本明細書では、最良の態様を含めて、例を用いて本発明を開示し、また、任意の装置またはシステムの作製および使用、ならびに任意の組み入れられた方法の実施を含め、当業者が本発明を実施できるようにしている。本発明の特許性を有する範囲は、特許請求の範囲によって規定され、当業者が想到する他の例を含むことができる。このような他の例は、特許請求の範囲の文言相違ない構成要素を有する場合、または特許請求の範囲の文言と実質的に相違ない等価の構成要素を含む場合、特許請求の範囲内であることを意図されている。

0064

最後に、代表的な実施態様を以下に示す。
[実施態様1]
DC入力/出力(50)および交流(AC)入力/出力(48)を有する共通パワーモジュール(26)と、
第1のDC入力(32)およびDC出力(36)を有する直流(DC)出力モジュール(24)、またはAC入力(68)および第1のAC出力(70)を有するAC出力モジュール(28)のうちの少なくとも1つと
を備え、
前記第1のDC入力(32)が、前記DC入力/出力(50)に接続するように構成され、または、前記AC入力/出力(48)が、前記AC入力(68)、第2の共通パワーモジュール(326)のAC入力/出力(48)、またはAC発電機(86、88)出力のうちの1つに接続するように構成された、電力システム構成(10)を組み立てるためのモジュール式システム。
[実施態様2]
前記共通パワーモジュール(26)が、少なくとも3レグパワーブリッジ(54)およびコントローラモジュール(58)を含み、前記コントローラモジュール(58)が、前記3レグパワーブリッジ(54)と通信可能に結合され、前記DC入力/出力(50)で受け取ったDC電力を前記AC入力/出力(48)に供給されるAC電力に逆変換すること、または前記AC入力/出力(48)で受け取ったAC電力を前記DC入力/出力(50)に供給されるDC電力に変換することのうちの少なくとも1つを行うように、前記3レグパワーブリッジ(54)を動作させるように構成された、実施態様1に記載のモジュール式システム。
[実施態様3]
前記共通パワーモジュール(26)が、前記コントローラモジュール(58)と結合された第1の通信ポート(34)、および前記コントローラモジュール(58)と結合された第2の通信ポート(34)を含む、実施態様2に記載のモジュール式システム。
[実施態様4]
前記DC出力モジュール(24)が、第3の通信ポート(34)、および前記DC出力(36)に供給された電力を検知するように構成された電力センサを含み、前記第3の通信ポート(34)が、前記第1または第2の通信ポート(34)のうちの少なくとも1つと選択的に結合するように構成された、実施態様3に記載のモジュール式システム。
[実施態様5]
前記AC出力モジュール(28)が、第4の通信ポート(34)、および前記第1のAC出力(70)に供給された電力を検知するように構成された電力センサを含み、前記第4の通信ポート(34)が、前記第1または第2の通信ポート(34)のうちの少なくとも1つと選択的に結合するように構成された、実施態様3に記載のモジュール式システム。
[実施態様6]
前記DC入力/出力(50)に接続するように構成された第2のDC入力(74)、および第2のAC出力(76)を有する励磁機パワーモジュール(30)をさらに含み、前記励磁機パワーモジュールが第5の通信ポート(34)を含み、前記第5の通信ポート(34)が、前記第1または第2の通信ポート(34)のうちの少なくとも1つと選択的に結合するように構成された、実施態様3に記載のモジュール式システム。
[実施態様7]
前記共通パワーモジュール(26)が、4レグパワーブリッジ(54)およびコントローラモジュール(58)を含み、前記コントローラモジュール(58)が、前記4レグパワーブリッジ(54)と通信可能に結合され、前記DC入力/出力(50)で受け取ったDC電力を前記AC入力/出力(48)に供給される4相AC電力に逆変換すること、または前記AC入力/出力(48)で受け取った4相AC電力を前記DC入力/出力(50)に供給されるDC電力に変換することのうちの少なくとも1つを行うように、前記4レグパワーブリッジ(54)を動作させるように構成された、実施態様1に記載のモジュール式システム。
[実施態様8]
前記DC入力/出力(50)に接続するように構成された第2のDC入力(74)、および第2のAC出力(76)を有する励磁機パワーモジュール(30)をさらに含み、前記励磁機パワーモジュール(30)が、前記第2のDC入力(74)で受け取ったDC電力を、前記第2のAC出力(76)に供給される3相励磁機電力信号に逆変換するようにインバータとして前記励磁機パワーモジュール(30)を動作させるように構成された3レグパワーブリッジ(80)を含む、実施態様1に記載のモジュール式システム。
[実施態様9]
前記DC出力モジュール(24)または前記AC出力モジュール(28)のうちの少なくとも1つが、電磁障害保護部を備えるように構成された、実施態様1に記載のモジュール式システム。
[実施態様10]
前記電力システム構成(10)が、始動機/発電機(86)のために構成されたDC出力電力システム構成、発電機(86、88)のために構成されたDC出力電力システム構成、ACからDC電力へのコンバータ、始動機/発電機(86)のために構成されたAC出力電力システム構成、発電機(86、88)のために構成されたAC出力電力システム構成、またはACからAC電力へのコンバータのうちの少なくとも1つを含むことができる、実施態様1に記載のモジュール式システム。
[実施態様11]
始動機/発電機(86)のために構成された前記DC出力電力システム構成、または発電機(86、88)のために構成された前記DC出力電力システム構成のうちの少なくとも1つが、前記始動機/発電機電力出力または発電機電力出力に結合されたAC入力/出力(48)を有する1つの共通パワーモジュール(26)と、前記第1のDC入力(32)が前記DC入力/出力(50)と結合された1つのDC出力モジュール(24)とを含み、前記DC入力/出力(50)に接続するように構成された第2のDC入力(74)、および第2のAC出力(76)を有する励磁機パワーモジュール(30)をさらに含み、前記第2のDC入力(74)が前記DC入力/出力(50)と接続され、前記第2のAC出力(76)が前記始動機/発電機(86)または発電機(86、88)の励磁機ステータと接続された、実施態様10に記載のモジュール式システム。
[実施態様12]
始動機/発電機(86)のために構成された前記AC出力電力システム構成、または発電機(86、88)のために構成された前記AC出力電力システム構成のうちの少なくとも1つが、前記始動機/発電機電力出力または発電機電力出力に結合された前記AC入力/出力(48)を有する第1の共通パワーモジュール(26)と、前記第1の共通パワーモジュール(26)の前記DC入力/出力(50)に結合された前記DC入力/出力(50)を有する第2の共通パワーモジュール(326)と、前記第2の共通パワーモジュール(326)の前記AC入力/出力(48)に結合された前記AC入力(68)を有するAC出力モジュール(28)と、第2のDC入力(74)を有する1つの励磁機パワーモジュール(30)とを含み、前記第2のDC入力(74)は前記DC入力/出力(50)に接続され、前記第2のAC出力(76)は前記始動機/発電機(86)または発電機(86、88)の励磁機ステータと接続された、実施態様10に記載のモジュール式システム。
[実施態様13]
電力電子変換システム構成(10)を組み立てる方法であって、
電力電子変換システム構成(10)の設計を決定するステップと、
前記決定された電力電子変換システム構成(10)の設計に基づいて、DC入力/出力(50)およびAC入力/出力(48)を有する共通パワーモジュール(26)を、第1のDC入力(32)およびDC出力(36)を有するDC出力モジュール(24)、AC入力(68)および第1のAC出力(70)を有するAC出力モジュール(28)、または第2のDC入力(74)および第2のAC出力(76)を有する励磁機パワーモジュール(30)のうちの少なくとも1つに接続するステップと、
前記共通パワーモジュール(26)によって、前記DC出力モジュール(24)、前記AC出力モジュール(28)、または前記励磁機パワーモジュール(30)のうちの前記少なくとも1つを検出するステップと、
前記少なくとも1つの検出されたモジュール(24、28、30)に基づいて、前記電力電子変換システム構成(10)を動作させるステップと
を含む方法。
[実施態様14]
電力電子変換システム構成(10)の設計を決定するステップが、前記電力電子変換システム構成(10)によって供給される所望の電力を決定するステップを含み、前記所望の電力が、DC電力出力、3相AC電力出力、または4相AC電力出力のうちの少なくとも1つを含む、実施態様13に記載の方法。
[実施態様15]
前記所望の電力がDC電力出力のとき、前記共通パワーモジュール(26)の前記AC入力/出力(48)をAC電力供給接続部に選択的に接続し、前記共通パワーモジュール(26)の前記DC入力/出力(50)を前記DC出力モジュール(24)の前記第1のDC入力(32)に選択的に接続するステップをさらに含む、実施態様14に記載の方法。
[実施態様16]
前記所望の電力が3相AC電力出力または4相AC電力出力のうちの少なくとも1つのとき、前記第1の共通パワーモジュール(26)の前記AC入力/出力(48)をAC電力供給接続部に選択的に接続し、前記第1の共通パワーモジュール(26)の前記DC入力/出力(50)を第2の共通パワーモジュール(326)の前記DC入力/出力モジュール(50)に選択的に接続し、前記第2の共通パワーモジュール(326)の前記AC入力/出力(48)を前記AC出力モジュール(28)の前記AC入力(68)に選択的に接続するステップをさらに含む、実施態様14に記載の方法。
[実施態様17]
第1のDC入力(32)およびDC出力(36)を有するDC出力モジュール(24)と、
DC入力/出力(50)およびAC入力/出力(48)を有する共通パワーモジュール(26)と、
AC入力(68)および第1のAC出力(70)を有するAC出力モジュール(28)と、
第2のDC入力(74)および第2のAC出力(76)を有する励磁機パワーモジュール(30)とを備え、
前記第1のDC入力(32)が、前記DC入力/出力(50)に接続されるように構成され、前記AC入力/出力(48)が、前記AC入力(68)、第2の共通パワーモジュール(326)のAC入力/出力(48)、またはAC発電機出力のうちの1つに接続されるように構成され、前記第2のDC入力(74)が、前記DC入力/出力(50)に接続されるように構成され、
前記共通パワーモジュール(26、326)、および前記DC出力モジュール(24)、前記AC出力モジュール(28)、または前記励磁機パワーモジュール(30)のうちの少なくとも1つが、始動機/発電機(86)のために構成されたDC出力電力システム構成、発電機(86、88)のために構成されたDC出力電力システム構成、ACからDC電力へのコンバータ、始動機/発電機(86)のために構成されたAC出力電力システム構成、発電機(86、88)のために構成されたAC出力電力システム構成、またはACからAC電力へのコンバータのうちの少なくとも1つを組み立てるように選択的に接続可能である、航空機の電力システム構成を組み立てるためのモジュール式システム。
[実施態様18]
前記共通パワーモジュール(26)が、少なくとも3レグパワーブリッジ(54)およびコントローラモジュール(58)を含み、前記コントローラモジュール(58)が、前記3レグパワーブリッジ(54)と通信可能に結合され、前記DC入力/出力(50)で受け取ったDC電力を前記AC入力/出力(48)に供給されるAC電力に逆変換すること、または前記AC入力/出力(48)で受け取ったAC電力を前記DC入力/出力(50)に供給されるDC電力に変換することのうちの少なくとも1つを行うように、前記3レグパワーブリッジ(54)を動作させるように構成された、実施態様17に記載のモジュール式システム。
[実施態様19]
前記共通パワーモジュール(26)が、コントローラモジュール(58)と結合された第1の通信ポート(34)を含む、実施態様17に記載のモジュール式システム。
[実施態様20]
前記DC出力モジュール(24)、前記AC出力モジュール(28)、および前記励磁機パワーモジュール(30)が、前記第1の通信ポート(34)と選択的に結合されるように構成された対応する通信ポート(34)を有する、実施態様19に記載のモジュール式システム。

0065

10電力システム構成
12電源
14モジュール式電力電子変換システム
16 入力
18 出力
20電気負荷
22 モジュール式電力電子変換システム構成部品
24DC出力モジュール、DC出力/EMIモジュール
26 共通パワーモジュール
28 AC出力モジュール、AC出力/EMIモジュール
30励磁機パワーモジュール
32 DC入力
34通信ポート、通信リード
36 DC出力
38インダクタ
40キャパシタ
42電流センサ
44電圧センサ
46通信チャネル
48 AC入力/出力
50 DC入力/出力
52コンバータ
54パワーブリッジ
56トランジスタ
57ゲートドライバ
58コントローラモジュール
60プロセッサ
62メモリ
64 通信チャネル
66オプションの構成部品
68 AC入力
70 AC出力
72 オプションの構成部品
74 DC入力
76 AC出力
78 コンバータ
80 パワーブリッジ
82 トランジスタ
84 ゲートドライバ
86 AC発電機
88AC電源
110 電力システム構成
114 モジュール式電力電子変換システム
210 電力システム構成
214 モジュール式電力電子変換システム
310 電力システム構成
314 モジュール式電力電子変換システム
326 共通パワーモジュール
410 電力システム構成
414 モジュール式電力電子変換システム
500 方法
502 ステップ

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