JP7394230B2 - Ｘｒａｍ電流増大器を用いたエネルギーストレージモジュール - Google Patents

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Description

本発明は、電力を伝達するためのパルス電力（pulsed power）システムの分野に関する。
XRAM回路技術を使用した電力変換は、主にパルス電磁負荷（pulsed electromagnetic loads）に供給される非常に大きな電流を許容するために、ジェネレータまたは電源出力の電流増大（current multiplication）を生成するための従来技術において知られている。これらの回路は、非常に多数のソリッドステートスイッチまたはトリガ真空スイッチ（triggered vacuum switch）を使用し、これらは、直列のチャージされたエネルギーストレージ素子を並列に配置することによって回路を再構成するように、XRAMジェネレータ内の内部エネルギーストレージ素子（energy storage element）を迅速に再接続し、電流増大をもたらす。例えば、10段階（10-stage）XRAMジェネレータでは、10kV入力で直列にチャージされている10個の素子が存在する場合、これらの素子は、個々の素子の電流定格（current rating）の10倍で1kV出力を生じるように並列に配置される。従来技術の一つの実施形態において、エネルギーストレージ素子は誘導（inductive）ストレージコイルである。このシステムは、重く、かつ、低電力密度であるが、先行技術において有効であり、実装されることが示されている。この従来技術は、エネルギーストレージ素子が主ジェネレータまたは電源（source）の外側にあることを必要とし、そして、その結果、XRAMジェネレータのために著しく余分なスペースおよび重量を必要とする。
電気機器（electrical machine）は、XRAMジェネレータとして機能するステータ（stator）巻線を含んでいる。
電気機器は、そのステータスロット内に、モータリング巻線、発生(主出力)巻線、およびXRAM巻線を含んでいる。
電気機器は、ステータ内にXRAM巻線を含んでおり、それは、ステータのスロット内の他の巻線に動作可能に結合されている。
本発明の一つの態様に従って、ダイナモ電気機器は、交流一次巻線、および、多相二次巻線、を含む電磁構造体と、スイッチング素子のアレイと、フライホイール回転質量と、を含む。ここで、前記一次巻線は、前記フライホイール回転質量にモータリングトルクを提供し、かつ、前記ダイナモ電気機器を磁化し、前記電磁構造体は、前記スイッチング素子のアレイに電力を供給し、前記スイッチング素子は、外部負荷への出力について電流増大を生成するように構成されており、かつ、前記フライホイール回転質量は、慣性エネルギーストレージを提供するために前記電磁構造体に動作可能に結合されている。
この概要の任意のパラグラフに係る一つの実施形態に従って、前記機器は、さらに、前記一次巻線および前記二次巻線に動作可能に結合された三次巻線を備える。
この概要の任意のパラグラフに係る一つの実施形態に従って、前記二次巻線は、出力電力を提供する。
この概要の任意のパラグラフに係る一つの実施形態に従って、前記三次巻線は、誘導エネルギーストレージを提供する。
この概要の任意のパラグラフに係る一つの実施形態に従って、前記三次巻線は、動作において、エネルギーストレージのために直列接続で構成可能であり、かつ、並列接続で再構成可能である。
この概要の任意のパラグラフに係る一つの実施形態に従って、前記機器は、さらに、前記一次巻線および前記二次巻線に動作可能に結合された三次巻線を備え、前記一次巻線または前記二次巻線の短絡が、前記三次巻線にわたり前記機器に係る機器エアギャップ磁束のシフトおよび集中を生じさせ、前記三次巻線において直流または過渡電流を誘起し、前記三次巻線は、誘導エネルギーストレージのために使用され、かつ、外部負荷への電流増大をもたらす。
この概要の任意のパラグラフに係る一つの実施形態に従って、前記一次巻線または前記二次巻線の短絡は、磁気直軸から磁気横軸への前記機器エアギャップ磁束のシフトまたは集中を生じさせる。
この概要の任意のパラグラフに係る一つの実施形態に従って、前記機器は、高パワー電子スイッチを整流する目的で、カウンタパルス出力を生成するように構成された追加の電磁巻線を含み、該高パワー電子スイッチは、前記機器の周辺に含まれる前記三次巻線コイルを高電流アレイへと再構成し、かつ、前記機器に動作可能に結合された前記外部負荷に高電流出力を提供するために、主として使用される。
この概要の任意のパラグラフに係る一つの実施形態に従って、前記エアギャップ周辺の反復可能なセクションにわたり、エアギャップの半径方向に向けられた磁束の３つ以上の別個のレベルが存在し、前記一次巻線と前記二次巻線は、第１レベルの磁束密度によって磁気的に結合されており、前記三次巻線は、第２レベルの磁束密度によって結合されており、カウンタパルスコイルは、第３レベルの磁束密度によって結合されている。
この概要の任意のパラグラフに係る一つの実施形態に従って、前記第２レベルの磁束密度および前記第３レベルの磁束密度の大きさと位相シフトは、前記機器のステータ磁気コア内に埋め込まれた短絡コイルによって強化される。
この概要の任意のパラグラフに係る一つの実施形態に従って、前記第２レベルの磁束密度および前記第３レベルの磁束密度の大きさと位相シフトは、前記機器のロータ磁気コア内に埋め込まれた短絡コイルによって強化される。
この概要の任意のパラグラフに係る一つの実施形態に従って、前記機器は、さらに、前記一次巻線および前記二次巻線に動作可能に結合された三次巻線を含み、前記一次巻線または前記二次巻線の短絡は、前記機器のコア磁束のシフトまたは集中を生じさせ、かつ、続いて、前記三次巻線の磁気エネルギーストレージ容量が増加し、前記三次巻線は、誘導エネルギーストレージの迅速な移転のために使用され、かつ、スイッチングネットワークと共に、電力出力負荷に対する電流増大効果をもたらす。
この概要の任意のパラグラフに係る一つの実施形態に従って、前記機器は、さらに、前記一次巻線および前記二次巻線に動作可能に結合された三次巻線を含み、前記一次巻線または前記二次巻線の短絡は、前記機器のコア磁束のパルスを生じさせ、かつ、続いて、前記三次巻線の磁気エネルギーストレージ容量が増加し、前記三次巻線は、誘導エネルギーストレージの迅速な移転のために使用され、かつ、スイッチングネットワークと共に、電力出力負荷に対する電流増大効果をもたらす。
この概要の任意のパラグラフに係る一つの実施形態に従って、前記フライホイール回転質量は、前記機器の他の素子と同じシャフト上にある。
本発明の別の態様に従って、電気機器は、ステータと、ロータと、前記ステータ内の巻線とを含む。ここで、前記ステータは、前記ロータを取り囲み、前記ステータ内の巻線は、出力電流を生成するための主巻線と、前記出力電流より大きい、乗算出力を生成するように構成されたパルス巻線コイルと、を含む。
この概要の任意のパラグラフに係る一つの実施形態に従って、前記機器は、前記ロータおよび前記ステータの両方に対する電圧入力を受取るように構成された二重給電誘導機器である。
この概要の任意のパラグラフに係る一つの実施形態に従って、前記主巻線および前記パルス巻線コイルは、前記ステータの交替スロットに存在し、かつ、異なるそれぞれの磁気回路を駆動する。
この概要の任意のパラグラフに係る一つの実施形態に従って、前記パルス巻線コイルは、前記主巻線の半径方向内側に存在し、前記パルス巻線コイルは、前記主巻線よりも、前記ステータと前記ロータとの間のエアギャップに近い。
この概要の任意のパラグラフに係る一つの実施形態に従って、前記機器は、さらに、前記ステータに係るステータ磁気コアの外側周辺におけるカウンタパルスコイルと、前記カウンタパルスコイルに結合された回路と、を含む。
この概要の任意のパラグラフに係る一つの実施形態に従って、前記カウンタパルスコイルは、前記機器のパワー電子スイッチに整流エネルギーを提供し、前記パワー電子スイッチは、整流を達成するために逆バイアスを必要とする。
この概要の任意のパラグラフに係る一つの実施形態に従って、前記ステータ内の前記主巻線は、モータリングコイルおよびジェネレータコイルを含む。
この概要の任意のパラグラフに係る一つの実施形態に従って、前記パルス巻線コイルは、前記機器の横軸に巻かれた多相コイルであり、前記ジェネレータコイルは、前記機器の直軸に巻かれており、かつ、前記モータリングコイルは、前記直軸および前記横軸の両方にまたがる。
この概要の任意のパラグラフに係る一つの実施形態に従って、前記モータリングコイルおよび前記ロータのロータ巻線の同時短絡は、前記ジェネレータコイルまたは前記パルス巻線コイルへのエアギャップ磁束における周辺シフトを生じさせる。
この概要の任意のパラグラフに係る一つの実施形態に従って、前記ロータに係るロータ巻線の短絡、および、前記モータリングコイルの開放は、磁束シフトを提供して、前記ジェネレータコイルまたは前記パルス巻線コイルへの電圧誘導を強化する。
この概要の任意のパラグラフに係る一つの実施形態に従って、前記パルス巻線コイルは、前記主巻線を含む前記ステータのスロットの外側にある。
この概要の任意のパラグラフに係る一つの実施形態に従って、前記機器は、さらに、前記パルス巻線コイルを前記主巻線と結合する補助コイルを備える。
この概要の任意のパラグラフに係る一つの実施形態に従って、前記機器は、さらに、前記パルス巻線コイルに動作可能に結合されたポールピースを備える。
この概要の任意のパラグラフに係る一つの実施形態に従って、前記主巻線は、前記パルス巻線コイルにエネルギーを選択的に蓄積するように、整流器に動作可能に結合されたジェネレータ巻線を含み、前記パルス巻線コイルからの選択的な高電流出力を可能にする。
この概要の任意のパラグラフに係る一つの実施形態に従って、前記高電流出力は、前記ジェネレータ巻線の出力よりも大きい。
この概要の任意のパラグラフに係る一つの実施形態に従って、前記高電流出力は、前記ジェネレータ巻線の出力の倍数である。
この概要の任意のパラグラフに係る一つの実施形態に従って、前記機器は、さらに、ステータ内にカウンタパルスコイルを備える。
この概要の任意のパラグラフに係る一つの実施形態に従って、前記機器は、さらに、前記ステータのモータリング巻線と、前記ロータのロータ巻線との間で短絡するためのスイッチを含む。
前述および関連の目的を達成するために、本発明は、以降に詳細に説明され、かつ、請求項で特に示された特徴を含んでいる。以下の説明および添付の図面は、本発明の所定の例示的な実施形態を詳細に示している。しかしながら、これらの実施形態は、本発明の原理が使用され得る様々な方法のうちのいくつかを示すものである。本発明の他の目的、利点、および新規な特徴は、図面を参照して考慮すれば、本発明の詳細な説明から明らかになるであろう。
添付の図面は、必ずしも縮尺どおりではないが、本発明の様々な態様を示している。
図1は、本発明の一つの実施形態に従った、電力伝達システムまたは機器の概略図である。 図2は、本発明の一つの実施形態に従った、電力伝達システムまたは機器の概略図である。 図3は、本発明の一つの実施形態に従った、電力伝達システムまたは機器の概略図である。 図4は、本発明の一つの実施形態に従った、電力伝達システムまたは機器の概略図である。 図5は、本発明の一つの実施形態に従った、電力伝達システムまたは機器の概略図である。 図6は、本発明の一つの実施形態に従った、電力伝達システムまたは機器の概略図である。 図7は、本発明の一つの実施形態に従った、電力伝達システムまたは機器の概略図である。 図8は、本発明の一つの実施形態に従った、機器の運転中におけるエアギャップの変化を定性的に示すグラフである。 図9は、本発明の一つの実施形態に従った、XRAMコイル巻線の一例を示す巻線図であり、図10および図11に示す巻線を含む機器の一部である。 図10は、図9の巻線と同じ実施形態に従った、モータリング巻線の一例を示す巻線図である。 図11は、図9の巻線と同じ実施形態に従った、ジェネレータ巻線の一例を示す巻線図である。 図12は、図9の巻線と同じ実施形態に従った、ロータ巻線の一例を示す巻線図である。 図13は、本発明の一つの実施形態に従った、ステータ内の巻線を示す断面図である。 図14は、本発明の一つの実施形態に従った、ステータ内の巻線を示す断面図である。 図15は、本発明の一つの実施形態に従った、ステータ内の巻線を示す断面図である。 図16は、図15の機器を含む電力伝達システムの概略図である。 図17は、図16の電力伝達システムの一部であるパルス負荷回路の概略図を示している。 図18は、図16のシステムの動作におけるステップを示すフローチャートである。
電気機器は、そのステータXRAM巻線の一部として、機器の電流出力を増大させるためのものを含む。XRAM巻線は、外部負荷への出力のための電流増大を生成するように構成されたスイッチング素子に結合されている。XRAM巻線は、ステータ内のスロット内にあってよく、または、ステータ内の他の場所にあってよく、ステータ内の他の巻線に動作可能に結合されている。ステータは、ロータ、そして、従って慣性エネルギー源（inertial energy source）、例えば、電気機器の素子と同じシャフト上のフライホイールといったもの、に対して動作可能に結合されてもよい。機器の選択された巻線の短絡回路は、有利には、他の巻線にわたり機器に係る機器エアギャップ磁束のシフトおよび集中を生じさせることができる。
ここにおいて記載される様々な実施形態は、モータリング（motoring）巻線、発生（generating）巻線、および、XRAMまたはカウンタパルス（counter pulse、CP）巻線を含む。代替的に、モータリング巻線は一次巻線とみなされてよく、ジェネレータ巻線は二次巻線とみなされてよく、そして、XRAMまたはCP巻線は三次巻線とみなされてよい。
一般的に、電気機器は、典型的にはステータ上に、一次巻線を有しており、これは、直軸（direct axis）と横軸（quadrature axis）の両方に分配されている。二次巻線もまた、ステータ上で、典型的には、直軸上に集中されている。三次巻線もまた、ステータ上で、横軸に集中されている。出力システムがカウンタパルス発生のために三次巻線を使用することを必要とするモードの最中に、エアギャップ磁束は、いくつかの手段によって、直軸におけるピーク（peaking）から横軸におけるピークへとシフトされ、そして、その結果、三次巻線に誘起される電圧は、有利には、通常値（normal value）を越えて上昇（escalate）する。
そうした手段の１つは、（電力源を取り去って）一次巻線をその端子で短絡（short-circuit）させることであり、エアギャップ磁束を一次巻線によって占有される周辺（peripheral）ステータセグメントからカウンタパルス周辺ゾーンへとシフトさせる。別の手段は、巻線多相（polyphase）ロータの端子を短絡させることであり、それは、エアギャップ磁束を三次巻線のステータ横軸においてピークにシフトさせる効果を有する。第３の手段は、ステータコアに沿って様々な周辺位置で短絡「ヌル磁束（“null flux”）」閉ループを使用することであり、それは、ソリッドステートスイッチまたは真空遮断器（vacuum circuit breaker）のセットによって、これらのループ上に端子短絡を形成するように制御される。短絡閉ループを通る磁束は、低く、または、ゼロに近いものであり、そして、このことは、エアギャップ磁束を、ピークとなる周辺位置にシフトさせる。
図1は、ステータ巻線の２つのセットを有する同期電気機器10を示しており、a)主パルス出力パワーコイル、およびb)集積誘導（integrated inductive）ストレージコイルの両方を備えており、電流増大のためにXRAMスイッチング回路において機能するようにステータ周辺の周囲に取り付けられている。主巻線とXRAM巻線は、共通の磁気回路を共有しているが、別々の時間に使用されるので、２つの磁気回路は、実際の動作において機能的に分離されている。
巻線は、主巻線12、14、16、および、二次巻線22、24、26、28を含む。二次巻線22～28は、電気機器10の一部として示されており、そして、また、図1の右側の回路図の一部としても示されている。図1において、二次巻線22～28は、電気機器10の一部として図の左側と図の右側の両方に示されている。それは、XRAM回路として、エネルギーストレージおよび電流増大のための使用における二次巻線22～28の間の相互接続を示す機能回路図を示している。
XRAM回路技術は、主にパルス電磁負荷に供給される非常に大きな電流を可能にするように、ジェネレータまたはソース出力の電流増大を生成するために使用され得る。そうしたXRAM回路は、XRAMジェネレータ内の内部エネルギーストレージ素子を迅速に再接続する、複数のソリッドステートスイッチまたはトリガ真空スイッチを使用し、電流増大をもたらすように、直列のチャージエネルギー（charged energy）ストレージ素子を並列に配置することにより回路を再構成する。ステージ／素子の数および電流の乗算の対応する量は、様々な値のいずれかをとることができる。例えば、10kV入力で直列にチャージされる10個の素子が存在する場合、10段XRAMジェネレータにおいて、これらの素子は、個々の素子の電流定格の10倍で1kV出力を生じるように並列に配置され得る。二次巻線22-28自体は、XRAMジェネレータの個々の素子として機能するように構成されている。
主巻線12～16は、高電圧かつ低電流で、多相AC出力を生成する。この多相高圧低電流AC出力は、整流器30によって高圧低電流DCに整流される。このDC電流は、４つのXRAMステージ42、44、46、および48に対して入力ステージをチャージするために使用され、各ステージは二次巻線22～28の１つに対応している。図示の構成は、誘導ストレージコイルLS1～LS4(二次巻線22～28)、および、内部エネルギーストレージ素子のための静電キャパシタC1～C4(参照番号52、54、56、および58)によってカウンタパルスを含む。4段XRAMは、４つの主要な逆導電サイリスタ(RCT)62、64、66、68、および８つのパワーダイオード71、72、73、74、75、76、77、および78と共に示されている。最終出力スイッチ80は、サイリスタ、またはトリガ真空スイッチといった類似の高電流スイッチングデバイスであってよい。出力は、負荷84に供給され、それは非線形負荷であり得る。
一つの実施形態において、同期機器10は、巻線フィールド発電機（electrical generator）である。主ステータ巻線12～16は、最初にDC励起巻線によって励磁（energized）される。主ステータ巻線12～16からの出力は、整流器30(および、容量性蓄積キャパシタ中間ストレージ)におけるAC/DC整流の後に使用され、直流接続された「N」(例えば、4)個のストレージコイル22～28を、DC電流I1を用いて、誘導的にチャージする。サイリスタTh1～Th4(参照番号62～68)は、インダクタ素子22～28をチャージし、そして、ソース電圧を均等に共有するように、順方向電流を伝導するためにゲートされる。インダクタ22～28が電流の定常値に達すると、負荷スイッチサイリスタThL(参照番号80)が閉じられ、全ての「N」個のストレージコイル(二次コイル22～28)が並列になり、そして、出力電流I2は、N:1倍に乗算される。
ここにおいて、N個のストレージコイルを有する装置が、時には参照される。そうした参照において、Nが１よりも大きい任意の整数を表すことが正しく理解されるべきである。
この電流増大プロセスは、また、常に一定のエアギャップ磁束を有する、永久磁場（permanent-magnet field）同期ACジェネレータでも機能し、そして、巻線-DC磁場マシンよりも優れてよく、エアギャップ磁束の大きさにおいてより大きな変動を有することができる。そうした代替的な構成において、AC/DC整流器は、静電キャパシタバンクを伴う中間エネルギーストレージ装置を有する。この段階では電圧が高いので、キャパシタバンクはコンパクトで効率的である。エネルギー伝達は、電気機器を通じてフライホイールから、次に、DC整流キャパシタに送られ、次いで、機器周辺に取り付けられた誘導ストレージコイルに送られる。
図2は、ステータ周辺の周囲に取り付けられた、主巻線112、114、および116を使用する主パルス出力パワーコイル、および、集積誘導ストレージコイル122、124、126、および128の両方を備える、ステータ巻線の２つのセットを有する巻線電界誘導（wound field induction）電気機器110を使用する簡略化された構成を示している。二次巻線(誘導ストレージコイル)122～128は、電流増大のためにXRAMスイッチング回路において機能するように働く。２つの磁気回路は、主巻線112～116とXRAM巻線122～128が別々の時間で使用されるので、実際の動作では機能的に分離されているが、巻線の両方のセットは、共通の磁気回路を共有している。
多相巻線AC電界誘導ジェネレータであり、かつ、エネルギーストレージのためにフライホイールが既に相当な速度まで上がっている、誘導機（induction machine）の動作を考えてみる。主ステータ巻線112～116は、最初に、AC励起スリップ周波数ロータ巻線130によって励起される。ステータ生成出力は、(整流器132における)AC/DC整流の後、そして、容量性ストレージキャパシタ中間ストレージ134の後で使用され、「N」(例えば、4)個のストレージコイル122～128を誘導的にチャージする。コイル122～128は、DC電流を用いて、サイリスタTh1～Th4(参照番号162、164、166、および168)を通じて直列接続でチャージされる。インダクタが電流の定常値に達すると、次いで、負荷スイッチサイリスタThL(参照番号180)は閉じられ、そして、全ての「N」個のストレージコイルLs1～LsN(図示の実施形態では、二次コイル122～128)は並列であり、かつ、出力電流がN:1倍に乗算されている。ロータ回路130に電力供給する可変電圧可変周波数(VVVF)電源184は、また、全体的なスキームに利益をもたらすように、アクティブ励起（excitation）を抑制し、かつ、ロータ巻線130を短絡させる能力を有する。このことは、二次コイルのインピーダンスを低下させ、それは有利である。ストレージインダクタ(二次コイル122～128)が全定格電流までチャージされ、かつ、主出力巻線電流がゼロである場合、ロータ巻線は、VVVF駆動装置（drive）184または別個の短絡スイッチ(または真空遮断器)のいずれかによって、それらの端子で短絡される。そして、機器のエアギャップ磁束は、周囲にシフトし、かつ、第１DC電流に加えて、各ストレージコイルにおいて電流のDC過渡成分を生成する。エネルギー伝達は、電気機器を通じてフライホイールから、次に、DC整流キャパシタに(短時間)送られ、次いで、機器周辺に取り付けられた誘導ストレージコイル122～128に送られる。
図3は、２セットのステータ巻線を有する同期電気機器210の実施形態を示しており、両方の主パルス出力電力を提供するための主巻線212、214、および216、および、機器210のステータの周囲に取り付けられた、統合誘導ストレージコイル(二次巻線)222、224、226、および228の両方を含む。提供するための、主巻線212、214、216を含む2組のステータ巻線を有する実施形態を示す。二次巻線222～228は、電流増大のためにXRAMスイッチング回路において機能する。ステータ主巻線端子には、また、外部多相短絡スイッチS1およびS2(参照番号236,238)も存在する。スイッチS1およびS2(参照番号236および238)が閉じられると、これは、パルス化された（pulsed）二次巻線222～228のインピーダンスを減少させる。主巻線とXRAM巻線は、共通の磁気回路を共有しているが、別々の時間に使用されているので、ステータ上の２つの磁気回路は、実際の動作では機能的に分離されている。
同期機器は、永久磁石(PM)界磁ジェネレータであってよい。主ステータ巻線212～216は、PMシステムによって、一定のロータ磁束で励起される。出力は、AC/DC整流(整流器232において)の後、および、容量性ストレージキャパシタ中間ストレージ230の後に、「N」(例えば4)個のストレージコイル222～228を誘導充電（inductively charge）するために使用される。コイル222～228は、DC電流を用いて直列にチャージされる。インダクタLs1～Ls4(二次コイル222～228)が電流の定常値に達すると、スイッチ236および238は閉じられ、主ステータ出力を短絡し、そして、ロータ磁束を数ミリ秒以内にエアギャップ内で約90電気度だけ空間的にシフトさせる。ロータフラックスはほぼ一定のままであるが、今や、誘導ストレージコイル222～228の中で集中されている。主ステータ巻線の実効パーミアンスおよび実効インピーダンスは、ステータ短絡が発生し、磁性鋼が今や飽和領域に入り、そして、主ステータコイルの全体的な端子インピーダンスが低くなると、減少する。この半径方向エアギャップ磁束のシフトは、ストレージコイルに誘導される直流の過渡成分を結果として生じさせ、そして、単純なN段増大を越えて全体の電流出力増大を高めている。負荷スイッチサイリスタThL(参照番号280)は閉じられ、そして、全ての「N」個のストレージコイル(図示の実施形態では、二次コイル222～228)は並列であり、そして、出力電流にN:1倍より大きく乗算される。
ダイオードD1(参照番号242)は、整流器232を逆電圧過渡現象から保護し、そして、空気遮断器240が開いたとき、電流I1が維持されることを確実にする。フライホイール250は、機器210に対して動作可能に連結されている。
図4は、さらなる実施形態を示しており、機器410は、XRAMジェネレータのために誘導ストレージを使用し、そして、また、有利にも、XRAMエネルギーを保管するための二重給電誘導電気機器（doubly-fed induction electrical machine）410内に配置された巻線多相ステータコイルのセットも使用する。この構成は、XRAMのために外部離散コイルを使用する必要を回避する。機器410は、ロータ412およびステータ414を有している。ロータ412は、ロータ巻線R1(参照番号422)を有する。ステータ414は、主ステータ巻線S2(参照番号424)、および、一連の補助巻線S3、S4、S5、およびS6(参照番号432、434、436、および438)を有する。
図4は、マシン410の外部にある３つの逆導電サイリスタ(RCT)スイッチングデバイス442、444、および446、および、高電流パルス出力を生成するためにマシンコイル432～438を並列に配置する、8つのパワーダイオードD1～D8(参照番号451、452、453、454、455、456、457、および458)を示している。主出力サイリスタは一方向スイッチングデバイスThL(参照番号460)である。DFIM 410は、可変電圧可変周波数電源(VVVFインバータ)464によって励起される巻線多相ロータ(巻線R1、参照番号422)を有しており、DCまたはAC補助電源466のいずれかから供給される。ロータ励起は、また、XRAMモードをイネーブルにするように、その端子でロータ回路412を完全に短絡する多相短絡スイッチ468も含んでいる。主電力は、ターボジェネレータ472といった、機器からステータモータリング巻線S1(参照番号470)を通じてDFIMに供給されている。DFIM 410は、運動エネルギーE1を含むフライホイールエネルギーストレージ装置420に機械的に接続されている。DFIMの軸速度／エネルギー減少／増加は、通常動作の一部である。
主DFIM出力巻線424は、図面ではS2と示されており、そして、図に示されるように、全体的な多相システムの一部としての単相ステータ巻線である。DFIMステータにおける特定のXRAMコイル（1相について）は、同じ位相のS3、S4、S5、およびS6コイル(参照番号432、434、436、および438)として指定されており、そして、RCT回路(参照番号442～446)、および、DCチャージ電流I2を供給する、全波ブリッジ（full wave bridge、FWB）主整流器494に対して直接的に接続されている。コイルS3、S4、S5、およびS6(432～438)は、主モータリング／ジェネレータコイル(424)と同一の機器ステータ磁気回路において巻かれており、そして、短時間だけでも機器主エアギャップ磁束を利用する。通常の発電動作では、ロータが、VVVF電源464によって励起され、そして、機器410の主エアギャップ磁束を開始する。RCTサイリスタ442～446は、短絡モードの前に、これら４つのコイル432-438を直列に接続する。
パルス電力動作について、一旦、主出力DC電流が整流され、そして、電流がコイルS2～S6へと循環されると、ロータは短絡され、大部分のエアギャップ磁束をコイルS2～S6へとシフトし、この電流を増加（boost）させる。さらに、ロータ短絡回路では、コイルS2-S6の誘導リアクタンスは、より低いリアクタンスで高電流が流れることを可能にする「ボアリアクタンス（“bore reactance”）」として知られているものまで著しく減少させる。静電キャパシタC1～C4(参照番号471、472、473、および474)によって提供されるカウンタパルス電流I5～I8は、RCTスイッチ442～446をターンオフし、そして、コイルS2～S6がコイル負荷を供給するために今や並列になるように、回路が再構成される。メイン出力スイッチ480は、ダイオード451～454のコンポーネント電流を共通負荷482へと結合する。静電キャパシタC1～C4は、より小さいエネルギーストレージデバイスであり、そして、エネルギーストレージの大部分は、電気機器内のコイルS2～S6からのものである。本システムは、コンパクトであり、かつ、有利なことに、従来のアプローチと比較して、重量およびサイズにおいて大幅な減少を表すものである。
図5は、低電流DFIMのペア502および504を含むシステム500を示しており、これは、図4で上述した二重給電マシンに類似してよい。入力電力510は、それぞれの周波数コンバータ512および514、および、それぞれのロータVVVF励起コンバータ516および518に供給され得る。主周波数コンバータ512および514は、それぞれのステータ入力522および524に電力を供給し、そして、コンバータ516および518は、それぞれのロータ526および528に励起電力を供給する。フライホイールエネルギーストレージシステム532および534も、また、それぞれのロータ526および528に結合されている。ステータ出力メインコイル542および544は、それぞれ全波ブリッジ制御整流器546および548に結合される。二次出力コイル552および554は、それぞれXRAMサイリスタスイッチネットワーク556および558に結合されている。出力は、次いで、ブロック562および564におけるそれぞれの最終パルス整形ネットワーク（pulse shaping network、PSN）またはパルス形成ネットワーク（pulse forming network、PFN）を通過し、次いで、それぞれの出力サイリスタスイッチアレイ566および568を通過し、そして、次いで、パルス化された負荷570に送出される。
図6は、電気機器610のステータ周辺の周りで３つの位相の配置を示す４段XRAMを伴う電気機器610の別の実施形態を示している。機器610は、４つのポール（pole）を有するDFIMマシンである。主出力巻線は、ステータスロットの頂部にある。3相として72スロット、1相当たりポール毎に6スロットであり、それぞれ２スロット／ポールを有する３つの別々のグループの二重層ラップ巻線として配置されている。主モータリング巻線は、ステータスロットの底部にある。重ね巻き（lap wound）二重層巻線として、3相システム用84コイル、位相当たり21コイルであり、1相当たりポール毎に7コイルである。XRAMコイルの場合、エアギャップに最も近いステータスロットの頂部に埋め込まれたステータ周辺の周りに等間隔に配置された3相システム内の合計12個のコイルが存在する。機器610では、ロータ巻線は、典型的には36または72スロットの「スキップポール（“skip pole”）」デルタ接続巻線として4ポール巻線である。
図7は、XRAMコイルS3、S4、S5、およびS6(集合的に参照番号720)について、これらのインダクタを主エアギャップ磁束にリンクさせるため、かつ、磁気誘導ストレージ装置を作成するために、電気機器に磁束を提供させることによって、XRAM(N=4)外部ストレージインダクタが除去される、機器710の実施形態を示している。いくつかの従来の構成におけるダイオードも、また、除去されており、XRAMダイオードアレイ730として示されるように、４段XRAM用の４つの全波ブリッジパワーダイオードアセンブリのみが残されている。RCTスイッチングデバイスは、10,000アンペアといった非常に高い電流が含まれる場合に、使用されるが、そうでなければ、ゲートターンオフコマンドによってそれ自身の電流を整流することができる、IGBTまたはMOSFETといったより低い電流の固体スイッチングデバイスが有効に使用され得る。図7において、コイルS2～S6(ステータメインAC出力712およびXRAMコイル720)は、電気機器ステータコア714に巻かれており、そして、ロータ718上のロータ回路R1(参照番号716)の突然の短絡に応答する。ACまたはDC励起源740およびVVVF励起インバータ742は、ロータ回路R1(参照番号716)に電力を提供する。励起源740が遮断された後、かつ、高電流放電のためのシステムの準備が整った後で、ロータ回路R1(参照番号716)は、周囲的にエアギャップ磁束をステータ生成コイル712またはXRAMコイル720にシフトさせるラインツーライン電子スイッチ(アンチパラレルサイリスタの組み合わせ、といったもの)746を介して短絡される。エアギャップの半径方向磁束のこの結果としてのシフトは、ヌルされるのではなく、むしろ、XRAM専用コイルまたはセクタに蓄積され、そして、そのように誘導リアクタンスを低減する。所定の機器巻線レイアウトにおいては、２つの3相真空遮断器VBおよびラインツーラインとして接続された短絡インダクタLx(集合的に参照番号746)を用いて示されるように、機器710が速度に達した後で、ステータモータリング巻線712を短絡することも、また、有益である。同時に、ロータ巻線R1(716)およびステータ巻線S1(712)の短絡モードは、RCTサイリスタ750のセットを逆バイアスするために使用されるS2～S6コイル(XRAMコイル722～728)への高電圧誘導を結果として生じる。コイルS2～S6は、ステータエアギャップ磁束のシフトに最も効果的に反応するように、機器エアギャップに最も近接して配置されている。
図7に示す実施形態において、(例えば)図4の実施形態のカウンタパルスキャパシタは、電気機器補助出力巻線760に、３つのRCTサイリスタスイッチ750の整流（commutation）を行うためのカウンタパルス電流を提供させることによって除去されている。機器カウンタパルス回路CP 760は、各RCTにわたり直接的に接続されている。RCTスイッチングデバイスは、10,000アンペアといった非常に高い電流が含まれる場合に使用され得る。そうでなければ、IGBTまたはMOSFETといった、ゲートターンオフコマンドによってそれ自身の電流を整流することができる、より低電流のソリッドステートスイッチングデバイスが有効に使用され得る。図7において、コイルS3～S6(ステータXRAMコイル720)およびカウンタパルスコイル760は、共通の電気機器ステータコア上に巻かれ、そして、ロータ回路の突然の短絡(高誘導電圧を有することによる)に応答する。ロータ回路R1は、励起インバータVVVFが遮断され、かつ、システムが高電流放電の準備ができた後、次いで、ラインを通じてライン電子スイッチ(または真空遮断器)746に短絡される。このラインは、エアギャップ磁束をステータ生成コイル、CPおよびXRAMコイルへと周辺的にシフトする。
機器710は、ダイオードアレイ730を通じてパルス化されたDC負荷764にリンクされている。XRAMダイオードアレイ772および774によって図7に示されている、他の類似の機器も、また、負荷764に電力を供給するために結合(並列など)され得る。
特定の電気誘導機器は、内部空間過渡効果を有し、エアギャップ磁束が対称的に分布する通常動作とは対照的に、エアギャップ周辺の周りで磁束の非対称分布を生成する。この磁束の非対称分布は有利である。
図8は、エアギャップ磁束の空間分布を示している。機器ステータ周辺のセグメントが、モータリングまたはジェネレータ巻線、および、それぞれに、4極又は8極の72個又は144個のスロットステータにおけるXRAMコイルおよびカウンタパルスコイルの両方に当てられた、特定の周辺セクタ、の組み合わせによって占有されている場合である。モータリング巻線B0の正規磁束密度は0.70テスラであってよく、XRAM磁束密度B1は0.85テスラであってよく、そして、カウンタパルスエアギャップ磁束密度B2は0.95テスラである。これら２つのより高い磁束密度は、モータリング巻線をその端子で短絡させる機能であり、モータリングゾーンから出て、かつ、XRAMゾーンの中へのエアギャップ磁束のシフトを引き起こす。これは、磁束圧縮の一形態である。つまり、正常に54個のスロットを取り囲むであろうフラックスが、18個のスロットのゾーンの中へ圧搾され、短絡が完全である場合に、固有の4:1フラックス圧縮を生じさせる。モータリング巻線には漏れインダクタンスが存在し、かつ、短絡回路電流は、ステータによってロータ漏れリアクタンスおよび端巻線（end-winding）漏れに制限されるので、固有の磁束圧縮は、許容される2:1の比率である。ここで、XRAMおよびCPコイルセクタは、18スロット/72スロット、すなわち機器周辺の25%を占める。代替的な実施形態において、XRAMおよびCPコイルは、9スロット/72スロット、すなわち機器周辺の12.5%を占め、これはより効率的である。
図9-12は、電気機器コイルシステムの例を示している。図9-11は、84個のステータスロットにおける4極（4-pole）3相（3-phase）機器のサンプルレイアウトを示し、共通フレーム上の、XRAM巻線(図9におけるレイアウト802)、モータリング巻線(図10におけるレイアウト804)、およびジェネレータ巻線(図11におけるレイアウト806)のコイルグループを（それぞれに）示している。XRAM巻線は48コイルを有し、モータリング巻線は84コイルを有し、そして、ジェネレータ巻線は36コイルを有している。従って、各ステータ巻線は、固有の電圧レベルおよび固有の電力入力／出力レベルを有することができる。図12は、ステータ頂部図面と一致するように、36個のロータスロットにおける4極DFIM機器のための好ましいロータ巻線レイアウト808を示している。巻線レイアウトは、72から始まるステータスロット番号を伴う6、8、10極のような他の極数まで拡張することができる。ロータは、当技術分野で周知のように、スリップリングアセンブリまたはブラシレス励起器（exciter）によって励起され得る。
図13-15は、ステータスロットの3つの異なる断面図を示し、ステータフレーム上にXRAM巻線を実装するための3つのタイプの構成を示している。図に示す構成。図13-15に示される構成は、その中に示される様々な他の実施形態の他の態様の一部として、または、関連して使用され得る。
図13は、ステータ812を有する機器810において、XRAM巻線を、2スロット／極／相として示されるジェネレータ巻線およびモータリング巻線と同じスロットへと組み合わせるアプローチを示している。ステータ812は、ロータ814を取り囲んでおり、そして、ステータ812は、様々な巻線を受容するためのスロット816および818を有している。図13には、２つのスロット816および818のみが示されているが、ステータ812は、ステータ812の周囲に均等に円周方向に間隔を置いたスロットを有して得ることが理解されるだろう。ステータ812およびロータ814は、ステータ812の半径方向内側（inward）およびロータ814の半径方向外側（outward）にエアギャップ820を有し、それらの間にエアギャップ820を画定する。XRAM巻線824は、磁気パーミアンス／リアクタンスを最小にするために、エアギャップ820に最も近いスロット816および818に配置されている。スロット816および818において最も深いモータリング巻線828は、グループの最高のパーミアンス／リアクタンスを生じる。主出力巻線834は、XRAM巻線824とモータリング巻線828との間で半径方向に、スロット816および818内にある。全ての巻線824、828、および834は、内部液体冷却導体チャネル（liquid cooling conductor channel）を伴い、図13に示されている。しかしながら、他の種類の導体冷却が代わりに使用され得るが理解されるだろう。
図14は、機器860のステータ862の断面を示している。ステータ862はロータ864を取り囲んでおり、そして、ロータ864とステータ862との間にエアギャップ870を有する。機器860の様々な巻線は、ステータ862のスロット872、874、876、および878において配置されている。巻線は、ステータスロット872および874の最も深い部分に配置されたXRAM巻線882を含む。巻線882は、モータリング巻線886とではなく、ジェネレータ巻線884と共有される、選択スロット(例えば、スロット872および874)だけに配置されている。モータリング巻線886は、XRAM巻線882が配置されていない、スロット876、878といった、スロットに限定される。機器860の大部分は、共通のステータスロットにおけるジェネレータ巻線およびモータリング巻線の組み合わせで巻かれており、そして、機器のステータの小さい部分だけが、共通のスロットにおいて組み合されたXRAM巻線およびジェネレータ巻線を有する。ジェネレータ巻線およびモータリング巻線の配置は、標準的な2～6スロット／極／相レイアウトであり得るが、一方で、XRAM巻線は、より少ない数の占有スロットを一般的に有し、1～2スロット／極／相を結果として生じている。図14に示される構成において、モータリングまたは巻線のいずれか(または、その両方)の端子で短絡する方法は、ステータコア内の磁束の周辺シフトを結果として生じ、そして、XRAM巻線882の周りのこの磁束を濃縮して、XRAMコイル882内で高電圧発生を結果として生じる電磁場(EMF)を誘発している。
ここで、XRAM巻線のためにより多数の巻線(例えば、スロット当たり6)を使用することは、結果として、短絡回路条件の最中のモータリング巻線への印加電圧またはジェネレータ巻線の出力よりも、高い電圧がXRAM巻線において誘起される。加えて、XRAM巻線のためのより多くの巻線数は、結果として、ジェネレータ巻線よりも高い端子インダクタンスをもたらす。蓄積エネルギーE=0.5×L×I2であるので、このインダクタンスLは、エネルギーストレージ装置として必要である。誘導される電流Iは、この動作モードが発生する場合のモータリング巻線およびジェネレータ巻線の組み合わせの短絡電流に比例する。
図15は、ロータ914を取り囲み、間にエアギャップ920を伴うステータ912を有する機器910の一つの実施形態を示している。機器910では、XRAMコイル932が、標準的な機器スロット936の外側に配置されている。XRAMコイル932は、ステータ912の磁気コアの外側部分に沿って配置された専用位置および専用ポールピース（pole piece）938を有する。ポールピース938は、XRAM磁性体を特定の磁束パス（path）に閉じ込め、コイルのエネルギーストレージを増加させるために使用される。特別なヌル磁束短絡（null flux shorting）コイル940は、ステータスロット936の選択内に配置されており、そして、磁心（magnetic core）のバックアイアン磁束を囲んで、図15にDxとして示される半径方向寸法の磁束密度を制御する。磁束線φ1、φ2、φ3は、XRAMコイル936を囲み、そして、XRAMコイル936の電圧およびインダクタンスの両方を発生する。通常動作では、パルスデューティの前に、磁束φ1、φ2、φ3はノミナル（nominal）値である。パルスデューティが指令されると、短絡コイル940のアレイは、電子スイッチ(例えば、サイリスタまたはIGBT)を通じて短絡され、そして、磁束φ1、φ2、φ3が、急速に増加し、そして、XRAM出力電流は、それに対応して、急速に減少して、エネルギーを蓄積することができる。一つの実施形態において、短絡コイルそれぞれは、直列に接続された複数の短絡コイルを有するのではなく、それ自体の短絡電子スイッチを有している。
機器910は、図16に示されるシステムに関連して後述するように、DFIMであってよい。代替的に、機器910は、同期型またはリラクタンス型を含む、別の型の回転電気機器であってよい。
図16は、図15の機器910を含むシステム950を示している。図16は、図15に示されるヌル磁束ループを短絡する装置1046を示しており、XRAMコイルの周りを循環（circulating）する磁束を減少させる。図16に示される機器910は、DFIMである。XRAM電流増大器（multiplier）スキームは、上述のように、XRAMコイル936、および、ステータコア912の周りのヌル磁束コイル940を含んでいる。機器910は、また、３つのヌル磁束ループ巻線上の短絡スイッチ960を含み、XRAMストレージコイル936内に機器磁束（machine flux）を集中させ、そして、結果として、高電流出力を生じる。リアクタ（reactor）X1およびX2(参照番号962および964)は、短絡電流を安全値に制限するために使用されている。ジェネレータ巻線1036は整流され、そして、DCリンク1034でフィルタリングされ、次いで、XRAMスイッチングアレイ968に供給される。XRAM電子スイッチングアレイ968は、図3および4に示される実施形態に関して上述したものと同様な方法で、高電流出力パルスを生成するために使用される。スイッチングアレイ968は、以下でさらに説明されるスイッチング回路を通じて、パルス化された負荷972に電流ILを供給する。示されるように、エネルギーストレージの４つのタイプが存在する。電気運動フライホイール（electro-kinetic-flywheel）E1(参照番号982)、電気化学励起エネルギー源E2(参照番号984)、静電エネルギー源E2'およびE3(参照番号986および988)、および、電磁XRAM源E4(参照番号990)である。
図17は、XRAMスイッチングアレイ968(図16)に結合された、パルス化された負荷972のための特殊の負荷回路974を示している。回路974は、インダクタ－キャパシタ4段パルス形成ネットワークから構成されている。XRAMスイッチングアレイ968は、電流増大を提供し、そして、PFN負荷回路974は、抵抗素子RLとして示されている、最終負荷972へと、XRAMよりも低い出力インピーダンス、および、より早い立ち上がり時間、例えば20nS、を提供することができる。有効なパルス整形は、しばしば、関連して動作する２つの異なるタイプの回路を必要とし得るので、XRAM高電流回路に、回路またはPFN 974といった、パルス形成ネットワークを供給させることが、好ましい実施形態である。図示されているトリガゲートパルス976は、イグニトロン、サイリスタ、サイラトロン（thyratron）、またはIGBTといった、任意の数の高電流スイッチングデバイスに供給される。
図18は、５つの真空遮断器または同様な電子スイッチ(双方向サイリスタ対、といったもの)を有するシステム950(図16)の動作シーケンスを示しており、そのうち３つのスイッチまたは遮断器は、短絡条件を生成するために使用され、機器ステータコア内の電気機器磁束をシフトして、XRAMコイルを取り囲む磁束の蓄積を引き起こし、かつ、それにより、コイルインダクタンス／蓄積エネルギーの増加を生成する。方法1000は、ステップ1002で開始し、真空遮断器VB1およびVB3(図16における参照番号1022および1024)が閉じられると、VVVF-1およびVVVF-2インバータドライブ(図16における参照番号1026および1028)が開始される。
ステップ1003において、ロータ巻線R1(図16における参照番号1032)が励起され、DFIM 910(図16)を最大速度および最大運動エネルギーに駆動する。次いで、ステップ1004において、静電エネルギー源E3(図16における参照番号988)への運動エネルギーの移転があり、ジェネレータ巻線S2(図16における参照番号1036)を通じてキャパシタC1(図16における参照番号1034)をチャージする。
ステップ1006において、システム950(図16)はコーストモード（coast mode）に入り、遮断器VB1(1022)が開かれ、そして、VVVF-1モータ駆動装置（motoring drive）1026が遮断される。ステップ1007において、XRAMインダクタ(XRAMスイッチングアレイ968(図16)の一部)は、XRAM巻線S3(図16のXRAMコイル936)を通じて、かつ、静電エネルギー源E3(図16における参照番号988)からの低電流から、チャージされる。
ステップ1008においては、真空遮断器VB3(図16における参照番号1024)が開かれ、そして、VVVF-2モータ駆動装置1028でロータ励起がターンオフされ、静電チャージの全てが、静電エネルギー源E3(図16における参照番号988)からXRAMスイッチングアレイE4(図16における参照番号990)へ移転されるのを待つ。それに続いて、ステップ1009においては、短絡真空遮断器VB2およびVB4(図16における参照番号1042および1044)が閉じられ、ステータスロット936(図15)に沿って磁束シフトを開始する。ステップ1011においては、真空遮断器VB5(図16における参照番号1046)が閉じられ、コア磁束をシフトするようにヌル磁束コイル940(図15)を短絡する。
次いで、ステップ1012においては、XRAM出力電子スイッチ960が閉じられ、XRAMコイル936(図16)を並列に再構成する。最後に、ステップ1014においては、パルス化された負荷972(図16)への高電流(倍率IL)の移転がある。高電流ILは、単一のコイルI1:IL=n・I1によって生成された電流にわたり、XRAMコイルの数nが乗算される。このサイクルは、必要に応じて、要求される高電流パルスを提供するためにリピートされ得る。
本発明が、所定の用途および実施に関して示され、かつ、説明されてきたが、この明細書および添付図面を読んで理解すると、他の同業者に対して同等な変更および修正が生じることが明らかである。特に、上述のエレメント(コンポーネント、アセンブリ、デバイス、組成物、等)によって実行される様々な機能に関して、そうしたエレメントを記述するために使用される用語(「手段（“means”）」への言及を含む)は、別段の指示がない限り、本発明のここにおいて示された例示的な実施形態においてその機能を実行する開示された構造と構造的には同等でないとしても、説明されたエレメントの特定の機能(すなわち、機能的に同等である)を実行する任意のエレメントに対応するように意図されている。加えて、本発明の特定の特徴が、例示されたいくつかの実施形態のうち１つ以上のみに関して上述されてきたが、そうした特徴は、任意の所与または特定のアプリケーションに対して所望かつ有利であり得るように、他の実施形態の１つ以上の他の特徴と組み合わせることができる。

Claims (22)

  1. ダイナモ電気機器であって、
    電磁構造体であり、
    交流一次巻線、および、多相二次巻線、
    を含む、電磁構造体と、
    スイッチング素子のアレイと、
    フライホイール回転質量と、
    を含み、
    前記一次巻線は、前記フライホイール回転質量にモータリングトルクを提供し、かつ、前記ダイナモ電気機器を磁化し、
    前記電磁構造体は、前記スイッチング素子のアレイに電力を供給し、前記スイッチング素子は、外部負荷への出力について電流増大を生成するように構成されており、かつ、
    前記フライホイール回転質量は、慣性エネルギーストレージを提供するために前記電磁構造体に動作可能に結合されており、
    前記機器は、さらに、前記一次巻線および前記二次巻線に動作可能に結合された三次巻線を備え、
    前記二次巻線は、出力電力を提供し、
    前記三次巻線は、誘導エネルギーストレージを提供し、
    前記三次巻線は、動作において、エネルギーストレージのために直列接続で構成可能であり、かつ、並列接続で再構成可能である、
    機器。
  2. 前記機器は、さらに、
    前記一次巻線および前記二次巻線に動作可能に結合された三次巻線を備え、
    前記一次巻線または前記二次巻線の短絡が、前記三次巻線にわたり前記機器に係る機器エアギャップ磁束のシフトおよび集中を生じさせ、
    前記三次巻線において直流または過渡電流を誘起し、
    前記三次巻線は、誘導エネルギーストレージのために使用され、かつ、外部負荷への電流増大をもたらす、
    請求項１に記載の機器。
  3. 前記一次巻線または前記二次巻線の短絡は、磁気直軸から磁気横軸への前記機器エアギャップ磁束のシフトまたは集中を生じさせる、
    請求項２に記載の機器。
  4. 前記機器は、高パワー電子スイッチを整流する目的で、カウンタパルス出力を生成するように構成された追加の電磁巻線を含み、
    該高パワー電子スイッチは、前記機器の周辺に含まれる前記三次巻線を高電流アレイへと再構成し、かつ、前記機器に動作可能に結合された前記外部負荷に高電流出力を提供するために、主として使用される、
    請求項２に記載の機器。
  5. 前記エアギャップ周辺の反復可能なセクションにわたり、エアギャップの半径方向に向けられた磁束の３つ以上の別個のレベルが存在し、
    前記一次巻線と前記二次巻線は、第１レベルの磁束密度によって磁気的に結合されており、
    前記三次巻線は、第２レベルの磁束密度によって結合されており、
    カウンタパルスコイルは、第３レベルの磁束密度によって結合されており、かつ、
    前記第２レベルの磁束密度および前記第３レベルの磁束密度の大きさと位相シフトは、前記機器のステータ磁気コア内に埋め込まれた短絡コイルによって強化される、
    請求項２に記載の機器。
  6. 前記エアギャップ周辺の反復可能なセクションにわたり、エアギャップの半径方向に向けられた磁束の３つ以上の別個のレベルが存在し、
    前記一次巻線と前記二次巻線は、第１レベルの磁束密度によって磁気的に結合されており、
    前記三次巻線は、第２レベルの磁束密度によって結合されており、
    カウンタパルスコイルは、第３レベルの磁束密度によって結合されており、かつ、
    前記第２レベルの磁束密度および前記第３レベルの磁束密度の大きさと位相シフトは、前記機器のロータ磁気コア内に埋め込まれた短絡コイルによって強化される、
    請求項２に記載の機器。
  7. 前記機器は、さらに、
    前記一次巻線および前記二次巻線に動作可能に結合された三次巻線を含み、
    前記一次巻線または前記二次巻線の短絡は、前記機器のコア磁束のシフトまたは集中を生じさせ、かつ、続いて、前記三次巻線の磁気エネルギーストレージ容量が増加し、
    前記三次巻線は、誘導エネルギーストレージの迅速な移転のために使用され、かつ、スイッチングネットワークと共に、電力出力負荷に対する電流増大効果をもたらす、
    請求項１乃至６いずれか一項に記載の機器。
  8. 前記機器は、さらに、
    前記一次巻線および前記二次巻線に動作可能に結合された三次巻線を含み、
    前記一次巻線または前記二次巻線の短絡は、前記機器のコア磁束のパルスを生じさせ、かつ、続いて、前記三次巻線の磁気エネルギーストレージ容量が増加し、
    前記三次巻線は、誘導エネルギーストレージの迅速な移転のために使用され、かつ、スイッチングネットワークと共に、電力出力負荷に対する電流増大効果をもたらす、
    請求項１乃至６いずれか一項に記載の機器。
  9. 前記フライホイール回転質量は、前記機器の他の素子と同じシャフト上にある、
    請求項１乃至７いずれか一項に記載の機器。
  10. ステータと、
    ロータと、
    前記ステータ内の巻線と、
    を含む、電気機器であって、
    前記ステータは、前記ロータを取り囲み、
    前記ステータ内の巻線は、
    出力電流を生成するための主巻線と、
    前記出力電流より大きい、乗算出力を生成するように構成されたパルス巻線コイルと、
    を含み、
    前記機器は、交流一次巻線、多相二次巻線、および、前記一次巻線および前記二次巻線に動作可能に結合された三次巻線を備え、
    前記二次巻線は、出力電力を提供し、
    前記三次巻線は、誘導エネルギーストレージを提供し、
    前記三次巻線は、動作において、エネルギーストレージのために直列接続で構成可能であり、かつ、並列接続で再構成可能である、
    機器。
  11. 前記機器は、前記ロータおよび前記ステータの両方に対する電圧入力を受取るように構成された二重給電誘導機器である、
    請求項１０に記載の機器。
  12. 前記主巻線および前記パルス巻線コイルは、前記ステータの交替スロットに存在し、かつ、異なるそれぞれの磁気回路を駆動する、
    請求項１０または１１に記載の機器。
  13. 前記パルス巻線コイルは、前記主巻線の半径方向内側に存在し、
    前記パルス巻線コイルは、前記主巻線よりも、前記ステータと前記ロータとの間のエアギャップに近い、
    請求項１２に記載の機器。
  14. 前記機器は、さらに、
    前記ステータに係るステータ磁気コアの外側周辺におけるカウンタパルスコイルと、
    前記カウンタパルスコイルに結合された回路と、
    を含む、請求項１０乃至１３いずれか一項に記載の機器。
  15. 前記カウンタパルスコイルは、前記機器のパワー電子スイッチに整流エネルギーを提供し、
    前記パワー電子スイッチは、整流を達成するために逆バイアスを必要とする、
    請求項１４に記載の機器。
  16. 前記ステータ内の前記主巻線は、モータリングコイルおよびジェネレータコイルを含み、
    前記パルス巻線コイルは、前記機器の横軸に巻かれた多相コイルであり、
    前記ジェネレータコイルは、前記機器の直軸に巻かれており、かつ、
    前記モータリングコイルは、前記直軸および前記横軸の両方にまたがる、
    請求項１０乃至１５いずれか一項に記載の機器。
  17. 前記ステータの前記主巻線は、モータリングコイルおよびジェネレータコイルを含み、
    前記モータリングコイルおよび前記ロータのロータ巻線の同時短絡は、前記ジェネレータコイルまたは前記パルス巻線コイルへのエアギャップ磁束における周辺シフトを生じさせる、
    請求項１０乃至１５いずれか一項に記載の機器。
  18. 前記ステータ内の前記主巻線は、モータリングコイルおよびジェネレータコイルを含み、
    前記ロータに係るロータ巻線の短絡、および、前記モータリングコイルの開放は、磁束シフトを提供して、前記ジェネレータコイルまたは前記パルス巻線コイルへの電圧誘導を強化する、
    請求項１０乃至１７いずれか一項に記載の機器。
  19. 前記パルス巻線コイルは、前記主巻線を含む前記ステータのスロットの外側にある、
    請求項１０乃至１８いずれか一項に記載の機器。
  20. 前記機器は、さらに、
    前記パルス巻線コイルを前記主巻線と結合する補助コイルを備える、
    請求項１９に記載の機器。
  21. 前記機器は、さらに、
    前記パルス巻線コイルに動作可能に結合されたポールピースを備える、
    請求項１９または２０に記載の機器。
  22. 前記主巻線は、前記パルス巻線コイルにエネルギーを選択的に蓄積するように、整流器に動作可能に結合されたジェネレータ巻線を含み、前記パルス巻線コイルからの選択的な高電流出力を可能にする、
    請求項１０乃至２１いずれか一項に記載の機器。
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