KR20090033866A

KR20090033866A - 다상성 다중 코일 발전기

Info

Publication number: KR20090033866A
Application number: KR1020097000348A
Authority: KR
Inventors: 조나단 리치
Original assignee: 엑스로 테크놀러지 아이엔씨.
Priority date: 2006-06-08
Filing date: 2007-06-08
Publication date: 2009-04-06
Also published as: US8106563B2; KR101484980B1; CN101501963B; WO2007140624A1; EA200802419A1; EP2033299A1; EA201200033A1; JP2009540776A; US20130249502A1; EA016263B1; US20120153757A1; US20140167708A1; EP2033299A4; US20080088200A1; BRPI0713121A2; US20100090553A1; AU2007257187A1; CA2654462A1; US9584056B2; CN102647058A

Abstract

다상성 다중-코일 발전기는 구동샤프트, 구동샤프트의 회전과 함께 동시에 동기성으로 회전하도록 구동샤프트 상에 견고하게 장착된 적어도 제1 및 제2 로터들, 및 제1 및 제2 로터들 사이에 끼워진 적어도 하나의 스테이터를 포함한다. 스테이터는 틈을 구비하고, 상기 틈을 통해 구동샤프트는 회전가능하게 저널된다. 스테이터 상의 스테이터 배열은 구동샤프트 주변의 제1 각방향으로 스테이터에 장착된 전기적 전도 코일들의 동일하게 방사상으로 이격된 배열을 가진다. 스테이터 배열은 구동샤프트 주변에서 방사상으로 이격된다. 로터들 및 스테이터는 대체로 평행한 평면들 내에 놓인다. 제1 및 제2 로터들은 각각 제1 및 제2 로터 배열들을 구비한다. 제1 로터 배열은 구동샤프트에 대해 제1 각방향으로 구동샤프트 주변에 방사상으로 이격된 자석들의 제1 동일하게 방사상으로 이격된 배열을 구비한다. 제2 로터 배열은 구동샤프트에 대해 제2 각방향으로 제2 동일하게 이격된 자석들의 배열을 구비한다. 제1 및 제2 각방향들은 각방향 오프셋에 의해 오프-셋 되어 있어서 제1 및 제2 로터 배열들은 서로에 대해 오프셋되어 있다.

발전기, 코일, 자석, 로터, 스테이터.

Description

다상성 다중 코일 발전기 {POLY-PHASIC MULTI-COIL GENERATOR}

본 발명은 발전기 분야에 관한 것으로, 구체적으로 단계적으로 엇갈림 배치된 다상성 다중 코일들을 구비한 발전기에 관한 것이다.

종래의 전기 모터들은 회전운동 또는 직선운동 중 하나를 생성하기 위해 자력을 이용한다. 전기 모터는 전류를 운반하는 전도체가 자기장 내에 위치할 때 자력이 움직임을 유발하는 전도체 상에 가해지는 원리로 작동한다. 종래의 발전기는 자기장의 움직임을 통하여 작동하여서 자기장 내 위치하는 전도체 내에 전류를 생성한다. 종래의 모터 및 발전기 사이의 관계의 결과 때문에, 종래의 발전기 기술은, 예를 들어 전기 모터의 작동을 반대로 함으로써, 전기 모터 설계를 수정하는데 주로 초점을 맞추었다.

전기 모터에 대한 종래의 설계에서, 전도체 시스템의 코일로의 전기 전류의 인가는 자기장 및 전도 와이어의 상호작용을 통해 힘을 생성한다. 상기 힘은 샤프트를 회전시킨다. 종래의 전기 발전기는 반대이다. 샤프트를 회전시킴으로써, 전기 전류가 전도체 코일 내에서 생성된다. 그러나 전기 전류는 샤프트를 회전시키는 힘에 저항하도록 흐를 것이다. 이러한 저항은 샤프트의 속도가 증가함에 따라 계속될 것이어서, 발전기의 효율을 감소시킨다. 와이어가 연철 코어(강자성체; ferromagnetic) 주위에 감긴 발전기에서, 자석은 코일에 의해 끌어당겨질 것이고 전류는 코일 와이어 내에서 생성될 것이다. 그러나, 상기 시스템은 자석의 통과에 의해 전기의 형태로 생성되는 것보다 코일의 연철 코어로부터 멀어지도록 자석을 당기는데 더 많은 에너지를 소모한다는 물리적 현실성 때문에 상기 시스템은 효율적인 발전기를 생성하지 않을 것이다.

결과적으로, 자석의 당김이 대체로 줄어들어서 적은 저항으로 자석이 코일로부터 멀어지도록 당겨지는 발전기가 필요하다. 게다가, 발전기 상에서 생성된 자석 당김의 충격을 최소화하는 발전기가 필요하다. 종래 기술에서, 본 출원인은 교류 발전기 및 그것의 로터의 상대 각 위치를 조절하는 방법으로 1989년 11월 7일자로 허스(Huss)에 의해 발행된 미국 특허 제4,879,484호를 알게 되었다. 허스는 공동 축에 대해 서로에 상대적으로 한 쌍의 로터를 각을 이루며 조절하는 작동기에 대해 기술하며, 상기 발명은 두 개의 영구자석의 출력 전압이 상(phase)의 안과 밖에서 두 개의 로터를 이동시킴으로써 제어되는 것으로 기술되는 발전기 부하가 변함에 따른 전압 제어 문제점을 해결하는 것으로 기술되어 있다.

또한, 본 출원인은 영구 자석 필드 장치 및 극을 형성하기 위한 권선 전기자를 포함하는 복수의 유닛들을 구비한 전기 D.C. 모터에 대해 애이버리(Avery)에 의해 1985년 8월 13일자로 발행된 미국 특허 제4,535,263호를 알게 되었다. 상기 참고문헌에서, 애이버리는 공동 축 상의 각각의 로터들을 둘러싸는 이격된 스테이터(stator)들을 구비한 전기 모터를 개시하고, 주변을 둘러싸고 이격된 영구자석들은 로터들 상에 장착되고 스테이터 권선부(winding)들은 인접한 스테이터들 슬롯들 에 대해 각을 이루며 오프셋 되어 있어서 자석들이 스테이터 슬롯을 통과할 때 일어나는 코깅(cogging)은 상을 벗어나서 대체로 상쇄된다.

또한, 본 출원인은 디스크 로터 영구 자석 발전기에 대해 1984년 10월 16일자로 럭스(Lux)에 의해 발행된 미국 특허 제4,477,745호를 알게 되었다. 럭스는 자석들이 내부 및 외부 스테이터 코일들 사이를 통과하도록 로터 상에 자석의 배열을 장착하는 것을 기술한다. 내부 및 외부 스테이터들 각각은 복수의 코일들을 구비하여서, 더 적거나 더 많은 이격된 자석들을 구비한 외부 코일-운반 스테이터만을 구비한 기준 종래 기술 발전기로 기술된 것에 비해서 각각의 로터 회전에 대해서 더 많은 자석들이 더 많은 코일들에 의해 통과한다.

또한, 본 출원인은 회전 전기 기계에 대한 1981년 12월 8일자로 와튼(Wharton)에 의해 발행된 미국 특허 제4,305,031호를 알게 되었다. 와튼은 발전기의 영구 자석 로터 사용이 외부 하중 및 샤프트 속력을 변화시키는 동안 출력을 조절하는데 어려움을 일으키는 문제점을 소개할 목적을 가지며 그리하여 복수의 제1 원주상으로 이격된 영구자석극(pemanent magnet pole) 부분들 및 다수의 제2 원주상으로 이격된 영구자석극 부분들을 구비한 로터, 로터를 둘러싸는 스테이터 권선을 제공함으로써 영구자석들의 상대위치의 서보 제어(servo control)를 기술하고, 서보는 제1 및 제2 극 부분들 사이의 상대 움직임을 야기한다.

또한, 실존하는 발전기 시스템들이 기계적 에너지를 전기 에너지로 변환하는데 비교적 효율적이지만, 이러한 실존 시스템은 좁은 "효율적인" 작동 범위를 가지고, 많은 적용범위에 대해 최대로 이용할 수 있는데 필요한 특정 출력밀도(power density)가 부족하다. 실존 시스템들은 오직 하나의 "스위트 스폿(sweet spot)"을 가지거나 하나의 효율적인 작동 모드를 가진다. 결과적으로, 이러한 기술들은 원동력 에너지원이 연속적으로 변화할 때 기계적 에너지를 전기 에너지로 효율적으로 변환하는 것이 요구된다.

많은 전형적인 시스템들에서 "스위트 스폿"은 약 1800rpm이다. 이러한 속력에서 발전기는 운동 에너지를 효율적으로 전기화할 수 있지만, 이러한 최적 범위 밖의 속력에서 이러한 시스템들은 적합화될 수 있어서 에너지 수집 시스템(즉, 터빈) 또는 신호 처리 회로 중 하나는 보정되어야 한다. 보정 방법은 많으며, 간단하게 로터를 느리게 하기 위해 바람으로부터 멀리 터빈 블레이드의 회전시키는 것이 될 수 있고, 또는 바람 속력이 발전기 최적 작동 범위 아래가 될 때 보정하기 위해 기어 메커니즘을 회전시키는 것이 될 수 있다. 예측가능하고 일정한 원동력을 기대할 수 있는 발전기로 일정하게 변하는 에너지원에 필적하려는 노력에도 이러한 방법들은 모두 에너지를 낭비한다.

그러므로 이러한 종래의 발전기들은 제한된 작동 범위 때문에 높은 성능 계수를 유지할 수 없다. (풍력 에너지가 임계점을 초과할 때) 에너지(즉, 낭비되는 출력)의 기계적인 발산을 통해 초과 에너지를 잘 처리하기 위해 추가적인 노력들이 터빈 능력을 확장하도록 가해져 왔다. 반대로, 입력 에너지가 임계점 아래인 그러한 경우에서, 전류 발전기들은 작동을 멈추거나, 그것들은 비효율적으로(즉, 낭비되는 출력) 작동한다. 오늘날의 대부분의 노력들은 기계적 입력 버퍼들(기어 박스들) 또는 전자적 출력 버퍼들(제어들) 중 하나에 초점이 맞추어져 왔지만, 개발 비 용들 & 복잡화뿐만 아니라 비효율성 및 증가된 작동 비용들의 양 관점에서, 비용이 높았다.

결과적으로, 하나 이상의 "스위트 스폿"을 구비한 적합한 발전기 시스템에 대한 요구가 있다. 이 시스템은 에너지원이 변하거나 부하 요구가 변하는 환경에서 동력 발전기의 효율을 증가시킬 수 있도록 원동력과 부하를 조화시킬 수 있을 것이다.

본 출원인은 하나 이상의 "스위트 스폿"을 구비한 발전기를 만들려는 산업적 시도가 있음을 알고 있다. 예를 들어, 윈드매틱(WindMatic) 시스템들(http://www.solardyne.com/win15swinfar.html)은 넓은 범위의 풍속을 잡기 위한 시도로서 두 개의 분리된 발전기들을 이용한다. 이러한 두 개의 발전기 설계는 작동 폭을 넓게 한다는 게 입증되었고, 주어준 하중에 대한 전체 출력은 개시된 다상성 다중-코일 발전기(Poly-Phasic Multi-Coil Generator; PPMCG)보다 낮을 것이다. PPMCG는 오직 두 개의 분리된 스위트 스폿들을 허용하도록 하는 두 개의 분리된 발전기들을 요구하는 것보다 단일 유니트 내에서 다수의 발전기들(예를 들어 18개)을 본질적으로 결합시킨다. 게다가, 위드매틱 시스템들을 위해 이러한 두 개의 발전기 시스템들은 추가적인 기어 및 하드웨이를 통해서 결합되고 제어된다. 그러므로, 두 개의 분리된 발전기들을 이용하는 설계는 추가적인 구조/재료 비용뿐만 아니라 PPMCG 설계에 대한 추가적인 유지 비용을 가질 것이다.

많은 적용예들에서, 발전기의 출력에 대한 하중이 가장 중요하다. 발전기의 특정 출력 밀도(Specific Power Density)를 증가시키는 것이 계속되어왔고 발전기 설계자들에게 주요 초점이 되어 왔다. 제안된 발전기는 "폐쇄 유동 통로 유도(Closed Flux Path Induction)"라 불리는 유일한 디자인 특징을 통해 이러한 화재를 소개한다.

자석의 영향과 유도 코일들에 대한 유일한 내부 형상 때문에 폐쇄 유동 통로 유도(CFPI) 기술은 다상성 다중 코일 발전기(PPMCG) 설계에서 가능하다. 상기 결과는 유동 누설을 감소시키고 더 효율적인 유도 과정이 종래 시스템들을 넘어 일어난다.

발전기 시스템 내 자기장(유동 밀도)의 세기가 전기적 출력의 크기를 결정한다는 것이 잘 알려져 있다. 그러므로 최적의 시스템은 유도 코일 극들에서 가장 센 필드 밀도를 보증할 것이고 열과 벗어난 전류의 형태로 에너지를 낭비하는 다양한 발전기 구성요소들 내에 원치 않는 전류를 만드는 벗어난 자기장(유동 누설)을 최소화할 것이다. 이러한 결과들은 동시에 원치않는 유동 누설을 감소시키면서 그것이 원해지는 유동 밀도를 증가시키는 것으로서 개시된 발전기 시스템으로 소개된다.

폐쇄 유동 통로 유도는 유동 라인들이 이동하기 위한 높은 자석 투자율의 통로를 제공한다. 폐쇄 유동 통로의 공통된 예는 키퍼(keeper)를 구비한 간단한 말굽 자석이다. 키퍼는 그것이 일 자석 극으로부터 다른 것으로 움직임으로써 자기장에 대한 통로를 폐쇄하도록 작용한다.

자석들은 그것들의 직접적인 주변들을 투과하는 흩어진 자기장을 가진다. 일 극을 떠나는 유동 라인들은 대향 극으로 반드시 돌아와야 한다. 유동 라인에 의해 유도된 효과적인 자기장은 그것이 따라가는 통로에 의해 좌우된다. 그것이 낮은 자석 투자율의 매체(공기)를 통해 큰 거리에 미쳐야 한다면 그것은 비교적 약한 필드가 될 것이다. 유동 라인이 높은 자석 투자율의 물질(강자성 물질들)을 통해 통과할 수 있다면 더 강한 필드가 생성되고 더 작은 누설이 발생할 것이다.

예를 들어서, 작은 버튼 자석이 종이 클립에 가깝게 유지된다면 그것은 쉽게 종이클립을 들어올릴 수 있을 것이지만, 그것이 종이클립 길이와 동일한 길이에 유지된다면 공기의 투자율이 매우 낮기 때문에 작은 영향이 미칠 것이다. 종이클립이 자석과 다른 종이클립 사이에 위치한다면, 두 개의 종이클립 모두가 들어올려질 것이다. 제1 종이클립은 거리에서 자기장의 강도를 효율적으로 증가시키는 자석에 대한 높은 투자율을 가진 통로로서 작용한다.

말굽 자석의 강도가 이러한 효과로부터 높아진다. 말굽 자석으로 한 조각의 금속을 들어올릴 때 높은 자석 투자율의 물질을 구비한 N극과 S극을 연결함으로써 자석 통로가 완성된다. 높은 투자율의 통로를 제공하는 제2 효과는 유동 누설이 감소한다는 것이다.

유동 누설은 원하지 않는 자기장으로서 정의된다. 즉, 상기 자기장은 원하는 물체(발전기 내 유도 코일)에 초점이 맞추어지지 않는다. 유동 누설은 발전기들에 대해서 문제가 있는데, 왜냐하면 그것은 그것이 원하는 곳인 유도 코일 극들에서 적은 자기장 세기를 초래하기 때문이고, 그것은 시스템 효율을 감소시키는 와상전류(eddy current)와 같은 원치않는 효과를 발생시키기 때문이다.

종래의 발전기들은 케이스나 말단 캡들로서 높은 투자율 물질들을 이용함으 로써 상기 논점들에 대처하려는 시도들이 있어 와서 큰 생성된 큰 자기장들은 효율적으로 이용될 수 있다. 불행하게, 고 투자율을 가진 물질들은 또한 매우 무겁고 발전기의 중량비에 대한 출력을 상당히 감소시킨다. 게다가, 이러한 시스템들은 PPMCG를 구비한 경우에서와 같이 완전히 고립되고 제어된 유도 처리에서 성공적이지 못한다.

필요한 자기장을 만들도록 전자기를 여기시키기 위해 전류가 필요하기 때문에 많은 종래의 전자기 유도 발전기 시스템들은 여기(exitation) 시스템들을 이용한다. 이는 종종 주요 시스템으로서 동일한 로터에 부착된 또 다른 더 작은 발전기와 함께 동작하여서 로터가 회전함에 따라, 전류가 주요 시스템의 전자석 내에서 생성된다. 초기 필요한 전하를 생성하기 위해 전기 저장 시스템을 이용하는 다른 시스템들이 있다. 이러한 시스템들은 영구자석 시스템만큼 효율적이지 못한데, 왜냐하면 발전기에 의해 생성된 일정 양의 출력이 작동을 위해 그것 자신의 전자석으로 다시 보내져서, 효율이 떨어지기 때문이다. 게다가, PM 시스템은 전자석 시스템보다 중량 당 더 큰 자기장 세기를 제공한다. 불행하게, 영구 자석들은 더 큰 발전기들과 함께 작동하는데 더 큰 어려움을 가지고, 메가 와트 범위의 더 큰 시스템들은 거의 모두 전자기 유도 시스템들이다. PPMCG 시스템은 하이브리드 자석 시스템의 사용을 통해 PM 장치와 전자기 여기 "유도" 발전기 양쪽의 장점을 제공한다.

또한 하이브리드 자석들은 오직 영구 자석의 이상으로 자기장의 세기를 더 증가시키도록 PPMCG 내에서 이용될 수 있다. 이러한 하이브리드 자석은 필드 세기와 필드 상의 제어력을 최대화하는 방식으로 내부에 끼워 넣어진 영구 자석을 구비 한 전자석이다.

전압이 자기장을 통해 통과하는 유도체의 길이에 따라 달라지기 때문에, 각 상의 전체 유도체의 선택이 전압을 채택한다. 특별한 PPMCG 설계로 발전기는 다른 전압 출력들을 가진 다양한 시스템들로서 용이하게 변경될 수 있다. 핀들 도는 다른 전기 접촉자들은 서로에 대해 선택된 각도 방향에서 인접한 층들을 연결함으로써 모터 또는 발전기의 작동 전압을 사용자나 제조자가 선택하도록 하는 방식으로 케이스 주변에 배치될 수 있다. 발전기로 작동한다면 생성된 결과적인 전압을 사용자가 결정할 수 있도록, 또는 모터로서 작동한다면 적절한 입력 전압을 사용자가 결정할 수 있도록, 방향이 선택될 수 있다. 예를 들어, 동일한 장치는 120 볼트, 240 볼트 또는 480 볼트에서 작동할 수 있다.

종래의 발전기 시스템은 표준 이하의 동력 신호를 생성하고 이어서 터빈 블레이드의 피치를 수정하거나 로터를 구동하는 기어비를 변화시키는 것과 같은 다른 시스템 파라미터들을 조작하는 것을 통해서 그것을 "고정(fix)" 시키도록 시도하는 후-처리(post-processing) 동력 전자 시스템을 이용한다. 신호가 생성된 후 신호를 고정시키려 시도하는 이러한 후-처리 실행은 효율이 부족하고 그리드(grid)와 동기(synchronous)이도록 하기 위해 종종 출력이 DC로 변환되고 이어서 다시 AC로 변환되는 비동기성(asynchronous) 기능에 대한 필요를 야기한다. 이는 상당한 손실이 반전(inversion) 처리에서 일어나는 비효율적인 처리이다.

결과적으로, 더 기능적인 처리 시스템에 대한 필요성이 제기된다. PPMCG "전-처리(pre-processing)" 동력 전자는 PPMCG에 주요 요소이다. 그것은 부적절한 신호를 만드는 것보다 원하는 출력 신호를 그대로의(raw) 형태로 만들고 이어서 종래의 "전-처리" 전자와 함께 그것을 고정하려 하는데 상당한 이점이 있다. PPMCG 발전기 스테이지들은 "전-신호(Pre-Signal)" 처리 회로에 의해 모니터되며, 상기 "전-신호" 처리 회로는 동시에 독립적인 발전기 스테이지들을 추가하고 제거하는 것을 통해, 장치가 출력 전압 및 그리드 요구를 가진 시스템 저항과 조화되게 한다. 단계적인 시스템이 코스 제어(course control)를 제공하는 동안, 전자 시스템은 그리드 공차(grid tolerance)들이 만나고 고른 통합(integration)이 달성되도록 하는데 필요한 정교한 제어를 제공한다. 다양한 메커니즘들이 스테이지들이 시스템으로부터 추가되거나 제거될 때 부드럽고 정교한 제어를 보증하도록 이용될 수 있다. 하나의 그러한 메커니즘은 원하는 발전기 작동을 유지하면서 스테이지들 안과 밖으로 펄스화하는 펄스파 변조기(pulse wave modulator)일 수 있다.

시스템의 각각의 스테이지로부터의 전류는 준비된 이용가능한 정보를 바탕으로 어떤 시스템 형태가 가장 적합한지 결정하는 전-신호 처리 회로에 의해 모니터 된다. 터빈(원동력)이 적절한 모멘텀(momentum)에 도달할 때 전-신호 처리 회로는 제1 스테이지에 관여할 것이다. 각각의 스테이지는 모니터되고, 에너지원의 이용성 및 실존하는 연계된 스테이지들의 전류 작동 조건에 따라 달라지는 제어 시스템에 의해 추가적인 스테이지들이 추가되거나 제거된다.

전기 공학자들의 다른 주요 도전 과제는 종래 기어박스에 대한 필요성을 어떻게 제거하는냐 하는 것이다. 많은 실존하는 기어박스들은 높은 속력에서 최상으로 작동하고 셋업(set-up) 기어박스들을 필요로한다. 이러한 기어박스들은 고가이 고, 진동, 소음 및 피로 하에 놓이고, 계속적인 유지 및 윤활을 필요로 한다. 기어박스의 부정적인 영향은 상당하다. 아마도 더 심각하게는, 기어박스들은 발전기가 낮은 풍속에서 기능하도록 하지만 풍속이 낮을 때 시스템은 귀중한 풍력 에너지를 낭비하도록 할 수 있다.

직접-연결된(direct-coupled) 기어박스의 이점은 상당하다. 많은 종래의 시스템들은 전체 출력의 5%까지의 기어박스 손실을 가진다. 게다가 기어박스는 발전기 구성요소만큼의 고가이고 높은 유지 구성요소를 나타낸다. 기어박스는 원치않은 중량, 비용을 더하고 시스템의 전체 효율을 감소시키는 발전기 시스템 내 약한 링크(link)이다.

종래 설계에 대조되게, PPMCG 기술은 기어박스 및 성능을 저해하는 손실이 없는 '직접-연결된' 형상에 잘 어울린다. PPMCG는 기계적 기어를 통해 기능하지 아니하고 그것 자신의 기어박스처럼 효율적으로 작용하는 적절한 속력을 유지하도록 하기 위해 로터에 저항을 가함으로써 기능한다. 로터에서 필요한 저항은 시스템 전자에 의해 결정될 것이고 완전한 발전기 스테이지들의 적절한 수를 연관시킴으로써 만들어질 것이다. 본질적으로, 로터 속력은 로터 회전을 제어하는데 유용한 에너지를 발산하는 기계적 시스템과는 달리, 전기 동력을 만드는 과정을 통해 만들어진 저항에 의해 (소정의 임계점까지) 제어된다.

PPMCG 기술의 다중-극(multi-pole) 스테이터 필드는 낮은 속력으로 작동되게 하여서 시스템은 전체 시스템 성능을 저해하는 종래 기어박스 없이 효율적으로 기능할 수 있다. 로터의 각각의 회전으로 각각의 코일은 (스테이터 당 18 코일들을 가정하면) 18배 유도된다. 그러므로 스테이터 상에 1 코일 또는 100코일들이 있는 것에 관계 없이, 각각의 코일은 동일한 스테이터 상의 모든 다른 코일들처럼 동일한 주파수로 전기를 여전히 생성할 것이다. 각각의 새로운 코일이 다음에 추가될 때, 지속적인 출력 신호가 각각의 스테이터 상의 모든 코일들에 대해 만들어진다. 세 개의 스테이터 배열들이 적절히 (즉, 120도에 의해) 오프셋(offset)되어 있기 때문에, 기계적 형상은 출력 신호가 동기성의 3 상 신호(synchronous 3 phase signal)임을 결정한다.

최근에, 다수의 다른 개념들이 발전기 로터와 함께 기어박스 및 '직접-연결된' 터빈에 대한 필요성을 제거하도록 제안되어 왔다. 이러한 시스템들에 대한 도전 과제는 효율적으로 기능하도록 발전기가 여전히 일정하고 예측가능한 원동력을 요구한다는 것이다. 따라서 이러한 직접-연결된 발전기들은 발전기 속력을 제어하기 위한 부적절한 보상 방법들로 인해 타협점이 찾아진다. 유도 발전기의 출력은 로터 코일들을 통해 전류를 변화시킴으로써 제어될 수 있다. 유도 발전기들은 출력의 일부로 로터 코일을 요기시킴으로써 동력을 생성한다. 로터 코일을 통해 전류를 변화시킴으로써 발전기의 출력이 제어될 수 있다. 이러한 제어 방법은 '이중 공급(doubly fed)'라고 불리고 유도 발전기들이 비동기성으로 변하는 속도 기계로 작동하도록 한다. 일정한 속도 시스템에서 일정 이점을 제공하지만, 이러한 형태의 발전기는 고가이고 출력을 요구하는 과정에서 상당한 손실을 발생시킨다.

실존하는 "가변 속도(variable speed)" 발전기의 주요 제한요소는 추가적인 비용 및 동력 전자기학의 복잡성이다. 동력 전자기학은 출력을 요구하는데 필요하 여서 그것은 그리드와 양립 가능하고 발전기가 그것의 최고 효율로 작동하도록 보증한다. 이렇나 가변 속도 발전기들은 발전기의 가변 AC 출력을 DC로 교정하고 이어서 그것을 그리드 동기화된 AC로 다시 변환함으로써 작동한다. 이러한 방법은 고 출력 실리콘(고가)의 사용을 필요로 하고 출력 전류의 이송 및 변환(즉, AC에서 DC로 그리고 다시 AC) 과정에서 손실이 일어난다.

PPMCG 기술은 입력원을 이동시키고, 넓은 범위에서 더 많은 에너지를 획득하며 기계적 간섭과 그로 인해 초래하는 낭비되는 에너지에 대한 필요성을 감소시킨다. 입력 에너지 및 하중이 변화함에 따른 스테이지들을 추가하거나, 또는 누락시켜, 자기-개조 유닛(self-adapting unit)은 복잡하고, 고가인 기어박스들과 동력 제어들에 대한 필요성을 감소시킨다.

또한 실존하는 시스템들이 가진 다른 도전 과제는 결함(fault) 제어 시스템들이다. 종료(exiting) 시스템들에 대해 시스템의 전체 출력은 모든 시간들에서 동력 전자기학에 의해 관리되어야 하고 결함이 발생했을 때, 결함 전류는 동력 전자 변환기의 제한된 부하 능력으로 인해 매우 큰 문제를 일으킨다. 종래의 시스템들에서, 결함이 일어나면, 시스템은 즉시 중단되어야 하거나 상당한 손상이 발전기에 가해질 수 있다.

여기서 결함은 단락(short circuit)으로 정의된다. 단락이 일어날 때, 동기성 발전기들의 출력 전류는 대체로 증가하는데, 왜냐하면 임피던스가 감소하기 때문이다. 큰 전류는 설비에 손상을 가할 수 있고 그러므로 시스템으로부터 결함을 가진 구성요소를 제거함으로써 가능한 한 빨리 감소되어야 하고, 따라서 낮은 임피 던스 전류 통로를 제거하여야 한다. 그러나, 또한 큰 전류는 단락이 존재하는 분명한 지표이다. 따라서, 한편으로, 결함 전류는 바람직하지 않은데, 왜냐하면 다른 한편으로 그것은 결합과 정상 상황 사이에서 구별하기 위한 본질적인 지표이지만 그것은 설비 손상을 야기할 수 있기 때문이다.

PPMCG는 유일하고 유용한 결합 제거 메커니즘을 이용한다. PM 발전기에서 내부 고장이 일어날 때, 고장난 권선부는 발전기가 멈출 때까지 에너지를 계속적으로 이끌어 낼 것이다. 고속 발전기에서, 이는 전기 및 기계적 구성요소에 더 큰 손상을 일으키는데 충분히 긴 기간을 의미할 수 있다. 그것은 또한 근처에서 작업하는 개인들에 대한 안정 위험성을 의미할 수 있다. 다른 한편으로, 유도 발전기는 유닛에 위험한 상황과 잠재적인 손상을 방지하는 약간의 밀리초(millisecond) 동안 비여기성(de-excitation)에 의해 안전하게 작동 중단된다. 다른 시나리오에서, 시스템은 동력이 가장 필요할 때 잠재적으로 가장 시기가 나쁜 시간에 원치 않는 정지기를 야기하면서 수리될 수 있을 때까지 완전히 가동 중단되어야 한다.

PPMCG 기술로, 더 작은 양의 부분들로 출력 전류를 나누는 것은 스테이터 권선부 내 결함의 부정적 영향을 상당히 감소시킨다. 아주 적은 전류가 단일 삼-코일 서브-시스템(three-coil sub-system) 또는 스테이지 요소에 의해 만들어지므로, 시스템 결함은 존재한다. 그것들은 여전히 관리되어야 하기 때문에, 손상은 피해질 수 있고 안전 문제가 감소될 수 있다. 제안된 "전-처리" 회로의 일 이점은 고장난 코일로부터의 전류를 이용하는 것을 간단히 피할 수 있다는 것이고, 코일들의 나머지 부분들은 계속 기능하도록 한다는 것이다(사실, 세 개의 코일들은 세 상(three phase) 시스템 내 결합이 있다면 멈출 필요가 있을 것이다).

많은 실존 시스템들에 대한 다른 도전 과제는 그것들이 그리드 통합을 위한 필요한 출력 주파수를 일치시키기 위해 사인파 형태로 상당한 조작을 필요로 하지 않는 미가공 신호를 만들 수 없다는 것이다. 많은 종래 시스템들에서 필드 코어 극들의 "형성(shaping)"은 단순히 이용가능한 선택사항이 아니고 그리하여 동력을 조건화하는 것 외에 다른 선택 사항이 없어서 원하는 파형으로 정돈하였다.

대조적으로, PPMCG 시스템은 필드 코일로부터 직접적인 미가공 신호로서 정확한 사인곡선의 사인파를 만들 수 있다. 상기 시스템에 의해 만들어진 사인파는 내부 형상을 통해 발전기에 의해 만들어진 파형을 성형하도록 하는 유일한 설계 속성을 통해 조작될 수 있다. 그리드 시스템들과 적절히 동조하도록 하기 위해 상당한 조건화가 필요한 종래 모든 시스템들에 대한 사인파로서 특별한 관련성이 있다. 이러한 시스템들은 덜 바람직한 "비동기성" 기계로 특별히 기능해야 한다.

PPMCG의 다른 유일하고 유리한 요소는 전기자 디스크의 균형화된 스테이지들이 플라이휠로서 작동하도록 회전하고 기능한다는 것이다. 이는 회전 속도의 급격하고 바람직하지 않은 변화를 안정화시키고 시스템의 작동을 부드럽게 한다.

다양한 에너지원을 기능하도록 이용하는 갱신가능한 에너지 시스템들 상의 긍정적인 영향에 추가하여, 개시된 발전기는 또한 종래 비-갱신 시스템들에 상당한 가치를 제공할 것이다. 예를 들어, 효율적인 일 작동 상태를 가지는 많은 종래 시스템들은 소비자의 동력 요구에 부합하는 것보다 더 많은 연료를 이용할 것이다. 개시된 발전기 시스템으로, 발전기는 소비자의 전류 요구에만 부합하도록 발전기가 적절히 크기화 되도록 하기 위해 그것 자체를 재-배열할 것이고 따라서 동력 요소로 소모되는 연료가 종래 시스템의 속도에 비해 낮을 것이다.

요약하면, 다상성 다중-코일 발전기는 구동샤프트, 상기 구동샤프트의 회전과 동시에 동기성으로 회전하도록 하기 위해 상기 구동샤프트 상에 견고하게 장착되는 제1, 제2 및 제3 로터들, 및 상기 제1 및 제2 로터들 사이에 끼워지는 적어도 하나의 스테이터를 포함한다. 스테이터는 구동샤프트가 회전가능하게 저널 되는 틈을 가진다. 스테이터 상의 스테이터 배열은 구동샤프트 주변에 제1 각방향으로 스테이터에 장착된 전기 전도성 코일들의 방사상 이격된 배열을 가진다. 스테이터 배열은 구동샤프트 주변에 방사상으로 이격되고 제한 없이 동일하게 방사상으로 이격될 수 있다. 로터들 및 스테이터는 대체로 평행한 평면들 내에 놓인다. 제1, 제2, 및 제3 로터들은 각각 제1, 제2 및 제3 로터 배열들을 가진다. 제1 로터 배열은 구동샤프트에 대해 제1 각방향으로 구동샤프트 주위에 방사상으로 이격된 자석들의 제1 방사상 이격된 배열을 가진다. 제2 로터 배열은 구동샤프트에 대해 제2 각방향으로 자석들의 제2 동일하게 이격된 배열을 가진다. 제3 로터 배열은 구동샤프트에 대해 제3 각방향으로 자석들의 제3 동일하게 이격된 배열을 가진다. 제한할 목적 없이, 로터 배열들은 동일하게 방사상으로 이격될 수 있다. 제1 및 제2 각방향들은 각방향 오프셋에 의해 오프셋 되어서 제1 및 제2 로터 배열들은 서로에 대해 오프셋 되어 있다. 방사상으로 이격된 스테이터 및 로터 배열들은 그것들의 동일한 방사상 이격에 대칭 없이 제작되고 여전히 기능한다.

각방향 오프셋이 존재하고, 구동샤프트 및 로터들이 로터들의 회전 방향 내에서 회전하여서 스테이터에 대해 회전하며, 제1 로터 배열의 자석들의 다른 자력이 로터의 회전 방향에 있는 스테이터 배열 내 대응하는 다음의 인접하는 코일들을 향해 제1 로터 배열의 자석들을 당겨서 제2 로터 배열의 자석들이 인접하는 코일들로부터 로터들의 회전 방향에서 당겨질 때 스테이터 배열 내 대응하는 통과하여 인접하는 코일들로부터 제2 로터의 자석들을 끌어당기도록 제2 로터 배열의 자석들에 가해진 당기는 힘을 제공하고 대체로 균형을 맞춘다. 유사하게, 구동샤프트 및 로터들은 로터들의 회전 방향 내에서 회전하고, 제2 로터 배열의 자석들의 자기 인력은 로터들의 회전 방향 내에 있는 스테이터 배열 내 대응하는 다음의 인접하는 코일들을 향해 제2 로터 배열의 자석들을 당겨서 제1 로터 배열의 자석들이 지나는 인접하는 코일들로부터 로터들의 회전 방향 내에서 당겨질 때 스테이터 배열 내 대응하는 지나는 인접하는 코일들로부터 제1 로터 배열의 자석들을 끌어당기도록 제1 로터 배열의 자석들에 가해진 당기는 힘을 제공하고 대체로 균형을 맞춘다. 제3 로터는 상기 효과의 더 향상된 면을 제공한다.

일 실시예에서, 다른 스테이터가 구동샤프트 상에 장착되어서, 구동샤프트는 다른 스테이터 내 구동샤프트 틈을 통해 회전가능하게 저널된다. 다른 스테이터 배열은 다른 스테이터 상에 장착된다. 다른 스테이터 배열은 구동샤프트 주변에 각방향을 가지고, 제한할 목적 없이 구동샤프트는 제1 스테이터의 스테이터 배열의 제1 각방향과 동일한 각방향일 수 있다. 제3 로터는 구동샤프트 상에 장착되어서 제1 및 제2 로터들의 회전과 함께 동시에 동기적으로 회전한다. 제3 로터 배열이 제3 로터 상에 장착된다. 제3 로터 배열은 구동샤프트에 대해 제3 각방향으로 구동샤프트 주변에 방사상으로 이격된 제3 동일하게 방사상으로 이격된 배열을 가진다. 제3 각방향은 예를 들어 제1 및 제2 로터 배열의 각방향에 의해 각방향으로 오프셋되어 있어서 제3 로터 배열은 제1 및 제2 로터 배열들 사이로서 동일한 각방향으로 오프셋됨으로써 제2 로터 배열에 대해 오프셋된다. 다른 스테이터 및 제3 로터는 제1 스테이터 및 제1 및 제2 로터와 대체로 평행한 평면에 대체로 평행한 평면에 놓인다. 유리하게 제3 로터 배열은 제2 로터로부터 제1 및 제2 로터 배열 사이에 동일한 각방향으로 오프셋됨으로써 오프셋되고 제1 및 제2 로터 배열들 사이에 두 배로 각방향으로 오프셋되며, 즉 그것들의 각방향 오프셋은 제1 로터 배열로부터 2배에 의해 오프셋된다. 따라서, 제1, 제2 및 제3 로터 배열들은 구동샤프트 주변에 연속하게 각방향으로 엇갈린다.

연속해서 각방향으로 엇갈린 제1, 제2 제3 로터들, 제1 스테이터 및 다른 스테이터들은 제1 발전기 스테이지를 형성하는 것으로 함께 언급된다. 복수의 그러한 스테이지들, 즉 대체로 제1 발전기 스테이지와 동일한 것들은 구동샤프트 상이 장착될 수 있다. 다른 스테이지들인 원하는 적용에 따라 제1 스테이지와 함께 정렬되거나 그러지 않을 수 있다.

로터 배열들 내의 자석들은 자석 쌍들일 수 있고, 각 자석들의 쌍은 구동샤프트에 대해 방사상 내부의 쌍의 일 자석 및 구동샤프트에 대해 방사상 외부의 쌍의 다른 자석과 함께 유리하게 배열될 수 있다. 대응하는 스테이터 상의 대응하는 코일들의 상대 위치에 따라 달라지는, 이러한 자석들의 배열은 방사상 유동 로터들 또는 축방향 유동 로터들을 제공한다. 예를 들어, 각 자석들의 쌍은 공동의 방사상 축, 즉 각 자석들의 쌍에 대한 일 공동 축을 따라 정렬될 수 있고, 각 방사상 축은 구동샤프트의 외부로 방사상으로 연장하며, 스테이터 배열 내의 각 코일은 대응하는 방사상 축들 주위에 대체로 대칭되게 감싸진다. 따라서, 유리하게, 자석들의 쌍의 자속은 직교하게 말단 연결되고, 즉 각 자석들의 쌍이 대응하는 코일을 지나 회전할 때 대응하는 코일들에 90도로 연결된다. 로터 배열 상에 연결된 내부 및 외부 자석들은 자기 필드 밀도 및 각 코일로부터의 동력 출력을 증가시킨다.

일 실시예는 제한을 가할 목적이 아니며, 제1 로터 배열은 제1 로터 배열이 스테이터 배열을 지나 회전할 때 대응하는 스테이터 배열과 함께 적어도 부분적으로 동일 평면 상에 있으며, 제2 로터 배열은 제2 로터가 스테이터 배열을 지나 회전할 때 대응하는 스테이터 배열과 함께 적어도 부분적으로 동일 평면에 있다. 제3 로터 배열은 제3 로터가 스테이터 배열을 지나 회전할 때 대응하는 스테이터와 함께 적어도 부분적으로 동일 평면에 있다.

로터들은 로터 플레이트들을 포함할 수 있고, 로터 배열들은 로터 플레이트들에 장착될 수 있고, 로터 플레이트들은 구동샤프트 상으로 직교하게 장착된다. 스테이터들은 스테이터 플레이트들을 포함할 수 있고 스테이터 배열은 스테이터 플레이트에 장착되고, 스테이터 플레이터들은 구동샤프트에 직교한다.

로터들은 각각의 제1 및 제2 로터들 및 구동샤프트 사이에 장착된 클러치들을 포함할 수 있는 장착 수단에 의해 구동샤프트 상에 장착될 수 있다. 그러한 실시예에서, 구동샤프트는 선택적인 이동 수단에 의해 구동샤프트의 선택적인 길이방향 이동에 의해 구동샤프트를 따라 연속하게 각 클러치를 선택적으로 맞물리게 하는 수단을 포함한다. 구동샤프트가 선택적인 이동 수단에 의해 우선, 필요하지는 않지만, 제1 로터 상에서, 제1 클러치와 맞물리는 제1 위치로, 두번째로 이어서 예를 들어 제2 로터 상에서 그리고 이어서 구동샤프트의 부하를 추가하는 출발 동안, 제2 클러치와 맞물리는 제2 위치로 길이방향으로 이동될 때 클러치들은 구동샤프트와 맞물리기에 적합한 원심 클러치들일 수 있다. 따라서 세 개의 로터 스테이지, 모든 로터들 중 일부는 로터들 및 구동샤프트 사이의 클러치들을 가질 수 있다. 상술한 바와 같이, 스테이지들은 구동샤프트를 따라 반복될 수 있다.

다른 실시예에서, 장착 수단은 제3 로터, 각각의 제1 및 제2 로터들 및 구동샤프트 사이에서 장착된 견고한 장착일 수 있다. 클러치들을 사용하는 것 대신에, 연속하는 스테이지들 내 로터 배열들 상의 전기 권선부들은 선택적으로 전류가 통할 수 있고, 즉 선택적인 권선부들에 대한 개방 및 폐쇄 회로 사이에서 구동샤프트를 회전시키기 위한 회전 저항은 회로들이 개방될 때 감소하고 회로들이 폐쇄될 때 증가한다. 연속하는 스테이지들인, 연속하는 스테이터 배열들을 위한 회로의 폐쇄의 스테이지는 발전기의 선택적인 점차적인 하중을 제공한다. 개별적인 코일들을 활성화시키고 비활성화시키는, 제어 일렉트로닉스의 사용에 의해, 발전기의 출력은 영에서 일반적은 동력 비율까지 변할 수 있다. 따라서 발전기는 고정된 주파수에서 변하는 동력 출력을 제공할 수 있다. 제어 일렉트로닉스는 또한 발전기 출력의 전압을 변화시키는데 이용될 수 있다. 일렬 또는 병렬로 코일들을 연결하는 것에 의해 전압은 크게 증가될 수 있다.

선행기술에 비해 기술된 이점들을 제공하는 기술된 본 발명의 유일하고 새로운 많은 다른 시도들이 있다. 이러한 것들 중 일부는 폐쇄 유동 통로 자석들, 하이브리드 자석들, 전-처리 일렉트로닉스, 기계적 사인파 제어, 및 유일한 결함 제어 시스템이다.

추가적인 스테이지들이 전기적으로 추가될 때, 하중 및 그것이 만드는 추가적인 저항의 결과로서 증가된 기계적 저항은 로터의 회전을 느리게 할 것이다. 이러한 과정은 낭비될 수 있는 이용가능한 운동 에너지를 가진 추가적인 에너지를 만드는 전류 흐름을 제어할 것이다. 입력원 및 에너지 요구가 낮을 때, 시스템의 오직 하나 또는 두 개의 스테이지들이 맞물릴 수 있다. 이는 종래 시스템들이 불충분한 원동력 또는 너무 큰 발전기 시스템에 의해 만들어진 초과 저항으로 인해 멈추어야 할 때 가변 입력 시스템이 작동하도록 한다. 종래 시스템과는 달리, PPMCG 출력은 에너지원을 지속적으로 변화시키거나 에너지 소모를 지속적으로 변화시키도록 함으로써 수정될 수 있다. 예를 들어, 에너지 요구가 밤에 낮을 때, PPMCG 시스템은 불필요한 스테이지들을 단순히 풀게 할 것이다. 이는 에너지 요구가 변화하는데 적합하도록 도전 과제가 주어진 하이브리드 시스템에 특히 이점을 가진다.

PPMCG 시스템은 최적 출력에 필요한 스테이지 맞물림을 변화시킨다. 최근의 PPMCG 설계는 단일 발전기에 함께 묶인 18 구역 3 코일 (세 개의 상) 스테이지들 내로 발전기를 나눈다. 세 개의 스테이터 시스템 내 세 개의 스테이터들의 각각 중 하나인, 세 개의 코일들은 원하는 적용에 따라 일렬 또는 평행하게 서로 다른 것에 연결될 수 있다. PPMCG의 유일한 스테이지 내부 형상 및 전-처리 일렉트로닉스들은 시스템이 더 큰 제어를 유도 과정에 주어서 향상된 동력 출력을 제공하는 (예를 들어 18 스테이지를 구비한) 그것 자체의 전자 기어박스로 기능하도록 할 것이다. 동력 일렉트로닉스의 일부로서, PWM(펄스파 변조기)가 일 스테이지 형상에서 다음으로 부드럽게 이동하는 것을 보증하도록 이용될 수 있다.

발전기 부분들은 "전-신호" 처리 회로에 의해 모니터되고, 이는 장치가, 동시에 독립 발전기 스테이지들을 추가하고 제거하는 것을 통해서, 출력 전압 및 그리드 요구를 가진 시스템 저항과 조화를 이루도록 한다.

PPMCG로, 시스템의 각 스테이지로부터의 전류는 시스템 형상이 이용가능상 정보에 의해 가장 이점을 가지는 가를 결정하는 전-신호 처리 회로에 의해 모니터된다. 터빈(원동력)이 적합한 모멘텀에 도달할 때 전-신호 처리 회로는 제1 스테이지와 맞물릴 것이다. 각 스테이지는 모니터되고 추가적인 스테이지들이, 에너지원의 이용에 따른 제어시스템 및 실존하는 맞물린 스테이지들의 현재 작동 조건에 의해, 추가되거나, 제거된다. 이러한 과정의 결과는 풍력 또는 다른 천이 에너지원의 잠재적 에너지를 더 확보할 수 있음으로 인해 더 큰 전체 에너지 출력을 가진다.

PPMCG는 완전한 폐쇄 자기장 통로를 이용한다. 개시된 발전기 시스템은 회로를 완성하도록 중앙에서 두 개의 코일 코어들을 구비한 두 개의 대향하는 편자들에 유사한 형상으로 배열된 자석들의 쌍들 내로 나누어져서 일 말단에서 N극 필드 방향으로, 다른 말단에서 S극 필드 방향으로 절연된 전자기의 말단 내로 자속을 직접 유도한다. 이러한 돌극 대 돌극 형상은 유동이 코일 코어들을 통하고 완성된 자기장 통로 내에서 자유롭게 이동하도록 하는 더 직접적인 유도 과정으로 인해 증가된 전기 전류의 기회를 만든다. 배열의 형상은 동시에 원치않는 유동 누설을 감소시키면서 유도 코일 극들에 필드 밀도를 증가시키는 방식으로 유도 과정을 절연시킨다.

유도 코일들 및 자석들의 이러한 형상은 더 작은 자석들이 덜 효과적인 시스템 내 더 큰 자석들로서 동일한 출력을 만들도록 사용될 때 중량 비율로 동력을 증가시킬 것이다.

이러한 절연된 유도 과정의 다른 중요한 이점은 발전기 제작에서 다양한 유리한 물질들을 이용할 더 큰 기회가 있다는 것이다. 종래의 시스템에서, 특정 물질로 만들어져야 하는 발전기의 많은 부분들이 있다. 이에 대한 예시는 많은 실존하는 시스템들의 케이스는 전도성 금속(즉, 그라운드(ground))으로 될 필요가 있다는 것이다. PPMCG로 더 가볍고 더 저가인 물질들이 이용될 수 있고 때때로 그것은 일정 구성요소들(케이스와 같은)을 가지도록 하는 것이 바람직하지 않을 수 있어서 전체 중량과 제조 비용의 감소를 제공한다.

PPMCG로 코일은 두 개의 영구자석들을 위한 배킹 플레이트(backing plate) 주위에 감싸진다. 적절한 전기 전류가 코일을 통해 통과할 때 그것은 자기장의 증폭기처럼 작용한다. 연구는 개별적인 자기장들(영구자석 및 전자석)의 합계의 두 배만큼 자기장의 세기를 증가시킬 수 있음을 지시한다. 자기장의 세기의 증가는 발전기의 코일들 내에 발생한 전류를 증가시키기 때문에, 이러한 기술은 발전기 및 모터들에 대한 동력 대 출력 비율을 증가시키는 기회를 의미한다.

코일은 전자석과 함께 증가된 영구자석을 만드는 영구자석을 위한 배킹 플레이트들 주위에 감싸지도록 될 수 있다. 그러한 설계는 더울 강한 PPMCG를 제공할 수 있고 또한 PPMCG의 출력을 더 잘 제어할 수 있으며, 이는 하이브리드 코일들이 자기장의 정밀한 제어 및 PPMCG의 출력에 사용될 수 있기 때문이다.

PPMCG 전-처리 알고리즘 마이크로프로세서는 세 개의 전기자/세 개의 스테이터 시스템의 유도 코일들 각각을 위한 전기 회로를 맞물리게 하거나 풀리게 하도록 부하와 함께 소스가 일치하도록 반도체 스위칭 시스템을 이용할 수 있다. 반도체 스위칭 시스템 및 그리드 사이의 적절한 조화 일렉트로닉스(즉, 필터)는 고르고 문제가 없는 그리드 통합을 보증할 것이다.

시스템은 언제 그것이 다음 발전기 스테이지와 맞물리거나 풀리는지를 결정하기 위해 하중, 원동력 상태 및 맞물린 스테이지들의 전류 집합의 상태와 같은 관련 조건들을 모니터할 것이다.

PPMCG로, 동력 일렉트로닉스는 시스템을 통해 독립 코일들의 절연으로 인해 전체 발전기 출력을 나타내는 결함 전류의 집합적이고 상당한 관련성에 노출되지 않는다. PPMCG 시스템 내의 더 작은 관리가능한 부분들 내로 출력 전류를 나누는 것은 스테이터 권선부들 내의 결함의 부정적 충격을 상당히 감소시킨다. 매우 적은 전류가 세 개-코일 서브-시스템, 또는 단계적-요소에 의해 만들어지고, 그에 따라 부정적 시스템 결함 충격들이 위치하고 최소화된다. 예를 들어, 18 코일 스테이터가 9개의 완전한 스테이터 어셈블리들과 함께 세 개의 상 시스템에서 사용된다면, 발전기는 18 x 3 또는 54 개의 독립적인 3 상 서브-스테이지들(162 코일들이 3 상 서브-스테이지로 나누어짐)을 가질 것이다. 이러한 각각이 결함을 절연시키도록 간단한 반도체 메커니즘과 함께 관리될 수 있다. 마이크로프로세서는 맞물리기 전에 각각의 세 개-코일 스테이지의 상태를 평가할 것이고, 스테이지가 문제가 있다면, 종래의 시스템에서는 작동 중단되고 즉시 수리되어야 하지만, 시스템은 이러한 스테이지 요소를 생략하고 발전기가 계속 작동하도록 한다. 이러한 발전기 부분들의 구획화는 시스템을 제어하고 시스템 손상과 안전에 관한 문제를 줄이는데 많은 이점을 제공한다.

발전기에 의해 만들어진 출력 사인파의 형상 제어는 PPMCG 설계에 의해 제공되는 다른 유일한 기회이다. 필드 코일 극들을 성형하는 것을 통해서 유도 과정은 조작될 수 있어서 미가공 출력 신호로서 원하는 파형을 형성한다. 자석들이 필드 코일 극들에 의해 지나감에 따라, 코일 코어들을 통해 지나가는 자기장 세기는 자기 세기 및 유도 코일 극들 사이의 공기 간격에 비례할 것이다. 그러므로, 극들의 성형을 제어함으로써, 원하는 사인파형이 미가공으로 처리되지 않은 출력으로 생성될 것이다. 이러한 설계 특성의 결과는 초과하는 동력 조화 설비의 필요성을 감소시키면서 더욱 향상된 미가공 출력 신호가 된다.

본 발명의 전체 범위를 제한하지 아니하면서, 본 발명의 바람직한 형태가 다음의 도면으로 설명된다:

도 1a는 부분 절단 사시도로서, 반대편에서 마주보는 로터들 사이에 끼워진 단일 스테이터를 도시한 다상성 다중-코일 발전기의 일 실시예이다;

도 1은 정면 사시도로서, 9 로터 및 스테이터 쌍들의 예로서 9 쌍들이 각 스테이지에서 3 로터 및 스테이터 쌍들을 가지는 3 스테이지들 내로 9 쌍들이 그룹화되고, 서로 각 방향으로 오프셋되도록 엇갈린 단일 스테이지 내의 각각의 연속하는 로터 상의 자석들의 방사방향 이격된 배열들을 도시한 본 발명에 따른 다상성 다중-코일 발전기의 다른 실시예이다;

도 2는 도 1의 발전기의 정면 사시 분해도이다;

도 3은 도 2의 발전기의 후면 사시 분해도이다;

도 4는 스테이지마다 3 쌍들로 로터 및 스테이터 쌍들의 그룹화를 도시한 도 1의 발전기의 부분 분해도이다;

도 4a는 방사상 이격된 자석 및 코일 배열을 도시하기 위해 제거된 정면 로터 플레이트를 구비한 도 1의 발전기의 정면 평면도이다;

도 5는 하우징을 구비한 도 1의 발전기의 사시도이다;

도 6은 도 1의 6-6 선에 따른 단면도이다;

도 7은 도 1의 발전기의 단일 로터 및 스테이터 쌍의 정면 사시 분해도이다;

도 8은 후면 분해도로서 도 7의 로터 및 스테이터 쌍이다;

도 9는 로터 및 구동샤프트 사이 원심 클러치의 사용을 도시하는 단일 로터 및 스테이터 쌍의 다른 실시예의 단면도이다;

도 9s는 도 9의 로터 및 스테이터 쌍의 분해 정면 사시도를 통한 단면도이다;

도 10은 로터 및 스테이터 배열들의 다른 방사상 이격 정렬을 도시하는 본 발명의 다른 실시예의 부분 단면 정면 평면도이다;

도 11a는 스테이터 코일들이 단일 스테이지 상의 구동샤프트에 평행한 본 발명에 따른 발전기의 또 다른 실시예의 측면 평면도이다;

도 11b는 도 11a의 설계에 따른 2 스테이지의 측면 평면도이다;

도 11c는 스테이터 코일들이 구동샤프트에 대해 경사진 또 다른 실시예의 3 스테이지의 측면 평면도이다;

도 12는 정면 평면도로서, 3 이상의 상들이 오직 하나의 스테이터와 이루어지는 코일 코어들이 자석들로 비-대칭성으로 배열되는 것을 도시하도록 제거된 정면 로터 플레이트를 가진 도 1의 발전기의 다른 실시예이다;

도 13은 정면 평면도로서, 2 자석들 및 2 필드 코일들이 포함된 단일 스테이지를 나타내는 일 실시예이다;

도 14는 도 16의 발전기의 단일 로터의 정면 사시도이다;

도 15는 도 16의 발전기의 단일 로터의 정면 사시도이다;

도 16은 이중 측면 로터들 및 스테이터들을 이용하는 경우의 도 1의 발전기의 다른 실시예의 정면 사시도의 부분 단면도이다;

도 17은 전자석으로 또한 작용할 수 있는 단일 하이브리드 영구자석의 일 실시예의 정면 사시도이다.

다음의 설명은 본질적으로 설명되고 본 발명 또는 그것의 이용 범위를 제한할 의도는 없다.

본 발명에 포함된 중요한 설계 특징들 및 개선방안들을 다수가 존재한다.

본 장치는 단계적으로 엇갈린 배열들 내의 발전기 다상성 다중 코일들이다.

다상성 고정 다중-코일 발전기의 명칭으로 2004년 8월 12일에 출원된 미국 가출원특허 제60/600,723의 전체가 참조로서 여기에 포함된다. 이 문서와 본 명세서 사이에는, 예를 들어 용어의 정의와 같은, 불일치가 존재하며, 본 명세서가 적용된다.

도 1a에서, 비슷한 참조 번호들은 각 그림에서 대응하는 부분들을 지시하며, 본 발명에 따른 다상성 다중-코일 발전기의 단일 스테이지(stage; 10)는 로터들의 평면들 사이에 놓이고 평행한 평면 내에 끼워지도록 평행한 평면에 놓이고 그 사이에 끼워진 한 쌍의 로터들(12 및 14), 스테이터(16)를 포함한다. 로터들(12 및 14)은 구동샤프트(18)에 견고하게 장착되어 있어서 구동샤프트(18)가 예를 들어 A 방향으로 원동력(미도시)에 의해 회전할 때 로터들(12 및 14)은 B 방향의 축에 대해 동일 비율로 동시에 회전한다. 피트(feet; 32)가 베이스 또는 플로어 표면 상으로 스테이터(16)를 장착하도록 제공된다. 로터들(12 및 14) 각각은 중앙 허브(19)를 구비하고 그 위에 장착되고 구동샤프트(18) 주변에 동일 방사상 이격된 배열로 연장하며 자석들(22a 및 22b)의 쌍들이다. 오직 한 쌍의 자석들, 즉 오직 두 개의 분리된 자석들이 도시되어 있지만, 유동이 증가하도록 사이에 도시된 키퍼로, 코일들을 유도하는 단부의 극성을 가진 단일 자석이 대체로 동일한 결과로 사용될 수 있다. 각 자석들의 쌍은 허브(19)로부터 외팔보로 방사상 외곽으로 연장된 대응하는 견고한 암(arm; 24) 상에 장착된다. 자석들(22a 및 22b)의 각 쌍은 그것들의 대응하는 암(24)의 길이를 따라 이격되어 있어서 자석들의 쌍 사이에 토로 또는 채널(26)을 정의한다.

전기 전도적 와이어 코일들(28)이 철-페라이트 (또는 다른 원하는 자성 투자율을 가진 물질) 코어들(30) 주위에 감겨있다. 코어들(30 및 28)은 스테이터(16)의 양 측면들(16a 및 16b)로부터 돌출되도록 장착된다. 코일들(28)은 자석들(22)의 거리가 있는 단부들(22a 및 22b) 사이에 아담하게 통과하도록, 즉 코일들의 단부들과 자석들의 자속이 말단 연결되도록 채널(26)을 통하도록 크기화된다. 도 1a에 도시된 실시예에서, 제한할 목적 없이, 8개의 코일들(28) 및 대응하는 코어들(30)이 스테이터(16) 주위에 동일하게 방사상으로 이격되게 장착되어서, 동일한 수의 코일들과 코어들이 정렬된 스테이터(16)의 대향 측면으로부터 연장하여서 측면(16a) 상의 각각의 코일 및 코어 부분은 스테이터(16)의 대향 측면, 즉 측면(16b) 상에 그것 뒤에 바로 대응하는 코일 및 코어를 가진다. 본 실시예에서 8개의 코일 배열이 이용되지만, 자석 어셈블리에 대응하는 어떤 수의 코일들이 이용될 수 있음으로 이해되어야 한다. 예를 들어, 일 실시예에서, 본 설계는 각각 24 세트의 자석들을 구비한 16개의 코일들 및 두 세트의 전기자(armature)들(즉 로터들)을 이용한다. 본 실시예는 단일 스테이지가 이용되는 것을 제한 해석되지 않아야 한다. 어떠한 수의 스테이지들도 동일한 구동샤프트 상에 이용될 수 있다.

로터(14)는 로터(12)의 거울 이미지이다. 로터들(12 및 14)은 스테이터(16)의 대향 측면들 상에서 대향되게 마주보는 관계로 장착된다. 로터들(12 및 14)의 구동샤프트(18) 주변의 각방향은 두 로터들 사이에서 다르다. 즉, 로터(14) 상의 자석들(22)은 로터(12) 상에 장착된 자석들에 대해 B 방향의 축에 대해 각방향으로 오프셋되어 있다. 예를 들어, 로터(14) 상의 자석들 쌍들 각각은 예를 들어 로터(12) 상의 자석들 쌍들의 각방향에 대해 5도 또는 10도 또는 15도의 오프셋 각도(α)(아래에 더욱 잘 정의됨)에 의해 각방향으로 오프셋될 수 있다. 따라서, 로터들(12 및 14)이 샤프트(18)의 회전에 의해 동시에 구동되고, 로터(12) 상의 자석(22)이 스테이터의 측면(16a) 상의 다음에 인접한 코어(30) 부분을 향해 자성에 의해 이끌릴 때, 인력은 로터(14) 상의 대응하는 자석을 스테이터(16)의 측면(16b) 상의 대응하는 코어 부분을 지나고 멀어지도록 밀거나 당기는 것을 돕는다. 따라서 일 로터 상의 다가오는(코일에 대해 다가오는) 자석들의 인력은 코일/코어로부터 다른 로터 상의 대응하는 자석들을 밀어내는데 필요한 힘과 균형을 맞춘다. 결과적으로, 로터들 하나의 위에 있는 어떠한 일 자석은 구동샤프트(18)에 가해진 회전력에 의해 단지 코어를 지나 회전하지 않고, 스테이터에 대해 로터들을 회전시키는데 필요한 힘의 양은 감소된다. 따라서 발전기의 효율은 코어들을 지나 자석들의 당김의 영향을 효율적으로 제거하거나 균형을 맞추도록 작용하는 스테이터의 대향 측면 상의 자석 쌍들의 각방향 오프셋에 의해 증가된다.

더 많은 스테이지들이 구동샤프트(18) 상에 장착될 수 있으며, 예를 들어 스테이터(16)를 구비한 로터들(12 및 14)의 대향되게 마주보는 쌍들이 그 사이에 삽입될 수 있다. 그러한 실시예에서, 발전기의 더 많은 효율이 인접한 로터들 상의 자석들의 각방향에 대해 자석들의 연속하는 로터들의 배열을 각방향으로 엇갈리게 하기 위해 자석들의 향상된 각방향 오프셋에 의해 얻어질 수 있다. 따라서, 충분 한 수의 스테이지들로, 자력은 비교적 고르게 균형화될 수 있어서 구동샤프트(18)의 회전 동안 어떠한 지점에서도, 회전 방향 내 다음에 인접한 코어들로 접근하는 자석의 인력은 코어로부터 다른 로터들 상의 자석 쌍들을 밀거나 당기는데 필요한 힘들과 균형을 맞추어서 구동샤프트(18)를 회전시키는데 필요한 힘을 감소시킨다.

본 발명의 다른 실시예는 도 1 내지 9에 도시되며, 유사한 참조 특징들은 각 도면에서 대응하는 부분을 지시한다. 도시된 실시예에서 로터들(34)의 9개의 뱅크(bank)들은 방사상으로 이격된 자석 쌍들(36a 및 36b)의 배열들을 가지며, 상기 배열들은 각방향으로 배치되거나 인접한 로터들 상의 인접한 배열들에 대해 엇갈리게 배치된다. 따라서, 회전(B) 축에 대해 방사상으로 이격된, 자석 쌍들(36a 및 36b)의 동일하게 방사상으로 이격된 배열 내 각각의 자석 쌍(36a 및 36b)은 예를 들어 인접한 로터들 사이에서 5도, 10도 또는 15도로 동일한 오프셋 각도(α)에 의해 각방향으로 오프셋된다. 따라서 로터들의 연속적인 뱅크들은 각각의 연속하는 로터 사이에서 동일한 각방향 위치에 의해 점증적으로 엇갈려 있어서 스테이터들(38)에 대해, 특히 스테이터들(38) 상에 장착된 코일들(40) 및 코어들(42)에 대해 로터들의 더 고른 자성적으로 균형화된 회전을 달성한다.

자석들(36a 및 36b)는 캐리어 플레이트(44) 상으로 장착된다. 각 로터(34) 에 대한 캐리어 플레이트(44)는 구동샤프트(18) 상으로 견고하게 장착된다. 코어들(40) 및 그것들의 대응하는 코어들(42)은 스테이터 플레이트(48) 상으로 장착된다. 스테이터 플레이트(48)는 하우징(56)에 견고하게 장착되고, 이는 견고한 지지부들(미도시)에 의해 베이스 또는 플로어 상으로 장착될 수 있다.

제한할 목적이 없는 다른 일 실시예에서, 원동력(미도시)에 추가로 있는, 작은 모터(54)는 연속하는 로터들 상에 방사상으로 이격된 배열로 자석 쌍들의 더욱 향상된 각방향으로 배열되거나 엇갈리게 배치된 스테이지들 또는 뱅크들을 가지는 추가적인 스테이지들 또는 뱅크들에 관여하도록 이용될 수 있다. 예를 들어 모터(54)는 시프터 로드(shifter rod)를 선택적으로 구동할 수 있어서 후술하는 바와 같이 각 로터 상에 동심 클러치 메커니즘을 연속하게 관여하도록 한다.

하우징(56)이 스테이터들(38) 및 전기자들 또는 로터들(34)을 감싸도록 제공될 수 있다. 하우징(56)은 지지 프레임(미도시) 상에 장착될 수 있고, 양자는 와상전류를 제거하도록 비-자성 및 비-전도성 물질들로 만들어질 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서, 제한할 목적 없이, 발전기의 단일 스테이지(58)는 3개의 로터들(34)에 삽입된 3개의 스테이터들(38)을 포함한다. 발전기는 발전기 내에서 만들어진 저항들을 오프셋함으로써 자성 끌림을 감소시키도록 구동샤프트를 따라 다중 스테이지들(58)을 포함할 수 있다.

스테이터들(38)은 구리 와이어와 같은 전기 전도성 물질들로 만들어진 복수의 유도 코일들(40)을 포함할 수 있다. 각각의 유도 코일(40)은 연철 코어(42)와 같은 높은 강자성체 코어 주위에 감싸질 수 있다. 또는, 유도 코일(40)은 적은 출력 전류가 필요하거나 적은 기계적 힘이 로터들(38)에 가해지도록 이용될 수 있는 적용을 위한 공기 코일(즉, 코어 주변에 감싸지지 않음)일 수 있다. 본 발명의 도시된 실시예에서, 스테이터들은 디스크 모양이다. 도 1a의 실시예는 비-자성 및 비-전도성 물질들로 만들어진 플레이트 또는 디스크 상에 서로 동일하게 방사상으 로 이격되고 동일 거리로 위치하게 장착된 8개의 유도 코일들(28)을 포함한다. 나머지 도면들의 실시예에서, 스테이터들(38)은 각각의 스테이터 디스크 또는 플레이트(48) 상에 16개의 유도 코일들(40)을 포함한다. 유도 코일들(40)의 수는 발전기의 적용 정도에 따라 변화할 수 있고, 스테이터 플레이트 상에 이용될 수 있는 물리적 공간에 의해 제한되지는 않을 수 있다.

유도 코일들(40)은 유도 코일들(40)의 제1 세트가 제1 독립 상 신호를 생성하고 유도 코일들(40)의 제2 세트가 대향 파 신호들을 가진 제2 독립 상 신호를 생성하는 것으로 형상화된다. 유도 코일들(40)은 교대로 향하고 있어서 제1 독립 상 신호를 생성하는 유도 코일(40)은 제2 독립 상 신호를 생성하는 유도 코일들(40) 사이에 위치한다. 그러한 이중 상 설계에서, 두 개의 독립 상들은 서로의 추출 역수(extract reciprocal)들이며 일 독립 상은 동기성 웨이퍼 패턴으로 두 개의 잠재 전류를 하나의 상으로 합치도록 전도될 수 있다. 바람직하게, 유도 코일들(40)의 각각의 제1 세트 및 제2 세트는 제1 방향으로 그것들 코어들(42) 주위에 감싸진 동일 수의 유도 코일들(40) 및 두 상들의 전류들을 정렬시키기 위해 대향된 제2 방향으로 그것들의 코어들(42) 주변에 감싸진 동일 수의 유도 코일들(40)을 가진다. 예를 들어, 스테이터들(38)이 16개, 즉 두 세트의 8개의 유도 코일들(40)(교차 상)을 포함하는 일 실시예에서, 8개의 유도 코일들(40)의 제1 세트 각각은 제1 독립 상 신호를 생성할 것이고 8개의 유도 코일들(40)의 제2 세트는 제2 독립 상 신호를 생성할 것이다.

로터들(34)은 네오디뮴(neodymium) 자석과 같은 자석 물질들의 자석들(36)을 가질 수 있다. 로터들(34) 각각은 공전(straying) 유동 라인이나 와상전류를 방해하도록 비-자성 및 비-전도성 물질들로 만들어진 로터 플레이트들 상에 장착되는 자석들(36a 및 36b)의 동일하게 이격된 쌍들의 배열을 포함한다. 각 스테이터 상에 16개의 유도 코일들(40)을 구비하는 실시예에서, 자석들의 로터 배열("로터 배열")은 각 로터(34) 상에 8개의 "U"-자 형상으로 대향되게 마주하는 자석들(36)의 쌍들을 포함한다. 각각의 "U"-자 형상의 자석(36)의 단부, 방사상 외부 링 상의 모두 내의 16개의 단부들 및 내부 링 상의 16개들은 자석들의 단부들이 코일들의 대향 단부들을 지나 근접하게 회전함에 따라 대응하는 16개의 코일들에 쌍을 이루고 있다.

도 1의 도시된 실시예에서 스테이지(58) 내 연속하는 로터들(34) 사이의 로터 배열들은 예를 들어 15도와 같은 오프셋 각도(α)에 의해 구동샤프트의 회전(B) 축 주위에 각방향으로 오프셋된다. 15도의 오프셋은 단지 하나의 바람직한 오프셋일 뿐이고, 어떠한 오프셋 각도도 될 수 있음이 이해되어진다. 오프셋 각도(α)는 연속하는 로터들(34)의 자석들(36a 및 36a')의 방사상 축(60 및 60') 사이의 각도로서 도 4a에 가장 잘 도시되어 있다.

로터들이 예를 들어 풍력 또는 수력 또는 다른 원동력들과 같은 외측 추진력에 의해 구동샤프트 주변에서 회전하도록 구동될 때, 자석들(36)은 코어들(42)로 자석들의 끌어당김에 의해 유도 코일들(40)을 향해 이동한다. 유도 코일들이 자석들(36)로부터 자속을 당기도록 설계되었기 때문에 AC 펄스는 스테이터들 상의 유도 코일들 모두 내에서 만들어진다. 도시된, 도 1a의 실시예에서, 각각의 로터 사이 의 자석들의 대향된 극 및 서로에 대해 로터 배열의 각방향으로 오프셋된 정렬은 자석들이 일 코어로부터 다음 코어를 향해 당겨지도록 한다. 예를 들어, 제1 로터(12) 상의 자석의 북극, 남극(N, S)의 형상은 제2 로터(14) 상의 자석들의 대향하는 남극, 북극(S, N) 형상에 의해 당겨지고, 제1 로터 배열은 제2 로터 배열에 대해 15도로 오프셋되어 있어서 제1 로터 상의 자석들 및 제2 로터 상의 자석들 사이의 인력은 코어로부터 자석들을 당긴다. 로터들 상의 자석들 사이의 자력들의 균형은 유도 코일들로부터 자석을 당기기 위해 구동샤프트로부터 필요한 일을 감소시켜서, 발전기의 효율을 증가시킨다.

로터 및 교차하는 유도 코일들의 다상성 형상 사이의 교차하는 자석 방향을 가진 자석들의 형상에 의해 만들어진 회전 자기장들은 다중 역수 AC 상 신호들을 만든다. 유도 코일들이 고정되어 있기 때문에, AC 동력은 브러쉬(brush) 없이 유도 코일들로부터 직접 이용될 수 있다. 이러한 전류들의 조절 및 감쇠는 종래 기술의 방법에 의해 달성될 수 있다. 자석들이 유도 코일들을 지나가기 때문에, 그것들은 방향 내에서 교차하는 전류를 유도한다. 예를 들어 S, N 극에 의해 유도 코일의 제2 세트에 영향을 미치는 같은 수의 자석들과 같이 동일한 수의 자석들이 N, S 극에 의해 제1 세트의 유도 코일들에 영향을 미치는 방식으로 자석들은 형성될 수 있다. 로터들의 형상은 도 1a의 단일 스테이지 실시예의 두 상의 각각 내에 교류를 만든다. 자력의 형상은 발전기 내의 저항이 균형화되도록 한다.

도 1 내지 9에 도시된 바와 같은, 다른 실시예에서, 구동샤프트 상의 다중 스테이지들의 추가에 따른 상당한 이점이 있다. 구동샤프트를 회전시키는데 필요 한 일은 다중 스테이지들(58)의 추가를 통해 더욱 감소될 수 있다. 다중 스테이지들의 배열은 오프셋 될 수 있어서 추가적인 스테이지들은 단일 스테이지 설계에서 할 수 있는 것보다 힘의 균형을 더 크게 이룰 수 있음으로 인해서 발전기 내의 저항을 더욱 감소시킨다. 코일들의 스테이터 배열들("스테이터 배열들")의 정렬은 오프셋되거나 교차될 수 있고, 로터 배열들의 정렬은 저항을 감소시키도록 오프셋될 수 있다. 결과적으로, 추가적인 스테이지들의 추가는 발전기 내 저항을 비례적으로 증가시키지 않고 전기 출력을 증가시킬 수 있다. 추가적인 유도 코일들이 자석의 당김력을 증가시키는 동안, 추가적인 스테이지들의 스테이터 배열들 및 로터 배열들의 방향에 의해 달성된 힘의 더 큰 균형은 당김의 증가를 오프셋시키고 발전기의 전체 효율을 더욱 증가시킨다. 추가적인 스테이지들은, 다음 스테이지가 소정의 속도를 이룰 때 다음 스테이지와 맞물리도록 이용될 수 있는 도 7-9, 9a의 원심 구동 클러치 메커니즘들과 같은 클러치들 또는 솔레노이드들을 사용하는 전류 구동 센서들과 같은, 일정 수의 메커니즘들에 의해 추가적인 로터들을 회전시키도록 맞물릴 수 있다. 클러치의 예시가 도시되어 있다. 클러치(62)는 로터들(34) 각각의 허브 내에 장착된다. 클러치가 암 허브(66) 내의 일치하는 키(spline)들과 맞물리는 구동샤프트(18)의 키홈이 난 부분(18b) 상의 키들에 의해 맞물릴 때, 클러치 암(64)의 회전은 멈춤부(stop; 68)들에 대해 암을 구동시킨다. 이는 캐리어 플레이트 허브(44a)의 내부 표면에 대해 슈(shoe)들의 주위와 맞물리기 위해 방사상 외부로 클러치 슈(70)들을 구동시킨다. 예를 들어 모터(54)와 같은 선형 액츄에이터는 우선 키홈이난 부분(18b), 암 허브(66) 내의 키들을 맞물리게 하도록 방 향(D)으로 시프터 로드(72)를 구동시킨다. 이어서, 클러치가 맞물리고 로터는 구동샤프트의 회전 속도에 거의 일치하도록 되며, 키홈이 난 부분은 로터 허브(74) 내의 키(74a)와 맞물리도록 더 이동한다. 이어지는 클런치들의 키 및 그것들의 대응하는 로터 허브들 내로 시프터 로드가 더 이동함으로써, 이어지는 로터/스테이터 쌍들 또는 스테이지(58)와 같은 이어지는 스테이지들이 추가될 수 있다. 이러한 과정의 역으로, 스테이지들은 시프터 로드를 철수시킴으로써 제거된다. 로터 허브들은 스테이터 허브(38a) 내의 니들(needle) 베어링(76)들에 의해 지지된다. 또한, 선형 모터 구동 메커니즘 또는 키 및 스프링 메커니즘들이 이용될 수 있다. 도 10은 코일들이 자석 균형을 이룰 수 있도록 구동샤프트 주변에 동심 원 내에 오프셋되는 다른 실시예이다. 코일들은 도 11a 내지 11c에 도시된 다른 실시예에서 구동샤프트 주변에 동심 원 내에 단부 대 단부로 정렬된다. 유도 코일들(40)은 인접한 근접도 및 자석들의 강도로 인해 로터들 사이로부터 자속의 당겨짐이 감소하도록 구동샤프트에 대해 평행하게, 또는 도 11c에 도시된 바와 같이 경사지게, 장착된다. 구동샤프트에 평행하게 유도 코일들을 위치시키는 다른 이점은 측면에서보다 각각의 유도 코일의 단부를 직접 지나 자석들을 당기는 것이 유도 코일들 내 유도 전류에 더 효과적일 수 있다. 유도 코일들의 수평 방향은 또한 발전기 내 유도 코일들의 수를 두 배로 할 수 있어서, 더 큰 출력을 초래할 수 있다. 도 11b의 실시예에서, 두 개의 스테이터 배열들(80 및 80')은 원하는 전체 각방향 오프셋의 절반이 되는 서로에 대해 각방향으로의 오프셋을 가지며, 즉 최적 균형을 제공하는 정렬을 가진다. 다음의 연속하는 스테이터 배열은 이어서 스테이터 배열들(80 및 80') 사이에서 동일한 각방향 오프셋을 가질 수 있다. 다른 실시예들에서 각방향 오프셋은 스테이지들의 수에 대한 적절한 오프셋이 될 수 있다. 본 실시예는 코일들이 오프셋되고, 연속하는 로터 배열들 사이에 각방향 오프셋 없이, 정렬된 전기자/로터들 내 자석 배열들을 가질 수 있고 여전히 균형 효과를 이룰 수 있음을 보여준다.

상술한 바와 같이, 다중 스테이지들은 각 스테이지가 추가됨에 따라 저항을 감소시킨다. 예를 들어, 대향하는 자석 극들 내 두 개의 자석들의 통과에 의해 유도된 단일 유도 코일 대신에, 세 개의 로터/스테이터 쌍들을 구비한 스테이지 내에서, 이러한 실시예는 두 개의 유도 코일들이 로터 배열들의 자석 영향 사이에서 효과적으로 배열되도록 한다. 유도 코일들의 수를 증가시키는 것에 더하여, 로터들 배열들은 훨씬 더 떨어져 있어서, 로터들 사이의 공간을 가로지르는 공전(straying) 자속의 발생을 상당히 감소시킨다.

스테이지를 적용할 때 추가적인 스테이지들의 적절한 방향을 정하기 위해서, 로터 배열은 상술한 바와 같이 적절히 각방향으로 오프셋될 수 있다. 또한 도 11c에 도시된 바와 같이, 유도 코일들은 로터 배열들이 서로 완전히 평행하게 배열되지 않는 식으로 각도가 정해질 수 있다. 유도 코일들(40) 및 그것들의 대응하는 코어들(42)이 약간 각을 이루며 있을 때, 스테이터 배열들(80)의 측면 중 하나 상의 로터들(78) 상의 자석들(미도시)은 바람직하게 비정렬되어서 자석들로부터의 자석 영향력은 최적 기능을 위해 동시에 양 단부들로부터 유도 코일들 각각을 유도해야 한다. 본 발명의 일 실시예에서, 로터 배열들의 비정렬은 크게 작아지고, 더 많은 스테이지들이 추가될수록 무시될 수 있다. 추가적인 스테이지들이 추가될 때, 보다 적은 각방향 오프셋은 스테이지들과 함께 이어지는 로터 배열들 사이에 존재한다. 스테이지들의 일정 수가 구동샤프트에 추가될 수 있고 추가적인 스테이지들은 원하는 기능에 따라 발전기 내의 다른 스테이지와 함께 정렬되거나 비정렬될 수 있다.

스테이지들의 최적의 수는 이전 스테이지에 대해 각 스테이지의 오프셋 정도에 의해 결정될 수 있다. 스테이터 배열들 내 유도 코일들의 수는 로터 배열들 내 대응하는 자석들의 수에 따라 좌우될 필요는 없다. 스테이터 배열들은 어떤 수의 유도 코일들을 포함할 수 있고 그것들은 스테이터들 주변의 그것들의 위치 내에서 대칭일 수 있거나 그러지 않을 수 있다.

본 발명에 따른 발전기에 대한 많은 적용예들이 있다. 예를 들어, 구동샤프트(18)를 회전시키기 시작하는데 상당한 에너지를 필요로 하고 많은 풍력이 가해질 때 과부하가 발생할 수 있는 풍력 터빈을 구비하는 것 대신에, 발전기는 많은 풍력이 발전기는 구동하는 것에 관계없이 최대 전류가 생성되도록 재형성될 수 있다. 이는 예를 들어 풍력이 감소할 때 풍력이 맞물리는 스테이지들의 수를 감소시키도록 스테이지들의 맞물림을 증가시키고 감소시키는 것과 같이 스테이지들(58)과 같은 더 큰 수의 스테이지들을 맞물리게 함으로써 달성될 수 있다. 게다가, 발전기의 제1 스테이지는 공기 코일들을 포함할 수 있어서 매우 작은 풍력 에너지가 구동샤프트를 회전시키기 시작하는데 필요하도록 하고, 이어지는 스테이지들은 철 코어들을 구비한 유도 코일들을 포함할 수 있어서 더 큰 풍력 에너지가 있을 때 더 큰 전류들이 발생되게 할 수 있다. 게다가, 추가적인 스테이지들은 크기와 직경을 증가시킬 수 있어서 더 큰 풍력 에너지가 존재할 때 더 큰 물리적 저항을 만들 수 있지만 또한 입력 에너지가 높을 때 시스템으로부터 더 큰 전기적 출력을 만들 수 있다. 풍력 에너지가 최소일 때, 발전기는 발전기의 제1 스테이지인 오직 하나와 맞물릴 때 로터(30)가 여전히 회전하도록 할 수 있다. 풍력 에너지가 증가할 때, 발전기는 추가적인 스테이지들과 맞물리고, 따라서 출력 전류가 증가한다. 풍력 에너지가 계속적으로 증가할 때, 더 많은 스테이지들이 최대 전류가 발전기로부터 끌어내지도록 추가될 수 있고 맞물릴 수 있다. 풍력 에너지가 심하게 감소할 때, 발전기는 추가적인 스테이지들과 맞물림이 풀리고 따라서 기계적 저항을 감소시키며, 풍력 터빈의 블레이드들 또는 다른 풍력 구동 메커니즘이 얼마나 많은 풍력이 낮은 임계점 위에 존재하는지 상관없이 계속 돌아가도록 한다. 발전기 형상은 최대 에너지가 모이도록 한다.

그러한 가변 부하 발전기의 적용은 많으며, 발전기가 풍력과 같은 가변 에너지원들에 적합할 수 있기만 한 것은 아니기 때문이며, 에너지원이 제어될 수 있을 때 특정 동력 요구에 이용되도록 할 수 있다. 일 예는 하이드로 동력(hydro powered) 발전기일 수 있으며, 하이드로 동력 발전기는 밤에 회전을 멈추는 것 대신에 낮에 더 큰 동력 요구를 서비스하도록 예열되는 것이 필요하고 단순히 밤 사이클에 적합하도록 출력을 변화시킬 수 있어서 더 적은 에너지원이 그 시간 동안 기능한다.

다른 설계에서, 모든 스테이지들 내의 모든 로터들은 구동샤프트에 견고하게 장착되어서, 모든 로터들은 동시에 회전한다. 클러치 대신에, 권선 회로들이 적어도 처음에 열린 채로 있으며, 많은 또는 대부분의 스테이지들은 회전 저항을 감소시키며, 오직 그러한 스테이지들 상의 권선들은 맞물리고 근접하고, 전류가 통한다. 이는 더 적은 수의 스테이지들이 전기적으로 맞물릴 때 구동샤프트 전체 상에 감소된 저항이 되게 한다. 추가적인 회로들이 근접하고 더 많은 권선부들이 따라서 시스템에 추가되기 때문에, 이는 발전기 부하의 증가를 초래하고 따라서 구동샤프트 상의 저항을 증가시킬 것이다. 클러치 메커니즘을 필요로 하지 않음으로써, 발전기는 클러치 메커니즘에 따른 유지 논점이 없기 때문에 제작과 유지에 있어서 덜 고가일 수 있다. 이러한 "전기" 스테이지 시스템은 본 발명에 따른 자기적으로 균형화된 발전기 설계 또는 스테이지적 적용이 적용될 수 있는 다른 종래의 설계에 적용될 수 있다.

스테이지적 적용, 클러치들을 구비한 기계적, 또는 맞물리고 맞물림이 풀리는 코일 배열에 의한 전기적 회로가 스테이지적인 적용을 수용하도록 짧고, 튼튼한 부분들 내로 적절히 제작되는 실존하는 발전기 설계들에 적용될 수 있음을 인지하여야 한다.

일 실시예는 다중-세이지 발전기 장치의 스테이지들의 최적화된 수를 결정하고 이용하기 위해 부하 정보와 같은 장치에 대한 관련 정보를 평가하도록 설계된 회로를 구비할 수 있다. 장치는 발전기 장치의 스테이지들의 최적화된 수를 결정하고 이용하기 위해 관련 원동력 정보를 평가하도록 설계된 회로를 구비할 수 있거나, 발전기나 회로의 스테이지들의 최적화된 수를 결정하고 이용하기 위해 관련 원 동력 및 부하 정보를 평가하도록 설계된 회로를 구비할 수 있으며, 각 스테이지들은 모니터 되고 적절하다고 간주될 때 추가적인 스테이지들이 제어 시스템에 의해 추가되거나 제거되고, 이러한 다중 스테이지들의 맞물림 또는 풀림이 에너지원 및/또는 실존하는 발전기 스테이지들 또는 스테이지의 부분으로서 독립적인 코일들의 전류 작동 조건의 능력에 의해 결정된다.

발전기 장치는 또한 전기 회로와 맞물리거나 풀림을 통해서 소스가 부하와 일치하도록 설계된 고속 반도체 스위칭 시스템에 연결된 알고리즘 마이크로프로세서를 포함할 수 있다. 그것은 발전기 스테이지들의 이동을 부드럽게 하는데 정교한 제어를 제공하기 위해 펄스파 변조기(modulator) 또는 유사한 장치를 이용할 수 있으며, 그것들은 시스템으로부터 전기적으로 추가되거나 제거된다. 신호를 보증하도록 반도체 스위칭 시스템과 그리드 사이에서 필터들과 같은 적절한 상태조절 일렉트로닉스(electronics)들을 포함하는 상기 장비는 그리드 통합(grid integration)에 적합하다.

발전기는, 맞물림 이전에 각 스테이지의 통합을 보증하도록 체크하는 시스템에 의해 결함 전류의 발생을 통해 이루어지는 스테이지의 맞물림 이전에, 단일 스테이지를 나타내는, 시스템의 일렉트로닉스들이 개별적인 코일들 또는 일련의 코일들의 강도를 체크할 수 있는 시스템을 구비할 수 있다. 상기 시스템은 결함이 코일 권선부 내에서 일어나는 처리 회로를 구비할 수 있으며, 그것은 처리 회로에 의해 절연된 결함으로 취급된다. 다양한 결함 검출을 통한 발전기가 의도되고 상기 결함 발생은 시스템에 의해 절연되고 그것의 회로가 열리는 것을 통해 시스템에 의 해 회피되어서 수집된 출력 신호 밖에 있게 된다.

도 12는 정면 평면도로서, 3개 이상의 상들이 오직 하나의 스테이터와 이루어질 수 있는 코일 코어들이 자석들로 비-대칭성으로 배열되는 것을 도시하기 위해 제거된 정면 로터 플레이트를 가진 도 1의 발전기의 다른 실시예이다. 자석들 및 필드 코일들의 대칭적인 공간을 가지는 도 4a와는 달리, 이러한 도면은 다양한 다른 크기의 코일 코어들(42)이 이용될 수 있고 또한 코일 권선부들은 유도 과정의 다른 결과들 이루도록 수정될 수 있는 것을 도시한다. 코일 권선부들(40)이 코일 권선부(40a)보다 크다는 것을 본 도면에서 볼 수 있다. 저항을 감소시키기 위해 발전기의 시작 동안과 같이, 선택된 스테이지들에서, 일정 주변부 내 샤프트의 회전에 더 적은 저항이 만들어지는 것이 바람직할 수 있다. 마찬가지로, 도 12의 도면은 전체 세 개의 상 시스템, 또는 상의 실제 일정 수가 단지 하나의 스테이터 및 전기자 어셈블리와 함께 이루어질 수 있다는 것을 보여준다. 이는 자석들 및 유도 코일들에 대해 세 개의 다른 기계적 위치들이 있는 것으로서 보여질 수 있고 이 도면에서, 그것들은 서로 적절히 오프셋 되어 있어서 그것들은 모든 그리드 시스템들에 대해 적절한 바람직한 세 개의 상 출력을 만들 수 있다.

스테이터 및 전기자 어셈블리에서 스테이지는 원하는 출력에 의해 결정되는 단일 코일 또는 다중 코일을 나타낼 수 있다. 코일들은 평행하거나 일렬로 연결될 수 있어서 원하는 만큼의 출력 신호들 내에서 많은 상들을 만든다. 스테이징은 방사상으로 이격된 배열 내에서 동일 거리로 이격되는 단일 디스크의 코일들로 이루어질 수 있고, 스테이지들이 도 12에 도시된 바와 같이 공간적으로 비대칭적일 수 있는 장비로 이루어질 수 있다.

비대칭 배열의 이용을 통해서, 하나 이상의 상은 단일 스테이터 및 전기자 어셈블리로부터 만들어질 수 있다. 도 12에 도시된 바와 같은 다양한 크기의 돌극(salient-pole) 유도 코일들의 시스템이 원하는 시스템 성능을 만들도록 이용될 수 있다. 발전기는 많은 개별적인 유도 코일들로 나누어진 세 개의 스테이터 배열들의 형상을 가질 수 있고, 각 스테이터 배열은 세 개의 상 출력 신호를 만들도록 하는 방식으로 기계적으로 오프셋 되어 있다. 또한 각 스테이터 배열들로부터의 적어도 하나의 코일은 평행하거나 일렬 중 하나로 연결될 수 있어서 그리드 통합에 적합한 완전한 세 개의 상 사인파를 구비한 각각의 더 작은 독립 유도 스테이지들의 양을 만들고, 각각의 세 개의 스테이지들은 유도 코일들에 대한 자석 영향력의 관계에 대해 동일한 기계적 형상의 결과로서 모든 다른 단계들과 동일한 출력 특징들을 만든다.

발전기는 또한 균형잡힌 다중상 출력을 만드는 방식으로 단일 디스크 오프셋 상에 형상(configuration) 자석들 및 코일들을 구비할 수 있으며, 스테이터는 저항에 대해 증가된 제어 및 도 12에 도시된 바와 같은 출력을 제공하는 하나 이상의 스테이지들에서 사용될 수 있는 유도 코일, 또는 코일 코어들의 하나 이상의 크기를 가질 수 있다.

도 13은 정면 평면도로서, 두 개의 자석들 및 두 개의 필드 코일들이 포함된 단일 스테이지를 나타내는 일 실시예이이다. 단일 유도 요소, 또는 스테이지는 많은 유일한 목적들로 기능하며; 가장 중요하게는 그것은 유동 밀도를 증가시키고 원 하지 않는 유동 누설을 감소시키는 절연된 유도 과정을 제공한다. 내부 자석(36a) 및 외부 자석(36b)은 유동을 위한 절연된 통로를 허락하도록 하는 방식으로 유도 코일들(40) 및 그것들의 코어들(42) 양자를 통해 지나가는 N극으로부터 S극으로의 완전한 통로 내에서 유도될 수 있는 강하고 집중된 자기장을 만들 것이다.

게다가, 도 13은 어떻게 스테이터 및 전기자 사이의 관계가 "돌극 대 돌극"인지를 도시한다. 이러한 설계 특징은 자석 말단 극들 또는 유도 코일 코어 말단 극들 중 하나의 물리적 특징들의 조작을 허락한다. 극들의 말단들의 형상을 조작하는 것을 통해서, 사인-파는 다른 형상을 가질 것이다. 만들어진 파형이 유도 코일들로 자석들의 급격한 접근으로 인해 날카로운 코너들을 가진다면, 유도 코어들(42)의 말단은 번호 82에 의해 지시된 선에 의해 도면에 도시된 바와 같이 깎일 수 있다. 추가적으로, 더 점차적이고, 부드러운 유도 과정을 만들기를 원한다면, 더 둥근 사인파, 더 굴곡진 형상의 유도 코일 코어(42)가 선(82a)에 의해 도시된 바와 같이 사용될 수 있다.

발전기는 유도 코일들에 의해 자석들이 통과함에 따라 만들어진 출력 신호 및 유도 과정을 기계적으로 조작하도록 설정될 수 있고 자석 영향 및 유도 코일 극들의 특정 지역에서의 유도 코일 극들 사이의 공기 간격을 변화시키는 것을 통해 코일 코어들을 통해 지나가는 필드 세기를 조작하도록 설정될 수 있다. 이는 도 13에 도시되어 있고, 여기에서 자석 극들 및 유도 코일 극들의 관계는 원하는 출력 사인-파 형상을 만들도록 조작되고 극들의 변형은 자석의 극들 또는 유도 코일들의 극들, 또는 양자가 될 수 있으며 극들의 말단의 형상은 더 점차적이고, 자기장의 덜 급격한 접근을 허락하여서 시스템이 부드럽게 동작하게 하고 코깅(cogging) 토크를 더욱 감소시키며, 대부분의 그리드 시스템 내로 통합을 위해 바람직하게 더욱 사인파 형상으로 만든다. 그것은 또한 외곽 그리고 또는 내부 자석들이 조절되게 하여서 증가되거나 감소된 공기를 허용하여서 유도 코일에 가해지는 유동 밀도 및 유도 과정의 특징, 특히 결과적인 사인파의 형상에 영향을 주는 것들의 더 큰 제어를 허용한다.

도 14 내지 16은 다른 설계 실시예의 부분을 도시하며, 이는 장소 내 유도 코일들과 자석들을 유지하도록 스테이터 플레이트(38)와 전기자 캐리어 플레이트(44)의 양 측면들을 이용함으로써 제조 비용을 감소시키는데 초점이 맞춰진다. 발전기의 말단 중 하나에서 전기자 어셈블리 없이, 이러한 설계는 자석 및 유도 코일들에 장소를 제공하기 위해 스테이터 및 전기자 양자의 양 측면들을 이용하여서 제조 비용들을 감소시킴을 볼 수 있다. 마찬가지로, 이러한 설계는 플레이트의 다른 측면 상에 만들어진 힘을 구비하고, 플레이트의 일 측 상에 힘을 오프셋 시킴으로써 전기자와 스테이터 플레이트들 상에 굽힘력으로부터 균형을 잡도록 도와줄 수 있다.

장치의 베이스 피트(32)는 시스템의 발판을 확보할 것이고 스테이터 코일들을 확고하게 제 장소에 유지하는 단일 플레이트로서 제조될 수 있다. 도 16은 우측 상면의 4분면이 제거된 단면을 구비한 스테이터 배열들을 구비한 발전기 부분을 도시한다. 이 설계에서 유도 코일 코어들(42)은 스테이터 플레이트들(38) 상에 장착되고 전기자 플레이트들(44) 사이에 밀집하게 채워져 있다. 각 코일로부터의 와 이어들은 스테이터 플레이트(38) 내 구멍을 통해 지나갈 것이고 플레이트의 외곽 가장자리 상의 채널 내에 수용될 것이다. 와이어들은 배선을 회로 박스 내로 직접 연결하는 제어기 장착 브래킷들(85)로 함께 모일 것이다.

도 17은 발전기 내에 이용될 수 있는 하이브리드 자석 장치를 도시한다. 이러한 설계 내의 자석은 단순히 두 개 사이에서 수용함으로써 기능하는 적절한 강자성체 물질을 구비한 극에서의 두 개의 자석들일 수 있어서 두 개의 자석들이 하나의 큰 자석으로서 작용하도록 한다. 이러한 영구 자석은 중간에서 코일로 끼워질 수 있어서 자석이 전자석으로서도 기능하도록 한다. 전자석은 와이어 코일(83)을 제 장소에 유지하도록 보빈(bobbin; 84)들을 이용하거나 이용하지 않을 수 있다. 이러한 하이브리드 자석의 다른 설계는 두 개보다 하우징 물질 내에서 오직 하나의 자석을 넣도록 할 수 있다. 이는, 본 도면에서, 와이어 코일(83) 아래 하우징 물질의 중간에서 영구자석을 단순히 넣음으로써 이루어질 수 있다. 이러한 하이브리드 자석은 또한 전자석으로서 기능하는 더 큰 잠재적 제어를 구비한 영구자석처럼 작용할 수 있다. 게다가, 이러한 자석 배열은 폐쇄 유동 통로 환경에서 특히 유리하다. 연구는 합쳐진 자석 및 전자석의 수집된 유동 밀도가 폐쇄 유동 통로 배열 내에서 가해질 때 두 개의 힘들을 단순히 합치는 것 이상임을 보여준다.

도 17에 도시된 바와 같이, 다른 실시예는 자석 장치가 두 개의 작은 자석들을 포함한다는 것이고, 두 개의 작은 자석들은 사이에 강자성체를 구비한 극에 위치하며 이러한 자석들의 극들은 반대된다; 즉 하나는 바깥은 향하는 N극이고, 다른 하나는 바깥을 향하는 S극이며, 두 개의 자석들 사이에 하우징으로 기능하는 적절 한 강자성체 물질이 있어서 두 자석들이 하나의 큰 자석으로 효과적으로 작용하도록 한다.

상기 자석 장치는, 극들 사이, 중간에 자석 와이어의 코일이 끼워져서 전류가 코일에 가해질 때 자석이 전자석과 마찬가지로 기능하도록 하고 전자석은 와이어 코일(83)이 제 장소에 유지되도록 하는 보빈(84)을 이용할 수도 있고 이용하지 않을 수도 있다.

두 개보다 오직 하나의 자석이 이용되고, 이러한 단일 자석이 그것의 자석 영향과 함께 큰 자석을 만드는 방식으로 하우징 물질 내 또는 주변에 넣어지며, 자석 와이어의 코일이 강자성체 하우징 물질의 중간 지역 내에 자석의 상부와 같은 중간 부분 주위에 감싸지는, 이러한 장치에 대한 다른 설계는 도 17의 와이어 코일(83) 아래에 위치한 자석과 같은 경우가 될 수 있다.

폐쇄 유동 통로 유도(Closed Flux Path Induction)인, 추가적인 다른 실시예에서, 발전기는 폐루프 형성에서 두 개의 자석들, 및 두 개의 필드 코일들을 구비하여서 자속에 대한 완전한 통로를 가능하게 한다. 자석들이 편자(horseshoe)들의 형상이고 양 자석들의 극들이 서로를 향해 마주보고 자석들의 극들과 정렬될 때 양 자석들, 또는 양 코일들을 통한 유동을 위한 폐루프 통로를 만들 수 있는 완성된 유동 통로가 있다. 스테이터의 유도 코일들이 단일 전기자 및 스테이터 어셈블리 내에서 폐쇄 유동 통로 유도 스테이지들을 만드는 방사상 내부 및 외부 자석 영향들의 크기를 가지는 전기자 디스크가 있다. 전기자는 비대칭성 방식으로 내부 및 외부 자석 어셈블리를 가져서 단일 스테이터 배열과 상호 작용하는 단일 전기자로 부터 만들어진 상의 크기를 허용하고 효과의 균형을 맞추는 원하는 힘은 힘들의 균형을 맞추도록 오프셋된 세 개의 전기자 또는 스테이터들로 이루어지는 것과 같이 여전히 이루어진다. 본 실시예에서, 발전기는 유사한 크기이거나 그러지 않을 수 있는 내부 및 외부 자석들을 가질 것이고 내부 또는 외부 자석 중 하나는 영구 자석을 이용하는 것보다 강자성체 물질 또는 전자석으로 대체될 수 있다. 상기 폐쇄 유동 통로 장치는 내부 또는 외부 자석들, 또는 양쪽 모두로서 전자석을 이용할 수 있고 내부 또는 외부 자석, 또는 양쪽 모두로서 하이브리드 자석들을 이용할 수 있다. 영구자석들, 전자석들, 또는 강자성체 물질들의 어떠한 조합이 본 실시예에서 유동 통로를 완성하는데 이용될 수 있다.

일 실시예의 발전기는 그것 자체가 기어박스로 기능할 수 있으며, 이러한 발전기는 그것 자체가 기어박스이고 전자 기어박스이며 또한 편리하고 통합된 전기 단선 시스템을 제공한다. 이러한 형상은 발산 에너지를 회피하는 방식으로 로터의 회전 속도를 제어하는 방식을 가질 수 있고 시스템 내에 맞물리는 독립된 코일들의 수를 증가시키거나 감소시키는 과정을 통해 발전기 자체는 시스템이 종래의 발산 기술 없이 터빈의 회전 속도를 제어하는 효율적인 기어박스 시스템으로 기능하도록 한다. 발전기는 유도 과정을 통해 로터의 회전에 저항을 추가할 수 있어서 추가적인 스테이지들이 맞물림에 따라 로터를 느리게 할 뿐만 아니라 시스템으로부터 스테이지들을 전기적으로 제어하는 과정을 통해 로터의 회전에 저항을 제거한다. 발전기는 또한 다중 스테이터 극들 및 발전기 스테이지들의 다중 맞물림 및 풀림에 의해 제공된 저항 제어 시스템의 결과로서 원동력 로터에 직접-결합된(단일 코 그(cog)) 연결을 허용할 수 있다. 발전기는 또한 전-처리 일렉트로닉스와 합쳐진 유일한 스테이지의 내부 발전기를 포함할 수 있어서 발전기가 그것 자체의 전자 기어박스로 기능하여서 더 효율적인 에너지 포획 시스템을 제공한다.

발전기는 플라이휠(flywheel) 효과를 이용할 수 있고, 플라이휠 효과는 동시에 다른 유도 코일들이 (열린 회로로) 이용되지 않을 때 이용되는 일정 수의 유도 코일들이 있으며, 로터는 얼마나 많은 스테이지들 또는 시스템 내 코일들이 폐쇄 회로를 구비하여서 맞물리는가에 상관없이 스테이터들 주변을 회전하는 하나 이상의 전기자 플레이트를 포함하고, 전기자 디스크들의 균형잡힌 스테이지들의 양은 회전 속도에서 급작스럽고 원치 않는 변화들로부터 시스템을 안정화시키는 플라이휠 같이 회전하고 기능하여서 시스템의 작동을 부드럽게 하며 상기 플라이휠은 운동 에너지를 저장할 것이고 터빈의 회전 속도의 완화를 위한 메커니즘을 제공할 것이어서 에너지원과 부하의 급작스런 변화를 부드럽게 한다.

발전기는 코일들이 다양한 출력 전압을 만들도록 다양한 조합을 선택할 수 있도록 설정될 수 있고, 핀들 또는 다른 전기적 연결요소들은 장치가 서로에 대해 선택된 방향으로 인접한 터미널 층들을 연결함으로써 달성되는 모터나 발전기 중 하나로서 작동할 때 적용하도록 다양한 작동 전압의 선택을 허용하는 방식으로 케이스 주위에 배치될 수 있으며, 코일 연결요소들의 방향은, 그것이 발전기로 작용하거나 적절한 출력 전압으로 작용하거나 모터로 작용한다면, 작동자가 만들어지는 결과적인 전압을 결정하도록 하는 방식으로 선택될 수 있다. (예를 들어, 기계는 120볼트, 240볼트 또는 480볼트로 작용할 수 있거나 120볼트, 240볼트 또는 480볼 트의 출력을 제공할 수 있다.)

발전기는 또한 평행한-일련의 코일 배열을 구비할 수 있다. 종래 기술에서, 영구자석들을 이용할 때 출력 전압은 발전기 rpm에 직접 비례한다. 그러므로 가변 속도로 작동하도록 설계된 발전기는 결과적인 변하는 전압을 극복해야 한다. 발전기는 코일들의 배열을 동역학적으로 제어하여서 낮은 속도(낮은 출력 전압)에서 코일들이 일렬로 되어서, 그것들의 전압들은 목표 전압을 얻도록 합해진다. 속도가 증가함에 따라 코일들은 두 개의 연속된 뱅크들 내에서 연결되고, 뱅크들은 평행하게 연결된다. 속도가 다시 증가함에 따라 코일들은 네 개의 연속된 뱅크들로 연결되고 뱅크들은 평행하게 연결된다. 최대 작동 속도(각각의 코일로부터 최대 출력 전압)까지 모든 코일들은 평행하게 연결된다. 이 지점에서 개별적인 코일은 일련의 모든 코일들의 낮은 속도 전압과 동일한 전압을 얻을 것이다.

예를 들어, 이론적인 바람직한 출력은 1000V이다. 이론적인 발전기는 10 코일들을 가진다. 각 코일은 발전기 rpm에 따라 100V (100 rpm)부터 1000V (1000rpm)까지의 범위 내에서 작동한다. 발전기가 100rpm으로 회전할 때 모든 코일들은 원하는 출력인 1000V를 얻기 위해 일렬로 연결된다. 발전기 rpm이 증가할수록 전압은 1000V를 초과할 것이다. 200rpm에서 코일들은 두 개의 연속된 뱅크들(양쪽은 1000V를 생성함)로 쪼개지고, 뱅크들은 평행하게 연결된다. (각각의 코일은 200V x 5 코일 = 1000V를 생성한다). 500rpm에서 코일들은 2개의 평행한 뱅크들 내에서 연결될 것이다. (각각의 코일은 500V x 2 코일들 = 1000V를 생성한다). 1000rpm에서 모든 코일들은 각 코일이 원하는 출력 전압을 생성하기 때문에 평행하게 연결될 것이다.

바람직한 실시예에서, 발전기는 독립 모터 스테이지들로 나누어진 높은 출력 가변 입력 모터로서 기능할 수 있다. 모터 형상은 약간의 스테이지들이 다른 것들이 풀리고 작용하지 않는 것으로 남아 있는 동안 모터로서 기능할 것인 다수의 스테이지들에 포함된다. 모든 로터들 내에서 만들어진 플라이휠 효과로 모터로서 기능하는 것이 얼마나 많은 스테이지들이 폐쇄 회로와 함께 실제로 맞물리는가에 관계없이 모든 시간에서 회전할 수 있고 스테이지들의 수가 발전기로서 기능할 수 있으며 다른 스테이지들의 수가 모터로서 기능할 수 있어서 시스템이 모터로부터 발전기로 그것의 상태를 빠르고 적용하기 쉽게 변경할 때 일부 스테이지들이 모터로서 작용하고 동시에 다른 스테이지들은 발전기로 작용한다는 것이 타당할 것이다.

발전기는 발전기 시스템의 제작에 사용되는 물질의 선택에서 더 큰 유동성 및 선택성을 허용하는 폐쇄 유동 통로 유도 과정의 이점을 가진다. 발전기는 다수의 절연 유도 과정을 구비할 수 있어서 더 가벼운 비 금속 물질들이 하우징들 및 다른 부분들에 사용되도록 하여서 시스템 중량을 감소시키는 물질들의 더 많은 선택을 허용한다.

유일하게 개시된 발전기는 출력 에너지 및 부하가 변함에 따라 발전기 스테이지들을 전기적으로 추가하거나 떨어지게 하는 에너지원으로 발전기 저항을 일치시키도록 설계된 다중-스테이지 동력 발전기를 제공한다. 일 실시예에서, 단일 스테이지는 오직 하나의 코일일 수 있고 세 개의 상 출력에 대해서는 세 개의 코일들일 수 있다; 예를 들어 세 개의 스테이터 배열 정열 내에서 각각의 배열로부터 하 나일 수 있다. 제안된 발전기 시스템들에 대한 추가적인 이점들은 많으며 감소된 기계적 에너지 손실 및 종래의 신호 처리 일렉트로닉스에 대한 감소된 요구를 포함한다.

본 발명이 바람직한 버전(version)으로 참조를 위해 상당히 상세히 설명되었더라도, 다른 버전들이 가능하다. 그러므로, 추가된 청구범위의 요점 및 범위는 여기에 포함된 바람직한 버전의 설명에 제한되어서는 안된다.

본 발명의 이용 및 작동 방식의 추가적인 논의로서, 동일한 것이 상기 설명으로부터 분명해져야 한다. 따라서, 이용 및 작동 방식과 관련된 다른 논의는 제공되지 않을 것이다.

상기 설명에 관해서, 크기, 물질들, 형상, 형태, 기능 및 작용 방식, 어셈블리, 및 이용의 가변성을 포함하는, 본 발명의 부품들에 대한 최적의 치수적 관계들이 당업자에게 분명하고 명확하게 간주됨이 이해되어야 하고, 도면에서 도시되고 명세서에서 설명된 것들과 균등한 모든 관계들은 본 발명에 의해 포함됨을 의도한다.

그러므로, 상술한 것들은 본 발명의 원리의 설명으로서 간주된다. 또한, 많은 수정들 및 변형들이 당업자에게 일어날 것이기 때문에, 도시되고 설명된 제작 및 작동을 이끌어내는 본 발명을 제한하는 것은 바람직하지 않으며, 따라서, 적절한 수정들 및 균등물들은 본 발명의 범위 내에 들어갈 것이다.

본 명세서 내에 포함되어 있음.

Claims

구동샤프트,

상기 구동샤프트의 회전과 동시에 동기성으로 회전하도록 하기 위해 상기 구동샤프트 상에 장착 수단에 의해 견고하게 장착되는 제1 및 제2 로터들,

상기 제1 및 제2 로터들이 끼워진 제1 및 제2 스테이터들을 포함하고,

상기 스테이터들 각각은 틈을 구비하고, 상기 틈을 통해서 상기 구동샤프트는 회전 가능하게 저널되고(journalled) 상기 스테이터들 각각은 스테이터 배열을 구비하며; 방사상으로 이격된 전기 전도성 코일들의 배열은 상기 구동샤프트 주변에 각각 제1 및 제2 스테이터 배열 각방향으로 상기 스테이터에 장착되고, 상기 스테이터 배열들은 상기 구동샤프트 주변에서 방사상으로 이격되며, 상기 로터들 및 상기 스테이터들은 대체로 평행한 평면들에 놓이고,

상기 제1 및 제2 로터들은 각각 제1 및 제2 로터 배열들을 구비하며, 상기 제1 로터 배열은 상기 구동샤프트에 대해 제1 로터 배열 각방향으로 상기 구동샤프트 주변에 방사상으로 이격된 자석들의 제1 방사상으로 이격된 배열을 구비하고, 상기 제2 로터 배열은 상기 구동샤프트에 대해 제2 로터 각방향으로 자석들의 제2 이격된 배열을 구비하고,

상기 각방향들은 각방향 오프셋에 의해 집합적으로 오프셋(off-set)되며,

상기 스테이터들에 대해 회전하기 위해 상기 구동샤프트 및 상기 로터들이 상기 로터들의 회전 방향으로 회전할 때, 상기 제1 로터 배열의 상기 자석들의 자 기 인력은 상기 제1 스테이터 배열 내 대응하는 다음에 인접하는 코일들을 향해 상기 제1 로터 배열의 상기 자석들을 당기고, 상기 제1 스테이터 배열은 상기 로터들의 상기 회전 방향 내에 놓이고, 상기 제2 로터 배열의 상기 자석들이 상기 통과한 인접한 자석들로부터 상기 로터들의 상기 회전 방향 내에서 당길 때 상기 제2 스테이터 배열 내 대응하는 인접한 코일들로부터 상기 제2 로터 배열의 상기 자석들을 당기도록 상기 제2 로터 배열의 상기 자석들에 가해진 당기는 힘을 제공하고 대체로 균형을 맞추며,

상기 구동샤프트 및 상기 로터들이 상기 로터들의 상기 회전 방향 내에서 회전될 때, 상기 제2 로터 배열의 상기 자석들의 자기 인력은 상기 제2 스테이터 배열 내 대응하는 다음의 인접하는 코일들을 향해 상기 제2 로터 배열의 상기 자석들을 당기고, 상기 제2 스테이터 배열은 상기 로터들의 상기 회전 방향 내에 놓이고, 상기 제1 로터 배열의 상기 자석들이 상기 통과한 인접한 코일들로부터 상기 로터들의 상기 회전 방향 내에서 당겨질 때 상기 제1 스테이터 배열 내 대응하는 통과한 인접하는 코일들로부터 상기 제1 로터 배열의 상기 자석들을 당기도록 상기 제1 로터 배열의 상기 자석들에 가해진 당기는 힘을 제공하고 균형을 맞추는 것을 특징으로 하는 다상성 다중-코일 발전기 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 로터 배열들 내 자석들은 쌍을 이루는 자석들이며, 상기 자석들의 쌍들의 각 쌍은 상기 구동샤프트에 대해 방사상 내부의 상기 각 쌍의 일 자석과 상기 구동샤프트에 대해 방사상 외부의 상기 각 쌍의 다른 자석들로 배열되는 것을 특징으로 하는 다상성 다중-코일 발전기 장치.
제 2 항에 있어서,

상기 자석들의 각 쌍은 상기 구동샤프트의 방사상 외부로 연장하는 공동의 방사상 축을 따라 정렬되는 것을 특징으로 하는 다상성 다중-코일 발전기 장치.
제 3 항에 있어서,

상기 스테이터 배열들 내의 각 코일은 상기 각 코일이 상기 구동샤프트의 방사상 외부로 연장하는 방사상 축 주변에 대체로 대칭되게 감싸지도록 정렬되는 것을 특징으로 하는 다상성 다중-코일 발전기 장치.
제 4 항에 있어서,

상기 자석들의 각 쌍이 상기 대응하는 상기 각 코일을 지나 회전할 때 상기 자석들의 각 쌍의 자속은 대응하는 상기 각 코일에 직교하게 말단-연결되는 것을 특징으로 하는 다상성 다중-코일 발전기 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 제1 및 제2 로터 배열들은 서로에 대해 상기 각방향에 의해 오프셋되고,

상기 구동샤프트 상에 장착된 다른 스테이터,

상기 다른 스테이터 상에 장착된 다른 스테이터 배열,

상기 적어도 제1 및 제2 로터들의 회전과 동시에 동기성으로 회전하도록 상기 구동샤프트 상에 장착된 제3 로터,

상기 제3 로터 상에 장착된 제3 로터 배열을 더 포함하고,

상기 구동샤프트는 상기 다른 스테이터 내 구동샤프트 틈을 통해 회전가능하게 저널되고, 다른 스테이터 배열이 상기 다른 스테이터 상에 장착되고 상기 적어도 하나의 스테이터의 상기 스테이터 배열의 상기 제1 각방향과 대체로 동일한 각방향인 상기 구동샤프트 주변의 각방향을 가지며,

상기 제3 로터 배열은 상기 구동샤프트에 대해 제3 각방향으로 상기 구동샤프트 주변에 방사상으로 이격된 자석들의 제3 방사상으로 이격된 배열을 구비하고, 상기 제3 각방향은 상기 각방향 오프셋에 의해 각방향으로 오프셋되어서 상기 제3 로터 배열은 상기 각방향 오프셋에 의해 상기 제2 로터 배열에 대해 오프셋되며, 상기 다른 스테이터 및 상기 제3 로터는 상기 대체로 평행한 평면에 대해 대체로 평행한 평면 내에 놓이는 것을 특징으로 하는 다상성 다중-코일 발전기 장치.
제 6 항에 있어서,

상기 제3 로터 배열은 상기 제2 로터 배열로부터 상기 각방향 오프셋에 의해 오프셋되고 상기 제1 로터 배열로부터 두 배로 증가된 상기 각방향 오프셋에 의해 오프셋되는 것을 특징으로 하는 다상성 다중-코일 발전기 장치.
제 6 항에 있어서,

상기 로터 배열들 내 자석들은 자석들의 쌍들이고, 자석들의 상기 쌍들의 각 쌍은 상기 구동샤프트에 대해 방사상 내부의 상기 각 쌍의 일 자석과 상기 구동샤프트에 대해 방사상 외부의 상기 각 쌍의 다른 자석으로 배열되는 것을 특징으로 하는 다상성 다중-코일 발전기 장치.
제 8 항에 있어서,

상기 자석들의 각 쌍은 상기 구동샤프트의 방사상 외부로 연장하는 공동의 방사상 축을 때라 정렬되는 것을 특징으로 하는 다상성 다중-코일 발전기 장치.
제 9 항에 있어서,

상기 스테이터 배열들 내 각각의 코일은 상기 각각의 코일이 상기 구동샤프트의 방사상 외부로 연장하는 방사상 축 주위에서 대체로 대칭하도록 감싸지도록 정렬되는 것을 특징으로 하는 다상성 다중-코일 발전기 장치.
제 10 항에 있어서,

상기 자석들의 각 쌍이 상기 대응하는 상기 각각의 코일을 지나 회전할 때 상기 자석들의 각 쌍의 자속은 대응하는 상기 각각의 코일에 직교하게 말단-연결되는 것을 특징으로 하는 다상성 다중-코일 발전기 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 제1 로터 배열이 상기 제1 스테이터 배열을 지나 회전할 때 상기 제1 로터 배열이 상기 제1 스테이터와 적어도 부분적으로 동일 평면에 있으며 상기 제2 로터가 상기 제2 스테이터 배열을 지나 회전할 때 상기 제2 로터 배열은 상기 제2 스테이터 배열과 적어도 부분적으로 동일 평면에 있는 것을 특징으로 하는 다상성 다중-코일 발전기 장치.
제 6 항에 있어서,

상기 제1 로터 배열이 상기 제1 스테이터 배열을 지나 회전할 때 상기 제1 로터 배열은 상기 제1 스테이터 배열과 적어도 부분적으로 동일 평면에 있고 상기 제2 로터가 상기 제2 스테이터 배열을 지나 회전할 때 상기 제2 로터 배열은 상기 제2 스테이터 배열과 적어도 부분적으로 동일 평면에 있는 것을 특징으로 하는 다상성 다중-코일 발전기 장치.
제 7 항에 있어서,

상기 제1, 제2 및 제3 로터들 및 상기 제1 및 제2 스테이터들 및 상기 다른 스테이터는 함께 제1 발전기 스테이지를 형성하고, 대체로 상기 제1 발전기 스테이지와 동일한 복수의 스테이지들은 상기 복수의 스테이지들 내의 스테이터들에 대해 상기 복수의 스테이지들 내의 로터들의 회전을 위한 상기 구동샤프트 상에 장착되 는 것을 특징으로 하는 다상성 다중-코일 발전기 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 로터들은 로터 플레이트들을 포함하고 상기 로터 배열들은 상기 로터 플레이트들에 장착되며, 상기 로터 플레이트들은 상기 구동샤프트 상으로 직교하게 장착되고, 상기 스테이터들은 스테이터 플레이트들을 포함하고 상기 스테이터 배열들은 상기 스테이터 플레이트들에 장착되며, 상기 스테이터 플레이트들은 상기 구동샤프트에 직교하게 장착되는 것을 특징으로 하는 다상성 다중-코일 발전기 장치.
제 6 항에 있어서,

상기 로터들은 로터 플레이트들을 포함하고 상기 로터 배열들은 상기 로터 플레이트들에 장착되며, 상기 로터 플레이트들은 상기 구동샤프트 상으로 직교하게 장착되고, 상기 스테이터들은 스테이터 플레이트들을 포함하고 상기 스테이터 배열들은 상기 스테이터 플레이트들에 장착되며, 상기 스테이터 플레이터들은 상기 구동샤프트에 직교하는 것을 특징으로 하는 다상성 다중-코일 발전기 장치.
제 14 항에 있어서,

상기 로터들은 로터 플레이트들을 포함하고 상기 로터 배열들은 상기 로터 플레이트들 상에 장착되며, 상기 로터 플레이트들은 상기 구동샤프트 상으로 직교하게 장착되고, 상기 스테이터들은 스테이터 플레이트들을 포함하며 상기 스테이터 배열들은 상기 스테이터 플레이트들로 장착되고, 상기 스테이터 플레이트들은 상기 구동샤프트에 직교하는 것을 특징으로 하는 다상성 다중-코일 발전기 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 장착 수단은 각각의 상기 적어도 제1 및 제2 로터들과 상기 구동샤프트 사이에 장착된 클러치들을 포함하고, 상기 구동샤프트는 선택적인 이동 수단의 선택적인 길이방향 이동에 의해 상기 구동샤프트를 따라 연속하게 상기 클러치의 각각의 클러치를 선택적으로 맞물리게 하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 다상성 다중-코일 발전기 장치.
제 18 항에 있어서,

상기 구동샤프트가 우선 상기 클러치들의 제1 클러치와 맞물리는 것을 위해 제1 위치로, 다음으로 이어서 상기 클러치들의 제2 클러치와 또한 맞물리는 것을 위해 제2 위치로, 상기 선택적인 이동 수단에 의해 길이방향으로 이동될 때 상기 각각의 클러치는 상기 구동샤프트와 맞물리도록 된 원심 클러치인 것을 특징으로 하는 다상성 다중-코일 발전기 장치.
제 6 항에 있어서,

상기 장착 수단은 상기 제3 로터, 상기 각각의 상기 적어도 제1 및 제2 로터들 및 상기 구동샤프트 사이에 장착된 클러치들을 포함하고, 상기 구동샤프트는 선 택적인 이동 수단에 의해 상기 구동샤프트의 선택적인 길이방향 이동에 의해 상기 구동샤프트를 따라 연속하게 상기 클러치들의 각각의 클러치를 선택적으로 맞물리게 하기 위한 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 다상성 다중-코일 발전기 장치.
제 20 항에 있어서,

상기 구동샤프트가 우선 상기 클러치들의 제1 클러치와 맞물리는 것을 위해 제1 위치로, 두번째로 이어서 상기 클러치들의 제2 클러치와 또한 맞물리는 것을 위해 제2 위치로, 세번째로 이어서 상기 클러치들의 제3 클러치와 또한 맞물리는 것을 위해 제3 위치로, 상기 선택적인 이동 수단에 의해 길이방향으로 이동될 때 상기 각각의 클러치는 상기 구동샤프트와 맞물리도록 된 원심 클러치인 것을 특징으로 하는 다상성 다중-코일 발전기 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 제1 로터 및 상기 제2 스테이터 및 상기 제2 로터 및 상기 제2 스테이터는 로터/스테이터 쌍들을 형성하고 상기 제1 및 제2 로터들은 상기 각방향 오프셋에 의해 각방향으로 오프셋되고 다른 로터 및 스테이터 쌍과 함께 발전기 내에 장착될 수 있으며 상기 다른 로터 및 스테이터 쌍들 내 로터들은 연속하게 각방향으로 오프셋된 것을 특징으로 하는 다상성 다중-코일 발전기 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 로터 및 스테이터 배열들은 동일하게 방사상으로 이격된 것을 특징으로 하는 다상성 다중-코일 발전기 장치.
제 6 항에 있어서,

상기 로터 및 스테이터 배열들은 동일하게 방사상으로 이격된 것을 특징으로 하는 다상성 다중-코일 발전기 장치.
제 6 항에 있어서,

상기 장착 수단은 상기 제3 로터, 상기 각각의 상기 적어도 제1 및 제2 로터들 및 상기 구동샤프트 사이에 장착된 견고한 장착이고, 연속하는 상기 스테이지 내 상기 로터 배열들 상의 상기 전기 권선부들은 선택적인 상기 권선부들을 위한 개방 회로 및 상기 선택적인 상기 권선부들을 위한 폐쇄 회로 사이에서 선택적으로 전류가 통하게 될 수 있고 상기 구동샤프트를 회전시키기 위한 회전 저항은 선택적인 상기 권선부들을 위한 개방 회로에서 감소되고 상기 선택적인 상기 권선부들을 위한 폐쇄 회로에서 증가되는 것을 특징으로 하는 다상성 다중-코일 발전기 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 제1 및 제2 로터 배열들은 서로에 대해서 상기 각방향 오프셋에 의해 각방향으로 오프셋되는 것을 특징으로 하는 다상성 다중-코일 발전기 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 제1 및 제2 스테이터 배열들은 서로에 대해 상기 각방향 오프셋에 의해 각방향으로 오프셋되는 것을 특징으로 하는 다상성 다중-코일 발전기 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 제1 및 제2 로터 배열들은 상기 각방향 오프셋의 제1 각방향 부분에 의해 서로에 대해 각방향으로 오프셋되고 상기 제1 및 제2 스테이터 배열들은 상기 각방향 오프셋의 제2 각방향 부분에 의해 서로에 대해 각방향으로 오프셋되는 것을 특징으로 하는 다상성 다중-코일 발전기 장치.
제 28 항에 있어서,

상기 제1 및 제2 각방향 부분들은 대체로 상기 각방향 오프셋으로 집합적으로 합해지는 것을 특징으로 하는 다상성 다중-코일 발전기 장치.
제 2 항에 있어서,

상기 자석은 영구자석뿐만 아니라 전자석인 것을 특징으로 하는 다상성 다중-코일 발전기 장치.
제 2 항에 있어서,

상기 자석은 두 개의 더 작은 자석들을 포함하고 두 개의 더 작은 자석들은 사이의 강자성체 물질을 구비한 극에 위치하고 이러한 자석들의 극성들은 반대되는 것을 특징으로 하는 다상성 다중-코일 발전기 장치.
제 2 항에 있어서,

자석이 기능할 뿐만 아니라 전류가 코일에 가해질 때 전자석이 되도록 하기 위해, 상기 자석은 극들 사이에서 중간에서 자석 와이어의 코일이 달려지는 것을 특징으로 하는 다상성 다중-코일 발전기 장치.
제 2 항에 있어서,

상기 자석은 와이어 코일(83)을 제 장소에 유지하도록 하는 보빈을 이용하는 것을 특징으로 하는 다상성 다중-코일 발전기 장치.
제 2 항에 있어서,

상기 단일 자석은, 이러한 단일 자석이 그것의 자기 영향을 가진 더 큰 자석을 만들도록 하우징 물질 내에 감싸지고 자석 와이어의 코일이 강자성체 하우징 물질의 중간 영역 내 자석의 상부와 같은 중간 부분 주변에서 감싸지도록 하는 곳에 이용되는 것을 특징으로 하는 다상성 다중-코일 발전기 장치.
제 1 항에 있어서,

관련 부하 정보를 평가하도록 설계된 상기 장치에 부착된 회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 다상성 다중-코일 발전기 장치.
제 1 항에 있어서,

관련 원동력 정보를 평가하도록 설계된 회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 다상성 다중-코일 발전기 장치.
제 1 항에 있어서,

관련 원동력 및 부하 정보를 평가하도록 설계된 회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 다상성 다중-코일 발전기 장치.
제 1 항에 있어서,

각 스테이지가 모니터되고 적절하다고 간주되면, 제어 시스템에 의해, 추가적인 스테이지들이 추가되거나 제거되며, 다중 스테이지의 맞물림과 풀림이 에너지원의 이용가능성 및 실존하는 발전기 스테이지들의 전류 작동 조건에 의해 결정되는 회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 다상성 다중-코일 발전기 장치.
제 1 항에 있어서,

맞물림, 또는 풀림, 전기 회로와 소스를 일치시키도록 설계된 고속 반도체 스위칭 시스템에 연결된 알고리즘 마이크로프로세서를 포함하는 것을 특징으로 하는 다상성 다중-코일 발전기 장치.
제 39 항에 있어서,

반도체 스위칭 시스템 및 신호가 그리드 통합에 적합하도록 보증하는 그리드 사이에 조절 일렉트로닉스를 포함하는 것을 특징으로 하는 다상성 다중-코일 발전기 장치.
제 1 항에 있어서,

펄스파 변조기를 포함하는 것을 특징으로 하는 다상성 다중-코일 발전기 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 발전기는 그것 자체의 기어박스처럼 기능하는 것을 특징으로 하는 다상성 다중-코일 발전기 장치.
제 42 항에 있어서,

통합된 전기 단선 시스템을 포함하는 것을 특징으로 하는 다상성 다중-코일 발전기 장치.
제 42 항에 있어서,

발산 에너지를 회피하도록 하는 방식으로 로터의 회전 속도를 제어하는 제어 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 다상성 다중-코일 발전기 장치.
제 44 항에 있어서,

발전기는 시스템이 터빈의 회전 속도를 조절하는 효율적인 기어박스 시스템으로 기능하도록 발전기 내에서 맞물리는 독립 코일들의 수를 증가시키거나 감소시키는 과정을 이용하는 것을 특징으로 하는 다상성 다중-코일 발전기 장치.
제 42 항에 있어서,

상기 발전기는 유도 과정을 통해 로터의 회전에 저항을 추가하는 것을 특징으로 하는 다상성 다중-코일 발전기 장치.
제 42 항에 있어서,

상기 발전기는 시스템으로부터 스테이지들을 전기적으로 감소시키는 과정을 통해 로터의 회전에 저항을 감소시키는 것을 특징으로 하는 다상성 다중-코일 발전기 장치.
제 42 항에 있어서,

다중 스테이터 극들 및 저항 제어 시스템과 원동력 로터를 직접-결합하는 연결부를 구비하는 것을 특징으로 하는 다상성 다중-코일 발전기 장치.
제 42 항에 있어서,

스테이지적인 내부 발전기는 전-처리 일렉트로닉스와 결합된 것을 특징으로 하는 다상성 다중-코일 발전기 장치.
제 1 항에 있어서,

스테이터 및 전기자 어셈블리를 포함하고 스테이지는 단일 코일 또는 원하는 출력에 의해 결정되는 다수의 코일들을 나타내는 것을 특징으로 하는 다상성 다중-코일 발전기 장치.
제 50 항에 있어서,

상기 코일들은 평행하게 연결되는 것을 특징으로 하는 다상성 다중-코일 발전기 장치.
제 50 항에 있어서,

상기 코일들은 일렬로 연결되는 것을 특징으로 하는 다상성 다중-코일 발전기 장치.
제 50 항에 있어서,

상기 코일들은 상기 스테이지 내에서 연결되고 단일 디스크의 코일들이 방사상으로 이격되게 동일 거리를 이루도록 하는 것을 특징으로 하는 다상성 다중-코일 발전기 장치.
제 50 항에 있어서,

상기 스테이지들은 공간상으로 비대칭인 것을 특징으로 하는 다상성 다중-코일 발전기 장치.
제 50 항에 있어서,

비대칭 배열의 이용을 통해서, 하나 이상의 상이 단일 스테이터 및 전기자 어셈블리로부터 만들어질 수 있는 것을 특징으로 하는 다상성 다중-코일 발전기 장치.
제 1 항에 있어서,

다양한 크기의 돌극 유도 코일들이 원하는 시스템 성능을 만들도록 사용되는 것을 특징으로 하는 다상성 다중-코일 발전기 장치.
제 1 항에 있어서,

세 개의 스테이터 배열들의 형상은 다수의 개별적인 유도 코일들로 나누어지고 각각의 스테이터 배열은 세 개의 상 출력 신호를 만드는 방식으로 기계적으로 오프셋 되는 것을 특징으로 하는 다상성 다중-코일 발전기 장치.
제 1 항에 있어서,

스테이터 배열로부터의 복수의 코일들은 그리드 통합을 위한 적절한 완성된 세 개의 상 사인파를 각각 구비하는 다수의 더 작은 독립 유도 스테이지들을 만들도록 서로 연결되고, 각각의 이러한 스테이지들은 모든 다른 스테이지들처럼 동일한 출력 특징들을 만드는 것을 특징으로 하는 다상성 다중-코일 발전기 장치.
제 1 항에 있어서,

형상 자석들 및 단일 디스크 상의 코일들은 균형잡힌 다상성 출력을 만드는 방식으로 오프셋되고, 상기 스테이터는 하나 이상의 유도 코일 크기를 가질 수 있는 것을 특징으로 하는 다상성 다중-코일 발전기 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 전기자 디스크들은 플라이휠처럼 기능하도록 회전하고 이용되는 것을 특징으로 하는 다상성 다중-코일 발전기 장치.
제 60 항에 있어서,

상기 플라이휠은 운동 에너지를 저장할 것이고 터빈의 회전 속도의 완화를 위한 메커니즘을 제공할 것이어서 에너지원과 부하의 급격한 변화를 부드럽게 하는 것을 특징으로 하는 다상성 다중-코일 발전기 장치.
제 1 항에 있어서,

맞물리기 전에 각 스테이지의 통합을 보증하도록 체크하는 시스템에 의해 결함 전류의 연결을 통해 이루어지는 스테이지의 맞물림 전에, 단일 스테이지를 의미하는, 개별적인 코일들 및 일련의 코일들의 통합을 체크할 수 있는 시스템 일렉트로닉스를 구비하는 것을 특징으로 하는 다상성 다중-코일 발전기 장치.
제 1 항에 있어서,

결함이 코일 내에서 일어날 때 처리 회로에 의해 절연된 결함으로 처리되는 처리 회로를 구비하는 것을 특징으로 하는 다상성 다중-코일 발전기 장치.
제 1 항에 있어서,

검출된 결함을 절연시키는 결함 검출 시스템을 포함하는 것을 특징으로 하는 다상성 다중-코일 발전기 장치.
제 64 항에 있어서,

상기 시스템은 유도 과정을 기계적으로 조작하여서 자석들이 유도 코일들을 지나감으로써 출력 신호가 만들어지는 것을 특징으로 하는 다상성 다중-코일 발전기 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 유도 과정은 자기 영향과 유도 코일 극들의 특정 영역에서 이러한 극들 사이의 공기 간격을 변화시키는 것을 통해 코일 코어를 통해 지나가는 필드 세기를 조작하는 것을 특징으로 하는 다상성 다중-코일 발전기 장치.
제 66 항에 있어서,

자석 극들 및 유도 코일 극들의 관계는 원하는 출력 사인파 형상을 만들도록 조작되고, 극들의 변형은 자석의 극들 또는 유도 코일의 극들, 또는 양쪽 모두로일 수 있고, 극들의 말단의 성형은 자기장의 더 점차적이고, 덜 급격한 접근을 허용하는 것을 특징으로 하는 다상성 다중-코일 발전기 장치.
제 1 항에 있어서,

외부 및 또는 내부 자석들이 공기 간격의 증가 또는 감소를 허용하도록 조절되도록 하는 것을 특징으로 하는 다상성 다중-코일 발전기 장치.
제 1 항에 있어서,

다양한 출력 전압들을 만들기 위해 코일들의 다양한 결합을 선택하도록 하는 것을 특징으로 하는 다상성 다중-코일 발전기 장치.
제 1 항에 있어서,

핀들 또는 다른 전기적 연결요소들은 적용을 위한 다양한 작동 전압의 선택 을 허용하는 방식으로 케이스 주변에 배치될 수 있는 것을 특징으로 하는 다상성 다중-코일 발전기 장치.
제 70 항에 있어서,

발전기, 또는 적절한 입력전압으로 작동하고, 모터로서 작동한다면, 만들어지는 결과적인 전압을 작동자가 결정하도록 하기 위해, 방향 코일 연결요소들이 선택될 수 있는 것을 특징으로 하는 다상성 다중-코일 발전기 장치.
제 1 항에 있어서,

비 금속 물질들이 하우징에 이용되는 것을 특징으로 하는 다상성 다중-코일 발전기 장치.
제 1 항에 있어서,

고 출력 가변 입력 모터로서 기능하는 것을 특징으로 하는 다상성 다중-코일 발전기 장치.
제 73 항에 있어서,

상기 모터는 일부 스테이지들이 모터로 기능할 수 있고 다른 것들은 풀리고 작동하지 않는 것으로 남아 있는 다수의 스테이지들로 구성되는 것을 특징으로 하는 다상성 다중-코일 발전기 장치.
제 73 항에 있어서,

모든 로터들이 많은 스테이지들이 폐쇄 회로와 실제로 맞물리는가에 관계없이 모든 시간에서 회전할 수 있음으로 인해 만들어지는 플라이휠 효과를 상기 모터가 가지는 것을 특징으로 하는 다상성 다중-코일 발전기 장치.
제 73 항에 있어서,

스테이지들의 일정 수는 발전기로서 기능할 수 있고 다른 스테이지들의 일정 수는 모터로서 기능할 수 있는 것을 특징으로 하는 다상성 다중-코일 발전기 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 발전기는 목표 전압을 달성하도록 코일들의 배열을 동역학적으로 제어하는 것을 특징으로 하는 다상성 다중-코일 발전기 장치.
두 개의 자석들, 및 두 개의 필드 코일들을 포함하여서, 폐루프 형상에서 상기 자석들이 편자 형상이고 양 자석들의 극들이 서로를 향해 마주보고 자석들의 극들이 정렬될 때 유도 코일들이 양 자석들과 양 코일들을 통해 유동을 위한 폐루프 통로를 만들 수 있고 스테이터의 유도 코일들과 함께 방사상 다수의 내부 및 외부 자기 영향을 가지는 전기자 디스크가 다수의 폐쇄 유동 통로 유도를 만드는 자속을 위한 완전한 통로가 되도록 하는 것을 특징으로 하는 장치.
제 78 항에 있어서,

상기 내부 및 외부 자석들은 유사한 크기인 것을 특징으로 하는 장치.
제 78 항에 있어서,

상기 내부 및 외부 자석들은 유사한 크기인 것을 특징으로 하는 장치.
제 78 항에 있어서,

상기 내부 및 외부 자석은 강자성체 물질인 것을 특징으로 하는 장치.
제 78 항에 있어서,

전자석들이 자석들로 이용되는 것을 특징으로 하는 장치.
제 78 항에 있어서,

하이브리드 자석들이 자석들로 이용되는 것을 특징으로 하는 장치.
제 78 항에 있어서,

하나 이상의 세트의 영구자석들, 전자석들, 또는 강자성체 물질들이 유동 통로를 만들도록 이용되는 것을 특징으로 하는 장치.
제 78 항에 있어서,

단일 전기자 및 스테이터 어셈블리 내 스테이지들이 있고 상기 전기자는 내부 및 외부 자기 어셈블리를 비대칭 형식으로 구비할 수 있어서 다수의 상들이 단일 스테이터 배열과 상호작용하는 단일 전기자로부터 만들어지도록 하고 원하는 힘 균형 효과가 여전히 세 개의 전기자 또는 스테이터들이 힘의 균형을 맞추도록 오프셋되는 것으로서 이루어지는 것을 특징으로 하는 장치.