改良型誘導電動機
有効／無効電力式誘導電動機を提供する。この電動機は、２組の三相巻線を備えている。一方の組の巻線は、有効電力を搬送するものであって、出力巻線と称する。第２組の巻線は、無効電力を搬送するものであって、界磁巻線と称する。有効電力を搬送する出力巻線は、無効電力を搬送する界磁巻線よりも大きな電力を誘導電動機に供給する。また、有効／無効電力式誘導電動機および対応する動作モードを駆動する駆動回路も提供する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願の相互参照）
本願は、２００９年８月２８日付けインド特許出願第２０６８／ＣＨＥ／２００９号に対する優先権を主張し、その全内容を本明細書中に参照として援用する。また、本願は、２００９年１２月２４日付け米国特許出願第１２／６４７，１７０号に対する優先権を主張する。
【０００２】
本願は、誘導電動機および電動機駆動の分野に関する。
【背景技術】
【０００３】
高い出力範囲（１０，０００馬力超）が必要な同期電動機では、電流源負荷転流型インバータ（load commutated inverter）（ＬＣＩ）を用いて回路設計を行うことが多い。これは、ＬＣＩの出力定格が高く、同期電動機の進相電源として動作可能なためである。
【０００４】
高出力電動機駆動用途においては、機械の信頼性が重要となる。現在、多くの電動機駆動には電圧源インバータ（ＶＳＩ）を採用しているが、ＶＳＩ給電型誘導電動機（VSI fed induction motor）は故障の可能性が高いことが分かっている。
【発明の概要】
【０００５】
改良型誘導電動機を提供する。例示的な一実施形態においては、当該誘導電動機が、有効電力を供給する出力巻線（power winding）と、無効電力を供給する界磁巻線（flux winding）とを備え、出力巻線が界磁巻線よりも高い比率で電力を搬送する。別の実施形態においては、界磁巻線および出力巻線によって搬送される電力の比率が０．２〜０．８の範囲である。さらに別の実施形態においては、当該改良型誘導電動機が、電流源インバータと、第１の電圧源インバータとを備え、電流源インバータが出力巻線を駆動し、電圧源インバータが界磁巻線を駆動する。また、別の実施形態においては、当該改良型誘導電動機が第２の電圧源インバータを備え、この第２の電圧源インバータが電流源インバータからの高調波を相殺するとともに、電圧源インバータと第２の電圧源インバータとが共通ＤＣバスを共有する。別の実施形態においては、当該改良型誘導電動機が、電流源インバータと出力巻線との間にフィルタを備える。
【０００６】
また、上記改良型誘導電動機の動作方法を提供する。例示的な一実施形態においては、電流源インバータの基本周波数出力を用いて誘導機を動作させるステップと、電圧源インバータを用いて界磁巻線に無効電力を供給するステップとを含む。この方法は、第２の電圧源インバータを用いて電流源インバータ出力からの高調波を除去することをさらに含む。別の実施形態においては、誘導電動機が負荷転流に使用可能となるように、電圧位相角に対して進相した電流位相角を第２の電圧源インバータが提供するとともに、電圧源インバータと第２の電圧源インバータとが共通ＤＣバスを共有する。
【０００７】
上記発明の概要はほんの一例に過ぎず、何ら限定的であることを意図するものではない。図面および以下の詳細な説明を参照すれば、上述の一例としての態様、実施形態、および特徴のほか、さらに別の態様、実施形態、および特徴が明らかとなる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】有効／無効電力式誘導電動機（active reactive induction motor）を駆動するＣＳＩ／ＶＳＩ混合回路を有する有効／無効電力式誘導電動機駆動システムを例示した回路ブロック図である。
【図２】図１の駆動システムによって駆動可能な有効／無効電力式誘導電動機を例示した概略図である。
【図３Ａ】誘導電動機の一実施形態を例示した概略図である。
【図３Ｂ】図３Ｂに示す誘導電動機の一実施形態について、無効電流である負荷電流の割合と電動機の出力定格との関係を例示したグラフである。
【図４】誘導電動機の２組の三相巻線を例示した図である。
【図５】起磁力が平衡状態にある三相巻線変圧器の一例である。
【図６Ａ】図２に示す誘導電動機の一実施形態における第１の動作モードについて、有効巻線電流を界磁巻線電流に比較してプロットしたグラフである。
【図６Ｂ】図２に示す誘導電動機の一実施形態における第１の動作モードについて、有効巻線電圧を界磁巻線電流に比較してプロットしたグラフである。
【図６Ｃ】図２に示す誘導電動機の一実施形態における第１の動作モードについて、Ｒ相有効巻線電圧をＲ相有効巻線電流に比較してプロットしたグラフである。
【図６Ｄ】図２に示す誘導電動機の一実施形態における第１の動作モードについて、電動機位相電圧を単位ベクトルに比較してプロットしたグラフである。
【図７】図２に示す誘導電動機の一実施形態における第２の動作モードについて、有効巻線電圧を有効巻線電流に比較してプロットしたグラフである。
【図８】図２に示す有効／無効電力式誘導電動機の駆動に使用可能な駆動回路を例示した回路図である。
【図９】ターンオフ過程における図８の転流サイリスタＴ１の電圧波形をプロットしたグラフである。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下では、本明細書の一部を成す添付の図面を参照して詳細な説明を行う。図面中、文脈上の他意がなければ、類似の符号は主として同様の構成要素を指し示すものとする。詳細な説明における一例としての実施形態、図面、および特許請求の範囲は、何ら制限を設けるものではない。本明細書に提示した主題の精神や範囲から逸脱することなく、別の実施形態を利用してもよいし、その他の変更を加えてもよい。本明細書において一般的に説明するとともに図面に示した本開示の各態様は、多種多様な構成となるように編成、置換、結合、分離、および設計が可能であり、いずれも本明細書にて明示的に検討していることが直ちに理解されるであろう。
【００１０】
図１は、有効／無効電力式誘導電動機を駆動するＣＳＩ／ＶＳＩ混合回路を有する有効／無効電力式誘導電動機駆動システム１００を例示した回路ブロック図である。電動機駆動システム１００は、三相電源１０２、位相制御整流器１０４、ＤＣ接続インダクタ１０６、電流源インバータ（ＣＳＩ）１０８、ＬＣフィルタ１１０、第１の電圧源インバータ（ＶＳＩ）１１２、１２パルス変圧器１１４、バスキャパシタ１１６、第２のＶＳＩ１１８、１組の周波数制御インダクタ１２０、昇圧器１２２、ならびに有効巻線（active winding）２０２、界磁巻線２０６、および電動機２０４を有する誘導電動機を備えている。
【００１１】
有効巻線２０６は、位相制御整流器１０４、ＤＣ接続インダクタ１０６、およびＣＳＩ１０８を介して三相電源１０２に接続されている。ＣＳＩ１０８は、有効巻線電流の基本成分（５０〜６０Ｈｚ）の注入に使用してもよい。一実施形態においては、サイリスタ装置を用いてＣＩＳ１０８を実装してもよい。また、一実施形態においては、サイリスタベースのＣＳＩ１０８から電動機２０４に有効巻線２０２を介して準方形波電流を注入してもよい。したがって、サイリスタベースのＣＩＳ１０８は、電動機２０４の電動機電圧の基本周波数で切り替えて、電動機２０４に有効電力を供給するようにしてもよい。
【００１２】
界磁巻線２０６は、ＬＣフィルタ１１０を介して第１のＶＳＩ１１２に接続されている。したがって、第１のＶＳＩ１１２は、電動機２０４に無効電力を供給する。一実施形態においては、界磁巻線の電圧が２．２ｋＶであってもよい。この場合、電圧を上げるための変圧器は不要である。第１のＶＳＩ１１２と界磁巻線２０６との間のＬＣフィルタ１１０は、第１のＶＳＩ１１２から界磁巻線２０６に正弦波状の電圧信号および電流信号を提供する。また、第１のＶＳＩ１１２は、有効巻線の電流位相角が進相となるように、磁界軸電流を別途供給する。
【００１３】
また、有効巻線２０２は、昇圧器１２２、１組の周波数制御インダクタ１２０、第２のＶＳＩ１１８、バスキャパシタ１１６、および１２パルス変圧器１１４を介して三相電源１０２に接続されている。さらに、バスキャパシタ１１６と１２パルス変圧器１１４との間およびバスキャパシタ１１６と第２のＶＳＩ１１８との間のノードが第１のＶＳＩ１１２に接続されている。第２のＶＳＩ１１８は、ＣＳＩ１０８から注入される準方形波電流の高調波補償器として使用してもよい。第２のＶＳＩ１１８に注入される高調波電流を用いて、準方形波電流を正弦波状にしてもよい。有効巻線２０２の電流は有効巻線２０２の電圧に対して進相しているため、サイリスタベースのＣＳＩ１０８を用いた実施形態は負荷転流可能である。また、位相制御整流器１０４およびＤＣ接続インダクタ１０６を用いて、制御されたＤＣ接続電流を生成してもよい。本実施形態では、第２のＶＳＩ１１８と第１のＶＳＩ１１２とが共通ＤＣバスを共有して、第２のＶＳＩ１１８および第１のＶＳＩ１１２のＤＣバス電圧を１２パルス変圧器１１４が生成するようにしてもよい。別の実施形態においては、第１のＶＳＩ１１２または第２のＶＳＩ１１８の一方からの無効電流注入により電流と電圧間の位相角が得られるように、電流が対応する位相の電圧に対して進相となり、サイリスタベースのＣＳＩ１０８のサイリスタが負荷転流される。
【００１４】
誘導電動機２００の電動機２０４の速度制御のため、速度制御装置を用いて所要のトルク基準を生成することができる。そして、このトルク基準を用いることにより所要の有効巻線電流が判定可能であるとともに、界磁制御装置の出力を用いて所要の界磁巻線電流が判定可能である。
【００１５】
有効巻線２０２および界磁巻線２０６の両者を有する上述の誘導電動機駆動システム１００の動作に対して、有効巻線を１組だけ有する電動機システムでは、有効電力と無効電力および高調波の両者を供給するのに単一のＶＳＩドライバが必要である。その結果、単一のＶＳＩが高い周波数で動作して損失が大きくなる可能性がある。したがって、第１のＶＳＩ１１２から無効電力を供給すれば、第２のＶＳＩ１１８は低い周波数で動作するため、有効電力と無効電力および高調波の両者を供給するのに単一のＶＳＩを使用する場合と比べて損失は小さくなる可能性がある。
【００１６】
図１の誘導電動機駆動システム１００は、複数の動作モードを有していてもよい。第１のモードでは、第２のＶＳＩ１１８からの無効電流注入によって、有効巻線電流と有効巻線電圧間の位相角を調整することができる。このモードでは、電動機の漏れ電圧降下により、有効巻線の電流が電動機電圧よりもわずかな角度だけ遅れる。この第１のモードでは、電動機の終端電圧に対してＣＳＩ１０８の基本電流が位相角βだけ進相している。
【００１７】
図２は、図１の電動機駆動システム１００によって駆動可能な２組の三相巻線を有する有効／無効電力式誘導電動機２００を例示した概略図である。図１と関連して、巻線Ａ１、Ｂ１、Ｃ１は誘導電動機２００の界磁巻線２０６を表しており、巻線Ａ２、Ｂ２、Ｃ２は誘導電動機２００の有効巻線２０２を表している。以下の説明においては、「有効巻線」が有効電力を搬送する巻線であり、「界磁巻線」が無効電力を搬送する巻線である。
【００１８】
一実施形態において、有効／無効電力式誘導電動機２００の有効電力は有効巻線２０２から得られ、無効電力は界磁巻線２０６から得られる。一実施形態において、無効電力は、有効／無効電力式誘導電動機２００からの全電力のおよそ１５％を占める。一実施形態においては、界磁巻線２０６の電流に対して界磁巻線２０６の電圧が位相角９０°だけ進角している一方、有効巻線２０２の電圧と電流は同位相である。一実施形態において、有効巻線２０２の電圧および界磁巻線２０６の電圧は同位相であってもよい。一実施形態においては、界磁巻線が全電力の一部（１５％前後）を作り出すようにしてもよく、この場合、界磁巻線の電圧定格は出力巻線の電圧定格を下回っていてもよい。別の実施形態においては、界磁巻線の電圧が２．２ｋＶであり、有効巻線の電圧が１１ｋＶであってもよい。
【００１９】
図２の有効／無効電力式誘導電動機２００の概念と利点は、図３Ａ、図３Ｂ、図４、および図５に関する以下の説明により理解が深められる。図３Ａは、三相入力３０２および電動機３０４を有する誘導電動機３００の一実施形態を例示した概略図である。電動機３０４は、三相入力３０２によって駆動され、有効電力３０６および無効電力３０８を出力する。ワット（Ｗ）で測定される有効電力は、電動機の回転子に機械的に伝達される電力である。一方の無効電力は、電動機の磁流から生成され、キロボルトアンペア（ｋＶＡ）で測定される。無効電力は電動機の磁化には必要であるが、回転子には電力を供給しない。図３Ｂは、図３Ａに示す誘導電動機３００等の無効電流である負荷電流の割合と誘導電動機の出力定格との関係を例示したグラフである。図３Ｂに示すように、無効電流の必要量は、電動機の出力定格の増加に伴って減少する。
【００２０】
図４は、誘導電動機の２つの三相巻線を例示した図である。図２に示す有効／無効電力式誘導電動機２００と同様に、一方の巻線が有効電力を搬送し、他方の巻線が無効電力を搬送するようにしてもよい。図示のように、一方の三相巻線がＲ１、Ｂ１、Ｙ１巻線を備え、他方の三相巻線がＲ１’、Ｂ１’、Ｙ１’巻線を備えている。これら２つの三相巻線はともに、誘導電動機の固定子に搭載してもよい。また、界磁巻線および出力巻線は、両者間に空隙が生じないように位置決めしてもよい。２つの巻線は、それぞれの方向に位相シフトが生じないように同軸上であってもよい。回転子は、標準的なかご形電動機の回転子であってもよい。また、両三相巻線が非接地中性点（isolated neutral）を有し、両者間に０°の空隙を設けてもよい。前述の通り、出力巻線の電圧定格は界磁巻線より高くてもよい。また、界磁巻線および出力巻線の電流定格は、それぞれのｋＶＡ定格により決まるものであってもよい。さらに、出力巻線が最上層を占有し、界磁巻線が最下層を占有してもよい。これら２つの三相巻線は、全節巻きでも短節巻きでもよい。
【００２１】
図４に示す２つの三相巻線の動作原理は、起磁力（ＭＭＦ）が平衡状態にある三相巻線変圧器と類似している。図５は、ＭＭＦが平衡状態にある三相巻線変圧器５００の一例である。この三相巻線変圧器は、第１組の巻線５０２、第２組の巻線５０４、第３第２組の巻線５０８、および強磁性コア５０６を備えている。本実施形態においては、第１組の巻線５０２が無効電力を搬送する界磁巻線、第２組の巻線５０４が有効電力を搬送する有効巻線、第３組の巻線５０８が回転子巻線である。
【００２２】
図５に示すＭＭＦが平衡状態にある構成では、回転子巻線５０８により誘起されたＭＭＦと有効電力巻線５０４により誘起された同等正反対のＭＭＦとが完全な平衡状態にある。図５に示すように、φは界磁巻線により誘起された磁束であり、φ’は有効巻線により誘起された磁束であり、φ’’は回転子巻線により誘起された磁束である。磁束φは以下のように定義可能である。
【００２３】
【数１】
【００２４】
変圧器を全磁束にて動作させるには、φを一定に保つ。これは、積Ｎ１×ｉｓ１を一定に保つことで実現してもよい。３つの各巻線の巻数は、界磁巻線５０２による誘起電圧と正比例するため、電動機のｋＶＡ必要量は一定に保たれていてもよい。したがって、誘導電動機の電圧定格および電流定格はともに、界磁巻線５０２の巻数を調整することによって設計可能である。
【００２５】
図６Ａおよび図６Ｂは、上記第１のモードにおける図１の有効／無効電力式誘導電動機システム１００の動作を示したさまざまな波形のグラフである。図６Ａは、図２に示す誘導電動機の一実施形態における第１の動作モードについて、有効巻線電流６０２を界磁巻線電流６０４に比較してプロットしたグラフである。図６Ｂは、図２に示す誘導電動機の一実施形態における第１の動作モードについて、有効巻線電圧６２２を界磁巻線電流６２４に比較してプロットしたグラフである。図６Ｃは、図２に示す誘導電動機の一実施形態における第１の動作モードについて、Ｒ相有効巻線電圧６５２をＲ相有効巻線電流６５４に比較してプロットしたグラフである。図６Ｄは、図２に示す誘導電動機の一実施形態における第１の動作モードについて、電動機位相電圧６７２を単位ベクトル６７４に比較してプロットしたグラフである。単位ベクトル６７４は、ＣＳＩによって生成される位相電流の基本成分と同相である単位振幅の正弦波である。
【００２６】
第２のモードにおいては、図１の誘導電動機駆動システム１００の第１のＶＳＩ１１２からの無効電流注入によって、有効巻線電流と有効巻線電圧間の位相角が調整可能である。図７は、図４に示す誘導電動機の一実施形態における第２の動作モードについて、有効巻線電圧７０４を有効巻線電流７０２に比較してプロットしたグラフである。このモードでは、有効巻線電圧７０４に対して有効巻線７０２からの有効巻線電流が位相角βだけ進相している。この付加的な位相角βは、第２のＶＳＩ１１８がもたらすものである。このような第２のモードでは、電動機の終端電圧に対してＣＳＩ１０８の基本電流も角度βだけ進相している。
【００２７】
図８は、図２に示す有効／無効電力式誘導電動機２００の駆動に使用可能な駆動回路８００を例示した回路図である。駆動回路８００は、図１の誘導電動機駆動システム１００の一実施形態の一部を示すものであって、三相電源１０２、位相制御整流器、ＤＣ接続インダクタ１０６、ＣＳＩ１０８、有効巻線２０２、界磁巻線２０６、および電動機２０４を備えている。また、ＣＳＩ１０８の実装例も示しており、サイリスタ８０２、８０４、８０６、８０８、８１０、８１２を備えている。
【００２８】
図８に示すＣＳＩ１０８の実施形態においては、サイリスタ８０２、８０４、８０６のアノードがＤＣ接続インダクタ１０６に接続された共通ノードを共有している。そして、サイリスタ８０２、８０４、８０６のカソードがサイリスタ８０８、８１０、８１２のアノードにそれぞれ接続されている。サイリスタ８０８、８１０、８１２のカソードは、基準信号に接続された共通ノードを共有している。サイリスタ８０２、８０４、８０６およびサイリスタ８０８、８１０、８１２が共有する３つのノードは、有効巻線４０２に対して三相入力Ａ２、Ｂ２、Ｃ２をそれぞれ供給している。
【００２９】
ＣＳＩ１０８の本実施形態等において使用するサイリスタをターンオフするには、サイリスタに負電圧を印加して負荷電流を保持電流未満とする必要がある。転流過程においては、負荷の位相電圧に対して線路電流が進相している場合に、負電圧が出力サイリスタに自動的に印加され、サイリスタが滑らかにターンオフされる。ＣＳＩ５０８の本実施形態においては、サイリスタ８０２が出力サイリスタであり、サイリスタ８０４が入力サイリスタである。サイリスタ８０４がターンオンされると、入力Ａ２とＢ２間の電圧が出力サイリスタ８０２に印加される。電動機２０４が進相角βで動作している状態では、ｔｃの時間にわたって負電圧が出力サイリスタ８０２に印加される。ここで、ｔｃは以下のように定義される。
【００３０】
【数２】
図９は、ターンオフ過程における出力サイリスタ８０２にかかる電圧波形を示す。図９は、ターンオフ過程における図８の転流サイリスタＴ１の電圧波形をプロットしたグラフである。
【００３１】
本開示内容は、さまざまな態様の一例として意図される本願に記載した上記特定の実施形態に関して限定されるものではない。当業者には明らかなように、その精神と範囲から逸脱することなく、多くの修正および変形が可能である。当業者にとっては、本明細書に列挙した方法や装置のほか、本開示内容の範囲内における機能的に同等な方法および装置についても、上記説明から明らかである。このような修正および変形についても、添付の特許請求の範囲に含まれることが意図されている。本開示内容は、添付の特許請求の範囲に権利付与された同等物のすべての範囲と並んで、そのような特許請求の範囲の用語のみによって制限される。本明細書で使用する用語は、特定の実施形態を説明することのみを目的としており、何ら制限を設けるものではないことが理解されよう。
【００３２】
本明細書における実質的にすべての複数形および／または単数形の用語の使用に対して、当業者は、状況および／または用途に適切なように、複数形から単数形に、および／または単数形から複数形に変換することができる。さまざまな単数形／複数形の置き換えは、理解しやすいように、本明細書で明確に説明することができる。
【００３３】
通常、本明細書において、特に添付の特許請求の範囲（たとえば、添付の特許請求の範囲の本体部）において使用される用語は、全体を通じて「オープンな（ｏｐｅｎ）」用語として意図されていることが、当業者には理解されよう（たとえば、用語「含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」は、「含むがそれに限定されない（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ ｂｕｔ ｎｏｔ ｌｉｍｉｔｅｄ ｔｏ）」と解釈されるべきであり、用語「有する（ｈａｖｉｎｇ）」は、「少なくとも有する（ｈａｖｉｎｇ ａｔ ｌｅａｓｔ）」と解釈されるべきであり、用語「含む（ｉｎｃｌｕｄｅｓ）」は、「含むがそれに限定されない（ｉｎｃｌｕｄｅｓ ｂｕｔ ｉｓ ｎｏｔ ｌｉｍｉｔｅｄ ｔｏ）」と解釈されるべきである、など）。導入される請求項で具体的な数の記載が意図される場合、そのような意図は、当該請求項において明示的に記載されることになり、そのような記載がない場合、そのような意図は存在しないことが、当業者にはさらに理解されよう。たとえば、理解の一助として、添付の特許請求の範囲は、導入句「少なくとも１つの（ａｔ ｌｅａｓｔ ｏｎｅ）」および「１つまたは複数の（ｏｎｅ ｏｒ ｍｏｒｅ）」を使用して請求項の記載を導くことを含む場合がある。しかし、そのような句の使用は、同一の請求項が、導入句「１つまたは複数の」または「少なくとも１つの」および「ａ」または「ａｎ」などの不定冠詞を含む場合であっても、不定冠詞「ａ」または「ａｎ」による請求項の記載の導入が、そのように導入される請求項の記載を含む任意の特定の請求項を、単に１つのそのような記載を含む実施形態に限定する、ということを示唆していると解釈されるべきではない（たとえば、「ａ」および／または「ａｎ」は、「少なくとも１つの」または「１つまたは複数の」を意味すると解釈されるべきである）。同じことが、請求項の記載を導入するのに使用される定冠詞の使用にも当てはまる。また、導入される請求項の記載で具体的な数が明示的に記載されている場合でも、そのような記載は、少なくとも記載された数を意味すると解釈されるべきであることが、当業者には理解されよう（たとえば、他の修飾語なしでの「２つの記載（ｔｗｏ ｒｅｃｉｔａｔｉｏｎｓ）」の単なる記載は、少なくとも２つの記載、または２つ以上の記載を意味する）。
【００３４】
さらに、「Ａ、ＢおよびＣ、などの少なくとも１つ」に類似の慣例表現が使用されている事例では、通常、そのような構文は、当業者がその慣例表現を理解するであろう意味で意図されている（たとえば、「Ａ、Ｂ、およびＣの少なくとも１つを有するシステム」は、Ａのみ、Ｂのみ、Ｃのみ、ＡおよびＢを共に、ＡおよびＣを共に、ＢおよびＣを共に、ならびに／またはＡ、Ｂ、およびＣを共に、などを有するシステムを含むが、それに限定されない）。「Ａ、Ｂ、またはＣ、などの少なくとも１つ」に類似の慣例表現が使用されている事例では、通常、そのような構文は、当業者がその慣例表現を理解するであろう意味で意図されている（たとえば、「Ａ、Ｂ、またはＣの少なくとも１つを有するシステム」は、Ａのみ、Ｂのみ、Ｃのみ、ＡおよびＢを共に、ＡおよびＣを共に、ＢおよびＣを共に、ならびに／またはＡ、Ｂ、およびＣを共に、などを有するシステムを含むが、それに限定されない）。２つ以上の代替用語を提示する事実上如何なる離接する語および／または句も、明細書、特許請求の範囲、または図面のどこにあっても、当該用語の一方（ｏｎｅ ｏｆ ｔｈｅ ｔｅｒｍｓ）、当該用語のいずれか（ｅｉｔｈｅｒ ｏｆ ｔｈｅ ｔｅｒｍｓ）、または両方の用語（ｂｏｔｈ ｔｅｒｍｓ）を含む可能性を企図すると理解されるべきであることが、当業者にはさらに理解されよう。たとえば、句「ＡまたはＢ」は、「Ａ」または「Ｂ」あるいは「ＡおよびＢ」の可能性を含むことが理解されよう。
【００３５】
書面による明細の提供等の如何なる目的においても、当業者には当然のことながら、本明細書に開示するすべての範囲は、考え得る如何なる小範囲およびその小範囲の組合せをも網羅する。記載の如何なる範囲も、少なくとも同等の２つ、３つ、４つ、５つ、１０個等に分割されている同じ範囲を十分に記述して有効化するものと容易に認識可能である。一例としては、本明細書に記載の各範囲を上中下等の３つに容易に分割可能であるが、これには限定されない。また、当業者には当然のことながら、「以下（ｕｐ ｔｏ）」「少なくとも（ａｔ ｌｅａｓｔ）」「大なり（ｇｒｅａｔｅｒ ｔｈａｎ）」「小なり（ｌｅｓｓ ｔｈａｎ）」等のすべての表現は、その数値自体を含むとともに、上述のように後で小範囲に分割可能な範囲を表している。最後に、当業者には当然のことながら、各範囲には個々の要素が含まれる。したがって、たとえば１〜３つのセルを有するグループは、セルを１つ、２つ、または３つ有するグループを表している。同様に、１〜５つのセルを有するグループは、セルを１つ、２つ、３つ、４つ、または５つ有するグループを表しており、それ以上についても同様である。
【００３６】
本明細書においてはさまざまな態様および実施形態を開示したが、誘導機が発電機であることができるなどのような、その他の態様および実施形態についても当業者には明らかである。本明細書に開示のさまざまな態様および実施形態は、例示を目的としたものであって、何ら制限を設けることを意図するものではない。真の範囲と精神は、以下の特許請求の範囲によって示される。
【技術分野】
【０００１】
（関連出願の相互参照）
本願は、２００９年８月２８日付けインド特許出願第２０６８／ＣＨＥ／２００９号に対する優先権を主張し、その全内容を本明細書中に参照として援用する。また、本願は、２００９年１２月２４日付け米国特許出願第１２／６４７，１７０号に対する優先権を主張する。
【０００２】
本願は、誘導電動機および電動機駆動の分野に関する。
【背景技術】
【０００３】
高い出力範囲（１０，０００馬力超）が必要な同期電動機では、電流源負荷転流型インバータ（load commutated inverter）（ＬＣＩ）を用いて回路設計を行うことが多い。これは、ＬＣＩの出力定格が高く、同期電動機の進相電源として動作可能なためである。
【０００４】
高出力電動機駆動用途においては、機械の信頼性が重要となる。現在、多くの電動機駆動には電圧源インバータ（ＶＳＩ）を採用しているが、ＶＳＩ給電型誘導電動機（VSI fed induction motor）は故障の可能性が高いことが分かっている。
【発明の概要】
【０００５】
改良型誘導電動機を提供する。例示的な一実施形態においては、当該誘導電動機が、有効電力を供給する出力巻線（power winding）と、無効電力を供給する界磁巻線（flux winding）とを備え、出力巻線が界磁巻線よりも高い比率で電力を搬送する。別の実施形態においては、界磁巻線および出力巻線によって搬送される電力の比率が０．２〜０．８の範囲である。さらに別の実施形態においては、当該改良型誘導電動機が、電流源インバータと、第１の電圧源インバータとを備え、電流源インバータが出力巻線を駆動し、電圧源インバータが界磁巻線を駆動する。また、別の実施形態においては、当該改良型誘導電動機が第２の電圧源インバータを備え、この第２の電圧源インバータが電流源インバータからの高調波を相殺するとともに、電圧源インバータと第２の電圧源インバータとが共通ＤＣバスを共有する。別の実施形態においては、当該改良型誘導電動機が、電流源インバータと出力巻線との間にフィルタを備える。
【０００６】
また、上記改良型誘導電動機の動作方法を提供する。例示的な一実施形態においては、電流源インバータの基本周波数出力を用いて誘導機を動作させるステップと、電圧源インバータを用いて界磁巻線に無効電力を供給するステップとを含む。この方法は、第２の電圧源インバータを用いて電流源インバータ出力からの高調波を除去することをさらに含む。別の実施形態においては、誘導電動機が負荷転流に使用可能となるように、電圧位相角に対して進相した電流位相角を第２の電圧源インバータが提供するとともに、電圧源インバータと第２の電圧源インバータとが共通ＤＣバスを共有する。
【０００７】
上記発明の概要はほんの一例に過ぎず、何ら限定的であることを意図するものではない。図面および以下の詳細な説明を参照すれば、上述の一例としての態様、実施形態、および特徴のほか、さらに別の態様、実施形態、および特徴が明らかとなる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】有効／無効電力式誘導電動機（active reactive induction motor）を駆動するＣＳＩ／ＶＳＩ混合回路を有する有効／無効電力式誘導電動機駆動システムを例示した回路ブロック図である。
【図２】図１の駆動システムによって駆動可能な有効／無効電力式誘導電動機を例示した概略図である。
【図３Ａ】誘導電動機の一実施形態を例示した概略図である。
【図３Ｂ】図３Ｂに示す誘導電動機の一実施形態について、無効電流である負荷電流の割合と電動機の出力定格との関係を例示したグラフである。
【図４】誘導電動機の２組の三相巻線を例示した図である。
【図５】起磁力が平衡状態にある三相巻線変圧器の一例である。
【図６Ａ】図２に示す誘導電動機の一実施形態における第１の動作モードについて、有効巻線電流を界磁巻線電流に比較してプロットしたグラフである。
【図６Ｂ】図２に示す誘導電動機の一実施形態における第１の動作モードについて、有効巻線電圧を界磁巻線電流に比較してプロットしたグラフである。
【図６Ｃ】図２に示す誘導電動機の一実施形態における第１の動作モードについて、Ｒ相有効巻線電圧をＲ相有効巻線電流に比較してプロットしたグラフである。
【図６Ｄ】図２に示す誘導電動機の一実施形態における第１の動作モードについて、電動機位相電圧を単位ベクトルに比較してプロットしたグラフである。
【図７】図２に示す誘導電動機の一実施形態における第２の動作モードについて、有効巻線電圧を有効巻線電流に比較してプロットしたグラフである。
【図８】図２に示す有効／無効電力式誘導電動機の駆動に使用可能な駆動回路を例示した回路図である。
【図９】ターンオフ過程における図８の転流サイリスタＴ１の電圧波形をプロットしたグラフである。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下では、本明細書の一部を成す添付の図面を参照して詳細な説明を行う。図面中、文脈上の他意がなければ、類似の符号は主として同様の構成要素を指し示すものとする。詳細な説明における一例としての実施形態、図面、および特許請求の範囲は、何ら制限を設けるものではない。本明細書に提示した主題の精神や範囲から逸脱することなく、別の実施形態を利用してもよいし、その他の変更を加えてもよい。本明細書において一般的に説明するとともに図面に示した本開示の各態様は、多種多様な構成となるように編成、置換、結合、分離、および設計が可能であり、いずれも本明細書にて明示的に検討していることが直ちに理解されるであろう。
【００１０】
図１は、有効／無効電力式誘導電動機を駆動するＣＳＩ／ＶＳＩ混合回路を有する有効／無効電力式誘導電動機駆動システム１００を例示した回路ブロック図である。電動機駆動システム１００は、三相電源１０２、位相制御整流器１０４、ＤＣ接続インダクタ１０６、電流源インバータ（ＣＳＩ）１０８、ＬＣフィルタ１１０、第１の電圧源インバータ（ＶＳＩ）１１２、１２パルス変圧器１１４、バスキャパシタ１１６、第２のＶＳＩ１１８、１組の周波数制御インダクタ１２０、昇圧器１２２、ならびに有効巻線（active winding）２０２、界磁巻線２０６、および電動機２０４を有する誘導電動機を備えている。
【００１１】
有効巻線２０６は、位相制御整流器１０４、ＤＣ接続インダクタ１０６、およびＣＳＩ１０８を介して三相電源１０２に接続されている。ＣＳＩ１０８は、有効巻線電流の基本成分（５０〜６０Ｈｚ）の注入に使用してもよい。一実施形態においては、サイリスタ装置を用いてＣＩＳ１０８を実装してもよい。また、一実施形態においては、サイリスタベースのＣＳＩ１０８から電動機２０４に有効巻線２０２を介して準方形波電流を注入してもよい。したがって、サイリスタベースのＣＩＳ１０８は、電動機２０４の電動機電圧の基本周波数で切り替えて、電動機２０４に有効電力を供給するようにしてもよい。
【００１２】
界磁巻線２０６は、ＬＣフィルタ１１０を介して第１のＶＳＩ１１２に接続されている。したがって、第１のＶＳＩ１１２は、電動機２０４に無効電力を供給する。一実施形態においては、界磁巻線の電圧が２．２ｋＶであってもよい。この場合、電圧を上げるための変圧器は不要である。第１のＶＳＩ１１２と界磁巻線２０６との間のＬＣフィルタ１１０は、第１のＶＳＩ１１２から界磁巻線２０６に正弦波状の電圧信号および電流信号を提供する。また、第１のＶＳＩ１１２は、有効巻線の電流位相角が進相となるように、磁界軸電流を別途供給する。
【００１３】
また、有効巻線２０２は、昇圧器１２２、１組の周波数制御インダクタ１２０、第２のＶＳＩ１１８、バスキャパシタ１１６、および１２パルス変圧器１１４を介して三相電源１０２に接続されている。さらに、バスキャパシタ１１６と１２パルス変圧器１１４との間およびバスキャパシタ１１６と第２のＶＳＩ１１８との間のノードが第１のＶＳＩ１１２に接続されている。第２のＶＳＩ１１８は、ＣＳＩ１０８から注入される準方形波電流の高調波補償器として使用してもよい。第２のＶＳＩ１１８に注入される高調波電流を用いて、準方形波電流を正弦波状にしてもよい。有効巻線２０２の電流は有効巻線２０２の電圧に対して進相しているため、サイリスタベースのＣＳＩ１０８を用いた実施形態は負荷転流可能である。また、位相制御整流器１０４およびＤＣ接続インダクタ１０６を用いて、制御されたＤＣ接続電流を生成してもよい。本実施形態では、第２のＶＳＩ１１８と第１のＶＳＩ１１２とが共通ＤＣバスを共有して、第２のＶＳＩ１１８および第１のＶＳＩ１１２のＤＣバス電圧を１２パルス変圧器１１４が生成するようにしてもよい。別の実施形態においては、第１のＶＳＩ１１２または第２のＶＳＩ１１８の一方からの無効電流注入により電流と電圧間の位相角が得られるように、電流が対応する位相の電圧に対して進相となり、サイリスタベースのＣＳＩ１０８のサイリスタが負荷転流される。
【００１４】
誘導電動機２００の電動機２０４の速度制御のため、速度制御装置を用いて所要のトルク基準を生成することができる。そして、このトルク基準を用いることにより所要の有効巻線電流が判定可能であるとともに、界磁制御装置の出力を用いて所要の界磁巻線電流が判定可能である。
【００１５】
有効巻線２０２および界磁巻線２０６の両者を有する上述の誘導電動機駆動システム１００の動作に対して、有効巻線を１組だけ有する電動機システムでは、有効電力と無効電力および高調波の両者を供給するのに単一のＶＳＩドライバが必要である。その結果、単一のＶＳＩが高い周波数で動作して損失が大きくなる可能性がある。したがって、第１のＶＳＩ１１２から無効電力を供給すれば、第２のＶＳＩ１１８は低い周波数で動作するため、有効電力と無効電力および高調波の両者を供給するのに単一のＶＳＩを使用する場合と比べて損失は小さくなる可能性がある。
【００１６】
図１の誘導電動機駆動システム１００は、複数の動作モードを有していてもよい。第１のモードでは、第２のＶＳＩ１１８からの無効電流注入によって、有効巻線電流と有効巻線電圧間の位相角を調整することができる。このモードでは、電動機の漏れ電圧降下により、有効巻線の電流が電動機電圧よりもわずかな角度だけ遅れる。この第１のモードでは、電動機の終端電圧に対してＣＳＩ１０８の基本電流が位相角βだけ進相している。
【００１７】
図２は、図１の電動機駆動システム１００によって駆動可能な２組の三相巻線を有する有効／無効電力式誘導電動機２００を例示した概略図である。図１と関連して、巻線Ａ１、Ｂ１、Ｃ１は誘導電動機２００の界磁巻線２０６を表しており、巻線Ａ２、Ｂ２、Ｃ２は誘導電動機２００の有効巻線２０２を表している。以下の説明においては、「有効巻線」が有効電力を搬送する巻線であり、「界磁巻線」が無効電力を搬送する巻線である。
【００１８】
一実施形態において、有効／無効電力式誘導電動機２００の有効電力は有効巻線２０２から得られ、無効電力は界磁巻線２０６から得られる。一実施形態において、無効電力は、有効／無効電力式誘導電動機２００からの全電力のおよそ１５％を占める。一実施形態においては、界磁巻線２０６の電流に対して界磁巻線２０６の電圧が位相角９０°だけ進角している一方、有効巻線２０２の電圧と電流は同位相である。一実施形態において、有効巻線２０２の電圧および界磁巻線２０６の電圧は同位相であってもよい。一実施形態においては、界磁巻線が全電力の一部（１５％前後）を作り出すようにしてもよく、この場合、界磁巻線の電圧定格は出力巻線の電圧定格を下回っていてもよい。別の実施形態においては、界磁巻線の電圧が２．２ｋＶであり、有効巻線の電圧が１１ｋＶであってもよい。
【００１９】
図２の有効／無効電力式誘導電動機２００の概念と利点は、図３Ａ、図３Ｂ、図４、および図５に関する以下の説明により理解が深められる。図３Ａは、三相入力３０２および電動機３０４を有する誘導電動機３００の一実施形態を例示した概略図である。電動機３０４は、三相入力３０２によって駆動され、有効電力３０６および無効電力３０８を出力する。ワット（Ｗ）で測定される有効電力は、電動機の回転子に機械的に伝達される電力である。一方の無効電力は、電動機の磁流から生成され、キロボルトアンペア（ｋＶＡ）で測定される。無効電力は電動機の磁化には必要であるが、回転子には電力を供給しない。図３Ｂは、図３Ａに示す誘導電動機３００等の無効電流である負荷電流の割合と誘導電動機の出力定格との関係を例示したグラフである。図３Ｂに示すように、無効電流の必要量は、電動機の出力定格の増加に伴って減少する。
【００２０】
図４は、誘導電動機の２つの三相巻線を例示した図である。図２に示す有効／無効電力式誘導電動機２００と同様に、一方の巻線が有効電力を搬送し、他方の巻線が無効電力を搬送するようにしてもよい。図示のように、一方の三相巻線がＲ１、Ｂ１、Ｙ１巻線を備え、他方の三相巻線がＲ１’、Ｂ１’、Ｙ１’巻線を備えている。これら２つの三相巻線はともに、誘導電動機の固定子に搭載してもよい。また、界磁巻線および出力巻線は、両者間に空隙が生じないように位置決めしてもよい。２つの巻線は、それぞれの方向に位相シフトが生じないように同軸上であってもよい。回転子は、標準的なかご形電動機の回転子であってもよい。また、両三相巻線が非接地中性点（isolated neutral）を有し、両者間に０°の空隙を設けてもよい。前述の通り、出力巻線の電圧定格は界磁巻線より高くてもよい。また、界磁巻線および出力巻線の電流定格は、それぞれのｋＶＡ定格により決まるものであってもよい。さらに、出力巻線が最上層を占有し、界磁巻線が最下層を占有してもよい。これら２つの三相巻線は、全節巻きでも短節巻きでもよい。
【００２１】
図４に示す２つの三相巻線の動作原理は、起磁力（ＭＭＦ）が平衡状態にある三相巻線変圧器と類似している。図５は、ＭＭＦが平衡状態にある三相巻線変圧器５００の一例である。この三相巻線変圧器は、第１組の巻線５０２、第２組の巻線５０４、第３第２組の巻線５０８、および強磁性コア５０６を備えている。本実施形態においては、第１組の巻線５０２が無効電力を搬送する界磁巻線、第２組の巻線５０４が有効電力を搬送する有効巻線、第３組の巻線５０８が回転子巻線である。
【００２２】
図５に示すＭＭＦが平衡状態にある構成では、回転子巻線５０８により誘起されたＭＭＦと有効電力巻線５０４により誘起された同等正反対のＭＭＦとが完全な平衡状態にある。図５に示すように、φは界磁巻線により誘起された磁束であり、φ’は有効巻線により誘起された磁束であり、φ’’は回転子巻線により誘起された磁束である。磁束φは以下のように定義可能である。
【００２３】
【数１】
【００２４】
変圧器を全磁束にて動作させるには、φを一定に保つ。これは、積Ｎ１×ｉｓ１を一定に保つことで実現してもよい。３つの各巻線の巻数は、界磁巻線５０２による誘起電圧と正比例するため、電動機のｋＶＡ必要量は一定に保たれていてもよい。したがって、誘導電動機の電圧定格および電流定格はともに、界磁巻線５０２の巻数を調整することによって設計可能である。
【００２５】
図６Ａおよび図６Ｂは、上記第１のモードにおける図１の有効／無効電力式誘導電動機システム１００の動作を示したさまざまな波形のグラフである。図６Ａは、図２に示す誘導電動機の一実施形態における第１の動作モードについて、有効巻線電流６０２を界磁巻線電流６０４に比較してプロットしたグラフである。図６Ｂは、図２に示す誘導電動機の一実施形態における第１の動作モードについて、有効巻線電圧６２２を界磁巻線電流６２４に比較してプロットしたグラフである。図６Ｃは、図２に示す誘導電動機の一実施形態における第１の動作モードについて、Ｒ相有効巻線電圧６５２をＲ相有効巻線電流６５４に比較してプロットしたグラフである。図６Ｄは、図２に示す誘導電動機の一実施形態における第１の動作モードについて、電動機位相電圧６７２を単位ベクトル６７４に比較してプロットしたグラフである。単位ベクトル６７４は、ＣＳＩによって生成される位相電流の基本成分と同相である単位振幅の正弦波である。
【００２６】
第２のモードにおいては、図１の誘導電動機駆動システム１００の第１のＶＳＩ１１２からの無効電流注入によって、有効巻線電流と有効巻線電圧間の位相角が調整可能である。図７は、図４に示す誘導電動機の一実施形態における第２の動作モードについて、有効巻線電圧７０４を有効巻線電流７０２に比較してプロットしたグラフである。このモードでは、有効巻線電圧７０４に対して有効巻線７０２からの有効巻線電流が位相角βだけ進相している。この付加的な位相角βは、第２のＶＳＩ１１８がもたらすものである。このような第２のモードでは、電動機の終端電圧に対してＣＳＩ１０８の基本電流も角度βだけ進相している。
【００２７】
図８は、図２に示す有効／無効電力式誘導電動機２００の駆動に使用可能な駆動回路８００を例示した回路図である。駆動回路８００は、図１の誘導電動機駆動システム１００の一実施形態の一部を示すものであって、三相電源１０２、位相制御整流器、ＤＣ接続インダクタ１０６、ＣＳＩ１０８、有効巻線２０２、界磁巻線２０６、および電動機２０４を備えている。また、ＣＳＩ１０８の実装例も示しており、サイリスタ８０２、８０４、８０６、８０８、８１０、８１２を備えている。
【００２８】
図８に示すＣＳＩ１０８の実施形態においては、サイリスタ８０２、８０４、８０６のアノードがＤＣ接続インダクタ１０６に接続された共通ノードを共有している。そして、サイリスタ８０２、８０４、８０６のカソードがサイリスタ８０８、８１０、８１２のアノードにそれぞれ接続されている。サイリスタ８０８、８１０、８１２のカソードは、基準信号に接続された共通ノードを共有している。サイリスタ８０２、８０４、８０６およびサイリスタ８０８、８１０、８１２が共有する３つのノードは、有効巻線４０２に対して三相入力Ａ２、Ｂ２、Ｃ２をそれぞれ供給している。
【００２９】
ＣＳＩ１０８の本実施形態等において使用するサイリスタをターンオフするには、サイリスタに負電圧を印加して負荷電流を保持電流未満とする必要がある。転流過程においては、負荷の位相電圧に対して線路電流が進相している場合に、負電圧が出力サイリスタに自動的に印加され、サイリスタが滑らかにターンオフされる。ＣＳＩ５０８の本実施形態においては、サイリスタ８０２が出力サイリスタであり、サイリスタ８０４が入力サイリスタである。サイリスタ８０４がターンオンされると、入力Ａ２とＢ２間の電圧が出力サイリスタ８０２に印加される。電動機２０４が進相角βで動作している状態では、ｔｃの時間にわたって負電圧が出力サイリスタ８０２に印加される。ここで、ｔｃは以下のように定義される。
【００３０】
【数２】
図９は、ターンオフ過程における出力サイリスタ８０２にかかる電圧波形を示す。図９は、ターンオフ過程における図８の転流サイリスタＴ１の電圧波形をプロットしたグラフである。
【００３１】
本開示内容は、さまざまな態様の一例として意図される本願に記載した上記特定の実施形態に関して限定されるものではない。当業者には明らかなように、その精神と範囲から逸脱することなく、多くの修正および変形が可能である。当業者にとっては、本明細書に列挙した方法や装置のほか、本開示内容の範囲内における機能的に同等な方法および装置についても、上記説明から明らかである。このような修正および変形についても、添付の特許請求の範囲に含まれることが意図されている。本開示内容は、添付の特許請求の範囲に権利付与された同等物のすべての範囲と並んで、そのような特許請求の範囲の用語のみによって制限される。本明細書で使用する用語は、特定の実施形態を説明することのみを目的としており、何ら制限を設けるものではないことが理解されよう。
【００３２】
本明細書における実質的にすべての複数形および／または単数形の用語の使用に対して、当業者は、状況および／または用途に適切なように、複数形から単数形に、および／または単数形から複数形に変換することができる。さまざまな単数形／複数形の置き換えは、理解しやすいように、本明細書で明確に説明することができる。
【００３３】
通常、本明細書において、特に添付の特許請求の範囲（たとえば、添付の特許請求の範囲の本体部）において使用される用語は、全体を通じて「オープンな（ｏｐｅｎ）」用語として意図されていることが、当業者には理解されよう（たとえば、用語「含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」は、「含むがそれに限定されない（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ ｂｕｔ ｎｏｔ ｌｉｍｉｔｅｄ ｔｏ）」と解釈されるべきであり、用語「有する（ｈａｖｉｎｇ）」は、「少なくとも有する（ｈａｖｉｎｇ ａｔ ｌｅａｓｔ）」と解釈されるべきであり、用語「含む（ｉｎｃｌｕｄｅｓ）」は、「含むがそれに限定されない（ｉｎｃｌｕｄｅｓ ｂｕｔ ｉｓ ｎｏｔ ｌｉｍｉｔｅｄ ｔｏ）」と解釈されるべきである、など）。導入される請求項で具体的な数の記載が意図される場合、そのような意図は、当該請求項において明示的に記載されることになり、そのような記載がない場合、そのような意図は存在しないことが、当業者にはさらに理解されよう。たとえば、理解の一助として、添付の特許請求の範囲は、導入句「少なくとも１つの（ａｔ ｌｅａｓｔ ｏｎｅ）」および「１つまたは複数の（ｏｎｅ ｏｒ ｍｏｒｅ）」を使用して請求項の記載を導くことを含む場合がある。しかし、そのような句の使用は、同一の請求項が、導入句「１つまたは複数の」または「少なくとも１つの」および「ａ」または「ａｎ」などの不定冠詞を含む場合であっても、不定冠詞「ａ」または「ａｎ」による請求項の記載の導入が、そのように導入される請求項の記載を含む任意の特定の請求項を、単に１つのそのような記載を含む実施形態に限定する、ということを示唆していると解釈されるべきではない（たとえば、「ａ」および／または「ａｎ」は、「少なくとも１つの」または「１つまたは複数の」を意味すると解釈されるべきである）。同じことが、請求項の記載を導入するのに使用される定冠詞の使用にも当てはまる。また、導入される請求項の記載で具体的な数が明示的に記載されている場合でも、そのような記載は、少なくとも記載された数を意味すると解釈されるべきであることが、当業者には理解されよう（たとえば、他の修飾語なしでの「２つの記載（ｔｗｏ ｒｅｃｉｔａｔｉｏｎｓ）」の単なる記載は、少なくとも２つの記載、または２つ以上の記載を意味する）。
【００３４】
さらに、「Ａ、ＢおよびＣ、などの少なくとも１つ」に類似の慣例表現が使用されている事例では、通常、そのような構文は、当業者がその慣例表現を理解するであろう意味で意図されている（たとえば、「Ａ、Ｂ、およびＣの少なくとも１つを有するシステム」は、Ａのみ、Ｂのみ、Ｃのみ、ＡおよびＢを共に、ＡおよびＣを共に、ＢおよびＣを共に、ならびに／またはＡ、Ｂ、およびＣを共に、などを有するシステムを含むが、それに限定されない）。「Ａ、Ｂ、またはＣ、などの少なくとも１つ」に類似の慣例表現が使用されている事例では、通常、そのような構文は、当業者がその慣例表現を理解するであろう意味で意図されている（たとえば、「Ａ、Ｂ、またはＣの少なくとも１つを有するシステム」は、Ａのみ、Ｂのみ、Ｃのみ、ＡおよびＢを共に、ＡおよびＣを共に、ＢおよびＣを共に、ならびに／またはＡ、Ｂ、およびＣを共に、などを有するシステムを含むが、それに限定されない）。２つ以上の代替用語を提示する事実上如何なる離接する語および／または句も、明細書、特許請求の範囲、または図面のどこにあっても、当該用語の一方（ｏｎｅ ｏｆ ｔｈｅ ｔｅｒｍｓ）、当該用語のいずれか（ｅｉｔｈｅｒ ｏｆ ｔｈｅ ｔｅｒｍｓ）、または両方の用語（ｂｏｔｈ ｔｅｒｍｓ）を含む可能性を企図すると理解されるべきであることが、当業者にはさらに理解されよう。たとえば、句「ＡまたはＢ」は、「Ａ」または「Ｂ」あるいは「ＡおよびＢ」の可能性を含むことが理解されよう。
【００３５】
書面による明細の提供等の如何なる目的においても、当業者には当然のことながら、本明細書に開示するすべての範囲は、考え得る如何なる小範囲およびその小範囲の組合せをも網羅する。記載の如何なる範囲も、少なくとも同等の２つ、３つ、４つ、５つ、１０個等に分割されている同じ範囲を十分に記述して有効化するものと容易に認識可能である。一例としては、本明細書に記載の各範囲を上中下等の３つに容易に分割可能であるが、これには限定されない。また、当業者には当然のことながら、「以下（ｕｐ ｔｏ）」「少なくとも（ａｔ ｌｅａｓｔ）」「大なり（ｇｒｅａｔｅｒ ｔｈａｎ）」「小なり（ｌｅｓｓ ｔｈａｎ）」等のすべての表現は、その数値自体を含むとともに、上述のように後で小範囲に分割可能な範囲を表している。最後に、当業者には当然のことながら、各範囲には個々の要素が含まれる。したがって、たとえば１〜３つのセルを有するグループは、セルを１つ、２つ、または３つ有するグループを表している。同様に、１〜５つのセルを有するグループは、セルを１つ、２つ、３つ、４つ、または５つ有するグループを表しており、それ以上についても同様である。
【００３６】
本明細書においてはさまざまな態様および実施形態を開示したが、誘導機が発電機であることができるなどのような、その他の態様および実施形態についても当業者には明らかである。本明細書に開示のさまざまな態様および実施形態は、例示を目的としたものであって、何ら制限を設けることを意図するものではない。真の範囲と精神は、以下の特許請求の範囲によって示される。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
有効電力を供給する出力巻線と、
無効電力を供給する界磁巻線と、を備え、
前記出力巻線が前記界磁巻線よりも高い比率で電力を搬送する、誘導電動機。
【請求項２】
前記界磁巻線および前記出力巻線によって搬送される電力の比率が０．２〜０．８の範囲である、請求項１に記載の誘導電動機。
【請求項３】
電流源インバータと、
第１の電圧源インバータと、をさらに備え、
前記電流源インバータが前記出力巻線を駆動し、電圧源インバータが前記界磁巻線を駆動する、請求項１または２に記載の誘導電動機。
【請求項４】
前記電流源インバータがサイリスタを用いて実装される、請求項３に記載の誘導電動機。
【請求項５】
第２の電圧源インバータをさらに備え、
前記第２の電圧源インバータが前記電流源インバータからの高調波を相殺する、請求項３に記載の誘導電動機。
【請求項６】
前記電流源インバータと前記出力巻線との間にフィルタをさらに備えた、請求項３に記載の誘導電動機。
【請求項７】
前記電圧源インバータと前記第２の電圧源インバータとが共通ＤＣバスを共有する、請求項３に記載の誘導電動機。
【請求項８】
ａ）電流源インバータの基本周波数出力を用いて誘導機の出力巻線を駆動し、
ｂ）電圧源インバータを用いて１組の界磁巻線に無効電力を供給する、
ことを含む、誘導電動機の動作方法。
【請求項９】
前記出力巻線の駆動によって有効電力が供給され、当該出力巻線が前記界磁巻線よりも高い比率で電力を搬送する、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記界磁巻線および前記出力巻線によって搬送される電力の比率が０．２〜０．８の範囲である、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
第２の電圧源インバータを用いて前記電流源インバータ出力からの高調波を除去することをさらに含む、請求項８〜１０のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１２】
前記誘導電動機が負荷転流可能となるように、電圧位相角に対して進相した電流位相角を前記第２の電圧源インバータが提供する、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記電圧源インバータと前記第２の電圧源インバータとが共通ＤＣバスを共有する、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
電流源インバータの基本周波数出力からの有効電力を搬送する出力巻線と、
電圧源インバータからの無効電力を搬送する界磁巻線と、を備え
前記出力巻線が前記界磁巻線よりも高い比率で電力を搬送する、誘導電動機。
【請求項１５】
前記界磁巻線および前記出力巻線によって搬送される電力の比率が０．２〜０．８の範囲である、請求項１４に記載の誘導電動機。
【請求項１６】
前記電流源インバータがサイリスタを用いて実装される、請求項１４に記載の誘導電動機。
【請求項１７】
第２の電圧源インバータをさらに備え、
前記第２の電圧源インバータが前記電流源インバータからの高調波を相殺する、請求項１４〜１６のいずれか１項に記載の誘導電動機。
【請求項１８】
当該誘導電動機が負荷転流可能となるように、電圧位相角に対して進相した電流位相角を前記第２の電圧源インバータが提供する、請求項１７に記載の誘導電動機。
【請求項１９】
前記電流源インバータと前記出力巻線との間にフィルタをさらに備えた、請求項１４〜１６のいずれか１項に記載の誘導電動機。
【請求項２０】
前記電圧源インバータと前記第２の電圧源インバータとが共通ＤＣバスを共有する、請求項１７に記載の誘導電動機。
【請求項１】
有効電力を供給する出力巻線と、
無効電力を供給する界磁巻線と、を備え、
前記出力巻線が前記界磁巻線よりも高い比率で電力を搬送する、誘導電動機。
【請求項２】
前記界磁巻線および前記出力巻線によって搬送される電力の比率が０．２〜０．８の範囲である、請求項１に記載の誘導電動機。
【請求項３】
電流源インバータと、
第１の電圧源インバータと、をさらに備え、
前記電流源インバータが前記出力巻線を駆動し、電圧源インバータが前記界磁巻線を駆動する、請求項１または２に記載の誘導電動機。
【請求項４】
前記電流源インバータがサイリスタを用いて実装される、請求項３に記載の誘導電動機。
【請求項５】
第２の電圧源インバータをさらに備え、
前記第２の電圧源インバータが前記電流源インバータからの高調波を相殺する、請求項３に記載の誘導電動機。
【請求項６】
前記電流源インバータと前記出力巻線との間にフィルタをさらに備えた、請求項３に記載の誘導電動機。
【請求項７】
前記電圧源インバータと前記第２の電圧源インバータとが共通ＤＣバスを共有する、請求項３に記載の誘導電動機。
【請求項８】
ａ）電流源インバータの基本周波数出力を用いて誘導機の出力巻線を駆動し、
ｂ）電圧源インバータを用いて１組の界磁巻線に無効電力を供給する、
ことを含む、誘導電動機の動作方法。
【請求項９】
前記出力巻線の駆動によって有効電力が供給され、当該出力巻線が前記界磁巻線よりも高い比率で電力を搬送する、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記界磁巻線および前記出力巻線によって搬送される電力の比率が０．２〜０．８の範囲である、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
第２の電圧源インバータを用いて前記電流源インバータ出力からの高調波を除去することをさらに含む、請求項８〜１０のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１２】
前記誘導電動機が負荷転流可能となるように、電圧位相角に対して進相した電流位相角を前記第２の電圧源インバータが提供する、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記電圧源インバータと前記第２の電圧源インバータとが共通ＤＣバスを共有する、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
電流源インバータの基本周波数出力からの有効電力を搬送する出力巻線と、
電圧源インバータからの無効電力を搬送する界磁巻線と、を備え
前記出力巻線が前記界磁巻線よりも高い比率で電力を搬送する、誘導電動機。
【請求項１５】
前記界磁巻線および前記出力巻線によって搬送される電力の比率が０．２〜０．８の範囲である、請求項１４に記載の誘導電動機。
【請求項１６】
前記電流源インバータがサイリスタを用いて実装される、請求項１４に記載の誘導電動機。
【請求項１７】
第２の電圧源インバータをさらに備え、
前記第２の電圧源インバータが前記電流源インバータからの高調波を相殺する、請求項１４〜１６のいずれか１項に記載の誘導電動機。
【請求項１８】
当該誘導電動機が負荷転流可能となるように、電圧位相角に対して進相した電流位相角を前記第２の電圧源インバータが提供する、請求項１７に記載の誘導電動機。
【請求項１９】
前記電流源インバータと前記出力巻線との間にフィルタをさらに備えた、請求項１４〜１６のいずれか１項に記載の誘導電動機。
【請求項２０】
前記電圧源インバータと前記第２の電圧源インバータとが共通ＤＣバスを共有する、請求項１７に記載の誘導電動機。
【図１】
【図２】
【図３Ａ】
【図３Ｂ】
【図４】
【図５】
【図７】
【図８】
【図６Ａ】
【図６Ｂ】
【図６Ｃ】
【図６Ｄ】
【図９】
【図２】
【図３Ａ】
【図３Ｂ】
【図４】
【図５】
【図７】
【図８】
【図６Ａ】
【図６Ｂ】
【図６Ｃ】
【図６Ｄ】
【図９】
【公表番号】特表２０１３−５０３５９８（Ｐ２０１３−５０３５９８Ａ）
【公表日】平成２５年１月３１日（２０１３．１．３１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−５２６１５１（Ｐ２０１２−５２６１５１）
【出願日】平成２２年８月１３日（２０１０．８．１３）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＩＢ２０１０／０５３６６４
【国際公開番号】ＷＯ２０１１／０２４０９５
【国際公開日】平成２３年３月３日（２０１１．３．３）
【出願人】（５０５２９２７２０）インディアン インスティテュート オブ サイエンス (9)
【氏名又は名称原語表記】ＩＮＤＩＡＮ ＩＮＳＴＩＴＵＴＥ ＯＦ ＳＣＩＥＮＣＥ
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２５年１月３１日（２０１３．１．３１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年８月１３日（２０１０．８．１３）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＩＢ２０１０／０５３６６４
【国際公開番号】ＷＯ２０１１／０２４０９５
【国際公開日】平成２３年３月３日（２０１１．３．３）
【出願人】（５０５２９２７２０）インディアン インスティテュート オブ サイエンス (9)
【氏名又は名称原語表記】ＩＮＤＩＡＮ ＩＮＳＴＩＴＵＴＥ ＯＦ ＳＣＩＥＮＣＥ
【Ｆターム（参考）】
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