JP2003527053A - 電気力学的機械 - Google Patents
電気力学的機械Info
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- H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
- H02K16/00—Machines with more than one rotor or stator
- H02K16/005—Machines with only rotors, e.g. counter-rotating rotors
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- Power Engineering (AREA)
- Connection Of Motors, Electrical Generators, Mechanical Devices, And The Like (AREA)
- Iron Core Of Rotating Electric Machines (AREA)
- Reciprocating, Oscillating Or Vibrating Motors (AREA)
Abstract
Description
ても用いられる。
品は、(永久磁石あるいは電磁石であることもある)磁石を内蔵し、他方の部品
は、導電体を内蔵している。発電機の場合、回転子と固定子とが相対的に動くと
、導電体内に電流が生じる。電動機の場合、導電体に電流が流れると、回転子が
固定子に対して相対的に回転することになる。
部品のいずれも、このような相対的な運動の間は従来の固定子のように静止して
いない。
回転子を備える電気力学的機械を提供するものである。
ものである。しかしながら、代替的に、第1の回転子と第2の回転子とは、1つ
の共通の方向に異なる回転速度で回転し、これにより第1の回転子と第2の回転
子とが相対的に回転することも可能である。
る。通常、一方の回転子は、永久磁石あるいは電磁石により磁界を発生させるも
のである。他方の回転子は、導電体が当該磁界を通るとその内部に電流が生じる
導電体を成している。整流子あるいはスリップリングなどの任意の適切な構造体
は、導電体から電流を取出すために設けられている。
れている。1つの配置では、一方の回転子が他方の回転子内に配置され、2つの
回転子の間に空隙が設けられている。別の1つの配置では、2つの回転子が軸方
向に互いに間隔を置いて配置され、空隙が2つの回転子の間に形成されている。
合、駆動シャフトは入力シャフトであり、電動機の場合、駆動シャフトは出力シ
ャフトである。これら2つのシャフトは、互いに対して軸方向に配置され、一方
のシャフトの一端に配置されている軸方向のスピゴットは、当該一方のシャフト
の一端に隣接する他方のシャフトの端部内に設けられている相補的な軸方向のソ
ケット内に受入れられている。この配置では、当該2つのシャフトが互いに接続
されて一緒にされ、これにより当該2つのシャフトは互いを横方向に支持し、か
つ相対的に動き得るようになっている。
転子は、それぞれ1つの駆動シャフトに接続されている。
向に回転するように設けられている。
車機構を備えることもある。この歯車機構は、内歯車が一方のシャフトに剛性構
造で接続され、太陽歯車が他方のシャフトに剛性構造で接続されている遊星歯車
列を備えることもある。このような配置において、内歯車が当該一方のシャフト
に接続されるのは、通常、内歯車が当該一方のシャフトに連結された特定の回転
子に取付けられことによってなされる。
する第2のシャフトとを備え、第1の回転子は第1のシャフトに駆動的に接続さ
れ、第2の回転子は第2のシャフトに駆動的に接続されており、当該2つの回転
子は、それらが互いに対して相対的に回転すると電流を発生させるように協働し
、当該2つのシャフトは、互いを横方向で支持し、かつ互いに対して相対的に回
転できるように相互接続されている、発電機も提供するものである。
およびオーストラリア特許仮出願第PQ4700号に開示されているエンジン手
段で用いられるように案出され、これらの明細書の内容は、引用することにより
本明細書の一部を成すものとする。そのエンジンのある特定の実施形態は、互い
に対して反対の方向に回転し得、電流を発生させるために電気力学的機械に操作
的に接続されている2つの出力シャフトを有している。エンジン手段により駆動
される電気力学的機械は、本発明による電気力学的機械であり得る。
機との組合せであって、当該エンジン手段は第1の出力シャフトおよび第2の出
力シャフトを有し、当該発電機は第1の回転子および第2の回転子を有し、当該
第1の回転子は、当該エンジンの該第1の出力シャフトに駆動的に接続され、当
該第2の回転子は、当該エンジンの該第2の出力シャフトに駆動的に接続され、
当該第1および第2の回転子は、互いに対して相対的に回転し得、これにより電
流が発生させられる、組合せも提供するものである。
ジンは第1の出力シャフトを備え、他方のエンジンは第2の出力シャフトを備え
ている。
する以下の説明を参照すると、さらにはっきりと理解できる。
ある電流を発生させる発電機の形式で電気力学的機械10が示されている。した
がって、発電機10は、ダイナモあるいは交流発電機などの任意の適切な形式の
発電機として機能し得るようになっている。
2つのシャフト11,12は、ベアリング9内で支持されている。第1の回転子
13はシャフト11に取付けられ、第2の回転子15は第2のシャフト12に取
付けられている。2つのシャフト11,12は、互いに対して反対の方向に当該
シャフトを駆動するように動作する駆動手段14に接続され、これにより第1お
よび第2の回転子13,15は、互いに対して反対の方向に互いに対して相対的
に回転するようになっている。
空隙17が回転子13と15との間に形成されている。したがって、第1の回転
子13は外側の回転子を構成し、第2の回転子15は内側の回転子を構成してい
る。第1の(外側の)回転子13は、ベアリング16により第2の(内側の)回
転子15を中心として回転可能に支持されている。
いる。この実施形態では、外側回転子13がこれに内蔵した電磁石構造体で磁界
を発生させることにより得られる。内側回転子15は、スリップリングシステム
21に接続されている一連の巻線19により形成される導電体を内蔵している。
したがって、外側回転子13の構造は、従来の発電機の固定子の構造に類似して
おり、内側回転子15の構造は、従来の発電機の回転子に類似している。従来の
発電機では、回転子と固定子とが相対的に動くことにより、電流が発生すること
になる。同様の結果が本発明でも得られ、この場合、2つの回転子13と15と
の相対運動が電流を発生させ、この電流は、公知の方法でスリップリングシステ
ム21により取出されることになる。
的に動き得るように互いに接続されている。詳細には、シャフト11は、第2の
シャフト12に設けられたスピゴット(いんろう)27を受入れるソケット25
を内蔵している。第2のシャフト12は、実際、2つの部分12aおよび12b
に分割されて形成され、内側回転子15は、2つの部分12aと12bとの間に
配置されている。第2の部分12bは、図3から最も良く分かるようにスピゴッ
ト27を設けている。
造体である。端部壁32は、円筒形側壁30に取外し可能に取付けられており、
取外しのために、中空外側回転子13内に形成されている内側領域へ接近するこ
とが容易になり、これによって内側回転子15の取付けおよび取外しが容易にな
る。
すると、回転子13,15も同様に互いに対して反対の方向に回転することにな
る。回転子13,15が互いに対して相対的に回転すると電流が生じ、この電流
は、スリップリングシステム21を介して取出される。
る入力駆動シャフト33を備えている。駆動ピニオン34は、入力駆動シャフト
33に取付けられ、これにより駆動ピニオン34は、入力駆動シャフト33と一
緒に回転する。駆動ピニオン34は、第1の被駆動ピニオン35および第2の被
駆動ピニオン36と噛合している。第2の被駆動ピニオン36は、第2の駆動シ
ャフト12に取付けられ、これにより回転トルクが入力駆動シャフト33から第
2の駆動シャフト12へ伝達されるようになっている。第1の被駆動ピニオン3
5は、外側回転子13に駆動的に接続されている。より詳細には、第1の被駆動
ピニオン35は、外側回転子13の端部壁32に取付けられ、適切な固定具また
は溶接により外側回転子13に剛性構造で固定されている。第1の被駆動ピニオ
ン35は、第2のシャフト12に接続されておらず、単に、第2のシャフト12
に駆動的に接続されずに第2のシャフト12を包囲しているにすぎない。この形
態は、第2のシャフト12が第1の被駆動ピニオン35内の中央通路を自由に通
ることにより得られる。
駆動的に接続され、これにより第1および第2の回転子13,15は相対的に互
いに対して反対の方向に回転することになる。特に、入力駆動シャフト33は、
駆動ピニオン34と、当該駆動ピニオン34と噛合し、かつ第1の回転子13に
駆動的に接続されている第1の被駆動ピニオン35とを用いて、第1の回転子1
3に駆動的に接続されている。同様に、入力駆動シャフト33は、第2の被駆動
ピニオン36に駆動的に接続される駆動ピニオン34を介して第2の回転子15
に駆動的に接続されており、第2の被駆動ピニオン36は、第2の駆動シャフト
12に駆動的に接続され、第2の駆動シャフト12は内側回転子15に駆動的に
接続されている。
おり、このフライホイール37は、駆動シャフト33を駆動する電動機(図示せ
ず)から得られる入力パワーに微小変動が生じても、回転子13,15の回転速
度を適切にある程度一定に維持する役割を果たしている。
ト11に適切に配置されている。
転子13,15が(互いに対して反対の方向ではあるが)同一の角速度で回転す
ることが、駆動ピニオン34が被駆動ピニオン35,36の双方と噛合すること
により得られることである。駆動手段14により得られるさらなる利点は、2つ
のシャフト11,12が共に回転し、したがって、それぞれ別の目的のために回
転トルクを使用できることである。
ト12に駆動的に接続され、この場合、シャフト11,12は、それぞれ別の目
的のために回転トルクを取出し得る出力シャフトとして機能している。
ト11および第2のシャフト12を備えている。第1の回転子13は第1のシャ
フト11に取付けられ、第2の回転子15は第2のシャフト12に取付けられて
いる。この実施形態では、各シャフト11,12がそれぞれエンジンなどの駆動
手段(図示せず)に接続されるようになっている。この実施形態による発電機1
0は、第1の実施形態の発電機と同様の仕方で動作しており、すなわち、回転ト
ルクが互いに対して反対の方向で第1のシャフト11および第2のシャフト12
に加えられ、これにより第1および第2の回転子13,15も、互いに対して相
対的に互いに対して反対の方向に回転するようになっている。
るが)回転することにより利点が得られることもある。この目的のために、速度
調整手段が発電機に関連して用いられることもある。このような配置は、図6お
よび図7の第3の実施形態による発電機10で用いられている。この実施形態の
発電機10は、遊星歯車列45の形式の歯車機構41を備えた速度調整手段40
を内蔵しており、遊星歯車列45は、外側回転子13に取付けられているかまた
は外側回転子13と一体的に形成されている内歯車47と、第2のシャフト12
に取付けられている太陽歯車49とを有し、この場合、一連の遊星歯車51は、
内歯車47と太陽歯車49との間に位置し、かつ内歯車47および太陽歯車49
と噛合している。内歯車47は、第1のシャフト11に直接に接続されている外
側回転子13に取付けられているので、遊星歯車列45により第1のシャフト1
1と第2のシャフト12とが歯車を介して接続されることになり、これにより2
つの駆動シャフト11,12は、(勿論、互いに対して反対の方向ではあるが)
1つの共通の角速度で回転することになる。
速度制御手段に類似の1つのさらなる速度制御手段40を示している。
これによりシャフト11,12が一緒に(互いに対して反対の方向であるが)1
つの共通の角速度で回転するのに用いられ得る。
0が示されている。この実施形態による発電機10は、第1の回転子13が取付
けられている第1のシャフト11と、第2の回転子15が取付けられている第2
のシャフト12とを備えている。この実施形態では、2つの回転子13,15が
第1の実施形態と異なって一方が他方の中に取付けられておらず、軸線方向に横
並びで配置され、2つの回転子13と15との間に空隙17が形成されている。
り互いを横方向に支持し、かつ互いに対して相対的に回転し得るようになってい
る。この形態は、2つのシャフト11,12のうちの一方の中にソケット25を
設け、ソケット25が他方のシャフトに取付けられているスピゴット27を受入
れることにより得られる。
様に空隙17に面する端面63を有している。端面61は巻線コイル65を内蔵
し、端面63は磁鉄67を内蔵しており、この場合の配置は、2つの回転子が互
いに対して相対的に回転すると、巻線コイルと磁鉄とが相互作用し、これにより
電流が生じるようになっている。
発電機が示されている。この実施形態による発電機が前の実施形態の発電機とあ
る程度類似する点は、2つの回転子13,15が互いに対して軸方向に位置して
取付けられ、2つの回転子13,15の間に空隙17が形成されていることであ
る。しかしながら、この実施形態では、2つの回転子13,15が1つの共通の
軸シャフト81に取付けられている。軸シャフト81の端部は、第1の駆動シャ
フト11および第2の駆動シャフト12の対応する端部内に設けられたソケット
82内に受入れられている。この配置により2つのシャフト11、12が互いを
支持し、かつ、これら2つのシャフト11,12が互いに対して相対的に回転し
、ひいては、2つの回転子13,15が互いに対して相対的に回転し得ることに
なる。勿論、第1のシャフト11は第1の回転子13に駆動的に接続され、第2
のシャフト12は第2の回転子15に駆動的に接続されている。スリップリング
システム21は、2つの回転子13,15が互いに対して相対的に回転すること
により生じる電流を取出すために設けられている。
る発電機が示され、一方のエンジンは出力シャフト97を有し、他方のエンジン
は出力シャフト99を有している。2つの出力シャフト97,99は、歯車機構
90を介して発電機10の2つのシャフト11,12に駆動的に接続されている
。歯車機構90は、出力シャフト97に取付けられている第1のベベルピニオン
(かさ歯車形ピニオン)93と、出力シャフト99に取付けられている第2のベ
ベルピニオン95とを備えている。2つのベベルピニオン93,95は、第1の
かさ歯車91および第2のかさ歯車92と噛合している。2つのかさ歯車91,
92は、互いに間隔を置いて配置され、1つの共通の軸を中心として回転するよ
うになっている。第1のかさ歯車91は外側回転子13に取付けられ、これによ
って、第1のシャフト11に駆動的に接続されている。第2のかさ歯車92は、
第2のかさ歯車92に取付けられることにより、第2のシャフト12に駆動的に
接続されている。ピニオン93,95と歯車91,92とを噛合させると、2つ
の回転子13,15は、同一の角速度でかつ互いに対して反対の方向に回転する
ことになる。
構90により発電機10に伝達され、これにより外側回転子13と内側回転子1
5とは、第1の実施形態と類似の仕方で互いに対して反対の方向に回転すること
になる。この配置の1つのさらなる利点は、2つのシャフト11,12が回転し
、したがって、それぞれ別の目的のために回転トルクを用い得ることにある。特
に、フライホイールは、2つのシャフト11,12のうちの1つに取付けられる
ことが可能である。
、1つのさらなる実施形態による発電機10がエンジン(図示せず)の単一の出
力シャフト103により駆動されることになる。歯車機構101は、出力シャフ
ト103に取付けられているベベルピニオン105を備えている。ベベルピニオ
ン105は、第1のかさ歯車107および第2のかさ歯車109と噛合している
。2つのかさ歯車107,109は、互いに間隔を置いて配置され、1つの共通
の軸を中心として回転するようになっている。第1のかさ歯車107は、発電機
10の外側回転子13に取付けられ、これによって、第1のシャフト11に駆動
的に接続されている。第2のかさ歯車109は、第2のかさ歯車109に取付け
られることにより、第2のシャフト12に駆動的に接続されている。ピニオン1
05と2つのかさ歯車107,109とを噛合させると、2つの回転子13,1
5が同一の角速度で互いに対して反対の方向に回転することになる。
クが歯車機構101により発電機10に伝達され、これにより外側回転子13と
内側回転子15とが、同一の角速度で互いに対して反対の方向に回転するように
なっている。この配置の1つの付加的な利点は、2つのシャフト11,12が回
転し、したがって、駆動の目的のために回転トルクを取出して利用し得ることで
ある。フライホイール(図示せず)は、2つのシャフト11,12のうちの1つ
に取付けられている。
蔵する簡単で高効率の電気力学的機械を提供することが分かる。
たが、電気力学的機械は、電動機として機能し得、この場合、電気力学的機械に
供給された電気エネルギーは、2つの回転子の駆動シャフトに加えられる回転ト
ルクの形式で機械エネルギーに変換されることは明らかである。
、記載の1つの対象物および複数の対象物の1つの群を含むことを意味するが、
いかなるその他の1つの対象物または複数の対象物の1つの群を排除することも
意味しない。
る。
車機構の概略図である。
車機構の概略図である。
Claims (16)
- 【請求項1】 互いに対して回転し得る第1の回転子および第2の回転子を
備えている、電気力学的機械。 - 【請求項2】 前記第1の回転子および前記第2の回転子は、互いに対して
反対の方向に回転し得るようになっている、請求項1に記載の電気力学的機械。 - 【請求項3】 前記電気力学的機械は発電機であり、前記第1の回転子と前
記第2の回転子とが相対的に動くと電流が生じる、請求項1または2に記載の電
気力学的機械。 - 【請求項4】 前記一方の回転子は磁界を発生させ、前記他方の回転子は導
電体を成し、該導電体が動くと前記磁界により電流が該導電体内に生じる、請求
項2に記載の電気力学的機械。 - 【請求項5】 前記2つの回転子は、1つの共通の軸を中心として回転する
ように取付けられている、請求項1から3のうちのいずれか1項に記載の電気力
学的機械。 - 【請求項6】 前記一方の回転子は前記他方の回転子内に配置され、これら
一方の回転子と他方の回転子との間には空隙が形成されている、請求項4に記載
の電気力学的機械。 - 【請求項7】 前記2つの回転子は、軸方向に互いに間隔を置いて配置され
、前記2つの回転子の間に空隙が形成されている、請求項4に記載の電気力学的
機械。 - 【請求項8】 前記各回転子は、それぞれ1つのシャフトに取付けられてい
る、請求項1から7のうちのいずれか1項に記載の電気力学的機械。 - 【請求項9】 前記2つのシャフトは、互いに対して軸方向に配置され、前
記一方のシャフトの一端には軸線方向のスピゴットが設けられ、前記軸線方向の
スピゴットは、前記一方のシャフトの一端に隣接する前記他方のシャフトの端部
内に設けられている相補的な軸線方向のソケット内に受入れられている、請求項
8に記載の電気力学的機械。 - 【請求項10】 前記2つの回転子は、1つの共通の軸シャフトに取付けら
れ、当該各回転子は、それぞれ1つの駆動シャフトに接続されている、請求項1
から7のうちのいずれか1項に記載の電気力学的機械。 - 【請求項11】 速度制御手段は、前記2つのシャフトが同一の角速度で反
対の方向に回転するように設けられている、請求項1から10のうちのいずれか
1項に記載の電気力学的機械。 - 【請求項12】 前記速度制御手段は、前記2つのシャフトに操作的に接続
されている歯車機構を備えている、請求項10に記載の電気力学的機械。 - 【請求項13】 前記歯車機構は、内歯車が一方のシャフトに剛性構造で接
続され、太陽歯車が他方のシャフトに剛性構造で接続されている遊星歯車列を備
える、請求項11に記載の電気力学的機械。 - 【請求項14】 第1のシャフトに駆動的に接続されている第1の回転子を
有する第1のシャフトと、第2のシャフトに駆動的に接続されている第2の回転
子を有する第2のシャフトとを備え、前記2つの回転子は、それらが互いに対し
て相対的に動くと電流を生じさせるように協働し、前記2つのシャフトは、互い
を横方向で支持し、かつ互いに対して相対的に回転できるように相互接続されて
いる、発電機。 - 【請求項15】 エンジン手段と、該エンジン手段により駆動され得る発電
機との組合せであって、前記エンジン手段は、第1の出力シャフトおよび第2の
出力シャフトを有し、前記発電機は、第1の回転子および第2の回転子を有し、
前記第1の回転子は、前記エンジンの第1の出力シャフトに駆動的に接続され、
前記第2の回転子は、前記エンジンの第2の出力シャフトに駆動的に接続され、
前記第1および第2の回転子は、互いに対して相対的に回転でき、これにより電
流を生じさせることも可能である、組合せ。 - 【請求項16】 添付図面を参照して本明細書で説明されたものと実質的に
同一の電気力学的機械。
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