JP4476627B2 - 電気的マシン - Google Patents
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Description
モータおよび交流発電機は、高い効率、高いパワー密度および低コストとなるように設計されている。高いパワー密度は、高い回転速度、それ故、高い電気的な周波数で交流発電機を動作させることにより達成される。しかしながら、高い電気的な周波数は高い鉄損およびより低い効率に帰着する。非常に低い鉄損(その結果、高い電気的な周波数で動作することを可能にする)を有するモータおよび交流発電機を提供することが望ましい。
この発明の実施例は、先行技術の装置より数倍高いパワー密度を提供するモータ/交流発電機を提供する。これは、基本的に鉄損を大きく低減することにより達成され、それにより、はるかに高い電気的な周波数でモータ/交流発電機を動作させることを可能にする。それは、与えられた回転速度に対し、高い電気的な周波数で動作するので、装置が交流発電機として動作させられる場合、出力電圧は先行技術の交流発電機のものよりも高い。これは、巻線に流れる電流を低減し、本質的に装置の抵抗性損失を低下させる。
この発明の実施例による装置は、単一の磁石だけを使用するという長所を持つ。これは、多くの先行技術のモータおよび交流発電機と比較して、非常に単純で経済的な構成を可能にする。この発明の実施例は、多数の磁石を必要とすることなく多数の磁極を備えたモータまたは交流発電機をもたらす。更に、磁石が固定子上にあるので、電磁石に電流をもたらすためのスリップリングが不要で、その製造を非常に単純化する。磁石が選択的に永久磁石あるいは電磁石のいずれかであるので、希望の使用状況で最も良好に機能する磁石を選択する際に、大きな柔軟性がある。1つの可能性は、磁石が永久磁石と電磁石とを組み合わせたハイブリッドである場合である。この構成では、永久磁石が固定強さの磁界を提供する。また、追加的な電磁石は、磁界を増大させて強めるか、あるいは潜在的にそれを低減するために使用される。電磁石からの磁界の強さを調節することによって、必要に応じてモータまたは交流発電機の合計磁界強度が随意に調節される。
この発明はいくつかの異なる実施例で示され、かつ説明され、主に4つの具体的に記述された実施例で説明される。第1の具体的に述べた実施例は単相装置である。さらに、第2のものは、磁束の経路の幾何学的形状が異なる単相の装置である。第3のものでは、3相型装置について説明する。第4のものは、その回転子が固定子の内側にある単相型装置である。特に具体的に説明したもの以外にも他の実施例(回転子が内側にある3相装置など)があり、それについてはここでは特に記述していないが、これらの4つの実施例から自ずから、または完全に理解されるであろう。
Claims (8)
- 固定子と回転子を備えた電気的マシンにおいて、前記電気的マシンは、
前記固定子に設けられた磁束源と、
前記固定子に設けられ、前記回転子の軸の周囲にループを形成するよう配置された電気的導体と、
前記固定子に設けられた複数の第1磁束伝導体と、
前記固定子に設けられた複数の第2磁束伝導体と、
前記回転子に設けられた複数の磁束スイッチとを備え、
前記第1磁束伝導体のそれぞれは、
前記磁束源のN極に接続され、
前記回転子の軸を中心とする半径方向に沿って前記磁束源のN極から前記回転子に向かって延在し、
前記電気的導体を保持するノッチを間に有するように第1及び第2の部分に分岐し、
前記第2磁束伝導体のそれぞれは、
前記磁束源のS極に接続され、
前記回転子の軸を中心とする半径方向に沿って前記磁束源のS極から前記回転子に向かって延在し、
前記電気的導体を保持するノッチを間に有するように第1及び第2の部分に分岐し、
前記各第1磁束伝導体及び前記各第2磁束伝導体は、前記電気的導体のループに沿って交互に配置され、
前記回転子の回転角が複数の第1角度位置のそれぞれにあるとき、前記磁束スイッチのそれぞれは、互いに隣接する一対の第1磁束伝導体及び第2磁束伝導体における前記第1磁束伝導体の第1の部分と前記第2磁束伝導体の第2の部分とを接続し、前記磁束源からの磁流が前記電気的導体のループを第1の方向に通過するように前記電気的導体の周囲に磁束回路を完成させ、
前記回転子の回転角が複数の第2角度位置のそれぞれにあるとき、前記磁束スイッチのそれぞれは、互いに隣接する一対の第1磁束伝導体及び第2磁束伝導体における前記第2磁束伝導体の第1の部分と前記第1磁束伝導体の第2の部分とを接続し、前記磁束源からの磁流が前記電気的導体のループを第2の方向に通過するように前記電気的導体の周囲に磁束回路を完成させる電気的マシン。 - 前記回転子を回転させたとき、前記電気的導体に交流電流が流れる請求項1記載の電気的マシン。
- 前記電気的導体に交流電流を印加したとき、前記回転子が回転する請求項1記載の電気的マシン。
- 固定子と回転子を備えた電気的マシンにおいて、前記電気的マシンは、
前記固定子に設けられた磁束源と、
前記固定子にそれぞれ設けられ、前記回転子の軸の周囲にループを形成するようそれぞれ配置された、第1、第2及び第3の電気的導体と、
前記固定子に設けられた複数の第1磁束伝導体と、
前記固定子に設けられた複数の第2磁束伝導体と、
前記回転子に設けられた複数の第1磁束スイッチと、
前記回転子に設けられた複数の第2磁束スイッチと、
前記回転子に設けられた複数の第3磁束スイッチとを備え、
前記第1磁束伝導体のそれぞれは、
前記磁束源のN極に接続され、
前記回転子の軸を中心とする半径方向に沿って前記磁束源のN極から前記回転子に向かって延在し、
第1、第2、第3及び第4の部分に分岐し、前記第1磁束伝導体の第1及び第2の部分の間に前記第1の電気的導体を保持する第1のノッチを有し、前記第1磁束伝導体の第2及び第3の部分の間に前記第2の電気的導体を保持する第2のノッチを有し、前記第1磁束伝導体の第3及び第4の部分の間に前記第3の電気的導体を保持する第3のノッチを有し、
前記第2磁束伝導体のそれぞれは、
前記磁束源のS極に接続され、
前記回転子の軸を中心とする半径方向に沿って前記磁束源のS極から前記回転子に向かって延在し、
第1、第2、第3及び第4の部分に分岐し、前記第2磁束伝導体の第1及び第2の部分の間に前記第1の電気的導体を保持する第1のノッチを有し、前記第2磁束伝導体の第2及び第3の部分の間に前記第2の電気的導体を保持する第2のノッチを有し、前記第2磁束伝導体の第3及び第4の部分の間に前記第3の電気的導体を保持する第3のノッチを有し、
前記各第1磁束伝導体及び前記各第2磁束伝導体は、前記第1、第2及び第3の電気的導体のループに沿って交互に配置され、
前記回転子の回転角が複数の第1角度位置のそれぞれにあるとき、前記第1磁束スイッチのそれぞれは、互いに隣接する一対の第1磁束伝導体及び第2磁束伝導体における前記第1磁束伝導体の第1の部分と前記第2磁束伝導体の第2の部分とを接続し、前記磁束源からの磁流が前記第1の電気的導体のループを第1の方向に通過するように前記第1の電気的導体の周囲に磁束回路を完成させ、
前記回転子の回転角が複数の第2角度位置のそれぞれにあるとき、前記第1磁束スイッチのそれぞれは、互いに隣接する一対の第1磁束伝導体及び第2磁束伝導体における前記第2磁束伝導体の第1の部分と前記第1磁束伝導体の第2の部分とを接続し、前記磁束源からの磁流が前記第1の電気的導体のループを第2の方向に通過するように前記第1の電気的導体の周囲に磁束回路を完成させ、
前記回転子の回転角が複数の第3角度位置のそれぞれにあるとき、前記第2磁束スイッチのそれぞれは、互いに隣接する一対の第1磁束伝導体及び第2磁束伝導体における前記第1磁束伝導体の第2の部分と前記第2磁束伝導体の第3の部分とを接続し、前記磁束源からの磁流が前記第2の電気的導体のループを第1の方向に通過するように前記第2の電気的導体の周囲に磁束回路を完成させ、
前記回転子の回転角が複数の第4角度位置のそれぞれにあるとき、前記第2磁束スイッチのそれぞれは、互いに隣接する一対の第1磁束伝導体及び第2磁束伝導体における前記第2磁束伝導体の第2の部分と前記第1磁束伝導体の第3の部分とを接続し、前記磁束源からの磁流が前記第2の電気的導体のループを第2の方向に通過するように前記第2の電気的導体の周囲に磁束回路を完成させ、
前記回転子の回転角が複数の第5角度位置のそれぞれにあるとき、前記第3磁束スイッチのそれぞれは、互いに隣接する一対の第1磁束伝導体及び第2磁束伝導体における前記第1磁束伝導体の第3の部分と前記第2磁束伝導体の第4の部分とを接続し、前記磁束源からの磁流が前記第3の電気的導体のループを第1の方向に通過するように前記第3の電気的導体の周囲に磁束回路を完成させ、
前記回転子の回転角が複数の第6角度位置のそれぞれにあるとき、前記第3磁束スイッチのそれぞれは、互いに隣接する一対の第1磁束伝導体及び第2磁束伝導体における前記第2磁束伝導体の第3の部分と前記第1磁束伝導体の第4の部分とを接続し、前記磁束源からの磁流が前記第3の電気的導体のループを第2の方向に通過するように前記第3の電気的導体の周囲に磁束回路を完成させる電気的マシン。 - 前記磁束源は、永久磁石および電磁石の磁界が合成されるように両磁石が並置されているハイブリッド磁石である請求項1記載の電気的マシン。
- 請求項1記載の電気的マシンにより電気を発生させる方法であって、前記方法は、
前記回転子を回転させるステップと、
前記電気的導体において交流電流を発生させるステップとを含む方法。 - 請求項1記載の電気的マシンにより原動力を供給する方法であって、前記方法は、
交流電流の極性が変化するときに前記各磁束スイッチが前記交互に配置された各第1磁束伝導体及び各第2磁束伝導体の間で移動するように、前記電気的導体に前記交流電流を供給するステップを含む方法。 - 請求項4記載の電気的マシンにより原動力を供給する方法であって、前記方法は、
前記各第1磁束スイッチ、前記各第2磁束スイッチ及び前記各第3磁束スイッチが前記交互に配置された各第1磁束伝導体及び各第2磁束伝導体の間で移動して前記回転子を所定方向に回転させるように、前記第1、第2及び第3の電気的導体に3相交流電流を供給するステップを含む方法。
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