特開 2025-23885 電気機械

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2025023885

(43)【公開日】2025-02-19

(54)【発明の名称】電気機械

(51)【国際特許分類】

   H02P 25/22 20060101AFI20250212BHJP

   H02M 7/48 20070101ALI20250212BHJP

   H02P 27/06 20060101ALI20250212BHJP

   H02K 11/33 20160101ALI20250212BHJP

【ＦＩ】

H02P25/22

H02M7/48 Z

H02P27/06

H02K11/33

【審査請求】未請求

【請求項の数】15

【出願形態】ＯＬ

【外国語出願】

(21)【出願番号】P 2024061159

(22)【出願日】2024-04-05

(31)【優先権主張番号】23187249.0

(32)【優先日】2023-07-24

(33)【優先権主張国・地域又は機関】EP

(71)【出願人】

【識別番号】513132966

【氏名又は名称】ジーイー エナジー パワー コンバージョン テクノロジー リミテッド

【氏名又は名称原語表記】ＧＥ Ｅｎｅｒｇｙ Ｐｏｗｅｒ Ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｌｔｄ．

【住所又は居所原語表記】Ｔｈｏｍｓｏｎ Ｈｏｕｓｔｏｎ Ｗａｙ， Ｏｆｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｄｒｉｖｅ， Ｒｕｇｂｙ， Ｗａｒｗｉｃｋｓｈｉｒｅ， ＣＶ２１ １ＢＤ

(74)【代理人】

【識別番号】100105588

【弁理士】

【氏名又は名称】小倉 博

(74)【代理人】

【識別番号】100129779

【弁理士】

【氏名又は名称】黒川 俊久

(72)【発明者】

【氏名】ニコラス・サイモン・スミス

(57)【要約】      （修正有）

【課題】汎用性の高い電気機械を提供する。
【解決手段】電気機械のステータ１０４は、第１のステータコイルを含み、第２のステータコイルを含む。電気機械のパワーエレクトロニクス・スイッチングアセンブリは、複数の第１のスイッチングモジュールアセンブリと、複数の第２のスイッチングモジュールアセンブリとを含む。各第１のスイッチングモジュールアセンブリは、１つ以上の相互接続された第１のスイッチングモジュールを含む。各第１のスイッチングモジュールは、それぞれの第１のステータコイルグループに電気的に接続されている。各第２のスイッチングモジュールアセンブリは、１つ以上の相互接続された第２のスイッチングモジュールを含む。各第２のスイッチングモジュールは、それぞれの第２のステータコイルグループに電気的に接続されている。
【選択図】図４

【特許請求の範囲】

【請求項1】

電気機械（１００）であって、
１つ以上の第１の負荷または電源に電気的に接続可能である第１の機械端子（１２２ａ、１２２ｂ）と、
１つ以上の第２の負荷または電源に電気的に接続可能である第２の機械端子（１２４ａ、１２４ｂ）と、
ステータ（１０４）であって、
複数の第１のステータコイルグループであって、各第１のステータコイルグループは、それぞれのステータ相を画定し、１つ以上の相互接続された第１のステータコイル（１０６_１、１０６_２、～、１０６_ｎ）を含む、前記複数の第１のステータコイルグループと
複数の第２のステータコイルグループであって、各第２のステータコイルグループは、それぞれのステータ相を画定し、１つ以上の相互接続された第２のステータコイル（１０８_１、１０８_２、～、１０８_ｐ）を含む、前記複数の第２のステータコイルグループと、を含む前記ステータ（１０４）と、
パワーエレクトロニクススイッチングアセンブリであって、
前記第１の機械端子（１２２ａ、１２２ｂ）に、または前記第１の機械端子（１２２ａ、１２２ｂ）の間に電気的に接続された複数の第１のスイッチングモジュールアセンブリ（１０９_１、１０９_２、～、１０９_ｎ）であって、各第１のスイッチングモジュールアセンブリ（１０９_１、１０９、～、１０９）は、１つ以上の相互接続された第１のスイッチングモジュール（１１０_１、１１０_２、～、１１０_ｎ）を含み、各第１のスイッチングモジュール（１１０_１、１１０_２、～、１１０_ｎ）は、それぞれの第１のステータコイルグループに電気的に接続されている、前記複数の第１のスイッチングモジュールアセンブリ（１０９_１、１０９_２、～、１０９_ｎ）と、
前記第２の機械端子（１２４ａ、１２４ｂ）に、または前記第２の機械端子（１２４ａ、１２４ｂ）の間に電気的に接続された複数の第２のスイッチングモジュールアセンブリ（１１１_１、１１１_２、～、１１１_ｐ）であって、各第２のスイッチングモジュールアセンブリ（１１１_１、１１１_２、～、１１１_ｐ）は、１つ以上の相互接続された第２のスイッチングモジュール（１１２_１、１１２_２、～、１１２_ｐ）を含み、各第２のスイッチングモジュール（１１２_１、１１２_２、～、１１２_ｐ）は、それぞれの第２のステータコイルグループに電気的に接続されている、前記複数の第２のスイッチングモジュールアセンブリ（１１１_１、１１１_２、～、１１１_ｐ）とを含む、前記パワーエレクトロニクススイッチングアセンブリと、
を含む、電気機械（１００）。

【請求項2】

前記第１及び第２の機械端子（１２２ａ、１２２ｂ及び１２４ａ、１２４ｂ）間に電気的に接続された第１のスイッチ（１３０）をさらに含み、前記第１のスイッチ（１３０）は、任意選択で、１つ以上の制御可能な半導体スイッチを含む電気スイッチである、請求項１に記載の電気機械（１００）。

【請求項3】

前記第１のスイッチングモジュールアセンブリ（１０９_１、１０９_２、～、１０９_ｎ）は、前記第１の電気端子（１２２ａ、１２２ｂ）に電気的に並列に接続され、および／または、前記第２のスイッチングモジュールアセンブリ（１１１_１、１１１_２、～、１１１_ｐ）は、前記第２の電気端子（１２４ａ、１２４ｂ）に電気的に並列に接続されている、請求項１に記載の電気機械（１００）。

【請求項4】

前記第１のスイッチングモジュールアセンブリ（１０９_１、１０９_２、～、１０９_ｎ）は、前記第１の機械端子（１２２ａ、１２２ｂ）間に電気的に直列に接続され、および／または前記第２のスイッチングモジュールアセンブリ（１１１_１、１１１_２、～、１１１_ｐ）は、前記第２の機械端子（１２４ａ、１２４ｂ）間に電気的に直列に接続されている、請求項１に記載の電気機械（１００）。

【請求項5】

請求項１から４のいずれかに記載の第１の電気機械（１００；１００－１）と、第２の電気機械（２００；２００－１；１００－３）とを含む、電力システムであって、
前記第２の電気機械（２００；２００－１；１００－３）は、
第１の機械端子（２０８ａ、２０８ｂ；２０８ａ－１、２０８ｂ－１；１２２ａ－３、１２２ｂ－３）と、
複数の第１のステータコイルグループを含むステータ（２０４；２０４－１；１０４－３）であって、各第１のステータコイルグループは、それぞれのステータ相を画定し、１つ以上の相互接続された第１のステータコイルを含む、前記ステータ（２０４；２０４－１；１０４－３）と、
前記第１の機械端子（２０８ａ、２０８ｂ；２０８ａ－１、２０８ｂ－１；１２２ａ－３、１２２ｂ－３）に電気的に接続された、または前記第１の機械端子間に電気的に接続された複数の第１のスイッチングモジュールアセンブリを含むパワーエレクトロニクススイッチングアセンブリであって、各第１のスイッチングモジュールアセンブリは、１つ以上の相互接続された第１のスイッチングモジュールを含み、各第１のスイッチングモジュールは、それぞれの第１のステータコイルグループに電気的に接続されている、前記パワーエレクトロニクススイッチングアセンブリと、を含み、
前記第２の電気機械（２００；２００－１；１００－３）の第１の機械端子（２０８ａ、２０８ｂ；２０８ａ－１、２０８ｂ－１；１２２ａ－３、１２２－ｂ３）は、前記第１の電気機械（１００；１００－１）の第１の機械端子（１２２ａ、１２２ｂ；１２２ａ－１、１２２ｂ－１）に電気的に接続される、電力システム。

【請求項6】

前記第２の電気機械（１００－３）がさらに、１つ以上の第２の負荷または電源に電気的に接続可能である第２の機械端子（１２４ａ－３、１２４ｂ－３）を含み、
前記第２の電気機械（１００－３）のステータ（１０４－３）は、複数の第２のステータコイルグループをさらに含み、各第２のステータコイルグループは、それぞれのステータ相を画定し、１つ以上の相互接続された第２のステータコイルを備え、
前記第２の電気機械（１００－３）の前記パワーエレクトロニクススイッチングアセンブリは、前記第２の機械端子（１２４ａ－３、１２４ｂ－３）に電気的に接続されるか、または前記第２の機械端子（１２４ａ－３、１２４ｂ－３）の間に電気的に接続される複数の第２のスイッチングモジュールアセンブリをさらに含み、各第２のスイッチングモジュールは、１つ以上の相互接続された第２のスイッチングモジュールを含み、各第２のスイッチングモジュールは、それぞれの第２のステータグループに電気的に接続される、請求項５に記載の電力システム。

【請求項7】

前記第２の電気機械（１００－３）の前記第１および第２の機械端子（１２２ａ－３、１２２ｂ－３、１２４ａ－３、１２４ｂ－３）間に電気的に接続された第２のスイッチ（１３０－３）をさらに含み、前記第２のスイッチ（１３０－３）は、任意選択で、１つ以上の制御可能な半導体スイッチを含む電気スイッチである、請求項６に記載の電力システム。

【請求項8】

前記第１の電気機械（１００）がさらに、１つ以上の第３の負荷または電源に電気的に接続可能である第３の機械端子（１４０ａ、１４０ｂ）を含み、
前記第１の電気機械（１００）の前記ステータ（１０４）は、複数の第３のステータコイルグループをさらに含み、各第３のステータコイルグループは、それぞれのステータ相を画定し、１つ以上の相互接続された第３のステータコイル（１３２_１、１３２_２、～、１３２_ｑ）を含み、
前記第１の電気機械（１００）の前記パワーエレクトロニクススイッチングアセンブリは、前記第３の機械端子（１４０ａ、１４０ｂ）に電気的に接続されるか、または前記第３の機械端子（１４０ａ、１４０ｂ）の間に電気的に接続される複数の第３のスイッチングモジュールアセンブリ（１３３_１、１３３_２、～、１３３_ｑ）をさらに含み、各第３のスイッチングモジュールアセンブリ（１３３_１、１３３_２、～、１３３_ｑ）は、１つ以上の相互接続された第３スイッチングモジュール（１３４_１、１３４_２、～、１３４_ｑ）を含み、各第３スイッチングモジュール（１３４_１、１３４_２、～、１３４_ｑ）は、それぞれの第３ステータコイルグループに電気的に接続されている、請求項５に記載の電力システム。

【請求項9】

前記第１の電気機械（１００）の第２および第３の機械端子（１２４ａ、１２４ｂおよび１４０ａ、１４０ｂ）間に電気的に接続された第３のスイッチ（１４２）と、前記第１の電気機械（１００）の第１および第３の機械端子（１２２ａ、１２２ｂおよび１４０ａ、１４０ｂ）間に電気的に接続された第４のスイッチ（１４４）とをさらに含み、前記第３および第４のスイッチ（１４２、１４４）は、任意に、１つ以上の制御可能な半導体スイッチを含む電気スイッチである、請求項８に記載の電力システム。

【請求項10】

第３の電気機械（２００－２；１００－４）をさらに含み、前記第３の電気機械（２００－２；１００－４）は、
第１の機械端子（２０８ａ－２、２０８ｂ－２；１２４ａ－４、１２４ｂ－４）と
複数の第１のステータコイルグループを含むステータ（２０４－２；１０４－４）であって、各第１のステータコイルグループは、それぞれのステータ相を画定し、１つ以上の相互接続された第２のステータコイルを含む、前記ステータ（２０４－２；１０４－４）と、
前記第１の機械端子（２０８ａ－２、２０８ｂ－２；１２４ａ－４、１２４ｂ－４）に電気的に接続された、または前記第１の機械端子（２０８ａ－２、２０８ｂ－２；１２４ａ－４、１２４ｂ－４）間に電気的に接続された複数の第１のスイッチングモジュールアセンブリを含むパワーエレクトロスイッチングアセンブリと、
を含み、
各第１のスイッチングモジュールアセンブリは、１つ以上の相互接続された第１のスイッチングモジュールを含み、各第１のスイッチングモジュールは、それぞれの第１のステータコイルグループに電気的に接続され、
前記第３の電気機械（２００－２；１００－４）の第１の機械端子（２０８ａ－２、２０８ｂ－２；１２４ａ－４、１２４ｂ－４）は、前記第１の電気機械（１００；１００－１）の第１または第２の機械端子（１２２ａ、１２２ｂまたは１２４ａ、１２４ｂ；１２２ａ－１、１２２ｂ－１または１２４ａ－１、１２４ｂ－１）に電気的に接続される、請求項９に記載の電力システム。

【請求項11】

前記第１および第２の電気機械（１００；１００－１）の一方は、原動機または他の回転動力源によって駆動されるように構成されたロータ（１０２；１０２－１）をさらに含み、前記第１および第２の電気機械（２００；１００－３）の他方は、負荷を駆動するように構成されたロータ（２０２；１０２－３）を含む、請求項１０に記載の電力システム。

【請求項12】

前記スイッチングモジュールは、それぞれの電気機械のステータフレームの周囲に円周方向に間隔をあけて配置され、前記ステータフレームに取り付けられている、請求項１１に記載の電力システム。

【請求項13】

前記第２の電気機械（２００；１００－３）の前記第１の機械端子（２０８ａ、２０８ｂ；１２２ａ－３、１２２ｂ－３）が、前記第１の電気機械（１００；１００－１）の前記第１の機械端子（１２２ａ、１２２ｂ；１２２ａ－１、１２２ｂ－１）に、ケーブルまたはバス（１５０；１５０－１）によって電気的に接続されている、請求項１２に記載の電力システム。

【請求項14】

前記ケーブルまたはバス（１５０；１５０－１）が、絶縁スイッチによって前記第２の電気機械（２００；１００－３）の前記第１の機械端子（２０８ａ、２０８ｂ；１２２ａ－３、１２２ｂ－３）に電気的に接続され、および／または絶縁スイッチによって前記第１の電気機械（１００；１００－１）の前記第１の機械端子（１２２ａ、１２２ｂ；１２２ａ－１、１２２ｂ－１）に電気的に接続される、請求項１３に記載の電力システム。

【請求項15】

前記第１の電気機械（１００；１００－１）の前記第１の機械端子（１２２ａ、１２２ｂ；１２２ａ－１、１２２ｂ－１）から前記第２の電気機械（２００；１００－３）の前記第１の機械端子（２０８ａ、２０８ｂ；１２２ａ－３、１２２ｂ－３）に可変ＤＣ電圧を供給するステップを含む、請求項５から１４のいずれかに記載の電力システムの運転方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、電気機械、例えばモーターや発電機に関する。また、本発明は、１つ以上の電気機械および任意に他の電気部品を含む電力システムに関する。各電気機械は、必要に応じて直流（ＤＣ）電圧および／または単相もしくは多相の交流（ＡＣ）電圧を供給または受領するように構成することができる。

【0002】

各電気機械は、ステータ巻線を有するステータを含む。ステータ巻線は複数のステータコイルグループを含み、各ステータコイルグループはそれぞれのスイッチングモジュールに電気的に接続されている。各ステータコイルグループは、それぞれのステータ相を画定する単一のステータコイルを含む場合もあれば、それぞれのステータ相を画定する２つ以上の相互接続されたステータコイルを含む場合もある。このようなステータは「アクティブステータ：active stator」と呼ばれ、アクティブ制御のためにスイッチングモジュールにパワーエレクトロニクスを採用している。

【背景技術】

【0003】

アクティブフロントエンド（ＡＦＥ：active front end）電力コンバータ（power converters：電力変換器）を採用した電力システムが知られている。図１は、バスタイ（bus tie）４によって電気的に接続された第１および第２の交流（ＡＣ）バス２ａ、２ｂを備えた船舶用電力システム（a power system for a marine vessel）の一例を示している。２つのＡＣ発電機（AC generators）Ｇ１、Ｇ２が第１のＡＣバス２ａに電気的に接続され、２つのＡＣ発電機Ｇ３、Ｇ４が第２のＡＣバス２ｂに電気的に接続されている。各ＡＣ発電機Ｇ１、Ｇ２、～、Ｇ４のロータは、例えばディーゼルエンジンやガスタービンエンジンなどの原動機（prime movers）Ｄ１、Ｄ２、～、Ｄ４に機械的に接続されている。原動機Ｄ１、Ｄ２、～、Ｄ４によって駆動されると、ＡＣ発電機Ｇ１、Ｇ２、～、Ｇ４は交流電力をＡＣバス２ａ、２ｂに供給する。

【0004】

第１および第２のＡＣバス２ａ、２ｂには、サーキットブレーカーと関連制御装置を備えた保護開閉装置（protective switchgear）を設けることができる。電力システムには、通常かさばり高価な配電盤（switchboards）などの追加コンポーネントも含まれる。

【0005】

２つのＡＣモーターＭ１、Ｍ２は、ＡＦＥ電力コンバータ（AFE power converters）６、８によって第１のＡＣバス２ａに電気的に接続されている。２つのＡＣモーターＭ３、Ｍ４は、ＡＦＥ電力コンバータ１０、１２によって第２のＡＣバス２ｂに電気的に接続されている。

【0006】

各ＡＦＥ電力コンバータは、それぞれのＡＣバスに電気的に接続されたＡＣ端子を有する第１のアクティブ整流器（active rectifier）／インバータ１４（または「フロントエンド」ブリッジ：“front end” bridge）と、それぞれのＡＣモーターに電気的に接続されたＡＣ端子を有する第２のアクティブ整流器／インバータ１６とを含む。第１および第２のアクティブ整流器／インバータ１４、１６は、ＤＣリンク１８によって電気的に接続されるＤＣ端子を含む。高調波フィルタ２０は、図示のように、各第１のアクティブ整流器／インバータ１４のＡＣ端子に電気的に接続することができる。

【0007】

通常の運転では、各ＡＦＥ電力コンバータの第１のアクティブ整流器／インバータ１４は、それぞれのＡＣバス２ａ、２ｂからＤＣリンク１８に電力を供給するアクティブ整流器として動作し、第２のアクティブ整流器／インバータ１６は、ＤＣリンクからそれぞれのＡＣモーターに電力を供給するインバータ（または可変速駆動：variable speed drive）として動作する。しかし、特定の状況、例えば、モーターＭ１、Ｍ２、～、Ｍ４が発電モードで運転され、それぞれのＡＦＥ電力コンバータを介して第１および第２のＡＣバス２ａ、２ｂにＡＣ電力を供給する回生制動時（during regenerative braking）には、逆電力フロー動作（reverse power flow operation）が可能な場合がある。

【0008】

各アクティブ整流器／インバータ１４、１６は、典型的には、適切なトポロジー(suitable topology)で配置され、ＡＦＥ電力コンバータを通る電力フローを制御するためにスイッチングされる複数の制御可能な半導体スイッチ（例えば、絶縁－ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ：insulated gate bipolar transistors）を有する。特に、各ＡＦＥ電力コンバータ６、１０、～、１２は、それぞれのＡＣモーターＭ１、Ｍ２、～、Ｍ４の回転速度を制御するために使用することができ、そのロータは、例えば推進負荷（propulsion load）に機械的に接続することができる。

【0009】

第１および第２のＡＣバス２ａ、２ｂは、任意の適切な電源電圧、例えばＡＣ６９０Ｖを流すことができる。

【0010】

第３のＡＣバス２２ａは、第１の変圧器２４によって第１のＡＣバス２ａに電気的に接続されている。第４のＡＣバス２２ｂは、第２の変圧器２６によって第２のＡＣバス２ｂに電気的に接続されている。図示されていないが、第３および第４のＡＣバス２２ａ、２２ｂは、例えば第２のバスタイによって電気的に接続されていてもよい。第３および第４のＡＣバス２２ａ、２２ｂは、任意の適切な供給電圧、例えば、４４０ＶＡＣを搬送することができ、船舶またはホテルのサービスにＡＣ電力を供給するために使用することができる。

【0011】

他の既知の電力システムは、ＤＣ発電機（DC generators：直流発電機）を使用することができる。各ＤＣ発電機は、それぞれの電力コンバータ、例えばインバータ（respective power converter, e.g. an inverter）によってＡＣバスに電気的に接続される場合がある。電力システムはまた、それぞれの電力コンバータ、例えば整流器によってＤＣバスに電気的に接続されるＡＣ発電機を有することもある。１つ以上の電気負荷は、それぞれの電力コンバータ、たとえばインバータによって電力システムのＤＣバスに電気的に接続される。

【0012】

電子的に整流された（Electronically commutated）ＤＣ電気機械（例えば、モーターまたは発電機）は公知であり、複数のスイッチングモジュールを含むパワーエレクトロニクススイッチングアセンブリ（power electronic switching assembly）を含むことができ、各スイッチングモジュールは、それぞれのステータコイルに電気的に接続される（すなわち、「アクティブステータ：active stator」を有する）。ステータコイルは、巻線スロットに受容され、３よりかなり大きい複数のステータ相を形成する。スイッチングモジュールは、電気機械の運転中、それぞれのステータコイルを流れるコイル電流を、直流出力電圧を発生させるか、または直流入力電圧を使用して電気機械のロータを駆動する方法で整流するように制御される（The switching modules are controlled to commutate the coil current flowing through the respective stator coil during operation of the electrical machine in a way that either generates a DC output voltage or which uses a DC input voltage to drive the rotor of the electrical machine.）。

【0013】

図２および図３に示すように、各スイッチングモジュール３０は、それぞれのステータコイル３４に電気的に接続される一対のＡＣ端子３２ａ、３２ｂと、一対のＤＣ端子３６ａ、３６ｂとを含むことができる。各スイッチングモジュール３０は、電流源コンバータとして構成された（configured as a current source converter）コンバータ回路（またはＨブリッジ回路：H-bridge circuit）を含む。Ｈブリッジ回路は、４つの双方向スイッチ（four bidirectional switches）Ｓ１、Ｓ２、～、Ｓ４を含む。各スイッチは、反－直列（anti series、すなわち背中合わせ：back to back）に接続された一対の金属－酸化膜－半導体電界－効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ：metal -oxide-semiconductor field effect transistors）を含むが、他のスイッチ配置も可能であることが理解されよう。各スイッチＳ１、Ｓ２、～、Ｓ４内の各ＭＯＳＦＥＴについて、反－並列ダイオード（anti parallel diode）が示されているが、実際には、これは各ＭＯＳＦＥＴのボディダイオード（body diode）によって提供されることが理解されよう。各スイッチＳ１、Ｓ２、～、Ｓ４において、逆流防止機能（reverse blocking function：逆方向遮断機能）は、逆直列接続されたＭＯＳＦＥＴのペアのうち下側のＭＯＳＦＥＴによって提供され、順方向遮断機能は、逆直列接続されたＭＯＳＦＥＴのペアのうち上側のＭＯＳＦＥＴによって提供される（For each switch S1, S2, ..., S4 the reverse blocking function is provided by the lower one of the pair of anti series connected MOSFETs and the forward blocking function is provided by the upper one of the pair of anti series connected MOSFETs）。

【0014】

第１のスイッチングモジュール３０_１のＤＣ端子３６ａ_１は第１のＤＣ導体（DC conductor）３８ａに電気的に接続され、第ｎのスイッチングモジュール３０_ｎのＤＣ端子３６ｂ_ｎは第２のＤＣ導体３８ｂに電気的に接続される。スイッチングモジュール３０_１、３０_２、～、３０_ｎの残りのＤＣ端子は、図２に示すように電気的に直列に接続される。ＤＣ導体３８ａは正のＤＣ導体であってもよく、ＤＣ導体３８ｂは負のＤＣ導体であってもよく、その逆であってもよい。パワーエレクトロニクススイッチングアセンブリは、図２に示すように、それぞれのステータコイル３４_１、３４_２、～３４ｎおよび機械導体（machine conductors）３８ａ、３８ｂに電気的に接続される複数のスイッチングモジュール３０_１、３０_２、～、３０ｎを含む。

【0015】

公知の電気機械では、ＤＣ導体３８ａ、３８ｂは、一対のＤＣ機械端子（a pair of DC machine terminals）４０ａ、４０ｂを画定し、例えば電力コンバータによってＤＣ負荷またはバス、あるいはＡＣ負荷またはバス（a DC load or bus or to an AC load or bus by means of a power converter, for example）に電気的に接続される。

【発明の概要】

【0016】

本発明で提供される電気機械は、
１つ以上の第１の負荷または電源に電気的に接続可能な第１の機械端子と、
１つ以上の第２の負荷または電源に電気的に接続可能な第２の機械端子と、
複数の第１のステータコイルグループと複数の第１のステータコイルグループとを含むステータと、
複数の第１のスイッチングモジュールアセンブリと複数の第２のスイッチングモジュールアセンブリとを含むパワーエレクトロニクススイッチングアセンブリと、を含み、
各第１のステータコイルグループは、それぞれのステータ相を画定し、１つ以上の相互接続された第１のステータコイルを含み、
各第２のステータコイルグループは、それぞれのステータ相を画定し、１つ以上の相互接続された第２のステータコイルを含み、
前記複数の第１のスイッチングモジュールアセンブリが第１の機械端子に電気的に接続されるか、または第１の機械端子間に電気的に接続され、各第１のスイッチングモジュールアセンブリは、１つ以上の相互接続された第１のスイッチングモジュールを含み、各第１のスイッチングモジュールは、それぞれの第１のステータコイルグループに電気的に接続され、
前記複数の第２のスイッチングモジュールアセンブリが、第２の機械端子に電気的に接続されるか、または第２の機械端子間に電気的に接続され、各第２のスイッチングモジュールアセンブリは、相互接続された１つ以上の第２のスイッチングモジュールを含み、各第２のスイッチングモジュールは、それぞれの第２のステータコイルグループに電気的に接続され、
前記第１のスイッチングモジュールは、前記第２のスイッチングモジュールとは独立して選択的に制御されるように適合され、すなわち、電気機械が発電機として運転される場合には、異なる電圧または電流が第１および第２の機械端子に供給される場合があり、電気機械がモーターとして運転される場合には、異なる電圧または電流が第１および第２の機械端子に供給される場合がある。

【0017】

複数の第１および第２のステータコイルグループのステータコイルは、電気機械のステータ巻線を画定する。

【0018】

電気機械が動作しているとき、第１のステータコイルグループは、第１のスイッチングモジュールによって整流される複数の位相シフトされた第１のコイル電圧を画定（定義：define）し（the first stator coil groups define a plurality of phase shifted first coil voltages that are commutated by the first switching modules）、第２のステータコイルグループは、第２のスイッチングモジュールによって整流される複数の位相シフトされた第２のコイル電圧を画定する（the second stator coil groups define a plurality of phase-shifted second coil voltages that are commutated by the second switching modules）。

【0019】

すなわち、各ステータコイルグループの相互接続されたステータコイルのコイル電圧が同相であり（より詳細には、開回路電圧の基本成分が同相であり）、それぞれのスイッチングモジュールによって整流される。各ステータコイルグループのステータコイルは、例えば電気的に直列に接続することができる。電気機械は、都合のよい数の第１および第２のステータコイルグループを持つことができ、したがって多数の相を持つことができる。実際には、各電気機械は、例えば、５相から１２０相の間の相を有することができる。

【0020】

ステータコイルは、電気機械のステータに形成されたスロットに受け入れられる。ステータコイルは、任意の適切なタイプ（例えば、単一層、２つの層など：single layer, two layer etc.）であってもよく、任意の適切なステータ巻線トポロジー（any suitable stator winding topology）を有するようにステータの周囲に配置されてもよい。

【0021】

パワーエレクトロニクススイッチングアセンブリは、電気機械のステータの一部として形成することができる。特に、スイッチングモジュールは、ステータの周囲に、例えば、ステータフレームの周囲に円周方向に間隔をあけて配置し、任意の適切な構成またはグループ分けでステータフレームに取り付けることができる。

【0022】

第１および第２の機械端子は、電気機械の端子ボックス（terminal box：ターミナルボックス）内にある場合がある。端子ボックスは、外部負荷または電源への電気的接続を容易にするために使用することができる。

【0023】

各第１のスイッチングモジュールアセンブリは、２つ以上の相互接続された第１のスイッチングモジュールを含むことがあり、例えば、第１のスイッチングモジュールは、電気的に直列接続された直流（ＤＣ）端子を有する。各第２のスイッチングモジュールアセンブリは、２つ以上の相互接続された第２のスイッチングモジュールを含むことがあり、例えば、第２のスイッチングモジュールは、電気的に直列接続されたＤＣ端子を有する。このような相互接続されたスイッチングモジュールは、例えば、「チェーンリンク」構成を有すると表現することもできる。

【0024】

第１のスイッチングモジュールアセンブリは、第１の機械端子に並列に電気的に接続することができる。例えば、第１の機械端子の各々は、それぞれの機械導体に電気的に接続され、第１のスイッチングモジュールアセンブリは、機械導体に並列に電気的に接続され得る。第１の機械端子がＤＣ端子である場合、電気機械は、例えば、正のＤＣ機械端子に電気的に接続される正のＤＣ機械導体と、負のＤＣ機械端子に電気的に接続される負のＤＣ機械導体とを含むことができる。各第１のスイッチングモジュールアセンブリは、正のＤＣ機械導体に電気的に接続される正のＤＣモジュール端子と、負のＤＣ機械導体に電気的に接続される負のＤＣモジュール端子とを含むことができる。各第１のスイッチングモジュールアセンブリが１つの第１のスイッチングモジュールのみを含む場合、正及び負のＤＣモジュール端子は、第１のスイッチングモジュールの正及び負のＤＣ端子によって画定され得る。一方、各第１のスイッチングモジュールアセンブリが相互接続された２つ以上の第１のスイッチングモジュールを含む場合、正及び負のＤＣモジュール端子は、第１のスイッチングモジュールのうちの１つの正のＤＣ端子と、第１のスイッチングモジュールのうちの別の１つの負のＤＣ端子とによって画定され得る。正及び負のＤＣモジュール端子を画定する第１のスイッチングモジュールは、例えば、直列接続された第１のスイッチングモジュール群の端部のスイッチングモジュールであってもよい。第１の機械端子が交流（ＡＣ）端子である場合、電気機械は、例えば、それぞれの交流相または中性点（respective AC phase or neutral）を画定する２つ以上のＡＣ機械導体を含む。各第１のスイッチングモジュールアセンブリは、対応する交流相または中性点（ニュートラル）のＡＣ機械導体に電気的に接続される２つ以上のＡＣモジュール端子を含むことができる。ある配置では、電気機械は３つまたは４つのＡＣ機械端子と３つまたは４つのＡＣ機械導体を含み、それにより１つ以上の三相ＡＣ負荷または電源への電気的接続が容易になり、任意で中性点接続を含む。

【0025】

第１の機械導体（または第１の導体アセンブリ）は、任意の適切な構造を有することができる。ある配置では、各機械導体は環状リング（または「エンドリング：endring」）として、または１つ以上のセクションで形成することができる。各機械導体は、導電性材料、例えば銅から形成することができる。第１の機械導体は、ステータの軸方向端部に都合よく配置することができ、軸方向に間隔をあけて配置することができる。

【0026】

第１のスイッチングモジュールアセンブリは、第１の機械端子間に直列に電気的に接続することができる。例えば、第１の機械端子がＤＣ端子である場合、電気機械は、正のＤＣ機械端子と負のＤＣ機械端子とを含み得る。各第１のスイッチングモジュールアセンブリは、正のＤＣモジュール端子と負のＤＣモジュール端子とを含み得る。ｎ個の第１のスイッチングモジュールアセンブリがある場合、第１のスイッチングモジュールアセンブリのうちの第１のものの正のＤＣモジュール端子は、正のＤＣ機械端子に電気的に接続され、第１のスイッチングモジュールアセンブリのうちのｎ番目のものの負のＤＣモジュール端子は、負のＤＣ機械端子に電気的に接続され得る。第１のスイッチングモジュールアセンブリの第１のものの負のＤＣモジュール端子は、第１のスイッチングモジュールアセンブリの第２のものの正のＤＣモジュール端子に電気的に接続されてもよい。第１のスイッチングモジュールアセンブリの第２のものの負のＤＣモジュール端子は、第１のスイッチングモジュールアセンブリの第３のものの正のＤＣモジュール端子に電気的に接続されてもよく、第１のスイッチングモジュールアセンブリの（ｎ－１）番目のものの負のＤＣモジュール端子が第１のスイッチングモジュールアセンブリのｎ番目のものの正のＤＣモジュール端子に電気的に接続されるまで、このように、第１のスイッチングモジュールアセンブリの（ｎ－１）番目のものの負のＤＣモジュール端子は、第１のスイッチングモジュールアセンブリのｎ番目のものの正のＤＣモジュール端子に電気的に接続されてもよい。第１のスイッチングモジュールアセンブリは、例えば、適切なケーブル配線またはバスを使用して、互いおよび第１の機械端子と電気的に接続することができる（The first switching module assemblies may be electrically connected to each other and the first machine terminals using suitable cabling or buses, for example）。２つ以上の直列接続された第１のスイッチングモジュールアセンブリのグループを、第１の機械端子間に並列に電気的に接続することもできる（Two or more series-connected groups of first switching module assemblies may be electrically connected between the first machine terminals in parallel）。

【0027】

第２のスイッチングモジュールアセンブリは、第２の機械端子に並列に電気的に接続することができる。例えば、第２の機械端子の各々は、それぞれの機械導体に電気的に接続され、第２のスイッチングモジュールアセンブリは、機械導体に並列に電気的に接続され得る。第２の機械端子がＤＣ端子である場合、電気機械は、例えば、正のＤＣ機械端子に電気的に接続される正のＤＣ機械導体と、負のＤＣ機械端子に電気的に接続される負のＤＣ機械導体とを備えることができる。各第２のスイッチングモジュールアセンブリは、正のＤＣ機械導体に電気的に接続される正のＤＣモジュール端子と、負のＤＣ機械導体に電気的に接続される負のＤＣモジュール端子とを含むことができる。各第２のスイッチングモジュールアセンブリが１つの第２のスイッチングモジュールのみを含む場合、正及び負のＤＣモジュール端子は、第２のスイッチングモジュールの正及び負のＤＣ端子によって画定され得る。一方、各第２のスイッチングモジュールアセンブリが相互接続された２つ以上の第２のスイッチングモジュールを含む場合、正および負のＤＣモジュール端子は、第２のスイッチングモジュールのうちの１つの正のＤＣ端子と、第２のスイッチングモジュールのうちの別の１つの負のＤＣ端子とによって画定されることがある。正負のＤＣモジュール端子を画定する第２のスイッチングモジュールは、例えば、直列接続された第２のスイッチングモジュール群の端部のスイッチングモジュールであってもよい。第２の機械端子がＡＣ端子である場合、電気機械は、例えば、それぞれの交流相または中性点を画定する２つ以上のＡＣ機械導体を含む。各第２のスイッチングモジュールアセンブリは、対応する交流相または中性点のＡＣ機械導体に電気的に接続される２つ以上のＡＣモジュール端子を含む。ある配置では、電気機械は、３つまたは４つのＡＣ機械端子と３つまたは４つのＡＣ機械導体を含み、それにより１つ以上の三相ＡＣ負荷または電源への電気的接続を容易にし、任意で中性点接続（neutral connection）を含む。

【0028】

第２の機械導体（または第２の導体アセンブリ）は、任意の適切な構造を有することができる。ある配置では、各機械導体は、環状リング（または「エンドリング」）として、または１つ以上のセクションで形成することができる。各機械導体は、導電性材料、例えば銅から形成することができる。第２の機械導体は、ステータの軸方向端部に都合よく配置することができ、軸方向に間隔をあけて配置することができる。第１の機械導体はステータの第１の軸方向端部に配置され、第２の機械導体はステータの第１の軸方向端部または第２の軸方向端部に配置される。一般論として、都合の良い数の機械導体を採用することができ、必要に応じてステータの軸方向一端または両端に配置することができる。

【0029】

第２のスイッチングモジュールアセンブリは、第２の機械端子間に直列に電気的に接続することができる。例えば、第２の機械端子がＤＣ端子である場合、電気機械は、正のＤＣ機械端子と負のＤＣ機械端子とを含むことができる。各第２のスイッチングモジュールアセンブリは、正のＤＣモジュール端子と負のＤＣモジュール端子とを含む場合がある。ｐ個の第２のスイッチングモジュールアセンブリが存在する場合、第２のスイッチングモジュールアセンブリのうちの第１のものの正のＤＣモジュール端子は正のＤＣ機械端子に電気的に接続され、第２のスイッチングモジュールアセンブリのうちの第ｐのものの負のＤＣモジュール端子は負のＤＣ機械端子に電気的に接続され得る。第２のスイッチングモジュールアセンブリの第１のものの負のＤＣモジュール端子は、第２のスイッチングモジュールアセンブリの第２のものの正のＤＣモジュール端子に電気的に接続されてもよい。第２のスイッチングモジュールアセンブリの第２のものの負のＤＣモジュール端子は、第２のスイッチングモジュールアセンブリの第３のものの正のＤＣモジュール端子に電気的に接続されてもよく、第２のスイッチングモジュールアセンブリの（ｐ－１）番目のものの負のＤＣモジュール端子が第２のスイッチングモジュールアセンブリのｐ番目のものの正のＤＣモジュール端子に電気的に接続されるまで続く。第２のスイッチングモジュールアセンブリは、例えば、適切なケーブル配線またはバスを使用して、互いおよび第２の機械端子に電気的に接続することができる。２つ以上の直列接続された第２のスイッチングモジュールアセンブリのグループを、第２の機械端子間に並列に電気的に接続することもできる。

【0030】

スイッチングモジュールは、任意の適切なタイプでよい。各スイッチングモジュールは、１つ以上のコンバータ回路と、必要に応じてインダクタ、コンデンサなどの他の電気部品を含む。これらのオプションの電気部品は、必要に応じて、コンバータ回路ごと、スイッチングモジュールごと、またはスイッチングモジュールアセンブリごとに分配することができる。例えば、スイッチングモジュールの直列接続されたグループごとにインダクタを１つ配置してもよいし、スイッチングモジュールごとまたはコンバータ回路（converter circuit）ごとにインダクタを１つ配置してもよい。各コンバータ回路は、複数の制御可能な半導体スイッチを含むことができる。任意の適切な制御可能半導体スイッチまたはスイッチの組み合わせを使用することができる。各スイッチングモジュールの制御可能半導体スイッチは、電気的に接続されたステータコイルグループのコイル電流を整流するように、ゲートドライブコントローラによってオン／オフ制御される場合がある。

【0031】

コンバータ回路は、パワーエレクトロニクススイッチングアセンブリの動作要件に応じて、電流源コンバータまたは電圧源コンバータとして構成することができる。電圧源コンバータは、共通のＤＣ電圧を個々のコイル電圧要件に適合させるためにパルス幅変調（ＰＷＭ：pulse width modulation）を使用して動作させることができ、その逆も同様である。電圧源コンバータは通常、スイッチングモジュールまたはスイッチングモジュールアセンブリに、コンバータ回路またはスイッチングモジュールアセンブリのＤＣ端子に電気的に接続されるＤＣリンクなどに、１つ以上のコンデンサを含める必要がある。電流源コンバータは、直流電流が実質的に一定であることを必要とする場合があり、したがって通常、スイッチングモジュールまたはスイッチングモジュールアセンブリが、例えばコンバータ回路またはスイッチングモジュールアセンブリのＤＣ端子に電気的に接続される直流リンクに、１つ以上のインダクタを含むことを必要とする。適切な大きさのディスクリートインダクタ(Discrete inductors)を使用してもよいし、ステータコイルや相互接続ケーブル、バスなどに必要なインダクタンスを持たせるように設計してもよい。ＡＣ電圧を供給または受領するように構成されたスイッチングモジュールは、ＤＣリンクによって一緒に接続された２つのコンバータ回路を含むことができる。より詳細には、第１のコンバータ回路は、それぞれのステータコイルグループに電気的に接続され、ＤＣリンクによって第１のコンバータ回路に電気的に接続される第２のコンバータ回路は、例えば、それぞれのＡＣ機械端子または任意のＡＣ機械導体に電気的に接続される。１つの配置では、第１のコンバータ回路は電流源コンバータであり、第２のコンバータ回路は、例えばＰＷＭを用いて制御される電圧源コンバータである。しかし、異なるコンバータ回路の配置も可能であることは理解されるであろう。ＤＣリンクは、ＤＣリンクフィルタとして構成された１つ以上のコンデンサ（キャパシタ）、インダクタなど（one or more capacitors, inductors, etc.）を含むことができる。別の配置では、ＡＣ電圧を供給または受領するように構成されたスイッチングモジュールは、例えば、直接周波数コンバータまたはＰＷＭを使用して制御されるマトリックスコンバータであるコンバータ回路を含むことができる。コンバータ回路は、それぞれのステータコイルグループおよびそれぞれのＡＣ機械端子に電気的に接続される。いずれの配置においても、例えば、コンバータ回路またはスイッチングモジュールのＡＣ端子に電気的に接続されるＡＣ回路にＡＣフィルタを設けることができる。スイッチングモジュールによって使用され得る異なるタイプのコンバータ回路は、異なる制御戦略（different control strategies）を有し、また特定の動作上の利点および欠点を有し得ることは容易に理解されるであろう。例えば、電圧源コンバータとして構成され（configured as a voltage source converter）、整流モードで動作するコンバータ回路は、負荷短絡電流（load short circuit current）を制限することができないため、通常はモーターとして動作する電気機械での使用に適している場合がある。電流源コンバータとして構成されたコンバータ回路は、ＤＣ故障電流（DC fault current）を制限する可能性があり並列接続された電流源コンバータは電流分担制御（current sharing controls）を使用しなければならない可能性がある。背中合わせに配置された電圧源コンバータと電流源コンバータ（Voltage and current source converters arranged back-to-back）は、ＡＣ出力故障電流（AC output fault current）を制限することがある。直接周波数コンバータとして構成されたコンバータ回路は、０Ｈｚまでを含む任意の適切な周波数で（at any suitable frequency that includes down to 0 Hz）動作することができる。この出力は、直流まで調整されるか、あるいは逆に調整されて、直流と交流の両方の故障電流を制限することができる（This output may be regulated down to DC or may reverse so it may limit both DC and AC fault currents.）。したがって、電気機械のスイッチングモジュールに適切なコンバータ回路を選択するには、これらの動作上の長所と短所を念頭に置く必要がある。

【0032】

コンバータ回路は、例えば、Ｈブリッジ回路を含み、前記Ｈブリッジ回路は、
－例えばそれぞれのステータコイルグループに電気的に接続される第１ブリッジ端子及び第２ブリッジ端子と、
－第３のブリッジ端子と、
－第４のブリッジ端子と、
－前記第１のブリッジ端子と前記第３のブリッジ端子の間に電気的に接続された第１のスイッチと、
－前記第１のブリッジ端子と前記第４のブリッジ端子の間に電気的に接続された第２のスイッチと、
－前記第２のブリッジ端子と前記第３のブリッジ端子の間に電気的に接続された第３のスイッチと、
－前記第２のブリッジ端子と前記第４のブリッジ端子の間に電気的に接続された第４のスイッチと、を含む。

【0033】

各Ｈブリッジ回路において、第１および第２のスイッチは、第１のブリッジレグとして第３および第４のブリッジ端子間に電気的に直列に接続されている（the first and second switches are electrically connected in series between the third and fourth bridge terminals as a first bridge leg.）。第３と第４のスイッチは、第３と第４のブリッジ端子間に第２のブリッジレグとして電気的に直列に接続されている（The third and fourth switches are electrically connected in series between the third and fourth bridge terminals as a second bridge leg.）。第１と第２のスイッチ間の接続点が第１のブリッジ端子を画定し、第３と第４のスイッチ間の接続点が第２のブリッジ端子を画定する。

【0034】

各Ｈブリッジ回路の各スイッチは、１つ以上の制御可能な半導体スイッチを含むことができる。任意の適切な制御可能半導体スイッチまたはスイッチの組み合わせを使用することができ、例えば、金属－酸化膜－半導体電界－効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）、垂直接合電界－効果トランジスタ（ＶＪＦＥＴ）、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）、およびゲート－整流サイリスタ（ＧＣＴ）（metal-oxide-semiconductor field effect transistors (MOSFETs), vertical junction field effect transistors (VJFETs), insulated gate bipolar transistors (IGBTs), and gate commutated thyristors (GCTs)）が挙げられる。別個のダイオードを各半導体スイッチと反－並列に電気的に接続（electrically connected in anti parallel with）してもよいし、反－並列ダイオード（anti parallel diode：アンチパラレルダイオード）を半導体スイッチ自体の固有の機能、例えばＭＯＳＦＥＴ構造のボディダイオードとすることもできる。制御可能な各半導体スイッチは、通常、ゲート駆動コントローラによって生成されるゲート駆動信号によってオン／オフされる。

【0035】

Ｈブリッジ回路が電流源コンバータとして構成（configured as a current source converter）される場合、各スイッチは双方向スイッチであってもよく、すなわち、各スイッチは、一方向電流搬送能力を有するゲート制御双方向電圧遮断能力を提供（provide gate controlled bidirectional voltage blocking capability with unidirectional current carrying capability）してもよい。各双方向スイッチは、２つの半導体装置、すなわち、（ａ）一対の制御可能な半導体スイッチ、または（ｂ）制御可能な半導体スイッチおよびダイオードを含んでもよく、一対の半導体装置は、反直列に（または背中合わせに）電気的に接続される、すなわち、一方の半導体装置が第１の方向の電圧を遮断し、他方の半導体装置が第１の方向とは反対の第２の方向の電圧を遮断する。（本明細書では、「半導体デバイス：semiconductor device」という用語は、半導体スイッチまたはダイオードを適宜指す場合がある）。電流が半導体スイッチの一方を特定の方向に流れるとき、電流は他の一方の反直列接続された半導体スイッチの反並列ダイオードを介して（through an anti parallel diode of the other anti series connected semiconductor switch）流れることがある。例えば各半導体スイッチがＭＯＳＦＥＴの場合、ボディダイオードは本質的に反並列ダイオードとして作用する（the body diode will inherently act as an anti parallel diode）。一対の半導体スイッチがＭＯＳＦＥＴの場合、共通ソース配置または共通ドレイン配置のいずれかで反直列に電気的に接続されてもよいが、ゲート配置を単純化するために共通ソース配置が好まれることが多い。これは、ボディダイオードの同時導通（simultaneous conduction）と、逆電圧阻止機能（reverse voltage blocking function.）を提供するＭＯＳＦＥＴの逆導通（reverse conduction）から利益を得るために、両方のＭＯＳＦＥＴを同時にオン状態に設定することが好ましいからである（This is because both MOSFETs are preferably set to the on state simultaneously in order to benefit from simultaneous conduction of the body diode and reverse conduction in the MOSFET that provides the reverse voltage blocking function.）。一対の半導体スイッチがＶＪＦＥＴの場合、ボディダイオードも反並列ダイオードも存在しないため、一対のＶＪＦＥＴが電流を流す必要がある場合には、逆電圧阻止機能を提供するＶＪＦＥＴの逆導通が不可欠となる。一対のＶＪＦＥＴは、共通ソース配置または共通ドレイン配置のいずれかで反直列に電気的に接続されてもよいが、ゲート配置を単純化するために共通ソース配置が好まれることが多い。他の半導体スイッチの場合、逆方向電圧阻止機能は逆方向阻止接合によって提供され、各双方向スイッチに必要なゲート制御は１つだけでよい。

【0036】

Ｈブリッジ回路が電圧源コンバータとして構成（configured as a voltage source converter）される場合、各スイッチは単極スイッチ（unipolar switch）であってもよく、すなわち、各スイッチは、双方向の通電能力を有するゲート制御の一方向電圧阻止能力を提供することができる。各スイッチは、典型的には、反並列ダイオード（anti-parallel diode）を備えた制御可能な半導体スイッチで構成される。好適な半導体スイッチとしては、例えば、アンチパラレルダイオードを内蔵したＩＧＢＴやＧＣＴが挙げられる。本明細書で説明するように、Ｈブリッジ回路は単相電圧源コンバータとして動作する可能性があるが、６個のスイッチを有するいわゆる「グレッツブリッジ：Graetz bridge」誘導体が三相電圧源コンバータとして動作する可能性があることは当業者には明らかであろう。

【0037】

Ｈブリッジ回路が直接周波数コンバータとして構成（configured as a direct frequency converter）される場合、各スイッチは双方向スイッチであってよく、すなわち、各スイッチは、双方向電流通電能力を備えたゲート制御双方向電圧遮断能力を提供することができる。各スイッチは、反直列に電気的に接続された一対の制御可能な半導体スイッチを含むことがあり、各半導体スイッチは反並列ダイオードを有する。好適な半導体スイッチとしては、例えば、反並列ダイオードを内蔵したＩＧＢＴやＧＣＴを挙げることができる。本明細書で説明するように、Ｈブリッジ回路は単相対単相の直接周波数コンバータとして動作する可能性があるが、６個のスイッチを有する誘導体が単相対三相の直接周波数コンバータとして動作する可能性があることは当業者には明らかであろう。

【0038】

Ｈブリッジ回路の第３および第４のブリッジ端子は、コンバータ回路のＤＣ端子を画定することができる。各スイッチングモジュールアセンブリが、Ｈブリッジ回路を含むコンバータ回路を備えたスイッチングモジュールを１つだけ含む１つの配置では（In one arrangement, where each switching module assembly includes only one switching module with a converter circuit that comprises an H-bridge circuit,）、第３のブリッジ端子は、例えば、正のＤＣ機械導体に電気的に接続される正のＤＣモジュール端子とすることができ、第４のブリッジ端子は、例えば、負のＤＣ機械導体に電気的に接続される負のＤＣ端子とすることができる。個々のスイッチングモジュールは、電気的に直列に接続することもできる。例えば、第１の機械端子又は導体間に電気的に直列に接続されたｎ個の第１のスイッチングモジュールがある場合、第１のスイッチングモジュールのうちの第１のものの第３のブリッジ端子は、正のＤＣ機械端子又は導体に電気的に接続される正のＤＣ端子とすることができ、第１のスイッチングモジュールのうちのｎ番目のものの第４のブリッジ端子は、負のＤＣ機械端子又は導体に電気的に接続される負のＤＣ端子とすることができる。第１のスイッチングモジュールの第１のものの第４のブリッジ端子は、第１のスイッチングモジュールの第２のものの第３のブリッジ端子（すなわち、正のＤＣ端子）に電気的に接続される負のＤＣ端子であってもよい。第１のスイッチングモジュールのうちの第２のものの第４のブリッジ端子（すなわち、負のＤＣ端子）は、第１のスイッチングモジュールのうちの第３のものの第３のブリッジ端子（すなわち、正のＤＣ端子）に電気的に接続されてもよく、第１のスイッチングモジュールのうちの（ｎ－１）番目のものの第４のブリッジ端子（すなわち、負のＤＣ端子）が第１のスイッチングモジュールのうちの第ｎのものの第３のブリッジ端子（すなわち、正のＤＣ端子）に電気的に接続されるまで、同様に、第１のスイッチングモジュールのうちの（ｎ－１）番目のものの第４のブリッジ端子（すなわち、負のＤＣ端子）は、第１のスイッチングモジュールのうちの第ｎのものの第３のブリッジ端子（すなわち、正のＤＣ端子）に電気的に接続されてもよい。

【0039】

第１のスイッチングモジュールは、例えば、適切なケーブルまたはバスを使用して、互いに電気的に接続され、第１の機械端子または導体に接続される。

【0040】

複数の第２のスイッチングモジュールは、上述と同様の方法で、第２の機械端子または導線の間に電気的に直列に接続することができる。

【0041】

電気機械は回転電気機械であってもよい。この場合、電気機械は、静止したステータに対して相対的に回転し、エアギャップによってステータから半径方向に離間しているロータを含むことがある。ロータは、任意の適切な構造を有することができる。ロータは、ロータ巻線を含んでもよいし、永久磁石ロータであって、ロータの周囲に周方向に間隔をおいて配置された複数の永久磁石を含んでもよい。永久磁石は、例えば、ロータ表面に固定されたマグネットキャリアアセンブリを使用して、ロータ表面に配置することもできるし、スリーブやバンドを使用して所定の位置に保持することもできる。永久磁石はロータ内に埋め込むこともできる。

【0042】

電気機械は、リニア電気機械（linear electrical machine）である場合もある。この場合、電気機械は、静止したステータに対して相対的に移動する可動子を含むこともある。可動子は、任意の適切な構造を有することができる。

【0043】

電気機械が発電機として運転される場合、第１のスイッチングモジュールは、第１の機械端子および任意の介在する第１の機械導体または導体アセンブリを介して、１つ以上の第１の負荷に電力を供給するように調整された方法で運転される。第２のスイッチングモジュールは、第２の機械端子および任意の介在する第２の機械導体または導体アセンブリを介して、１つ以上の第２の負荷に電力を供給するように調整された方法で動作させることができる。以下により詳細に説明するように、１つ以上の第１および第２の負荷は、例えば、エネルギー貯蔵装置（例えば、充電電池、スーパーキャパシタ、ハイブリッド化スーパーキャパシタおよび電池、フライホイールエネルギー貯蔵システム（charging batteries, supercapacitors, hybridised super-capacitors and batteries, flywheel energy storage systems）など）、ダイナミックブレーキシステム、電力ネットワーク、および静的コンバータなどの静的コンポーネント、またはモーターとして動作する他の電気機械（dynamic braking systems, power networks, and static converters, or other electrical machines operating as motors）を含むことができる。電気機械の第１の機械端子は、第２の電気機械の対応する機械端子に電気的に接続することができ、これにより電気機械は、電力コンバータや配電盤などを介在させることなく、第２の電気機械に電力を供給する発電機として動作することができる。

【0044】

第１および第２の負荷は、適切であれば、１つ以上の電力コンバータを介在させて第１および第２の機械端子に電気的に接続することができる。言い換えれば、第１および第２の負荷は、第１および第２の機械端子に直接電気的に接続される必要はない。電気機械が船舶で使用される場合、電力ネットワーク負荷は、例えば、船舶やホテルのサービス負荷に供給するために使用されるＤＣまたはＡＣ電力ネットワークであってもよい。直流電源網は、通常ＤＣ電圧を供給する機械端子に直接電気的に接続することができる。ＡＣ電源ネットワークは、通常ＡＣ電圧を供給する機械端子に直接電気的に接続されるか、または通常ＤＣ電圧を供給する機械端子に、介在する電力コンバータによって間接的に電気的に接続される。本明細書では、時折、船舶について言及しているが、電気機械およびこれを組み込んだ電力システムは、任意の適切な用途に使用することができ、船舶で使用することに何ら限定されないことが容易に理解されるであろう。

【0045】

電気機械がモーターとして運転される場合、第１のスイッチングモジュールは、第１の機械端子および任意の介在する第１の機械導体または導体アセンブリを介して、１つ以上の第１の電源から電力を受け取ることができる。第２のスイッチングモジュールは、第２の機械端子および任意の介在する第２の機械導体または導体アセンブリを介して、１つ以上の第２の電源から電力を受け取ることができる。以下により詳細に説明するように、１つ以上の第１および第２の電源は、例えば、エネルギー貯蔵装置（例えば、放電電池、スーパーキャパシタ、ハイブリッド化スーパーキャパシタおよび電池、フライホイールエネルギー貯蔵システムなど）、燃料電池、および電力ネットワーク、または発電機として動作する他の電気機械などの静的構成要素を含むことができる。電気機械の第１の機械端子は、発電機として動作する第２の電気機械の対応する機械端子に電気的に接続することができ、これにより、電気機械は、電力コンバータや配電盤などを介在させる必要なく、第２の電気機械から電力を受け取ることができる。第１および第２の電源は、適切であれば、１つ以上の介在する電力コンバータによって第１および第２の機械端子に電気的に接続することができる。言い換えれば、第１および第２の電源は、第１および第２の機械端子に直接電気的に接続される必要はない。

【0046】

第１のスイッチングモジュールは、固定または可変ＤＣ電圧を供給するように制御されるか、またはＤＣ電圧を受けることができる。この場合、第１の機械端子は、正のＤＣ機械端子と負のＤＣ機械端子とを含むことができる。電気機械は、任意に、正のＤＣ機械端子に電気的に接続される正のＤＣ機械導体と、負のＤＣ機械端子に電気的に接続される負のＤＣ機械導体とを含むことができる。

【0047】

適切に構成されていれば、第１のスイッチングモジュールは、通常、ＡＣ４４０ＶまたはＡＣ６９０Ｖのような固定されたＡＣ電圧を供給するように制御されるか、またはＡＣ電圧を受け取るように制御される。例えば、ＡＣ電圧は、動作要件に応じて２つ以上の異なる電圧（例えば、４４０ＶＡＣと６９０ＶＡＣ）から選択することができる。交流電圧は、任意の適切な周波数（例えば、５０または６０Ｈｚ）を有することができる。第１の機械端子には、それぞれの交流相または中性点を画定する２つ以上のＡＣ機械端子を含めることができる。電気機械はまた、対応する相のＡＣ機械端子に電気的に接続される２つ以上のＡＣ機械導体を含むことができる。ある配置では、電気機械は、３つまたは４つのＡＣ機械端子と３つまたは４つのＡＣ機械導体を備えることがあり、それにより、１つ以上の三相ＡＣ負荷または電源の第１の機械端子への電気的接続が容易になり、任意で中性点接続を含む。第１のスイッチングモジュールがＤＣ電圧と交流電圧の両方を供給または受領するように構成されている場合、例えば動作要件に応じて、ＤＣ電圧の供給または受領と交流電圧の供給または受領との間を移行するように選択的に制御することができる。この場合、第１の機械端子および第１の機械導体または導体アセンブリは、適宜、交流電圧またはＤＣ電圧を搬送することができる。

【0048】

第２のスイッチングモジュールは、固定または可変ＤＣ電圧を供給するように制御されるか、またはＤＣ電圧を受け取ることができる。この場合、第２の機械端子は、正のＤＣ機械端子と負のＤＣ機械端子とを含むことができる。電気機械は、任意に、正のＤＣ機械端子に電気的に接続される正のＤＣ機械導体と、負のＤＣ機械端子に電気的に接続される負のＤＣ機械導体とを含むことができる。

【0049】

好適に構成される場合、第２のスイッチングモジュールは、ＡＣ電圧を供給するように制御されるか、またはＡＣ電圧を受け取るように制御される。例えば、ＡＣ電圧は、動作要件に応じて２つ以上の異なる電圧（例えば、４４０ＶＡＣと６９０ＶＡＣ）から選択することができる。交流電圧は、任意の適切な周波数（例えば、５０または６０Ｈｚ）を有することができる。第２の機械端子には、それぞれの交流相または中性点を画定する２つ以上の交流機械端子を含めることができる。電気機械はまた、対応する相の交流機械端子または中性点端子に電気的に接続される２つ以上のＡＣ機械導体を含むことができる。ある配置では、電気機械は、３つまたは４つのＡＣ機械端子と３つまたは４つのＡＣ機械導体を含むことがあり、それにより、１つ以上の三相ＡＣ負荷または電源の第２の機械端子への電気的接続が容易になる。第２のスイッチングモジュールがＤＣ電圧と交流電圧の両方を供給または受領するように構成されている場合、例えば運転要件に応じて、ＤＣ電圧の供給または受領と交流電圧の供給または受領の間を移行するように選択的に制御することができる。この場合、第２の機械端子および第２の機械導体または導体アセンブリは、適宜、交流電圧またはＤＣ電圧を伝えることができる。

【0050】

第１のスイッチングモジュールは、第２のスイッチングモジュールから独立して、または実質的に独立して制御することができる。例えば、第１のスイッチングモジュールは可変ＤＣ電圧を供給するように制御することができ、第２のスイッチングモジュールは固定ＤＣ電圧または電流、あるいは固定または可変ＡＣ電圧を供給するように制御することができる。制御戦略（Control strategies）は、ステータ巻線のそれぞれの部分間、すなわち、第１のスイッチングモジュールに電気的に接続されている第１のステータコイルと、第２のステータモジュールに電気的に接続されている第２のステータコイルとの間の相互結合の影響を最小限に抑えるために使用することができる。当業者であれば、本発明による電気機械は、第１のステータコイルグループと第２のステータコイルグループとの間で相互結合が発生する可能性があり、ステータコイルグループに流れる電流に起因する電機子反作用がエアギャップ磁束密度の局所的な摂動を引き起こす可能性があることを理解するであろう（The skilled person will understand that an electrical machine according to the present invention may experience mutual coupling between the first and second stator coil groups and that armature reaction resulting from current flowing in the stator coil groups may cause local perturbation of the air gap flux density.）。相互結合と電機子反作用の複合効果は、第１のステータコイル内のコイル開回路電圧が、よく理解される方法で第２のステータコイル内に流れる電流（およびその逆）によって影響されるようなものであってもよい（The combined effects of mutual coupling and armature reaction may be such that the coil open circuit voltages within the first stator coils are affected by the currents that flow in the second stator coils (and vice versa) in a manner that is well understood. ）。各スイッチングモジュールに対して独立した閉ループ制御を行うことができ、定常状態では、第１の機械端子における平均電圧および電流は、第２の機械端子における平均電圧および電流とは独立して制御される（Independent closed loop control may be provided for each switching module and under steady state conditions, the mean voltage and current at the first machine terminals are controlled independently of the mean voltage and current at the second machine terminals.）。閉ループ制御装置は有限の利得と帯域幅を有し、「実質的に独立して」という用語は、第１の機械端子の電圧と電流に過渡的に影響を与える可能性のある第２の機械端子の異常な過渡状態を反映するために本明細書で使用される（Closed loop controllers have finite gain and bandwidth and the term “substantially independently” is used herein to reflect the abnormal transient conditions at the second machine terminals that may transiently influence the voltage and current at the first machine terminals.）。この過渡的な影響の持続時間と大きさは、それぞれの閉ループ制御装置を最適化し、例えばそれぞれの制御装置間に先制的なクロスリンク（pre-emptive cross linking：事前のクロスリンキング）を組み込むことによって最小化することができる。

【0051】

第１のスイッチングモジュールは、第１の機械端子に電力を供給するように制御することができ、同時に、第２のスイッチングモジュールは、例えば、第２の機械端子から電力を受け取ることができる。特に、第２の機械端子に電気的に接続された１つ以上の第２の電源から電力を受け取ることができる。一態様では、電気機械が回転電気機械であり、ロータが例えばディーゼルエンジンやガスタービンエンジンなどの原動機に機械的に接続されている場合、第１のスイッチングモジュールが第１の機械端子に電力を供給するように制御されている間に、第２のスイッチングモジュールが原動機と連動してロータを駆動するように第２のスイッチングモジュールを制御することによって、第２の機械端子で受領した電力が原動機を補助するために使用されることがある。第２の機械端子で受け取った電力は、第１の機械端子に再循環（recirculate）させることもできる。

【0052】

第１および第２の機械端子は、第１のスイッチによって選択的に電気的に接続される場合がある。電気機械が第１および第２の機械導体または導体アセンブリを含む場合、それらは第１のスイッチによって電気的に接続される可能性がある。第１のスイッチが開状態に制御される場合、第１および第２の機械端子と、電気的に接続された負荷または電源とは、互いに電気的に絶縁される（または実質的に電気的に絶縁される）。したがって、第１のスイッチングモジュールは、第２のスイッチングモジュールから独立して（または実質的に独立して）制御することができる。第１のスイッチが閉じられるように制御される場合、第１および第２の機械端子は電気的に接続され、「共通の：common」機械端子を形成する。第１および第２の機械導体または導体アセンブリも電気的に接続され、「共通の」機械導体または「共通の」導体アセンブリを形成する。第１および第２のスイッチングモジュールは、「共通の」機械端子に電気的に接続されるか、または「共通の」機械端子間に電気的に接続され、例えば、「共通の」機械導体または導体アセンブリに接続される。したがって、第１および第２のスイッチングモジュールの制御は、調整されるべきであり、上記の相互結合効果を最小化または対応するための制御を含むことができる。電気機械が発電機として運転される場合、第１および／または第２のスイッチングモジュールは、「共通の」機械端子を介して１つ以上の第１の負荷および／または１つ以上の第２の負荷に同じ電力を供給するように調整された方法で運転されることがある。電気機械がモーターとして運転される場合、第１および／または第２のスイッチングモジュールは、「共通の」機械端子を通じて、１つ以上の第１の電源および／または１つ以上の第２の電源から電力を受け取ることができる。第１および第２のスイッチングモジュールは、例えば、回転電気機械のロータの回転を駆動するために協調して動作させることができる。動作要件に応じて、第１および第２のスイッチングモジュールの一方または両方を動作させることができることは容易に理解されるであろう。同様に、動作要件に応じて、第１および第２の負荷の一方または両方に電力を供給したり、第１および第２の電源の一方または両方から電力を受け取ったりすることもできる。

【0053】

第１のスイッチは電気スイッチであり、１つ以上の制御可能な半導体スイッチ、例えばサイリスタを含むことができる。例えば、交流電圧を流すように設計された電気スイッチは、双方向の電流の流れを可能にするために、反並列サイリスタ（anti-parallel thyristors）を含むことができる。それぞれのスイッチングモジュールが、ＤＣ端子に可逆電流を流す電圧源コンバータとして構成（configured as voltage source converters with reversible current at their DC terminals）されている場合にも、反並列サイリスタを使用することができる。それぞれのスイッチングモジュールが、ＤＣ端子に一方向電流を流す電流源コンバータとして構成（configured as current source converters with unidirectional current at their DC terminals）されている場合は、単純サイリスタ（Simple thyristors）を使用することもできる。電気スイッチは、スナバ、ゲートドライバ、冷却システム（snubbers, gate drivers, a cooling system）などをさらに含むことができる。１つ以上の制御可能なスイッチは、適切なコントローラによってスイッチのオン／オフを制御することができる。サイリスタが採用されている場合、電気スイッチの転流は、通常、それぞれのスイッチングモジュールアセンブリの制御と調整されなければならない。サイリスタが遮断状態になるように、サイリスタの電流を遮断しなければならないからである。サイリスタの代わりに、１つ以上の完全に制御可能な半導体スイッチを使用することもできる。電気スイッチは、直列冗長構成（series redundant configuration）をとることができる。

【0054】

第１の機械端子と１つ以上の第１の負荷または電源との間の電気的接続、および第２の機械端子と１つ以上の第２の負荷または電源との間の電気的接続は、例えば、適切なケーブル配線またはバスを用いて行うことができる。ケーブル配線またはバスは、絶縁スイッチおよび／またはヒューズによって、電気機械の第１の機械端子および／または１つ以上の第１の負荷もしくは電源に電気的に接続されてもよい。ケーブル配線またはバスは、絶縁スイッチおよび／またはヒューズによって、電気機械の第２の機械端子および／または１つ以上の第２の負荷もしくは電源に電気的に接続される場合がある。絶縁スイッチは電気スイッチであってよく、１つ以上の制御可能な半導体スイッチ、例えばサイリスタを含んでよい。例えば、交流電圧を流すように設計された電気スイッチは、双方向の電流の流れを可能にするために、反並列サイリスタ（anti-parallel thyristors）を含むことができる。それぞれのスイッチングモジュールが、ＤＣ端子に可逆電流を流す電圧源コンバータとして構成（configured as voltage source converters with reversible current at their DC terminals）されている場合にも、反並列サイリスタを使用することができる。それぞれのスイッチングモジュールが、ＤＣ端子に一方向電流を流す電流源コンバータとして構成（configured as current source converters with unidirectional current at their DC terminals）されている場合は、単純サイリスタを使用することもできる。電気スイッチは、スナバ、ゲートドライバ、冷却システムなどをさらに含むことができる。１つ以上の制御可能なスイッチは、適切なコントローラによってスイッチのオン／オフを制御することができる。電気スイッチの整流は、サイリスタが採用されている場合、通常、それぞれのスイッチングモジュールアセンブリの制御と調整されなければならない。サイリスタの代わりに、１つ以上の完全に制御可能な半導体スイッチを使用することもできる。電気スイッチは、直列冗長構成をとることができる。絶縁スイッチは、機械的な絶縁装置（mechanical isolators：機械式アイソレータ）でもよい。実際には、例えば任意の適切な絶縁スイッチ、取り外し可能なリンク、またはヒューズを電力系統の任意の場所に挿入して、必要に応じて電気的絶縁を提供することができる。

【0055】

絶縁スイッチは、電気機械および／または負荷や電源からケーブルやバスを電気的に絶縁（または実質的に絶縁）するために使用することができる。従来の電力システムにおける機械式アイソレータは、実質的に開回路であるオフ状態と、通常の使用電圧の数倍の開回路電圧に耐える能力を有する。制御可能な半導体スイッチで構成される絶縁スイッチは、オフ状態のインピーダンスと耐電圧が低くなる可能性がある。しかし、適切に設計された電圧マージンと冗長性により、各絶縁スイッチは、それが電気的に接続されている電気回路を実質的に絶縁するのに十分なオフ状態を持つことができるため、本明細書では「実質的に絶縁する」という用語を使用している。電力を供給するために制御されるスイッチングモジュールが電流源コンバータとして構成されている場合、電流を遮断することが可能であり、ケーブルまたはバスを通る電流が既に遮断されている場合に絶縁スイッチを開くことができる。電気接続が電流源接続として構成されている場合、電気接続は１つ以上のインダクタを含むことがあり、電気機械と１つ以上の接続された負荷または電源との間にある程度の調整が必要となることがある。電気的接続が電圧源接続として構成される場合、電気的接続は１つ以上のコンデンサを含むことがある。いくつかの配置では、１つ以上のインダクタおよび／またはコンデンサは、電気機械の第１および／または第２の機械端子、あるいはスイッチングモジュールが電気的に接続される任意の機械導体または導体アセンブリに設けることができる。

【0056】

本発明はさらに、上述の第１の電気機械と、第２の電気機械とを含む電力システムを提供する。第２の電気機械は、
第１の機械端子と、
それぞれのステータ相を画定する複数の第１のステータコイルグループを含むステータであって、各第１のステータコイルグループは、１つ以上の相互接続された第１のステータコイルを含む、ステータと、
第１の機械端子に電気的に接続された、または第１の機械端子間に電気的に接続された複数の第１のスイッチングモジュールアセンブリを含むパワーエレクトロニクススイッチングアセンブリと、を含み、
各第１のスイッチングモジュールアセンブリは、１つ以上の相互接続された第１のスイッチングモジュールを含み、各第１のスイッチングモジュールは、それぞれの第１のステータコイルグループに電気的に接続され、
第２の電気機械の第１の機械端子は、第１の電気機械の第１の機械端子に電気的に接続される。言い換えれば、第２の電気機械は、第１の電気機械の第１の機械端子に電気的に接続される上述の第１の負荷である。

【0057】

第２の電気機械は、第１の電気機械について上述したようになすことができる。特に、第２の電気機械の第１の機械端子、第１のステータコイルグループ、およびパワーエレクトロニクススイッチングアセンブリの第１のスイッチングモジュールアセンブリおよび第１のスイッチングモジュールは、上述のように構成され、制御され得る。

【0058】

第２の電気機械は、回転電気機械であってもよい。この場合、第２の電気機械は、静止したステータに対して相対的に回転し、エアギャップによってステータから半径方向に離間しているロータを含むこともある。ロータは、任意の適切な構造を有することができる。ロータは、ロータ巻線を含んでもよいし、永久磁石ロータであって、ロータの周囲に周方向に間隔をおいて配置された複数の永久磁石を含んでもよい。永久磁石は、例えば、ロータ表面に固定されたマグネットキャリアアセンブリを使用して、ロータ表面に配置することもできるし、スリーブやバンドを使用して所定の位置に保持することもできる。永久磁石はロータ内に埋め込むこともできる。

【0059】

第２の電気機械は、リニア電気機械である場合もある。この場合、第２の電気機械は、静止したステータに対して相対的に移動する可動子（mover：ムーバ）を含むこともある。可動子は、任意の適切な構造を有することができる。

【0060】

第１および第２の電気機械のそれぞれの第１の機械端子は、適切なケーブルまたはバスによって電気的に接続されることがある。

【0061】

配線またはバス（cabling or buses）は、絶縁スイッチおよび／またはヒューズ（isolation switches and/or fuses）によって、第１の電気機械の第１の機械端子に電気的に接続される場合がある。配線またはバスは、絶縁スイッチおよび／またはヒューズによって、第２の電気機械の第１の機械端子に電気的に接続される場合がある。上述したように、絶縁スイッチは電気スイッチであってもよく、１つ以上の制御可能な半導体スイッチ、例えばサイリスタを含んでもよい。１つ以上の制御可能なスイッチは、適切なコントローラによってオン／オフを制御することができる。絶縁スイッチは機械的アイソレータ（mechanical isolators）であってもよい。

【0062】

絶縁スイッチは、配線またはバスを第１の電気機械および／または第２の電気機械から電気的に絶縁（または実質的に絶縁）するために使用することができる。電力を供給するために制御されるスイッチングモジュールが電流源コンバータとして構成されている場合、電流を遮断することができ、配線またはバスを通る電流がすでに遮断されているときに絶縁スイッチを開くことができる。

【0063】

第１の電気機械と第２の電気機械が直接電気的に接続されることにより、電力システムの一部として、独立型または遠隔地に設置されることが多い電力コンバータ、配電盤などが不要となり、コストとスペースが大幅に節約される。特に、本発明の電力システムでは、電気機械を適切な電力コンバータによってＡＣバスに電気的に接続する必要がない。電力コンバータは、電気機械のパワーエレクトロニクススイッチングアセンブリによって効果的に置き換えられる。機械の導体または導体アセンブリは、従来のリニア配電盤のバスセクションに取って代わる。一組の機械端子間（または機械導体または導体アセンブリ間）のスイッチは、従来のリニア配電盤のバスセクションを電気的に接続する従来のバスタイ（the conventional bus ties that electrically connect the bus sections of the conventional linear switchboard）に効果的に取って代わる。その結果、電力系統は物理的にコンパクトになり、柔軟性が向上する。例えば、最大限の回復力／冗長性または効率を提供するように構成することができる。２つの独立した系統電圧を持ちながら、原動機は１つだけで、エネルギー貯蔵装置を使用しないことも可能である。電力システム（power system：電力系統）は、大きな故障電流が発生しないため、相互接続導体のサイズを小さくできるという利点もある。直流送電は、所定の導体サイズと絶縁厚さに対して、電力スループットを向上させる。直流送電用の相互接続ケーブルやバスは、大幅に小型化できる。

【0064】

第１の電気機械が発電機として運転され、第２の電気機械がモーターとして運転される場合、第１の電気機械は、ケーブルまたはバスによって提供されるそれぞれの第１の機械端子間の電気接続を介して、第２の電気機械に電力を供給することができる。同時に、第１の電気機械は、第２のスイッチングモジュールを第１のスイッチングモジュールから独立して制御することにより、第２の機械端子を通じて１つ以上の第２の負荷に独立して電力を供給することができる。電力システムが船舶で使用される場合、１つ以上の第２の負荷は、例えば、ＤＣまたはＡＣ電力ネットワークに電気的に接続される船舶またはホテルのサービス負荷であってもよい。第１の電気機械が上述のオプションの第１のスイッチを含む場合、第１のスイッチが開状態に制御されれば、第１および第２のスイッチングモジュールは、第１の電気機械の第１および第２の機械端子を通じて独立して電力を供給することができる。第１のスイッチが閉じられるように制御される場合、第１の電気機械の第１および／または第２のスイッチングモジュールは、「共通の」機械端子を通じて第２の電気機械および／または電気的に－接続された第２の負荷に同じ電力を供給するように協調して制御されることができる。第１の電気機械が１つ以上の第２の負荷への電力供給を停止することもあり得るが、この第２の負荷は、任意に、上述の絶縁スイッチを開くことによって第１の電気機械から電気的に絶縁（または実質的に絶縁）される。その後、第１および第２のスイッチングモジュールを制御することによって第１の電気機械によって生成されたすべての電力は、「共通の」機械端子を介して第２の電気機械に供給される。

【0065】

第１の電気機械が発電機として運転され、第２の電気機械がモーターとして運転される場合、少なくとも第１のスイッチングモジュールは、可変ＤＣ電圧を第１の機械端子に供給するように制御することができる。可変ＤＣ電圧は、その第１の機械端子、および任意であらゆる第１の機械導体または導体アセンブリ（optionally any first machine conductors or conductor assembly）を介して、第２の電気機械の第１のスイッチングモジュールに供給される。第２の電気機械に供給されるＤＣ電圧を変化させ、第２の電気機械の第１のスイッチングモジュールを制御してロータの回転を駆動することにより、第２の電気機械の回転速度を変化させることができる。第１の電気機械の第１のスイッチングモジュールが電流源コンバータとして構成される場合、例えば、第１の電気機械によって供給されるＤＣ電圧の振幅は、電力流れ方向によって決定される極性を有する回転速度に比例し、直流電流の振幅は、トルクに比例する可能性がある。第１のスイッチングモジュールは、第１の電気機械が発電機として運転されるときに、接続されたステータコイルグループの印加コイル電圧（applied coil voltages）を変化させるために使用することができる。第１の電気機械の各第１のスイッチングモジュール内の制御可能な半導体スイッチの作動（firing：発射）を遅延させることにより、可変ＤＣ電圧を導出し、第１の電気機械の第１の機械端子に供給することができる。

【0066】

第１の電気機械の第１および第２の機械端子が電気的に接続されている場合、すなわち、オプションの第１のスイッチが閉じられるように制御されている場合、第２のスイッチングモジュールも可変ＤＣ電圧を供給するように制御されることがあり、第１および第２のスイッチングモジュールは、好ましくは協調して制御される。第１の電気機械の第１の機械端子と第２の機械端子が電気的に絶縁されている場合、すなわち、オプションの第１のスイッチが省略されている場合、または開くように制御されている場合、第２のスイッチングモジュールは、可変または固定ＤＣ電圧、または可変または固定の交流電圧（a variable or fixed DC voltage or a variable or fixed AC voltage）を第２の機械端子に供給するように独立して制御することができる。可変ＤＣ電圧は、第３の電気機械が第１の電気機械の第２の機械端子に電気的に接続され、モーターとして作動する場合に適している。したがって、第１の電気機械は、モーターとして運転される２つの電気機械に、第１および第２の機械端子を通じて独立して電力を供給するように構成することができる。第２および第３の電気機械は、第１の電気機械の第１および第２の機械端子に別個に電気的に接続されているため、異なる回転速度またはトルクで作動させることができ、異なる方向に回転させることができる（例えば、逆回転用途の場合）。固定ＤＣ電圧は、例えば、電力システムが船舶で使用される場合、船舶またはホテルサービスの負荷などの１つ以上の負荷に適している場合があり、より一般的には、固定ＤＣ入力電圧で動作することを好む負荷に適している場合がある。これには、固定ＤＣ入力電圧が好まれる、それぞれの電力コンバータによって第２の機械端子に電気的に接続されるＡＣ負荷も含まれる。固定ＡＣ電圧は、同様の理由で適しており、それぞれの電力コンバータを必要とせずに、ＡＣ負荷を第２の機械端子に直接電気的に接続することができる。１つ以上の第２の負荷は、１つ以上の負荷が順番に電気的に接続されるＤＣまたはＡＣ電力ネットワークなどの電力ネットワークを含むことができる。

【0067】

第１の電気機械がモーターとして運転され、第２の電気機械が発電機として運転される場合、第１の電気機械は、それぞれの第１の機械端子間の電気接続を介して、第２の電気機械から電力を受け取ることができる。第１の電気機械はまた、第２の機械端子を通して１つ以上の第２の電源から電力を受け取ることができる。より詳細には、第１の電気機械の第１のスイッチングモジュールは、電気的に接続された第１の機械端子を通じて第２の電気機械の第１のスイッチングモジュールから電力を受け取ることができ、第１の電気機械の第２のスイッチングモジュールは、第２の機械端子に電気的に接続された１つ以上の第２の電源から電力を受け取ることができる。第１の電気機械が上述のオプションの第１のスイッチを含む場合、第１のスイッチが開状態に制御されると、第１のスイッチングモジュールおよび第２のスイッチングモジュールは、第１の電気機械の第１および第２の機械端子を通じて独立して電力を受け取ることができる。第１のスイッチが閉じられるように制御される場合、第１の電気機械の第１および／または第２のスイッチングモジュールは、「共通の」機械端子を通じて、第２の電気機械および／または電気的に接続された第２の電源から電力を受け取ることができる。

【0068】

第１の電気機械がモーターとして運転され、第２の電気機械が発電機として運転される場合、第１の電気機械の少なくとも第１のスイッチングモジュールは、通常、第１の機械端子および任意に介在する第１の機械導体または導体アセンブリから可変ＤＣ電圧を受ける。可変ＤＣ電圧は、第２の電気機械の第１の機械端子から供給され、それに応じて制御される。供給されるＤＣ電圧は、第２の電気機械によって変化させることができ、第１の電気機械の第１のスイッチングモジュールは、モーターとして動作するときに第１の電気機械の回転速度を変化させるように、すなわち従来の可変速ドライブの機能を再現するように動作させることができる。第１の電気機械の第１および第２の機械端子が電気的に接続されている場合、すなわち、オプションの第１のスイッチが閉じられるように制御されている場合、第２のスイッチングモジュールも可変ＤＣ電圧を受けることができ、また、第１の電気機械のロータを協調して駆動するように動作させることができる。第１の電気機械の第１および第２の機械端子が電気的に絶縁されている場合、すなわち、オプションの第１のスイッチが省略されているか、または開くように制御されている場合、第２のスイッチングモジュールは、第２の機械端子および任意の介在する第２の機械導体または導体アセンブリから、可変ＤＣ電圧、固定ＤＣ電圧、可変ＡＣ電圧または固定ＡＣ電圧を受けることができる。第２の機械端子に電気的に接続される１つ以上の第２の電源は、任意で適切な電力コンバータを備えた１つ以上のＡＣ電源を含んでもよいし、例えば１つ以上のＤＣ電源網（one or more DC power networks）を含んでもよい。可変ＤＣ電圧は、第２の電気機械と同様の第３の電気機械が第２の機械端子に電気的に接続されている場合、すなわち、１つ以上の第２の電源が発電機として作動する第３の電気機械を含む場合に適している。したがって、第１の電気機械は、発電機として運転される２つの電気機械から電力を受け取るように構成される場合がある。第１の電気機械は、第２および第３の電気機械の両方から、調整された方法で同時に電力を受け取るように構成されてもよいし、通常は電気機械の一方のみから電力を受け取るが、状況によっては、例えば、障害が発生した場合、または通常電力を供給する電気機械が定期メンテナンス中など何らかの理由で稼働していない場合に、他方の電気機械から電力を受け取るオプションを有するように構成されてもよい。第２および第３の電気機械の一方からのみ電力を受け取る場合、オプションのスイッチを閉じて、第１の電気機械の第１および第２のスイッチングモジュールが、「共通の」機械端子および任意の介在する「共通の」機械導体または「共通の」導体アセンブリから電力を受け取るようにすることができる。第１および第２のスイッチングモジュールは、第２または第３の電気機械から同じ電力を受け、好ましくは、第１の電気機械のロータを駆動するように協調制御される。

【0069】

第１および第２の電気機械は、いずれも発電機として作動させることも、モーターとして作動させることもできる。言い換えれば、第１および第２の電気機械の一方を発電機として作動させ、第１および第２の電気機械の他方をモーターとして作動させる必要はない。

【0070】

第２の電気機械は、１つ以上の第２の負荷または電源に電気的に接続可能な第２の機械端子をさらに含むことができる。第２の電気機械のステータは、それぞれのステータ相を画定する複数の第２のステータコイルグループをさらに含むことができる。各第２のステータコイルグループは、１つ以上の相互接続された第２のステータコイルを含む場合がある。第２の電気機械のパワーエレクトロニクススイッチングアセンブリは、第２の機械端子に電気的に接続された、または第２の機械端子間に電気的に接続された複数の第２のスイッチングモジュールアセンブリをさらに含むことができる。各第２のスイッチングモジュールアセンブリは、１つ以上の相互接続された第２のスイッチングモジュールを含む場合があり、各第２のスイッチングモジュールは、それぞれの第２のステータコイルグループに電気的に接続される。

【0071】

第２の機械端子、第２のステータコイルグループ、およびパワーエレクトロニクススイッチングアセンブリの第２のスイッチングモジュールアセンブリと第２のスイッチングモジュールは、上記のように構成され、制御され得る。

【0072】

第２の電気機械の第１のスイッチングモジュールは、第２の電気機械の第２のスイッチングモジュールから独立して（または実質的に独立して）選択的に制御されるように適合させることができる。

【0073】

第２の電気機械の第１および第２の機械端子は、第２のスイッチによって選択的に電気的に接続することができる。第２のスイッチが開くように制御された場合、第１および第２の機械端子と接続された負荷または電源は電気的に絶縁され（または実質的に絶縁され）、第２のスイッチが閉じるように制御された場合、第１および第２の機械端子は電気的に接続される。したがって、第２の電気機械は、発電機またはモーターとして運転される場合、第１の電気機械と同様に構成され得ることが容易に理解されるであろう。

【0074】

第２のスイッチは電気スイッチであってもよく、１つ以上の制御可能な半導体スイッチ、例えばサイリスタを含むことができる。例えば、交流電圧を流すように設計された電気スイッチは、双方向の電流の流れを可能にするために、反並列サイリスタで構成することができる。それぞれのスイッチングモジュールが、ＤＣ端子に可逆電流を流す電圧源コンバータとして構成されている場合にも、反並列サイリスタ（anti-parallel thyristors）を使用することができる。それぞれのスイッチングモジュールが、ＤＣ端子に一方向電流を流す電流源コンバータとして構成されている場合は、単純サイリスタを使用することもできる。電気スイッチは、スナバ、ゲートドライバ、冷却システム（snubbers, gate drivers, a cooling system）などをさらに含むことができる。１つ以上の制御可能なスイッチは、適切なコントローラによってスイッチのオン／オフを制御することができる。電気スイッチの整流は、サイリスタが採用されている場合、通常、それぞれのスイッチングモジュールアセンブリの制御と調整されなければならない。サイリスタの代わりに、１つ以上の完全に制御可能な半導体スイッチを使用することもできる。電気スイッチは、直列冗長構成（series redundant configuration）をとることができる。

【0075】

第１の電気機械は、１つ以上の第３の負荷または電源に電気的に接続可能な第３の機械端子をさらに備えることができる。第１の電気機械のステータは、それぞれのステータ相を画定する複数の第３のステータコイルグループをさらに含むことができる。各第３のステータコイルグループは、１つ以上の相互接続された第３のステータコイルで構成することができる。第１の電気機械のパワーエレクトロニクススイッチングアセンブリは、第３の機械端子に電気的に接続された、または第３の機械端子間に電気的に接続された複数の第３のスイッチングモジュールアセンブリをさらに含むことができる。各第３スイッチングモジュールアセンブリは、相互接続された１つ以上の第３スイッチングモジュールを含む場合があり、各第３スイッチングモジュールは、それぞれの第３ステータコイルグループに電気的に接続される。

【0076】

第３の機械端子、第３のステータコイルグループ、およびパワーエレクトロニクススイッチングアセンブリの第３のスイッチングモジュールアセンブリと第３のスイッチングモジュールは、上記のように構成および制御することができる。

【0077】

第１の電気機械の第３のスイッチングモジュールは、第１の電気機械の第１および第２のスイッチングモジュールから独立して（または実質的に独立して）選択的に制御されるように適合させることができる。ステータ巻線のそれぞれの部分間、すなわち、第１のスイッチングモジュールに電気的に接続されている第１のステータコイル、第２のステータモジュールに電気的に接続されている第２のステータコイル、および第３のスイッチングモジュールに電気的に接続されている第３のステータコイル間の相互結合の影響を最小限に抑えるために、制御戦略を使用することができる（Control strategies may be used to minimise any effects of mutual coupling between the respective parts of the stator winding - i.e., between the first stator coils that are electrically connected to the first switching modules, the second stator coils that are electrically connected to the second stator modules, and the third stator coils that are electrically connected to the third switching modules.）。

【0078】

一般論として、電力系統の各電気機械は、２組以上の機械端子（two or more sets of machine terminals）を含むことがある。機械端子の各セットは、複数のスイッチングモジュールアセンブリに電気的に接続されている。機械端子の各セットは、機械導体のセットまたは導体アセンブリに電気的に接続されることがある。機械端子、機械導体などのセットの数は、特定の電力システムの要件に依存する。機械端子の各セットは、任意の適切な数の個々の機械端子（例えば、正のＤＣ機械端子と負のＤＣ機械端子、または２つ以上のＡＣ機械端子）を含むことができる。

【0079】

第１の電気機械の第２および第３の機械端子は、第３のスイッチによって選択的に電気的に接続することができる。第３のスイッチが開くように制御された場合、第２および第３の機械端子と、接続された負荷または電源は電気的に絶縁され（または実質的に絶縁され）、第３のスイッチが閉じるように制御された場合、第２および第３の機械端子は電気的に接続される。第１の電気機械の第１および第３の機械端子は、第４のスイッチによって電気的に接続される場合がある。第４のスイッチが開くように制御された場合、第１および第３の機械端子と、接続された負荷または電源は電気的に絶縁され（または実質的に絶縁され）、第４のスイッチが閉じるように制御された場合、第１および第３の機械端子は電気的に接続される。したがって、第１、第３および第４のスイッチにより、第１の電気機械の第１、第２および第３の機械端子のいずれか２つまたは３つすべてを、必要に応じて電気的に接続または絶縁することができる。第３および第４のスイッチは電気スイッチであってよく、１つ以上の制御可能な半導体スイッチ、例えばサイリスタを含むことができる。例えば、交流電圧を流すように設計された電気スイッチは、双方向の電流の流れを可能にするために、反並列サイリスタで構成することができる。それぞれのスイッチングモジュールが、ＤＣ端子に可逆電流を流す電圧源コンバータとして構成されている場合にも、反並列サイリスタを使用することができる。それぞれのスイッチングモジュールが、ＤＣ端子に一方向電流を流す電流源コンバータとして構成されている場合は、単純サイリスタを使用することもできる。電気スイッチは、スナバ、ゲートドライバ、冷却システムなどをさらに含むことができる。つまたは複数の制御可能なスイッチは、適切なコントローラによってスイッチのオン／オフを制御することができる。１つ以上の制御可能なスイッチは、適切なコントローラによってオンとオフを切り替えるように制御できる。サイリスタが使用されている場合、電気スイッチの整流は通常、それぞれのスイッチングモジュールアセンブリの制御と調整する必要がある。サイリスタの代わりに、１つ以上の完全に制御可能な半導体スイッチを使用することもできる。電気スイッチは、直列冗長構成にすることができる。

【0080】

第３の（および追加の）機械端子は、必要に応じて可変または固定ＤＣ電圧、あるいは可変または固定の交流電圧を供給または受領することができる。

【0081】

第１および第２の電気機械に加えて、電力システムは、第３の電気機械をさらに含むことができる。第３の電気機械は、
第１の機械端子と、
それぞれのステータ相を画定する複数の第１のステータコイルグループを含むステータであって、各第１のステータコイルグループは、１つ以上の相互接続された第１のステータコイルを含む、ステータと、
第１の機械端子に電気的に接続された、または第１の機械端子間に電気的に接続された複数の第１のスイッチングモジュールアセンブリを含むパワーエレクトロニクススイッチングアセンブリと、を含み、
各第１のスイッチングモジュールアセンブリは、１つ以上の相互接続された第１のスイッチングモジュールを含み、各第１のスイッチングモジュールは、それぞれの第１のステータコイルグループに電気的に接続され、
第３の電気機械の第１の機械端子は、第１の電気機械の第１の機械端子または第２の機械端子に電気的に接続されている。言い換えれば、第３の電気機械は、上述の第１または第２の負荷である。

【0082】

第３の電気機械は、第１および第２の電気機械について上述したようになすことができる。特に、第３の電気機械のパワーエレクトロニクススイッチングアセンブリの第１の機械端子、第１のステータコイルグループ、および第１のスイッチングモジュールアセンブリおよび第１のスイッチングモジュールは、上述のように構成および制御され得る。

【0083】

第３の電気機械は、回転電気機械であってもよい。この場合、第３の電気機械は、静止したステータに対して相対的に回転し、エアギャップによってステータから半径方向に離間しているロータを含み得る。ロータは、任意の適切な構造を有することができる。ロータは、ロータ巻線を含んでもよいし、永久磁石ロータであって、ロータの周囲に周方向に間隔をおいて配置された複数の永久磁石を含んでもよい。永久磁石は、例えば、ロータ表面に固定されたマグネットキャリアアセンブリを使用して、ロータ表面に配置することもできるし、スリーブやバンドを使用して所定の位置に保持することもできる。永久磁石はロータ内に埋め込むこともできる。

【0084】

第３の電気機械は、リニア電気機械とすることもできる。この場合、第３の電気機械は、静止したステータに対して相対的に移動する可動子（mover）を含むこともできる。可動子は、任意の適切な構造を有することができる。

【0085】

第３の電気機械の第１の機械端子は、適切なケーブルまたはバスによって、第１の電気機械の第１または第２の機械端子に電気的に接続することができる。

【0086】

配線またはバスは、絶縁スイッチおよび／またはヒューズによって、第１の電気機械の第１または第２の機械端子に電気的に接続される場合がある。配線またはバスは、絶縁スイッチおよび／またはヒューズによって第３の電気機械の第１の端子に電気的に接続される場合がある。上述したように、絶縁スイッチは電気スイッチであってもよく、１つ以上の制御可能な半導体スイッチ、例えばサイリスタを含んでもよい。１つ以上の制御可能なスイッチは、適切なコントローラによってオン／オフを制御することができる。絶縁スイッチは機械的アイソレータであってもよい。

【0087】

絶縁スイッチは、配線またはバスを第１の電気機械および／または第３の電気機械から電気的に絶縁（または実質的に絶縁）するために使用することができる。電力を供給するために制御されるスイッチングモジュールが電流源コンバータとして構成されている場合、電流を遮断することができ、配線またはバスを通る電流がすでに遮断されているときに絶縁スイッチを開くことができる。

【0088】

第１の電気機械の第１の機械端子が第２の電気機械の第１の機械端子に電気的に接続され、第１の電気機械の第２の機械端子が第３の電気機械の第１の機械端子に電気的に接続されることが好ましい場合がある。これにより、第２の電気機械と第３の電気機械を互いに電気的に絶縁（または実質的に絶縁）することができる。しかし、第２および第３の電気機械の第１の機械端子が、ともに第１の電気機械の第１の機械端子に並列に電気的に接続されることも可能である。第１の電気機械が発電機として運転され、第２および第３の電気機械がモーターとして運転される場合、例えば、第１の電気機械は、第１および第２の電気機械のそれぞれの第１の機械端子間の電気的接続を介して第２の電気機械に電力を供給することができ、第１の電気機械の第２の機械端子と第３の電気機械の第１の機械端子との間の電気的接続を介して第３の電気機械に電力を供給することができる。このような電力は、第１の電気機械の第１および第２の機械端子が電気的に絶縁されている場合には、第２および第３の電気機械に独立して供給され、第１の電気機械の第１および第２の機械端子が電気的に接続されている場合、すなわち、第１のスイッチが閉じられるように制御されている場合には、協調して供給される。第１のスイッチが閉じられるように制御される場合、第１の電気機械は、「共通の」機械端子から第２および第３の電気機械の一方または両方に同じ電力を供給することができる。この場合、第２および第３の電気機械は、「共通の」機械端子に対して実質的に電気的に並列に接続される。第２および第３の電気機械の第１の機械端子が第１の電気機械の第１の機械端子に電気的に並列に接続される場合、第１の電気機械の第２の機械端子は、１つ以上の他の第２の負荷または電源に電気的に接続され得る。第２および第３の電気機械はまた、以下により詳細に説明されるように、第１の電気機械の第１の機械端子に直列に電気的に接続されることもある。

【0089】

第１の電気機械がモーターとして運転され、第２および第３の電気機械が発電機として運転される場合、第１の電気機械は、第１および第２の電気機械のそれぞれの第１の機械端子間の電気的接続を介して第２の電気機械から電力を受け取り、第１の電気機械の第２の機械端子と第３の電気機械の第１の機械端子との間の電気的接続を介して第３の電気機械から電力を受け取ることができる。このような電力は、第１の電気機械の第１および第２の機械端子が電気的に絶縁されている場合には、第２および第３の電気機械から独立して受け取ることができ、第１の電気機械の第１および第２の機械端子が電気的に接続されている場合、すなわち第１のスイッチが閉じられるように制御されている場合には、協調して受け取ることができる。第１のスイッチが閉じられるように制御される場合、第１の電気機械は、「共通の」機械端子を通じて、第２および第３の電気機械の一方または両方から電力を受け取ることができる。第１および第２のスイッチングモジュールは、好ましくは、第１の電気機械のロータを駆動するように協調して制御される。

【0090】

どの電気機械の機械端子も、それぞれの電気機械が動作していない場合、すなわち、機械端子の特定のセットに関連するスイッチングモジュールがオフになっている場合であっても、直接電力を伝達（転送／移送）または再指向（re direct：リダイレクト）するために使用することができる（The machine terminals of any electrical machine may be used to transfer or re direct power even if the respective electrical machine is not operating, i.e., if the switching modules associated with a particular set of machine terminals are turned off）。例えば、第１の電気機械の機械端子は、第１の電気機械が動作していない場合、第２の電気機械と第３の電気機械の間で電力を転送または再指向するために使用できる。これは、オプションで、第１のスイッチを閉じて、第２の電気機械と第３の電気機械を第１の電気機械の「共通の」機械端子に電気的に接続することによって行われる（For example, the machine terminals of the first electrical machine may be used to transfer or re direct power between the second and third electrical machines if the first electrical machine is not operating - optionally by closing the first switch so that the second and third electrical machines are electrically connected to “common” machine terminals of the first electrical machine）。このような機能は、発電機に電気的に接続されていない従来のリニア配電盤のバスセクションに似ているかもしれない。したがって、相互接続された機械端子は、電力系統に電力を導くために必要に応じて使用することができる。２台以上の電気機械の機械端子は、電力系統全体を通じて電力の移送または再指向を容易にするために、必要に応じて相互接続することができる。これには、例えば、通常は発電機として動作する、または通常はモーターとして動作する、２つ以上の電気機械の機械端子間の相互接続が含まれる。

【0091】

当業者には、上記の例をいくつかの異なる方法で拡張して、多くの異なる電力システムを作成できることが明らかであろう。各電力システムは、任意の適切な数の機械端子セットおよび機械導体または導体アセンブリ（例えば、１セット、２セット、３セットまたはそれ以上）を有する任意の適切な数の電気機械を含むことができ、これらの機械端子セットは、異なる方法で電気機械間に電気的に接続され、任意で他の負荷または電源に電気的に接続される。機械端子の異なるセットは、必要に応じて開閉可能なスイッチによって電気的に接続される。特定の数の電気機械を有し、各電気機械が特定の数の機械端子セットを有し、機械端子が特定の方法で電気的に接続されている特定の電力システムは、したがって、それぞれの機械端子セットおよび関連する機械導体または導体アセンブリを電気的に分離または接続するためにスイッチを開閉することによって、必要に応じて（例えば、異なる運転条件に対して）再構成可能である。また、各電気機械のスイッチングモジュールは、運転条件や、スイッチングモジュールが電気的に接続されている機械端子が絶縁されているか、他の機械端子に電気的に接続されているかに応じて、独立して、または協調して、適切な方法で制御することができる。例えば、電力系統のある運転条件では、特定のスイッチングモジュールは固定ＤＣ電圧を供給するように制御され、別の運転条件では可変ＤＣ電圧を供給するように制御されたり、その逆に制御されたりする。電力系統のある運転条件では、あるスイッチングモジュールはＤＣ電圧を供給するように制御され、別の運転条件では、単相または多相の交流電圧を供給するように制御されることもある。これは、電力系統を異なる運転条件に合わせて再設定する場合に、ステータコイルグループのコイル電流を整流するようにスイッチングモジュールを制御する方法を調整するだけで実現できる。スイッチングモジュールとそれぞれの機械端子および導線は、必要とされる運転上の柔軟性に応じて構成することができる。この電源システムは柔軟性が高く、例えば船舶のような異なる運転条件に容易に適合させることができる。また、この電源システムは、故障やコンポーネントの不具合に対応する能力を備えた重要な冗長性を提供する。最も重要なことは、従来の電源システムで通常必要とされる、物理的に分離された個別の電源コンバータや配電盤を省略できることである。

【0092】

通常は発電機として動作する電気機械のロータは、例えばディーゼルエンジンやガスタービンエンジンなどの原動機、あるいは風力タービンアセンブリや水力タービンアセンブリなどの他の適切な回転動力源や駆動装置によって駆動されるように構成することができる。通常モーターを作動させる電気機械のロータは、例えば電力システムが船舶で使用される場合、推進負荷などの負荷を駆動するように構成することができる。電気機械が回転電気機械でない場合（例えば、可動子を有するリニア電気機械である場合）、他の電源および／または負荷が電力システムの一部として使用されることが理解されるであろう。

【0093】

通常はモーターとして動作する電気機械が、回生ブレーキ時などには発電機として動作することがあり、その逆もある。このような状況では、発電機として動作する電気機械のスイッチングモジュールは、ロータを駆動するように制御される代わりに、電力を供給するように制御されることがある。生成された電力は、第２の電気機械の機械端子に供給されたり、同じ電気機械の異なる機械端子に供給されたりする（すなわち、機械内で電力が再循環される：the power is recirculated within the machine）。いくつかのアレンジでは、生成または受領された電力は、電力システム（電力系統）の別の部分に再指向される（In some arrangements, the generated or received power may be re directed to another part of the power system）。例えば、第２の電気機械が、例えば電力ネットワークに電気的に接続されるかもしれない別の機械端子のセットを含む場合、機械端子のセットの間のオプションのスイッチは、受領された電力が電力ネットワークに供給されるように閉じられるかもしれない。電気機械によって生成された電力は、エネルギー貯蔵装置（例えば、バッテリ、スーパーキャパシタ、フライホイールエネルギー貯蔵システムなど）またはダイナミックブレーキシステムに送られ、そこで熱として放散される。エネルギー貯蔵装置は、例えば回生制動時に発電機として動作している電気機械の機械端子、または電力が再指向される可能性のある電力系統の別の電気機械の機械端子に電気的に接続することができる。電気機械は、モーターおよび発電機として同時に動作し、電力が第１の機械端子で受電され、第２の機械端子に供給される場合もあれば、その逆の場合もある。例えば、回転電気機械の場合、ロータシャフト上の入力トルクは、その内部トルクとは異なる可能性がある。すなわち、実際には効率が１００％未満である電気機械および電力コンバータに関連する電力損失を除いて、第２の機械端子への電力供給に関連するエアギャップトルクは、ロータシャフト上の入力トルクと第１の機械端子で受電した電力に関連するエアギャップトルクの和である可能性がある（In the case of a rotating electrical machine, for example, the input torque on the rotor shaft may be different from its internal torque, i.e. with the exception of power losses associated with electrical machines and power converters having less than 100% efficiency in practice, the air gap torque associated with power delivery to the second machine terminals may be the sum of the input torque on the rotor shaft and the air gap torque associated with power received at the first machine terminals）。再循環電力は、原動力が損なわれた場合や過渡過負荷が発生した場合など、特定の運転条件において有用である（Recirculating power may be useful in certain operating conditions such as when a prime mover is compromised or where a transient overload occurs）。

【0094】

一実施例では、電力システムは、舶用配電システムとして実施することができ、本発明は、さらに、上述の電力システムを含む船舶（marine vessel）を提供することができる。このような舶用配電システムにおける原動力（prime movers）は、異なるタイプ、定格出力等であってもよい。モーターとして運転される場合に１つ以上の電気機械によって駆動され得る好適な推進負荷は、プロペラ、スラスタ（propellors, thrusters）等を含み得る。従来の固定周波数配電網（conventional fixed frequency power distribution network）を排除することで、原動機の軸速度（the shaft speed of the prime movers）を特定の配電周波数に拘束または制限する必要がない。したがって、原動機（Prime movers）と電気機械は、電力システムの所与の運転条件に対して、任意の理想的なシャフト速度で運転することができる。

【0095】

上述したように、この電力システムは海上での用途に限定されるものではなく、陸上や空中を利用するあらゆる用途に使用することができる。

【図面の簡単な説明】

【0096】

【図1】船舶用の既知の電力システムの概略図である。

【図2】複数のスイッチングモジュールを備えたパワーエレクトロニクス・スイッチングアセンブリを含み、各スイッチングモジュールがそれぞれのステータコイルに電気的に接続されている公知の電気機械の概略図である。

【図3】既知のスイッチングモジュールの概略図である。

【図4】本発明による電気機械の概略図であり、一対の第１の機械導体および一対の第２の機械導体を含み、各ステータコイルグループは単一のステータコイルを含み、各スイッチングモジュールアセンブリは単一のスイッチングモジュールを含む。

【図5】図４の電気機械のパワーエレクトロニクススイッチングアセンブリとステータコイルの概略図である。

【図6】本発明による電気機械のパワーエレクトロニクススイッチングアセンブリおよびステータコイルの概略図であり、各ステータコイルグループは、直列接続された一対のステータコイルを含む。

【図7】各スイッチングモジュールアセンブリが直列接続された複数のスイッチングモジュールを含み、スイッチングモジュールアセンブリが機械導体に並列接続された、本発明による電気機械のパワーエレクトロニクススイッチングアセンブリおよびステータコイルの概略図である。

【図8】スイッチングモジュールアセンブリがチェーンリンク構成で相互接続されている、本発明による電気機械の概略図である。

【図9】図８の電気機械のパワーエレクトロニクススイッチングアセンブリとステータコイルの概略図である。

【図10】図１０は、スイッチングモジュールアセンブリがチェーンリンク構成で相互接続され並列接続されたグループに配置された、本発明による電気機械のパワーエレクトロスイッチングアセンブリおよびステータコイルの概略図である。

【図11】電流源コンバータとして構成された本発明によるスイッチングモジュールの概略図である。

【図12】電圧源コンバータとして構成された本発明によるスイッチングモジュールの概略図である。

【図13】３組の第１の機械導体および３組の第２の機械導体を含む、本発明による電気機械の概略図である。

【図14】図１３の電気機械のパワーエレクトロニクススイッチングアセンブリとステータコイルの概略図である。

【図15】背中合わせの電流源コンバータおよび電圧源コンバータとして構成された、本発明によるスイッチングモジュールの概略図である。

【図16】第１のスイッチを含む図４の電気機械の概略図である。

【図17】一対の第３の機械導体を含む本発明による電気機械の概略図である。

【図18】図１７の電気機械のパワーエレクトロニクススイッチングアセンブリとステータコイルの概略図である。

【図19】第１、第２および第３のスイッチを備えた図１７の電気機械の概略図である。

【図20】本発明による電力システムの第１実施例の概略図である。

【図21】本発明による電力システムの第２実施例の概略図である。

【図22】本発明による電力システムの第３の実施例の概略図である。

【図23】本発明による電力システムの第４の実施例の概略図である。

【図24】図２３に示した電力系統の第３の例の異なる運転条件を示す概略図である。

【図25】図２３に示した電力系統の第３の例の異なる運転条件を示す概略図である。

【図26】図２３に示した電力系統の第３の例の異なる運転条件を示す概略図である。

【図27】４つの電気機械間の相互接続を示す図２３から図２６の詳細図である。

【発明を実施するための形態】

【0097】

図４および図５は、本発明による電気機械１００の概略図である。電気機械１００は、ロータ１０２と、ロータからエアギャップによって離間されたステータ１０４とを含む。ステータ１０４は、複数の第１のステータコイル１０６_１、１０６_２、～、１０６_ｎ（ｎは任意の適切な整数（any suitable integer、例えば、６０））、および複数の第２のステータコイル１０８_１、１０８_２、～、１０８_ｐ（ｐは任意の適切な整数（例えば、６０））を含む。この例では、ｎとｐは同じであるが、異なることもある。ステータ１０４は、合計１２０個のステータコイルを含む。ステータコイルは、例えば、１つのコイルサイドのみが対応するステータスロットに受容されるような単一層コイル（single layer coils）であってもよいし、２つのコイルサイドが他の１つの上に同じステータスロットに受容されるような二層コイルであってもよい（The stator coils may be single layer coils so that only one coil side is received in a corresponding stator slot or two layer coils so that two coil sides are received in the same stator slot one on top of the other, for example）。図４および図５では、第１および第２のステータコイル１０６_１、１０６_２、～、１０６_ｎ、および１０８_１、１０８_２、～、１０８_ｐは、ステータ１０４の円周上に交互に配置されるように示されているが、これらは異なるやり方で、例えばグループで配置されてもよい。

【0098】

電気機械１００のパワーエレクトロニクススイッチングアセンブリは、複数の第１のスイッチングモジュールアセンブリ１０９_１、１０９_２、～、１０９_ｎと、複数の第２のスイッチングモジュールアセンブリ（a plurality of second switching module assemblies）１１１_１、１１１_２、～、１１１_ｐを含む。第１のスイッチングモジュールアセンブリ１０９_１、１０９_２、～、１０９_ｎの各々は、第１のスイッチングモジュール１１０_１、１１０_２、～、１１０_ｎを含み、第２のスイッチングモジュールアセンブリ１１１_１、１１１_２、～、１１１_ｐの各々は、第２のスイッチングモジュール１１２_１、１１２_２、～、１１２_ｐを含む。

【0099】

第１のステータコイル１０６_１、１０６_２、～、１０６_ｎの各々は、それぞれの第１のスイッチングモジュール１１０_１、１１０_２、～、１１０_ｎの一対のＡＣ端子に電気的に接続され、第２のステータコイル１０８_１、１０８_２、～、１０８_ｐの各々は、それぞれの第２のスイッチングモジュール１１２_１、１１２_２、～、１１２_ｐの一対のＡＣ端子に電気的に接続されている。第１および第２のスイッチングモジュール１１０_１、１１０_２、～、１１０_ｎ、１１２_１、１１２_２、～、１１２_ｐは、通常、ステータ１０４の円周上に配置される。（すなわち、６０個の第１のスイッチングモジュール１１０_１、１１０_２、～、１１０_ｎ、および６０個の第２のスイッチングモジュール１１２_１、１１２_２、～、１１２_ｐ）。

【0100】

各ステータコイルは、それぞれのステータ相を画定する。図４および図５に示す電気機械１００は、ｎ個の第１のステータ相を画定するｎ個の第１のステータコイル１０６_１、１０６_２、～、１０６_ｎと、ｐ個の第２のステータ相を画定するｐ個の第２のステータコイル１０８_１、１０８_２、～、１０８_ｐとを含む。電気機械１００が動作しているとき、第１のステータコイル１０６_１、１０６_２、～、１０６_ｎは、第１のスイッチングモジュール１１０_１、１１０_２、～、１１０、および１１０によって整流される複数の位相シフトされた第１のコイル電圧を定義する。～、１１０_ｎ、第２のステータコイル１０８_１、１０８_２、～、１０８_ｐは、第２のスイッチングモジュール１１２_１、１１２_２、～、１１２_ｐによって転流される複数の位相シフトされた第２のコイル電圧を定義する。

【0101】

電気機械１００は、一対の第１の機械導体（a pair of first machine conductors）１１４ａ、１１４ｂと、一対の第２の機械導体（a pair of second machine conductors）１１６ａ、１１６ｂとを含む。機械導体１１４ａ、１１４ｂおよび１１６ａ、１１６ｂは、導電性材料、例えば銅の別個の環状リング（または「エンドリング：endrings」）として形成することができる。エンドリングは、電気的に絶縁されるように、軸方向に間隔をあけて配置することができる。誤解を避けるために、図４では、第１および第２の機械導体１１４ａ、１１４ｂおよび１１６ａ、１１６ｂは、ロータ１０２およびステータ１０４の周囲の同心リングの対として都合よく表されているが、実際には、ステータ１０４の軸方向端部において軸方向に間隔をあけたエンドリングとして形成されてもよい（For the avoidance of any doubt, although in Figure 4 the first and second machine conductors 114a, 114b and 116a, 116b are conveniently represented as pairs of concentric rings around the rotor 102 and the stator 104, in practice they may be formed as axially spaced endrings at an axial end of the stator 104.）。特に、第１の機械導体１１４ａ、１１４ｂを画定する一対のエンドリングは、ステータ１０４の第１の軸方向端部に配置することができ、第２の機械導体１１６ａ、１１６ｂを画定する一対のエンドリングは、ステータ１０４の第１の軸方向端部またはステータの第２の軸方向端部に配置することができる。

【0102】

第１および第２の機械導体１１４ａ、１１４ｂおよび１１６ａ、１１６ｂは、互いに電気的に絶縁されている。

【0103】

各第１のスイッチングモジュール１１０_１、１１０_２、～、１１０_ｎ、一対のモジュール端子１１８ａ、１１８ｂ、すなわち図４および図５に示すモジュール端子１１８ａ_１、１１８ｂ_１、１１８ａ_２、１１８ｂ_２、～、１１８ａ_ｎ、１１８ｂ_ｎを有する。モジュール端子１１８ａ、１１８ｂは、図示のように第１の機械導体１１４ａ、１１４ｂに電気的に接続されている。特に、各第１のスイッチングモジュール１１０_１、１１０_２、～、１１０_ｎのモジュール端子１１８ａは、機械導体１１４ａに電気的に接続され、各第１のスイッチングモジュール１１０_１、１１０_２、～、１１０_ｎのモジュール端子１１８ｂは、機械導体１１４ｂに電気的に接続される。

【0104】

各第２のスイッチングモジュール１１２_１、１１２_２、～、１１２_ｐは、一対のモジュール端子１２０ａ、１２０ｂ、すなわち図４および図５に示すモジュール端子１２０ａ_１、１２０ｂ_１、１２０ａ_２、１２０ｂ_２、～、１２０ａ_ｐ、１２０ｂ_ｐを有する。モジュール端子１２０ａ、１２０ｂは、図示のように第２の機械導体１１６ａ、１１６ｂに電気的に接続されている。特に、各第２のスイッチングモジュール１１２_１、１１２_２、～、１１２_ｐのモジュール端子１２０ａは、機械導体１１６ａに電気的に接続され、各第２のスイッチングモジュール１１２_１、１１２_２、～、１１２_ｐのモジュール端子１２０ｂは、機械導体１１６ｂに電気的に接続される。

【0105】

このようにして、第１のスイッチングモジュール１１０_１、１１０_２、～、１１０_ｎの各々は、第１の機械導体１１４ａ、１１４ｂに電気的に接続され、第２のスイッチングモジュール１１２_１、１１２_２、～、１１２_ｐの各々は、第２の機械導体１１６ａ、１１６ｂに電気的に接続される。第１のステータコイル１０６_１、１０６_２、～、１０６_ｎ、および第１のスイッチングモジュール１１０_１、１１０_２、～、１１０_ｎは、ステータ１０４の周囲に円周方向に配置され、ステータの第１の軸方向端部で第１の機械導体１１４ａ、１１４ｂに電気的に接続することができる。第２のステータコイル１０８_１、１０８_２、～、１０８_ｐおよび第２のスイッチングモジュール１１２_１、１１２_２、～、１１２_ｐも同様に、ステータ１０４の周囲に円周方向に配置され、ステータの第１または第２の軸方向端部で第２の機械導体１１６ａ、１１６ｂに電気接続することができる。あるいは、図８から図１０に示され、以下に説明されるように、第１のスイッチングモジュール１１０_１、１１０_２、～、１１０_ｎは、適切なケーブルまたはバスを使用して電気的に接続され、第２のスイッチングモジュール１１２_１、１１２_２、～、１１２_ｐは、適切なケーブルまたはバスを使用して電気的に接続されることができる。

【0106】

電気機械１００は、図４及び図５に示すように、一対の第１の機械端子１２２ａ、１２２ｂと、一対の第２の機械端子１２４ａ、１２４ｂとを有する。機械端子１２２ａは機械導体１１４ａに電気的に接続され、機械端子１２２ｂは機械導体１１４ｂに電気的に接続されている。機械端子１２４ａは機械導体１１６ａに電気的に接続され、機械端子１２４ｂは機械導体１１６ｂに電気的に接続されている。第１および第２の機械端子１２２ａ、１２２ｂおよび１２４ａ、１２４ｂは、例えば適切なケーブルまたはバスを用いて電気機械１００に外部電気接続を行うことを可能にする。これについては、以下でさらに詳細に説明する。第１および第２の機械端子１２２ａ、１２２ｂおよび１２４ａ、１２４ｂは、電気機械１００の端子ボックス１２５に配置することができる。

【0107】

図６は、各第１のスイッチングモジュール１１０_１、１１０_２、～、１１０_ｎが２つの直列接続された第１のステータコイルに電気的に接続され、各第２のスイッチングモジュール１１２_１、１１２_２、～、１１２_ｐが２つの直列接続された第２のステータコイルに電気的に接続された、本発明による代替の電気機械１００の一部の概略図である。特に、第１のスイッチングモジュール１１０_１の第１のものは、２つの直列接続された第１のステータコイル１０６－１_１、１０６－２_１に電気的に接続され、第１のスイッチングモジュール１１０_２の第２のものは、２つの直列接続された第１のステータコイル１０６－１_２、１０６－２_２などに電気的に接続される。第２のスイッチングモジュール１１２_１の第１のものは、２つの直列接続された第２のステータコイル１０８－１_１、１０８－２_１に電気的に接続され、第２のスイッチングモジュール１１２_２の第２のものは、２つの直列接続された第２のステータコイル１０８－１_２、１０８－２_２などに電気的に接続される。直列接続されたステータコイルの各組（例えば、ステータコイル１０６－１_１、１０６－２_１）は、それぞれのステータ位相、すなわち直列接続されたステータコイルのコイル電圧が同位相となる位置を画定するステータコイルグループである。図６に示す電気機械１００は、ｎ個の第１のステータコイルグループを有し、各第１のステータコイルグループは、直列接続された第１のステータコイルのそれぞれのペアによって定義され、ｐ個の第２のステータコイルグループを有し、各第２のステータコイルグループは、直列接続された第２のステータコイルのそれぞれのペアによって定義される。電気機械１００が動作しているとき、第１のステータコイルグループは、第１のスイッチングモジュール１１０_１、１１０_２、～、１１０_ｎによって整流される複数の位相シフトされた第１のコイル電圧を画定し、第２のステータコイルグループは、第２のスイッチングモジュール１１２_１、１１２_２、～、１１２_ｐによって整流される複数の位相シフトされた第２のコイル電圧を画定する。各第１のスイッチングモジュール１１０_１、１１０_２、～、１１０_ｎは、３つ以上の直列接続された第１のステータコイルに電気的に接続されていてもよく、各第２のスイッチングモジュール１１２_１、１１２_２、～、１１２_ｐは、３つ以上の直列接続された第２のステータコイルに電気的に接続されていてもよいことは明らかであろう。他のすべての点では、図６に示す電気機械１００は、図４および図５に示す電気機械と同じである。

【0108】

図７は、各第１のスイッチングモジュールアセンブリ１０９_１、１０９_２、～、１０９_ｎ／３、および各第２のスイッチングモジュールアセンブリ１１１_１、１１１_２、～、１１１_ｐ／３が３つのスイッチングモジュールを含む、代替の電気機械１００の一部の概略図である。各スイッチングモジュールアセンブリには、必要に応じて２つまたは４つ以上のスイッチングモジュールを含めることができることは明らかであろう。

【0109】

各第１のスイッチングモジュールアセンブリ１０９_１、１０９_２、～、１０９_ｎ／３のスイッチングモジュールは、図示のように「チェーンリンク：chain link」構成で配置されている。各第１のスイッチングモジュールアセンブリ１０９_１、１０９_２、～、１０９_ｎ／３は、一対のモジュール端子１１８ａ、１１８ｂ、すなわち図７に示すモジュール端子１１８ａ_１、１１８ｂ_１、１１８ａ_２、１１８ｂ_２、～、１１８ａ_ｎ／３、１１８ｂ_ｎ／３を有し、これらは一対の第１の機械導体１１４ａ、１１４ｂに並列に電気的に接続されている。

【0110】

各第２のスイッチングモジュールアセンブリ１１１_１、１１１_２、～、１１１_ｐ／３のスイッチングモジュールは、図示のように「チェーンリンク」構成で配置されている。各第２のスイッチングモジュールアセンブリ１１１_１、１１１_２、～、１１１_ｐ／３は、一対のモジュール端子１２０ａ、１２０ｂ、すなわち図７に示すモジュール端子１２０ａ_１、１２０ｂ_１、１２０ａ_２、１２０ｂ_２、～、１２０ａ_ｐ／３、１２０ｂ_ｐ／３を有し、一対の第２の機械導体１１６ａ、１１６ｂに並列に電気的に接続されている。

【0111】

他のすべての点において、図７に示す電気機械１００は、図４および図５に示す電気機械と同じである。各第１および第２のスイッチングモジュール１１０_１、１１０_２、～、１１０_ｎおよび１１２_１、１１２_２、～、１１２_ｐは、図６に示すように、２つ以上のステータコイルに電気的に接続することができることは明らかであろう。

【0112】

図８および図９は、本発明による代替の電気機械１００の概略図である。電気機械１００は、ロータ１０２と、ロータからエアギャップによって離間されたステータ１０４とを含む。ステータ１０４は、複数の第１のステータコイル１０６_１、１０６_２、～、１０６_ｎ（ｎは任意の適切な整数（例えば、６０））、および複数の第２のステータコイル１０８_１、１０８_２、～、１０８_ｐ（ｐは任意の適切な整数（例えば、６０））を含む。この例では、ｎとｐは同じであるが、異なることもある。ステータ１０４は、合計１２０個のステータコイルを含む。ステータコイルは、例えば、１つのコイルサイドのみが対応するステータスロットに受容されるような単一層コイルであってもよいし、２つのコイルサイドが他の１つの上に同じステータスロットに受容されるような二層コイルであってもよい。図８および図９では、第１および第２のステータコイル１０６_１、１０６_２、～、１０６_ｎ、１０８_１、１０８_２、～、１０８_ｐは、２つのグループに配置されるように示されているが、例えば、個々の第１および第２のステータコイルが交互に配置される場合、または第１および第２のステータコイルのグループがステータの周囲に交互に配置される場合など、異なる方法で配置されてもよい。

【0113】

電気機械１００のパワーエレクトロニクススイッチングアセンブリは、複数の第１のスイッチングモジュールアセンブリ１０９_１、１０９_２、～、１０９_ｎと、複数の第２のスイッチングモジュールアセンブリ１１１_１、１１１_２、～、１１１_ｐを含む。第１のスイッチングモジュールアセンブリ１０９_１、１０９_２、～、１０９_ｎの各々は、第１のスイッチングモジュール１１０_１、１１０_２、～、１１０_ｎを含み、第２のスイッチングモジュールアセンブリ１１１_１、１１１_２、～、１１１_ｐの各々は、第２のスイッチングモジュール１１２_１、１１２_２、～、１１２_ｐを含む。

【0114】

第１のステータコイル１０６_１、１０６_２、～、１０６_ｎの各々は、それぞれの第１のスイッチングモジュール１１０_１、１１０_２、～、１１０_ｎの一対のＡＣ端子に電気的に接続され、第２のステータコイル１０８_１、１０８_２、～、１０８_ｐの各々は、それぞれの第２のスイッチングモジュール１１２_１、１１２_２、～、１１２_ｐの一対のＡＣ端子に電気的に接続される。各第１および第２のスイッチングモジュール１１０_１、１１０_２、～、１１０_ｎ、１１２_１、１１２_２、～、１１２_ｐは、図６に示すように、２つ以上のステータコイルに電気的に接続されていてもよいことは明らかであろう。第１および第２のスイッチングモジュール１１０_１、１１０_２、～、１１０_ｎおよび１１２_１、１１２_２、～、１１２_ｐは、通常、ステータ１０４の円周上に配置され、図示のように２つのグループに分けられる。すなわち、６０個の第１のスイッチングモジュール１１０_１、１１０_２、～、１１０_ｎおよび６０個の第２のスイッチングモジュール１１２_１、１１２_２、～、１１２_ｐである。

【0115】

各ステータコイルは、それぞれのステータ相を画定する。電気機械１００が動作しているとき、第１のステータコイル１０６_１、１０６_２、～、１０６_ｎは、第１のスイッチングモジュール１１０_１、１１０_２、～、１１０_ｎによって転流される複数の位相シフトされた第１のコイル電圧を画定し、第２のステータコイル１０８_１、１０８_２、～、１０８_ｐは、第２のスイッチングモジュール１１２_１、１１２_２、～、１１２_ｐによって転流される複数の位相シフトされた第２のコイル電圧を画定する。

【0116】

各第１のスイッチングモジュール１１０_１、１１０_２、～、１１０_ｎは、一対のモジュール端子１１８ａ、１１８ｂ、すなわち、図８および図９に示すモジュール端子１１８ａ_１、１１８ｂ_１、１１８ａ_２、１１８ｂ_２、～、１１８ａ_ｎ、１１８ｂ_ｎを有する。各第２のスイッチングモジュール１１２_１、１１２_２、～、１１２_ｐは、一対のモジュール端子１２０ａ、１２０ｂ、すなわち、図８および図９に示すモジュール端子１２０ａ_１、１２０ｂ_１、１２０ａ_２、１２０_２、～、１２０ａ_ｐ、１２０ｂ_ｐを有する。

【0117】

電気機械１００は、一対の第１の機械端子１２２ａ、１２２ｂと、一対の第２の機械端子１２４ａ、１２４ｂとを有する。第１及び第２の機械端子１２２ａ、１２２ｂ及び１２４ａ、１２４ｂは、電気機械１００の端子ボックス１２５に配置され得る。

【0118】

第１のスイッチングモジュール１１０_１、１１０_２、～、１１０_ｎおよび第２のスイッチングモジュール１１２_１、１１２_２、～、１１２_ｐは、「チェーンリンク」構成で配置されている。より詳細には、第１のスイッチングモジュール１１０_１の第１のもののモジュール端子１１８ａ_１は、第１の機械端子１２２ａの１つに電気的に接続されている。第１のスイッチングモジュール１１０_１の第１のもののモジュール端子１１８ｂ_１は、第１のスイッチングモジュール１１０_２の第２のもののモジュール端子１１８ａ_２に電気的に接続されている。第１のスイッチングモジュール１１０_２の第２のもののモジュール端子１１８ｂ_２は、第１のスイッチングモジュール１１０_３の第３のもののモジュール端子１１８ａ_３に電気的に接続されている。第１のスイッチングモジュール１１０_ｎの第ｎのもののモジュール端子１１８ｂ_ｎは、第１の機械端子１２２ｂの他の１つに電気的に接続される。したがって、第１のスイッチングモジュール１１０_１、１１０_２、～、１１０_ｎのモジュール端子１１８ａ、１１８ｂは、第１の機械端子１２２ａ、１２２ｂの間に電気的に直列に接続される。

【0119】

第２のスイッチングモジュール１１２_１の第１のもののモジュール端子１２０ａ_１は、第２の機械端子１２４ａの１つに電気的に接続されている。第２のスイッチングモジュール１１２_１の第１のもののモジュール端子１２０ｂ_１は、第２のスイッチングモジュール１１２_２の第２のもののモジュール端子１２０ａ_２に電気的に接続されている。第２のスイッチングモジュール１１２_２の第２のもののモジュール端子１２０ｂ_２は、第２のスイッチングモジュール１１２_３の第３のもののモジュール端子１２０ａ_３に電気的に接続される。第２のスイッチングモジュール１１２_ｐのうちの１つ目のモジュール端子１２０ｂ_ｎは、第２の機械端子１２４ｂのうちの他の１つに電気的に接続されている。したがって、第２のスイッチングモジュール１１２_１、１１２_２、～、１１２_ｐのモジュール端子１２０ａ、１２０ｂは、第２の機械端子１２４ａ、１２４ｂの間に電気的に直列に接続される。

【0120】

第１および第２のスイッチングモジュール１１０_１、１１０_２、～、１１０_ｎ、１１２_１、１１２_２、～、１１２_ｐは、例えば適切なケーブル配線またはバスによって、互いに、およびそれぞれの機械端末に電気的に接続されている。

【0121】

図１０は、第１のスイッチングモジュールが２つの別個のグループに配置され、第２のスイッチングモジュールが２つの別個のグループに配置された代替の電気機械１００の一部の概略図である。特に、第１のスイッチングモジュールは、第１のスイッチングモジュールの半分が第１のグループにあり、第１のスイッチングモジュールの半分が第２のグループにあるように、第１のグループ１１０－１_１、１１０－１_２、～、１１０－１_ｎ／２および第２のグループ１１０－２_１、１１０－２_２、～、１１０－２_ｎ／２に配置される。第２のスイッチングモジュールは、第２のスイッチングモジュールの半分が第１のグループにあり、第２のスイッチングモジュールの半分が第２のグループにあるように、第１のグループ１１２－１_１、１１２－１_２、～、１１２－１_ｐ／２および第２のグループ１１２－２_１、１１２－２_２、～、１１２－２_ｐ／２に配置される。

【0122】

各グループのスイッチングモジュールは、「チェーンリンク」構成で配置されている。より詳細には、第１のスイッチングモジュール１１０－１_１の第１のもののモジュール端子１１８ａ－１_１は、第１の機械端子１２２ａの１つに電気的に接続されている。第１のスイッチングモジュール１１０－１_１の第１のもののモジュール端子１１８ｂ－１_１は、第１のスイッチングモジュール１１０－１_２の第２のもののモジュール端子１１８ａ－１_２に電気的に接続されている。第１のスイッチングモジュール１１０－１_２の第２のもののモジュール端子１１８ｂ－１_２は、第１のスイッチングモジュール１１０－１_３の第３のもののモジュール端子１１８ａ－１_３に電気的に接続される。第１のスイッチングモジュール１１０－１_ｎ／２のｎ／２番目の１つのモジュール端子１１８ｂ－１_ｎ／２は、第１の機械端子１２２ｂの他の１つに電気的に接続される。したがって、第１のスイッチングモジュール１１０－１_１、１１０－１_２、～、１１０－１_ｎ／２（すなわち、第１のグループのスイッチングモジュール）のモジュール端子１１８ａ－１、１１８ｂ－１は、第１の機械端子１２２ａ、１２２ｂの間に電気的に直列に接続される。

【0123】

第１のスイッチングモジュール１１０－２_１の第１のもののモジュール端子１１８ａ－２_１は、第１の機械端子１２２ａの１つに電気的に接続されている。第１のスイッチングモジュール１１０－２_１の第１のもののモジュール端子１１８ｂ－２_１は、第１のスイッチングモジュール１１０－２_２の第２のもののモジュール端子１１８ａ－２_２に電気的に接続されている。第１のスイッチングモジュール１１０－２_２の第２のもののモジュール端子１１８ｂ－２_２は、第１のスイッチングモジュール１１０－２_３の第３のもののモジュール端子１１８ａ－２_３に電気的に接続されている。第１のスイッチングモジュール１１０－２のｎ／２番目の１つのモジュール端子１１８ｂ－２_{ｎ／２ｎ／２}は、第１の機械端子１２２ｂの他の１つに電気的に接続される。したがって、第１のスイッチングモジュール１１０－２_１、１１０－２_２、～、１１０－２_ｎ／２（すなわち、第２のグループのスイッチングモジュール）のモジュール端子１１８ａ－２、１１８ｂ－２は、第１の機械端子１２２ａ、１２２ｂの間に直列に電気的に接続され、第１のグループのスイッチングモジュール１１０－１_１、１１０－１_２、～、１１０－１_ｎ／２と並列に電気的に接続される。

【0124】

第２のスイッチングモジュール１１２－１_１の第１のもののモジュール端子１２０ａ－１_１は、第２の機械端子１２４ａの１つに電気的に接続されている。第２のスイッチングモジュール１１２－１_１の第１のもののモジュール端子１２０ｂ－１_１は、第２のスイッチングモジュール１１２－１_２の第２のもののモジュール端子１２０ａ－１_２に電気的に接続されている。第２のスイッチングモジュール１１２－１_２の第２のもののモジュール端子１２０ｂ－１_２は、第２のスイッチングモジュール１１２－１_３の第３のもののモジュール端子１２０ａ－１_３に電気的に接続される。第２のスイッチングモジュール１１２－１_ｐ／２のｐ／２番目の１つのモジュール端子１２０ｂ－１_ｐ／２は、第２の機械端子１２４ｂの他の１つに電気的に接続される。したがって、第２のスイッチングモジュール１１２－１_１、１１２－１_２、～、１１２－１_ｐ／２（すなわち、第１のグループのスイッチングモジュール）のモジュール端子１２０ａ－１、１２０ｂ－１は、第２の機械端子１２４ａ、１２４ｂの間に電気的に直列に接続される。

【0125】

第２のスイッチングモジュール１１２－２_１の第１のもののモジュール端子１２０ａ－２_１は、第２の機械端子１２４ａの１つに電気的に接続されている。第２のスイッチングモジュール１１２－２_１の第１のもののモジュール端子１２０ｂ－２_１は、第２のスイッチングモジュール１１２－２_２の第２のもののモジュール端子１２０ａ－２_２に電気的に接続されている。第２のスイッチングモジュール１１２－２_２の第２のもののモジュール端子１２０ｂ－２_２は、第２のスイッチングモジュール１１２－２_３の第３のもののモジュール端子１２０ａ－２_３に電気的に接続される。第２のスイッチングモジュール１１２－２のｐ／２番目のもののモジュール端子１２０ｂ－２_{ｐ／２ｐ／２}は、第２の機械端子１２４ｂの他の１つに電気的に接続される。したがって、第２のスイッチングモジュール１１２－２_１、１１２－２_２、～、１１２－２_ｐ／２（すなわち、第２のグループのスイッチングモジュール）のモジュール端子１２０ａ－２、１２０－２は、第２の機械端子１２４ａ、１２４ｂの間に直列に、第１のグループのスイッチングモジュール１１２－１_１、１１２－１_２、～、１１２－１_ｐ／２と並列に電気的に接続される。

【0126】

その他の点では、図１０に示す電気機械１００は、図８および図９に示す電気機械と同じである。

【0127】

図１１は、個々のスイッチングモジュール、すなわち第１のスイッチングモジュール１１０または第２のスイッチングモジュール１１２（または後述する第３のスイッチングモジュール１３４）を示している。各スイッチングモジュールは、それぞれのステータコイル、すなわち第１のステータコイル１０６または第２のステータコイル１０８（または後述する第３のステータコイル１３２）に電気的に接続される一対のＡＣブリッジ端子１２６ａ、１２６ｂを有する電流源コンバータとして構成されたＨブリッジ回路を含む。各Ｈブリッジ回路は、スイッチングモジュールのモジュール端子、すなわちモジュール端子１１８ａ、１１８ｂまたは１２０ａ、１２０ｂ（または１３８ａ、１３８ｂ－後述）に電気的に接続される一対のＤＣブリッジ端子１２８ａ、１２８ｂも含む。ＤＣブリッジ端子１２８ａ、１２８ｂは、電気機械の機械端子、すなわち、例えば、一対の第１の機械端子１２２ａ、１２２ｂのうちの１つ、または一対の第２の機械端子１２４ａ、１２４ｂのうちの１つに電気的に接続されることもある。

【0128】

各Ｈブリッジ回路は、４つの双方向ブリッジスイッチＳ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４を含む。各ブリッジスイッチＳ１、Ｓ２、～、Ｓ４は、反直列（anti series、または背中合わせ：back to back）に接続された一対のＭＯＳＦＥＴを含むが、他の可能なスイッチ配置が上述されているか、または当業者に知られていることは理解されよう。各ブリッジスイッチＳ１、Ｓ２、～、Ｓ４内の各ＭＯＳＦＥＴについて、反並列ダイオード（anti parallel diode）が示されているが、実際には、これは各ＭＯＳＦＥＴのボディダイオードによって提供されることが理解されよう。各ブリッジスイッチＳ１、Ｓ２、～、Ｓ４に対して、逆方向ブロッキング機能は、直列接続されたＭＯＳＦＥＴの対のうちの下側のものによって提供され、順方向ブロッキング機能は、直列接続されたＭＯＳＦＥＴの対のうちの上側のものによって提供される。

【0129】

ブリッジスイッチＳ１、Ｓ２、～、Ｓ４は、ゲートドライブコントローラ（図示せず）によって生成されるゲート駆動信号によってオン／オフ制御される。背中合わせのＭＯＳＦＥＴまたは他の背中合わせの半導体スイッチが使用される場合、各スイッチのゲート駆動信号は、半導体スイッチの両方に同時にルーティングされる。例えば、第１のゲート駆動信号はブリッジスイッチＳ１の両方のＭＯＳＦＥＴに同時に配線される。これは、各ブリッジスイッチの両方のＭＯＳＦＥＴが、それぞれのゲート駆動信号によって同時にオン／オフされることを意味する。

【0130】

図１２は、個々のスイッチングモジュール、すなわち第１のスイッチングモジュール１１０または第２のスイッチングモジュール１１２（または後述する第３のスイッチングモジュール１３４）を示している。各スイッチングモジュールは、－それぞれのステータコイル、すなわち第１のステータコイル１０６または第２のステータコイル１０８（または後述する第３のステータコイル１３２）に電気的に接続される一対のＡＣブリッジ端子１２６ａ、１２６ｂを有する電圧源コンバータとして構成されたＨブリッジ回路を含む。各Ｈブリッジ回路は、スイッチングモジュールのモジュール端子、すなわちモジュール端子１１８ａ、１１８ｂまたは１２０ａ、１２０ｂ（または後述する１３８ａ、１３８ｂ）に電気的に接続される一対のＤＣブリッジ端子１２８ａ、１２８ｂも含む。ＤＣブリッジ端子１２８ａ、１２８ｂは、電気機械の機械端子、すなわち、例えば、一対の第１の機械端子１２２ａ、１２２ｂのうちの１つ、または一対の第２の機械端子１２４ａ、１２４ｂのうちの１つに電気的に接続されることもある。

【0131】

各Ｈブリッジ回路は、４つの一方向ブリッジスイッチＳ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４を含む。各ブリッジスイッチＳ１、Ｓ２、～、Ｓ４はＩＧＢＴを含み、アンチパラレルダイオードに接続されている。ブリッジスイッチＳ１、Ｓ２、～、Ｓ４は、ゲート駆動コントローラ（図示せず）によって生成されるゲート駆動信号によってオン／オフ制御される。

【0132】

図４～図１０に示す電気機械１００は、第１のスイッチングモジュール１１０_１、１１０_２、～、１１０_ｎが、第１の機械導体１１４ａ、１１４ｂおよび第１の機械端子１２２ａ、１２２ｂを介して可変または固定ＤＣ電圧を供給するように制御され得るか、または、可変または固定ＤＣ電圧を受領し得るように構成される。より詳細には、第１の機械導体１１４ａの一方は正のＤＣ導体であり、第１の機械端子１２２ａの一方は正のＤＣ端子である。第１の機械導体１１４ｂの他方は負のＤＣ導体であり、第１の機械端子１２２ｂの他方は負のＤＣ端子である。第２のスイッチングモジュール１１２_１、１１２_２、～、１１２_ｐは、第２の機械導体１１６ａ、１１６ｂおよび第２の機械端子１２４ａ、１２４ｂを介して可変または固定ＤＣ電圧を供給するように制御されるか、または受けることができる。より詳細には、第２の機械導体１１６ａの一方は正のＤＣ導体であり、第２の機械端子１２４ａの一方は正のＤＣ端子である。第２の機械導体１１６ｂの他方は負のＤＣ導体であり、第２の機械端子１２４ｂの他方は負のＤＣ端子である。

【0133】

図１３および図１４は、本発明による代替の電気機械１００の概略図である。電気機械１００は、ロータ１０２と、エアギャップによってロータから離間されたステータ１０４とを含む。ステータ１０４は、複数の第１のステータコイル１０６_１、１０６_２、～、１０６_ｎ（ｎは任意の適切な整数（例えば、６０））、および複数の第２のステータコイル１０８_１、１０８_２、～、１０８_ｐ（ｐは任意の適切な整数（例えば、６０））を含む。この例では、ｎとｐは同じであるが、異なることもある。ステータ１０４は、合計１２０個のステータコイルを含む。ステータコイルは、例えば、１つのコイルサイドのみが対応するステータスロットに受容されるように、単一層コイルであってもよいし、２つのコイルサイドが他の１つの上に同じステータスロットに受容されるように、二層コイルであってもよい。図１３および図１４では、第１および第２のステータコイル１０６_１、１０６_２、～、１０６_ｎ、および１０８_１、１０８_２、～、１０８_ｐは、ステータ１０４の円周上に交互に配置されるように示されているが、異なる方法、例えばグループで配置されてもよい。

【0134】

電気機械１００のパワーエレクトロニクススイッチングアセンブリは、複数の第１のスイッチングモジュールアセンブリ１０９_１、１０９_２、～、１０９_ｎと、複数の第２のスイッチングモジュールアセンブリ１１１_１、１１１_２、～、１１１_ｐを含む。第１のスイッチングモジュールアセンブリ１０９_１、１０９_２、～、１０９_ｎの各々は、第１のスイッチングモジュール１１０_１、１１０_２、～、１１０_ｎを含み、第２のスイッチングモジュールアセンブリ１１１_１、１１１_２、～、１１１_ｐの各々は、第２のスイッチングモジュール１１２_１、１１２_２、～、１１２_ｐを含む。

【0135】

第１のステータコイル１０６_１、１０６_２、～、１０６_ｎの各々は、それぞれの第１のスイッチングモジュール１１０_１、１１０_２、～、１１０_ｎの一対のＡＣ端子に電気的に接続され、第２のステータコイル１０８_１、１０８_２、～、１０８_ｐの各々は、それぞれの第２のスイッチングモジュール１１２_１、１１２_２、～、１１２_ｐの一対のＡＣ端子に電気的に接続されている。第１および第２のスイッチングモジュール１１０_１、１１０_２、～、１１０_ｎ、１１２_１、１１２_２、～、１１２_ｐは、通常、ステータ１０４の円周上に配置される。（すなわち、６０個の第１のスイッチングモジュール１１０_１、１１０_２、～、１１０_ｎ、および６０個の第２のスイッチングモジュール１１２_１、１１２_２、～、１１２_ｐ）。

【0136】

各ステータコイルは、それぞれのステータ相を画定する。図１３および図１４に示す電気機械１００は、ｎ個の第１のステータ相を画定するｎ個の第１のステータコイル１０６_１、１０６_２、～、１０６_ｎと、ｐ個の第２のステータ相を画定するｐ個の第２のステータコイル１０８_１、１０８_２、～、１０８_ｐとを備える。電気機械１００が動作しているとき、第１のステータコイル１０６_１、１０６_２、～、１０６_ｎは、第１のスイッチングモジュール１１０_１、１１０_２、～、１１０_ｎ、および１１０によって整流される複数の位相シフトされた第１のコイル電圧を定義し、第２のステータコイル１０８_１、１０８_２、～、１０８_ｐは、第２のスイッチングモジュール１１２_１、１１２_２、～、１１２_ｐによって整流される複数の位相シフトされた第２のコイル電圧を定義する（When the electrical machine 100 is operating, the first stator coils 1061, 1062, ..., 106n define a plurality of phase shifted first coil voltages that are commutated by the first switching modules 1101, 1102, ..., 110n, and the second stator coils 1081, 1082, ..., 108p define a plurality of phase-shifted second coil voltages that are commutated by the second switching modules 1121, 1122, ..., 112p.）。

【0137】

電気機械１００は、３組（triplet：トリプレット）の第１の機械導体１１４ａ、１１４ｂおよび１１４ｃと、３組の第２の機械導体１１６ａ、１１６ｂおよび１１６ｃとを含む。機械導体１１４ａ、１１４ｂ、１１４ｃおよび１１６ａ、１１６ｂ、１１６ｃは、導電性材料、例えば銅の別個の環状リング（または「エンドリング」）として形成することができる。エンドリングは、電気的に絶縁されるように、軸方向に間隔をあけて配置することができる。誤解を避けるために、図１３では、第１および第２の機械導体１１４ａ、１１４ｂおよび１１４ｃならびに１１６ａ、１１６ｂおよび１１６ｃは、ロータ１０２およびステータ１０４の周囲の同心リングの対として都合よく表されているが、実際には、ステータ１０４の軸方向端部において軸方向に間隔をあけたエンドリングとして形成されてもよい。特に、第１の機械導体１１４ａ、１１４ｂ、１１４ｃを画定するエンドリングの３組は、ステータ１０４の第１の軸方向端部に配置することができ、第２の機械導体１１６ａ、１１６ｂ、１１６ｃを画定するエンドリングの３組は、ステータ１０４の第１の軸方向端部またはステータの第２の軸方向端部に配置することができる。

【0138】

第１および第２の機械導体１１４ａ、１１４ｂおよび１１４ｃならびに１１６ａ、１１６ｂおよび１１６ｃは、互いに電気的に絶縁されている。

【0139】

各第１のスイッチングモジュール１１０_１、１１０_２、～、１１０_ｎ、モジュール端子１１８ａ、１１８ｂ、１１８ｃの３組、すなわち、図１３および図１４に示すモジュール端子１１８ａ_１、１１８ｂ_１、１１８ｃ_１、１１８ａ_２、１１８ｂ_２、１１８ｃ_２、～、１１８ａ_ｎ、１１８ｂ_ｎ、１１８ｃ_ｎ。モジュール端子１１８ａ、１１８ｂ、１１８ｃは、図示のように第１の機械導体１１４ａ、１１４ｂ、１１４ｃに電気的に接続されている。特に、各第１のスイッチングモジュール１１０_１、１１０_２、～、１１０_ｎのモジュール端子１１８ａは、機械導体１１４ａに電気的に接続され、各第１のスイッチングモジュール１１０_１、１１０_２、～、１１０_ｎのモジュール端子１１８ｂは、機械導体１１４ｂに電気的に接続され、各第１のスイッチングモジュール１１０_１、１１０_２、～、１１０_ｎのモジュール端子１１８ｃは、機械導体１１４ｃに電気的に接続される。

【0140】

各第２のスイッチングモジュール１１２_１、１１２_２、～、１１２_ｐは、モジュール端子１２０ａ、１２０ｂ、１２０ｃの３組、すなわち、図１３および図１４に示すモジュール端子１２０ａ_１、１２０ｂ_１、１２０ｃ_１、１２０ａ_２、１２０ｂ_２、１２０ｃ_２、～、１２０ａ_ｐ、１２０ｂ_ｐ、１２０ｃ_ｐを有する。モジュール端子１２０ａ、１２０ｂ、１２０ｃは、図示のように第２の機械導体１１６ａ、１１６ｂ、１１６ｃに電気的に接続されている。特に、各第２のスイッチングモジュール１１２_１、１１２_２、～、１１２_ｐのモジュール端子１２０ａは、機械導体１１６ａに電気的に接続され、各第２のスイッチングモジュール１１２_１、１１２_２、～、１１２_ｐのモジュール端子１２０ｂは、機械導体１１６ｂに電気的に接続され、各第２のスイッチングモジュール１１２_１、１１２_２、～、１１２_ｐのモジュール端子１２０ｃは、機械導体１１６ｃに電気的に接続される。

【0141】

このようにして、第１のスイッチングモジュール１１０_１、１１０_２、～、１１０_ｎの各々は、第１の機械導体１１４ａ、１１４ｂ、１１４ｃに電気的に接続され、第２のスイッチングモジュール１１２_１、１１２_２、～、１１２_ｐの各々は、第２の機械導体１１６ａ、１１６ｂ、１１６ｃに電気的に接続される。第１のステータコイル１０６_１、１０６_２、～、１０６_ｎ、第１のスイッチングモジュール１１０_１、１１０_２、～、１１０_ｎは、ステータ１０４の周囲に円周方向に配置され、ステータの第１の軸方向端部で第１の機械導体１１４ａ、１１４ｂ、１１４ｃに電気的に接続することができる。第２のステータコイル１０８_１、１０８_２、～、１０８_ｐおよび第２のスイッチングモジュール１１２_１、１１２_２、～、１１２_ｐも同様に、ステータ１０４の周囲に円周方向に配置され、ステータの第１または第２の軸方向端部で第２の機械導体１１６ａ、１１６ｂ、１１６ｃに電気接続することができる。

【0142】

電気機械１００は、図１３及び図１４に示すように、３組の第１の機械端子１２２ａ、１２２ｂ及び１２２ｃと、３組の第２の機械端子１２４ａ、１２４ｂ及び１２４ｃとを有する。機械端子１２２ａは機械導体１１４ａに電気的に接続され、機械端子１２２ｂは機械導体１１４ｂに電気的に接続され、機械端子１２２ｃは機械導体１１４ｃに電気的に接続されている。機械端子１２４ａは機械導体１１６ａに電気的に接続され、機械端子１２４ｂは機械導体１１６ｂに電気的に接続され、機械端子１２４ｃは機械導体１１６ｃに電気的に接続されている。第１及び第２の機械端子１２２ａ、１２２ｂ及び１２２ｃ並びに１２４ａ、１２４ｂ及び１２４ｃは、例えば、適切なケーブル又はバスを用いて電気機械１００に外部電気接続を行うことを可能にする。これについては、以下でさらに詳細に説明する。第１および第２の機械端子１２２ａ、１２２ｂおよび１２２ｃならびに１２４ａ、１２４ｂおよび１２４ｃは、電気機械１００の端子ボックス１２５に配置することができる。

【0143】

図１３および図１４に示す電気機械１００は、第１のスイッチングモジュール１１０_１、１１０_２、～、１１０_ｎが、第１の機械導体１１４ａ、１１４ｂ、１１４ｃおよび第１の機械端子１２２ａ、１２２ｂ、１２２ｃを介して可変または固定の三相ＡＣ電圧を供給するように制御され得るか、または受領し得るように構成される。より詳細には、第１の機械導体１１４ａ、１１４ｂ、１１４ｃの各々はＡＣ導体であり、第１の機械端子１２２ａ、１２２ｂ、１２２ｃの各々は、それぞれの交流相を画定するＡＣ端子である。第２のスイッチングモジュール１１２_１、１１２_２、～、１１２_ｐは、第２の機械導体１１６ａ、１１６ｂ、１１６ｃおよび第２の機械端子１２４ａ、１２４ｂ、１２４ｃを介して可変または固定の三相ＡＣ電圧を供給するように制御することができ、または受領することができる。より詳細には、第２の機械導体１１６ａ、１１６ｂ、１１６ｃの各々はＡＣ導体であり、第２の機械端子１２４ａ、１２４ｂ、１２４ｃの各々は、それぞれの相を画定するＡＣ端子である。中性点を画定するために、追加の機械端子および機械導体（図示せず）を含めることができる。

【0144】

図１５は、個々のスイッチングモジュール、すなわち第１のスイッチングモジュール１１０または第２のスイッチングモジュール１１２を示している。各スイッチングモジュールは、それぞれのステータコイル、すなわち第１のステータコイル１０６または第２のステータコイル１０８に電気的に接続される一対のＡＣブリッジ端子を備えた電流源コンバータとして構成されたＨブリッジ回路を含むＨブリッジ回路は、一対のＤＣブリッジ端子も含む。

【0145】

Ｈブリッジ回路は、４つの双方向ブリッジスイッチＳ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４を含む。各ブリッジスイッチＳ１、Ｓ２、～、Ｓ４は、逆直列（anti seriesまたは背中合わせ）に接続された一対のＭＯＳＦＥＴを含むが、他の可能なスイッチ配置が上述されているか、または当業者に知られていることは理解されよう。各ブリッジスイッチＳ１、Ｓ２、～、Ｓ４内の各ＭＯＳＦＥＴに対して逆並列ダイオード（anti parallel diode）が示されているが、実際には、これは各ＭＯＳＦＥＴのボディダイオードによって提供されることが理解されよう。各ブリッジスイッチＳ１、Ｓ２、～、Ｓ４について、逆方向ブロッキング機能は、一対の逆並列接続されたＭＯＳＦＥＴのうちの下側のものによって提供され、順方向ブロッキング機能は、一対の逆並列接続されたＭＯＳＦＥＴのうちの上側のものによって提供される。

【0146】

Ｈブリッジ回路のブリッジスイッチＳ１、Ｓ２、～、Ｓ４は、ゲート駆動コントローラ（図示せず）によって生成されるゲート駆動信号によってオン／オフ制御される。背中合わせのＭＯＳＦＥＴまたは他の背中合わせの半導体スイッチが使用される場合、各スイッチのゲート駆動信号は、半導体スイッチの両方に同時にルーティングされる。例えば、第１のゲート駆動信号は、ブリッジスイッチＳ１の両方のＭＯＳＦＥＴに同時に配線される。これは、各ブリッジスイッチの両方のＭＯＳＦＥＴが、それぞれのゲート駆動信号によって同時にオン／オフされることを意味する。

【0147】

各スイッチングモジュールは、スイッチングモジュールのモジュール端子、すなわちモジュール端子１１８ａ、１１８ｂ、１１８ｃまたは１２０ａ、１２０ｂ、１２０ｃに電気的に接続される３組のＡＣブリッジ端子（a triplet of AC bridge terminals）を備えた電圧源コンバータとして構成されたグレッツブリッジ回路（Graetz bridge circuit）を含む。グレッツブリッジ回路は、ＤＣリンクによってＨブリッジ回路のＤＣブリッジ端子に電気的に接続される一対のＤＣブリッジ端子も含む。ＤＣリンクは、図示のようにコンデンサとインダクタを含む。

【0148】

グレッツブリッジ回路は、６個の一方向ブリッジスイッチＳ１、Ｓ２、～、Ｓ６を含む。各ブリッジスイッチＳ１、Ｓ２、～、Ｓ６はＩＧＢＴを含み、反並列ダイオードに接続されている。ブリッジスイッチＳ１、Ｓ２、～、Ｓ６は、ゲート駆動コントローラ（図示せず）によって生成されるゲート駆動信号によってオン／オフ制御される。

【0149】

各スイッチングモジュールにはＡＣフィルタ（図示せず）も含まれる。

【0150】

図１３および図１４に示すように構成された電気機械は、ＤＣ電圧を供給または受領することができ、また交流電圧を供給または受領することもできる。例えば、第１および／または第２の機械導体のうちの２つを正負のＤＣ導体として構成し、第１および／または第２の機械端子のうちの２つを正負のＤＣ端子として構成することができる。第１および／または第２のスイッチングモジュール１１０_１、１１０_２、～、１１０_ｎ、及び１１２_１、１１２_２、～、１１２_ｐが図１５に示すように構成されている場合、各スイッチングモジュールのグレイツブリッジ回路はバイパスされるか、または適切な動作状態に置かれるため、第１および／または第２のスイッチングモジュール１１０_１、１１０_２、～、１１０_ｎ、１１２_１、１１２_２、～、１１２_ｐ、がＤＣ電圧を供給するように動作させることも、ＤＣ電圧を受けるように動作させることもできる（If the first and/or second switching modules 1101, 1102, ... 110n and 1121, 1122, ... 112p are configured as shown in Figure 15, the Graetz bridge circuit of each switching module may be bypassed or placed in a suitable operating state so that the first and/or second switching modules 1101, 1102, ... 110n and 1121, 1122, ... 112p may be operated to supply or may receive a DC voltage.）。別の言い方をすれば、第１および／または第２のスイッチングモジュール１１０_１、１１０_２、～１１０_ｎ、１１２_１、１１２_２、～１１２。１１２_ｐがどのように構成され、制御されることによって、ＡＣ電圧が第１および／または第２の機械端子の３つ全てに供給または受領されることもあれば、必要に応じてＤＣ電圧が第１および／または第２の機械端子の２つに供給または受領されることもある。また、必要に応じて、単相ＡＣ電圧を第１および／または第２の機械端子のうち２つのみに供給または受電することもできる。第１及び／又は第２のスイッチングモジュール１１０_１、１１０_２、～１１０_ｎ、１１２_１、１１２_２、～１１２。１１２_ｐは、図４～図１０に示すように構成された電気機械（すなわち、通常、正および負の直流導体として構成される一対の第１および第２の機械導体１１４ａ、１１４ｂおよび１１６ａ、１１６ｂと、通常、正および負の直流導体として構成される一対の第１および第２の機械端子１２２ａ、１２２ｂおよび１２４ａ、１２４ｂとを備える）は、単相ＡＣ電圧を供給または受領するためにも使用され得る（Depending on how the first and/or second switching modules 1101, 1102, ... 110n and 1121, 1122, ... 112p are configured, an electrical machine configured as shown in Figures 4 to 10 - i.e., with a pair of first and second machine conductors 114a, 114b and 116a, 116b that are normally configured as positive and negative DC conductors and a pair of first and second machine terminals 122a, 122b and 124a, 124b that are normally configured as positive and negative DC conductors - may also be used to supply or receive a single-phase AC voltage, for example）。機械導体および機械端子の特定のセットは、例えば、必要に応じてＤＣ電圧または交流電圧を伝送するオプションで、柔軟に使用できるように設計することができる。この場合、それぞれのスイッチングモジュールは通常、ＤＣ電圧と交流電圧を供給または受領できるように構成される。特定の機械導体および機械端子は、例えば、可変または固定ＤＣ電圧のみを伝送するように設計されるなど、融通が利かないように使用されることがあり、それに応じて、例えば、図１１および図１２に示すように、それぞれのスイッチングモジュールが構成されることがある。

【0151】

図４から図１０のいずれかに示す電気機械１００が発電機として運転される場合、第１のスイッチングモジュール１１０_１、１１０_２、～、１１０_ｎは、第１の機械導線１１４ａ、１１４ｂおよび第１の機械端子１２２ａ、１２２ｂを介して、１つ以上の第１の負荷（図示せず）に電力を供給することができる。第２のスイッチングモジュール１１２_１、１１２_２、～、１１２_ｐは、第２の機械導線１１６ａ、１１６ｂおよび第２の機械端子１２４ａ、１２４ｂを介して、１つ以上の第２の負荷（図示せず）に電力を供給することができる。図１３および図１４に示す電気機械が発電機として運転される場合、第１のスイッチングモジュール１１０_１、１１０_２、～、１１０_ｎは、第１の機械導線１１４ａ、１１４ｂ、１１４ｃおよび第１の機械端子１２２ａ、１２２ｂ、１２２ｃを介して、１つ以上の第１の負荷（図示せず）に電力を供給することができる。第２のスイッチングモジュール１１２_１、１１２_２、～、１１２_ｐ、第２の機械導線１１６ａ、１１６ｂ、１１６ｃおよび第２の機械端子１２４ａ、１２４ｂ、１２４ｃを介して、１つ以上の第２の負荷（図示せず）に電力を供給することができる。

【0152】

図４から図１０のいずれかに示す電気機械１００がモーターとして運転される場合、第１のスイッチングモジュール１１０_１、１１０_２、～、１１０_ｎは、第１の機械端子１２２ａ、１２２ｂおよび第１の機械導体１１４ａ、１１４ｂを介して、１つ以上の第１の電源（図示せず）から電力を受け取ることができる。第２のスイッチングモジュール１１２_１、１１２_２、～、１１２_ｐは、第２の機械端子１２４ａ、１２４ｂおよび第２の機械導線１１６ａ、１１６ｂを介して、１つ以上の第２の電源（図示せず）から電力を受け取ることができる。図１３および図１４に示す電気機械１００がモーターとして運転される場合、第１のスイッチングモジュール１１０_１、１１０_２、～、１１０_ｎは、第１の機械端子１２２ａ、１２２ｂ、１２２ｃおよび第１の機械導体１１４ａ、１１４ｂ、１１４ｃを介して、１つ以上の第１の電源（図示せず）から電力を受け取ることができる。第２のスイッチングモジュール１１２_１、１１２_２、～、１１２_ｐは、第２の機械端子１２４ａ、１２４ｂ、１２４ｃおよび第２の機械導線１１６ａ、１１６ｂ、１１６ｃを介して、１つ以上の第２の電源（図示せず）から電力を受け取ることができる。第１および第２のスイッチングモジュール１１０_１、１１０_２、～、１１０_ｎ、１１２_１、１１２_２、～、１１２_ｐは、ロータ１０２の回転を駆動するために協調して制御される場合がある。

【0153】

１以上の第１の負荷または電源（図示せず）は、例えば、適切なケーブルまたはバスを使用して、一対の第１の機械端子１２２ａ、１２２ｂ（または第１の機械端子１２２ａ、１２２ｂおよび１２２ｃの３組）に電気的に接続することができる。

【0154】

１以上の第２の負荷または電源（図示せず）は、例えば、適切なケーブルまたはバスを使用して、一対の第２の機械端子１２４ａ、１２４ｂ（または３連の第１の機械端子１２４ａ、１２４ｂ、１２４ｃ）に電気的に接続することができる。

【0155】

第１のスイッチングモジュール１１０_１、１１０_２、～、１１０_ｎは、第２のスイッチングモジュール１１２_１、１１２_２、～、１１２_ｐとは独立して制御することができる。例えば、第１のスイッチングモジュール１１０_１、１１０_２、～、１１０_ｎ、可変ＤＣ電圧を供給するように制御され、第２のスイッチングモジュール１１２_１、１１２_２、～、１１２_ｐ、異なる可変ＤＣ電圧、固定ＤＣ電圧、または固定または可変ＡＣ電圧を供給するように制御される場合がある。第１のスイッチングモジュール１１０_１、１１０_２、～、１１０_ｎ、可変ＤＣ電圧を受け取ることができ、第２のスイッチングモジュール１１２_１、１１２_２、～、１１２_ｐ、例えば、異なる可変ＤＣ電圧、固定ＤＣ電圧、または固定または可変ＡＣ電圧を受け取ることができる。これは、第１の機械導体１１４ａ、１１４ｂが第２の機械導体１１６ａ、１１６ｂから電気的に絶縁され、第１の機械端子１２２ａ、１２２ｂが第２の機械端子１２４ａ、１２４ｂから電気的に絶縁されているためである。

【0156】

図１６は、第１の機械導体１１４ａ、１１４ｂと第２の機械導体１１６ａ、１１６ｂとの間に電気的に接続される第１のスイッチ１３０を備えた図４および図５の電気機械１００を示す。第１のスイッチ１３０はまた、第１の機械端子１２２ａ、１２２ｂと第２の機械端子１２４ａ、１２４ｂとの間に電気的に接続されてもよく、例えば端子ボックス１２５内に配置されてもよい。

【0157】

第１のスイッチ１３０は電気スイッチであってよく、１つ以上の制御可能な半導体スイッチ、例えばサイリスタを含むことができる。第１のスイッチ１３０が、例えば適切なコントローラ（図示せず）によって開状態に制御される場合、第１および第２の機械導体１１４ａ、１１４ｂおよび１１６ａ、１１６ｂは、互いに電気的に絶縁される。これは、第１のスイッチングモジュール１１０_１、１１０_２、～、１１０_ｎは、上述のように、第２のスイッチングモジュール１１２_１、１１２_２、～、１１２_ｐから独立して制御され得ることを意味する。しかしながら、第１のスイッチ１３０が、例えばコントローラによって閉じられるように制御される場合、第１および第２の機械導体１１４ａ、１１４ｂおよび１１６ａ、１１６ｂは、「共通の」機械導体および「共通の」機械端子を形成するように電気的に接続される。特に、機械導体１１４ａは機械導体１１６ａに電気的に接続され、機械導体１１４ｂは第１のスイッチ１３０によって機械導体１１６ｂに電気的に接続される。電気的に接続された機械導体１１４ａおよび１１６ａは、「共通の」正のＤＣ導体を形成することができ、電気的に接続された機械導体１１４ｂおよび１１６ｂは、「共通の」負のＤＣ導体を形成することができる。あるいは、電気的に接続された機械導体１１４ａおよび１１６ａは、第１の交流相のための「共通の」第１のＡＣ導体を形成し、電気的に接続された機械導体１１４ｂおよび１１６ｂは、中性またはその逆のため（for a neutral or vice versa）の「共通の」第２のＡＣ導体を形成することができる。（図１３および図１４に示す電気機械の場合、同様のスイッチを使用して、第２の交流相用の「共通の」第２のＡＣ導体と、第３の交流相用の「共通の」第３のＡＣ導体を形成することができる）。電気的に接続された機械端子１２２ａと１２４ａは、「共通の」正のＤＣ端子を形成することができ、電気的に接続された機械端子１２２ｂと１２４ｂは、「共通の」負のＤＣ端子を形成することができる。あるいは、電気的に接続された機械端子１２２ａと１２４ａは、第１の交流相のための「共通の」第１のＡＣ導体を形成し、電気的に接続された機械端子１２２ｂと１２４ｂは、中性またはその逆のための「共通の」第２のＡＣ導体を形成することができる。（図１３および図１４に示す電気機械の場合、同様のスイッチを使用して、第２の交流相用の「共通の」第２のＡＣ端子および第３の交流相用の「共通の」第３のＡＣ端子を形成することができる）。

【0158】

第１および第２のスイッチングモジュール１１０_１、１１０_２、～、１１０_ｎ、１１２_１、１１２_２、～、１１２_ｐは、機械導体の「共通の」対に電気的に接続され、それらの制御は調整され得る。

【0159】

電気機械１００が発電機として運転される場合、第１のスイッチングモジュール１１０_１、１１０_２、～、１１０_ｎおよび／または第２のスイッチングモジュール１１２_１、１１２_２、～、１１２_ｐは、第１の機械導体１１４ａ、１１４ｂおよび第１の機械端子１２２ａ、１２２ｂを介して１つ以上の第１の負荷（図示せず）に電力を供給し、および／または第２の機械導体１１６ａ、１１６ｂおよび第２の機械端子１２４ａ、１２４ｂを介して１つ以上の第２の負荷（図示せず）に電力を供給することができる。要件に応じて、第１および第２のスイッチングモジュール１１０_１、１１０_２、～、１１０_ｎおよび１１２_１、１１２_２、～、１１２_ｐの一方または両方を動作させてもよいことは容易に理解されるであろう。また、要件に応じて、第１および第２の負荷（図示せず）の一方または両方に電力を供給することもできる。

【0160】

電気機械１００がモーターとして動作する場合、第１のスイッチングモジュール１１０_１、１１０_２、～、１１０_ｎおよび／または第２のスイッチングモジュール１１２_１、１１２_２、～、１１２_ｐは、第１の機械導線１１４ａ、１１４ｂおよび第１の機械端子１２２ａ、１２２ｂを介して１つ以上の第１の電源（図示せず）から、および／または第２の機械導線１１６ａ、１１６ｂおよび第２の機械端子１２４ａ、１２４ｂを介して１つ以上の第２の電源（図示せず）から電力を受け取ることができる。要件に応じて、第１および第２のスイッチングモジュール１１０_１、１１０_２、～、１１０_ｎおよび１１２_１、１１２_２、～、１１２_ｐの一方または両方を動作させてもよいことは容易に理解されるであろう。また、要件に応じて、第１および第２の電源（図示せず）の一方または両方から電力を供給することもできる。第１および第２のスイッチングモジュール１１０_１、１１０_２、～、１１０_ｎ、１１２_１、１１２_２、～、１１２_ｐは、ロータ１０２の回転を駆動するために協調的に制御することができる。

【0161】

図１６はまた、ケーブル配線またはバス１５０が、絶縁スイッチ１２７ａ、１２７ｂによって第１の機械端子１２２ａ、１２２ｂにどのように電気的に接続されるかを示し、ケーブル配線またはバス１６０が、絶縁スイッチ１２９ａ、１２９ｂによって第２の機械端子１２４ａ、１２４ｂにどのように電気的に接続されるかを示す。絶縁スイッチ１２７ａ、１２７ｂおよび１２９ａ、１２９ｂは電気スイッチであってもよく、１つ以上の制御可能な半導体スイッチ、例えばサイリスタを含んでもよい。１つ以上の制御可能なスイッチは、適切なコントローラによってオンおよびオフに切り替えられるように制御することができる。絶縁スイッチ１２７ａ、１２７ｂおよび１２９ａ、１２９ｂはまた、機械的アイソレータであってもよい。

【0162】

その他の点では、図１６に示す電気機械１００は、図４および図５に示す電気機械と同じである。

【0163】

図１７および図１８は、複数の第３ステータコイル１３２_１、１３２_２、～、１３２_ｑを備える代替の電気機械１００の概略図であり、ｑは任意の適切な整数（例えば、４０（４０））である。電気機械のパワーエレクトロニクススイッチングアセンブリは、複数の第３スイッチングモジュールアセンブリ１３３_１、１３３_２、～、１３３_ｑを含む。第３のスイッチングモジュールアセンブリ１３３_１、１３３_２、～、１３３_ｑの各々は、第３のスイッチングモジュール１３４_１、１３４_２、～、１３４_ｑを含む。

【0164】

第３のステータコイル１３２_１、１３２_２、～、１３２_ｑの各々は、それぞれの第３のスイッチングモジュール１３４_１、１３４_２、～、１３４_ｑの一対のＡＣ端子に電気的に接続されている。上述したように、第１のステータコイル１０６_１、１０６_２、～、１０６_ｎの各々は、それぞれの第１のスイッチングモジュール１１０_１、１１０_２、～、１１０_ｎの一対のＡＣ端子に電気的に接続され、第２のステータコイル１０８_１、１０８_２、～、１０８_ｐの各々は、それぞれの第２のスイッチングモジュール１１２_１、１１２_２、～、１１２_ｐの一対のＡＣ端子に電気的に接続される。この例では、ｎとｐも４０であるため、ステータ１０４には合計１２０個のステータコイルが含まれる。第１、第２および第３のスイッチングモジュール１１０_１、１１０_２、～、１１０、_ｎ１１２_１、１１２_２、～、１１２_ｐおよび１３４_１、１３４_２、～、１３４_ｑは、通常、ステータ１０４の円周上に配置される。すなわち、４０個の第１のスイッチングモジュール１１０_１、１１０_２、～、１１０_ｎ、４０個の第２のスイッチングモジュール１１２_１、１１２_２、～、１１２_ｐ、および４０個の第３スイッチングモジュール１３４_１、１３４_２、～、１３４_ｑ。したがって、複数の第３のスイッチングモジュールを含めても、パワーエレクトロスイッチングアセンブリのスイッチングモジュールの総数が全体的に増加するわけではないことがわかる。しかし、スイッチングモジュールを収容する十分なスペースがあれば、スイッチングモジュールの総数を増やすことができる。

【0165】

各ステータコイルは、それぞれのステータ相を画定する。図１７および図１８に示す電気機械１００は、ｎ個の第１のステータ相を画定するｎ個の第１のステータコイル１０６_１、１０６_２、～、１０６_ｎと、ｐ個の第２のステータ相を画定するｐ個の第２のステータコイル１０８_１、１０８_２、～、１０８_ｐと、ｑ個の第３ステータ相を画定するｑ個の第３ステータコイル１３２_１、１３２_２、～、１３２_ｑとを備える。電気機械１００が動作しているとき、第１のステータコイル１０６_１、１０６_２、～、１０６_ｎは、第１のスイッチングモジュール１１０_１、１１０_２、～、１１０_ｎによって整流される複数の位相シフトされた第１のコイル電圧を定義し、第２のステータコイル１０８_１、１０８_２、～、１０８は、複数の位相シフトされた第２のコイル電圧を定義する。１０８_ｐは、第２のスイッチングモジュール１１２_１、１１２_２、～、１１２_ｐによって転流される複数の位相シフトされた第２のコイル電圧を定義し、第３のステータコイル１３２_１、１３２_２、～、１３２_ｑは、第３のスイッチングモジュール１３４_１、１３４_２、～、１３４_ｑによって転流される複数の位相シフトされた第３のコイル電圧を定義する。

【0166】

電気機械１００は、一対の第１の機械導体１１４ａ、１１４ｂおよび一対の第２の機械導体１１６ａ、１１６ｂを含む。電気機械１００は、導電性材料、例えば銅の別個の環状リング（または「エンドリング」）として形成され得る一対の第３の機械導体１３６ａ、１３６ｂも含む。第３の機械導体１３６ａ、１３６ｂを画定する一対のエンドリングは、ステータ１０４の第１または第２の軸方向端部に配置することができる。

【0167】

各第３スイッチングモジュール１３４_１、１３４_２、～、１３４_ｑは、一対のモジュール端子１３８ａ、１３８ｂ、すなわち、図１７および図１８に示すモジュール端子１３８ａ_１、１３８ｂ_１、１３８ａ_２、１３８ｂ_２、～、１３８ａ_ｑ、１３８ｂ_ｑを有する。モジュール端子１３８ａ、１３８ｂは、図示のように、第３の機械導体１３６ａ、１３６ｂに電気的に接続されている。特に、各第３スイッチングモジュール１３４_１、１３４_２、～、１３４_ｑのモジュール端子１３８ａは、機械導体１３６ａに電気的に接続され、各第３スイッチングモジュール１３４_１、１３４_２、～、１３４_ｑのモジュール端子１３８ｂは、機械導体１３６ｂに電気的に接続される。このようにして、第３のスイッチングモジュール１３４_１、１３４_２、～、１３４_ｑの各々は、第３の機械導体１３６ａ、１３６ｂに電気的に接続される。第３ステータコイル１３２_１、１３２_２、～、１３２_ｑ、および第３スイッチングモジュール１３４_１、１３４_２、～、１３４_ｑは、ステータ１０４の周囲に円周方向に配置され、電気的接続は、ステータの第１または第２の軸方向端部で第３機械導体１３６ａ、１３６ｂに行うことができる。あるいは、図８から図１０に示し、上述したように、第１、第２および第３のスイッチングモジュール１１０_１、１１０_２、～、１１０_ｎ、１１２_１、１１２_２、～、１１２_ｐ、および１３４_１、１３４_２、～、１３４_ｑは、適切なケーブルまたはバスを使用して電気的に接続することができる。

【0168】

電気機械１００は、図１７及び図１８に示すように、一対の第３の機械端子１４０ａ、１４０ｂを有する。機械端子１４０ａは機械導体１３６ａに電気的に接続され、機械端子１４０ｂは機械導体１３６ｂに電気的に接続される。第３の機械端子１４０ａ、１４０ｂは、例えば、適切なケーブルまたはバスを用いて電気機械１００に追加の外部電気接続を行うことを可能にする。第３の機械端子１４０ａ、１４０ｂは、端子ボックス１２５内で第１および第２の機械端子１２２ａ、１２２ｂおよび１２４ａ、１２４ｂと共に配置されることができる。

【0169】

その他の点では、図１７および図１８に示す電気機械１００は、図４および図５に示す電気機械と同じである。

【0170】

電気機械１００が発電機として運転される場合、第３のスイッチングモジュール１３４_１、１３４_２、～、１３４_ｑは、第３の機械導線１３６ａ、１３６ｂおよび第３の機械端子１４０ａ、１４０ｂを介して、１つ以上の第３の負荷（図示せず）に電力を供給することができる。電気機械１００がモーターとして動作する場合、第３のスイッチングモジュール１３４_１、１３４_２、～、１３４_ｑは、第３の機械端子１３６ａ、１３６ｂおよび第３の機械導体１４０ａ、１４０ｂを介して、１つ以上の第３の電源（図示せず）から電力を受け取ることができる。１つ以上の第３の負荷または電源（図示せず）は、一対の第３の機械端子１４０ａ、１４０ｂに電気的に接続される場合がある。

【0171】

第３のスイッチングモジュール１３４_１、１３４_２、～、１３４_ｑは、第３の機械導体１３６ａ、１３６ｂおよび第３の機械端子１４０ａ、１４０ｂを介して可変または固定ＤＣ電圧を供給するように制御されるか、または受けることができる。この場合、第３の機械導体は、正のＤＣ導体（例えば、機械導体１３６ａ）および負のＤＣ導体（例えば、機械導体１３６ｂ）を含むことができる。また、第３の機械端子は、正のＤＣ端子（例えば、機械端子１４０ａ）と負のＤＣ端子（例えば、機械端子１４０ｂ）とを含むことができる。第３のスイッチングモジュール１３４_１、１３４_２、～、１３４_ｑは、上述した第１および第２のスイッチングモジュール１１０_１、１１０_２、～、１１０_ｎおよび１１２_１、１１２_２、～、１１２_ｐと同様に制御することができる。

【0172】

第３のスイッチングモジュール１３４_１、１３４_２、～、１３４_ｑは、第３の機械導体１３６ａ、１３６ｂおよび第３の機械端子１４０ａ、１４０ｂを介して可変または固定の交流電圧を供給するように制御されるか、または受けることができる。この場合、第３の機械導体は、第１の交流相用の第１のＡＣ導体（例えば、機械導体１３６ａ）と中性点用の第２のＡＣ導体（例えば、機械導体１３６ｂ）またはその逆を含むことができる。第３の機械端子もまた、第１の交流相用の第１のＡＣ端子（例えば、機械端子１４０ａ）と、中性またはその逆（for a neutral or vice versa）の第２のＡＣ端子（例えば、機械端子１４０ｂ）とを含むことができる。電気機械が３組の第３の機械導体および３組の第３の機械端子を含む場合、三相ＡＣ電圧を供給または受領することができる－例えば、図１３および１４に示す電気機械を参照されたい。

【0173】

第３のスイッチングモジュール１３４_１、１３４_２、～、１３４_ｑは、上述した第１および第２のスイッチングモジュール１１０_１、１１０_２、～、１１０_ｎおよび１１２_１、１１２_２、～、１１２_ｐと同様に制御することができる。

【0174】

第３のスイッチングモジュール１３４_１、１３４_２、～、１３４_ｑは、第１のスイッチングモジュール１１０_１、１１０_２、～、１１０_ｎおよび第２のスイッチングモジュール１１２_１、１１２_２、～、１１２_ｐとは独立して制御することができる。例えば、第１および第２のスイッチングモジュール１１０_１、１１０_２、～、１１０_ｎ、および１１２_１、１１２_２、～、１１２_ｐは、可変ＤＣ電圧を供給するように制御することができ、第３のスイッチングモジュール１３４_１、１３４_２、～、１３４_ｑは、固定ＤＣ電圧、または固定または可変ＡＣ電圧を供給するように制御することができる。これは、第３の機械導体１３６ａ、１３６ｂが第１および第２の機械導体１１４ａ、１１４ｂおよび１１６ａ、１１６ｂから電気的に絶縁されており、第３の機械端子１４０ａ、１４０ｂが第１および第２の機械端子１２２ａ、１２２ｂおよび１２４ａ、１２４ｂから電気的に絶縁されているためである。

【0175】

図１９は、第１の機械導体１１４ａ、１１４ｂと第２の機械導体１１６ａ、１１６ｂとの間に電気的に接続された第１のスイッチ１３０を有する電気機械１００を示す。第２のスイッチ１４２は、第２の機械導体１１６ａ、１１６ｂと第３の機械導体１３６ａ、１３６ｂとの間に電気的に接続されている。第３のスイッチ１４４は、第１の機械導体１１４ａ、１１４ｂと第３の機械導体１３６ａ、１３６ｂとの間に電気的に接続されている。第１、第２および第３のスイッチ１３０、１４２および１４４は、それぞれの機械端子間に電気的に接続されることもあり、端子ボックス１２５内に配置されることもある。

【0176】

第１、第２および第３のスイッチ１３０、１４２および１４４は、電気スイッチであってよく、１つ以上の制御可能な半導体スイッチ、例えばサイリスタを含んでよい。

【0177】

第１、第２および第３のスイッチ１３０、１４０および１４２が、例えば適切なコントローラ（図示せず）によって開状態に制御される場合、第１、第２および第３の機械導体１１４ａ、１１４ｂ、１１６ａ、１１６ｂおよび１３６ａ、１３６ｂは、互いに電気的に絶縁される。これは、第１、第２および第３のスイッチングモジュール１１０_１、１１０_２、～、１１０_ｎ、１１２_１、１１２_２、～、１１２_ｐ、１３４_１、１３４_２、～、１３４_ｑを独立して制御できることを意味する。

【0178】

第１のスイッチ１３０が、例えばコントローラによって閉じられるように制御される場合、第１および第２の機械導体１１４ａ、１１４ｂおよび１１６ａ、１１６ｂは、機械導体の「共通の」対を形成するように電気的に接続される。特に、機械導体１１４ａは機械導体１１６ａに電気的に接続され、機械導体１１４ｂは機械導体１１６ｂに電気的に接続される。例えば、機械導体１１４ａと機械導体１１６ａは「共通の」正のＤＣ導体を形成し、機械導体１１４ｂと機械導体１１６ｂは「共通の」負のＤＣ導体を形成することができる。あるいは、機械導体１１４ａおよび１１６ａは、第１の交流相のための「共通の」第１のＡＣ導体を形成し、機械導体１１４ｂおよび１１６ｂは、中性またはその逆のための「共通の」第２のＡＣ導体を形成することができる。機械端子１２２ａおよび１２４ａは、第１の交流相に対して「共通の」正のＤＣ端子または「共通の」第１のＡＣ端子を形成することができ、機械端子１２２ｂおよび１２４ｂは、中性点に対して「共通の」負のＤＣ端子または「共通の」第２のＡＣ端子を形成することができる。第１および第２のスイッチングモジュール１１０_１、１１０_２、～、１１０_ｎ、１１２_１、１１２_２、～、１１２_ｐは、機械導体の「共通の」対に電気的に接続され、それらの制御は調整され得る。

【0179】

電気機械１００が発電機として運転される場合、第１のスイッチングモジュール１１０_１、１１０_２、～、１１０_ｎおよび／または第２のスイッチングモジュール１１２_１、１１２_２、～、１１２_ｐは、第１の機械導体１１４ａ、１１４ｂおよび第１の機械端子１２２ａ、１２２ｂを介して１つ以上の第１の負荷（図示せず）に電力を供給し、および／または第２の機械導体１１６ａ、１１６ｂおよび第２の機械端子１２４ａ、１２４ｂを介して１つ以上の第２の負荷（図示せず）に電力を供給することができる。要件に応じて、第１および第２のスイッチングモジュール１１０_１、１１０_２、～、１１０_ｎおよび１１２_１、１１２_２、～、１１２_ｐの一方または両方を動作させてもよいことは容易に理解されるであろう。要件に応じて、第１および第２の負荷（図示せず）の一方または両方に電力を供給することもできる。また、第３の機械導線１３６ａ、１３６ｂおよび第３の機械端子１４０ａ、１４０ｂを介して、第３のスイッチングモジュール１３４_１、１３４_２、～、１３４_ｑによって、１つ以上の第３の負荷（図示せず）に独立して電力を供給することもできる。

【0180】

電気機械１００がモーターとして動作する場合、第１のスイッチングモジュール１１０_１、１１０_２、～、１１０_ｎおよび／または第２のスイッチングモジュール１１２_１、１１２_２、～、１１２_ｐは、第１の機械導線１１４ａ、１１４ｂおよび第１の機械端子１２２ａ、１２２ｂを介して１つ以上の第１の電源（図示せず）から、および／または第２の機械導線１１６ａ、１１６ｂおよび第２の機械端子１２４ａ、１２４ｂを介して１つ以上の第２の電源（図示せず）から電力を受け取ることができる。要件に応じて、第１および第２のスイッチングモジュール１１０_１、１１０_２、～、１１０_ｎおよび１１２_１、１１２_２、～、１１２_ｐの一方または両方を動作させてもよいことは容易に理解されるであろう。要件に応じて、第１および第２の電源（図示せず）の一方または両方から電力を供給することもできる。また、電力は、１つ以上の第３の電源（図示せず）から、第３の機械導線１３６ａ、１３６ｂおよび第３の機械端子１４０ａ、１４０ｂを介して、第３のスイッチングモジュール１３４_１、１３４_２、～、１３４_ｑに独立して供給されることもある。第１および第２のスイッチングモジュール１１０_１、１１０_２、～、１１０_ｎ、１１２_１、１１２_２、～、１１２_ｐは、ロータ１０２の回転を駆動するように協調制御することができる。

【0181】

第２のスイッチ１４２が、例えばコントローラによって閉じられるように制御される場合、第２および第３の機械導体１１６ａ、１１６ｂおよび１３６ａ、１３６ｂは、電気的に接続され、機械導体の「共通の」対を形成する。特に、機械導体１１６ａは機械導体１３６ａに電気的に接続され、機械導体１１６ｂは機械導体１３６ｂに電気的に接続される。例えば、機械導体１１６ａと１３６ａは「共通の」正のＤＣ導体を形成し、機械導体１１６ｂと１３６ｂは「共通の」負のＤＣ導体を形成することができる。あるいは、機械導体１１６ａおよび１３６ａは、第１の交流相のための「共通の」第１のＡＣ導体を形成し、機械導体１１６ｂおよび１３６ｂは、中性またはその逆のための「共通の」第２のＡＣ導体を形成することができる。機械端子１２４ａおよび１４０ａは、第１の交流相に対して「共通の」正のＤＣ端子または「共通の」第１のＡＣ端子を形成することができ、機械端子１２４ｂおよび１４０ｂは、中性点に対して「共通の」負のＤＣ端子または「共通の」第２のＡＣ端子を形成することができる。第２および第３のスイッチングモジュール１１２_１、１１２_２、～、１１２_ｐ、１３４_１、１３４_２、～、１３４_ｑは、単一（または「共通の」）の機械導線の組に電気的に接続され、それらの制御が調整されることがある。

【0182】

電気機械１００が発電機として運転される場合、第２のスイッチングモジュール１１２_１、１１２_２、～、１１２_ｐおよび／または第３のスイッチングモジュール１３４_１、１３４_２、～、１３４_ｑは、第２の機械導線１１６ａ、１１６ｂおよび第２の機械端子１２４ａ、１２４ｂを介して１つ以上の第２の負荷（図示せず）に電力を供給し、および／または第３の機械導線１３６ａ、１３６ｂおよび第３の機械端子１４０ａ、１４０ｂを介して１つ以上の第３の負荷（図示せず）に電力を供給することができる。要件に応じて、第２および第３のスイッチングモジュール１１２_１、１１２_２、～、１１２_ｐおよび１３４_１、１３４_２、～、１３４_ｑの一方または両方を動作させてもよいことは容易に理解されるであろう。要件に応じて、第２および第３の負荷（図示せず）の一方または両方に電力を供給することもできる。また、電力は、第１の機械導線１１４ａ、１１４ｂおよび第１の機械端子１２２ａ、１２２ｂを介して、第１のスイッチングモジュール１１０_１、１１０_２、～、１１０_ｎによって、１つ以上の第１の負荷（図示せず）に独立して供給されることもある。

【0183】

電気機械１００がモーターとして運転される場合、第２のスイッチングモジュール１１２_１、１１２_２、～、１１２_ｐ、および／または第３のスイッチングモジュール１３４_１、１３４_２、～、１３４_ｑは、第２の機械導線１１６ａ、１１６ｂおよび第２の機械端子１２４ａ、１２４ｂを介して１つ以上の第２の電源（図示せず）から、および／または第３の機械導線１３６ａ、１３６ｂおよび第３の機械端子１４０ａ、１４０ｂを介して１つ以上の第３の電源（図示せず）から電力を受け取ることができる。要件に応じて、第２および第３のスイッチングモジュール１１２_１、１１２_２、～、１１２_ｐおよび１３４_１、１３４_２、～、１３４_ｑの一方または両方を動作させることができることは容易に理解されるであろう。要件に応じて、第２および第３の電源（図示せず）の一方または両方から電力を供給することもできる。また、電力は、１つ以上の第１の電源（図示せず）から、第１の機械導線１１４ａ、１１４ｂおよび第１の機械端子１２２ａ、１２２ｂを介して、第１のスイッチングモジュール１１０_１、１１０_２、～、１１０_ｎに独立して供給されることもある。第２および第３のスイッチングモジュール１１２_１、１１２_２、～、１１２_ｐ、１３４_１、１３４_２、～、１３４_ｑは、ロータ１０２の回転を駆動するように協調制御することができる。

【0184】

第３のスイッチ１４４が、例えばコントローラによって閉じられるように制御される場合、第１および第３の機械導体１１４ａ、１１４ｂおよび１３６ａ、１３６ｂは、電気的に接続され、機械導体の「共通の」対を形成する。特に、機械導体１１４ａは機械導体１３６ａに電気的に接続され、機械導体１１４ｂは機械導体１３６ｂに電気的に接続される。例えば、機械導体１１４ａと１３６ａは「共通の」正のＤＣ導体を形成し、機械導体１１４ｂと１３６ｂは「共通の」負のＤＣ導体を形成することができる。あるいは、機械導体１１４ａおよび１３６ａは、第１の交流相のための「共通の」第１のＡＣ導体を形成し、機械導体１１４ｂおよび１３６ｂは、中性またはその逆のため（for a neutral or vice versa）の「共通の」第２のＡＣ導体を形成することができる。機械端子１２２ａおよび１４０ａは、第１の交流相に対して「共通の」正のＤＣ端子または「共通の」第１のＡＣ端子を形成することができ、機械端子１２２ｂおよび１４０ｂは、中性点に対して「共通の」負のＤＣ端子または「共通の」第２のＡＣ端子を形成することができ、またはその逆も同様である。第１および第３のスイッチングモジュール１１０_１、１１０_２、～、１１０_ｎ、１３４_１、１３４_２、～、１３４_ｑは、単一（または「共通」）の一対の機械導線に電気的に接続され、それらの制御が調整されることがある。

【0185】

電気機械１００が発電機として運転される場合、第１のスイッチングモジュール１１０_１、１１０_２、～、１１０_ｎおよび／または第３のスイッチングモジュール１３４_１、１３４_２、～、１３４_ｑは、第１の機械導体１１４ａ、１１４ｂおよび第１の機械端子１２２ａ、１２２ｂを介して１つ以上の第１の負荷（図示せず）に電力を供給し、および／または第３の機械導体１３６ａ、１３６ｂおよび第３の機械端子１４０ａ、１４０ｂを介して１つ以上の第３の負荷（図示せず）に電力を供給することができる。要件に応じて、第１および第３スイッチングモジュール１１０_１、１１０_２、～、１１０_ｎおよび１３４_１、１３４_２、～、１３４_ｑの一方または両方を動作させてもよいことは容易に理解されるであろう。要件に応じて、第１および第３の電源（図示せず）の一方または両方に電力を供給することもできる。また、電力は、第２の機械導線１１６ａ、１１６ｂおよび第２の機械端子１２４ａ、１２４ｂを介して、第２のスイッチングモジュール１１２_１、１１２_２、～、１１２_ｐによって、１つ以上の第２の負荷（図示せず）に独立して供給されることもある。

【0186】

電気機械１００がモーターとして運転される場合、第１のスイッチングモジュール１１０_１、１１０_２、～、１１０_ｎおよび／または第３のスイッチングモジュール１３４_１、１３４_２、～、１３４_ｑは、第１の機械導線１１４ａ、１１４ｂおよび第１の機械端子１２２ａ、１２２ｂを介して１つ以上の第１の電源（図示せず）から、および／または第３の機械導線１３６ａ、１３６ｂおよび第２の機械端子１４０ａ、１４０ｂを介して１つ以上の第３の電源（図示せず）から電力を受け取ることができる。要件に応じて、第１および第３のスイッチングモジュール１１０_１、１１０_２、～、１１０_ｎおよび１３４_１、１３４_２、～、１３４_ｑの一方または両方を動作させることができることは容易に理解されるであろう。要件に応じて、第１および第３の電源（図示せず）の一方または両方から電力を供給することもできる。電力は、第２の機械導線１１６ａ、１１６ｂおよび第１の機械端子１２４ａ、１２４ｂを介して、第２のスイッチングモジュール１１２_１、１１２_２、～、１１２_ｐによって、１つ以上の第２の電源（図示せず）から独立して供給されることもある。第１および第３のスイッチングモジュール１１０_１、１１０_２、～、１１０_ｎおよび１３４_１、１３４_２、～、１３４_ｑは、ロータ１０２の回転を駆動するように協調して制御することができる。

【0187】

第１、第２および第３のスイッチ１３０、１４０および１４２のいずれか２つが、例えばコントローラによって閉じられると、第１、第２および第３の機械導体１１４ａ、１１４ｂ、１１６ａ、１１６ｂおよび１３６ａ、１３６ｂが電気的に接続されて、機械導体の「共通の」対を形成する。特に、機械導体１１４ａ、１１６ａ、１３６ａは電気的に接続され、機械導体１１４ｂ、１１６ｂ、１３６ｂは電気的に接続される。例えば、機械導体１１４ａ、１１６ａ、１３６ａは「共通の」正のＤＣ導体を形成し、機械導体１１４ｂ、１１６ｂ、１３６ｂは「共通の」負のＤＣ導体を形成することができる。あるいは、機械導体１１４ａ、１１６ａ、１３６ａは、第１の交流相のための「共通の」第１の交流導体を形成し、機械導体１１４ｂ、１１６ｂ、１３６ｂは、中性またはその逆のための「共通の」第２のＡＣ導体を形成することができる。機械端子１２２ａ、１２４ａ、１４０ａは、第１の交流相用の「共通の」正のＤＣ端子または「共通の」第１のＡＣ端子を形成することができ、機械端子１２２ｂ、１２４ｂ、１４０ｂは、中性点用の「共通の」負のＤＣ端子または「共通の」第２のＡＣ端子を形成することができる。第１、第２および第３のスイッチングモジュール１１０_１、１１０_２、～、１１０_ｎ、１１２_１、１１２_２、～、１１２_ｐおよび１３４_１、１３４_２、～、１３４_ｑは、機械導体の「共通の」対に電気的に接続され、それらの制御は調整され得る。

【0188】

電気機械１００が発電機として運転される場合、第１のスイッチングモジュール１１０_１、１１０_２、～、１１０_ｎおよび／または第２のスイッチングモジュール１１２_１、１１２_２、～、１１２_ｐおよび／または第３のスイッチングモジュール１３４_１、１３４_２、～、１３４_ｑは、第１の機械導体１１４ａ、１１４ｂおよび第１の機械端子１２２ａ、１２２ｂを介して１つ以上の第１の負荷（図示せず）に、および／または第２の機械導体１１６ａ、１１６ｂおよび第２の機械端子１２４ａ、１２４ｂを介して１つ以上の第２の負荷（図示せず）に、および／または第３の機械導体１３６ａ、１３６ｂおよび第３の機械端子１４０ａ、１４０ｂを介して１つ以上の第３の負荷（図示せず）に電力を供給することができる。要件に応じて、第１、第２および第３のスイッチングモジュール１１０_１、１１０_２、～、１１０_ｎ、１１２_１、１１２_２、～、１１２_ｐおよび１３４_１、１３４_２、～、１３４_ｑのうちの１つまたは複数を動作させてもよいことが容易に理解されるであろう。また、要件に応じて、第１、第２および第３の負荷（図示せず）の１つ以上に電力を供給することもできる。

【0189】

電気機械１００がモーターとして動作する場合、第１のスイッチングモジュール１１０_１、１１０_２、～、１１０_ｎおよび／または第２のスイッチングモジュール１１２_１、１１２_２、～、１１２_ｐおよび／または第３のスイッチングモジュール１３４_１、１３４_２、～、１３４_ｑは、第１の機械導体１１４ａ、１１４ｂおよび第１の機械端子１２２ａ、１２２ｂを介して１つ以上の第１の電源（図示せず）から、および／または第２の機械導体１１６ａ、１１６ｂおよび第２の機械端子１２４ａ、１２４ｂを介して１つ以上の第２の電源（図示せず）から、および／または第３の機械導体１３６ａ、１３６ｂおよび第３の機械端子１４０ａ、１４０ｂを介して１つ以上の第３の電源（図示せず）から、電力を受け取ることができる。要件に応じて、第１、第２および第３のスイッチングモジュール１１０_１、１１０_２、～、１１０_ｎ、１１２_１、１１２_２、～、１１２_ｐおよび１３４_１、１３４_２、～、１３４_ｑのうちの１つまたは複数を動作させてもよいことは容易に理解されるであろう。また、要件に応じて、第１、第２および第３の電源（図示せず）の１つ以上から電力を供給することもできる。第１、第２および第３のスイッチングモジュール１１０_１、１１０_２、～、１１０_ｎ、１１２_１、１１２_２、～、１１２_ｐおよび１３４_１、１３４_２、～、１３４_ｑは、ロータ１０２の回転を駆動するために協調して制御される場合がある。

【0190】

図１９はまた、ケーブル配線またはバス１５０が絶縁スイッチ１２７ａ、１２７ｂによって第１の機械端子１２２ａ、１２２ｂにどのように電気的に接続されるかを示し、ケーブル配線またはバス１６０が絶縁スイッチ１２９ａ、１２９ｂによって第２の機械端子１２４ａ、１２４ｂにどのように電気的に接続されるかを示し、ケーブル配線またはバス１７０が絶縁スイッチ１４１ａ、１４１ｂによって第３の機械端子１４０ａ、１４０ｂにどのように電気的に接続されるかを示す。絶縁スイッチは電気スイッチであってよく、１つ以上の制御可能な半導体スイッチ、例えばサイリスタを含むことができる。１つ以上の制御可能なスイッチは、適切なコントローラによってオン／オフを制御することができる。絶縁スイッチはまた、機械的アイソレータであってもよい。

【0191】

図２０は、上述の第１の電気機械１００を含む電力システムの第１の例を示す。第１の電気機械１００は、図４および図５に示すとおりであり、
－ロータ１０２と、
－ステータ１０４であって、前記ステータ１０４が、
複数の第１のステータコイル（明瞭化のため図示しないが、図４および図５に示す第１のステータコイル１０６_１、１０６_２、～、１０６_ｎに対応する）と、
複数の第２のステータコイル（明瞭化のため図示しないが、図４及び図５に示す第２のステータコイル１０８_１、１０８_２、～、１０８_ｐに対応する）とを含む、前記ステータ１０４と、
－パワーエレクトロニクススイッチングアセンブリ（明確化のため図示せず）であって、
複数の第１のスイッチングモジュール（図４および図５に示す第１のスイッチングモジュール１１０_１、１１０_２、～、１１０_ｎに対応する）であって、第１のスイッチングモジュールの各々は、それぞれの第１のステータコイルに電気的に接続されている、複数の第１のスイッチングモジュールと
複数の第２のスイッチングモジュール（図４及び図５に示す第２のスイッチングモジュール１１２_１、１１２_２、～、１１２_ｐに対応する）であって、第２のスイッチングモジュールの各々は、それぞれの第２のステータコイルに電気的に接続されている、複数の第２のスイッチングモジュールとを含む、前記パワーエレクトロニクススイッチングアセンブリと、
－一対の第１の機械導体１１４ａ、１１４ｂと、
－一対の第２の機械導体１１６ａ、１１６ｂと、
－一対の第１の機械端子１２２ａ、１２２ｂと、
－一対の第２の機械端子１２４ａ、１２４ｂとを含む。

【0192】

第１の電気機械１００は通常、発電機として運転され、ロータ１０２は適切な原動機、例えばディーゼルエンジンまたはガスタービンエンジン（図示せず）によって駆動される。

【0193】

第２の電気機械２００は通常モーターとして作動し、
－適切な負荷、例えば推進負荷（図示せず）を駆動するロータ２０２と、
－複数のステータコイル（明瞭化のため図示しないが、図３に示すステータコイル３４_１、３４_２、～、３４_ｎに対応する）を含むステータ２０４と、
－パワーエレクトロニクススイッチングアセンブリ（明確にするため図示せず）であって、複数のスイッチングモジュール（図３に示すスイッチングモジュール３０_１、３０_２、～、３０_ｎに対応）を含み、スイッチングモジュールの各々は、それぞれのステータコイルに電気的に接続されている、パワーエレクトロニクススイッチングアセンブリと、
－一対の機械導体２０６ａ、２０６ｂと、
－一対の機械端子２０８ａ、２０８ｂと、を含む。

【0194】

第１の電気機械１００の第１の機械端子１２２ａ、１２２ｂは、図示のような適切な配線またはバス１５０を使用して、第２の電気機械２００の機械端子２０８ａ、２０８ｂに電気的に接続される。

【0195】

第１の電気機械１００の第１のスイッチングモジュール１１０_１、１１０_２、～、１１０_ｎは、第２の電気機械２００に可変ＤＣ電圧を供給するように制御される。第１の電気機械１００の第１のスイッチングモジュール１１０_１、１１０_２、～、１１０_ｎによって供給されるＤＣ電圧を変化させることにより、第２の電気機械２００のロータ２０２の回転速度を選択的に変化させることができる。可変ＤＣ電圧は、第１の電気機械１００の第１のスイッチングモジュール１１０_１、１１０_２、～、１１０_ｎによって第１の機械導体１１４ａ、１１４ｂに供給され、第１の機械端子１２２ａ、１２２ｂ、配線またはバス１５０、および機械端子２０８ａ、２０８ｂを介して第２の電気機械２００の機械導体２０６ａ、２０６ｂに供給される。そして、第２の電気機械２００のスイッチングモジュールは、ロータ２０２の回転を駆動するように制御される。

【0196】

電力ネットワーク３００は、正のＤＣネットワーク導体３０２ａおよび負のＤＣネットワーク導体３０２ｂを含む。電力ネットワーク３００はまた、正のＤＣネットワーク端子３０４ａおよび負のＤＣネットワーク端子３０４ｂを含む。第１の電気機械１００の第２の機械端子１２４ａ、１２４ｂは、図示のような適切なケーブル配線またはバス１６０を用いて、電力ネットワーク３００の端子３０４ａ、３０４ｂに電気的に接続される。電力ネットワーク３００は、例えば、電力システムが船舶で使用される場合、船舶またはホテルのサービスを供給するために使用することができる。第１の電気機械１００の第２のスイッチングモジュール１１２_１、１１２_２、～、１１２_ｐは、電力ネットワーク３００に固定ＤＣ電圧を供給するように独立して制御することができる。固定ＤＣ電圧は、第１の電気機械１００の第２のスイッチングモジュール１１２_１、１１２_２、～、１１２_ｐによって第２の機械導体１１６ａ、１１６ｂに供給され、その後、第２の機械端子１２４ａ、１２４ｂ、配線またはバス１６０、およびネットワーク端子３０４ａ、３０４ｂを介して電力ネットワーク３００に供給される。１つ以上の負荷（図示せず）は、電力ネットワーク３００に直接電気的に接続されるか、または負荷が交流電圧を必要とする場合などには、それぞれの電力コンバータによって間接的に接続される。第１の電気機械１００の第２のスイッチングモジュール１１２_１、１１２_２、～、１１２_ｐ、固定単相ＡＣ電圧（例えば、５０または６０ＨｚでＡＣ４４０または６９０Ｖ）を電力ネットワーク３００に供給するように制御することもできる。この場合、電力ネットワーク３００は、第１の交流相のための第１のＡＣ導体（例えば、ネットワーク導体３０２ａ）と、中性またはその逆のための第２のＡＣ導体（例えば、ネットワーク導体３０２ｂ）とを含む可能性がある。また、電力ネットワーク３００は、第１の交流相用の第１のＡＣ端子（例えば、ネットワーク端子３０４ａ）と、中性点またはその逆の第２のＡＣ端子（例えば、ネットワーク端子３０４ｂ）とを含む。別の配置では、電力ネットワークは、１つ以上の三相ＡＣ負荷への電気的接続を容易にするために、第１、第２および第３のＡＣ導体ならびに第１、第２および第３のＡＣ端子を含むかもしれず、第２のスイッチングモジュールは、上述のように三相ＡＣ電圧を供給するように構成されるかもしれない。

【0197】

図２１は、上述の第１の電気機械１００を含む電力システムの第２の実施例を示す。第１の電気機械１００は、図４および図５に示すとおりであり、
－ロータ１０２と、
－ステータ１０４であって、
複数の第１のステータコイル（明瞭化のため図示しないが、図４および図５に示す第１のステータコイル１０６_１、１０６_２、～、１０６_ｎに対応する）と、
複数の第２のステータコイル（明瞭化のため図示しないが、図４及び図５に示す第２のステータコイル１０８_１、１０８_２、～、１０８_ｐに対応する）と、を含む、ステータ１０４と、
－パワーエレクトロニクススイッチングアセンブリ（明確化のため図示せず）であって、
複数の第１のスイッチングモジュール（図４および図５に示す第１のスイッチングモジュール１１０_１、１１０_２、～、１１０_ｎに対応する）であって、第１のスイッチングモジュールの各々は、それぞれの第１のステータコイルに電気的に接続されている、第１のスイッチングモジュールと、
複数の第２のスイッチングモジュール（図４及び図５に示す第２のスイッチングモジュール１１２_１、１１２_２、～、１１２_ｐに対応する）であって、第２のスイッチングモジュールの各々は、それぞれの第２のステータコイルに電気的に接続されている、第２のスイッチングモジュールと、を含む、パワーエレクトロニクススイッチングアセンブリと、
－一対の第１の機械導体１１４ａ、１１４ｂと、
－一対の第２の機械導体１１６ａ、１１６ｂと、
－一対の第１の機械端子１２２ａ、１２２ｂと、
－一対の第２の機械端子１２４ａ、１２４ｂを含む。

【0198】

第１の電気機械１００は通常、発電機として運転され、ロータ１０２は適切な原動機、例えばディーゼルエンジンまたはガスタービンエンジン（図示せず）によって駆動される。

【0199】

第２の電気機械２００－１は、通常モーターとして作動し、
－適切な負荷、例えば推進負荷（図示せず）を駆動するロータ２０２－１と、
－複数のステータコイル（明確にするために図示されていないが、図３に示されたステータコイル３４_１、３４_２、～、３４_ｎに対応する）を含むステータ２０４－１と、
－パワーエレクトロニクススイッチングアセンブリ（明瞭化のため図示せず）であって、複数のスイッチングモジュール（図３に示すスイッチングモジュール３０_１、３０_２、～、３０_ｎに対応）を含み、スイッチングモジュールの各々は、それぞれのステータコイルに電気的に接続されている、パワーエレクトロニクススイッチングアセンブリと、
－一対の機械導体２０６ａ－１、２０６ｂ－１と、
－一対の機械端子２０８ａ－１、２０８ｂ－１と、を含む。

【0200】

第１の電気機械１００の第１の機械端子１２２ａの１つは、図示のような適切なケーブルまたはバス１５０－１を使用して、第２の電気機械２００－１の機械端子２０８ａ－１の１つに電気的に接続される。

【0201】

第３の電気機械２００－２は、通常はモーターとして作動し、
－適切な負荷、例えば推進負荷（図示せず）を駆動するロータ２０２－２と、
－複数のステータコイル（明確にするために図示されていないが、図３に示されるステータコイル３４_１、３４_２、～、３４_ｎに対応する）を含むステータ２０４－２と、
－パワーエレクトロニクススイッチングアセンブリ（明確にするため図示せず）であって、複数のスイッチングモジュール（図３に示すスイッチングモジュール３０_１、３０_２、～、３０_ｎに対応）を含み、スイッチングモジュールの各々は、それぞれのステータコイルに電気的に接続されている、パワーエレクトロニクススイッチングアセンブリと、
－一対の機械導体２０６ａ－２、２０６ｂ－２と、
－一対の機械端子２０８ａ－２、２０８ｂ－２と、を含む。

【0202】

第１の電気機械１００の第１の機械端子１２２ｂの他の１つは、図示のような適切なケーブルまたはバス１５０－２を用いて、第３の電気機械２００－２の機械端子２０８ｂ－２の１つに電気的に接続される。

【0203】

第２の電気機械２００－１の他方の機械端子２０８ｂ－１は、適切なケーブルまたはバス１７０を用いて、第３の電気機械２０２－２の他方の機械端子２０８ａ－２に電気的に接続される。このようにして、第２および第３の電気機械２００－１、２００－２は、第１の電気機械１００の第１の機械端子１２２ａ－１、１２２ｂ－１に電気的に直列に接続される。

【0204】

第１の電気機械１００の第１のスイッチングモジュール１１０_１、１１０_２、～、１１０_ｎは、可変ＤＣ電圧を第２および第３の電気機械２００－１、２００－２に供給するように制御される。第１の電気機械１００の第１のスイッチングモジュール１１０_１、１１０_２、～、１１０_ｎによって供給されるＤＣ電圧を変化させることにより、第２および第３の電気機械２００－１、２００－２のロータ２０２－１、２０２－２の回転速度を選択的に変化させることができる。第２および第３の電気機械２００－１、２００－２のスイッチングモジュールは、それぞれのロータ２０２－１、２０２－２の回転を駆動するように制御される。

【0205】

電力ネットワーク３００は、正のＤＣネットワーク導体３０２ａおよび負のＤＣネットワーク導体３０２ｂを含む。電力ネットワーク３００はまた、正のＤＣネットワーク端子３０４ａおよび負のＤＣネットワーク端子３０４ｂを含む。第１の電気機械１００の第２の機械端子１２４ａ、１２４ｂは、図示のように、適切なケーブル配線またはバス１６０を使用して、電力ネットワーク３００の端子３０４ａ、３０４ｂに電気的に接続される。電力ネットワーク３００は、例えば、電力システムが船舶で使用される場合、船舶またはホテルのサービスを供給するために使用することができる。第１の電気機械１００の第２のスイッチングモジュール１１２_１、１１２_２、～、１１２_ｐは、電力ネットワーク３００に固定ＤＣ電圧を供給するように独立して制御することができる。固定ＤＣ電圧は、第１の電気機械１００の第２のスイッチングモジュール１１２_１、１１２_２、～、１１２_ｐによって第２の機械導体１１６ａ、１１６ｂに供給され、その後、第２の機械端子１２４ａ、１２４ｂ、配線またはバス１６０、およびネットワーク端子３０４ａ、３０４ｂを介して電力ネットワーク３００に供給される。１つ以上の負荷（図示せず）は、電力ネットワーク３００に直接電気的に接続されるか、または負荷が交流電圧を必要とする場合などには、それぞれの電力コンバータによって間接的に接続される。第１の電気機械１００の第２のスイッチングモジュール１１２_１、１１２_２、～、１１２_ｐ、固定単相ＡＣ電圧（例えば、５０または６０ＨｚでＡＣ４４０または６９０Ｖ）を電力ネットワーク３００に供給するように制御することもできる。この場合、電力ネットワーク３００は、第１の交流相のための第１のＡＣ導体（例えば、ネットワーク導体３０２ａ）と、中性またはその逆のための第２のＡＣ導体（例えば、ネットワーク導体３０２ｂ）とを含む可能性がある。また、電力ネットワーク３００は、第１の交流相用の第１のＡＣ端子（例えば、ネットワーク端子３０４ａ）と、中性点またはその逆の第２のＡＣ端子（例えば、ネットワーク端子３０４ｂ）とを含む。別の配置では、電力ネットワークは、１つ以上の三相ＡＣ負荷への電気的接続を容易にするために、第１、第２および第３のＡＣ導体ならびに第１、第２および第３のＡＣ端子を含むかもしれず、第２のスイッチングモジュールは、上述のように三相ＡＣ電圧を供給するように構成されるかもしれない。

【0206】

図２２は、上述の第１の電気機械１００を含む電力システムの第３の実施例を示す。第１の電気機械１００は、図４および図５に示すとおりであり、
－ロータ１０２と、
－複数の第１のステータコイル（明瞭化のため図示しないが、図４および図５に示す第１のステータコイル１０６_１、１０６_２、～、１０６_ｎに対応する）と、複数の第２のステータコイル（明瞭化のため図示しないが、図４及び図５に示す第２のステータコイル１０８_１、１０８_２、～、１０８_ｐに対応する）とを含む、ステータ１０４と、
－パワーエレクトロニクス・スイッチングアセンブリ（明確化のため図示せず）であって、
複数の第１のスイッチングモジュール（図４および図５に示す第１のスイッチングモジュール１１０_１、１１０_２、～、１１０_ｎに対応する）であって、第１のスイッチングモジュールの各々は、それぞれの第１のステータコイルに電気的に接続されている、第１のスイッチングモジュールと、
複数の第２のスイッチングモジュール（図４及び図５に示す第２のスイッチングモジュール１１２_１、１１２_２、～、１１２_ｐに対応する）であり、第２のスイッチングモジュールの各々は、それぞれの第２のステータコイルに電気的に接続されている、第２のスイッチングモジュールと、を含む、パワーエレクトロニクス・スイッチングアセンブリと、
－一対の第１の機械導体１１４ａ、１１４ｂと、
－一対の第２の機械導体１１６ａ、１１６ｂと、
－一対の第１の機械端子１２２ａ、１２２ｂと、
－一対の第２の機械端子１２４ａ、１２４ｂと、を含む。

【0207】

第１の電気機械１００は通常モーターとして運転され、ロータ１０２は適切な負荷、例えば推進負荷（図示せず）を駆動する。

【0208】

第２の電気機械２００－１は通常、発電機として運転され、
－適切な原動機、例えばディーゼルエンジンやガスタービンエンジン（図示せず）によって駆動されるロータ２０２－１と、
－複数のステータコイル（明確にするために図示しないが、図３に示すステータコイル３４_１、３４_２、～、３４_ｎに対応する）を含むステータ２０４－１と、
－パワーエレクトロニクススイッチングアセンブリ（明確にするため図示せず）であって、複数のスイッチングモジュール（図３に示すスイッチングモジュール３０_１、３０_２、～、３０_ｎに対応）を含み、スイッチングモジュールの各々は、それぞれのステータコイルに電気的に接続されている、パワーエレクトロニクススイッチングアセンブリと、
－一対の機械導体２０６ａ－１、２０６ｂ－１と、
－一対の機械端子２０８ａ－１、２０８ｂ－１と、を含む。

【0209】

第１の電気機械１００の第１の機械端子１２２ａ、１２２ｂは、図示のような適切なケーブルまたはバス１５０－１を使用して、第２の電気機械２００－１の機械端子２０８ａ－１、２０８ｂ－１に電気的に接続される。

【0210】

第３の電気機械２００－２は通常、発電機として運転され、
－適切な原動機、例えばディーゼルエンジンやガスタービンエンジン（図示せず）によって駆動されるロータ２０２－２と、
－複数のステータコイル（分かりやすくするために図示しないが、図３に示すステータコイル３４_１、３４_２、～、３４_ｎに対応する）を含むステータ２０４－２と、
－パワーエレクトロニクススイッチングアセンブリ（明確にするため図示せず）であって、複数のスイッチングモジュール（図３に示すスイッチングモジュール３０_１、３０_２、～、３０_ｎに対応）を含み、スイッチングモジュールの各々は、それぞれのステータコイルに電気的に接続されている、パワーエレクトロニクススイッチングアセンブリと、
一対の機械導体２０６ａ－２、２０６ｂ－２と、
一対の機械端子２０８ａ－２、２０８ｂ－２と、を含む。

【0211】

第１の電気機械１００の第２の機械端子１２４ａ、１２４ｂは、図示のような適切な配線またはバス１５０－２を使用して、第３の電気機械２００－２の機械端子２０８ａ－２、２０８ｂ－２に電気的に接続される。

【0212】

第１の電気機械１００の第１のスイッチングモジュール１１０_１、１１０_２、～、１１０_ｎは、機械端子２０８ａ－１、２０８ａ－１、配線またはバス１５０－１、第１の機械端子１２２ａ、１２２ｂ、および第１の機械導体１１４ａ、１１４ｂを介して、第２の電気機械２００－１から可変ＤＣ電圧を受領する。第１の電気機械１００の第２のスイッチングモジュール１１２_１、１１２_２、～、１１２_ｐは、機械端子２０８ａ－２、２０８ｂ－２、配線またはバス１５０－２、第２の機械端子１２４ａ、１２４ｂ、および第２の機械導線１１６ａ、１１６ｂを介して、第３の電気機械２００－２から可変ＤＣ電圧を受ける。 第１および第２の機械端子１２２ａ、１２２ｂおよび１２４ａ、１２４ｂを介して第１の電気機械１００の第１および第２のスイッチングモジュール１１０_１、１１０_２、～、１１０_ｎおよび１１２_１、１１２_２、～、１１２_ｐに供給されるＤＣ電圧を変化させ、第１の電気機械１００の第１および第２のスイッチングモジュール１１０_１、１１０_２、～、１１０_ｎ、１１２_１、１１２_２、～、１１２_ｐを制御し、コイル電流を整流することにより、第１の電気機械１００のロータ１０２の回転速度を選択的に変化させることができる（Varying the DC voltage supplied to the first and second switching modules 1101, 1102, ..., 110n and 1121, 1122, ..., 112p of the first electrical machine 100 through the first and second machine terminals 122a, 122b and 124a, 124b, and controlling the first and second switching modules 1101, 1102, ..., 110n and 1121, 1122, ..., 112p of the first electrical machine 100 to commutate the coil currents, allows the rotational speed of the rotor 102 of the first electrical machine 100 to be selectively varied）。第１の電気機械１００の第１および第２のスイッチングモジュール１１０_１、１１０_２、～、１１０_ｎおよび１１２_１、１１２_２、～、１１２_ｐは、ロータ１０２の回転を駆動するために協調して制御され得る。上述したように、第１の電気機械１００は、第２および第３の電気機械２００－１、２００－２の両方から同時に電力を受け取る可能性がある。あるいは、第１の電気機械１００は、通常は第２の電気機械２００－１のみから電力を受けるが、必要な場合（例えば、第２の電気機械２００－１に障害が発生した場合）には、第３の電気機械２００－２から電力を受けることができるようにすることもできる。第１の電気機械１００が、第１および第２の機械導体１１４ａ、１１４ｂと１１６ａ、１１６ｂとの間に第１のスイッチ１３０（図１６に示す）を含む場合、それは、第１および第２のスイッチングモジュール１１０_１、１１０_２、～、１１０_ｎおよび１１２_１、１１２_２、～、１１２_ｐの両方が、通常運転中に第２の電気機械２００－１から同じ電力を受け取り、また、障害が発生した場合に第３の電気機械２００－２からも電力を受け取るように、閉じることができる。

【0213】

図２３は、上述の第１の電気機械１００－１を含む電力システムの第４の実施例を示す。第１の電気機械１００－１は、図１９に示すとおりであり、
－ロータ１０２－１と、
－ステータ１０４－１であって、
複数の第１のステータコイル（明確にするため図示しないが、図１９に示す第１のステータコイル１０６_１、１０６_２、～、１０６_ｎに対応する）と、
複数の第２のステータコイル（明瞭化のため図示しないが、図１９に示す第２のステータコイル１０８_１、１０８_２、～、１０８_ｐに対応する）と、
複数の第３ステータコイル（明瞭化のため図示しないが、図１９に示す第３ステータコイル１３２_１、１３２_２、～、１３２_ｑに対応する）と、を含む、ステータ１０４－１と、
－パワーエレクトロニクススイッチングアセンブリ（明確化のため図示せず）であって、
複数の第１のスイッチングモジュール（図１９に示す第１のスイッチングモジュール１１０_１、１１０_２、～、１１０_ｎに対応する）であって、第１のスイッチングモジュールの各々は、それぞれの第１のステータコイルに電気的に接続されている、複数の第１のスイッチングモジュールと、
複数の第２のスイッチングモジュール（図１９に示す第２のスイッチングモジュール１１２_１、１１２_２、～、１１２_ｐに対応する）であって、第２のスイッチングモジュールの各々は、それぞれの第２のステータコイルに電気的に接続されている、複数の第２のスイッチングモジュールと、
複数の第３スイッチングモジュール（図１９に示す第２のスイッチングモジュール１３４_１、１３４_２、～、１３４_ｑに対応）であって、第３スイッチングモジュールの各々は、それぞれの第３ステータコイルに電気的に接続されている、複数の第３のスイッチングモジュールと、を含む、パワーエレクトロニクススイッチングアセンブリと、
－一対の第１の機械導体１１４ａ－１、１１４ｂ－１と、
－一対の第２の機械導体１１６ａ－１、１１６ｂ－１と、
－一対の第３の機械導体１３６ａ－１、１３６ｂ－１と、
－一対の第１の機械端子１２２ａ－１、１２２ｂ－１と、
－一対の第２の機械端子１２４ａ－１、１２４ｂ－１と、
－一対の第３の機械端子１４０ａ－１、１４０ｂ－１と、
－第１および第２の機械導体１１４ａ－１、１１４ｂ－１および１１６ａ－１、１１６ｂ－１の間に電気的に接続された第１のスイッチ１３０－１と、
－第２および第３の機械導体１１６ａ－１、１１６ｂ－１および１３６ａ－１、１３６ｂ－１の間に電気的に接続された第２のスイッチ１４２－１と、
－第１および第３の機械導体１１４ａ－１、１１４ｂ－１および１３６ａ－１、１３６ｂ－１の間に電気的に接続された第３のスイッチ１４４－１と、とを含む。

【0214】

第１の電気機械１００－１は、通常、発電機として運転され、ロータ１０２－１は、適切な原動機、例えばディーゼルエンジンまたはガスタービンエンジン（図示せず）によって駆動される。

【0215】

電力システムは、上述した第２の電気機械１００－２を含む。第２の電気機械１００－２は、図１９に示すとおりであり、以下を含む。
－ロータ１０２－２と、
－ステータ１０４－２であって、
複数の第１のステータコイル（明確にするため図示しないが、図１９に示す第１のステータコイル１０６_１、１０６_２、～、１０６_ｎに対応する）と、
複数の第２のステータコイル（明瞭化のため図示しないが、図１９に示す第２のステータコイル１０８_１、１０８_２、～、１０８_ｐに対応する）、および
複数の第３ステータコイル（明瞭化のため図示しないが、図１９に示す第３ステータコイル１３２_１、１３２_２、～、１３２_ｑに対応する）とを含むステータ１０４－２と、
－パワーエレクトロニクス・スイッチングアセンブリ（明確化のため図示せず）であって、
複数の第１のスイッチングモジュール（図１９に示す第１のスイッチングモジュール１１０_１、１１０_２、～、１１０_ｎに対応する）であって、第１のスイッチングモジュールの各々は、それぞれの第１のステータコイルに電気的に接続されている、複数の第１のスイッチングモジュールと、
複数の第２のスイッチングモジュール（図１９に示す第２のスイッチングモジュール１１２_１、１１２_２、～、１１２_ｐに対応する）であって、第２のスイッチングモジュールの各々は、それぞれの第２のステータコイルに電気的に接続されている、複数の第２のスイッチングモジュールと、
複数の第３スイッチングモジュール（図１９に示す第２のスイッチングモジュール１３４_１、１３４_２、～、１３４_ｑに対応）であって、第３スイッチングモジュールの各々は、それぞれの第３ステータコイルに電気的に接続されている、複数の第３スイッチングモジュールとを含むパワーエレクトロニクス・スイッチングアセンブリと、
－一対の第１の機械導体１１４ａ－２、１１４ｂ－２と、
－一対の第２の機械導体１１６ａ－２、１１６ｂ－２と、
－一対の第３の機械導体１３６ａ－２、１３６ｂ－２と、
－一対の第１の機械端子１２２ａ－２、１２２ｂ－２と、
－一対の第２の機械端子１２４ａ－２、１２４ｂ－２と、
－一対の第３の機械端子１４０ａ－２、１４０ｂ－２と、
－第１および第２の機械導体１１４ａ－２、１１４ｂ－２および１１６ａ－２、１１６ｂ－２の間に電気的に接続された第１のスイッチ１３０－２と、
－第２および第３の機械導体１１６ａ－２、１１６ｂ－２および１３６ａ－２、１３６ｂ－２の間に電気的に接続された第２のスイッチ１４２－２と、
－第１および第３の機械導体１１４ａ－２、１１４ｂ－２および１３６ａ－２、１３６ｂ－２の間に電気的に接続されている第３のスイッチ１４４－２と、を含む。

【0216】

第２の電気機械１００－２は、通常、発電機として運転され、ロータ１０２－２は、適切な原動機、例えばディーゼルエンジンまたはガスタービンエンジン（図示せず）によって駆動される。

【0217】

電力系統は、上述の第３の電気機械１００－３を含む。第３の電気機械１００－３は、図１６に示すとおりであり、
－ロータ１０２－３と、
－ステータ１０４－３であって、
複数の第１のステータコイル（明瞭化のため図示しないが、図１６に示すステータコイル１０６_１、１０６_２、～、１０６_ｎに対応する）と、
複数の第２のステータコイル（明確にするため図示しないが、図１６に示すステータコイル１０８_１、１０８_２、～、１０８_ｐに対応する）とを含む、ステータ１０４－３と、
－パワーエレクトロニクススイッチングアセンブリ（明確化のため図示せず）であって、
複数の第１のスイッチングモジュール（図１６に示すスイッチングモジュール１１０_１、１１０_２、～、１１０_ｎに対応する）であって、第１のスイッチングモジュールの各々は、それぞれの第１のステータコイルに電気的に接続されている、複数の第１のスイッチングモジュールと、
複数の第２のスイッチングモジュール（図１６に示すスイッチングモジュール１１２_１、１１２_２、～、１１２_ｐに対応）とを含む、パワーエレクトロニクススイッチングアセンブリと、
－一対の第１の機械導体１１４ａ－３、１１４ｂ－３と、
－一対の第２の機械導体１１６ａ－３、１１６ｂ－３と、
－一対の第１の機械端子１２２ａ－３、１２２ｂ－３と、
－一対の第２の機械端子１２４ａ－３、１２４ｂ－３と、
－第１および第２の機械導体１１４ａ－３、１１４ｂ－３および１１６ａ－３、１１６ｂ－３の間に電気的に接続された第１のスイッチ１３０－３と、を含む。

【0218】

第３の電気機械１００－３は通常、モーターとして運転され、ロータ１０２－３は適切な負荷、例えば推進負荷（図示せず）を駆動する。

【0219】

電力システムは、上述の第４の電気機械１００－４を含む。第４の電気機械１００－４は、図１６に示すとおりであり、以下を含む。
－ロータ１０２－４と、
－ステータ１０４－４であって、
複数の第１のステータコイル（明確にするため図示しないが、図１６に示すステータコイル１０６_１、１０６_２、～、１０６_ｎに対応する）と、
複数の第２のステータコイル（明確にするため図示しないが、図１６に示すステータコイル１０８_１、１０８_２、～、１０８_ｐに対応する）とを含む、ステータ１０４－４と、
－パワーエレクトロニクススイッチングアセンブリ（明確化のため図示せず）であって、
複数の第１のスイッチングモジュール（図１６に示すスイッチングモジュール１１０_１、１１０_２、～、１１０_ｎに対応する）であって、第１のスイッチングモジュールの各々は、それぞれの第１のステータコイルに電気的に接続されている、複数の第１のスイッチングモジュールと、
複数の第２のスイッチングモジュール（図１６に示すスイッチングモジュール１１２_１、１１２_２、～、１１２_ｐに対応）と、とを含む，パワーエレクトロニクススイッチングアセンブリと、
－一対の第１の機械導体１１４ａ－４、１１４ｂ－４と、
－一対の第２の機械導体１１６ａ－４、１１６ｂ－４と、
－一対の第１の機械端子１２２ａ－４、１２２ｂ－４と、
－一対の第２の機械端子１２４ａ－４、１２４ｂ－４と、
－第１および第２の機械導体１１４ａ－４、１１４ｂ－４および１１６ａ－４、１１６ｂ－４間に電気的に接続された第１のスイッチ１３０－４と、を含む。

【0220】

第４の電気機械１００－４は通常、モーターとして運転され、ロータ１０２－４は適切な負荷、例えば推進負荷（図示せず）を駆動する。

【0221】

第１の電気機械１００－１の第１の機械端子１２２ａ－１、１２２ｂ－１は、図示のように、適切な配線またはバス１５０－１を使用して、第３の電気機械１００－３の第１の機械端子１２２ａ－３、１２２ｂ－３に電気的に接続される。第１の電気機械１００－１の第２の機械端子１２４ａ－１、１２４ｂ－１は、図示のように、適切な配線またはバス１７０－１を使用して、第４の電気機械１００－４の第２の機械端子１２４ａ－４、１２４ｂ－４に電気的に接続されている。

【0222】

第２の電気機械１００第１の機械端子１２２ａ－２、１２２ｂ－２は、図示のように、適切な配線またはバス１５０－２を使用して、第４の電気機械１００－４の第１の機械端子１２２ａ－４、１２２ｂ－４に電気的に接続される。第２の電気機械１００－２の第２の機械端子１２４ａ－２、１２４ｂ－２は、図示のように、適切な配線またはバス１７０－２を使用して、第３の電気機械１００－３の第２の機械端子１２４ａ－３、１２４ｂ－３に電気的に接続されている。

【0223】

このようにして、第１の電気機械１００－１は、第３および第４の電気機械１００－３、１００－４に電気的に接続され、第２の電気機械１００－２は、第３および第４の電気機械１００－３、１００－４に電気的に接続される。電気機械１００－１、１００－２、～、１００－４間の相互接続は、図２７により明確に示されている。図２７はまた、第２の機械端子１２４ａ－１、１２４ｂ－１、～、１２４ａ－４、１２４ｂ－４と配線またはバス１７０－１、１７０－２との間の絶縁スイッチ１２９ａ－１、１２９ｂ－１、～、１２９ａ－４、１２９ｂ－４も示している。図２３から図２６では、分かりやすくするために絶縁スイッチを省略している。絶縁スイッチは通常、第１の機械端子１２２ａ－１、１２２ｂ－１、～、１２２ａ－４、１２２ｂ－４と配線またはバス１５０－１、１５０－２との間にも設けられることが理解されよう。

【0224】

第１の電気機械１００－１の第３の機械端子１４０ａ－１、１４０ｂ－１は、図示のように、適切なケーブル配線またはバス１６０－１を使用して、第１の電力ネットワーク３００－１に電気的に接続されている。第２の電気機械１００－２の第３の機械端子１４０ａ－２、１４０ｂ－２は、図示のように、適切なケーブル配線またはバス１６０－２を使用して、第２の電力ネットワーク３００－２に電気的に接続される。第１および第２の電力ネットワーク３００－１、３００－２は直流電力ネットワークであり、電力システムが例えば船舶で使用される場合、船舶またはホテルのサービスを供給するために使用することができる。第１および第２の電力ネットワーク３００－１、３００－２は、バスタイ１８０によって電気的に接続される場合がある。バスタイ１８０が閉じられると、第１および第２の電気機械１００－１、１００－２の第３のスイッチングモジュールは通常、電気的に接続された第１および第２の電力ネットワーク３００－１、３００－２に同じＤＣ電圧を供給するように協調制御される。第３の機械端子１４０ａ－１、１４０ｂ－１、～、１４０ｂ－２と配線またはバス１６０－１、１６０－２との間にも、通常、絶縁スイッチが設けられることが理解されよう。

【0225】

第１の動作状態（図２４参照）において、
－第１の電気機械１００－１の第１、第２および第３のスイッチ１３０－１、１４２－１および１４４－１は開いている、
－第２の電気機械１００－１の第１、第２および第３のスイッチ１３０－２、１４２－２および１４４－２は開いている、
－第３の電気機械１００－３の第１のスイッチ１３０－３は閉じられている。
－第４の電気機械１００－４の第１のスイッチ１３０－４は閉じられている。

【0226】

第１の電気機械１００－１の第１のスイッチングモジュールは、可変ＤＣ電圧を第３の電気機械１００－３の「共通の」機械端子に供給するように制御することができる。すなわち、第１のスイッチ１３０－３が閉じているためである。第３の電気機械１００－３の第１および第２のスイッチングモジュールは、いずれも第１の電気機械１００－１から同じ電力を受け、ロータ１０２－３を駆動するように協調制御される可能性がある。第３の電気機械１００－３に供給されるＤＣ電圧を変化させることにより、第３の電気機械１００－３のロータ１０２－３の回転速度を選択的に変化させることができる。

【0227】

第１の電気機械１００－１の第２のスイッチングモジュールは操作されない（すなわち、オフにされる）。

【0228】

第１の電気機械１００－１の第３のスイッチングモジュールは、第１の電源ネットワーク３００－１に固定ＤＣ電圧を供給するために、第１のスイッチングモジュールから独立して制御することができる。

【0229】

第２の電気機械１００－２の第１のスイッチングモジュールは、第４の電気機械１００－４の「共通の」機械端子に可変ＤＣ電圧を供給するように、（すなわち、第１のスイッチ１３０－４が閉じているため）、制御することができる。第４の電気機械１００－４の第１および第２のスイッチングモジュールは、いずれも第２の電気機械１００－２から同じ電力を受け、ロータ１０２－４を駆動するように協調制御される可能性がある。第４の電気機械１００－４に供給されるＤＣ電圧を変化させることにより、第４の電気機械１００－４のロータ１０２－４の回転速度を選択的に変化させることができる。

【0230】

第２の電気機械１００－２の第２のスイッチングモジュールは操作されない（すなわち、オフにされる）。

【0231】

第２の電気機械１００－２の第３のスイッチングモジュールは、第１のスイッチングモジュールとは独立して制御され、第２の電力網３００－２に固定ＤＣ電圧を供給することができる。この場合、バスタイ１８０は開いている。

【0232】

第１の電気機械１００－１の第１、第２および第３のスイッチ１３０－１、１４２－１および１４４－１を開くと、電気的回復力が得られ、電気的に絶縁された３つの回路が得られる。例えば、回路の１つに電気的な障害が発生しても、他の回路には影響しない。第２の電気機械１００－２も同様である。第３の電気機械１００－３の第１のスイッチ１３０－３および第４の電気機械１００－４の第１のスイッチ１３０－４を閉じることで、ステータコイルおよびスイッチングモジュールの最大限の可用性が得られる。別の言い方をすれば、電力システムの通常運転中、第３の電気機械１００－３の第１および第２のスイッチングモジュールの両方が第１の電気機械１００－１から電力を受け取り、第４の電気機械１００－４の第１および第２のスイッチングモジュールの両方が第２の電気機械１００－２から電力を受け取ることを意味する。第１の電気機械１００－１はまた、独立して、第１の電力ネットワーク３００－１に電力を供給することができる。第２の電気機械１００－２は、第２の電力網３００－２にも独立して電力を供給することができる。

【0233】

第２の電気機械１００－２が、例えば故障のために作動していない第２の作動状態（図２５参照）において、
－第１の電気機械１００－１の第１、第２および第３のスイッチ１３０－１、１４２－１および１４４－１は開いている。
－第３の電気機械１００－３の第１のスイッチ１３０－３が閉じられている。
－第４の電気機械１００－４の第１のスイッチ１３０－４は閉じられている。

【0234】

動作していない電気機械のデフォルト状態は、すべてのスイッチングモジュールがハイインピーダンス（または「パルス抑制：pulse supressed」）状態に戻ることである。保護戦略（protective strategy）は、スイッチングモジュールの１つ以上をパルス抑制する必要があるほど深刻な故障モードが発生するたびに、スイッチングモジュールをこの高インピーダンス状態に迅速に設定することができる。本発明による電気機械は、好ましくは、第１の故障発生後のカスケード故障のリスクを軽減するために、十分な設計マージンおよび／または冗長性を有する。実際的には、第２の電気機械１００－２の保護戦略は、第３および第４の電気機械１００－３、１００－４からの故障電流の逆流を防止（prevent backfeed of fault current）する。

【0235】

第１の電気機械１００－１の第１のスイッチングモジュールは、可変ＤＣ電圧を第３の電気機械１００－３の「共通の」機械端子に供給するように制御することができる、すなわち、第１のスイッチ１３０－３が閉じているためである。第３の電気機械１００－３の第１および第２のスイッチングモジュールは、いずれも第１の電気機械１００－１から同じ電力を受け、ロータ１０２－３を駆動するように協調制御される可能性がある。第３の電気機械１００－３に供給されるＤＣ電圧を変化させることにより、第３の電気機械１００－３のロータ１０２－３の回転速度を選択的に変化させることができる。

【0236】

第１の電気機械１００－１の第２のスイッチングモジュールは、現在、作動され（すなわち、オンにされ）、可変ＤＣ電圧を第４の電気機械１００－４の「共通の」機械端子に供給するように制御される（第１のスイッチ１３０－４が閉じられているため）。第４の電気機械１００－４の第１および第２のスイッチングモジュールは、ともに第１の電気機械１００－１から同じ電力を受け、ロータ１０２－４を駆動するように協調制御されることがある。第４の電気機械１００－４に供給されるＤＣ電圧を変化させることにより、第４の電気機械１００－４のロータ１０２－４の回転速度を選択的に変化させることができる。第１の電気機械１００－１の第１のスイッチ１３０－１は開いたままであるため、第１の電気機械１００－１の第１および第２のスイッチングモジュールは、例えば、第３および第４の電気機械１００－３、１００－４を異なる回転速度で、または異なる電力フローで動作させることができるように、独立して制御することができる。また、第３および第４の電気機械１００－３、１００－４のロータ１０２－３、１０２－４を異なる方向に回転させることもできる。

【0237】

第１の電気機械１００－１の第３のスイッチングモジュールは、固定ＤＣ電圧を第１の電力ネットワーク３００－１に供給するために、第１および第２のスイッチングモジュールから独立して制御することができる。

【0238】

第３の運転状態（図２６参照）において、第２の電気機械１００－２も、例えば故障のために運転できない場合である。
－第１の電気機械１００－１の第１のスイッチ１３０－１は閉じられている、
－第１の電気機械１００－１の第２および第３のスイッチ１４２－１および１４４－１は開いている、
－第３の電気機械１００－３の第１のスイッチ１３０－３が閉じられている。
－第４の電気機械１００－４の第１のスイッチ１３０－４は閉じられている。

【0239】

第１の電気機械１００－１の第１のスイッチ１３０－１を閉じることは、第１および第２の機械導体１１４ａ－１、１１４ｂ－１および１１６ａ－１、１１６ｂ－１が電気的に接続され、一対の「共通の」機械導体を形成することを意味する。第１および第２の機械端子１２２ａ－１、１２２ｂ－１および１２４ａ－１、１２４ｂ－１は電気的に接続され、一対の「共通の」機械端子を形成する。第１の電気機械１００の第１および第２のスイッチングモジュール１は、「共通の」機械導体に電気的に接続される。第１の電気機械１００－１の第３の機械導線１３６ａ－１、１３６ｂ－１は、電気的に絶縁されたままである。

【0240】

第１の電気機械１００－１の第１および第２のスイッチングモジュールは、第３および第４の電気機械１００－３、１００－４の「共通の」機械端子に可変ＤＣ電圧を供給するように、協調して制御される場合がある－すなわち、第１のスイッチ１３０－３、１３０－４が閉じているためである。第３の電気機械１００－３の第１および第２のスイッチングモジュールは、いずれも第１の電気機械１００－１から同じ電力を受け、ロータ１０２－３を駆動するように協調制御することができる。第３の電気機械１００－３に供給されるＤＣ電圧を変化させることにより、第３の電気機械１００－３のロータ１０２－３の回転速度を選択的に変化させることができる。同様に、第４の電気機械１００－４の第１および第２のスイッチングモジュールは、いずれも第１の電気機械１００－１から同じ電力を受け、ロータ１０２ｖ４を駆動するように協調制御することができる。第４の電気機械１００－４に供給されるＤＣ電圧を変化させることにより、第４の電気機械１００－４のロータ１０２－４の回転速度を選択的に変化させることができる。

【0241】

第１のスイッチ１３０－１が閉じられたので、第３および第４の電気機械１００－３、１００－４は、第１の電気機械１００－１から（すなわち、電気的に接続された第１および第２の機械端子１２２ａ－１、１２２ｂ－１および１２４ａ－１、１２４ｂ－１によって形成される「共通の」機械端子から）同じＤＣ電圧を受け、したがって、例えば、同じ回転速度で、または同じ電力フローで運転される。

【0242】

第１の電気機械１００－１の第３のスイッチングモジュールは、固定ＤＣ電圧を第１の電力ネットワーク３００－１に供給するために、第１および第２のスイッチングモジュールから独立して制御することができる。

【0243】

第２および第３の運転条件の両方において、第１の電気機械１００－１は、第２の電気機械１００－２が作動していなくても、第３および第４の電気機械１００－３、１００－４の両方に電力を供給することができることが容易に理解されよう。

【0244】

以上、実施例について説明したが、添付の特許請求の範囲から逸脱することなく、これらの実施例に様々な変更を加えることができることを理解されたい。従って、特許請求の範囲の広さおよび範囲は、上述の実施例に限定されるべきではない。特に、本発明は、図を参照して上述した第１、第２、第３および第４の電力システムに限定されず、他の多くの電力システムが可能であることが容易に理解されるであろう。また、本発明による電力システムは、特に、異なる機械導体セットに電気的に接続されるスイッチングモジュールを選択的に制御することによって、また、例えば、オプションのスイッチを開閉することによって、多くの異なる動作条件で構成することができる。上述した第１、第２および第３の電力システムは回転電気機械を使用しているが、リニア電気機械も使用可能であり、例えばロータの代わりに可動子を含むことが理解されよう。

【0245】

本明細書において別段の記載がない限り、または文脈上明らかに矛盾する場合を除き、上述の特徴のあらゆる可能な変形における組み合わせは、本明細書に包含される。

【0246】

文脈上明らかにそうでないことが要求されない限り、本明細書および特許請求の範囲を通じて、「含む：ｃｏｍｐｒｉｓｅ」、「含んでいる：ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ」などの語は、排他的または網羅的な意味ではなく、包括的な意味で解釈される。

【符号の説明】

【0247】

２ａ：第１のＡＣバス ２ｂ：第２のＡＣバス ４：バスタイ ６、８、１０、１２：ＡＦＥ電力変換器 １４、１６：アクティブ整流器／インバータ １８：ＤＣリンク ２０：高調波フィルタ ２２ａ：第３のＡＣバス ２２ｂ：第４のＡＣバス ２４：第１の変圧器 ２６：第２の変圧器 ３０：スイッチングモジュール ３２ａ、３２ｂ：ＡＣ端子 ３４：ステータコイル ３６ａ、３６ｂ：ＤＣ端子 ３８ａ、３８ｂ：ＤＣ導体／機械導体 ４０ａ、４０ｂ：ＤＣ機械端子 １００：電気機械 １００－１：第１の電気機械 １００－２：第２の電気機械 １００－３：第３の電気機械 １００－４：第４の電気機械 １０２：ロータ １０４：ステータ １０６－１、１０６－２、～、１０６－ｎ：第１のステータコイル １０８－１、１０８－２、～、１０８－ｐ：第２のステータコイル １０９－１、１０９－２、～、１０９－ｎ：第１のスイッチングモジュールアセンブリ １１０－１、１１０－２、～、１１０－ｎ：第１のスイッチングモジュール １１１－１、１１１－２、～、１１１－ｐ：第２のスイッチングモジュールアセンブリ １１２－１、１１２－２、～、１１２－ｐ：第２のスイッチングモジュール １１４ａ、１１４ｂ、１１４ｃ：第１の機械導体 １１６ａ、１１６ｂ、１１６ｃ：第２の機械導体 １１８－ａ１、１１８－ｂ１、１１８－ａ２、１１８－ｂ２、～、１１８－ａｎ、１１８－ｂｎ：モジュール端子 １２０－ａ１、１２０－ｂ１、１２０－ａ２、１２０－ｂ２、～、１２０－ａｎ、１２０－ｂｎ：モジュール端子 １２２ａ、１２２ｂ、１２２ｃ：第１の機械端子 １２４ａ、１２４ｂ、１２４ｃ：第２の機械端子 １２５：端子ボックス １２６ａ、１２６ｂ：ＡＣブリッジ端子 １２７ａ、１２７ｂ、１２９ａ、１２９ｂ：絶縁スイッチ １２８ａ、１２８ｂ：ＤＣブリッジ端子 １３０：第１のスイッチ １３２－１、１３２－２、～、１３２－ｑ：第３のステータコイル １３３－１、１３３－２、～、１３３－ｑ：第３のスイッチングモジュールアセンブリ １３４：第３のスイッチングモジュール １３６ａ、１３６ｂ、１３６ｃ：機械導体 １３８ａ、１３８ｂ：モジュール端子 １４０：第２のスイッチ １４０ａ、１４０ｂ、１４０ｃ：機械端子 １４２：第３のスイッチ １４４：第３のスイッチ １５０、１６０：ケーブル配線／バス ２００、２００－１：第２の電気機械 ２００－２：第３の電気機械 ２０２：ロータ ２０４：ステータ ２０６ａ、２０６ｂ：機械導体 ２０８ａ、２０８ｂ：機械端子 ３００：電力ネットワーク ３０２ａ：正のＤＣネットワーク導体 ３０２ｂ：負のＤＣネットワーク導体 ３０４ａ：正のＤＣネットワーク端子 ３０４ｂ：負のＤＣネットワーク端子 Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４：原動機 Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３、Ｇ４：交流発電機 Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３、Ｍ４：モーター Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４：スイッチ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】

【図21】

【図22】

【図23】

【図24】

【図25】

【図26】

【図27】

【外国語明細書】