(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電源向けの筐体であって、
１つまたは複数の制御要素を受けるように構成された制御区画と、
前記制御区画に隣接して配置され変圧器を受けるように構成された変圧器区画と、
前記制御区画と前記変圧器区画とに隣接して配置されたパワー・セル区画であって、前記パワー・セル区画は複数のポッドに配置された複数のパワー・セルを受け入れるように構成され、第１のポッドの中の各パワー・セルが前記第１のポッドの中の少なくとも２つの他のパワー・セルに隣接するように前記パワー・セルが前記パワー・セル区画に受け入れられ、ポッドの中の隣接パワー・セルの間の電圧差が所定の電圧許容値未満である、前記複数のポッドが前記パワー・セル区画の内部に配置され、各ポッドが複数のパワー・セルを備え、同一ポッドに配置される前記複数のパワー・セルが同位相の出力を生成する、パワー・セル区画と、
を備える、筐体。
【請求項２】
前記パワー・セル区画に隣接して配置され、前記変圧器区画と前記パワー・セル区画の間の平行な経路を通じて空気循環を提供するように構成された送風部品をさらに備える、請求項１に記載の筐体。
【請求項３】
前記パワー・セル区画は、異なるポッドの中の隣接パワー・セルの間の電圧差が前記所定の電圧許容値内にあるように、前記複数のパワー・セルを受けるようにさらに構成された、請求項１に記載の筐体。
【請求項４】
前記複数のパワー・セルはＨブリッジ・タイプのパワー・セルを備える、請求項１に記載の筐体。
【請求項５】
一次巻線、複数の二次巻線、および、前記複数の二次巻線の各々が単一のパワー・セルに接続されるように変圧器に動作可能に接続された複数のパワー・セルと、を備えた前記変圧器と、
１つまたは複数の制御要素を受けるように構成された制御区画と、
前記制御区画に隣接して配置され、前記変圧器を受けるように構成された変圧器区画と、
前記制御区画と前記変圧器区画とに隣接して配置されたパワー・セル区画であって、前記パワー・セル区画は複数のポッドに配置された複数のパワー・セルを受けるように構成され、第１のポッドの中の各パワー・セルが前記第１のポッドの中の少なくとも２つの他のパワー・セルに隣接するように前記パワー・セルが前記パワー・セル区画に受け入れられ、ポッドの中の隣接パワー・セルの間の電圧差が所定の電圧許容値未満である、前記複数のポッドが前記パワー・セル区画の内部に配置され、各ポッドが複数のパワー・セルを備え、同一ポッドに配置される前記複数のパワー・セルが同位相の出力を生成する、パワー・セル区画と、
を備えた筐体と、
を備える、電源。
【請求項６】
前記筐体はさらに、前記パワー・セル区画に隣接して配置され、前記変圧器区画と前記パワー・セル区画の間の平行な経路を通じて空気循環を提供するように構成された送風部品を備える、請求項５に記載の電源。
【請求項７】
前記変圧器に動作可能に接続され、入力電力を受電するように構成された入力コネクタと、
前記複数のパワー・セルの少なくとも一部に動作可能に接続された出力コネクタと、
をさらに備える、請求項５に記載の電源。
【請求項８】
前記パワー・セル区画はさらに、異なるポッドの中の隣接パワー・セルの間の電圧差が前記所定の電圧許容値内にあるように、前記複数のパワー・セルを受けるようにさらに構成された、請求項５に記載の電源。
【請求項９】
前記複数のパワー・セルはＨブリッジ・タイプのパワー・セルを備える、請求項５に記載の電源。
【請求項１０】
負荷と、
前記負荷に動作可能に接続された電源であって、
一次巻線および複数の二次巻線を備えた変圧器と、
前記複数の二次巻線の各々が単一のパワー・セルに接続されるように前記変圧器に動作可能に接続された複数のパワー・セルと、
を備えた電源と、
１つまたは複数の制御要素を受けるように構成された制御区画と、
前記制御区画に隣接して配置され、前記変圧器を受けるように構成された変圧器区画と、
前記制御区画と前記変圧器区画とに隣接して配置されたパワー・セル区画であって、前記パワー・セル区画は複数のポッドに配置された複数のパワー・セルを受けるように構成され、第１のポッドの中の各パワー・セルが前記第１のポッドの中の少なくとも２つの他のパワー・セルに隣接するように前記パワー・セルが前記パワー・セル区画に受け入れられ、ポッドの中の隣接パワー・セルの間の電圧差が所定の電圧許容値未満である、前記複数のポッドが前記パワー・セル区画の内部に配置され、各ポッドが複数のパワー・セルを備え、同一ポッドに配置される前記複数のパワー・セルが同位相の出力を生成する、パワー・セル区画と、
を備えた筐体と、
を備える、システム。
【請求項１１】
前記筐体はさらに、前記パワー・セル区画に隣接して配置され、前記変圧器区画と前記パワー・セル区画の間の平行な経路を通じて空気循環を提供するように構成された送風部品を備える、請求項１０に記載のシステム。
【請求項１２】
前記電源はさらに、入出力接続を受けるように構成された動作可能な接続区画を備え、
前記動作可能な接続区画は、
前記変圧器に動作可能に接続され、入力電力を受電するように構成された入力コネクタと、
前記複数のパワー・セルの少なくとも一部に動作可能に接続された出力コネクタと、
を備える、請求項１０に記載のシステム。
【請求項１３】
前記パワー・セル区画は、異なるポッドの中の隣接パワー・セルの間の電圧差が前記所定の電圧許容値内にあるように、前記複数のパワー・セルを受けるようにさらに構成された、請求項１０に記載のシステム。
【請求項１４】
前記負荷は多相モータである、請求項１０に記載のシステム。
【請求項１５】
前記複数のパワー・セルはＨブリッジ・タイプのパワー・セルを備える、請求項１０に記載のシステム。
【請求項１６】
前記所定の電圧許容値は、前記ポッドの中の各パワー・セルの生産能力の２倍である、請求項１に記載の筐体。
【請求項１７】
前記所定の電圧許容値は、適用可能な安全規制に基づいて選択される、請求項１に記載の筐体。
【請求項１８】
前記所定の電圧許容値は、前記ポッドの中の各パワー・セルの生産能力の２倍である、請求項５に記載の電源。
【請求項１９】
前記所定の電圧許容値は、適用可能な安全規制に基づいて選択される、請求項５に記載の電源。
【請求項２０】
前記所定の電圧許容値は、前記ポッドの中の各パワー・セルの生産能力の２倍である、請求項１０に記載のシステム。
【請求項２１】
前記所定の電圧許容値は、適用可能な安全規制に基づいて選択される、請求項１０に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の記載
本願は、発明の名称を「モジュール式電子モジュールを用いた電源のパッケージ化」とした、２０１１年６月２９日出願の米国仮特許出願第６１／５０２、５９３号の優先権の利益を主張し、その内容を引用により全体として本明細書に組み込む。
【０００２】
本発明は電源の構築とパッケージ化に関する。より具体的には、本発明は、モジュール式電子モジュールを用いた三相電源の構築とパッケージ化に関する。
【背景技術】
【０００３】
第１の交流（ＡＣ）システムと第２のＡＣシステムの間のエネルギの流れを制御するように構成された電源は、様々な商用および産業用のアプリケーションで使用されている。例えば、電源は一般に、ＡＣモータの制御システムや動作システムで使用されている。様々な電源が、エネルギを第１の周波数および電圧から第２の周波数および電圧に変換する。かかる電源を実装する１つの方法は、各々が中間の直流（ＤＣ）接続を有する複数の固体変換器を含む、１つまたは複数のパワー・セルを含む駆動源である。かかるパワー・セルを組み込んだ１つの例示的なシステムは特許文献１（５４５特許）で説明されている。当該開示は引用によりその全体を本明細書に組み込まれる。
【０００４】
一般に、５４５特許で説明されているような電源は、運搬と組立てをより容易にするために単一の筐体にパッケージ化されている。図１は、複数キャビネットの筐体１０２にパッケージ化された電源１００を示す。筐体１０２は、電源１００の様々な構成要素を線形に配置している。筐体１０２の一端では、電源１００を多相入力に動作可能に接続するための入力コネクタ１０４が設けられている。本例では、入力コネクタ１０４は三相電力入力に対して構成されている。入力コネクタ１０４は、筐体１０２内の変圧器キャビネット内に含まれた変圧器１０６に動作可能に接続されている。変圧器１０６は、一般に、１つの一次巻線と複数の二次巻線を含む。５４５特許で説明されているように、かかる変圧器の１例では１つの一次巻線と９つの二次巻線を含む。
【０００５】
複数のパワー・セル１０８は、筐体１０２内のパワー・セルのキャビネット内部に含まれる。パワー・セル１０８の各々は、変圧器１０６の１つの二次巻線に接続される。パワー・セル１０８の各々は、シャーシ、ヒート・シンク、複数のキャパシタ、複数の母線、様々な絶縁ゲート・バイポーラ・トランジスタ（ＩＧＢＴ）、およびパワー・セルが多相入力に応答して単相の出力を生成するように配置され構成された複数のダイオードを備える。
【０００６】
各パワー・セルは、図１Ｂおよび１Ｃに示すようなＨブリッジ部品を備えることができる。図１Ｂに示すように、ハーフ・ブリッジ設計１２０が、例えば、互いに直列にかつキャパシタ１２１と並列に接続させた１対の固体スイッチ１２２、１２３を備えることができる。あるいは、図１Ｂに示すように、完全調和Ｈブリッジ設計１３０が、２対の固体スイッチ１２４ａ、１２４ｂおよび１２５ａ、１２５ｂを備えてもよく、これらがキャパシタ１２１と並列に接続されうる。
【０００７】
様々なパワー・セル１０８を列または行に配置することができる。各列または行は、パワー・セルの１つのランクまたは位相に関連する。例えば、４つのパワー・セル１０８が行１１０ａに配置され、４つのパワー・セルが行１１０ｂに配置され、４つのパワー・セルが行１１０ｃに配置される。任意の所与の行における４つのパワー・セル１０８の各々は、単一の出力に寄与するように動作可能に接続され構成されている。例えば、パワー・セル１０８の各々を、７５０ボルトを生成するように構成することができる。したがって、パワー・セルの行１１０ａは第１の位相で最大で３０００ボルトのライン―中性点間電圧を生成し、パワー・セルの行１１０ｂは第２の位相で最大で３０００ボルトのライン―中性点間電圧を生成し、パワー・セルの行１１０ｃは第３の位相で最大で３０００ボルトのライン―中性点間電圧を生成する。本明細書で使用する際、３０００ボルトのライン―中性点間電圧は、５１９６ボルトのライン間電圧に対応することができる。パワー・セルの行１１０ａ、１１０ｂおよび１１０ｃにより出力される三相電力は三相出力コネクタ（図１では図示せず）に渡され、当該三相出力コネクタでモータのような負荷を電源１００に動作可能に取り付けることができる。
【０００８】
電源１００はまた、様々な制御回路１１２を備える。制御回路１１２は、変圧器１０６の一次巻線での入力を監視し、二次巻線の出力を監視し、パワー・セル１０８の各々の動作を監視し、筐体１０２を通じた通気の制御のような電源の動作に関する他の様々な機能を実施するように構成される。制御回路１１２は、一般に、外部制御パネルまたはリモート・コンピューティング装置に動作可能に接続される。ユーザは、制御パネルまたはリモート・コンピューティング装置の電源の動作を監視し、電源の動作の様々な態様を変更することができる。
【０００９】
図１Ｄは、２つ以上のモジュール式マルチ層変換器システム１４１、１４２が（Ｐ−Ｎ入力で識別される）ＤＣ電源に並列に接続されて、電力を２つ以上の負荷１４３、１４４に送信するインバータを形成する、（図１に示す部品１２０のような）Ｍ２Ｃハーフ・ブリッジ部品を用いた配置構成を示す。各システムは、１組の直列接続されたインバータ・サブモジュール１４８ａ，．．．，１４８ｎから成る３つのインバータ・レッグ１４５、１４６、１４７を備える。図１１では各レッグに８つのサブモジュールを示しているが、任意の数のサブモジュールが可能である。
【００１０】
図１Ｄはまた、例示的なサブモジュール１５０の拡大図を含む。当該サブモジュールは、直列に接続されオンとオフにスイッチできる２つのパワー半導体Ｔ１、Ｔ２を備える。半導体Ｔ１、Ｔ２は、固体スイッチとも称され、絶縁ゲート・バイポーラ・トランジスタ（ＩＧＢＴ）、ゲート・ターンオフ・サイリスタ（ＧＴＯ）、統合ゲート転流型サイリスタ（ＩＧＣＴ）等でありうる。各パワー半導体は、それに並列に接続された対応するダイオードＤ１、Ｄ２を有する。キャパシタのようなエネルギ貯蔵装置が半導体とダイオードに並列に接続される。かかるサブモジュールに関する追加の詳細については、特許文献２と特許文献３に開示されている。これらの関連する開示は、引用により本明細書に組み込まれる。
【００１１】
各インバータ・レッグは、負荷１４３に三相電力のうち一相を供給する単相のＡＣ出力１５１、１５２、１５３を有する。等しい数のサブモジュールがレッグに対するＡＣ出力の電気接続の各側にあるように、ＡＣ出力は中点に配置されている。
【００１２】
図１Ｅは、２つのＮＰＣ（ｎｅｕｔｒａｌ  ｐｏｉｎｔ  ｃｌａｍｐｅｄ）の３層位相レッグ１６１を（ポジティブ・レール１６２、ネガティブ・レール１６３、および中間点１６４を有する）共通ＤＣバスと結合してＮＰＣ  Ｈブリッジを提供する、５層インバータから成る単相ブリッジ１６０の回路図を示す。ＮＰＣ３層位相レッグは、ＩＧＢＴ（絶縁ゲート・バイポーラ・トランジスタ）として示されている電気スイッチ１６５を備える。他の有用なスイッチには、ＧＴＯ（ゲート・ターンオフ・サイリスタ）やＩＧＣＴ（統合ゲート転流型サイリスタ）がある。当該スイッチは、逆並列性フリーホイーリング・ダイオード１６６と組になって誘導モータの負荷電流に適応する。コントローラ１６７は、スイッチの各々を制御するために使用される。当該コントローラは、例えば、コンピュータ、マイクロコンピュータ、マイクロプロセッサを備えてもよく、または、好適な実施形態では、デジタル信号プロセッサを備えてもよい。
【００１３】
（ＤＣ中間点１６４にある）キャパシタ１６８のバンク１６９の中間点と、キャパシタのバンクの中間点とスイッチＳ１／Ｓ２およびＳ３／Ｓ４の間でそれぞれ接続されたクランプ・ダイオードは、ＤＣフィルタのキャパシタ中間点電圧がＶｄｃ／２に維持されれば、任意のスイッチの最大ＤＣ動作電圧がＤＣバス電圧の２分の１（Ｖｄｃ／２）を超えないようにする。調整器が変調器に組み込まれて、中間点の電圧をＶｄｃ／２に保って、２つのキャパシタのバンクが長期にわたって不均一に放電して半分になるのを防ぐ。ＤＣバスのキャパシタ・バンクにわたる抵抗網１７０は、初期キャパシタ充電のための固定安全ブリード抵抗と平衡ネットワークの役割を果たす。かかるブリッジの１例は、特許文献４にさらに記載されており、その内容は引用により本明細書に取り込まれる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１４】
【特許文献１】米国特許第５，６２５，５４５号明細書
【特許文献２】米国特許第７，２６９，０３７号明細書
【特許文献３】米国特許第７，９６０，８７１号明細書
【特許文献４】米国特許第６，０５８，０３１号明細書
【特許文献５】米国特許第８，０１８，７３５号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
電源１００のような電源は、遠隔領域または空間が制限されている領域におけるモータ駆動として使用されるのが一般的である。筐体１０２の複数キャビネットの設計はより簡単な運搬をもたらす。なぜならば、各キャビネットが別々に運搬され、現場で動作可能に接続され構成されるからである。しかし、この構成には、個々のキャビネットを所定の位置に操作するための電源周りの空間が必要であり、キャビネットをいったん組み立てると、完成した筐体が広い面積を占める。７５０ボルトを発生させるように構成されたパワー・セルを以上の例では示したが、他のパワー・セルを使用されることもあることに留意されたい。例えば、約４８０ボルトから約１３７５ボルトまでを発生させるように構成されたパワー・セルが使用されることもある。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本開示は、説明した特定のシステム、装置、および方法に限定されない。なぜならばこれらを変更できるからである。本明細書で使用する用語は特定のバージョンまたは実施形態を説明する目的のためだけのものであり、その範囲を限定しようとするものではない。
【００１７】
本明細書で使用する際、単数形「ａ」、「ａｎ」、および「ｔｈｅ」は、特に明記しない限り複数の参照を含む。特に定義しない限り、本明細書で使用する全ての技術的で具体的な用語は、当業者が一般に理解するのと同じ意味を有する。本明細書の記載事項は、本明細書に記載の実施形態が先行発明を理由として当該開示に先行する資格がないことを認めるものと解釈すべきではない。本明細書で使用する際、「備える」という用語は「〜を含むがこれらに限られない」を意味する。
【００１８】
１実施形態では、電源向けの筐体が、１つまたは複数の制御要素を受けるように構成された制御区画、当該制御区画に隣接して配置され変圧器を受けるように構成された変圧器区画、および当該制御区画と当該変圧器区画とに隣接して配置されたパワー・セル区画を備えてもよい。当該パワー・セル区画は、複数のポッドに配置された複数のパワー・セルを受けるように構成してもよい。当該パワー・セルを、第１のポッドの中の各パワー・セルが当該第１のポッドの中の少なくとも２つの他のパワー・セルに隣接するようにパワー・セル区画で受け入れてもよい。ポッドの中の隣接パワー・セルの間の電圧差が、許容可能な電圧許容値未満であってもよい。
【００１９】
１実施形態では電源が変圧器を備えてもよい。当該変圧器は、一次巻線と、複数の二次巻線と、複数の二次巻線の各々が単一のパワー・セルと筐体に接続されるように当該変圧器に動作可能に接続された複数のパワー・セルとを有する。当該筐体は、１つまたは複数の制御要素を受けるように構成された制御区画と、当該制御区画に隣接して配置され当該変圧器を受けるように構成された変圧器区画と、当該制御区画と当該変圧器区画とに隣接して配置されたパワー・セル区画とを備えてもよい。当該パワー・セル区画は、複数のポッドに配置した複数のパワー・セルを受けるように構成されてもよい。当該パワー・セルを、第１のポッドの中の各パワー・セルが当該第１のポッドの中の少なくとも２つの他のパワー・セルに隣接するようにパワー・セル区画で受け入れてもよい。ポッドの中の隣接パワー・セルの間の電圧差が、許容可能な電圧許容値未満であってもよい。
【００２０】
１実施形態では、システムが負荷と当該負荷に動作可能に接続された電源とを備えてもよい。当該電源は変圧器を備えてもよい。当該変圧器は、一次巻線と、複数の二次巻線と、複数の二次巻線の各々が単一のパワー・セルと筐体に接続されるように当該変圧器に動作可能に接続された複数のパワー・セルとを有する。当該筐体は、１つまたは複数の制御要素を受けるように構成された制御区画と、当該制御区画に隣接して配置され当該変圧器を受けるように構成された変圧器区画と、当該制御区画と当該変圧器区画とに隣接して配置されたパワー・セル区画とを備えてもよい。当該パワー・セル区画は、複数のポッドに配置した複数のパワー・セルを受けるように構成されてもよい。当該パワー・セルは、第１のポッドの中の各パワー・セルが当該第１のポッドの中の少なくとも２つの他のパワー・セルに隣接するようにパワー・セル区画で受け入れる。ポッドの中の隣接パワー・セルの間の電圧差が、許容可能な電圧許容値未満であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１Ａ】線形の筐体における電源の例を示す図である。
【図１Ｂ】Ｈブリッジのトポロジの例を示す図である。
【図１Ｃ】Ｈブリッジのトポロジの例を示す図である。
【図１Ｄ】ブリッジのレイアウトの例を示す図である。
【図１Ｅ】ブリッジのレイアウトの例を示す図である。
【図２】負荷に接続した複数のパワー・セルを備えた例示的な回路を示す図である。
【図３】本発明の１実施形態に従う、少ない面積を有するように構成された電源のための例示的な筐体を示す図である。
【図４】１実施形態に従う、図３の例示的な筐体の構成要素の配置を示すために様々なドアとパネルを除去した図３の例示的な筐体を示す図である。
【図５Ａ】１実施形態に従うパワー・セルの配置の例示的な図である。
【図５Ｂ】１実施形態に従うパワー・セル向けのバックプレーンの例示的な配置を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下の議論のため、「低電圧」と「中間電圧」という用語は互いに相対的であり、当業者が理解する一般的な意味を含むものである。例えば、「低電圧」という用語が１０００ボルト以下の電圧層、または、６００ボルト以下の電圧層を指してもよい。「中間電圧」という用語が、６００ボルトの下限または１０００ボルトの下限から３５０００ボルト（３５ｋＶ）の上限までの電圧層を指してもよい。「電気的に接続されている」という用語は、回路の一部である２つ以上の構成要素を指し、電流が当該構成要素を流れるか、または、当該構成要素が共通電圧を、直接に、または、１つまたは複数の中間構成要素を介して共有する。
【００２３】
本発明は、上述の電源１００に類する電源の様々な構成要素をパッケージ化するための単一のキャビネット筐体に関する。当該単一のキャビネット筐体は、図１を参照して論じた筐体１０２よりも少ない面積を占めてもよい。これは、電源構成要素の再編成と再配置からもたらされるものである。本明細書で説明する単一のキャビネット筐体の大きさは、それが標準的な出荷コンテナ内部で適合して海外の石油掘削台のような遠隔の場所へと容易に運搬できるような大きさであってもよい。
【００２４】
図２は例示的な電源を示す。電源または入力変圧器２１０のような多巻線の機械が、単相インバータ（本明細書ではパワー・セルとも称する）のアレイを介して三相誘導モータのような負荷２３０に、三相の中間電圧の電力を伝送する。本明細書で使用する際、「変圧器」という用語は、通常はシステムの供給側にある任意の多巻線の機械を含むものである。変圧器２１０が、幾つかの二次巻線２１４乃至２２５を励起する一次巻線２１２を備えてもよい。一次巻線２１２が星型の構成を有するとして示してあるが、メッシュ構成も可能である。さらに、二次巻線２１４乃至２２５がメッシュ構成を有するとして示してあるが、星型構成の二次巻線も可能であり、または、星型の巻線とメッシュ型の巻線の組合せを使用してもよい。さらに、図２に示す二次巻線の数は例示的なものにすぎず、他の数の二次巻線も可能である。
【００２５】
任意の数の三相パワー・セルの組を変圧器２１０と負荷２３０の間で接続してもよい。当該システムが、当該負荷の三相に跨る第１の組または第１の「ランク」のパワー・セル２５１乃至２５３（パワー・セルＡ１、Ｂ１、およびＣ１）、第２のランクのパワー・セル２６１乃至２６３（パワー・セルＡ２、Ｂ２およびＣ２）、第３のランクのパワー・セル２７１乃至２７３（パワー・セルＡ３、Ｂ３およびＣ３）、および第４のランクのパワー・セル２８１乃至２８３（パワー・セルＡ４、Ｂ４およびＣ４）を備えてもよい。４つ未満の組もしくはランク、または、４つを超える組もしくはランクも可能である。各ランクにおける各対応位置（即ち、Ａ位置、Ｂ位置、およびＣ位置）を直列に接続して三相出力の各位相を形成してもよい。図２に示すように、パワー・セル２５１、２６１、２７１および２８１（パワー・セルＡ１、Ａ２、Ａ３およびＡ４）を直列に接続して第１段階の出力（例えば、Ａ列）を生成する。パワー・セル２５２、２６２、２７２および２８２（パワー・セルＢ１、Ｂ２、Ｂ３およびＢ４）を直列に接続して第２段階の出力（例えば、Ｂ列）を生成する。パワー・セル２５３、２６３、２７３および２８３（パワー・セルＣ１２、Ｃ２、Ｃ３およびＣ４）を直列に接続して第３段階の出力（例えば、Ｃ列）を生成する。
【００２６】
マスタまたは中央制御システム２９５は、光ファイバまたは別の有線通信媒体もしくは無線通信媒体２９０を介して、ローカル・コントローラ２９２および／または各セル内のセル・レベル制御にコマンド信号を送信する。ローカル・コントローラ２９２と中央制御システム２９５の両方が、様々な計算を実施するために使用される命令、アルゴリズム、および式を格納するように構成された関連メモリを有する処理装置であってもよい。同様に、ローカル・コントローラ２９２と中央制御システム２９５の両方が、様々な構成要素の間でデータを送受信するように構成された入出力装置を備えてもよい。
【００２７】
図３は、単一のキャビネット筐体３０２内にパッケージ化された、図２に示す電源のような例示的な電源３００を示す。筐体３０２を、電源３００の様々な構成要素を収容するように適合し構成してもよい。筐体３０２の外部に、顧客または技術者が電源３００の動作パラメータや現在の動作状況を検証できるように、様々な制御や情報表示装置３０４を設けてもよい。さらに、複数のドアまたは他のアクセス手段を設けて、筐体３０２内部に含まれる様々な構成要素へのアクセスを提供してもよい。送風部品３０６を筐体３０２に隣接して配置して、電源３００の様々な構成要素を冷却するための空気流を提供してもよい。図２に示すように、送風部品３０６を筐体３０２の上部に配置することにより、完全な電源３００部品の全体面積を削減してもよい。
【００２８】
図４は、様々なドア、アクセス手段、および送風部品３０６を取り去った筐体３０２における電源３００を示す。電源３００の様々な機能要素を単一のキャビネットに収容するように、筐体３０２を配置し構成してもよい。例えば、図２を参照すると、変圧器２１０、パワー・セル２５１乃至２５３、２６１乃至２６３、２７１乃至２７３および２８１乃至２８３、中央制御システム２９５および負荷制御システム２９０を単一のキャビネット内の筐体３０２内部に配置してもよい。
【００２９】
例示の目的のため、図４はコントローラ・モジュール３０８を取り去った筐体３０２を示す。コントローラ・モジュール３０８を、筐体３０２内部でその背後に配置した様々な構成要素にヒンジしてもよい。コントローラ・モジュール３０８は、中央制御システム２９５、負荷制御システム２９０、制御や情報表示装置３０４のような電源３００内部の様々な構成要素と通信するための回路、ならびに他の同様なコントローラおよび構成要素を備えてもよい。入力接続３１０と出力接続３１２を、筐体内部のコントローラに隣接して配置し、筐体の前部からアクセス可能としてもよい。公益事業会社または他の同様な電源から受電した電力のような三相入力に動作可能に接続するように、当該入力接続を構成してもよい。出力接続３１２が、負荷を電源３００に取り付けるための接続点を顧客に提供してもよい。
【００３０】
筐体３０２は、コントローラ・モジュール３０８に隣接して配置され図２で説明した変圧器２１０のような変圧器に適合するように構成した、変圧器区画３１４を備えてもよい。当該変圧器区画は、様々なサポート、マウント、母線、コネクタ、および当該変圧器を安全にマウントし当該変圧器を入力接続３１０に動作可能に接続するための他の構成要素を備えてもよい。同様に、光ファイバのような配線により、コントローラ・モジュール３０８が変圧器の動作パラメータを監視できるように、コントローラ・モジュール３０８と変圧器を動作可能に接続してもよい。
【００３１】
変圧器の動作パラメータに応じて、変圧器と他の様々な構成要素の間の適切な空間を提供するように変圧器区画３１４の大きさを決めてもよい。さらに、変圧器区画３１４を、コントローラ・モジュール３０８内部に含まれるような低電圧構成要素から隠蔽してもよい。
【００３２】
パワー・セル区画３１６を、筐体３０２内部のコントローラ・モジュール３０８と変圧器区画３１４の両方に隣接して配置してもよい。図４に示すように、パワー・セル区画３１６を筐体３０２の上部に配置してもよい。パワー・セル区画３１６を、図２に示すパワー・セル２５１乃至２５３、２６１乃至２６３、２７１乃至２７３および２８１乃至２８３のような複数のパワー・セルを受けるように構成してもよい。変圧器区画３１４と同様に、パワー・セル区画３１６をコントローラ・モジュール３０８内部に含まれるもののような低電圧構成要素から隠蔽してもよい。
【００３３】
パワー・セル区画３１６は、様々なサポート、マウント、母線、コネクタ、およびパワー・セルを安全に受けマウントし当該パワー・セルを変圧器と出力接続３１２に動作可能に接続するための他の構成要素を備えてもよい。各パワー・セルは独立に設計され、したがって、必要に応じてパワー・セル区画３１６に挿入できパワー・セル区画３１６から取り外すことができる１組のモジュール式のモジュールを提供する。さらに、光ファイバのような配線により、コントローラ・モジュール３０８がパワー・セルの動作パラメータを監視できるように、コントローラ・モジュール３０８を動作可能に個々のパワー・セルに接続してもよい。
【００３４】
上述のように、各パワー・セルは一定の出力電圧を生成するように構成される。セルは直列に配置されるので（例えば、図２に示すようにＡ列２５１、２６１、２７１および２８１、Ｂ列２５２、２６２、２７２および２８２、およびＣ列２５３、２６３、２７３および２８３）、それぞれの個別のセルの出力電圧は単一の出力を生成するように合計される。例えば、７５０ボルトを発生するようにパワー・セルの各々を構成してもよい。４つのパワー・セル列では、総電圧出力は３０００ボルトである。しかし、個々のセルの出力は、セル１＝７５０ボルト、セル２＝１５００ボルト、セル３＝２２５０ボルト、およびセル４＝３０００ボルトである。この結果、セル１とセル４の間に２２５０ボルトの電圧差が生じる。筐体３０２の構成要素の設計と配置において、隣接セル間の絶対電圧差を、例えば、個々のセルの生産能力の２倍を超えない値に制限することが重要であるかもしれない。したがって、以上の例では、隣接セル間の電圧差を１５００ボルト（即ち、２＊７５０ボルト）に制限してもよい。当該電圧差を最小化することで、大きな電圧差に起因する個々のパワー・セル出力の間のアーク放電のような最悪ケースの故障シナリオを減らすことができる。さらに、パワー・セル間の電圧差を最小化することによって、セル間で必要な点検が減り、よりコンパクトなパワー・セルの配置がもたらされる。
【００３５】
この限定された電圧差を実現するために、一連のセルを、先行技術の従来の列配置または行配置とは反対に、パワー・セル区画３１６内部の１群の特定のポッドに配置してもよい。図５Ａは、パワー・セル区画３１６内部のパワー・セルの例示的な配置を拡大したものを示す。第１のポッド５１０は、本例では、Ａ列のパワー・セル、即ち、パワー・セル５１１、５１２、５１３および５１４を備えてもよく、これらは夫々パワー・セルＡ１、Ａ２、Ａ３およびＡ４に対応する。本例では、パワー・セル５１１（Ａ１）がポッド５１０の右下隅にあり、パワー・セル５１２（Ａ２）が当該ポッドの左下にあり、パワー・セル５１３（Ａ３）が当該ポッドの右上にあり、パワー・セル５１４（Ａ４）が当該ポッドの左上にあるように配置されている。したがって、この配置構成では、各パワー・セルは、同一の列の２つのパワー・セルに隣接する。先行技術の列配置または行配置では、それぞれの末端パワー・セルは同一の列の１つの他のパワー・セルに隣接するにすぎない。
【００３６】
ポッド５１０内のパワー・セルの配置により、個々のセルの発生能力の２倍を超えない絶対電圧差が隣接パワー・セル間に生じる。例えば、前述のように、各パワー・セルが７５０ボルトを発生させることができる。したがって、パワー・セル５１１が７５０ボルトを出力し、パワー・セル５１２が１５００ボルトを出力し、パワー・セル５１３が２２５０ボルトを出力し、パワー・セル５１４が３０００ボルトを出力する。パワー・セル５１１はパワー・セル５１２と５１３に隣接して配置される。パワー・セル５１１と５１２の間の絶対電圧差は７５０ボルトであり、パワー・セル５１１と５１３の間の絶対電圧差は１５００ボルトである。これらの絶対電圧差の各々は、個々のセルの発生能力の２倍、即ち、１５００ボルトを超えない許容可能な許容値内にある。同様に、パワー・セル５１２はパワー・セル５１１と５１４に隣接して配置される。パワー・セル５１２と５１１の間の絶対電圧差は７５０ボルトであり、パワー・セル５１２と５１４の間の絶対電圧差は１５００ボルトであって、ここでも許容可能な許容値内にある。
【００３７】
パワー・セル区画３１６内部の追加のポッドを同様に配置してもよい。第２のポッド５２０は、Ｂ列のパワー・セル、即ち、パワー・セル５２１、５２２、５２３および５２４を備えてもよく、本例ではそれぞれパワー・セルＢ１、Ｂ２、Ｂ３およびＢ４に対応する。本例では、これらのパワー・セルは、パワー・セル５２１（Ｂ１）がポッド５２０の右下隅にあり、パワー・セル５２２（Ｂ２）が当該ポッドの左下にあり、パワー・セル５２３（Ｂ３）が当該ポッドの右上にあり、パワー・セル５２４（Ｂ４）がポッドの左上にあるように配置される。第３のポッド５３０は、Ｃ列のパワー・セル、即ち、パワー・セル５３１、５３２、５３３および５３４を備えてもよく、本例ではそれぞれパワー・セルＣ１、Ｃ２、Ｃ３およびＣ４に対応する。本例では、これらのパワー・セルは、パワー・セル５３１（Ｃ１）がポッド５２０の右下隅にあり、パワー・セル５３２（Ｃ２）が当該ポッドの左下にあり、パワー・セル５３３（Ｃ３）が当該ポッドの右上にあり、パワー・セル５３４（Ｃ４）が当該ポッドの左上にあるように配置される。
【００３８】
この配置により、同一のポッド内にない隣接セルに対して許容可能な許容値を最小化することができる。例えば、（ポッド５１０内の）パワー・セル５１１は（ポッド５２０内の）パワー・セル５２２にも隣接する。パワー・セル５１１は７５０ボルトを出力するように構成され、パワー・セル５２２は１５００ボルトを出力するように構成され、７５０ボルトの絶対電圧差であり、これは許容可能な許容値の中にある。しかし、同一のポッド内にない隣接セル間の位相角を考慮すべきである。例えば、（ポッド５１０内の）パワー・セル５１３は（ポッド５２０内の）パワー・セル５２４とも隣接する。パワー・セル５１３は２２５０ボルトを出力するように構成され、パワー・セル５２４は３０００ボルトを出力するように構成される。その絶対電圧差は７５０ボルトであるが、位相角のオフセットにより、許容可能な許容値をサポートするために電気的点検（ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ  ｃｌｅａｒａｎｃｅｓ）を増やす必要があることがある。これは、モータ駆動設計における共通の課題であるが、本明細書で示す設計では限定的である。
【００３９】
図５Ａのパワー・セルの数と配置は例として示したにすぎないことに留意されたい。さらに、許容可能な電圧許容値を、電源３００の設計と動作に適用可能な安全規制に基づいて選択してもよい。任意の設計基準を満たす追加の設計と配置を使用して、パワー・セル区画３１６内部にパワー・セルを配置してもよい。
【００４０】
図５Ｂは、パワー・セル区画３１６に対する例示的なバックプレーン５５０を示す。当該バックプレーン内部の様々な構成要素はセルのポッドごとに対して繰り返され、したがって、本明細書ではセルの１つのポッドに対する構成要素しか説明しないことに留意されたい。当該バックプレーンは、例えば図５Ａに示すポッド５１０のようなパワー・セルのポッドを受け当該ポッドに動作可能に接続するように構成されたスロット５５１、５５２、５５３および５５４を備える。かかるバックプレーンの１例は特許文献５に見出すことができ、その内容は引用により本明細書に全体として組み込まれる。したがって、スロット５５１を、パワー・セル５１１を受けパワー・セル５１１に動作可能に接続するように構成してもよく、スロット５５２を、パワー・セル５１２を受けパワー・セル５１２に動作可能に接続するように構成してもよく、スロット５５３を、パワー・セル５１３を受けパワー・セル５１３に動作可能に接続するように構成してもよく、スロット５５４を、パワー・セル５１４を受けパワー・セル５１４に動作可能に接続するように構成してもよい。スロット５５１、５５２、５５３および５５４の各々が、スロット５５１内の母線部品５６０のような、パワー・セルに動作可能に接続するための母線とコネクタ部品を備えてもよい。母線５６２のような電気コネクタにより、スロット５５１の母線部品５６０をスロット５５２の母線部品に動作可能に接続させてもよく、それにより、スロット５５１で受けたパワー・セルの出力がスロット５５２で受けたパワー・セルの入力として提供される。同様に、配線５６４のような電気コネクタにより、スロット５５２の母線部品をスロット５５３の母線部品に動作可能に接続してもよく、それにより、スロット５５２で受けたパワー・セルの出力がスロット５５３で受けたパワー・セルの入力として受けられる。母線５６６のような電気コネクタにより、スロット５５３の母線部品をスロット５５４の母線部品に動作可能に接続してもよく、それにより、スロット５５３で受けたパワー・セルの出力がスロット５５４で受けたパワー・セルの入力として受けられる。配線または他の同様な導体により、スロット５５４の母線部品の出力を筐体３０２の出力接続３１２の第１段階に動作可能に接続してもよい。
【００４１】
配線５６４を、スロット５５２で受けたパワー・セルにより出力される電圧に、追加の何らかの必要な許容値を加えた電圧に対して、適切に大きさを決め隠蔽してもよい。例えば、スロット５５２をパワー・セル５１２に動作可能に接続してもよい。パワー・セル５１２は、１５００アンペアで１５００ボルトを出力している。配線５６４を、２０００アンペアで２０００ボルトを伝送するために、適切に大きさを決め隠蔽してもよい。
【００４２】
変圧器区画３１４とパワー・セル区画３１６を垂直構成で提供することによって、筐体３０２を流れる空気流を改善することができる。図３および図４に示すように、平行な線形経路が、筐体３０２の下部から、変圧器区画３１４とパワー・セル区画３１６を通り、均一な後部プレナムを介して送風部品３０６へと続くことができる。これにより、１組の送風機が電源の各構成要素を同時に冷却できるので、効率的な冷却システムがもたらされる。当該配置により、冷却中に筐体から排出される堆積物の量を減らすこともできる。当該配置により、空気入出孔の数を減らすことができ、動作中に外部物体が筐体に入りうる場所の数が減る。当該配置により、周囲環境における音圧レベルを減らすこともできる。電源の動作パラメータに応じて、液体冷却、ヒート・シンク、または他の同様な冷却システムのような追加の冷却を組み込んで、変圧器２１０のような動作構成要素をさらに冷却してもよい。
【００４３】
さらに、図３および図４に示す構成要素の配置は、取外し可能な送風部品３０６を含み、運搬し、開梱し、組み立て、初期化するための効率的な電源を提供する。平床式トラック、貨物機、貨物船、列車、または他の同様な運搬手段を介して運搬するための標準的な出荷用コンテナに電源を梱包してもよい。現場に到着すると、電源を出荷用コンテナから降ろして、所定の位置に配置し、送風部品を取り付け、供給電力を入力端子に取り付け、負荷を出力端子に取り付け、コントローラ・モジュールを任意の顧客固有の命令でプログラムして、電源の動作を開始することができる。運搬が調節され、特殊なコンテナも出荷手段も必要でなく、少ない面積が使用され、それにより制限可能な空間（例えば、海外の石油掘削台）を削減できるので、サイズと面積が小さい本発明の設計により取付けが最適化され、当該設計により単一のコンパクトなキャビネット設計が組み込まれるので、所定の位置への持上げが最適化される。
【００４４】
様々な以上で開示した特徴および機能ならびに他の特徴および機能、またはそれらの代替物を他の多種多様なシステムまたはアプリケーションと組み合わせてもよい。様々な現時点で予見または予測されていない代替物、修正物、変形または改良は引き続き当業者により行うことができ、その各々も、開示された実施形態に包含されるものである。
【符号の説明】
【００４５】
１４３  負荷
１６７  コントローラ
２９２  負荷制御システム
２９５  中央制御システム
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図１Ｄ】
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【図１Ｅ】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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