JP2024502179A - バイポーラ誘導電気機械 - Google Patents

Abstract

周方向に配置された複数のステータモジュールを備えるステータ装置であって、各ステータモジュールが、集中アーマチャ巻線と嵌合されて内側に面する湾曲ステータ磁極面で終端する軸方向に配置されて離間する複数のステータ磁極要素を備える、ステータ装置と、ステータ装置内に回転可能に且つ同心円状に収容されるロータ装置であって、軸方向に配置された複数のロータモジュールを備え、各ロータモジュールが、ステータ装置内に収容された固定同心磁場励磁器コイルの両側で軸方向に移動される一対の湾曲ロータ磁極要素を備える、少なくとも１つの周方向に配置された湾曲バイポーラ部材を備える、ロータ装置と備えるバイポーラ誘導電気機械が提供される。湾曲ロータ磁極要素は、それらの間に均一な空隙を画定し、したがって軸方向にセグメント化された複数の多極磁束回路をもたらすように、ステータ磁極面に対して同心円状に配置される。

Description

本発明は、軸方向にセグメント化された複数の磁束回路を備えるバイポーラ誘導同期電気機械に関する。特に、機械は、それぞれが軸方向に配置された複数の磁極要素を有するステータモジュールの周方向配列を備えるステータ装置と、それぞれが対応する形状の起電力波形（電気オルタネータの場合）又は逆起電力（モータの場合）を誘導するバイポーラ形状界磁極の少なくとも１つのセットを備える、軸方向に配置された複数のロータモジュールを有する対応するロータ装置とを有する。

電気機械は、一般に、２つの主要な構成要素、すなわち、動作中に静止したままである機械の部分であるステータと、動作中に回転する機械の部分であるロータとを備える。高レベルでは、電気機械は、ロータを回転させて回転機械力を生成するために電気が機械に供給される電気モータ（線形機械は直線的に移動する部分を有するが）、又は起電力波形の形態で電気を生成するためにロータが回転される電気オルタネータのいずれかであってもよい。モータとオルタネータとの間の互換性は周知であり、したがって、「電気機械」という用語は、モータ又はオルタネータのいずれかを指すために本明細書で使用される。

ひいては、多くの異なる種類の電気機械が存在する。電気機械の２つの主要部分は、機械的又は電気的な用語で説明することができる。機械的に言えば、前述したように、ロータは回転部であり、ステータは機械の静止部である。電気的に言えば、アーマチャが設けられ、アーマチャは発電構成要素であり、磁場は電気機械の磁場構成要素である。アーマチャは、ロータ又はステータのいずれかにあってもよいが、この場合、アーマチャはステータにある。磁場は、ロータ又はステータのいずれかに取り付けられた電磁石又は永久磁石のいずれかによって与えられ得るが、この場合には、ロータが磁場を与える。

オルタネータに関しては、２つのタイプ、すなわち、機械的エネルギーを交流（ＡＣ）電気に変換するＡＣオルタネータがある。ＡＣオルタネータは、誘導オルタネータ又は同期オルタネータの形態をとってもよい。前者では、ステータ磁束がロータに電流を誘導する。次いで、原動機は、同期速度を超えてロータを駆動し、それにより、対向するロータ磁束がステータコイルに電流を誘導し、したがって電力を送電網に送り返す。後者、すなわち同期オルタネータでは、磁場のための電流が別個のＤＣ電流源によって供給される。本発明は、同期機械として最も良く説明することができ、（本発明の主な実施形態において）同期オルタネータに関連して主に説明される。完全を期すために、ＤＣオルタネータは、機械的エネルギーを直流（ＤＣ）電気エネルギーに変換するものである。ＤＣオルタネータは、一般に、交流電流の代わりに直流電流を生成するスプリットリングを伴う整流子を有し、整流子又はスプリットリングを使用しないことが本発明の特定の目的である。

電気モータに関して、これらの機械は電気エネルギーを機械的エネルギーに変換し、この場合、磁場と通電導体とが相互作用して回転力（又はリニアモータに関しては直線力）を生成する。この場合も先と同様に、２つの主なタイプ、すなわちＡＣモータ及びＤＣモータがある。

ＡＣモータは、ＡＣ電流を機械的エネルギーに変換し、一般に、回転磁場を生成するために交流電流が供給されるコイルを有する外側固定ステータと、回転磁場によってトルクが与えられる出力シャフトに取り付けられた内側ロータとを備える。２つの主要なタイプのＡＣモータは、使用されるロータのタイプによって区別される。第１のタイプは誘導（非同期）モータであり、この場合、誘導電流によってロータ磁場が生成される。ロータは、誘導電流を供給するためにステータ磁場よりも僅かに遅く（又は速く）回転する。第２のタイプは、誘導に依存せず、したがって供給周波数で正確に回転することができる同期モータである。この場合、ロータの磁場は、スリップリングを介して送達され、したがってロータ巻線を励磁する直流によって、又はロータに取り付けられた永久磁石によって生成される。

ブラシ付きＤＣ電気モータなどのＤＣモータは、内部整流、固定永久磁石、及び回転電磁石を使用して、モータに供給されるＤＣ電力から直接にトルクを生成する。ブラシ及びばねは、整流子からモータ内部のロータの回転ワイヤ巻線に電流を運ぶ。ブラシレスＤＣモータは、ロータ内の回転永久磁石と、モータハウジング上の固定電磁石とを使用する。

更に他の機械タイプにおいて、永久磁石機は、磁場を設定する永久磁石をロータ内に有する。ネオジム磁石などの最新の永久磁石によって生成される磁場は比較的強く、このことは、永久磁石機械が、連続動作中のロータコイルを有する機械よりも良好なトルク／体積及びトルク／重量比を有する傾向があることを意味する。永久磁石機械の永久磁石は既にかなりの磁気抵抗を導入するため、空隙及びコイルの磁気抵抗はあまり重要ではない。これは、永久磁石機を設計する際にかなりの自由度を与える。

一方向磁束誘導に基づく図１に示されるタイプのホモポーラ誘導オルタネータ１０について特に言及すべきである。この構成では、図１の下端にある１ピースＨＩＡロータ１２は、一対の離間したオフセットされた（又は点線の輪郭１５で示すように互い違いになった）歯付きロータ構成要素１６、１８を有する中央シャフト１４を備える。周囲のステータ２５のステータコア２２（ステータヨーク２４に隣接する）における界磁巻線２０、一般的には銅リング／コイルは、各歯付きロータ構成要素１６、１８の極を通る磁束を誘導し、例えば、第１のロータ構成要素１６の歯付き極は、Ｎ極の磁気極性を有してもよく、したがって逆に、第２のロータ構成要素１８の歯付き極は、Ｓ極の磁気極性を有してもよい。したがって、アーマチャ巻線２６は、ロータ１２がステータ２５内で回転するときに交互の極性を受け、脈動するＤＣ磁束を生成する。回転巻線がないことは、それが本質的に信頼性の高い機械１０であることを意味し、したがって、航空宇宙、ミサイル及びガスタービン用途の主な選択肢である。これらのオルタネータ１０は、通常、軽量化のために磁極数が多いことに起因して高周波数を有する。高周波に加えて、出力電圧は理想的な正弦波形からはほど遠い。２つ又は４つの極を伴う機械は、より正弦波の波形を有することができるが、スロット高調波に悩まされ、多くの用途にとって非常に重い。

歯付きロータ構成要素１６、１８の回転は、それ自体とステータ２５との間に可変導磁度を作り出し、ファラデーの法則に従ってステータ巻線２６に電圧を生成する。可変導磁度から生じる磁束密度は決して反転しないので、磁気回路に流れるＤＣ磁束をもたらす比較的大きなＤＣ成分を有する。このフラックスを支持するのに十分な鉄が供給されなければならず、したがって機械１０は、ＤＣ成分を有さない巻線型ロータ機械よりも本質的に重い。したがって、固有のトレードオフは、重量対より高い信頼性である。

最後に、スイッチドリラクタンスモータ及び可変リラクタンスモータは両方とも、ロータが突極を形成するように成形された積層「ソフト」磁性材料から作製されることを除いて、ブラシレス永久磁石モータと同様の同期モータである。リラクタンスはロータ位置によって変化する。ロータは、磁束線と整列する傾向がある。コイルは、所望の速度で適切な順序でデジタル的に整流される（オン及びオフに切り替えられる）。同期リラクタンスモータでは、コイルを駆動するために正弦波が使用される。二重顕著性のために、この設計は、トルクリップル、構造共振、及び音響ノイズに悩まされる。

前述したように、典型的な機械の欠点に対処するために、本発明の主な重複する目的は以下の通り、すなわち、
－軸方向にセグメント化された複数の磁束回路を備えるバイポーラ誘導同期電気機械を提供すること、
－それぞれが軸方向に配置された複数の磁極要素を有するステータモジュールの周方向配置を備えるステータ装置と、それぞれが対応する形状の起電力波形（電気オルタネータの場合）又は逆起電力（モータの場合）を誘起するバイポーラ形状界磁極の少なくとも１つのセットを備える数の軸方向に配置された複数のロータモジュールを有する対応するロータ装置とを有する機械を提供すること、
－磁束反転をもたらし、保証し、したがって従来のホモポーラ誘導オルタネータの大きなＤＣ成分を克服するために交流磁極を伴うアーマチャコアを有するアーマチャ装置を提供すること、
－スリップリング、整流子又はロータ巻線のない、磁石なし同期機械を提供すること、
－スロットレスステータを提供し、したがってスロット高調波を排除すること、
－優れた冷却のために機械の外側部分に位置された集中コイルを伴う同期モータ又はオルタネータを提供すること、
－通常のモータ及びオルタネータの場合のように、特別な工具又は技能を伴うことなく容易に製造することができる集中コイルを伴う同期モータ又はオルタネータを提供すること、
－単純な積層ケイ素鋼ステータを有する同期モータ及びオルタネータを提供すること、
－単純な積層ケイ素鋼ロータ磁極を有する同期モータ及びオルタネータを提供すること、
－単純な鋳造又は機械加工された鋼製ロータ磁極を有する同期モータ及びオルタネータを提供すること、
－交互配置するロータ磁極間に十分な間隙を有し、磁束漏れを最小化する同期モータ及びオルタネータであって、これらの極が切頭されていない一体の全体を画定する、同期モータ及びオルタネータを提供すること、
－地鉄質量を低減するためにセグメント化された磁気回路を有する同期モータ及びオルタネータであって、セグメントの数が極の数とは無関係である、同期モータ及びオルタネータを提供すること、及び
－実質的にコギングのない同期モータ及びオルタネータを提供すること、
である。

本発明の特定の目的は、以下の通り、すなわち、
－正弦波起電力波形を有する３相同期モータ又はオルタネータを提供すること、
－高品質、リップルのないトルク及び高効率の単純な方形波によって駆動される三角形又は二重台形起電力を有する２相同期モータを提供すること、
－リップルのない高品質ＤＣ出力を供給するために各相が完全に整流されて直列に接続される三角形又は二重台形起電力を有する２相オルタネータを提供すること、
－上記の２相オルタネータによって駆動される正方形逆起電力波形を有する２相モータを提供すること、
－三角波ドライブで駆動する正方形逆起電力波形を有する２相モータを提供すること、
－無限分解能速度及び位置検知のために集中巻回された単純なセンサコイルを有する２相又は３相同期モータ及びオルタネータを提供すること、及び
－三角形又は二重台形起電力波形を誘導するための平行四辺形極を有する２相同期モータ及びオルタネータを提供すること、
である。

本発明の第１の態様によれば、
周方向に配置された複数のステータモジュールを備えるステータ装置であって、各ステータモジュールが、集中しているアーマチャ巻線と嵌合されて内側に面する湾曲（又は弓形、扇形円筒形）されたステータ磁極面で終端する軸方向に配置されて離間する複数のステータ磁極要素を備える、ステータ装置と、
ステータ装置内に回転可能に且つ同心円状に収容されるロータ装置であって、軸方向に配置された複数のロータモジュールを備え、各ロータモジュールが、ステータ装置内に収容された固定同心磁場励磁器コイルの両側で軸方向に移動される一対の湾曲されたロータ磁極要素を備える、少なくとも１つの周方向に配置された湾曲された（又は弓形、扇形円筒形）バイポーラ部材を備える、ロータ装置と、
を備え、
湾曲されたロータ磁極要素は、湾曲されたロータ磁極要素の間に均一な空隙を画定し、したがって軸方向にセグメント化された多極磁束回路をもたらすようにステータ磁極面に対して同心円状に配置され、各ロータ磁極要素の軸方向寸法は、ロータ装置の回転中にロータ磁極要素とステータ磁極面との間の重なりを変化させるように変わり、したがってステータ磁極要素のアーマチャ巻線に所定の起電力波形を誘起する、
バイポーラ誘導電気機械が提供される。

一実施形態において、軸方向に配置されて離間されるステータ磁極要素は、共通のステータヨーク（又はコア、又は地鉄）によって接合され、各ステータ磁極要素は、バイポーラ誘導電気機械の中心に向かって径方向内側に延在又は突出し、各ステータ磁極要素は、集中しているアーマチャ巻線を収容するための（突出する又は突き出た）ステータステム（又は脚部）を備え、ステータ磁極要素は、その遠位端が湾曲されたステータ磁極面を画定するステータ磁極で終端することにより、周方向に配置された複数のステータ磁極要素が、実質的に円筒形のステータ磁極面を画定し、固定同心磁場励磁器コイルは、隣接する軸方向に配置されて離間されるステータ磁極要素の隣接するステータ磁極間に収容される。

一実施形態において、ステータ装置は、密閉されたステータ本体を画定するように互いに接合された軸方向に配置された複数の多角形ステータフレームモジュールを備え、各ステータフレームモジュールは、周方向に配置されたステータモジュールの数に対応する複数のステータフレームモジュール構成要素を備え、各ステータフレームモジュール構成要素は、ステータ磁極要素を収容するための開口部又はスロットを画定する。

一実施形態において、位置／速度を決定するためにピックアップセンサコイルコア要素を収容するべく周方向に配置されたステータモジュール間に周方向隙間が画定されてもよい。センサコイルは、２つの端部を有するコアの周りに巻回され、各端部は、２つのステータモジュール間の空間内に位置される。

一実施形態において、ロータ装置は、軸方向に配置された複数のロータモジュールを支持する回転可能なシャフトを含み、各ロータモジュールの各バイポーラ部材が、支持アーム装置を介してシャフトに接続され、各バイポーラ部材は、対応する離間した一対のステータ磁極面を有することにより、各ロータ磁極要素が対応する同心ステータ磁極要素と整列する。

一実施形態において、各ロータ磁極要素は、
バイポーラ部材を組み合わせて画定する隣接するロータ磁極要素の対応する内縁から離間される実質的に直線状の内縁であって、この離間間隔が隣接するステータ磁極要素の隣接するステータ磁極面間の間隔に対応する、実質的に直線状の内縁と、
成形された外縁であって、内縁と外縁との間に成形された湾曲されたロータ磁極面を画定するように成形され、湾曲されたロータ磁極面と、対応するステータ磁極要素の対応する湾曲されたステータ磁極面とが、湾曲されたロータ磁極面と対応する湾曲されたステータ磁極面の間に均一な空隙を画定する、成形された外縁と、
を備え、
固定同心磁場励磁器コイルは、バイポーラ部材を励磁するように各ロータモジュールの中心を取り囲み、成形されたロータ磁極面は、回転中に、隣接するステータ磁極面との可変領域の重なりをもたらすことにより、ステータ磁極要素を通る磁束を変化させ、これにより、ステータ磁極要素のアーマチャ巻線に対応する形状の起電力波形を誘起する。

一実施形態において、各軸方向に配置されたロータモジュールは、専用の同心磁場励磁器コイルによって別々に励磁され、各ロータモジュールは、バイポーラ部材を画定するように軸方向に配置された固有のＮ極及びＳ極を有する。

一実施形態において、１つの極性の１つのロータモジュールのバイポーラ部材の端部は、シャフトの端部から軸方向に見たときに、反対の極性の隣接するロータモジュールの隣接するバイポーラ部材の端部に対して、周方向に隣接するように軸方向に交互配置される。

２段、２極ロータ装置
第１の実施形態では、２極機械の場合、各ロータモジュールは、１８０度（機械的及び電気的）の円弧を規定する１つの湾曲されたバイポーラ部材を備え、回転シャフトのバランスをとるためにカウンタウエイト装置が設けられる。

２段４極ロータ装置
第２の実施形態では、４極機械の場合、各ロータモジュールは、直径方向に配置された（したがって、本質的にバランスがとれた）２つの湾曲されたバイポーラ部材を備え、各湾曲されたバイポーラ部材が９０度（機械的）の円弧を規定し、湾曲されたバイポーラ部材間に対応するセクタ隙間が画定される。

この第２の実施形態において、隣接するロータモジュールは、一方のロータモジュールの湾曲されたバイポーラ部材が隣接するロータモジュールの湾曲されたバイポーラ部材と交互配置して隣接するロータモジュール内に画定されたセクタ隙間を占有する（又は少なくとも部分的に占有する）ように１８０度（電気的）だけオフセットされる。特に、隣接するロータモジュールの交互配置する湾曲されたロータ磁極要素は、バイポーラ誘導を生成するために反対の極性の隣接する磁極を有する。

この第２の実施形態の第１のバージョンでは、ロータ磁極要素の成形された外縁は、最終的に正弦波起電力を規定するように湾曲される。

この第２の実施形態の第２のバージョンでは、ロータ磁極要素の成形された外縁は、最終的に三角形起電力を規定するように三角形である。

この第２の実施形態の第３のバージョンでは、ロータ磁極要素の成形された外縁は、最終的に二重台形起電力を規定するように平行四辺形である。

この第２の実施形態の第４のバージョンでは、ロータ磁極要素の成形された外縁は、最終的に二重正弦波起電力を規定するように完全な正弦波である。

８極ロータ装置
第３の実施形態において、各ロータモジュールは、（軸方向で見たときに、シャフトの端部から）それぞれが４５度の機械的円弧を規定する４つの周方向に配置された等間隔の湾曲されたバイポーラ部材を備え、隣接する湾曲されたバイポーラ部材間に４つの対応するセクタ隙間が画定される。

第３の実施形態において、隣接するロータモジュールは、一方のロータモジュールの湾曲されたバイポーラ部材が隣接するロータモジュールの湾曲されたバイポーラ部材と交互配置して隣接するロータモジュール内に画定されたセクタ隙間を占有する（又は少なくとも部分的に占有する）ように機械的に４５度だけ周方向にオフセットされる。

第３の実施形態の第１のバージョンにおいて、ロータ磁極要素の成形された外縁は、最終的に正弦波起電力を規定するように湾曲され、又は最終的に三角形起電力を規定するように三角形である、又は最終的に二重台形起電力を規定するように平行四辺形である、又は最終的に二重正弦波起電力を規定するように完全な正弦波である。

３つの実施形態全てにおいて、湾曲ロータ磁極要素は、鋳造ロータ要素、製造ロータ磁極要素又は積層ロータ磁極要素のいずれか、又は任意の組み合わせであってもよい。

１つのバージョンでは、同心磁場励磁器コイルの代わりに、永久磁石をバイポーラ部材内に取り付けることができる。別のバージョンでは、界磁励磁器コイルに加えて、永久磁石をバイポーラ部材内に取り付けることができる。

ステータ装置
一実施形態において、各ステータモジュールは、最端部ロータ磁極要素に関連する一対の端部ステータ磁極要素と、中間ロータ磁極要素に関連する少なくとも１つの中間ステータ磁極要素とを含む。中間ステータ磁極要素の周囲のアーマチャ巻線は、バイポーラ誘導による交番磁束／起電力を受け、所定の起電力波形を与える。

端部ステータ磁極要素の周囲のアーマチャ巻線はそれぞれ、単極誘導に起因する単一の指向性磁束を受け、反対の極性のアーマチャ巻線を有する端部ステータ磁極要素によって与えられる２つの半体が、対応する形状の起電力を規定するように直列に接続される（したがって、バイポーラ誘導に効果的に対応する）。

この発明のこれら及び他の特徴は、添付図面に関連して説明される一例の以下の説明から明らかになる。
既知のホモポーラ誘導オルタネータの側断面図と、このオルタネータに使用されるロータの斜視図とを示す。 本発明の一実施形態の３相２段４極機械の界磁励磁器コイルを通る断面の斜視図を示す。 図２に示される３相２段４極機械の４分の１断面の斜視図を示す。 図２及び図３に示される機械の側断面図を示す。 図２～図４に示される機械の中間セグメントの端面図を示す。 図２～図４に示される機械の端部セグメントの端面図を示す。 鋳造ロータ要素を備える、図２～図６に示される機械で使用するための、それぞれが周方向に配置された一対の湾曲バイポーラ部材を備える複数の、この場合は２つの軸方向に配置されたロータモジュールを備えるロータ装置の斜視図を示す。 図７に示されるロータモジュールうちの１つの側面図及び端面図を示す。 図７に示されるロータ装置を収容するために図２～図６に示される機械に使用されるステータ装置の斜視図を示し、ステータ装置は、周方向に配置された複数のステータモジュール、この場合は６つのステータモジュールを備え、各ステータモジュールは、軸方向に配置された複数の離間したステータ磁極要素を備える。 図９に示されるステータ装置の部品アセンブリを示す。 図９及び図１０に示されるステータフレームモジュールのうちの１つの斜視図、及び図９に示されるステータフレームモジュールに挿入するための相アーマチャモジュールの斜視図を示す。 図９～図１１に示される相アーマチャモジュールの詳細な側断面図及び線Ａ－Ａに沿う対応する断面図を示す。 アーマチャ位相モジュールの別のバージョン、特にセグメント化されたアーマチャ位相モジュールの概略端面図を示す。 本発明で使用することができる様々な想定される空隙を示す。 想定し得るロータ磁極要素の様々な更なる形状を示す。 本発明の更なる実施形態に係る、４極４段機械の側断面図を示す。 本発明の更なる実施形態に係る、４極８段２相機械の側断面図を示す。 図１７に示される完全に組み立てられた８段機械の斜視図を示す。 図１７に示される機械のための図１８に示される完全に組み立てられたステータ装置を画定するために互いに接合され得るステータフレームモジュールのうちの１つの斜視図、及び図１８に示されるステータフレームモジュールに挿入するための相アーマチャモジュールの斜視図を示す。 １つの相アーマチャモジュールが挿入されて示されている、互いに接合された図１９の複数のステータフレームモジュールを示す。 図１７の線Ｃ－Ｃに沿う、図１７に示される機械の中間セグメントを示す。 図１７の線Ｂ－Ｂに沿う、図１７に示される機械の中間セグメントを示す。 図１７に示されるタイプの３相機械を画定するための、アーマチャ位相モジュールの別のバージョン、特にセグメント化アーマチャ位相モジュールの概略端面図を示す。 第１のバージョンに係る、積層ロータ要素を備えるロータ装置の斜視図を示す。 第１のバージョンに係る、積層ロータ要素を備えるロータ装置の斜視図を示す。 別のバージョンに係る、積層ロータ要素を備えるロータ装置の斜視図を示す。 更に別のバージョンに係る、積層ロータ要素を備えるロータ装置の斜視図を示す。 更なるバージョンに係る、積層ロータ要素を備えるロータ装置の斜視図を示す。 更なるバージョンに係る、積層ロータ要素を備えるロータ装置の斜視図を示す。 更なるバージョンに係る、積層ロータ要素を備えるロータ装置の斜視図を示す。 永久磁石が埋め込まれて必要な磁場励起をもたらす、修正されたロータモジュールの断面図を示す。 ８極ロータモジュールの斜視図を示す。 互いに隣接する図３２に示されるロータモジュールのうちの４つを備える８極４段ロータアセンブリを示す。 様々なサイズの様々なステータアセンブリ、すなわち、小径ステータを示す。 様々なサイズの様々なステータアセンブリ、すなわち、中径ステータを示す。 様々なサイズの様々なステータアセンブリ、すなわち、大径ステータを示す。 図２～図６に示される三相機械の巻線図を示す。 本発明の別の実施形態に係る、２相、４極、１６段のＤＣ風力タービンステータを示す。 図３８に示されるＤＣ風力タービンステータの巻線図を示す。 三角波ドライバによって駆動される二相モータの巻線図を示す。 方形波ドライバによって駆動される二相モータの巻線図を示す。

最初に図２～図８を参照すると、高レベルでは、バイポーラ誘導電気機械３０は、ステータ装置３２と、ステータ装置３２内に回転可能且つ同心円状に収容されたロータ装置３４とを備える。

図２、図３、図５、及び図６に最も良く示されるように、ステータ装置３２は、周方向に配置された複数のステータモジュール３６、この場合は６つのステータモジュール３６を備える。図３及び図４に最も良く示されるように、各ステータモジュール３６は、集中アーマチャ巻線４０に嵌合されて内側に面する湾曲した（又は弓形、扇形円筒形）ステータ磁極面４２で終端する、軸方向に配置されて離間される複数のステータ磁極要素３８を備える。

図４及び図７に最も良く示されるように、ロータ装置３４は、軸方向に配置された複数のロータモジュール５０を備え、各ロータモジュール５０は、周方向に配置された少なくとも１つ（ただし、この場合、２つ）の湾曲した（又は弓形、扇形円筒形）バイポーラ部材５２を備える。各バイポーラ部材５２は、ステータ装置３２内に収容された固定同心磁場励磁器コイル５６の両側で（図４に最も良く示されているように）軸方向に変位される一対の湾曲ロータ磁極要素５４を備える。

図４に最も良く示されるように、湾曲ロータ磁極要素５４は、それらの間に均一な空隙５８を画定するようにステータ磁極面４２に対して同心円状に配置され、したがって中間ステータ要素を通る交互に配置された多極経路を有する軸方向に配置された複数のトロイダルセクタの磁束回路を与える。重要なことに、各ロータ磁極要素５４の軸方向寸法は、ロータ装置３４の回転中にロータ磁極要素５４とステータ磁極面４２との間の重なりを変化させるように変わり、したがってステータ磁極要素３８のアーマチャ巻線４０に所定の起電力波形を誘起する。

最初にステータ装置３２に注目すると、図９～図１２も参照して、軸方向に配置された離間したステータ磁極要素３８は、共通のステータヨーク６０（コア又は地鉄とも呼ばれる）によって接合され、各ステータ磁極要素３８は、機械３０の中心に向かって径方向内側に延在又は突出する。

各ステータ磁極要素３８は、集中アーマチャ巻線４０を収容するために突出又は突状のステータステム又は脚部６２を備える。ステータ磁極要素３８はステータ磁極６４で終端し、その遠位端は湾曲ステータ磁極面４２を画定する。結果として、周方向に配置された複数のステータ磁極要素３８は、実質的に円筒形のステータ磁極面４２を画定し、固定磁場励磁器コイル５６は、軸方向に離間して配置された隣接するステータ磁極要素３８の隣接するステータ磁極６４間に収容される。したがって、この実施形態では、（例えば図４のように）側方から見たときに３つのステータ磁極要素３８があり、したがって２つの界磁コイル５６（ロータモジュール５０ごとに１つ）がある。

図４及び図１２に示すように、ステータステム６２とステータ磁極６４との間に段差が示されているが、これは必要ではなく（ステータコイルの銅のためにより多くの空間を提供する（ステム６２内のより高い磁束密度を犠牲にする）ことを除いて）、すなわち、それらは同じ幅を有してもよい。

ここで特に図９から図１１を参照すると、ステータ装置３２は、密閉されたステータ本体７２を画定するように互いに接合された軸方向に配置された複数の多角形（この場合は六角形）のステータフレームモジュール７０を備える。各ステータフレームモジュール７０は、周方向に配置されたステータモジュール３６の数に対応する複数のステータフレームモジュール構成要素７４を含み、このバージョンでは、周方向に配置されたステータモジュール３６ごとに１つずつ、６つのステータフレームモジュール構成要素７４がある。

周方向に配置されたステータモジュール３６の数は、所望の相数に依存し、図中の機械３０は三相機械であると説明されている。これは、ロータ装置３４の構造（及び図３７の三相機械の巻線図）を参照して以下でより詳細に説明される。

各ステータフレームモジュール構成要素７４は、図９に最も良く示されているように、ステータ磁極要素３８を収容するための開口部又はスロット７６を画定する。ステータフレームモジュール７０は、隣接するステータフレームモジュール構成要素７４の端部（又はそれらの間の界面）に設けられたラグ７８に画定された開口部を通って延びるボルト７７と一緒に接合される。図示されていないが、これらのラグ７８はまた、孔を有する適切な「耳」を有する界磁コイル形成体を取り付けるために使用される。

図１１に最も良く示されているように、軸方向に離間して配置された複数のステータ要素３８を互いに接合して、相アーマチャモジュール８０を形成することができる。したがって、相アーマチャモジュール８０は、図９及び図１０に最も良く示されているように、機械３０の長さに沿って長手方向に延びる。好適には、これにより、アーマチャモジュール８０をステータ装置３２の外部に（すなわち、外部から）取り付けることが可能になる。アーマチャモジュール８０は、本質的に櫛状構造を画定し、櫛の各脚部は、前述のようにステータ磁極６４に対応する。

ステータ要素３８を互いに固定してアーマチャモジュール８０を画定するために、リテーナプレート８２が設けられている。これに関して、機械３０は、スロットレス機械と呼ばれてもよく、したがって、スロット高調波を受けない又は表示しない。スロットは、電気機械の観点から、磁束変化回路の一部である場合にのみスロットである。ステータ磁極間の隙間は、磁気回路の一部を形成せず、むしろ、いかなる瞬間にもロータ装置３４の回転中（機械３０が動作しているとき）に磁束を妨害又は妨害しないため、スロットではない。

図１３は、アーマチャ相モジュール８０’の別のバージョンの概略端面図を示す。特に、この図は、（図１２に示す一体型相モジュール８０と比較した場合の）セグメント化されたアーマチャ相モジュール８０’を示す。アーマチャ相モジュール８０’は、アーマチャ巻線４０によって囲まれた径方向のセグメント化された複数のステータ磁極６４’及びステータヨーク６０’を備えるが、それらは、それらの湾曲ステータ磁極面４２’が依然として実質的に円筒形のステータ磁極面４２’を画定するように周方向に配置される。

図５に最も良く示されているように、位置／速度を決定するべくピックアップセンサコイルコア要素を収容するために、周方向に配置されたステータモジュール３６間に周方向隙間９０が画定される。センサコイル９２（図３に示す）は、２つの端部を有するコアの周りに巻き付けられ、各端部は、２つのステータモジュール３６間の空間内に配置される。これらの隙間９０は、ステータ磁極要素３８のアーマチャ巻線４０に誘起される起電力波形を変更せず、起電力波形は、異なる隙間で振幅が変化してもよいが、いかなる有害な方法でも打ち切り又は歪み又は修正されない。特に、ステータ磁極アークは、（センサコイルコアのための隙間９０の結果として）電気的に１８０度未満であるため、起電力波形振幅はより低くなるが、意図された波形と同じ形状を有する。したがって、出力起電力（又はアンペア、又はボルトアンペア、又は電力）は、ステータ磁極アークが完全な１８０度の電気アークである場合よりも低くなる。しかしながら、誘導された起電力波形の完全性又は品質は低下しない。

１つのバージョンにおいて、これらの隙間９０は、アーマチャモジュール８０と同様であるがはるかに狭い積層ユニットを受容又は収容することができ、起電力波形の形状のアナログ信号を供給することによって機械の位置及び速度を示すためのセンサとして使用することができるアーマチャ巻線を有することができる。このピックアップ又はセンサコイルは、アーマチャモジュール８０と全く同じように作用するが、はるかに弱い起電力を有する。しかしながら、この信号は主アーマチャモジュール８０の変化の影響を受けないため、信号ピックアップ又はセンサに理想的に適している。場合によっては、アーマチャモジュール８０の幅が広すぎて、ピックアップコイルのために互いの間に空間を残すことができない場合がある。そのような場合、ピックアップコイルは、１つの中間セグメントにのみ、又は代替的に両方の端部セグメントに設置されれば十分である。これらの特定のアーマチャモジュールは、残りの部分よりも狭くなり、それによって残りの部分よりも少ない起電力をもたらす。しかしながら、中間コイルと直列である場合、全体の結果は正弦波になる（異なる振幅の正弦波は、組み合わされると別の正弦波をもたらすため）。

図１を参照して前述した従来のホモポーラ誘導オルタネータ１０と比較すると、本発明のアーマチャモジュール８０は、磁極反転を受け、したがって、ホモポーラ誘導オルタネータ１０のかなり大きなＤＣ成分を被らない。

ここで図７及び図８を参照すると、ロータ装置３４は、軸方向に配置されたロータモジュール５０を支持するための回転可能なシャフト１００を含む。各ロータモジュール５０の各バイポーラ部材５２は、シャフト１００に対して実質的に垂直に延びるように、支持アーム装置１０２及び関連する中央ハブ１０３を介してシャフト１００に接続される。図４に最も良く示されているように、各バイポーラ部材５２は、各ロータ磁極要素５４が対応する同心ステータ磁極要素３８と整列するように、対応する離間した一対のステータ磁極面４２を有する。

一実施形態では、各ロータ磁極要素５４は、バイポーラ部材５２を組み合わせて画定する隣接するロータ磁極要素５４の対応する内縁１０４から離間した実質的に直線状の内縁１０４を含む。この離間間隔は、隣接するステータ磁極要素３８の隣接するステータ磁極面４２間の間隔に対応し、隣接するロータ磁極要素５４の内縁１０４の間に中間突極溝１０６が画定される。

図７及び図８から明らかなように、ロータ磁極要素５４の直線状の内縁１０４は、厳密に言えば円形又は弓形であるが、互いに平行な平坦な縁部又は面である。言い換えれば、各縁部１０４は、シャフトに垂直な平面を形成する。このコメントは、ロータ磁極要素の「真っ直ぐな内縁」に対する以下の全ての言及に適用される。

各ロータ磁極要素５４は、内縁１０４と外縁１０８との間に成形された湾曲ロータ磁極面１１０を画定するように成形された外縁１０８を更に含み、湾曲ロータ磁極面１１０及び対応するステータ磁極要素３８の対応する湾曲ステータ磁極面４２は、それらの間に均一な空隙５８を画定する。

或いは、ステータ磁極面４２は、ロータ磁極面１１０の代わりに成形されてもよいが、磁極面１１０の面積がより小さく、したがってロータ装置３４の重量がより少ないため、成形された湾曲した弓形のロータ磁極面１１０が好ましい。また、矩形のステータ磁極（すなわち、この場合、ステータステム又は脚部６２）を巻回することは比較的容易である。

同心磁場励磁器コイル５６は、バイポーラ部材を励磁又は分極するように各ロータモジュール５０の中心を取り囲み、成形されたロータ磁極面１１０は、回転中に、隣接するステータ磁極面４２との可変領域の重なりをもたらし、それによってステータ磁極要素３８を通る磁束を変化させ、ステータ磁極要素３８のアーマチャ巻線４０に対応する形状の起電力波形を誘起する。

一実施形態では、図４に最も良く示されているように、軸方向に配置された各ロータモジュール５０は、専用の同心磁場励磁器コイル５６によって別々に励磁され、各ロータモジュール５０は、バイポーラ部材５２を画定するように軸方向に配置された独自のＮ極及びＳ極を有する。

図５及び図７に最も良く示されているように、ロータモジュール５０は、一方の極性の一方のロータモジュール５０のバイポーラ部材５２の端部が、シャフトの端部から軸方向に見たときに（図５に最も良く示されているように）、反対の極性の隣接するロータモジュール５０の隣接するバイポーラ部材５２の端部に対して周方向に隣接するべく軸方向に交互配置されるように、互いに対して回転方向にオフセットされる。

一実施形態では、図４に最も良く示されているように、各ステータモジュール３６は、最端部ロータ磁極要素５４に関連する一対の端部ステータ磁極要素３８と、中間ロータ磁極要素５４に関連する少なくとも１つの中間ステータ磁極要素とを含む。中間ステータ磁極要素３８の周りのアーマチャ巻線４０は、バイポーラ誘導に起因する交番磁束／起電力を受け、上記及び以下で更に詳細に説明するように、所定の起電力波形を与える。端部ステータ磁極要素３８の周りのアーマチャ巻線４０はそれぞれ、単極誘導に起因する単一の指向性磁束を受け、反対極性のアーマチャ巻線４０を有する端部ステータ磁極要素３８によって与えられる２つの半体が、対応する形状の起電力を規定するように直列に接続される（したがって、バイポーラ誘導に効果的に対応する）。

幾つかの特定の実施形態を説明する前に、図１４を説明する。前述のように、図４に最も良く示されているように、湾曲ロータ磁極要素５４は、それらの間に均一な空隙５８を画定し、したがって軸方向にセグメント化された複数の多極磁束回路をもたらすように、ステータ磁極面４２に対して同心円状に配置される。この場合、空隙５８は、図１４ａに概略的に示すように、バイポーラ要素５２．１とステータ磁極要素３８．１との間の円筒形空隙５８．１であり、閉じた磁束経路１１２．１を画定する。従来技術では、これは「径方向磁束」又は「横方向磁束」機械と呼ばれることがある。しかしながら、図１４に示すように、他の空隙配置、すなわち、
－従来技術の「軸方向磁束」機械と呼ばれる場合がある閉じた磁束経路１１２．２を画定するための、図２４ｂに示すように、バイポーラ要素５２．２とステータ磁極要素３８．２との間の平坦又は平面の空隙５８．２の幾何学的形状、
－図１４ｃに示すように、閉じた磁束経路１１２．３を画定するための、バイポーラ要素５２．３とステータ磁極要素３８．３との間の円錐形の空隙５８．３、又は
－図１４ｄに示すように、閉じた磁束経路１１２．４を画定するために、バイポーラ要素５２．４とステータ磁極要素３８．４との間の混合空隙５８．４、
が想定される。

いずれにせよ、図１４が伝達することを目的とするのは、一方の部分が静止しており、他方の部分が回転式である（又は線形機械の場合には直線的に移動可能である）、２つの空隙を導入することによってトロイダル磁束回路を２つの部分に分割できることである。

したがって、特に図２～図１０を参照して前述した機械３０は、２ロータ（すなわち、２つのロータモジュール５０）、４極（すなわち、ロータモジュール５０ごとに４つのロータ磁極要素５４）機械である。したがって、前述したように、各ロータモジュール５０は、直径方向に配置された２つの湾曲バイポーラ部材５２を備え、各湾曲バイポーラ部材５２は、端部から軸方向に見たときに、機械的な９０度円弧を規定し、湾曲バイポーラ部材５２間には対応するセクタ隙間１１６（図８に示す）が画定されている。理解されるように、２つのロータモジュール５０はまた、（図３に示すように）２つの界磁コイル５６を意味する。

この実施形態において、隣接するロータモジュール５０は、（図５に最も良く示されているように）隣接するロータモジュール５０に画定されたセクタ隙間１１６を占有する（又は少なくとも部分的に占有する）べく、一方のロータモジュール５０の湾曲バイポーラ部材５２が隣接するロータモジュール５０の湾曲バイポーラ部材５２と交互配置するように１８０度（電気的）だけオフセットされる。特に、（図４に最も良く示されているように）バイポーラ誘導を生成するために、隣接するロータモジュール５０の交互配置する湾曲ロータ磁極要素５４は、反対の極性の隣接する極を有する。

この実施形態の第１のバージョンでは、図７及び図８に最も良く示されているように、ロータ磁極要素５４の成形された外縁１０８は、最終的に正弦波起電力を規定するように湾曲している。他の形状も想定され、可能である。例えば、図１５ａは、各ロータモジュール５０．１のロータ磁極要素５４．１の成形された外縁１２２が最終的に三角形起電力を規定するべく三角形である、４極構成１２０を示す。図１５ｂは、各ロータモジュール５０．２のロータ磁極要素５４．２の成形された外縁１２６が最終的に三角形又は二重台形（切頭三角形）起電力を規定するべく平行四辺形である、４極構成１２４を示す。更に別のバージョンでは、図１５ｃは、各ロータモジュール５０．３のロータ磁極要素５４．３の成形された外縁１３０が最終的に二重正弦波起電力を規定するべく完全な正弦波である、４極構成１２８を示す。

更に別の実施形態では、図示されていないが、２極ロータ装置が提供されてもよい。この場合、各ロータモジュール５０は、１８０度の円弧を規定する（図７に示す２つの代わりに）湾曲バイポーラ部材５２を備え、回転シャフトのバランスをとるためにカウンタウエイト装置が設けられている。

ロータモジュール５０の数Ｎに応じて、機械はＮ段機械と呼ばれてもよく、すなわち、２つのロータモジュール５０（図４に示すように、例えば、）は２段機械に対応し、３つのロータモジュールは３段機械に対応するなどである。対応する数のステータ磁極要素３８はＮ＋１である。このクラスの機械の最小構成は２段である。偶数段では、ステータ端部コイルが起電力波形に高調波を導入するため、偶数段を有することが好ましい。

したがって、図１６は、４極４段機械１４０を示す。しかしながら、この機械１４０は、一対のバイポーラ部材５２を支持する追加の軸方向に配置されたロータモジュール５０、及び追加の軸方向に離間して配置されたステータ磁極要素３８を除いて、構造及び動作において特に図４に示す機械３０と実質的に同様である。残りの構成要素は実質的に前述した通りであり、したがってより詳細には再度説明しない。周方向に配置されるステータモジュール３６の数は、相の数に依存する。この場合も先と同様に、ロータ磁極要素５４の外縁は、正弦波起電力を最終的に規定するための湾曲、三角形起電力を最終的に規定するための三角形、三角形もしくは二重台形起電力（以下で更に詳細に説明するように、極間及びステータ磁極間の隙間に応じて）を最終的に規定するための平行四辺形、又は二重正弦波起電力を最終的に規定するための完全な正弦波を含む様々な形状を有することができる。

図１７～図２２は、４極２相８段機械１５０の様々な図を示す。しかしながら、この機械１５０は、構造及び動作において、特に図４に示す機械３０と実質的に同様である（ただし、これは２相機械、すなわち１極当たり２つのステータモジュール（図４の３相機械では、２つの極が３つのステータモジュールによって共有されている）である）。明確に示され、予想されるように、一対のバイポーラ部材５２を支持する８つの軸方向に配置されたロータモジュール５０と、９つの軸方向に離間して配置されたステータ磁極要素３８とがある。残りの構成要素は実質的に前述した通りであり、したがってより詳細には再度説明しない。

この場合も先と同様に、この機械１５０のロータ磁極要素５４の外縁は、正弦波起電力を最終的に規定するための湾曲、三角形起電力を最終的に規定するための三角形、三角形もしくは二重台形起電力を最終的に規定するための平行四辺形、又は二重正弦波起電力を最終的に規定するための完全な正弦波を含む様々な形状を有することができる。

図１８～図２２に最も良く示されているように、この機械１５０は、周方向に配置された８つのステータモジュール３６を有する。図１９及び図２０に最も良く示されているように、ステータ装置３２は、密閉されたステータ本体を画定するように互いに接合された軸方向に配置された複数の多角形（この場合は八角形）のステータフレームモジュール７０’を備える。各ステータフレームモジュール７０’は、円周方向に配置されたステータモジュール３６の数に対応する複数のステータフレームモジュール構成要素７４を含み、このバージョンでは、円周方向に配置されたステータモジュール３６ごとに１つの、８つのステータフレームモジュール構成要素７４がある。各ステータフレームモジュール構成要素７４は、図２０に最も良く示されているように、ステータ磁極要素３８を収容するための開口部又はスロット７６’を画定する。

図１９に最も良く示されているように、既に前述したように、軸方向に配置された複数の離間したステータ要素３８を互いに接合して、相アーマチャモジュール８０を形成することができる。したがって、相アーマチャモジュール８０は、図１８及び図２０に最も良く示されているように、機械３０の長さに沿って長手方向に延びる。好適には、これにより、アーマチャモジュール８０をステータ装置３２の外部に（すなわち、外部から）取り付けることが可能になる。アーマチャモジュール８０は、本質的に櫛状構造を画定し、櫛の各脚部は、前述のようにステータ磁極６４に対応する。

図１７は、機械３０及び１４０にも適用される幾つかの追加の構造的特徴を示す。これらの特徴は、アーマチャ巻線４０を収容するためのコイルボビン１５２と、アーマチャモジュール８０を支持するためのアーマチャ支持体１５４とを含む。追加の特徴は、両端のカバー１５６、軸受装置１５８、及び両端の冷却ファン１６０（及び関連する冷却空気取入口１６２）を含む。シャフト６０の他端部は、軸受装置１６４によって収容される。ロータ直径は寸法線１６６によって示され、界磁極５４の軸方向ピッチは寸法線１６８によって示される。

図２２及び図２３は、位置／速度を決定するためのピックアップセンサコイルコア要素を収容するための、周方向に配置されたステータモジュール３６間の前述のタイプの周方向隙間９０を示す。

図２３自体は、（図２１に示す一体型相モジュール８０と比較した場合の）セグメント化されたアーマチャ相モジュール８０’を示すという点で、図１３と同様である。アーマチャ相モジュール８０’は、アーマチャ巻線４０によって囲まれた径方向のセグメント化された複数のステータ磁極６４’及びステータヨーク６０’を備えるが、それらは、それらの湾曲ステータ磁極面４２’が依然として実質的に円筒形のステータ磁極面４２’を画定するように周方向に配置される。

前述の様々なバージョンでは、ロータ磁極要素５４は鋳造要素である。図２４～図３０は、積層ロータ磁極要素を備える２段４極ロータ装置の様々な図を示す。ここでも、これらの図における積層ロータ磁極要素の外縁は湾曲しており、最終的に正弦波起電力を規定するが、前述した他の形状、すなわち、最終的に三角形起電力を規定するための三角形、最終的に三角形もしくは二重台形起電力を規定するための台形、又は最終的に二重正弦波起電力を規定するための完全な正弦波も提供され得る。

図２４及び図２５において、ロータ装置１７０は、シャフト１７４を固定することができるポールアーム支持プレート１７２を備える。シャフト１７４は、ボルト１７８（及び関連するナット１７９）で支持プレート１７２に固定することができるベースフランジ１７６を有する。ロータ装置１７０は、一対の軸方向に配置されたロータモジュール１８０，１８１を備え、各ロータモジュール１８０，１８１は、円周方向に配置された２つの湾曲した（又は弓形、扇形円筒形）積層バイポーラ部材１８２を備える。各バイポーラ部材１８２は、一対の湾曲ロータ磁極要素１８４を備え、各ロータ磁極要素１８４は、バイポーラ部材１８２を組み合わせて画定する隣接するロータ磁極要素１８４の対応する内縁１８６から離間した実質的に直線状の内縁１８６を備える。各ロータ磁極要素１８４は、内縁１８６と外縁１８８との間に成形された湾曲ロータ磁極面１９０を画定するように成形された外縁１８８を更に含む。

ロータモジュール１８０のバイポーラ部材１８２は、同じくボルト１７８によってポールアーム支持プレート１７２に固定される中央ハブ１９４を備えるアセンブリ１９２に取り付けられる。ロータモジュール１８１のバイポーラ部材１８２は、ホルダ１９７を通って延びるボルト１９６及び関連するナット１９８を用いて、ポールアーム支持プレート１７２に直接嵌合される。

図２６において、ロータ装置２００は、湾曲積層バイポーラ部材２０６の端部を支持するために複数のアーム２０４が延在するシャフト２０２を備える。ここでも、各バイポーラ部材２０６は、一対の湾曲ロータ磁極要素２０８を備え、各ロータ磁極要素２０８は、バイポーラ部材２０６を組み合わせて画定する隣接するロータ磁極要素２０８の対応する内縁２１０から離間した実質的に直線状の内縁２１０を備える。各ロータ磁極要素２０８は、内縁２１０と外縁２１２との間に成形された湾曲ロータ磁極面２１４を画定するように成形された外縁２１２を更に含む。このバージョンの積層は、複雑な湾曲を有する、すなわち、２つの平面で曲げられる。

図２７は、積層バイポーラ部材２１６の２つの図を示す。各バイポーラ部材２１６は、一対の湾曲ロータ磁極要素２１８を備え、各ロータ磁極要素２１８は、バイポーラ部材２１６を組み合わせて画定する隣接するロータ磁極要素２１８の対応する内縁２２０から離間した実質的に直線状の内縁２２０を備える。各ロータ磁極要素２１８は、内縁２２０と外縁２２２との間に成形された湾曲ロータ磁極面２２４を画定するように成形された外縁２２２を更に含む。このバージョンの積層は、（図２６の複雑な湾曲とは異なり）単純な屈曲を有する。このバージョンでは、より多くの積層材料が使用されるが、これは、直線状の溝底のために顕著性が必然的に深くなるので、より短い支持アーム（シャフトから）によってオフセットされる。更に、このバージョンは比較的簡単で製造が容易である。

図２８～図３０において、ロータ装置２３０は、ダンパリング２３４がそこから延びるシャフト２３２を備える。各バイポーラ部材２３６（及びダンパリング）は、図３０に最も良く示されているように、シャフト２３２にねじ込まれるボルト２３７によって保持される。ここでも、各バイポーラ部材２３６は、一対の湾曲ロータ磁極要素２３８を備え、各ロータ磁極要素２３８は、バイポーラ部材２３６を組み合わせて画定する隣接するロータ磁極要素２３８の対応する内縁２４０から離間した実質的に直線状の内縁２４０を備える。各ロータ磁極要素２３８は、内縁２３０と外縁２３２との間に成形された湾曲ロータ磁極面２４４を画定するように成形された外縁２４２を更に含む。

ダンパリング２３５の特徴に関して、従来のオルタネータ（電力生産のためのより大きなユニット）は、通常、ポールの面に沈められたロッドのセット（又は誘導モータに使用されるような単にリスケージ）を有する。これらのダンパは、変化する負荷に対して、ステータコイルの磁束変動がロータコアの変動を引き起こすという点で必要である。これは、ロータがねじれて振動する「ハンチング」が生じるので望ましくない。ダンパリング２３５は比較的単純であり、全ての磁束がダンパリングを通って流れるため、スロットを必要としない。

図３１は、永久磁石２５２がバイポーラ部材２５４内に埋め込まれて必要な磁場励起をもたらす、修正されたロータモジュール２５０の断面図を示す。この配置は、前述した固定同心磁場励磁器コイル５６の代わりに、又はそれと共に使用することができる。マグネットリテーナ２５６が、遠心加速度による磁石２５２の飛散を防止するために設けられる。

これまでの図は、全て４極ロータ装置を示している。しかしながら、図３２及び図３３に示すように、８極ロータ装置２６０を使用することができる。この実施形態では、各ロータモジュール２６２は、周方向に配置されて等間隔に離間された４つの湾曲バイポーラ部材２６４を備え、それぞれの湾曲バイポーラ部材が４５度の機械的円弧（軸方向に見たときに、シャフトの端部から）を規定し、隣接する湾曲バイポーラ部材２６４間に画定された４つの対応するセクタ隙間２６６が存在する。

この実施形態では、図３３に示すように、隣接するロータモジュール２６２は、一方のロータモジュール２６２の湾曲バイポーラ部材２６４が隣接するロータモジュール２６２の湾曲バイポーラ部材２６４と交互配置するように（隣接するロータモジュール２６２に画定されたセクタ隙間２６６を占有する（又は少なくとも部分的に占有する）ように）４５度機械的に周方向にオフセットされる。

各バイポーラ部材２６４は、一対の離間したロータ磁極要素２６８を備え、そのそれぞれは、バイポーラ部材２６４を組み合わせて画定する隣接するロータ磁極要素２６８の対応する内縁２７０から離間した実質的に直線状の内縁２７０を備える。各ロータ磁極要素２６８は、内縁２７０と外縁２７２との間に成形された湾曲ロータ磁極面２７４を画定するように成形された外縁２７２を更に含む。

この図示されたバージョンでは、成形された外縁２７２は、最終的に二重台形起電力を規定するべく平行四辺形である。前述したように、他の想定される形状は、正弦波起電力を最終的に規定するための曲線、三角形起電力を最終的に規定するための三角形、又は二重正弦波起電力を最終的に規定するための完全な正弦波を含む。

ここでも、ロータ磁極要素２６８は鋳造ロータ磁極要素として示されているが、それらは積層ロータ磁極要素であってもよい。

図示されていないが、他のロータ装置も可能である。そのような一例では、３つのバイポーラ部材を設けることができ、その場合、６つのアーマチャステータモジュールを有する二相機械、又は３つのアーマチャステータモジュールを有する単相機械を構築することができる。この場合、各バイポーラ部材は、隣接するロータモジュールの交互配置する６０°磁極のための空間を作るべく、機械的に１２０°離間されるが、機械的に６０°円弧に離間される。

図３４～図３６は、様々なサイズの様々なステータアセンブリ、すなわち、図３４の小径ステータ２８０、図３５の中径ステータ２９０、及び図３６の大径ステータ３００を示す。３つの図面は、文書フォーマットに適合するように異なる縮尺である。しかしながら、極要素２８２，２９２，３０２は等しい軸方向長さを有し、したがって、磁束回路経路は、３つのアセンブリ２８０，２９０，３００全てについてほぼ同じ長さである。

図３４の小径ステータ２８０は、正面図に最も良く示されているように、コイルボビン２８４が衝突しない場合、可能な限り最小のロータ直径を有するサイズにされる。他の２つのステータ２９０，３００は、相モジュール２９６，３０６の高さを同じに保ちながら、より大きなシャフトを有する。これは、図示のように環状タイプの超軽量モータを製造することが可能であることを意味する（中央に大きな穴やスポークがあり、航空機、船舶スラスタ、ターボオルタネータなどの多くの用途に適している）。小径ステータ２８０の積層は、一列に積み重ねられて機械加工された孔（又は積層は階段状であるが高さは変化する）を示し、一方、より大きなユニット２９０，３００の積層は全て同じであるが、円弧を形成するように積み重ねられている（全ての積層は同じサイズであり、滑らかなボアへの最終的な機械加工は最小である）。ステータ積層体２８６は、円弧状に積み重ねられ、したがって、ステータ支持フレームは、ステータ磁極要素２８２を収容するための適切なスロットを有する円筒形であってもよい。

図３４、図３５及び図３６は、本発明の技術の固有の設計柔軟性を示す。磁気回路の軸方向分割は、非常に軽い機械をもたらすことができ、極の数は独立しており、（本発明の目的の１つで述べたように）任意の所望の数として選択することができる。

図３７は、図２～図６に示す三相機械の巻線図３１０を示す。シャフト１００の周りの６つのステータモジュール３６のそれぞれ、並びに各ステータステム６２の周りのアーマチャ巻線４０が示されている。アーマチャ巻線４０の端部は３１２で示されており、これは最終的に、三相デルタ接続３１４又は三相スター接続３１６のいずれかを形成するように接続され得る。同様の相が直列に配線されて示されているが、並列接続も可能である。

図３８は、本発明の別の実施形態に係る２相、４極、１６段の風力タービンステータ３２０を示す。このステータ３２０は、オルタネータが低磁極数を有することができるが大径で軸方向にセグメント化されることができるという点で、特にいわゆる直接駆動型の風力タービンオルタネータに特に適している。したがって、これは、以下で更に詳細に説明するように、非常に高品質の電流波形出力を有する高出力密度機械を表す。この特定のステータ３２０は、円周方向に配置された８つのステータモジュール３２２を備え、各相アーマチャモジュール３２４は、軸方向に配置された１６個の離間したステータ磁極要素３２６を備える。これらの構成要素については既に説明したので、再度の説明は省略する。

図３９は、図３８に示すＤＣ風力タービンステータ３２０（しかし、本発明によって想定される他の２相オルタネータＤＣ出力装置に使用されてもよく、適切な変更を伴う）の巻線図を示す。シャフト３２８の周りの８つのステータモジュール３２２のそれぞれ、並びに各ステータステム３３２の周りのアーマチャ巻線３３０が示されている。アーマチャ巻線３３０の端部は３３４及び３３６で示されており、出力は整流されて整流ＤＣ出力を形成し、直列の整流二重台形波形３３８として示されている。整流は、ダイオードなどの受動半導体を使用して行なわれる。電流が交差部でゼロであり、ゼロ滞留が効果的な無電流スイッチングに十分な長さであるときにスイッチングを行なうことができるため、二重台形波形３３８は、スイッチング整流のために非常に便利に役立つ。

更に、磁束回路のセグメント化は磁極数とは無関係であるため、上記の風力タービンは、（ギアボックスを有さないという点で）「直接駆動風力タービン」と呼ぶことができ、１回転当たり４秒（４極機械の場合）では、オルタネータは１Ｈｚで機能する。このように、整流のスイッチングは１Ｈｚの周波数を有し、これは実際には（国内配電網の通常の５０又は６０Ｈｚとは異なり）ＤＣ電流と呼ぶことができる。当然ながら、機械は、より高い周波数及び／又は電圧出力のために多くの極を有してもよい。

図４０は、三角波ドライバ３４１によって駆動される二相モータの巻線図３４０を示す。シャフト３４４の周りの８つのステータモジュール３４２のそれぞれ、並びに各ステータステムの周りのアーマチャ巻線３４６が示されている。

図４１は、方形波ドライバ３５１によって駆動される二相モータの巻線図３５０を示す。シャフト３５４の周りの８つのステータモジュール３５２のそれぞれ、並びに各ステータステムの周りのアーマチャ巻線３５６が示されている。

ここで、湾曲した／正弦波のロータ磁極要素（図４及び図７のロータ磁極要素５４など）を有する機械の動作をより詳細に説明する。上記のバイポーラ誘導は、図面１において以下のように概略的に表すことができる。

図１は、位置θで右に並進する（図４に示すタイプの）ステータ磁極面４２を有するロータの正弦波形磁極５４の配置を示す。静磁極は極性が交互になっており、上記の３つの例のように多数の方法で配置されてもよい。正弦波起電力の場合、磁極領域は、垂直線によって走査される場合に正弦波的に変化すべきである。

ステータ内の界磁コイルは、ＢＬＶ則に従って、以下のグラフ１に示す起電力を生成する。

仮想磁極ｈ_Ｅの高さは、以下のグラフ２に示すように、正弦波的に変化し、以下のように定義することができる。

仮想磁極位相角（進角オフセット）は線形比であり、界磁極とアーマチャ極アークとの差の半分にすぎない。

これを以下のグラフ、グラフ３に示す。

アーマチャ磁極幅が界磁極のものと一致する場合、仮想磁極及び物理磁極サイズ及び位置が一致する、すなわち、それらは同一であることが分かる。

起電力ｅｍｆは、コイル１巻回部当たりの有効長が仮想磁極の高さの２倍の正弦曲線上にあるという点で、仮想磁極形状に従って計算される。これは、前述したように、中間ステータ要素及び関連する中間ロータ要素に関して、バイポーラ誘導のためである。ここで、前述のように単極誘導がある端部ステータ要素及び関連する最端部ロータ要素について説明する。前述のように、対向するステータコイルが直列に接続されている場合、組み合わされた結果はバイポーラ誘導と等価である。端部コイルの起電力プロットを以下の図、図２に示す。

簡便なグラフィックツールを使用して、起電力をプロットすることができる。ステータ磁極面とロータ磁極面との重なり合う共通領域が磁束結合λを規定する場合、長方形のステータ磁極面の前縁と後縁との交差高さの合計は、以下の規則で起電力を規定する。

Ｓ極上の前縁：＋ｌ_Ｓ（正）
Ｓ極上の後縁：－ｔ_Ｓ（負）
Ｎ極上の前縁：－ｌ_Ｎ（負）
Ｓ極点の後縁：＋ｔ_Ｎ（正）

前縁及び後縁の両方がロータ磁極面に重なると、起電力は正弦曲線である図２の曲線１に従って変化する。しかしながら、図２の曲線２のように、１つのエッジのみがロータ磁極面に重なる場合、起電力は変化し、アーマチャ磁極幅（又はアーク）が界磁極ピッチの１／３であるとき、振幅がより小さいｓｑｒｔ（３）である正弦波が発生する。この磁極幅は、アーマチャコイルが１つの極ピッチにわたって連続する三相機械に対応する。したがって、図２の結果として得られた起電力曲線は、２つの正弦曲線の合成であり、太字で示されている。

角度θの基準点の選択は任意であるが、上記の場合、ステータ磁極がロータ磁極の上の中央に配置されたときからオフセットされたステータ磁極後縁として選択される。

以下の図、グラフ４では、起電力位置θは曲線１から曲線２に移動する。

一方、反対側の端部コイル（図面２に関連する）は、以下の図、グラフ５に示されている。

以下の図３のように端部コイルが同じ方向に巻かれている場合、各コイルの起電力は以下のグラフ６に表され得る。

上記のグラフ６に関して、２つの曲線の互い違いを達成するために（この互い違いはロータとステータの極角の差の半分である）、ロータモジュールの端部磁極要素は、電気的に１８０度位相調整されなければならない。これは、ステータモジュールが、好ましくは、図及び関連する説明に示され／確認されるように、奇数のステータ磁極要素（すなわち、ステータ脚部）、又はロータ装置に関して、偶数のロータモジュール（すなわち、偶数個の界磁励磁器コイル）を有する必要があることを意味する。奇数の段数を有する機械は、端部コイルに起因して高調波を導入し、これらの高調波は段数が増加するにつれて顕著でなくなる。

以下の図、グラフ７は、端部コイルの起電力波形を示す試作機のオシロスコープトレースである。

以上の端部コイル１，３の合成波形は、中間コイル番号２のバイポーラ誘導と同一となる。

以下の２つの図、グラフ９及び１０は、黄色及び青色の端部波形を示し、一方、白線はオシロスコープによって積分された合成曲線である。

以下の図、グラフ１１は、端部コイルのオシロスコープトレースを示す。

以下の図、グラフ１２は、反対側の端部コイルのオシロスコープトレースを示す。

以下の図、グラフ１３は、直列に接続された両端部コイルのオシロスコープトレースである。

ここで、図１５ａに示すタイプの三角形のロータ磁極要素を有する機械の動作をより詳細に説明する。上記のバイポーラ誘導は、グラフ１４において以下のように概略的に表すことができる。

逆起電力は三角形であり、したがって、モータの場合、それは方形波形によって駆動されてもよく、ＤＣ電流用のオルタネータの場合、以下で更に説明するように、２つの相が整流されてもよい。次の図、グラフ１５に示すように、アーマチャ極には隙間がなく、実際には、起電力波形を切頭三角形（台形）波形にする隙間があることが上記の図で分かる。

アーマチャ極間に隙間が存在し得るため、台形形状のロータ磁極面がより望ましい。アーマチャ極ピッチｐａは界磁極ピッチτｆの半分である。これは、本発明の重要な幾何学的定義特徴である。これは、スイッチングが行われるパワーエレクトロニクスドライブにとって望ましい特徴であるゼロ交差ｔ_ｄに０起電力のドウェルがあるため望ましい。平行四辺形の磁極では、以下の図、グラフ１６に示される磁極自体の間に隙間を有することも可能である。これにより、台形波形の全ての角に面取りが導入される。

起電力波形は、次の図、グラフ１７に示すように、その半分の振幅に関して対称的なままである。

上記の図、グラフ１７は、修正された２つの位相を示している。相が直列に接続されると、ＤＣ電流が生じる。ドウェル時間も示されている。ＤＣ電流は受動ダイオードによって得ることができるが、ｍｏｓｆｅｔスイッチが低速で動作するためにドウェル時間が非常に望ましい場合、スイッチングコンバータを使用することができる。

二重正弦波誘導の下のグラフ１８、１９、及び２０：

リップルのないＤＣ整流のために、二重正弦波波形のみが奇数（偶数）の位相を有し得ることは言及する価値がある。三角形及び台形などの他の全ての形状は、一対の相を有しなければならない。

以下の図、グラフ２１は、プロトタイプの三相オルタネータの走査である。

本発明の１つの用途は、２相同期モータ／発電機である。発電機は、三角形の逆起電力波形及び２つの位相を有する。各相はフルブリッジ整流されて整流され、整流された相は直列に接続されて均一なＤＣ電流を生成する。

モータには、三角波状の逆起電力と方形波状の逆起電力の２つのトポロジーがある。方形波形同期モータにおいて、パワーエレクトロニクスドライバは、三角波出力による電流スイッチング制御を有する。三角波同期モータでは、パワーエレクトロニクスドライバは、方形波出力による電流スイッチング制御を有する。１／２極ピッチのスキューを有するステータ歯では、コギングはない。極は、正弦波又は任意の他の波形を有するように成形されてもよい。

生成器－モータの組み合わせでは、方形波形生成器を使用して、三角波形モータを同期して駆動することができ、逆もまた同様である。

バッテリ貯蔵ＤＣ又は整流ＤＣ電流の場合、モータはパワーエレクトロニクスによって動作することができる。方形逆起電力波形モータは、三角形波形の電流スイッチング出力を有するドライバを有する。三角波型逆起電力波形モータは、方形波形の電流スイッチング出力を有するドライバを有する。

一般に、発電機に関して、三角形又は二重台形波形は、高品質のリップルのない均一なＤＣ電流の出力を有する。構造が簡単である。これは、各歯が個別に巻かれるため、最大銅利用率（最小端巻長）を有する単純な巻線を有する。これは非常に高い効率を有する。ＤＣ出力は、容易に細断され、クリーンなＡＣ電流に反転され得る。

一般に、モータに関して、三角波型の逆起電力波形モータはコギングトルクがない。これは、高品質で、脈動がなく、均一なトルクを有する。その効率は、ハイエンドの最先端の３相正弦波駆動（フィールド指向制御、直接トルク及び他の制御アルゴリズム）モータよりも優れている。構造が簡単である。これは、各歯が個別に巻かれるため、最大銅利用率（最小端巻長）を有する単純な巻線を有する。

原動機、オルタネータ及びモータを有するハイブリッド駆動装置が、例えば、ＩＣエンジンが本発明のモータを駆動するオルタネータを駆動する電気自動車駆動装置において使用される場合、モータ及び／又はオルタネータの励磁器コイル内の比較的低い電流を変化させることによって完全な制御を達成することができ、その結果、比較的安価で単純なパワーエレクトロニクスドライブが得られる。これは、主アーマチャ電流が高価で複雑なパワーエレクトロニクスによって処理されなければならない最新技術とは対照的である。

Claims (20)

1. 周方向に配置された複数のステータモジュールを備えるステータ装置であって、各ステータモジュールが、集中しているアーマチャ巻線と嵌合されて内側に面する湾曲されたステータ磁極面で終端する軸方向に配置されて離間する複数のステータ磁極要素を備える、ステータ装置と、
   前記ステータ装置内に回転可能に且つ同心円状に収容されるロータ装置であって、軸方向に配置された複数のロータモジュールを備え、各ロータモジュールが、前記ステータ装置内に収容された固定同心磁場励磁器コイルの両側で軸方向に移動される一対の湾曲されたロータ磁極要素を備える、少なくとも１つの周方向に配置された湾曲されたバイポーラ部材を備える、ロータ装置と、
   を備え、
   前記湾曲されたロータ磁極要素は、前記湾曲されたロータ磁極要素の間に均一な空隙を画定し、したがって軸方向にセグメント化された複数の多極磁束回路をもたらすように前記ステータ磁極面に対して同心円状に配置され、各ロータ磁極要素の軸方向寸法は、前記ロータ装置の回転中に前記ロータ磁極要素と前記ステータ磁極面との間の重なりを変化させるように変わり、したがって前記ステータ磁極要素の前記アーマチャ巻線に所定の起電力波形を誘起する、
   バイポーラ誘導電気機械。
2. 前記軸方向に配置されて離間されるステータ磁極要素は、共通のステータヨークによって接合され、各ステータ磁極要素は、前記バイポーラ誘導電気機械の中心に向かって径方向内側に延在又は突出し、各ステータ磁極要素は、前記集中しているアーマチャ巻線を収容するためのステータステムを備え、前記ステータ磁極要素は、その遠位端が前記湾曲されたステータ磁極面を画定するステータ磁極で終端することにより、前記周方向に配置された複数のステータ磁極要素が、実質的に円筒形のステータ磁極面を画定し、前記固定同心磁場励磁器コイルは、前記隣接する軸方向に配置されて離間されるステータ磁極要素の隣接するステータ磁極間に収容される、請求項１に記載のバイポーラ誘導電気機械。
3. 前記ステータ装置は、密閉されたステータ本体を画定するように互いに接合された軸方向に配置された複数の多角形ステータフレームモジュールを備え、各ステータフレームモジュールは、周方向に配置されたステータモジュールの数に対応する複数のステータフレームモジュール構成要素を備え、各ステータフレームモジュール構成要素は、ステータ磁極要素を収容するための開口部又はスロットを画定する、請求項１に記載のバイポーラ誘導電気機械。
4. 位置／速度を決定するためにピックアップセンサコイルコア要素を収容するべく前記周方向に配置されたステータモジュール間に周方向隙間が画定される、請求項３に記載のバイポーラ誘導電気機械。
5. 前記ロータ装置は、前記軸方向に配置された複数のロータモジュールを支持する回転可能なシャフトを含み、各ロータモジュールの各バイポーラ部材が、支持アーム装置を介して前記シャフトに接続され、各バイポーラ部材は、対応する離間した一対のステータ磁極面を有することにより、各ロータ磁極要素が対応する同心ステータ磁極要素と整列する、請求項１に記載のバイポーラ誘導電気機械。
6. 各ロータ磁極要素は、
   前記バイポーラ部材を組み合わせて画定する前記隣接するロータ磁極要素の対応する内縁から離間される実質的に直線状の内縁であって、この離間間隔が隣接するステータ磁極要素の隣接するステータ磁極面間の間隔に対応する、実質的に直線状の内縁と、
   成形された外縁であって、前記内縁と外縁との間に成形された湾曲されたロータ磁極面を画定するように成形され、前記湾曲されたロータ磁極面と、前記対応するステータ磁極要素の前記対応する湾曲されたステータ磁極面とが、前記湾曲されたロータ磁極面と前記対応する湾曲されたステータ磁極面の間に均一な空隙を画定する、成形された外縁と、
   を備え、
   前記固定同心磁場励磁器コイルは、前記バイポーラ部材を励磁するように各ロータモジュールの中心を取り囲み、前記成形されたロータ磁極面は、回転中に、隣接するステータ磁極面との可変領域の重なりをもたらすことにより、前記ステータ磁極要素を通る磁束を変化させ、これにより、前記ステータ磁極要素の前記アーマチャ巻線に対応する形状の起電力波形を誘起する、
   請求項５に記載のバイポーラ誘導電気機械。
7. 各軸方向に配置されたロータモジュールは、専用の同心磁場励磁器コイルによって別々に励磁され、各ロータモジュールは、前記バイポーラ部材を画定するように軸方向に配置された固有のＮ極及びＳ極を有する、請求項６に記載のバイポーラ誘導電気機械。
8. １つの極性の１つのロータモジュールの前記バイポーラ部材の端部は、前記シャフトの端部から軸方向に見たときに、反対の極性の隣接するロータモジュールの隣接するバイポーラ部材の端部に対して、周方向に隣接するように軸方向に交互配置される、請求項７に記載のバイポーラ誘導電気機械。
9. ２極機械の場合、各ロータモジュールは、１８０度（機械的及び電気的）の円弧を規定する１つの湾曲されたバイポーラ部材を備え、前記回転シャフトのバランスをとるためにカウンタウエイト装置が設けられる、請求項１に記載のバイポーラ誘導電気機械。
10. ４極機械の場合、各ロータモジュールは、直径方向に配置された２つの湾曲されたバイポーラ部材を備え、各湾曲されたバイポーラ部材が９０度（機械的）の円弧を規定し、前記湾曲されたバイポーラ部材間に対応するセクタ隙間が画定される、請求項１に記載のバイポーラ誘導電気機械。
11. 隣接するロータモジュールは、一方のロータモジュールの前記湾曲されたバイポーラ部材が隣接するロータモジュールの前記湾曲されたバイポーラ部材と交互配置して前記隣接するロータモジュール内に画定された前記セクタ隙間を占有する（又は少なくとも部分的に占有する）ように１８０度（電気的）だけオフセットされ、特に、隣接するロータモジュールの交互配置する湾曲されたロータ磁極要素は、バイポーラ誘導を生成するために反対の極性の隣接する磁極を有する、請求項１０に記載のバイポーラ誘導電気機械。
12. 前記ロータ磁極要素の前記成形された外縁は、正弦波起電力を最終的に規定するように湾曲される、請求項１１に記載のバイポーラ誘導電気機械。
13. 前記ロータ磁極要素の前記成形された外縁は、最終的に三角形起電力を規定するように三角形である、請求項１１に記載のバイポーラ誘導電気機械。
14. 前記ロータ磁極要素の前記成形された外縁は、最終的に二重台形起電力を規定するように平行四辺形である、請求項１１に記載のバイポーラ誘導電気機械。
15. 前記ロータ磁極要素の前記成形された外縁は、最終的に二重正弦波起電力を規定するように完全な正弦波である、請求項１１に記載のバイポーラ誘導電気機械。
16. 各ロータモジュールは、（軸方向で見たときに、シャフトの端部から）それぞれが４５度の機械的円弧を規定する４つの周方向に配置された等間隔の湾曲されたバイポーラ部材を備え、隣接する湾曲されたバイポーラ部材間に４つの対応するセクタ隙間が画定される、請求項１に記載のバイポーラ誘導電気機械。
17. 隣接するロータモジュールは、一方のロータモジュールの前記湾曲されたバイポーラ部材が隣接するロータモジュールの前記湾曲されたバイポーラ部材と交互配置して前記隣接するロータモジュール内に画定された前記セクタ隙間を占有する（又は少なくとも部分的に占有する）ように機械的に４５度だけ周方向にオフセットされる、請求項１６に記載のバイポーラ誘導電気機械。
18. 前記ロータ磁極要素の前記成形された外縁は、最終的に正弦波起電力を規定するように湾曲され、又は最終的に三角形起電力を規定するように三角形である、又は最終的に二重台形起電力を規定するように平行四辺形である、又は最終的に二重正弦波起電力を規定するように完全な正弦波である、請求項１７に記載のバイポーラ誘導電気機械。
19. 各ステータモジュールは、最端部ロータ磁極要素に関連する一対の端部ステータ磁極要素と、中間ロータ磁極要素に関連する少なくとも１つの中間ステータ磁極要素とを含み、前記中間ステータ磁極要素の周囲の前記アーマチャ巻線は、バイポーラ誘導による交番磁束／起電力を受け、前記所定の起電力波形を与える、請求項１に記載のバイポーラ誘導電気機械。
20. 前記端部ステータ磁極要素の周囲の前記アーマチャ巻線はそれぞれ、単極誘導に起因する単一の指向性磁束を受け、反対の極性のアーマチャ巻線を有する前記端部ステータ磁極要素によって与えられる２つの半体が、対応する形状の起電力を規定するように直列に接続される、請求項１９に記載のバイポーラ誘導電気機械。

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