JP2022509458A - ２つのステータおよび１つのロータを備える発電装置 - Google Patents

Abstract

発電装置は、中心軸を中心に同軸且つ同心に配置された、１つのロータと複数のステータを備える。 内側のエアギャップによって分離されたロータの半径方向内方に設けられた内側ステータと、外側のエアギャップによって分離されたロータの半径方向外方に設けられた外側ステータがある。 ロータは、複数の磁極を有する磁場を提供または生成するように構成された複数の磁極構造体を含む。 ロータは、断面の厚みが均一ではなく、ロータの内面が極構造体において内方に膨らんでおり、内側のエアギャップは、極構造体において半径方向により短く、極構造体の間で長いので、不均一であり、ロータの外面は極構造体で外方に膨らみ、外側のエアギャップは、極構造体において半径方向に短く、極構造体間では長いので不均一である。
【選択図】 図１

Description

本発明は発電装置に関し、特に、２つのステータと１つのロータを有する、ステータ／ロータ／ステータ構成の発電装置に関する。

従来の発電装置では、通常、単一のロータと単一のステータが設けられている。周知のように、ロータは、磁場を生成して回転し、回転する磁場が静止した状態を保つステータに設けられた巻線に電流を誘導する。この構成において、ロータからの磁場は、ステータへ向かって一方向にのみ、すなわち、半径方向内方へのみ、または半径方向外方へのみ向けられる。

本発明者は、対のステータ／単一のロータの構成を有する発電機についての認識がある。特許文献１は、ロータからの磁場源が２つのステータの間に位置し、これらのステータが相互作用する共通の磁場源となる三層構造を開示している。この開示は、この構造を利用して発電機の機能もしくはモータの機能、またはモータと発電機の機能の組合せを行うことを目的としている。

しかし、特許文献１のこの開示は、エアギャップに関する技術的仕様が欠けている。このユニットが発電装置として動作する時、エアギャップやそれらの相互作用は考慮されていないと思われる。エアギャップは、発電パラメータに重要な影響を与える可能性があるが、この開示は、特に、発電に関して異なる層の間のエアギャップに着目していない。本発明者は、この点が特許文献１の弱点であり、これに対処することを望んでいる。

米国特許第６，２９７，５７５号明細書

本発明は、エアギャップを最適化しないという上記の弱点を解決して、性能と発電電力の質を向上することを目的とする。

したがって、本発明は、１つのロータと複数のステータを備える発電装置であって、
前記ロータと前記複数のステータは、中心軸を中心に同軸且つ同心に配置されており、
前記複数のステータは、前記ロータの半径方向内方に設けられた内側ステータを含み、前記内側ステータと前記ロータは、内側のエアギャップによって分離されており、
前記複数のステータは、前記ロータの半径方向外方に設けられた外側ステータを含み、前記外側ステータと前記ロータは、外側のエアギャップによって分離されており、
各々の前記内側および外側ステータはそれぞれ内部に電流を誘導するように構成された巻線を有しており、
前記ロータは、使用中は前記電流を前記巻線内で誘導するように構成された複数の磁極を有する磁場を提供または生成するように構成された複数の磁極構造体を含み、
前記ロータは断面の厚さが均一ではなく、
前記ロータの内面は前記極構造体で半径方向内方に膨らみ、よって前記内側のエアギャップは、前記極構造体において半径方向に短く、前記極構造体間では半径方向に長いという点で不均一であり、
前記ロータの外面は前記極構造体で半径方向外方に膨らみ、よって前記外側のエアギャップは、前記極構造体において半径方向に短く、前記極構造体間では半径方向に長いという点で不均一である、発電装置を提供する。

言い方を変えれば、各磁極構造体の前記外面は、それが描く変位円弧より激しい曲率、またはより小さい曲率半径を有していてもよい。各磁極構造体の前記内面は、それが描く変位円弧より平坦であってもよく、または少なくともより緩やかな曲率、もしくはより大きい曲率半径を有していてもよい。

発電装置は、単一のロータおよび厳密に２つのステータしか持っていなくてもよい。

発電装置は、バックアイアンを含んでいてもよい。前記バックアイアンは、帰路を提供し、外方に向けて放射する磁場から前記ロータの磁性回路を閉じるのを助けることができる。前記バックアイアンは、外側ステータの周囲に設けてもよい。前記外側ステータおよび内側ステータ内に帰路ができて前記磁性回路を完成させることができる。前記内側帰路は、前記内側ステータの内面に位置し、前記外側帰路は、外側ステータの外面に設置してもよい。

なお、本開示の利点は、ロータによって生成された磁場を（内側ステータによって）前記ロータの内方、および（外側ステータによって）前記ロータの外方の両方に利用することである。これにより、磁場の電流への変換がより効率的に行われるようになる。

外側のエアギャップは、平均して、内側のエアギャップより半径方向に長くなっていても、または広くなっていてもよい。前記内側のエアギャップは、その半径方向に最も短い個所で５～５０ｍｍでもよい。前記内側のエアギャップは、その半径方向に最も長い個所で１０～９０ｍｍでもよい。前記外側のエアギャップは、その半径方向に最も短い個所で２０～１００ｍｍでもよい。前記外側のエアギャップは、その半径方向に最も長い個所で３０～１６５ｍｍでもよい。

前記内側ステータは、その巻線を収容するために、半径方向外方を向いた面に歯を有していてもよい。よって、前記巻線は、前記ロータの半径方向内面に近接するとともに対向していてもよい。

外側ステータは、その巻線を収容するために、半径方向内面に歯を有していてもよい。よって、前記巻線は、前記ロータの半径方向外面に近接するとともに対向していてもよい。

前記内側および外側ステータの前記それぞれの歯は、同じでも、または半径方向に整列してもよく、代わりに、前記内側および外側ステータの前記それぞれの歯は、不等でも、あるいは半径方向にずれていてもよい。

前記ロータは、隣接する磁極構造体の間の中間支持構造体を含んで、一定に、または途切れることなく円周方向に延びるロータとしてもよい。前記支持構造体は、前記磁場を伝導するまたは強化するように、鉄系の材料で作製されていてもよい。代わりに、前記支持構造体は、磁場の短絡を防ぐように非鉄系材料で作製されていてもよい。

内側ステータは、概ね円形の外面を呈する。これにより、前記内側のエアギャップは、（前記内側ステータの外面によって形成される）その内側の境界において概ね均一となってもよく、（前記ロータの内面によって形成される）外側の境界において不均一となってもよい。

前記外側ステータは、概ね円形の内面を呈する。これにより、前記外側のエアギャップは、（前記外側ステータの内面によって形成される）その外側の境界において概ね均一となってもよく、（前記ロータの外面によって形成される）その内側の境界において不均一となってもよい。

不均一なエアギャップの利点は、それらにより、よりよい、またはより望ましい出力波形が得られる可能性があることである。これには、より滑らかな波形、コギングの低減、および／または高調波歪みの低減などが含まれる。

１つのロータと２つのステータを備えた、本発明による発電装置の概略断面図である。 図１の発電装置の断面の拡大図である。 図１の発電機の概略的な流束密度ヒートマップを示す。 図１の発電機の概略的な流束密度ヒートマップを閾値と共に示す。 図１の発電機の内側ステータとロータの間の流束密度のグラフである。 図１の発電機の外側ステータとロータの間の流束密度のグラフである。 図１の発電機の内側ステータの位相電圧のグラフである。 図１の発電機の外側ステータの位相電圧のグラフである。 図１の発電機の内側ステータの位相電流のグラフである。 図１の発電機の外側ステータの位相電流のグラフである。 図１の発電機の内側ステータのトルクのグラフである。 図１の発電機のロータのトルクのグラフである。 図１の発電機の外側ステータのトルクのグラフである。

図１～図２は、本発明による、発電装置（略して単に「発電機」と称する）１００を示す。発電機１００は、その半径方向内側中心に中心軸を画定する中心アクスル１０２と、その半径方向外面にバックアイアン１０４を有する。発電機１００は、また、例えば、軸受、アクスル、フレーム、入力駆動装置、出力巻線などのような、一般的な発電機と共通の多くの特徴を有し、これらは、図示されていないが、当業者であれば、これらは本発明の一部を形成し得ることが理解されるであろう。

発電機１００は、内側ステータ１１０、中間ロータ１２０および外側ステータ１３０を有する。これらは、発電機１００の３つの同心円状の「層」と考えてもよい。ロータ１２０およびステータ１１０、１３０は、中心軸を中心として同軸である。内側ステータ１１０は、ロータ１２０の半径方向内方に設けられており、内側のエアギャップ１１２によって内側ステータ１１０とロータ１２０が分離されている。外側ステータ１３０は、ロータ１２０の半径方向内方に設けられ、外側ステータ１３０とロータ１２０は、外側のエアギャップ１３２によって分離されている。

内側ステータ１１０および外側ステータ１３０はそれぞれ内部に電流を誘導するように構成された巻線１１４、１３４を有している。それに対応して、ロータ１２０は、使用中は電流を巻線１１４、１３４内で誘導するように構成された複数の磁極を有する磁場を提供または生成するように構成された複数の磁極構造体１２２、１２４を有する。各磁極は、界磁巻線１２４が埋め込まれた磁性体１２２を備え、よって、磁極構造体１２２、１２４は、この例では、電磁石である（他の例では、永久磁石でもあり得る）。ロータ１２０は、中間支持構造体１２６を含み、磁極構造体１２２、１２４の間に支持構造体を提供している。

ロータ１２０は、一般的に環状であるが、あまり均一ではなく、さらに具体的には、ロータ１２０は、断面の厚さが均一ではない。これは、発電機１００の拡大断面を示す図２を見ればより明らかとなろう。ロータ１２０の内面は極構造体１２２、１２４で半径方向内方に膨らみ、よって内側のエアギャップ１１２は、極構造体１２２、１２４において半径方向に短い（矢印１１２．１で示す）という点で不均一である。内側のエアギャップ１１２は、極構造体１２２、１２４の間、すなわち、中間構造体１２６の位置にある、または中間構造体１２６と半径方向に整列している位置において半径方向に長い（矢印１１２．２で示す）。

外側のエアギャップ１３２も、それが平均的に内側のエアギャップ１１２より広く／半径方向に長くなっているものの、同様の構成を有する。より具体的には、ロータ１２０の外面は極構造体１２２、１２４で半径方向外方に膨らみ、よって外側のエアギャップ１３２は、極構造体１２２、１２４において半径方向に短く（矢印１３２．１で示す）、中間構造体１２６における極構造体１２２、１２４間では半径方向に長い（矢印１３２．２で示す）。

この距離は、表１に示す、次のような範囲でよい。

磁性体１２２の形状は、磁束密度を示す図３でも明らかである。磁性体１２２は、（中心軸と同心で中心軸から等距離にある、より従来の円弧上に湾曲した内面に対して内方に膨らんでいると考えられる）平坦な内面を有する。言い換えれば、磁性体１２２の内面は、使用中の内面によって描かれる変位円弧より小さい。

同様に、磁性体１２２の外面は、より従来の一定に湾曲した外面が有するよりも湾曲しており（あるいは、曲率半径が小さい）、これは、磁性体１２２の外面によって描かれる変位円弧より湾曲がきついため、外方への膨らみであると考えられる。

発明者は、発電機１００のシミュレーションおよびテストを行った。シミュレーションの結果を図３～１１にまとめる。シミュレーションの特定のパラメータは表２に示している。

発電機１００の利点の一つは、補正、調整、または整流回路を必要とせず、低い全高調波歪み（ＴＨＤ）で電気出力（すなわち、出力の電圧および電流特性）を生成することである。

図３～４は、使用中の発電機１００の磁束密度ヒートマップ２０２、２０４を示す。図５～１１は、発電機１００の特性の様々なグラフ２０６～２２４であって、
グラフ２０６は、内側ステータ１１０およびロータ１２０の間の流速密度を示し、
グラフ２０８は、外側ステータ１３０およびロータ１２０の間の流速密度を示し、
グラフ２１０は、内側ステータ１１０の位相電圧を示し、
グラフ２１２は、外側ステータ１３０の位相電圧を示し、
グラフ２１４は、内側ステータ１１０の位相電流を示し、
グラフ２１６は、外側ステータ１３０の位相電流を示し、
グラフ２２０は、内側ステータ１１０のトルクを示し、
グラフ２２２は、ロータ１２０のトルクを示し、
グラフ２２４は、外側ステータ１３０のトルクを示す。

グラフ２０６～２２４の特定値は、直接関連がないものの、グラフ２０６～２２４の形状は関連しており、各種出力特性の相対的な滑らかさを示している。

発明者は、本開示は他の利点および特性を有する可能性があると記している。ロータ１２０の内面および外面の両方の磁場を利用する。内側のエアギャップ１１２のＦＦＴの後に読み取れる磁束は、０．３Ｔ～０．９９Ｔの間でよく、外側のエアギャップ１３２に関しては０．２Ｔ～０．９５Ｔの間でよい。

従来の発電機の設計では、高調波は、電流の増加に伴って増加するが、本発電機１００の設計において、高調波に関して生成された電力の質が良好であるという点で、良好な結果が得られる。この実施例では、内側ステータ１１０の電流が一定に保たれれば、外側ステータ１３０の電流（特に、外側ステータ１３０の巻線１３４）が、ある一定の点まで増加すると、高調波の低減（従来の発電機の設計に比べて）が見られる、ここで、内側のエアギャップ１１２は、その最短距離において１５ｍｍ～５５ｍｍの範囲であり、その最長距離において５５ｍｍ～９５ｍｍの範囲であり、外側のエアギャップ１３２は、その最短距離で２５ｍｍ～５５ｍｍの範囲であり、その最長距離で６０ｍｍ～１２０ｍｍの範囲であり、外側ステータ１３０の電流が上昇し、内側ステータの電流が一定１１０に保たれると、外側ステータの電圧の高調波と全高調波歪みが少なくとも０．４４％に低減されるという点が改善される。

この点から、外側ステータ１３０にかかる電流が増加すると、高調波が増加し始める。内側ステータ１１０と外側ステータ１３０の両方の電流が増加すると、内側ステータ１１０および外側ステータ１３０の両方において、高調波及び全高調波歪率が減少する。高調波の減少は、外側ステータ１３０においてより顕著である。一方、外側ステータ１３０にかかる電流が減少すると、外側ステータ１３０の高調波は、従来の設計とは相反して増加する。これらはすべて、内側ステータ１１０の電流が一定の値（定格電流）に維持されているときに発生する。外側ステータに係る定格電流の半分では、高調波は、定格電流時より高くなる。内側ステータ１１０と外側ステータ１３０の両方の電流が増加すると、内側ステータ１１０と外側ステータ１３０の両方において高調波および全高調波歪率が低減され、ここで内側のエアギャップ１１２は、その最短距離において２５ｍｍ～６５ｍｍの範囲であり、その最長距離において４５ｍｍ～１１０ｍｍの範囲であり、外側のエアギャップ１３２は、その最短距離で６５ｍｍ～１１０ｍｍの範囲であり、その最長距離で９４ｍｍ～１４０ｍｍの範囲であり、内側ステータ１１０と外側ステータ１３０両方の電流が上がると、内側ステータ１１０および外側ステータ１３２両方の高調波と全高調波歪みが少なくとも４％だけ低減される。

他の有益な実施形態では、外側ステータ１３０が、電力の品質を損なうことなく、従来設計された電力発生装置の電流フローよりも高い電流で動作可能である。電流は、比較的従来の設計値の１００％を超えるまで増加させてもよく、これにより、消費者への電力供給の品質を損なうことなく出力を増加させる。電流が５０％増加すると、外側ステータ１３０上の全体の高調波は、０．８８％まで上昇する。外側ステータ１３０の電流は、依然として１００％まで上昇してもよく、これによって、電力発生装置の電圧高調波に関する品質を損なうことなく、発電機１００の性能を改善する。電流が１００％増加すると、高調波が外側ステータの全高調波の３％のＴＨＤリミットに近づき、高調波の国際的な許容基準であるＩＥＥＥ５１９規格は３％である。外側ステータ１３０は、構成を変更することなく、正しい品質レベルではるかに大きい電力を生成することができる。

高調波規格は、外側ステータ１３０の差し当っての難問ではないが、内側ステータ１１０は、外側ステータ１３０と比べて逆の反応を示す。内側ステータ１１０の高調波は、電流の増加とともに増加してもよく、一方、このレベルの外側ステータ１３０の電流の増加に伴って外側ステータ１３０の高調波は減少してもよい。これは、内側ステータ１１０と外側ステータ１３０の両方の電流が増加するまでのケースであり、非常に予想外のことである。この場合、内側のエアギャップ１１２は、その最短距離において２５ｍｍ～８５ｍｍの範囲であり、その最長距離において６５ｍｍ～１００ｍｍの範囲であり、外側のエアギャップ１３２は、その最短距離で３５ｍｍ～５５ｍｍの範囲であり、その最長距離で６３ｍｍ～１２０ｍｍの範囲であり、内側ステータ１１０の電流が下がると、内側ステータ１１０および外側ステータ１３０両方の高調波と全高調波歪みが少なくとも３％だけ低減される。

内側ステータ１１０は、電流が増加すると、高調波も増加するという点で従来の発電機と同様に反応する。内側ステータ１１０は、低電圧用に設計してもよく、外側ステータ１３０は、同時に、また、同じ構成にするために、より高い電流でより高い電圧用に設計されていてもよい。この動作構成では、内側ステータ１１０の貢献度は全体の発電機の出力の１３％程度と低いかもしれないが、一方で、外側ステータの貢献度は、電気出力の８７％となり得る。外側ステータ１３０の電流がある一定の点を超えて増加すると、内側ステータ１１０の高調波は減少する。すなわち、外側ステータ１３０の電流が＋１００％だけ増加すると、内側ステータ１１０の高調波は１０％だけ減少するので、高調波を許容基準内に収めるための最適な動作点は、より高い電流で外側ステータ１３０を動作させることであると示していると考えられる。この動作では、外側ステータ１３０を大型にして、外側ステータ１３０に、より大きい導体を使用してより大きい電流を流すことができるようにすることが必要である。内側ステータ１１０も、より大型にして、より大きい導体を収容することができる。内側ステータ１１０がオフラインで、外側ステータ１３０がオンロードの時、外側ステータの高調波は変化しないという意外な結果が出ている。

２つのエアギャップ１１２、１３２があるという事実は、磁極の２つの分散層が使用できるということを意味する。よって、この配置により、ロータ１２０の２つの面の両方を利用して電力を生成することができるようになる。磁極構造体１２２、１２４の両面の磁場を利用することは、本開示の利点である。この、これまで使われていなかった磁場が従来の設計のロータ表面のシャフトに取り付けられていた表面上にあり、この磁場は、技術的には、利用されている別の面と同じ寸法であり、同じ特性を持っている。従来の設計では、発電機は１つのロータと１つのステータを有し、これにより、磁極の他方の表面は、それが利用されている表面の全ての特性を有していても、この他方の表面は決して利用されることはないという状況にある。

エアギャップ１１２、１３２および磁束は、性能と、発電機１００によって生成された電力の品質に影響を及ぼすため、重要な役割を果たす。内側のエアギャップ１１２は、極の中心では５ｍ～５０ｍｍであってよく、極の端部では１０ｍｍ～９０ｍｍに増加し、外側のエアギャップ１３２は、極の中心では、２０ｍｍ～１００ｍｍであってよく、極の端部では３５ｍｍ～１６５ｍｍまで増加する。内側ステータと、ロータの磁極との間の内側のエアギャップ１１２の中心点でのＦＦＴＢｒ値（磁束）の読み取り値は、０．３Ｔおよび０．９９Ｔでよく、外側のエアギャップ１３２では、０．２Ｔ～０．９５Ｔでよい。外側のエアギャップ１３２の増加により、磁束の読み取り値は、内側のエアギャップ１１２のそれと比較して非常に低くてもよい。流量の読み取り値が低いと、低電圧の発生につながる。

この低電圧の発生を解決するために、外側ステータ１３０の直径／寸法も増加して、より多くの巻線１３４によって、そしてまた、外側ステータのスロットサイズ（深さ）を増加することによって、発生する電圧を増加してもよく、より大きい寸法の導体を使用しても、あるいは、より多くの巻線１３４を使用してもよい。磁場は外側のエアギャップ１３２まで長い距離移動しても、外側ステータ１３０の全体の寸法が、低い磁束密度を補う。内側ステータ１１２は、低い電圧を発生してもよく、一方で、外側ステータ１３０は、より高い電圧を発生してこの発電機１００の性能と柔軟性を向上させてもよい。発電機１００は、内側ステータ１１０および外側ステータ１３０の両方においてより高い電圧を発生する場合があり、また２つのステータ１１０、１３０は、ステータのより高い電圧と比較したときにほとんど発電機を劣化させるような低電圧を発生する場合がある。（低電圧は、一般的に１０００Ｖを下回る電圧と見なされ、高電圧は、１０００Ｖを超える電圧とみなされる。）低電圧と高電圧を比較すると、高電圧は、低電圧より大きい電力を、構成を変更することなく発生することができる。この設計は、特に、風力、推力、および地熱などの再生可能な低燃費用途に適用するのにより適している。

発電機１００は、より高レベルの電流を発生可能にする低電圧高調波に基づいて商業的成功を達成するための多くの特徴を有していてもよく、それによって、そのサイズの割には多くの電力を発生することができる。手頃な価格でより高品質な電力を提供することが長い間求められてきた。この実施形態は、この市場の満たされていないニーズを解決するものである。このレベルの電力品質は、それに伴って、その電気の使用者や、電力の送電や配電にも多くの経済的および安全面での利益をもたらすものである。これは、また、高調波に対して繊細な電気機器にも利点をもたらす。高レベルの電力出力により、出力／質量（ｋＷ／ｋｇ）比は、従来の発電機と比較して高くなる。発電機１００のこの能力により、設備投資コストを電力コスト（セント／ｋＷ）単位で削減することができる。２つのステータ１１０、１３０と単一のロータ１２０の存在が相乗効果を奏して、低電圧高調波を生成するという、予想外の優れた効果として現れる。

単一のステータの電流が増加すると、高調波も増加するような従来の発電機とは対称的に、外側ステータ１３０の電流が増加すると、内側ステータ１１０と外側ステータ１３０の高調波が減少する。もう一つの対称的な優れた効果は、内側ステータ１１０がオンロードであり、外側ステータ１３０に負荷がかかると、発電機１００への入力電力が顕著に減少することである。内側ステータ１１０と外側ステータ１３０の両方にかかる電流が増加すると、２つのステータ１１０、１３０に対する電圧高調波が減少し続ける。

条項
１．２つのステータの間に１つのロータを有する３層の電力発生装置であって、内側ステータと磁極ロータの内面との間のエアギャップが極の中心では５ｍｍ～５０ｍｍであって、前記極の端部では１０ｍｍ～９０ｍｍに増加し、前記ロータの外面と外側ステータの内面との間の前記外側ステータのエアギャップは、前記極の中心では２０ｍｍ～１００ｍｍであって、前記極の端部では３５ｍｍ～１３０ｍｍに増加し、前記内側ステータと前記ロータ上の前記磁極の間の内側のエアギャップの中心点でのＦＦＴＢｒ値（磁束）の読み取り値は、０．３Ｔおよび０．７Ｔであり、前記ロータ上の磁極の外面と前記外側ステータの内面との間の外側のエアギャップの場合は０．２Ｔ～０．６Ｔである、発電装置。
２．前記ロータが同等の電力出力を得るための従来のロータより小さい点が改善されている、条項１に記載の発電装置。
３．前記ステータが従来のステータの寸法より大きい点が改善されている、条項１に記載の発電装置。
４．前記内側のエアギャップが前記極の中心では５ｍｍ～５０ｍｍであって、前記極の端部では１０ｍｍ～９０ｍｍに増加し、前記外側ステータのエアギャップは、前記極の中心で２０ｍｍ～１００ｍｍであって、前記極の端部では３５ｍｍ～１３０ｍｍに増加し、前記外側ステータ上の高調波が、前記外側ステータのみの電流の増加とともに減少するという点で改善されている、条項１に記載の発電装置。
５．前記内側のエアギャップが前記極の中心では５ｍｍ～５０ｍｍであって、前記極の端部では１０ｍｍ～９０ｍｍに増加し、前記外側ステータのエアギャップは、前記極の中心で２０ｍｍ～１００ｍｍであって、極の端部では３５ｍｍ～１３０ｍｍに増加し、前記内側ステータ上の高調波が、前記外側ステータのみの定格電流地点からの電流の増加とともに減少するという点で改善されている、条項１に記載の発電装置。
６．前記ステータの巻線がらせん状に重ねて巻かれている点が改善されている、条項２に記載の発電装置。
７．前記外側ステータを、より高い電流で動作させても、依然として正しい高調波レベルを維持することを特徴とする、条項１に記載の三発電装置。
８．前記内側ステータが低電圧を発生し、前記外側ステータが高電圧を発生する、または両方が高電圧を発生する、条項１に記載の三層式発電装置。
９．Ｖ請求項１の発電装置であって、前記内側のエアギャップがその最短距離において５ｍｍ～５０ｍｍの範囲であり、その最長距離において１０ｍｍ～９５ｍｍであって、前記外側のエアギャップはその最短距離で２０ｍｍ～１４０ｍｍの範囲であり、その最長距離で３０ｍｍから１６５ｍｍの範囲である、条項１に記載の三層式発電装置。

１００ 発電装置、発電機
１０２ 中心アクスル
１１０ 内側ステータ
１１２ 内側のエアギャップ
１２０ （中間）ロータ
１３０ 外側ステータ
１３２ 外側のエアギャップ
１１４，１３４ 巻線
１２２、１２４ 磁極構造体

Claims (15)

1. １つのロータと複数のステータを備える発電装置であって、
   前記ロータと前記複数のステータは、中心軸を中心に同軸且つ同心に配置されており、
   前記複数のステータは、前記ロータの半径方向内方に設けられた内側ステータを含み、前記内側ステータと前記ロータは、内側のエアギャップによって分離されており、
   前記複数のステータは、前記ロータの半径方向外方に設けられた外側ステータを含み、前記外側ステータと前記ロータは、外側のエアギャップによって分離されており、
   各々の前記内側および外側ステータはそれぞれ内部に電流を誘導するように構成された巻線を有しており、
   前記ロータは、使用中は前記電流を前記巻線内で誘導するように構成された複数の磁極を有する磁場を提供または生成するように構成された複数の磁極構造体を含み、
   前記ロータは断面の厚さが均一ではなく、
   前記ロータの内面は前記極構造体で半径方向内方に膨らみ、よって前記内側のエアギャップは、前記極構造体において半径方向に短く、前記極構造体間では半径方向に長いという点で不均一であり、
   前記ロータの外面は前記極構造体で半径方向外方に膨らみ、よって前記外側のエアギャップは、前記極構造体において半径方向に短く、前記極構造体間では半径方向に長いという点で不均一である、発電装置。
2. 前記ロータは、平均または中程度の曲率半径を有し、前記極構造体の間の半径方向内面および外面は前記平均曲率半径と同心の曲率半径を有する、請求項１に記載の発電装置。
3. 各前記磁極構造体の前記外面は、それが描く変位円弧より小さい曲率半径を有し、
   各前記磁極構造体の前記内面は、それが描く変位円弧より大きい曲率半径を有する、請求項１に記載の発電装置。
4. 前記外側のエアギャップは、平均して、前記内側のエアギャップより半径方向に長く、または広い、請求項１に記載の発電装置。
5. 前記内側のエアギャップはその半径方向に最も短い個所で５～５０ｍｍである、請求項１に記載の発電装置。
6. 前記内側のエアギャップはその半径方向に最も長い個所で１０～９５ｍｍである、請求項１に記載の発電装置。
7. 前記外側のエアギャップはその半径方向に最も短い個所で２０～１００ｍｍである、請求項１に記載の発電装置。
8. 前記外側のエアギャップはその半径方向に最も長い個所で３０～１６５ｍｍである、請求項１に記載の発電装置。
9. 前記ロータは、隣接する磁極構造体の間の中間支持構造体を含んで、一定に、または途切れることなく円周方向に延びるロータを提供する、請求項１に記載の発電装置。
10. 前記内側ステータは、概ね円形の外面を提供し、前記内側のエアギャップは、前記内側ステータの前記外面によって提供されるその内側の境界において概ね均一であるが、前記ロータの前記内面によって提供されるその外側の境界においては、不均一である、請求項１に記載の発電装置。
11. 前記外側ステータは、概ね円形の内面を提供し、前記外側のエアギャップは、前記外側ステータの前記内面によって提供されるその外側の境界において概ね均一であるが、前記ロータの前記外面によって提供されるその内側の境界においては、不均一である、請求項１に記載の発電装置。
12. 前記内側のエアギャップが、その最短距離で１５ｍｍ～５５ｍｍの範囲であり、その最長距離で５５ｍｍ～９５ｍｍの範囲であり、
    前記外側のエアギャップが、その最短距離で２５ｍｍ～５５ｍｍの範囲であり、その最長距離で６０ｍｍ～１２０ｍｍの範囲であり、
    前記外側ステータの電流が増加し、前記内側ステータの電流が一定に保たれると、前記外側ステータにかかる前記電圧の全高調波歪みが少なくとも０．４４％に低減される、請求項１に記載の発電装置。
13. 前記内側のエアギャップが、その最短距離で２５ｍｍ～６５ｍｍの範囲であり、その最長距離で４５ｍｍ～１１０ｍｍの範囲であり、
    前記外側のエアギャップが、その最短距離で６５ｍｍ～１１０ｍｍの範囲であり、その最長距離で９４ｍｍ～１４０ｍｍの範囲であり、
    前記内側ステータと前記外側ステータの両方の電流が増加すると、前記内側ステータおよび前記外側ステータの両方において、高調波および全高調波歪みが少なくとも４％減少する、請求項１に記載の発電装置。
14. 前記内側のエアギャップが、その最短距離で２５ｍｍ～８５ｍｍの範囲であり、その最長距離で６５ｍｍ～１００ｍｍの範囲であり、
    前記外側のエアギャップが、その最短距離で３５ｍｍ～５５ｍｍの範囲であり、その最長距離で６３ｍｍ～１２０ｍｍの範囲であり、
    前記内側ステータ上に流れる電流が減少すると、前記内側ステータおよび前記外側ステータの両方において、高調波および全高調波歪みが少なくとも３％減少する、請求項１に記載の発電装置。
15. 前記内側のエアギャップが、その最短距離で５ｍｍ～５０ｍｍの範囲であり、その最長距離で１０ｍｍ～９５ｍｍの範囲であり、
    前記外側のエアギャップが、その最短距離で２０ｍｍ～１４０ｍｍの範囲であり、その最長距離で３０ｍｍ～１６５ｍｍの範囲である、請求項１に記載の発電装置。

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