JPS5926184B2 - リニア交流発電機 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 技術分野 本発明は往復運動をする電機子を有する発電機に関し、
特に、リニア交流発電機に関する。

本発明は輸送用車輌および非常用電源に使用され得る。

従来技術 従来のリニア発電機（エレクトロアンツアイガーエッセ
ン第２２から２４号、１９６５年１１月、ｒＮｅｕａｒ
ｔｉｇｅ ＷｅｃｈｓｅｌｓｔｒｏｍＧｅｎｅｒａｔｏ
ｒｅｎ）参照） においては、電機子は短絡されたアルミ′ニウム環の形
に作られておりその向かい合った部分は固定子の間隙内
に配置されており、環それ自体は出力取出し用変圧器の
鉄心を取巻いており、出力取出し用変圧器の一次巻線と
して働く。

上記の発電機は満足すべきパラメータを有するが、連続
作動時間を非常に長（することができない。

なぜならば、電機子の重量を減少させる必要性のために
その中の電流密度を増大させることが要求され、また、
採用されている空冷系統はこの電機子の作動のための正
常な温度状態を与えることができないので、電機子は過
熱される結果となる。

先行技術において知られている他のリニア発電機（ソ連
発明者証第５３５６７８号：クラスＨ０２に３５１００
１９７４年、参照）においては、電機子が電導性材料で
作られた平板の形に作られており液体金属で満たされた
密封流路内に設置されている。

流路の端部は、ふいごで封鎖されており、そのふいごの
内側の端部は電機子に固く結合されており外側の端部は
駆動機構に結合されている。

負荷は液体金属と接触している電極に接続されている。

この発電機においては、電機子の重量は小さく電機子を
効果的に冷却することができる。

換言すれば電機子内の電流密度が高い。

しかしながら、直線をなす密封流路内の電機子の振動に
より、電機子と流路の壁との間の間隙内の液体金属は電
機子の運動と反対方向に運動し、それによりかなりの流
体力学的および電気的損失が生じ、従って、適切な効率
が得られない。

また、重心の移動に伴う不平衡は上記の両刀の発電機に
共通する不利益である。

発明の目的 本発明の目的は、改善された特別の重量附子法特性を得
ることと共に、高い高率を維持すること、長寿命にする
こと、および不平衡によって引き起される振動を除去す
ることにある。

発明の構成 本発明は、鉄心と界磁巻線を備えた固定子、部分的には
該固定子の鉄心に設けられた間隙内に配置されている密
封された流路（チャンネル）、該流路の中で往復運動す
るように適合されている電機子（アーマチュア）、およ
び該電機子の中で発生したエネルギーを取出すための電
極、を具備するリニア交流発電機であって、本発明によ
り、液体金属で満たされた電機子がその中に設置されて
いるところの複数の流路が付加され、すべての流路は流
体力学的に直列に接続されており流体力学的に密封され
た閉環を形成している、リニア交流発電機に存する。

電極および液体金属で満たされている流路は電気的に短
絡されて出力取出し用変圧器相当部の一次巻線を形成し
、変圧器相当部の鉄心の一部は固定子の鉄心と連合して
いることが便宜的である。

電機子を収容している流路の断面は、正多角形の形をし
た底面を有する角柱の面を形成することが好ましい。

実施例 本発明の上記および他の諸口的および利点は添付の図面
を参照しつつ本発明の特別の実施例について考察するこ
とにより明らかとなろう。

第１図は本発明の一実施例によるリニア交流発電機を示
す図である。

本実施例による１ノニア発電機は、鉄心１および界磁巻
線２を備えた固定子と液体金属で満たされた流路３と、
流路３に収容されている電機子４を具備している。

この実施例における鉄心１は間隙を備えた環状体を形成
している。

電機子４がその中に配置されている流路３の一部は、部
分的には鉄心１０間隙に配列されてそれによりそれらの
電機子４の軸が電機子４の運動方向に一致しかつ互いに
平行になっている。

この発電機はまた流路３を電気的に直列に接続し負荷（
図示せず）を集中するようになっている電極５を包含し
ている。

一般に、流路３は、電機子４の運動に対し直角な面にお
いて矩形状をなしている。

流路３の２つの面は電極５により形成され、他の２つの
面は、低導電率の材料、例えばガラス含有フェノール樹
脂（ｇｌａｓｓ ｔｅｘｔｏｌｉｔｅ）により形成さ
れる。

流路３は電機子４を収容し、該電機子が固に子により生
成される磁果内を運動するにつれて該電機子に起電力が
誘起される。

それにより、電流は、電気負荷、流路３の２つの壁を形
成する電極５、電極５と電機子４０間の溶融金属の層、
および電機子４により形成される電気回路を流れる。

第２図は第１図に円形状に引かれた破線■〜Ｈによって
示される円筒面による断面を平面に展開して示す断面図
である。

電機子４は高い電気伝導度と低い比重の材料、例えばア
ルミニウム、で作られた複数の平板で構成されており、
運動方向に対して横力向の絶縁スペーサ６（第２図にお
いて横方向に短線で示されている）によって互いに分離
されている。

絶縁スペーサ６は電機子４の反作用によって引き起され
る縦方向の電流を減少させる。

流路３の覆い９内に配置されているバッキング押え８を
貫通している棒７は電機子４を、例えば自由ピストン式
内燃機関のような、原動機（図示せず）に結合させるた
めに使用される。

流路３の壁１０は溶融金属のための導管を形成するため
のものであり、該導管は電機子間の強固な流体結合を確
保し、該電機子はこの流体結合により同一の速度で運動
する。

流路３へは溶融金属が種々の方法により充填される。

例えば、試作品においては、流路は１０−２ｍｍＨｇの
圧力にまで排気され、次いで適切な手段により溶融金属
を収容するタンクに接続され、それにより溶融金属は流
路へ流入する。

発電機の内部空胴部は液密に設計されている。

動作時におい七、液体金属は、実際上電機子の速度と等
しい速度で、発電機内を運動する。

電極５は発電機に種々の方法により装着される。

電極は発電機体内に接合材により装着され、または封鎖
用ゴムスペーサを介してねじにより装着されることがで
きる。

第３図は本発明の他の実施例による交流発電機を示して
おり、第４図は第３図のＩＶ−ＩＶ面による断面図であ
る。

第３図および第４図において、第１図および第２図に示
した第１の実施例における部材と同一名称を有する部材
には同一参照番号にダッシュを付して表わしである。

第３図および第４図において、鉄心１′は間隙を備えた
十字形を形成している。

流路３′および電極５′は短絡された一巻を形成して出
力取出し変圧器相当部の一次巻線として働匂固定子の鉄
心１′はその一部が変圧器相当部の鉄心１１′の一部と
一致するような形式であり、流路３′は正多角形の辺に
配置されている。

この発電機において負荷（図示せ力は出力取出し用変圧
器相当部の二次巻線１２′（第４図）に接続されている
。

第１図の発電機は以下のように作動する。

機関（図示せず）は棒１によって電機子４を往復運動さ
せる。

各連続する流路３において、隣り合う流路３の中の電機
子４の運動方向は互いに反対力向に動（。

流路３は横力向の磁界内にあるので、起電力が流路１に
誘起される。

電機子４は流路３内で動き、流路３は電気的に接続され
ており生成された起電力が集積されるようになっている
。

液体金属により電機子４と液体冷却を受ける電極５とは
電気的および熱的に接触させられている。

平板または薄片を有する電機子４の横方向の絶縁スペー
サ６は電機子４０反作用によって引き起される縦方向の
電流を減少させるために使用され、こうじで発電機の効
率はよくなる。

流路３を満たす液体金属は、例えば、ナトリウム２２係
とカリウム７８チの共融合金で融点が一１２℃のもの等
のアルカリ金属の合金である。

このような液体金属を用いることにより、（１）電機子
４と電極５との間の完全な電気的接触が可能になす、（
２）電極５を液体によって簡単に冷却でき１、液体金属
の高い熱伝導率の故に電機子４から効果的に熱を除去す
ることが可能になり、さらに（３）流路３を接続して閉
回路にすることにより、電機子４の横方向の寸法を流路
３の横方向の寸法に近（イ直に選ぶことが可能になり、
それにより電機子４０間にある液体金属の運動に起因す
る電機子４についての流体力学的同期運動が与えられ、
従って、電機子４と流路３の壁との間の間隙内の液体金
属層を流れる分路電流が微少になる。

発電機に偶数（２以上）の流路３が与えられた場合、重
心運動がなく重心についての全慣性モーメントは零なの
で発電機は平衡化される。

第３図の発電機の動作は第１図の発電機の動作と同様で
ある。

第３図および第４図に示した発電機においては１つの電
機子の内で発生する起電力は、例えば１ボルトといった
低い値であるという事実によって、流路３′（第３図）
と変圧器相当部の出力を短絡した発電機を作ることが便
宜的である。

第３図の発電機においては、誘起された起電力によって
、磁界内を運動している電機子４′を介して電流が流れ
、また、電機子４′および５′は変圧器の一次巻線の役
をするので、電気エネルギーは、磁気的に一次巻線と結
合している二次巻線１２′から使用者に所望の電圧で送
られる。

発明の効果 本発明により提案されるリニア交流発電機の設計により
電機子等の運動部分の重量が前述のエレクトロアンツア
イガーエッセン第２２号から第２４号に記載の従来のリ
ニア発電機のそれと比べて比較的小さい値となり、それ
により約１００Ｈｚの周波数で作動させることが可能と
なり、重量対寸法特性が改善される。

また、流体力学的および電気的損失を減少させることに
まり流路３または３′内の動作が少い損失で行なわれる
ことができ、それにより電気機器の効率が増大する。

さらに発電機を多重チャン坏ル方式にすることにより振
動がなくなる。

発電機のすべての主要構成要素は長時開動もき、こうし
てシステムの耐久性が得られる。

本発明のリニア交流発電機においては、流路の数を増大
させたこと、および流路を結合して閉環状にしたことに
より、電機子と流路の壁との間にあふれ出る液体金属の
量は、前述のソ連発明者証第５３５６７８号に記載のリ
ニア発電機におけるそれと比べて極めて少ない。

例数ならば、本発明においては、電機子の間の液体金属
は電機子と共に同一速度で運動をするからであり、構造
的には、電機子の横方向の寸法は流路の横力向の寸法に
ほぼ等しくできるからである。

電機子の間の液体金属の体積を一定にすることによって
、いわゆる流体力学的同期運動が保障される。

電機子と流路の壁との間にあふれ出る液体金属の量はリ
ニア交流発電機のエネルギ損失にほぼ比例するため、本
発明によるリニア交流発電機における流体力学的および
電気的損失は、前述のソ連発明者証第５３５６７８号に
記載のリニア発電機におけるそれらと比べて減少してい
る。

電機字とがの壁との間の間隙内の液体金属は電機子より
も遅い速度で運動するので、液体金属内に誘起される起
電力は電機子に誘起される起電力より小さい。

このことは、液体金属層を流れる分路電流の方向を、電
機子内を流れる電流の方向と反対にすることを保障する
。

しかしながら、電機子と流路の壁との間の間隙の寸法は
小さいので液体金属層を流れる分路電流の値は電機子内
の電流の数十分の１であり、無視できるため、発電機の
効率の減少は無視できる。

前述の従来のリニア発電機（ＮｅｕａｒｆｉｇｅＷｅｃ
ｈｓｅ−１ｓｔｒｏｍ Ｇｅｎｅｒａｆｏｒｅｎ）にお
いては、可動部分、特に電機子の効果的な冷却は殆んど
ないし得す、原理的には常に性能の劣化という問題を含
んでいる。

これに対し、本発明によるリニア交流発電機は、電極５
に設けられた流路を介して、例えば水のような、冷却液
体を強制的にポンピングするという構造的に単純な手段
によって、上記の問題は解決される。

液体金属の高い熱伝導度のために、電機子４または４′
から冷却された電極５または５′への熱の除去が効果的
に行なわれる。

さらに、本願発明によるリニア交流発電機は、動作中に
不要な摩耗をもたらす機械的負荷を有する可動結合部を
備えていないので、長寿命が保障される。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例としてのリニア交流発電機を
示す図、第２図は第１図に円形状に引かれた破線ｎ−ｎ
によって示される円筒面による断面を平面に展開して示
す断面図、第３図は本発明の他の実施例としてのリニア
交流発電機を示す図、第４図は第３図のｆＶ−ｆＶ面に
よる断面図である。 １・・・・・・鉄心、２・・・・・・界磁巻線、３・・
・・・・流路、４・・・・・・電機子、５・・・・・・
電極、６・・・・・・絶縁スペーサ、７・・・・・・棒
、８・・・・・・バッキング押え、９・・・・・・覆い
、１０・・・・・・チャン坏ルの壁。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 鉄心１と界磁巻線２を備えた固定子、液体金属で満
   たされた複数の流路３であって、該流路の各々が該固定
   子の鉄心１に設けられた間隙内に部分的に配置されてお
   り、該流路のすべてが流体力学的に直列に接続されてお
   り 体力学的に密封された閉環を形成しているもの、該
   流路３内に配備されており往復運動をするように適合さ
   れている電機子４、および該電機子４内に発生したエネ
   ルギーを取出す電極５、を具備するリニア交流発電機。 ２ 該電極５および流路３は、電気的に短絡され出力取
   出し用変圧器相当部の一次巻線を形成しており、該変圧
   器相当部の鉄心１１の一部は該固定子の鉄心１と連合し
   ている、特許請求の範囲第１項記載のリニア交流発電機
   。 ３ 電機子を収容している流路の断面は、正多角形の形
   をした底面を有する角柱の面を形成するように用意され
   ている、特許請求の範囲第１項または第２項記載のリニ
   ア交流発電機。