電源の電力素子をバイパスする方法およびシステム
電源の電力素子をバイパスするシステムであって、一次巻線と複数の三相二次巻線とを有する多巻線装置、この多巻線装置の異なる三相二次巻線に各々が接続されている複数の電力素子およびこれらの電力素子の少なくとも１つの第１の入力端子と第２の入力端子に接続され、かつこれらの電力素子の少なくとも１つの第１の出力端子と第２の出力端子に接続されているバイパス装置を含むシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願）
本出願は、２００７年９月１３日に出願された米国仮出願第６０／９７１，９６５号と２００７年９月１３日に出願された米国仮出願第６０／９７１，９７２号の優先権の特典を主張する。なお、これらの文献は各々本明細書中に援用される。
【背景技術】
【０００２】
本出願は、一般に、又様々な実施形態において、マルチセル電源内の電力素子をバイパスする方法およびシステムに関する発明を開示する。
【０００３】
幾つかの用途において、マルチセル電源は、モジュラ形の電力素子を利用して、ソースと負荷との間で電力を処理する。このようなモジュラ形の電力素子を、様々な冗長構成で所与の電源に施して、電源の可用性を向上させることができる。例えば図１は、このような電力素子を９個持つ電源（例えばＡＣモータドライブ）の様々な実施形態を示す。図１中の電力素子は、入力端子Ａ、Ｂ、Ｃと、出力端子Ｔ１とＴ２とを備えたブロックで表している。図１では、変圧器又は他の多巻線装置１１０は、その一次巻線１１２にて、三相の中圧電力を受け取って、一系列の単相インバータ（これらも電力素子と呼ぶ）を介して三相ＡＣモータ等の負荷１３０に電力を伝える。電源出力の各々の相には、ここでは「相グループ」と呼ぶ一群の直列接続された電力素子により給電が行われる。
【０００４】
変圧器１１０は、幾つかの二次巻線１１４〜１２２を励磁する一次巻線１１２を含む。一次巻線１１２は、星形のものとして図示しているが、環状形態も可能である。更に、二次巻線１１４〜１２２が、デルタ形態又は辺延びデルタ形態を呈するものとして図示しているが、「特許文献１」に記載されているように、他の巻線形態も使用可能である。なおこの文献の開示内容は、参照によって、その全体が本明細書中に組み入れられる。図１の例では、電力素子毎に、別々の二次巻線がある。しかしながら、図１に示す電力素子および／又は二次巻線の数は、単に模範的なものにすぎず、他の数も可能である。このような電源に関する更なる詳細は、「特許文献１」に開示されている。
【０００５】
変圧器１１０と負荷１３０の間に接続される電力素子のランクの数は幾つでもよい。図１に関連する「ランク（rank）」は、三相の組、即ち電力供給システムの３つの相各々の両端間に設置された３つの電力素子から成る１グループである。図１を参照すると、ランク１５０は電力素子１５１〜１５３を、ランク１６０は電力素子１６１〜１６３をそしてランク１７０は電力素子１７１〜１７３を含む。主制御システム１９５は、光ファイバ又は別の有線通信媒体や無線通信媒体１９０を介して、各セル内の局部制御回路にコマンド信号を送る。図１に示す１相毎のセルの数は例示的なものである点に留意されたい。又様々な実施形態では、３つよりも多いか、少ないランク数が可能であろう。
【０００６】
図２は、図１の電力素子の様々な実施形態を表す電力素子２１０の様々な実施形態を示す。電力素子２１０は、三相ダイオードブリッジ整流器２１２、１つ又は複数の直流（ＤＣ）コンデンサ２１４、Ｈブリッジインバータ２１６を含む。三相ダイオードブリッジ２１２は、セル入力部２１８（即ち入力端子Ａ、Ｂ、Ｃ）にて受け取られる交流（ＡＣ）電圧を、三相ダイオードブリッジ整流器２１２の出力部の両端間に接続された各々のコンデンサ２１４で保持されるほぼ一定のＤＣ電圧に変換する。電力素子２１０の出力段は、各々２つのスイッチング素子を持つ２つの電極（左の電極と右の電極）を含むＨブリッジインバータ２１６を含む。Ｈブリッジインバータ２１６は、その中の半導体デバイスのパルス幅変調（ＰＷＭ）を用いて、ＤＣコンデンサ２１４の両端のＤＣ電圧を、セル出力部２２０、即ち出力端子Ｔ１と出力端子Ｔ２との間でＡＣ出力電圧に変換する。
【０００７】
図２に示す如く、電力素子２１０は、セル入力部２１８と整流器２１２の間に接続されたヒューズ２２２も含み得る。ヒューズ２２２は、短絡故障時、電力素子２１０を保護する働きをする。他の実施形態は、「特許文献２」（「’９０９特許」）と、その派生的な「特許文献３」（「’２８４特許」）に記載されたものと同一か、類似している。なおこれらの文献の開示内容は、参照により、その全体が本明細書中に組み入れられる。
【０００８】
図３は、図２の電力素子２１０の出力端子Ｔ１とＴ２に接続されたバイパス装置２３０の様々な実施形態を示す。一般に、マルチセル電源の所与の電力素子が開路モードにおいて故障すると、この相グループ内の全ての電力素子を流れる電流がゼロになり、更なる動作が不可能である。電力素子の故障は、セルの出力電圧を、指示された出力電圧と比較するか、セルの構成要素をチェック又は検証するか、診断ルーチンの使用等によって検出し得る。万一、或る電力素子が故障した場合には、故障した電力素子をバイパスし、容量を小さくして引き続きマルチセル電源を動作させ得る。
【０００９】
バイパス装置２３０は、単極単投（SPST）接触器であって、接点２３２とコイル２３４を含む。ここで使用する「接点」という語は一般に、静止部分と可動部分とを有する一組の接点を指す。よって接点２３２は、静止部分と、コイル２３４で制御される可動部分とを含む。バイパス装置２３０は、駆動ユニット内の変換サブアセンブリの一構成部分として設けられる。接点２３２の可動部分がバイパス位置にあるときには、電力素子２１０の出力端子（Ｔ１とＴ２）に接続された対応する出力線間に分路が作り出される。換言すれば、接点２３２の可動部分がバイパス位置にある際、故障した電力素子の出力部が短絡される。従って、電力素子２１０が故障を蒙るときには、相グループ内の他の電力素子からの電流は、故障した電力素子２１０自体に流すのではなく、故障した電力素子２１０に接続されたバイパス装置２３０に流すことができる。
【００１０】
図４は、電力素子２１０の出力端子Ｔ１とＴ２に接続された別のバイパス装置２４０の様々な実施形態を示す。バイパス装置２４０は、単極双投（SPDT）接触器であり、接点２４２とコイル２４４を含む。接点２４２は、静止部分と、コイル２４４で制御される可動部分とを含む。接点２４２の可動部分がバイパス位置にある際、電力素子２１０の出力線の一方（例えば図４の出力端子Ｔ２に接続された出力線）が切り離され、電力素子２１０の出力端子Ｔ１に接続された出力線と、電力素子２１０の出力端子Ｔ２に接続された出力線の下流部分との間に分路が生ずる。この分路は、普通なら電力素子２１０を通る電流を、相グループ内の他の電力素子から流す。従って、電力素子２１０の故障時には、図３のバイパス構成の場合のように、故障した電力素子の出力部が短絡されることはない。
【００１１】
図３と４に示すバイパス装置は、電力素子が故障した場合でも、入力端子Ａ〜Ｃのどれに対しても電力を切り離す働きはない。従って、幾つかの場合に、ヒューズ２２２（図２を参照）により、入力端子Ａ〜Ｃの内どれか２つに対して電力が切り離されるほど所与の電力素子の故障が重大でない場合でも、その故障は、引き続き、所与の電力素子に損傷を起こすこともある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【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５，９８６，９０９号明細書
【特許文献３】米国特許第６，２２２，２８４号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
或る一般的な態様において、本発明は、一次巻線と複数の三相二次巻線とを有する多巻線装置、この多巻線装置の異なる三相二次巻線に各々が接続されている複数の電力素子およびこれらの電力素子の少なくとも１つの第１の入力端子と第２の入力端子に接続され、又これらの電力素子の少なくとも１つの第１の出力端子と第２の出力端子に接続されているバイパス装置を含むシステムに関連している。
【００１４】
別の一般的な態様において、本発明は、マルチセル電源の電力素子に故障が発生しているものと判定することと、制御回路からの電流パルスをコイルに印加することとを含む方法を開示する。このコイルは、電力素子の第１の入力端子に接続された第１の接点、電力素子の第２の入力端子に接続された第２の接点および電力素子の第１の出力端子と第２の出力端子に接続された第３の接点に接続されている。
【００１５】
本発明の様々な実施形態を、以下の図と共に例示としてここに述べる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】電源の様々な実施形態を示す
【図２】図１の電源の電力素子の様々な実施形態を示す
【図３】図２の電力素子の出力部に接続されたバイパス装置の様々な実施形態を示す
【図４】図２の電力素子の出力部に接続されたバイパス装置の様々な実施形態を示す
【図５】電源の電力素子をバイパスするシステムの様々な実施形態を示す
【図６】電源の電力素子をバイパスするシステムの様々な実施形態を示す
【図７】バイパス装置の様々な実施形態を示す
【図８】バイパス装置の様々な実施形態を示す
【図９】バイパス装置の様々な実施形態を示す
【図１０】電源の電力素子をバイパスするシステムの様々な実施形態を示す
【図１１】電源の電力素子をバイパスするシステムの様々な実施形態を示す
【図１２】電源の電力素子をバイパスするシステムの様々な実施形態を示す
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本発明の理解を容易にすべく、本発明の図および説明の少なくとも一部を簡略化し、関係のある要素に焦点を合わせ、同時に、解り易くするため、通常の当業者には本発明の一部も含むものと理解されるであろう他の要素を排除するものとする。しかしながら、上記の要素は、当技術分野においてよく知られているため、又本発明のより良い理解を必ずしも容易にするとは限らないために、これらの要素の説明は、ここでは行わない。
【００１８】
図５は、電源の電力素子（例えば電力素子２１０）をバイパスするシステム２５０の様々な実施形態を示す。図５に示すように、システム２５０は、出力端子Ｔ１と出力端子Ｔ２に接続されたバイパス装置２５２、入力端子Ａに接続されたバイパス装置２５４および入力端子Ｃに接続されたバイパス装置２５６を含む。システム２５０は、入力端子Ａと入力端子Ｃに接続された対応するバイパス装置を持つものとして図５に示しているが、他の実施形態では、対応するバイパス装置は、入力端子Ａ〜Ｃのうちどれか２つに接続されてもよいことが理解されよう。
【００１９】
バイパス装置２５２、２５４および２５６は、「’９０９特許」と、「’２８４特許」に記載されるように、機械駆動式か、流体駆動式か、電気駆動式、又は半導体のものであってよい。簡潔化のため、以後、各バイパス装置を、電力素子の出力部に接続された１つ又は複数の電気駆動式の接触器を含むバイパス装置に関連して述べる。後で説明する通り所与のバイパス装置は、単極単投（SPST）接触器、単極双投（SPDT）接触器或いは多極接触器として具体化できる。
【００２０】
バイパス装置２５２は、単極双投（SPDT）接触器であり、接点２５８とコイル２６０を含む。接点２５８は、静止部分と、コイル２６０で制御される可動部分とを含む。バイパス装置２５２は、図４のバイパス装置２４０に関し上記したものと類似する形態で動作する。バイパス装置２５４は、単極単投（SPST）接触器であって、接点２６２とコイル２６４を含む。接点２６２は、静止部分と、コイル２６４で制御される可動部分を含む。バイパス装置２５６は、単極単投接触器であり、接点２６６とコイル２６８を含む。接点２６６は、静止部分と、コイル２６８で制御される可動部分を含む。一般に、故障時、故障した電力素子を以前通った電流に対して分路をバイパス装置２５２が作り出すのとほぼ同時に、バイパス装置２５４とバイパス装置２５６がセル入力電力を切り離す。
【００２１】
上述の分路を作り出すことと、セル入力端子の少なくとも２つからセル入力電力を切り離すことに関連する状態は、「完全バイパス」と呼ばれることがある。完全バイパス状態が存在するとき、故障したセルには、それ以上電流が流れ込めない。図２に関して述べたように、電力素子のヒューズ２２２は、短絡故障の際、電力素子を保護する働きをする。しかし場合によっては、例えば故障電流が小さいとき、ヒューズ２２２は、故障した電力素子への更なる損傷を防止するのに充分速く溶断しないことがある。様々な実施形態により、バイパス装置２５４、２５６は、ヒューズ２２２より速く作動するように構成されており、このように動作が速ければ、一般に故障した電力素子の損傷を減らせる。
【００２２】
図６は、電源の電力素子（例えば電力素子２１０）をバイパスするシステム２７０の様々な実施形態を示す。システム２７０は、図５のバイパス装置２５２、２５４、２５６の総合機能を達成する単一のバイパス装置２７２を含む。バイパス装置２７２は、電力素子の出力端子Ｔ１と出力端子Ｔ２に接続された第１の接点２７４、入力端子Ａに接続された第２の接点２７６および入力端子Ｃに接続された第３の接点２７８を含む多極接触器である。接点２７４、２７６、２７８は各々、静止部分と可動部分とを含む。第２の接点２７６と第３の接点２７８は、入力端子ＡとＣに接続されたものとして図６図示しているが、他の実施形態では、第２の接点２７６と第３の接点２７８は、入力端子Ａ〜Ｃの内どれか２つに接続されてもよい。バイパス装置２７２は又、接点２７４、２７６、２７８の可動部分を制御する単一コイル２８０も含む。
【００２３】
前述の方法は、従来の接触器又はソレノイド、具体的にはコイルが通電されてないときは接点を第１の位置に保持し、コイルが通電されているときは接点を第２の位置に保持する接触器に使用できる。しかし、磁気ラッチング式接触器又はソレノイドを使用することが好ましいこともある。磁気ラッチング式接触器又はソレノイドは、コイルの不通電時、接点を第１の位置か、第２の位置の何れかに保持する永久磁石を含み、又短い電圧パルスをコイルに印加すると、これらの接点が他の位置、即ち第１の位置から第２の位置又はその逆の位置へ移る。磁気ラッチング式接触器は、コイルを１つだけ使用し得る。この接触器では、接点の移動方向は、コイルに印加される電圧パルスの極性により決定できる。同様に、磁気ラッチング式接触器は、Chase氏に付与された米国特許第３，０２２，４５０号に記載される接触器のように、２つのコイルを使用してもよい。この種の接触器では、それらの接点の移動方向は、２つのコイルのどちらが通電されるかで定まる。以下の模範的な説明では、例示としてのみ、単一コイルの接触器の実施形態を提示する。同様に、２コイルの接触器も有効であり、単一コイルの接触器のどれでも、２コイルの接触器で置換できる。これに照らして考えると、これらのコイルの全ての参考文献には、可能な２コイルの参考文献も含まれることになる（即ち「コイル」）。
【００２４】
図７〜９は、バイパス装置３００の様々な実施形態を示す。このバイパス装置は、多極接触器であって、図６のバイパス装置２７２と同一又は類似していてもよい。バイパス装置３００は、静止部分３０２、３０４と可動部分３０６とを含む第１の接点、静止部分３０８、３１０と可動部分３１２とを含む第２の接点および静止部分３１４、３１６、３１８、３２０と可動部分３２２とを含む第３の接点を備える。バイパス装置３００は又、第１の接点の可動部分３０６、第２の接点の可動部分３１２および第３の接点の可動部分３２２を制御するソレノイド又はコイル３２４も含む。第１の接点の静止部分３０４と第２の接点の静止部分３１０は、電力素子の入力端子Ａ〜Ｃの内どれか２つに接続されてもよい。第３の接点の静止部分３１４と３１８は、電力素子の出力端子Ｔ１とＴ２に各々接続されてもよい。第１の接点の可動部分３０６、第２の接点の可動部分３１２および第３の接点の可動部分３２２は、図７と８では、正規の位置、即ち非バイパス位置に示され、又図９ではバイパス位置に示している。
【００２５】
図７に示すように、バイパス装置３００は又、コイル３２４に接続された電気端子３２６、コイル３２４を取り囲む鋼製枠３２８、鋼製枠３２８と、第１の接点の静止部分３０４および第２の接点の静止部分３０８、３１０との間の第１の絶縁板３３０、鋼製枠３２８と、第３の接点の静止部分３１４、３１６との間の第２の絶縁板３３２および第１の支持ブラケット３３４と第２の支持ブラケット３３６も含む。バイパス装置３００は更に、コイル３２４、鋼製枠３２８の開口、第１の絶縁板３３０と第２の絶縁板３３２の各々の開口および第１の支持ブラケット３３４と第２の支持ブラケット３３６の各々の開口を通る非磁性軸３３８も含む。
【００２６】
更に、バイパス装置３００は、第１の支持ブラケット３３４と非磁性軸３３８の第１の端との間の第１の偏倚部材３４０、第２の支持ブラケット３３６と非磁性軸３３８の第２の端との間の第２の偏倚部材３４２および第１の接点の可動部分３０６、第２の接点の可動部分３１２、第３の接点の可動部分３２２の位置（バイパス又は非バイパス）を指示するように構成された位置検出装置３４４も含む。
【００２７】
簡潔化のため図７〜９には示さないが、バイパス装置３００は更に、ほぼコイル３２４の第１の端からコイル３２４の第２の端迄延びる開口を通って軸方向に移動できるプランジャ（例えば円筒形の鋼製プランジャ）、コイル３２４に電流を印加しないで接点の可動部分をバイパス位置か非バイパス位置の何れかに保持できる永久磁石、第１の接点の可動部分３０６と第２の接点の可動部分３１２を担持する第１の絶縁ブラケット、第３の接点の可動部分３２２を担持する第２の絶縁ブラケット等も含み得ることは明白である。
【００２８】
動作時、図示しない永久磁石は、上記プランジャを第１の位置か第２の位置の何れかに保持し、更に接点の可動部分３０６、３１２、３２２を非バイパス位置かバイパス位置の何れかに保持する。電気端子３２６が電流パルスを受け取ると、該電流パルスがコイル３２４に印加され、それにより、磁界が発生する。印加パルスの極性とプランジャの位置に応じ、印加パスルは、プランジャの位置を変えさせることも、変えさせないこともある。例えば様々な実施形態により、プランジャが第１の位置にあり、かつ接点の可動部分３０６、３１２、３２２が非バイパス位置にあるとき、正の電流パルスは、プランジャを第１の位置から第２の位置に切り替えることになり、更に、それが、接点の可動部分３０６、３１２、３２２を、非バイパス位置からバイパス位置に切り替える。これと対照的に、負の電流パルスが印加されると、プランジャは、第１の位置に留まり、又接点の可動部分３０６、３１２、３２２は、非バイパス位置に留まる。
【００２９】
同様に、様々な実施形態により、プランジャが第２の位置にあり、かつ接点の可動部分３０６、３１２、３２２がバイパス位置にあるとき、負の電流パルスは、プランジャを第２の位置から第１の位置に切り替えることになり、更にそれが、接点の可動部分３０６、３１２、３２２を、バイパス位置から非バイパス位置に切り替える。これと対照的に、正の電流パルスが印加される場合、プランジャは、第２の位置に留まり、又接点の可動部分３０６、３１２、３２２は、バイパス位置に留まる。
【００３０】
図１０は、電源の電力素子（例えば電力素子２１０）をバイパスするシステム３５０の様々な実施形態を示す。システム３５０は、図５のシステム２５０と類似している。システム３５０は、電力素子の出力端子Ｔ１とＴ２に接続された第１の接点３５２、電力素子の入力端子Ａに接続された第２の接点３５４および電源の入力端子Ｃに接続された第３の接点３５６を含む。接点３５２、３５４、３５６は各々静止部分と可動部分とを含む。第２の接点３５４と第３の接点３５６は、入力端子Ａと入力端子Ｃに接続されているものとして図１０に示すが、他の実施形態では、第２の接点３５４と第３の接点３５６は、入力端子Ａ、入力端子Ｂ、入力端子Ｃの内どれか２つに接続してもよい。
【００３１】
システム３５０は又、第１の接点３５２の可動部分を制御する第１のコイル３５８、第２の接点３５４の可動部分を制御する第２のコイル３６０および第３の接点３５６の可動部分を制御する第３のコイル３６２も含む。様々な実施形態により、接触器コイルとしてコイル３５８、３６０、３６２を例示している。他の実施形態では、プランジャをその第１の位置又は第２の位置に保持しおよび／又は接点３５２、３５４、３５６の可動部分を非バイパス位置又はバイパス位置に保持するために、コイルに連続的に電流を流す必要のない磁気ラッチング式接触器の一部として、コイル３５８、３６０、３６２を例示している。前述のように、磁気ラッチング式接触器は、単一コイル又は２コイルの構成を使用できる。第１の接点３５２と第１のコイル３５８は集合体として第１の接触器を構成し、又第２の接点３５４と第２のコイル３６０は集合体として第２の接触器を構成し、更に第３の接点３５６と第３のコイル３６２は集合体として、第３の接触器を構成し得る。
【００３２】
システム３５０は更に、第１のコイル３５８とやり取りする第１の局部プリント基板３６４、第２のコイル３６０とやり取りする第２の局部プリント基板３６６および第３のコイル３６２とやり取りする第３の局部プリント基板３６８も含む。局部プリント基板３６４、３６６、３６８は、各々対応するコイル３５８、３６０、３６２を介して対応する接点３５２、３５４、３５６の可動部分を制御すべく構成されている。一般に、局部プリント基板３６４、３６６、３６８は各々、略地電位に保たれた主制御装置（例えば図１の主制御システム１９５）からコマンドを受け取り、その主制御装置にステータスを報告するよう構成されている。又局部プリント基板３６４、３６６、３６８は各々、必要に応じ対応するコイル３５８、３６０、３６２にエネルギーのパルスを伝え、対応する接点３５２、３５４、３５６の可動部分の位置を変え、又対応する接点３５２、３５４、３５６の可動部分の位置を認識するように構成されている。例えば電力素子をバイパスすべきである状態を主制御装置が検出すると、主制御装置は、個別のプリント基板（例えばプリント基板３６４）に信号を送る。プリント基板は、この信号を受け取ると、その対応する接点の可動部分を制御し、もって電力素子をバイパスする。局部プリント基板３６４、３６６、３６８は各々、電力素子の入力端子Ａ〜Ｃに接続された入力線から、或いは遠隔電源から制御電力を得る。図１０に示す如く、１つ又は複数の位置検出装置（PSD）３６５、３６７、３６９を利用して、局部プリント基板３６４、３６６、３６８に、接点３５２、３５４、３５６の可動部分の対応する位置を与える。様々な実施形態では、これら位置検出装置は、スイッチング素子、ホール効果センサ、光センサ等として実現され得る。
【００３３】
コイル３５８、３６０、３６２が磁気ラッチング式接触器の一部である実施形態では、局部プリント基板３６４、３６６、３６８は、各々プランジャおよび／又は対応する接点３５２、３５４、３５６の可動部分の位置を切り替えるのに充分なエネルギーを蓄積するＤＣコンデンサを含み得る。又局部プリント基板３６４、３６６、３６８は各々電力素子の入力端子Ａ〜Ｃに接続された入力線からのＡＣ電力又は遠隔電源からのＡＣ電力を用いて、切替え事象後に蓄積エネルギーを回復させる電源を含んでいてもよい。
【００３４】
図１１は、電源の電力素子（例えば電力素子２１０）をバイパスするシステム３７０の様々な実施形態を示す。システム３７０は、図１０のシステム３５０と類似している。システム３７０は、電力素子の出力端子Ｔ１とＴ２に接続された第１の接点３７２、電力素子の入力端子Ａに接続された第２の接点３７４および電源の入力端子Ｃに接続された第３の接点３７６を含む。接点３７２、３７４、３７６は、各々静止部分と可動部分を含む。第２の接点３７４と第３の接点３７６は、入力端子ＡとＣに接続されているものとして図１１に示しているが、他の実施形態では、第２の接点３７４と第３の接点３７６は、入力端子Ａ〜Ｃのうちどれか２つに接続されてもよいと理解されよう。
【００３５】
システム３７０は又、第１の接点３７２の可動部分を制御する第１のコイル３７８、第２の接点３７４の可動部分を制御する第２のコイル３８０および第３の接点３７６の可動部分を制御する第３のコイル３８２も含む。他の実施形態では、接触器コイルとして、コイル３７８、３８０、３７２が具体化されている。別の実施形態では、プランジャをその第１又は第２の位置に保持しおよび／又は接点３７２、３７４、３７６の可動部分を非バイパス位置又はバイパス位置に保持すべく、コイルに連続的に電流を流す必要のない磁気ラッチング式接触器の一部として、コイル３７８、３８０、３８２が具体化されている。前述の如く、磁気ラッチング式接触器は、単一コイル又は２コイルの構成となし得る。
【００３６】
様々な実施形態により、第１の接点３７２と第１のコイル３７８は第１のバイパス装置の一部であり、又第２の接点３７４と第２のコイル３８０は第２のバイパス装置の一部であり、更に第３の接点３７６と第３のコイル３８２は第３のバイパス装置の一部である。このような実施形態では、システム３７０は、複数のバイパス装置を含む。
【００３７】
図１０のシステム３５０と対照的に、システム３７０は、第１のコイル３７８、第２のコイル３８０および第３のコイル３８２とやり取りする単一の局部プリント基板３８４を含む。局部プリント基板３８４は、各々のコイル３７８、３８０、３８２を介して、対応する接点３７２、３７４、３７６の可動部分を制御するように構成されている。従って、局部プリント基板３８４は、図１０に関して描いた局部プリント基板と類似するが、局部プリント基板３８４がこれらのコイルを駆動して３つの接点の可動部分の対応する位置を認識するように構成された点で異なっている。一般に、局部プリント基板３８４は、ほぼ地電位に保たれた主制御装置（例えば図１の主制御システム１９５）からコマンドを受け取って、その主制御装置にステータスを報告するように構成されている。
【００３８】
局部プリント基板３８４は又、必要に応じコイル３７８、３８０、３８２にエネルギーのパルスを伝え、対応する接点３７２、３７４、３７６の可動部分の位置を変え、かつ対応する接点３７２、３７４、３７６の可動部分の位置を検出すべく構成されている。局部プリント基板３８４は、電力素子の入力端子Ａ〜Ｃに接続された入力線又は遠隔電源から制御電力を得る。図１１に示すように１つ又は複数の位置検出装置３７９、３８３、３８５を利用して、局部プリント基板３８４に、接点３７２、３７４、３７６の可動部分の対応する位置を与える。様々な実施形態により、これらの位置検出装置は、スイッチング素子、ホール効果センサ、光センサ等として具体化され得る。
【００３９】
コイル３７８、３８０、３８２が磁気ラッチング式接触器の一部である実施形態では、局部プリント基板３８４は、そのプランジャおよび／又は接点３５２、３５４、３５６の可動部分の位置を切り替えるのに充分なエネルギーを蓄積できるＤＣコンデンサを含み得る。又、局部プリント基板３８４は、電力素子の入力端子Ａ〜Ｃに接続された入力線からのＡＣ電力又は遠隔電源からのＡＣ電力を用いて、切替え事象後に蓄積エネルギーを回復させる電源を含んでいてもよい。
【００４０】
図１２は、電源の電力素子（例えば電力素子２１０）をバイパスするシステム３９０の様々な実施形態を示す。システム３９０は、図１１のシステム３７０と類似している。システム３９０は、多極接触器として具体化できるバイパス装置３９２を含む。バイパス装置３９２は、図７〜９に示すバイパス装置３００と同一であるか類似している。バイパス装置３９２は、電力素子の出力端子Ｔ１とＴ２に接続された第１の接点３９４、電力素子の入力端子Ａに接続された第２の接点３９６および電源の入力端子Ｃに接続された第３の接点３９８を含む。接点３９４、３９６、３９８は、各々静止部分と可動部分とを含む。第２の接点３９６と第３の接点３９８は、入力端子Ａと入力端子Ｃに接続されたものとして図１２に示すが、他の実施形態では、第２の接点３９６と第３の接点３９８は入力端子Ａ〜Ｃのうちどれか２つに接続されてもよいと理解されよう。
【００４１】
図１１のシステム３７０と対照的に、システム３９０は、第１の接点３９４、第２の接点３９６、第３の接点３９８の可動部分を制御するコイル４００を含む。様々な実施形態により、コイル４００は、接触器コイルとして具体化されている。他の実施形態では、プランジャを第１又は第２の位置に保持しおよび／又は接点３９４、３９６、３９８の可動部分を非バイパス位置又はバイパス位置に保持すべく、コイル４００に連続的に電流を流す必要のない磁気ラッチング式接触器の一部として、コイル４００が具体化され得る。前述の如く、磁気ラッチング式接触器は、単一コイル又は２コイルの構成となし得る。
【００４２】
システム３９０は又、コイル４００とやり取りする単一の局部プリント基板４０２も含む。局部プリント基板４０２は、コイル４００を介して対応する接点３９４、３９６、３９８の可動部分を制御するように構成されている。一般に、局部プリント基板４０２はほぼ地電位に保たれた主制御装置（例えば図１の主制御システム１９５）からコマンドを受け取って、その主制御装置にステータスを報告するように構成されている。
【００４３】
局部プリント基板４０２は又、必要に応じてコイル４００にエネルギーのパルスを伝えて、対応する接点３９４、３９６、３９８の可動部分の位置を変え、又対応する接点３９４、３９６、３９８の可動部分の位置を認識するように構成されている。局部プリント基板４０２は、電力素子の入力端子ＡＣに接続された入力線から制御電力を得る。図１２に示すように、位置検出装置４０３を利用し、局部プリント基板４０２に、接点３９４、３９６、３９８の可動部分の対応する位置を与え得る。様々な実施形態により、位置検出装置は、スイッチング素子、ホール効果センサ、光センサ等として具体化され得る。
【００４４】
コイル４００が磁気ラッチング式接触器の一部である実施形態では、局部プリント基板４０２は又、プランジャおよび／又は接点３９４、３９６、３９８の可動部分の位置を切り替えるに充分なエネルギーを蓄積できるＤＣコンデンサも含み得る。又、局部プリント基板４０２は、電力素子の入力端子Ａ〜Ｃに接続された入力線からのＡＣ電力を用いて、切替え事象後に蓄積エネルギーを回復させる電源を含んでいてもよい。
【００４５】
本発明の幾つかの実施形態を例示的にここに述べてきたが、併記の特許請求の範囲で定義した本発明の趣旨と範囲から逸脱しなければ、上記実施形態への様々な変更、修正、改造を実現できることが当業者には理解されよう。
【符号の説明】
【００４６】
１１２ 一次巻線、１１０ 多巻線装置、２１０ 電力素子、２３０ バイパス装置、 ２３２ 接点、Ａ、Ｂ、Ｃ 入力端子、Ｔ１、Ｔ２ 出力端子
【技術分野】
【０００１】
（関連出願）
本出願は、２００７年９月１３日に出願された米国仮出願第６０／９７１，９６５号と２００７年９月１３日に出願された米国仮出願第６０／９７１，９７２号の優先権の特典を主張する。なお、これらの文献は各々本明細書中に援用される。
【背景技術】
【０００２】
本出願は、一般に、又様々な実施形態において、マルチセル電源内の電力素子をバイパスする方法およびシステムに関する発明を開示する。
【０００３】
幾つかの用途において、マルチセル電源は、モジュラ形の電力素子を利用して、ソースと負荷との間で電力を処理する。このようなモジュラ形の電力素子を、様々な冗長構成で所与の電源に施して、電源の可用性を向上させることができる。例えば図１は、このような電力素子を９個持つ電源（例えばＡＣモータドライブ）の様々な実施形態を示す。図１中の電力素子は、入力端子Ａ、Ｂ、Ｃと、出力端子Ｔ１とＴ２とを備えたブロックで表している。図１では、変圧器又は他の多巻線装置１１０は、その一次巻線１１２にて、三相の中圧電力を受け取って、一系列の単相インバータ（これらも電力素子と呼ぶ）を介して三相ＡＣモータ等の負荷１３０に電力を伝える。電源出力の各々の相には、ここでは「相グループ」と呼ぶ一群の直列接続された電力素子により給電が行われる。
【０００４】
変圧器１１０は、幾つかの二次巻線１１４〜１２２を励磁する一次巻線１１２を含む。一次巻線１１２は、星形のものとして図示しているが、環状形態も可能である。更に、二次巻線１１４〜１２２が、デルタ形態又は辺延びデルタ形態を呈するものとして図示しているが、「特許文献１」に記載されているように、他の巻線形態も使用可能である。なおこの文献の開示内容は、参照によって、その全体が本明細書中に組み入れられる。図１の例では、電力素子毎に、別々の二次巻線がある。しかしながら、図１に示す電力素子および／又は二次巻線の数は、単に模範的なものにすぎず、他の数も可能である。このような電源に関する更なる詳細は、「特許文献１」に開示されている。
【０００５】
変圧器１１０と負荷１３０の間に接続される電力素子のランクの数は幾つでもよい。図１に関連する「ランク（rank）」は、三相の組、即ち電力供給システムの３つの相各々の両端間に設置された３つの電力素子から成る１グループである。図１を参照すると、ランク１５０は電力素子１５１〜１５３を、ランク１６０は電力素子１６１〜１６３をそしてランク１７０は電力素子１７１〜１７３を含む。主制御システム１９５は、光ファイバ又は別の有線通信媒体や無線通信媒体１９０を介して、各セル内の局部制御回路にコマンド信号を送る。図１に示す１相毎のセルの数は例示的なものである点に留意されたい。又様々な実施形態では、３つよりも多いか、少ないランク数が可能であろう。
【０００６】
図２は、図１の電力素子の様々な実施形態を表す電力素子２１０の様々な実施形態を示す。電力素子２１０は、三相ダイオードブリッジ整流器２１２、１つ又は複数の直流（ＤＣ）コンデンサ２１４、Ｈブリッジインバータ２１６を含む。三相ダイオードブリッジ２１２は、セル入力部２１８（即ち入力端子Ａ、Ｂ、Ｃ）にて受け取られる交流（ＡＣ）電圧を、三相ダイオードブリッジ整流器２１２の出力部の両端間に接続された各々のコンデンサ２１４で保持されるほぼ一定のＤＣ電圧に変換する。電力素子２１０の出力段は、各々２つのスイッチング素子を持つ２つの電極（左の電極と右の電極）を含むＨブリッジインバータ２１６を含む。Ｈブリッジインバータ２１６は、その中の半導体デバイスのパルス幅変調（ＰＷＭ）を用いて、ＤＣコンデンサ２１４の両端のＤＣ電圧を、セル出力部２２０、即ち出力端子Ｔ１と出力端子Ｔ２との間でＡＣ出力電圧に変換する。
【０００７】
図２に示す如く、電力素子２１０は、セル入力部２１８と整流器２１２の間に接続されたヒューズ２２２も含み得る。ヒューズ２２２は、短絡故障時、電力素子２１０を保護する働きをする。他の実施形態は、「特許文献２」（「’９０９特許」）と、その派生的な「特許文献３」（「’２８４特許」）に記載されたものと同一か、類似している。なおこれらの文献の開示内容は、参照により、その全体が本明細書中に組み入れられる。
【０００８】
図３は、図２の電力素子２１０の出力端子Ｔ１とＴ２に接続されたバイパス装置２３０の様々な実施形態を示す。一般に、マルチセル電源の所与の電力素子が開路モードにおいて故障すると、この相グループ内の全ての電力素子を流れる電流がゼロになり、更なる動作が不可能である。電力素子の故障は、セルの出力電圧を、指示された出力電圧と比較するか、セルの構成要素をチェック又は検証するか、診断ルーチンの使用等によって検出し得る。万一、或る電力素子が故障した場合には、故障した電力素子をバイパスし、容量を小さくして引き続きマルチセル電源を動作させ得る。
【０００９】
バイパス装置２３０は、単極単投（SPST）接触器であって、接点２３２とコイル２３４を含む。ここで使用する「接点」という語は一般に、静止部分と可動部分とを有する一組の接点を指す。よって接点２３２は、静止部分と、コイル２３４で制御される可動部分とを含む。バイパス装置２３０は、駆動ユニット内の変換サブアセンブリの一構成部分として設けられる。接点２３２の可動部分がバイパス位置にあるときには、電力素子２１０の出力端子（Ｔ１とＴ２）に接続された対応する出力線間に分路が作り出される。換言すれば、接点２３２の可動部分がバイパス位置にある際、故障した電力素子の出力部が短絡される。従って、電力素子２１０が故障を蒙るときには、相グループ内の他の電力素子からの電流は、故障した電力素子２１０自体に流すのではなく、故障した電力素子２１０に接続されたバイパス装置２３０に流すことができる。
【００１０】
図４は、電力素子２１０の出力端子Ｔ１とＴ２に接続された別のバイパス装置２４０の様々な実施形態を示す。バイパス装置２４０は、単極双投（SPDT）接触器であり、接点２４２とコイル２４４を含む。接点２４２は、静止部分と、コイル２４４で制御される可動部分とを含む。接点２４２の可動部分がバイパス位置にある際、電力素子２１０の出力線の一方（例えば図４の出力端子Ｔ２に接続された出力線）が切り離され、電力素子２１０の出力端子Ｔ１に接続された出力線と、電力素子２１０の出力端子Ｔ２に接続された出力線の下流部分との間に分路が生ずる。この分路は、普通なら電力素子２１０を通る電流を、相グループ内の他の電力素子から流す。従って、電力素子２１０の故障時には、図３のバイパス構成の場合のように、故障した電力素子の出力部が短絡されることはない。
【００１１】
図３と４に示すバイパス装置は、電力素子が故障した場合でも、入力端子Ａ〜Ｃのどれに対しても電力を切り離す働きはない。従って、幾つかの場合に、ヒューズ２２２（図２を参照）により、入力端子Ａ〜Ｃの内どれか２つに対して電力が切り離されるほど所与の電力素子の故障が重大でない場合でも、その故障は、引き続き、所与の電力素子に損傷を起こすこともある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【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５，９８６，９０９号明細書
【特許文献３】米国特許第６，２２２，２８４号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
或る一般的な態様において、本発明は、一次巻線と複数の三相二次巻線とを有する多巻線装置、この多巻線装置の異なる三相二次巻線に各々が接続されている複数の電力素子およびこれらの電力素子の少なくとも１つの第１の入力端子と第２の入力端子に接続され、又これらの電力素子の少なくとも１つの第１の出力端子と第２の出力端子に接続されているバイパス装置を含むシステムに関連している。
【００１４】
別の一般的な態様において、本発明は、マルチセル電源の電力素子に故障が発生しているものと判定することと、制御回路からの電流パルスをコイルに印加することとを含む方法を開示する。このコイルは、電力素子の第１の入力端子に接続された第１の接点、電力素子の第２の入力端子に接続された第２の接点および電力素子の第１の出力端子と第２の出力端子に接続された第３の接点に接続されている。
【００１５】
本発明の様々な実施形態を、以下の図と共に例示としてここに述べる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】電源の様々な実施形態を示す
【図２】図１の電源の電力素子の様々な実施形態を示す
【図３】図２の電力素子の出力部に接続されたバイパス装置の様々な実施形態を示す
【図４】図２の電力素子の出力部に接続されたバイパス装置の様々な実施形態を示す
【図５】電源の電力素子をバイパスするシステムの様々な実施形態を示す
【図６】電源の電力素子をバイパスするシステムの様々な実施形態を示す
【図７】バイパス装置の様々な実施形態を示す
【図８】バイパス装置の様々な実施形態を示す
【図９】バイパス装置の様々な実施形態を示す
【図１０】電源の電力素子をバイパスするシステムの様々な実施形態を示す
【図１１】電源の電力素子をバイパスするシステムの様々な実施形態を示す
【図１２】電源の電力素子をバイパスするシステムの様々な実施形態を示す
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本発明の理解を容易にすべく、本発明の図および説明の少なくとも一部を簡略化し、関係のある要素に焦点を合わせ、同時に、解り易くするため、通常の当業者には本発明の一部も含むものと理解されるであろう他の要素を排除するものとする。しかしながら、上記の要素は、当技術分野においてよく知られているため、又本発明のより良い理解を必ずしも容易にするとは限らないために、これらの要素の説明は、ここでは行わない。
【００１８】
図５は、電源の電力素子（例えば電力素子２１０）をバイパスするシステム２５０の様々な実施形態を示す。図５に示すように、システム２５０は、出力端子Ｔ１と出力端子Ｔ２に接続されたバイパス装置２５２、入力端子Ａに接続されたバイパス装置２５４および入力端子Ｃに接続されたバイパス装置２５６を含む。システム２５０は、入力端子Ａと入力端子Ｃに接続された対応するバイパス装置を持つものとして図５に示しているが、他の実施形態では、対応するバイパス装置は、入力端子Ａ〜Ｃのうちどれか２つに接続されてもよいことが理解されよう。
【００１９】
バイパス装置２５２、２５４および２５６は、「’９０９特許」と、「’２８４特許」に記載されるように、機械駆動式か、流体駆動式か、電気駆動式、又は半導体のものであってよい。簡潔化のため、以後、各バイパス装置を、電力素子の出力部に接続された１つ又は複数の電気駆動式の接触器を含むバイパス装置に関連して述べる。後で説明する通り所与のバイパス装置は、単極単投（SPST）接触器、単極双投（SPDT）接触器或いは多極接触器として具体化できる。
【００２０】
バイパス装置２５２は、単極双投（SPDT）接触器であり、接点２５８とコイル２６０を含む。接点２５８は、静止部分と、コイル２６０で制御される可動部分とを含む。バイパス装置２５２は、図４のバイパス装置２４０に関し上記したものと類似する形態で動作する。バイパス装置２５４は、単極単投（SPST）接触器であって、接点２６２とコイル２６４を含む。接点２６２は、静止部分と、コイル２６４で制御される可動部分を含む。バイパス装置２５６は、単極単投接触器であり、接点２６６とコイル２６８を含む。接点２６６は、静止部分と、コイル２６８で制御される可動部分を含む。一般に、故障時、故障した電力素子を以前通った電流に対して分路をバイパス装置２５２が作り出すのとほぼ同時に、バイパス装置２５４とバイパス装置２５６がセル入力電力を切り離す。
【００２１】
上述の分路を作り出すことと、セル入力端子の少なくとも２つからセル入力電力を切り離すことに関連する状態は、「完全バイパス」と呼ばれることがある。完全バイパス状態が存在するとき、故障したセルには、それ以上電流が流れ込めない。図２に関して述べたように、電力素子のヒューズ２２２は、短絡故障の際、電力素子を保護する働きをする。しかし場合によっては、例えば故障電流が小さいとき、ヒューズ２２２は、故障した電力素子への更なる損傷を防止するのに充分速く溶断しないことがある。様々な実施形態により、バイパス装置２５４、２５６は、ヒューズ２２２より速く作動するように構成されており、このように動作が速ければ、一般に故障した電力素子の損傷を減らせる。
【００２２】
図６は、電源の電力素子（例えば電力素子２１０）をバイパスするシステム２７０の様々な実施形態を示す。システム２７０は、図５のバイパス装置２５２、２５４、２５６の総合機能を達成する単一のバイパス装置２７２を含む。バイパス装置２７２は、電力素子の出力端子Ｔ１と出力端子Ｔ２に接続された第１の接点２７４、入力端子Ａに接続された第２の接点２７６および入力端子Ｃに接続された第３の接点２７８を含む多極接触器である。接点２７４、２７６、２７８は各々、静止部分と可動部分とを含む。第２の接点２７６と第３の接点２７８は、入力端子ＡとＣに接続されたものとして図６図示しているが、他の実施形態では、第２の接点２７６と第３の接点２７８は、入力端子Ａ〜Ｃの内どれか２つに接続されてもよい。バイパス装置２７２は又、接点２７４、２７６、２７８の可動部分を制御する単一コイル２８０も含む。
【００２３】
前述の方法は、従来の接触器又はソレノイド、具体的にはコイルが通電されてないときは接点を第１の位置に保持し、コイルが通電されているときは接点を第２の位置に保持する接触器に使用できる。しかし、磁気ラッチング式接触器又はソレノイドを使用することが好ましいこともある。磁気ラッチング式接触器又はソレノイドは、コイルの不通電時、接点を第１の位置か、第２の位置の何れかに保持する永久磁石を含み、又短い電圧パルスをコイルに印加すると、これらの接点が他の位置、即ち第１の位置から第２の位置又はその逆の位置へ移る。磁気ラッチング式接触器は、コイルを１つだけ使用し得る。この接触器では、接点の移動方向は、コイルに印加される電圧パルスの極性により決定できる。同様に、磁気ラッチング式接触器は、Chase氏に付与された米国特許第３，０２２，４５０号に記載される接触器のように、２つのコイルを使用してもよい。この種の接触器では、それらの接点の移動方向は、２つのコイルのどちらが通電されるかで定まる。以下の模範的な説明では、例示としてのみ、単一コイルの接触器の実施形態を提示する。同様に、２コイルの接触器も有効であり、単一コイルの接触器のどれでも、２コイルの接触器で置換できる。これに照らして考えると、これらのコイルの全ての参考文献には、可能な２コイルの参考文献も含まれることになる（即ち「コイル」）。
【００２４】
図７〜９は、バイパス装置３００の様々な実施形態を示す。このバイパス装置は、多極接触器であって、図６のバイパス装置２７２と同一又は類似していてもよい。バイパス装置３００は、静止部分３０２、３０４と可動部分３０６とを含む第１の接点、静止部分３０８、３１０と可動部分３１２とを含む第２の接点および静止部分３１４、３１６、３１８、３２０と可動部分３２２とを含む第３の接点を備える。バイパス装置３００は又、第１の接点の可動部分３０６、第２の接点の可動部分３１２および第３の接点の可動部分３２２を制御するソレノイド又はコイル３２４も含む。第１の接点の静止部分３０４と第２の接点の静止部分３１０は、電力素子の入力端子Ａ〜Ｃの内どれか２つに接続されてもよい。第３の接点の静止部分３１４と３１８は、電力素子の出力端子Ｔ１とＴ２に各々接続されてもよい。第１の接点の可動部分３０６、第２の接点の可動部分３１２および第３の接点の可動部分３２２は、図７と８では、正規の位置、即ち非バイパス位置に示され、又図９ではバイパス位置に示している。
【００２５】
図７に示すように、バイパス装置３００は又、コイル３２４に接続された電気端子３２６、コイル３２４を取り囲む鋼製枠３２８、鋼製枠３２８と、第１の接点の静止部分３０４および第２の接点の静止部分３０８、３１０との間の第１の絶縁板３３０、鋼製枠３２８と、第３の接点の静止部分３１４、３１６との間の第２の絶縁板３３２および第１の支持ブラケット３３４と第２の支持ブラケット３３６も含む。バイパス装置３００は更に、コイル３２４、鋼製枠３２８の開口、第１の絶縁板３３０と第２の絶縁板３３２の各々の開口および第１の支持ブラケット３３４と第２の支持ブラケット３３６の各々の開口を通る非磁性軸３３８も含む。
【００２６】
更に、バイパス装置３００は、第１の支持ブラケット３３４と非磁性軸３３８の第１の端との間の第１の偏倚部材３４０、第２の支持ブラケット３３６と非磁性軸３３８の第２の端との間の第２の偏倚部材３４２および第１の接点の可動部分３０６、第２の接点の可動部分３１２、第３の接点の可動部分３２２の位置（バイパス又は非バイパス）を指示するように構成された位置検出装置３４４も含む。
【００２７】
簡潔化のため図７〜９には示さないが、バイパス装置３００は更に、ほぼコイル３２４の第１の端からコイル３２４の第２の端迄延びる開口を通って軸方向に移動できるプランジャ（例えば円筒形の鋼製プランジャ）、コイル３２４に電流を印加しないで接点の可動部分をバイパス位置か非バイパス位置の何れかに保持できる永久磁石、第１の接点の可動部分３０６と第２の接点の可動部分３１２を担持する第１の絶縁ブラケット、第３の接点の可動部分３２２を担持する第２の絶縁ブラケット等も含み得ることは明白である。
【００２８】
動作時、図示しない永久磁石は、上記プランジャを第１の位置か第２の位置の何れかに保持し、更に接点の可動部分３０６、３１２、３２２を非バイパス位置かバイパス位置の何れかに保持する。電気端子３２６が電流パルスを受け取ると、該電流パルスがコイル３２４に印加され、それにより、磁界が発生する。印加パルスの極性とプランジャの位置に応じ、印加パスルは、プランジャの位置を変えさせることも、変えさせないこともある。例えば様々な実施形態により、プランジャが第１の位置にあり、かつ接点の可動部分３０６、３１２、３２２が非バイパス位置にあるとき、正の電流パルスは、プランジャを第１の位置から第２の位置に切り替えることになり、更に、それが、接点の可動部分３０６、３１２、３２２を、非バイパス位置からバイパス位置に切り替える。これと対照的に、負の電流パルスが印加されると、プランジャは、第１の位置に留まり、又接点の可動部分３０６、３１２、３２２は、非バイパス位置に留まる。
【００２９】
同様に、様々な実施形態により、プランジャが第２の位置にあり、かつ接点の可動部分３０６、３１２、３２２がバイパス位置にあるとき、負の電流パルスは、プランジャを第２の位置から第１の位置に切り替えることになり、更にそれが、接点の可動部分３０６、３１２、３２２を、バイパス位置から非バイパス位置に切り替える。これと対照的に、正の電流パルスが印加される場合、プランジャは、第２の位置に留まり、又接点の可動部分３０６、３１２、３２２は、バイパス位置に留まる。
【００３０】
図１０は、電源の電力素子（例えば電力素子２１０）をバイパスするシステム３５０の様々な実施形態を示す。システム３５０は、図５のシステム２５０と類似している。システム３５０は、電力素子の出力端子Ｔ１とＴ２に接続された第１の接点３５２、電力素子の入力端子Ａに接続された第２の接点３５４および電源の入力端子Ｃに接続された第３の接点３５６を含む。接点３５２、３５４、３５６は各々静止部分と可動部分とを含む。第２の接点３５４と第３の接点３５６は、入力端子Ａと入力端子Ｃに接続されているものとして図１０に示すが、他の実施形態では、第２の接点３５４と第３の接点３５６は、入力端子Ａ、入力端子Ｂ、入力端子Ｃの内どれか２つに接続してもよい。
【００３１】
システム３５０は又、第１の接点３５２の可動部分を制御する第１のコイル３５８、第２の接点３５４の可動部分を制御する第２のコイル３６０および第３の接点３５６の可動部分を制御する第３のコイル３６２も含む。様々な実施形態により、接触器コイルとしてコイル３５８、３６０、３６２を例示している。他の実施形態では、プランジャをその第１の位置又は第２の位置に保持しおよび／又は接点３５２、３５４、３５６の可動部分を非バイパス位置又はバイパス位置に保持するために、コイルに連続的に電流を流す必要のない磁気ラッチング式接触器の一部として、コイル３５８、３６０、３６２を例示している。前述のように、磁気ラッチング式接触器は、単一コイル又は２コイルの構成を使用できる。第１の接点３５２と第１のコイル３５８は集合体として第１の接触器を構成し、又第２の接点３５４と第２のコイル３６０は集合体として第２の接触器を構成し、更に第３の接点３５６と第３のコイル３６２は集合体として、第３の接触器を構成し得る。
【００３２】
システム３５０は更に、第１のコイル３５８とやり取りする第１の局部プリント基板３６４、第２のコイル３６０とやり取りする第２の局部プリント基板３６６および第３のコイル３６２とやり取りする第３の局部プリント基板３６８も含む。局部プリント基板３６４、３６６、３６８は、各々対応するコイル３５８、３６０、３６２を介して対応する接点３５２、３５４、３５６の可動部分を制御すべく構成されている。一般に、局部プリント基板３６４、３６６、３６８は各々、略地電位に保たれた主制御装置（例えば図１の主制御システム１９５）からコマンドを受け取り、その主制御装置にステータスを報告するよう構成されている。又局部プリント基板３６４、３６６、３６８は各々、必要に応じ対応するコイル３５８、３６０、３６２にエネルギーのパルスを伝え、対応する接点３５２、３５４、３５６の可動部分の位置を変え、又対応する接点３５２、３５４、３５６の可動部分の位置を認識するように構成されている。例えば電力素子をバイパスすべきである状態を主制御装置が検出すると、主制御装置は、個別のプリント基板（例えばプリント基板３６４）に信号を送る。プリント基板は、この信号を受け取ると、その対応する接点の可動部分を制御し、もって電力素子をバイパスする。局部プリント基板３６４、３６６、３６８は各々、電力素子の入力端子Ａ〜Ｃに接続された入力線から、或いは遠隔電源から制御電力を得る。図１０に示す如く、１つ又は複数の位置検出装置（PSD）３６５、３６７、３６９を利用して、局部プリント基板３６４、３６６、３６８に、接点３５２、３５４、３５６の可動部分の対応する位置を与える。様々な実施形態では、これら位置検出装置は、スイッチング素子、ホール効果センサ、光センサ等として実現され得る。
【００３３】
コイル３５８、３６０、３６２が磁気ラッチング式接触器の一部である実施形態では、局部プリント基板３６４、３６６、３６８は、各々プランジャおよび／又は対応する接点３５２、３５４、３５６の可動部分の位置を切り替えるのに充分なエネルギーを蓄積するＤＣコンデンサを含み得る。又局部プリント基板３６４、３６６、３６８は各々電力素子の入力端子Ａ〜Ｃに接続された入力線からのＡＣ電力又は遠隔電源からのＡＣ電力を用いて、切替え事象後に蓄積エネルギーを回復させる電源を含んでいてもよい。
【００３４】
図１１は、電源の電力素子（例えば電力素子２１０）をバイパスするシステム３７０の様々な実施形態を示す。システム３７０は、図１０のシステム３５０と類似している。システム３７０は、電力素子の出力端子Ｔ１とＴ２に接続された第１の接点３７２、電力素子の入力端子Ａに接続された第２の接点３７４および電源の入力端子Ｃに接続された第３の接点３７６を含む。接点３７２、３７４、３７６は、各々静止部分と可動部分を含む。第２の接点３７４と第３の接点３７６は、入力端子ＡとＣに接続されているものとして図１１に示しているが、他の実施形態では、第２の接点３７４と第３の接点３７６は、入力端子Ａ〜Ｃのうちどれか２つに接続されてもよいと理解されよう。
【００３５】
システム３７０は又、第１の接点３７２の可動部分を制御する第１のコイル３７８、第２の接点３７４の可動部分を制御する第２のコイル３８０および第３の接点３７６の可動部分を制御する第３のコイル３８２も含む。他の実施形態では、接触器コイルとして、コイル３７８、３８０、３７２が具体化されている。別の実施形態では、プランジャをその第１又は第２の位置に保持しおよび／又は接点３７２、３７４、３７６の可動部分を非バイパス位置又はバイパス位置に保持すべく、コイルに連続的に電流を流す必要のない磁気ラッチング式接触器の一部として、コイル３７８、３８０、３８２が具体化されている。前述の如く、磁気ラッチング式接触器は、単一コイル又は２コイルの構成となし得る。
【００３６】
様々な実施形態により、第１の接点３７２と第１のコイル３７８は第１のバイパス装置の一部であり、又第２の接点３７４と第２のコイル３８０は第２のバイパス装置の一部であり、更に第３の接点３７６と第３のコイル３８２は第３のバイパス装置の一部である。このような実施形態では、システム３７０は、複数のバイパス装置を含む。
【００３７】
図１０のシステム３５０と対照的に、システム３７０は、第１のコイル３７８、第２のコイル３８０および第３のコイル３８２とやり取りする単一の局部プリント基板３８４を含む。局部プリント基板３８４は、各々のコイル３７８、３８０、３８２を介して、対応する接点３７２、３７４、３７６の可動部分を制御するように構成されている。従って、局部プリント基板３８４は、図１０に関して描いた局部プリント基板と類似するが、局部プリント基板３８４がこれらのコイルを駆動して３つの接点の可動部分の対応する位置を認識するように構成された点で異なっている。一般に、局部プリント基板３８４は、ほぼ地電位に保たれた主制御装置（例えば図１の主制御システム１９５）からコマンドを受け取って、その主制御装置にステータスを報告するように構成されている。
【００３８】
局部プリント基板３８４は又、必要に応じコイル３７８、３８０、３８２にエネルギーのパルスを伝え、対応する接点３７２、３７４、３７６の可動部分の位置を変え、かつ対応する接点３７２、３７４、３７６の可動部分の位置を検出すべく構成されている。局部プリント基板３８４は、電力素子の入力端子Ａ〜Ｃに接続された入力線又は遠隔電源から制御電力を得る。図１１に示すように１つ又は複数の位置検出装置３７９、３８３、３８５を利用して、局部プリント基板３８４に、接点３７２、３７４、３７６の可動部分の対応する位置を与える。様々な実施形態により、これらの位置検出装置は、スイッチング素子、ホール効果センサ、光センサ等として具体化され得る。
【００３９】
コイル３７８、３８０、３８２が磁気ラッチング式接触器の一部である実施形態では、局部プリント基板３８４は、そのプランジャおよび／又は接点３５２、３５４、３５６の可動部分の位置を切り替えるのに充分なエネルギーを蓄積できるＤＣコンデンサを含み得る。又、局部プリント基板３８４は、電力素子の入力端子Ａ〜Ｃに接続された入力線からのＡＣ電力又は遠隔電源からのＡＣ電力を用いて、切替え事象後に蓄積エネルギーを回復させる電源を含んでいてもよい。
【００４０】
図１２は、電源の電力素子（例えば電力素子２１０）をバイパスするシステム３９０の様々な実施形態を示す。システム３９０は、図１１のシステム３７０と類似している。システム３９０は、多極接触器として具体化できるバイパス装置３９２を含む。バイパス装置３９２は、図７〜９に示すバイパス装置３００と同一であるか類似している。バイパス装置３９２は、電力素子の出力端子Ｔ１とＴ２に接続された第１の接点３９４、電力素子の入力端子Ａに接続された第２の接点３９６および電源の入力端子Ｃに接続された第３の接点３９８を含む。接点３９４、３９６、３９８は、各々静止部分と可動部分とを含む。第２の接点３９６と第３の接点３９８は、入力端子Ａと入力端子Ｃに接続されたものとして図１２に示すが、他の実施形態では、第２の接点３９６と第３の接点３９８は入力端子Ａ〜Ｃのうちどれか２つに接続されてもよいと理解されよう。
【００４１】
図１１のシステム３７０と対照的に、システム３９０は、第１の接点３９４、第２の接点３９６、第３の接点３９８の可動部分を制御するコイル４００を含む。様々な実施形態により、コイル４００は、接触器コイルとして具体化されている。他の実施形態では、プランジャを第１又は第２の位置に保持しおよび／又は接点３９４、３９６、３９８の可動部分を非バイパス位置又はバイパス位置に保持すべく、コイル４００に連続的に電流を流す必要のない磁気ラッチング式接触器の一部として、コイル４００が具体化され得る。前述の如く、磁気ラッチング式接触器は、単一コイル又は２コイルの構成となし得る。
【００４２】
システム３９０は又、コイル４００とやり取りする単一の局部プリント基板４０２も含む。局部プリント基板４０２は、コイル４００を介して対応する接点３９４、３９６、３９８の可動部分を制御するように構成されている。一般に、局部プリント基板４０２はほぼ地電位に保たれた主制御装置（例えば図１の主制御システム１９５）からコマンドを受け取って、その主制御装置にステータスを報告するように構成されている。
【００４３】
局部プリント基板４０２は又、必要に応じてコイル４００にエネルギーのパルスを伝えて、対応する接点３９４、３９６、３９８の可動部分の位置を変え、又対応する接点３９４、３９６、３９８の可動部分の位置を認識するように構成されている。局部プリント基板４０２は、電力素子の入力端子ＡＣに接続された入力線から制御電力を得る。図１２に示すように、位置検出装置４０３を利用し、局部プリント基板４０２に、接点３９４、３９６、３９８の可動部分の対応する位置を与え得る。様々な実施形態により、位置検出装置は、スイッチング素子、ホール効果センサ、光センサ等として具体化され得る。
【００４４】
コイル４００が磁気ラッチング式接触器の一部である実施形態では、局部プリント基板４０２は又、プランジャおよび／又は接点３９４、３９６、３９８の可動部分の位置を切り替えるに充分なエネルギーを蓄積できるＤＣコンデンサも含み得る。又、局部プリント基板４０２は、電力素子の入力端子Ａ〜Ｃに接続された入力線からのＡＣ電力を用いて、切替え事象後に蓄積エネルギーを回復させる電源を含んでいてもよい。
【００４５】
本発明の幾つかの実施形態を例示的にここに述べてきたが、併記の特許請求の範囲で定義した本発明の趣旨と範囲から逸脱しなければ、上記実施形態への様々な変更、修正、改造を実現できることが当業者には理解されよう。
【符号の説明】
【００４６】
１１２ 一次巻線、１１０ 多巻線装置、２１０ 電力素子、２３０ バイパス装置、 ２３２ 接点、Ａ、Ｂ、Ｃ 入力端子、Ｔ１、Ｔ２ 出力端子
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一次巻線と複数の三相二次巻線とを有する多巻線装置と、
前記多巻線装置の異なる三相二次巻線に各々が接続されている複数の電力素子と、
前記電力素子の少なくとも１つの第１の入力端子と第２の入力端子に接続され、又前記電力素子の少なくとも１つの第１の出力端子と第２の出力端子に接続されているバイパス装置と
を含むシステム。
【請求項２】
前記バイパス装置が、
静止部分と可動部分とを持ち、前記第１の出力端子と前記第２の出力端子に接続されている第１の接点と、
静止部分と可動部分とを持ち、前記第１の接点が前記第１の入力端子に接続されている第２の接点と、
静止部分と可動部分とを持ち、前記第１の接点が前記第２の入力端子に接続されている第３の接点と、
前記第１の接点、前記第２の接点、前記第３の接点の前記可動部分に結合されているソレノイドと
を含む請求項１記載のシステム。
【請求項３】
前記ソレノイドが磁気ラッチング式接触器である請求項２記載のシステム。
【請求項４】
前記磁気ラッチング式接触器が１つのコイルを持つ請求項３記載のシステム。
【請求項５】
前記磁気ラッチング式接触器が少なくとも２つのコイルを持つ請求項３記載のシステム。
【請求項６】
前記バイパス装置に接続されている制御回路を更に含む請求項２記載のシステム。
【請求項７】
前記バイパス装置と前記制御回路に接続されている位置検出装置を更に含む請求項６記載のシステム。
【請求項８】
前記制御回路がプリント基板から成っている請求項６記載のシステム。
【請求項９】
前記制御回路が、前記バイパス装置を制御するように構成されている請求項８記載のシステム。
【請求項１０】
前記制御回路が主制御装置に接続されている請求項９記載のシステム。
【請求項１１】
前記バイパス装置が少なくとも１つの電気駆動式接触器を含む請求項１記載のシステム。
【請求項１２】
前記電気駆動式接触器が、単極単投接触器、単極双投接触器又は多極接触器の少なくとも１つである請求項１１記載のシステム。
【請求項１３】
マルチセル電源の電力素子に故障が発生していることを判定するステップと、
前記電力素子の第１の入力端子に接続された第１の接点、前記電力素子の第２の入力端子に接続された第２の接点および前記電力素子の第１の出力端子と第２の出力端子に接続された第３の接点に結合されているソレノイドに、制御回路からの電流パルスを印加するステップと
を含む方法。
【請求項１４】
前記故障が発生していることを判定するステップが、前記電力素子の出力電圧を、指示された出力電圧と比較するステップを含む請求項１３記載の方法。
【請求項１５】
前記ソレノイドに前記電流パルスを印加するステップが、
正の極性で前記電流パルスを印加するステップと、
負の極性で前記電流パルスを印加するステップと
の少なくとも１つを含む請求項１３記載の方法。
【請求項１６】
前記ソレノイドに前記電流パルスを印加するステップが、
前記電流パルスを２つのコイルの第１のものに印加するステップと、
前記電流パルスを２つのコイルの第２のものに印加するステップと
の少なくとも１つを含む請求項１３記載の方法。
【請求項１７】
前記第１の接点の可動部分の位置を決定するステップと、
前記第２の接点の可動部分の位置を決定するステップと、
前記第３の接点の可動部分の位置を決定するステップと
を更に含む請求項１３記載の方法。
【請求項１８】
前記ソレノイドの少なくとも１つのコイルへの前記電流パルスの印加に応答して、前記第１の接点の可動部分、前記第２の接点の可動部分および前記第３の接点の可動部分の位置を変えるステップを更に含む請求項１３記載の方法。
【請求項１】
一次巻線と複数の三相二次巻線とを有する多巻線装置と、
前記多巻線装置の異なる三相二次巻線に各々が接続されている複数の電力素子と、
前記電力素子の少なくとも１つの第１の入力端子と第２の入力端子に接続され、又前記電力素子の少なくとも１つの第１の出力端子と第２の出力端子に接続されているバイパス装置と
を含むシステム。
【請求項２】
前記バイパス装置が、
静止部分と可動部分とを持ち、前記第１の出力端子と前記第２の出力端子に接続されている第１の接点と、
静止部分と可動部分とを持ち、前記第１の接点が前記第１の入力端子に接続されている第２の接点と、
静止部分と可動部分とを持ち、前記第１の接点が前記第２の入力端子に接続されている第３の接点と、
前記第１の接点、前記第２の接点、前記第３の接点の前記可動部分に結合されているソレノイドと
を含む請求項１記載のシステム。
【請求項３】
前記ソレノイドが磁気ラッチング式接触器である請求項２記載のシステム。
【請求項４】
前記磁気ラッチング式接触器が１つのコイルを持つ請求項３記載のシステム。
【請求項５】
前記磁気ラッチング式接触器が少なくとも２つのコイルを持つ請求項３記載のシステム。
【請求項６】
前記バイパス装置に接続されている制御回路を更に含む請求項２記載のシステム。
【請求項７】
前記バイパス装置と前記制御回路に接続されている位置検出装置を更に含む請求項６記載のシステム。
【請求項８】
前記制御回路がプリント基板から成っている請求項６記載のシステム。
【請求項９】
前記制御回路が、前記バイパス装置を制御するように構成されている請求項８記載のシステム。
【請求項１０】
前記制御回路が主制御装置に接続されている請求項９記載のシステム。
【請求項１１】
前記バイパス装置が少なくとも１つの電気駆動式接触器を含む請求項１記載のシステム。
【請求項１２】
前記電気駆動式接触器が、単極単投接触器、単極双投接触器又は多極接触器の少なくとも１つである請求項１１記載のシステム。
【請求項１３】
マルチセル電源の電力素子に故障が発生していることを判定するステップと、
前記電力素子の第１の入力端子に接続された第１の接点、前記電力素子の第２の入力端子に接続された第２の接点および前記電力素子の第１の出力端子と第２の出力端子に接続された第３の接点に結合されているソレノイドに、制御回路からの電流パルスを印加するステップと
を含む方法。
【請求項１４】
前記故障が発生していることを判定するステップが、前記電力素子の出力電圧を、指示された出力電圧と比較するステップを含む請求項１３記載の方法。
【請求項１５】
前記ソレノイドに前記電流パルスを印加するステップが、
正の極性で前記電流パルスを印加するステップと、
負の極性で前記電流パルスを印加するステップと
の少なくとも１つを含む請求項１３記載の方法。
【請求項１６】
前記ソレノイドに前記電流パルスを印加するステップが、
前記電流パルスを２つのコイルの第１のものに印加するステップと、
前記電流パルスを２つのコイルの第２のものに印加するステップと
の少なくとも１つを含む請求項１３記載の方法。
【請求項１７】
前記第１の接点の可動部分の位置を決定するステップと、
前記第２の接点の可動部分の位置を決定するステップと、
前記第３の接点の可動部分の位置を決定するステップと
を更に含む請求項１３記載の方法。
【請求項１８】
前記ソレノイドの少なくとも１つのコイルへの前記電流パルスの印加に応答して、前記第１の接点の可動部分、前記第２の接点の可動部分および前記第３の接点の可動部分の位置を変えるステップを更に含む請求項１３記載の方法。
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１】
【公表番号】特表２０１０−５３９８７７（Ｐ２０１０−５３９８７７Ａ）
【公表日】平成２２年１２月１６日（２０１０．１２．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−５２５０６８（Ｐ２０１０−５２５０６８）
【出願日】平成２０年９月１５日（２００８．９．１５）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００８／０７６４１０
【国際公開番号】ＷＯ２００９／０３６４３０
【国際公開日】平成２１年３月１９日（２００９．３．１９）
【出願人】（５１０００２２６８）シーメンス インダストリー インコーポレイテッド (21)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２２年１２月１６日（２０１０．１２．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年９月１５日（２００８．９．１５）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００８／０７６４１０
【国際公開番号】ＷＯ２００９／０３６４３０
【国際公開日】平成２１年３月１９日（２００９．３．１９）
【出願人】（５１０００２２６８）シーメンス インダストリー インコーポレイテッド (21)
【Ｆターム（参考）】
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