JPS58501852A - パラメトリツク電気機械 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 パラメトリック電気機械 本発明はパラメトリック電気機械に関する。その場合このバラタ）　＋Ｊラック 気機械は、その容量が時間と共に変化する少くとも１つのコンデンサを有し、こ のコンデンサに少くとも１つの誘導コイルを含むインダクタンスと抵抗とが直列 に接続されている。

公知技術水準の特質 共振回路の電気的諸変数を周期的に変化させることによって機械エネルギーを電 気エネルギーに変換することについては、即に提案がなされている。との棹の１ バラタトリック発電機”では、例えは１つのコンチ゛ンサおよび誘導コイルから 成る直列共振回路の中で、コンデンサの容量を時間と共に周期的に変化させる。

この場合容欝を小さくすると、コンデンサの電荷が狭い空間に押込められる、つ まり小さな容量に圧縮されるので、仕事が行なわれる。この時のエネルギー源は 、容積を減少させる機械装置である。逆に容量が増大すると、パラメトリック系 にエネルギーを供給する必要は力い。なぜなら、同じ極性の電荷が互い（反発し て、容量が大きな空間に広がるからである。従って、容量を周期的に増大・減少 させると、駆動装置から共振回路へエネルギーの流れが生じる（機械工ネルキ゛ −の電磁エネルギーへの変換）。

パラメトリック発電機は、誘導原理に基く通常の発電機に比べていくつかの利点 を有している。例えは、懇導発電機は、それが永久磁石を使用しているのでない 限り（例えば自動車のダイナモ）、励磁コイルによって磁界が発生されるので、 その巻線の中に抵抗損が発生する。この抵抗損はかなり大きめので、出力が一定 以上になると直接水冷が必要になる。また、ロータ巻線の中にも相当の熱損失が 発生する。これに対して、パラメトリック発電機でＶ１熱損失は発生しない。を らにバラタ）　ＩＪツク発甑機はかなり高い電）Ｅ（ｋＶ年単位）を発生するこ とができる。パラメトリック発電機の別の利点は、構造が簡単で、かつＭ量が軽 いことである。

しかし、パラメトリック発電機をつくろうとするこれまでの試みはすべて失敗に 終った。その理由の１っは、負荷装置による負荷の変動とは無関係な、安定した 交流電流を発生することができなかったことにある。

つまり、安定した周期的な交流電流を借るどころか、電流の強さが指数関数的に 増大し、そのため誘導コイルが焼損してしまい、あるいは交流電流振動が色、速 に減摂してしまうのである。もう１つの原因は、パラメトリック発電機によって 正弦波交流電流振動ケ発生できなかったことにある。その理由は次の倣分方程式 を見れば明らかになる。この方程式は、容量が周期的に変化するパラメトリック 共振回路に適用されるものである。

ここで、■、。は一定と見なせるインダクタンス、ｃ。

は全容斬の平均値であり、Ｃを最太谷叶、Ｃｍ　１−　ｎをａｘ 最小容量とずれけＣ６−（ＣｒＩｌａＸ十ｃｍｉｎ）／２力・らめられる。△Ｃ −（ＣｍａＸ−Ｃｍ１ｎ）／２け容量の変化を示している。

ＲＯはインダクタンスの一定の抵抗、Ｑ（ｔ）はコンテ゛ンサにおける電荷であ る。

倣分方″程式（＋）は減殺Ｍａｔｈｉｅｕ微分方程式である。

この方程式は一般に不安電解を有している。っ捷り、車圧、也１荷、電流が無限 大に向って指数関数的に発散し、マ／こはゼロに向って収束するのである。パラ メータＲｏ、Ｌｏ、　Ｃｏおよび△Ｃが特定の値の時にのみ、安′Ｔビシた周期 振動が得られる。しかし、この振動は、正弦波関数ではなく、時間に対する）〆 ａｔｈｉｅｕ関数に従って変化する。時間の関数としての＋Ａａｔｈ１ｅｕ関数 に従って変化するこの′１ル圧は、給准回路紬には余り適（７てぃゾｒい。

この欠点を見服するために、次のような提案がなされている（ドイツ連邦共和国 特許第６３６２５４号明細Ｖ４参照）。即ち、１Ｆ弦波交流１程圧を給酸するこ とによって、容儀またはインダクタンスが可変のパラメトリック共振回路に対し て、パラメトリック効果を利用してこの他励を増幅させるのである（″電力増ｖ １″）。

発明の線断 本発明の昧題は、次のようなバラメ）　ＩＪラック気機械を提供することである 。即ち、このパラメトリックｆ狂気機械は、他励を必要とせずに安定な正弦波交 流電流を発生しく発電機）、また、正弦波交流電流を供給する電流供給網と接続 することによって、電、気エネルギーを機械エネルギ゛−に変換できなければな らない（モータ）。

発明の本質の開示 本発明によればこの昧題は次のようにして解決される。即ち、Ｃｏが１つ（ない し複数）のコンデンサの容量（全容酸）であり、ΔＣがこの容量の機械的変化分 、■、。が１つ（ないし複数）の誘導コイルのインダクタンス（全インダクタン ス）、Ｒｏが無負荷時に生じる付加的な純抵抗をも含めた抵抗値（全抵抗値）で ある時、次の関係式が電気機械の共振回路で０９、立つようにする。

寸だ、共振回路のパラメータ（’−’、Ｒｓ　Ｃ）が、この共振回路を流れる電 流Ｉの関数であるようにするのである。

ｃｏと△Ｃけ、上述のＭａｔｈｉｅｕの方１、柱式（１）の場合と同じく、コン デンサの容量の最大値Ｃｍａｘおよび最小（ｉＱＣｍｉ。に対して次の関係にあ る。

最も簡単な例では、共振回路の６容量”は谷ｊｌＦ’Ｔ変の１つのコン１ゞン廿 から成り、′インダクタンス”は強磁性材料の鉄心を有する１つの藺導コイルか ら成っている。しかし、６容量”は複数のコンデンサの内列ないし並列接続回路 （そのうちの少くとも１つの￥＋量がＴｊＪ変）、・□でもよく、同じくインダ クタンスは並列捷たは１ｒ列に接続さすＬｆｒ−複数の誘導コイル（そのうちの 少くとも１つが強磁性材料の据え置き形コイルを有している）でもよい。

本発明は仄の認識から出発している。即ち、振動方程式が非線形項を有している 場合、微分方程式（１）から、正弦波関数を解として持つ振動方程式を導き出せ るということである。寸た本発明によｉＬは、共振回路のパラメータ項（Ｌ、Ｒ ，Ｏ）の少くとも１つがこの勅方程式に対して上述の非線形項が技術的に実現で きる。例えは、インダクタンスが次式に従っていれは、Ｌ−Ｌａ　（１＋ｇ（Ｑ ’）　） パラメトリック共振回路に対して次の四次非線形微分方程式が生じる。

ｇ（Ｑ’）を好適な、かつ技術的に実現可能な値に選定した場合、本発明による 次の闇値条件が成立ち、かつ次の共振条件が成立すれば、 微分方程式（］１）は安定した正弦波解を得る（ただし、周期的な非正弦波立上 り過渡振動の後で）。

［４値条件が値Ｃ８，Ｒｏ、■、。を、つまり無負荷共振回路のパラメータ項を イ１するとしても、それは不等式として負りｊ状２１にも適用することができる 。

発電機においては、１同値条件の存在は次のことを意味する。つまり、抵抗にｎ ＋失が生ずる限り、発ｍ機に機械工ネルヤーが供給されるということでちる。モ ータによ？いては、闇値条件の存在は、供給される電気エネルギーが抵抗におけ る損失と等しいことを保糺する。

本発明の特徴構成、つまり少くとも１つのパラメータが共振回路を流れる電流の 関数で５、あるという特徴は（それによって振動方程式の非線形性および正弦波 解が得られる）、次のことを要求する。即ち、電気機械の共振回路に誘導コイル および／または抵抗および／またはコンデンサを設け、そのインダクタンスない し抵抗値ないし容量を電流の強さに依存して変化させるのである。これを技術的 に実現するだめの実施例は、多数考えられる。

その実施例の１つでは、共振回路のインダクタンスである誘導コイルが、磁性材 料から成る据置き鉄心を有している。強磁性材料から成る磁心の構成によって定 寸る”鉄損”をできるだけ小きくするためにｉｔ、誘導コイルの磁心に（１失の 小さな強磁性材、つまりそのヒステリシスループの面積ができるだけ小さいもの をイリー用すると有利である。この場合鉄損は、有利にｉｊ　１〜３　Ｗ　／　 ｋｇのオーダ内になければならない（ただし５０　Ｈ２，１Ｔ（テスラ）−１３ ｋＧの最大減少で損失係叙■□。の場合）。きらに、ヒステリシス曲線ができる 撮動方程式を非線形化するだめの別の実施例（・Ｊ、次のように構成さｉする。

即ち、感熱抵抗ｆル子、っ寸り箱１流の強き（および温度）に依存してその抵抗 値が′理化する抵抗を、共振回路のインダクタンスと直列に押入接続−苛−る。

あるい（／［、その′容量が、誘電体の特性により、茄ｉしる↑に流の強さに依 存して変化するコン１ゞン廿を使用するのである。

８ 本発明の％徴とする構成によって、次のような１８粋にパラメトリックな発電機 が実現される。即ち、仁の発電機は、それに接続された負荷の抵抗、インダクタ ンスおよび容量の値が推計学的に太きく変動しても、周波数および振幅の安定な 正弦波聞流■流を供給することができる。このことは、周波数の変動に敏紋４な 通常の交流発電機では不可能である。

さらに本発明は、次のようなパラメトリックモータを楡供する。つまり、このモ ータは通常の交流也渾網から給電され、構造が簡単であり、また（選択さｔｌだ パラメータに応じて）大きな回転数を発生し、さらに（ｋｖＭ域の）畠電圧と＠ 接に接続することができる。

図面の簡単な説明 仄に図面を参照（７ながら実施例について本発明を祥しく的、明する。

第１図は本発明によるパラメトリック発甫５機を示す１τ］１路図、第２図はそ の容量が時間と共に変化するコンデンサおよびそれと直列に接続された鉄心を有 する誘導コイルの実施例の縦断面図、第６図は第２図のコンデンサのロータ板の 平面図、＠４図は同じくステータ板の平面図、第５図、第６１ＺＪは本発明によ るパラメトリック発電機の別の実施例の回路図である。

有利な実施例の説明 第１　ｔｌｇｌで杖、パラメトリック発電機はコンデンサ１および誘導コイル２ から成っている。この場合、コン９　特表昭５Ｌ５０１８５Ｉ！（４） デンサ１の容積は時間と共に周ＶＪｉ的に変化する。弁だコイル２は磁心３を■ している。４は負荷であり、この例ではインダクタンス・コイル７と並列に接続 されている。

第２１ｙ１に示すようＶこ、コンデンサ１１ステータ板５とロータ板６から成っ ている。ロータ板６は回転軸７に取付けらｔ′シ１両者は磁気的に接続さハ、で いる。＠Ｉけ略々くしたＲ８動装置８により駆軸される。駆動装置む８は例えけ モータ、あるい（ｉタービンである。ステータ板５は導電性の棒９に取付りられ ている。ステータ板５とロータ板６とは大体同一の構造をしている。−″）まり 、第３（メ１（ロータ板）、第４１ｙｌ　（ステータ板）に見られる辿り、導電 性材料、例えば銅から成るセクタ１０（序形部分）と、市、気絶凭材料、例えば プラスチック刀）ら成るセクタ１１ケ交互に配置哩して構成されている。この構 成によって、ロータ板６が回転すると、コン干゛ンザの′＃量Ｃが時間とともに 周期的に変化する。

コンテ゛ンサ１と１自列に接続さオｔた誘導コイル２（佳、巻線１２と鉄心３か ら成っている。この実施％１１でＩｔ、、鉄心３はｌｉ：　−１形鉄心であり、 厚さ０．３５萼Ｗ１．損失係数（Ｖユ。）　Ｌ３　ｗ　／ｋＨの発電機鉄心成層 用薄鋼板■から構成されでいる。図示していない負荷１７ｔ、例えば誘導コイル ２の端子１３に接続される。

コンテ゛ンサ１の容儀の周期的変化、は、”共振条件”に適する方向に共振回路 の周波数に相応していなければならない。従って、バラメ）　ＩＪツク発１！磯 がそれに関連したＩ整機能を有していると好都合である。コンデンサ１の容量が 変化する周期の長さは、モータないしタービンの回転数によって決まるが、この 実施例ではロータ板６およびステータ板５のセクタ１０．１１の数にも依存して いる。従って、共振Φ件を満足させるためには、駆動装置８の回転数を、例えば 無段階−贅のできる伝動装置により変化させればよい。またその代わりに、共振 回路のｔ磁的な量を調整可能に構成してもよい。この場合、ヨーク（Ｉ形部分） ３′と鉄心３のと形１１１５分との間の空隙を調整することによって誘導コイル ２のインダクタンスを変化させ、あるいは小さなａＪ変容農を付加的に直列接続 することによって全体の谷智を変化させる。

本発明によるパラメトリック発電機（【↓、Ｌｏ−８ＱＨ１Ｃｏ　＝＝２．１３ ・１０−９Ｆ”、ｘＣ＝ＩＪ、２２、ｃｍ、　ＲＯ＝　１１　ｋΩの諸定数を有 し、また厚さ０．３５闘、鉄損（Ｖ工。）１．ろｗ／ｋｇの発電機鉄心成層用薄 鋼板■力・らｔ・ｙつでいるが、この発電機は、周波数が３００　Ｈｚの時に１ ０５０Ｖの安定した交流市；［Ｅを発生することができる。周波数を低下させ、 ＠、　Ｈ−を茜めるためにけ、コンデンサの駆動装置の回転数および／またはパ ラメータＬ。、ｃｏ、△Ｃを変化させる。

ｐ４１１）１では負荷４け１導コイル２と並列に接続されている。しかし４巻５ 図に示すように、負荷４′をコンデンサ１および誘導コイル２と直列に接続する ことも可能である。たたし実際には、第６図に示すように、変圧器を介してパラ メトリック発べ磯の共振回路に負荷４“を接続することが望ましい。この場合、 共振回路のインダクタンスの巻線１２が変土器の１次巻線を形成１７、鉄心３は １仄巻＃１２と２次巻勝１４を磁気的に結合している。たたし、共振回路のイン ダクタンスのずべての巻企艮１２が変圧器の１次巻線を形成しなｔすればならな い訳ではない。例えげ、インダクタンスが杓数の誘導クイルから成っていれは、 その一部だけを１次巻脚として使用することもできる。

技術的には、上述の実施例とは別の方式によっても、コンデンサの容量を周期的 に変化させることができる。

ＶｌｌＩえけ、コン干ンサの誘電体を歯車として構成し、そｉｔをモータ、水タ ービン等によってコンぞンサ板の間で回転させるのである。こｔｌとけ別に、円 筒形コンデンサを使用使用することも可能である。その場合円筒形コンデンサは 、入れ千秋に嵌合わされて互いに回転ｉｉＪ能な同軸の２つの円筒から成り、こ の円筒にけ導邂利料の部分と誘′酊材料の部分が交互に配置さｔｌでいる。

ｍ　２１’；１に示した端子１３に交流電圧を印加し、′共振条件”を満足させ るためＣ（二ロータ板６ないしコンデンサ軸Ｔに始動トルクを与えれば、ｌＶｉ 示のコンデンサ１は（一般的分熱力学の法則に従って９、）モータとしても使用 することができる。なぜなら、電圧を印加す−ＪＬは、セレクタ１０に正および 負の嘔気が充電され、ｆｔｐ＋Ｌ的々反撥方々反撥力ルクが生じるからである。

ＦＩＧ、　７ 国Ｉｌ！７調査報告

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １．　その芥頷が時間と共に変化する少くとも１つのコンデンサを有（７、該コ ンデンサに少くとも１つの誘導コイルを含むインダクタンスおよび抵抗が直列に 接続烙１１ているパラメトリック電気機械において、電気機械の共を回路で次の 関係式が成立ち、その場合、Ｃ０がコンデンサ（１）（ないし複数のコンデンサ ）のＷｔ（全芥賞）であり、△Ｃはｄ亥コンデンサ（１）（ないし複数のコンチ ゛ンサ）の容量（全容Ｎ）の変化分、Ｌｏは誘導コイル（２）（ないし複数）誘 導コイル）のインダクタンス（全イン〃゛クタンス）、そしてＲ６は無負荷状態 で発生（、得る付加的な細枠抵抗を含めた誘導コイル（２）（ないし複数の誘導 コイル）の抵抗埴（全抵抗値）であり、また、共振回路のパラメータ（■、、Ｒ ，Ｏ）の少くとも１つが、該共振回路を流れる電流工の関数であることを特徴と するノ？ラメトリック区気機械。 ２　インダクタンスを構成する少なくとも１つの誘導コイル（２）が強磁性材料 から成る据置き形磁心（３）を有している特許請求の範囲第１珀記載のパラメト リック電気機械。 ５、誘導コイル（２）の磁心（３）が損失の少ない強磁性材料から成っている特 許請求の範囲第２項記載のパラメトリック電気機械。 ４、誘導コイル（２）の磁心（３）が約１〜３ｗ／ｋｇの損失係数（Ｖｘｏ）を 有している特許請求の範囲第５項記載のパラメトリック電気機械。 ５　誘導コイル（２）の磁心（３）が、［Ｊ、６５１Ｒｍ　Ｉｔの発電機鉄心成 層用薄鋼板■全成層して形成されている特許請求の範囲第２項〜第４項のいずｔ ｌかに記載のパラメトリック菫１気機械。 ６、　その容量が時間と共に変化するコンデンサ（１）か、導電材料からなるセ クタ（１０）および時車性材料から成るセクタ（１１）を交互に配置して構成妊 れ、かつ動向して回転可能な２つの同軸の円板（５，６）から成っている特許請 求の範囲第１項記載のパラメトリック電気機械。 Ｚ　その容量が時間と共に変化するコンデンサが、入れ千秋に嵌め合わされて互 いに回転可能な同モ１１の円筒からｆ戊り、該円筒には導隈材料の部分と誘電材 料の部分が交互に配置されている％訃請求の範囲第１項記載のパラメトリック電 気機械。 ８　負荷（４’）が変圧器を介して共振回路と接続され、その際、変圧器の１次 巻線と共振回路のインダクタンス（２）の１つまたは複数の巻線（１２）が、少 くとも部分的に同一である特許請求の範囲第１１η〜第１５ ７項のいずれかに記載のパラメトリック電気機械。