(57)【要約】      （修正有）【課題】外部変調された独立型速度可変周波数発電機を提供する。【解決手段】回転子及び固定子を含みうる独立型速度可変周波数発電機システムが記載される。システムは、回転子の上に配置された磁界源及び固定子の上に配置された１組のパイロット多相巻線を含むパイロット発電機ステージを更に含みうる。システムはまた、固定子の上に配置された第１の組の高周波トランス多相巻線及び回転子の上に配置された第２の組の高周波トランス多相巻線を含む高周波トランスステージを含みうる。システムはまた、回転子の上に配置された一組の主磁場多相巻線及び固定子の上に配置された一組の主電機子多相巻線を含む主機械ステージであって、第２の組の高周波トランス多相巻線が、一組の主磁場多相巻線に直接接続される主機械ステージを含みうる。システムはまた、発電機制御ユニットを含みうる。【選択図】図１
2019216586.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転子（１０２）と、
固定子（１０４）と、
前記回転子（１０２）の上に配置された磁場源（１１２）及び前記固定子（１０４）の上に配置された一組のパイロット多相巻線（１１４）を含むパイロット発電機ステージ（１０６）と、
前記固定子（１０４）の上に配置された第１の組の高周波トランス多相巻線（１１６）及び前記回転子（１０２）の上に配置された第２の組の高周波トランス多相巻線（１１８）を含む高周波トランスステージ（１０８）と、
前記回転子（１０２）の上に配置された一組の主磁場多相巻線（１２０）及び前記固定子（１０４）の上に配置された一組の主電機子多相巻線（１２２）を含む主機械ステージ（１１０）であって、前記第２の組の高周波トランス多相巻線（１１８）が、前記一組の主磁場多相巻線（１２０）に直接接続される、主機械ステージ（１１０）と、
発電機制御ユニット（１２４）と
を備える、独立型速度可変周波数発電機システム（１００）。
【請求項２】
前記発電機制御ユニット（１２４）が、
複数のスイッチング回路（２２１−２２６）を有する多相インバータ（２２０）と、
コントローラ回路（１２８）と
を備え、前記複数のスイッチング回路の各々の入力が前記コントローラ回路（１２８）に接続された、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
モータ状態では、前記コントローラ回路（１２８）が、前記多相インバータ（２２０）での出力を防止するために、前記複数のスイッチング回路（２２１−２２６）の各々を開くように構成される、請求項２に記載のシステム。
【請求項４】
発電状態では、前記コントローラ回路（１２８）が、前記一組の主磁場多相巻線（１２０）を駆動して、前記回転子（１０２）に対して回転する回転磁束を生成するために使用可能な主磁場多相電力信号成分（３２８）を含む高周波変調された多相電力信号（２３２）を生成するパターンで、前記複数のスイッチング回路（２２１−２２６）を開閉するように構成される、請求項２に記載のシステム。
【請求項５】
前記多相インバータ（２２０）の出力に結合された周波数センサ（１３０）
を更に備え、前記コントローラ回路（１２８）が、基準周波数（３０２）と前記周波数センサ（１３０）によって測定された主磁場周波数（３３２）との間の差に基づいて、前記主磁場多相電力信号成分（３２８）の周波数を調整するように構成される、請求項４に記載のシステム。
【請求項６】
前記一組の主電機子多相巻線の出力に結合された電圧センサ（１３２）
を更に備え、前記コントローラ回路（１２８）が、基準電圧（３３８）と前記電圧センサ（１３２）によって測定された出力電圧（３４０）との間の差に基づいて、前記主磁場多相電力信号成分（３２８）の電圧を調整するように構成される、請求項４に記載のシステム。
【請求項７】
前記回転子（１０２）の回転周波数を検出するように構成されたエンコーダ（１３４）
を更に備え、前記コントローラ回路（１２８）が、基準周波数（３０２）と前記エンコーダ（１３４）によって測定された回転子周波数（３０４）との間の差に基づいて、前記主磁場多相電力信号成分（３２８）の周波数を調整するように構成される、請求項４に記載のシステム。
【請求項８】
外部電源（１３６）と、
前記パイロット発電機ステージ（１０６）と前記発電機制御ユニット（１２４）との間の結合部を開閉し、かつ前記外部電源（１３６）と前記発電機制御ユニット（１２４）との間の結合部を開閉するように構成された第１のスイッチング回路（１３８）と
を更に備える、請求項１に記載のシステム。
【請求項９】
モータ始動ドライバ（１４０）と、
前記一組の主電機子多相巻線（１２２）と配電バス（１４２）との間の結合部を開閉し、かつ第４の組の多相巻線（１２２）と前記モータ始動ドライバ（１４０）との間の結合部を開閉するように構成された第２のスイッチング回路（１４４）と
を更に備える、請求項１に記載のシステム。
【請求項１０】
独立型速度可変周波数発電のための方法であって、
独立型速度可変周波数発電機（１００）の回転子（１０２）の外部に配置された発電機制御ユニット（１２４）で、主磁場多相電力信号成分（３２８）を含む高周波変調された多相電力信号（２３２）を生成すること（４０２）と、
高周波トランスステージを介して、固定子（１０４）から前記独立型速度可変周波数発電機の前記回転子（１０２）に、前記高周波多相電力信号（２３２）を送信すること（４０４）と、
前記高周波変調された多相電力信号（２３２）の前記主磁場多相電力信号成分（３２８）を主磁場多相巻線（１２０）に印加することによって、前記回転子（１０２）の上に配置された一組の前記主磁場多相巻線（１２０）で、非同期回転磁束を発生させる（４０６）ことと、
前記固定子（１０４）の上に配置された一組の主電機子多相巻線（１２２）で、前記非同期回転磁束を主機械多相電力信号に変換する（４０８）ことと
を含む方法。
【請求項１１】
前記固定子（１０４）の上に配置された一組のパイロット多相巻線（１１４）を前記発電機制御ユニット（１２４）の多相整流器（２１０）に結合することと、
前記回転子（１０２）の上に配置された磁場源（１１２）で、前記回転子（１０２）と同期して回転する同期回転磁束を発生させることと、
前記一組のパイロット多相巻線（１１４）を使用して、前記同期回転磁束をパイロット多相電力信号（２３０）に変換することと、
整流された電力信号を生成するために、前記発電機制御ユニット（１２４）で、前記パイロット多相電力信号（２３０）を整流することと、
前記高周波変調された多相電力信号（２３２）を生成するために、前記整流された電力信号を使用することと
を更に含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
外部電源（１３６）を前記発電機制御ユニット（１２４）に結合することと、
前記高周波変調された多相電力信号（２３２）を生成するために、前記外部電源（１３６）からの電力信号を使用することと、
を更に含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１３】
前記高周波変調された多相電力信号（２３２）を生成することが、
前記発電機制御ユニット（１２４）のコントローラ回路（１２８）で、前記高周波変調された多相電力信号（２３２）を生成するパターンで、多相インバータ（２２０）の複数のスイッチング回路（２２１−２２６）を開閉すること
を含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１４】
前記高周波変調された多相電力信号（２３２）を生成する前に、モータ始動ドライバ（１４０）を前記一組の主電機子多相巻線（１２２）に結合することと、
前記多相インバータ（２２０）での出力を防止するために、前記複数のスイッチング回路（２２１−２２６）を開くことと、
前記回転子（１０２）を回転させる回転磁束パターンを生成し、エンジンの始動を可能にするために、前記一組の主電機子多相巻線（１２２）を通して、前記モータ始動ドライバ（１４０）から電流パターンを送ることと
を更に含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記エンジンの始動後に、前記一組の主電機子多相巻線（１２２）を前記モータ始動ドライバ（１４０）から切断することと、
前記一組の主電機子多相巻線（１２２）を配電バス（１４２）に結合することと
を更に含む、請求項１４に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、一般に、発電機の分野に関し、特に、外部変調された独立型速度可変周波数発電機に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的なＡＣ発電システムでは、生成されたＡＣ電力信号の周波数は、発電システムの回転子の回転周波数に依存する。同様に、多相ＡＣ発電システムでは、電力信号の各相の周波数は、回転子の回転周波数に依存する。
【０００３】
独立型速度可変周波数（ＩＳＶＦ）発電機は、回転子速度とは無関係の周波数を有するＡＣ電力信号の発生を可能にする。独立型周波数を達成するために、パイロットステージの間に生成されたＡＣ電力信号は、ＩＳＶＦ発電機の回転子に送り返されることがある。次に、回転子に対して回転する第２の磁束を回転子に発生させるために、電力が変調され、使用されうる。第２の磁束は、分配のための主機械ステージ電力信号を生成するために使用されてもよい。主機械ステージ電力信号の周波数は、回転子の回転周波数と第２の磁束の回転周波数の両方に依存しうる。このように、周波数は、回転子単独の回転周波数とは無関係である。ＩＳＶＦ発電機はまた、大きさ及び位相のような主機械ステージ電力信号の他のパラメータの制御も可能にする。
【０００４】
整流回路、インバータ回路、又は他の回路などの変調ステージを発電機の回転子に含めることは、独立型速度可変周波数発電機装置の設計及び製造に関連するコストを増大させる可能性がある。更に、回転子への強い回転力は、整流回路及びインバータ回路を実施するために使用される電気部品の寿命を短くする可能性がある。他の欠点が存在することもある。
【発明の概要】
【０００５】
開示されるのは、上記の１つ又は複数の欠点を解決する外部変調ＩＳＶＦ発電機システムである。特に、本明細書に記載のＩＳＶＦ発電機システムは、ＩＳＶＦ発電機の回転子の外部で変調機能を実行しうる。高周波変調された多相電力信号は、回転子の外部で生成され、回転子に転送され、ＩＳＶＦ発電機の主機械ステージを駆動するために直接使用されてもよい。そのように、回転子は、いかなる変調回路も除外しうる。
【０００６】
一実施形態では、独立型速度可変周波数発電機システムは、回転子と固定子とを含む。システムは、回転子の上に配置された磁界源及び固定子の上に配置された１組のパイロット多相巻線を含むパイロット発電機ステージを更に含む。システムはまた、固定子の上に配置された第１の組の高周波トランス多相巻線及び回転子の上に配置された第２の組の高周波トランス多相巻線を含む高周波トランスステージを含む。システムはまた、回転子の上に配置された一組の主磁場多相巻線及び固定子の上に配置された一組の主電機子多相巻線を含む主機械ステージであって、第２の組の高周波トランス多相巻線が、一組の主磁場多相巻線に直接接続される主機械ステージを含む。システムは、発電機制御ユニットを更に含む。
【０００７】
いくつかの実施形態では、発電機制御ユニットは、複数のスイッチング回路を有する多相インバータと、コントローラ回路とを備え、複数のスイッチング回路のそれぞれの入力がコントローラ回路に接続される。いくつかの実施形態では、モータ状態において、コントローラ回路は、多相インバータでの出力を防止するために複数のスイッチング回路の各々を開くように構成される。いくつかの実施形態では、発電状態において、コントローラ回路が、回転子に対して回転する回転磁束を生成するために、一組の主磁場多相巻線を駆動するために使用可能な主磁場多相電力信号成分を含む高周波変調された多相電力信号を生成するパターンで、複数のスイッチング回路を開閉するように構成される。
【０００８】
いくつかの実施形態では、システムは、多相インバータの出力に結合された周波数センサを備え、コントローラ回路が、基準周波数と周波数センサによって測定された主磁場周波数との間の差に基づいて、主磁場多相電力信号成分の周波数を調整するように構成される。いくつかの実施形態では、システムは、一組の主電機子多相巻線の出力に結合された電圧センサを備え、コントローラ回路が、基準電圧と電圧センサによって測定された出力電圧との間の差に基づいて、主磁場多相電力信号成分の電圧を調整するように構成される。いくつかの実施形態では、システムは、回転子の回転周波数を検出するように構成されたエンコーダを備え、コントローラ回路が、基準周波数とエンコーダによって測定された回転子周波数との間の差に基づいて、主磁場多相電力信号成分の周波数を調整するように構成される。
【０００９】
いくつかの実施形態では、システムは、外部電源と、パイロット発電機ステージと発電機制御ユニットとの間の結合部を開閉し、かつ外部電源と発電機制御ユニットとの間の結合部を開閉するように構成された第１のスイッチング回路とを備える。いくつかの実施形態では、システムは、モータ始動ドライバと、一組の主電機子多相巻線と配電バスとの間の結合部を開閉し、かつ第４組の多相巻線とモータ始動ドライバとの間の結合部を開閉するように構成された第２のスイッチング回路とを備える。
【００１０】
実施形態では、独立型速度可変周波数発電のための方法は、独立型速度可変周波数発電機の回転子の外部に配置された発電機制御ユニットで、主磁場多相電力信号成分を含む高周波変調された多相電力信号を生成することを含む。方法は、高周波トランスステージを介して、独立型可変周波数発電機の固定子から回転子に、高周波多相電力信号を送信することを更に含む。方法はまた、高周波変調された多相電力信号の主磁場多相電力信号成分を主磁場多相巻線に印加することによって、回転子上に配置された一組の主磁場多相巻線で非同期回転磁束を発生させることを含む。方法は、固定子の上に配置された一組の主電機子多相巻線において、非同期回転磁束を主機械多相電力信号に変換することを含む。
【００１１】
いくつかの実施形態では、方法は、固定子の上に配置された一組のパイロット多相巻線を発電機制御ユニットの多相整流器に結合することと、回転子の上に配置された磁場源で、回転子と同期して回転する同期回転磁束を発生させることと、一組のパイロット多相巻線を使用して、同期回転磁束をパイロット多相電力信号に変換することと、整流された電力信号を生成するために、発電機制御ユニットで、パイロット多相電力信号を整流することと、高周波変調された多相電力信号を生成するために、整流された電力信号を使用することとを含む。
【００１２】
いくつかの実施形態では、方法は、外部電源を発電機制御装置に結合することと、外部電源からの電力信号を使用して高周波変調された多相電力信号を生成することとを含む。いくつかの実施形態では、高周波変調された多相電力信号を生成することは、発電機制御ユニットのコントローラ回路で、高周波変調された多相電力信号を生成するパターンで、複数のスイッチング回路を開閉することを含む。
【００１３】
いくつかの実施形態では、方法は、高周波変調された多相電力信号を生成する前に、モータ始動ドライバを一組の主電機子多相巻線に結合することと、多相インバータでの出力を防止するために、複数のスイッチング回路を開くことと、モータ始動ドライバから一組の主電機子多相巻線を通して電流パターンを送り、回転子を回転させ、エンジンの始動を可能にする回転磁束パターンを生成することとを含む。
【００１４】
いくつかの実施形態では、方法は、エンジンの始動後に、一組の主電機子多相巻線をモータ始動ドライバから切断することと、一組の主電機子多相巻線を配電バスに結合することとを含む。
【００１５】
いくつかの実施形態では、方法は、主磁場周波数信号を受信することと、基準周波数信号を受信することと、主場周波数信号と基準周波数信号との間の差に基づいて、高周波変調された多相電力信号の主磁場多相電力信号成分の周波数を調整することとを含む。いくつかの実施形態では、方法は、出力電圧信号を受信することと、基準電圧信号を受信することと、基準電圧と出力電圧との間の差に基づいて、高周波変調された多相電力信号の主磁場多相電力信号成分の電圧を調整することとを含む。いくつかの実施形態では、方法は、回転子周波数信号を受信することと、基準周波数信号を受信することと、回転子波数信号と基準周波数信号との間の差に基づいて、高周波変調された多相電力信号の主磁場多相電力信号成分の周波数を調整することとを含む。
【００１６】
一実施形態では、独立型速度可変周波数発電機システムは、回転子と固定子とを含む。システムは、固定子の上に配置された第１の組の高周波トランス多相巻線及び回転子の上に配置された第２の組の高周波トランス多相巻線を含む高周波トランスステージを更に含む。システムはまた、回転子の上に配置された一組の主磁場多相巻線及び固定子の上に配置された一組の主電機子多相巻線を含む主機械ステージであって、第２の組の高周波トランス多相巻線が、一組の主磁場多相巻線に直接接続される主機械ステージを含む。
【００１７】
いくつかの実施形態では、システムは、一組の主磁場多相巻線を駆動して、回転子に対して回転する非同期回転磁束を生成するために使用可能な主磁場多相電力信号成分を含む高周波変調された多相電力信号を生成するように構成された発電機制御ユニットを備える。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】外部変調された独立型速度可変周波数発電機システムの一実施形態を示す概略ブロック図である。
【図２】パルス幅変調された周波数変換器の一実施形態を示す概略ブロック図である。
【図３】独立型速度可変周波数ＡＣ発電機システムのための信号制御システムの一実施形態を示すブロック図である。
【図４】外部変調された独立型速度可変周波数発電の方法の一実施形態を示すフロー図である。
【図５】外部変調された独立型速度可変周波数発電の方法の一実施形態を示すフロー図である。
【図６】始動機として外部変調された独立型速度可変周波数発電機システムを動作させる方法の一実施形態を示すフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
本開示は様々な修正例及び代替形態を適用しやすいものであるが、特定の実施形態が例として図面に示され、本明細書で詳細に説明されることになる。しかしながら、本開示は開示された特定の形態に限定されることを意図していないと理解すべきである。むしろ、その意図は、本開示の範囲内に含まれるすべての修正例、等価物、及び代替例を対象とすることである。
【００２０】
上述のように、ＩＳＶＦ発電機は、発電機回転子の回転周波数とは無関係の周波数を有する多相電力信号の生成を可能にする。ＩＳＶＦ装置の非限定的な例は、「独立型速度可変周波数交流発電機（Ｉｎｄｅｐｅｎｄｅｎｔ  Ｓｐｅｅｄ  Ｖａｒｉａｂｌｅ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  Ａｌｔｅｒｎａｔｉｎｇ  Ｃｕｒｒｅｎｔ  Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ）」と題する、２０１７年１１月２１日に出願された米国特許出願第１５／８１９，９１９号に記載される。ＩＳＶＦ発電機装置を発電機及び始動機の両方として組み込むシステムの別の非限定的な例は、「始動機として独立型速度可変周波数発電機を作動させるためのシステム及び方法（Ｓｙｓｔｅｍ  ａｎｄ  Ｍｅｔｈｏｄ  ｆｏｒ  Ｏｐｅｒａｔｉｎｇ  ａｎ  Ｉｎｄｅｐｅｎｄｅｎｔ  Ｓｐｅｅｄ  Ｖａｒｉａｂｌｅ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ  ａｓ  ａ  Ｓｔａｒｔｅｒ）」と題する、２０１８年１月１６日に出願された米国特許出願第１５／８７２，３８３号に記載される。ＩＳＶＦ発電機装置を組み込むシステムの別の非限定的な例は、「独立型速度可変周波数ベースの電動推進システムアーキテクチャ（Ｉｎｄｅｐｅｎｄｅｎｔ  Ｓｐｅｅｄ  Ｖａｒｉａｂｌｅ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  Ｂａｓｅｄ  Ｅｌｅｃｔｒｉｆｉｅｄ  Ｐｒｏｐｕｌｓｉｏｎ  Ｓｙｓｔｅｍ  Ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ）」と題する、２０１８年１月９日に出願された米国特許出願第１５／８６６，０６４号に記載される。上記に列挙した特許出願の各々は、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。
【００２１】
図１を参照すると、外部変調されたＩＳＶＦ発電機システム１００の実施形態が図示される。システム１００は、回転子１０２及び固定子１０４を含みうる。本明細書で説明するように、回転子１０２は、固定子１０４に対して回転し、段階的に動力を発生するように構成されうる。システム１００は、パイロットステージ１０６と、高周波トランスステージ１０８と、主機械ステージ１１０とを含みうる。
【００２２】
パイロットステージは、回転子１０２に接続された磁場源１１２と、第１の組の多相巻線１１４（第１の組の多相巻線１１４を、システム１００の他の組の多相巻線と区別するために、一組のパイロット多相巻線とも呼ばれる）を含みうる。図１に示すように、第１の組の多相巻線１１４は、３相電力信号を生成するように構成されうる。しかしながら、本開示は、３相システムに限定されない。３相より多い又は少ない相が可能である。更に、磁場源１１２は、永久磁石、又は一組の誘導発電機巻線などの他の種類の磁気源を含みうる。
【００２３】
高周波トランスステージ１０８は、第２の組の多相巻線１１６（第１の組の高周波多相巻線とも呼ばれる）、及び第３の組の多相巻線１１８（第２の組の高周波多相巻線とも呼ばれる）を含みうる。第２の組の多相巻線１１６及び第３の組の多相巻線１１８は、固定子１０４から回転子１０２に高周波変調された電力信号を伝送できるように構成されうる。本明細書で使用されるとき、「高周波変調された（ｈｉｇｈ  ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  ｍｏｄｕｌａｔｅｄ）」という用語は、回転子１０２の回転周波数を超える周波数を含む変調成分を有する信号を意味する。
【００２４】
主機械ステージ１１０は、第４の組の多相巻線１２０（主磁場多相巻線とも呼ばれる）及び第５の組の多相巻線１２２（主電機子多相巻線とも呼ばれる）を含みうる。図１に示されるように、第２の組の多相巻線１１８は、一組の主磁場多相巻線１２０に直接接続されうる。本明細書で使用されるように、直接接続されるとは、第３の組の多相巻線１１８（すなわち、第２の組の高周波トランス多相巻線）と、第４の組の多相巻線１２０（すなわち、一組の主磁場多相巻線）との間で結合された、整流器又はインバータなどの介在変調回路が存在しないことを意味する。
【００２５】
システム１００は、発電機制御ユニット１２４を更に含みうる。発電機制御ユニット１２４は、パルス幅変調された周波数変換器１２６及びコントローラ回路１２８を含みうる。パルス幅変調された周波数変換器１２６について、本明細書で更に説明する。コントローラ回路１２８は、パルス幅変調された周波数変換器１２６を制御し、多相電力信号を変調及び変換し、第２の組の多相巻線１１６及び第３の組の多相巻線１１８を介して伝送するための高周波変調された多相電力信号を生成するように構成されうる。
【００２６】
コントローラ回路１２８は、本明細書で説明されるように、制御機能を実行するための関連ソフトウェアを有する、マイクロプロセッサなどの任意の論理回路又はプロセッサを含みうる。例えば、いくつかの実施形態では、コントローラ回路１２８は、中央処理装置（ＣＰＵ）、グラフィック処理装置（ＧＰＵ）、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）、周辺インターフェースコントローラ（ＰＩＣ）、他の種類のマイクロプロセッサ、及び／又はそれらの組み合わせを含みうる。コントローラ回路１２８は、集積回路、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、論理ゲート回路の組み合わせ、他の種類のデジタル又はアナログ電気設計構成要素、又はそれらの組み合わせとして実装されうる。
【００２７】
システム１００は、コントローラ回路１２８が高周波変調された多相電力信号を生成することに関連する制御機能を実行できるようにするためのフィードバックセンサを含みうる。例えば、システム１００は、パルス幅変調された周波数変換器１２６の出力に結合された周波数センサ１３０を含みうる。周波数センサ１３０は、パルス幅変調された周波数変換器１２６によって生成された高周波変調された多相電力信号の多相電力信号成分の周波数を検出するように構成されうる。測定された周波数と基準周波数との差（例えば、主機械ステージ１１０によって生成された電力信号の所望の周波数出力）に基づいて、コントローラ回路１２８は、基準周波数に到達するように、パルス幅変調された周波数変換器１２６を調整しうる。
【００２８】
システム１００は、一組の主電機子多相巻線１２２の出力に結合された電圧センサ１３２を更に含みうる。電圧センサ１３２は、主機械ステージ１１０によって生成された電圧の大きさを決定しうる。測定された電圧はまた、測定された電圧と基準電圧との差に基づき、パルス幅変調された周波数変換器１２６によって生成された高周波変調された多相電力信号の多相電力信号成分の電圧の大きさを調整するために、コントローラ回路１２８によって使用されてもよい。
【００２９】
システム１００はまた、回転子１０２に近接して配置され、回転子１０２の回転周波数を検出するように構成されたエンコーダ１３４を含みうる。回転子１０２の回転周波数は、パルス幅変調された周波数変換器１２６によって生成された高周波変調された多相電力信号の多相電力信号成分の周波数を決定する際に、コントローラ回路１２８によって使用されうる。
【００３０】
システム１００は、外部電源１３６及び第１のスイッチング回路１３８を含みうる。外部電源１３６は、地上配電システム、発電機、バッテリ、又はそれらの組み合わせを含み、システム１００に対して固定式であっても可動式であってもよい。第１のスイッチング回路１３８は、発電機制御ユニット１２４とパイロットステージ１０６との間の結合を開閉し、発電機制御ユニット１２４と外部電源１３６との間の結合を開閉するように構成されうる。図１は第１のスイッチング回路１３８の入出力を単線として描いているが、入出力は多相電力入出力を表しうると理解されたい。特に、第１のスイッチング回路１３８の入出力は、３相電力信号に構成されてもよい。第１のスイッチング回路１３８は、電気的結合を選択的に開閉するように構成された物理的スイッチ又は論理的スイッチング回路を含みうる。
【００３１】
このシステムは、モータ始動ドライバ１４０、配電バス１４２、及び第２のスイッチング回路１４４を含みうる。モータ始動ドライバ１４０は、エンジンを反転及び始動させるためにモータに電流パターンを印加するように構成された回路を含みうる。例えば、モータ始動ドライバ１４０は、一組の主電機子多相巻線１２２に磁界方向制御（ＦＯＣ）信号を適用するか又は直接トルク制御（ＤＴＣ）信号を生成するように構成されうる。モータ始動ドライバ１４０は、異なる種類の可変周波数モータ駆動（ＶＦＭＤ）トポロジを含みうる。第２のスイッチング回路１４４は、モータ始動ドライバ１４０と一組の主電機子多相巻線１２２との間の結合を開閉し、配電バス１４２と一組の主電機子多相巻線１２２との間の結合を開閉するように構成されうる。第１のスイッチング回路１３８と同様に、図１は第２のスイッチング回路１４４の入出力を単線として示しているが、入出力は多相電力入出力を表しうると理解されたい。第２のスイッチング回路１４４は、電気的結合を選択的に開閉するように構成された物理的スイッチ又は論理的スイッチング回路を含みうる。
【００３２】
動作中、システム１００は、異なる状態又は動作のモードで作動されうる。第１の状態では、システム１００は、原動機（例えばエンジン）による回転子１０２の回転に基づいて、動力を発生するように構成されうる。第２の状態では、システム１００は、外部電源１３６から受け取った電力に基づいて、電力を生成又は変換するように構成されうる。第３の状態では、システム１００は、エンジンを始動させるためのモータ又は始動機として使用するために構成されうる。他の状態又は状態の組み合わせもまた可能である。
【００３３】
第１の状態にある間、第１のスイッチング回路は、第１の組の多相巻線１１４と発電機制御ユニット１２４との間の結合を閉じ（すなわち結合し）、外部電源１３６と発電機制御ユニット１２４との間の結合を開く（すなわち切断する）ように構成されうる。
【００３４】
原動機（車両エンジンなど）が回転子１０２を回転させ、回転子１０２に取り付けられた磁場源１１２も回転させ、それによってパイロットステージ１０６に磁束を発生させうる。回転磁束は、第１の組の多相巻線１１４においてパイロット多相電力信号を生成するために使用されうる。回転磁束の回転周波数は回転子１０２の回転周波数に依存するので、回転磁束は同期していると考えられ、これは、磁束が回転子１０２と同期していることを意味する。パイロット多相電力信号は、発電機制御ユニット１２４のパルス幅変調された周波数変換器１２６への入力として使用されうる。
【００３５】
コントローラ回路１２８は、周波数センサ１３０、電圧センサ１３２、及びエンコーダ１３４から受け取ったフィードバックに依存して、高周波変調された成分及び低周波多相電力信号成分を含む高周波変調された多相電力信号を生成しうる。高周波変調された多相電力信号は、固定子１０４上の第２の組の多相巻線１１６から回転子１０２上の第３の組の多相巻線１１８に送信されうる。
【００３６】
第４の組の多相巻線１２０は、第３の組の多相巻線１１８に直接接続されうる。したがって、高周波変調された多相電力信号は、第４の組の多相巻線１２０に直接転送されうる。第３及び第４の組の多相巻線１１８、１２０によって示される自然インダクタンスにより、多相電力信号成分のみを残して、高周波変調された多相電力信号の高周波変調成分を除去することができる。いくつかの実施形態では、高周波変調成分をフィルタリングするために、追加の回路が含まれてもよい。残りの多相電力信号成分は、第４の組の多相巻線１２０で電流を駆動し、それによって磁束を発生させうる。
【００３７】
コントローラ回路１２８は、パルス幅変調された周波数変換器１２６に信号を送って、第４の組の多相巻線１２０の磁束を回転子１０２に対して回転させる周波数を有する多相電力信号成分を生成しうる。このように、第４の組の多相巻線１２０における回転磁束の周波数は、回転子１０２の回転周波数と第４の組の多相巻線１２０における回転磁束の周波数との組み合わせである。回転磁束は、その回転周波数が回転子１０２の回転周波数のみに依存しないので、非同期でありうる。言い換えれば、回転磁束は、回転子１０２と非同期でありうる。
【００３８】
回転磁束は、第５の組の多相巻線１２２において主ステージ多相電力信号を生成するために使用されうる。主ステージ多相電力信号は、配電バス１４２を介して分配されうる。このようにして、配電バス１４２における電力信号の周波数、電圧、及び位相は、発電機制御ユニット１２４によって制御されてもよく、回転子１０２の回転周波数から独立していてもよい。
【００３９】
第２の状態にある間、第１のスイッチング回路１３８は、第１の組の多相巻線１１４と発電機制御ユニット１２４との間の結合を開き（すなわち切断し）、外部電源１３６と発電機制御ユニット１２４との間の結合を閉じる（すなわち結合する）ように構成されうる。この状態で、外部電源１３６は、パイロットステージ１０６の代わりに、パルス幅変調された周波数変換器１２６を駆動しうる。システム１００は、次に、周波数、電圧、位相、又はそれらの任意の組み合わせを配電バス１４２に固有のパラメータを有する多相電力信号に変換する電力変換器として機能する。
【００４０】
第３の状態にある間、第２のスイッチング回路１４４は、モータ始動ドライバ１４０と第５の組の多相巻線１２２（すなわち、一組の主電機子多相巻線）との間の結合を閉じ（すなわち結合し）、配電バス１４２と第５の組の多相巻線１２２との間の結合を開く（すなわち切断する）ように構成される。
【００４１】
この状態では、コントローラ回路１２８は、パルス幅変調された周波数変換器１２６での出力を阻止しうる。次に、第３及び第４の組の多相巻線１１８、１２０が、誘導モータとして作動されうる。モータ始動ドライバ１４０は、第５の組の多相巻線１２２を通して電流パターンを送り、第４の組の多相巻線１２０と相互作用する回転磁束パターンを生成し、回転子１０２を回転させるように構成されてもよい。回転子１０２が回転すると、エンジンが始動可能になりうる。
【００４２】
システム１００の利点は、一組の主磁場多相巻線を駆動するために使用される多相電力信号の変調及び変換が回転子１０２の外部で行われうることである。これは、回転子１０２上に配置されうる電気部品の数を制限し、その結果、回転子１０２のより長い寿命及びより低い複雑性がもたらされる。他の恩恵と利点が存在することもある。
【００４３】
図２を参照すると、パルス幅変調された周波数変換器１２６の一実施形態が示される。パルス幅変調された周波数変換器１２６は、整流器２１０及びインバータ２２０を含みうる。整流器２１０は、第１の組のダイオード２１１、２１３、２１５及び第２の組のダイオード２１２、２１４、２１６を含みうる。第１の組のダイオード２１１、２１３、２１５の各々は、第２の組のダイオード２１２、２１４、２１６の対応するダイオードと対をなし、各々の対が入ってくる多相電力信号２３０の単相を整流することができる。例えば、ダイオード２１１はダイオード２１２と対をなし、ダイオード２１３はダイオード２１４と対をなし、ダイオード２１５はダイオード２１６と対をなすことができる。
【００４４】
図２は３相整流を実行する整流器２１０を示しているが、３つより多い又は少ない相が整流されてもよいことに留意されたい。更に、図２は、整流器トポロジの一実施形態のみを示す。この開示の恩恵を受ける当業者によって理解されるように、他のトポロジが使用されてもよい。
【００４５】
インバータ２２０は、第１の組のスイッチ２２１、２２３、２２５及び第２の組のスイッチ２２２、２２４、２２６を含みうる。第１の組のスイッチ２２１、２２３、２２５のそれぞれは、第２の組のスイッチ２２２、２２４、２２６の対応するスイッチと対をなし、各々の対が高周波変調された多相電力信号２３２の位相を選択的に生成することができる。例えば、スイッチ２２１はスイッチ２２２と対をなし、スイッチ２２３はスイッチ２２４と対をなし、スイッチ２２５はスイッチ２２６と対をなすことができる。コントローラ回路１２８（図１に示す）は、スイッチ２２１−２２６の各入力に接続されうる。
【００４６】
コンデンサ２２８は、動作中に整流ＤＣ電力信号のＤＣ電圧レベルを保持しうる。インバータ２２０の出力は、周波数センサ１３０に結合されうる。
【００４７】
発電中、スイッチ２２１−２２６の各々の入力は、整流器２１０からのＤＣ電力信号を変調し、高周波変調された多相電力信号２３２を生成するように動作させることができる。高周波変調された多相電力信号は、高周波変調成分と多相電力信号成分とを含む変調成分を含みうる。多相電力信号成分は、第４の組の多相巻線１２０（図１に示す）を駆動して、回転子１０２（図１に示す）に対して回転する回転磁束を発生させるために使用可能でありうる。
【００４８】
別の状態では、スイッチ２２１−２２６の各々を開くことができる（すなわち、スイッチ２２１−２２６を通る電流及び電圧の通過を妨げる）。この状態では、多相インバータ２２０による出力は発生しない。この状態は、システム１００（図１に示す）をモータとして動作させるために使用されうる。
【００４９】
実際には、追加の構成要素をインバータ２２０のスイッチングトポロジ内に含めることができる。例えば、スイッチ２２１−２２６のそれぞれは、スイッチダイオード対を含みうる。更に、金属酸化物半導体電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）、及び／又は他の種類の半導体スイッチを含む様々な種類のスイッチが、本開示と共に使用可能でありうる。図２は６つのスイッチ２２１−２２６を示しているが、インバータ２２０は、異なる数の位相を有する多相電力信号を生成するために、６つより多い又は少ないスイッチを含みうる。
【００５０】
パルス幅変調された周波数変換器１２６の利点は、それが回転子１０２に取り付けられるのではなく、システム１００の固定子１０４上に配置されうることである。したがって、回転子は、より少ないコストで製造することができ、パルス幅変調された周波数変換器１２６を構成するために使用される構成要素は、回転子１０２に関連する強い回転力に耐える必要がない。他の恩恵と利点が存在することもある。
【００５１】
図３を参照すると、外部変調されたＩＳＶＦ発電機のための制御信号システム３００が示される。制御信号システム３００は、加算点３０６、３１８、３４２、絶対値関数３１２、３３４、及び符号関数３５０を含むよう機能的に描かれる。機能的に描かれているが、これらの要素の各々は、構造的構成要素を使用して実施されうる。例えば、加算点３０６、３１８、３４２及び絶対値関数３１２、３３４は、論理ハードウェア（デジタル論理ゲート若しくはアナログ比較器回路）又はコントローラ回路１２８（図１に示す）内のプロセッサ上で実行されるソフトウェアのいずれかとして実装されうる。これらの機能に関連するハードウェアは、図１の回転子１０２の外部にありうる。
【００５２】
システム３００は、基準周波数信号３０２を受信しうる。基準周波数信号３０２は、多相配電システムに対する所望の周波数を表しうる。特に、多相配電システムは、航空宇宙用途に使用され、推進モータ及び／又は他のシステム及びデバイスに電力を供給しうる。基準周波数信号３０２は、発電機制御ユニット１２４（図１に示す）への一定の入力信号「ハードワイヤード（ｈａｒｄｗｉｒｅｄ）」でもよく、又は調整可能な入力でもよい。例えば、システム３００は、特定の負荷の必要性を満たすために可変周波数の電力信号を生成するように構成されてもよい。負荷がモータであるとき、システム３００は、速度変化の必要性を満たすために可変周波数を出力することができる。一定の周波数が望ましい場合には、固定周波数を出力することができる。基準周波数信号３０２は、プロセッサ（例えば、発電機制御ユニット１２４のプロセッサ）で実行されているソフトウェアを通じて、又は他の論理及び／又はハードウェアを通じて生成されうる。このように、基準周波数信号３０２は、静的であっても動的であってもよく、特定の負荷に基づいて修正されてもよい。
【００５３】
基準周波数信号３０２は、第１の加算点３０６で回転子周波数信号３０４と結合され、基準周波数信号３０２と回転子周波数信号３０４との間の差を表す第１の中間信号３０８を生成しうる。概念的には、第１の中間信号３０８は、回転子１０２の測定回転周波数（図１に示す）からの回転磁場の回転周波数の所望の変化を表しうる。
【００５４】
非限定的な例として、基準周波数信号３０２は、４００Ｈｚに等しくなりうる。回転子周波数信号３０４が３００Ｈｚに等しい場合、次いで、第１の中間信号３０８は１００Ｈｚに等しくなるだろうが、これは、基準周波数信号３０２（すなわち４００Ｈｚ）に等しくするために、回転子１０２の回転周波数（すなわち３００Ｈｚ）からの所望の周波数増加を表す。
【００５５】
第１の中間信号３０８は、絶対値関数３１２に入力され、第１の中間信号３０８のマグニチュード信号３１４を生成する。第２の加算点３１８において、第１の中間信号３０８のマグニチュード信号３１４は、主磁場周波数信号３３２（図１の周波数センサ１３０によって測定された）のマグニチュード信号３１６と組み合わされて、第２の中間信号３２０を生成しうる。第２の中間信号３２０は、第１の中間信号３０８と主磁場周波数信号３３２の大きさの間の差を表しうる。言い換えれば、第２の中間信号３２０は、一組の主機械ステージ巻線（例えば、第４の組の多相巻線１２０）における主回転磁場の現在の回転周波数に対する主回転磁場の回転周波数の所望の変化を表しうる。上記の例を続けると、主磁場周波数信号３３２が９０Ｈｚに等しい場合、第２の中間信号３２０は１０Ｈｚに等しくなるだろうが、これは回転子（例えば、図１の回転子１０２）に対する回転磁場の回転周波数の所望の増加を表す。
【００５６】
言い換えれば、例示的な実施例では、主回転磁場は、回転子１０２に対して９０Ｈｚの周波数で回転していてもよく、回転子１０２は、固定子１０４に対して３００Ｈｚの周波数で回転していてもよい。したがって、主回転磁場は、固定子１０４に対して３９０Ｈｚの周波数で回転していてもよい。４００Ｈｚの周波数を有する電力信号を生成するためには、主回転磁場の回転周波数は、１０Ｈｚ増加する必要があるだろう。そのため、この例では、第２の中間信号３２０は１０Ｈｚに等しいだろう。
【００５７】
第２の中間信号３２０は、第１の比例積分微分（ＰＩＤ）コントローラ３２２に供給されうる。第１のＰＩＤコントローラ３２２は、第２の中間信号３２０を、最終的に回転子の主機械ステージに供給される高周波変調された多相電力信号の多相電力信号成分３２８を調整するようインバータ２２０に指示するインバータ制御信号３２４に変換しうる。多相電力信号成分３２８は、電流として、一組の主機械ステージの多相巻線（たとえば、図１の第４の組の多相巻線１２０）を流れる場合、回転磁場を形成することがあり、ここで、回転磁場の周波数、大きさ、及び位相が、多相電力信号成分３２８の周波数、大きさ、及び位相に依存する。多相電力信号成分３２８を調整することによって、インバータ２２０は、回転子１０２に対する回転磁場の回転を制御し、それによって回転磁場の回転周波数を回転子１０２の回転周波数から分離することができる。第１のＰＩＤコントローラ３２２は、図１のコントローラ回路１２８の一部でありうる。
【００５８】
多相電力信号成分３２８から、第２の加算点３１８でフィードバック信号として使用するために、主磁場周波数信号３３２が測定及び導出されうる。主磁場周波数信号３３２は、絶対値関数３３４を通過して、第２の加算点３１８で使用される主磁場周波数信号２３２のマグニチュード信号３１６を生成しうる。同様に、回転子速度エンコーダ１３４は、回転子１０２の回転周波数に基づいて、回転子周波数信号３０４を測定及び導出しうる。回転子周波数信号３０４は、第１の加算点３０６で使用されるフィードバック信号として提供されうる。
【００５９】
第１の中間信号３０８はまた、符号関数３５０に渡されてもよい。符号関数３５０は、第１の中間信号３０８を方向信号３５２に変換しうる。方向信号３５２は、回転子１０２に対する回転磁場の所望の回転方向を示しうる。負の方向信号は、所望の回転周波数が回転子１０２の回転周波数より小さいことを示しうる。正の方向信号は、所望の回転周波数が回転子１０２の回転周波数よりも大きいことを示しうる。方向信号３５２は、多相電力信号成分３２８を制御し、回転子１０２に対する回転磁場の所望の回転方向を実施するために、インバータ２２０によって使用されうる。
【００６０】
システム３００は、更に基準電圧信号３３８を受信しうる。基準電圧信号３３８は、多相配電システムに対する所望の電圧を表しうる。特に、多相配電システムは、航空宇宙用途に使用され、推進モータ及び／又は他のシステム及びデバイスに電力を供給しうる。基準電圧信号３３８は、発電機制御ユニット１２４への一定の入力信号「ハードワイヤード」でもよく、又は調整可能な入力でもよい。基準電圧信号３３８は、プロセッサ（例えば、発電機制御ユニット１２４のプロセッサ）で実行されているソフトウェアを通じて、又は他の論理及び／又はハードウェアを通じて生成されうる。例示的な例では、基準電圧信号３３８は、１０５ＶＡＣ又は２３０ＶＡＣに等しくなりうる。
【００６１】
基準電圧信号３３８は、第３の加算点３４２で固定子出力電圧信号３４０と組み合わされてもよく、基準電圧信号３３８と固定子出力電圧信号３４０との間の差を表す第３の中間信号３４４を生成してもよい。概念的には、第３の中間信号３４４は、主ステージ固定子巻線（例えば、図１の第５の組の多相巻線１２２）に生じる電圧の所望の変化を表しうる。
【００６２】
第３の中間信号３４４は、第２のＰＩＤコントローラ３４６に供給されうる。第２のＰＩＤコントローラ３４６は、第３の中間信号３４０を、多相電力信号成分３２８を調整するようインバータ２２０に指示するインバータ制御信号３４８に変換しうる。特に、多相電力信号成分３２８の大きさは、回転磁場の大きさを増減するように調整されてもよく、それによって主ステージ固定子巻線（例えば、第５の組の多相巻線１２２）で、より高い又はより低い電圧が生成される。第１のＰＩＤコントローラ３２２と同様に、第２のＰＩＤコントローラ３４６は、コントローラ回路１２８の一部でありうる。
【００６３】
図３に記載されている各構成要素は、システム１００の回転子１０２の外部にありうる。システム３００の利点は、回転子１０２の外部にあることによって、システム３００に加えられる回転力が減少し、システム３００の寿命が延びうることである。他の恩恵と利点が存在することもある。
【００６４】
図４を参照すると、外部変調された独立型速度可変周波数発電のための方法４００の実施形態が示される。方法４００は、４０２において、独立型速度可変周波数発電機の回転子の外部に配置された発電機制御ユニットにおいて高周波変調された多相電力信号を生成することを含みうる。高周波変調された多相電力信号は、主磁場多相電力信号成分を含む。例えば、発電機制御ユニット１２４は、高周波変調された多相電力信号を生成しうる。
【００６５】
方法４００は、４０４において、高周波トランスステージを介して、独立型可変周波数発電機の固定子から回転子に、高周波多相電力信号を送信することを更に含みうる。例えば、高周波変調された多相電力信号は、高周波トランスステージ１０８を介して、固定子１０４から回転子１０２に送信されうる。
【００６６】
方法４００はまた、４０６において、高周波変調された多相電力信号の主磁場多相電力信号成分を主磁場多相巻線に印加することによって、回転子上に配置された一組の主磁場多相巻線で非同期回転磁束を発生させることを含みうる。例えば、非同期回転磁束は、第４の組の多相巻線１２０で発生しうる。
【００６７】
方法４００は、４０８で、固定子の上に配置された一組の主電機子多相巻線において、非同期回転磁束を主機械多相電力信号に変換することを含みうる。例えば、非同期回転磁束は、第５の組の多相巻線１２２において主機械多相電力信号に変換されうる。
【００６８】
方法４００の利点は、独立型速度可変周波数発電機の回転子の上に変調回路を配置することなく、非同期回転磁束が発生しうることである。他の恩恵と利点が存在することもある。
【００６９】
図５を参照すると、外部変調された独立型速度可変周波数発電のための方法５００の実施形態が示される。方法５００は、パイロットステージ（例えば、パイロットステージ１０６）が様々な理由で利用できない状況で使用されうる。
【００７０】
方法５００は、５０２において、パイロットステージを発電機制御ユニットから切断することを含みうる。例えば、パイロットステージ１０６は、第１の切換回路１３８を用いて、発電機制御ユニットから切り離されてもよい。
【００７１】
方法５００は、５０４において、外部電源を発電機制御ユニットに結合することを含みうる。例えば、外部電源１３６は、第１のスイッチング回路１３８を用いて、発電機制御ユニット１２４に結合されうる。
【００７２】
方法５００は、５０６において、外部電源からの電力信号を使用して、高周波変調された多相電力信号を生成することを更に含みうる。例えば、発電機制御ユニット１２４は、外部電源１３６から受信した多相電力信号を用いて、高周波変調された多相電力信号を生成しうる。
【００７３】
方法５００が完了した後、方法４００は、高周波変調された多相電力信号を生成するために、電力に関して外部電源に依存する回転子１０２の回転周波数から独立型多相電力信号を生成するために使用されてもよい。方法５００の利点は、パイロットステージ１０６からの電力を使用する代わりに、外部電源１３６が、システム１００の主機械ステージ１１０で使用するための高周波変調された多相電力信号を生成するための電力を供給しうることである。他の恩恵と利点が存在することもある。
【００７４】
図６を参照すると、始動機として外部変調された独立型速度可変周波数発電機システムを動作させるための方法６００の実施形態が示される。方法６００は、６０２において、高周波変調された多相電力信号を生成する前に、モータ始動ドライバを一組の主電機子多相巻線に結合することを含みうる。例えば、スイッチング回路１４４は、モータ始動ドライバ１４０を第５の組の多相巻線１２２に結合するように制御されうる。
【００７５】
方法６００は、６０４において、多相インバータでの出力を防止するために、複数のスイッチング回路を開くことを更に含みうる。例えば、コントローラ回路１２８は、多相インバータ２２０のスイッチング回路２２１−２２６を開くために、パルス幅変調された周波数変換器１２６を制御しうる。
【００７６】
方法６００はまた、６０６において、モータ始動ドライバから一組の主電機子多相巻線を通して電流パターンを送り、回転子を回転させ、エンジンの始動を可能にする回転磁束パターンを生成することを含みうる。例えば、回転子１０２に接続されたエンジンの始動を可能にするために、モータ始動ドライバ１４０から電流パターンが送られてもよい。
【００７７】
方法６００が実行され、エンジンが始動された後に、方法４００及び／又は５００を実行して、回転子１０２の回転周波数とは無関係の多相電力信号が生成されうる。方法６００の利点は、システム１００が、回転子１０２に接続されたエンジンの始動機として動作することでありうる。
【００７８】
更に、本開示は以下の条項による実施形態を含む。
条項１．  独立型速度可変周波数発電機システム（１００）であって、
回転子（１０２）と、
固定子（１０４）と、
回転子（１０２）の上に配置された磁界源（１１２）及び固定子（１０４）の上に配置された１組のパイロット多相巻線（１１４）を含むパイロット発電機ステージ（１０６）と、
固定子（１０４）の上に配置された第１の組の高周波トランス多相巻線（１１６）及び回転子（１０２）の上に配置された第２の組の高周波トランス多相巻線（１１８）を含む高周波トランスステージ（１０８）と、
回転子（１０２）の上に配置された一組の主磁場多相巻線（１２０）及び固定子（１０４）の上に配置された一組の主電機子多相巻線（１２２）を含む主機械ステージ（１１０）であって、第２の組の高周波トランス多相巻線（１１８）が、一組の主磁場多相巻線（１２０）に直接接続される、主機械ステージ（１１０）と、
発電機制御ユニット（１２４）と
を備える、独立型速度可変周波数発電機システム（１００）。
条項２．  発電機制御ユニット（１２４）が、
複数のスイッチング回路（２２１−２２６）を有する多相インバータ（２２０）と、
コントローラ回路（１２８）と
を備え、複数のスイッチング回路の各々の入力がコントローラ回路（１２８）に接続された、条項１に記載のシステム。
条項３．  モータ状態では、コントローラ回路（１２８）が、多相インバータ（２２０）での出力を防止するために、複数のスイッチング回路（２２１−２２６）の各々を開くように構成される、条項２に記載のシステム。
条項４．  発電状態では、コントローラ回路（１２８）が、回転子（１０２）に対して回転する回転磁束を生成するために、一組の主磁場多相巻線（１２０）を駆動するために使用可能な主磁場多相電力信号成分（３２８）を含む高周波変調された多相電力信号（２３２）を生成するパターンで、複数のスイッチング回路（２２１−２２６）を開閉するように構成される、条項２に記載のシステム。
条項５．  多相インバータ（２２０）の出力に結合された周波数センサ（１３０）
を更に備え、コントローラ回路（１２８）が、基準周波数（３０２）と周波数センサ（１３０）によって測定された主磁場周波数（３３２）との間の差に基づいて、主磁場多相電力信号成分（３２８）の周波数を調整するように構成される、条項４に記載のシステム。
条項６．  一組の主電機子多相巻線の出力に結合された電圧センサ（１３２）
を更に備え、コントローラ回路（１２８）が、基準電圧（３３８）と電圧センサ（１３２）によって測定された出力電圧（３４０）との間の差に基づいて、主磁場多相電力信号成分（３２８）の電圧を調整するように構成される、条項４に記載のシステム。
条項７．  回転子（１０２）の回転周波数を検出するように構成されたエンコーダ（１３４）
を更に備え、コントローラ回路（１２８）が、基準周波数（３０２）とエンコーダ（１３４）によって測定された回転子周波数（３０４）との間の差に基づいて、主磁場多相電力信号成分（３２８）の周波数を調整するように構成される、条項４に記載のシステム。
条項８．  外部電源（１３６）と、
パイロット発電機ステージ（１０６）と発電機制御ユニット（１２４）との間の結合部を開閉し、かつ外部電源（１３６）と発電機制御ユニット（１２４）との間の結合部を開閉するように構成された第１のスイッチング回路（１３８）と
を更に備える、条項１に記載のシステム。
条項９．  モータ始動ドライバ（１４０）と、
一組の主電機子多相巻線（１２２）と配電バス（１４２）との間の結合部を開閉し、かつ第４の組の多相巻線（１２２）とモータ始動ドライバ（１４０）との間の結合部を開閉するように構成された第２のスイッチング回路（１４４）と
を更に備える、条項１に記載のシステム。
条項１０．  独立型速度可変周波数発電のための方法であって、
独立型速度可変周波数発電機（１００）の回転子（１０２）の外部に配置された発電機制御ユニット（１２４）で、主磁場多相電力信号成分（３２８）を含む高周波変調された多相電力信号（２３２）を生成すること（４０２）と、
高周波トランスステージを介して、固定子（１０４）から独立型速度可変周波数発電機の回転子（１０２）に、高周波多相電力信号（２３２）を送信すること（４０４）と、
高周波変調された多相電力信号（２３２）の主磁場多相電力信号成分（３２８）を主磁場多相巻線（１２０）に印加することによって、回転子（１０２）の上に配置された一組の主磁場多相巻線（１２０）で、非同期回転磁束を発生させる（４０６）ことと、
固定子（１０４）の上に配置された一組の主電機子多相巻線（１２２）で、非同期回転磁束を主機械多相電力信号に変換する（４０８）ことと
を含む方法。
条項１１．  固定子（１０４）の上に配置された一組のパイロット多相巻線（１１４）を発電機制御ユニット（１２４）の多相整流器（２１０）に結合することと、
回転子（１０２）の上に配置された磁場源（１１２）で、回転子（１０２）と同期して回転する同期回転磁束を発生させることと、
一組のパイロット多相巻線（１１４）を使用して、同期回転磁束をパイロット多相電力信号（２３０）に変換することと、
整流された電力信号を生成するために、発電機制御ユニット（１２４）で、パイロット多相電力信号（２３０）を整流することと、
高周波変調された多相電力信号（２３２）を生成するために、整流された電力信号を使用することと
を更に含む、条項１０に記載の方法。
条項１２．  外部電源（１３６）を発電機制御ユニット（１２４）に結合することと、
高周波変調された多相電力信号（２３２）を生成するために、外部電源（１３６）からの電力信号を使用することと、
を更に含む、条項１０に記載の方法。
条項１３．  高周波変調された多相電力信号（２３２）を生成することが、
発電機制御ユニット（１２４）のコントローラ回路（１２８）で、高周波変調された多相電力信号（２３２）を生成するパターンで、多相インバータ（２２０）の複数のスイッチング回路（２２１−２２６）を開閉すること
を含む、条項１０に記載の方法。
条項１４．  高周波変調された多相電力信号（２３２）を生成する前に、モータ始動ドライバ（１４０）を一組の主電機子多相巻線（１２２）に結合することと、
多相インバータ（２２０）での出力を防止するために、複数のスイッチング回路（２２１−２２６）を開くことと、
回転子（１０２）を回転させる回転磁束パターンを生成し、エンジンの始動を可能にするために、一組の主電機子多相巻線（１２２）を通して、モータ始動ドライバ（１４０）から電流パターンを送ることと
を更に含む、条項１３に記載の方法。
条項１５．  エンジンの始動後に、一組の主電機子多相巻線（１２２）をモータ始動ドライバ（１４０）から切断することと、
一組の主電機子多相巻線（１２２）を配電バス（１４２）に結合することと
を更に含む、条項１４に記載の方法。
条項１６．  主磁場周波数信号（３３２）を受信することと、
基準周波数信号（３０２）を受信することと、
主場周波数信号（３３２）と基準周波数信号（３０２）との間の差に基づいて、高周波変調された多相電力信号（２３２）の主磁場多相電力信号成分（３２８）の周波数を調整することと
を更に含む、条項１０に記載の方法。
条項１７．  出力電圧信号（３４０）を受信することと、
基準電圧信号（３３８）を受信することと、
基準電圧（３３８）と出力電圧（３４０）との間の差に基づいて、高周波変調された多相電力信号（２３２）の主磁場多相電力信号成分（３２８）の電圧を調整することと
を更に含む、条項１０に記載の方法。
条項１８．  回転子周波数信号（３０４）を受信することと、
基準周波数信号（３０２）を受信することと、
回転子周波数信号（３０４）と基準周波数信号（３０２）との間の差に基づいて、高周波変調された多相電力信号（２３２）の主磁場多相電力信号成分（３２８）の周波数を調整することと
を更に含む、条項１０に記載の方法。
条項１９．  独立型速度可変周波数発電機システム（１００）であって、
回転子（１０２）と、
固定子（１０４）と、
固定子（１０４）の上に配置された第１の組の高周波トランス多相巻線（１１６）及び回転子（１０２）の上に配置された第２の組の高周波トランス多相巻線（１１８）を含む高周波トランスステージ（１０６）と、
回転子（１０２）の上に配置された一組の主磁場多相巻線（１２０）及び固定子（１０４）の上に配置された一組の主電機子多相巻線（１２２）を含む主機械ステージ（１１０）であって、第２の組の高周波トランス多相巻線（１１８）が、一組の主磁場多相巻線（１２０）に直接接続される、主機械ステージ（１１０）と
を備える、独立型速度可変周波数発電機システム（１００）。
条項２０．  一組の主磁場多相巻線（１２０）を駆動して、回転子（１０２）に対して回転する非同期回転磁束を生成するために使用可能な主磁場多相電力信号成分（３２８）を含む高周波変調された多相電力信号（２３２）を生成するように構成された発電機制御ユニット（１２４）
を更に備える、条項１９に記載のシステム。
【００７９】
様々な実施形態が示され説明されてきたが、本開示はそのように限定されず、当業者に明らかであるように、すべてのそのような修正例及び変形例を含むと理解されるだろう。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【外国語明細書】
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2019216586000002.pdf
2019216586000003.pdf
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