JP2021145544A - 相補的で一方向磁性の回転子／固定子組立体の対 - Google Patents

Abstract

【課題】電流の流れの反転が原因の電力損失を避ける事が出来る発電機を提供する。【解決手段】一方向磁性の回転子／固定子組立体の対は、同期回転するように取り付けられ、かつ相補的であり、その結果、各組立体の回転子と固定子とが互いに対して回転されるとき、一方は脈動正電流の流れを生み出し、他方は脈動負電流の流れを生み出す。脈動正電流の流れと脈動負電流の流れは、電流の流れの反転に起因する電力損失なしに、所望の位相角で組み合わせられて交流を生み出す。【選択図】図１

Description

本発明は、相補的で一方向磁性の回転子／固定子組立体の対に関し、ここでは、回転子または固定子は、すべての磁界が回転軸に対して平行に位置合わせされ磁極がすべて同じ方向に向いた磁石を有し、磁石は、各組立体の回転子または固定子が互いに対して回転するとき、互いに隣り合う関連付けられたコイルに電流を誘導する。

磁石は、Ｎ極とＳ極の両方を有し、磁界が磁極間および磁極の周りに延びる。機械的力により、磁界の中でワイヤまたは他の導電体が動かされるとき、電流が誘導されて導電体に流れる。これが、発電機の原理である。逆に、電流がワイヤまたは他の導電体を通って流れるとき、導体の周りに磁界が生み出され、また導体が既存の磁界の中に存在する場合、導体の周りの磁界は、既存の磁界と相互に作用して、導体を動かそうとする機械的力を生み出す。これが、電動機の原理である。発電機は、機械的力を電流に変換し、電動機は、電流を機械的力に変換する。

従来の発電機および従来の電動機は、回転子と呼ばれる回転部を有し、回転子は、固定子と呼ばれる静止構造体の中で、またはそれと互いに隣り合って回転する。磁石（永久磁石であれ電磁石であれ）は回転子に配置され、導電性ワイヤは固定子に配置されるか、またはその逆である。電流によって生み出される磁力線は、「右手の法則」（右手の親指が電流の方向に沿って向いている場合、右手の指は、Ｎ極からＳ極へと延びる磁力線の方向を示す）の下に、電流の流れの方向に直交し、その周りを回るので、一般に、ワイヤは、（好ましくは鉄芯の周りに、しかし任意選択で鉄芯なしで）巻かれて、（少なくとも部分的に）回転子の回転軸に直交するワイヤのコイルを形成する。

したがって、発電機では、回転子の磁石を回転させる機械的力が、固定子のコイルのワイヤを流れる電流を誘導し、それにより、それらのワイヤを通って流れる電流を発生させる。電動機では、固定子のコイルのワイヤを通って流れる電流が磁界を生み出し、それにより、回転子の磁石に逆らう力が生み出され、その力が回転子を回転させる。発電機と電動機のどちらにおいても、代わりに磁石が固定子内に存在し、コイルが回転子内に存在してもよい。

電流は、従来から（バッテリの正端子などの）正電荷の方向とみなされているが、これは、負に帯電した電子の実際の流れの方向とは逆である、すなわち、電子は、実際はバッテリの負端子のほうへ流れるということに留意されたい。電流の電圧は、電子の流れの圧力であり、電子が（負端子に向かって）ある向きに流れているときは負でもよく、電子が反対の方向に流れているときは正でもよい。電子が流れていない場合、電流は存在せず、したがって電圧が存在しない。電子が１方向のみに流れるとき、これは直流と呼ばれる。直流は、どちらの向きに電子が流れているかに応じて、負と正のどちらかになり得る。

電子がある方向に流れ、次いで反対の方向に流れるとき、電圧が負から正へと交番するので、これは交流と呼ばれる。
高電圧においては特に、直流を使用するよりも交流を使用するほうが、エネルギーがはるかに効率的に送られ得るので、交流は電気を送るために重要である。これが、電力会社によって提供される電気が一般に交流である理由であり、長距離送電線が高電圧である理由である。

太陽光発電セルなどの多くの代替エネルギー生成技術は、本質的に直流を生み出し、直
流は、次いで「インバータ」を使用して交流に変えられなければならない。バッテリチャージャなどの多くのタイプの装置は直流を使用しており、したがって、交流は「整流器」を使用して直流に変えられることが多い。

電気は、回路の中で使用されなければならず、その際、電気は、回路のある部分（一般に、電流を押し出す電圧を生み出すバッテリまたは発電機）から流れ出て、回路の残りの部分をすべて通り抜け、その出発点（バッテリまたは発電機）へと戻る。直流であろうと交流であろうと、任意の電流から取り出され得るエネルギーの量は、（電流が流れる）回路のある部分と回路の別の部分との間の電圧（電気的圧力）の差に依存し、流れている電流の量にも依存する−回路の２つの部分の間の電圧差が大きくなり、またこれらの電圧において流れる電流が大きくなると、より多くのエネルギーが回路から取り出され得る。

本開示の残りの部分では発電機について論じられるが、逆に動作するとき、本開示は電動機にも適用可能であることを、当分野の技術者（「当業者」）は理解するはずである。
従来の発電機は、回転子が１回転する間に、電子の流れの方向、したがって電流の極性がある点またはいくつかの点において反転して、交流を生み出すように設計される。しかし、この交流は、反転する電流の流れと発電機の中の磁石との間の相互作用による抗力（ｄｒａｇ）または「コギング」を生み出す。また、電流の流れによりコイルの鉄芯の磁化が引き起こされ、その電流の流れの反転により脱磁が引き起こされ、次いでこれらの鉄芯の逆の磁化が引き起こされ、このことはエネルギーを浪費するので、かなりのエネルギーが失われる。風力発電機におけるこの「コギング」は、発電機を回転させ始めるのにより強い風速が必要とされ、したがって「起動速度」が引き上げられる場合があるということを意味する。さらに、風力発電機は、風力発電機の最小の「発電開始風速（ｃｕｔ ｉｎ
ｓｐｅｅｄ）」に達するまで、有効な電力を供給することができない場合がある。

本発明の発電機が、風力発電機、または回転子／固定子組立体の回転スピードが変動することになる他の用途において使用される場合、回転子／固定子組立体のコイルからの交流の周波数および電圧は、風速に従って変動することになり、これでは有効な電力を提供することができない。こうした用途では、整流器に回転子／固定子組立体からの（制御不能に変動する周波数および電圧をもつ）交流を接続して、有効なＤＣ電流を供給することが好ましいはずである。しかし、整流器は、最低限の量の交流が供給されていなければ、有効なＤＣ電流を供給することができない可能性がある。

本発明が風力発電機として使用される場合、スピードが過剰な状態では、回転を減速させる電磁ブレーキを使用するのが好ましいことに留意されたい。
磁石はＮ極とＳ極の両方を常に有し、また目標は一般にエンジンおよび発電機をより小さくすることであり、また磁石は、電流の流れを最大化するために、コイル／ワイヤに近接していなければならないので、磁石およびコイルのたいていの構成では、コイル／ワイヤの同じ部分が、磁石の連続するＮ極とＳ極との作用を受け、このことも、電流の流れの反転を生じさせる。たとえば、回転子の磁石は、まずＮ極を通過させ、次いでＳ極を通過させることにより（またはこの逆に通過させることにより）、固定子のコイルを通過することになる。

この参照によって本明細書に援用される、Ｙｏｓｔの米国特許第９３３１５３４号は、軸方向に位置合わせされた磁石を回転子面の両側に備える、モジュラーマイクロ風力タービン向けの磁力発電機を開示する。駆動シャフトが固定子に近接した回転子を回転させるとき、磁束および電気が発生する。Ｙｏｓｔは、「磁気増幅」（磁石が近づけられると、エネルギー出力が大きくなる（第１５段３８行目から第１６段３５行目、および図５６〜図６１を参照））を得るために、磁石同士は０．１０〜１．５２ｃｍ（０．０４〜０．６インチ）だけ隔てられるべきであると教示する。

Ｏｅｌｏｆｓｅの米国特許出願公開第１４２９０７４１号は、修正ハルバッハ配列を使用する発電機設計を開示する。

本発明は、一対の相補的固定子／回転子組立体を含む発電機を備え、固定子／回転子組立体は、同期回転するように取り付けられる。同期回転とは、一方の固定子／回転子組立体の回転子の回転により、必ずしも同じ速さまたは同じ位相角でではないが、他方の固定子／回転子組立体の回転子が回転されることを意味する。固定子／回転子組立体のそれぞれは、固定子と、固定子リング領域において固定子に取り付けられるコイルと、回転子と、固定子リング領域と同じ形状およびサイズをもつ回転子リング領域において回転子に取り付けられる磁石であって、すべての磁石のＮ極が、回転子ディスクのＮ面（ｎｏｒｔｈ
ｆａｃｅ）から外方に向けられ、すべてのＳ極が、回転子ディスクのＳ面（ｓｏｕｔｈ
ｆａｃｅ）から外方に向けられる、磁石とを含む。回転子は、固定子リング領域の中心に位置決めされかつ固定子リング領域に対して垂直である回転軸の周りを回転するように取り付けられ、その結果、回転子は、固定子に対して平行であり、また固定子から回転子／固定子間隙だけ厳密に変位される。このようにして、磁石の磁界は、軸方向に回転軸に位置合わせされ、磁石は、回転子／固定子間隙だけ隔てられてコイルに重なる。回転軸の周りの回転子の回転により、コイルが、磁石の極に向かって、また磁石の極から離れるように進んで、ある方向にのみコイルを通る脈動電流の流れを誘導する。これらの固定子／回転子組立体は、それらの磁界の相互作用が原因の大きな抗力を避けるのに十分な長さの分離距離だけ互いから隔てられる。一対の固定子／回転子組立体のうちの第１のもののコイルおよび磁石は、一対の固定子／回転子組立体のうちの第２のもののコイルおよび磁石に対して相補的になるように構成され、したがって、対のうちの第１のものは、ある方向のみに脈動電流を生み出し、対のうちの第２のものは、反対の方向に脈動電流を生み出し、コイルは、脈動電流がある位相角で組み合わせられて交流を生み出すように接続されかつ巻かれ、それにより、電流の流れの反転が原因の電力損失が避けられる。

別の実施形態では、本発明は、第１の固定子と、第１の固定子に対して平行であり、第１の回転子回転軸の周りを回転するように取り付けられ、第１の固定子から第１の回転子／固定子間隙だけ厳密に変位される、第１の回転子と、第２の固定子と、第２の固定子に対して平行であり、第２の回転子回転軸の周りを回転するように取り付けられ、第２の固定子から第２の回転子／固定子間隙だけ厳密に変位される、第２の回転子とを有する発電機を備える。複数のブレードが、第１の回転子および第２の回転子に駆動可能に連結され、その結果、ブレードが回転するとき、ブレードは、第１の回転子と第２の回転子とを同期回転するように駆動する。第１の固定子および第１の回転子は、第１の固定子／回転子組立体を構成し、第２の固定子および第２の回転子は、第２の固定子／回転子組立体を構成する。固定子／回転子組立体のそれぞれは、回転子回転軸と同心の固定子リング領域において固定子に取り付けられるコイルと、固定子リング領域と実質的に同一の形状およびサイズをもつ回転子リング領域において回転子に取り付けられる、Ｎ極およびＳ極を備えた磁界をもつ磁石であって、すべてのＮ極が、回転子のＮ面から外方に向けられ、すべてのＳ極が、回転子のＳ面から外方に向けられる、磁石とを備え、その結果、磁石の磁界は、軸方向に回転子回転軸に位置合わせされ、その結果、磁石は、回転子／固定子間隙だけ隔てられてコイルに重なる。回転子回転軸の周りの回転子の回転により、磁石の極が、コイルに向かって、またはコイルから遠ざかるように進んで、ある方向にのみ、コイルを通る脈動電流の流れを誘導する。第１の固定子／回転子組立体のコイルおよび磁石は、第２の固定子／回転子組立体のコイルおよび磁石に対して相補的になるように構成され、したがって、第１の固定子／回転子組立体は、ある方向のみに脈動電流を誘導し、第２の固定子／回転子は、反対の方向のみに脈動電流の流れを生み出し、その結果、両方の固定子／
回転子組立体からの脈動電流の流れは、組み合わせられて交流を生み出すことができる。これらの固定子／回転子組立体は、それらの磁界の相互作用が原因の大きな抗力を避けるのに十分な長さの分離距離だけ互いから隔てられる。電流の流れの反転が原因の電力損失が避けられる。

別の実施形態では、本発明は、コイルおよび磁石を有し、同期回転するように取り付けられる、一方向磁性の一対の固定子／回転子組立体を含む発電機である。第１の組立体のコイルおよび磁石は、第２の組立体のコイルおよび磁石に対して相補的になるように構成される。したがって、第１の組立体は、脈動正電流の流れを生み出し、第２の組立体は、脈動負電流の流れを生み出す。位相角手段が提供されて、脈動正電流の流れと脈動負電流の流れとの間の位相角を制御して交流を生み出す。位相角手段は、第１の組立体のコイルおよび磁石を第２の組立体のコイルおよび磁石から角度的にオフセットすること、一方の組立体に抵抗負荷を追加すること、ならびに一方の組立体に誘導負荷を追加することからなる群から選択される構造であり、これにより、電流の流れの反転が原因の電力損失が避けられる。

垂直軸風力タービンに据え付けられる、本発明による発電機の目下の好ましい実施形態の分解斜視図である。 図１の側部からの正面図である。 本発明の目下の好ましい実施形態よる上部回転子の上部からの平面図である。 本発明の目下の好ましい実施形態による一組のコイルの斜視図である。 本発明の目下の好ましい実施形態による一組のコイルの上部または下部からの平面図である。 本発明の目下の好ましい実施形態による磁石１１２の斜視図である。 本発明の目下の好ましい実施形態による任意選択の浮上磁石の斜視図である。

図１を参照すると、垂直軸風力タービンに据え付けられる、本発明１００の目下の好ましい実施形態の分解斜視図が示されている。下部固定子１０２は、基部（図示せず）に取り付けられる。一組のコイル１０６が、下部固定子１０２の上面において、リング形状にされた（環状の）固定子リング領域１０８に据え付けられる。下部回転子１１０は、下部固定子１０２に対して平行に、またある回転子／固定子間隙だけ下部固定子１０２から厳密に隔てられて、回転可能に取り付けられる。複数のブレード１２０は、下部回転子１１０の上に取り付けられる。上部回転子１３０は、ブレード１２０の上に取り付けられ、また上部回転子１３０に対して平行でありかつある回転子／固定子間隙だけ上部回転子１３０から厳密に隔てられる上部固定子１４０にも回転可能に取り付けられる。回転子／固定子間隙だけ隔てられる上部回転子および上部固定子は、集合的に上部回転子／固定子組立体と称され、回転子／固定子間隙だけ隔てられる下部回転子および下部固定子は、集合的に下部回転子／固定子組立体と称される。

図２を参照すると、本発明１００の目下の好ましい実施形態の側面図が示されており、下部固定子１０２、下部回転子１１０、ブレード１２０、上部回転子１３０、および上部固定子１４０が示してある。好ましくは、ブレード１２０は、チタンの骨組みを有する、サーフボードのような樹脂から作られる。好ましくは、回転子１１０および１３０、ならびに固定子１０２および１４０は、ＦＲ４複合材料、またはそれより軽量なものから作られる。

上部固定子１４０、上部回転子１３０、下部回転子１１０および下部固定子１０２はすべて、それらを互いに束ねるシャフト、またはそれらを囲むハウジング、または現在知られているかもしくは今後発明される任意の他の構造もしくは機構などの任意の手段により、定位置に保持され、かつ／または互いに対して回転可能に取り付けられ得る。

図３を参照すると、上部回転子１３０の上面の上からの平面図が示されている。下部回転子１１０の下面の下からの平面図は、同一であるはずである。図３に示されるように、一連の磁石１１２が、上部回転子１３０の上表面において、リング形状にされた（環状の）回転子リング領域１３３に設けられる。

図１に戻ると、下部回転子１１０の下面は、好ましくは、形状およびサイズが固定子リング領域１０８と実質的に同一である、リング形状にされた（環状の）回転子リング領域１１３を有する。同様に、上部固定子１４０の下面は、好ましくは形状およびサイズが上部回転子の回転子リング領域１３３と実質的に同一である、リング形状にされた（環状の）固定子リング領域１４３を有する。したがって、磁石１１２は、ある回転子／固定子間隙だけ隔てられて、コイル１０６に重なる。

磁石１１２は、好ましくは希土類磁石であり、より好ましくはネオジム磁石であるが、十分に強力な任意の磁石を使用して、本発明を実施してもよい。スポークのように放射状に延びる任意選択の冷却穴（図示せず）が提供されてもよい。やはり任意選択で、好ましくは冷却穴同士の間に差し入れられて、追加的な浮上磁石１１８が提供されてもよい。

図４を参照すると、本発明の目下の好ましい実施形態による一組のコイル１０６の斜視図が示されている。
図５を参照すると、見て取ることができるように、コイル１０６のワイヤは、好ましくは平行四辺形の形状に巻かれる。

図６を参照すると、回転子１１０、１３０（図１を参照）のうちの一方の中の磁石１１２のうちの１つの斜視図が示されている。磁石は、すべてのＮ極Ｎを同じ方向に位置合わせし、すべてのＳ極を反対の方向に位置合わせした状態で方向付けられなければならない。

図７を参照すると、本発明による任意選択の磁気浮上磁石１１８の斜視図が示されている。
添付の図は、磁石が回転子に存在し、コイルが固定子に存在することを示しているが、当業者は、どちらか一方または両方の回転子／固定子組立体ではこれらが反対にされ、したがって磁石がどちらか一方または両方の固定子に存在し、コイルがどちらか一方または両方の回転子に存在してもよいということを理解するはずである。

回転子／固定子が同軸である場合、コイルが適当に巻かれ方向付けられている限り、各回転子／固定子対の磁石は、磁石の各Ｎ極が同じ方向を指した状態で方向付けられてもよく反対の方向を指した状態で方向付けられてもよいことも、当業者は理解するはずである。以下に述べるように、回転子／固定子は同軸である必要はなく、同期回転するように取り付けられさえすればよい。

さらに、添付の図面では下部回転子／固定子対が上部回転子／固定子対と同軸であることが示されているが、これは必須ではない。これらの回転子／固定子対は、同期回転しさえすればよい、つまり、これらの回転子／固定子対は、同じ速さで回転しなければならない。したがって、たとえば本発明は、同軸ではないが各回転子／固定子組立体がギアによって相補的回転子／固定子組立体に連結されることにより同期回転するように取り付けら
れた、回転子／固定子組立体の対を用いて実施されてもよい。

別法として、これらの回転子／固定子組立体は、同期された比例する回転速度になるように取り付けられてもよく、つまりこの場合、ある組立体の回転子および固定子は別の組立体の回転子および固定子と異なる直径を有してもよいが、組立体のそれぞれの回転の速さは、（ギア、プーリ、または他の機構によって）補償するように比例し、その結果、各回転子／固定子組立体の磁石とコイルとは、他方の回転子／固定子組立体と同じ速さで互いに通過する。

好ましくは、これらの回転子／固定子組立体は、それらの磁界の相互作用が原因の大きな抗力を避けるのに十分な長さの分離距離だけ互いから隔てられる。
「一方向磁性の」とは、すべての磁石のＮ極が同じ方向に方向付けられ、すべての磁石のＳ極が反対の方向に方向付けられることにより、磁石の磁界が、すべて同じ方向に、好ましくはそれらの磁石が据え付けられた回転子／固定子組立体の回転軸に対して平行に向けられることを意味する。

相補的とは、一方の回転子／固定子組立体からのある極性のパルス電流が、他方の回転子／固定子組立体からの逆の極性のパルス電流と組み合わせられて交流を生み出し得ることを意味する。たとえば、一方の回転子／固定子組立体は極性が正のみであるパルス電流を生み出し、他方の回転子／固定子組立体は極性が負のみであるパルス電流を生み出してもよい。これらの回転子／固定子組立体は、コイルの巻き方向、向き、もしくは他の特性を変えることにより、（それらが一方向磁性のままである限りにおいて）磁石の磁極の向きを反転させることにより、または当業者の技能の範囲内でありパルス電流間の位相角を調節する他の手段により、相補的にされて、交流を得ることができる。ある極性のパルス電流と逆の極性のパルス電流との間の位相角の調節は、コイルの配線、形状、配置もしくは向きによって行われてもよく、コイルに誘導負荷もしくは抵抗負荷を接続することによって行われてもよく、（一方の回転子／固定子の磁石とコイルとが互いに対して最も接近するとき、他方の回転子／固定子の磁石とコイルとは最も遠ざかるように）一方の回転子／固定子対の磁石およびコイルを他方の回転子／固定子対の磁石およびコイルからオフセットすることによって行われてもよく、当業者の技能の範囲内の他の手段によって行われてもよい。

コイルおよび磁石を変更し、かつ他の構成要素を追加または変更して、必要に応じて多相交流または異なる波形もしくは他の特性を有する交流を提供することも、当業者の技能の範囲内であるはずである。

所望の市場目標または技術的目標または大量生産目標を達成するために、好適な代替エネルギー補助金補助率の資格を得るのに適当な発電容量を提供することによって、または同じサイズのハウジングの中に収まり得る発電容量の異なる装置を提供することによってなど、規模および構成の異なる装置を用いて本発明を実施することは、当業者の技能の範囲内であるはずである。

コイルおよび磁石は、修理のため、または発電容量の変更のため、または将来開発される可能性のあるよりよい永久磁石を使用するため、または他の理由のために、容易に交換可能であることが好ましい。

当業者は、必要に応じて、永久磁石の代わりに適当な強度の電磁石が使用されてもよいことを理解するはずである。
添付の図面に示されている実施形態では、下部回転子１１０が回転するとき、下部固定子１０２のコイル１０６のワイヤは、概して下部回転子の回転子リング領域１１３の磁石
のＮ極の作用だけを受け、Ｓ極の作用は概して受けない。磁石１１２がコイル１０６に近づき、コイルを通過し、コイルから離れるとき、このことが電流のパルスを生み出すが、すべて１方向にのみであり、したがって、電流は、コイルがどのように巻かれているかに応じて、ゼロから正の電圧へと、またはゼロから負の電圧へと変動し、すなわちパルス電流は、１つの極性の電圧のみをもつ。１つの極性のパルス電流からエネルギーを取り出すことは、効率的でない−エネルギーは、電流とグランド（ゼロ）の間の電位差のみから取り出すことができる。

好ましくは、上部回転子１３０の磁石１１２および上部固定子１４０のコイルは、下部回転子１１０の磁石１１２および下部固定子１０２に対して相補的であり、したがって、２つの電流間の「位相角」は、それらが位相外れになるように、好ましくは１８０度に（任意選択で最大４５度増加させたところに）調節され、その結果、一方の（ある極性の）最大電圧は、他方の（逆の極性の）ゼロ電圧と同時に発生し、したがって、コイル同士を接続することにより、第１の極性の最大電圧から、ゼロを通り、他方の極性の最大電圧へと至り、ゼロを通り、第１の極性の最大電圧へと戻るなどの動きをする交流がもたらされ、交流が生じる。

２つの電流の位相角は、コイルの様々な配線もしくは場所もしくは向き、または一方の固定子／回転子組立体のコイルを相補的固定子／回転子組立体のコイルから角度的にオフセットさせることなど、当業者の技能の範囲内である他の方法を使用して調節されてもよい。他の位相角が所望される場合、位相角は、当業者に知られている方法を使用して、１８０度以外の（最大４５度増加させたところなどの）角度にも調節されてもよい。

当分野の技術者は、相補的な対の一方向磁性の回転子／固定子が使用される限りにおいて、位相をずらすためのものを含め、（コイルの巻きの反転を含めた）コイル、ワイヤ、磁石、および他の構成要素の種々の様々な構成が本発明と共に使用されてもよいことを理解するはずである。こうしたあらゆる構成は、本特許の特許請求の範囲に記載の範囲に含まれる。

本発明は、電流の流れの反転が原因の電力損失なしで交流を発生させることが所望されるところならどこでも適用可能である。

当分野の技術者は、相補的な対の一方向磁性の回転子／固定子が使用される限りにおいて、位相をずらすためのものを含め、（コイルの巻きの反転を含めた）コイル、ワイヤ、磁石、および他の構成要素の種々の様々な構成が本発明と共に使用されてもよいことを理解するはずである。こうしたあらゆる構成は、本特許の特許請求の範囲に記載の範囲に含まれる。
また、本発明は、以下の各形態によっても実現される。
［形態１］
一対の相補的な固定子／回転子組立体を備え、
上記固定子／回転子組立体が、同期回転するように取り付けられ、
上記固定子／回転子組立体のそれぞれが、
固定子と、
固定子リング領域において上記固定子に取り付けられるコイルと、
回転子と、
上記固定子リング領域と実質的に同一の形状およびサイズをもつ回転子リング領域において上記回転子に取り付けられる、Ｎ極およびＳ極を備えた磁界をもつ磁石であって、すべての上記Ｎ極が、上記回転子ディスクのＮ面から外方に向けられ、すべての上記Ｓ極が、上記回転子ディスクのＳ面から外方に向けられる、磁石とを備え、
上記回転子が、上記固定子リング領域の中の中心に位置決めされかつ上記固定子リング領域に対して垂直である回転軸の周りを回転するように取り付けられ、
上記回転子が、上記固定子に対して平行であり、また上記固定子から回転子／固定子間隙だけ厳密に変位され、
それにより、上記磁石の上記磁界が、軸方向に上記回転軸に位置合わせされ、
それにより、上記磁石が、上記回転子／固定子間隙だけ隔てられて上記コイルに重なり、
それにより、上記回転軸の周りの上記回転子の回転により、上記磁石の上記極が、上記コイルに向かって、また上記コイルから遠ざかるように進んで、ある方向にのみ上記コイルを通る脈動電流の流れを誘導し、
上記固定子／回転子組立体が、それらの磁界の相互作用が原因の大きな抗力を避けるのに十分な長さの分離距離だけ互いから隔てられ、
上記一対の固定子／回転子組立体のうちの第１のものの上記コイルおよび磁石が、上記一対の固定子／回転子組立体のうちの第２のものの上記コイルおよび磁石に対して相補的になるように構成され、したがって、上記対のうちの上記第１のものは、ある方向のみに脈動電流を生み出し、上記対のうちの上記第２のものは、反対の方向に脈動電流を生み出し、上記コイルが、上記脈動電流が所望の位相角で組み合わせられて交流を生み出すように接続されかつ巻かれ、
それにより、電流の流れの反転が原因の電力損失が避けられる、
発電機。
［形態２］
両方の上記固定子／回転子組立体の上記Ｎ極を同じ方向に向けて、両方の上記固定子／回転子組立体の上記磁石を位置合わせさせることにより、かつ上記固定子／回転子組立体のうちの第１のもののコイルを上記固定子／回転子組立体のうちの上記第２のものの上記コイルとは反対の方向に巻くことにより、上記一対の固定子／回転子組立体の上記コイルおよび磁石が、相補的になるように構成される、形態１に記載の発電機。
［形態３］
両方の上記固定子／回転子組立体の上記Ｎ極を反対の方向に向けて、両方の上記固定子／回転子組立体の上記磁石を位置合わせさせることにより、かつ上記固定子／回転子組立体のうちの上記第１のものの上記コイルを上記固定子／回転子組立体のうちの上記第２のものの上記コイルと同じ方向に巻くことにより、上記一対の固定子／回転子組立体の上記コイルおよび磁石が、相補的になるように構成される、形態１に記載の発電機。
［形態４］
両方の上記固定子／回転子組立体の上記磁石を反対の方向に向け、両方の上記固定子／回転子組立体のコイルを同じ方向に巻くことにより、上記一対の固定子／回転子組立体の上記コイルおよび磁石が、相補的になるように構成される、形態１に記載の発電機。
［形態５］
上記回転子が、ディスクである、形態１に記載の発電機。
［形態６］
第１の固定子／回転子組立体が、垂直軸風力タービンの下部に取り付けられ、第２の固定子／回転子組立体が、上記垂直軸風力タービンの上部に取り付けられる、形態１に記載の発電機。
［形態７］
上記磁石が、希土類磁石である、形態１に記載の発電機。
［形態８］
上記希土類磁石が、ネオジム磁石である、形態６に記載の発電機。
［形態９］
上記固定子／回転子組立体が、同軸である、形態１に記載の発電機。
［形態１０］
枠部をさらに備え、
上記固定子／回転子組立体が、上記枠部と上記回転子のうちの下部回転子とにそれぞれ取り付けられる逆の極性の磁気浮上磁石により、同期回転するように上記枠部の中に取り付けられる、形態１に記載の発電機。
［形態１１］
第１の固定子と、
上記第１の固定子に対して平行であり、第１の回転子回転軸の周りを回転するように取り付けられ、上記第１の固定子から第１の回転子／固定子間隙だけ厳密に変位される、第１の回転子と、
第２の固定子と、
上記第２の固定子に対して平行であり、第２の回転子回転軸の周りを回転するように取り付けられ、上記第２の固定子から第２の回転子／固定子間隙だけ厳密に変位される、第２の回転子と、
上記第１の回転子および上記第２の回転子に駆動可能に連結される複数のブレードとを備え、
それにより、上記ブレードが回転するとき、上記ブレードが、上記第１の回転子と上記第２の回転子とを同期回転するように駆動し、
上記第１の固定子および上記第１の回転子が、第１の固定子／回転子組立体を構成し、上記第２の固定子および上記第２の回転子が、第２の固定子／回転子組立体を構成し、
上記固定子／回転子組立体のそれぞれが、
上記回転子回転軸と同心の固定子リング領域において上記固定子に取り付けられるコイルと、
上記固定子リング領域と実質的に同一の形状およびサイズをもつ回転子リング領域において上記回転子に取り付けられる、Ｎ極およびＳ極を備えた磁界をもつ磁石であって、すべての上記Ｎ極が、上記回転子のＮ面から外方に向けられ、すべての上記Ｓ極が、上記回転子のＳ面から外方に向けられる、磁石とを備え、
それにより、上記磁石の上記磁界が、軸方向に上記回転子回転軸に位置合わせされ、
それにより、上記磁石が、上記回転子／固定子間隙だけ隔てられて上記コイルに重なり、
それにより、上記回転子回転軸の周りの上記回転子の回転により、上記磁石の上記極が、上記コイルに向かって、また上記コイルから遠ざかるように進んで、ある方向にのみ、上記コイルを通る脈動電流の流れを誘導し、
上記第１の固定子／回転子組立体の上記コイルおよび磁石が、上記第２の固定子／回転子組立体の上記コイルおよび磁石に対して相補的になるように構成され、したがって、上記第１の固定子／回転子組立体は、ある方向のみに脈動電流を誘導し、上記第２の固定子／回転子は、反対の方向のみに脈動電流の流れを生み出し、それにより、両方の固定子／回転子組立体からの上記脈動電流の流れは、組み合わせられて交流を生み出すことができ、
上記固定子／回転子組立体が、それらの磁界の相互作用が原因の大きな抗力を避けるの
に十分な長さの分離距離だけ互いから隔てられ、
それにより、電流の流れの反転が原因の電力損失が避けられる、
発電機。
［形態１２］
コイルおよび磁石を有する、一方向磁性の一対の固定子／回転子組立体であって、上記一方向磁性の一対の固定子／回転子組立体は、上記回転子が同期回転するように取り付けられ、
第１の組立体のコイルおよび磁石が、第２の組立体の上記コイルおよび磁石に対して相補的になるように構成され、
それにより、上記第１の組立体が、脈動正電流の流れを生み出し、上記第２の組立体が、脈動負電流の流れを生み出す、一方向磁性の一対の固定子／回転子組立体と、
上記脈動正電流の流れと上記脈動負電流の流れとの間の位相角を制御して交流を生み出す位相角手段とを備え、
それにより、電流の流れの反転が原因の電力損失が避けられる、
発電機。
［形態１３］
上記位相角手段が、上記第１の組立体の上記コイルおよび磁石を上記第２の組立体の上記コイルおよび磁石から角度的にオフセットすること、一方の組立体に抵抗負荷を追加すること、ならびに一方の組立体に誘導負荷を追加することからなる群から選択される、形態１２に記載の発電機。

Claims (13)

1. 一対の相補的な固定子／回転子組立体を備え、
   前記固定子／回転子組立体が、同期回転するように取り付けられ、
   前記固定子／回転子組立体のそれぞれが、
   固定子と、
   固定子リング領域において前記固定子に取り付けられるコイルと、
   回転子と、
   前記固定子リング領域と実質的に同一の形状およびサイズをもつ回転子リング領域において前記回転子に取り付けられる、Ｎ極およびＳ極を備えた磁界をもつ磁石であって、すべての前記Ｎ極が、前記回転子ディスクのＮ面から外方に向けられ、すべての前記Ｓ極が、前記回転子ディスクのＳ面から外方に向けられる、磁石とを備え、
   前記回転子が、前記固定子リング領域の中の中心に位置決めされかつ前記固定子リング領域に対して垂直である回転軸の周りを回転するように取り付けられ、
   前記回転子が、前記固定子に対して平行であり、また前記固定子から回転子／固定子間隙だけ厳密に変位され、
   それにより、前記磁石の前記磁界が、軸方向に前記回転軸に位置合わせされ、
   それにより、前記磁石が、前記回転子／固定子間隙だけ隔てられて前記コイルに重なり、
   それにより、前記回転軸の周りの前記回転子の回転により、前記磁石の前記極が、前記コイルに向かって、また前記コイルから遠ざかるように進んで、ある方向にのみ前記コイルを通る脈動電流の流れを誘導し、
   前記固定子／回転子組立体が、それらの磁界の相互作用が原因の大きな抗力を避けるのに十分な長さの分離距離だけ互いから隔てられ、
   前記一対の固定子／回転子組立体のうちの第１のものの前記コイルおよび磁石が、前記一対の固定子／回転子組立体のうちの第２のものの前記コイルおよび磁石に対して相補的になるように構成され、したがって、前記対のうちの前記第１のものは、ある方向のみに脈動電流を生み出し、前記対のうちの前記第２のものは、反対の方向に脈動電流を生み出し、前記コイルが、前記脈動電流が所望の位相角で組み合わせられて交流を生み出すように接続されかつ巻かれ、
   それにより、電流の流れの反転が原因の電力損失が避けられる、
   発電機。
2. 両方の前記固定子／回転子組立体の前記Ｎ極を同じ方向に向けて、両方の前記固定子／回転子組立体の前記磁石を位置合わせさせることにより、かつ前記固定子／回転子組立体のうちの第１のもののコイルを前記固定子／回転子組立体のうちの前記第２のものの前記コイルとは反対の方向に巻くことにより、前記一対の固定子／回転子組立体の前記コイルおよび磁石が、相補的になるように構成される、請求項１に記載の発電機。
3. 両方の前記固定子／回転子組立体の前記Ｎ極を反対の方向に向けて、両方の前記固定子／回転子組立体の前記磁石を位置合わせさせることにより、かつ前記固定子／回転子組立体のうちの前記第１のものの前記コイルを前記固定子／回転子組立体のうちの前記第２のものの前記コイルと同じ方向に巻くことにより、前記一対の固定子／回転子組立体の前記コイルおよび磁石が、相補的になるように構成される、請求項１に記載の発電機。
4. 両方の前記固定子／回転子組立体の前記磁石を反対の方向に向け、両方の前記固定子／回転子組立体のコイルを同じ方向に巻くことにより、前記一対の固定子／回転子組立体の前記コイルおよび磁石が、相補的になるように構成される、請求項１に記載の発電機。
5. 前記回転子が、ディスクである、請求項１に記載の発電機。
6. 第１の固定子／回転子組立体が、垂直軸風力タービンの下部に取り付けられ、第２の固定子／回転子組立体が、前記垂直軸風力タービンの上部に取り付けられる、請求項１に記載の発電機。
7. 前記磁石が、希土類磁石である、請求項１に記載の発電機。
8. 前記希土類磁石が、ネオジム磁石である、請求項６に記載の発電機。
9. 前記固定子／回転子組立体が、同軸である、請求項１に記載の発電機。
10. 枠部をさらに備え、
    前記固定子／回転子組立体が、前記枠部と前記回転子のうちの下部回転子とにそれぞれ取り付けられる逆の極性の磁気浮上磁石により、同期回転するように前記枠部の中に取り付けられる、請求項１に記載の発電機。
11. 第１の固定子と、
    前記第１の固定子に対して平行であり、第１の回転子回転軸の周りを回転するように取り付けられ、前記第１の固定子から第１の回転子／固定子間隙だけ厳密に変位される、第１の回転子と、
    第２の固定子と、
    前記第２の固定子に対して平行であり、第２の回転子回転軸の周りを回転するように取り付けられ、前記第２の固定子から第２の回転子／固定子間隙だけ厳密に変位される、第２の回転子と、
    前記第１の回転子および前記第２の回転子に駆動可能に連結される複数のブレードとを備え、
    それにより、前記ブレードが回転するとき、前記ブレードが、前記第１の回転子と前記第２の回転子とを同期回転するように駆動し、
    前記第１の固定子および前記第１の回転子が、第１の固定子／回転子組立体を構成し、前記第２の固定子および前記第２の回転子が、第２の固定子／回転子組立体を構成し、
    前記固定子／回転子組立体のそれぞれが、
    前記回転子回転軸と同心の固定子リング領域において前記固定子に取り付けられるコイルと、
    前記固定子リング領域と実質的に同一の形状およびサイズをもつ回転子リング領域において前記回転子に取り付けられる、Ｎ極およびＳ極を備えた磁界をもつ磁石であって、すべての前記Ｎ極が、前記回転子のＮ面から外方に向けられ、すべての前記Ｓ極が、前記回転子のＳ面から外方に向けられる、磁石とを備え、
    それにより、前記磁石の前記磁界が、軸方向に前記回転子回転軸に位置合わせされ、
    それにより、前記磁石が、前記回転子／固定子間隙だけ隔てられて前記コイルに重なり、
    それにより、前記回転子回転軸の周りの前記回転子の回転により、前記磁石の前記極が、前記コイルに向かって、また前記コイルから遠ざかるように進んで、ある方向にのみ、前記コイルを通る脈動電流の流れを誘導し、
    前記第１の固定子／回転子組立体の前記コイルおよび磁石が、前記第２の固定子／回転子組立体の前記コイルおよび磁石に対して相補的になるように構成され、したがって、前記第１の固定子／回転子組立体は、ある方向のみに脈動電流を誘導し、前記第２の固定子／回転子は、反対の方向のみに脈動電流の流れを生み出し、それにより、両方の固定子／回転子組立体からの前記脈動電流の流れは、組み合わせられて交流を生み出すことができ、
    前記固定子／回転子組立体が、それらの磁界の相互作用が原因の大きな抗力を避けるの
    に十分な長さの分離距離だけ互いから隔てられ、
    それにより、電流の流れの反転が原因の電力損失が避けられる、
    発電機。
12. コイルおよび磁石を有する、一方向磁性の一対の固定子／回転子組立体であって、前記一方向磁性の一対の固定子／回転子組立体は、前記回転子が同期回転するように取り付けられ、
    第１の組立体のコイルおよび磁石が、第２の組立体の前記コイルおよび磁石に対して相補的になるように構成され、
    それにより、前記第１の組立体が、脈動正電流の流れを生み出し、前記第２の組立体が、脈動負電流の流れを生み出す、一方向磁性の一対の固定子／回転子組立体と、
    前記脈動正電流の流れと前記脈動負電流の流れとの間の位相角を制御して交流を生み出す位相角手段とを備え、
    それにより、電流の流れの反転が原因の電力損失が避けられる、
    発電機。
13. 前記位相角手段が、前記第１の組立体の前記コイルおよび磁石を前記第２の組立体の前記コイルおよび磁石から角度的にオフセットすること、一方の組立体に抵抗負荷を追加すること、ならびに一方の組立体に誘導負荷を追加することからなる群から選択される、請求項１２に記載の発電機。

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