特表 2024-546207 巻線形誘導電動機の自己励起を使用したエネルギー貯蔵電源

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2024-12-18

(54)【発明の名称】巻線形誘導電動機の自己励起を使用したエネルギー貯蔵電源

(51)【国際特許分類】

   H02J 15/00 20060101AFI20241211BHJP

【ＦＩ】

H02J15/00 F

H02J15/00 D

【審査請求】有

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2024539935

(86)(22)【出願日】2022-12-30

(85)【翻訳文提出日】2024-07-02

(86)【国際出願番号】 US2022054373

(87)【国際公開番号】W WO2023129733

(87)【国際公開日】2023-07-06

(31)【優先権主張番号】17/567,611

(32)【優先日】2022-01-03

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】524059674

【氏名又は名称】レイセオン カンパニー

(74)【代理人】

【識別番号】110004381

【氏名又は名称】弁理士法人ＩＴＯＨ

(72)【発明者】

【氏名】クズネツォフ，スティーブン ビー．

(57)【要約】

貯蔵エネルギー電源は、巻線形誘導電動機（ＷＲＩＭ）を使用して、回転シャフトを介してプライムムーバからエネルギーを受け取り、自己励起ＡＣコンデンサバンクから磁化無効エネルギーを供給し、三次巻線を介してＮ個のエネルギー貯蔵素子（ＥＳＥ）にエネルギーを貯蔵して、ＥＳＥを放電して、エネルギーを二次巻線を介して負荷生成出力に供給する。各放電ＥＳＥは、個々のＥＳＥの電圧を合計するよう、二次巻線での全磁束に寄与する。これらの電圧は、二次巻線と各三次巻線との間の変換比により、昇圧または降圧することができる。ＷＲＩＭは、高レベルのＡＣ及びＤＣ出力電圧を供給するための安全で信頼性の高い効率的なシステムを提供する。

【特許請求の範囲】

【請求項1】

エネルギー貯蔵電源であって、
第１の磁気コアの周りに３６０／Ｎ度で各々巻き付けられるＮ個の三次巻線と、第２の磁気コアの周りに３６０度巻き付けられ、負荷生成出力に結合される二次巻線とを含み、前記第１の磁気コア及び前記第２の磁気コアが径方向の空隙により分離されて、互いに対して回転するように構成されている、巻線形誘導電動機（ＷＲＩＭ）と、
前記第１の磁気コアまたは前記第２の磁気コアのいずれかに結合されるシャフトと、
前記シャフトを回転させ、前記ＷＲＩＭに動力を供給するように構成された、プライムムーバと、
前記第１の磁気コアの周りに３６０度巻き付けられた一次巻線または前記三次巻線のいずれかに結合される１つ以上のＡＣコンデンサバンクと、
Ｎ個のエネルギー貯蔵素子（ＥＳＥ）と、
前記三次巻線の１つをそれぞれ前記エネルギー貯蔵素子のそれぞれの１つに結合するＮ個の双方向ＡＣ／ＤＣコンバータと、
ＷＲＩＭコントローラであって、
充電状態では、前記プライムムーバが、前記シャフトを回転させて、前記１つ以上のＡＣコンデンサバンクによって供給される無効励起により前記径方向の空隙を磁化して、前記ＷＲＩＭを自己励起し、前記１つ以上のＡＣコンデンサバンクは、前記径方向の空隙を磁化するために必要な遅れ力率無効電力と、前記第１の磁気コアの前記三次巻線の漏れインダクタンスとをバランスさせるために、進み力率無効電力を供給し、前記三次巻線を励起して、前記ＡＣ／ＤＣコンバータを介して制御された電力を供給して、前記Ｎ個のＥＳＥを選択的に充電し、
放電状態では、前記Ｎ個のＥＳＥの少なくとも一部の容量が、前記ＡＣ／ＤＣコンバータを介して逆放電され、前記三次巻線を励起して、回転磁場を形成して前記径方向の空隙を磁化し、前記第２の磁気コアに有効電力を供給し、機械全体の磁束に個別に寄与して、前記二次巻線を磁化して、放電ＥＳＥからの電圧の合計に比例するＡＣ出力電圧を前記二次巻線で誘導し、前記Ｎ個のＥＳＥエネルギー容量の一部を電気エネルギーとして前記負荷生成出力に供給する、
ＷＲＩＭコントローラと、を含む、
エネルギー貯蔵電源。

【請求項2】

前記ＷＲＩＭは、前記第２の磁気コアの周りに３６０度巻かれた前記一次巻線を含み、前記１つ以上のＡＣコンデンサバンクは、前記一次巻線に結合されて、前記径方向の空隙を磁化し、前記一次巻線の漏れインダクタンスに対する無効補償を行う、請求項１に記載のエネルギー貯蔵電源。

【請求項3】

前記一次巻線は、Ｍ個の一次巻線にセグメント化され、各前記一次巻線は、前記ＡＣコンデンサバンクの異なる１つに結合され、無効電流は、前記一次巻線とそれぞれのコンデンサバンクとの間で循環し、各前記一次巻線は、前記三次巻線のうちの１つ以上に磁気的に結合され、前記ＷＲＩＭコントローラは、同時に、前記Ｍ個の一次巻線の第１のサブセットに結合される１つ以上のＥＳＥを充電し、前記Ｍ個の一次巻線の第２のサブセットに結合される１つ以上のＥＳＥを放電し、前記第１及び第２のサブセットが重なり合わない、請求項２に記載のエネルギー貯蔵電源。

【請求項4】

複数の前記ＡＣコンデンサバンクが、それぞれの複数の三次巻線に結合される、請求項１に記載のエネルギー貯蔵電源。

【請求項5】

前記ＷＲＩＭコントローラが、異なる三次巻線及びＡＣコンデンサバンクに結合された前記ＥＳＥを独立して充電または放電するように構成可能である、請求項４に記載のエネルギー貯蔵電源。

【請求項6】

前記二次巻線の前記ＡＣ出力電圧が、前記Ｎ個の三次巻線に対する前記二次巻線の巻数比によって決定される変換比によってスケーリングされる、請求項１に記載のエネルギー貯蔵電源。

【請求項7】

前記変換比は、前記ＡＣ出力電圧を増加させるために、全Ｎ個のＥＳＥのすべてについて平均して、１：１より大きい、請求項６に記載のエネルギー貯蔵電源。

【請求項8】

前記負荷生成出力が、エネルギーの双方向の流れのために構成され、前記ＷＲＩＭが、前記負荷生成出力からエネルギーを選択的に受け取って、前記ＥＳＥを充電するよう構成される、請求項１に記載のエネルギー貯蔵電源。

【請求項9】

前記シャフトに結合されたフライホイールであって、前記フライホイールは、前記二次巻線を介して前記プライムムーバ、前記ＥＳＥ、または前記負荷生成出力からエネルギーを選択的に貯蔵し、前記二次巻線を介して少なくとも前記ＥＳＥ及び前記負荷生成出力にエネルギーを選択的に供給するように構成される、前記フライホイールをさらに含む、請求項８に記載のエネルギー貯蔵電源。

【請求項10】

前記Ｎ個のＥＳＥが、互いに電気的に絶縁される、請求項１に記載のエネルギー貯蔵電源。

【請求項11】

前記Ｎ個の双方向ＡＣ／ＤＣコンバータが、１つ以上のＥＳＥを排他的に選択的に充電するよう独立して制御可能、または前記１つ以上のＥＳＥを選択的に放電するよう（ＸＯＲ）独立して制御可能である、請求項１に記載のエネルギー貯蔵電源。

【請求項12】

前記負荷生成出力に結合されて、誘導－抵抗負荷を変調し、前記ＷＲＩＭの力率を能動的に調整して、前記シャフトの回転速度を変更し、目標電圧の指定された公差内に前記二次巻線の前記ＡＣ出力電圧を維持する、負荷力率コントローラ、をさらに含む、請求項１に記載のエネルギー貯蔵電源。

【請求項13】

エネルギーを貯蔵し、運動エネルギーを前記ＥＳＥ、前記負荷生成出力に供給する、または前記シャフトの前記回転を維持もしくは加速するために前記シャフトに結合される、フライホイール、をさらに含む、請求項１に記載のエネルギー貯蔵電源。

【請求項14】

前記ＷＲＩＭコントローラが、１つ以上のＥＳＥを放電して、第１の放電時定数で前記負荷生成出力にエネルギーを供給し、第２の放電時定数で前記負荷生成出力にエネルギーを供給するために前記フライホイールを減速させるように構成され、前記第２の放電時定数は前記第１の放電時定数より長い、請求項１３に記載のエネルギー貯蔵電源。

【請求項15】

前記ＷＲＩＭコントローラは、１つ以上のＥＳＥを第１の充電時定数で充電することと、前記フライホイールを加速及び充電して、第２の充電時定数でエネルギーを貯蔵するように構成され、前記第２の充電時定数は、前記第１の充電時定数よりも短く、前記ＷＲＩＭは、前記フライホイールにエネルギーを貯蔵することができ、指定されたピーク電力を有する前記プライムムーバのＥＳＥは、前記指定されたピーク電力よりも大きい過渡ピーク電力で前記負荷生成出力にエネルギーを供給することができる、請求項１４に記載のエネルギー貯蔵電源。

【請求項16】

前記放電状態では、前記ＷＲＩＭコントローラは、前記シャフトから前記プライムムーバを選択的に切り離すように構成される、請求項１に記載のエネルギー貯蔵電源。

【請求項17】

前記放電状態では、前記ＷＲＩＭコントローラは、前記プライムムーバを前記シャフトに結合したままにし、前記二次巻線を介して前記負荷生成出力に追加のエネルギーを供給するように構成される、請求項１に記載のエネルギー貯蔵電源。

【請求項18】

ロータアセンブリが、第２の磁気コアの周りに巻かれる二次巻線を含み、ステータアセンブリが、第１の磁気コアの周りに巻かれる一次巻線を含み、２つの前記ロータアセンブリが前記シャフトに、または前記プライムムーバに接続され、各ロータアセンブリは、別個のステータアセンブリ内で動作し、各ステータアセンブリは、Ｎ１及びＮ２の別個のＥＳＥと、Ｎ１及びＮ２の三次巻線とを有し、２つ以上の独立した負荷生成出力に磁気的に結合される、請求項１に記載のエネルギー貯蔵電源。

【請求項19】

エネルギー貯蔵電源であって、
固定磁気コアの周りに３６０度巻き付けられる一次巻線と、径方向の空隙によって前記固定磁気コアから分離され、負荷生成出力に結合される、回転磁気コアの周りに３６０度巻き付けられる二次巻線と、前記固定磁気コアの周りにそれぞれ３６０／Ｎ度で巻かれるＮ個の三次巻線と、を含む、巻線形誘導電動機（ＷＲＩＭ）であって、二次巻数Ｎｓと三次巻数Ｎｔ（ｉ）の巻数比ｉ＝１対Ｎが、１より大きい平均ス昇圧変換比を定義する、巻線形誘導電動機（ＷＲＩＭ）と、
前記回転磁気コアに結合されるロータシャフトと、
前記ロータシャフトに結合されるフライホイールと、
前記ロータシャフトを回転させ、前記ＷＲＩＭに動力を供給するように構成された、プライムムーバと、
前記一次巻線に結合されたＡＣコンデンサバンクと、
Ｎ個のエネルギー貯蔵素子（ＥＳＥ）と、
前記三次巻線の１つをそれぞれ前記エネルギー貯蔵素子のそれぞれの１つに結合するＮ個の双方向ＡＣ／ＤＣコンバータと、
ＷＲＩＭコントローラであって、
１つ以上の充電状態では、前記プライムムーバが、前記ロータシャフトを回転させて、前記ＡＣコンデンサバンクによって供給される無効励起により前記径方向の空隙を磁化して、前記ＷＲＩＭを自己励起し、前記ＡＣコンデンサバンクは、径方向の空隙を磁化するために必要な遅れ力率無効電力と、前記固定磁気コアの前記一次巻線及び前記三次巻線の漏れインダクタンスとをバランスさせるために、進み力率無効電力を供給し、前記三次巻線を励起して、前記ＡＣ／ＤＣコンバータを介して制御された電力を供給して、前記Ｎ個のＥＳＥを選択的に充電して、前記フライホイールを充電するためのトルクを生成し、
１つ以上の放電状態では、前記Ｎ個のＥＳＥのうちの少なくとも一部の容量が、前記ＡＣ／ＤＣコンバータを通して放電して戻し、前記三次巻線を励起して回転磁界を生成し、前記径方向の空隙を磁化して前記回転磁気コアへ実際の電力を供給し、前記二次巻線を磁化するために総機械磁束に個別に寄与して、放電中のＥＳＥからの電圧の合計にそれぞれの昇圧変換比を乗じた値に比例するＡＣ出力電圧を前記二次巻線に誘導し、前記Ｎ個のＥＳＥのエネルギー容量の一部を電気エネルギーとして前記負荷生成出力に供給するか、または前記フライホイールがエネルギーを前記二次巻線を通して前記負荷生成出力に放電する、
ＷＲＩＭコントローラと、を含む、
エネルギー貯蔵電源。

【請求項20】

エネルギー貯蔵電源であって、
第１の磁気コアの周りに３６０／Ｎで各々巻き付けられて分布しているＮ個の三次巻線と、第２の磁気コアの周りに３６０度巻き付けられ、負荷生成出力に結合される、二次巻線とを含み、前記第１の磁気コア及び前記第２の磁気コアが径方向の空隙により分離されて、互いに対して回転するように構成されている、巻線形誘導電動機（ＷＲＩＭ）と、
Ｎ個のエネルギー貯蔵素子（ＥＳＥ）と、
Ｎ個の双方向ＡＣ／ＤＣコンバータであって、それぞれ前記三次巻線のうちの１つを前記エネルギー貯蔵素子のそれぞれ１つに結合する、双方向ＡＣ／ＤＣコンバータと、
ＷＲＩＭコントローラであって、
充電状態では、外部電源が前記ＷＲＩＭに結合され、回転磁界を生成して前記第１の磁気コアと前記第２の磁気コアとの間の相対的な回転をもたらし、前記三次巻線を磁化して前記ＡＣ／ＤＣコンバータを通して電力を供給し、前記Ｎ個のＥＳＥを選択的に充電し、
放電状態では、前記ＡＣ／ＤＣコンバータを通して放電する前記Ｎ個のエネルギー貯蔵素子のうちの少なくとも一部を使用して、前記三次巻線を励起して回転磁界を生成し、前記径方向の空隙を磁化して、前記二次巻線を磁化するために総機械磁束に個別に寄与して、放電中のエネルギー貯蔵素子からの電圧の合計に比例するＡＣ出力電圧を前記二次巻線に誘導し、エネルギーを前記負荷生成出力に供給する、
ＷＲＩＭコントローラと、を含む、
エネルギー貯蔵電源。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

（関連技術の参照）
本出願は、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる、２０２２年１月３日に出願された米国特許出願第１７／５６７，６１１号に対する優先権の利益を主張する。

【背景技術】

【0002】

本発明は、外部電源から電力を受け取り、貯蔵し、特に、エネルギーを負荷に供給巻線形誘導電動機（ＷＲＩＭ）を使用して、プライムムーバなどの外部電源からエネルギーを受け取り、自己励起によって機械を磁化させ、Ｎ個のエネルギー貯蔵素子（ＥＳＥ）にエネルギーを貯蔵し、ＥＳＥを放電して、負荷生成出力にエネルギーを供給することに関する。フライホイールは、外部電源からＥＳＥ及び負荷生成出力へのエネルギーを緩衝するために使用され得る。ＷＲＩＭは、高レベルのＡＣ及びＤＣ出力電圧を供給するための安全で信頼性の高い効率的なシステムを提供する。

【0003】

（関連技術の説明）
エネルギー貯蔵電源は、外部電源、ＡＣまたはＤＣからエネルギーを受け取り、貯蔵し、必要なときに負荷に電力を供給する。これらのタイプのエネルギー貯蔵電源は、電池、高密度コンデンサ、または燃料電池などのいくつかの個々の蓄電池にエネルギーを貯蔵する。現在の技術では、これらのセルのそれぞれは、約２～３ボルトのＤＣの生成に制限されている。例えば１，０００ボルトなどの高いＤＣ出力電圧を負荷に供給するには、５００個の蓄電池を負荷にわたって直列に接続する必要があり得る。実際の欠点としては、サイズ、重量、信頼性、個々のセルの経年劣化に伴う効率の低下、及び安全性への考慮事項が挙げられる。

【0004】

図１に示すように、エネルギー貯蔵電源１０は、ＡＣメインのバス１４を介してＡＣ入力電圧を供給する電力会社の電力網によって提供され得るようなＡＣ電源１２を含む。Ｎ個の蓄電池１６の充電を補助すべく、同様の複数の降圧トランス１８及びＡＣ／ＤＣ整流器２０が、ＡＣ入力電圧を降圧して、それを使用可能な電圧、例えば２～３ＶのＤＣに変換し、Ｎ個の蓄電池１６各々を充電する。蓄電池１６は、コンタクタまたは電子スイッチ２２を介して相互接続され、それらの個々の電圧を合計して、負荷２６にわたってより高いＤＣ出力電圧２４を供給するために、閉じているときに蓄電池１６のすべての直列接続を設ける。

【0005】

電圧均等化ネットワーク（ＶＥＮ）２８が、蓄電池１６の各々にわたって接続されている。各ＶＥＮ２８は、Ｎ個の蓄電池のグループ間の蓄電池の端子電圧の差のバランスを補助するために、抵抗器Ｒ１と直列の第１のスイッチＱ１を含む。各ＶＥＮ２８はまた、特定の蓄電池１６が故障した場合にバイパスとして機能する、Ｑ２／Ｒ１と並列の第２のスイッチＱ２を含む。

【0006】

サイズ、重量、信頼性、効率の損失、及び安全上の考慮事項のために、このアプローチは、蓄電池の数がより大きい場合、例えば、１，０００ＶのＤＣ出力電圧を供給するのに十分なとき、実用的ではない。

【発明の概要】

【0007】

以下は、本発明のいくつかの態様の基本的な理解を提供するための、本発明の簡略された概要である。本概要は、本発明の主要な、または重要な要素を特定すること、または本発明の範囲を描写したりすることを意図したものではない。その唯一の目的は、後で提示される、より詳細な説明、及び特許請求の範囲の定義への前置きとして、本発明のいくつかの概念を簡略化された形式で提示することである。

【0008】

本発明は、外部電源からエネルギーを受け取るために巻線形誘導電動機（ＷＲＩＭ）を使用し、Ｎ個のエネルギー貯蔵素子（ＥＳＥ）にエネルギーを貯蔵し、ＥＳＥを放電してエネルギーを負荷生成出力に供給する貯蔵エネルギー電源を提供する。ＷＲＩＭは、高レベルのＡＣ及びＤＣ出力電圧を供給するための安全で信頼性の高い効率的なシステムを提供する。

【0009】

実施形態では、ＷＲＩＭは、それぞれが３６０／Ｎ度で巻かれ、第１の磁気コアの周りに分布しているＮ個の三次巻線と、負荷生成出力に結合される第２の磁気コアの周りに３６０度で巻き付けられる二次（例えば、ロータ）巻線とを含む。第１の磁気コア及び第２の磁気コアは、径方向の空隙によって分離され、互いに対して回転するように構成される。Ｎ個の双方向ＡＣ／ＤＣコンバータは、三次巻線のそれぞれを各エネルギー貯蔵素子（ＥＳＥ）に結合する。各ＥＳＥは、電池、高密度コンデンサ、または燃料電池などの１つまたは複数の直列接続された蓄電池を含む。充電状態では、ＷＲＩＭコントローラは外部エネルギー源をＷＲＩＭに結合して回転磁界を作成し、第１の磁気コアと第２の磁気コア（例えば、固定ステータ巻線と回転ロータ巻線）の間に相対的な回転をもたらし、三次巻線を磁化して、ＡＣ／ＤＣコンバータを通して電力を供給し、Ｎ個のＥＳＥを選択的に充電する。放電状態では、ＷＲＩＭコントローラは、Ｎ個のＥＳＥの少なくとも一部の容量が、ＡＣ／ＤＣコンバータを介して逆放電され、三次巻線を励起して、回転磁場を形成して空隙を磁化し、全体の磁束に個別に寄与して、二次巻線を磁化して、放電エネルギー貯蔵素子からの電圧の合計に比例するＡＣ出力電圧を二次巻線で誘導し、負荷生成出力にエネルギーを供給する。ＡＣ出力電圧を整流して、ＤＣ出力電圧を供給してもよい。

【0010】

実施形態では、外部エネルギー源は、ＷＲＩＭに結合されたプライムムーバ（エンジン、風力タービン、ガスタービンなど）であり、シャフトを回転させることにより、第１および第２の磁気コアの相対的な回転がもたらされ、１つ以上のＡＣコンデンサバンクによって供給される無効励起によって径半径の空隙が磁化される。１つ以上のコンデンサバンクは、第１の磁気コアの一次巻線（使用されている場合）または１つ以上の三次巻線に結合され、径方向の空隙を磁化するために必要な遅れ力率無効電力と、巻線のいずれかの漏れインダクタンスをバランスさせるために、進み力率無効電力を供給し、三次巻線を励起して、ＡＣ／ＤＣコンバータを介して制御された電力を供給して、Ｎ個のＥＳＥを選択的に充電する。他のタイプの外部エネルギー源、及びエネルギーをＷＲＩＭ内に結合する方法が企図され、本発明の範囲内であることが理解される。

【0011】

実施形態では、ＷＲＩＭは、第１の磁気コアの周りに３６０度巻き付けられ、自己励起のために遅れ力率無効電力を供給するＡＣコンデンサバンクに結合される一次巻線を含む。別の実施形態では、一次巻線は省かれるか、または接続されない。１つまたは複数のＡＣコンデンサバンクが、それぞれの三次巻線に結合されて、自己励起のために無効電力を供給する。三次巻線を介してそれぞれのＡＣコンデンサバンクに結合されるＥＳＥは、独立して充電され、放電され得る。

【0012】

実施形態では、ＡＣ出力電圧は、三次巻線のそれぞれの巻数に対する二次翼での巻数によって定義される変成比によってスケーリングされる。昇圧トランスの変圧比は１：１より大きく、出力電圧を増加させるように機能する。例えば、５：１の巻数比と、それぞれ５０ＶのＤＣを供給する４つのＥＳＥとを仮定する。４つのＥＳＥすべてを同時に放電すると、１，０００ＶのＡＣのＡＣ出力電圧（５０＊４＊５として計算）を供給できる。昇圧トランスの変圧比は、はるかに少ない蓄電池によって、はるかに高い出力電圧をサポートすることができる。代わりに、巻線比は、低電圧負荷に対応するために降圧トランスの変圧比（１：１未満）をもたらすように設計され得る。

【0013】

実施形態では、ＷＲＩＭは、シャフトに結合されたフライホイールを任意選択で含む。ＥＳＥ、フライホイール、電力調整コンバータ、及び負荷のそれぞれは、エネルギーの双方向伝達のために適切に構成される。エネルギーは、ＥＳＥまたはフライホイールを充電するためにプライムムーバから、または負荷に直接流れ得る。ＥＳＥからのエネルギーは、負荷または場合によってはフライホイールに流れ得る。フライホイールからのエネルギーは、ＥＳＥを充電するために、または負荷に逆流する場合がある。最後に、未使用の場合、負荷に貯蔵されたエネルギーは、ＥＳＥ及びフライホイールに伝達されて戻され得る。

【0014】

実施形態では、一次（例えば、ステータ）（使用される場合）巻線、二次（例えば、ロータ）巻線、及びＮ個の三次巻線のそれぞれは、相互に電気的に絶縁され、Ｎ個のＥＳＥは、相互に電気的に絶縁される。

【0015】

実施形態では、単一の一次（例えばステータ）巻線がＡＣコンデンサバンクに結合され、Ｎ個の三次巻線がＷＲＩＭの同じステータスロットを共有するとすると、Ｎ個の双方向ＡＣ／ＤＣコンバータは独立して制御可能で、１つ以上のＥＳＥを排他的に選択的に充電するか、または（ＸＯＲ）独立して制御可能で、１つ以上のＥＳＥを選択的に放電する。単一の一次側は、異なるＥＳＥを同時に充電及び放電することができない。

【0016】

実施形態では、一次（例えば、ステータ）巻線はＭ個の一次巻線にセグメント化され、そのそれぞれはＡＣコンデンサバンクに結合される。各ＡＣコンデンサバンクは、好ましくは、多相コンデンサバンクである。各一次巻線は、１つ以上の三次巻線に磁気的に結合される。ＷＲＩＭコントローラは、異なる一次巻線及びＡＣコンデンサバンクに逆結合されたＥＳＥを独立して充電または放電するように構成可能である。ＷＲＩＭコントローラは同時に、Ｍ個の一次巻線の第１のサブセットに結合された１つまたは複数のＥＳＥを充電し、第１及び第２のサブセットが重複しないＭ個の一次巻線の第２のサブセットに結合された１つまたは複数のＥＳＥを放電できる。例えば、６個の一次巻線がそれぞれ２個の三次巻線に結合されている場合（合計で１２個の三次巻線）、ＷＲＩＭコントローラは同時に、６つの第１の三次巻線に結合されたＥＳＥを充電し、一方で６つの第２の三次巻線に結合されたＥＳＥを放電し得る。

【0017】

実施形態では、ＥＳＥが放電されると、それらの端子電圧が低下し、ＡＣ出力電圧が目標電圧未満になり得る。または、ＡＣ出力電圧は、他の理由で、目標電圧を超える場合がある。負荷力率コントローラを負荷生成出力に結合して誘導抵抗負荷を変調し、ＷＲＩＭの力率を能動的に調整してシャフトの回転速度を変化させ、ＡＣ出力電圧を目標電圧の指定された許容範囲内に維持することができる。例えば、スリップの増加（ロータ速度の減少）によって、誘導されるＡＣ出力電圧が増加し、ＥＳＥ電圧の低下が考慮される。

【0018】

実施形態では、フライホイールはシャフトに結合されて、フライホイールが加速されるときに運動エネルギーを貯蔵し、フライホイールが減速するときに運動エネルギーをＷＲＩＭに戻す。フライホイールは、ＷＲＩＭのシャフトに直接結合されてよい、またはＷＲＩＭとフライホイールとの間で速度変化をもたらす中間ギアボックスを有してよい。実施形態では、ＷＲＩＭコントローラは、ＥＳＥとフライホイールの両方を充電して、エネルギーを貯蔵する。電池の場合、例えば、ＥＳＥはフライホイールよりもはるかに長い時定数で、ゆっくりと充電される。実施形態では、ＷＲＩＭコントローラは、負荷にエネルギーを供給するために、ＥＳＥとフライホイールの両方を放電する。ＥＳＥは、フライホイールよりもはるかに短い時定数で迅速にエネルギーを供給する。通常、ＥＳＥが部分的に使い果たされたら、フライホイールはエネルギーを供給し始める。フライホイールは、プライムムーバによってＷＲＩＭを介して負荷生成出力に供給されるエネルギー／電力を「緩衝」するために使用できる。結果として、プライムムーバのピーク電力能力は、負荷に供給できるピーク電力よりもはるかに低くなり得る。プライムムーバからの入力電力は、時間の経過と共に統合され、次に、例えば大きな過渡パルスで放出される。

【0019】

異なる実施形態では、ＷＲＩＭコントローラは、ＥＳＥ及びフライホイール（設けられている場合）に貯蔵されたエネルギーのみを使用して、負荷にエネルギーを供給するために、プライムムーバをＷＲＩＭから切り離す、または負荷に追加のエネルギーを供給するためにプライムムーバをＷＲＩＭに結合したままにする。

【0020】

本発明のこれら及び他の特徴及び利点は、添付の図面と併せて、以下の好ましい実施形態の詳細な説明から当業者には明らかになるであろう。

【図面の簡単な説明】

【0021】

【図1】上述のように、既知のエネルギー貯蔵電源のブロック図であり、降圧トランスが個々の蓄電池を充電するように構成され、個々の蓄電池が直列に接続され、それらの電圧を合計し、エネルギーを負荷に供給する。

【図2】ＷＲＩＭにエネルギーを供給するためにプライムムーバを使用するエネルギー貯蔵電力システムのブロック図であり、それは、個々のＥＳＥとの間でエネルギーを伝達して、負荷にエネルギーを供給する。

【図3】プライムムーバと、ＥＳＥと、フライホイールと、負荷との間の双方向のエネルギーの流れを示す図である。

【図4A】三相エネルギー貯蔵電力システムの概略図であり、ＡＣコンデンサバンクが一次（ステータ）巻線に結合され、ＷＲＩＭ、双方向ＡＣ／ＤＣコンバータ、及びそこで使用される負荷力率コントローラの自己励起に必要な進み力率無効電力を供給する。

【図4B】三相エネルギー貯蔵電力システムの概略図であり、ＡＣコンデンサバンクが一次（ステータ）巻線に結合され、ＷＲＩＭ、双方向ＡＣ／ＤＣコンバータ、及びそこで使用される負荷力率コントローラの自己励起に必要な進み力率無効電力を供給する。

【図4C】三相エネルギー貯蔵電力システムの概略図であり、ＡＣコンデンサバンクが一次（ステータ）巻線に結合され、ＷＲＩＭ、双方向ＡＣ／ＤＣコンバータ、及びそこで使用される負荷力率コントローラの自己励起に必要な進み力率無効電力を供給する。

【図5A】１２極ＷＲＩＭの実施形態の図であり、一次（ステータ）巻線が固定磁気コアの周りに３６０度巻き付けられ、二次（ロータ）巻線が回転磁気コアの周りに３６０度巻かれ、３つの三次巻線はそれぞれ、固定磁気コアのそれぞれ１２０度で巻かれて、３つの絶縁エネルギーポートを設けており、また三次巻線の巻き付けの図である。

【図5B】１２極ＷＲＩＭの実施形態の図であり、一次（ステータ）巻線が固定磁気コアの周りに３６０度巻き付けられ、二次（ロータ）巻線が回転磁気コアの周りに３６０度巻かれ、３つの三次巻線はそれぞれ、固定磁気コアのそれぞれ１２０度で巻かれて、３つの絶縁エネルギーポートを設けており、また三次巻線の巻き付けの図である。

【図6】一次（ステータ）巻線が６つのセグメントにセグメント化され、各セグメントがＡＣコンデンサバンク及び２つの三次巻線に磁気的に結合されて、一次巻線の異なるセグメントによって補助されるＥＳＥの同時充電及び放電を容易にする、ＷＲＩＭの実施形態の図である。

【図7A】６つの隔離エネルギー貯蔵ポートを有する１２極ＷＲＩＭの実施形態の一次、二次、及び６つの三次巻線の巻線の図である。

【図7B】６つの隔離エネルギー貯蔵ポートを有する１２極ＷＲＩＭの実施形態の一次、二次、及び６つの三次巻線の巻線の図である。

【図7C】６つの隔離エネルギー貯蔵ポートを有する１２極ＷＲＩＭの実施形態の一次、二次、及び６つの三次巻線の巻線の図である。

【図7D】６つの隔離エネルギー貯蔵ポートを有する１２極ＷＲＩＭの実施形態の一次、二次、及び６つの三次巻線の巻線の図である。

【図8A】図７Ａ～図７Ｄに示すＷＲＩＭの設計パラメータを指定する表である。

【図8B】図７Ａ～図７Ｄに示すＷＲＩＭの設計パラメータを指定する表である。

【図8C】図７Ａ～図７Ｄに示すＷＲＩＭの設計パラメータを指定する表である。

【図9】１つまたは複数のＡＣコンデンサバンクがそれぞれの三次巻線に結合されて、自己励起に必要とされる進み力率無効電力を供給する、ＷＲＩＭの代替実施形態の図である。

【発明を実施するための形態】

【0022】

本発明は、プライムムーバなどの外部電源からエネルギーを受け取るために巻線形誘導電動機（ＷＲＩＭ）を使用し、ＷＲＩＭの自己励起によりＮ個のエネルギー貯蔵素子（ＥＳＥ）にエネルギーを貯蔵し、ＥＳＥを放電してエネルギーを負荷生成出力に供給する貯蔵エネルギー電源を提供する。エネルギー貯蔵及び供給は、ロータに取り付けられたフライホイールで補完することができる。ＷＲＩＭは、高レベルのＡＣ及びＤＣ出力電圧を供給するための安全で信頼性の高い効率的なシステムを設ける。

【0023】

本明細書で使用される場合、プライムムーバは、１つ以上の形態のエネルギー（化学的、電気的、流圧／流量など）を機械的な力に変換して、磁気コア及び場合によってはフライホイールに結合されたシャフトを回転させる任意の機械である。プライムムーバの例は、燃焼エンジン、風力タービン、またはガスタービンである。

【0024】

本明細書で使用される場合、一般的に言えば、ＷＲＩＭは、実施形態に応じて、第１の磁気コアの周りに３６０度巻き付けられる一次巻線を含む場合もあれば、含まない場合もあり、第１の磁気コアに対して回転するように構成され、負荷生成出力に結合される第２の磁気コアの周りに３６０度巻き付けられる二次巻線、及びそれぞれ３６０／Ｎ度で巻き付けられ、第１の磁気コアの周りに分配され、一次巻線（使用される場合）及び二次巻線の両方に磁気的に結合される、Ｎ個の三次巻線を含む。一般に、一次（ステータ）巻線及び三次巻線は、いずれかの磁気コアに巻き付けられ、二次（ロータ）巻線は、相互に対して回転する他方のコアに巻き付けられ得る。より慣習的には、一次（ステータ）巻線は固定磁気コアに巻き付けられ、ロータ巻線は、固定磁気コアの内側で回転する内側磁気コアに巻き付けられる。一般性を失うことなく、本発明の実施形態は、追加の三次巻線が固定磁気コアの周りに分配されるステータ及びロータ巻線の従来の命名法を使用して説明される。さらに、巻線は、単相または多相であってもよい。一般性を失うことなく、本発明を従来の三相巻線を使用して説明する。

【0025】

次に図２を参照すると、エネルギー貯蔵電源２００の実施形態は、ＷＲＩＭ２０２を含む。ＷＲＩＭ２０２は、固定磁気コア２０６の周りに３６０度巻かれたステータ巻線Ｓ２０４と、固定磁気コア２０６の内部で回転するように構成された回転磁気コア（「ロータ」）２１０の周りに３６０度巻かれたロータ巻線Ｒ２０８と、Ｎ個の三次巻線Ｔ１、Ｔ２、…、ＴＮ２１２であって、それぞれ３６０／Ｎ度巻かれ、固定磁気コア２０６の周りに分散され、一次巻線及び二次巻線の両方に磁気的に結合された、三次巻線Ｔ１、Ｔ２、…、ＴＮ２１２とを有する。径方向の空隙２１３が、ロータ２１０を固定磁気コア２０６から分離する。ステータ巻線２０４は、一般的である単一の多相均等分布巻線として示されている。後述されるように、ステータ巻線は、それぞれが１つまたは複数の三次巻線に磁気的に結合されるＭ個のセグメントにセグメント化され得る。ステータ、ロータ、及び三次巻線は、ｉ＝１～Ｎに対してそれぞれの巻数比Ｎｓ、Ｎｒ、及びＮｔ（ｉ）を有する。ステータ対三次の比率Ｎｓ／Ｎｔ（ｉ）は、三次巻線のそれぞれでのＡＣ電圧の大きさを判定する。ロータ対三次の比率Ｎｒ／Ｎｔ（ｉ）は、三次巻線からロータ巻線への変換比率（昇圧または降圧）を判定する。エネルギー貯蔵ポート２１４は、それぞれの三次巻線２１２に結合され、負荷生成出力２１６は、ロータに結合される。

【0026】

プライムムーバ２１８は、ロータ２１０を回転させるシャフト２２０を回転させ、ＷＲＩＭ２０２に動力を供給する。ＡＣコンデンサバンク２０４は、ステータ巻線Ｓ２０４に結合される。ＡＣコンデンサバンク２２１は、径方向の空隙を磁化するために必要な遅れ力率無効電力と、巻線の漏れインダクタンスをバランスさせるために、進み力率無効電力を供給し、ＷＲＩＭに「自己励起」するようにする。

【0027】

各ポートは、双方向ＡＣ／ＤＣコンバータ２２４に接続され、それは、エネルギー貯蔵素子（ＥＳＥ）２２６に接続される。ＥＳＥは好ましくは、互いから電気的に絶縁２２８されている。各ＥＳＥ２２６は、１つ以上の直列に接続された蓄電池２３０、例えば、電池、高密度コンデンサ、または燃料電池を含む。現在の技術では、各セルは、完全に充電されたときに約２～３ＶのＤＣを生成することができる。ＥＳＥは同一であってもなくてもよく、同じ総ＤＣ電圧を生成する場合もあれば、生成しない場合もある。結果的に、一次対三次の巻線比は、異なるＥＳＥを充電するため異なるＤＣ電圧を供給するように設計され得る。

【0028】

ＷＲＩＭを起動し、ロータ２１０を速度まで上げるために、プライムムーバ２１８が、開始エネルギーを与えてシャフト２２０及びフライホイール２４０を基準の速度まで上昇させてエネルギーを貯蔵するべく使用される。ギアボックス２４１は、使用されてもされなくてもよい。好ましい実施形態では、ギアボックスがプライムムーバの速度を増加させて、フライホイール２４０及びＷＲＩＭ２０２が他の場合よりも高速になり、したがって、より高い電力密度になるのを可能にする。ＥＳＥ ＡＣ／ＤＣコンバータ２２４は非通電にされ、三次巻線２１２を開く。ロータ２１０が基準のシャフト速度（例えば、３６００ｒｐｍ）まで上昇すると、ロータは、巻線２０４を介して適所にコンデンサシャント励起を行い、三次巻線２１２を磁化する。

【0029】

ＥＳＥ１１６のうちの１つ以上を選択的に充電するために、プライムムーバ２１８は、シャフト２２０を回転させて、ステータ巻線Ｓ２０４に結合されたＡＣコンデンサバンク２２１によって供給される無効励起により径方向の空隙２１３を磁化して、ＷＲＩＭを自己励起する。ＡＣコンデンサバンクは、径方向の空隙２１３を磁化するために必要な遅れ力率無効電力と、巻線の漏れインダクタンスをバランスさせるために、進み力率無効電力を供給し、三次巻線２１２を励起して、ＡＣ／ＤＣコンバータ２２４を介して制御された電力を供給して、Ｎ個のＥＳＥを選択的に充電する。特定のＡＣ／ＤＣコンバータ２２４の電源がオフになっている場合、そのＥＳＥ２２６は充電されない。

【0030】

放電されると、各ＥＳＥは、それぞれのコンバータ２２４を通して、エネルギー貯蔵ポート２１４で対応する三次巻線２１２を励起するＡＣ電圧を生成して、回転磁界を形成して、ロータと固定磁気コアとの間の径方向の空隙２１３を磁化して、実質の電力をロータ磁気コアへ供給し、ロータ巻線２０８に磁気的に結合される全磁束に個々に寄与するようにする。エネルギー貯蔵ポートでのＡＣ電圧、したがって総磁束への寄与は、変換比率Ｎｒ／Ｎｔ（ｉ）によってスケーリングされる。その比率が１より大きい場合、それは三次の電圧レベルを増加させるための昇圧トランスとして機能する。比率が１未満である場合、それは三次の電圧レベルを低下させるための降圧トランスとして機能する。各ＥＳＥがそのコンバータを通して選択的に通電されるとき、機械の磁束は、磁気飽和限界まで制御可能な段階で増加する。１つまたは複数のＥＳＥは、同時にまたは連続して選択的に充電または放電され得る。

【0031】

回転磁界及び対応する総磁束は、それぞれのロータ対三次巻線比率によって重み付けされた放電ＥＳＥ２２６からの電圧の合計に比例するＡＣ出力電圧ＶｏｕｔＡＣをロータ巻線２０８に誘導し、結合されたエネルギーを負荷生成出力２１６に供給する。必要に応じて、双方向ＡＣ／ＤＣコンバータ２３２は、三次巻線のＡＣ出力電圧をＤＣ出力電圧ＶｏｕｔＤＣに変換する。出力電圧ＶｏｕｔＡＣまたはＶｏｕｔＤＣは、パルス形成ネットワーク（ＰＦＮ）２３４を充電するために使用されるか、またはＰＦＮなしで負荷２３６に直接供給される。ＰＦＮ２３４は、さらに説明するエネルギーのパルスを先鋭化するように配置された誘導性及び容量性素子から構成される。ＰＦＮ２３４は、ＷＲＩＭによって供給されるエネルギーを、それが負荷２３６に放出される前に、少なくとも一時的に貯蔵することができる。

【0032】

例として、ＷＲＩＭが全速で、または全速近くで回転している状態で、ＥＳＥ２２６のそれぞれは、それらの全レートの電圧まで充電される。これは、直列にそれぞれ２．０ボルトの２４個のバッテリーセルを表す例えば４８ボルトの低電圧のＤＣである。充電のためのエネルギーはプライムムーバ２１８から取り出される。エネルギー貯蔵電源２００の目的は、例えば１，０００ＶのＤＣの高電圧を最終出力で生成することであり、これは、機械式巻線で三相７５０ボルトのＡＣの最小値に対応する。充電モードでは、ステータ巻線の入力電圧は中程度に高く、三次巻線はより少ない巻数で巻かれ、それにより、約３８ボルトのライン対ラインの三相の各ＥＳＥのＡＣ／ＤＣコンバータ２２４のためのＡＣ電圧を必要とする、ＤＣ４８Ｖなどのセルのバンクのために、低電圧でセルの充電を行うことができる。ＷＲＩＭがステータ上で４８０ボルトのＡＣのために巻かれる場合、例示的な電圧巻数比は４８０：３８、つまり１２．６：１である。整数を必要とする実際の機械式巻線の場合、巻線の巻数比は１２：１になるべきである。例として３つのＥＳＥが構成され、対応する各ＡＣ／ＤＣコンバータが３８ＶＡＣの公称端子電圧を達成でき、７５０ＶのＡＣ最終出力が必要な場合、ロータ対三次電圧の比は７５０：（３×３８）または６．５８：１（ここでは機械のスリップを無視する）になる。実際には、ＷＲＩＭは、次に大きい整数を巻線の巻数比に対して有するため、ロータ対三次巻線の巻数比は７：１になることになる。１，０００ＶのＤＣ出力は７２個のバッテリーセルのみで作り出されるのに対し、直列接続電源では３７５個のバッテリーセルが必要となることに留意することが重要である。

【0033】

フライホイール２４０を、任意選択で、シャフト２２０を介してロータ２１０に機械的に結合して、運動エネルギーの貯蔵及び供給の両方を行ってもよい。周知のように、エネルギーは、ロータ速度を増加させることによってフライホイールに蓄えられ、ロータ速度を低下させることによってフライホイールから放出される。中間ギアボックス２４１は、ＷＲＩＭとフライホイールとの間で速度の変化をもたらすために使用され得る。ロータ速度は主にプライムムーバ２１８によって制御される。フライホイール２４０は通常、プライムムーバによって充電されるが、負荷またはＥＳＥのいずれかの過剰なエネルギーによって充電され得る。フライホイール２４０は、ＥＳＥ２２６の放電時定数よりも長い時定数でエネルギーを送出する。例えば、実施形態では、ＥＳＥ２２６の１つまたは複数は、負荷にエネルギーのバーストを供給するために放電される。ＥＳＥ２２６が部分的に放電されるとき、フライホイール２４０は、はるかに長い時定数でロータ２１０を通して負荷にエネルギーを供給するために使用される。この結合された放電特性は、多くの場合負荷にとって有益である。

【0034】

実施形態では、ＷＲＩＭコントローラは、ＥＳＥとフライホイールの両方を充電して、エネルギーを貯蔵する。電池の場合、例えば、ＥＳＥはゆっくりと充電され、フライホイールよりもはるかに長い時定数を有する。実施形態では、ＷＲＩＭコントローラは、負荷にエネルギーを供給するために、ＥＳＥとフライホイールの両方を放電する。現在の技術によれば、ＥＳＥは、フライホイールよりもはるかに短い時定数で迅速にエネルギーを供給することができる。通常、ＥＳＥが部分的に使い果たされたら、フライホイールはエネルギーを供給し始める。フライホイールは、プライムムーバによってＷＲＩＭを介して負荷生成出力に供給されるエネルギー／電力を「緩衝」するために使用できる。結果として、プライムムーバのピーク電力能力は、負荷に供給できるピーク電力よりもはるかに低くなる可能性がある。プライムムーバからの入力電力は、時間の経過と共に統合され、次に、例えば大きな過渡的なパルスで放出される。

【0035】

ＷＲＩＭコントローラ２４２は、開／閉（オフ／オン）ＥＳＥ ＡＣ／ＤＣコンバータ２２４、出力ＡＣ／ＤＣコンバータ２３２への制御信号と、シャフト２１８を回転させるため、及びフライホイール２４０を充電または放電するための制御信号をプライムムーバ２１８へ生成する。図３に関連して説明するように、完全双方向システムでは、エネルギーを供給、貯蔵、及び送出する多くの異なる「モード」が存在する。

【0036】

ＷＲＩＭでは、ステータと三次巻線は、ロータ速度に関係なく、常に同じ周波数ｆ１である。ロータ出力巻線周波数ｆ３は、シャフト速度オメガＲに依存する変数である。ロータ回路の周波数はｆ３＝ｓ＊ｆ１であり、式中ｆ１は、巻線２０４または巻線２１２のいずれかの一次巻線周波数（Ｈｚ）であり、ｓは、ｓ＝（オメガＳ－オメガＲ）／オメガＳとして定義される単位当たりのスリップであり、ここでのオメガＳは、２＊Ｐｉ＊ｆ１／極対として定義された同期シャフト速度、及びオメガＲは実際のシャフト速度であり、両方ともラジアン／秒単位である。

【0037】

ＷＲＩＭ２００がその同期（フル）速度に近い速度で動作している場合、ロータｆ３の出力周波数は低周波数になる。例えば、スリップ＝ユニットあたり０．１０、ｆ１が４００Ｈｚであれば、ロータ周波数は４０Ｈｚになる。出力の目的はこのロータの周波数を整流し、高電圧のＤＣ出力を生成することであり、実際の周波数はあまり重要ではないので、これは許容される。逆に、ＷＲＩＭシャフト速度が１／２速度点にあり、スリップ＝ユニットあたり０．５０である場合、２００Ｈｚのより高い出力周波数はまたＤＣに整流して許容される。

【0038】

ＥＳＥが完全に充電され、放電の準備ができている場合を考える。プライムムーバが切断されている。一旦ＡＣに変換されると、ＥＳＥの合計からの三次巻線電力は、ＷＲＩＭ空隙の径方向の磁束に磁気励起をもたらす。停止時では、三次巻線の組み合わせの作用により誘導されるロータ磁束は最大値に達する。完全な同期速度では、誘導されるロータ磁束はゼロに近いものになる。１０％などの実際的な動作スリップでは、誘導されるロータ磁束は、その停止時の値の１０％である。

【0039】

ＷＲＩＭでは、結合されたＥＳＥの全出力が誘導機を通過する。これはスリップ動力として定義され、公称スリップ値、例えば１０％が常に存在する。エネルギーコンバータとしての機械の効率は一般に９２～９５％であるため、ロータにおける出力電力は、フル電力１単位当たり０．９２～０．９５となる。しかしながら、最も重要な態様は、電圧昇圧変換である。前に示したように、所望の全体的なロータ：三次電圧変換比が７：１であり、動作スリップが１０％である場合、実際の巻線の巻数比は、１０×７、つまり７０：１になるべきである。有効な巻数比はＮｒ／（Ｎｔ（ｉ）＊ｓｌｉｐ）である。これは、実装するための現実的な数である。例えば、三次巻線は１２回ターン／相を有することができ、ＥＳＥはそれぞれ３６のターン／相を集合的に有し、ロータは２５２０回のターン／相で巻かれる。１２極機では、これは２１０ターン／相／極に達する。ロータは一般に、３スロット／極／相を有し得、したがって、位相ごとのスロットあたりのターンは７０ターンである。

【0040】

別の実際的な問題は、各ＥＳＥに貯蔵されたエネルギーが、その放電によって枯渇するにつれて、その端子電圧も低下することである。目標値の指定された公差内での負荷生成出力でＶｏｕｔＡＣまたはＶｏｕｔＤＣを維持することが望ましい。１つの既知のアプローチは、入力電圧と出力電圧の比を変えるようにＡＣ／ＤＣコンバータ２２４を制御することである。コンバータは、放電ＥＳＥからのＤＣ入力電圧の連続的な減少を補償するために反転モードにあるときに、スイッチングデバイスのゲーティングアクションによってＡＣ出力電圧を昇圧する、または一定に維持できる能動式前縁を備えて構築されている。新しいアプローチ（図４Ｃにより詳細に示される）は、（力率を１に戻すために容量性負荷を補償することを実行することでそれ自体知られている）負荷率電力コントローラ２４４を使用して、（ａ）二次負荷回路の力率を、純粋な抵抗負荷（単一力率）から低下させる、または（ｂ）補助及び制御可能な誘導ブランチによって分岐された抵抗負荷にする。これによりスリップが効果的に修正され、次に変換比が修正され、Ｖｏｕｔが目標値に保持される。

【0041】

代替の実施形態では、２つのロータアセンブリ４０８及び４１０が、共通シャフト４２０に、また共通プライムムーバ４１８に接続される。各ロータは、別個のステータアセンブリ４０４内で動作し、各ステータは、Ｎ１及びＮ２のＥＳＥの別個のエネルギー貯蔵素子４２６と、２つ以上の独立した電気負荷に磁気的に結合されたＮ１及びＮ２の三次巻線４１２とを有する。

【0042】

図３に示すように、エネルギー貯蔵電源２００の描写は、システムを通る異なる双方向のエネルギーの流れ、及び異なる動作の「モード」を示すために簡略化されている。ロータ巻線出力ＡＣ／ＤＣコンバータ及び負荷率電力コントローラは、簡単にするために省かれている。巻線のそれぞれは、三相として示されている。明確にするために、図２と同様の参照符号を維持する。

【0043】

静電（電気化学）蓄電池／バンク（ＥＳＥ）の正確な数に関係なく、エネルギー貯蔵電源には４つの異なるタイプのエネルギー貯蔵技術があり得ることが理解される。
１． フライホイール慣性エネルギー貯蔵。
２． 低電圧レベルでの静電／電気化学エネルギーの貯蔵。
３． 高電圧レベルでの出力パルス形成ネットワーク（ＰＦＮ）での容量性エネルギー貯蔵。
４． 電気機械（ＷＲＩＭ）空隙及び巻線のインダクタンスにおける磁気エネルギー貯蔵。
エネルギーは次のように定義される。
Ｅ１＝プライムムーバのエネルギー。
Ｅｆ＝機械的エネルギーとしてＷＲＩＭロータに入り、ロータから出るフライホイール運動エネルギーの流れ。
ＥＦｍ＝規定の最大速度においてフライホイールに貯蔵される運動エネルギーの最大量。
ＥＳ１、ＥＳ２、ＥＳ３＝それぞれのＥＳＥに出入りするエネルギーの流れ、必要なＡＣ／ＤＣコンバータは、ゼロまたは最小限のエネルギー貯蔵を有する。エネルギー量はＥＳＥによって異なる場合があることに留意されたい。
Ｅｏ＝ＷＲＩＭロータ巻線によって生成される、または吸収される中間出力エネルギー、好ましい実施形態では、これは高電圧出力または中電圧出力であり、ＡＣ／ＤＣ整流後のこのエネルギーは、パルス形成ネットワークまたは電力負荷をＰＦＮなしで直接充電するために使用される。
Ｅｆｏ＝パルス形成ネットワーク（ＰＦＮ）の最終的なエネルギー出力、ＰＦＮは、そのコンデンサバンクにエネルギーを貯蔵し、負荷抵抗器へのエネルギーの流れを制御するためのサイリスタなどの出力電子スイッチを含むため、一度に大量のエネルギーを放出するか、またはこのエネルギーをより少量に分割することができる。

【0044】

最も一般的な構成では、フライホイール、ＥＳＥ、及び負荷はエネルギーを双方向に伝達する。ＷＲＩＭコントローラは、実質的に任意の組み合わせでコンバータを介して異なるエネルギー源をオン／オフにして、任意の供給源から任意の供給源にエネルギーを伝達及び貯蔵することができる。

【0045】

システムエネルギーフローの最も重要な態様は、７つの基本モードに含まれる。

【0046】

モード０－Ｅ１プライムムーバのエネルギーは、最初にフライホイールを充電する、つまりＥ１＝Ｅｆ＋ＷＲＩＭのウィンデイジの損失。一定期間後、Ｅ１はプライムムーバからＥＳ１、ＥＳ２、及びＥＳ３を介して複数のＥＳＥを充電する。ここで、Ｅ１＝ＥＳ１＋ＥＳ２＋ＥＳ３と３つのＡＣ／ＤＣコンバータでの少量の損失と、三次巻線損失とが、ステータ巻線Ｓによって補償される。

【0047】

モード１－慣性エネルギーＥｆのフライホイール出力の一部は、貯蔵装置のエネルギーＥＳ１、ＥＳ２、及びＥＳ３の合計と結合し、これらが三次巻線の複数のセットに放出されることで、可能な最大出力エネルギーＥｏが供給され（ＷＲＩＭ内に貯蔵され）、その後、ロータ巻線Ｒから負荷生成出力に整流され、結果として生じるＤＣ電力は、パルス形成ネットワークコンデンサエネルギーバンク（ＰＦＮ）にルーティングされ、次に最終負荷にルーティングされる。

【0048】

モード２－プライムムーバの電源がオフにされる。フライホイールは、モード１で、または前の関与もしくはミッションからの別のモードからのいずれかで予め充電されていた。フライホイールエネルギーは最大運動レベルＥｆｍに保たれ、最初は放出されない。低電圧レベルでの静電（または電気化学）供給源ＥＳ１、ＥＳ２、及びＥＳ３は、任意選択の整流によりロータ巻線によって磁気的に結合される。これらのエネルギーＥＳ１、ＥＳ２、及びＥＳ３は、放出され、出力エネルギーＥｏ及び最終出力Ｅｆｏを生じ、ＥＳＥはそのポテンシャルエネルギーレベルの半分程度にまで下げられる。その後、フライホイールを使用して、バランス方程式Ｅｆ＝ＥＳ１＋ＥＳ２＋ＥＳ３に従ってＥＳＥをまとめて再充電し、これにより、ロータ巻線Ｒは、機械の空隙を磁化するために使用され、また、制御されたレートでＥＳＥを再充電するための電圧／電力を生成する巻線としても機能する。このモードでは、フライホイールがこのモードの全期間回転していると想定している。

【0049】

モード３－プライムムーバはオンであり、ステータ巻線ＳはＡＣコンデンサバンクを介して励起される。フライホイールは、モード１で、または前の関与もしくはミッションから別のモードからのいずれかで予め充電されていた。フライホイールエネルギーは最大運動レベルＥｆｍに保たれ、最初は放出されない。低電圧レベルのＥＳＥ ＥＳ１、ＥＳ２、及びＥＳ３は、ロータ巻線によって磁気的に結合され、整流後、これらは放電され、出力エネルギーＥｏ及び最終出力Ｅｆｏを生成し、ＥＳＥはそのポテンシャルエネルギーレベルの半分程度まで低下する。その後、回転中のプライムムーバとフライホイールが共同で使用され、バランス方程式（Ｅ１＋Ｅｆ）＝ＥＳ１＋ＥＳ２＋ＥＳ３に従って静電供給源が再充電され、それによりステータ巻線Ｓが機械の空隙を磁化するために使用され、ロータ巻線が電圧／電力発生巻線として機能して、フライホイールがその運動エネルギーの一部を現在供給していることに基づいて、制御されたレートでＥＳＥを再充電する。複数のＡＣ／ＤＣコンバータは、各エネルギー源への充電レートを個別に制御し、過充電を回避する。

【0050】

モード４－ＥＳＥを順次放電する、または１つのＥＳＥのみが完全に放電される。ＥＳ１を完全に放電させ、ＥＳ２及びＥＳ３を活発に放電させているが、まだ枯渇していない。ＥＳＥへの電流、電圧、及び電力／エネルギーを調節する独立したＡＣ／ＤＣコンバータを使用することにより、フライホイールエネルギーＥｆは、ＥＳ１を充電し、また、次のように表される主要な出力エネルギーＥｏに寄与する。
Ｅｆ＝ＥＳ１＋ｋ１（Ｅｏ）、式中ｋ１は、負荷に対するフライホイールの寄与の比例定数であり、例えばユニットあたり０．３０であり、
ＥＳ２＋ＥＳ３＝ｋ２（Ｅｏ）、式中ｋ２は、出力負荷に寄与する２つのエネルギー源の比例定数であり、例えば、ユニットあたり０．７０、ｋ１＋ｋ２＝ユニットあたり１．０である。

【0051】

モード５－ＥＳ１～ＥＳ３の過去の放電機能により、ＰＦＮは完全な容量性エネルギー貯蔵レベルＥ－ＰＦＮまで充電され、最終負荷は始動も接続もされないため、制御システムはＰＦＮの出力エネルギーをＷＲＩＭに返す必要があり、そのときこの回収されたエネルギーＥｏを、フライホイール、ＥＳＥのいずれか、またはその両方に分配する。この場合も、ロータ巻線は、機械の空隙を磁化するように機能し、個々のエネルギーレベルに応じて、（ＰＦＮに貯蔵された）出力エネルギーＥｏの一部をＥＳＥのうちの１つ、２つ、または３つに供給する発生巻線として機能する。ＡＣ／ＤＣコンバータの制御システムは、最低の電圧／充電レベルを有し、この回収されたエネルギーを取得する際にこの供給源に優先権を与えるＥＳＥを測定する。ＥＳＥがＥｏのいずれのさらなる部分をも受け入れることができず、フライホイールが完全に充電されている場合（つまりＥｆ＝Ｅｆｍ）、この回収されたエネルギーＥｏを外部の抵抗バンクに排出しなければならない。

【0052】

モード６－全ＥＳＥの大部分が完全に充電される。プライムムーバは切断され、ロータは、最初は停止している。負荷を始動するためにＰＦＮを充電する要求があると、エネルギーが、ＷＲＩＭを起動し、ロータ及びフライホイールを有意な動作速度まで上昇させるために、ＥＳＥから伝達される。フライホイールもしくはＥＳＥ、または両方からのエネルギーは、そのとき、集合的に、ＰＦＮ及び負荷にエネルギーを供給するために使用される。

【0053】

次に図４Ａ～４Ｃを参照すると、３相エネルギー貯蔵電源４００の実施形態は、ＷＲＩＭ４０２を含む。ＷＲＩＭ４０２は、固定磁気コア４０６の周りに３６０度巻かれた３相ステータ励磁巻線Ｓ４０４と、固定磁気コア４０６の内部で回転するように構成された回転磁気コア（「ロータ」）４１０の周りに３６０度巻かれた３相ロータ巻線Ｒ４０８と、Ｎ個の三相三次巻線Ｔ１、Ｔ２、…、ＴＮ４１２であって、それぞれ３６０／Ｎ度巻かれ、固定磁気コア４０６の周りに分布され、一次巻線及び二次巻線の両方に磁気的に結合された、三相三次巻線とを有する。ロータ巻線は通常、３つのスリップリングのセットと、ロータとＡＣ電流を伝達するためにセットされた電気ブラシとを含む。

【0054】

三相ステータ励起巻線は、「デルタ」巻線として示されているが、Ｙ字などの他の一般的な構成が使用され得る。ステータ、ロータ、及び三次巻線は、ｉ＝１～Ｎに対してそれぞれの巻数比Ｎｓ、Ｎｒ、及びＮｔ（ｉ）を有する。ステータと三次の比率Ｎｓ／Ｎｔ（ｉ）は、三次巻線のそれぞれでのＡＣ電圧の大きさを判定する。ロータ対三次の比率Ｎｒ／Ｎｔ（ｉ）は、三次巻線からロータ巻線への変換比率（昇圧または降圧）を判定する。三相エネルギー貯蔵ポート４１４は、それぞれの三相三次巻線４１２に結合され、三相負荷生成出力４１６は、ロータに結合される。

【0055】

プライムムーバ４１８は、シャフト４２０、及び任意選択で、シャフトに結合されたフライホイール４１３を回転させて、ＷＲＩＭに動力を供給する。プライムムーバ４１８は、シャフト４２０を回転させて、真空遮断器４１７を介して三相ステータ巻線Ｓ４０４に結合されたＡＣコンデンサバンク４１５（例えば、デルタ構成で接続された３つのコンデンサ）によって供給される無効励起で、径方向の空隙を磁化し、ＷＲＩＭを自己励起させる。ＡＣコンデンサバンクは、径方向の空隙を磁化するために必要な遅れ力率無効電力と、固定的磁気コアにおける巻線の一次及び三次巻線の漏れインダクタンスをバランスさせるために、進み力率無効電力を供給し、三次巻線４１２を励起して、三相エネルギー貯蔵ポート４１４で制御された電力を供給する。

【0056】

各三相エネルギー貯蔵ポート４１４は、双方向三相ＡＣ／ＤＣコンバータ４２４に接続され、それは、エネルギー貯蔵素子（ＥＳＥ）４２６に接続される。ＡＣ／ＤＣコンバータ４２４が整流モードで動作するように制御されるとき、ＤＣ電圧及び電力がＥＳＥ４２６に印加されて、ＥＳＥを充電する。ＡＣ／ＤＣコンバータ４２４が反転モードで動作するように制御されるとき、ＥＳＥ４２６は放電し、三次巻線でＡＣ電圧を生成し、これは、ロータ巻線４０４に磁気的に結合される全磁束に寄与して、三相負荷生成出力４１６で三相出力電圧ＶｏｕｔＡＣを生成する。

【0057】

出力電力は、三相双方向ＡＣ－ＤＣコンバータ４３０を介してパルス形成ネットワーク（ＰＦＮ）４３２に導かれる。ＰＦＮは、２段のＰＦＮ（Ｌ１、Ｃ１、Ｌ２、Ｃ２）として示されており、それにより、ＰＦＮの充電は、インダクタＬ１の入力側に接続されたＩＧＢＴまたはサイリスタなどの直列接続された固体スイッチＳＷｘによって制御される。出力負荷ＲＬ４３４は、固体状態または電気機械的であり得るスイッチＳＷ１を閉じることによって制御される。

【0058】

負荷力率コントローラ４３８は、ロータ巻線の三相出力で、三相負荷生成出力４１６に接続される。ＷＲＩＭがフルの速度に達した後、コントローラ４３８は、そうでなければ抵抗負荷４３４にインダクタンスを追加して、ＷＲＩＭの力率を低下させることができる。これにより、ロータ電流が増加し、また、動作スリップが修正され、それによりロータの回転速度が変わって、ＡＣ出力電圧が目標電圧の許容範囲内に維持される。

【0059】

図４Ｂは、業界で一般的な双方向三相ＡＣ／ＤＣコンバータ４２４の実施形態を示している。ＡＣ／ＤＣコンバータ４２４は、三相エネルギー貯蔵ポート４１４で三次巻線４１２とＥＳＥ４２６との間に並列に接続された三相受動式ダイオードブリッジ整流器４５０と能動式サイリスタ（またはＩＧＢＴ）インバータ４５２とを含み、ＥＳＥをそれぞれ交互に充電及び放電する。整流器４５０は、３対の直列接続ダイオード４５４を含む。三相エネルギー貯蔵ポート４１４は、各対のダイオード４５４の間に接続される。整流器４５０は、エネルギー貯蔵ポート４１４での三相ＡＣ電圧を、ＥＳＥを充電するために印加されるＤＣ電圧に変換する。インバータ４５２は、３対の直列接続サイリスタ４５６を含む。ゲーティングコントローラ４５８は、サイリスタ４５６の第^３のリード線を駆動する。三相エネルギー貯蔵ポート４１４は、各対のダイオード４５４の間に接続される。インバータ４５２は、ＥＳＥのＤＣ電圧をエネルギー貯蔵ポート４１４で三相ＡＣ電圧に変換して、ＥＳＥを放電し、負荷を駆動する。”Ａ ＢＡＳＩＣ ＧＵＩＤＥ ＴＯ ＰＯＷＥＲ ＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣＳ” ＢＹ Ａｌｂｅｒｔ Ｋｌｏｓｓ， Ｊｏｈｎ Ｗｉｌｅｙ ＆ Ｓｏｎｓ， Ｃｈ ８ Ｐｏｗｅｒ Ｂａｌａｎｃｅ ｉｎ Ｔｈｒｅｅ－Ｐｈａｓｅ Ｂｒｉｄｇｅ Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒｓ， ｐａｇｅｓ １００－１１５， １９８４を参照のこと。

【0060】

図４Ｃは、業界で一般的な負荷率電力コントローラ４３８の実施形態を示す。負荷力率コントローラ４３８は、ロータの出力で、三相負荷生成出力４１６に接続される。コントローラは３つの脚部を有し、各脚部は、インダクタ４６０（Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３）、好適にはエアコアＡＣインダクタ、抵抗器（Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３）、及び双方向の電流を生じさせるために逆並列に接続された一対のサイリスタ４６２と４６４の直列での接続を含む。ゲーティング位相角コントローラ４６６は、ＷＲＩＭコントローラから入力された信号を受信し、各サイリスタのゲートリード線に制御信号を生成する。負荷率電力コントローラ４３８は、負荷回路の力率を、純粋に抵抗性のものから部分的に誘導性のものに変更し、これにより、力率が１近くから遅れ値まで低下する。これにより、ロータ電流が増加して、また、動作スリップが修正され、それによりロータの回転速度が変わって、ＡＣ出力電圧が目標電圧の許容範囲内に維持される。多相誘導バンクの使用は、この速度スリップ制御スキームでは、感知できるほどの実際の電力損失がないことを意味する。”Ｉｎｄｕｃｔｉｏｎ Ｍａｃｈｉｎｅｓ” ｂｙ Ｐｈｉｌｉｐ Ｌ． Ａｌｇｅｒ， Ｇｏｒｄｏｎ ａｎｄ Ｂｒｅａｃｈ Ｓｃｉｅｎｃｅ Ｐｕｂｌｉｓｈｅｒｓ， ＣＨ ８， ｐａｇｅｓ ２６１－２６５， １９７０を参照のこと。

【0061】

ここで図５Ａ及び５Ｂを参照すると、エネルギー貯蔵電源として使用するように構成されたＷＲＩＭ５００の実施形態が、３つの三次巻線グループを備えた１２極１０８ステータスロット／９０ロータスロットマシンである。ＷＲＩＭ５００は、固定磁気コア５０４の周りに３６０度で巻かれる一次（ステータ）巻線５０２を含む。ステータスロット１～１０８は、スロットの底部に位置する従来の三相巻線でデルタ接続された１２極の重ね巻きの完全に分布された二層コイルを含む。この構成は、３スロット／極／相を有する。二次巻線５０６が、ロータ磁気コア５０８の周りに３６０度巻き付けられる。ロータスロット１～９０は、デルタ接続重ね巻き９０コイルの完全に分配された三相巻線を含み、これは、２．５スロット／極／相を有する従来の断片的なスロット巻線である。位相ごとの巻数及び電圧が高い。３つの三次巻線Ｔ１ ５１０、Ｔ２ ５１２、及びＴ３ ５１４はそれぞれ、正反対の位置で２×６０の周囲角度に巻き付けられ、固定磁気コア５０４の周りに分布される。ステータスロット１～１８は、三次巻線Ｔ１の第１の部分を含み、ステータスロット１９～３６は、三次巻線Ｔ２の第１の部分を含み、ステータスロット３７～５４は、三次巻線Ｔ３の第１の部分を含む。コイルのレイアウトは、すべてのグループ間でガルバニック絶縁でそれぞれ及びＹ字接続された三相重ね巻き二層コイルとして、３つの巻線すべてについて正反対に繰り返される。各２極グループは、直径方向の２極グループと並列に接続され、４つの極の合計は１２０度の弧を形成する。一次巻線はスロットの底部にあり、三次巻線はスロットの上部にある。３つの三次巻線の１２極配置を図５Ｂに示す。

【0062】

ここで図６を参照すると、エネルギー貯蔵電源６００の実施形態が、固定磁気コア６０５の周りに巻き付けられ、それぞれのＡＣコンデンサバンク６０６Ａ、６０６Ｂ…６０６Ｄに結合される、セグメント化された一次巻線６０４Ａ、６０４Ｂ、…６０４Ｆを有するＷＲＩＭ６０２を含む。この構成は、双方向三相ＡＣ／ＤＣコンバータ（図示せず）を介してＷＲＩＭの三次巻線に結合された異なるＥＳＥ（図示せず）を同時に充電または放電するための追加の柔軟性をもたらす。この例では、それぞれが２つの三次巻線に磁気的に結合される６つのセグメント化された一次巻線があり、合計１２個の三次巻線６１０が存在する。一般に、各一次巻線のセグメントは、任意の数の三次巻線に結合され得る。所与の時間に、三次巻線の各対またはグループは、充電している場合、または放電している場合があるが、両方ではない（例えば、ＸＯＲ動作）。しかしながら、異なる対の三次巻線が充電または放電されていてもよく、それらは互いに独立している。例えば、ステータは７２のスロットを有し、セグメント化された一次巻線は４スロット／極／相を有する。各三次巻線は、２スロット／極／相を有する。ロータ巻線６１２は、３スロット／極／相を有する合計５４のスロットで６極のロータ磁気コア６１４の周りに分布している。径方向の空隙６１５が、ロータ磁気コア６１４を固定磁気コア６０５から分離する。この構成によって、エネルギー貯蔵電源は、負荷にエネルギーを供給するために、他のＥＳＥを放電しながら、特定のＥＳＥを同時に充電または再充電することができる。

【0063】

ここで図７Ａ～図７Ｄ及び図８Ａ～図８Ｃを参照すると、６つの三次巻線のグループを有する１２極７２一次スロット／９０二次スロットＷＲＩＭの巻線の図及び設計の表が示されている。

【0064】

図７Ａに示すように、巻線形誘導電動機の１２極の一次（ステータ）巻線７００は、三相入力用に配置された一次巻線での総計７２個のステータスロットと７２のコイルとを有する。各相は、１相あたり２４のコイルとして直列接続された全コイルを有する。２スロット／極／相があり、これは、２つのコイルが１つのセットに対して同じ方向に巻かれることを示し、巻く方向は、１セット内の次の２つのコイルに対して交互になる。例えば、相Ａのコイル１及び２は時計回りに巻かれ、相Ａのコイル７及び８は、反復可能なパターンで、反時計回りに巻かれる。相Ｂでは、コイル５、６は時計回りに巻かれ、コイル１１、１２は反時計回りに巻かれる。相Ｃでは、コイル３、４は反時計回りに巻かれ、コイル９、１０は時計回りに巻かれる。一次コイルは機械の周辺に均等に分布される。好ましいコイルは、先行技術の機械の文献に記載されているように、重ね巻き及び二重層である。一般的な導体材料は、より線の絶縁銅線またはより線の絶縁アルミニウム線のいずれかである。各相は、Ｙ字または星型点のニュートラルな接続呼称Ｎで終端される。本発明は、コイルがデルタ構成で配置され、また、二相構成または三相構成以上で配置される場合でも、同様に適用可能である。好ましい実施形態では、一次巻線はステータスロットの最下層に巻くことができ、三次巻線は最上層に巻くことができる。

【0065】

図７Ｂに示すように、１２極の二次（ロータ）巻線７０２は、三相入力用に配置された二次巻線での総計９０個のロータスロットと９０のコイルとを有する。各相は、相及びグループごとに１５のコイルと並列な２つのグループを有する。２．５スロット／極／相があり、これは、２つまたは３つのコイルが１つのセットに対して同じ方向に巻かれることを示し、巻く方向は、セット内の次のコイルに対して交互になる。全コイルが、同じ巻数と導体断面とを有し得る。例えば、コイル１、２、及び３（「Ｓ極」）は時計回りに巻き付けられ、コイル９及び１０（「Ｎ極」）は反時計回りに再現可能なパターンで巻き付けられる。二次コイルは、機械ロータの周囲に３６０度均等に分散される。好ましいコイルは、先行技術の機械の文献に記載されているように、同心巻きまたは重ね巻きの二重層である。一般的な導体材料は、より線の絶縁銅線またはより線の絶縁アルミニウム線のいずれかである。各相はデルタ接続で終端する。励起入力のために機械の３つのスリップリングにアクセスするために、端子Ａ１はＣ２に接続され、端子Ｃ１はＢ２に接続され、端子Ｂ１は端子Ａ２に接続される。

【0066】

図７Ｃ～図７Ｄに示すように、主要な電気機械の６つの三次交流巻線７０４が、個々のＡＣ／ＤＣ電力コンバータを通してエネルギー貯蔵ユニット（ＥＳＥ）にアクセスするために使用される。６つのグループのそれぞれは、２つの極、または６０度のステータスロット周囲を占有する。合計１２極がある。図のブロックの番号は、周の周りに順番に配置されたコイル１～７２として接続された、実際の三次コイルの番号に対応している。好ましい実施形態は、総計７２個のステータスロットを有する。コイルは、相ごとに２つの並列のグループとＹ字接続して配置される。各グループは合計１２個のコイルを有し、それによって、これが三相巻線であることから設計数はｑ＝２スロット／極／相となる。コイルあたりの巻数は、電気化学電池または静電コンデンサなど、使用されるエネルギー貯蔵ユニットの種類にまさに依存するため、規定されていない。一般に、これらのコイルは低電圧高電流サービスを意図している。好ましいコイルは、先行技術の機械の文献に記載されているように、重ね巻き及び二重層である。一般的な導体材料は、より線の銅線またはより線のアルミニウム線のいずれかである。コイル１～１８及び１９～３６が「Ｎ極」用に巻かれ、コイル３７～５４及び５５～７２が「Ｓ極」用に巻かれる。これにより、交互の磁界を生じさせる際の電流の流れの相対的な方向が規定される。本発明は、コイルがデルタ構成で配置され、また、二相構成または三相構成以上で配置される場合でも、同様に適用可能である。好ましい実施形態は、一次巻線と共通のステータスロットを共有する三次巻線を有する。

【0067】

６つの三次巻線グループを有する１２極７２ステータ／９０ロータスロットＷＲＩＭのプライムムーバ及び一次（ステータ）、二次（ロータ）、及び三次巻線の特定の実施形態の設計表８００、８０２、及び８０４が図８Ａ～８Ｃに示される。

【0068】

図９に示すように、エネルギー貯蔵電源９００の代替の実施形態では、ＷＲＩＭ９０２は、ステータ巻線Ｓを備えていないか、またはステータ巻線Ｓは接続されていない。１つまたは複数のＡＣコンデンサバンク９０４は、真空回路遮断器９０６を介してそれぞれの三次巻線４１２に結合され、機械の空隙の磁化をもたらし、三次及び二次巻線の漏れリアクタンスを補償する。ＥＳＥ４２６が直列接続の超コンデンサを含む場合、ＡＣコンデンサ９０４は、無効電流出力を最小限に抑え得る、なぜならば、双方向ＡＣ／ＤＣコンバータ４２４は、サイリスタゲート遅延角の制御により、ＡＣ端子で利用できる無効電流の量が制限されているからである。ＥＳＥ４２６が直列接続された電気化学電池を含む場合、ＡＣコンデンサ９０４は、磁化により多くの進み力率無効電流を供給するために、前の場合よりも大きくなければならない。簡単にするために、同様の要素には、図４Ａからの同様の参照符号が付けられている。１つまたは複数のＡＣコンデンサバンク９０４は、前述のように、進み力率無効電力を供給して、遅れ力率無効電力を均衡させる。それぞれのＡＣコンデンサバンク９０４に結合されたＥＳＥは、独立してまた同時に充電または放電できる。

【0069】

本発明のいくつかの例示的な実施形態を図示し説明してきたが、当業者であれば多数の変形及び代替実施形態を想定するであろう。そのような変形例及び代替的な実施形態が企図されており、添付の特許請求の範囲に定義されるように、本発明の範囲から逸脱することなく実施することができる。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4A】

【図4B】

【図4C】

【図5A】

【図5B】

【図6】

【図7A】

【図7B】

【図7C】

【図7D】

【図8A】

【図8B】

【図8C】

【図9】

【国際調査報告】