(57)【要約】負荷電流を供給する電源に電気的に接続するための入力端子と、負荷電流を引き出す負荷回路に電気的に接続するための出力端子とを備える障害電流リミッタを開示する。障害電流リミッタは、少なくとも２つのリターンリムの中間に配置された、少なくとも１つのコイル受信リムを含む磁気飽和可能なコアであって、リムは少なくとも２つのヨーク間で縦方向に延伸し、少なくとも２つのヨークおよび少なくとも２つのリターンリムが、少なくとも１つのコイル受信リムについて、１つ以上の磁束リターンパスの少なくとも一部を規定する、磁気飽和可能なコアを備える。障害電流リミッタはさらに、入力端子と出力端子との間の負荷電流を伝達するための、少なくとも１つのコイル受信リムの周囲に配置された、少なくとも１つのＡＣコイルを備える。障害電流リミッタはまた、負荷電流の１つ以上の特性に応じて、少なくとも１つのＡＣコイルがロー・インピーダンス状態からハイ・インピーダンス状態に移るように、コアに磁気的にバイアスを印加するための磁気バイアスシステムを備える。【選択図】図１８
2015506162.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
負荷電流を供給する電源に電気的に接続するための入力端子と、
負荷電流を引き出す負荷回路に電気的に接続するための出力端子と、
少なくとも２つのリターンリムの中間に配置された、少なくとも１つのコイル受信リムを含む磁気飽和可能なコアであって、前記リムは少なくとも２つのヨーク間で縦方向に延伸し、少なくとも２つの前記ヨークおよび少なくとも２つの前記リターンリムが、少なくとも１つの前記コイル受信リムについて、１つ以上の磁束リターンパスの少なくとも一部を規定する、磁気飽和可能なコアと、
前記入力端子と前記出力端子との間の前記負荷電流を伝達するための、少なくとも１つの前記コイル受信リムの周囲に配置された、少なくとも１つのＡＣコイルと、
前記負荷電流の１つ以上の特性に応じて、少なくとも１つの前記ＡＣコイルがロー・インピーダンス状態からハイ・インピーダンス状態に移るように、前記コアに磁気的にバイアスを印加するための磁気バイアスシステムと、
を備える障害電流リミッタ。
【請求項２】
前記コアが２つのコイル受信リムを含み、前記ＡＣコイルが２つのコイルセグメントを含み、各々のコイルセグメントが各々のコイル受信リムの周囲に配置される、請求項１に記載の障害電流リミッタ。
【請求項３】
前記バイアスシステムが、２つの前記コイル受信リムの周囲に配置されたＤＣコイルを含む、請求項２に記載の障害電流リミッタ。
【請求項４】
前記ＤＣコイルが、前記ＡＣコイルおよび２つの前記コイル受信リムの周囲に配置される、請求項３に記載の障害電流リミッタ。
【請求項５】
前記バイアスシステムが、各々のコイル受信リムの周囲に各々が配置された２つのＤＣコイルを含む、請求項２に記載の障害電流リミッタ。
【請求項６】
２つの前記ＤＣコイルの各々が、各々のコイルセグメントおよび各々のコイル受信リムの周囲に配置される、請求項５に記載の障害電流リミッタ。
【請求項７】
前記バイアスシステムが、２つの前記ヨークの少なくとも１つの周囲に配置される、請求項１または２に記載の障害電流リミッタ。
【請求項８】
前記コアが、間隔を置いて配置された複数のコアセグメントを含む、請求項１に記載の障害電流リミッタ。
【請求項９】
複数の前記コアセグメントが同様なものであり、各コアセグメントが、少なくとも１つのコイル受信リムと、少なくとも２つのヨーク間で縦方向に延伸する少なくとも１つのリターンリムとを含む、請求項８に記載の障害電流リミッタ。
【請求項１０】
前記ＡＣコイルが２つのコイルセグメントを含み、各コイルセグメントが１つのコイル受信リムの周囲に配置される、請求項９に記載の障害電流リミッタ。
【請求項１１】
前記バイアスシステムが、各コアセグメントの少なくとも１つのコイル受信リムの周囲に配置されたＤＣコイルを含む、請求項１０に記載の障害電流リミッタ。
【請求項１２】
各コアセグメントが、１つを超えるコイル受信リムを含み、前記ＤＣコイルが各コアセグメントの前記コイル受信リムの周囲に配置される、請求項１１に記載の障害電流リミッタ。
【請求項１３】
前記バイアスシステムが、前記コアの前記コイル受信リムの周囲に配置されたＤＣコイルを含む、請求項１０に記載の障害電流リミッタ。
【請求項１４】
前記コア、前記ＡＣコイル、および前記バイアスシステムが、誘電性の媒質に浸される、請求項１〜１３のいずれか１項に記載の障害電流リミッタ。
【請求項１５】
負荷電流を供給する電源に電気的に接続するための入力端子と、
負荷電流を引き出す負荷回路に電気的に接続するための出力端子と、
少なくとも１つのコイル受信部および少なくとも１つのリターン部を有する磁気回路を規定するための磁気飽和可能なコアと、
前記入力端子と前記出力端子との間の前記負荷電流を伝達するための、少なくとも１つの前記コイル受信部の周囲に配置された、少なくとも１つのＡＣコイルと、
前記リターン部の周囲に配置され、少なくとも１つの前記コイル受信部と隣接して間隔を置いて配置された少なくとも１つの金属コイルであって、前記負荷電流の１つ以上の特性に応じて、少なくとも１つの前記ＡＣコイルがロー・インピーダンス状態からハイ・インピーダンス状態に移るように、前記コアに磁気的にバイアスを印加するための少なくとも１つの金属コイルと、
を備える障害電流リミッタ。
【請求項１６】
前記コアが第１のリムを含み、前記コイル受信部が、前記第１のリムの少なくとも一部に沿って延伸する、請求項１５に記載の障害電流リミッタ。
【請求項１７】
前記コアが、前記第１のリムと平行に間隔を置いて配置される第２のリムと、２つのヨークとを含み、該ヨーク間で前記リムが延伸し、前記第２のリムおよび前記ヨークが前記リターン部の少なくとも一部を規定する、請求項１６に記載の障害電流リミッタ。
【請求項１８】
負荷電流を供給する電源に電気的に接続するための入力端子と、
負荷電流を引き出す負荷回路に電気的に接続するための出力端子と、
少なくとも１つのコイル受信部および少なくとも１つのリターン部を有する磁気回路を規定するための磁気飽和可能なコアと、
前記入力端子と前記出力端子との間の前記負荷電流を伝達するための、少なくとも１つの前記コイル受信部の周囲に配置された、少なくとも１つのＡＣコイルと、
前記リターン部内に配置され、少なくとも１つの前記コイル受信部と隣接して間隔を置いて配置された少なくとも１つの永久磁石であって、前記負荷電流の１つ以上の特性に応じて、少なくとも１つの前記ＡＣコイルがロー・インピーダンス状態からハイ・インピーダンス状態に移るように、前記コアに磁気的にバイアスを印加するための少なくとも１つの永久磁石と、
を備える障害電流リミッタ。
【請求項１９】
前記コアが第１のリムを含み、前記コイル受信部が、前記第１のリムの少なくとも一部に沿って延伸する、請求項１８に記載の障害電流リミッタ。
【請求項２０】
前記コアが、前記第１のリムと平行に間隔を置いて配置される第２のリムと、２つのヨークとを含み、該ヨーク間で前記リムが延伸し、前記第２のリムおよび前記ヨークが前記リターン部の少なくとも一部を規定する、請求項１９に記載の障害電流リミッタ。
【請求項２１】
前記永久磁石が１つ以上の前記ヨーク内に配置される、請求項２０に記載の障害電流リミッタ。
【請求項２２】
前記永久磁石が前記第１のリム内に配置される、請求項１９または２０に記載の障害電流リミッタ。
【請求項２３】
添付の図面および／または実施例において例証された発明の実施形態のうちのいずれか１つを参照して本明細書に実質的に記載された、障害電流リミッタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は障害電流リミッタ（ＦＣＬ）に関する。
【０００２】
本発明は、主としてコンパクトな高電圧障害電流リミッタについて開発されており、その応用例を参照して述べられるであろう。しかしながら、本発明はその特定の分野での使用に制限されず、低電圧、中間電圧、超高電圧（ＥＨＶ）および超超高電圧（ＵＨＶ）障害電流リミッタにも適している。
【背景技術】
【０００３】
明細書の全体にわたる先行技術の任意の議論は、決して、当該分野においてそのような先行技術が広く知られているまたは共通の一般知識の一部を形成していることを承認していると見なされるべきではない。
【０００４】
配電システム（ＥＤＳ）においてＦＣＬを使用することは、インフラストラクチャーを保護するため、特に、障害状態の間、ＥＤＳにおいて変圧器を保護するためであることが知られている。これらのＦＣＬは、必然的に、負荷電圧で負荷電流を伝達する大型の装置であり、それらのレベルの電流および電圧での使用に必要とされる全ての基準を満たすことが要求されている。
【０００５】
商業用途で開発されているＦＣＬは、典型的に、コアの周囲に配置される高温超伝導体（ＨＴＳ）の少なくとも１つのコイルを含む。実験室での試験目的のために、多数の従来のコンダクタから構成された小規模な試験装置もまた使用されてきた。しかしながら、後者は連続使用について評価されず、ＥＤＳにおける実用的な使用には構成されない。
【０００６】
ＨＴＳ  ＦＣＬは、負荷電流が金属コイルを流れる誘導型のＦＣＬ、あるいは電流が超伝導体コイルの中を流れる抵抗性のＦＣＬとして典型的に分類される。誘導型のＦＣＬについては、バイアスを印加して、少なくとも金属コイル付近でコアを飽和させるためのＨＴＳ  ＤＣバイアスコイルが使用される。このバイアスは、金属コイルを流れる所与のしきい値以上の電流が、コアを飽和状態から離れて進行させ、次いで金属コイルのインダクタンスを変更し、負荷電流を制限する作用を有するように帰着するものである。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ＨＴＳコイルの使用は、メンテナンスがより集中的であり、購入がより高価であり、製造がより困難であり、また、関連する冷却装置を必要とすることで、より全面的な設置面積を必要とすることから、いくつかの応用例において問題である。
【０００８】
本発明は、先行技術の問題点の少なくとも１つを克服または改善するか、或いは有用な代案を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の一態様によると、
負荷電流を供給する電源に電気的に接続するための入力端子と、
負荷電流を引き出す負荷回路に電気的に接続するための出力端子と、
少なくとも２つのリターンリムの中間に配置された、少なくとも１つのコイル受信リムを含む磁気飽和可能なコアであって、前記リムは少なくとも２つのヨーク間で縦方向に延伸し、少なくとも２つの前記ヨークおよび少なくとも２つの前記リターンリムが、少なくとも１つの前記コイル受信リムについて、１つ以上の磁束リターンパスの少なくとも一部を規定する、磁気飽和可能なコアと、
前記入力端子と前記出力端子との間の前記負荷電流を伝達するための、少なくとも１つの前記コイル受信リムの周囲に配置された、少なくとも１つのＡＣコイルと、
前記負荷電流の１つ以上の特性に応じて、少なくとも１つの前記ＡＣコイルがロー・インピーダンス状態からハイ・インピーダンス状態に移るように、前記コアに磁気的にバイアスを印加するための磁気バイアスシステムと、
を備える障害電流リミッタ、が提供される。
【００１０】
一実施形態では、前記コアが２つのコイル受信リムを含み、前記ＡＣコイルが２つのコイルセグメントを含み、各々のコイルセグメントが各々のコイル受信リムの周囲に配置される。
【００１１】
一実施形態では、前記バイアスシステムが、２つの前記コイル受信リムの周囲に配置されたＤＣコイルを含む。
【００１２】
一実施形態では、前記ＤＣコイルが、前記ＡＣコイルおよび２つの前記コイル受信リムの周囲に配置される。
【００１３】
一実施形態では、前記バイアスシステムが、各々のコイル受信リムの周囲に各々が配置された２つのＤＣコイルを含む。
【００１４】
一実施形態では、２つの前記ＤＣコイルの各々が、各々のコイルセグメントおよび各々のコイル受信リムの周囲に配置される。
【００１５】
一実施形態では、前記バイアスシステムが、２つの前記ヨークの少なくとも１つの周囲に配置される。
【００１６】
一実施形態では、前記コアが、間隔を置いて配置された複数のコアセグメントを含む。
【００１７】
一実施形態では、複数の前記コアセグメントが同様なものであり、各コアセグメントが、少なくとも１つのコイル受信リムと、少なくとも２つのヨーク間で縦方向に延伸する少なくとも１つのリターンリムとを含む。
【００１８】
一実施形態では、前記ＡＣコイルが２つのコイルセグメントを含み、各コイルセグメントが１つのコイル受信リムの周囲に配置される。
【００１９】
一実施形態では、前記バイアスシステムが、各コアセグメントの少なくとも１つのコイル受信リムの周囲に配置されたＤＣコイルを含む。
【００２０】
一実施形態では、各コアセグメントが、１つを超えるコイル受信リムを含み、前記ＤＣコイルが各コアセグメントの前記コイル受信リムの周囲に配置される。
【００２１】
一実施形態では、前記バイアスシステムが、前記コアの前記コイル受信リムの周囲に配置されたＤＣコイルを含む。
【００２２】
一実施形態では、前記コア、前記ＡＣコイル、および前記バイアスシステムが、誘電性の媒質に浸される。
【００２３】
本発明の別の態様によると、
負荷電流を供給する電源に電気的に接続するための入力端子と、
負荷電流を引き出す負荷回路に電気的に接続するための出力端子と、
少なくとも１つのコイル受信部および少なくとも１つのリターン部を有する磁気回路を規定するための磁気飽和可能なコアと、
前記入力端子と前記出力端子との間の前記負荷電流を伝達するための、少なくとも１つの前記コイル受信部の周囲に配置された、少なくとも１つのＡＣコイルと、
前記リターン部の周囲に配置され、少なくとも１つの前記コイル受信部と隣接して間隔を置いて配置された少なくとも１つの金属コイルであって、前記負荷電流の１つ以上の特性に応じて、少なくとも１つの前記ＡＣコイルがロー・インピーダンス状態からハイ・インピーダンス状態に移るように、前記コアに磁気的にバイアスを印加するための少なくとも１つの金属コイルと、
を備える障害電流リミッタ、が提供される。
【００２４】
一実施形態では、前記コアが第１のリムを含み、前記コイル受信部が、前記第１のリムの少なくとも一部に沿って延伸する。
【００２５】
一実施形態では、前記コアが、前記第１のリムと平行に間隔を置いて配置される第２のリムと、２つのヨークとを含み、該ヨーク間で前記リムが延伸し、前記第２のリムおよび前記ヨークが前記リターン部の少なくとも一部を規定する。
【００２６】
本発明の別の態様によると、
負荷電流を供給する電源に電気的に接続するための入力端子と、
負荷電流を引き出す負荷回路に電気的に接続するための出力端子と、
少なくとも１つのコイル受信部および少なくとも１つのリターン部を有する磁気回路を規定するための磁気飽和可能なコアと、
前記入力端子と前記出力端子との間の前記負荷電流を伝達するための、少なくとも１つの前記コイル受信部の周囲に配置された、少なくとも１つのＡＣコイルと、
前記リターン部内に配置され、少なくとも１つの前記コイル受信部と隣接して間隔を置いて配置された少なくとも１つの永久磁石であって、前記負荷電流の１つ以上の特性に応じて、少なくとも１つの前記ＡＣコイルがロー・インピーダンス状態からハイ・インピーダンス状態に移るように、前記コアに磁気的にバイアスを印加するための少なくとも１つの永久磁石と、
を備える障害電流リミッタ、が提供される。
【００２７】
一実施形態では、前記コアが第１のリムを含み、前記コイル受信部が、前記第１のリムの少なくとも一部に沿って延伸する。
【００２８】
一実施形態では、前記コアが、前記第１のリムと平行に間隔を置いて配置される第２のリムと、２つのヨークとを含み、該ヨーク間で前記リムが延伸し、前記第２のリムおよび前記ヨークが前記リターン部の少なくとも一部を規定する。
【００２９】
一実施形態では、前記永久磁石が１つ以上の前記ヨーク内に配置される。
【００３０】
一実施形態では、前記永久磁石が前記第１のリム内に配置される。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
以下に、例示のみを目的として、添付の図面を参照して本発明の実施形態が記述されるであろう。
【図１】本発明の実施形態に係る配電システム（ＥＤＳ）内に配置された障害電流リミッタ（ＦＣＬ）の概略図である。
【図２】本発明の実施形態に係るシングルフェーズＦＣＬの切断側面図である。
【図３】図２の３つの同様なシングルフェーズＦＣＬを利用するスリーフェーズＦＣＬの平面断面図である。
【図４】本発明の別の実施形態に係るシングルフェーズＦＣＬの切断側面図である。
【図５】図４の３つの同様なシングルフェーズＦＣＬを利用するスリーフェーズＦＣＬの平面断面図である。
【図６】本発明の実施形態に係るスリーフェーズＦＣＬの平面断面図である。
【図７】図６のＦＣＬの側面断面図である。
【図８】本発明の別の実施形態に係るスリーフェーズＦＣＬの平面断面図である。
【図９】図８のスリーフェーズＦＣＬの側面断面図である。
【図１０】本発明の別の実施形態に係るスリーフェーズＦＣＬの平面断面図である。
【図１１】図９に示すコアセグメントの斜視図である。
【図１２】本発明の実施形態に係るＦＣＬの部分切断斜視図である。
【図１３】図１２のＦＣＬの部分切断側面図である。
【図１４】本発明の実施形態に係るスリーフェーズＦＣＬの平面断面図である。
【図１５】図１４のＦＣＬの入力装置の平面断面図である。
【図１６】本発明の別の実施形態に係るシングルフェーズＦＣＬの切断側面図である。
【図１７】図１６の３つの同様なシングルフェーズＦＣＬを利用するスリーフェーズＦＣＬの平面断面図である。
【図１８】図４のシングルフェーズＦＣＬの部分切断斜視図である。
【図１９】図４のシングルフェーズＦＣＬの部分切断側面図である。
【図２０】図２のシングルフェーズＦＣＬの平面断面図である。
【図２１】図２０に示すコアの斜視図である。
【図２２】本発明の別の実施形態に係るシングルフェーズＦＣＬの部分切断斜視図である。
【図２３】図２２のシングルフェーズＦＣＬの部分切断側面図である。
【図２４】本発明の別の実施形態に係るシングルフェーズＦＣＬの平面断面図である。
【図２５】図２４の３つの同様なシングルフェーズＦＣＬを利用するスリーフェーズＦＣＬの平面断面図である。
【図２６】図２４に示すコアの斜視図である。
【図２７】本発明の別の実施形態に係るシングルフェーズＦＣＬの平面断面図である。
【図２８】図２７のシングルフェーズＦＣＬの部分切断斜視図である。
【図２９】図２７のＦＣＬのコイル受信リム、ヨーク、ＡＣコイルおよびＤＣコイルを示す部分切断斜視図である。
【図３０】図２７に類似するシングルフェーズＦＣＬだがコイル受信リムの各々が実質的に円形の断面領域を有する平面断面図である。
【図３１】図３０のシングルフェーズＦＣＬの部分切断斜視図である。
【図３２】図３０のＦＣＬのコイル受信リム、ヨーク、ＡＣコイルおよびＤＣコイルを示す部分切断斜視図である。
【図３３】図２７に類似するシングルフェーズＦＣＬだがコイル受信リムの各々が実質的に矩形の断面領域を有する平面断面図である。
【図３４】図３３のシングルフェーズＦＣＬの部分切断斜視図である。
【図３５】図３３のＦＣＬのコイル受信リム、ヨーク、ＡＣコイルおよびＤＣコイルを示す部分切断斜視図である。
【図３６】図２７、図３０および図３３に示すＦＣＬの各々についての例示的な寸法を示す表である。
【図３７】本発明の別の実施形態に係るスリーフェーズＦＣＬの平面断面図である。
【図３８】図３７のスリーフェーズＦＣＬの部分切断斜視図である。
【図３９】図３７のＦＣＬのコイル受信リム、ヨーク、ＡＣコイルおよびＤＣコイルを示す部分切断斜視図である。
【図４０】図３７に類似するスリーフェーズＦＣＬだがコイル受信リムの各々が実質的に円形の断面領域を有する平面断面図である。
【図４１】図４０のスリーフェーズＦＣＬの部分切断斜視図である。
【図４２】図４０のＦＣＬのコイル受信リム、ヨーク、ＡＣコイルおよびＤＣコイルを示す部分切断斜視図である。
【図４３】図３７に類似するスリーフェーズＦＣＬだがコイル受信リムの各々が実質的に矩形の断面領域を有する平面断面図である。
【図４４】図４３のスリーフェーズＦＣＬの部分切断斜視図である。
【図４５】図４３のＦＣＬのコイル受信リム、ヨーク、ＡＣコイルおよびＤＣコイルを示す部分切断斜視図である。
【図４６】本発明の別の実施形態に係るシングルフェーズＦＣＬの部分切断斜視図である。
【図４７】本発明の実施形態に係るＦＣＬの部分切断斜視図である。
【図４８】本発明の別の実施形態に係るシングルフェーズＦＣＬの部分切断斜視図である。
【図４９】本発明の実施形態に係るＦＣＬの部分切断斜視図である。
【図５０】本発明の実施形態に係るシングルフェーズＦＣＬの切断側面図である。
【図５１】図５０に示すコアの斜視図である。
【図５２】本発明の別の実施形態に係るコアの斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
以下の説明および図面では、図示する実施形態の構造および機能を読み手が理解することを支援するために、参照符号を使用する。同一または類似の機能および／または構造を有する特徴を示すために、異なる実施形態において類似の参照符号が使用される。例示のみを目的として、図２では、他の構成のうちＡＣ端子およびＤＣ端子は図示されていない。
【００３３】
図面は、全体としてかつ本明細書中の関連するテキストと共に見る必要がある。特に、図面のうちのいくつかは、述べられている特定の特徴をより明瞭にするために、選択的に特徴を省略している。読み手を支援するためにこのようなことがなされているが、それらの特徴が開示されていない、または関連する実施形態の動作に必要ではないと理解されるべきではない。
【００３４】
或る特徴に関連して用語「実施形態」が使用される場合、その特徴を用いることができるか、或いはその特徴を同じ実施形態において図示されない他の特徴と組み合わせることができない、ただ一つの実施形態だけが存在するとは理解されない、いくつかの特徴は、単一の実施形態の範囲内において相互に排他的であるが、他の特徴を組み合わせることが可能であることは、熟練した読み手であれば理解されるであろう。
【００３５】
図１を参照すると、所定の動作電圧ＶＴにおいて所定の最大動作電流ＩＭＡＸを供給するスリーフェーズ変圧器２を含む配電システム１が示されている。変圧器２は、発電所４の形態のスリーフェーズ電源に接続するための３つの第１の入力端子３（１つのみ示す）を含む。発電所は動作電圧ＶＳを供給する。変圧器はまた、所定の動作電圧ＶＴにおいて負荷電流ＩＬＯＡＤを供給する３つの第１の出力端子５（１つのみ示す）を含む。システム１は、変圧器２の各々の端子５に電気的に接続するための、間隔を置いて配置された３つの第２の入力端子１０（１つのみ示す）を有する、ＦＣＬ６の形態のスリーフェーズ障害電流リミッタを含む。ＦＣＬ６はまた、負荷電流ＩＬＯＡＤを引き出す負荷回路９にＦＣＬを電気的に接続するための、間隔を置いて配置された３つの第２の出力端子１１（１つのみ示す）を含む。
【００３６】
本実施形態でのライン間電圧ＶＳは、５０Ｈｚの実効値（RMS）３３ｋＶのＡＣである。しかしながら、他の実施形態では異なる電圧あるいは周波数が使用される。一般に使用される電圧の例は、１３２ｋＶ、６６ｋＶ、３３ｋＶ、１１ｋＶ、および当業者に知られる他の多くの電圧を含む。他の一般に使用される周波数は６０Ｈｚである。
【００３７】
図２は、磁気飽和可能なコア２１を含むシングルフェーズＦＣＬ２０を示す。コア２１は、隣接して延伸し間隔を置いて配置された、略円筒状のラミネートされた２つの鋼コイル受信リム（limb）２３、２４を含む。これらは、延伸し間隔を置いて配置された、略矩形の断面を有するラミネートされた２つの鋼リターンリム２２、２５の間に平行に配置されている。リム２２、２３、２４、２５は、垂直方向に間隔を置いて配置された、略矩形の断面を有する、実質的に水平のラミネートされた２つの鋼ヨーク２６、２７の間で、縦方向に共同延伸する。ヨーク２６、２７およびリム２２、２５は、リム２３、２４について、２つの磁束リターンパスを各々規定する。これらの２つの磁束リターンパスは、リム２３、２４と結合して２つの磁気回路を規定する。
【００３８】
ＦＣＬ２０は、ＦＣＬの入出力端子間で負荷電流ＩＬＯＡＤを伝達するための、銅ベースの絶縁されたＡＣコイル２８を含む。コイル２８は、直列に接続されて空間的に分離され、各々のリム２３、２４について正反対の向き（opposite sense）に配置された、２つのコイルセグメント３０、３１を含み、コイル３０が入力コイルセグメントであり、コイル３１が出力コイルセグメントである。磁気バイアスシステムは、銅ベースのＤＣコイル３２の形態であり、負荷電流ＩＬＯＡＤの１つ以上の特性に応じて、コイル２８がロー・インピーダンス状態からハイ・インピーダンス状態に移るように、コア２１に磁気的にバイアスを印加するためのコイル２８およびリム２３、２４の周囲に配置される。コア２１およびコイル２８、３２はすべて、誘電性のオイル３４の形態で誘電性の媒質を含むタンク３３内に収容される。
【００３９】
２つの磁気回路は共通のヨーク２６、２７によって物理的に連結されているが、それらの回路は、実用的な目的のために、個別に磁気操作できる。しかしながら、本実施形態では、ＦＣＬの製造において特定の利益を得るために一体化構造が使用される。すなわち、変圧器の中で使用されるコアを製造するために、示されるような２つの磁気回路に共通のヨークを有するコア構造が、非常に類似している。このことは、従来の市販のＦＣＬが、専門的な製造設備および専門的な製造技術を要求するのに対して、ＦＣＬ２０が、変圧器技術に熟練している人員によって既存の設備において製造されることを可能とする。本教示の利益と共に本発明の様々な実施形態のＦＣＬの製造を適応させるために、標準的な変圧器製造工程へのいくつかの変更が要求されることは、当業者であれば理解されるであろう。変圧器の製造に慣れている人員は恐らく、障害電流リミッタ自身およびそのような障害電流リミッタの通常の製造方法の両方については良く知らないであろうが、コア２１およびコイルセグメント３０、３１の製造に関係するヘビー（heavy）な構成は、それらの人員には良く知られている。
【００４０】
本発明の実施形態では、リターンリム２２、２５はＡＣコイルおよびバイアスシステムからフリーである。そのような配置は、リターンリムが磁気飽和に接近するのを防ぐように低い磁気抵抗パスを維持する。
【００４１】
リムおよびヨークは、各々略垂直および水平の方向に向いて図示されているが、異なる方向に向いてもよいことは、当業者であれば理解されるであろう。
【００４２】
図３は、１つが各フェーズに対応する、３つの同様なシングルフェーズＦＣＬ２０を利用するスリーフェーズＦＣＬ３５を示す。ＦＣＬ３５のコア３６は、間隔を置いて配置された３つの同様なコアセグメント３６ａ、３６ｂ、３６ｃを含む。各々のコアセグメント３６ａ、３６ｂ、３６ｃは、ＦＣＬ２０のコア２１と同様の配置を有する。すなわち、コアセグメント３６ａは、２つの延伸するリターンリム３７ａ、４０ａの中間に配置された、２つの延伸するコイル受信リム３８ａ、３９ａを含む。同様に、コアセグメント３６ｂは、２つの延伸するリターンリム３７ｂ、４０ｂの中間に配置された、２つの延伸するコイル受信リム３８ｂ、３９ｂを含む。さらに、コアセグメント３６ｃは、２つの延伸するリターンリム３７ｃ、４０ｃの中間に配置された、２つの延伸するリム受信コイル３８ｃ、３９ｃを含む。各々のコアセグメント３６ａ、３６ｂ、３６ｃは、銅ベースの絶縁されたＡＣコイル４１と、銅ベースのＤＣコイル４２とを含む。各コアセグメント３６ａ、３６ｂ、３６ｃの各々のコイル４２は、各々のコイル４１ａ、４１ｂ、４１ｃ、および、各々のリム３８ａ、３９ａ、３８ｂ、３９ｂ、３８ｃ、３９ｃの周囲に配置される。ＦＣＬ３５は、誘電性の媒質４４を含む３つの同様なタンク４３を含む。各々のタンク４３は、コアセグメント３６ａおよびコイル４１ａ、４２ａ、コアセグメント３６ｂおよびコイル４１ｂ、４２ｂ、並びに、コアセグメント３６ｃおよびコイル４１ｃ、４２ｃを各々収容する。
【００４３】
図４は、図２のＦＣＬに類似するが、磁気バイアスシステムが２つの銅ベースのＤＣコイル５１、５２を含むシングルフェーズＦＣＬ５０を示す。コイル５１はコイルセグメント３０およびリム２３の周囲に配置され、コイル５２はコイルセグメント３１およびリム２４の周囲に配置される。
【００４４】
銅ベースのＤＣコイルの個別の使用は、製造上の複雑さを低減し、より低い高さのＤＣコイルの使用により、設計への標準的なアプローチを可能とする。多数のＤＣコイルは、バイアス印加に要求されるアンペア回数（ampere-turns）を達成するために、電気的に直列または並列にあるいは両方の組み合わせで接続されることができる。
【００４５】
図４の実施形態では、コイルセグメント３０、３１とコイル５１、５２とは実質的に同じ高さである。しかしながら、他の実施形態では、コイルセグメント３０、３１とコイル５１、５２とは実質的に同じ高さ以外の高さであることが理解されるであろう。例えば、いくつかの実施形態では、コイルセグメント３０、３１は、コイル５１、５２を越えて縦方向に延伸する。一方で、いくつかの実施形態では、コイル５１、５２は、コイルセグメント３０、３１を越えて縦方向に延伸する。
【００４６】
図５は、１つが各フェーズに対応する、３つの同様なシングルフェーズＦＣＬ５０を利用するスリーフェーズＦＣＬ６０を示す。ＦＣＬ３５と同様に、ＦＣＬ６０は、間隔を置いて配置された３つの同様なコアセグメント６１ａ、６１ｂ、６１ｃを含み、１つのコアセグメントが各フェーズに対応する。各々のコアセグメント６１ａ、６１ｂ、６１ｃは、ＦＣＬ５０のコア２１と同様の配置を有する。コアセグメント６１ａは、２つの延伸するリターンリム２２ａ、２５ａの中間に配置された、２つの延伸するコイル受信リム２３ａ、２４ａを含む。同様に、コアセグメント６１ｂは、２つの延伸するリターンリム２２ｂ、２５ｂの中間に配置された、２つの延伸するコイル受信リム２３ｂ、２４ｂを含む。さらに、コアセグメント６１ｃは、２つの延伸するリターンリム２２ｃ、２５ｃの中間に配置された、２つの延伸するコイル受信リム２３ｃ、２４ｃを含む。コアセグメント６１ａは２つのＤＣコイル５１ａ、５２ａを含み、各々が、コイルセグメント３０ａ、３１ａおよびリム２３ａ、２４ａの周囲にそれぞれ配置される。コアセグメント６１ｂは２つのＤＣコイル５１ｂ、５２ｂを含む。コイル５１ｂはコイルセグメント３０ｂおよびリム２３ｂの周囲に配置され、コイル５２ｂはコイルセグメント３１ｂおよびリム２４ｂの周囲に配置される。コアセグメント６１ｃは２つのＤＣコイル５１ｃ、５２ｃを含み、各々が、コイルセグメント３０ｃ、３１ｃおよびリム２３ｃ、２４ｃの周囲にそれぞれ配置される。ＦＣＬ６０は、誘電性の媒質４４ａ、４４ｂ、４４ｃを各々含む３つの同様なタンク３３ａ、３３ｂ、３３ｃを含む。タンク３３ａは、コアセグメント６１ａ、コイルセグメント３０ａ、３１ａ、およびコイル５１ａ、５２ａを収容する。同様に、タンク３３ｂは、コアセグメント６１ｂ、コイルセグメント３０ｂ、３１ｂ、およびコイル５１ｂ、５２ｂを収容する。最後に、タンク３３ｃは、コアセグメント６１ｃ、コイルセグメント３０ｃ、３１ｃ、およびコイル５１ｃ、５２ｃを収容する。
【００４７】
図６は、間隔を置いて配置された３つの同様なコアセグメント７１ａ、７１ｂ、７１ｃを有するスリーフェーズＦＣＬ７０を示す。ＦＣＬ６０と同様に、各々のコアセグメント７１ａ、７１ｂ、７１ｃは、ＦＣＬ５０のコア２１と同様の配置を有する。さらに、ＦＣＬ６０と同様に、ＦＣＬ７０のコイルセグメント３０ａ、３１ａは、各々がリム２３ａ、２４ａの周囲に配置される。さらに、ＦＣＬ７０のコイルセグメント３０ｂ、３１ｂは、各々がリム２３ｂ、２４ｂの周囲に配置される。最後に、ＦＣＬ７０のコイルセグメント３０ｃ、３１ｃは、各々がリム２３ｃ、２４ｃの周囲に配置される。ＦＣＬ７０は、コアセグメント７１ａ、７１ｂ、７１ｃに磁気的にバイアスを印加するための、１つの銅ベースのＤＣコイル７２を含む。コイル７２は、６つのすべてのコイルセグメント３０ａ、３１ａ、３０ｂ、３１ｂ、３０ｃ、３１ｃおよび６つのすべてのリム２３ａ、２４ａ、２３ｂ、２４ｂ、２３ｃ、２４ｃの周囲に配置される。３つのすべてのセグメント７１ａ、７１ｂ、７１ｃ、コイルセグメント３０ａ、３１ａ、３０ｂ、３１ｂ、３０ｃ、３１ｃ、およびコイル７２は、オイル３４を含む単一のタンク３３内に収容される。
【００４８】
図７は、ＦＣＬ７０のコアセグメント７１ａの側面断面図を示す。
【００４９】
図８は、本発明の別の実施形態に係るスリーフェーズＦＣＬ８０を示す。ＦＣＬ８０は、２つの磁気飽和可能なコアセグメント８１、９１を含む。コアセグメント８１は、２つの延伸するリターンリム８２、８６の中間に配置された、３つの延伸するコイル受信リム８３、８４、８５を含む。図９に最も良く示されるように、リム８２、８３、８４、８５、８６は、２つのヨーク８７、８８の間で縦方向に延伸する。図８を再び参照すると、コアセグメント９１は、２つの延伸するリターンリム９２、９６の中間に配置された、３つの延伸するコイル受信リム９３、９４、９５を含む。ＦＣＬ８０は、各々が２つのコイルセグメント８９ａ、９９ａ、８９ｂ、９９ｂ、８９ｃ、９９ｃを有する、３つの銅ベースの絶縁されたＡＣコイルを含む。コイル８９ａ、８９ｂ、８９ｃは入力コイルセグメントであり、コイル９９ａ、９９ｂ、９９ｃは出力コイルセグメントである。コイルセグメント８９ａ、９９ａ、８９ｂ、９９ｂ、８９ｃ、９９ｃは、各々がリム８３、９３、８４、９４、８５、９５の周囲に配置される。ＦＣＬ８０は、コアセグメント８１、９１に磁気的にバイアスを印加するための磁気バイアスシステムを、単一の銅ベースのＤＣコイル９０の形態で含む。コイル９０は、６つのすべてのコイルセグメント８９ａ、９９ａ、８９ｂ、９９ｂ、８９ｃ、９９ｃおよび６つのすべてのリム８３、９３、８４、９４、８５、９５の周囲に配置される。両方のセグメント８１、９１、コイルセグメント８９ａ、９９ａ、８９ｂ、９９ｂ、８９ｃ、９９ｃ、およびコイル９０は、オイル３４を含む単一のタンク３３内に収容される。
【００５０】
図１０は、図８に類似するが、磁気バイアスシステムが２つの銅ベースのＤＣコイル１０１、１０２を含むスリーフェーズＦＣＬ１００を示す。本実施形態において、コイル１０１が、コアセグメント８１に磁気的にバイアスを印加し、コイル１０２が、コアセグメント９１に磁気的にバイアスを印加する。コイル１０１は、入力コイルセグメント８９ａ、８９ｂ、８９ｃおよびリム８３、８４、８５の周囲に配置される。一方、コイル１０２は、出力コイルセグメント９９ａ、９９ｂ、９９ｃおよびリム９３、９４、９５の周囲に配置される。本実施形態では、両方のコアセグメント８１、９１、コイルセグメント８９ａ、９９ａ、８９ｂ、９９ｂ、８９ｃ、９９ｃ、およびコイル１０１、１０２は、オイル３４を含む単一のタンク３３内に収容される。
【００５１】
他の実施形態では、ＦＣＬ１００が２つのタンクを含み、一方のタンクが、コアセグメント８１、入力コイルセグメント８９ａ、８９ｂ、８９ｃ、およびコイル１０１を収容し、もう一方のタンクが、コアセグメント９１、出力コイルセグメント９９ａ、９９ｂ、９９ｃ、およびコイル１０２を収容することが理解されるであろう。したがって、そのような実施形態では、ＦＣＬ１００は、１つの入力ユニットおよび１つの出力ユニットの２つの個別のユニットを含む。
【００５２】
図１１は、ＦＣＬ８０のコアセグメント８１を示す。特に本実施形態では、リム８３、８４、８５は略円筒状であり、実質的に円形の断面領域を有する。しかしながら、他の実施形態では、リム８３、８４、８５が略円筒状以外であり、実質的に円形以外の断面領域を有することが理解されるであろう。例えば、いくつかの実施形態では、リム８３、８４、８５は実質的に矩形の断面領域を有し、また他の実施形態では、リム８３、８４、８５は実質的に正方形の断面領域を有する。
【００５３】
さらに、リム８３、８４、８５の直径はヨーク８７、８８の幅未満である。しかしながら、他の実施形態では、リム８３、８４、８５の直径あるいは幅が実質的にヨーク８７、８８の幅以上であることが理解されるであろう。リム８３、８４、８５は、積み重ねられた軟鋼ラミネーションから作られる。いくつかの実施形態では、ラミネーションは指向性の（oriented）変圧器ラミネーションである。他の実施形態では、ラミネーションは、商標ＬＹＣＯＲＥの下で販売された鋼ラミネーションのような、無指向性の（non-oriented）ラミネーションである。しかしながら、他の無指向性のラミネーション材料が、本発明のいくつかの実施形態において使用されることが理解されるであろう。さらに、いくつかの実施形態では、商標ＬＹＣＯＲＥの下で販売された鋼ラミネーションからコアセグメント８１が完全に作られることが理解されるであろう。しかしながら、コアセグメント８１は他の材料から作られてもよいことが理解されるであろう。いくつかの実施形態では、リム８２、８６と異なる材料からリム８３、８４、８５が作られることも理解されるであろう。
【００５４】
図１２は、本発明の別の実施形態に係るＦＣＬ１２０を示す。ＦＣＬ１２０は、図１１の磁気飽和可能なコアセグメント８１を含む。すなわち、ＦＣＬ１２０のコアセグメント８１は、２つの延伸するリターンリム８２、８６の中間に配置された、３つの延伸するコイル受信リム８３、８４、８５を含む。リム８２、８３、８４、８５、８６は、２つのヨーク８７、８８の間で縦方向に延伸する。ＦＣＬ１２０は、各々がリム８３、８４、８５の周囲に配置された、３つの入力コイルセグメント８９ａ、８９ｂ、８９ｃを含む。ＦＣＬ１２０は、各々がＤＣ入力端子１２６、１２７、１２８を有する、３つの銅ベースのＤＣコイル１２１、１２２、１２３を含む、磁気バイアスシステムをさらに含む。各々のコイル１２１、１２２、１２３は、コイルセグメント８９ａおよびリム８３、コイルセグメント８９ｂおよびリム８４、並びにコイルセグメント８９ｃおよびリム８５の周囲に各々配置される。コアセグメント８１、入力コイルセグメント８９ａ、８９ｂ、８９ｃ、およびコイル１２１、１２２、１２３はすべて、オイル３４を含むタンク３３内に収容される。タンク３３は、間隔を置いて配置された３つのＡＣ入力端子１０と、２つの冷却ラジエータ１２５とを含む。ラジエータは、タンク３３の対向面から水平に外側に延伸し、かつ、オイル３４の冷却を可能にするタンクと流体接続されている。オイル３４は、オイルの非一様な加熱を通じて生じる対流を通じて、タンク３３から両方のラジエータを通って循環することが理解されるであろう。すなわち、オイルは、タンクの上部から、各々の上部オイル供給パイプを通じて、ラジエータのうちの１つへ移動する。オイルがラジエータの中で冷却されるように、オイルはラジエータの底へ向かって落下する。その後、冷却されたオイルは、下部オイル供給パイプを通じて、タンクの底部に戻される。タンク３３は、ＦＣＬ１２０が動作している間のオイル３４の熱膨張を収容するためのヘッドルームを含む。他の実施形態では、熱膨張は、タンク３３に流体接続される個別のリザーバによって収容される。
【００５５】
図１３は、図１２のＦＣＬ１２０の部分切断側面図を示す。
【００５６】
図１４は、図１０のＦＣＬ１００に類似するが、２つのタンク３３ａ、３３ｂを含むスリーフェーズＦＣＬ１４０を示す。タンク３３ａは、コアセグメント８１、入力コイルセグメント８９ａ、８９ｂ、８９ｃ、およびコイル１０１を収容し、タンク３３ｂは、コアセグメント９１、出力コイルセグメント９９ａ、９９ｂ、９９ｃ、およびコイル１０２を収容する。したがって、そのような実施形態では、ＦＣＬ１４０は、１つの入力ユニット１４１および１つの出力ユニット１４２の２つの個別のユニットを含む。リム８３、８４、８５、９３、９４、９５の幅は、ヨークの幅と実質的に同じである。したがって、コイルセグメント８９ａ、８９ｂ、８９ｃおよびコイル１０１は、それらがヨークの幅を越えて延伸するように、リム８３、８４、８５の周囲に配置される。同様に、コイルセグメント９９ａ、９９ｂ、９９ｃおよびコイル１０２は、それらがヨークの幅を越えて延伸するように、リム９３、９４、９５の周囲に配置される。
【００５７】
図１５は、ＦＣＬ１４０の入力ユニット１４１を示す。各リム８３、８４、８５の幅は実質的にヨークの幅と同じであるが、他の実施形態では、リム８３、８４、８５の幅がヨークの幅未満であり得ることが理解されるであろう。図１１に示されるコアセグメント８１のような、リム８３、８４、８５の幅がヨークの幅未満であるいくつかの実施形態では、コイルセグメント８９ａ、８９ｂ、８９ｃが実質的にヨークの幅内に位置し、コイル１０１のみがヨークの幅を越えて延伸する。しかしながら、他の実施形態では、コイルセグメント８９ａ、８９ｂ、８９ｃ、およびコイル１０１が実質的にヨークの幅内に位置する。本発明の実施形態中の程度を変えることで、コイルセグメントおよびＤＣコイルはヨークの幅を越えて延伸することが理解されるであろう。
【００５８】
図１６は、図４に類似するが、コイル５１が、縦方向に間隔を置いて配置されてコイルセグメント３０に隣接し、かつリム２３の周囲に配置された、シングルフェーズＦＣＬ１６０を示す。同様に、コイル５２は、縦方向に間隔を置いて配置されてコイルセグメント３１に隣接し、かつリム２４の周囲に配置されている。本実施形態では、コイル５１が配置されるリム２３の部分１６１は、コイルセグメント３０が配置される部分１６２と異なる材料から作られる。同様に、コイル５２が配置されるリム２４の部分１６３は、コイルセグメント３１が配置される部分１６４と異なる材料から作られる。部分１６１、１６３はラミネートされていない磁性材料から作られ、ＤＣバイアスの磁束が通過することを可能にする間、ＡＣ電力周波数の磁束の通過を防止する。
【００５９】
図１７は、１つが各フェーズに対応する、３つの同様なシングルフェーズＦＣＬ１６０を利用するスリーフェーズＦＣＬ１７０を示す。ＦＣＬ１７０は、間隔を置いて配置された３つの同様なコアセグメント１７１ａ、１７１ｂ、１７１ｃを含む。各々のコアセグメント１７１ａ、１７１ｂ、１７１ｃは、ＦＣＬ１６０のコア２１と同様の配置を有する。
【００６０】
図１８は、図４に示すシングルフェーズＦＣＬ５０の部分切断斜視図を示す。タンク３３は、ＡＣ入力端子１８１およびＡＣ出力端子１８２と、２つの冷却ラジエータ１２５とを含む。コイル５１はＤＣ入力端子１８３を含み、コイル５２はＤＣ入力端子１８３を含む。本実施形態では、各リム２３、２４の幅はヨーク２６、２７の幅と実質的に同じである。したがって、コイルセグメント３０、３１およびコイル５１、５２は、ヨーク２６、２７の幅を越えて延伸する。図１９は、図１８の部分切断側面図を示す。
【００６１】
図２０は、図２に示すシングルフェーズＦＣＬ２０の平面断面図を示す。各リム２３、２４の幅はヨークの幅と実質的に同じであり、コイル３２およびコイルセグメント３０、３１はヨークの幅を越えて延伸する。タンク３３は２つの冷却ラジエータ１２５を含む。
【００６２】
図２１は、ＦＣＬ２０のコア２１を示し、リム２３、２４の幅がヨーク２６、２７の幅と実質的に同じであることを最も良く示す。リム２３、２４は略円筒状であり、実質的に円形の断面領域を有する。しかしながら、他の実施形態では、リムが略円筒状以外であり、実質的に円形以外の断面領域を有することが理解されるであろう。リム２３、２４は積み重ねられたラミネーションから作られる。いくつかの実施形態では、ラミネーションは指向性の変圧器ラミネーションである。他の実施形態では、ラミネーションは、商標ＬＹＣＯＲＥの下で販売された鋼ラミネーションのような、無指向性のラミネーションである。しかしながら、他の無指向性のラミネーション材料が、本発明のいくつかの実施形態において使用されることが理解されるであろう。さらに、いくつかの実施形態では、商標ＬＹＣＯＲＥの下で販売された鋼ラミネーションからコア２１が完全に作られることが理解されるであろう。しかしながら、コア２１は他の材料から作られてもよいことが理解されるであろう。いくつかの実施形態では、リム２２、２５と異なる材料からリム２３、２４が作られることも理解されるであろう。
【００６３】
図２２は、図１８に類似するが、各リム２３、２４の幅がヨーク２６、２７の幅未満であるシングルフェーズＦＣＬ２２０を示す。したがって、コイルセグメント３０、３１およびコイル５１、５２は、実質的にヨーク２６、２７の幅内に位置する。図２３は、図２２の部分切断側面図を示す。
【００６４】
図２４は、図２０に類似するが、各リム２３、２４の幅がヨークの幅未満であり、コイル３２およびコイルセグメント３０、３１が実質的にヨークの幅内に位置する、シングルフェーズＦＣＬ２４０の平面断面図を示す。ＦＣＬ２４０のヨークがＦＣＬ２０のヨークよりも幅広いので、ＦＣＬ２４０のヨークの長さはＦＣＬ２０のヨークの長さ未満である。
【００６５】
図２５は、１つが各フェーズに対応する、３つの同様なシングルフェーズＦＣＬ２４０を利用するスリーフェーズＦＣＬ２５０を示す。
【００６６】
図２６は、図２４のＦＣＬ２４０のコア２１を示す。図２６は、リム２３、２４の幅がヨーク２６、２７の幅未満であることを最も良く示す。リム２３、２４は略円筒状であり、実質的に円形の断面領域を有する。しかしながら、他の実施形態では、リムが略円筒状以外であり、実質的に円形以外の断面領域を有することが理解されるであろう。
【００６７】
図２７は、本発明の別の実施形態に係るシングルフェーズＦＣＬ２７０を示す。図２９に最も良く示されるように、ＦＣＬ２７０は、隣接して延伸し間隔を置いて配置された、略矩形のラミネートされた２つの鋼コイル受信リム２７１、２７２を含み、これらは、垂直に間隔を置いて配置された、実質的に水平のラミネートされた２つの鋼ヨーク２７３、２７４の間で、縦方向に共同延伸する。各々のリム２７１、２７２は実質的に正方形の断面領域を有する。図２７を再び参照すると、ＦＣＬ２７０は、直列に接続されて空間的に分離され、各々のリム２７１、２７２について正反対の向きに配置された２つのコイルセグメント２７６、２７７を含む、銅ベースの絶縁されたＡＣコイル２７５を含む。磁気バイアスシステムは、縦方向に間隔を置いて配置された２つの銅ベースのレース・トラック型ＤＣコイル２７８、２７９の形態であり、コイルセグメント２７６、２７７およびリム２７１、２７２の周囲に配置される。ヨーク２７３、２７４、リム２７１、２７２、コイルセグメント２７６、２７７、およびコイル２７８、２７９はすべて、オイル２８１を含むタンク２８０内に収容される。タンク２８０は、２つの冷却ラジエータ２８２と、縦方向に延伸し、間隔を置いてタンク２８０の外壁上に配置された、１６つの同様なラミネートされた鋼リターンリム２８３とを含む。ヨーク２７３、２７４およびリム２８３は、リム２７１、２７２について、磁束リターンパスを規定する。本実施形態では、各リム２７１、２７２の幅は、著しくヨーク２７３、２７４の幅未満である。したがって、コイルセグメント２７６、２７７およびコイル２７８、２７９は、完全にヨーク２７３、２７４の幅内に位置する。しかしながら、他の実施形態では、コイルセグメント２７６、２７７およびコイル２７８、２７９が、完全にヨーク２７３、２７４の幅内以外に位置することが理解されるであろう。
【００６８】
図２８は、図２７のＦＣＬ２７０の部分切断斜視図である。図２９は、ＦＣＬ２７０のうちの、リム２７１、２７２、ヨーク２７３、２７４、コイルセグメント２７６、２７７、およびコイル２７８、２７９を示す。
【００６９】
図３０は、図２７のＦＣＬ２７０に類似するが、各々のリム２７１、２７２が実質的に円形の断面領域を有するシングルフェーズＦＣＬ３００を示す。図３１は、図３０のＦＣＬ３００の部分切断斜視図である。図３２は、ＦＣＬ３００のうちの、リム２７１、２７２、ヨーク２７３、２７４、コイルセグメント２７６、２７７、およびコイル２７８、２７９を示す。
【００７０】
図３３は、図２７のＦＣＬ２７０に類似するが、各々のリム２７１、２７２が実質的に矩形の断面領域を有するシングルフェーズＦＣＬ３３０を示す。図３４はＦＣＬ３３０の部分切断斜視図である。図３５は、ＦＣＬ３３０のうちの、リム２７１、２７２、ヨーク２７３、２７４、コイルセグメント２７６、２７７、およびコイル２７８、２７９を示す。
【００７１】
図３６は、各々のシングルフェーズＦＣＬ２７０、３００、３３０についての寸法の表を示す。図３６の表中に示される寸法は例示のみを目的とし、他の寸法が本発明の他の実施形態において使用されることが理解されるであろう。本発明の実施形態が広範囲の異なる寸法に適用可能であることは、本明細書の本教示の利益に触れた熟練した読み手によって理解されるであろう。いくつかの実施形態では、臨界的な設計寸法は全容積であり、その他には設置面積、高さ、所定の一寸法である。本発明は、種々様々な設置位置に発明を適用可能にする、１つ以上の広範囲な基準を満たす実施形態におけるインプリメンテーションに対して適用可能である。それについて、多くの設置位置が、既存のインフラストラクチャーの耐用年数を延長するためにＦＣＬが改修されることになっている、既存の変電所であることが理解されるであろう。このことはしばしば、要求されたＦＣＬに対する、一寸法以上の非常に厳しい制限を課す。本発明は、ＦＣＬのかなりの柔軟なデザインを提示することができる。例えば、スリーフェーズＦＣＬが必要な場合、次のものでそれを構成することが可能である：３つの個別のタンク内に収容された３つのシングルフェーズコア；１つの個別のタンク内に収容された３つのシングルフェーズコア；単一のタンク内に収容された２つのハーフフェーズコア；あるいは２つの個別のタンク内に収容された２つのハーフフェーズコア。さらに、図面において示されるように、コアを指向させる（orientate）すなわち水平に延伸させることも可能であり、あるいは別の方法でコアを延伸させることも可能である。例えば、いくつかの実施形態ではコアは垂直に延伸し、一方で、さらなる実施形態では、コアは平坦に置かれ、リムは共通の水平面内において延伸する。
【００７２】
図３７は、本発明の別の実施形態に係るスリーフェーズＦＣＬ３７０を示す。ＦＣＬ３７０はＦＣＬ２７０と同様の配置を有するが、ヨーク２７３、２７４の間で縦方向に共同延伸する、６つのコイル受信リム２７１ａ、２７２ａ、２７１ｂ、２７２ｂ、２７１ｃ、２７２ｃを含む。ＦＣＬ２７０と同様に、各々のリム２７１ａ、２７２ａ、２７１ｂ、２７２ｂ、２７１ｃ、２７２ｃは、実質的に正方形の断面領域を有する。ＦＣＬ３７０は、１つが各フェーズに対応する、銅ベースの絶縁された３つのＡＣコイル２７５ａ、２７５ｂ、２７５ｃを含み、それらＡＣコイルは各々が２つのコイルセグメント２７６ａ、２７７ａ、２７６ｂ、２７７ｂ、２７６ｃ、２７７ｃを含み、各々のリム２７１ａ、２７２ａ、２７１ｂ、２７２ｂ、２７１ｃ、２７２ｃについて正反対の向きに配置されている。コイル２７８、２７９は、コイルセグメント２７６ａ、２７７ａ、２７６ｂ、２７７ｂ、２７６ｃ、２７７ｃ、およびリム２７１ａ、２７２ａ、２７１ｂ、２７２ｂ、２７１ｃ、２７２ｃの周囲に配置される。ヨーク２７３、２７４、リム２７１ａ、２７２ａ、２７１ｂ、２７２ｂ、２７１ｃ、２７２ｃ、コイルセグメント２７６ａ、２７７ａ、２７６ｂ、２７７ｂ、２７６ｃ、２７７ｃ、およびコイル２７８、２７９はすべて、オイル２８１を含むタンク２８０内に収容される。タンク２８０は、２つの冷却ラジエータ２８２と、間隔を置いてタンク２８０の外壁上に配置された、１８つの同様なリターンリム２８３とを含む。
【００７３】
図３８は、図３７のＦＣＬ３７０の部分切断斜視図である。図３９は、ＦＣＬ３７０のうちの、リム２７１ａ、２７２ａ、２７１ｂ、２７２ｂ、２７１ｃ、２７２ｃ、ヨーク２７３、２７４、コイルセグメント２７６ａ、２７７ａ、２７６ｂ、２７７ｂ、２７６ｃ、２７７ｃ、およびコイル２７８、２７９を示す。
【００７４】
図４０は、図３７のＦＣＬ３７０に類似するが、各々のリム２７１ａ、２７２ａ、２７１ｂ、２７２ｂ、２７１ｃ、２７２ｃが実質的に円形の断面領域を有するスリーフェーズＦＣＬ４００を示す。図４１は、図４０のＦＣＬ４００の部分切断斜視図である。図４２は、図４０のＦＣＬ４００のうちの、リム２７１ａ、２７２ａ、２７１ｂ、２７２ｂ、２７１ｃ、２７２ｃ、ヨーク２７３、２７４、コイルセグメント２７６ａ、２７７ａ、２７６ｂ、２７７ｂ、２７６ｃ、２７７ｃ、およびコイル２７８、２７９を示す。
【００７５】
図４３は、図３７のＦＣＬ３７０に類似するが、各々のリム２７１ａ、２７２ａ、２７１ｂ、２７２ｂ、２７１ｃ、２７２ｃが実質的に矩形の断面領域を有するスリーフェーズＦＣＬ４３０を示す。図４４はＦＣＬ４３０の部分切断斜視図である。図４５は、ＦＣＬ４３０のうちの、リム２７１ａ、２７２ａ、２７１ｂ、２７２ｂ、２７１ｃ、２７２ｃ、ヨーク２７３、２７４、コイルセグメント２７６ａ、２７７ａ、２７６ｂ、２７７ｂ、２７６ｃ、２７７ｃ、およびコイル２７８、２７９を示す。
【００７６】
図４６は、本発明の実施形態に係るシングルフェーズＦＣＬ４６０を示す。ＦＣＬ４６０は図１８に類似するが、磁気バイアスシステムが４つの銅ベースのＤＣコイル４６１、４６２、４６３、４６４を含む。コイル４６１、４６２は、コイルセグメント３０に隣接して配置され、かつリム２３の対向する端部およびその周囲に、縦方向に間隔を置いて配置されている。同様に、コイル４６３、４６４は、コイルセグメント３１に隣接して配置され、かつリム２４の対向する端部の周囲に、縦方向に間隔を置いて配置されている。リム２３は、周囲にコイル４６１、４６２が各々配置されている、２つの同様な端部４６５、４６６を含む。同様に、リム２４は、周囲にコイル４６３、４６４が各々配置されている、２つの同様な端部４６７、４６８を含む。各端部４６５、４６６、４６７、４６８の直径は、各々のリム２３、２４の中央部分４６９、４７０の直径より大きい。
【００７７】
図４７は、ＦＣＬ４６０に類似するが、リム２２、２５の中間に配置された、略円筒状のラミネートされた付加的な鋼コイル受信リム４７２を含むＦＣＬ４７１を示す。リム２２、２３、２４、２５と同様に、リム４７２は、ヨーク２６、２７の間で縦方向に延伸する。さらに、ＦＣＬ４７１は、リム４７２の周囲に配置されたコイルセグメント４７３を含む。さらに、ＦＣＬ４７１は、コイルセグメント４７３に隣接して配置され、かつリム４７２の対向する端部およびその周囲に、縦方向に間隔を置いて配置された、２つの付加的な銅ベースのＤＣコイル４７４、４７５を含む。リム４７２は、周囲にコイル４７４、４７５が各々配置されている、２つの同様な端部４７６、４７７を含む。各端部４７６、４７７の直径は、リム４７２の中央部分４７８の直径より大きい。
【００７８】
図４８は、ＦＣＬ４６０に類似するが、磁気バイアスシステムが６つの銅ベースのＤＣコイル４８１、４８２、４８３、４８４、４８５、４８６を含む、シングルフェーズＦＣＬ４８０を示す。コイル４８１、４８３、４８５は、コイル４８１がリム２２、２３の中間にあり、コイル４８３がリム２３、２４の中間にあり、コイル４８５がリム２４、２５の中間にあるように、水平に間隔を置いてヨーク２６の周囲に配置される。同様に、コイル４８２、４８４、４８６は、コイル４８２がリム２２、２３の中間にあり、コイル４８４がリム２３、２４の中間にあり、コイル４８６がリム２４、２５の中間にあるように、水平に間隔を置いてヨーク２７の周囲に配置される。
【００７９】
図４９は、ＦＣＬ４７１に類似するが、磁気バイアスシステムがＦＣＬ４８０のものに似ているＦＣＬ４９０を示す。ＦＣＬ４９０は、各々がヨーク２６、２７の周囲に配置された、２つの同様な付加的な銅ベースのＤＣコイル４９１、４９２を含む。本実施形態では、コイル４８１、４８３、４８５、４９１は、コイル４８１がリム２２、２３の中間にあり、コイル４８３がリム２３、２４の中間にあり、コイル４８５がリム２４、４７２の中間にあり、コイル４９１がリム４７２、２５の中間にあるように、水平に間隔を置いてヨーク２６の周囲に配置される。同様に、コイル４８２、４８４、４８６、４９２は、コイル４８２がリム２２、２３の中間にあり、コイル４８４がリム２３、２４の中間にあり、コイル４８６がリム２４、４７２の中間にあり、コイル４９２がリム４７２、２５の中間にあるように、水平に間隔を置いてヨーク２７の周囲に配置される。
【００８０】
図５０は、図２のＦＣＬ２０に類似するが、コア２１が２つのコアセグメント２１ａ、２１ｂを含むシングルフェーズＦＣＬ５００を示す。コアセグメント２１ａは、ヨーク２６ａ、２７ａの間で縦方向に延伸するリム２２、２３を含む。コアセグメント２１ｂは、ヨーク２６ｂ、２７ｂの間で縦方向に延伸するリム２４、２５を含む。コイルセグメント３０、３１は、各々のリム２３、２４について正反対の向きに配置され、コイル３２は、両方のコイルセグメント３０、３１および両方のリム２３、２４の周囲に配置される。ヨーク２６ａは、エアギャップ５０１によってヨーク２６ｂと間隔を置いて配置される。同様に、ヨーク２７ａは、エアギャップ５０２によってヨーク２７ｂと間隔を置いて配置される。図５１は、図５０に示すＦＣＬ５００のコアセグメント２１ａ、２１ｂの斜視図である。
【００８１】
図５２は、図５１のコアセグメント２１ａ、２１ｂに類似するが、リム２３が、リム２３の対向する端部に位置する２つの同様な端部５２１、５２２を含み、リム２４が、リム２４の対向する端部に位置する２つの同様な端部５２３、５２４を含む、２つのコアセグメント５２０ａ、５２０ｂを示す。各端部５２１、５２２、５２３、５２４の直径は、各々のリム２３、２４の中央部分５２５、５２６の直径より大きい。
【００８２】
本明細書において使用する用語「設置面積（footprint）」は、特に明記されない限り、構造または装置を提供するのに必要な下に横たわる表面積として理解されるべきである。既存の電気変電所において、あるいは、高電圧で作動している装置の異種部分の安全な物理的分離を維持する必要により、利用可能な表面積が制限されている他の設備において、ＦＣＬを改修することは一般的であり、ＦＣＬを収容するために利用可能である設置面積は、多くの場合臨界的な設計パラメータである。設置面積はしばしば、表面上の利用可能なエリアに関して表現される。明細書は、表面上の絶対最大値エリアまたは設置面積に関して表現し得るか、あるいは、表面上で最大の長さおよび最大の幅の１つ以上を有するエリアまたは設置面積に関して表現し得る。用語「設置面積」を、ある対象物によって占められるエリアを意味すると解釈するか、あるいは、境界で囲い込まれた２次元の表面の空間またはエリアと解釈し得ることが理解されるであろう。すなわち、設置面積の形は規則的である必要はなく、いくつかの実施形態では、複雑なまたは不規則な形によって規定される。
【００８３】
本明細書において使用されているように、特に明記されない限り、共通の対象物を記述するための順序の形容詞「第１」、「第２」、「第３」などの使用は、類似の対象物の異なる実例が参照されていることを単に指し示し、そのように記述される対象物を、時間的に、空間的に、序列で、あるいは他の任意の方法で、与えられた順序とすべきことを意味することを意図するものではない。
【００８４】
さらに、本明細書に記述したいくつかの実施形態は、他の実施形態に含まれている他の特徴ではないいくつかの特徴を含んでいるが、異なる実施形態の特徴の組み合わせは、本発明の範囲内で異なる実施形態を形成するのが目的であることが、当業者であれば理解されるであろう。例えば以下の請求項では、請求項に記載した実施形態のうちの何れもが、任意の組み合わせで使用することができる。
【００８５】
本明細書に提供した説明では、多数の特定の詳細が記述される。しかしながら、本発明の実施形態がこれらの特定の詳細無しに実施されてもよいことが理解される。本説明についての理解を不明瞭にしないように、他の実例では、周知の方法、構造および技術は、詳細には示されていない。
【００８６】
用語「連結された（coupled）」が請求項の中で使用された時、直接的な接続の意味だけに制限して解釈されるべきではないことに注意されるであろう。用語「連結された（coupled）」および「接続された（connected）」と共に、それらの派生語が使用されてもよい。これらの用語は互いに同意語として意図されないことが理解されるべきである。したがって、装置Ｂに連結された装置Ａ、という記載の範囲は、装置Ａの出力が装置Ｂの入力に直接的に接続される装置またはシステム、に制限されるべきではない。それは、Ａの出力とＢの入力との間に、他の装置または手段を含み得るパスが存在することを意味する。「連結された」は、２つ以上の要素が直接物理的に接触しているかまたは電気的に接触していることを意味するか、あるいは、２つ以上の要素が互いに直接的に接触していないが、まだなお互いに協同または相互作用していることを意味し得る。
【００８７】
本発明の実施形態の主な利点は次のものに基づく：
・銅あるいは他の金属から構成されたコイル
・超電導コイルの欠如
・ＡＣコイルおよびＤＣコイルの隣接
・飽和状態から離れて残る、磁気回路内の低い磁気抵抗リターンパス
・標準的な変圧器製造技術を利用する能力
・製造の低価格
・材料の低価格
【００８８】
当業者は、これらが製造された特定の設計に対して適用された例示であり、異なる詳細な構造を有する他の設計については、詳細な結果が異なるであろうことを認識するであろう。主な結論および結果のパターンが考慮されるであろう。
【００８９】
特定の実施例を参照して本発明を記述したが、本発明が他の多くの形態において具現化され得ることは、当業者であれば理解されるであろう。
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
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【図４３】
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【図４４】
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【図４５】
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【図４６】
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【図４７】
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【図４８】
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【図４９】
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【図５０】
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【図５１】
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【図５２】
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【国際調査報告】
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