JPH11511948A - Double salient magnet generator - Google Patents

Double salient magnet generator

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JPH11511948A
JPH11511948A JP8528638A JP52863896A JPH11511948A JP H11511948 A JPH11511948 A JP H11511948A JP 8528638 A JP8528638 A JP 8528638A JP 52863896 A JP52863896 A JP 52863896A JP H11511948 A JPH11511948 A JP H11511948A
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Abstract

(57)【要約】 二重突極磁石発電機は、一対の横向きに配設されたステータ(100、104)間に挿入された環状ロータ(102)を含む。ロータ102は、鋼からなる電磁突極(108)と交互に配置された複数の永久磁石(106)を含む。各ステータ(100、104)は、等間隔に配置され長手方向に配向された複数の極(110、112)を有し、直列接続された複数の銅線(126、128)を支持する。2本の複数の銅線は、位相A巻線と位相B巻線とを備える。 (57) Abstract A double salient magnet generator includes an annular rotor (102) inserted between a pair of laterally disposed stators (100, 104). The rotor 102 includes a plurality of permanent magnets (106) alternated with electromagnetic salient poles (108) made of steel. Each stator (100, 104) has a plurality of equally spaced, longitudinally oriented poles (110, 112) and supports a plurality of serially connected copper wires (126, 128). The two copper wires include a phase A winding and a phase B winding.

Description

【発明の詳細な説明】 二重突極磁石発電機 発明の背景 発明の分野 本発明は、低速発電機に関し、詳細には直動風力タービン用発電機に関する。関連技術の説明 近年、風力タービンは、環境的に安全であり比較的廉価な代替エネルギーとし て注目を集めている。このように関心が高まっているため、信頼でき効率的な風 カタービンを開発するためのかなりの努力がなされている。 一般に、風力タービンは、複数のブレードを有するロータを含む。ロータは、 トラスまたはモノチューブ・タワー上に位置決めされたハウジング内に水平に取 り付けられる。タービンのブレードは、風力を回転力に変換し、この回転力によ って、ギヤボックスを通じてロータに回転可能に結合された1つまたは複数の発 電機が駆動される。ギヤボックスは、発電機用のタービン・ロータの基本的に低 い回転速度を増し、機械エネルギーを、ユーティリティ・グリッドに送られる電 気エネルギーに効率的に変換するために必要である。 多くの従来型の風力タービンは、交流電力に関する米国標準である毎秒60サ イクル(60Hz)で電気を生成するために一定の速度で回転する。風速が連続 的に変化するので、このような風力タービンは、一定のロータ速度を維持するシ ステムを有さなければならない。そのような1つのシステムでは、風速が増した ときにブレードのピッチを増加させ風速が低下したときにブレードのピッチを減 少させることによってロータ速度が一定に維持される。 ある種のタービンは、電力変換器を使用して出力を調整することによって可変 速度で動作する。タービン・ロータの速度が変動すると、発電機から流れる交流 電流の周波数も変動する。発電機とユーティリティ・グリッドとの間に位置決め された電力変換器は、可変周波数交流電流を直流電流に変換し、毎秒60サイク ルの定周波数を有する交流電流に変換し直す。 風力タービンは、頑丈で信頼できるものでなければならない。タービンのギヤ ボックスが高価で重量が大きくメンテナンスの影響を受けるので、発電機をター ビン・ロータに直結することによってギヤボックスをなくすことが望ましい。直 動風力タービンに関連する利点は、信頼性が高まり、コストが低下し、重量が減 少し、動作が静かになり、効率が高まり、トルク限界がなくなることである。 しかし、従来型の発電機は30rpmないし50rpmの低ロータ速度で効率 的に動作することができないので、タービン・ロータを発電機に直結することに は問題がある。低ロータ速度で発電機として使用できる1つの機械は、Weh, H.、May,H.、Shalaby,M.著「Highly Effecti ve Magnetic Circuits for Permanent M agnet Excited Synchronous Machines」P roc.ICEM1990、第3巻、1040ページないし1045ページに開 示されている。 第1図に示したこの横磁束(TF)機は、環状ロータ2(示された部分のみ) と、固定外側電機子巻線4と、固定内側電機子巻線6と、複数の外側ステータ・ コア・フラックス・ガイド8と、複数の内側ステータ・コア・フラックス・ガイ ド10とを備える。環状ロータ2は、永久磁石の第1のアレイ12と永久磁石の 第2のアレイ14とを含む。リング16は、繊維強化樹脂などの非磁気材料から なり、2つの永久磁石アレイ間に挟まれる。環状ロータ2は、永久磁石12が鉄 素子18と交互に配置され、永久磁石14が鉄素子20と交互に配置されるよう に構成される。 TF機は、低ロータ速度で動作できるが、いくつかの著しい欠陥を有する。具 体的には、TF機はかなりのスロット磁束漏れを受けやすく、そのため性能が悪 影響を受ける。この問題の性質を理解するには、次式の関係を考えると有用であ る。 P≡Γω 上式で、P=機械の電力定格 Γ=トルク ω=ロータの角速度 上記の関係から、低角速度(ω)で高電力定格(P)を達成するには、機械に よって生成されるトルク(Γ)を最大にすべきであることは明らかである。一般 に当技術分野では、高トルクを得るには機械のフラックス容量を最大にして電機 子巻線4および6中の電流を増大させる必要があることが知られている。熱生成 によって生じる不適切なエネルギー損失なしに巻線4および6中の追加電流をサ ポートするには、電機子巻線4および6の断面積を増加させなければならない。 さらに、一般に当技術分野では、機械によって生成されるトルクが機械の直径 の二乗(または三乗、あるいは1より大きなその他の累乗)に機械の長さを乗じ た値に比例することが知られている。言い換えれば、次式が成立する。 Γ=κd2L Γ=トルク k=定数 L=機械の能動材料長 d=機械の能動材料直径 上記の関係は、小型のパッケージで高トルクを達成するとき、最適な解決策は 機械の長さではなく直径を増加させることであることを示している。第1図に示 した従来技術のシステムでは、TF機の直径を増加させ長さを一定にしておく場 合、それぞれ、電機子巻線4および6を含む、ステータ・コア・フラックス・ガ イド8および10のスロット深さDのみを増加させ、電機子巻線4および6の断 面積を最大にすることができ(深さDが機械の直径の関数であるため)、それに 対してステータ・コア・フラックス・ガイド8および10のスロット幅W(機械 の長さの関数)は同じままでなければならない。 第2図は、スロット深さDが増加すると、スロット・エア・ギャップの断面積 Aaと、たとえば外側ステータ・コア・フラックス・ガイド8の鋼内のフラック ス経路Lsの長さも増加し、それに対して外側ステータ・コア・フラックス・ガ イド8の断面積Asと、スロット・エア・ギャップ内のフラックス経路Laの長さ は一定のままである。磁気抵抗(磁気回路から磁束に与えられる抵抗)はL/ μAに等しいので、 (上式で、 μ=媒体の透過性 L=磁束経路長 A=媒体の断面積) 第2図から、スロット深さDが増大すると、外側ステータ・コア・フラックス ・ガイド8の鋼内のリラクタンスが増加し、それに対してスロット・エア・ギャ ップ内のリラクタンスが減少することは明らかである。したがって、スロット深 さDを増大させると磁束漏れが増大し、そのため磁束漏れは、外側ステータ・コ ア・フラックス・ガイド8内の経路Lsをたどるのではなく経路Laに沿ってスロ ット・エア・ギャップを通過する。経路Lsをたどるのではなく経路Laに沿って スロット・エア・ギャップから漏れた磁束は、スロット・エア・ギャップ内に配 置された巻線(たとえば、第1図の巻線4)のすべてのコイルをリンクするわけ ではなく、したがって機械の定格トルクの生成に参加せず、そのため機械の電力 定格が減少する。 TF機の他の欠点は、2つのステータ(すなわち、外側ステータ・コア・フラ ックス・ガイド8および内側ステータ・コア・フラックス・ガイド10)が非対 称的に配置されるので、外側電機子巻線4と内側電機子巻線6(第1図)が見る 磁気抵抗はそれぞれ異なり、そのため2つの位相間に電磁不均衡が生じる。TF 機の電磁不均衡の原因は第3図に関して識別することができる。エア・ギャップ 23と交互に配置された外側ステータ・コア・フラックス・ガイド8で画定され る外側体積22は、エア・ギャップ25と交互に配置された内側ステータ・コア ・フラックス・ガイド10で画定される内側体積24よりも大きい。両方の体積 22および24が鋼からなる同じ数の同じステータ・コア・フラックス・ガイド を含むが、外側体積22が内側体積24よりも物理的に大きいので、外側体積2 2内の鋼と空気の比は、内側体積24内の同じ比よりも小さい。したがって、外 側体積22は内側体積24よりも磁束に対する磁束抵抗が大きく、そのため外側 電機子巻線4と内側電機子巻線6(第3図には図示せず)の2つの位相間に磁気 不均衡が生じる。TF機の2つの位相間の磁気不均衡のために、熱損失に寄与す る循環電流と、ロータ軸受を故障させる軸受電流と、ロータの不均等な負荷が生 じ、そのため機械の機械的・電気的設計の難しさが増す。 さらに、環状ロータ2と外側ステータ・コア・フラックス・ガイド8および内 側ステータ・コア・フラックス・ガイド10との間に、第4図に示したように小 さなエア・ギャップ26および28を維持することは、これらの構成要素の寸法 が大きくなるにつれて困難になるので、(機械の極の数、したがって寸法を増加 させると低ロータ速度での機械の性能が向上するので望ましい)大型のTF機を 製造することは厄介な作業であることが判明している(一般に当技術分野では、 最大の電力および効率を得るには、電気機械の可動構成要素と固定構成要素との 間のエア・ギャップを最小限に抑えなければならないことが知られている)。ま た、TF機は、固定外側ステータ・コア・フラックス・ガイド8および環状ロー タ2の同心配向が、ロータ速度が増加すると、環状ロータ2の半径方向膨張によ り、環状ロータ2が外側ステータ・コア・フラックス・ガイド8に当たるまでエ ア・ギャップ26が徐々に減少し、それによってTF機の破滅的な故障が生じる ような配向なので、高速動作に適していない。 さらに、外側ステータ・コア・フラックス・ガイド8および内側ステータ・コ ア・フラックス・ガイド10と電機子巻線4および6とを備える複雑な固定アセ ンブリを製造するのが困難なので、TF機は比較的高価てある。TF機は巻線に 大量の銅を使用し、そのため製造費がさらに増加する。厚さT(第4図)を有す る電機子巻線4および6のセグメントしかトルク生成に使用されないので(巻線 のこれらのセグメントしか磁束にリンクされていないため)、巻線中の銅は非効 率的に使用される。厚さG(G>T)を有する残りのセグメントの機能は、単に 電気回路を完成することである。 TF機は、内側部分にアクセスできないため、機械の動作中に内側ステータ・ コア・フラックス・ガイド10で生成された熱を除去するのが困難であり、その ため効率が低下し電力出力が低減するという欠陥も有する。 発明の要約 したがって、前述の欠点を解消し、たとえばスロット磁束漏れを最小限に抑え 、 電磁的に均衡した巻線位相を有し、製造が簡単で廉価であり、低速動作と高速動 作の両方が可能であり、熱除去が容易であり、小型で効率的な二重突極磁石発電 機を提供することが望ましい。 磁石発電機が、低角速度で高電力密度を達成し、多数の極を収容することがで き、低インダクタンス巻線を有する従来型の巻線設計を使用し、簡単な支持構造 を有することが望ましい。 本発明の他の利点は、下記の説明および添付の図面を検討した後に明らかにな ろう。 一実施態様では、本発明の二重突極磁石発電機は、一対の同軸にかつ横向きに 配置されたステータとの間に取り付けられたロータを備える。ロータは、鋼から なる電磁突極と交互に配置された複数の永久磁石で構成される。各ステータは、 長手方向に配向された複数の突極を有する。ステータ極は、複数の銅コイルを支 持し、そのため各ステータ極の周りに単一のコイルが巻かれる。複数のコイルは それぞれ、直列にリンクされ、したがって二相巻線を形成する。 図面の簡単な説明 本発明を添付の図面中の図において、制限ではなく一例として示す。 第1図は、従来技術の横磁束(TF)機の斜視図である。 第2図は、第1図の従来技術のTF機のステータ・コア・フラックス・ガイド の斜視図である。 第3図は、第1図の従来技術のTF機の側面図である。 第4図は、第3図の従来技術のTF機の詳細図である。 第5図は、本発明によって構成された二重突極軸方向磁束永久磁石(DSAF PM)機の主要な構成要素の分解斜視図である。 第6図は、第5図に示したDSAFPM機のロータの概略側面図である。 第7図は、第5図に示したステータの製造技法を示す斜視図である。 第8図は、本発明によって構成されたDSAFPM機の斜視・部分断面図であ る。 第9図は、第8図のDSAFPM機のコイルの斜視図である。 第10図は、それぞれの異なる長さのコイル端を有する第8図のコイルの斜視 図である。 第11図は、DSAFPM機が風力タービン・ロータに結合された、第8図の DSAFPM機をユーティリティ・グリッドに接続するのに適した変換器トポロ ジーを表す概略図である。 第12図は、第11図の変換器トポロジーの詳細な概略図である。 第13図は、第8図のDSAFPM機の電気回路等価物である。 第14図は、通常の速度での第8図のDSAFPM機のトルク生成を示すプロ ットである。 第15図は、高速での第8図のDSAFPM機のトルク生成を示すプロットで ある。 第16図は、第8図のDSAFPM機の断面図である。 第17図は、第8図のDSAFPM機の磁束分布の変形例を示す図である。 第18図は、第8図のDSAFPM機の磁束分布の変形例を示す図である。 第19図は、第8図のDSAFPM機の磁束分布の変形例を示す図である。 第20図は、第8図のDSAFPM機の磁束分布の変形例を示す図である。 第21図は、第8図のDSAFPM機の磁束分布の変形例を示す図である。 第22図は、第8図のDSAFPM機の磁束分布の変形例を示す図である。 第23図は、第8図のDSAFPM機の磁束分布の変形例を示す図である。 第24図は、第8図のDSAFPM機の磁束分布の変形例を示す図である。 第25図は、第17図ないし第24図のDSAFPM機の磁束分布の変形例に 対応する磁束リンクのプロットである。 第26図は、第17図ないし第24図のDSAFPM機の磁束分布の変形例に 対応する磁束リンクのプロットである。 第27図は、各ステータが位相A巻線のコイルと位相B巻線のコイルとを含む 、二重突極軸方向磁束磁石発電機を表す概略図である。 第28図は、二重ロータ構成を有する二重突極軸方向磁束磁石発電機の断面図 である。 第29図は、第28図の機械のいくつかの異なるロータ配向を示す概略図であ る。 第30図は、第28図の機械のいくつかの異なるロータ配向を示す概略図であ る。 第31図は、本発明による二重突極軸方向磁束磁石発電機の断面図である。 図示の都合上、これらの図は必ずしも一定の割合で描かれてはいない。すべて の図において、同じ構成要素が同じ参照符号で指定される。 発明の詳細な説明 本発明をより完全に理解していただくために、下記の説明全体にわたって特定 の詳細について述べる。しかし、本発明はこのような詳細なしに実施することが できる。他の例では、本発明を不必要に曖昧にするのを回避するために周知の要 素は図示せず、また説明していない。したがって、明細書および図面は、制限的 なものではなく例示的なものとみなすべきである。 第5図は、本発明による二重突極軸方向磁束磁石発電機の主要な構成要素を示 す。この機械は、それぞれ、環状形状を有する、第1のステータ100と、ロー タ102と、第2のステータ104とを備える。ステータ100および104は 、ロータ102の外径と同じ外径dを有する。 ロータ102は、希土永久磁石やフェライト永久磁石など複数の長手方向配向 永久磁石106を含む。永久磁石106は、ロータ102の周りに等間隔に配置 され、磁気的に透過性の材料、たとえば積層鋼からなり、永久磁石106と同数 の複数のロータ電磁突極108と交互に配置される。各永久磁石106は、半径 方向寸法tおよび角寸法θmを画定する。永久磁石106は、磁束線107の方 向を示す第6図に示したようにロータ極108がロータの両側で同様に極化され るように横方向に極化される。 ステータ100(第5図)は、長手方向に配向された複数のステータ突極11 0とバック・アイアン111とを有する。ステータ104は、長手方向に配向さ れた複数のステータ突極112およびバック・アイアン113を有する。ステー タ極110および112は、それぞれのステータ100および104の周りに等 間隔に配置される。各ステータは、いくつかのロータ極108に等しいいくつか のステータ極を有する。各ステータ極は、半径方向寸法tおよび角寸法θsを画 定する。 ステータ100および104はそれぞれ、複数の離散積層鋼層を備え、第7図 に示したような鋼積層のリボンを圧延し打ち抜くことによって廉価に製造するこ とができる。 第8図は、本発明による二重突極軸方向磁束磁石発電機の斜視断面図である。 機械のロータ102はメイン・シャフト114に剛性に取り付けられ、メイン・ シャフト114は風力タービン・ロータ(図示せず)に直結することができる。 メイン・シャフト114は、端面118および120を有する円筒形ハウジング 116内で支持されている。シャフト114は、それぞれ、端面118および1 20の中央に取り付けられた軸受122および124内で回転する。 ステータ100のバック・アイアン111は端面118の内面に剛性に取り付 けられ、それに対してステータ104のバック・アイアン113は端面120の 内面に剛性に取り付けられる。ステータ100および104をそのように配置す ることによって、渦電流およびコイル電流によってステータ内で生成された熱を 、伝導によってハウジング116へ、次いで対流によって周囲の大気へ効率的に 散逸させることができる。 ステータ100および104は、ステータ極112が完全に永久磁石106と 整列したときに、ステータ極110が完全にロータ極108と整列し、逆もまた 同様であるように配向される。ステータ極110は銅コイル126を支持し、ス テータ極112は銅コイル128を支持し、そのため各ステータ極の周縁の周り に1つのコイルが配置される。コイル126および128は従来型の形状および 設計のものであり、したがって廉価にかつ容易に製造され、ステータ極110お よび112で画定されたスロットに設置される。 第9図に示したように、コイル128は、コイル端部Eと導体部Cとを備える 。(トルク生成には関与しない)コイル端Eの長さは、導体部Cの長さよりも小 さい。コイル126および128のそのような構成によってコイル内のインダク タンスが低減される(インダクタンスとは電気回路の特性であり、インダクタン スにより、電気回路内の可変電流によって可変磁界が生成され、それによって同 じ 回路または近傍の回路内で電圧が誘導される)。これは、電流が、機械端子に印 加されるパルス幅変調電圧によって制御される、変換器供給機に有利である。こ の利点が得られるのは、低インダクタンス巻線により、電流が、顕著な位相遅れ なしに、印加または生成された電圧に密に従うので、高速動的電流制御が可能に なるからである。さらに、コイル端部Eが小さいので、巻線中の銅が効率的に使 用され、機械のコストがさらに低減される。コイル126および128は、コイ ル端E1およびE2がそれぞれの異なる長さを有する、第10図に示した構成を有 することもできる。 第11図に示したように、コイル126は直列接続され、位相A巻線133を 構成する。コイル128も直列接続され、位相B巻線135を構成する。位相A 巻線133および位相B巻線135は電流電子変換器129に結合される。電流 電子変換器129は、William L.Erdmanの米国特許第5225 712号に記載されたような三相DC・ACインバータ134と、各位相巻線内 の両方の方向で電流の大きさを制御するバイポーラ二相インバータ136とを備 える。電流は、風力タービン・ロータ235が、風力タービン・ロータ235自 体に剛性に接続されたシャフト114を回転させたときに生成される。インバー タ134はユーティリティ・グリッド137に電気的に結合され、インバータ1 36は位相A巻線133および位相B巻線135に電気的に結合される。インバ ータ134とインバータ136はDCリンク138によって相互接続される。変 換器129は、パルス幅変調電圧波形を通じて位相電流を調整する。さらに、変 換器129は、機械をモータと発電機のどちらかとして動作させることができ、 かつユーティリティ・グリッドとの定電圧定周波数接続を維持しながら機械の可 変電圧可変周波数動作を可能にする。 第12図は、絶縁ゲート・バイポーラ・トランジスタ(IGBT)など複数の スイッチ137と、複数のフリーホイーリング・ダイオード139と、電圧源1 40、たとえばバッテリとを含むインバータ136の概略図である。 FEM(有限要素モデル化)に基づいて開発された二重突極軸方向磁束磁石発 電機の線形モデルを使用して、機械の性能を研究しその可能な制御方式を調査す ることができる。この線形モデルに関する仮定は、(1)インダクタンスの変動 対ロータ角度が線形であり、(2)インダクタンスが電流レベルとは独立したも のであるということである。第13図に示した二重突極軸方向磁束磁石発電機の 線形モデルと等価の電気回路は、下記のように導かれる。 上式で、 ua=位相Aの端子電圧 Ub=位相Bの端子電圧 ia=位相Aの位相電流 ib=位相Bの位相電流 ra=位相Aの抵抗 rb=位相Bの抵抗 λa=位相Aの電機子反作用磁束リンク λb=位相Bの電機子反作用磁束リンク さらに、次式が成立する。 上式で、 Ψma=位相Aによってリンクされる永久磁石磁束 Ψmb=位相Bによってリンクされる永久磁石磁束 さらに、次式が成立する。 λa=Laa×ia+Mba×ib λb=Mab×ia+Lbb×ib 上式で、 Mab=位相Aと位相Bとの間の相互インダクタンス(位相Bによってリンクさ れた磁束を位相Aの励弧電流で除した値) Mba=位相Aと位相Bとの間の相互インダクタンス(位相Aによってリンクさ れた磁束を位相Bの励弧電流で除した値) 上記のことから、次式が成立する。 上式で、 qr=機械的ロータ回転度 wr=ロータ角速度 この1組の数式は、第13図に概略的に表されており、第13図には下記の定義 が適用される。 ema=永久磁石磁束変動によって生成される位相Aの誘導電圧 emb=永久磁石磁束変動によって生成される位相Bの誘導電圧 era=位相Aの自己インダクタンスの変動によって生成される位相Aのリラク タンス電圧 erb=位相Bの自己インダクタンスの変動によって生成される位相Bのリラク タンス電圧 erma=位相Aと位相Bとの間の相互インダクタンスの変動によって生成され る位相Aのリラクタンス電圧 ermb=位相Aと位相Bとの間の相互インダクタンスの変動によって生成され る位相Bのリラクタンス電圧 Laa=位相Aの自己インダクタンス Lbb=位相Bの自己インダクタンス Mab=位相Aと位相Bとの間の相互インダクタンス トルクは次式によって与えられる。 ema×ia+emb×ib=ωr(Tma+Tmb) 上式で、 Tma=ia×dΨma/dθr=位相Aによって生成される機械的トルク Tmb=ib×dΨmb/dθr=位相Bによって生成される機械的トルク 通常の動作条件の下では、位相Aおよび位相Bの自己リラクタンス・トルクは 、第14図に示したように互いに打ち消し合う。相互リラクタンス・トルクは零 平均値を有する。二重突極軸方向磁束磁石発電機の二重エアギャップ構造の結果 として相互インダクタンスの変動が比較的小さいので、ピーク・リラクタンス・ トルクは小さい。その結果、トルク生成は非常に平滑である。 機械の動作速度が定格値よりも高いときは、自己リラクタンス・トルクを使用 し、第15図に図示した制御方式を使用することによって、不規則な電流波形の ための電流損失を補償することができる。したがって、二重突極軸方向磁束磁石 発電機は既知の磁石発電機よりも高速で動作することができる。高速でも、相互 リラクタンスは依然として零平均トルクに寄与する。 二重突極軸方向磁束磁石発電機の非線形モデルは、λaおよびλbが下記のよう に定義される場合に得ることができる。 λa=f(θr,ia,ib) λb=f(θr,ia,ib) ステータ100とステータ104が同じ形状のものなので、位相A巻線と位相 B巻線に現れるリラクタンスは等しく、2つの位相間に電磁均衡が確立される。 2つの位相の電磁均衡は、循環電流、軸受電流、ロータ上の不均等な負荷が理論 的になくなり、したがって機械の効率および信頼性が向上するという点で有益で ある。 第16図に示したように、ロータ102とステータ100の極110との間に エアギャップ130(外形が点線で示されている)が存在する。同様に、ロータ 102とステータ極112との間に、エアギャップ130と同じ幅を有するエア ギャップ132が存在する。電気機械のロータとステータとの間のエアギャップ を最小限に抑えると、電流および効率が増大することが広く知られている。ステ ータ100、ロータ102、ステータ104の軸方向構成によって、ロータ10 2ならびにステータ100および104の寸法にかかわらず、小さなエアギャッ プ130および132が可能になり、したがって物理的に大型の機械の製造コス トが低減される。そのような機械は多数の極を収容することができ、低ロータ速 度で高出力を有することができる。また、前述の軸方向構成のために、ロータ1 02の半径方向膨張によって高ロータ速度でエアギャップ130および132が 減少することがなくなり、そのことと、ロータ102の平滑な形状によってウィ ンデイジ(空気摩擦のための損失)が低減されることと相まって、高速動作機能 の追加利点が与えられる。 さらに、高いトルクを生成するために、スロット深さDsではなくコイル12 6および128の幅Wcが増加するので、二重突極軸方向磁束磁石発電機スロッ ト磁束漏れが最小限に抑えられる。本明細書の下記の節で詳しく論じるように、 スロット深さDsを最小限に抑えることによってスロット磁束漏れが減少する。 本発明の前述の実施形態の動作を第17図ないし第24図に関して示す。ロー タ極108がステータ極110に完全に整列すると、永久磁石106は完全にス テータ極112(第17図)に整列する。(ロータ回転の0°に対応する)ロー タ102の配向では、永久磁石106によって生成されるすべての磁束リンク1 27がステータ100の位相A巻線(第17図には図示せず)にリンクされる。 その例では、ステータ104の位相B巻線(第17図には図示せず)にリンクさ れる磁束はない。 ロータ102を22.5°だけ回転すると(第18図)、極110および11 2が部分的にロータ102の極108に整列し、その結果、永久磁石106によ って生成された磁束リンク127はステータ100とステータ104との間に均 等に分散される。この例では、位相A巻線(第18図には図示せず)にリンクさ れる磁束は、位相B巻線(第18図には図示せず)にリンクされる磁束に等しい 。 45°のとき(第19図)、ロータ102は、ステータ極110が永久磁石1 06に整列しステータ極112がロータ極108に整列するように位置決めされ る。ロータ102のこの配向では、永久磁石106によって生成されるすべての 磁束リンク127がステータ104の位相B巻線(第19図には図示せず)にリ ンクされる。 ロータ102の回転が67.5°、90°、112.5°、135°、157 .5°であるときの磁束分布をそれぞれ、第20図、第21図、第22図、第2 3図、第24図に示す。0°ないし180°の機械的回転に対応する位相A巻線 および位相B巻線の磁束リンク127のプロットをそれぞれ、第25図および第 26図に表す。二重突極軸方向磁束磁石発電機の位相A電流と位相B電流との間 の移相は90°である。 したがって、前述の欠点を解消し、たとえばスロット磁束漏れを最小限に抑え 、電磁的に均衡した位相を有し、製造が簡単で廉価であり、低速動作と高速動作 の両方が可能であり、熱除去が容易であり、小型で効率的な磁石発電機が提供さ れる。 二重突極軸方向磁束磁石発電機はまた、低角速度で高電力密度を達成し、多数 の極を収容することができ、低誘導巻線を有する従来型の巻線設計を使用し、簡 単な支持構造を有することができるので有利である。 この装置の他の多数の修正が可能であり、そのうちのいくつかを本明細書で説 明する。たとえば、二重突極軸方向磁束磁石発電機は2よりも多くの偶数のステ ータ極を有することができる。さらに、(たとえば、ステータ100の)ステー タ極とロータ極の比は1対1である必要はない。機械の寸法に応じ、下記の公式 に従ってこの比を変更することができる。 R=S+2 S=ステータ極の数 R=ロータ極の数 また、他の適当なステータ/ロータ極構成が可能である。たとえば、2つのステ ータ極と、4よりも大きな任意の他の偶数のロータ極との組合せ、たとえば、2 /6、2/8、、、、2/100などを有することが可能である。他の組合せ、 たとえば、4/8、4/10、4/12や、6/10、6/12、6/14など を与えることもできる。 さらに、位相A巻線のコイルと位相B巻線のコイルは、各ステータが位相Aコ イルと位相Bコイルを含むように配置することができる。第27図は、6極ロー タ150と、第1のツーピース・ステータ152と、第2のツーピース・ステー タ156とを有する二重突極軸方向磁束磁石発電機を概略的に示す。ロータ15 0は、永久磁石155と、電磁突極157とを含む。ステータ152は、極15 1を有する位相Aピース160と、極153を有する位相Bピース162とを備 える。ステータ156は、極154を有する位相Bピース164と、極158を 有する位相Aピース168とを備える。位相Aピース160および168の極は 、直列にリンクされ位相A巻線を備えるコイル170を支持する。位相Bピース 162および164の極は、直列にリンクされ位相B巻線を備えるコイル172 を支持する。第27図で、ステータ152および156に対するロータ150の 配向は、永久磁石155によって生成されるすべての磁束リンク127が位相A 巻線のコイル170にリンクされるような配向である。この実施形態のトポロジ ーの他の実施態様では、ロータ極Rの数が10の整数倍数であり、それに対して ステータ極Sの数が公式S=R(4/5)に従って算出される。 第28図は、二重ロータ構成を有する二重突極軸方向磁束磁石発電機の実施形 態を示す。この機械は、それぞれ、環状形状を有する、第1のステータ200と 、第1のロータ202と、第2のステータ204と、第2のロータ206と、第 3のステータ208とを備える。ステータ200、204、208はそれぞれ、 バック・アイアン210、212、214を含む。ステータ200は、長手方向 に配向された複数のステータ突極216を有し、ステータ208は、長手方向に 配向された複数のステータ突極218を有する。極216および218は、それ ぞれのステータ200および208の周りに等間隔に配置される。ステータ20 4は、並置され長手方向に配置された2つの複数の突極220(a)および22 0(b)を有し、極220(a)および220(b)はステータ204の周りに 等間隔に配置される。 複数の銅線222、224(a)および(b)、226は、コイル222およ び226が位相A巻線を備え、コイル224(a)および(b)が位相B巻線を 備えるようにリンクされる。個別のコイル222および226はステータ極21 6および218の周りに配置される。個別のコイル224(a)および(b)は ステータ極220(a)および(b)の周りに配置される。 第29図は、ロータ202および206が、それぞれ、たとえば積層鋼からな る、複数のロータ電磁突極207および209とそれぞれ、交互に配置された、 長手方向に配向された複数の永久磁石203および205で構成されることを示 す。ギャップG1、G2、G3、G4は、ステータ200とロータ202、ロータ2 02とステータ204、ステータ204とロータ206、ロータ206とステー タ208を分離する。 第28図に示したように、ロータ202および206は、たとえば、ネジ型フ ァスナ230および231によって、ロータ・サポート228に剛性に取り付け られる。ロータ・サポート228は、たとえば、溶接(図示せず)によって、メ イン・シャフト232に対して固定される。シャフト232は、端面236およ び238を有するハウジング234内で回転可能に支持され、たとえば、風力タ ービン・ロータ235に直結することができる。ステータ200および208は 、それぞれたとえば、ネジ型ファスナ242および244を用いて、端面236 および238に剛性に取り付けられる。ステータ204は、たとえば、ネジ型フ ァスナ246を用いて、円筒形本体240に剛性に取り付けられる。 ステータ極の数がロータ極の数に等しい場合(第29図)、ステータ200、 204、208は、極207および209がステータ204の極220に完全に 整列したときに、永久磁石203が完全に極216に整列し、永久磁石205が 完全に極218に整列するように配向される。ロータ202および206のこの 配向では、永久磁石203および205によって生成される磁束リンク127が 位相B巻線のコイル224(a)および(b)(第28図には図示せず)にリン クされる。同様に、永久磁石203および205がそれぞれ、完全に極220に 整列すると(第30図)、極207および209はそれぞれ、完全に極216お よび218に整列する。ロータ202および206のこの配向では、永久磁石2 03および205によって生成される磁束リンク127が位相A巻線のコイル2 22および226(第30図には図示せず)にリンクされる。 二重突極軸方向磁束磁石発電機は、単一ロータ構成や二重ロータ構成に限らな い。3つ以上のロータと、それぞれの異なるロータ極・ステータ極比とを有する 変形例も可能である。 さらに、第31図に示した二重突極磁石発電機の半径方向磁束バージョンを実 施することもできる。そのような機械は、外側ステータ300に対して同心状に 配向された外側ステータ300と内側ステータ302とを備える。ステータ30 0は、内側を向き半径方向に配向され等間隔に配置された複数の突極304を含 む。複数の導線306は、極304の周りに巻かれ、かつ直列接続され、A位相 巻線を備える。ステータ302は、外側を向き半径方向に配向され等間隔に配置 された複数の突極308を含む。複数の導線310は、極308の周りに巻かれ 、かつ直列接続され、B位相巻線を備える。ステータ300および302はそれ ぞれ、バック・アイアン312および314を有する。 同心ロータ316は、外側ステータ300と内側ステータ302との間に配置 される。ロータ316は、たとえば、積層鋼からなる、等しい数のロータ電磁突 極320と交互に配置された、複数の永久磁石318を備える。永久磁石は、ロ ータ316の周りに極304および308と等しい数だけ等間隔に配置される。 ロータ316は、風力タービン・ロータ(図示せず)に直結することができる。 本発明のこの実施形態の動作の原則は、前述の二重突極軸方向磁束磁石発電機の 原則と同じである。 本発明の軸方向磁束の場合と同様に、ロータ極の数とステータ極の数との関係 は変更することができる。さらに、一方のステータのコイルがA位相巻線を備え 他方のステータのコイルがB位相巻線を備えるように、この機械のコイルどうし は接続する必要がない。 二重突極磁石発電機の上記の構成は一例としてのみ与えたものである。したが って、本発明の範囲は、与えた例ではなく、添付の請求の範囲およびその等価物 によって決定すべきである。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION                            Double salient magnet generator                                Background of the Invention Field of the invention   The present invention relates to low-speed generators, and in particular to generators for direct acting wind turbines.Description of related technology   In recent years, wind turbines have become an environmentally safe and relatively inexpensive alternative energy. Attracting attention. Because of this growing interest, reliable and efficient wind Considerable effort has been made to develop a turbine.   Generally, wind turbines include a rotor having a plurality of blades. The rotor is Install horizontally in a housing positioned on a truss or monotube tower. Attached. Turbine blades convert wind power into rotational power, which One or more generators rotatably coupled to the rotor through a gearbox. The electric machine is driven. The gearbox is basically low in the turbine rotor for the generator. Increase the rotational speed and transfer mechanical energy to the utility grid. Necessary for efficient conversion to air energy.   Many conventional wind turbines use the U.S. standard for ac power, 60 s / s. It rotates at a constant speed to generate electricity at a cycle (60 Hz). Continuous wind speed As such, such wind turbines have a system that maintains a constant rotor speed. Must have a stem. In one such system, the wind speed increased Sometimes blade pitch is increased and blade pitch is reduced when wind speed decreases The rotor speed is kept constant by reducing it.   Some turbines are variable by adjusting the output using a power converter Works at speed. When the speed of the turbine rotor fluctuates, the alternating current flowing from the generator The frequency of the current also varies. Positioning between generator and utility grid The converted power converter converts the variable frequency AC current to DC current and outputs 60 cycles per second. To an alternating current having a constant frequency.   Wind turbines must be robust and reliable. Turbine gear Because the box is expensive, heavy and subject to maintenance, It is desirable to eliminate the gearbox by connecting directly to the bin rotor. straight The advantages associated with dynamic wind turbines are increased reliability, lower costs, and lower weight. Slightly quieter, more efficient, and has no torque limit.   However, conventional generators are efficient at low rotor speeds of 30 to 50 rpm. The turbine rotor can be directly connected to the generator. Has a problem. One machine that can be used as a generator at low rotor speeds is Weh, H. May, H .; Shalaby, M .; By "Highly Effecti" ve Magnetic Circuits for Permanent M agnet Excited Synchronous Machines "P rc. ICEM 1990, Volume 3, Pages 1040-1045 It is shown.   The transverse magnetic flux (TF) machine shown in FIG. 1 has an annular rotor 2 (only the portion shown). , A fixed outer armature winding 4, a fixed inner armature winding 6, and a plurality of outer stators. Core flux guide 8 and a plurality of inner stator core flux guides And a key 10. The annular rotor 2 comprises a first array 12 of permanent magnets and a permanent magnet And a second array 14. The ring 16 is made of a non-magnetic material such as a fiber reinforced resin. Thus, it is sandwiched between two permanent magnet arrays. The annular rotor 2 has a permanent magnet 12 made of iron. So that the permanent magnets 14 are arranged alternately with the iron elements 20, alternating with the elements 18. It is composed of   Although TF machines can operate at low rotor speeds, they have some significant deficiencies. Ingredient Physically, TF machines are susceptible to significant slot flux leakage, which results in poor performance. to be influenced. To understand the nature of this problem, it is useful to consider the relationship You. P≡Γω Where P = machine power rating         Γ = torque         ω = rotor angular velocity   From the above relationship, to achieve high power rating (P) at low angular velocity (ω), Thus, it is clear that the generated torque (Γ) should be maximized. General In the art, in order to obtain high torque, the maximum It is known that the current in the slave windings 4 and 6 needs to be increased. Heat generation To support the additional current in windings 4 and 6 without inadequate energy loss caused by To be ported, the cross-sectional area of armature windings 4 and 6 must be increased.   Further, generally in the art, the torque generated by a machine is Squared (or cubed, or any other power greater than 1) times the machine length It is known that it is proportional to the value. In other words, the following equation holds. Γ = κdTwoL   Γ = torque   k = constant   L = machine active material length   d = active material diameter of the machine   The above relationship shows that when achieving high torque in a small package, the optimal solution is It indicates increasing the diameter rather than the length of the machine. Shown in FIG. In the prior art system described above, the diameter of the TF machine was increased and the length was kept constant. A stator core flux module including armature windings 4 and 6, respectively. Only the slot depth D of the armature windings 8 and 10 The area can be maximized (because the depth D is a function of the diameter of the machine) On the other hand, the slot width W of the stator core flux guides 8 and 10 (machine Length function) must remain the same.   FIG. 2 shows the cross-sectional area of the slot air gap as the slot depth D increases. AaAnd the flux in the steel of the outer stator core flux guide 8, for example. Path LsThe length of the outer stator core flux Cross section A of id 8sAnd the flux path L in the slot air gapaLength of Remains constant. The magnetic resistance (resistance given to the magnetic flux from the magnetic circuit) is L / μA, so (In the above formula, μ = permeability of medium L = magnetic flux path length A = cross-sectional area of the medium)   From FIG. 2, it can be seen that as the slot depth D increases, the outer stator core flux The reluctance in the steel of the guide 8 is increased, while the slot air gap It is clear that the reluctance in the tip is reduced. Therefore, the slot depth Increasing D increases flux leakage, so that flux leakage is reduced by the outer stator core. Route L in the flux guide 8sInstead of following the path LaAlong the slot Through the air gap. Route LsInstead of following the path Laalong The magnetic flux leaking from the slot air gap is distributed in the slot air gap. Link all the coils of a placed winding (eg, winding 4 in FIG. 1) And therefore does not participate in generating the rated torque of the machine, and Rating decreases.   Another disadvantage of TF machines is that the two stators (ie, the outer stator core flange) Flux guide 8 and inner stator core flux guide 10) The outer armature winding 4 and the inner armature winding 6 (FIG. 1) The reluctances are different, which creates an electromagnetic imbalance between the two phases. TF The cause of the machine's electromagnetic imbalance can be identified with respect to FIG. Air gap 23 and defined by outer stator core flux guides 8 alternating with one another. The outer volume 22 comprises an inner stator core alternating with air gaps 25. Is greater than the inner volume 24 defined by the flux guide 10; Both volumes Same number of same stator core flux guides 22 and 24 made of steel But since the outer volume 22 is physically larger than the inner volume 24, the outer volume 2 The ratio of steel to air in 2 is less than the same ratio in inner volume 24. Therefore, outside The side volume 22 has a higher magnetic flux resistance than the inner volume 24, and The magnetic force between the two phases of the armature winding 4 and the inner armature winding 6 (not shown in FIG. 3) Imbalance occurs. Contributes to heat loss due to magnetic imbalance between the two phases of the TF machine Circulating currents, bearing currents that cause rotor bearing failure, and uneven load on the rotor Therefore, the difficulty of mechanical and electrical design of the machine is increased.   Further, the annular rotor 2, the outer stator core flux guide 8 and the inner stator As shown in FIG. 4, a small stator core flux guide 10 is provided. Maintaining the small air gaps 26 and 28 depends on the dimensions of these components. (The number of poles in the machine and hence the size Is desirable because it improves the performance of the machine at low rotor speeds) Manufacturing has proven to be a cumbersome task (in general, in the art, For maximum power and efficiency, the moving and stationary components of the electric machine must be It is known that the air gap between them must be minimized). Ma The TF machine is equipped with a fixed outer stator core flux guide 8 and an annular low The concentric orientation of the rotor 2 increases due to the radial expansion of the annular rotor 2 as the rotor speed increases. Until the annular rotor 2 hits the outer stator core flux guide 8. A Gap 26 gradually decreases, causing catastrophic failure of TF aircraft Such an orientation is not suitable for high-speed operation.   Further, the outer stator core flux guide 8 and the inner stator core A complex fixed assembly having a flux guide 10 and armature windings 4 and 6 TF machines are relatively expensive because it is difficult to produce assemblies. TF machine for winding Large amounts of copper are used, which further increases manufacturing costs. Has thickness T (Fig. 4) Since only the armature windings 4 and 6 segments are used for torque generation (winding Copper in the windings is ineffective because only those segments of Used at a rate. The function of the remaining segments with thickness G (G> T) is simply Complete the electrical circuit.   The TF machine has no access to the inner part, so the inner stator It is difficult to remove the heat generated by the core flux guide 10, Therefore, there is a defect that the efficiency is reduced and the power output is reduced.                                Summary of the Invention   Thus, eliminating the aforementioned disadvantages, for example minimizing slot flux leakage , It has an electromagnetically balanced winding phase, is easy and inexpensive to manufacture, and operates at low speed and high speed. Small and efficient double salient magnet power generation that is capable of both It is desirable to provide a machine.   Magnet generators can achieve high power density at low angular speeds and accommodate a large number of poles. Simple, support structure using conventional winding design with low inductance winding It is desirable to have   Other advantages of the present invention will become apparent after reviewing the following description and accompanying drawings. Would.   In one embodiment, the double salient magnet generator of the present invention comprises a pair of coaxial and sideways And a rotor mounted between the stator and the stator. The rotor is made of steel And a plurality of permanent magnets alternately arranged with electromagnetic salient poles. Each stator is It has a plurality of salient poles oriented in the longitudinal direction. The stator pole supports multiple copper coils. So that a single coil is wound around each stator pole. Multiple coils Each is linked in series, thus forming a two-phase winding.                             BRIEF DESCRIPTION OF THE FIGURES   The invention is illustrated by way of example, and not by way of limitation, in the figures of the accompanying drawings.   FIG. 1 is a perspective view of a conventional transverse magnetic flux (TF) machine.   FIG. 2 is a stator core flux guide of the prior art TF machine of FIG. It is a perspective view of.   FIG. 3 is a side view of the prior art TF machine shown in FIG.   FIG. 4 is a detailed view of the conventional TF machine shown in FIG.   FIG. 5 shows a double salient pole axial flux permanent magnet (DSAF) constructed according to the present invention. FIG. 2 is an exploded perspective view of main components of the (PM) machine.   FIG. 6 is a schematic side view of the rotor of the DSAFPM machine shown in FIG.   FIG. 7 is a perspective view showing a technique for manufacturing the stator shown in FIG.   FIG. 8 is a perspective and partial sectional view of a DSAFPM machine constructed according to the present invention. You.   FIG. 9 is a perspective view of a coil of the DSAFPM machine of FIG.   FIG. 10 is a perspective view of the coil of FIG. 8 having coil ends of different lengths; FIG.   FIG. 11 shows the DSAFPM machine coupled to the wind turbine rotor, FIG. Transformer Topolo suitable for connecting DSAFPM machine to utility grid It is a schematic diagram showing Gee.   FIG. 12 is a detailed schematic diagram of the converter topology of FIG.   FIG. 13 is an electric circuit equivalent of the DSAFPM machine of FIG.   FIG. 14 is a profile showing the torque generation of the DSAFPM machine of FIG. 8 at normal speed. It is.   FIG. 15 is a plot showing the torque generation of the DSAFPM machine of FIG. 8 at high speed. is there.   FIG. 16 is a sectional view of the DSAFPM machine of FIG.   FIG. 17 is a diagram showing a modification of the magnetic flux distribution of the DSAFPM machine of FIG.   FIG. 18 is a diagram showing a modification of the magnetic flux distribution of the DSAFPM machine shown in FIG.   FIG. 19 is a diagram showing a modification of the magnetic flux distribution of the DSAFPM machine shown in FIG.   FIG. 20 is a diagram showing a modification of the magnetic flux distribution of the DSAFPM machine shown in FIG.   FIG. 21 is a view showing a modification of the magnetic flux distribution of the DSAFPM machine shown in FIG.   FIG. 22 is a diagram showing a modification of the magnetic flux distribution of the DSAFPM machine shown in FIG.   FIG. 23 is a diagram showing a modification of the magnetic flux distribution of the DSAFPM machine shown in FIG.   FIG. 24 is a diagram showing a modification of the magnetic flux distribution of the DSAFPM machine shown in FIG.   FIG. 25 shows a modification of the magnetic flux distribution of the DSAFPM machine shown in FIGS. 17 to 24. 7 is a plot of a corresponding flux link.   FIG. 26 shows a modification of the magnetic flux distribution of the DSAFPM machine shown in FIGS. 17 to 24. 7 is a plot of a corresponding flux link.   FIG. 27 shows that each stator includes a phase A winding coil and a phase B winding coil 1 is a schematic diagram showing a double salient pole axial magnetic flux magnet generator.   FIG. 28 is a sectional view of a double salient pole axial flux magnet generator having a double rotor configuration. It is.   FIG. 29 is a schematic diagram illustrating several different rotor orientations of the machine of FIG. You.   FIG. 30 is a schematic diagram illustrating several different rotor orientations of the machine of FIG. 28. You.   FIG. 31 is a sectional view of a double salient pole axial magnetic flux generator according to the present invention.   For the sake of illustration, these figures are not necessarily drawn to scale. all In the figures, the same components are designated by the same reference numerals.                             Detailed description of the invention   To provide a more thorough understanding of the present invention, specific descriptions are provided throughout the following description. Will be described in detail. However, the present invention may be practiced without such details. it can. In other instances, well known requirements have been used to avoid unnecessarily obscuring the present invention. The elements are not shown or described. Therefore, the description and drawings Should be regarded as illustrative rather than restrictive.   FIG. 5 shows the main components of a double salient pole axial flux magnet generator according to the present invention. You. The machine comprises a first stator 100, each having an annular shape, and a low stator. And a second stator 104. The stators 100 and 104 , Has the same outer diameter d as the outer diameter of the rotor 102.   The rotor 102 has a plurality of longitudinal orientations such as rare earth permanent magnets and ferrite permanent magnets. Including a permanent magnet 106. Permanent magnets 106 are equally spaced around rotor 102 Made of a magnetically permeable material, for example, laminated steel, Are alternately arranged with the plurality of rotor electromagnetic salient poles 108. Each permanent magnet 106 has a radius The direction dimension t and the angle dimension θm are defined. The permanent magnet 106 is closer to the magnetic flux line 107 The rotor poles 108 are similarly poled on both sides of the rotor as shown in FIG. As in the horizontal direction.   The stator 100 (FIG. 5) includes a plurality of stator salient poles 11 oriented in the longitudinal direction. 0 and back iron 111. The stator 104 is oriented in the longitudinal direction. A plurality of salient stator poles 112 and a back iron 113. Stay Poles 110 and 112 are equal around the respective stators 100 and 104 Placed at intervals. Each stator has several equal to several rotor poles 108 Stator poles. Each stator pole defines a radial dimension t and an angular dimension θs. Set.   Each of the stators 100 and 104 comprises a plurality of discrete laminated steel layers, as shown in FIG. Rolled and punched steel laminated ribbons as shown in Can be.   FIG. 8 is a perspective sectional view of a double salient pole axial flux magnet generator according to the present invention. The rotor 102 of the machine is rigidly mounted on the main shaft 114 and Shaft 114 may be directly connected to a wind turbine rotor (not shown). The main shaft 114 has a cylindrical housing having end faces 118 and 120 It is supported in 116. The shaft 114 has end faces 118 and 1 respectively. 20 rotates in bearings 122 and 124 mounted centrally.   The back iron 111 of the stator 100 is rigidly attached to the inner surface of the end face 118. In contrast, the back iron 113 of the stator 104 is Rigidly attached to the inner surface. Position the stators 100 and 104 as such. Heat generated in the stator by eddy and coil currents Efficiently to the housing 116 by conduction and then to the surrounding atmosphere by convection Can be dissipated.   The stators 100 and 104 are such that the stator poles 112 are completely When aligned, stator poles 110 are fully aligned with rotor poles 108, and vice versa. Oriented to be similar. Stator pole 110 supports copper coil 126 and Theta poles 112 support the copper coils 128 and therefore around the perimeter of each stator pole. Is provided with one coil. Coils 126 and 128 have conventional shapes and By design, it is therefore inexpensive and easily manufactured, and the stator poles 110 and And 112 in the slot defined.   As shown in FIG. 9, the coil 128 includes a coil end E and a conductor C. . The length of the coil end E (not involved in torque generation) is smaller than the length of the conductor C. Please. With such a configuration of coils 126 and 128, the (Inductance is a characteristic of an electric circuit, and The variable current in the electrical circuit creates a variable magnetic field, which The Voltage is induced in or near the circuit). This means that the current is This is advantageous for converter feeders, which are controlled by an applied pulse width modulation voltage. This The advantage of this is that due to the low inductance winding, the current No, closely follows the applied or generated voltage, enabling fast dynamic current control Because it becomes. Furthermore, since the coil end E is small, the copper in the winding can be used efficiently. And the cost of the machine is further reduced. The coils 126 and 128 Le end E1And ETwoHave the configuration shown in FIG. 10 having different lengths. You can also.   As shown in FIG. 11, the coils 126 are connected in series, and the phase A winding 133 Constitute. The coil 128 is also connected in series to form the phase B winding 135. Phase A Winding 133 and phase B winding 135 are coupled to current-to-electronic converter 129. Current The electronic converter 129 is a William L.A. US Patent No. 5,225 to Erdman 712 and a three-phase DC / AC inverter 134 as described in US Pat. And a bipolar two-phase inverter 136 for controlling the magnitude of the current in both directions. I can. The current flows from the wind turbine rotor 235 to the wind turbine rotor 235 itself. Generated when rotating a shaft 114 rigidly connected to the body. Invar 134 is electrically coupled to the utility grid 137 and the inverter 1 36 is electrically coupled to phase A winding 133 and phase B winding 135. Inva Data 134 and inverter 136 are interconnected by a DC link 138. Strange The converter 129 adjusts the phase current through the pulse width modulation voltage waveform. In addition, Exchanger 129 allows the machine to operate as either a motor or a generator, And maintain a constant voltage and constant frequency connection with the utility grid. Enables variable voltage variable frequency operation.   FIG. 12 shows a plurality of insulated gate bipolar transistors (IGBTs). A switch 137, a plurality of freewheeling diodes 139, and a voltage source 1 FIG. 4 is a schematic diagram of an inverter 136 including a battery 40, for example, a battery.   Double salient pole magnet flux magnet developed based on FEM (Finite Element Modeling) Use a linear model of the electric machine to study machine performance and explore possible control strategies Can be The assumptions for this linear model are: (1) Variation in inductance (2) The inductance is independent of the current level. That is. The double salient pole axial flux magnet generator shown in FIG. An electric circuit equivalent to the linear model is derived as follows. In the above formula,   ua= Terminal voltage of phase A   Ub= Phase B terminal voltage   ia= Phase A phase current   ib= Phase B phase current   ra= Phase A resistance   rb= Phase B resistance   λa= Phase A armature reaction flux link   λb= Phase B armature reaction flux link   Further, the following equation is established. In the above formula,   Ψma= Permanent magnet flux linked by phase A   Ψmb= Permanent magnet flux linked by phase B   Further, the following equation is established. λa= Laa× ia+ Mba× ib λb= Mab× ia+ Lbb× ib In the above formula,   Mab= Mutual inductance between phase A and phase B (linked by phase B Value obtained by dividing the applied magnetic flux by the excitation current of phase A)   Mba= Mutual inductance between phase A and phase B (linked by phase A Value obtained by dividing the applied magnetic flux by the phase B excitation current)   From the above, the following equation holds. In the above formula,   qr= Mechanical rotor rotation   wr= Rotor angular velocity This set of equations is schematically represented in FIG. 13, where FIG. Is applied.   ema= Induced voltage of phase A generated by permanent magnet magnetic flux fluctuation   emb= Induction voltage of phase B generated by permanent magnet magnetic flux fluctuation   era= Relaxation of phase A generated by variation of self inductance of phase A Closed voltage   erb= Phase B relaxation generated by variation of phase B self inductance Closed voltage   erma= Generated by the variation of the mutual inductance between phase A and phase B Phase A reluctance voltage   ermb= Generated by the variation of the mutual inductance between phase A and phase B Phase B reluctance voltage   Laa= Self inductance of phase A   Lbb= Self inductance of phase B   Mab= Mutual inductance between phase A and phase B The torque is given by: ema× ia+ Emb× ib= Ωr(Tma+ Tmb) In the above formula, Tma= Ia× dΨma/ Dθr= Mechanical torque generated by phase A Tmb= Ib× dΨmb/ Dθr= Mechanical torque generated by phase B   Under normal operating conditions, the self-reluctance torque of phase A and phase B is , Cancel each other out as shown in FIG. Zero mutual reluctance torque Has an average value. Results of the double air gap structure of a double salient pole axial flux magnet generator Because the variation in mutual inductance is relatively small, the peak reluctance The torque is small. As a result, the torque generation is very smooth.   Use self-reluctance torque when machine speed is higher than rated However, by using the control scheme shown in FIG. Current loss can be compensated for. Therefore, a double salient pole axial flux magnet The generator can operate at higher speeds than known magnet generators. Fast but also mutual Reluctance still contributes to zero average torque.   The nonlinear model of a double salient axial flux magnet generator is λaAnd λbIs as follows Can be obtained as defined in λa= F (θr, Ia, Ib) λb= F (θr, Ia, Ib)   Since the stator 100 and the stator 104 have the same shape, the phase A winding and the phase The reluctance appearing in the B winding is equal and an electromagnetic balance is established between the two phases. The theory of the electromagnetic balance of the two phases is that circulating currents, bearing currents, and uneven loads on the rotor And thus increase the efficiency and reliability of the machine. is there.   As shown in FIG. 16, between the rotor 102 and the pole 110 of the stator 100, There is an air gap 130 (outline is shown in dotted lines). Similarly, the rotor Air having the same width as the air gap 130 between the air gap 102 and the stator pole 112 A gap 132 exists. Air gap between rotor and stator of electric machine It is widely known that minimizing increases current and efficiency. Stay Depending on the axial configuration of the rotor 100, the rotor 102, and the stator 104. 2 and regardless of the dimensions of the stators 100 and 104, 130 and 132 are possible, and therefore the manufacturing cost of physically large machines Is reduced. Such machines can accommodate a large number of poles and have low rotor speeds Can have high power in degrees. Also, due to the axial configuration described above, the rotor 1 02 radially expands air gaps 130 and 132 at high rotor speeds. And the smooth shape of the rotor 102 causes the High speed operation coupled with reduced age (loss due to air friction) Additional advantages are provided.   Further, in order to generate high torque, the slot depth DsNot coil 12 Width W of 6 and 128cIncrease, the double salient pole axial flux magnet generator slot Flux leakage is minimized. As discussed in detail in the following sections of this specification, Slot depth DsMinimize slot flux leakage.   The operation of the above-described embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. Low When the stator pole 108 is completely aligned with the stator pole 110, the permanent magnet 106 is completely switched. It is aligned with the data pole 112 (FIG. 17). Low (corresponding to 0 ° of rotor rotation) In the orientation of the rotor 102, all flux links 1 generated by the permanent magnet 106 27 is linked to the phase A winding of stator 100 (not shown in FIG. 17). In that example, it is linked to the phase B winding of stator 104 (not shown in FIG. 17). There is no magnetic flux.   When the rotor 102 is rotated by 22.5 ° (FIG. 18), the poles 110 and 11 2 are partially aligned with the poles 108 of the rotor 102, The magnetic flux link 127 generated as described above is equalized between the stator 100 and the stator 104. Etc. In this example, it is linked to a phase A winding (not shown in FIG. 18). Is equal to the flux linked to the phase B winding (not shown in FIG. 18). .   At 45 ° (FIG. 19), the rotor 102 is 06 and the stator poles 112 are positioned so as to be aligned with the rotor poles 108. You. With this orientation of the rotor 102, all of the A flux link 127 is connected to the phase B winding of stator 104 (not shown in FIG. 19). Linked.   Rotation of the rotor 102 is 67.5 °, 90 °, 112.5 °, 135 °, 157 . The magnetic flux distribution at 5 ° is shown in FIG. 20, FIG. 21, FIG. This is shown in FIG. 3 and FIG. Phase A winding corresponding to 0 ° to 180 ° mechanical rotation 25 and FIG. 25, respectively. This is shown in FIG. Between phase A current and phase B current of double salient axial flux magnet generator Is 90 °.   Thus, eliminating the aforementioned disadvantages, for example minimizing slot flux leakage With electromagnetically balanced phase, easy and inexpensive to manufacture, low speed operation and high speed operation Provide a small and efficient magnet generator that is easy to remove heat It is.   Double salient axial flux magnet generators also achieve high power density at low angular speeds, The conventional winding design with a low induction winding that can accommodate Advantageously, a simple support structure can be provided.   Numerous other modifications of this device are possible, some of which are described herein. I will tell. For example, a double salient axial flux magnet generator has an even number of stages greater than two. Data poles. Further, stays (eg, of stator 100) The ratio between the rotor pole and the rotor pole need not be one to one. Depending on the dimensions of the machine, the following formula This ratio can be changed according to R = S + 2   S = number of stator poles   R = number of rotor poles Also, other suitable stator / rotor pole configurations are possible. For example, two steps Combination of the rotor poles with any other even number of rotor poles greater than 4, for example, 2 / 6, 2/8,..., 2/100, etc. Other combinations, For example, 4/8, 4/10, 4/12, 6/10, 6/12, 6/14, etc. Can also be given.   Further, the coils of the phase A winding and the coils of the phase B winding are each connected to the phase A coil. And a phase B coil. Figure 27 shows a 6-pole low Stator 150, a first two-piece stator 152, and a second two-piece stator. 2 schematically shows a double salient pole axial flux magnet generator having a magnetic field generator 156. Rotor 15 0 includes the permanent magnet 155 and the electromagnetic salient pole 157. Stator 152 has pole 15 1 and a phase B piece 162 having a pole 153. I can. The stator 156 includes a phase B piece 164 having a pole 154 and a pole 158. And a phase A piece 168. The poles of phase A pieces 160 and 168 are , Supporting a coil 170 with a phase A winding linked in series. Phase B piece The poles of 162 and 164 are connected in series with a coil 172 with a phase B winding. I support. In FIG. 27, the rotor 150 with respect to the stators 152 and 156 is shown. The orientation is such that all flux links 127 created by the permanent magnets 155 have phase A The orientation is such that it is linked to the coil 170 of the winding. Topology of this embodiment In another embodiment, the number of rotor poles R is an integer multiple of 10, for which The number of stator poles S is calculated according to the formula S = R (4/5).   FIG. 28 shows an embodiment of a double salient pole axial flux magnet generator having a double rotor configuration. State. This machine has a first stator 200 and an annular shape, respectively. , A first rotor 202, a second stator 204, a second rotor 206, And three stators 208. The stators 200, 204, 208 are respectively Back irons 210, 212, 214 are included. The stator 200 is in the longitudinal direction The stator 208 has a plurality of stator salient poles 216 oriented in It has a plurality of salient stator poles 218 that are oriented. Poles 216 and 218 It is arranged at equal intervals around each of the stators 200 and 208. Stator 20 4 are two juxtaposed and longitudinally arranged salient poles 220 (a) and 22 0 (b) and poles 220 (a) and 220 (b) They are arranged at equal intervals.   The plurality of copper wires 222, 224 (a) and (b), 226 And 226 have a phase A winding, and coils 224 (a) and (b) have a phase B winding. Linked to provide. The individual coils 222 and 226 are 6 and 218. The individual coils 224 (a) and (b) It is arranged around the stator poles 220 (a) and (b).   FIG. 29 shows that rotors 202 and 206 are each made of, for example, laminated steel. A plurality of rotor electromagnetic salient poles 207 and 209, respectively, It is shown to be composed of a plurality of permanent magnets 203 and 205 oriented in the longitudinal direction. You. Gap G1, GTwo, GThree, GFourAre the stator 200, the rotor 202, and the rotor 2 02 and the stator 204, the stator 204 and the rotor 206, and the rotor 206 and the stay Is separated.   As shown in FIG. 28, rotors 202 and 206 are, for example, screw type Rigid mounting on rotor support 228 with fasteners 230 and 231 Can be The rotor support 228 is, for example, welded (not shown), Fixed to the in-shaft 232. The shaft 232 has an end face 236 and Rotatably supported in a housing 234 having And can be directly connected to the bin rotor 235. Stator 200 and 208 236, respectively, using screw fasteners 242 and 244, respectively. And 238 are rigidly attached. The stator 204 is, for example, a screw type It is rigidly attached to the cylindrical body 240 using a fastener 246.   When the number of stator poles is equal to the number of rotor poles (FIG. 29), the stator 200, 204, 208 are such that poles 207 and 209 are completely When aligned, the permanent magnet 203 is completely aligned with the pole 216 and the permanent magnet 205 is It is oriented so as to be completely aligned with the pole 218. This of rotors 202 and 206 In the orientation, the flux link 127 created by the permanent magnets 203 and 205 is Phase B windings 224 (a) and (b) (not shown in FIG. 28) Clicked. Similarly, each of the permanent magnets 203 and 205 is completely When aligned (FIG. 30), poles 207 and 209 are each fully pole 216 and pole 216, respectively. And 218. In this orientation of the rotors 202 and 206, the permanent magnet 2 03 and 205 is a phase A winding coil 2 22 and 226 (not shown in FIG. 30).   Double salient axial flux magnet generators are not limited to single rotor or double rotor configurations. No. Has three or more rotors and different rotor pole / stator pole ratios Modifications are also possible.   In addition, a radial flux version of the double salient magnet generator shown in FIG. It can also be applied. Such a machine is concentric with the outer stator 300 An oriented outer stator 300 and inner stator 302 are provided. Stator 30 0 includes a plurality of salient poles 304 oriented inward and radially oriented and arranged at equal intervals. No. A plurality of conductors 306 are wound around pole 304 and connected in series, With windings. Stator 302 is oriented outward and radially oriented and equidistantly arranged The plurality of salient poles 308 are included. A plurality of conductors 310 are wound around pole 308 , And a B-phase winding connected in series. The stators 300 and 302 It has back irons 312 and 314, respectively.   The concentric rotor 316 is disposed between the outer stator 300 and the inner stator 302. Is done. The rotor 316 includes, for example, an equal number of rotor electromagnetic projections made of laminated steel. It comprises a plurality of permanent magnets 318, alternating with the poles 320. The permanent magnet Are equally spaced around the data 316 by a number equal to the poles 304 and 308. The rotor 316 may be directly connected to a wind turbine rotor (not shown). The principle of operation of this embodiment of the present invention is based on the aforementioned dual salient axial flux magnet generator. Same as the principle.   As in the case of the axial magnetic flux of the present invention, the relationship between the number of rotor poles and the number of stator poles Can be changed. Furthermore, one of the stator coils has an A-phase winding. The coils of this machine are connected together so that the coils of the other stator have B-phase windings. Need not be connected.   The above configuration of the double salient magnet generator has been given by way of example only. But It is intended, therefore, that the scope of the invention is not the examples given, but the appended claims and their equivalents Should be determined by
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 FI H02K 21/22 H02K 21/22 A 21/24 21/24 G (81)指定国 EP(AT,BE,CH,DE, DK,ES,FI,FR,GB,GR,IE,IT,L U,MC,NL,PT,SE),OA(BF,BJ,CF ,CG,CI,CM,GA,GN,ML,MR,NE, SN,TD,TG),AP(KE,LS,MW,SD,S Z,UG),UA(AM,AZ,BY,KG,KZ,MD ,RU,TJ,TM),AL,AM,AT,AT,AU ,AZ,BB,BG,BR,BY,CA,CH,CN, CZ,CZ,DE,DE,DK,DK,EE,EE,E S,FI,FI,GB,GE,HU,IS,JP,KE ,KG,KP,KR,KZ,LK,LR,LS,LT, LU,LV,MD,MG,MK,MN,MW,MX,N O,NZ,PL,PT,RO,RU,SD,SE,SG ,SI,SK,SK,TJ,TM,TR,TT,UA, UG,UZ,VN (72)発明者 リ,ユー アメリカ合衆国・53705・ウィスコンシン 州・マディソン・イーグル ハイツ・ 946・アパートメント ディ──────────────────────────────────────────────────の Continued on the front page (51) Int.Cl. 6 Identification code FI H02K 21/22 H02K 21/22 A 21/24 21/24 G (81) Designated country EP (AT, BE, CH, DE, DK) , ES, FI, FR, GB, GR, IE, IT, LU, MC, NL, PT, SE), OA (BF, BJ, CF, CG, CI, CM, GA, GN, ML, MR, NE) , SN, TD, TG), AP (KE, LS, MW, SD, SZ, UG), UA (AM, AZ, BY, KG, KZ, MD, RU, TJ, TM), AL, AM, AT , AT, AU, AZ, BB, BG, BR, BY, CA, CH, CN, CZ, CZ, DE, DE, DK, DK, EE, EE, ES, FI, FI, GB, GE, HU, IS , JP, KE, KG, KP, KR, KZ, LK, LR, LS, LT, LU, LV, MD, MG, MK, MN, MW, MX, NO, NZ, PL, PT, RO, RU, SD, SE, SG, SI, SK, SK, TJ, TM, TR, TT, UA, UG, UZ, VN (72) Inventor Li, You United States 53705 Wisconsin Madison Eagle Heights 946 Apartment Day

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1.二重突極磁石発電機であって、 互いに対して同軸に固定された少なくとも2つのステータと、 前記少なくとも2つのステータ間に挿入された少なくとも1つのロータと、 前記少なくとも2つのステータによって支持される二相巻線と を備えることを特徴とする二重突極磁石発電機。 2.前記少なくとも2つのステータがそれぞれ、複数のステータ突極を含み、 対称軸を有することを特徴とする請求の範囲第1項に記載の二重突極磁石発電機 。 3.前記ステータ突極が、前記対称軸に対して長手方向に形成されることを特 徴とする請求の範囲第2項に記載の二重突極磁石発電機。 4.前記ステータ突極が、前記対称軸に対して半径方向に形成されることを特 徴とする請求の範囲第2項に記載の二重突極磁石発電機。 5.前記少なくとも1つのロータが複数の永久磁石を含むことを特徴とする請 求の範囲第1項に記載の二重突極磁石発電機。 6.前記永久磁石が、磁気的に透過性の材料からなるロータ電磁突極と交互に 配置されることを特徴とする請求の範囲第5項に記載の二重突極磁石発電機。 7.前記ロータ電磁突極がそれぞれ、第1の側と第2の側とを有し、前記永久 磁石が、前記第1の側が前記第2の側と同じ磁極化を有するように極化されるこ とを特徴とする請求の範囲第6項に記載の二重突極磁石発電機。 8.前記二相巻線が、第1の複数のコイルと第2の複数のコイルとを備えるこ とを特徴とする請求の範囲第1項に記載の二重突極磁石発電機。 9.二重突極軸方向磁束磁石発電機であって、 互いに対して同軸にかつ横向きに配置された少なくとも2つのステータと、 前記少なくとも2つのステータ間に挿入された少なくとも1つのロータと、 第1の位相と第2の位相とを有し、前記少なくとも2つのステータによって支 持される巻線と を備えることを特徴とする二重突極軸方向磁束磁石発電機。 10.前記少なくとも2つのステータがそれぞれ、複数のステータ突極と対称 軸とを有することを特徴とする請求の範囲第9項に記載の二重突極軸方向磁束磁 石発電機。 11.前記ステータ突極が、前記少なくとも2つのステータの周りに等間隔に 配置され、前記対称軸に対して長手方向に形成されることを特徴とする請求の範 囲第10項に記載の二重突極軸方向磁束磁石発電機。 12.前記少なくとも1つのロータが、前記少なくとも1つのロータの周りに 等間隔に配置され、磁気的に透過性の材料からなる複数のロータ電磁突極が間に 挿入された複数の永久磁石を含み、前記各ロータ電磁突極が、第1の側と第2の 側とを有し、前記永久磁石が、前記第1の側が前記第2の側と同じ磁極化を有す るように極化されることを特徴とする請求の範囲第9項に記載の二重突極軸方向 磁束磁石発電機。 13.前記第1の位相が、直列にリンクされた第1の複数のコイルを備え、前 記第2の位相が、直列にリンクされた第2の複数のコイルを備えることを特徴と する請求の範囲第9項に記載の二重突極軸方向磁束磁石発電機。 14.前記第1の複数のコイルが前記少なくとも2つのステータの一方によっ て支持され、前記第2の複数のコイルが前記少なくとも2つのステータの他方に よって支持されることを特徴とする請求の範囲第13項に記載の二重突極軸方向 磁束磁石発電機。 15.二重突極軸方向磁束磁石発電機であって、 互いに対して同軸にかつ横向きに配設され、それぞれ、対称軸と、前記少なく とも2つのステータのそれぞれの周りに一様な間隔に配置され、かつ前記対称軸 に対して長手方向に形成されたS個のステータ突極とを有する(Sは2以上の偶 数整数)少なくとも2つのステータと、 前記少なくとも2つのステータ間に挿入され、前記少なくとも1つのロータの 周りに一様な間隔に配置されかつ磁気的に透過性の材料からなるR個のロータ電 磁突極と交互に配置されたP個の永久磁石を含む少なくとも1つのロータと(P は2以上の偶数整数、RはPに等しい整数)、 直列にリンクされた第1の複数のコイルを備える第1の位相と、直列にリンク された第2の複数のコイルを備える第2の位相とを有し、前記少なくとも2つの ステータによって支持される巻線と を備えることを特徴とする二重突極軸方向磁束磁石発電機。 16.R=Sであることを特徴とする請求の範囲第15項に記載の二重突極軸 方向磁束磁石発電機。 17.R=S+2であることを特徴とする請求の範囲第15項に記載の二重突 極軸方向磁束磁石発電機。 18.R=S+Xであり、Xが4以上の偶数整数であることを特徴とする請求 の範囲第15項に記載の二重突極軸方向磁束磁石発電機。 19.前記第1の複数のコイルが、前記少なくとも2つのステータのうちの一 方のステータ突極の周りに巻かれ、前記第2の複数のコイルが、前記少なくとも 2つのステータのうちの他方のステータ突極の周りに巻かれることを特徴とする 請求の範囲第15項に記載の二重突極軸方向磁束磁石発電機。 20.前記第1の複数のコイルが、前記少なくとも2つのステータの両方のス テータ突極の周りに巻かれ、前記第2の複数のコイルも、前記少なくとも2つの ステータの両方のステータ突極の周りに巻かれることを特徴とする請求の範囲第 15項に記載の二重突極軸方向磁束磁石発電機。 21.Rが10の倍数であり、S=R(4/5)であることを特徴とする請求 の範囲第20項に記載の二重突極軸方向磁束磁石発電機。 22.前記コイルが銅を含み、前記磁気的に透過性の材料が鋼を含み、前記少 なくとも2つのステータが鋼積層を備えることを特徴とする請求の範囲第15項 に記載の二重突極軸方向磁束磁石発電機。 23.二重突極軸方向磁束磁石発電機であって、 互いに対して同軸にかつ横向きに配設された少なくとも3つのステータと、 前記少なくとも3つのステータ間に挿入された少なくとも2つのロータと、 第1の位相と第2の位相とを有し、前記少なくとも3つのステータによって支 持される巻線と を備えることを特徴とする二重突極軸方向磁束磁石発電機。 24.前記少なくとも3つのステータが、第1の横ステータ、第2の横ステー タ、中央ステータを画定し、それぞれ、S個のステータ突極を有し(Sは2以上 の偶数整数)、前記第1の位相が第1の複数のコイルを備え、前記第2の位相が 第2の複数のコイルを備え、前記第1の複数のコイルが、前記中央ステータのス テータ突極の周りに巻かれ、前記第2の複数のコイルが、前記第1の横ステータ および前記第2の横ステータのステータ突極の周りに巻かれることを特徴とする 請求の範囲第23項に記載の二重突極軸方向磁束磁石発電機。 25.前記少なくとも2つのロータがそれぞれ、P個の永久磁石を有し(Pは 2以上の偶数整数)、前記永久磁石が、磁気的に透過性の材料からなるR個のロ ータ電磁突極と交互に配置される(RはPに等しい整数)ことを特徴とする請求 の範囲第24項に記載の二重突極軸方向磁束磁石発電機。 26.R=Sであることを特徴とする請求の範囲第25項に記載の二重突極軸 方向磁束磁石発電機。 27.R=S+2であることを特徴とする請求の範囲第25項に記載の二重突 極軸方向磁束磁石発電機。 28.R=S+Xであり、Xが4以上の偶数整数であることを特徴とする請求 の範囲第25項に記載の二重突極軸方向磁束磁石発電機。 29.直接駆動風力タービンのための二重突極磁石発電機であって、 互いに対して同軸に配設された少なくとも2つのステータと、 前記少なくとも2つのステータ間に挿入され風力タービン・ロータに剛性に接 続された少なくとも1つのロータと、 前記少なくとも2つのステータによって支持され、かつ電子変換器によってユ ーティリティ・グリッドに電気的に結合された二相巻線と を備えることを特徴とする二重突極磁石発電機。 30.前記電子変換器が、前記ユーティリティ・グリッドに電気的に結合され た三相インバータと、前記二相巻線に電気的に結合された二相インバータとを備 え、前記三相インバータがDCリンクによって前記二相インバータと相互接続さ れることを特徴とする請求の範囲第29項に記載の二重突極磁石発電機。[Claims]   1. A double salient magnet generator,   At least two stators fixed coaxially to each other;   At least one rotor inserted between the at least two stators;   A two-phase winding supported by the at least two stators; A double salient magnet generator comprising:   2. The at least two stators each include a plurality of stator salient poles, 2. The double salient magnet generator according to claim 1, wherein the generator has a symmetry axis. .   3. The stator salient pole is formed in a longitudinal direction with respect to the axis of symmetry. The double salient magnet generator according to claim 2, characterized in that:   4. It is characterized in that the stator salient poles are formed in a radial direction with respect to the symmetry axis. The double salient magnet generator according to claim 2, characterized in that:   5. The at least one rotor includes a plurality of permanent magnets. 2. The double salient magnet generator according to claim 1.   6. The permanent magnet alternates with a rotor electromagnetic salient pole made of a magnetically permeable material. The double salient magnet generator according to claim 5, wherein the generator is arranged.   7. The rotor salient poles each have a first side and a second side, The magnet is polarized such that the first side has the same magnetic polarization as the second side. 7. The double salient magnet generator according to claim 6, wherein:   8. The two-phase winding includes a first plurality of coils and a second plurality of coils. The double salient-pole magnet generator according to claim 1, characterized in that:   9. A double salient pole axial flux magnet generator,   At least two stators arranged coaxially and laterally with respect to each other;   At least one rotor inserted between the at least two stators;   A first phase and a second phase, supported by the at least two stators. With windings A double salient pole axial magnetic flux magnet generator comprising:   10. The at least two stators are each symmetric with a plurality of stator salient poles 10. The double salient pole axial magnetic flux according to claim 9, wherein the magnetic flux has an axis. Stone generator.   11. The stator salient poles are equally spaced around the at least two stators. Claims characterized by being arranged and formed longitudinally with respect to said axis of symmetry. Item 10. A double salient pole axial flux magnet generator according to Item 10.   12. The at least one rotor is arranged around the at least one rotor A plurality of rotor salient poles, which are arranged at equal intervals and are made of a magnetically permeable material, A plurality of permanent magnets inserted, wherein each of the rotor electromagnetic salient poles has a first side and a second side; And the permanent magnet has a first side having the same magnetic polarization as the second side. The double salient pole axial direction according to claim 9, characterized in that the poles are polarized in such a manner as to be described above. Flux magnet generator.   13. Wherein the first phase comprises a first plurality of coils linked in series, The second phase comprises a second plurality of coils linked in series. The dual salient pole axial magnetic flux generator according to claim 9.   14. The first plurality of coils is driven by one of the at least two stators. And the second plurality of coils are mounted on the other of the at least two stators. 14. The double salient pole axial direction according to claim 13, wherein Flux magnet generator.   15. A double salient pole axial flux magnet generator,   Arranged coaxially and laterally with respect to each other, each with an axis of symmetry and Are equally spaced around each of the two stators and the axis of symmetry is And S stator salient poles formed in the longitudinal direction with respect to A number integer) at least two stators;   The at least one rotor inserted between the at least two stators; R rotor electrodes made of a magnetically permeable material uniformly spaced around At least one rotor including P permanent magnets alternating with magnetic salient poles and (P Is an even integer of 2 or more, and R is an integer equal to P),   A first phase comprising a first plurality of coils linked in series; A second phase comprising a second plurality of coils, the at least two With windings supported by the stator A double salient pole axial magnetic flux magnet generator comprising:   16. The double salient pole shaft according to claim 15, wherein R = S. Directional flux magnet generator.   17. The double collision according to claim 15, wherein R = S + 2. Polar axis magnetic flux generator.   18. R = S + X, and X is an even integer of 4 or more. Item 16. The double salient pole axial magnetic flux generator according to Item 15.   19. The first plurality of coils may include one of the at least two stators. And the second plurality of coils are wound around one of the stator salient poles and the at least Characterized by being wound around a salient pole of the other of the two stators The double salient pole axial magnetic flux generator according to claim 15.   20. The first plurality of coils includes both stators of the at least two stators. Wound around the data salient pole, the second plurality of coils also includes the at least two coils. Claims characterized in that the stator is wound around both stator salient poles Item 16. A double salient pole axial magnetic flux generator according to item 15.   21. R is a multiple of 10 and S = R (4/5). 21. The double salient pole axial flux magnet generator according to item 20.   22. The coil comprises copper; the magnetically permeable material comprises steel; 16. The method according to claim 15, wherein at least two stators comprise steel laminations. 3. A double salient pole magnet magnet generator according to claim 1.   23. A double salient pole axial flux magnet generator,   At least three stators arranged coaxially and laterally with respect to each other;   At least two rotors inserted between the at least three stators;   A first phase and a second phase, supported by the at least three stators. With windings A double salient pole axial magnetic flux magnet generator comprising:   24. The at least three stators include a first transverse stator, a second transverse stay And a central stator, each having S stator salient poles (S is 2 or more) The first phase comprises a first plurality of coils, and the second phase is A second plurality of coils, wherein the first plurality of coils are connected to a center stator coil. The second plurality of coils being wound around a salient pole of the first stator. And the second horizontal stator is wound around a salient pole of the stator. The dual salient pole axial magnetic flux generator according to claim 23.   25. The at least two rotors each have P permanent magnets (P is An even integer of 2 or more), wherein the permanent magnets are made of R pieces of magnetically permeable material. Characterized in that they are arranged alternately with magnetic poles (R is an integer equal to P). 25. The dual salient pole axial flux magnet generator according to item 24.   26. 26. The double salient pole shaft according to claim 25, wherein R = S. Directional flux magnet generator.   27. 26. The double collision according to claim 25, wherein R = S + 2. Polar axis magnetic flux generator.   28. R = S + X, and X is an even integer of 4 or more. Item 30. The double salient pole axial magnetic flux generator according to Item 25.   29. A double salient magnet generator for a direct drive wind turbine,   At least two stators disposed coaxially with respect to each other;   A rigidly connected wind turbine rotor inserted between the at least two stators. At least one rotor connected;   Supported by the at least two stators, and Two-phase winding electrically coupled to the utility grid A double salient magnet generator comprising:   30. The electronic transducer is electrically coupled to the utility grid And a two-phase inverter electrically coupled to the two-phase winding. The three-phase inverter is interconnected with the two-phase inverter by a DC link. 30. The double salient magnet generator according to claim 29, wherein:
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