JPH05308761A - ダイナモ形電機 - Google Patents
ダイナモ形電機Info
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- JPH05308761A JPH05308761A JP4110720A JP11072092A JPH05308761A JP H05308761 A JPH05308761 A JP H05308761A JP 4110720 A JP4110720 A JP 4110720A JP 11072092 A JP11072092 A JP 11072092A JP H05308761 A JPH05308761 A JP H05308761A
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- dynamo electric
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- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
- H02K55/00—Dynamo-electric machines having windings operating at cryogenic temperatures
- H02K55/06—Dynamo-electric machines having windings operating at cryogenic temperatures of the homopolar type
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- H02K29/00—Motors or generators having non-mechanical commutating devices, e.g. discharge tubes or semiconductor devices
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- H02K29/00—Motors or generators having non-mechanical commutating devices, e.g. discharge tubes or semiconductor devices
- H02K29/06—Motors or generators having non-mechanical commutating devices, e.g. discharge tubes or semiconductor devices with position sensing devices
- H02K29/12—Motors or generators having non-mechanical commutating devices, e.g. discharge tubes or semiconductor devices with position sensing devices using detecting coils using the machine windings as detecting coil
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- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
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- H02K99/20—Motors
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- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E40/00—Technologies for an efficient electrical power generation, transmission or distribution
- Y02E40/60—Superconducting electric elements or equipment; Power systems integrating superconducting elements or equipment
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 慣用的な単極機の効率定格よりも良好な効率
定格を有する多数巻単極ダイナモ形電機を提供するこ
と。 【構成】 本発明のダイナモ形電機１は、複数の巻数を
有する回転子巻線５を有する回転子３を有する。回転子
は、フラックスポンプにより誘導的にチャージされる。
ソレノイド対１５、１７が界磁巻線を含み、巻線損失と
磁場損失を補償する。電機は、軸対称電機であり、一部
に超電導体材料が用いられている。
定格を有する多数巻単極ダイナモ形電機を提供するこ
と。 【構成】 本発明のダイナモ形電機１は、複数の巻数を
有する回転子巻線５を有する回転子３を有する。回転子
は、フラックスポンプにより誘導的にチャージされる。
ソレノイド対１５、１７が界磁巻線を含み、巻線損失と
磁場損失を補償する。電機は、軸対称電機であり、一部
に超電導体材料が用いられている。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、電動機、発電機などの
ダイナモ形電機に係り、一層詳細には、ブラシレス多数
巻単極（ＢＭＨ）電動機及び発電機に係る。
ダイナモ形電機に係り、一層詳細には、ブラシレス多数
巻単極（ＢＭＨ）電動機及び発電機に係る。
【０００２】
【従来の技術】単極電動機若しくは単極発電機に於て
は、電動機若しくは発電機の電場は、或る特定の軸線回
りについて対称となっている。このような電動機若しく
は発電機は、実用的なものとしては広く用いられてはい
ない。その理由の一つは、これらの電動機若しくは発電
機は、低電圧で、高電流にて動作するからである。これ
らを作動する上で、電流の供給は、ブラシ、スリップリ
ング、若しくはその他の集電系を用いて行われるように
なっているので、ブラシ間の電圧による損失が、これら
の電機に於ける損失の大部分を占めるようになってい
る。電機の損失が電流に直接比例するので、電動機若し
くは発電機の効率定格が大幅に低減されることとなる。
もし、例えば、電機からブラシを取除くことが可能であ
れば、効率定格は充分に改善されることとなろう。
は、電動機若しくは発電機の電場は、或る特定の軸線回
りについて対称となっている。このような電動機若しく
は発電機は、実用的なものとしては広く用いられてはい
ない。その理由の一つは、これらの電動機若しくは発電
機は、低電圧で、高電流にて動作するからである。これ
らを作動する上で、電流の供給は、ブラシ、スリップリ
ング、若しくはその他の集電系を用いて行われるように
なっているので、ブラシ間の電圧による損失が、これら
の電機に於ける損失の大部分を占めるようになってい
る。電機の損失が電流に直接比例するので、電動機若し
くは発電機の効率定格が大幅に低減されることとなる。
もし、例えば、電機からブラシを取除くことが可能であ
れば、効率定格は充分に改善されることとなろう。
【０００３】
【発明の概要】本発明の幾つかの目的は、電動機若しく
は発電機の如き多数巻単極ダイナモ形電機を提供するこ
とと、直流機として動作する上記の如き電機を提供する
ことと、高い抵抗率のマトリックスを必要としない単純
化された導体構造を有する上記の如き電機を提供するこ
とと、低電流及び高電圧にて動作する上記の如き電機を
提供することと、ブラシレス電機であり、従ってブラシ
損失のない電機を提供することと、慣用的な単極機の回
転軸線とは異る軸線について回転が行われる上記の如き
電機を提供することと、慣用的な単極機の効率定格より
も実質的に増大した効率定格を有する上記の如き電機を
提供することと、好ましくは超電導体材料の界磁巻線を
有し更に効率が向上されている上記の如き電機を提供す
ることとである。
は発電機の如き多数巻単極ダイナモ形電機を提供するこ
とと、直流機として動作する上記の如き電機を提供する
ことと、高い抵抗率のマトリックスを必要としない単純
化された導体構造を有する上記の如き電機を提供するこ
とと、低電流及び高電圧にて動作する上記の如き電機を
提供することと、ブラシレス電機であり、従ってブラシ
損失のない電機を提供することと、慣用的な単極機の回
転軸線とは異る軸線について回転が行われる上記の如き
電機を提供することと、慣用的な単極機の効率定格より
も実質的に増大した効率定格を有する上記の如き電機を
提供することと、好ましくは超電導体材料の界磁巻線を
有し更に効率が向上されている上記の如き電機を提供す
ることとである。
【０００４】端的に述べれば、本発明は、複数回巻かれ
た巻線を少なくとも一つ有する回転子を含むダイナモ形
電機に関するものである。回転子は、フラックスポンプ
を用いて、誘導的にチャージされる。スイッチがフラッ
クスポンプの動作を制御するために用いられる。
た巻線を少なくとも一つ有する回転子を含むダイナモ形
電機に関するものである。回転子は、フラックスポンプ
を用いて、誘導的にチャージされる。スイッチがフラッ
クスポンプの動作を制御するために用いられる。
【０００５】その他の目的及び特徴は、以下に於て部分
的に明らかにされ、また指摘される。
的に明らかにされ、また指摘される。
【０００６】
【実施例】図面に於て、同一の符号は同一の符号を示
す。
す。
【０００７】図面を参照すると、本発明によるダイナモ
形電機が、図３の符号１にて示されている。電機１は、
例えばブラシレス単極（ＢＭＨ）電動機である。単極と
いう語は、一つの軸線周りに電気的に対称であることを
意味するものとして定義される。従来の形式のＢＭＨ型
電動機の動作は、図１を参照して理解される。図１に於
て示されている如く、電流ループＩＬは、軸対称となっ
た場内に於て、軸線Ａから距離ｒＬのところに配置され
る。解析を行うべく、電流ループＩＲは、図２に於て示
されている如く、長方形のループＩｉに近似して考える
ことができる。このループＩｉは、内径ｒｉと外径ｒｏ
とを有する。ループＩｉについて、該ループによって生
成されるトルクは、たとえ力が０でなくとも、０である
ということが数学的に証明される。即ち、従来の構造の
ブラシレス単極電動機は、対称軸線について、０トルク
を生成するということであり、実用的な目的について、
用いることができないということである。しかしなが
ら、もしＢＭＨ電動機が、該電動機内に於て電動機の回
転軸線と磁気の対象軸線とが異るように、即ち、図２に
於て示されている軸線Ｘと軸線Ａのように構成されれ
ば、かかる単極電動機は実用的なものとなるであろう。
図２に於て示されている如く、軸線Ｘは、軸線ＡからＲ
ｘの位置に存在する。
形電機が、図３の符号１にて示されている。電機１は、
例えばブラシレス単極（ＢＭＨ）電動機である。単極と
いう語は、一つの軸線周りに電気的に対称であることを
意味するものとして定義される。従来の形式のＢＭＨ型
電動機の動作は、図１を参照して理解される。図１に於
て示されている如く、電流ループＩＬは、軸対称となっ
た場内に於て、軸線Ａから距離ｒＬのところに配置され
る。解析を行うべく、電流ループＩＲは、図２に於て示
されている如く、長方形のループＩｉに近似して考える
ことができる。このループＩｉは、内径ｒｉと外径ｒｏ
とを有する。ループＩｉについて、該ループによって生
成されるトルクは、たとえ力が０でなくとも、０である
ということが数学的に証明される。即ち、従来の構造の
ブラシレス単極電動機は、対称軸線について、０トルク
を生成するということであり、実用的な目的について、
用いることができないということである。しかしなが
ら、もしＢＭＨ電動機が、該電動機内に於て電動機の回
転軸線と磁気の対象軸線とが異るように、即ち、図２に
於て示されている軸線Ｘと軸線Ａのように構成されれ
ば、かかる単極電動機は実用的なものとなるであろう。
図２に於て示されている如く、軸線Ｘは、軸線ＡからＲ
ｘの位置に存在する。
【０００８】図３を参照すると、ダイナモ形電機１は、
回転子３を含んでいる。回転子は、ドラム、即ちトロイ
ド７の周りに巻付けられた多数巻の巻線５を有してい
る。第一の分配ディスク９が前記のドラムの一方の側に
配置され、第二の分配ディスク１１がドラムのその反対
側に配置されている。半波整流器回路１３は、コイルＣ
１を含んでおり、コイルＣ１上には、コイルＣ２及びＣ
３によって、交流電流が各々対応する半周期ずつ印加さ
れる。整流器回路１３内には、ダイオードＤ１及びＤ２
が含まれており、巻線５に与えられる直流電圧を生成す
るのに必要な半波整流を行うようになっている。これら
のダイオードは、コイルＣ１へ接続される。ダイオード
Ｄ１がコイルＣ１を挾んで、従って電気的導線Ｌ１及び
Ｌ２の間に接続される。ダイオードＤ２は、導線Ｌ１内
に直列に接続されており、導線Ｌ１は、第一の分配ディ
スク９へ接続されている。他方の導線、導線Ｌ２は、第
二の分配ディスク１１へ接続される。電気的スイッチＳ
が、回転子巻線５内に配置されており、これが図３に示
されている如く閉じられると、直流電流が巻線を通って
流れることができるようになっている。
回転子３を含んでいる。回転子は、ドラム、即ちトロイ
ド７の周りに巻付けられた多数巻の巻線５を有してい
る。第一の分配ディスク９が前記のドラムの一方の側に
配置され、第二の分配ディスク１１がドラムのその反対
側に配置されている。半波整流器回路１３は、コイルＣ
１を含んでおり、コイルＣ１上には、コイルＣ２及びＣ
３によって、交流電流が各々対応する半周期ずつ印加さ
れる。整流器回路１３内には、ダイオードＤ１及びＤ２
が含まれており、巻線５に与えられる直流電圧を生成す
るのに必要な半波整流を行うようになっている。これら
のダイオードは、コイルＣ１へ接続される。ダイオード
Ｄ１がコイルＣ１を挾んで、従って電気的導線Ｌ１及び
Ｌ２の間に接続される。ダイオードＤ２は、導線Ｌ１内
に直列に接続されており、導線Ｌ１は、第一の分配ディ
スク９へ接続されている。他方の導線、導線Ｌ２は、第
二の分配ディスク１１へ接続される。電気的スイッチＳ
が、回転子巻線５内に配置されており、これが図３に示
されている如く閉じられると、直流電流が巻線を通って
流れることができるようになっている。
【０００９】また、図３に於て、界磁巻線を含むソレノ
イド１５ａ、１５ｂ、１７ａ及び１７ｂが示されてい
る。ソレノイド１５ａ及び１５ｂは、第一のソレノイド
対を形成し、ソレノイド１７ａ及び１７ｂが、第二のソ
レノイド対を形成する。理解されることであるが、ソレ
ノイド対は二つ以上在ってもよい。各々の対を含むソレ
ノイドは、ドラム７の両側に配置されている。ソレノイ
ドは、軸線Ｘ周りに対称になっており、軸線ＡＲから放
射方向に距離ＲＸだけ隔置されている。ソレノイドの巻
線を流れる電流の流れが、回転子巻線内に、トルクを生
成する電流を誘導する。界磁巻線への入力電力は、電動
機内の巻線損失及び導線損失を補償する。従って、ソレ
ノイドコイルを介して、電動機へ供給される電力はな
い。また、コイルは、電機が定常状態にて動作する間、
交流場を受けない。結果として、ソレノイドコイルは、
超電導体材料にて製作されるのが好ましい。
イド１５ａ、１５ｂ、１７ａ及び１７ｂが示されてい
る。ソレノイド１５ａ及び１５ｂは、第一のソレノイド
対を形成し、ソレノイド１７ａ及び１７ｂが、第二のソ
レノイド対を形成する。理解されることであるが、ソレ
ノイド対は二つ以上在ってもよい。各々の対を含むソレ
ノイドは、ドラム７の両側に配置されている。ソレノイ
ドは、軸線Ｘ周りに対称になっており、軸線ＡＲから放
射方向に距離ＲＸだけ隔置されている。ソレノイドの巻
線を流れる電流の流れが、回転子巻線内に、トルクを生
成する電流を誘導する。界磁巻線への入力電力は、電動
機内の巻線損失及び導線損失を補償する。従って、ソレ
ノイドコイルを介して、電動機へ供給される電力はな
い。また、コイルは、電機が定常状態にて動作する間、
交流場を受けない。結果として、ソレノイドコイルは、
超電導体材料にて製作されるのが好ましい。
【００１０】図３の単極電動機は、軸線ＡＲについて回
転するよう構成されている。一つ若しくはそれ以上のソ
レノイド対（図に於ては二対が示されている。）が、ソ
レノイド対の各々の対称軸線（Ｘ）が回転軸線（ＡＲ）
と異るように配置されている。図２に於て述べた如く、
回転が軸線Ａではなく軸線ＡＲ周りに行われることによ
り、図３に於て示されている如き、電動機若しくは発電
機の構成が実用的なものとなるのである。図４に示され
ている如く、二つの軸線の放射方向の間隔は、ＲＸであ
る。電流ループＩＬは、これらの軸線の間に配置される
よう示されており、また、軸線ＡＲからループ上の任意
の点までの距離は、ｒａとして、他方の軸線からループ
上の同一の点までの距離がｒｘとして示されている。数
学的に示されることであるが、ドラムの表面上に均一な
電流が流れる場合、トルクは０となる。ループの一部の
断片の長さｄｌは、この次の等式で与えられる。 ｄＦ＝Ｉｄｌ×Ｂ ここに於て、Ｆは力であり、Ｉは電流であり、ｄｌは断
片のベクトル表示であり、Ｂは磁束密度である。トルク
は、次の等式で与えられる。 ｄＴ＝Ｉｒａ×（ｄｌ×Ｂ） ここに於て、Ｔはトルクであり、ｒａは軸線ＡＲからル
ープの断片ｄｌの位置までの距離である。距離ｒａは、
ベクトルとして次のように表される。 ｒａ＝ｒｘ＋Ｒｘ これを代入すると、トルクの等式は、次の等式となる。 ｄＴ＝Ｉｒ×（ｄｌ×Ｂ）＋ＩＲｘ×（ｄｌ×Ｂ） 上の等式をループの系路に沿って積分すると、次の等式
を得る。 Ｔ＝Ｉｒｘ（ｄｌ×Ｂ）＋ＩＲｘ×（ｄｌ×Ｂ） 更に数学的に示されることであるが、Ｉｒｘ×（ｄｌ×
ｂ）は完全微分であり、０に等しい。等式の第２項は、
ソレノイド、即ち界磁巻線、例えば巻線１７ａによって
生成された場による電流ループＩＬ上の全力を表す。ま
た、数学的に示されることであるが、この力は０に等し
い。
転するよう構成されている。一つ若しくはそれ以上のソ
レノイド対（図に於ては二対が示されている。）が、ソ
レノイド対の各々の対称軸線（Ｘ）が回転軸線（ＡＲ）
と異るように配置されている。図２に於て述べた如く、
回転が軸線Ａではなく軸線ＡＲ周りに行われることによ
り、図３に於て示されている如き、電動機若しくは発電
機の構成が実用的なものとなるのである。図４に示され
ている如く、二つの軸線の放射方向の間隔は、ＲＸであ
る。電流ループＩＬは、これらの軸線の間に配置される
よう示されており、また、軸線ＡＲからループ上の任意
の点までの距離は、ｒａとして、他方の軸線からループ
上の同一の点までの距離がｒｘとして示されている。数
学的に示されることであるが、ドラムの表面上に均一な
電流が流れる場合、トルクは０となる。ループの一部の
断片の長さｄｌは、この次の等式で与えられる。 ｄＦ＝Ｉｄｌ×Ｂ ここに於て、Ｆは力であり、Ｉは電流であり、ｄｌは断
片のベクトル表示であり、Ｂは磁束密度である。トルク
は、次の等式で与えられる。 ｄＴ＝Ｉｒａ×（ｄｌ×Ｂ） ここに於て、Ｔはトルクであり、ｒａは軸線ＡＲからル
ープの断片ｄｌの位置までの距離である。距離ｒａは、
ベクトルとして次のように表される。 ｒａ＝ｒｘ＋Ｒｘ これを代入すると、トルクの等式は、次の等式となる。 ｄＴ＝Ｉｒ×（ｄｌ×Ｂ）＋ＩＲｘ×（ｄｌ×Ｂ） 上の等式をループの系路に沿って積分すると、次の等式
を得る。 Ｔ＝Ｉｒｘ（ｄｌ×Ｂ）＋ＩＲｘ×（ｄｌ×Ｂ） 更に数学的に示されることであるが、Ｉｒｘ×（ｄｌ×
ｂ）は完全微分であり、０に等しい。等式の第２項は、
ソレノイド、即ち界磁巻線、例えば巻線１７ａによって
生成された場による電流ループＩＬ上の全力を表す。ま
た、数学的に示されることであるが、この力は０に等し
い。
【００１１】巻線５上に定電圧を印加すると、不均一な
電流分布が形成される。電流は、負の起電力領域に於
て、電動機へ印加された任意の外部電圧に対向するの
で、より高くなり、正の起電力領域に於て、外部電圧を
補うので、低くなる。前記のトルクについての等式につ
いて、電流の分布が不均一であると、等式は、０でない
被積分関数を有することとなる。もし機械的なエネルギ
を電気的なエネルギとの双方が電動機の内部にダンプさ
れると、電動機は完全に破壊的なものとなる。従って、
適切に電動機を動作せしめるために、スイッチＳの如き
スイッチが用いられる。
電流分布が形成される。電流は、負の起電力領域に於
て、電動機へ印加された任意の外部電圧に対向するの
で、より高くなり、正の起電力領域に於て、外部電圧を
補うので、低くなる。前記のトルクについての等式につ
いて、電流の分布が不均一であると、等式は、０でない
被積分関数を有することとなる。もし機械的なエネルギ
を電気的なエネルギとの双方が電動機の内部にダンプさ
れると、電動機は完全に破壊的なものとなる。従って、
適切に電動機を動作せしめるために、スイッチＳの如き
スイッチが用いられる。
【００１２】図５を参照すると、ＢＭＨ電動機の第二の
実施例が、概ね１０１にて示されている。電動機の回転
子１０３は、ドラム１０７を含んでおり、該ドラム１０
７の周りには各々複数回巻かれた巻線１０５Ａ−１０５
Ｌが配列されている。これら巻線の組は、並列に接続さ
れ、ドラムの周りにて等間隔に隔置されている。従っ
て、図５に於て示されている如く、巻線の組が１２であ
る場合、各々は、電気角にして３０度離して配置されて
いる。理解されることであるが、電動機１０１は、図示
されている１２個のコイルよりも多くの若しくは少ない
コイルを有していてもよい。分配ディスクは、分配リン
グ１０９及び１１１の各々によって示されており、導線
Ｌ１′が、半波整流回路（図示せず）の一方の側をリン
グ１０９へ接続し、導線Ｌ２′が、同回路の他方の側を
リング１１１へ接続している。電気的スイッチＳＡ−Ｓ
Ｌの各々は、巻線を形成するコイル巻と直列に接続され
る態様にて各巻線の組の中に接続される。
実施例が、概ね１０１にて示されている。電動機の回転
子１０３は、ドラム１０７を含んでおり、該ドラム１０
７の周りには各々複数回巻かれた巻線１０５Ａ−１０５
Ｌが配列されている。これら巻線の組は、並列に接続さ
れ、ドラムの周りにて等間隔に隔置されている。従っ
て、図５に於て示されている如く、巻線の組が１２であ
る場合、各々は、電気角にして３０度離して配置されて
いる。理解されることであるが、電動機１０１は、図示
されている１２個のコイルよりも多くの若しくは少ない
コイルを有していてもよい。分配ディスクは、分配リン
グ１０９及び１１１の各々によって示されており、導線
Ｌ１′が、半波整流回路（図示せず）の一方の側をリン
グ１０９へ接続し、導線Ｌ２′が、同回路の他方の側を
リング１１１へ接続している。電気的スイッチＳＡ−Ｓ
Ｌの各々は、巻線を形成するコイル巻と直列に接続され
る態様にて各巻線の組の中に接続される。
【００１３】スイッチは、逆起電力が該スイッチの接続
されている巻線へ印加される電圧と対向する際に閉じら
れる。もし逆起電力が印加される電圧を補う場合、スイ
ッチは、例えばスイッチＳＦ−ＳＨの如く、開かれる。
図６を参照すると、スイッチは、各巻線１０５の最上部
の上にてドラム１０７の周りに巻付けられている小さい
コイル１１７によって作動される。小コイルは、また、
巻線から絶縁されている。巻線１０５の各々は、ゲート
ターンオフ（ＧＴＯ）サイリスタ１１９のアノードとカ
ソードとの間に接続されている。サイリスタのゲートの
作動は、コイル１１７によって生成されて抵抗Ｒを挾ん
でサイリスタのゲート入力端へ与えられる電圧によって
制御される。
されている巻線へ印加される電圧と対向する際に閉じら
れる。もし逆起電力が印加される電圧を補う場合、スイ
ッチは、例えばスイッチＳＦ−ＳＨの如く、開かれる。
図６を参照すると、スイッチは、各巻線１０５の最上部
の上にてドラム１０７の周りに巻付けられている小さい
コイル１１７によって作動される。小コイルは、また、
巻線から絶縁されている。巻線１０５の各々は、ゲート
ターンオフ（ＧＴＯ）サイリスタ１１９のアノードとカ
ソードとの間に接続されている。サイリスタのゲートの
作動は、コイル１１７によって生成されて抵抗Ｒを挾ん
でサイリスタのゲート入力端へ与えられる電圧によって
制御される。
【００１４】電動機１０１の固定子は、一連のソレノイ
ド対１１５Ａ−１１５Ｌを含んでいる。各対の一方のソ
レノイドのみが示されている。これらの固定子のソレノ
イドコイルは、軸線Ａ′から放射方向距離ｒ′だけ隔置
されている。図３の実施例の如く、各巻線対を流れる電
流により、回転子の巻線内に電流を誘導し電動機のトル
クを生成する磁場が発生する。
ド対１１５Ａ−１１５Ｌを含んでいる。各対の一方のソ
レノイドのみが示されている。これらの固定子のソレノ
イドコイルは、軸線Ａ′から放射方向距離ｒ′だけ隔置
されている。図３の実施例の如く、各巻線対を流れる電
流により、回転子の巻線内に電流を誘導し電動機のトル
クを生成する磁場が発生する。
【００１５】図７−図１０を参照すると、電動機につい
ての動作特性が示されている。図７に於て、コイル１０
５のトルクＴが、固定子の場によって生成された単位電
流の関数として示されている。トルクは、固定子の場に
対するコイルの位置（角度）に応答して変化する。図８
に於て、回転子１０３の角速度が、時間の関数として示
されている。回転子は、初めの静止状態から急激に加速
され、概ね０．５秒のうちに定常状態の角速度へ到達す
る。図９は、回転子のコイルのうちの一つに於ける電流
を示している。電流は、初期ピークを有し、その後定常
状態まで急激に降下する。図８及び図９を比較すると、
電流についての定常状態は、電動機の動作開始後、回転
子の角度方向の回転が定常状態に到達するのとほぼ同じ
時間のうちに生ずることが見られる。最後に、図１０
は、時間についての、電動機の入力と出力とを示してい
る。示されている値について、電動機の効率は概ね４０
％である。
ての動作特性が示されている。図７に於て、コイル１０
５のトルクＴが、固定子の場によって生成された単位電
流の関数として示されている。トルクは、固定子の場に
対するコイルの位置（角度）に応答して変化する。図８
に於て、回転子１０３の角速度が、時間の関数として示
されている。回転子は、初めの静止状態から急激に加速
され、概ね０．５秒のうちに定常状態の角速度へ到達す
る。図９は、回転子のコイルのうちの一つに於ける電流
を示している。電流は、初期ピークを有し、その後定常
状態まで急激に降下する。図８及び図９を比較すると、
電流についての定常状態は、電動機の動作開始後、回転
子の角度方向の回転が定常状態に到達するのとほぼ同じ
時間のうちに生ずることが見られる。最後に、図１０
は、時間についての、電動機の入力と出力とを示してい
る。示されている値について、電動機の効率は概ね４０
％である。
【００１６】ブラシレス単極電動機１０１についての回
転子１０３と固定子との寸法は、例えば以下の如くであ
る。
転子１０３と固定子との寸法は、例えば以下の如くであ
る。
【００１７】 固定子 高さ：１０cm（３．９インチ） ソレノイドの半径：６．５cm（２．５５インチ） 一つの対を含むソレノイドの中間点間の距離：１４cm
（５．５インチ） 軸線Ａ′と軸線Ｘ′との間の距離ｒ′：１２cm（４．７
インチ） 単位高さ当りの電流：２ＭＡ／ｍ 最大磁界：２．５テスラ 回転子 軸線Ａ′からドラム１０７の中間点までの半径：４cm
（１．５７インチ） ドラムの直径：２．３cm（０．９インチ） コイル１０５の数：２４ 巻数／コイル：１００ 慣性モーメント：０．００４kg−ｍ２ 印加電圧：３００Ｖ スイッチＳの抵抗：１００Ω コイルの抵抗：０．２Ω
（５．５インチ） 軸線Ａ′と軸線Ｘ′との間の距離ｒ′：１２cm（４．７
インチ） 単位高さ当りの電流：２ＭＡ／ｍ 最大磁界：２．５テスラ 回転子 軸線Ａ′からドラム１０７の中間点までの半径：４cm
（１．５７インチ） ドラムの直径：２．３cm（０．９インチ） コイル１０５の数：２４ 巻数／コイル：１００ 慣性モーメント：０．００４kg−ｍ２ 印加電圧：３００Ｖ スイッチＳの抵抗：１００Ω コイルの抵抗：０．２Ω
【００１８】図１１Ａ及び図１１Ｂを参照すると、本発
明のもう一つの実施例が示されており、この実施例は、
可変インダクタンススイッチ作動ＢＭＨ電動機２０１を
含んでいる。先ず、回転子２０３は、複数個の回転子巻
線２０５Ａ−２０５Ｌが巻付けられている環状ドラム２
０７を含んでいる。一対のソレノイド２１７ａ、２１７
ｂが、回転子の周りに配置された一連の同様のソレノイ
ドの対を表している。ソレノイドは、電動機の軸線Ａ″
から距離ｒ″だけ放射方向に隔置された軸線Ｘ″の周り
に配列されている。前記の如きスイッチ作動は、概ね２
２１にて示されている可変インダクタンススイッチを用
いて達成される。複数個のソレノイドインダクタ２２３
が回転子巻線の各々について一つずつ設けられる。（図
１１Ａに於ては、ソレノイド２２３Ａ−２２３Ｇのみ示
されている。）これらのソレノイドは、回転子軸２２７
の一方の端部へ取付けられられたリング２２５上に装着
されている。半輪状のハウジング２２９は、図１１Ｂに
て示されている如く、断面に於てＣ字形状を有し、ポス
ト２３１に取付けられている。回転子軸が回転すると、
ソレノイド２２３は、ハウジングの外からハウジング内
を通り再びハウジングの外へ出てくるよう回転する。ソ
レノイドインダクタがハウジング内におかれると、その
インダクタンス値は、ハウジングの外にいるときのその
値より大きなものとなる。インダクタンスが小さくなる
領域は、固定子ソレノイド２１７の近傍に存在する。可
変インダクタンスソレノイドは、コイル１１７の代わり
に前記の実施例に於けるゲート制御を行うのに用いるこ
とができる。このことは特にインダクタ２２３として超
電導体ワイヤが用いられる場合に言えることである。イ
ンダクタンスの低い領域に於て、即ちハウジング内の領
域に於て、超電導体の臨界電流を越える電流が惹起され
る。従って、電流が高抵抗率を有するスタビライザ、例
えば銅ニッケル合金のスタビライザ内を流れるようにし
なければならないであろう。
明のもう一つの実施例が示されており、この実施例は、
可変インダクタンススイッチ作動ＢＭＨ電動機２０１を
含んでいる。先ず、回転子２０３は、複数個の回転子巻
線２０５Ａ−２０５Ｌが巻付けられている環状ドラム２
０７を含んでいる。一対のソレノイド２１７ａ、２１７
ｂが、回転子の周りに配置された一連の同様のソレノイ
ドの対を表している。ソレノイドは、電動機の軸線Ａ″
から距離ｒ″だけ放射方向に隔置された軸線Ｘ″の周り
に配列されている。前記の如きスイッチ作動は、概ね２
２１にて示されている可変インダクタンススイッチを用
いて達成される。複数個のソレノイドインダクタ２２３
が回転子巻線の各々について一つずつ設けられる。（図
１１Ａに於ては、ソレノイド２２３Ａ−２２３Ｇのみ示
されている。）これらのソレノイドは、回転子軸２２７
の一方の端部へ取付けられられたリング２２５上に装着
されている。半輪状のハウジング２２９は、図１１Ｂに
て示されている如く、断面に於てＣ字形状を有し、ポス
ト２３１に取付けられている。回転子軸が回転すると、
ソレノイド２２３は、ハウジングの外からハウジング内
を通り再びハウジングの外へ出てくるよう回転する。ソ
レノイドインダクタがハウジング内におかれると、その
インダクタンス値は、ハウジングの外にいるときのその
値より大きなものとなる。インダクタンスが小さくなる
領域は、固定子ソレノイド２１７の近傍に存在する。可
変インダクタンスソレノイドは、コイル１１７の代わり
に前記の実施例に於けるゲート制御を行うのに用いるこ
とができる。このことは特にインダクタ２２３として超
電導体ワイヤが用いられる場合に言えることである。イ
ンダクタンスの低い領域に於て、即ちハウジング内の領
域に於て、超電導体の臨界電流を越える電流が惹起され
る。従って、電流が高抵抗率を有するスタビライザ、例
えば銅ニッケル合金のスタビライザ内を流れるようにし
なければならないであろう。
【００１９】ＢＭＨ電動機２０１の可変インダクタンス
スイッチの構成により、整流損失が低減される。このこ
とは、インダクタがリング内にあるときのスイッチを上
げることにより達成される。このときには、より低い電
流が流れ、スイッチング損失がより低くなり、高い効率
が得られることとなるのである。
スイッチの構成により、整流損失が低減される。このこ
とは、インダクタがリング内にあるときのスイッチを上
げることにより達成される。このときには、より低い電
流が流れ、スイッチング損失がより低くなり、高い効率
が得られることとなるのである。
【００２０】以上により、本発明の幾つかの目的が達成
されその他の利点が得られることが理解されるであろ
う。上記の構成に於て本発明の範囲から逸脱することな
く種々変更を加えることは可能であり、上記の説明及び
添付の図面に於て示されている全ての事項は例示として
理解されるべきものであり限定を意味するものではな
い。
されその他の利点が得られることが理解されるであろ
う。上記の構成に於て本発明の範囲から逸脱することな
く種々変更を加えることは可能であり、上記の説明及び
添付の図面に於て示されている全ての事項は例示として
理解されるべきものであり限定を意味するものではな
い。
【図１】軸対称な場内に於ける電流ループを示す図。
【図２】軸対称な場内に於ける通常の電流ループを示す
図。
図。
【図３】本発明の第一の実施例の模式図。
【図４】図３に示されている実施例についての電流ルー
プを示す図。
プを示す図。
【図５】本発明の第二の実施例の模式図。
【図６】図５の実施例について用いられる制御回路の模
式図。
式図。
【図７】図５の実施例についての回転子のコイルのトル
クを示す図。
クを示す図。
【図８】時間についての、本発明の実施例の回転子速度
を示す図。
を示す図。
【図９】本発明の実施例の回転子のコイルに於ける電流
の流れを示す図。
の流れを示す図。
【図１０】電動機の入力及び出力を示す図。
【図１１】図１１Ａは、単極電動機の平面図であって、
フラックスポンプ作動のためのスイッチとしてインダク
タ巻線として用いられている。図１１Ｂは、図１１Ａの
線１１Ｂ−１１Ｂに沿って見た電動機の断面図。
フラックスポンプ作動のためのスイッチとしてインダク
タ巻線として用いられている。図１１Ｂは、図１１Ａの
線１１Ｂ−１１Ｂに沿って見た電動機の断面図。
１…ブラシレス単極電動機 ３…回転子 ５…回転子巻線 ７…ドラム ９…第一の分配ディスク １１…第二の分配ディスク １３…半波整流器回路 １５ａ、１５ｂ、１７ａ、１７ｂ…ソレノイド １０１…ＢＭＨ電動機 １０３…回転子 １０５…回転子巻線 １０７…ドラム １０９、１１１…分配リング １１５Ａ−１１５Ｌ…ソレノイド １１７…小さいコイル １１９…ＧＴＯサイリスタ ２０１…ＢＭＨ電動機 ２０３…回転子 ２０５Ａ−２０５Ｌ…回転子巻線 ２０７…環状ドラム ２１７ａ、２１７ｂ…固定子ソレノイド ２２３…ソレノイドインダクタ ２２９…ハウジング ＡＲ…回転軸線 Ｘ…磁気の対称軸線 Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３…コイル Ｄ１、Ｄ２…ダイオード Ｌ１、Ｌ２…導線 Ｓ…スイッチ
フロントページの続き (72)発明者 モハメド・アーメド・ハイラル アメリカ合衆国 53711 ウイスコンシン 州、マディソン、ブラック・オーク・ドラ イヴ 5018 (72)発明者 アラン・ディーン・クレイポ アメリカ合衆国 63034 ミズーリ州、フ ロリサント、ジェームスタウン・フォレス ト・ドライヴ 16716
Claims (15)
- 【請求項１】ダイナモ形電機であって、 複数の巻数を有する少なくとも一つの回転子巻線を含む
回転子手段と、 前記回転子巻線を誘導的にチャージするためのフラック
スポンプ手段と、 前記フラックスポンプ手段の作動を制御するためのスイ
ッチ手段と、 を含むダイナモ形電機。 - 【請求項２】請求項１によるダイナモ形電機であって、
ブラシレス単極ダイナモ形電機であるダイナモ形電機。 - 【請求項３】請求項１によるダイナモ形電機であって、
前記フラックスポンプ手段が前記回転子巻線へ電流を供
給する整流器手段を含んでいるダイナモ形電機。 - 【請求項４】請求項３によるダイナモ形電機で、前記整
流器手段が半波整流器を含み、前記回転子手段が前記回
転子巻線の各々の端を半波整流器へ相互に電気的に接続
するための手段を含んでいるダイナモ形電機。 - 【請求項５】請求項４によるダイナモ形電機であって、
前記回転子手段が回転子組立体を含み、該回転子組立体
の端の各々に分配ディスクが装着され、前記回転子巻線
の各々の端が前記分配ディスクのうちの一つへ接続さ
れ、前記分配ディスクが前記半波整流器の電気的出力端
の間に電気的に接続されているダイナモ形電機。 - 【請求項６】請求項１によるダイナモ形電機であって、
更に、種々の手段を電気的に相互に接続するべくそれら
の間に介在する電気的導線に於ける損失及び巻線損失を
補償するための補償手段を含んでいるダイナモ形電機。 - 【請求項７】請求項６によるダイナモ形電機であって、
前記補償手段が、界磁巻線として作動する複数個の電気
的ソレノイドを含み、前記ソレノイドへの入力電力が前
記巻線損失と前記磁界損失とを補償し、前記ソレノイド
を介して前記ダイナモ形電機へ電力が供給されないよう
になっているダイナモ形電機。 - 【請求項８】請求項７によるダイナモ形電機であって、
前記ソレノイドが前記回転子手段の周りに対になって配
列されているダイナモ形電機。 - 【請求項９】請求項１によるダイナモ形電機であって、
前記スイッチ手段が、前記回転子巻線内に接続されてい
る固体スイッチングデバイスと前記ディバイスを伝導状
態にするためのゲート制御を行うための手段とを含んで
いるダイナモ形電機。 - 【請求項１０】請求項９によるダイナモ形電機であっ
て、前記デバイスがサイリスタであり、前記ゲート制御
を行う手段が、前記回転子巻線上に在って該回転子巻線
から電気的に絶縁されているコイルを含み、前記コイル
によって生成される電圧が、前記サイリスタのゲート入
力端へ印加され該サイリスタを伝導状態に切換えるよう
になっているダイナモ形電機。 - 【請求項１１】請求項９によるダイナモ形電機であっ
て、複数個の回転子巻線であってそれら各々がサイリス
タ及びコイルを含むスイッチ手段を有している複数個の
回転子巻線を有し、逆起電力が前記回転子巻線へ印加さ
れる電圧を補う際に前記サイリスタが連続的に伝導状態
へゲート切換えされるようになっているダイナモ形電
機。 - 【請求項１２】請求項９によるダイナモ形電機であっ
て、前記ゲート制御を行う手段が可変インダクタンスコ
イルを含んでいるダイナモ形電機。 - 【請求項１３】請求項１２によるダイナモ形電機であっ
て、前記可変インダクタンススイッチが前記回転子巻線
の各々に対して一つずつソレノイドインダクタを含み、
更に、前記電機の回転可能な軸が回転する際に前記ソレ
ノイドインダクタを回転するための手段を含んでいるダ
イナモ形電機。 - 【請求項１４】請求項１３によるダイナモ形電機であっ
て、前記スイッチ手段がハウジングを含み、該ハウジン
グを通っていくように前記ソレノイドインダクタが回転
できるようになっており、前記ハウジングは、前記ソレ
ノイドインダクタが回転する際に通過する系路の周りに
部分的に延在し、前記サイリスタのゲート制御を行うべ
く、前記ソレノイドインダクタが前記ハウジングの内部
にいる際に該ハウジングの外部にいる際よりも大きなイ
ンダクタンスを有するダイナモ形電機。 - 【請求項１５】請求項１４によるダイナモ形電機であっ
て、前記ハウジングが半輪形状を有しているダイナモ形
電機。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US07/679,747 US5144179A (en) | 1991-04-03 | 1991-04-03 | Superconducting brushless homopolar motor with multiple winding rotor |
| US679747 | 1991-04-03 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05308761A true JPH05308761A (ja) | 1993-11-19 |
Family
ID=24728194
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4110720A Pending JPH05308761A (ja) | 1991-04-03 | 1992-04-03 | ダイナモ形電機 |
Country Status (7)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5144179A (ja) |
| EP (1) | EP0507726B1 (ja) |
| JP (1) | JPH05308761A (ja) |
| KR (1) | KR920020808A (ja) |
| CA (1) | CA2064982A1 (ja) |
| DE (1) | DE69214700T2 (ja) |
| MX (1) | MX9201481A (ja) |
Families Citing this family (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6359365B1 (en) * | 2000-08-04 | 2002-03-19 | American Superconductor Corporation | Superconducting synchronous machine field winding protection |
| US6617738B2 (en) | 2001-06-01 | 2003-09-09 | Charles B Dickinson | Electrical power generation system utilizing an electrically superconductive coil |
| US20100019604A1 (en) * | 2003-05-27 | 2010-01-28 | General Electric Company | Methods and apparatus for assembling homopolar inductor alternators including superconducting windings |
| GB2433360B (en) * | 2005-12-17 | 2010-09-29 | Alstom Power Conversion Ltd | Electronic commutator circuits |
| US7145308B1 (en) * | 2006-01-24 | 2006-12-05 | Theodore O Chase | Floating armature electric motor and method of assembly |
| US7791229B2 (en) * | 2008-04-02 | 2010-09-07 | Goodzeit Carl L | Low heat leak, high torque power shaft for cryogenic machines |
| US7843094B2 (en) * | 2009-04-09 | 2010-11-30 | Goodzeit Carl L | Dual armature motor/generator with flux linkage between dual armatures and a superconducting field coil |
| US8084909B2 (en) * | 2009-04-09 | 2011-12-27 | Goodzeit Carl L | Dual armature motor/generator with flux linkage |
| JP5890238B2 (ja) * | 2012-04-17 | 2016-03-22 | 株式会社前川製作所 | 直流単極電動機、及び、直流／交流変換システム |
| GB2544720A (en) * | 2015-10-15 | 2017-05-31 | Vastech Holdings Ltd | Electric motor |
| CN113130163B (zh) * | 2021-04-22 | 2022-11-01 | 华北电力大学 | 一种由磁开关控制类比特高温超导磁体的励磁方法 |
| US11509175B1 (en) | 2022-04-06 | 2022-11-22 | John Sheung-Chun Hsu | Homopolar multi-core energy conversion device |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US2821673A (en) * | 1956-12-31 | 1958-01-28 | Safety Ind Inc | A. c. motor |
| GB854567A (en) * | 1959-01-28 | 1960-11-23 | Carrier Corp | Electric motor |
| US3159760A (en) * | 1960-11-15 | 1964-12-01 | Regulator A G | Induction motor with magnetic control |
| US3153185A (en) * | 1961-01-06 | 1964-10-13 | Cabral Motors Inc | Electric motor with transistor control |
| FR1396581A (fr) * | 1964-03-14 | 1965-04-23 | Electronique & Automatisme Sa | Machine électrique tournante perfectionnée |
| US3555330A (en) * | 1968-09-04 | 1971-01-12 | David Veniaminovich Svecharnik | Single-phase ac non-commutator electric motor |
| FR1586761A (ja) * | 1968-10-14 | 1970-02-27 | ||
| US3611113A (en) * | 1969-06-06 | 1971-10-05 | Rca Corp | Homopolar apparatus which requires no moving parts for producing direct current |
| FR2211791B1 (ja) * | 1972-12-21 | 1977-08-12 | Akad Wissenschaften Ddr | |
| IT1112122B (it) * | 1976-06-03 | 1986-01-13 | Mueller J & W Masch | Perfezionamento nei generatori di corrente per saldatura elettrica |
| US4499392A (en) * | 1983-07-18 | 1985-02-12 | Carol G. Heiser | Homopolar alternator electromechanical power conversion machine |
| US4602179A (en) * | 1984-12-03 | 1986-07-22 | Westinghouse Electric Corp. | Homopolar dynamoelectric machine with an auxiliary field coil |
| US4710660A (en) * | 1986-09-29 | 1987-12-01 | Westinghouse Electric Corp. | Solenoidal homopolar generator |
| US4754687A (en) * | 1986-11-24 | 1988-07-05 | Westinghouse Electric Corp. | Multi-stage electromagnetic launcher with self-switched inductive power supplies |
-
1991
- 1991-04-03 US US07/679,747 patent/US5144179A/en not_active Expired - Fee Related
-
1992
- 1992-04-01 MX MX9201481A patent/MX9201481A/es not_active IP Right Cessation
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- 1992-04-02 DE DE69214700T patent/DE69214700T2/de not_active Expired - Fee Related
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- 1992-04-03 JP JP4110720A patent/JPH05308761A/ja active Pending
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