JP2011520411A - 二重給電軸方向磁束誘導発電機 - Google Patents
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Abstract
二重給電軸方向磁束誘導発電機(12)は、機械エネルギーを供給するように構成された原動機(20)を備えていてもよい。二重軸方向磁束誘導発電機(12)はまた、原動機(20)に連結されたロータアセンブリ(24、26)を備えていてもよく、原動機(20)はロータアセンブリ(24、26)を回転させるように構成される。二重給電軸方向磁束誘導発電機(12)はさらに、ステータ(28)を備えていてもよい。二重給電軸方向磁束誘電発電機(12)はさらにまた、ロータアセンブリ(24、26)とステータ(28)に連結されたパワーエレクトロニクスモジュール(30)を備えていてもよく、パワーエレクトロニクスモジュール(30)は、原動機(20)と並列に配置され、機械エネルギーから電気エネルギーへの変換および、原動機(20)とエネルギー貯蔵装置(32)の間の配電を支援するように構成されている。エネルギー貯蔵装置(32)はパワーエレクトロニクスモジュール(30)と連結されていてもよく、電力需要の変動に対応できるように構成されていてもよい。
Description
本願は一般に電気機械に関し、特に、二重給電軸方向磁束誘導発電機に関する。
電気モータや発電機をはじめとする多くの電気機械は、ステータと、ステータに対してロータ回転軸の周囲で回転するロータを備える。ステータはステータ導体を備えていてもよく、ロータはロータ導体を備えていてもよい。原動機がロータをステータに対して回転させると、ロータ導体は電気的に励起して磁束を発生させるかもしれない。磁束は、ロータからステータに流れるかもしれない。このような電気機械は、磁束を使ってステータとロータ間で電力の伝送を行い、ステータ導体内に電圧を発生させるかもしれない。軸方向磁束を利用する電気機械の場合、磁束はロータとステータ間のアキシャルギャップを流れるかもしれない。ステータ導体内の電圧は、需要家負荷の電源となる電流を供給するために使用されてもよい。
用途によっては、電気機械の原動機の動作速度が変化する場合もある。たとえば、風車等の風力機械から需要家負荷に電力が供給されることもあり、風力機械の速度は風の状態の変化に伴って変わるかもしれない。原動機の速度の変動は、電気機械の出力の変動または変化の原因となりうる。場合に応じて、出力の変動や変化を防止し、これらが需要家の使用する電気機器の性能に影響を与えないようにすることが望ましいかもしれない。
可変速度で駆動可能な発電機を提供するために、少なくとも1つのシステムが開発されている。Sweoの(特許文献1)(以下、「Sweo特許」とする)は、二重かご形ロータを有するブラシレス二重給電誘導機を開示している。第一と第二のかご形ロータは回転軸に取り付けられ、第一のロータは第一の環状ステータの中に配置される。第一と第二のかご形ロータの中の導体は、ロータ間に配置された複数の相互接続導体によって相互に接続され、第一のかご形ロータの導体が第二のかご形ロータの導体に逆相配列で接続される。この機械は、駆動速度が可変であっても一定周波数の電気出力が求められる発電機の分野や、交流電源に接続されたときに、動作速度の変動が限定されている必要のあるモータの分野に用いるには適しているかもしれない。残念ながら、Sweo特許による機械は、寸法的に特定の用途に適さないかもしれない。また、Sweo特許による機械には、径方向磁界式電気機械に固有のものと同じ、または同様の欠点があるかもしれない。
本願は、上記の問題の1つまたはそれ以上を克服することに関する。
1つの態様において、本願で開示する実施形態は、二重給電軸方向磁束誘導発電機に関する。二重給電軸方向磁束誘導発電機は、機械エネルギーを供給するように構成された原動機を備えていてもよい。二重給電軸方向磁束誘導発電機はまた、原動機に連結されたロータアセンブリを備えていてもよく、原動機はロータアセンブリを回転させるように構成される。二重給電軸方向磁束誘導発電機はさらに、ステータを備えていてもよい。二重給電軸方向磁束誘導発電機はさらにまた、ロータアセンブリとステータに連結されたパワーエレクトロニクスモジュールを備えていてもよく、パワーエレクトロニクスモジュールは原動機と並列に配置され、機械エネルギーから電気エネルギーへの変換を支援するように構成される。二重給電軸方向磁束誘導発電機はまた、電力需要の変化に対応するように構成された、パワーエレクトロニクスモジュールに連結されたエネルギー貯蔵装置を備えていてもよい。
別の態様において、本願で開示する実施形態は、需要家負荷のための電力を発生するための方法に関する。この方法は、需要家負荷が必要とする電力需要を判断するステップを含んでいてもよい。この方法はまた、ステータに対してロータアセンブリを回転させるように構成された原動機の動作速度を判断するステップを含んでいてもよい。この方法はさらにまた、電力需要を満たすことが可能な電圧をステータ内に発生させる軸方向の磁束流をロータアセンブリが発生できるような、ロータアセンブリの励起レベルを計算するステップを含んでいてもよい。この方法はさらに、原動機と並列に配置されたパワーエレクトロニクスモジュールを使って、ロータアセンブリに電流を導入することにより、ロータアセンブリ内の励起レベルを発生させるステップを含んでいてもよい。
他の態様において、本願で開示する実施形態は電気系統に関する。電気系統は、需要家負荷に電力を供給するように構成された二重給電軸方向磁束誘導発電機を備えていてもよい。二重給電軸方向磁束誘導発電機は、機械エネルギーを供給するように構成された原動機を備えていてもよい。二重給電軸方向磁束誘導発電機はまた、原動機に連結されたロータアセンブリを備えていてもよく、原動機はロータアセンブリを回転させるように構成される。二重給電軸方向磁束誘導発電機はさらに、ステータを備えていてもよい。二重給電軸方向磁束誘導発電機はさらにまた、ロータアセンブリとステータに連結されたパワーエレクトロニクスモジュールを備えていてもよく、パワーエレクトロニクスモジュールは原動機と並列に配置され、機械エネルギーから電気エネルギーへの変換を支援するように構成される。二重給電軸方向磁束誘導発電機はまた、電力需要の変化に対応するように構成された、パワーエレクトロニクスモジュールに連結されたエネルギー貯蔵装置を備えていてもよい。
一例としての電気系統10が図1に示されている。電気系統10は、二重給電軸方向磁束誘導発電機12と、配電線14と、需要家負荷16と、接続装置、たとえばラインインタラクティブ方式の接続装置17を含んでいてもよい。1つまたは複数の導体18で二重給電軸方向磁束誘導発電機12をラインインタラクティブ方式の接続装置17、ひいては需要家負荷16に連結してもよく、二重給電軸方向磁束誘導発電機12は電力を需要家負荷16に供給するように構成されている。二重給電軸方向磁束誘導発電機12は、原動機20と、駆動軸22と、近位ロータ24と遠位ロータ26を含むロータアセンブリと、ステータ28と、パワーエレクトロニクスモジュール30と、エネルギー貯蔵装置32を備え、これらは1つまたは複数の導体18によって連結されている。
原動機20は、二重給電軸方向磁束誘導発電機12に機械エネルギーを供給するように構成されたあらゆる好適な主動力源であってもよい。たとえば、原動機20は風車、内燃機関その他、機械的運動を発生できるあらゆる装置であってもよい。機械的運動とは駆動軸22の回転でもよく、駆動軸は原動機20に回転自在に取り付けられていてもよい。
近位ロータ24は、駆動軸22の近位部分に連結されたディスクまたはプレートを有していてもよい。このように連結されているために、原動機20によって駆動軸22が回転されると、近位ロータ24が回転するかもしれない。近位ロータ24はまた、近位ロータ巻き線34と近位ロータ端子36を有していてもよい。近位ロータ巻き線34は、導体を1回または複数回コイル状に巻いたものを含んでいてもよい。近位ロータ24は、相互に空間的に離間された上記のような複数の巻き線を備えていてもよく、その各々が多相巻き線の個々の位相を構成してもよい。近位ロータ巻き線34は、銅またはその他適当なあらゆる導体であってもよい。近位ロータ端子36は近位ロータ巻き線34に連結されていてもよく、1つまたは複数の地点において、電気接続が行われてもよい。
遠位ロータ26は、駆動軸22の遠位部分に連結されたディスクまたはプレートを有していてもよい。このように連結されているために、原動機20によって駆動軸22が回転されると、遠位ロータ26も回転するかもしれない。遠位ロータ26はまた、遠位ロータ巻き線38と遠位ロータ端子40を有していてもよい。遠位ロータ巻き線38は、導体を1回または複数回コイル状に巻いたものを含んでいてもよい。遠位ロータ26は、相互に空間的に離間された上記のような複数の巻き線を備えていてもよく、その各々が多相巻き線の個々の位相を構成してもよい。遠位ロータ巻き線38は、銅またはその他適当なあらゆる導体であってもよい。遠位ロータ端子40は遠位ロータ巻き線38に連結されていてもよく、1つまたは複数の地点において、電気接続が行われてもよい。
ステータ28は、ハウジング(図示せず)またはその他の適当な支持手段の中に取り付けられた静止ディスクまたはプレートを有していてもよい。近位ロータ24と遠位ロータ26は、原動機20が駆動軸22を回転させるたびに、ステータ28に対して回転してもよい。ステータ28は中央通路42を有していてもよく、その中を駆動軸22が通過してもよい。中央通路42によって画定される表面には駆動軸22が接触しないようにしてもよいことが想定される。また、ベアリングアセンブリ44を中央通路42に挿入して、駆動軸22を支持し、同時に駆動軸22がステータ28に対して回転できるようにしてもよいことも想定される。ステータ28はさらに、ステータ巻き線46とステータ端子48を有していてもよい。ステータ巻き線46は、導体を1回または複数回コイル状に巻いたものを含んでいてもよい。ステータ28は、相互に空間的に離間された上記のような複数の巻線を備えていてもよく、その各々が多相巻き線の個々の位相を構成してもよい。ステータ巻き線46は、銅またはその他適当なあらゆる導体であってもよい。ステータ端子48は、ステータ巻き線46に連結されていてもよく、1つまたは複数の地点において、電気接続が行われてもよい。
ステータ28は、近位面50と遠位面52を有していてもよい。近位面50は、近位ロータ24の遠位側面と対面していてもよい。近位面50と近位ロータ24の遠位側面とは、近位空隙54によって分離されていてもよい。同様に、遠位面52は遠位ロータ26の近位側面と対面していてもよい。遠位面52と遠位ロータ26の近位側面とは、遠位空隙56によって分離されていてもよい。
パワーエレクトロニクスモジュール30は、電気エネルギーを供給および/または変換できるあらゆる適当な装置を含んでいてもよい。たとえば、パワーエレクトロニクスモジュール30は、1つまたは複数の半導体、磁性構成要素、コンデンサ、制御用電子機器および/またはその他の補完的構成要素を備え、および/または使用してもよい。パワーエレクトロニクスモジュール30は、原動機20と並列に配置されていてもよい。パワーエレクトロニクスモジュール30は、エネルギー貯蔵装置32から電力を受けるためのパワーエレクトロニクスモジュール入力端子58と、電力を近位ロータ24と遠位ロータ26に向けるためのパワーエレクトロニクスモジュール出力端子60と、電力を需要家負荷16に向けるための別のパワーエレクトロニクス出力端子62を備えていてもよい。エネルギー貯蔵装置32は、バッテリまたはその他適当なあらゆるエネルギー源を備えていてもよく、エネルギー貯蔵装置出力端子63を有していてもよいと想定される。パワーエレクトロニクスモジュール30とエネルギー貯蔵装置32とが一緒になり、無停電電源として機能してもよい。上記に加え、または上記の代わりに、二重給電軸方向磁束誘導発電機12および/またはパワーエレクトロニクスモジュール30によって発生される電力は、配電線14から供給される電力に置き換わっても、またはこれを補充してもよい。
パワーエレクトロニクスモジュール30はまた、パワーエレクトロニクスモジュール30によって供給される電力を制御、調整するように構成されたコントローラを備えていてもよい。コントローラは単独のマイクロプロセッサまたは複数のマイクロプロセッサを備えていてもよい。さまざまな市販のマイクロプロセッサは、コントローラの機能を果たすように構成することができる。コントローラは多数の電源関連機能を制御できる汎用電源装置マイクロプロセッサを容易に実現できることがわかるであろう。コントローラには、その他各種の周知の回路、たとえば電源回路、信号調節回路、ソレノイド駆動回路、通信回路、その他適当な回路を関連付けてもよい。
需要家負荷16は、二重給電軸方向磁束誘導発電機12および/または配電線14に接続され、そこから電流を引き出す1つまたは複数の装置を有していてもよい。需要家負荷16は需要家負荷入力端子64を備えていてもよく、そこから電力を受け取ってもよい。1つまたは複数の導体18は、需要家負荷入力端子64をステータ端子48に連結することによって、需要家負荷16を二重給電軸方向磁束誘導発電機12に接続してもよい。1つまたは複数の導体18はまた、近位ロータ端子36を遠位ロータ端子40に、パワーエレクトロニクスモジュール30を近位ロータ端子36と遠位ロータ端子40に、パワーエレクトロニクスモジュール30をステータ端子48と需要家負荷入力端子64に、またパワーエレクトロニクスモジュール30をエネルギー貯蔵装置32に連結してもよい。1つまたは複数の導体18は、3相送電用の1つまたは複数の送電線を含んでいてもよく、この電力は、二重給電軸方向磁束誘導発電機12によって使用および/または発生され、配電線14によって供給され、需要家負荷16よって消費される種類の電力であってもよい。
パワーエレクトロニクスモジュール30は、原動機速度センサ66に連結されていてもよい。原動機速度センサ66は、原動機の速度を感知するように構成されていてもよく、この速度は、駆動軸22、近位ロータ24または遠位ロータ26の1分あたりの回転数で表してもよい。原動機速度センサ66は、原動機20、駆動軸22、近位ロータ24または遠位ロータ26に、またはその付近に設置してもよい。
パワーエレクトロニクスモジュール30は、1つまたは複数の電流または電圧センサと連通していてもよい。需要家負荷センサ68は、需要家負荷16によって消費される電流、電圧または電力の量を感知してもよい。また、需要家負荷センサ68は、需要家負荷16において受け取られる、および/または必要とされる電力を監視するために使用されてもよい。需要家負荷センサ68は、需要家負荷入力端子64に連結されていてもよい。配電線センサ70が配電線14に連結されていてもよく、配電線14の電流または電圧を検出するように構成されていてもよい。上記に加え、または上記の代わりに、配電線センサ70はラインインタラクティブ方式の接続装置17に連結されていてもよい。パワーエレクトロニクスモジュール30は、それが原動機速度センサ66、需要家負荷センサ68および/または配電線センサ70から受け取った情報を使用して、二重給電軸方向磁束誘導発電機12を制御してもよい。センサは、エネルギー貯蔵装置32についても、その電圧、温度および/または、たとえばバッテリの場合、充電状態を検出するために利用してもよい。
二重給電軸方向磁束誘導発電機12の動作を制御するための方法72を図2に示す。方法72は、原動機20が駆動軸22を回転させることから始まってもよい(ステップ74)。パワーエレクトロニクスモジュール30は、需要家負荷センサ68および/または配電線センサ70を使用して、二重給電軸方向磁束誘導発電機12が需要家負荷16に供給するべき電力の種類および/または量を決定してもよい(ステップ76)。これを実現するために、パワーエレクトロニクスモジュール30は、需要家負荷16の電力需要を、配電線センサ70が示す配電線14から需要家負荷16へと供給されている電力と比較してもよい。需要家負荷16によって必要とされている電力が配電線14により供給されている電力より大きい場合、パワーエレクトロニクスモジュール30は、その差を、二重給電軸方向磁束誘導発電機12が需要家負荷16のために発生するべき電力の種類および/または量を示すものと認識するかもしれない。
必要な量の電力を生成するために、パワーエレクトロニクスモジュール30は少なくとも2つの要素を考慮してもよい。1つの要素は原動機の速度であってもよい。別の要素は近位ロータ巻き線34および/または遠位ロータ巻き線38の励起レベル(大きさおよび/または周波数)であってもよい。原動機の速度および、近位ロータ巻き線34と遠位ロータ巻き線38の励起レベルは、近位ロータ24からステータ28への、および/または遠位ロータ26からステータ28への磁束流の速度に影響を与えるかもしれない。磁束はステータ巻き線46の中に電圧を発生させるかもしれず、したがって、二重給電軸方向磁束誘導発電機12によって需要家負荷16に供給される電力の種類および/または量は、磁束流の速度に依存するかもしれない。基本的に、近位ロータ24と遠位ロータ26の回転中に近位ロータ巻き線34と遠位ロータ巻き線38を励起することによって、原動機20からの機械エネルギーがステータ28内で電気エネルギーに変換されるかもしれない。したがって、原動機20、近位ロータ24、遠位ロータ26、ステータ28、パワーエレクトロニクスモジュール30、エネルギー貯蔵装置32は、機械エネルギーから電気エネルギーへの変換器として機能してもよい。
励起レベルが同じままで原動機の速度が上昇すると、その結果として磁束流量が増大し、同様にステータ巻き線46の電圧および/または周波数と、需要家負荷16に供給される電気出力も増大する。同じ条件で原動機の速度が低下すると、反対の効果がもたらされ、すなわち、ステータ巻き線46中に発生される電圧および/または周波数は下降し、需要家負荷16に供給される電力が減少する。同様に、原動機の速度が同じままで近位ロータ巻き線34および/または遠位ロータ巻き線38の励起レベルが上昇すると、その結果として磁束流量は増大し、同様にステータ巻き線46の電圧と需要家負荷16に供給される電気出力も増大する。同じ条件で励起レベルが低下すると、反対の効果がもたらされ、すなわち、ステータ巻き線46中に発生される電圧が低下し、需要家負荷16に供給される電力が減少する。原動機の速度と励起レベルの両方が上昇すると、供給される電力量が増加し、両方が低下すると、反対の効果がもたらされる。
パワーエレクトロニクスモジュール30は、原動機速度センサ66を使って原動機の速度を測定してもよい(ステップ78)。測定された原動機の速度に基づいて、パワーエレクトロニクスモジュール30は、ステップ76で判断された電力を発生するのに必要な励起レベルを計算してもよい(ステップ80)。パワーエレクトロニクスモジュール30は次に、ステップ80で計算された励起レベルを発生させるように設計された近位ロータ巻き線34および/または遠位ロータ巻き線38に電流を向けてもよい(ステップ82)。したがって、需要家負荷16は、それが必要とする電力を受け取るかもしれない。
パワーエレクトロニクスモジュール30は、たとえば原動機速度の変化および/または需要家負荷の電力需要の変化等の変化を監視してもよい(ステップ84)。原動機の速度を検出するために、パワーエレクトロニクスモジュール30は、原動機速度センサ66を使って原動機20を継続的に監視してもよい。上記に加え、または上記に代わって、パワーエレクトロニクスモジュール30は、需要家負荷センサ68を使って継続的に需要家負荷16を監視して、需要家負荷16の電力需要の変化を検出してもよい。上記に加え、または上記の代わりに、パワーエレクトロニクスモジュール30は、配電線センサ70を使って配電線14を監視し、配電線14により供給される電力の変化を検出してもよい。変化が検出されなければ(ステップ86で「ノー」)、パワーエレクトロニクスモジュール30は二重給電軸方向磁束誘導発電機12をそのときの動作状態のまま維持し、方法72は終了する(ステップ88)。変化が検出されると(ステップ88で「イエス」)、パワーエレクトロニクスモジュール30はステップ76に戻ってもよい。変化が検出されなくても、パワーエレクトロニクスモジュール30がステップ76に戻り、パワーエレクトロニクスモジュール30が変化の監視を続け、必要に応じて調整することができることも想定される。
原動機の速度の変動によって二重給電軸方向磁束誘導発電機12が発生する電力の種類および/または量が変化することがあるが、パワーエレクトロニクスモジュール30は、このような変化が望ましくない場合には、変化の影響を軽減または排除するように機能してもよい。変化の影響は、たとえば、需要家負荷16によって一定の種類および/または量の電力が必要とされる場合には望ましくないかもしれない。この場合、ステップ84でパワーエレクトロニクスモジュール30が原動機の速度の変化を検出すると、パワーエレクトロニクスモジュール30は方法72のステップ76に戻ってもよい。ステップ76の実行中、パワーエレクトロニクスモジュール30は需要家負荷16による電力需要が変化していないと判断するかしれない。パワーエレクトロニクスモジュール30は、ステップ78で原動機の速度を測定すると、測定された原動機の速度で必要な電力を発生させるための励起レベルを計算するかもしれない(ステップ80)。原動機の速度は需要家負荷16の電力需要が変化しないうちに変わったため、パワーエレクトロニクスモジュール30は、励起レベルを調整して、原動機速度の変化を補償し、それによって二重給電軸方向磁束誘導発電機12により発生される電力をほぼ一定に保つようにするかもしれない。
別のケースでは、需要家負荷16の電力需要が変化するかもしれず、電力需要を引き続き満たすために、パワーエレクトロニクスモジュール30は、励起レベルを調整して、電力需要の増減に応じて、需要家が受け取る電力が多すぎたり、少なすぎたりしないようにしてもよい。たとえば、配電線14を通じて供給される電力が減少すると、需要家負荷16は、配電線14からの電力の損失分を補充するために、二重給電軸方向磁束誘導発電機12からより多くの電力を必要とするかもしれない。パワーエレクトロニクスモジュール30は、配電線センサ70を使って、配電線14から供給される電力が減少したことを感知するかもしれない。したがって、パワーエレクトロニクスモジュール30は、ステップ76に戻ってもよい。配電線14からの減少した電力を需要家負荷16の電力需要と比較したところで、パワーエレクトロニクスモジュール30は、需要家負荷16が二重給電軸方向磁束誘導発電機12から必要とする電力が増大したと判断するかもしれない。ステップ78で原動機の速度を測定した後に、パワーエレクトロニクスモジュール30は必要な励起レベルを計算するかもしれない(ステップ80)。配電線14により供給される電力の減少に応答して、これを補償するために、必要となる励起レベルが上昇するかもしれない。したがって、パワーエレクトロニクスモジュール30は、より大きな電流を近位ロータ巻き線34および/または遠位ロータ巻き線38に供給し、ステータ巻き線46内で生成される電圧を上昇させ、需要家負荷16に供給される電流を増大させるかもしれない。パワーエレクトロニクスモジュール30は、需要家負荷16での消費電力の増大に応答して、同様のステップを実行するかもしれない。
配電線14からの電力が増大すると、需要家負荷16がその需要を満たすために二重給電軸方向磁束誘導発電機12に要求する電力は減少するかもしれない。パワーエレクトロニクスモジュール30は、配電線センサ70を使って配電線14から供給される電力の増加を感知してもよい。すると、パワーエレクトロニクスモジュール30はステップ76に戻るかもしれない。配電線14からの増大した電力を需要家負荷16の電力需要と比較したところで、パワーエレクトロニクスモジュール30は、需要家負荷16が二重給電軸方向磁束誘導発電機12に要求する電力が減少したと判断するかもしれない。ステップ78で原動機の速度を測定した後に、パワーエレクトロニクスモジュール30は必要な励起レベルを計算するかもしれない(ステップ80)。配電線14から供給される電力の増大に応答して、これを補償するために、必要な励起レベルが低減されるかもしれない。パワーエレクトロニクスモジュール30は、需要家負荷16での消費電力の減少に応答して、同様のステップを実行するかもしれない。
上述の例は、電気系統10における1つの変化に関して説明したものであるが、原動機の速度、配電線14からの供給電力および/または需要家負荷16の電力需要が同時に変化することもあり、その変化の方向は異なっていることもあり(すなわち、増加または減少)、大きさが違っていることもあると理解するべきである。いずれの場合も、パワーエレクトロニクスモジュール30は、変化を感知して方法72を実行することによって、近位ロータ巻き線34と遠位ロータ巻き線38の励起の(大きさおよび/または周波数の)レベルを調整し、その変化に応じて二重給電軸方向磁束誘導発電機12から供給される電力の流れを調整してもよい。上記に加え、または上記に代わって、パワーエレクトロニクスモジュール30は、変化に応答して、パワーエレクトロニクスモジュール出力端子62から需要家負荷16に供給される電力を増減させてもよい。さらに、パワーエレクトロニクスモジュール30は、需要家負荷16および/または配電線14の必要に応じて、電力を原動機20から、およびエネルギー貯蔵装置32から、またはそこに搬送するのを支援してもよい。以上のように、パワーエレクトロニクスモジュールは、需要家負荷16による電力需要が可変または非定常的動作条件の下でも満たされるようにするのを支援するかもしれない。
二重給電軸方向磁束誘導発電機12および電力発生方法72は、ほとんどどのタイプの電気系統10にも有益かもしれない。たとえば、二重給電軸方向磁束誘導発電機12と方法72は、送電網、施設および/または機械で用いる電力を供給するのに好適であるかもしれない。開示した実施形態と一致する工程と方法は、配電線14から通常受け取る電力を補足し、またはそれに代えるための効率的な方法を提供し、需要家負荷16が必要な電力を確実に受け取ることができるようにするのに役立つ。
電気系統10には、動作中に変動が発生するかもしれない。このような変動は、二重給電軸方向磁束誘導発電機12の原動機20の動作速度の変化、需要家負荷16の電力需要の変化および/または配電線14により供給される電力の変化が原因かもしれない。このような変動によって需要家負荷16に供給される電力が変化することがある。二重給電軸方向磁束誘導発電機12は、1つまたは複数のセンサ66、68、70を使って発電機自体および電気系統10を監視し、その動作を調整して不要な変動を軽減または排除することにより、変動を補償するかもしれない。したがって、二重給電軸方向磁束誘導発電機12は、非定常の動作条件下であっても、需要家負荷16への供給電力の品質全体を改善するかもしれない。
非定常条件下での動作の改善は、風力エネルギーの分野において特に重要であるかもしれない。風車を原動機として使用して機械エネルギーを発生させてもよく、この機械エネルギーは電気エネルギーに変換されてもよい。しかしながら、風車の動作速度は変化するかもしれず、速度は風の状態に依存するかもしれない。二重給電軸方向磁束誘導発電機は原動機の速度の変化を検出してこれを補償できるため、二重給電軸方向磁束誘導発電機12は、風の状態が変化しても、需要家負荷16において電力の品質が確実に保持できるようにするのを助ける。したがって、二重給電軸方向磁束誘導発電機12は、風力エネルギー分野に非常に適しているかもしれない。
さらに、二重給電軸方向磁束誘導発電機12のパワーエレクトロニクスモジュール30の構成によって、パワーエレクトロニクスモジュール30は二重給電軸方向磁束誘導発電機12によって発生される電力を調整するだけでなく、需要家負荷16に供給される電力を増大させることもできる。パワーエレクトロニクスモジュール30は、原動機20に対して並列に配置されているため、需要家負荷16への供給電力を増大させることができる。基本的に、パワーエレクトロニクスモジュール30は近位ロータ24、遠位ロータ26および需要家負荷16に動作的に連結されているため、パワーエレクトロニクスモジュール30は、近位ロータ24と遠位ロータ26を励起できるだけでなく、より直接的な方法で需要家負荷16に電力を供給できるため、複数のパワーエレクトロニクスモジュールが不要となる。その結果、二重給電軸方向磁束誘導発電機の設置面積を縮小させ、それと同時に、余分な構成要素を必要としないために、コスト削減も可能である。
当業者にとって、開示したシステムと方法には、本願の範囲を逸脱することなく、さまざまな改変と変更を加えられることがわかるであろう。また、当業者には、明細書を参照することで、開示のシステムと方法のその他の実施形態も明らかとなるであろう。明細書と実施例は例にとしてのみ考えるものとし、本願の実際の範囲は、添付の特許請求範囲およびその等価物によって示されている。
Claims (10)
- 機械エネルギーを供給するように構成された原動機(20)と、
原動機(20)に連結されたロータアセンブリ(24、26)であって、原動機(20)がロータアセンブリ(24、26)を回転させるように構成されているロータアセンブリ(24、26)と、
ステータ(28)と、
ロータアセンブリ(24、26)とステータ(28)に連結されたパワーエレクトロニクスモジュール(30)であって、原動機(20)と並列に配置され、機械エネルギーから電気エネルギーへの変換を支援するように構成されたパワーエレクトロニクスモジュール(30)と、
パワーエレクトロニクスモジュール(30)に連結され、電力需要の変動に対応するように構成されたエネルギー貯蔵装置(32)と、
を備える二重給電軸方向磁束誘導発電機(12)。 - 原動機(20)が風力タービンと内燃機関のうちの一方である、請求項1に記載の二重給電軸方向磁束誘導発電機(12)。
- ロータアセンブリ(24、26)は、近位ロータ(24)と遠位ロータ(26)を含む、請求項1に記載の二重給電軸方向磁束誘導発電機(12)。
- 原動機(20)は、駆動軸(22)を回転させることによって機械エネルギーを供給するように構成されている、請求項3に記載の二重給電軸方向磁束誘導発電機(12)。
- 近位ロータ(24)と遠位ロータ(26)は駆動軸(22)に連結され、駆動軸(22)とともに、駆動軸(22)の中を延びる回転軸の周囲で回転する、請求項4に記載の二重給電軸方向磁束誘導発電機(12)。
- ステータ(28)は近位空隙(54)によって近位ロータ(24)から分離され、ステータ(28)は遠位空隙(56)によって遠位ロータ(26)から分離されている、請求項3に記載の二重給電軸方向磁束誘導発電機(12)。
- 近位ロータ(24)は近位ロータ巻き線(34)を有し、遠位ロータ(26)は遠位ロータ巻き線(38)を有し、ステータ(28)はステータ巻き線(46)を有する、請求項3に記載の二重給電軸方向磁束誘導発電機(12)。
- パワーエレクトロニクスモジュール(30)は近位ロータ巻き線(34)、遠位ロータ巻き線(38)、ステータ巻き線(46)に連結されている、請求項7に記載の二重給電軸方向磁束誘導発電機(12)。
- パワーエレクトロニクスモジュール(30)は、近位ロータ(24)と遠位ロータ(26)の回転中に近位ロータ巻き線(34)と遠位ロータ巻き線(38)を励起して、ステータ巻き線(46)内に電圧を発生させるように構成されている、請求項7に記載の二重給電軸方向磁束誘導発電機(12)。
- 請求項1から請求項9のいずれか一項に記載の二重給電軸方向磁束誘導発電機(12)を含む電気系統(10)。
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