特許 7421473 デュアル電源可変速駆動装置のためのシステム及び方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-01-16

(45)【発行日】2024-01-24

(54)【発明の名称】デュアル電源可変速駆動装置のためのシステム及び方法

(51)【国際特許分類】

   H02P 25/22 20060101AFI20240117BHJP

   F25B 1/00 20060101ALI20240117BHJP

   H02P 27/06 20060101ALI20240117BHJP

【ＦＩ】

H02P25/22

F25B1/00 361D

H02P27/06

【請求項の数】 11

(21)【出願番号】P 2020520501

(86)(22)【出願日】2018-10-10

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2020-12-17

(86)【国際出願番号】 US2018055269

(87)【国際公開番号】W WO2019075104

(87)【国際公開日】2019-04-18

【審査請求日】2020-06-04

(31)【優先権主張番号】62/570,522

(32)【優先日】2017-10-10

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(73)【特許権者】

【識別番号】598147400

【氏名又は名称】ジョンソン コントロールズ テクノロジー カンパニー

【氏名又は名称原語表記】Ｊｏｈｎｓｏｎ Ｃｏｎｔｒｏｌｓ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｃｏｍｐａｎｙ

(74)【代理人】

【識別番号】100118902

【弁理士】

【氏名又は名称】山本 修

(74)【代理人】

【識別番号】100106208

【弁理士】

【氏名又は名称】宮前 徹

(74)【代理人】

【氏名又は名称】中西 基晴

(74)【代理人】

【識別番号】100188329

【弁理士】

【氏名又は名称】田村 義行

(72)【発明者】

【氏名】ジャドリック，アイバン

(72)【発明者】

【氏名】ケーン，アジット・ワサント

(72)【発明者】

【氏名】スロソワー，スコット・ビクター

【審査官】佐藤 彰洋

(56)【参考文献】

【文献】特開平０５－０６８３９７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０５－１９９７９８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０５－２５２７９４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１３－２３６４８６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２０１６－５０４０１１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０４－０５８７８４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１１－０２４３７７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０００－３２４８９２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平１０－２２５１８１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０５－１４６１９５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特許第５３７０１３９（ＪＰ，Ｂ２）

【文献】国際公開第２０１６／１３５８４０（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１６－１５２６８２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１０－２２０４３４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１０－１０４１８９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－０１７８９８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－０９６７０９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１５－１７３５５４（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１０／００８３６９２（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開平０１－３２１８９６（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１４／１９２１３０（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１４－１６５９５７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１２－０２５３７３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１３－１５１２０６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２０１４－５１６２４０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－１１６４４７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１３－２１９８６９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０８－２８０１９２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０２Ｐ ２５／２２

Ｆ２５Ｂ １／００

Ｈ０２Ｐ ２７／０６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

暖房、換気、空調、及び冷凍（ＨＶＡＣ＆Ｒ）システムであって、
冷媒ループと、
前記冷媒ループ内に配置され、冷媒を前記冷媒ループ内で循環させるように構成された圧縮機と、
前記圧縮機を駆動するように構成された電動機と、
前記電動機に電力を供給するように構成された単一の可変速度駆動装置（ＶＳＤ）であって、
前記電動機に第１の電力を供給するように構成された第１の電力ポッドであって、前記第１の電力ポッドは、第１の整流器、第１のＤＣリンク、及び第１のインバータを備える、第１の電力ポッド、及び、
前記電動機に第２の電力を供給するように構成された第２の電力ポッドであって、前記第２の電力ポッドは、第２の整流器、第２のＤＣリンク、及び第２のインバータを備える、第２の電力ポッドを備える、単一の可変速度駆動装置（ＶＳＤ）と、
を備え、
前記第１の電力ポッド及び前記第２の電力ポッドのうちの一方が、前記第１の電力ポッド及び前記第２の電力ポッドのうちの他方の停止中に前記電動機に電力を供給するよう動作するように、前記第１の電力ポッド及び前記第２の電力ポッドは互いに独立して動作するように構成されており、
前記電動機は、前記電動機の第１の電気巻線を介して前記第１の電力を受け取り、前記電動機の第２の電気巻線を介して前記第２の電力を受け取るように構成されており、前記第１の電気巻線は、前記第２の電気巻線からガルバニック絶縁されており、
前記第１の電力ポッド及び前記第２の電力ポッドはそれぞれが、前記電動機によって利用される電力の半分を供給するような定格を有する、暖房、換気、空調、及び冷凍（ＨＶＡＣ＆Ｒ）システム。

【請求項2】

前記電動機は回転子及び固定子を備え、前記回転子はスロットのセットを備え、前記第１の電気巻線は前記スロットのセット内に配置され、前記第２の電気巻線は前記スロットのセット内に配置されている、請求項１に記載のＨＶＡＣ＆Ｒシステム。

【請求項3】

前記第１の電気巻線は第１のデルタ構成であり、前記第２の電気巻線は第２のデルタ構成である、請求項１に記載のＨＶＡＣ＆Ｒシステム。

【請求項4】

マイクロプロセッサを備え、前記マイクロプロセッサは電気信号のセットを出力するように構成され、前記第１の電力ポッドは前記電気信号のセットを受信するように構成され、前記第２の電力ポッドは前記電気信号のセットを受信するように構成されている、請求項１に記載のＨＶＡＣ＆Ｒシステム。

【請求項5】

前記電動機は、前記圧縮機への入力として少なくとも１２００馬力を供給するように構成されている、請求項１に記載のＨＶＡＣ＆Ｒシステム。

【請求項6】

単一の可変速駆動装置（ＶＳＤ）の第１の電力ポッドを介して電気信号のセットを受信することであって、前記第１の電力ポッドは、第１の整流器、第１の直流（ＤＣ）リンク、及び第１のインバータを備える、受信することと、
前記単一のＶＳＤの第２の電力ポッドを介して前記電気信号のセットを受信することであって、前記第２の電力ポッドは、第２の整流器、第２のＤＣリンク、及び第２のインバータを備える、受信することと、
前記第１の電力ポッドを介して電動機の第１の巻線に第１の電圧を供給することと、
前記第２の電力ポッドを介して前記電動機の第２の巻線に第２の電圧を供給することと、を含み、
前記第１の電力ポッド及び前記第２の電力ポッドのうちの一方が、前記第１の電力ポッド及び前記第２の電力ポッドのうちの他方の停止中に前記電動機に電力を供給するよう動作するように、前記第１の電力ポッド及び前記第２の電力ポッドは互いに独立に動作するように構成されており、
前記第１の電力ポッド及び前記第２の電力ポッドはそれぞれが、前記電動機によって利用される電力の半分を供給するような定格を有し、
前記第１の巻線は、前記第２の巻線からガルバニック絶縁されている、方法。

【請求項7】

前記第１の電力ポッド及び前記第２の電力ポッドは、マイクロプロセッサから前記電気信号のセットを受け取るように構成され、前記マイクロプロセッサは、パルス幅変調を介して前記電気信号のセットを生成するように構成されている、請求項６に記載の方法。

【請求項8】

前記第１の電力ポッドは、前記第１のインバータを介して前記電気信号のセットを受信するように構成され、前記第２の電力ポッドは、前記第２のインバータを介して前記電気信号のセットを受信するように構成され、前記第１のインバータは、前記電気信号のセットに少なくとも部分的に基づいて前記第１の電圧を前記第１の巻線に供給するように構成され、前記第２のインバータは、前記電気信号のセットに少なくとも部分的に基づいて前記第２の電圧を前記第２の巻線に供給するように構成されている、請求項６に記載の方法。

【請求項9】

前記第１の整流器は、電源から第１のＡＣ電圧を受け取り、前記第１のＡＣ電圧を第１のＤＣ電圧に変換するように構成され、前記第２の整流器は、前記電源からの第２のＡＣ電圧を受け取り、前記第２のＡＣ電圧を第２のＤＣ電圧に変換するように構成され、前記第１の電力ポッドの前記第１のＤＣリンクが、前記第１の整流器から前記第１のＤＣ電圧を受け取るように構成され、前記第２の電力ポッドの前記第２のＤＣリンクが、前記第２の整流器から前記第２のＤＣ電圧を受け取るように構成されている、請求項６に記載の方法。

【請求項10】

前記第１の電力ポッドの前記第１のインバータが、前記第１のＤＣリンクから前記第１のＤＣ電圧を受け取り、前記第１のＤＣ電圧を第１の出力ＡＣ電圧に変換し、前記第１の出力ＡＣ電圧を前記第１の巻線に供給するように構成され、前記第２の電力ポッドの前記第２のインバータが、前記第２のＤＣリンクから前記第２のＤＣ電圧を受け取り、前記第２のＤＣ電圧を第２の出力ＡＣ電圧に変換し、前記第２の出力ＡＣ電圧を前記第２の巻線に供給するように構成されている、請求項９に記載の方法。

【請求項11】

マイクロコントローラと、
前記マイクロコントローラから電気信号のセットを受信するように構成された単一の可変速駆動装置（ＶＳＤ）であって、前記単一のＶＳＤは、第１の電力ポッド及び第２の電力ポッドを備え、前記第１の電力ポッドは、第１の整流器、第１の直流（ＤＣ）リンク、及び第１のインバータを備え、前記第２の電力ポッドは、第２の整流器、第２のＤＣリンク、及び第２のインバータを備える、単一の可変速駆動装置（ＶＳＤ）と、
電動機の第１の巻線を介して前記単一のＶＳＤの前記第１の電力ポッドから第１の電力供給を受け取るとともに、前記電動機の第２の巻線を介して前記単一のＶＳＤの前記第２の電力ポッドから第２の電力供給を受け取るように構成された電動機であって、前記第１の電力ポッド及び前記第２の電力ポッドのうちの一方が、前記第１の電力ポッド及び前記第２の電力ポッドのうちの他方の停止中に前記電動機に電力を供給するよう動作するように、前記第１の電力ポッドは前記第２の電力ポッドとは独立に動作するように構成されており、前記第１の電力ポッド及び前記第２の電力ポッドはそれぞれが、前記電動機によって利用される電力の半分を供給するような定格を有し、前記第１の巻線及び前記第２の巻線は互いにガルバニック絶縁されている、電動機と、
を備えるシステム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本出願は、一般に、二重巻線電動機で使用する可変速駆動装置に関する。

【背景技術】

【0002】

チラーシステム、又は蒸気圧縮システムは、蒸気圧縮システムの動作に関連して様々な異なる温度及び圧力を受けることに応答して、相を蒸気、液体、及びそれらの組み合わせの間で変化させる、典型的には冷媒と呼ばれる作動流体を利用する。いくつかのチラーシステムでは、可変速駆動装置（ＶＳＤ）が電動機に電力を供給して、チラーシステムの１つ以上の構成要素を駆動し得る。しかし、従来のＶＳＤは、高出力電動機を必要とするチラーシステムで利用した場合、生産及び運転コストに関して非効率な場合がある。

【発明の概要】

【課題を解決するための手段】

【0003】

本開示の一実施形態では、暖房、換気、空調、及び冷凍（ＨＶＡＣ＆Ｒ）システムは、冷媒ループと、冷媒ループに沿って配置された圧縮機とを含む。圧縮機は、冷媒ループを通して冷媒を循環させるように構成されている。ＨＶＡＣ＆Ｒシステムはまた、圧縮機を駆動するように構成された電動機、及び電動機に電力を供給するように構成された可変速駆動装置（ＶＳＤ）を含む。ＶＳＤは更に、第１の電力を電動機に供給するように構成された第１の電力ポッド、及び第２の電力を電動機に供給するように構成された第２の電力ポッドを含む。

【0004】

本開示の別の実施形態では、方法は、可変速駆動装置の第１の電力ポッドを介して電気信号のセットを受信すること、可変速駆動装置の第２の電力ポッドを介して電気信号のセットを受信すること、第１の電力ポッドを介して電動機の第１の巻線に第１の電圧を供給すること、及び第２の電力ポッドを介して電動機の第２の巻線に第２の電圧を供給すること、を含む。第１の電力ポッド及び第２の電力ポッドは互いに独立に動作するように構成されている。

【0005】

本開示の別の実施形態では、システムは、マイクロコントローラと、マイクロコントローラから電気信号のセットを受信するように構成された可変速駆動装置（ＶＳＤ）と、第１の電力供給及び第２の電力供給を、それぞれ第１の巻線及び第２の巻線を介してＶＳＤから受け取るように構成された電動機と、を含む。第１の巻線及び第２の巻線は互いに電気的に絶縁されている。

【図面の簡単な説明】

【0006】

【図1】本開示の一態様による、商業的設定にある暖房、換気、空調、及び冷凍（ＨＶＡＣ＆Ｒ）システムを利用し得る建物の実施形態の斜視図である。

【図2】本開示の態様による、ＨＶＡＣ＆Ｒシステムの実施形態の斜視図である。

【図3】本開示の態様による、図２のＨＶＡＣ＆Ｒシステムの実施形態の概略図である。

【図4】本開示の態様による、図２のＨＶＡＣ＆Ｒシステムの実施形態の概略図である。

【図5】本開示の態様による、図２のＨＶＡＣ＆Ｒシステムの可変速駆動装置（ＶＳＤ）と通信状態にある電動機の実施形態の概略図である。

【発明を実施するための形態】

【0007】

本開示の実施形態は、暖房、換気、空調、及び冷凍（ＨＶＡＣ＆Ｒ）システムの生産及び運転コストを節約し得る可変速駆動装置システムを含む。例えば、電動機が、ある種のＨＶＡＣ＆Ｒシステムの１つ以上の運転を駆動する場合がある。電動機は、可変速駆動装置（ＶＳＤ）によって給電され得る。しかし、ある種のＨＶＡＣ＆Ｒシステムは、より大きな電流を利用する場合がある、より大きな電動機を利用する場合もある。この目的のために、ＶＳＤは、ワイヤ及びインダクタなどの大きな構成要素を利用して、より高い電流を電動機に供給することができる。しかし、そのような大きな構成要素を利用するＶＳＤは、製造及び／又は運転することが非現実的であり、過大な生産／保守コストが発生する場合がある。それに応じて、現在開示されている実施形態は、２つの電力ポッド又は２つの別個の電力供給を有するＶＳＤを利用して、電動機の２つの電気的に分離された巻線に給電することができる。ある種の実施形態では、ＶＳＤは、２つの電気的に分離された巻線を有する既存の電動機と共に使用されてもよい。例えば、ＶＳＤの本実施形態を、レトロフィット用途で使用して、既存の電動機に電力を提供してもよい。

【0008】

本実施形態によれば、２つの電力ポッドはそれぞれが、電動機によって利用される電力の半分を供給するような定格を有してもよい。従って、各電力ポッドの電力出力が低いことに起因して、ＶＳＤはサイズが適切で操作が容易な構成要素を含み、それにより生産及び他のコストを節約することができる。更に、システムの二重性のおかげで、電力ポッドのうちの一方が電力供給を止めた場合、他方の電力ポッドが電動機に電力を供給し続け、それによりＨＶＡＣ＆Ｒシステムが運転を続けることが可能になり得る。このようにして、システムが生産を休止することに関連するコストを削減することができる。

【0009】

ここで図面に移ると、図１は、典型的な商業的設定における、建物１２内の暖房、換気、空調、及び冷凍（ＨＶＡＣ＆Ｒ）システム１０のための環境の一実施形態の斜視図である。ＨＶＡＣ＆Ｒシステム１０は、建物１２を冷却するために使用され得る冷却された液体を供給する蒸気圧縮システム１４を含み得る。ＨＶＡＣ＆Ｒシステム１０はまた、建物１２を加熱する温かい液体を供給するボイラー１６と、建物１２を通して空気を循環させる空気分配システムとを含み得る。空気分配システムはまた、空気戻りダクト１８、空気供給ダクト２０、及び／又は空気調和機２２を含み得る。いくつかの実施形態では、空気調和機２２は、導管２４によってボイラー１６及び蒸気圧縮システム１４に接続された熱交換器を含み得る。空気調和機２２の熱交換器は、ＨＶＡＣ＆Ｒシステム１０の動作モードに応じて、ボイラー１６からの加熱された液体又は蒸気圧縮システム１４からの冷たい液体のいずれかを受け取ることができる。ＨＶＡＣ＆Ｒシステム１０は、建物１２の各フロアに個別の空気調和機を有して示されているが、他の実施形態では、ＨＶＡＣ＆Ｒシステム１０は、フロア間で共有され得る空気調和機２２及び／又は他の構成要素を含み得る。

【0010】

図２及び図３は、ＨＶＡＣ＆Ｒシステム１０で使用され得る蒸気圧縮システム１４の実施形態である。蒸気圧縮システム１４は、圧縮機３２から続けて回路に冷媒を循環させ得る。回路はまた、凝縮器３４、膨張弁又は膨張装置３６、及び液体チラー又は蒸発器３８を含み得る。蒸気圧縮システム１４は、アナログ－デジタル（Ａ／Ｄ）変換器４２、マイクロプロセッサ４４、不揮発性メモリ４６、及び／又はインタフェースボード４８を有する制御パネル４０（例えば、コントローラ）を更に含み得る。

【0011】

蒸気圧縮システム１４において冷媒として使用され得る流体のいくつかの例には、例えばＲ－４１０Ａ、Ｒ－４０７、Ｒ－１３４ａ、ハイドロフルオロオレフィン（ＨＦＯ）といったハイドロフルオロカーボン（ＨＦＣ）ベースの冷媒、アンモニア（ＮＨ_３）、Ｒ－７１７、二酸化炭素（ＣＯ_２）、Ｒ－７４４、若しくは炭化水素ベースの冷媒のような「天然」冷媒、水蒸気、又は任意の他の好適な冷媒がある。いくつかの実施形態では、蒸気圧縮システム１４は、Ｒ－１３４ａなどの中圧冷媒に対して低圧冷媒とも呼ばれる１気圧の圧力で摂氏約１９度（華氏６６度以下）の標準沸点を有する冷媒を効率的に利用するように構成され得る。本明細書で使用する場合、「標準沸点」は、１気圧の圧力で測定された沸点温度を指し得る。

【0012】

いくつかの実施形態では、蒸気圧縮システム１４は、可変速駆動装置（ＶＳＤ）５２、電動機５０、圧縮機３２、凝縮器３４、膨張弁若しくは膨張装置３６、及び／又は蒸発器３８のうちの１つ以上を使用し得る。電動機５０は、圧縮機３２を駆動してもよく、可変速駆動装置（ＶＳＤ）５２により給電されてもよい。ＶＳＤ５２は、ＡＣ電源から特定の固定ライン電圧及び固定ライン周波数を有する交流（ＡＣ）電力を受け取り、可変電圧及び周波数を有する電力を電動機５０に提供する。他の実施形態では、電動機５０は、ＡＣ又は直流（ＤＣ）電源から直接、給電され得る。電動機５０は、スイッチドリラクタンスモータ、誘導電動機、電子整流永久磁石電動機、又は別の好適な電動機など、ＶＳＤによって、又は直接、ＡＣ若しくはＤＣ電源から給電され得る任意のタイプの電気電動機を含み得る。

【0013】

圧縮機３２は、冷媒蒸気を圧縮し、その蒸気を排出通路を通して凝縮器３４に送達する。いくつかの実施形態では、圧縮機３２は遠心圧縮機であり得る。圧縮機３２によって凝縮器３４に送達された冷媒蒸気は、凝縮器３４内の冷却流体（例えば、水又は空気）に熱を伝達し得る。冷媒蒸気は、冷却流体との熱伝達の結果、凝縮器３４で凝縮して冷媒液になり得る。凝縮器３４からの冷媒液は、膨張装置３６を通って蒸発器３８に流れ得る。図３に示す実施形態では、凝縮器３４は水冷され、且つ冷却塔５６に接続されたチューブ束５４を含み、チューブ束５４が冷却流体を凝縮器に供給する。

【0014】

蒸発器３８に送達された冷媒液は別の冷却流体からの熱を吸収してもよく、この別の冷却流体は凝縮器３４で使用される冷却流体と同じであっても、同じでなくてもよい。蒸発器３８内の冷媒液は、冷媒液から冷媒蒸気への相変化を受ける場合がある。図３に図示する実施形態に示すように、蒸発器３８は、供給ライン６０Ｓと、冷却負荷６２に接続された戻りライン６０Ｒとを有するチューブ束５８を含み得る。蒸発器３８の冷却流体（例えば、水、エチレングリコール、塩化カルシウムブライン、塩化ナトリウムブライン、又は任意の他の好適な流体）は、戻りライン６０Ｒを介して蒸発器３８に入り、供給ライン６０Ｓを介して蒸発器３８を出る。蒸発器３８は、冷媒との熱伝達を介してチューブ束５８内の冷却流体の温度を低下させ得る。蒸発器３８のチューブ束５８は、複数のチューブ及び／又は複数のチューブ束を含み得る。いずれにせよ、冷媒蒸気は蒸発器３８を出て、吸引ラインにより圧縮機３２に戻って、サイクルが完了する。

【0015】

図４は、凝縮器３４と膨張装置３６との間に組み込まれた中間回路６４を備える蒸気圧縮システム１４の概略図である。中間回路６４は、凝縮器３４に直接的に流体接続される入口ライン６８を有し得る。他の実施形態では、入口ライン６８は、凝縮器３４に間接的に流体的に結合され得る。図４に図示する実施形態に示すように、入口ライン６８は、中間容器７０の上流に置かれた第１の膨張装置６６を含む。いくつかの実施形態では、中間容器７０はフラッシュタンク（例えば、フラッシュインタークーラー）であり得る。他の実施形態では、中間容器７０は熱交換器又は「表面エコノマイザ」として構成され得る。図４に示す実施形態では、中間容器７０はフラッシュタンクとして使用され、第１の膨張装置６６は、凝縮器３４から受け取った冷媒液の圧力を下げる（例えば、膨張させる）ように構成されている。膨張プロセスの間、液体の一部が蒸発する場合があり、従って、中間容器７０を使用して、第１の膨張装置６６から受け取った液体から蒸気を分けることができる。加えて、中間容器７０は、中間容器７０に入るときに冷媒液が受ける圧力降下（例えば、中間容器７０に入るときに受ける体積の急激な増加に起因する）ゆえに、冷媒液の更なる膨張をもたらす場合がある。中間容器７０内の蒸気は、圧縮機３２の吸引ライン７４を通して圧縮機３２に引き込まれ得る。他の実施形態では、中間容器内の蒸気は、圧縮機３２の中間ステージ（例えば、吸引ステージではなく）に引き込まれ得る。中間容器７０に集まる液体は、膨張装置６６及び／又は中間容器７０における膨張ゆえに、凝縮器３４を出る冷媒液よりもエンタルピーが低い場合がある。次いで、中間容器７０からの液体は、ライン７２を流れて、第２の膨張装置３６を通って蒸発器３８に流れ得る。

【0016】

いくつかの実施形態では、電動機５０は高出力、例えば１３００馬力を超える定格を有してもよい。それに応じて、ＶＳＤ５２は２つの電力ポッドを含んでもよく、それらのそれぞれが電動機５０用の電力の半分を供給してもよい。このようにして、電力ポッドのうちの１つがその電力の供給を停止した場合、ＶＳＤ５２は、一定量の電力を電動機５０に供給し続けることができる。更に、ＶＳＤ５２は、それぞれが電動機５０用の電力の半分を供給する２つの電力ポッドを含むので、ＶＳＤ５２に関連するワイヤ及び他の構成要素（例えば、インダクタ）は、電動機５０からの電力需要がより高いにもかかわらず、扱いやすいサイズのままであり得る。

【0017】

例えば、図５に示すように、ＶＳＤ５２は、電力ポッド８０を介して、より具体的には、第１の電力ポッド８０ａ及び第２の電力ポッド８０ｂを介して、電動機５０に電力を供給することができる。各電力ポッド８０は、三相ダイオード整流器ブリッジなどの整流器８２、直流（ＤＣ）リンク８４、及びインバータ８６を含んでもよい。具体的には、第１の電力ポッド８０ａは、第１の整流器８２ａ、第１のＤＣリンク８４ａ、及び第１のインバータ８６ａを含んでもよく、第２の電力ポッド８０ｂは、第２の整流器８２ｂ、第２のＤＣリンク８４ｂ、及び第２のインバータ８６ｂを含んでもよい。

【0018】

図示した実施形態では、ＶＳＤ５２は、マイクロプロセッサ８８から１つ以上の電気信号を受信してもよい。いくつかの実施形態では、マイクロプロセッサ８８は、１つ以上の処理ユニットを有する論理基板（例えば、プリント回路基板、集積回路など）であってもよい。ある種の実施形態では、マイクロプロセッサ８８は、マイクロプロセッサ４４（図３及び図４）の実施形態であり得る。マイクロプロセッサ８８は、パルス幅変調（ＰＷＭ）を利用して、ＡＣ電圧を表す１つ以上の電気信号を第１のインバータ８６ａ及び第２のインバータ８６ｂに供給してもよい。いくつかの実施形態では、マイクロプロセッサ８８は、単一経路９１（例えば、ワイヤ、コネクタ、無線送信など）を介して電気信号のセットを生成し、電気信号は次いで分割され、第１のインバータ８６ａ及び第２のインバータ８６ｂのそれぞれに割り振られる。このようにして、それぞれ、第１の電力ポッド８０ａは第１のインバータ８６ａを介して、第２の電力ポッド８０ｂが第２のインバータ８６ｂを介して受信するのと同じ電気信号を受信することができる。

【0019】

更に、現在の実施形態では、ＶＳＤ５２は、電源８９から電力を受け取ることができる。電源８９は、発電機、送電網、太陽電池パネル、電池などの任意の好適な電源であってもよい。いくつかの実施形態では、ＶＳＤ５２は、２つの別個のマイクロプロセッサ８８から電気信号を受信してもよい。実際、そのような実施形態では、別個のマイクロプロセッサ８８が、実質的に同じである対応するインバータ８２に電気信号を供給するように、別個のマイクロプロセッサ８８は同期され得る。

【0020】

整流器８２は、電源８９からＡＣ電圧を受け取ることができる。整流器８２は、ＡＣ電圧をＤＣ電圧に変換又は平滑化し得る全波ブリッジ整流器であり得る。特に、いくつかの実施形態では、整流器８２は、ＡＣ電圧をＤＣ電圧に変換するために全波ブリッジ構成で一緒に結合された構成要素、例えば、ダイオード、シリコン制御整流器（ＳＣＲ）、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）、サイリスタ、又はそれらの任意の組み合わせ、を含んでもよい。いくつかの実施形態では、整流器８２はまた、マイクロプロセッサ８８から１つ以上のＰＷＭ信号を受信し得る。

【0021】

次いで、ＤＣリンク８４は、対応する整流器８２からＤＣ電圧を受け取り、ＤＣ電圧を対応するインバータ８６に供給することができる。特に、ＤＣリンク８４は、１つ以上のインダクタ及び／又はコンデンサを含んでもよく、これらを利用して、整流器８２から受け取った電流及び／又は電圧の変動を更に除去するか又は平滑化してもよい。ＤＣリンク８４はまた、過渡現象が、インバータ８６から整流器８２に戻ることを防止するために利用されてもよい。

【0022】

インバータ８６は、対応するＤＣリンク８４からＤＣ電圧を受け取り、ＤＣ電圧を、適切な電圧及び周波数を有するＡＣ電圧に変換してもよい。加えて、上述のように、インバータ８６はまた、マイクロプロセッサ８８からＰＷＭ信号を受信してもよい。次いで、インバータ８６は、パルスＤＣバス電圧、又はパルス幅変調（ＰＷＭ）を使用して正弦波電流を出力することができる。例えば、インバータ８６は、ＤＣ電圧をＡＣ電圧に変換するために、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）などの半導体デバイスから構成されてもよい。そのとき、各インバータ８６は、三相電流を電動機５０に供給し得る。特に、各インバータ８６は、３つの別個のワイヤ９０又は接続を含んでもよく、それぞれが互いに対して約１２０度オフセットされ得る電圧波形を、一緒に供給してもよい。

【0023】

図５に示すように、電力ポッド８０はそれぞれ、デルタ構成の電動機５０に三相電流を供給し得る。いくつかの実施形態では、電力ポッド８０はそれぞれ、Ｙ字構成の電動機５０に三相電流を供給し得る。例えば、各ワイヤ９０は、巻線の三角形結合の対応する頂点において、その個々の位相を供給し得る。具体的には、各電力ポッド８０は、電動機５０の固定子の周りに配置された電気的に絶縁された巻線に電力を供給し得る。このようにして、ＶＳＤ５２は、回転磁場を誘導し得る適切な電圧及び電流を電動機５０の巻線に供給することができる。電動機５０の回転子又はシャフトは、回転子内に配置された導体を介するなどして磁場と相互作用することができ、磁場は次に、回転子を回転させる力を生成することができる。

【0024】

例えば、電動機５０は、デルタ構成の第１の巻線９２と、やはりデルタ構成の第２の巻線９４とを含み得る。実際、第１の巻線９２及び第２の巻線９４の両方は、電動機５０の固定子内の同じスロット内に配置され得る。しかし、第１の巻線９２及び第２の巻線９４は互いに隣接して配置されていてもよいが、第１の巻線９２及び第２の巻線９４は互いにガルバニック絶縁されていてもよい。換言すれば、電流は第１の巻線９２と第２の巻線９４との間に流れない場合があり、第１の巻線９２と第２の巻線９４との間に直接的な導通経路がない場合がある。しかし、エネルギー及び／又は情報が、第１の巻線９２と第２の巻線９４との間で、例えば、静電容量、誘導、電磁波、光学、音響などを通じて交換されてもよい。すなわち、第１の巻線９２と第２の巻線９４とは一緒に短絡されていなくてもよい。

【0025】

実際、第１の巻線９２に電力を供給する第１の電力ポッド８０ａは、第２の巻線９４に電力を供給する第２の電力ポッド８０ｂとは独立して動作／機能し得る。すなわち、各電力ポッド８０は、電動機５０が、その設計された総出力で動作するために使用される電力（例えば、電圧及び電流）の半分を供給し得る。特に、一方の電力ポッド８０（例えば、第１の電力ポッド８０ａ又は第２の電力ポッド８０ｂのいずれか）は、他方の電力ポッド８０が電動機５０に電力を供給し続けている間は、電動機５０に電力を供給しなくてもよい。従って、電力ポッド８０の１つが対応する巻線（例えば、第１の巻線９２又は第２の巻線９４のいずれか）への電力の供給を停止した場合、電動機５０は、その完全な標準出力の約半分など、ある程度は動作し続けてもよい。例示すると、電動機５０のシャフト又は回転子は、第１の電力ポッド８０ａ及び第２の電力ポッド８０ｂから電力が供給されている間、第１の速度及びトルクで動作することができる。電力ポッド８０のうちの１つが電動機５０への電力の供給を停止した場合、電動機５０のシャフト又は回転子は、第１の速度及びトルクに関連する電力のおよそ半分に対応し得る第２の速度及びトルクで動作し続けてもよい。

【0026】

いくつかの実施形態では、単一の整流器が、入力ＡＣ電圧として、マイクロプロセッサ８８からの信号のセット（例えば、ＡＣ電圧）、及び／又は電源８９からのＡＣ電圧を受け取ってもよい。次いで、単一の整流器８２は、入力ＡＣ電圧をＤＣ電圧に整流し、そしてＤＣ電圧を単一のＤＣリンク８４に供給してもよい。次いで、単一のＤＣリンク８４は、ＤＣ電圧を、第１のインバータ８６ａ及び第２のインバータ８６ｂの両方に別々に送ってもよい。更に、少なくとも第１の電力ポッド８０ａ及び第２の電力ポッド８０ｂの二重性に起因して、第１のインバータ８６ａ及び第２のインバータ８６ｂのそれぞれの三相電力供給出力は実質的に互いに一致し得る。すなわち、第１の巻線９２及び第２の巻線９４はそれぞれ、実質的に同じ周波数、電圧、及び電流を有するＡＣ電圧を受け取り得る。

【0027】

更に、本明細書に開示されるようなＶＳＤ５２は、互いに絶縁された又はガルバニック絶縁された２組の巻線を有する、任意の適切なサイズの電動機５０と共に利用され得る。例えば、いくつかの実施形態では、電動機５０は、約８００馬力、９００馬力、１０００馬力、１１００馬力、１２００馬力、１２５０馬力、１２８０馬力、１３００馬力、１２００～１３００馬力、１３００を超える馬力の出力、又は任意の他の適切な出力を有するように構成され得る。

【0028】

それに応じて、本開示は、２つの独立して動作する電力ポッドを有する可変速駆動装置（ＶＳＤ）のシステム及び方法を提供することに関する。例えば、各電力ポッドは、マイクロプロセッサから電気信号のセットを受信し得る。具体的には、マイクロプロセッサは、各電力ポッド内のインバータに送られるパルス幅変調（ＰＷＭ）制御信号であり得る電気信号のセットを出力し得る。更に、各電力ポッドは、整流器を介して電源からＡＣ電圧を受け取ることができ、整流器はＡＣ電圧をＤＣ電圧に変換することができる。次いで、各電力ポッドは、対応するＤＣリンクを介して、その対応する整流器からＤＣ電圧を受け取ることができる。次いで、対応するＤＣリンクは、ＤＣ電圧を対応するインバータに供給することができる。次いで、対応するインバータは、ＤＣ電圧を三相ＡＣ電圧源に変換することができる。次いで、インバータは、三相ＡＣ電圧源を、電動機のガルバニック絶縁された、又は電気的に絶縁された対応する巻線に送ることができる。実際、いくつかの実施形態では、三相ＡＣ電圧源は、マイクロプロセッサからの入力、及び／又は対応するＤＣリンクからの入力に基づいてもよい。このようにして、ＶＳＤは、扱いやすい構成要素を利用しながら、１２００馬力の出力を超える定格を有する電動機などの大型電動機に電力を供給することができる。特に、ある種の場合では、単一の電力ポッドを有するＶＳＤが、扱いにくいサイズのワイヤ及び他の構成要素を利用し、それにより過大な生産コストが発生する場合がある。更に、現在の実施形態における電力ポッドの二重性により、電力ポッドのうちの１つが動作を停止した場合に、電動機が動作を続けることができる。実際、各電力ポッドは、互いに独立して動作し得る。更に、各電力ポッドが電動機を動作させる電力出力が低下することにより、ＶＳＤ内の構成要素の寿命が延びる場合がある。その上、２つの独立して動作する電力ポッドを利用する本明細書で論じる実施形態は、２組の電気的に分離された巻線を含むように製造された既存の電動機などの任意の好適な電動機と共に利用できることに留意されたい。

【0029】

ある種の特徴及び実施形態のみを図示及び説明してきたが、当業者であれば、特許請求の範囲に記載された発明の主題の新規な教示及び利点から実質的に逸脱することなく、多くの修正及び変更（例えば、様々な要素のサイズ、寸法、構造、形状及び比率、パラメータの値（例えば、温度、圧力など）、取り付け構成、材料の使用、色、向きなどにおける変形形態）を想到し得る。任意のプロセス又は方法ステップの順番又は順序は、代替的な実施形態に従って変更又は再順序付けされ得る。従って、添付の特許請求の範囲は、本発明の真の趣旨の範囲内にあるものとして、そのような全ての修正及び変更を包含することが意図されていることを理解されたい。更に、例示的な実施形態の簡潔な説明を提供するために、実際の実現形態の全ての特徴が説明されているわけではない場合がある（すなわち、現在企図される本発明の最良の実施形態に関係しないもの、又は特許請求の範囲に記載された発明を実現するのに関係しないものが説明されていない場合がある）。いかなるそのような実際の実現形態の開発においても、あらゆるエンジニアリング又は設計プロジェクトにおけるように、実現形態に固有の多数の決定が行われ得ることを理解されたい。そのような開発努力は、複雑で時間がかかる場合があるが、それにもかかわらず、本開示の便宜を受ける当業者にとっては、過度の実験を伴わない設計、製作、及び製造における日常業務であろう。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】