JP2010539872A - 磁束導通ユニット - Google Patents

Abstract

本発明は、機械エネルギーおよび電気エネルギーのうちの一方を他方に変換するために作動する電磁装置のための磁束導通ユニット（１０）に関する。磁束導通ユニットは、磁気透過性の材料で形成される少なくとも１つの磁束導通エレメント（１２ａ、１２ｂ）を含む。また、少なくとも１つの磁束導通エレメントは：電磁装置のコイルアセンブリ（３２）を受け入れるためのコイル受け入れスペース（１８）；および、実質的に磁気非透過性の材料を収容する少なくとも１つの材料受け入れスペース（１６、３０ａ、３０ｂ）、を定義する。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば発電機のような電磁装置のための磁束導通ユニットに関する。特に、しかしこれだけではなく、本発明は、例えば発電機のような電磁装置のための、少なくとも１つの磁束導通エレメントを含む磁束導通ユニットに関する。

発電の分野において、油、ガス、石炭および原子力による発電所で見られるような、流体で駆動されるタービンに連結される発電機を提供することは、周知である。従来の発電機は、多くの電流通過コイルが巻かれた鉄芯を有するロータ、および巻線を担持していて鉄芯が抜かれた（ｉｒｏｎ−ｃｏｒｅｄ）ステータ、を含む。ロータの回転に応じてステータ巻線のコイルに電流が誘導されるように、ロータのコイルに沿って電流を流すことによって磁界が発生する。

近年、有意な研究は、全世界を風力、波力および潮汐力発電を含む持続可能な発電方法に導びいてきた。この研究を通じて、発電機に連結されるロータ軸上に取り付けられる複数のロータブレードを有する大径ロータの形態での原動機を含む風力機械が開発されてきた。この風力機械は、発電所で見られる上述した大規模な発電機と同じように作動するロータリ発電機を含み、このロータリ発電機は、ロータの比較的低速度かつ高出力トルクで発電機が作動できるために必要な歯車機構を確保する。

多くの重要な不利点があるので、この種の歯車機構の使用は一般に望ましくない。特に、歯車機構は比較的大きくかつ重くて、そして、風力タービン塔の頂部でナセル（ｎａｓｃｅｌｌｅ）に設けられる装置の重量を大幅に増加させる。加えて、タービンロータの出力軸と発電機の入力軸との間に歯車機構を設置することは、機械の効率を低下させる。さらにまた、これらの歯車機構は、典型的な風力タービン運転条件の下で驚くほど信頼できないことがわかってきた。この主な理由は、歯車機構を通じて伝達される運転速度およびトルクにおける恒常的な変化であり、そしてそれは風速の変動に起因する。

同様の課題は、波力および潮汐力を使用する発電システムにおいて経験してきた。このシステムの原動機は、より低い回転または循環速度でさえ、そしてそれ故、より高いトルクまたはスラスト力でさえ作動する。

これらの課題に対処するために、例えば、風力機械のロータに直接連結するための、低速度、高トルク作動として設計される、別々のタイプの発電機が開発されてきた。これらの発電機は、歯車ボックスを通して連結される従来の発電機よりも有意に大きい。

この種の直接連結される発電機の有意な不利点は、発電機の鉄芯（それは、作動中の磁気的機能を提供する）、および鉄芯のための構造的支持体（それは、静止コンポーネントと回転／往復動コンポーネントとの間に物理的エアギャップを維持する、純粋に機械的機能を提供する）が、非常に大きくて、したがって、全体の質量が大きいことである。風力機械の塔の頂部でナセルに取り付けられる発電機を、風力機械に設置する場合に、有意な課題は、ナセルを塔の上に上げて置く際に；および、保守のために発電機／ナセルを取り外す際に；発電機の追加的な重量を支えるために塔を強化する必要条件に直面する。

同様の課題は、他のタイプの持続可能な発電機において直面する。そして、それは上記のタイプ（例えば波力機械および潮汐力機械において）の直接駆動を利用してもよく、そして、回転タイプまたは直線運動タイプの発電機を利用してもよい。

さらに、この種の直接駆動式発電機の質量が、低速度／高出力トルクの持続可能な発電機における特定の課題であるとわかってきたが、従来の発電所において使用するような従来の発電機もまた、大部分は使用する鉄芯の量に起因する有意な質量であることはいうまでもない。この種の従来の発電機の場合、しかしながら、鉄芯は、電磁流量パスと構造機能の両方を提供する。そして、それは２つの別個のコンポーネントが磁気的および構造的機能を提供する既知の直接駆動式発電機とは対照的である。

前述の不利点のうちの少なくとも１つを取り除くかまたは緩和することは、従って、本発明の実施形態の目的である。

本発明の第１の態様によれば、機械エネルギーおよび電気エネルギーのうちの一方を他方に変換するために作動する電磁装置のための磁束導通ユニットであって、前記磁束導通ユニットは、磁気透過性の材料で形成される少なくとも１つの磁束導通エレメントを含み、前記少なくとも１つの磁束導通エレメントは：
前記電磁装置のコイルアセンブリを受け入れるためのコイル受け入れスペース；および
実質的に磁気非透過性の材料を収容する少なくとも１つの材料受け入れスペース；
を定義する磁束導通ユニットが提供される。

この種の磁束導通ユニットを提供することは、磁束導通ユニットによって定義される少なくとも１つの材料受け入れスペースのための磁気非透過性の材料の適切な選定によって、従来の磁束導通ユニットと比較したときに、質量の節約を可能にする。特に、風力機械において現在見られるタイプの従来の発電機の磁束導通ユニットと比較したときに、本発明の磁束導通ユニットは、磁束キャリー量（ｍａｇｎｅｔｉｃ ｆｌｕｘ ｃａｒｒｙｉｎｇ ｃａｐａｃｉｔｙ）の有意な損失なしで、および機械的強度の有意な損失なしで、ユニットが組み込まれる発電機の質量を有意に低減させる可能性を提供する。

代わりに、または、加えて、コイル受け入れスペースおよび少なくとも１つの材料受け入れスペースは、磁束導通エレメントの一部（例えば壁）によって互いに離れて間隔を置かれてもよい。

代わりに、または、加えて、材料受け入れスペースは、磁束導通エレメントの少なくとも２つの壁によって定義されてもよい。少なくとも２つの壁は、コイル受け入れスペースの同じ側に配置される。

代わりに、または、加えて、少なくとも１つの材料受け入れスペースは、開口チャネルとして形成されてもよい。チャネルの開口は；コイル受け入れスペースに向かって面している；およびコイル受け入れスペースから離れて面している；のうちの１つである。

より詳しくは、チャネルの開口は、コイル受け入れスペースに対して実質的に反対方向に面してもよい。

代わりに、または、加えて、少なくとも１つの材料受け入れスペースは、磁束導通エレメントの少なくとも一部に沿って延びる孔として形成されてもよい。

より詳しくは、孔は、孔の対向する２つの端部のうちの少なくとも１つで開口していてもよい。

代わりに、または、加えて、材料受け入れスペースは、磁束導通エレメントを通る磁束の流れの方向に対して実質的に垂直な方向に沿って実質的に矩形の形状であってもよい。

代わりに、または、加えて、少なくとも１つの磁束導通エレメントは、比較的高い磁束キャリー量を有する材料（特に鉄または鋼）で形成されてもよい。また、少なくとも１つの磁束導通エレメントは、電磁装置の使用中に、磁束導通エレメント上に与えられる負荷の少なくとも大部分を支えるために構成されてもよい。

代わりに、または、加えて、少なくとも１つの材料受け入れスペースは、磁束導通エレメントの長さに沿って延びてもよい。

代わりに、または、加えて、少なくとも１つの材料受け入れスペースは、磁束導通ユニットの使用中に、少なくとも１つの磁束導通エレメントの磁束の流れの方向に沿って延びてもよい。

代わりに、または、加えて、磁束導通エレメントは、本体および、本体からそれに沿って延びる少なくとも１つの細長部材を含んでもよい。少なくとも１つの材料受け入れスペースは、少なくとも１つの細長部材および本体によって定義される。例えば、複数の細長部材は、櫛のような構造を形成するように、本体から延びてもよい。

代わりに、または、加えて、磁束導通エレメントは、断面において一般にｌ字形または一般にｕ字形のうちの１つでもよい。断面の方向は、磁束導通ユニットの使用中に、磁束導通エレメントにおける磁束の流れの方向に対して直角でもよい。

実質的に磁気非透過性の材料は、流体、ゲルおよび固体のうちの少なくとも１つを含んでもよい。ゲルは、それに懸濁される固体粒子を収容してもよい。

代わりに、または、加えて、実質的に磁気非透過性の材料は、磁束導通エレメントよりも低い密度でもよい。例えば、実質的に磁気非透過性の材料は、材料受け入れスペースに受け入れられる時間設定および／または溶融材料でもよい。さらなる別の実施形態において、磁束導通エレメントは、コア周辺にシェルまたはフレームを有する固体材料のコアを含んでもよく、コアはシェルよりも低い密度である。

代わりに、または、加えて、磁気非透過性の材料は、ガス（例えば空気）を含んでもよい。

代わりに、または、加えて、材料受け入れスペースは、磁気非透過性の材料によって実質的に完全に充填されてもよい。

電磁装置の使用中に、磁束導通ユニットが静止しているアプリケーションにおいて、少なくとも１つの磁束導通エレメントは、実質的に磁気非透過性の流体が少なくとも１つの材料受け入れスペースを通って流れるように、構成されてもよい。したがって、流れる流体は、磁束発生エレメントの冷却を提供してもよい。より詳しくは、磁束導通ユニットは、材料受け入れスペース内に流体の流れを生じさせるために、ポンプ等を含んでもよい。

代わりに、または、加えて、磁束導通ユニットは、両者間で定義されるコイル受け入れスペースを伴って、互いに離れて間隔を置かれる第１および第２の磁束導通エレメントを含んでもよい。少なくとも１つの材料受け入れスペースは、第１および第２の磁束導通エレメントのうちの少なくとも１つによって定義されてもよい。

より詳しくは、磁束導通ユニットは、第１および第２の磁束導通エレメントの対向面を連結する少なくとも１つの連結部を含んでもよい。したがって、電磁装置の使用中に、少なくとも１つの連結部は、電磁束導通部分間に磁束を導通してもよい。それ故、連結部は磁束導通エレメントを構成する。そして、それは少なくとも１つの材料受け入れスペースを定義してもよい。電磁装置が第１および第２の連結部を含む場合には、第１および第２の連結部は、第１および第２の磁束導通エレメントの対向する端部に向けて配置してもよい。

代わりに、または、加えて、磁束導通エレメントは、範囲を定義してもよい。そして、コイル受け入れスペースはその範囲外にあり、少なくとも１つの材料受け入れスペースはその範囲内にある。

出願人の国際特許出願番号ＰＣＴ／ＧＢ２００７／０００８８３の教示によれば、磁束導通ユニットは、以下をさらに含んでもよい：少なくとも１つの磁石；発電機またはモータのコイルアセンブリを受け入れるためのコイル受け入れスペースを両者間に定義する一対の対向する磁束導通エレメント（各磁束導通エレメントは少なくとも１つの材料受け入れスペースを定義する）：および対向する磁束導通エレメント間に延びる少なくとも１つの連結部；そこにおいて、少なくとも１つの磁石は、エレメント間の磁気吸引力が連結部を通して反応され、かつ連結部内でバランスされるように、対向する磁束導通エレメントに関連して配置される。

磁束導通エレメントが上記で定義されるのと同じように、少なくとも１つの連結部は、少なくとも１つの材料受け入れスペースを定義してもよい。したがって、少なくとも１つの連結部は、１つ以上の空所またはチャンバ、あるいは１つ以上の凹所、チャネルまたは溝を含んでもよい。コイルアセンブリおよび磁束導通エレメントのうちの一方は、移動してもよく、そして、コイルアセンブリおよび磁束導通エレメントの他方は、静止していてもよい；モータまたは発電機のこの種の代替配置構造は、周知である。

本発明の第２の態様によれば、本発明の第１の態様による磁束導通ユニットを含む電磁装置が、提供される。

より詳しくは、電磁装置は、発電機およびモータのうちの１つでもよい。

代わりに、または、加えて、電磁装置は、少なくとも１つの磁束導通エレメントによって定義されるそれぞれの少なくとも１つのコイル受け入れスペースに受け入れられる少なくとも１つのコイルアセンブリを含んでもよい。

より詳しくは、各コイルアセンブリは、空心コイルアセンブリおよび鉄芯が抜かれた（ｉｒｏｎ−ｃｏｒｅｄ）コイルアセンブリのうちの１つでもよい。

本発明の第２の態様のさらなる特徴は、本発明の第１の態様の１つ以上の特徴を含んでもよい。

本発明の第３の態様によれば、発電機として作動するように構成される電磁装置を含む発電機械が、提供される。そして、電磁装置は、本発明の第１の態様による磁束導通ユニットを含む。

本発明の第３の態様の特徴は、本発明の第１または第２の態様の１つ以上の特徴を含んでもよい。

本発明のさらに別の態様によれば、電磁装置用の磁束導通ユニットが提供される。そして、このユニットは、別々の磁束キャリー量の少なくとも２つの領域を有する少なくとも１つの磁束導通エレメントを含む。

より詳しくは、少なくとも１つの磁束導通エレメントは、少なくとも２つの領域によって提供される磁束キャリー量の変化が、磁束導通ユニットの使用中に少なくとも１つの磁束導通エレメントにおける磁束の流れの方向に対して直角の方向であるように、構成されてもよい。

好ましい実施形態において、少なくとも１つの磁束導通エレメントは、主領域および少なくとも１つのさらなる領域を含み、主領域の磁束キャリー量は、少なくとも１つのさらなる領域の磁束キャリー量よりも大きい。エレメントが複数のさらなる領域を含む場合には、主領域の磁束キャリー量は、各々のさらなる領域の磁束キャリー量よりも高くてもよい。主領域は、比較的高い磁束キャリー量を有する材料（特に鉄または鋼）でもよく、そして、ユニットの使用中にエレメント上に与えられる機械的負荷の大部分／全部を支えるのに適していてもよい。

本発明のさらなる態様のさらなる特徴は、本発明の任意の先行する態様の１つ以上の特徴を含んでもよい。

本発明の実施形態は、添付図面を参照して、例としてのみ記述される。
図１は、本発明の実施形態に係る磁束導通ユニットの斜視図である。 図２は、図１に示すユニットを横に隣り合わせで備え付けた、本発明の実施形態に係る発電機の一部を形成するアレイの斜視図である。 図３は、本発明の別の実施形態に係る磁束導通ユニットの斜視図である。 図４は、図３のＸ−Ｘ線に関して切断された図３に示すユニットの図である。 図５は、図３に示すユニットを多数組み込んだ、本発明の別の実施形態に係る発電機の一部の斜視図である。 図６は、図５のＹ−Ｙ線に関して切断された図５に示す発電機の一部の拡大図である。 図７は、本発明のさらに別の実施形態に係る発電機の一部の斜視図である。 図８は、磁束導通エレメントのさらなる実施形態の斜視図である。

まず図１には、本発明の実施形態に係る磁束導通ユニットの斜視図が示され、このユニットは参照番号１０によって概して示される。多くのユニット１０は、発電機械、典型的には海面または海面付近でブイ等から電力を発生させるために運動波エネルギーを利用する直接駆動式線形波力発電機械、の発電機において提供される。図２は、隣り合わせで取り付けられたユニット１０のアレイ３３を示し、そして、それは発電機３４の一部を形成する。発電機３４は、多くのこの種のアレイ３３を概して含み、そして、それは積み重ねられてもよくおよび／または隣り合わせに並べられてもよい。

ユニット１０は一般に、磁束キャリー量（ｍａｇｎｅｔｉｃ ｆｌｕｘ ｃａｒｒｙｉｎｇ ｃａｐａｃｉｔｙ）が異なる少なくとも２つの領域１４および１６を有する少なくとも１つの磁束導通エレメント１２を含む。図示の実施形態では、ユニット１０は、上部エレメント１２ａおよび下部エレメント１２ｂの形態でこの種のエレメントを２つ含む。そして、各エレメント１２ａおよび１２ｂは、磁束キャリー量が異なる領域１４および１６（それは、材料を受け入れるスペースを構成する）を含む。各エレメント１２ａおよび１２ｂは、一般に中空の細長い箱１５として事実上形成され、それは断面が矩形で、両端が開口している。箱１５は、領域１４を定義して、そして、比較的高い磁束キャリー量を有する材料（概して鉄または鋼）で形成される。

箱１５はまた、領域１６を定義する。そして、それは箱１５の長さに延びる空所またはチャンバの形態をとり、そしてそれは、典型的な発電機において、空気で満たされる。空気（それは、実質的に磁気非透過性の材料を構成する）は、鉄／鋼よりも非常に低い磁束キャリー量を有する。したがって、ユニット１０の使用中に、エレメント１２ａおよび１２ｂ内の大多数の磁束の流れは、それぞれの箱１５に向けられる。代わりの形態において、空所は、流体で満たされてもよい。そして、その流体（それは、実質的に磁気非透過性の材料を構成する）は、ポンプ（図示せず）によって空所内に流されて、これにより、磁束導通エレメント１２の冷却を提供する。この種の形態の使用中に、磁束導通エレメント１２は静止していて、そして、コイルアセンブリ（図示せず）は磁束導通エレメントに関して移動する。

２つのこの種の中空の磁束導通エレメント１２ａおよび１２ｂを含む磁束導通ユニット１０の提供において、ユニット１０の重量は、上記のタイプの従来の発電機に見られるユニットと比較して、有意に減少することが可能であるが、ユニットのエアギャップ１８（それは、コイルの受け入れスペースを構成する）全体の十分な磁束密度を依然として提供する。実際、出願人によって行われる予備調査は、同等の中実エレメントの約９０パーセントまで機械的変形に抵抗するエレメントの能力と、エアギャップ１８におけるわずか約５パーセントの磁束密度の減少とを、両方とも維持しながら、６５％（従来の発電機ユニットの中実のエレメントと比較して）のオーダーの質量の減少が達成可能であることを示唆する。

ユニット１０および発電機内でのその作動が、ここでさらに詳細に記述される。

出願人の国際特許出願番号ＰＣＴ／ＧＢ２００７／０００８８３の教示を受けて、エレメント１２ａおよび１２ｂは、離れて間隔を置かれて、そして各々、磁束の流れパス（ｍａｇｎｅｔｉｃ ｆｌｕｘ ｆｌｏｗ ｐａｔｈ）２４ａ、２４ｂ（１点鎖線で示される）が、図１を方向Ａに見るときに、それぞれ、時計回りおよび反時計回りに延びるように配置されるそれぞれの磁石２０、２２を担持する。これを達成するために、磁石２０および２２の磁極は、図１を上から下まで見るときに、Ｓ−Ｎ／Ｓ−Ｎに向けられることが理解される。

加えて、ユニット１０は、エレメント１２ａおよび１２ｂの両端に連結部２６ａ、２６ｂを含む。そして、それは断面が一般にＣ字形であって、それがエレメント１２ａおよび１２ｂを連結する。磁束は、連結部２６ａおよび２６ｂを通って（図１に１点鎖線で示すように）エレメント１２ａと１２ｂとの間を流れる。エレメント１２ａおよび１２ｂ間の磁気吸引力は、磁石２０、２２間のギャップ１８を閉じようとして、これにより、エレメント上に機械的負荷を与えようとする。しかしながら、これらの機械的負荷は、連結部２６ａ、２６ｂに伝えられて、これにより、磁気吸引力に反応して、バランスをとるために役立つ。したがって、ユニット１０を使用して作られる直接駆動式発電機３４を組み込んだ直接駆動式機械において、発電機は、ユニット１０が磁気的および構造的機能の両方を有して、これにより、全体の質量を減らすような方法で、組み立てられる。

エレメント１２ａおよび１２ｂと同じように、連結部２６ａ、２６ｂは、各々、別々の磁束キャリー量の２つの領域２８ａ、２８ｂおよび３０ａ、３０ｂを定義する。これは、上記のように一般にＣ字形の連結部２６ａ、２６ｂを形成することによって達成される。連結部は、これにより、領域３０ａ、３０ｂ（それは、材料の受け入れスペースを構成する）を定義する凹所またはチャネルを含む。領域２８ａ、２８ｂを定義する連結部２６ａ、２６ｂのパーツは、概して、例えば鉄または鋼のような良好な磁束キャリー量を有する材料である。

ユニット１０のエアギャップ１８は、磁石２０、２２の対抗する面間に定義される。そして、一部分が図１および図２に参照番号３２を与えて示される発電機３４のコイルアセンブリが、エアギャップ１８内に位置決めされる。上記の如く、ユニット１０のアレイ３３は、概して、隣接するユニット１０において反対向きにされる磁石の磁極を有する、波力機械で見られるタイプの線形発電機に組み込まれる。

ユニット１０は、コイルアセンブリ３２に関してユニット１０を（または逆にユニット１０に関してコイルアセンブリ３２を）前後に往復動させて、交流（ＡＣ）出力を生成するトランスレータ（ｔｒａｎｓｌａｔｏｒ）（図示せず）に接続される。

ユニット１０の使用中に、ユニットのまわりの大多数の磁束の流れは、エレメント１２ａおよび１２ｂの領域１４、ならびに連結部２６ａ、２６ｂの領域２８ａ、２８ｂを通過する。そして、それはエレメントの主領域を形成する。したがって、ユニット１０における一次磁束の流れは、磁石２０から磁石２２へ；磁石２２からエレメント１２ｂの箱１５（磁束が分割されて、２つの方向２４ａ、２４ｂに進行する）の壁内へ；エレメント１２ｂの箱１５の壁に沿って、そして、連結部２６ａ、２６ｂ内へ；領域２８ａ、２８ｂを形成する連結部２６ａ、２６ｂの壁に沿って；エレメント１２ａの箱１５の壁内へ、そしてそれに沿って；そして、磁石２０に戻る。最小限の磁束の流れは、エレメント１２ａ、１２ｂの空所１６を通って、または連結部２６ａ、２６ｂの凹所３０を横切って発生する。

加えて、図２に示すようにアレイ３３に位置するユニット１０とともに、磁束はまた、ユニット１０間にも、したがってアレイ３３の長さに沿っても流れる。詳しくは、アレイ３３の端部３９にあるユニット１０を第１のユニットとして、第２のユニット１０’は、第１のユニット１０の隣に隣接する位置に提供される。第１のユニット１０の磁石２０および２２は、Ｓ−Ｎ、Ｓ−Ｎに向きを定められて、そして、第２のユニット１０’の磁石２０および２２は、Ｎ−Ｓ、Ｎ−Ｓに向きを定められる。第１のユニット１０に（上記の通りの）、そして、第２のユニット１０’に（第１のユニットの方向とは反対方向において）存在している別々の磁束の流れパスに加えて、第１のユニット１０のエレメント１２ｂの箱１５と、第２のユニット１０’のエレメント１２ｂの箱１５との間に、磁束の流れパスが存在する。同じように、第２のユニット１０’のエレメント１２ａの箱１５と、さらに隣接するユニット１０”のエレメント１２ａの箱１５との間に、第２のユニット１０’からさらなるユニット１０”へと、磁束が流れる。

これらの磁束の流れパスは、隣接するユニット１０のそれぞれの磁石２０、２２の方向に基づいて、アレイ３３の長さに沿って反映する。

個々のユニット１０内の、そして、隣接するユニット間の磁束の流れは、十分に高い磁束密度がエアギャップ１８内に達成されることを確実にするが、エレメント１２ａ、１２ｂの質量および連結部２６ａ、２６ｂの質量を減少させる。これは、ユニット１０の全体の質量、したがってユニット１０の多くのアレイ３３を組み込んだ発電機の全体の質量を、従来の発電機を組み込んでいる同様の電力出力機械よりも有意に少なくさせる。

図３には、本発明の別の実施形態に係る磁束導通ユニット１００の斜視図が示される。図１のユニット１０と同様のユニット１００のコンポーネントは、同じ参照番号（１００だけ増やされる）を共有する。ユニット１００は図４にも示される。ここで、ユニットは、図３のＸ−Ｘ線に関して切断されている。加えて、多くのユニット１００を組み込んだ発電機１３４は、図５の斜視図に示される。そして、図２の発電機３４と同様の発電機１３４のコンポーネントも、同じ参照番号（１００だけ増やされる）を共有する。発電機１３４は図６にも示される。そして、それは図５のＹ−Ｙ線に関して切断された拡大図である。

ユニット１００は、磁束導通エレメント１１２ａ、１１２ｂ、およびエレメントの一端部に連結部１２６を含む。エレメント１１２ａ、１１２ｂおよび連結部１２６からなる一般にＣ字形のコアを形成するために、エレメントは、適切に成形された鉄板または鋼板を溶接することによって作られる。磁石１２０、１２２は、コイルアセンブリ（図示せず）を受け入れるための両磁石間に定義されるエアギャップ１１８（それは、コイルの受け入れスペースを構成する）を伴って、それぞれのエレメント１１２ａ、１１２ｂ上に取り付けられる。使用中に、そしてユニット１０と同じように、連結部１２６は、エレメント１１２ａ、１１２ｂ間に存在する吸引力のバランスをとって、反応する。

図示の容易さのために、発電機１３４の一部のみが図５に示されて、コイルアセンブリおよび関連した支持機材は取り除かれている。図５に示すように、ユニット１００は、隣り合って並んで位置決めされて、そして、例えば風力タービン（図示せず）のような回転発電機械に組み込むための円周リングを形成する。ユニット１００の隣り合った位置決めを容易にするために、ユニットは、図３に最もよく示されるように、放射方向に内向きにテーパーがつく。したがって、放射方向に最外側に提供されるエレメント１１２ａは、エレメント１１２ｂよりも大きな幅である。

エアギャップ１１８は、各ユニット１００のエレメント１１２ａ、１１２ｂの磁石１２０、１２２間に定義される。そして、磁石は、ユニット１０の磁石２０、２２よりも、エレメント１１２ａ、１１２ｂの長さに沿ってより長く延びる。また、エレメント１１２ａ、１１２ｂは各々、閉じた空所またはチャンバ１１６を定義するために、プレート３６ａ、３６ｂによってそれぞれの端部３５で閉じる。したがって、エレメント１１２ａ、１１２ｂは、それらの反対側の端部でも閉じる。そして、これがロータ支持プレート（図示せず）上へのユニット１００の実装を容易にする。適切な巻線（図示せず）を担持しているリングは、さまざまなエアギャップ１１８を通して発電機３４の外周まわりに延びる環状チャンネル３７内に位置決めされる。

上記したように、ユニット１００は、風力発電機械の原動機とともに回転するための、適切なロータ支持プレートを介してロータ軸上に取り付けられる。チャネル３７に位置するコイルアセンブリとともに、原動機の、したがってユニット１００の回転は、上記と同様にして交流を発生させるのに役立つ。

図７には、本発明のさらに別の実施形態に係る発電機が示される。この発電機は、参照番号２３４によって一般に示される。発電機２３４は、図３〜図６のユニット１００と同様の構造の多くの磁束導通ユニット２００を含む。ユニット１００と同様のユニット２００のコンポーネント、および発電機１３４と同様の発電機２３４のコンポーネントは、同じ参照番号（１００だけ増やされる）を共有する。

ユニット２００は、事実上、ユニット１００に非常に似た同様の構造であり、ユニット２００の磁束導通エレメント２１２ａ、２１２ｂの端部３５が開いていることで節約する。このやり方では、エレメント２１２ａ、２１２ｂの空所またはチャンバ１１６は、開いていて、端部プレートによって閉じられていない。空所２１６がこのようにして開いているようにエレメント２１２ａ、２１２ｂを作ることは、ユニット２００の両磁石１２０、１２２間に定義されるエアギャップ２１８における機械的強度および磁束密度を結果として減少させるとともに、ユニット２００の、したがって発電機２３４の質量をさらに減らす。

磁束導通エレメント３００のさらなる実施形態の斜視図が、図８に示される。磁束導通エレメントは、それが一対の間隔を置かれた別々の対向するアーム３０２、３０４を定義するように、Ｃ字形に成形される。そして、アームは、それらの間にコイルを受け入れスペース３０６を定義する。第１および第２のアーム３０２、３０４は、連結部３０５によって互いに連結される。本実施形態において、連結部３０５は、第１および第２のアーム３０２、３０４と一体的に形成される。第１および第２の磁石３０８、３１０は、両磁石間にコイル（図示せず）を受け入れるためのスペースを提供するように、第１および第２のアームの対向する面にそれぞれ取り付けられる。磁束導通エレメントの各アームは、本体３１２を有していて、この本体から、第１の細長部材３１４が、アームの第１の縁部の全長に沿って延びる。磁束導通エレメントの各アームは、アームの第２の縁部（第２の縁部は、第１の縁部に対向する）の全長に沿って延びる第２細長部材３１６も有している。チャネルは、したがって、コイルの受け入れスペースに対して実質的に反対方向に面するチャネルへの開口部とともに、第１および第２の細長部材３１４、３１６の各ペア間に定義される。チャネルは、実質的に磁気非透過性の材料を収容する材料受け入れスペースを構成する。本実施形態において、実質的に磁気非透過性の材料は、空気である。断面が矩形の磁束導通エレメント、すなわちチャネルのない磁束導通エレメントと比較して、図８の実施形態は、同じ磁気的エアギャップ磁束密度が達成され、かつ、アーム３０２、３０４が同じだけ曲がっているものの６５％の軽さである。

本発明の主体が、空所または凹所を組み込んでいる導通エレメントを有する磁束導通ユニットを提供する際に、質量の減少を達成するために、広範囲にわたる別々のタイプの発電機または実際のところモータに適用されてもよいことが理解される。概念上熟練したリーダーによって理解されるように、コイルおよび磁束導通ユニットの互いに関する移動を提供するためにモータには電力が適用されるという点でモータと異なる機能性を有する発電機と同じ本質的な構造形態を、モータは有する。したがって、モータに対する本発明の適用の詳細は、必要であるとみなされない。

さらに、本発明の上記した実施形態は、単一の空所または凹所を有する磁束導通エレメントを図示したが、磁束導通エレメントは複数の空所を含んでもよく、そして、連結部は同様に複数の凹所を含んでもよいことが理解される。加えて、磁束導通エレメントは、凹所を含むように成形されてもよく、同じように連結部を含むように成形されてもよく、その逆でもよいことが理解される。

磁束導通ユニットの上記した以外の別の形状が、回転および直線の両方の形式および機能を有する発電機またはモータの両方において使用するために、利用されてもよい。この種のユニットは、対向する磁束導通エレメント間の連結部によって、磁気吸引力によりユニットに発生する機械的負荷のバランスをとって、反応する原理を利用してもよい。

本発明は、鉄芯が抜かれた（ｉｒｏｎ−ｃｏｒｅｄ）、または空心の、発電機またはモータに適用されてもよい。より詳しくは、鉄芯が抜かれた（ｉｒｏｎ−ｃｏｒｅｄ）装置は、磁性体から形成されるステータを含む。例えば、上記の実施形態において、コイルアセンブリはステータを構成する。そして、コイルアセンブリのコイルは、磁性体上に巻かれる。他方、空心装置は、非磁性体から形成されるステータを含む。したがって、上記の実施形態において、コイルアセンブリのコイルは、非磁性体上に巻かれる。

少なくとも１つの空所または凹所は、液体またはゲルを収容してもよく、ゲルは、それに懸濁される固体粒子を任意に収容する。あるいは、少なくとも１つの空所または凹所は、空所／凹所を定義しているエレメントの残りのものよりも低い密度の固体材料によって少なくとも部分的に満たされてもよく、そして、固体材料は、チャンバ／空所内に供給される時間設定および／または溶融材料でもよい。さらなる代替において、エレメントは、コア周辺にシェルまたはフレームを有する固体材料のコアを含んでもよく、そして、コアはシェルよりも低い密度でもよい。

Claims (21)

1. 機械エネルギーおよび電気エネルギーのうちの一方を他方に変換するために作動する電磁装置のための磁束導通ユニットであって、前記磁束導通ユニットは、磁気透過性の材料で形成される少なくとも１つの磁束導通エレメントを含み、前記少なくとも１つの磁束導通エレメントは：
   前記電磁装置のコイルアセンブリを受け入れるためのコイル受け入れスペース；および
   実質的に磁気非透過性の材料を収容する少なくとも１つの材料受け入れスペース；
   を定義する磁束導通ユニット。
2. 前記コイル受け入れスペースおよび前記少なくとも１つの材料受け入れスペースが、前記磁束導通エレメントの一部によって互いに離れて間隔を置かれる、請求項１に記載の磁束導通ユニット。
3. 前記材料受け入れスペースが、前記磁束導通エレメントの少なくとも２つの壁によって定義されて、当該少なくとも２つの壁が、前記コイル受け入れスペースの同じ側に配置される、請求項１または２に記載の磁束導通ユニット。
4. 前記少なくとも１つの材料受け入れスペースが、開口チャネルとして形成されて、前記チャネルの開口は；前記コイル受け入れスペースに向かって面している；および前記コイル受け入れスペースから離れて面している；のうちの１つである、請求項１〜３のいずれか１項に記載の磁束導通ユニット。
5. 前記チャネルの前記開口が、前記コイル受け入れスペースに対して実質的に反対方向に面する、請求項４に記載の磁束導通ユニット。
6. 前記少なくとも１つの材料受け入れスペースが、前記磁束導通エレメントの少なくとも一部に沿って延びる孔として形成される、請求項１〜５のいずれか１項に記載の磁束導通ユニット。
7. 前記材料受け入れスペースが、前記磁束導通エレメントを通る磁束の流れの方向に対して実質的に垂直な方向に沿って実質的に矩形の形状である、請求項１〜６のいずれか１項に記載の磁束導通ユニット。
8. 前記少なくとも１つの材料受け入れスペースが、前記磁束導通エレメントの長さに沿って延びる、請求項１〜７のいずれか１項に記載の磁束導通ユニット。
9. 前記少なくとも１つの材料受け入れスペースが、前記磁束導通ユニットの使用中は、前記少なくとも１つの磁束導通エレメントの磁束の流れの方向に沿って延びる、請求項１〜８のいずれか１項に記載の磁束導通ユニット。
10. 前記磁束導通エレメントが、本体および、前記本体からそれに沿って延びる少なくとも１つの細長部材を含み、前記少なくとも１つの材料受け入れスペースが、前記少なくとも１つの細長部材および前記本体によって定義される、請求項１〜９のいずれか１項に記載の磁束導通ユニット。
11. 前記磁束導通エレメントが、断面において一般にｌ字形または一般にｕ字形のうちの１つである、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の磁束導通ユニット。
12. 前記実質的に磁気非透過性の材料が、流体、ゲルおよび固体のうちの少なくとも１つを含む、請求項１〜１１のいずれか１項に記載の磁束導通ユニット。
13. 前記材料受け入れスペースが、前記磁気非透過性の材料によって実質的に完全に充填される、請求項１〜１２のいずれか１項に記載の磁束導通ユニット。
14. 前記磁束導通ユニットが、使用中は静止していて、前記磁束導通ユニットは、ポンプおよび、前記少なくとも１つの材料受け入れスペースを通る実質的に磁気非透過性の流体の流れのために構成される前記少なくとも１つの磁束導通エレメントをさらに含み、前記ポンプは、前記材料受け入れスペースを通る流体の流れを生じさせるために作動する、請求項１〜１３のいずれか１項に記載の磁束導通ユニット。
15. 前記磁束導通ユニットが、両者間で定義される前記コイル受け入れスペースを伴って、互いに離れて間隔を置かれる第１および第２の磁束導通エレメントを含み、前記磁束導通ユニットは、前記第１および第２の磁束導通エレメントの対向面を連結する少なくとも１つの連結部を含む、請求項１〜１４のいずれか１項に記載の磁束導通ユニット。
16. 前記少なくとも１つの連結部が、少なくとも１つの材料受け入れスペースを定義する、請求項１５に記載の磁束導通ユニット。
17. 請求項１〜１６のいずれか１項に記載の磁束導通ユニットを含む、電磁装置。
18. 前記電磁装置が、発電機およびモータのうちの１つである、請求項１〜１７のいずれか１項に記載の電磁装置。
19. 前記電磁装置が、前記少なくとも１つの磁束導通エレメントによって定義されるそれぞれ少なくとも１つのコイル受け入れスペースに受け入れられる少なくとも１つのコイルアセンブリを含む、請求項１７または１８に記載の電磁装置。
20. 各コイルアセンブリが、空心コイルアセンブリおよび鉄芯が抜かれたコイルアセンブリのうちの１つである、請求項１９に記載の電磁装置。
21. 発電機として作動するために構成される電磁装置を含み、前記電磁装置は、請求項１〜１６のいずれか１項に記載の磁束導通ユニットを含む、発電機械。

Images