(57)【要約】      （修正有）【課題】１つ又は複数の負荷に電力を供給するシステム及び方法を提供する。【解決手段】複数の負荷２２０に電力を供給する電力供給システム２００では、インバータ２７０の入力端子は電源２６０に電気的に接続され、絶縁トランス２５０の入力端子は複数のインバータ２７０のインバータ出力端子と電気的に接続され、負荷入力端子を有する少なくとも１つの負荷２２０を含み、負荷２２０の入力端子は絶縁トランス２５０の複数の出力端子と電気的に接続される。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
１つ又は複数の負荷（２２０）に電力を供給する電力供給システムであって、
インバータ（２７０）の入力端子と、インバータの出力端子とを備え、前記インバータ（２７０）の入力端子を電源（２６０）に電気的に接続可能である少なくとも１つのインバータ（２７０）と、
絶縁トランス入力端子と絶縁トランス出力端子とを備え、前記絶縁トランス入力端子を前記少なくとも１つのインバータ（２７０）の前記インバータ出力端子と電気的に連通する少なくとも１つの絶縁トランス（２５０）と、
負荷（２２０）の入力端子を備える少なくとも１つの負荷とを備え、
前記負荷（２２０）の入力端子は前記少なくとも１つの絶縁トランス（２５０）の前記絶縁トランス出力端子と電気的に連通する、電力供給システム。
【請求項２】
前記少なくとも１つのインバータ（２７０）は、低周波交流電流を高周波交流電流に変換するように構成された、請求項１に記載の電力供給システム。
【請求項３】
前記少なくとも１つのインバータ（２７０）は、直流電流を高周波の交流電流に変換するように構成された、請求項１に記載の電力供給システム。
【請求項４】
前記少なくとも１つのインバータ（２７０）は、約４００Ｈｚ以上の周波数を有する交流電流を出力するように構成された、請求項１に記載の電力供給システム。
【請求項５】
前記少なくとも１つのインバータ（２７０）は、約２０Ｈｚから約２５，０００Ｈｚの周波数を有する交流電流を出力するように構成された、請求項１に記載の電力供給システム。
【請求項６】
前記少なくとも１つのインバータ（２７０）は、約５０Ｈｚから約６０Ｈｚの周波数を有し、前記インバータ（２７０）の入力端子で約１２Ｖから約６００Ｖの電圧を有する交流電流を前記電源（２６０）から受けるように構成され、且つ前記交流電流を約１０，０００Ｈｚから約２５，０００Ｈｚの周波数を有し、約１０Ｖから約１００Ｖの電圧を有する出力交流電流に変換するように構成された、請求項１に記載の電力供給システム。
【請求項７】
前記少なくとも１つの絶縁トランス（２５０）は、最高１５，０００Ｖの電圧を前記少なくとも１つのインバータ（２７０）、又は前記電源（２６０）の少なくとも一方から絶縁するように構成された、請求項１乃至６のいずれか１項に記載の電力供給システム。
【請求項８】
前記少なくとも１つのインバータ（２７０）と並列に電気的に連通する複数の絶縁トランス（２５０）を備える、請求項１乃至７のいずれか１項に記載の電力供給システム。
【請求項９】
前記複数の各々の絶縁トランス（２５０）の出力端子は、複数の負荷トランス（２４０）と並列に電気的に連通する、請求項８に記載の電力供給システム。
【請求項１０】
前記少なくとも１つの負荷（２２０）はさらに、前記少なくとも１つの絶縁トランス（２５０）と前記少なくとも１つの負荷（２２０）との間に電気的に接続可能な負荷トランス（２４０）を含む、請求項１乃至９のいずれか１項に記載の電力供給システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は一般に電力コンバータに関し、より詳細には電力コンバータを提供するシステム及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
風力タービン又はその他のタービン発電機などの多くの装置は、スイッチング装置を駆動するなどのための電力コンバータを含むことがある。スイッチング装置は、例えば電力供給網などに固定周波数で電力を送り、又は高速電気機器又は高速・高電力の電動モータを駆動する場合に利用できる。場合によっては、ポンプ、ファン、送風機、又はコンプレッサに電力を供給するための産業用の用途に高速・高電力の電動モータを利用しても良い。加えて、可変速度で動作する高速・高電力の電動モータは産業、鉱業及び掘削活動の分野での需要が高まっている。さらに、このような活動には比較的高い信頼性が必要であることが多い。ポンプ場へのアクセスが困難で時間がかかる遠隔地からの原油汲み上げなどの作業では、危険でコストが高い長時間の停電を避けるためにモータの動作の信頼性が必要である。
【０００３】
比較的高速で高電力の電動モータは、電源から電力を受けることができる。多くの用途では、電源から出力された電力信号を、高速・高電力の電動モータに入力される前に電力コンバータに通しても良い。電力コンバータシステムは、固定周波数の交流電流、可変周波数の交流電流、又は直流電流でも良い入力電流又は電圧を所望の出力周波数と電力レベルの出力電流に変換するために使用できる。コンバータシステムは、所望のコンバータ出力電圧及び周波数を生成するためにある特定の周波数でスイッチングされる絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（「ＩＧＢＴ」）、集積ゲート整流サイリスタ（「ＩＧＣＴ」又は「ＧＣＴ」）、金属酸化膜半導体制御サイリスタ（「ＭＣＴ」）、トライアック、パワートランジスタ、電界効果トランジスタ（「ＦＥＴ」）、又は金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ（「ＭＯＳＦＥＴ」）などの幾つかの電力半導体スイッチを含むことができる。記載の半導体スイッチの例は、１つの周波数及び電圧にあって良い入力又は電源から、異なる周波数及び／又は電圧を必要とすることがある出力又は負荷に電力を供給するためにスイッチングされた電流経路を提供するために利用することができる。半導体スイッチに供給される前に入力電力を高周波交流電流に変換しても良い。
【０００４】
このような高速・高電力の電動モータの動作には、比較的簡単で頑丈で信頼性がある電力コンバータが必要である。複数の個々のコンポーネントを含むコンバータは、個々のコンポーネントスイッチのいずれか１つが偶然故障し、システムの信頼性を低下させる公算が高い。半導体スイッチ用のスナバ回路などの素子をコンバータに追加すると、故障することがあるコンポーネントの数が更に増加する。その上、多くの既存の解決方法では、負荷又は複数の負荷を駆動するために複数の電力コンバータを並列に組み合わせている。各電力コンバータは１つ又は複数の半導体スイッチを駆動し、他のコンバータは周辺コンポーネントを駆動する。複数の電力コンバータを単一のシステムとして組み合わせると、現在の解決方法では多数の個別コンポーネントを有し、信頼性が低下し、システムのコストが増大する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許第５，４８３，４３６号
【特許文献２】米国特許第７，４０５，４９６号
【特許文献３】米国特許第７，４４６，４３５号
【特許文献４】米国特許出願公開第２００６／０１２６２４２号
【特許文献５】米国特許出願公開第２００８／０２１９０３３号
【特許文献６】米国特許出願公開第２００８／０２３８５２０号
【特許文献７】米国特許出願公開第２００８／０２７２６５８号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従って、改良型の電力供給システムが必要とされている。さらに、コンポーネントの数を減らし、信頼性を高めそのコストを低減する電力供給システムが必要とされている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一実施形態によれば、１つ又は複数の負荷に電力を供給する電力供給システムが開示される。電力供給システムは、インバータ入力端子とインバータ出力端子とを有する少なくとも１つのインバータを含んで良く、インバータ入力端子は電源に電気的に連通されても良い。電力供給システムはさらに、絶縁トランス入力端子と絶縁トランス出力端子とを含む少なくとも１つの絶縁トランスを含んで良く、絶縁トランス入力端子は１つ又は複数のインバータのインバータ出力端子と電気的に連通されても良い。電力供給システムはさらに、負荷入力端子を有する少なくとも１つの負荷を含んで良く、負荷の入力端子は１つ又は複数の絶縁トランスの絶縁トランス出力端子と電気的に連通されても良い。
【０００８】
本発明の他の実施形態によれば、少なくとも１つの負荷に電力供給する電力供給システムが開示される。電力供給システムは複数のコンバータキャビネットを含んで良く、各コンバータキャビネットは絶縁トランス入力端子と絶縁トランス出力端子とを有する少なくとも１つの絶縁トランスを有している。電力供給システムはさらに、インバータ入力端子とインバータ出力端子とを有する少なくとも１つのインバータを含んで良い。インバータ入力端子は電源に電気的に接続可能なものでも良く、インバータ出力端子は、複数の各コンバータキャビネット内の１つ又は複数の各絶縁トランスの絶縁トランス入力端子に電気的に並列に接続されても良く、複数の各コンバータキャビネット内の１つ又は複数の各絶縁トランスの絶縁トランス出力端子は、少なくとも１つの負荷に電気的に接続可能なものでも良い。
【０００９】
さらに他の実施形態によれば、１つ又は複数の負荷に電力を供給する方法が開示される。この方法は少なくとも１つのインバータに電源電圧を供給するステップを含んで良い。この方法はさらに、１つ又は複数のインバータのインバータ出力端子を少なくとも１つの絶縁トランスに電気的に結合するステップと、高周波の交流電流を１つ又は複数のインバータから１つ又は複数の絶縁トランスに供給可能にし、１つ又は複数の絶縁トランスの絶縁トランス端子を少なくとも１つの負荷に電気的に結合し、交流電流を１つ又は複数の絶縁トランスから１つ又は複数の負荷に供給可能にするステップを含んで良い。
【００１０】
本発明のその他の実施形態、態様及び特徴は、当業者には以下の詳細な説明、添付図面及び添付の特許請求の範囲から明らかになろう。
【００１１】
以上のように本発明の概要を記載したが、次に必ずしも正しい縮尺で描かれていない添付図面を参照する。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】例示的な従来の電力供給システムの概略図である。
【図２】本発明の実施形態による例示的な電力供給システムの概略図である。
【図３】本発明の一実施形態による、１つ又は複数の負荷に電力を供給する１つの例示的方法を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
次に、本発明の全てではないが幾つかの実施形態が示されている本発明の例示的実施形態を、添付図面を参照してより詳細に記載する。実際に、本発明を多くの異なる形態で実施しても良く、本明細書に記載の実施形態に限定されるものと見なすべきではない。むしろ、これらの実施形態は、本開示が適用される法的要件を満たすべく提示されるものである。図の全体を通して同様の番号は同様の要素を示す。
【００１４】
１つ又は複数の負荷に電力を供給するシステム及び方法が開示される。本発明の一実施形態によれば、電力供給システムは、スイッチ、電力インバータ、モータ、電力供給網などの負荷又は複数の負荷の電力を供給する前に電源電力を変換するために使用されても良い。例えば、電源は比較的低周波の交流電流を供給しても良い。低周波の交流電流は、低周波の交流電流を比較的高周波の交流電流へと変換できる１つ又は複数のインバータに供給されても良い。低周波の交流電流を高周波の交流電流に変換することによって、例えばコンデンサ、インダクタ及びトランスなどのシステムコンポーネントのサイズ及びコストを縮減することができる。次いで高周波の交流電流を、内部のその他の電気回路を含む１つ又は複数の電力コンバータキャビネットに供給しても良い。例示的実施形態によれば、各電力コンバータキャビネットを１つ又は複数の負荷（例えば半導体スイッチング装置、インバータなど）を駆動するために使用しても良く、これらの負荷はさらに１つ又は複数の負荷（例えばモータ、電力供給網など）を駆動するために動作可能であっても良い。例示的な一実施形態では、負荷と電気的に接続された（又はある実施形態では負荷と一体の）個々のトランスを介して高周波の交流電流が負荷又は複数の負荷に供給されても良い。しかし、他の例示的実施形態によれば、１つ又は複数の負荷を直接駆動するための高周波の交流電流を使用しても良い。電力コンバータキャビネットはさらに、インバータから高周波の交流電流を受け、高周波の交流電流を１つ又は複数の負荷に供給するための１つ又は複数の絶縁トランスを含んで良い。従って、以下により詳細に記載するように、従来のスイッチング電源システムの例と比較して、このシステムのある実施形態はシステムの信頼性を高めることができ、且つインバータの数を減らすことによってコストを低減でき、ひいては比較的複雑で高コストの電気コンポーネントの数を減らすことができる。
【００１５】
電力コンバータキャビネット及びそれぞれの電力供給回路は、例えばスイッチング装置の駆動などのために電力をいずれかの負荷に供給し、定周波数電力を他の負荷（例えば電力供給網、電気機器、電動モータなど）に供給し、可変周波数電力を負荷（例えば可変速誘導モータなど）に供給し、且つ／又は直流電力を負荷（例えばヒーター、直流モータ、充電器など）に供給するように動作可能であっても良い。
【００１６】
図１は従来の電力供給システム１００の一例を概略的に示している。図示した電力供給システム１００は、並列に接続された複数の電力コンバータ１１０Ａ−１１０Ｎのシステムを表し、各電力コンバータ１１０はスイッチ電力コンバータ回路を含む。電力コンバータ回路は、複数の負荷１２０を駆動するように設計されている。負荷１２０の例にはＩＧＣＴ又はＧＣＴ、ＩＧＢＴ、ＦＥＴＳ、ＭＯＳＦＥＴなどの半導体スイッチ、又は電源の高周波側に接続されたその他のいずれかのスイッチング装置が含まれるが、それだけに限らない。図１は、電力供給回路に電気的に接続された１つ又は複数の追加の負荷１３０を示している。スイッチ以外の追加の負荷１３０の例には、電力コンバータの出力レベルをモニタするために使用できるような１つ又は複数のモニタ回路、又は交流電流を直流電流に変換するインバータなどの１つ又は複数の電力インバータが含まれるが、それだけに限らない。図１に示す従来の電力コンバータキャビネット１１０内には、各々の負荷１２０が、負荷１２０と電力供給回路との間を電気的に連通するトランス１４０を含むものとして示されている。
【００１７】
この従来の電力供給システム１００は、電源１６０と、６０Ｈｚの周波数を有する交流電流などの低周波入力交流電流を６００Ｈｚ以上の周波数を有する交流電流などの比較的高周波の出力交流電流に変換するための比較的高周波のインバータなどの複数のインバータ１７０への入力との間に、電気的に接続された比較的低周波の絶縁トランス１５０を含む。高周波の出力交流電流は、トランス１４０を介してスイッチなどの複数の負荷１２０に電力を供給するために使用される。この例では、各々の電力コンバータ１１０Ａ−１１０Ｎごとに３つのインバータ１７０Ａ−１７０Ｃが備えられているが、同様の従来の解決方法で任意の数のインバータ１７０を備えても良い。複数のインバータ１７０を備えるのは、各々のインバータが電力の上限を有し、選択された数の負荷だけを駆動できるようにするためである。
【００１８】
このように、並列に接続された複数の電力コンバータキャビネット１１０Ａ−１１０Ｎを有し、コンバータごとに複数のインバータ１７０を必要とするシステム１００では、比較的多数のインバータ１７０を使用しても良い。例えば、並列に接続された全部で１６個の電力コンバータ１１０と、電力コンバータごとに３個のインバータ１７０を有するシステムでは、全部で少なくとも４８個のインバータ１７０を使用することができる。従来の解決方法で使用されるインバータ１７０は比較的高周波のインバータであり、各々が複数のダイオード、コンデンサバンク、及び半導体スイッチなどの多くの電子コンポーネントを含む。従って、システム１００の信頼性はインバータ１７０の数の増大とともに実質的に低下する。加えて、このような多数のインバータ１７０があることでシステム１００を構成する際にかなりのコストもかかる。
【００１９】
従来のシステム１００に含まれる絶縁トランス１５０は、低周波電源１６０に結合するための比較的低周波のトランスである。このような低周波トランス１５０も極めて高コストであり、サイズが比較的大きく、従来の電力供給システム１００で不要に大きい物理的設置面積とかなりのコストを要する。
【００２０】
図２は、本発明の一実施形態による改良型の電力供給システム２００の実施例の概略を示している。この改良型の電力供給システム２００はインバータの数を縮減し、比較的大きい低周波トランスの必要性をなくすか、あるいは最小限にして、その代わりに各コンバータごとに例えば高周波絶縁トランスを使用する。
【００２１】
図２に示した例示的な改良型の電力供給システム２００では、単一のインバータ２７０を電源２６０と、スイッチ電力コンバータ回路を格納する１つ又は複数の電力コンバータキャビネット２１０Ａ−２１０Ｎとの間に電気的に接続できる。一実施形態では、インバータ２７０は比較的高周波のインバータで良く、低周波交流電流を直流電流に整流し、直流電流を高周波交流電流に変換する動作が可能であるように構成しても良い。例えば、インバータ２７０は電源２６０からインバータ入力端子で低周波交流電流を受け、整流回路を介して低周波交流電流を直流電流に変換しても良い。次いで交流電流インバータ回路を介して直流電流を高周波交流電流に変換し、その結果生じた高周波交流電流を複数のコンバータキャビネット２１０Ａ−２１０Ｎの各々の内部の回路に送っても良い。例示的実施形態では、例えば逓増又は逓減回路などを介して比較的低い入力電圧を高い出力電圧に、又は比較的高い入力電圧を低い入力電圧に変換するようにインバータ２７０を構成しても良い。インバータ２７０のこの説明は例示のみを意図するものであり、高周波交流電流を電力コンバータキャビネット２１０Ａ−２１０Ｎに送るための他のいずれかのインバータ回路を含んで良い。
【００２２】
例示的な一実施形態によれば、約５０Ｈｚから約６０Ｈｚの周波数を有し、約１１５Ｖから約４６０Ｖの電圧を有する入力交流電流を受けるようにインバータ２７０を構成しても良い。さらに、約１，０００Ｈｚから約２５，０００Ｈｚの周波数を有し、約２０Ｖから約１００Ｖの電圧を有する高周波の出力交流電流を発生するように例示的インバータ２７０を構成しても良い。例示的な一実施形態では、例示的なインバータ２７０からの出力電力は約１００Ｗから約５，０００Ｗの間で良い。しかし、他の実施形態では、例示的なインバータ２７０は、約２０Ｈｚから約１，０００Ｈｚの範囲の周波数を有し、約１０Ｖから約２，０００Ｖの電圧を有する入力交流電流を変圧し、約１０Ｗから約１０，０００Ｗの出力電力を生成しても良い。加えて、他の実施形態では、例示的なインバータは、約２０Ｈｚから約２５，０００Ｈｚの範囲で良い周波数を有し、約１０Ｖから約２，０００Ｖの電圧を有する高周波の出力交流電流を送って、約１０Ｗから約１０，０００Ｗの出力電力を発生しても良い。インバータの設計は、システムの全体的な設計や電源及び／又はスイッチ又はその他の周辺負荷によって駆動される意図する負荷又は複数の負荷などの意図する用途に応じて左右される。例えば、１つ又は複数のＨブリッジ回路などをスイッチングするために使用できる１つ又は複数のＩＧＣＴスイッチング装置に電力を供給するように電力供給システム２００が構成されている一実施形態では、５０Ｈｚから６０Ｈｚの周波数を有し、約１１０Ｖから約１２０Ｖの電圧を有する入力交流電流を受けるようにインバータ２７０を構成することができる。インバータ２７０の出力電力は、約１ＫＨｚの周波数と約２０Ｖの電圧で約５００Ｗである。
【００２３】
他の例示的実施形態では、電力供給システム２００は、１つ又は複数の電源２６０と１つ又は複数の電力コンバータキャビネット２１０Ａ−２１０Ｎの１つ又は複数の絶縁トランス２５０との間に並列に電気的に接続された複数のインバータ２７０を含んで良い。
【００２４】
更に他の例示的実施形態では、電力供給システム２００は異なる回路を有するインバータ２７０を含んで良い。例えば、一実施形態では、直流電流を交流電流に変換するためにインバータ２７０を直流電源に電気的に接続可能であっても良い。従って、本明細書で用いる「インバータ」という用語は、電源からの電流入力を変更するように構成されたどの回路をも全般的に意味し、変更には直流電流を交流電流に反転し、又は比較的低周波の交流電流を比較的高周波の交流電流に変換することを含むがそれに限らない。
【００２５】
依然として図２を参照すると、各コンバータキャビネット２１０Ａ−２１０Ｎは、１つ又は複数のインバータ２７０と１つ又は複数の負荷２２０又は追加の負荷２３０との間に電気的に接続された少なくとも１つの絶縁トランス２５０を含んで良い。図２に示した例示的なスイッチング電力供給システム２００では、各絶縁トランス２５０を複数の負荷トランス２４０と電気的に連通させることができ、この負荷トランスは１つ又は複数のスイッチング装置、ゲートドライブ、追加のインバータ、又はその他の負荷２２０の出力側に電力を供給するように構成されても良い。例示的な一実施形態では、負荷２２０は、スイッチング回路にスイッチング信号を送るゲートドライブ回路を含むＩＧＣＴスイッチング装置などの１つ又は複数のスイッチング装置で良く、１つ又は複数のゲートドライブトランス２４０によって駆動されても良い。しかし、他の実施形態では、負荷２２０は本明細書に記載の他のいずれかのスイッチング装置であっても良い。図２に示した例示的実施形態は、絶縁トランス２５０の出力側に電気的に接続された追加の負荷２３０をも示している。これらの追加の負荷２３０は、直流電力を電力供給システムの他の周辺コンポーネントに供給するために使用できる、交流電流から直流電流へ変換するインバータなどの図１を参照して上記に記載の例示的な追加の負荷１３０を含んで良いがこれに限らない。
【００２６】
絶縁トランス２５０はトランスの入力と出力との間の電位差を絶縁し、ニュートラル又は接地電位が絶縁トランスの入力側と出力側とで異なっている場合に設置ループ電流を最小限にする役割を果たすことができる。絶縁トランス２５０はさらに、その入力端子に接続されたコンポーネント（例えば電力コンバータキャビネット２１０Ａ−２１０Ｎ、インバータ２７０及び／又は電源２６０）を出力端子に接続されたコンポーネント（又は負荷）から電気的に絶縁することもできる。従って、絶縁トランス２５０の定格を、絶縁電圧、絶縁電流、及び／又は１つ又は複数の負荷２２０、又は追加の負荷２３０、又は負荷トランス２４０の故障時に発生することがある潜在的な電気的露出に見合った電力定格を供給する定格にしても良い。
【００２７】
例示的な一実施形態によれば、絶縁トランス２５０の定格を絶縁電圧の約１５，０００Ｖの上限に合わせても良く、一実施例では、約２，０００Ｖから約１０，０００Ｖの範囲、及び約５，０００Ｗの電力限度にし、一実施例では約１００Ｗから約５，０００Ｗの範囲にしても良い。
【００２８】
例示的な一実施形態によれば、約１，０００Ｈｚから約２５，０００Ｈｚの周波数を有し、約２０Ｖから約１００Ｖの電圧を有し、約１００Ｗから約５，０００Ｗの出力電力を発生する入力交流電流などの、絶縁トランスが結合されるインバータ２７０によって供給されるものと同様の入力信号を受け入れるように、絶縁トランス２５０を構成しても良い。しかし他の実施形態では、絶縁トランス２５０に供給される入力交流電流は、約２０Ｈｚから約２，０００Ｈｚの範囲の周波数を有し、約１０Ｖから約２，０００Ｖの電圧を有し、約１０Ｗから約１０，０００Ｗの出力電力を発生するもので良い。
【００２９】
同様に、一実施形態によれば、約６００Ｈｚから約２５，０００Ｈｚの周波数を有し、約５Ｖから約１００Ｖ電圧を有し、出力電力が約１００Ｗから約５，０００Ｗである出力交流電流を供給するなど、対応する負荷２２０又は追加の負荷２３０を駆動するために必要な出力を供給するように絶縁トランス２５０の出力を構成しても良い。しかし他の実施形態では、絶縁トランス２５０は、約４００Ｈｚから約２５，０００Ｈｚの範囲の周波数を有し、約１０Ｖから約１，０００Ｖ電圧を有し、約１０Ｗから約１０，０００Ｗの出力電力を発生する高周波の出力交流電流を供給しても良い。絶縁トランス２５０の設計は、システム２００の全体的な設計や電源及び／又は駆動される意図した負荷などの意図する用途に応じて左右される。例えば、絶縁トランス２５０は一実施形態では、電圧逓増又は電圧逓減回路をも含んで良い。
【００３０】
他の例示的実施形態では、電力供給システム２００は、１つ又は複数の電力コンバータキャビネット２１０Ａ−２１０Ｎ内のインバータ２７０と１つ又は複数の負荷２２０又は追加の負荷２３０との間に並列に電気的に接続された複数の絶縁トランス２５０を含んで良い。
【００３１】
図３は、本発明の一実施形態による電力コンバータを提供するための方法３００を一例として示すフローチャートである。
【００３２】
例示的な方法３００はブロック３１０から開始される。ブロック３１０で、電源電圧が少なくとも１つのインバータに供給される。例示的な一実施形態では、電源電圧は低周波交流電源などの電源によって供給されても良い。しかし、他の例示的な一実施形態では、電力供給は図１及び２を参照してより詳細に記載したような他のどの種類の電力供給でも良い。インバータは、比較的高周波のインバータ、又は図２を参照してより詳細に記載したようなその他のいずれかのインバータで良い。一実施形態では、インバータに電力を供給することで比較的低周波の入力交流電流を本明細書に記載のような比較的高周波の出力交流電流に変換することが可能になる。１つ又は複数の電力コンバータキャビネット内に供えられた電力コンバータ回路などのスイッチ電力コンバータ回路に高周波交流電流を
供給することで、その電流を、本明細書に記載のスイッチング装置を制御するために使用できるような高周波で、その電流を１つ又は複数の負荷装置に供給することが可能になる。
【００３３】
例示的な一実施形態では、電源電圧を供給する電源及びインバータを１つ又は複数の電力コンバータキャビネットから物理的に離れた位置に配置しても良く、インバータが比較的高周波の交流電流を複数の電力コンバータキャビネットに供給することが可能になる。他の実施形態では、複数のインバータを備えても良く、且つ／又は複数の電源が電源電圧を１つ又は複数のインバータに供給しても良い。
【００３４】
ブロック３１０の後にブロック３２０が続き、そこでインバータ又は複数のインバータの出力端子が少なくとも１つの絶縁トランスに電気的に結合される。絶縁トランスは、図２を参照して記載したような比較的高周波で高電圧の絶縁トランスで良い。インバータからの比較的高周波の交流電流を受け、対応する電流を１つ又は複数の負荷に供給するように絶縁トランスを構成しても良い。絶縁トランスは、その出力側に電気的に結合されたいずれかの負荷又はその他の回路又はコンポーネントを、その入力側に電気的に結合された他の電力コンバータキャビネット、インバータ、及び／又は電源などのコンポーネントから電気的に絶縁する役割を果たすことができる。
【００３５】
一実施形態では、各キャビネット内で電気的に絶縁する単一の絶縁トランスを各電力コンバータキャビネット内に備えても良い。他の実施形態では、１つ又は複数の電力コンバータキャビネット内の複数の絶縁トランスを備えても良い。例えば、複数の絶縁トランスを、１つ又は複数のインバータの出力に電気的に接続された単一の電力コンバータキャビネット内で並列に電気的に接続しても良い。
【００３６】
ブロック３２０の後にブロック３３０が続き、そこで各コンバータキャビネット内の１つ又は複数の絶縁トランスを１つ又は複数の負荷に電気的に結合しても良い。１つ又は複数の負荷は、スイッチング装置、又は図１及び２を参照してより詳細に記載したような別のどの負荷でも良い。１つ又は複数の絶縁トランスを１つ又は複数の負荷に結合することで、ブロック３１０でインバータによって変換された高周波の交流電流に対応して発生された電流などの比較的高周波の交流電流を負荷に接続することが可能になる。その上、前述のように、絶縁トランスは負荷を残りの電源回路から電気的に絶縁する役割を果たすことができる。
【００３７】
例示的実施形態では、付加的な電気絶縁、電圧の逓増、電圧の逓減などを行うために１つ又は複数の負荷と絶縁トランスとの間に１つ又は複数のトランスを電気的に結合しても良い。
【００３８】
例示的な方法３００は、比較的複雑で高価で、且つ／又は大きい電気的コンポーネントの数を縮減し、それによってシステムの信頼性を高め、コストを低減する例示的な電力供給システムを備えた後、次のブロック３３０で終了しても良い。
【００３９】
従って、図２及び３を参照して記載したような改良型の電力供給の例示的実施形態は、各キャビネット内に複数のインバータを有するのではなく、コンバータキャビネット又は複数のコンバータキャビネットの入力に１つ又は複数のインバータを接続することによってインバータの数をより少なくすることができる。これらの実施形態によれば、単一の（又は大幅に少ない数の）インバータでも電源電流を比較的高周波の交流電流に変換する役割を果たし、しかもコンバータキャビネット又は複数のキャビネットとは別個の１つ又は複数のインバータを配置することによって、（図１の従来のシステムの例で示したようなキャビネットごとの複数のインバータなどの）外部のハードウエアコンポーネントの導入が避けられる。インバータはトランス及び多くの追加のコンポーネント（すなわちコンデンサ、集積回路、電力スイッチング回路など）を含んで良いので、インバータの数を減らすことができれば、絶縁トランスの数を増加することが必要な場合でもコスト削減の利点が得られる。従って、電気的な比較的複雑なインバータの数が少ないことにより、電力供給システムの例示的実施形態は、システムのコストを削減しつつ、システムの信頼性を大幅に高める技術的な効果を有することができる。
【００４０】
その上、改良型の電力供給システムの例示的実施形態は、図１の従来のシステムの例で示したような電力コンバータキャビネットの外部に配置された大型のより高価な低周波、低電圧の絶縁トランスの代わりに、各キャビネット内に高周波、高電圧の絶縁トランスなどの単一の絶縁トランスを備えることによって、サイズとスペースに関して付加的なシステム効率を生ずることで付加的な技術効果を有することができる。図２及び３に示し、これらを参照して記載した改良型の電力供給システムの例示的実施形態を、図１に示した従来のシステムと比較すると、従来のシステムの複数の高周波ゲートドライブインバータの代わりに絶縁トランスを各電力コンバータキャビネット内に配置することができる。改良型の電力供給システムの各々の絶縁トランスは比較的高周波のインバータと１つ又は複数の負荷との間に配置されるので、絶縁トランスは比較的高周波の絶縁トランスであることができ、これはサイズが小さく、ひいては材料コストが低いので従来のシステムで使用される低周波のトランスよりも著しく安価であり、しかも依然として負荷又は複数の負荷と入力側の回路及びコンポーネントとの間の必要な絶縁を行う。
【００４１】
これまで本発明を現在最も実際的で多様であると思われる実施形態に関連して記載してきたが、本発明は開示された実施形態に限定されるものではなく、それとは逆に、添付の特許請求の範囲内に含まれる様々な修正及び同等の構成を網羅することを意図するものであることを理解されたい。
【００４２】
本明細書は、実施例を用いて最良の形態を含む本発明を開示し、任意の装置又はシステムを製造し使用し、組み込まれた任意の方法を実行して本発明を実施できるようにしている。本発明の特許可能な範囲は請求項に規定されており、他の実施例を含んで良い。このような他の実施例は、請求項に記載のものと相違しない構成要素を有し、又は請求項に記載のものとほとんど相違しない同等の構成要素を含む場合は、特許請求の範囲内にあることを意図するものである。
【符号の説明】
【００４３】
１００  電力供給システム
１１０Ａ  電力コンバータ
１１０Ｂ  電力コンバータ
１１０Ｃ  電力コンバータ
１１０Ｎ  電力コンバータ
１２０  負荷
１３０  負荷
１４０  トランス
１５０  トランス
１６０  電源
１７０Ａ  インバータ
１７０Ｂ  インバータ
１７０Ｃ  インバータ
２００  電力供給システム
２１０Ａ  コンバータキャビネット
２１０Ｂ  コンバータキャビネット
２１０Ｃ  コンバータキャビネット
２１０Ｎ  コンバータキャビネット
２２０  負荷
２３０  追加の負荷
２４０  負荷トランス
２５０  絶縁トランス
２６０  電源
２７０  インバータ
３００  本発明の一実施形態による電力コンバータを提供する方法
３１０  ブロック
３２０  ブロック
３３０  ブロック
【図１】
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【図２】
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【図３】
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