KR20220092519A - 강자성 및 상자성 재료에서 발견되는 자기 영역의 에너지를 동력화하는 고유 방법 - Google Patents
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Abstract
본 개시는 발전기 회전자의 극편의 강자성 및 상자성 재료의 자기 영역에서 이용 가능한 고유 에너지를 수확하기 위해 발전기 고정자의 전자기 코일을 이용하는 것 및 역 토크를 제거를 포함하는 전력 발전기 및 AC 또는 DC 전력을 생성하는 방법에 관한 것이다. 방법은 전력 발전기의 목표 주파수에 기초하여 여기 사이클을 결정하는 단계; 진화하는 자속 장을 생성하기 위해 발전기 회전자의 돌출 극편의 자기 영역을 정렬하도록 미리 정의된 시퀀스에 따라 발전기의 하나 이상의 와이어에 전류를 제공함으로써 여기 사이클을 실행하는 단계; 및 자속 장에 의해 생성된 최종 전류를 전력 출력으로 라우팅하는 단계를 포함한다. 본 출원에 개시된 시스템 및 장치는 이를 수행하기 위한 수단을 포함한다.
Description
전력 생성 기계로부터 역 토크를 제거하고 회전자와 고정자의 전자기 코일을 이용하여 강자성 및 상자성 재료의 회전자 자기 영역으로부터 이용 가능한 고유 에너지를 수확함으로써 전기 교류(AC) 또는 직류(DC)를 생성하는 시스템 및 방법.
토양, 공기 및 물의 환경 오염 및 동시적인 기후 변화와 함께 지구 화석 연료 공급원의 급속한 고갈로, 효율적이고, 화석 연료를 필요로 하지 않으면서 무공해인 대체 에너지 공급에 대한 명확하고 시급한 필요성이 자명해졌다.
오늘날 사용되는 모든 표준 발전기는 정의상 746 와트의 전기적 에너지를 생성하기 위해 1마력의 운동 에너지 입력이 필요하다.
전기 와트에 대한 기계적 마력의 이러한 관계는 물리적 및 전기적 기계(물론 말도!)에 대한 관찰 및 측정에서 발전된 파생된 전력 단위를 수반한다.
표준 발전기는 정의상 746 와트를 생성하기 위한 1hp와 원하는 주파수를 유지하기 위해 적절한 속도로 회전자의 물리적 메커니즘을 회전시키기에 충분한 추가 마력의 합을 필요로 한다. 메커니즘을 회전시키는 데 필요한 hp는 일반적으로 표준 발전기에서 746 와트를 생성하는 데 약 0.2hp이고 총 1.2마력으로 746 와트를 생성하지만, 해당 에너지 중 0.2hp만이 실제로 전력을 생성하는 데 사용된다. 746 와트에 상당하는 나머지 1마력은 역 토크 또는 소위 "역기전력(back EMF)"을 극복하는 데 필요하다.
오늘날 사용되는 모든 회전 발전기의 "역기전력" 또는 "역 토크"는 "렌츠의 법칙"을 참조하여 가장 잘 설명할 수 있으며, 이 법칙은 요약하자면 EMF가 패러데이의 법칙에 따른 자속의 변화에 의해 생성될 때, 유도 EMF의 극성은 그 자기장이 그를 생성하는 자속과 반대되는 전류를 생성하도록 된다는 것을 설명한다. 임의의 와이어 루프 내부의 유도 자기장은 항상 루프의 자속을 일정하게 유지하는 작용을 한다. B 장이 증가하면 유도 자기장은 그와 같은 방향 및 반대 방향으로 작용하고, 감소하면, 유도 자기장은 동일한 힘으로 인가된 장의 방향으로 작용한다. 모든 표준 발전기에서, 회전자는 고정자의 코일 루프 내부에 배치되며, 따라서, 회전자는 고정자에서 전류를 생성하고, 이는 차례로 힘이 같고 극성이 반대인 자기장을 생성하며, 따라서, 역 토크는 모든 표준 발전기의 설계 또는 설계 결함의 산물이다. 역 토크로 인해 회전자를 회전시키는 데에는 전력을 생성하는 데 필요한 것보다 약 85% 더 많은 기계적 에너지가 필요하다.
따라서, 종래 기술에서 발견되는 이러한 문제 중 적어도 일부를 극복하는 시스템 및 방법을 제공할 필요가 있다.
본 개시에 따라, 강자성 및 상자성 재료, 특히 전기 강의 자기 영역으로부터 에너지를 수확하기 위한 시스템 및 방법과 함께 역 토크를 제거하는 설계를 갖는 발전기를 위한 시스템 및 방법이 제공된다.
본 발명의 제1 양태에 따르면, 고체 전자기 회전자가 제공되고, 이는
지지 구조 주위에 배열된 복수의 돌출 극편- 각각의 돌출 극편의 제1 단부는 지지 구조에 부착되고 각각의 돌출 극편의 제2 단부는 지지 구조로부터 멀어지는 외부를 향하고, 극편은 강자성 및/또는 상자성 재료를 포함함 -;
각각의 돌출 극편 주위에 권선된 복수의 와이어; 및
미리 정의된 시퀀스에 따라 와이어에 전류를 제공하여 자속 장을 생성하기 위해 돌출 극편의 자기 영역을 정렬하여, 미리 정의된 시퀀스에 따라 와이어에 제공되는 전류가 발전을 달성하기 위해 필요에 따라 별개의 자극 형태의 이동 극 자기장을 제공하도록 구성된 여기 회로- 이동 극 자기장의 장 강도는 돌출 극편 재료의 자기 영역의 밀도에 비례함 -를 포함한다.
바람직하게는 복수의 돌출 극편은 N-그룹으로 분할된다.
유리하게는, 각각의 그룹 내의 돌출 극편은 여기 사이클의 목표 주파수를 달성하기 위해 각각의 그룹의 돌출 극편 여기 사이에 미리 정의된 지연으로 및/또는 미리 결정된 시간 양 동안 각각 순차적으로 여기되도록 구성된다.
유리하게는, 각각의 돌출 극편 주위에 권선된 와이어는 지지 구조에 근접한 내부 와이어 및 지지 구조에 대해 원위에 있는 외부 와이어를 포함하고, 내부 와이어 및 외부 와이어는 돌출 극편이 쌍극 자석을 형성하도록 여기된다.
바람직하게는 여기 회로는 전자 게이팅 시스템을 포함한다.
본 발명의 제2 양태에 따르면, 앞서 설명한 고체 전자기 회전자를 포함하는 전력 발전기가 제공되고, 이는
고정자 하우징을 갖는 전력 발전기 고정자를 더 포함하고;
고체 전자기 회전자는 고정자 하우징 내에 또는 그 주위에 배치되고 고정자 하우징에 부착되어, 고체 전자기 회전자에 의해 생성된 자속 장이 고정자 코일을 여기시키고 전력을 생성한다.
이상적으로, 고정자는 공동 또는 반경방향 표면을 더 포함하고, 출력 포트에 전력을 지향시키도록 구성된 고정자 와이어를 더 포함한다.
바람직하게는 고정자의 공동은 고체 전자기 회전자를 수용하도록 구성된다.
유리하게는 전력 발전기는 다음 중 하나 이상을 실행하도록 구성된 프로세서를 더 포함한다:
전력 발전기의 원하는 목표 주파수에 기초하여 여기 사이클을 결정하는 단계; 및
돌출 극편 주위에 권선된 와이어에 연결된 여기 회로를 스위칭하여 와이어를 여기시켜 미리 정의된 시퀀스에 따라 복수의 돌출 극편의 자기 영역을 정렬시켜서 N-그룹의 돌출 극편 중 N번째 그룹의 돌출 극편의 자기 영역이 여기 사이클의 전반기(first half)에 제1 극성으로 정렬되고, 여기 사이클의 후반기(second half)에 제2 극성으로 정렬되도록 하는 단계.
유리하게는, 프로세서는 고체 주파수 발전기로부터 신호를 수신하고 신호에 기초하여 전력 발전기의 목표 주파수를 결정하도록 추가로 구성된다.
추가로 유리하게는 프로세서는 여기 사이클 내에서 여기 회로의 복수의 스위칭 소자를 순차적으로 온 및 오프 스위칭하도록 구성된다.
유리하게는, 전력 발전기로부터의 출력 전력의 일부가 여기 회로로 피드백된다.
유리하게는 출력 전력의 일부가 에너지 저장 디바이스로 라우팅된다.
바람직하게는 에너지 저장 디바이스는 배터리와 커패시터 중 하나 또는 그 조합을 포함한다.
바람직하게는, 전력 발전기는
복수의 전력 발전기 고정자- 복수의 전력 발전기 고정자 중 각각의 전력 발전기 고정자는 고정자 하우징을 포함함 -; 및 회전자-고정자-회전자-고정자 또는 고정자-회전자-고정자-회전자 중 어느 하나로 교번 방식으로 동심으로 고정자 하우징 각각에 각각 배치 및/또는 부착되는 복수의 고체 전자기 회전자를 더 포함한다.
바람직하게는, 고정자 하우징은 모터 고정자 하우징을 포함한다.
더욱 바람직하게는, 모터 고정자 하우징은 4극 전기 모터 고정자 하우징을 포함한다.
유리하게는, 4극 전기 모터 고정자 하우징은 회전자 인서트(insert)를 포함하고, 회전자 인서트는 4극 발전기의 권선 패턴에 전도체로 권선된다.
더욱 유리하게는 4극 전기 모터 고정자 하우징은 4극 모터 권선 패턴을 갖는 모터 고정자 권선을 포함한다.
이상적으로, 모터 고정자 권선은 4극 전기 모터의 패턴으로 연결된다.
유리하게는, 4극 전기 모터는 미리 정의된 주파수에서 4극 회전 자기장을 생성하도록 구성된다.
바람직하게는, 미리 정의된 주파수는 전력 발전기로부터의 60Hz 전력에 대해 1800rpm이고 전력 발전기로부터의 50Hz 전력에 대해 1500rpm이다.
바람직하게는, 4극 회전 자기장은 회전자 인서트에서 3상 전압을 생성한다.
유리하게는, 전력 발전기는 전력 발전기의 전압 및 전력 출력을 안정화하기 위한 발진 변조기를 더 포함한다. 발진기 변조기는 회전자 인서트를 함유하는 4극 전기 모터 고정자 하우징을 포함할 수 있으며, 여기서, 회전자 인서트는 "하이 와이(high-wye)" 후크업, "로우 와이(low-wye)" 후크업 또는 델타 후크업 중 어느 하나로 연결된 4극 발전기의 권선 패턴에 전도체로 권선된다.
바람직하게는, 발진기 변조기의 회전자 후크업으로부터의 리드는 복수의 커패시터와 연결되고; 모터 고정자는 전력 발전기의 3상 출력에 연결된다.
유리하게는 회전자 인서트로부터의 3상 전압 및 전류는 리드를 통해 커패시터 안팎으로 발진하여 전력 발전기의 전력 출력을 안정화시킨다.
본 발명의 제3 양태에 따르면, 앞서 설명한 전력 발전기를 사용하여 전력을 생성하는 방법이 제공되고, 이는 다음 단계:
전력 발전기의 목표 주파수에 기초하여 여기 사이클을 결정하는 단계; 진화하는 자속 장을 생성하기 위해 회전자의 돌출 극편의 자기 영역을 정렬하도록 미리 정의된 시퀀스에 따라 하나 이상의 와이어에 전류를 제공함으로써 여기 사이클을 실행하는 단계; 및
자속 장에 의해 생성된 최종 전류를 전력 출력으로 라우팅하는 단계를 포함하고; 자속 장의 강도는 자기 영역이 정렬됨에 따라 진화 및 증가하고;
진화하는 자속 장의 최대 강도는 고정자에 전력을 공급하는 이동 자극을 위한 에너지를 제공하는 전자기 정렬 장의 강도보다 적어도 4배 더 크다.
유리하게는, 방법은 최종 전류의 일부를 에너지 저장 디바이스로 라우팅하는 단계를 더 포함한다.
유리하게는, 방법은 전력 발전기로부터의 출력 전력의 일부를 다시 여기 회로로 라우팅하는 단계를 더 포함한다.
본 발명의 발전기의 경우, 회전자는 고체이고 회전하지 않고, 자극이 회전하며, 따라서, 회전자와 고정자 사이에 역 토크 또는 극간 자기 항력이 없다. 고정자 단편에 있는 이 유도 극은 전류 유동에 의해 유도되며, 전류가 전기 부하로 흐르기 전에 발전기가 전전압(full voltage)에 도달한다는 사실에 의해 입증되는 바와 같이 이는 전류 유동에 대해 어떠한 역할도 하지 않는다.
본 발명의 경우 회전 자극을 생성하기 위해 회전자를 여기시키는 에너지만 필요하다. 따라서, 시스템은 필요한 전력을 취하고 이를 발전기를 구동하기 위해 다시 순환시키며, 나머지 전력은 필요한 모든 목적에 사용되는 사용 가능한 전력이다.
회전자 코일을 통한 전류는 장을 정렬하는 데 필요한 것보다 더 많은 전력을 자기 영역으로부터 생성하는 강력한 이동 시퀀스 회전 자극을 형성하기 위해 금속의 자기 영역을 정렬하는 비교적 약한 자극을 형성한다. 따라서, 본 개시의 발명에서, 영역이 정렬됨에 따라 이동 자기장으로부터 수확된 에너지는 시스템에 대한 에너지 입력보다 더 많은 사용 가능한 전기 에너지 출력을 허용한다.
본 개시의 고체 회전자는 종래 기술에서 발견되는 표준 전기 회전 발전기와 비교할 때 5가지 설계 변경으로 인해 역 토크가 거의 없다:
1. 고체 시스템의 회전자는 이동 부분이 전혀 없고;
2. 회전자는 고정자 공동 내에서 회전하지 않고;
3. 자극은 적절한 주파수 및 시퀀스로 회전하여 원하는 전력 출력을 생성하고;
4. 고체 회전자는 단상, 2상 또는 3상의 임의의 표준 발전기를 개조하는 데 사용될 수 있고;
5. 회전자와 고정자는 반경방향으로 적층되어 전력과 효율을 개선시킬 수 있다.
2017년 11월 17일 Robert R. Holcomb 박사는 유럽 특허청(EPO)에 발명의 명칭이 "Solid-State Multi-Pole and Uni-Pole Electric Generator Rotor for AC/DC Electric Generators"인 특허 출원을 출원하였으며, 여기에서 그는 회전 자기장을 갖는 정적 회전자의 사용을 설명하였다. 이 개시는 역 토크 또는 역기전력의 제거를 위한 이 디바이스의 사용을 설명하였다. 또한, 효율 성능이 분명히 1보다 더 큰 것(>1)으로 설명하였다. 이 발견은 발전기가 자족식으로 동작할 수 있게 한다. 이 개시는 겉보기 입력 에너지보다 더 많은 에너지의 출력을 허용하는 입력 에너지의 메커니즘을 설명하지 않는다. 본 개시에서는 이 메커니즘을 다룬다. 입력 대 출력 에너지는 전기 강의 강자성 재료의 자기 영역으로부터 수확된 에너지를 에너지 수학식에 넣을 때 균형화된다.
회전 자기장을 생성하는 본 개시의 디바이스는 회전하지 않더라도 별개의 자극 형태로 회전 자기장을 방출하므로 회전자라 지칭되고, 따라서, 본 출원에서 회전자라 지칭된다.
본 개시의 시스템은 전력 발전기의 고전적 정의(전기 발전기의 웹스터 사전 정의: '기계적 에너지를 전기적 에너지로 변경하는 기계')를 따르지 않는다. 고전적인 발전기는 자화된 회전자를 회전시키는 기계적 에너지를 생성하기 위해 주 구동기를 사용하여 동작한다. 회전자로부터의 자속은 전자를 고정자 코일을 통해 전기 부하로 추진한다. 본 개시는 극성 자기장을 생성 및 전파하고, 이로부터의 자속이 고정자 코일을 통해 전기 부하로 전자를 추진한다. 자기장은 회전하지만 자극을 생성하는 물리적 부재(회전자)는 정적으로 유지된다. 따라서, 이 시스템은 어떠한 기존 전력 생성 시스템의 고전적 정의도 따르지 않기 때문에 이하에서 HES(The Holcomb Energy System)이라 지칭된다.
본 개시에 따른 실시예는 고체일 수 있고 고정자를 여기시키는 데 필요한 대부분의 자속을 제공할 수 있는 하나 이상의 전기 발전기 회전자를 위한 시스템 및 방법을 포함한다. 본 개시의 기립 돌출 극(standing salient pole)은 비교적 약한 전자기 극에 의해 여기된다. 이 비교적 약한 자극을 생성하는 전류는 발전기 고정자의 출력으로부터 취해진다. 이러한 기립 극이 전자기 코일에서 나오는 비교적 약한 전자기장에 의해 여기되면 이러한 약한 장은 전기 강의 자기 영역을 단일 방향으로 정렬한다. 자기 영역은 전기 강 또는 다른 적절한 재료의 원자의 페어링되지 않은 전자의 전자 스핀에 의해 형성된다. 따라서, 이 고체 발전기를 작동시키는 에너지의 대부분은 자기 영역을 형성하고 돌출 극 전자기 코일의 비교적 약한 장에 의해 정렬되는 페어링되지 않은 전자의 전자 스핀에 의해 제공된다. 이러한 영역이 정렬됨에 따라, 이들은 고정자 코일에서 전압 및 전류 유동을 유도하는 매우 강한 자속을 생성한다.
이러한 강자성 및 상자성 재료는 매우 강한 상호작용을 나타내는 원자 모멘트를 생성한다. 이러한 상호작용은 전자 교환력에 의해 생성되며 원자 모멘트의 평행 또는 역평행 정렬을 초래한다. 교환력은 매우 크고, 1,000테슬라 또는 지구 자기장 강도의 약 1억 배 정도의 장에 상당한다. 재료의 포화 자화는 자기장에서 획득할 수 있는 최대 유도 자기 모멘트이다(H.sat). 이 포화점을 넘어서면, 장은 약한 정렬 자기장의 추가 증가가 자화의 추가 증가를 생성하지 않을 것이다. 포화는 이용 가능한 모든 자기 영역이 정렬되었을 때 발생한다. 강자성 재료는 모멘트의 평행 정렬을 나타내어 심지어 정렬을 발생시키는 비교적 약한 전자기 극이 존재하는 경우에도 큰 순 자화를 초래한다.
일부 예시적인 실시예에 따르면, 역 토크의 제거에 의해 전력을 생성하기 위한 시스템이 제공된다. 역 토크는 표준 발전기 부하의 약 80%를 점유하며 이 부하를 원동기가 극복해야 한다. 본 개시의 발전기는 고체이고 이동 자속의 대부분은 회전자 전기 강 돌출 극 내에서 자기 영역의 점진적이고 진화하는 정렬에 의해 제공되며, 따라서, 매우 효율적이다. 발전기를 동작하는 데 필요한 유일한 전력은 회전자 자극 영역을 정렬하는 역할을 하는 약한 자극을 여기시키는 데 필요한 것뿐이다. 따라서, 발전기는 완전한 에너지 균형으로 동작한다.
1kW 입력 전력(정렬) + 자기 영역으로부터의 3kW
↓
4.0kW 출력 전력
위의 요약 수학식은 시스템의 모든 중요한 에너지를 설명하고 입력 및 출력 에너지는 완전히 균형화된다.
예를 들어, 본 개시에 따른 고체 전자기 회전자는 지지 구조 주위에 배열된 복수의 돌출 극편을 포함할 수 있으며, 여기서 각각의 돌출 극편의 제1 단부는 지지 구조에 부착되고 각각의 돌출 극편의 제2 단부는 지지 구조로부터 멀어지는 외부 또는 내부를 향하며, 와이어는, 복수의 돌출 극편의 와이어가 여기 회로에 의해 순차적으로 여기될 때 돌출 극편이 비교적 약한 자극을 제공하는 비교적 약한 전류에 의해 활성화되며, 이는 차례로 극의 자기 영역을 정렬함으로써 발전을 달성하기 위해 필요에 따라 별개의 자극의 형태로 강한 이동 극 자기장을 제공하도록 각각의 돌출 극편 주위에 권선된다.
일 양태에 따르면, 종래의 쌍극 또는 다중극 회전 회전자를 별개의 회전 자극을 생성하는 단극, 쌍극 또는 다중극 정적 고체 회전자 인서트로 교체하는 것을 포함하는 회전 전기 발전기로부터 역 토크를 제거하기 위한 방법이 개시된다. 이러한 자극은 극의 전기 강 주위에 감겨진 와이어를 여기시킴으로써 생성된다. 전기적 여기에 의해 생성된 비교적 약한 자극은 전기 강 또는 다른 적절한 재료의 자기 영역을 정렬한다. 자기 영역 정렬에 의해 생성되는 강력한 이동 장은 물리적 회전자 본체를 회전시키지 않고도 전력을 생성한다. 회전자가 물리적으로 회전하지 않기 때문에, 발전기가 전기 부하에 연결될 때 회전자 극과 고정자 단편에 유도된 자극 사이에 에너지 소모 상호작용이 없다. 또한, 발전기는 원하는 주파수를 유지하는 데 필요한 적절한 속도로 회전자를 회전시키는 데 에너지가 필요하지 않다. 입력 자기 에너지의 대부분은 금속 극의 자기 영역의 정렬로부터 진화한다.
본 개시는 강자성 및 상자성 재료로부터 비교적 무제한의 양의 전기 에너지를 수확하도록 설계된다. 본 개시는 고체 회전식 형태의 전력 발전기의 재설계이지만, 회전 전력 발전기에 제한되지 않는다. 이 설계는 전력 발전기에서 발견되는 역 토크를 제거하고 발전기에 전력을 공급하는 에너지 소스로 전기 강(그러나, 전기 강에만 제한되지 않음)의 자기 영역의 힘을 활용한다. 본 개시의 전기 강의 경우, 공기의 투자율 μ(H/M)의 비율은 1.2567 x 10-6 H/M이고 전기 강의 투자율은 5.0 x 10-3 H/M이다. 따라서 공기에 비교한 전기 강의 상대투자율은 4,000 최대 μ/μ0이다. 재료의 전자기 투자율은 재료의 단위 체적당 자기 영역 수와 관련이 있다.
자기 영역(magnetic domain)은 자화가 균일한 방향인 상자성 또는 강자성 재료 내의 구역이다. 이는 원자의 개별 자기 모멘트가 서로 정렬되어 있음을 의미한다. 영역을 분리하는 구역은 영역 벽(domain wall)이라 지칭되고, 여기서, 유도 자화는 한 영역의 방향에서 다음 영역의 방향으로 일관되게 회전한다.
본 개시에서 전자기 극은 기립 극의 자기 코일의 비교적 약한 자기장에 의해 정렬되는 영역의 극 방향에 의해 형성된다. 영역이 정렬됨에 따라, 이동 자기장의 힘은 주로 금속 또는 다른 적절한 재료에 있는 원자의 전자 스핀에 의해 형성되는 정렬된 영역으로부터 진화한다. 따라서, 이 전력 생성 기계에 전력을 공급하는 데 사용되는 에너지는 기립 극을 구성하는 강자성, 상자성 또는 다른 적절한 재료를 구성하는 원자의 페어링되지 않은 전자 스핀에 의해 제공된다.
전자석의 겉보기 강도에 영향을 미치는 요인은 다음과 같다:
1. 코어 주위를 감싸는 와이어 코일의 권회수이다.
2. 코일에 인가되는 전류의 강도.
3. 코어의 재료.
이는 단위 체적당 상대적인 자기 영역 수와 관련이 있다.
고체 전력 발전기 설계로 역 토크를 제거하는 것은 AC 또는 DC 발전기가 400 내지 500% 증가된 효율로 동작할 수 있게 한다. 이 설계 변경만으로도 발전기가 운용중인 표준 발전기에 필요한 입력 전력의 20%만을 필요로 하면서 표준 발전기가 동작하는 것과 같이 동작할 수 있게 하고, 또한 새로 설계된 발전기는 동일한 100% 출력을 유지한다.
본 개시의 경우, 발전기에 전력을 공급하기 위한 입력 에너지의 대부분은 발전기 회전자 및 고정자를 구성하는 데 사용되는 상자성 금속 또는 다른 적절한 재료의 고유한 전자 스핀 패턴으로부터 제공된다. 자속 투자율이 높은 재료는 자기 투자율이 낮은 재료에 비교하여 많은 수의 자기 영역을 갖는다.
이 시스템은 패러데이의 법칙에 따라 전력을 생성한다. 코일의 유도 전압은 그 루프 수, 각각의 루프의 단면적 및 이들 루프 내에서 자기장이 변화하는 속도 및 변화하는 장의 자속 밀도의 곱에 비례한다.
본 개시에서, 회전자는 정적이고, 즉, 회전하지 않으며, 따라서, 역 토크(역기전력)는 문제가 되지 않는다. 고정자의 유도 극은 고정자 코일의 전류 유동에 의해 유도된다. 이 전류는 1차 발전기에서 생성되고 고체 릴레이에 의해 적절한 회전자 코일로 라우팅되는 전류에 의해 순차적으로 여기되는 일련의 기립 극에 의해 생성된다. 여기 코일은 기립 극의 자기 영역을 정렬하고 자기 영역이 정렬됨에 따라 이동 자기장이 형성된다. 자기 영역은 고정자에서 전압 및 전류를 유도하기 위해 이동 자속 밀도를 제공한다. 컴퓨터 작동 시스템은 1800rpm에서 회전하고 3상 60hz 전력을 생성하거나 1500rpm에서 3상 50hz 전력을 생성하는 4개의 별개의 자극(N, S, N, S)을 생성한다. 주파수는 내장 컴퓨터 시퀀싱 시스템에 의해 제어된다.
본 개시의 특정 실시예를 상세히 설명하기 전에, 본 개시는 다음 설명에 기재되거나 도면에 예시된 컴포넌트의 배열에 제한되지 않는다는 것을 이해해야 한다. 본 개시는 설명된 것에 더하여 다양한 방식으로 실시되고 수행될 수 있는 실시예가 가능하다. 또한, 요약서뿐만 아니라 본 출원에서 사용된 어구 및 용어는 설명의 목적을 위한 것이며 제한적인 것으로 고려되어서는 안됨을 이해하여야 한다.
이와 같이, 본 기술 분야의 숙련자는 본 개시의 기초가 되는 개념 및 특징이 본 개시의 여러 목적을 수행하기 위한 다른 구조, 방법 및 시스템을 설계하기 위한 기초로서 쉽게 이용될 수 있음을 이해할 것이다. 더욱이, 청구범위는 본 개시의 정신 및 범위를 벗어나지 않는 한 이러한 등가 구성을 포함하는 것으로 고려되어야 한다.
도 1은 본 개시의 실시예에 따른, 돌출 극편 및 자속 슬리브를 나타내는 예시적인 회전자 적층체의 단면 단부도를 예시하는 도면이다.
도 2는 본 개시의 실시예에 따른, 돌출 극편, 자속 철심 및 극편 권선을 나타내는 예시적인 회전자 적층체의 단면 단부도를 예시하는 도면이다.
도 3은 본 개시의 실시예에 따른, 시계 방향 방식의 굴곡 및 극편 권선을 갖는 돌출 극편을 나타내는 예시적인 회전자 적층체의 단면 단부도를 예시하는 도면이다.
도 4는 본 개시의 실시예에 따른, 16 권선 돌출 극 및 자속 복귀 인서트를 나타내는 예시적인 고체 회전자의 단부도를 예시하는 도면이다.
도 5는 본 개시의 실시예에 따른 4극, 60Hz 사이클-펄스 #1을 통해 모든 16 돌출 극에 대해 입증된 극 권선 및 여기 극성 시퀀싱 회로를 갖는 예시적인 고체 회전자의 단부도를 예시하는 도면이다.
도 6은 본 개시의 실시예에 따른 4극, 60Hz 사이클-펄스 #2를 통해 모든 16개의 돌출 극에 대해 입증된 극 권선 및 여기 극성 시퀀싱 회로를 갖는 예시적인 고체 회전자의 단부도를 예시하는 도면이다.
도 7은 본 개시의 실시예에 따른 4극, 60Hz 사이클-펄스 #3을 통해 모든 16 돌출 극에 대해 입증된 극 권선 및 여기 극성 시퀀싱 회로를 갖는 예시적인 고체 회전자의 단부도를 예시하는 도면이다.
도 8은 본 개시의 실시예에 따른 4극, 60Hz 사이클-펄스 #4를 통해 모든 16 돌출 극에 대해 입증된 극 권선 및 여기 극성 시퀀싱 회로를 갖는 예시적인 고체 회전자의 단부도를 예시하는 도면이다.
도 9는 본 개시의 실시예에 따른 4극, 60Hz 사이클-펄스 #5을 통해 모든 16 돌출 극에 대해 입증된 극 권선 및 여기 극성 시퀀싱 회로를 갖는 예시적인 고체 회전자의 단부도를 예시하는 도면이다.
도 10은 본 개시의 실시예에 따른 4극, 60Hz 사이클-펄스 #6을 통해 모든 16 돌출 극에 대해 입증된 극 권선 및 여기 극성 시퀀싱 회로를 갖는 예시적인 고체 회전자의 단부도를 예시하는 도면이다.
도 11은 본 개시의 실시예에 따른 4극, 60Hz 사이클-펄스 #7을 통해 모든 16 돌출 극에 대해 입증된 극 권선 및 여기 극성 시퀀싱 회로를 갖는 예시적인 고체 회전자의 단부도를 예시하는 도면이다.
도 12는 본 개시의 실시예에 따른 4극, 60Hz 사이클-펄스 #8을 통해 모든 16 돌출 극에 대해 입증된 극 권선 및 여기 극성 시퀀싱 회로를 갖는 예시적인 고체 회전자의 단부도를 예시하는 도면이다.
도 13은 본 개시의 실시예에 따른 4극, 60Hz 사이클-펄스 #9를 통해 모든 16 돌출 극에 대해 입증된 극 권선 및 여기 극성 시퀀싱 회로를 갖는 예시적인 고체 회전자의 단부도를 예시하는 도면이다.
도 14는 본 개시의 실시예에 따른 4극, 60Hz 사이클-펄스 #10을 통해 모든 16 돌출 극에 대해 입증된 극 권선 및 여기 극성 시퀀싱 회로를 갖는 예시적인 고체 회전자의 단부도를 예시하는 도면이다.
도 15는 본 개시의 실시예에 따른 4극, 60Hz 사이클-펄스 #11을 통해 모든 16개의 돌출 극에 대해 입증된 극 권선 및 여기 극성 시퀀싱 회로를 갖는 예시적인 고체 회전자의 단부도를 예시하는 도면이다.
도 16은 본 개시의 실시예에 따른 4극, 60Hz 사이클-펄스 #12를 통해 모든 16 돌출 극에 대해 입증된 극 권선 및 여기 극성 시퀀싱 회로를 갖는 예시적인 고체 회전자의 단부도를 예시하는 도면이다.
도 17은 본 개시의 실시예에 따른 4극, 60Hz 사이클-펄스 #13을 통해 모든 16 돌출 극에 대해 입증된 극 권선 및 여기 극성 시퀀싱 회로를 갖는 예시적인 고체 회전자의 단부도를 예시하는 도면이다.
도 18은 본 개시의 실시예에 따른 4극, 60Hz 사이클-펄스 #14를 통해 모든 16 돌출 극에 대해 입증된 극 권선 및 여기 극성 시퀀싱 회로를 갖는 예시적인 고체 회전자의 단부도를 예시하는 도면이다.
도 19는 본 개시의 실시예에 따른 4극, 60Hz 사이클-펄스 #15를 통해 모든 16 돌출 극에 대해 입증된 극 권선 및 여기 극성 시퀀싱 회로를 갖는 예시적인 고체 회전자의 단부도를 예시하는 도면이다.
도 20은 본 개시의 실시예에 따른 4극, 60Hz 사이클-펄스 #16을 통해 모든 16 돌출 극에 대해 입증된 극 권선 및 여기 극성 시퀀싱 회로를 갖는 예시적인 고체 회전자의 단부도를 예시하는 도면이다.
도 21은 본 개시의 실시예에 따른 4극, 60Hz 사이클-펄스 #1을 통해 모든 16 돌출 극에 대해 입증된 극 권선 및 여기 극성 시퀀싱 회로를 갖는 예시적인 고체 회전자의 단부도를 예시하는 도면이다.
도 22는 본 개시의 실시예에 따른 고정자 적층체 및 회전자 적층체 부재의 단면 단부도를 예시하는 도면이다.
도 23은 본 개시의 실시예에 따른, 조합된 내부 회전자 적층체, 고정자 적층체 및 외부 회전자 적층체 부재의 2개의 단면 단부도를 예시하는 도면이다.
도 24는 본 개시의 실시예에 따른, 가압되고 절연 및 권선 준비가 된 내부 회전자 적층체, 고정자 적층체 및 외부 회전자 적층체의 단면 단부 경사 입면도를 예시하는 도면이다.
도 25는 본 개시의 실시예에 따른, 정렬될 때 금속의 정렬된 자기 영역에 의해 생성되는 진화하는 자속 장이 묘사된 고정자/회전자 적층체의 단면 단부도를 예시하는 도면이다.
도 26은 본 개시의 실시예에 따른, 도 25와 비교하여 더 정렬될 때 금속의 자기 영역의 정렬에 의해 생성되는 진화하는 자속 장이 묘사된 고정자/회전자 적층체의 단면 단부도를 예시하는 도면이다.
도 27은 본 개시의 실시예에 따른, 도 26과 비교하여 더 정렬될 때 금속의 자기 영역의 정렬에 의해 생성되는 진화하는 자속 장이 묘사 고정자/회전자 적층체의 단면 단부도를 예시하는 도면이다.
도 28은 본 개시의 실시예에 따른, 도 27과 비교하여 더 정렬될 때 금속의 자기 영역의 정렬에 의해 생성되는 진화하는 자속 장이 묘사된 고정자/회전자 적층체의 단면 단부도를 예시하는 도면이다.
도 29는 본 개시의 실시예에 따른, 도 28과 비교하여 더 정렬될 때 금속의 자기 영역의 정렬에 의해 생성되는 진화하는 자속 장이 묘사된 고정자/회전자 적층체의 단면 단부도를 예시하는 도면이다.
도 30은 본 개시의 실시예에 따른 내부 회전자 적층체, 고정자 적층체 및 외부 회전자 적층체가 권선 및 설치되어 있는 상위 단부도를 예시하는 도면이다.
도 31은 본 개시의 실시예에 따른, 권선 및 설치된 회전자/고정자/회전자의 상위 경사 투영을 예시하는 도면이다.
도 32는 본 개시의 실시예에 따른, 고정자 유닛의 베이스 권선 패턴을 예시하는 도면이다.
도 33은 본 개시의 실시예에 따른, 조립된 모든 회전자 적층체 및 권선을 갖는 회전자를 도시하는 단부도의 선도를 예시하는 도면이다.
도 34는 본 개시의 실시예에 따른 부재 조합의 회전자/고정자 적층체의 단면 단부도를 예시하는 도면이다.
도 34a는 본 개시의 실시예에 따른, 부재 조합의 회전자/고정자 적층체의 단면 단부도를 예시하는 도면이고, 그 전형적인 치수가 포함되어 있다.
도 35는 본 개시의 실시예에 따른, 내부 고정자 적층체 부재의 단면 단부도를 예시하는 도면이다.
도 36은 본 개시의 실시예에 따른, 이중 회전자 적층체 부재의 단면 단부도를 예시하는 도면이다.
도 37은 본 개시의 실시예에 따른, 이중 고정자 적층체 부재의 단면 단부도를 예시하는 도면이다.
도 38은 본 개시의 실시예에 따른, 외부 회전자 적층체 부재의 단면 단부도를 예시하는 도면이다.
도 39는 본 개시의 실시예에 따른 "하이 와이" 4-와이어 후크업에서 3상 코일의 후크업 패턴을 예시하는 도면이다.
도 40은 본 개시의 실시예에 따른, 발전기에 의해 생성된 3상 전력의 오실로스코프 추적을 예시하는 도면이다.
도 41은 본 개시의 일 실시예에 따른 회전자/고정자를 덮는 카울링의 입면도이다.
도 42는 본 개시의 일 실시예에 따른 회전자/고정자를 덮는 부분적으로 분리된 카울링의 입면도이다.
도 43은 본 개시의 실시예 중 하나의 회전자/고정자를 덮는 부분적으로 분리된 카울링(도 42와 비교할 때 더 분리됨)의 입면도이다.
도 44는 본 개시의 실시예에 따른, 제자리에 3개 위상 권선을 갖는 발진 변조기 적층체의 단부도 투영을 예시하는 도면이다.
도 45는 본 개시의 실시예에 따른, 발진 변조기의 베이스 권선 패턴을 예시하는 도면이다.
도 46은 본 개시의 실시예에 따른, 회전자와의 조립을 위해 완전히 권선되고 준비된 발진 변조기의 고정자를 예시하는 도면이다.
도 47은 본 개시의 실시예에 따른, 가압되고 권선될 준비가 된 발진 변조기의 회전자 적층체를 예시하는 도면이다.
도 48은 본 개시의 실시예에 따른, 완전히 권선되고 고정자 내로 배치되도록 준비된 발진 변조기의 회전자 적층체를 예시하는 도면이다.
도 49는 본 개시의 실시예에 따른, 발진 변조기의 고정자 및 회전자 후크업을 예시하는 도면이다.
도 50은 본 개시의 실시예에 따른 자가 급전 발전기의 블록도를 예시하는 도면이다.
도 50a는 전기 강 및 플렉시글라스 모두에 대한 코일에 제공되는 전류의 크기 대 가우스 단위로 생성된 자속의 강도의 변화의 그래프 플롯이다.
도 51은 본 개시의 일 실시예에 따른 발전기의 대표적인 극 회로를 예시하는 도면이다.
도 52는 본 개시의 실시예에 따른, 시스템의 발전기 주 제어 패널의 단부도를 예시하는 도면이다.
도 53은 본 개시의 실시예에 따른, 시스템의 발전기 극 모듈 중 하나의 모습을 예시하는 도면이다.
도 54는 본 개시의 실시예에 따른, 발전기 극 모듈 다이오드/단자 접합 중 하나의 모습을 예시하는 도면이다.
도 55는 본 개시의 실시예에 따른, 커패시터 뱅크 격리 극 방전 유닛 중 하나를 예시하는 도면이다.
도 56은 본 개시의 실시예에 따른, 컴퓨터 제어기의 신호 시간 시퀀스 프로그램을 예시하는 도면이다.
도 57은 본 개시의 실시예에 따른, 격리된 커패시터 충전 시스템을 예시하는 도면이다.
도 58은 본 개시의 실시예에 따른, 격리 배터리 충전기의 릴레이 타이머 제어 회로를 예시하는 도면이다.
도 59는 본 개시의 실시예에 따른, 발전기 자가 충전 시스템 배터리 및 커패시터 레이아웃을 예시하는 도면이다.
도 60은 본 개시의 실시예에 따른, 36 볼트 커패시터/배터리 뱅크를 예시하는 도면이다.
도 61은 본 개시의 실시예에 따른, 외부 전력 공급 장치를 사용하지 않는 24시간 자가 충전, 자체 지속 작동에 걸쳐 36 볼트 배터리 커패시터/배터리 뱅크에 대한 시간에 대한 전압 변화의 플롯으로부터의 도면이다.
도 62는 본 개시의 실시예에 따른, 자가 충전, 자체 지속 작동을 위한 전압계 및 데이터 로거를 갖는 측정 지점의 블록도이다.
도 63은 본 개시의 실시예에 따른, 전력 확대 실험을 위한 전압계 및 데이터 로거를 갖는 측정 지점의 블록도이다.
도 64는 본 개시의 실시예에 따른, 전력 확대 실험을 입증하기 위해 전압계 및 데이터 로거로 측정 데이터 지점으로부터 취한 데이터의 그래프이다.
도 65는 본 개시의 실시예에 따른, 부하 하에서의 전압 강하가 나머지 사용 가능한 에너지의 와트에 대해 플롯팅된, 48 볼트 배터리 뱅크로부터의 도면이다.
도 66은 본 개시의 실시예에 따른, 24시간 기간 동안 36 볼트 배터리/커패시터 뱅크에 대한 시간에 대한 전압 변화의 플롯이다.
도 67은 본 개시의 실시예에 따른, 외부 전원을 사용하지 않는 12시간 자체 지속 작동에 걸친 36 볼트 배터리 뱅크에 대한 시간에 대한 전압 변화의 플롯이다.
도 68은 본 개시의 실시예에 따른, 자체 지속 대 비-자체 지속 작동으로부터의 데이터를 관찰한 2시간 기간에 걸친 36 볼트 배터리 뱅크에 대한 시간에 대한 전압 변화의 플롯이다.
도 69는 본 개시의 실시예에 따른, 외부 전원을 사용하지 않는 103분 작동에 걸친 36 볼트 배터리 뱅크에 대한 시간에 대한 전압 변화의 플롯이다.
도 70은 본 개시의 실시예에 따른, 외부 전원을 사용하지 않는 자가 충전, 자체 지속 모드에서 24시간에 걸친 36 볼트 배터리 뱅크에 대한 시간에 대한 전압 변화의 플롯이다.
도 71은 본 개시의 실시예에 따른, 발전에서 전기 강의 자기 영역이 수행하는 역할의 평가에 사용되는 플렉시글라스 테스트 조립체의 도면이다.
도 72는 본 개시의 실시예에 따른, 발전에서 전기 강의 자기 영역이 수행하는 역할의 평가에 사용되는 전기 강 테스트 조립체의 도면이다.
도 73은 본 개시의 실시예에 따른, 디스플레이된 테스트 데이터와 함께 발전에서 전기 강의 자기 영역에 의해 수행되는 역할의 평가에 사용되는 플렉시글라스 테스트 조립체의 도면이다.
도 74는 본 개시의 실시예에 따른, 추가 테스트 데이터와 함께 발전에서 전기 강의 자기 영역에 의해 수행되는 역할의 평가에 사용되는 전기 강 테스트 조립체의 도면이다.
도 75는 본 개시의 실시예에 따른, 추가 테스트 데이터와 함께 발전에서 전기 강의 자기 영역에 의해 수행되는 역할의 평가에 사용되는 전기 강 테스트 조립체의 도면이다.
도 76은 본 개시의 실시예에 따른, 추가 테스트 데이터와 함께 발전에서 전기 강의 자기 영역에 의해 수행되는 역할의 평가에 사용되는 전기 강 테스트 조립체의 도면이다.
도 77은 본 개시의 실시예에 따른, 동작 사이클 동안 고정자에 대한 전력 출력을 최대화하기 위해 각각의 회전자 구조의 바닥에 볼트결합되는 조립체의 예시이다.
도 78은 본 개시의 실시예에 따른, 이전 도면의 세라믹 베어링 표면 및 부착 표면의 예시이다.
도 79는 본 개시의 실시예에 따른, 부착 표면의 단면도의 예시이다.
도 80은 본 개시의 실시예에 따른, 컴퓨터/제어기 동작 사이클의 스캔 사이클을 예시하는 프로세스 도면이다.
도 81은 본 개시의 실시예에 따른, 로직 래더 시퀀스 우선순위의 예시이다.
도 82는 본 개시의 실시예에 따른, 3상 발전기의 다리에 걸쳐 커패시턴스를 균형화할 수 있는 릴레이 제어 시스템의 예시이다.
도 83은 본 개시의 일 실시예에 따른 여기 전력 공급 제어 회로를 예시하는 도면이다.
도 84는 본 개시의 실시예에 따른 회전자 임피던스 변조기 제어 회로를 예시하는 도면이다.
본 명세서에 포함되고 그 일부를 구성하는 첨부 도면은 설명과 함께 다양한 예시적인 실시예의 원리를 예시하고 설명하는 역할을 한다.
도 2는 본 개시의 실시예에 따른, 돌출 극편, 자속 철심 및 극편 권선을 나타내는 예시적인 회전자 적층체의 단면 단부도를 예시하는 도면이다.
도 3은 본 개시의 실시예에 따른, 시계 방향 방식의 굴곡 및 극편 권선을 갖는 돌출 극편을 나타내는 예시적인 회전자 적층체의 단면 단부도를 예시하는 도면이다.
도 4는 본 개시의 실시예에 따른, 16 권선 돌출 극 및 자속 복귀 인서트를 나타내는 예시적인 고체 회전자의 단부도를 예시하는 도면이다.
도 5는 본 개시의 실시예에 따른 4극, 60Hz 사이클-펄스 #1을 통해 모든 16 돌출 극에 대해 입증된 극 권선 및 여기 극성 시퀀싱 회로를 갖는 예시적인 고체 회전자의 단부도를 예시하는 도면이다.
도 6은 본 개시의 실시예에 따른 4극, 60Hz 사이클-펄스 #2를 통해 모든 16개의 돌출 극에 대해 입증된 극 권선 및 여기 극성 시퀀싱 회로를 갖는 예시적인 고체 회전자의 단부도를 예시하는 도면이다.
도 7은 본 개시의 실시예에 따른 4극, 60Hz 사이클-펄스 #3을 통해 모든 16 돌출 극에 대해 입증된 극 권선 및 여기 극성 시퀀싱 회로를 갖는 예시적인 고체 회전자의 단부도를 예시하는 도면이다.
도 8은 본 개시의 실시예에 따른 4극, 60Hz 사이클-펄스 #4를 통해 모든 16 돌출 극에 대해 입증된 극 권선 및 여기 극성 시퀀싱 회로를 갖는 예시적인 고체 회전자의 단부도를 예시하는 도면이다.
도 9는 본 개시의 실시예에 따른 4극, 60Hz 사이클-펄스 #5을 통해 모든 16 돌출 극에 대해 입증된 극 권선 및 여기 극성 시퀀싱 회로를 갖는 예시적인 고체 회전자의 단부도를 예시하는 도면이다.
도 10은 본 개시의 실시예에 따른 4극, 60Hz 사이클-펄스 #6을 통해 모든 16 돌출 극에 대해 입증된 극 권선 및 여기 극성 시퀀싱 회로를 갖는 예시적인 고체 회전자의 단부도를 예시하는 도면이다.
도 11은 본 개시의 실시예에 따른 4극, 60Hz 사이클-펄스 #7을 통해 모든 16 돌출 극에 대해 입증된 극 권선 및 여기 극성 시퀀싱 회로를 갖는 예시적인 고체 회전자의 단부도를 예시하는 도면이다.
도 12는 본 개시의 실시예에 따른 4극, 60Hz 사이클-펄스 #8을 통해 모든 16 돌출 극에 대해 입증된 극 권선 및 여기 극성 시퀀싱 회로를 갖는 예시적인 고체 회전자의 단부도를 예시하는 도면이다.
도 13은 본 개시의 실시예에 따른 4극, 60Hz 사이클-펄스 #9를 통해 모든 16 돌출 극에 대해 입증된 극 권선 및 여기 극성 시퀀싱 회로를 갖는 예시적인 고체 회전자의 단부도를 예시하는 도면이다.
도 14는 본 개시의 실시예에 따른 4극, 60Hz 사이클-펄스 #10을 통해 모든 16 돌출 극에 대해 입증된 극 권선 및 여기 극성 시퀀싱 회로를 갖는 예시적인 고체 회전자의 단부도를 예시하는 도면이다.
도 15는 본 개시의 실시예에 따른 4극, 60Hz 사이클-펄스 #11을 통해 모든 16개의 돌출 극에 대해 입증된 극 권선 및 여기 극성 시퀀싱 회로를 갖는 예시적인 고체 회전자의 단부도를 예시하는 도면이다.
도 16은 본 개시의 실시예에 따른 4극, 60Hz 사이클-펄스 #12를 통해 모든 16 돌출 극에 대해 입증된 극 권선 및 여기 극성 시퀀싱 회로를 갖는 예시적인 고체 회전자의 단부도를 예시하는 도면이다.
도 17은 본 개시의 실시예에 따른 4극, 60Hz 사이클-펄스 #13을 통해 모든 16 돌출 극에 대해 입증된 극 권선 및 여기 극성 시퀀싱 회로를 갖는 예시적인 고체 회전자의 단부도를 예시하는 도면이다.
도 18은 본 개시의 실시예에 따른 4극, 60Hz 사이클-펄스 #14를 통해 모든 16 돌출 극에 대해 입증된 극 권선 및 여기 극성 시퀀싱 회로를 갖는 예시적인 고체 회전자의 단부도를 예시하는 도면이다.
도 19는 본 개시의 실시예에 따른 4극, 60Hz 사이클-펄스 #15를 통해 모든 16 돌출 극에 대해 입증된 극 권선 및 여기 극성 시퀀싱 회로를 갖는 예시적인 고체 회전자의 단부도를 예시하는 도면이다.
도 20은 본 개시의 실시예에 따른 4극, 60Hz 사이클-펄스 #16을 통해 모든 16 돌출 극에 대해 입증된 극 권선 및 여기 극성 시퀀싱 회로를 갖는 예시적인 고체 회전자의 단부도를 예시하는 도면이다.
도 21은 본 개시의 실시예에 따른 4극, 60Hz 사이클-펄스 #1을 통해 모든 16 돌출 극에 대해 입증된 극 권선 및 여기 극성 시퀀싱 회로를 갖는 예시적인 고체 회전자의 단부도를 예시하는 도면이다.
도 22는 본 개시의 실시예에 따른 고정자 적층체 및 회전자 적층체 부재의 단면 단부도를 예시하는 도면이다.
도 23은 본 개시의 실시예에 따른, 조합된 내부 회전자 적층체, 고정자 적층체 및 외부 회전자 적층체 부재의 2개의 단면 단부도를 예시하는 도면이다.
도 24는 본 개시의 실시예에 따른, 가압되고 절연 및 권선 준비가 된 내부 회전자 적층체, 고정자 적층체 및 외부 회전자 적층체의 단면 단부 경사 입면도를 예시하는 도면이다.
도 25는 본 개시의 실시예에 따른, 정렬될 때 금속의 정렬된 자기 영역에 의해 생성되는 진화하는 자속 장이 묘사된 고정자/회전자 적층체의 단면 단부도를 예시하는 도면이다.
도 26은 본 개시의 실시예에 따른, 도 25와 비교하여 더 정렬될 때 금속의 자기 영역의 정렬에 의해 생성되는 진화하는 자속 장이 묘사된 고정자/회전자 적층체의 단면 단부도를 예시하는 도면이다.
도 27은 본 개시의 실시예에 따른, 도 26과 비교하여 더 정렬될 때 금속의 자기 영역의 정렬에 의해 생성되는 진화하는 자속 장이 묘사 고정자/회전자 적층체의 단면 단부도를 예시하는 도면이다.
도 28은 본 개시의 실시예에 따른, 도 27과 비교하여 더 정렬될 때 금속의 자기 영역의 정렬에 의해 생성되는 진화하는 자속 장이 묘사된 고정자/회전자 적층체의 단면 단부도를 예시하는 도면이다.
도 29는 본 개시의 실시예에 따른, 도 28과 비교하여 더 정렬될 때 금속의 자기 영역의 정렬에 의해 생성되는 진화하는 자속 장이 묘사된 고정자/회전자 적층체의 단면 단부도를 예시하는 도면이다.
도 30은 본 개시의 실시예에 따른 내부 회전자 적층체, 고정자 적층체 및 외부 회전자 적층체가 권선 및 설치되어 있는 상위 단부도를 예시하는 도면이다.
도 31은 본 개시의 실시예에 따른, 권선 및 설치된 회전자/고정자/회전자의 상위 경사 투영을 예시하는 도면이다.
도 32는 본 개시의 실시예에 따른, 고정자 유닛의 베이스 권선 패턴을 예시하는 도면이다.
도 33은 본 개시의 실시예에 따른, 조립된 모든 회전자 적층체 및 권선을 갖는 회전자를 도시하는 단부도의 선도를 예시하는 도면이다.
도 34는 본 개시의 실시예에 따른 부재 조합의 회전자/고정자 적층체의 단면 단부도를 예시하는 도면이다.
도 34a는 본 개시의 실시예에 따른, 부재 조합의 회전자/고정자 적층체의 단면 단부도를 예시하는 도면이고, 그 전형적인 치수가 포함되어 있다.
도 35는 본 개시의 실시예에 따른, 내부 고정자 적층체 부재의 단면 단부도를 예시하는 도면이다.
도 36은 본 개시의 실시예에 따른, 이중 회전자 적층체 부재의 단면 단부도를 예시하는 도면이다.
도 37은 본 개시의 실시예에 따른, 이중 고정자 적층체 부재의 단면 단부도를 예시하는 도면이다.
도 38은 본 개시의 실시예에 따른, 외부 회전자 적층체 부재의 단면 단부도를 예시하는 도면이다.
도 39는 본 개시의 실시예에 따른 "하이 와이" 4-와이어 후크업에서 3상 코일의 후크업 패턴을 예시하는 도면이다.
도 40은 본 개시의 실시예에 따른, 발전기에 의해 생성된 3상 전력의 오실로스코프 추적을 예시하는 도면이다.
도 41은 본 개시의 일 실시예에 따른 회전자/고정자를 덮는 카울링의 입면도이다.
도 42는 본 개시의 일 실시예에 따른 회전자/고정자를 덮는 부분적으로 분리된 카울링의 입면도이다.
도 43은 본 개시의 실시예 중 하나의 회전자/고정자를 덮는 부분적으로 분리된 카울링(도 42와 비교할 때 더 분리됨)의 입면도이다.
도 44는 본 개시의 실시예에 따른, 제자리에 3개 위상 권선을 갖는 발진 변조기 적층체의 단부도 투영을 예시하는 도면이다.
도 45는 본 개시의 실시예에 따른, 발진 변조기의 베이스 권선 패턴을 예시하는 도면이다.
도 46은 본 개시의 실시예에 따른, 회전자와의 조립을 위해 완전히 권선되고 준비된 발진 변조기의 고정자를 예시하는 도면이다.
도 47은 본 개시의 실시예에 따른, 가압되고 권선될 준비가 된 발진 변조기의 회전자 적층체를 예시하는 도면이다.
도 48은 본 개시의 실시예에 따른, 완전히 권선되고 고정자 내로 배치되도록 준비된 발진 변조기의 회전자 적층체를 예시하는 도면이다.
도 49는 본 개시의 실시예에 따른, 발진 변조기의 고정자 및 회전자 후크업을 예시하는 도면이다.
도 50은 본 개시의 실시예에 따른 자가 급전 발전기의 블록도를 예시하는 도면이다.
도 50a는 전기 강 및 플렉시글라스 모두에 대한 코일에 제공되는 전류의 크기 대 가우스 단위로 생성된 자속의 강도의 변화의 그래프 플롯이다.
도 51은 본 개시의 일 실시예에 따른 발전기의 대표적인 극 회로를 예시하는 도면이다.
도 52는 본 개시의 실시예에 따른, 시스템의 발전기 주 제어 패널의 단부도를 예시하는 도면이다.
도 53은 본 개시의 실시예에 따른, 시스템의 발전기 극 모듈 중 하나의 모습을 예시하는 도면이다.
도 54는 본 개시의 실시예에 따른, 발전기 극 모듈 다이오드/단자 접합 중 하나의 모습을 예시하는 도면이다.
도 55는 본 개시의 실시예에 따른, 커패시터 뱅크 격리 극 방전 유닛 중 하나를 예시하는 도면이다.
도 56은 본 개시의 실시예에 따른, 컴퓨터 제어기의 신호 시간 시퀀스 프로그램을 예시하는 도면이다.
도 57은 본 개시의 실시예에 따른, 격리된 커패시터 충전 시스템을 예시하는 도면이다.
도 58은 본 개시의 실시예에 따른, 격리 배터리 충전기의 릴레이 타이머 제어 회로를 예시하는 도면이다.
도 59는 본 개시의 실시예에 따른, 발전기 자가 충전 시스템 배터리 및 커패시터 레이아웃을 예시하는 도면이다.
도 60은 본 개시의 실시예에 따른, 36 볼트 커패시터/배터리 뱅크를 예시하는 도면이다.
도 61은 본 개시의 실시예에 따른, 외부 전력 공급 장치를 사용하지 않는 24시간 자가 충전, 자체 지속 작동에 걸쳐 36 볼트 배터리 커패시터/배터리 뱅크에 대한 시간에 대한 전압 변화의 플롯으로부터의 도면이다.
도 62는 본 개시의 실시예에 따른, 자가 충전, 자체 지속 작동을 위한 전압계 및 데이터 로거를 갖는 측정 지점의 블록도이다.
도 63은 본 개시의 실시예에 따른, 전력 확대 실험을 위한 전압계 및 데이터 로거를 갖는 측정 지점의 블록도이다.
도 64는 본 개시의 실시예에 따른, 전력 확대 실험을 입증하기 위해 전압계 및 데이터 로거로 측정 데이터 지점으로부터 취한 데이터의 그래프이다.
도 65는 본 개시의 실시예에 따른, 부하 하에서의 전압 강하가 나머지 사용 가능한 에너지의 와트에 대해 플롯팅된, 48 볼트 배터리 뱅크로부터의 도면이다.
도 66은 본 개시의 실시예에 따른, 24시간 기간 동안 36 볼트 배터리/커패시터 뱅크에 대한 시간에 대한 전압 변화의 플롯이다.
도 67은 본 개시의 실시예에 따른, 외부 전원을 사용하지 않는 12시간 자체 지속 작동에 걸친 36 볼트 배터리 뱅크에 대한 시간에 대한 전압 변화의 플롯이다.
도 68은 본 개시의 실시예에 따른, 자체 지속 대 비-자체 지속 작동으로부터의 데이터를 관찰한 2시간 기간에 걸친 36 볼트 배터리 뱅크에 대한 시간에 대한 전압 변화의 플롯이다.
도 69는 본 개시의 실시예에 따른, 외부 전원을 사용하지 않는 103분 작동에 걸친 36 볼트 배터리 뱅크에 대한 시간에 대한 전압 변화의 플롯이다.
도 70은 본 개시의 실시예에 따른, 외부 전원을 사용하지 않는 자가 충전, 자체 지속 모드에서 24시간에 걸친 36 볼트 배터리 뱅크에 대한 시간에 대한 전압 변화의 플롯이다.
도 71은 본 개시의 실시예에 따른, 발전에서 전기 강의 자기 영역이 수행하는 역할의 평가에 사용되는 플렉시글라스 테스트 조립체의 도면이다.
도 72는 본 개시의 실시예에 따른, 발전에서 전기 강의 자기 영역이 수행하는 역할의 평가에 사용되는 전기 강 테스트 조립체의 도면이다.
도 73은 본 개시의 실시예에 따른, 디스플레이된 테스트 데이터와 함께 발전에서 전기 강의 자기 영역에 의해 수행되는 역할의 평가에 사용되는 플렉시글라스 테스트 조립체의 도면이다.
도 74는 본 개시의 실시예에 따른, 추가 테스트 데이터와 함께 발전에서 전기 강의 자기 영역에 의해 수행되는 역할의 평가에 사용되는 전기 강 테스트 조립체의 도면이다.
도 75는 본 개시의 실시예에 따른, 추가 테스트 데이터와 함께 발전에서 전기 강의 자기 영역에 의해 수행되는 역할의 평가에 사용되는 전기 강 테스트 조립체의 도면이다.
도 76은 본 개시의 실시예에 따른, 추가 테스트 데이터와 함께 발전에서 전기 강의 자기 영역에 의해 수행되는 역할의 평가에 사용되는 전기 강 테스트 조립체의 도면이다.
도 77은 본 개시의 실시예에 따른, 동작 사이클 동안 고정자에 대한 전력 출력을 최대화하기 위해 각각의 회전자 구조의 바닥에 볼트결합되는 조립체의 예시이다.
도 78은 본 개시의 실시예에 따른, 이전 도면의 세라믹 베어링 표면 및 부착 표면의 예시이다.
도 79는 본 개시의 실시예에 따른, 부착 표면의 단면도의 예시이다.
도 80은 본 개시의 실시예에 따른, 컴퓨터/제어기 동작 사이클의 스캔 사이클을 예시하는 프로세스 도면이다.
도 81은 본 개시의 실시예에 따른, 로직 래더 시퀀스 우선순위의 예시이다.
도 82는 본 개시의 실시예에 따른, 3상 발전기의 다리에 걸쳐 커패시턴스를 균형화할 수 있는 릴레이 제어 시스템의 예시이다.
도 83은 본 개시의 일 실시예에 따른 여기 전력 공급 제어 회로를 예시하는 도면이다.
도 84는 본 개시의 실시예에 따른 회전자 임피던스 변조기 제어 회로를 예시하는 도면이다.
본 명세서에 포함되고 그 일부를 구성하는 첨부 도면은 설명과 함께 다양한 예시적인 실시예의 원리를 예시하고 설명하는 역할을 한다.
본 출원의 실시예는 시스템 및 방법을 포함한다. 적어도 일부 개시된 방법은 본 개시의 몇몇 실시예에 의해 나타내어지고 실행될 수 있다. 본 개시에 따른 여러 시스템은 적어도 하나의 회전자와 하나의 고정자를 포함할 수 있거나 시스템은 다수의 회전자와 다수의 고정자를 포함할 수 있다. 본 개시의 실시예는 단독으로 또는 누적하여 전기 강과 같은, 그러나, 전기 강에 제한되지 않는 상자성 재료 및 강자성 재료의 자기 영역으로부터 풍부한 사용 가능한 전기 에너지를 동력화(harness)하는 고유한 방법의 목적을 달성할 수 있다. 예를 들어, 회전자 극 및 고정자 철심을 구성하는 데 사용되는 강자성 및 상자성 재료의 자기 영역을 정렬하기 위해 비교적 약한 자기장을 활용하는 발전기와 같은 전기 기계의 일 양태를 수반하는 다양한 예시적인 실시예가 본 출원에서 논의되고 설명된다. 본 개시에서, 회전자의 전자기장은 자기 코일의 비교적 약한 장에 의해 강자성 및 상자성 재료의 자기 영역이 정렬됨에 따라 방향이 정렬되고 강도가 진화한다. 영역이 정렬됨에 따라, 이동 자기장의 힘은 주로 정렬된 영역으로부터 진화하고, 이러한 정렬된 영역은 강자성 및 상자성 재료의 금속의 전자 스핀으로부터 그 에너지를 유도한다. 자기 영역은 자화가 균일한 방향인 자기 재료 내의 구역이다. 이는 원자의 개별 자기 모멘트가 서로 정렬되어 있음을 의미한다. 영역을 분리하는 구역은 영역 벽(domain wall)이라 지칭되고, 여기서, 본 개시의 극성 코일에 의해 생성된 것과 같은 유도 자화 장은 영역이 비교적 약한 자기 코일의 장에 대한 그 노출시 정렬될 수 있도록 하나의 영역의 방향으로부터 다음 영역의 방향으로 일관적으로 회전한다. 본 개시의 전기 강의 경우, 공기의 투자율 μ(H/M)의 비율은 1.2567 x 10-6 H/M이고 전기 강의 투자율은 5.0 x 10-3 H/M이다. 따라서 공기에 비교한 전기 강의 상대투자율은 4,000 최대 μ/μ0이다. 따라서, 본 개시는 부분적으로 또는 전체적으로 비교적 작은 양의 에너지 입력으로 강자성 및/또는 상자성 재료로부터 에너지를 수확하는 능력을 허용한다. 강자성 및 상자성 재료는 태양의 광자와 매우 유사한 에너지 소스를 제공한다.
본 출원의 실시예는 시스템 및 방법을 포함한다. 적어도 일부 개시된 방법은 예를 들어 비일시적 컴퓨터 판독 가능 저장 매체로부터 명령어를 수신하는 적어도 하나의 프로세서에 의해 실행될 수 있다. 유사하게, 본 개시에 따른 시스템은 하나의 프로세서 및 메모리를 포함할 수 있고, 메모리는 비일시적 컴퓨터 판독 가능 저장 매체일 수 있다. 본 출원에 사용될 때, 비일시적 컴퓨터 판독 가능 저장 매체는 적어도 하나의 프로세서에 의해 판독 가능한 정보 또는 데이터가 저장될 수 있는 임의의 유형의 물리적 메모리를 지칭한다. 예는 RAM(Random Access Memory), ROM(Read-Only Memory), 휘발성 메모리, 비휘발성 메모리, 하드 드라이브, CD-ROM, DVD, 플래시 드라이브, 디스크 및 임의의 다른 알려진 물리적 저장 매체를 포함한다. "메모리" 및 "컴퓨터 판독 가능 저장 매체"와 같은 단수 용어는 복수의 메모리 및/또는 컴퓨터 판독 가능 저장 매체와 같은 다수의 구조를 추가적으로 의미할 수 있으며, 본 출원에서 지칭될 때, "메모리"는 달리 명시되지 않는 한, 임의의 유형의 컴퓨터 판독 가능 저장 매체를 포함할 수 있다. 컴퓨터 판독 가능 저장 매체는 프로세서로 하여금 본 출원의 실시예에 따른 단계 또는 단계를 수행하게 하는 명령어를 포함하는 적어도 하나의 프로세서에 의한 평가를 위한 명령어를 저장할 수 있다. 추가적으로, 하나 이상의 컴퓨터 판독 가능 저장 매체는 컴퓨터 구현 방법을 구현하는 데 이용될 수 있다. "컴퓨터 판독 가능 저장 매체"라는 용어는 유형의 항목을 포함하고 반송파 및 과도 신호를 제외하는 것으로 이해하여야 한다.
본 개시의 실시예는 예를 들어 종래의 시스템 및 방법에 비해 많은 이점을 제공하며; 역 토크 또는 전자기 항력 없이 고효율로 전력을 생성하는 발전기와 같은 전기 기계의 양태를 수반하는 다양한 예시적인 실시예가 본 출원에서 논의되고 설명된다. 초전도체 코일의 사용과 함께 그 사용 및 응용에 대한 항력 제거의 관련성이 제시 및 논의된다. 예를 들어, 본 개시의 실시예는 종래의 회전 발전기와 비교할 때 5가지 설계 변경으로 인해 역 토크가 거의 없는 발전기 설계를 위한 시스템 및 방법을 제공한다.
이러한 변경은 다음에 설명된다. 본 출원에 개시된 고체의 정적 회전자는 발전기 회전자가 발전기 고정자의 임의의 실시예 또는 설계에서 동작될 수 있게 한다. 이는 회전자가 회전하지 않고 자극만 회전하기 때문에 역기전력이나 역 토크 없이 회전자의 자극을 임의의 속도로 회전시킬 수 있게 한다.
본 개시의 실시예에 따르면, 종래의 쌍극 또는 회전 다중극을 회전 자극을 생성하고 전력을 생성하는 단극, 쌍극 또는 다중극 고체 회전자 또는 고정자 구조의 층으로 구조화된 일련의 회전자로 교체하는 것을 포함하는, 회전 전기 발전기로부터 역 토크를 제거하기 위한 방법이 개시된다. 회전자가 고정되어 있기 때문에, 발전기가 전기 부하에 연결될 때 고정자 단편에 형성된 유도 자극 사이에 에너지를 소모하는 상호작용이 없으며 발전기는 적절한 주파수에서 회전자를 회전시키는 데 에너지가 필요하지 않다.
본 개시 중 하나의 실시예에 따르면, 동심 원형 회전자 및 이중 회전자는 원형 고정자 및 이중 고정자와 교번된다. 이 배열은 회전자/고정자가 외부로 진행함에 따라 더 많은 전력 생성 잠재력을 제공한다.
역 토크의 제거는 이 설계 변경 단독으로 AC 또는 DC 발전기가 400%-500% 증가된 효율로 동작할 수 있게 한다. 역 토크의 제거는 기하학적 격리 또는 고체 기술로 인한 것일 수 있다. 본 개시의 고체 기계는 최대 투자율을 갖는 재료로 형성된 고체 컴퓨터 제어 전력 발전기를 개발함으로써 역 토크를 제거한다. 출력 전력을 생성하는 입력 에너지의 대부분은 발전기의 전기 강 또는 기타 강자성 또는 상자성 재료의 고유한 전자 스핀 패턴에 의해 제공된다. 투자율이 높은 재료는 투자율이 낮은 재료에 비교하여 많은 수의 자기 영역을 갖는다.
다양한 재료가 예시적인 실시예에서 표현된 것에 대한 실현 가능한 대안으로서 구상된다는 것을 이해할 것이다. 예를 들어, 돌출 극 주위에 감겨진 권선은 구리일 수 있지만 대안적으로 그래핀과 같은, 그러나, 이에 제한되지 않는 충분히 전도성인 또 다른 재료일 수 있다. 무엇보다, 상기 재료의 다양한 치수가 실현 가능한 것으로 구상된다. 예를 들어, 권선은 #18 American Wire Gauge 구리 자석 와이어일 수 있지만 대안적으로 다른 치수를 소유할 수 있고/있거나 다른 재료로 형성될 수 있다. 실제로, 본 개시에서 논의된 재료의 치수 및 조성은 단지 예시일 뿐이며 제한하는 것으로 해석되어서는 안 된다.
이제 본 개시에 따라 구현되는 예시적인 실시예를 상세히 언급할 것이며, 그 예가 첨부 도면에 예시되어 있다.
도 1은 본 개시의 실시예에 따른, 돌출 극편(110) 및 자속 슬리브(120)를 나타내는 예시적인 회전자 적층체(100)의 단면 단부도를 예시하는 도면이다. 예시적인 실시예에서, 자속 슬리브(120)는 mu 금속 자속 슬리브(120)이고; 투자율, 강도 및 내구성의 설계 요건과 일치하는 다른 적절한 재료가 실현 가능한 대안적으로 구상되거나 예를 들어 퍼멀로이와 같이 조합하여 사용된다. 회전자의 본체는 단지 예로서, 돌출 극(110)이 형성되는 방식으로 지그에 적층될 수 있는 0.34 mm 어닐링된 전기 강의 디스크(제시되지 않음)로부터 레이저 절단될 수 있다. 회전자 적층체(100)는 회전자 적층체(100)가 지그에 장착될 수 있도록 샤프트(130)를 포함하도록 제조될 수 있다. 지그는 샤프트(130)에 의해 수용될 수 있거나 샤프트(130)가 장착을 위해 특정 지그에 맞게 치수가 정해질 수 있도록 선택될 수 있다. 샤프트(130)는 mu 금속 슬리브(120)와 미끄럼 끼워맞춤(slip fit) 상태일 수 있다. 회전자 적층체(100)의 본체 및 돌출 극(110)은 홀(140)의 체결 부재(도시되지 않음)를 통해 가압되고 유지될 수 있다. 다양한 실시예에서, 체결 부재는 볼트, 핀, 리벳 등 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 절연된 돌출 극 권선(도 2 내지 도 21에 가장 잘 제시됨)이 그 후 극편(110) 주위에 권선될 수 있다.
도 2는 본 개시의 실시예에 따른 돌출 극(110), 자속 슬리브(120), 및 극편 권선(150)을 나타내는 레이저 절단 디스크(제시되지 않음)로 이루어진 예시적인 회전자 적층체(100)의 단면 단부도를 예시하는 도면이다. 각각의 돌출 극(110)은 2개의 리드를 가질 수 있으며, 예를 들어 극 1은 리드 K 및 L을 갖는 여기된 N극일 수 있고, 극 5는 리드 M 및 N으로 여기된 S극일 수 있다. 유지 볼트를 함유하는 유지 구멍(140)이 지지 샤프트(130) 및 mu 금속 슬리브(120)와 함께 도시되어 있다. 대안 실시예에서, 각각의 돌출 극(110)은 2개보다 많은 리드를 가질 수 있다. 다양한 재료가 권선의 재료를 위해 실현 가능한 것으로 구상되고; 재료는 인덕턴스, Q 계수, 인장 강도 등과 같은 원하는 관련 파라미터의 수를 기초로 선택될 수 있다.
도 3은 본 개시의 실시예에 따른, 시계 방향 방식의 굴곡 및 극편 권선(320)을 갖는 돌출 극편(310)을 나타내는 예시적인 회전자 적층체(300)의 단면 단부도를 예시하는 도면이다. 이 각도는 각각의 극으로부터의 진화하는 자기장이 시계 방향으로 45° 각도로 방출되게 할 수 있으며, 장은 기존의 유사한 인접 극에 의해 반발됨에 따라 자속은 시계 방향으로 회전자의 표면과 평행하게 회전할 수 있다.
도 4는 본 개시의 실시예에 따른 자속 슬리브(120) 및 16 권선 돌출 극(110)을 나타내는 예시적인 고체 회전자 본체(400)의 모습을 예시한 도면이다. 회전자(400)는 지지 샤프트(130)와 함께 돌출 극(110) 및 mu 금속 슬리브(120)를 포함하는 적층되고 가압된 회전자 적층체(100)를 포함하는 것으로 예시되어 있다.
본 개시의 실시예에 따르면, 종래의 쌍극 또는 회전 회전자를 회전 자극을 생성하고 전력을 생성하는 단극, 쌍극 또는 다중극 정적 고체 회전자(400)로 교체하는 것을 포함하는, 회전 전기 발전기로부터 역 토크를 제거하기 위한 방법이 개시된다. 회전자(400)가 고정되어 있기 때문에, 발전기가 전기 부하에 연결될 때 고정자 극편(110)에 형성된 자극 사이에 에너지를 소모하는 상호작용이 없고 발전기가 적절한 주파수에서 회전자를 회전시키는 데 에너지가 필요하지 않다.
예시적인 실시예에서, 회전자의 이러한 재설계는 전기 강으로부터 적층체(100)를 원하는 직경으로 절단함으로써 달성된다. 일부 실시예에서, 직경은 6인치일 수 있다. 대안 실시예에서, 직경은 6인치보다 크다. 다른 대안 실시예에서 직경은 6인치 미만이다. 예시적인 실시예에서, 적층체(100)는 회전자가 16 돌출 극편을 포함하도록 절단될 수 있다. 예를 들어, 원하는 전력 입력/출력에 따라 다른 수의 돌출 극편(110)이 선택될 수 있다. 돌출 극편(110)은 서로 다른 치수 또는 동일한 치수일 수 있으며, 적층체(100)의 중심에 대해 균등하게 분포되거나, 균일하지 않고 미리 정의된 패턴 또는 무작위에 따른 또 다른 분포에 따라 분포될 수 있다. 후술하는 도 5 내지 도 21은 상이한 실시예에 따른 다양한 대안적인 구성을 예시한다. 극편(110)은 원하는 적절한 전기 자석 와이어(150)로 권선될 수 있다. 자석 와이어 권선(150)은 예를 들어 프로그램 가능한 로직 센터(PLC)를 사용하여 컴퓨터 제어 게이팅 시스템(제시되지 않음)에 연결될 수 있는 2개의 리드에서 종단될 수 있으며, 이는 예를 들어, 여기 회로(제시되지 않음)의 MOSFET 게이팅 시스템을 사용하여 제1 극성으로부터 제2 극성으로 및 제2 극성으로부터 제1 극성으로의 교번 방식의 스위칭을 가능하게 한다. 예를 들어, 4극 회전자의 경우, 돌출 극은 그룹당 4극의 4개의 그룹으로 배선되거나 그룹당 8극의 2개의 그룹으로 배선되지만, 2개 또는 4개의 그룹으로 제한되지 않는다.
60Hz 전력 입력 및 4극 회전자를 수반하는 예시적인 실시예에서, 극성은 그룹간에 교번할 수 있다. 즉, 그룹 #1의 극 1은 제1 극성이고 그룹 #2의 극 1은 제2 극성이고; 그룹 #3의 극 1은 제1 극성이고 그룹 #4의 극 1은 제2 극성이다. 각각의 그룹의 극 1은 고체 여자기 회로에 의해 여기될 수 있다. 각각의 그룹의 극 2는 고체 여자기 회로에 의해 여기될 수 있다. 각각의 그룹의 극 3은 고체 여자기 회로에 의해 여기될 수 있다. 각각의 그룹의 극 4는 고체 여자기 회로에 의해 여기될 수 있다. 여기 시퀀스의 다양한 실시예가 구상되며, 이는 다른 여기 시간 지연을 포함할 수 있다. 하나의 실시예에서, 각각의 그룹의 극 1이 여기될 수 있고, 예를 들어, 2.084 밀리초 후에 극 2가 여기될 수 있고; 그 후, 다시, 예를 들어 2.084 밀리초 후에 극 3이 여기될 수 있고; 그 후, 다시, 예를 들어 2.084 밀리초 후에 극 4가 여기될 수 있고; 예를 들어, 2.084 밀리초 후에 극 1이 다시 여기될 수 있고, 사이클이 반복된다. 대안 실시예에서, (예를 들어) n번째 및 n+1번째 극의 여기 사이의 시간 지연은 n+1번째 및 n+2번째 극과 비교하여 상이할 수 있다.
극 회로는 제1 사이클에서 제1 극성 DC 전력 전류 및 제2 사이클에서 제2 극성 DC 전력 전류로 여기될 수 있다. 제1 및 제2 사이클은 60Hz 전류의 경우 16.667 밀리초 마다 하나의 AC 사이클을 구성한다. 50Hz와 같은 다른 주파수에 대해 적절한 조절이 이루어질 수 있다. 각각의 극은 각각의 자기 돌출 극(110)에 대해 예를 들어 4.167 밀리초- 4.167 밀리초로 제한되지 않음 - 동안 여기될 수 있고, 예를 들어 4.167 밀리초 붕괴 시간- 4.167 붕괴 시간으로 제한되지 않음 -을 갖는다. 여기파는 시계 방향으로 진행하며, 이는 형성될 때 각각의 극을 왜곡하고, 이는 선행 극의 반발 자속에 의해 점진적인 시계 방향 방식으로 자속을 추진한다. 이는 사실상 원하는 주파수에서 시계 방향 원형 방식으로 개별 분리된 자극을 지속적으로 추진하고 극은 분리되어 제1 극성과 제2 극성이 교번된다. 따라서, 완전한 16.667 밀리초 사이클마다 여기가 제1 극성으로부터 제2 극성으로 스위칭되어 4개의 별개의 자극이 회전자 부재 자체의 물리적 회전 없이 계속 회전한다.
2극 자기 회전자의 경우 돌출 극(110)은 그룹당 8개의 극편(110)의 2개의 그룹으로 배선될 수 있다. 각각의 그룹의 극편(110)은 여자기 시스템의 회로(제시되지 않음)에 연결될 수 있다. 예를 들어, 그룹 #1의 극 1은 제1 극성이고, 그룹 #2의 극 1은 제2 극성이다. 각각의 그룹의 극 1은 고체 여자기 채널에 의해 여기될 수 있다. 각각의 그룹의 극 2는 고체 여자기 보드 채널(제시되지 않음)에 의해 여기될 수 있다. 각각의 그룹에 대한 극 3은 고체 여자기 채널에 의해 여기될 수 있다. 각각의 그룹에 대한 각각의, 그리고, 임의의 극 4-8은 고체 여자기 보드 채널에 의해 여기될 수 있다.
단지 예로서, 각각의 그룹의 극 1이 여기될 수 있고, 예를 들어, 1.042 밀리초 후에 각각의 그룹의 극 2가 여기될 수 있다. 각각의 그룹의 극 2가 여기될 수 있고, 예를 들어, 1.042 밀리초 후에 각각의 그룹의 극 3이 여기될 수 있다. 각각의 그룹의 극 3이 여기될 수 있고, 예를 들어, 1.042 밀리초 후에 각각의 그룹의 극 4가 여기될 수 있다. 도달 그룹의 극 4가 여기될 수 있고, 예를 들어 1.042 밀리초 후에 극 5가 여기될 수 있다. 각각의 그룹의 극 5가 여기될 수 있고, 예를 들어 1.042 밀리초 후에 극 6이 여기될 수 있다. 각각의 그룹의 극 6이 여기될 수 있고, 예를 들어 1.042 밀리초 후에 극 7이 여기될 수 있다. 각각의 그룹의 극 7이 여기될 수 있고, 예를 들어 1.042 밀리초 후에 극 8이 여기될 수 있다. 각각의 그룹의 극 8이 여기될 수 있고, 예를 들어 1.042 밀리초 후에 각각의 그룹의 극 1이 여기될 수 있으며, 사이클이 반복된다.
여기 극성은 각각의 사이클마다 변화된다. 따라서, 4극 유닛의 경우 극성이 각각의 16.667 밀리초 사이클마다 2회 스위칭되고 2극 유닛에서는 여기의 극성이 60Hz 전류에 대해 16.667 밀리초 사이클마다 2회 스위칭된다. 예를 들어, 단극 자기 회전자의 경우, 16 돌출 극(110)이 그룹당 4개의 극편(110)의 4개의 그룹으로 배선된다. 모든 16개의 극편(110)은 예를 들어, 8.3335 밀리초- 8.3335 밀리초로 제한되지 않음 - 동안 N극을 여기할 수 있고; 이어서, 모든 16개의 극편(110)은 예를 들어 또 다른 8.3335 밀리초- 8.3335 밀리초로 제한되지 않음 - 동안 S극을 여기할 수 있으며, 따라서, 각각의 완전한 사이클은 16.667 밀리초가 된다. 각각의 그룹의 극편(110)은 PLC 구동 여자기 시스템의 회로에 연결될 수 있다. 따라서, 실시예에서 그룹 #1의 극편 #1은 제1 극성일 수 있고; 그룹 2, 3, 4의 극편 #1은 한 사이클에 대해 제1 극성일 수 있고; 그 후, 극편 #1, 2, 3 및 4에 대해 모두 제2 극성으로 스위칭한다. 즉, 전체 회전자는 360° 동안 제1 극성과 360° 동안 제2 극성 사이에서 교번될 수 있다. 교번 극성은 예를 들어 MOSFET 게이팅 시스템에 의해 제어될 수 있다. 회전 장의 속도는 생성된 전류 주파수와 관련이 없다. 주파수는 예를 들어 50Hz, 60Hz 또는 임의의 다른 원하는 주파수에 대해 컴퓨터 제어 게이팅 시스템에 의해 제어될 수 있다. 자기장의 회전 속도는 여기 진행 속도에 의해 제어될 수 있다.
예를 들어, 예를 들어 7,500rpm에서 자기장의 회전 속도를 획득하기 위해 다음 시퀀스가 적용될 수 있다. 각각의 그룹의 극편 #1이 여기될 수 있고, 예를 들어 0.5 밀리초 후에 극편 #2가 여기될 수 있고; 예를 들어, 0.5 밀리초 후에 극편 #3이 여기될 수 있고; 예를 들어, 또한 0.5 밀리초 후에 극편 #4가 여기될 수 있고, 예를 들어 0.5 밀리초 후에 극편 #1이 다시 여기될 수 있고, 여기 극성이 스위칭될 때까지 사이클이 반복된다. 각각의 극편(110)은 예를 들어 0.1 밀리초 동안 여기될 수 있다. 극 회로는 제1 사이클에서 제1 극성 DC 전류 및 제2 사이클에서 제2 극성 DC 전류로 여기될 수 있다. 앞서 설명한 바와 같이, 제1 및 제2 사이클의 조합은 완전한 AC 사이클을 형성한다.
본 개시의 고체 정적 회전자의 설계는 발전기 회전자가 발전기 고정자의 임의의 실시예 또는 설계에서 동작하도록 허용한다. 이 설계는 회전자 자극이 전력 출력 주파수를 고려하지 않고 임의의 속도로 회전할 수 있게 한다. 주파수는 회전자의 속도가 아니라 여기 회로에 의해 제어될 수 있다.
앞서 설명한 바와 같이, 회전자의 재설계는 예를 들어 원하는 재료로부터 원하는 직경으로 적층체(100)를 절단함으로써 달성된다. 예시적인 실시예에서, 적층체(100)는 전기 강으로부터 절단된다. 다음에 설명되는 도 5 내지 도 21은 이러한 재설계를 예시하고, 여기서, 극편(110)은 원하는 적절한 전기 자석 와이어(150)로 권선될 수 있다.
도 5는 본 개시의 실시예에 따른, 회전 자극을 생성하는 4극, 60Hz 사이클-펄스 #1을 통해 모든 16 돌출 극(110)에 대해 입증된 극 권선(150) 및 여기 극성 시퀀싱 회로를 갖는 예시적인 고체 회전자(400)의 단부도를 예시하는 도면이다. 고체 회전자(400)는 단부 적층체(100) 및 유지 볼트 구멍(140)을 나타낸다. 도 5는 4개의 자극 및 각각의 자극과 관련된 돌출 극(110)의 여기 방식을 갖는 정적 상태 회전자(400)의 묘사이다. 돌출 극(110)은 1-16으로 번호 매김된다. 4개의 회전자 자극은 N극 #1(N-A로 표시), S극 #1(S-A로 표시), N극 #2(N-B로 표시) 및 S극 #2(S-B로 표시)를 포함한다. 각각의 자기 회전자 극은 4개의 전기적으로 여기된 권선 돌출 극편(110)을 포함한다. N극 여기 리드 K 및 L과 S극 여기 리드 M 및 N은 다음 방식으로 순차적으로 여기된다.
도 5에 도시된 바와 같이 펄스 #1에서, 제1 자극 그룹(돌출 극 1-4)은 제1 극성으로 여기되고, 제2 자극 그룹(돌출 극 5-8)은 제2 극성으로 여기된다. 제3 그룹(돌출 극 9-12)은 제1 극성으로 여기되고 제4 자극 그룹(돌출 극 13-16)은 제2 극성으로 여기된다. 돌출 극 1, 5, 9, 13은 고체 여자기 보드 채널 #1(CH1) 및 채널 #2(CH2)에 의해 여기될 수 있다. 돌출 극 2, 6, 10, 14는 고체 여자기 보드 채널 #3(CH3) 및 채널 #4(CH4)에 의해 여기될 수 있다. 돌출 극 3, 7, 11, 15는 고체 여자기 보드 채널 #5(CH5) 및 #6(CH6)에 의해 여기될 수 있다. 돌출 극 4, 8, 12, 16은 고체 여자기 보드 채널 #7(CH7) 및 채널 #8(CH8)에 의해 여기될 수 있다. 예시적인 실시예에서, 각각의 그룹 내에서 돌출 극편(110)은 동시에 여기되지 않고 순차적으로 여기된다. 예를 들어, 제1 그룹(극 1-4)에서 돌출 극 1이 제1 극성으로 여기되고, 예를 들어 2.084 밀리초 후에 돌출 극 2가 제1 극성으로 여기되고; 예를 들어, 2.084 밀리초 후에 돌출 극 3이 제1 극성으로 여기되고; 예를 들어, 2.084 밀리초 후에 돌출 극 4가 제1 극성으로 여기된다. 모든 극이 하나의 극성으로 순차적으로 여기된 후에 극성이 스위칭된다. 예를 들어, 극 4가 2.084 밀리초 동안 제1 극성으로 여기된 후 돌출 극 1이 이번에는 제2 극성으로 다시 여기되고 사이클이 반복된다. 다시 말해서, 극은 전반기 사이클에서 제1 극성 DC에 의해 여기되고 후반기 사이클에서 제2 극성 DC에 의해 여기된다. 전반기 및 후반기 사이클은 60Hz 교류의 경우 16.667 밀리초 마다 하나의 AC 사이클을 구성한다. 60Hz 이외의 주파수에 대해서는 적절한 조절이 이루어질 수 있다.
60Hz 전류의 경우, 각각의 극은 예를 들어 각각의 돌출 극에 대해 4.167 밀리초- 4.67 밀리초로 제한되지 않음 -로 여기되고, 예를 들어 4.167 밀리초 이완 시간- 4.167 밀리초 이완 시간으로 제한되지 않음 -을 갖는다. 여기파는 시계 방향으로 진행하며, 이는 형성될 때 각각의 자극을 왜곡하고, 그 결과 선행 극으로부터의 자속 반발의 결과로 회전자(400)의 표면에 평행한 점진적인 시계 방향 방식으로 자속을 추진한다. 도 5의 경우의 효과는 4개의 개별 교번 자극이 원하는 주파수에서 시계 방향 원형 방식으로 순환한다는 것이다. 극은 교번하는 제1 극성과 제2 극성에 의해 분리된다. 모든 16.667 밀리초의 완전한 사이클은 각각의 절반 사이클에서 180° 회전으로 제1 및 제2 극성을 수반한다. 4개의 별개의 자극은 회전자 부재의 물리적 회전 없이 계속 회전한다.
도 6은 본 개시의 실시예에 따른, 4극, 60Hz 사이클-펄스 #2를 통해 모든 16 돌출 극(110)에 대해 입증된 극 권선(150) 및 여기 극성 시퀀싱 회로를 갖는 예시적인 고체 회전자(400)의 단부도를 예시하는 도면이다. 회전자(400)는 단부 적층체(100) 및 유지 볼트 구멍(140)을 나타낸다. 도 6은 회전 극을 생성하는 돌출 극(110)의 여기 사이클의 정적 상태 모습에서 4극 회전자의 묘사이다. 돌출 극(110)은 1-16으로 번호 매김된다. 개별 자극의 16 단계 회전의 펄스 #2의 이 모습에서 mu 금속 슬리브(120) 및 샤프트(130)가 또한 나타나 있다. 4개의 자극은 다음과 같이 표시된다: N극 #1은 N-A로 표시되고(돌출 극 2-5), S극 #1은 S-A로 표시되며(돌출 극 6-9), N극 #2는 N-B로 표시되며(돌출 극 10-13), S극 #2는 S-B로 표시된다(돌출 극 14-16 및 1). 도 5와 유사하게, 도 6의 각각의 자기 회전자 극은 또한 자석 와이어와 같은 적절한 전도체로 형성된 극 권선(150)으로 권선된 4개의 전기적으로 여기된 돌출 극편(110)으로 구성된다. 그러나, 도 6의 예시에서 극 그룹은 도 5에서의 그 위치와 비교하여 시계 방향으로 하나의 극만큼 회전하였다. 예를 들어, 제1 자극 그룹은 이제 회전자 극 2-5를 포함하고, 제2 자극 그룹은 이제 회전자 극 6-9를 포함하고, 제3 자극 그룹은 이제 회전자 극 10-13을 포함하고, 제4 자극 그룹은 이제 회전자 극 14-16 및 1을 포함한다. 이들 그룹 중에서, N-A 및 N-B 극성을 갖는 회전자 극(즉, 회전자 극 2-5 및 10-13)은 N극 권선 자석 와이어 리드 K-L을 통해 여기되고, S-A 및 S-B 극성을 갖는 회전자 극(회전자 그룹 6-9 및 14-16 및 1)은 S극 권선 자석 와이어 리드 M-N을 통해 여기되고, 여기서, K(+), L(-), M(-) 및 N(+)이다. 이들 여기 리드는 극성 그룹이 하나의 회전자 극만큼 이동한 것을 제외하고는 도 5와 관련하여 설명된 것과 유사하게 순차적으로 여기된다.
도 7은 본 개시의 실시예에 따른, 4극, 60Hz 사이클-펄스 #3을 통해 모든 16 돌출 극(110)에 대해 입증된 극 권선(150) 및 여기 극성 시퀀싱 회로를 갖는 예시적인 고체 회전자(400)의 단부도를 예시하는 도면이다. 회전자(400)는 단부 적층체(100) 및 유지 볼트 구멍(140)을 나타낸다. 도 7은 회전 극을 생성하는 돌출 극의 여기 사이클의 정적 상태 모습에서 4극 회전자의 묘사이다. 돌출 극(110)은 1-16으로 번호 매김된다. 이는 4개의 개별 자극의 16 단계 회전의 펄스 #3이다. mu 금속 슬리브(120) 및 샤프트(130)가 또한 나타나 있다. 자극은 다음과 같이 표시된다: N극 #1은 N-A로 표시되며(돌출 극 3-6), S극 #1은 S-A로 표시되고(돌출 극 7-10), N극 #2는 N-B로 표시되며(돌출 극 11-14), S극 #2는 S-B로 표시된다(돌출 극 15-16 및 1-2). 각각의 자기 회전자 극 그룹은 자석 와이어로 권선된 4개의 전기적으로 여기된 돌출 극편으로 구성된다. N극 권선 자기 와이어 리드는 K-L로 표현되며, S극 권선 자기 와이어 리드는 M-N으로서 표현되며, 여기서, K(+) 및 L(-) M(-) 및 N(+)이다. 여기 리드는 극성 그룹이 2개의 회전자 극만큼 이동한 것을 제외하고 도 5에서와 같이 순차적으로 여기된다.
도 8은 본 개시의 실시예에 따른 4극, 60Hz 사이클-펄스 #4를 통해 모든 16 돌출 극에 대해 입증된 극 권선 및 여기 극성 시퀀싱 회로를 갖는 예시적인 고체 회전자(400)의 단부도를 예시하는 도면이다. 회전자(400)는 단부 적층체(100) 및 유지 볼트 구멍(140)을 나타낸다. 도 8은 회전 극을 생성하는 돌출 극의 여기 사이클의 정적 상태 모습에서 4극 회전자의 묘사이다. 돌출 극(110)은 1-16으로 번호 매김된다. 이는 360° 회전을 수반하는 4개의 개별 자극의 16 단계 회전의 펄스 #4를 묘사한다. mu 금속 슬리브(120) 및 샤프트(130)가 또한 나타나 있다. 4개의 자극은 다음과 같이 표시된다: N극 #1은 N-A로 표시되며(돌출 극 4-7), S극 #1은 S-A로 표시되고(돌출 극 8-11), N극 #2는 N-B로 표시되며(돌출 극 12-15), S극 #2는 S-B로 표시된다(돌출 극 16 및 1-3). 각각의 자기 회전자 극은 자석 와이어로 권선된 4개의 전기적으로 여기된 돌출 극편으로 구성된다. N극 권선 자석 와이어 리드는 K-L로 표현되며, S극 권선 자석 와이어 리드는 M-N으로서 표현되며, 여기서, K(+) 및 L(-) M(-) 및 N(+)이다. 이들 여기 리드는 극성 그룹이 3개의 회전자 극만큼 이동한 것을 제외하고는 도 5에서와 유사하게 순차적으로 여기된다.
도 9는 본 개시의 실시예에 따른 4극, 60Hz 사이클-펄스 #5을 통해 모든 16 돌출 극에 대해 입증된 극 권선 및 여기 극성 시퀀싱 회로를 갖는 예시적인 고체 회전자(400)의 단부도를 예시하는 도면이다. 회전자(400)는 단부 적층체(100) 및 유지 볼트 구멍(140)을 나타낸다. 도 9는 회전 극을 생성하는 돌출 극의 여기 사이클의 정적 상태 모습에서 4극 회전자의 묘사이다. 돌출 극(110)은 1-16으로 번호 매김된다. 이는 360° 회전을 수반하는 개별 자극의 16 단계 회전의 펄스 #5를 묘사한다. mu 금속 슬리브(120) 및 샤프트(130)가 또한 나타나 있다. 4개의 자극은 다음과 같이 표시된다: N극 #1은 N-A로 표시되고(돌출 극 5-8), S극 #1은 S-A로 표시되며(돌출 극 9-12), N극 #2는 N-B로 표시되며(돌출 극 13-16), S극 #2는 S-B로 표시된다(돌출 극 1-4). 각각의 자기 회전자 극은 자석 와이어로 권선된 4개의 전기적으로 여기된 돌출 극편으로 구성된다. N극 권선 자석 와이어 리드는 K-L로 표현되며, S극 권선 자석 와이어 리드는 M-N으로서 표현되며, 여기서, K(+) 및 L(-) M(-) 및 N(+)이다. 이들 여기 리드는 극성 그룹이 4개의 회전자 극만큼 이동한 것을 제외하고는 도 5에서와 같이 순차적으로 여기된다.
도 10은 본 개시의 실시예에 따른 4극, 60Hz 사이클-펄스 #6을 통해 모든 16 돌출 극(110)에 대해 입증된 극 권선(150) 및 여기 극성 시퀀싱 회로를 갖는 예시적인 고체 회전자(400)의 단부도를 예시하는 도면이다. 회전자(400)는 단부 적층체(100) 및 유지 볼트 구멍(140)을 나타낸다. 도 10은 회전 극을 생성하는 돌출 극의 여기 사이클의 정적 모습에서 4극 회전자의 묘사이다. 돌출 극(110)은 1-16으로 번호 매김된다. 이는 360° 회전 및 60Hz 전류의 2개의 사이클을 수반하는 4개의 개별 자극의 16 단계 생성 및 회전의 펄스 #6을 묘사한다. mu 금속 슬리브(120) 및 샤프트(130)가 또한 나타나 있다. 4개의 자극은 다음과 같이 표시된다: N극 #1은 N-A로 표시되며(돌출 극 6-9), S극 #1은 S-A로 표시되고(돌출 극 10-13), N극 #2는 N-B로 표시되고(돌출 극 14-16 및 1), S극 #2는 S-B로 표시된다(돌출 극 2-5). 각각의 자기 회전자 극은 자석 와이어로 권선된 4개의 전기적으로 여기된 돌출 극편으로 구성된다. N극 권선 자석 와이어 리드는 K-L로 표현되며, S극 권선 자석 와이어 리드는 M-N으로서 표현되며, 여기서, K(+) 및 L(-) M(-) 및 N(+)이다. 이들 여기 리드는 극성 그룹이 5개의 회전자 극만큼 이동한 것을 제외하고는 도 5에서와 같이 순차적으로 여기된다.
도 11은 본 개시의 실시예에 따른 4극, 60Hz 사이클-펄스 #7을 통해 모든 16 돌출 극(110)에 대해 입증된 극 권선(150) 및 여기 극성 시퀀싱 회로를 갖는 예시적인 고체 회전자(400)의 단부도를 예시하는 도면이다. 본 발명의 회전자(400)는 단부 적층체(100) 및 유지 볼트 구멍(140)을 나타낸다. 도 11은 회전 자극을 생성하는 돌출 극의 순차적인 여기 사이클의 정적 상태 모습에서 4극 회전자의 묘사이다. 돌출 극(110)은 1-16으로 번호 매김된다. 도 11은 360° 회전 및 60Hz 전류의 2개의 사이클을 수반하는 4개의 개별 자극의 16 단계 생성 및 회전의 펄스 #7을 예시한다. mu 금속 슬리브(120) 및 샤프트(130)가 또한 나타나 있다. 4개의 자극은 다음과 같이 표시된다: N극 #1은 N-A로 표시되며(돌출 극 7-10), S극 #1은 S-A로 표시되며(돌출 극 11-14), N극 #2는 N-B로 표시되고(돌출 극 15-16 및 1-2), S극 #2는 S-B로 표시된다(돌출 극 3-6). 각각의 자기 회전자 극은 자석 와이어로 권선된 4개의 전기적으로 여기된 돌출 극편으로 구성된다. N극 권선 자석 와이어 리드는 K-L로 표현되고, S극 권선 자석 와이어 리드는 M-N으로 표현되며, 여기서 K(+), L(-), M(-) 및 N(+)이다. 이들 여기 리드는 극성 그룹이 6개의 회전자 극만큼 이동한 것을 제외하고는 도 5에서와 같이 순차적으로 여기된다.
도 12는 본 개시의 실시예에 따른 4극, 60Hz 사이클-펄스 #8을 통해 모든 16 돌출 극(110)에 대해 입증된 극 권선(150) 및 여기 극성 시퀀싱 회로를 갖는 예시적인 고체 회전자(400)의 단부도를 예시하는 도면이다. 본 발명의 회전자(400)는 단부 적층체(100) 및 유지 볼트 구멍(140)을 나타낸다. 도 12는 회전 자극을 생성하는 돌출 극(110)의 순차적인 여기 사이클의 정적 상태 모습에서 4극 회전자(400)의 묘사이다. 돌출 극(110)은 1-16으로 번호 매김된다. 도 12는 360° 회전 및 60Hz 교류 전류의 2개의 사이클을 수반하는 4개의 개별 자극의 16 단계 생성 및 회전의 펄스 #8을 예시한다. mu 금속 슬리브(120) 및 샤프트(130)가 나타나 있다. 4개의 자극은 다음과 같이 표시된다: N극 #1은 N-A로 표시되고(돌출 극 8-11), S극 #1은 S-A로 표시되며(돌출 극 12-15), N극 #2는 N-B로 표시되고(돌출 극 16 및 1-3), S극 #2는 S-B로 표시된다(돌출 극 4-7). 각각의 자기 회전자 극은 예시적인 실시예에서 자석 와이어로 형성될 수 있는 극 권선(150)으로 권선된 4개의 전기적으로 여기된 돌출 극편(110)으로 구성된다. N극 권선 자석 와이어 리드는 K-L로 표현되며, S극 권선 자석 와이어 리드는 M-N으로서 표현되며, 여기서, K(+) 및 L(-) M(-) 및 N(+)이다. 이들 여기 리드는 극성 그룹이 7개의 회전자 극(110)만큼 이동한 것을 제외하고는 도 8에서와 같이 순차적으로 여기된다.
도 13은 본 개시의 실시예에 따른 4극, 60Hz 사이클-펄스 #9를 통해 모든 16 돌출 극(110)에 대해 입증된 극 권선(150) 및 여기 극성 시퀀싱 회로를 갖는 예시적인 고체 회전자(400)의 단부도를 예시하는 도면이다. 회전자(400)는 단부 적층체(100) 및 유지 볼트 구멍(140)을 나타낸다. 도 13은 회전 자극을 생성하는 돌출 극(110)의 순차적인 여기 사이클의 정적 상태 모습에서 4극 회전자의 묘사이다. 돌출 극(110)은 1-16으로 번호 매김된다. 도 13은 360° 회전 및 60Hz 전류의 2개의 사이클을 수반하는 4개의 개별 자극의 16 단계 생성 및 회전의 펄스 #9를 예시한다. mu 금속 슬리브(120) 및 샤프트(130)가 또한 나타나 있다. 4개의 자극은 다음과 같이 표시된다: N극 #1은 N-A로 표시되고(돌출 극 9-12), S극 #1은 S-A로 표시되며(돌출 극 13-16), N극 #2는 N-B로 표시되고(돌출 극 1-4), S극 #2는 S-B로 표시된다(돌출 극 5-8). 각각의 자기 회전자 극은 예시적인 실시예에서 자석 와이어로 형성될 수 있는 극 권선(150)으로 권선된 4개의 전기적으로 여기된 돌출 극편으로 구성된다. N극 권선 자석 와이어 리드는 K-L로 표현되며, S극 권선 자석 와이어 리드는 M-N으로서 표현되며, 여기서, K(+) 및 L(-) M(-) 및 N(+)이다. 이들 여기 리드는 극성 그룹이 8개의 회전자 극만큼 이동한 것을 제외하고는 도 5에서와 같이 순차적으로 여기된다.
도 14는 본 개시의 실시예에 따른 4극, 60Hz 사이클-펄스 #10을 통해 모든 16 돌출 극(110)에 대해 입증된 극 권선(150) 및 여기 극성 시퀀싱 회로를 갖는 예시적인 고체 회전자(400)의 단부도를 예시하는 도면이다. 회전자(400)는 단부 적층체(100) 및 유지 볼트 구멍(140)을 나타낸다. 도 14는 회전 자극을 생성하는 돌출 극(110)의 순차적인 여기 사이클의 정적 상태 모습에서 4극 회전자의 묘사이다. 돌출 극(110)은 1-16으로 번호 매김된다. 도 14는 360° 회전 및 60Hz 전류의 2개의 사이클을 수반하는 4개의 개별 자극의 16 단계 생성 및 회전의 펄스 #10을 예시한다. mu 금속 슬리브(120) 및 샤프트(130)가 또한 나타나 있다. 4개의 자극은 다음과 같이 표시된다: N극 #1은 N-A로 표시되며(돌출 극 10-13), S극 #1은 S-A로 표시되고(돌출 극 14-16 및 1), N극 #2는 N-B로 표시되고(돌출 극 2-5), S극 #2는 S-B로 표시된다(돌출 극 6-9). 각각의 자기 회전자 극은 예시적인 실시예에서 자석 와이어로 형성될 수 있는 극 권선(150)으로 권선된 4개의 전기적으로 여기된 돌출 극편(110)으로 구성된다. N극 권선 자석 와이어 리드는 K-L로 표현되며, S극 권선 자석 와이어 리드는 M-N으로서 표현되며, 여기서, K(+) 및 L(-) M(-) 및 N(+)이다. 이들 여기 리드는 극성 그룹이 9개의 회전자 극만큼 이동한 것을 제외하고는 도 5에서와 같이 순차적으로 여기된다.
도 15는 본 개시의 실시예에 따른 4극, 60Hz 사이클-펄스 #11을 통해 모든 16 돌출 극(110)에 대해 입증된 극 권선(150) 및 여기 극성 시퀀싱 회로를 갖는 예시적인 고체 회전자(400)의 단부도를 예시하는 도면이다. 회전자(400)는 단부 적층체(100) 및 유지 볼트 구멍(140)을 나타낸다. 도 15는 회전 자극을 생성하는 돌출 극(110)의 순차적인 여기 사이클의 정적 상태 모습에서 4극 회전자의 묘사이다. 돌출 극(110)은 1-16으로 번호 매김된다. 도 15는 360° 회전 및 60Hz 전류의 2개의 사이클을 수반하는 4개의 개별 자극의 16 단계 생성 및 회전의 펄스 #11을 예시한다. mu 금속 슬리브(120) 및 샤프트(130)가 또한 나타나 있다. 4개의 자극은 다음과 같이 표시된다: N극 #1은 N-A로 표시되며(돌출 극 11-14), S극 #1은 S-A로 표시되고(돌출 극 15-16 및 1-2), N극 #2는 N-B로 표시되고(돌출 극 3-6), S극 #2는 S-B로 표시된다(돌출 극 7-10). 각각의 자기 회전자 극은 예시적인 실시예에서 자석 와이어로 형성될 수 있는 극 권선(150)으로 권선된 4개의 전기적으로 여기된 돌출 극편(110)으로 구성된다. N극 권선 자석 와이어 리드는 K-L로 표현되며, S극 권선 자석 와이어 리드는 M-N으로서 표현되며, 여기서, K(+) 및 L(-) M(-) 및 N(+)이다. 이들 여기 리드는 극성 그룹이 10개의 회전자 극만큼 이동한 것을 제외하고는 도 5에서와 같이 순차적으로 여기된다.
도 16은 본 개시의 실시예에 따른 4극, 60Hz 사이클-펄스 #12를 통해 모든 16 돌출 극(110)에 대해 입증된 극 권선(150) 및 여기 극성 시퀀싱 회로를 갖는 예시적인 고체 회전자(400)의 단부도를 예시하는 도면이다. 회전자(400)는 단부 적층체(100) 및 유지 볼트 구멍(140)을 나타낸다. 도 16은 회전 자극을 생성하는 돌출 극(110)의 순차적인 여기 사이클의 정적 상태 모습에서 4극 회전자의 묘사이다. 돌출 극(110)은 1-16으로 번호 매김된다. 도 16은 360° 회전 및 60Hz 전류의 2개의 사이클을 수반하는 4개의 개별 자극의 16 단계 생성 및 회전의 펄스 #12를 예시한다. mu 금속 슬리브(120) 및 샤프트(130)가 또한 나타나 있다. 4개의 자극은 다음과 같이 표시된다: N극 #1은 N-A로 표시되고(돌출 극 12-15), S극 #1은 S-A로 표시되고(돌출 극 16 및 1-3), N극 #2는 N-B로 표시되고(돌출 극 4-7), S극 #2는 S-B로 표시된다(돌출 극 8-11). 각각의 자기 회전자 극은 예시적인 실시예에서 자석 와이어로 형성될 수 있는 극 권선(150)으로 권선된 4개의 전기적으로 여기된 돌출 극편(110)으로 구성된다. N극 권선 자석 와이어 리드는 K-L로 표현되며, S극 권선 자석 와이어 리드는 M-N으로서 표현되며, 여기서, K(+) 및 L(-) M(-) 및 N(+)이다. 이들 여기 리드는 극성 그룹이 11개의 회전자 극만큼 이동한 것을 제외하고는 도 5에서와 같이 순차적으로 여기된다.
도 17은 본 개시의 실시예에 따른 4극, 60Hz 사이클-펄스 #13을 통해 모든 16 돌출 극에 대해 입증된 극 권선 및 여기 극성 시퀀싱 회로를 갖는 예시적인 고체 회전자(400)의 단부도를 예시하는 도면이다. 회전자(400)는 단부 적층체(100) 및 유지 볼트 구멍(140)을 나타낸다. 도 17은 회전 자극을 생성하는 돌출 극의 순차적인 여기 사이클의 정적 상태 모습에서 4극 회전자의 묘사이다. 돌출 극(110)은 1-16으로 번호 매김된다. 도 17은 360° 회전 및 60Hz 전류의 2개의 사이클을 수반하는 4개의 개별 자극의 16 단계 생성 및 회전의 펄스 #13를 예시한다. mu 금속 슬리브(120) 및 샤프트(130)가 또한 나타나 있다. 4개의 자극은 다음과 같이 표시된다: N극 #1은 N-A로 표시되고(돌출 극 13-16), S극 #1은 S-A로 표시되며(돌출 극 1-4), N극 #2는 N-B로 표시되고(돌출 극 5-8), S극 #2는 S-B로 표시된다(돌출 극 9-12). 각각의 자기 회전자 극은 예시적인 실시예에서 자석 와이어로 형성될 수 있는 극 권선(150)으로 권선된 4개의 전기적으로 여기된 돌출 극편으로 구성된다. N극 권선 자석 와이어 리드는 K-L로 표현되며, S극 권선 자석 와이어 리드는 M-N으로서 표현되며, 여기서, K(+) 및 L(-) M(-) 및 N(+)이다. 이들 여기 리드는 극성 그룹이 12개의 회전자 극만큼 이동한 것을 제외하고는 도 5에서와 같이 순차적으로 여기된다.
도 18은 본 개시의 실시예에 따른 4극, 60Hz 사이클-펄스 #14를 통해 모든 16 돌출 극에 대해 입증된 극 권선 및 여기 극성 시퀀싱 회로를 갖는 예시적인 고체 회전자(400)의 단부도를 예시하는 도면이다. 회전자(400)는 단부 적층체(100) 및 유지 볼트 구멍(140)을 나타낸다. 도 18은 회전 자극을 생성하는 돌출 극(110)의 순차적인 여기 사이클의 정적 상태 모습에서 4극 회전자의 묘사이다. 돌출 극(110)은 1-16으로 번호 매김된다. 도 18은 360° 회전 및 60Hz 전류의 2개의 사이클을 수반하는 4개의 개별 자극의 16 단계 생성 및 회전의 펄스 #14를 예시한다. mu 금속 슬리브(120) 및 샤프트(130)가 또한 나타나 있다. 4개의 자극은 다음과 같이 표시된다: N극 #1은 N-A로 표시되며(돌출 극 14-16 및 1), S극 #1은 S-A로 표시되며(돌출 극 2-5), N극 #2는 N-B로 표시되고(돌출 극 6-9), S극 #2는 S-B로 표시된다(돌출 극 10-13). 각각의 자기 회전자 극은 예시적인 실시예에서 자석 와이어로 형성될 수 있는 극 권선(150)으로 권선된 4개의 전기적으로 여기된 돌출 극편(110)으로 구성된다. N극 권선 자석 와이어 리드는 K-L로 표현되며, S극 권선 자석 와이어 리드는 M-N으로서 표현되며, 여기서, K(+) 및 L(-) M(-) 및 N(+)이다. 이들 여기 리드는 극성 그룹이 13개의 회전자 극만큼 이동한 것을 제외하고는 도 5에서와 같이 순차적으로 여기된다.
도 19는 본 개시의 실시예에 따른 4극, 60Hz 사이클-펄스 #15를 통해 모든 16 돌출 극(110)에 대해 입증된 극 권선(150) 및 여기 극성 시퀀싱 회로를 갖는 예시적인 고체 회전자(400)의 단부도를 예시하는 도면이다. 회전자(400)는 단부 적층체(100) 및 유지 볼트 구멍(140)을 나타낸다. 도 19는 회전 자극을 생성하는 돌출 극(110)의 순차적인 여기 사이클의 정적 상태 모습에서 4극 회전자의 묘사이다. 돌출 극(110)은 1-16으로 번호 매김된다. 도 19는 360° 회전 및 60Hz 전류의 2개의 사이클을 수반하는 4개의 개별 자극의 16 단계 생성 및 회전의 펄스 #15를 예시한다. mu 금속 슬리브(120) 및 샤프트(130)가 또한 나타나 있다. 4개의 자극은 다음과 같이 표시된다: N극 #1은 N-A로 표시되고(돌출 극 15-16 및 1-2), S극 #1은 S-A로 표시되며(돌출 극 3-6), N극 #2는 N-B로 표시되며(돌출 극 7-10), S극 #2는 S-B로 표시된다(돌출 극 11-14). 각각의 자기 회전자 극은 예시적인 실시예에서 자석 와이어로 형성될 수 있는 극 권선(150)으로 권선된 4개의 전기적으로 여기된 돌출 극편(110)으로 구성된다. N극 권선 자석 와이어 리드는 K-L로 표현되며, S극 권선 자석 와이어 리드는 M-N으로서 표현되며, 여기서, K(+) 및 L(-) M(-) 및 N(+)이다. 이들 여기 리드는 극성 그룹이 14개의 회전자 극만큼 이동한 것을 제외하고는 도 5에서와 같이 순차적으로 여기된다.
도 20은 본 개시의 실시예에 따른 4극, 60Hz 사이클-펄스 #16을 통해 모든 16 돌출 극(110)에 대해 입증된 극 권선(150) 및 여기 극성 시퀀싱 회로를 갖는 예시적인 고체 회전자(400)의 단부도를 예시하는 도면이다. 회전자(400)는 단부 적층체(100) 및 유지 볼트(140)를 나타낸다. 도 20은 회전 자극을 생성하는 돌출 극(110)의 순차적인 여기 사이클의 정적 상태 모습에서 4극 회전자의 묘사이다. 돌출 극(110)은 1-16으로 번호 매김된다. 도 20은 360° 회전 및 60Hz 전류의 2개의 사이클을 수반하는 4개의 개별 자극의 16 단계 생성 및 회전의 펄스 #16을 예시한다. mu 금속 슬리브(120) 및 샤프트(130)가 또한 나타나 있다. 4개의 자극은 다음과 같이 표시된다: N극 #1은 N-A로 표시되며(돌출 극 16 및 1-3), S극 #1은 S-A로 표시되며(돌출 극 4-7), N극 #2는 N-B로 표시되고(돌출 극(8-11), S극 #2는 S-B로 표시된다(돌출 극 12-15). 각각의 자기 회전자 극은 예시적인 실시예에서 자석 와이어로 형성될 수 있는 극 권선(150)으로 권선된 4개의 전기적으로 여기된 돌출 극편(110)으로 구성된다. N극 권선 자석 와이어 리드는 K-L로 표현되며, S극 권선 자석 와이어 리드는 M-N으로서 표현되며, 여기서, K(+) 및 L(-) M(-) 및 N(+)이다. 이들 여기 리드는 극성 그룹이 15개의 회전자 극만큼 이동한 것을 제외하고는 도 5에서와 같이 순차적으로 여기된다.
도 21은 도 5에 설명되고, 본 개시의 실시예에 따른 4극, 60Hz 사이클-펄스 #1을 통해 모든 16 돌출 극(110)에 대해 입증된 극 권선(150) 및 여기 극성 시퀀싱 회로를 갖는 예시적인 고체 회전자(400)의 단부도를 예시하는 도면이다.
도 22는 본 개시의 시스템의 분리된 예시적인 컴포넌트, 즉 본 개시의 실시예에 따른 내부 회전자 적층체(2200), 고정자 적층체(2210) 및 외부 회전자 적층체(2220)의 단면도를 예시하는 도면이다. 도 22a의 내부 회전자(2200)는 도 4의 실시예에 예시된 것과 유사한 16 돌출 극편(2230)을 나타낸다. 도 22의 실시예는 대안적으로 도 1-2 및 4-21에 예시된 돌출 극편(110)을 포함할 수 있음이 구상된다. 이들 적층체(2200) 후; 2210; 2220이 적층되고, 가압되고, 절연되면, 돌출 극(2230)은 구리 와이어 또는 그래핀과 같은 다른 적절한 전도 재료로 권선될 수 있다. 내부 회전자(2200)를 권선하고 적절한 리드를 설치한 후, 내부 회전자(2200)는 절연 바니시(insulation varnish)에 침지될 수 있다. 이는 그 후, 적절한 온도에서 적절한 시간 동안 베이킹될 수 있다. 이는 그 후, 샤프트(2240)를 통해 지그(제시되지 않음)에 장착된다. 도 22b의 고정자 적층체(2210)는 적층되어 적절한 압력으로 가압될 수 있다. 예시적인 실시예에서, 고정자 적층체(2210)는 50톤의 압력 하에서 적층되고 가압될 수 있다. 압력 하에 있는 동안, 체결 부재(제시되지 않음)가 유지 구멍(140)을 통해 설치될 수 있다. 고정자(2210)는 그 후 절연되고 권선될 수 있다. 예시적인 실시예에서, 권선은 #18 American Wire Gauge 절연 구리 자석 와이어로 수행된다. 그러나, 권선 재료의 선택은 #18 American Wire Gauge 구리 자석 와이어로 제한되는 것으로 고려되지 않는다. 예시적인 실시예에서, 권선 공식은 그룹당 3개의 코일과 4개의 자극으로 구성된 12개의 그룹을 구성한다. 코일은 한벌(in hand) 4개의 #18 American Wire Gauge 와이어로 9 턴 권선될 수 있다. 스팬은 1-7일 수 있고 후크업은 "하이 와이", "로우 와이" 또는 "델타"일 수 있지만 위의 권선 공식 또는 후크업에 제한되지 않는다. 고정자(2210)는 외부 슬롯(2250) 및 내부 슬롯(2260)에 권선된다.
도 22c의 외부 회전자 적층체(2220)는 원하는 두께로 적층되어 적절한 압력 하에 가압될 수 있다. 일부 실시예에서, 외부 회전자 적층체(2220)는 50톤의 압력 하에서 가압될 수 있다. 압력 하에 있는 동안, 체결 부재는 유지 구멍(2270, 2280)을 통해 설치될 수 있다. 그 다음, 외부 회전자 적층체(2220)가 절연되고 권선된다. 예시적인 실시예에서, 외부 회전자 적층체(2220)의 돌출 극(2290)은 #AWG 구리 자석 와이어로, 9개 한벌, 48 턴 권선될 수 있다. 앞서 설명한 바와 같이, 권선 공식은 #18 AWG 구리 자석 와이어 9개 한벌 및 48 턴으로 제한되지 않는다. 권선 후, 외부 회전자(2220)를 절연 바니시에 침지하고 적절한 온도에서 적절한 시간 동안 베이킹하여 바니시를 경화시킬 수 있다. 내부 회전자 적층체(2200), 지그, 고정자 적층체(2210) 및 외부 회전자 적층체(2220)는 그 다음 하나의 단편으로 조립될 수 있다(도 23에 가장 잘 제시됨). 그 후, 회전자 리드가 적절한 방식으로 후크업된다.
도 23은 본 개시의 실시예에 따른 예시적인 내부 회전자 적층체(2200), 고정자 적층체(2210), 및 외부 회전자 적층체(2220)의 조립체의 2개의 단면 단부도 C.S.-1 및 C.S.-2를 예시하는 도면이다. C.S.-2의 적층체는 적절한 두께로 적층될 때 외부 회전자 조립체의 4개 섹션을 연결하고 고정하는 데 이용되는 조립 탭(2310)을 함유한다. 그러나, C.S.-1에서 본 적층체에는 조립 탭(2310)이 포함되어 있지 않다. C.S.-1에서 본 적층체는 적층되고 C.S.-2의 스택과 교번된다. 유리하게는, C.S.-1 및 C.S.-2 스택의 교번은 조립 동안 외부 회전자 고정자 유닛의 전체 길이를 통과하는 체결 부재의 더 어려운 작업보다 조립 탭(2310)의 짧은 유지 볼트와 같은 짧은 체결 부재를 이용한 조립을 가능하게 한다. 도 24는 도 23의 C.S.-1 단면도에서 볼 때 내부 회전자(2200)의 내부 고정자 적층체(2210)에서 외부 회전자 적층체(2220)의 위치를 나타낸다. 이러한 컴포넌트를 권선하고 연결한 후, 최대 안정적인 출력으로 이들을 튜닝하기 위해 이들은 동작 동안 서로 회전해야 한다.
도 24는 본 개시의 실시예에 따른, 절연 및 권선 준비가 된 내부 회전자 적층체(2200), 고정자 적층체(2210) 및 외부 회전자 적층체(2220)의 조립체의 단면 단부 경사 입면도를 예시하는 도면이다. 내부 회전자 적층체(2200), 고정자 적층체(2210)와 외부 회전자 적층체(2220)를 권선하여 적절하게 연결한 후, 이들은 함께 가압되고 컴포넌트를 회전시키는 자동 튜닝 메커니즘에 의해 튜닝될 수 있으며 고정자(2210)로부터 출력되는 3개의 3상 다리 각각에 배치된 전압 센서의 전압 밸런싱 피드백 루프에 의해 제어된다. 이에 대해 앞으로 상세히 설명할 것이다. 예시적인 실시예에서, 내부 회전자 적층체(2200), 고정자 적층체(2210) 및 외부 회전자 적층체(2220)의 3개 모두의 단부는 조립 및 튜닝이 완료될 때 제자리에 같은 높이가 되어 고정될 수 있다. 유리하게는, 튜닝 메커니즘은 동작 중에 활성이고 동적이다.
도 25 내지 도 29는 고정자(2210)(내부 고정자 및 외부 고정자)에서 3상 전력을 생성할 때 내부 회전자 적층체(2200)와 외부 회전자 적층체(2220)(C.S.-1에서 볼 때)의 상호작용 및 기능을 나타낸다. 내부 회전자 적층체(2200)의 극편(2230)과 외부 회전자 적층체(2220)의 극편(2290)은 원하는 적절한 전기 자석 와이어로 권선될 수 있다. 도 25 내지 도 29의 극편(2230)은 도 1-2 및 4-21에 예시된 극편(110)과 실질적으로 유사하지만, 그러나, 극편(310) 같은 다른 극편 기하형상이 도 4에 예시되어 있다. 일반적으로, 극편은 단일 실시예에서 한 유형의 기하형상 또는 단일 실시예에서 다수의 기하형상 중 어느 하나의 다양한 기하형상을 정의할 수 있다. 각각의 극편은 단지 예로서 실질적으로 타원형, 직사각형, 또는 난형 기하형상 중 하나 이상을 정의할 수 있다. 자석 와이어 코일(2500)은 2개의 리드(2510, 2520)에서 종단될 수 있고; 각각의 극으로부터의 2개의 리드(2510, 2520)는 예를 들어 프로그램 가능한 로직 센터(PLC)를 사용하여 컴퓨터 제어 게이팅 시스템에 직렬 또는 병렬로 연결될 수 있으며, 이는 예를 들어, 여기 회로의 MOSFET 게이팅 시스템을 사용하여 제1 극성으로부터 제2 극성으로 및 제2 극성으로부터 제1 극성으로의 교번 방식의 스위칭을 가능하게 한다. 4극 내부 회전자(2200)와 외부 회전자(2220)가 병렬 또는 직렬로 배선된 경우, 도 25에서 자속(2530)이 N극일 때, 자속(2540)은 S극이고, 돌출 극(2230; 2290)은 그룹당 4극의 4개의 그룹 또는 그룹당 8극의 2개의 그룹으로 배선될 수 있지만 2개 또는 4개의 그룹으로 제한되지 않는다. 대안 실시예에서, 그룹화는 상이하게 정의될 수 있다.
도 25에 예시된 바와 같이 60Hz 전력 및 4극 회전자의 경우, 그룹 1의 극 1은 내부 극 회전자 1의 제1 극성 및 외부 회전자 극 1의 제2 극성이고, 극 #1 또는 내부 극 5의 그룹 #2은 제2 극성 및 외부 회전자 5의 제1 극성이다. 그룹 3의 극 1은 내부 회전자 돌출 극 9의 제1 극성이고 그룹 3의 극 1은 외부 회전자 돌출 극 9의 제2 극성이다. 그룹 4 돌출 극 13의 극 #1은 제2 극성 내부 회전자이고 그룹 4 돌출 극 #13의 극 #1은 외부 돌출 극 #13의 제1 극성이다.
각각의 그룹의 극 #1은 고체 여자기 회로(제시되지 않음)에 의해 여기될 수 있다. 각각의 그룹의 극 #2는 고체 여자기 회로에 의해 여기될 수 있다. 각각의 그룹의 극 #3은 고체 여자기 회로에 의해 여기될 수 있다. 각각의 그룹의 극 #4는 고체 여자기 회로에 의해 여기될 수 있다. 예시적인 여기 시퀀스가 도 25 내지 도 29에 점진적으로 예시되고; 도 25에서, 각각의 그룹에 대한 극 #1은 여기될 수 있고, 예를 들어 2.084 밀리초 후에, 도 26에서 극 #2가 여기될 수 있고; 그 후, 다시 예를 들어 2.084 밀리초 후에 극 #3이 도 27에서 여기될 수 있고; 그 후, 다시, 예를 들어 2.084 밀리초 후에 극 #4가 도 28에서 여기될 수 있고; 예를 들어, 2.084 밀리초 후에 극 #1리 도 29에서 다시 여기될 수 있고, 사이클이 반복된다.
극 회로는 제1 사이클에서 제1 극성 DC 전력 전류 및 제2 사이클에서 제2 극성 DC 전력 전류로 여기될 수 있다. 제1 및 제2 사이클은 60hz 전력의 경우 16.667 밀리초 마다 하나의 AC 사이클을 구성한다. 50Hz와 같은 다른 주파수에 대해 적절한 조절이 이루어질 수 있다. 각각의 극은 각각의 자기 돌출 극에 대해 예를 들어 4.167 밀리초- 4.167 밀리초로 제한되지 않음 - 동안 여기될 수 있고, 예를 들어 4.167 밀리초 붕괴 시간- 4.167 밀리초 붕괴 시간으로 제한되지 않음 -을 갖는다. 내부 회전자 적층체(2200)의 돌출 극(2230)과 외부 회전자 적층체(2220)의 돌출 극(2290) 사이의 자기 결합은 고정자(2210)의 자속의 강도를 증가시켜 전력 출력을 개선시킨다. 여기파는 시계 방향으로 진행하며, 이는 형성될 때 각각의 극을 왜곡하고, 이는 선행 극의 반발 자속에 의해 점진적인 시계 방향 방식으로 자속을 추진한다. 이는 사실상 원하는 주파수에서 시계 방향 원형 방식으로 개별 분리된 자극을 지속적으로 추진하고 극은 분리되어 제1 극성과 제2 극성이 교번된다. 따라서, 완전한 16.667 밀리초 사이클마다 여기가 제1 극성으로부터 제2 극성으로 스위칭되어 4개의 별개의 자극이 회전자(400) 자체의 물리적 회전 없이 계속 회전한다.
다른 극 배열/그룹화에 대한 조절이 이루어질 수 있다.
도 30은 외부 고정자 권선(3020) 및 내부 고정자 권선(3030)과 함께 외부 회전자 권선(3000), 내부 회전자 권선(3010)을 나타내는 본 개시의 실시예 중 하나의 상위 단부도를 예시하는 도면이다. 또한, 회전자(400)를 구축하기 위해 적층체 스택을 고정하기 위해 외부 회전자 적층체(2220)의 조립 탭(2310)에 삽입된 체결 부재(3040)를 볼 수 있다. 돌출 극(2230)은 1-16으로 표시되어 있다.
도 31은 이전 도면 중 임의의 실시예에 따른 권선 및 설치된 장치(외부 회전자 적층체, 고정자 적층체 및 내부 회전자 적층체 스택)를 포함하는 발전기(3100) 조립체의 상위 경사 투영을 예시하는 도면이다.
도 32는 본 개시의 실시예에 따른 고정자(2210)의 베이스 권선 패턴(3200)을 예시하는 도면이다. 도 32의 예시적인 공식은 그룹당 3개의 코일(3210; 3220; 3230)을 갖는 4개의 코일 그룹을 나타낸다. 코일 스팬은 1-7이고 권선은 36개 슬롯의 랩 권선이다. 리드는 "하이 와이" "로우 와이" 또는 "델타" 연결로 연결되도록 관례적인 방식으로 표시될 수 있지만 이러한 연결에 제한되지 않는다. 위상 코일은 본 출원에서 서로 다른 직선 유형으로 코딩된다: 일점쇄선 = 위상(1) 또는 U, 실선 = 위상(2) 또는 V, 점선 = 위상(3) 또는 W. 다른 코일 그룹화 및 스팬이 실현 가능한 것으로 예상된다.
도 33은 본 개시의 실시예에 따른, 복수의 내부 회전자 적층체(2200), 고정자 적층체(2210) 및 외부 회전자 적층체(2220) 조립체를 포함하는 예시적인 회전자(3300)의 단부도의 예시이다. 본 개시의 설계는 출력 용량을 기하급수적 방식으로 증가시키기 위해 무제한의 수의 회전자 및 고정자가 반경방향 방식으로 외부로 확장되는 것을 가능하게 한다. 이러한 다층 회전자/고정자 유닛에 대한 번호 매김은 이 유닛에 고유하며, 이러한 점에서 도 22 및 도 23에 도시된 단일 고정자, 이중 회전자 유닛과 다르다. 도 22 및 도 23의 유닛은 25kW의 전력 출력 잠재력을 가질 수 있고, 회전자 돌출 극(2230; 2290)을 형성하는 상자성 또는 강자성 재료의 자기 영역을 정렬하는 회전자 코일(3000; 3010)에 전력을 공급하는 데 5kW가 필요하다. 자기 영역이 정렬됨에 따라, 진화하는 자속은 고정자 코일(3020; 3030)을 여기시키고 전력을 생성한다. 회전자(2200; 2220)에 대한 입력 전력은 발전기 고정자(2210)에 의해 생성되고 회전자(2200; 2220)에 전류를 전송하는 고체 릴레이를 통해 배터리 커패시터 인터페이스를 통해 피드백된다. 도 22 및 도 23의 유닛에 대한 권선은 다음과 같다:
외부 회전자 적층체 2220:
#18 AWG, 9개 한벌, 48 턴
외부 고정자 적층체 2210:
#18 AWG, 4개 한벌, 9 턴
12 코일 그룹
그룹당 3개 코일
도 32 및 도 33의 조립체에 대한 권선은 다음과 같다:
회전자 3310:
#18 AWG, 9개 한벌, 48 턴.
회전자 3320:
#18 AWG, 11개 한벌, 58 턴.
회전자 3330:
#18 AWG, 18개 한벌, 192 턴.
고정자 3340:
#18 AWG, 4개 한벌, 9 턴
스팬 1-7; 12개의 코일 그룹, 그룹당 3개의 코일.
슬롯 3350의 고정자 권선:
#18 AWG, 5개 한벌, 9 턴;
스팬 1-7; 12개의 코일 그룹, 그룹당 3개의 코일, 병렬로 5개의 코일 그룹.
슬롯 3360의 고정자 권선:
#18 AWG, 5개 한벌, 9 턴, 12개 코일 그룹;
스팬 1-7; 그룹당 3개의 코일, 병렬로 7개의 코일.
도 34는 도 33에서와 같이 조립된 회전자와 고정자의 적층체의 단면도를 예시하는 도면이다. 다양한 적층체가 도 35 내지 도 38에 분리되어 가장 잘 제시되어 있다.
회전자와 고정자 슬롯에 대해 슬롯 면적을 검토할 때, 고정자 슬롯 용량(3350 및 3360)이 도 22 및 도 23의 슬롯(2250; 2260)의 슬롯 용량보다 12배 더 크다는 것이 발견되었다. 3400 및 3410의 회전자 슬롯 용량은 도 22c 및 도 23에 예시된 등가의 슬롯보다 8.5배 더 크다. 증가된 전력 출력이 아래에서 추정된다. 효율은 이러한 차이의 합과 같다- 즉, 전력 출력의 20.5배 증가 또는 보수적으로 12.5 x 20.5는 도 22 및 도 23의 조립체를 포함하는 발전기의 출력이 12.5kW 출력인 것으로 가정하는 경우 256.25kW와 같다. 그러나, 도 22 및 도 23의 조립체의 출력 용량은 50kW 출력만큼 높을 수 있다. 이 경우 해당 출력이 외삽될 수 있다면, 출력 용량은 1025kW가 될 수 있다. 도 34a는 적층체 조립체의 다양한 측정의 실시예를 예시한다.
도 35는 도 33 및 34의 실시예에서 본 것과 동일한 내부 고정자 적층체(3500)를 예시하는 도면이다. 이는 권선 슬롯(3510), 유지 구멍(3520) 및 히트 싱크 부재(3530)를 나타낸다. 이 적층체(3500)는 원하는 높이로 원하는 방식으로 적층된 다음 적절한 시간 동안 적절한 압력으로 가압될 수 있다. 압력 하에 있는 동안, 토크 볼트와 같은 체결 부재가 유지 구멍(3520)에 설치된다. 고정자 적층체(3500)는 그 다음 절연되고 적절한 자석 와이어로 권선된다. 그 후, "와이" 또는 "델타" 연결에 후크인(hooked in)되지만 "와이" 또는 "델타"에 제한되는 것은 아니다. 고정자 적층체(3500)는 그 다음 절연 바니시에 침지될 수 있고 바니시를 경화시키기 위해 적절한 시간 동안 적절한 온도에서 베이킹될 수 있다.
도 36은 도 34의 실시예에서 본 것과 동일한 내부 회전자 적층체(3600)의 도면을 예시하는 도면이다. 적층체(3600)는 원하는 높이로 적층되고 적절한 기간 동안 적절한 압력 하에 가압될 수 있다. 유지 구멍(3610)에는 토크 볼트 같은 체결 부재가 설치될 수 있다. 그 다음 적층체가 절연되고 슬롯(3620 및 3630)에서 와이어로 권선될 수 있다. 분리되어 있거나 조합되어 있는 대안적인 와이어 재료를 사용하는 다른 실시예가 실현 가능하지만, 예시적인 실시예에서, 와이어는 구리 와이어일 수 있다. 코일이 결속되고, 도 25 내지 도 29의 리드 와이어와 같은 리드 와이어가 부착될 수 있다. 그 후, 적층체를 절연 바니시에 침지한 다음 적절한 온도에서 적절한 양의 시간 동안 베이킹할 수 있다.
도 37은 도 34의 실시예에서 본 것과 동일한 중간 이중 고정자(3700)의 도면을 예시하는 도면이다. 이러한 적층체(3700)는 원하는 높이로 적층된 다음 적절한 압력으로 가압될 수 있다. 압력 하에 있는 동안, 체결 부재가 유지 구멍(3710)에 설치될 수 있다. 그 다음, 적층체는 절연되고 적절한 전도체 재료로 슬롯(3720; 3730)에서 권선될 수 있다. 코일은 "와이" 또는 "델타" 연결로 후크업되지만 "와이" 또는 "델타" 연결에 제한되지 않는다. 그 후, 적층체를 절연 바니시에 침지하고 바니시를 경화시키기 위해 적절한 시간과 적절한 온도에서 베이킹할 수 있다.
도 38은 도 34의 실시예에서 본 것과 동일한 외부 회전자 적층체(3800)의 도면을 예시하는 도면이다. 적층체(3800)는 8개의 섹션으로 절단되어 적층될 수 있다. 이들이 적층되고 나면, 이들은 체결 부재로 함께 가압 및 토크 부여되고, 절연된 다음 권선될 수 있다. 그 후, 리드가 적용되고 결속될 수 있다. 그 후, 적층체를 적절한 온도에서 적절한 기간 동안 절연 바니시에 침지하고 베이킹할 수 있다. 그 후, 스택은 조립 탭(3810) 및 유지 구멍(3820)을 사용하여 조립된다.
도 39는 본 개시의 실시예 중 하나의 고정자의 후크업의 도면을 예시하는 도면이다. 위상(1 또는 A 또는 U) 리드 (4)(3900)이 코일(3905)에 입력되고, 출력(1)은 점퍼(3904)를 통해(1)A에 연결되고, (1)A는 코일(3908)에 공급한다. 3906로부터의 출력 리드 (4)A는 점퍼(3910)를 통해 리드 (7)에 연결된다. 리드 (7)는 코일(3912)에 공급한다. 출력 리드 (10)는 점퍼(3914)를 통해 (10)A를 연결한다. 리드 (10)A는 코일(3916)에 공급한다. 3916으로부터의 리드 (7)A는 점퍼(3920)를 통해 중립점(3918)에 연결된다.
위상(2 또는 B 또는 W) 리드 (5)(3922)는 코일(3924)에 입력된다. 리드 (2)는 점퍼(3926)를 통해 (2)A에 연결된다. 리드 (2)A는 코일(3928)에 공급하고 코일 출력 리드 (5)A는 점퍼(3930)를 통해 리드 (8)에 연결된다. 리드 (8)는 코일(3932)에 공급하고 코일(3932) 출력 리드 (11)는 점퍼(3934)를 통해 (11)A에 연결된다. 리드 (11)A는 코일(3936)에 공급하고, 리드 (8)A는 점퍼(3820)를 통해 중립점(3918)에 공급한다.
위상(3 또는 C 또는 V)은 점퍼(3942)를 통해 코일(3940)에 연결된다. 리드 (3)는 점퍼(3944)를 통해 (3)A에 연결된다. 리드 (3)A는 코일(3946)에 연결되고 출력 리드 (6)A는 점퍼(3948)를 통해 (9)A에 연결된다. 리드 (9)A는 코일(3950)에 공급하고 출력 리드 (12)A는 코일(3952)에 공급하는 (12)에 연결되며, 출력 리드 (9)는 점퍼(3954)를 통해 중립점(3918)에 연결된다.
도 40은 본 개시의 실시예에 따른 고정자 적층체에 의해 생성된 3상 전력의 오실로스코프 추적을 예시하는 도면이다. 3상 다리는 서로간에 공급한다. 음의 전압을 갖는 리드는 더 많은 양의 리드로부터 전자 유동을 수용한다. 0도에 도시된 바와 같이, 위상 A(4010)는 전자를 위상 B(4020) 및 위상 C(4030)에 공급한다. 90도에서, 위상 B(4020)는 위상 A(4010)와 위상 C(4030)에 전자를 공급하고 있다. 200도에서, 위상 C(4030)가 위상 B(4020)와 위상 A(4010)에 공급한다. 하나의 완전한 사이클은 360도이다.
도 41 내지 도 43은 본 개시의 실시예의 회전자와 고정자의 조립체를 덮는 카울링(4100)의 입면도를 예시한다. 컴포넌트는 다양한 적절한 방법에 따라 제조될 수 있으며, 이는 3D 인쇄, 사출 성형, 블로우 성형, 열성형 등을 포함할 수 있지만 이에 제한되지 않는다. 컴포넌트는 분리 가능한 섹션으로 제조될 수 있다. 유리하게는, 발전기가 분리 가능한 섹션으로 형성될 때 조립 작업자는 전체 발전기를 해체할 필요 없이 기술적 문제를 겪고 있는 섹션을 제거할 수 있다. 상부 보닛(4110)은 도 42에서와 같이 들어올려질 수 있다. 베이스(4120)는 금속으로 만들어지며 튜닝 프로세스 동안 회전자를 회전하고 튜닝하는 데 필요한 회전 메커니즘을 함유한다. 튜닝이 완료된 이후에, 시스템이 제자리에 고정된다. 도 42 및 도 43에서, 카울링 컴포넌트(4110; 4120; 4130, 4140; 4150; 4160)는 모두 서로 분리될 수 있어서 조립 및 분해가 용이하다는 것을 유의하여야 한다.
도 44는 본 개시의 실시예에 따른, 제자리에 3개의 위상 권선 코일(4410; 4420; 4430)을 갖는 발진 변조기 적층체(4400)의 단부도 투영을 예시하는 도면이다. 오늘날 일반적으로 사용되는 회전 발전기의 경우, 동작 속도에서, 회전자는 플라이휠 효과를 발휘하여 전압을 안정화하고 전력 출력을 개선시킨다. 본 개시의 경우 변조기(4400)는 회전자/플라이 휠 효과의 기능으로서 역할을 한다. 변조기 코일은 적절한 압력 하에서 0.34 mm(0.34 mm로 제한되지 않음)의 전기 강으로 구성될 수 있는 본 도면의 적층체를 가압하여 구성된다. 적절한 압력 하에 있는 동안, 토크 볼트와 같은 체결 부재가 유지 구멍(4440)을 통해 적용될 수 있다. 변조기 적층체(4400)를 절연시킨 후, 슬롯 코일(4410; 4420; 4430)이 제자리에 놓여진다. 슬롯 코일(4410; 4420; 4430)은 #18 AWG 절연 구리 자석 와이어로 만들 수 있지만 #18 AWG 절연 구리 자석 와이어에 제한되지 않는다. 예시적인 실시예에서, 36개 슬롯에 1-7의 스팬으로 5개 한벌 9 턴 권선된 12개의 코일 그룹이 있지만, 12개의 코일 그룹, 5개 한벌, 9 턴 및 36 슬롯에 1-7 스팬에 제한되지 않는다. 후크업은 4극 "하이 와이" 고정자 후크업이다. 가변 커패시터 부하는 L1-L2, L2-L3 및 L1-L3에 걸쳐 연결된다. 가변 부하의 커패시터가 또한 L1-중립점, L2-중립점 및 L3-중립점에 걸쳐 있다. 코일 권선 및 표시된 리드가 도 45에 예시되어 있다. 구체적으로, 예시적인 실시예로서 1-7의 스팬이 예시된다. "하이 와이" 후크업이 도 39에 표시되어 있다.
도 46 내지 도 49는 발진기 변조기(4400)의 조립체의 예시를 제공한다. 특히, 도 46은 코일(4610)로 완전히 권선되고 4극 1800rpm 3상 60Hz 전기 모터로서 후크업된 발진 변조기(4400)의 고정자(4600)의 예시이다. 도 47은 고정자(4600)로 활주되는 변조기 회전자(4700)의 예시이다. 변조기 회전자(4700)는 고정자(4600)의 측면도를 또한 제공하는 도 48에 예시된 유지 바아(4800)에 의해 양 단부에서 제자리에 체결된다. 도 48의 유지 구멍(4810)은 도 46에 예시된 체결 부재(4620)를 수용하도록 구성된다. 예시적인 실시예에서, 도 48 및 도 49에 예시된 커패시터(4820, 4830, 4840)는 L1-L2, L2-L3 및 L1-L3 뿐만 아니라 L1-중립점, L2-중립점 및 L3-중립점에 걸쳐 부착된다. 변조기(4400)는 도 49의 L1, L2 및 L3의 리드를 도 30 및 도 31의 고정자 시스템의 출력 리드에 연결함으로서 동작한다. 3상 전력이 변조기 고정자(4600)의 코일을 통해 유동하면 1800rpm으로 회전하고 변조기 회전자(4700) 코어에서 고전압 3상 전력을 생성하는 4개의 교번 극이 생성된다. 커패시터(4820; 4830; 4840)는 변조기 회전자(4700) 코일의 권선으로 반복적으로 충전 및 방전된다. 발진 자속은 발전기의 회전자 임피던스에 영향을 미치는 발전기 권선에 영향을 미친다. 유리하게는, 변조기(4400) 출력의 리드에 걸친 커패시턴스의 적절한 일정한 자동 튜닝은 발전기 회전자 코일의 임피던스를 50%를 초과하여 감소시킬 것이며, 따라서 발전기 전력 출력은 안정적인 3상 전력의 50%를 초과하여 증가될 수 있다.
도 50은 본 개시의 실시예에 따른 자체 지속 발전기(5000)에 관한 프로세스를 예시하는 블록도이다. 도 50의 블록도는 본 개시의 발전기의 기능하는 자체 지속 동작의 개요이다. 시스템은 도 1 내지 도 21의 설명 및 도면들에서 설명된 컴퓨터 시스템 시퀀싱을 활성화함으로써 전력 공급된다. 이 프로그램은 릴레이 (5010)의 시퀀싱 및 여기를 유발한다. 릴레이(5010)는 컴퓨터 시퀀싱 프로그램에 의해 개방 및 폐쇄되고 전압 및 전류를 DC 전력으로서 고체 릴레이 뱅크의 MOSFET 게이팅 시스템에 전송한다. 적절한 릴레이가 개방되고 전류가 발전기(5000)의 적절한 회전자 코일을 통해 유동할 수 있게 한다. 전류는 코일을 통해 유동하고 여기 시스템(5010)에 전력을 공급하는 전력 공급 장치의 중립점으로 복귀된다. 발전기(5000)로부터의 전력 출력은 도 50a의 전기 강의 자기 영역을 정렬시키는 회전자 코일에 의해 형성되는 비교적 약한 자기장에 의해 생성된다. 영역이 정렬됨에 따라, 회전자의 자속은 모든 영역이 정렬될 때까지 기하급수적으로 증가한다. 모든 자기 영역이 정렬되면, 전기 강 극은 포화 상태라 지칭된다. 모든 영역이 정렬되면, 극을 통한 추가 전류는 각각의 입력 전력 단위량에 대해 발전기로부터 1 출력 전력 단위량을 생성할 뿐이다. 일상적인 동작에서, 발전기(5000)는 고정자에서 1 단위량의 전력을 취출하고 커패시터 인터페이스와 DC-DC 전력 공급 장치를 통과시킨 다음 1 단위량을 회전자 코일을 통해 다시 통과시키고, 자기 영역을 정렬하며, 따라서, 각각의 극은 발전기(5000)의 고정자로부터 회전자에 대한 각각의 입력 단위량에 대해 적어도 4.3 단위량의 전력을 생성할 수 있다. 중요하게는, 이는 발전기(5000)가 자체 지속될 수 있지만 영구 운동 기계는 아닐 수 있게 한다. 회전자 코일에 의한 비례적으로 약한 자기장과 자기 영역을 정렬하는 프로세스에서 전력이 수확된다. 자기 영역은 금속의 페어링되지 않은 전자 스핀에 의해 형성된다. 이는 태양광 패널과 달리 더 이상 영구 운동이 아니다. 태양광 동력 광전지(PV) 패널은 광자가 실리카(PV) 전지의 전자와 충돌하여 태양 광선을 전기로 변환한다. 전자는 광자로부터 에너지를 취하고, 받아 전자가 튕겨나간다. 광자의 발진 주파수가 높을수록 생성되는 전자 에너지가 더 커진다. 본 개시는 발전기 회전자에 의해 생성된 약한 전자기장의 영향 하에 정렬 상태로 흔들리는 금속의 페어링되지 않은 전자에 의해 생성된 자연 자기 영역을 사용한다. 정렬된 자기 영역의 합은 매우 강력한 이동 자기장을 생성한다. 이들 이동 자기장은 고정자 권선을 통해 전자를 추진하여 전기를 생성한다. 태양 전지는 태양의 전력을 수확하고 본 개시는 금속의 페어링되지 않은 전자 스핀의 전력을 수확한다. 도 50a는 히스테리시스 곡선을 제공한다. 구체적으로, 도 50a는 전기 강 및 플렉시글라스 모두에 대해 코일에 제공되는 전류의 크기 대 가우스 단위로 생성된 자속의 강도의 변화의 그래프 플롯을 예시한다. 전기 강의 경우 (말하자면) 30A에서 생성되는 자속의 강도는 본 개시의 실시예에 따른 전기 강의 자기 영역 정렬로 인해 플렉시글라스의 경우보다 현저히 더 크다. 도 50a는 도 51에 따른 상황에서 배치될 것이다.
도 51은 본 개시의 실시예에 따른, 발전기 극 모듈(5100)뿐만 아니라 단자 블록(5105a; 5105b) 및 다이오드 블록(5110a; 5110b)의 모습을 예시하는 도면이다. 사이클은 컴퓨터 제어기(5115)로의 AC 전력이 켜진 상태에서 시작된다. 전력은 DC/AC 전력 공급 장치(5120a)로부터 온다. 예시적인 실시예에서, 전력 공급 장치(5120a)는 DC-DC 전력 공급 장치일 수 있다. 예시적인 실시예에서, 전력 공급 장치(5120a)는 도관(5130a, 5130b)을 통해 전력 공급 장치(5125a)로부터 전력을 취할 수 있다. 컴퓨터 제어기(5115)에 전력을 공급하기 위해 스위치(5120b)가 켜질 수 있다. 컴퓨터 제어기(5115)는 도관(5135a)을 통해 A 및 X로 표시된 고체 릴레이(SSR)로 DC 신호 전압을 전송하고, 펄스는 MOSFET 게이트와 A 및 X를 개방하여 (+) 전력 바아(5140)로부터의 전류가 전도체(5145)를 통해, 전도체(5150)를 통해 SSR A로, 5155 및 5160을 통해 SSR X로 유동할 수 있게 한다. 극 SSR A 및 X는 전도체(5165 및 5170)를 통해 다이오드 블록(5110a)에 전류를 전송한다. 전도체(5175a 및 5175b)는 단자 블록 A(5105a)에 전류를 전달한다. 단자 블록 A(5105a)로부터 전류가 회전자 극 코일 PC-1의 A 측면으로 유동한다. 전류는 반시계 방향(N극)으로 진행한다. 전류는 리드 B(5180)로 유동하고, 전류는 반시계 방향으로 유동하고 전기 강의 자기 영역을 강한 N극 배향으로 정렬하는 약한 전자기 N극을 형성한다. 전류는 B(5180a) 리드로부터 X 리드(5180b)를 통해 반시계 방향으로 유동하고, 이는 부가 효과를 형성하고 더 많은 자기 영역을 정렬하는 훨씬 더 강한 전자기장을 생성한다. 전류 유동은 회전자 극의 전기 강의 포화 바로 아래로 "적정"된다. 이 포화는 도 50a와 같은 히스테리시스 곡선을 수행함으로써 각각의 극에 대해 미리 결정된다. 그 후, 전류는 Y(5185)를 통해 단자 블록 B(5105b)로 유동한다. 그 후, 전류는 전도체(5190)를 통해 SSR D2로 유동한다. 그 후, 전도체(5191)를 통해 SSR D1로 유동한다. A 및 X의 MOSFET를 개방하는 도관(5135a)을 통해 전송된 신호는 D1 및 D2를 동시에 개방하여 전류가 전도체(5192)를 통해 전력 공급 장치(5125b)의 중립점으로 복귀하게 한다. 커패시터 뱅크(5193)는 단자 블록 A(5105a) 및 B(5105b)에 걸쳐 배치되고, 커패시터는 회전자 코일의 전류가 중단되고 자기 영역이 다시 한 번 무작위로 배향됨에 따라 상당한 플라이백을 흡수한다. 이 자기 붕괴가 발생함에 따라, 전류는 동일한 방향으로 계속되지만 전압은 회로를 손상시킬 수 있는 높은 크기의 스파이크와 함께 극성을 반전시킨다. 따라서, 커패시터 뱅크(5193; 5194)는 C1 및 C2의 입력 및 출력 단자에 걸쳐 배치되며, 커패시터 뱅크(5195)는 D1 및 D2의 입력 및 출력 단자에 걸쳐 배치된다.
DC-DC 전력 공급 장치(5125a; 5125b)는 커패시터/배터리 뱅크(5196a; 5196b; 5196c)로부터 온 및 오프 스위치(5197)를 통해 그리고 그 후 전도체(5198a; 5198b)를 통해 전력을 수신한다. 병렬로, DC-DC 전력 공급 장치(5125a)는 점퍼(5199a; 5199b)에 의해 전도체(5198b; 5199c)로부터 전력을 수신한다. 이 도 51은 회전자가 16개의 극 모듈을 포함할 수 있는 본 개시의 실시예에서 극 모듈을 나타낸다. 앞서 설명된 바와 같이, 극의 다른 수 및/또는 그룹화와 필요한 기술적 조절이 실현 가능할 것으로 예상된다. 커패시터/배터리 뱅크에 전력이 공급된 상태를 유지하는 회로를 앞으로 더 논의할 것이다.
도 52는 본 개시의 실시예에 따른, 시스템의 발전기 주 제어 패널(5200)의 모습을 예시하는 도면이다. 예시적인 실시예에서, 주 제어 패널(5200)은 16개의 극 모듈(5210)을 함유한다. 각각의 극 모듈(5210)에 대해서는 도 53에서 상세히 설명할 것이다. 본 출원에 표현된 극 모듈(5210)은 도 51에 예시되고 앞서 설명한 것과 같은 6개의 고체 릴레이 A, B, X, Y, C 및 D를 함유한다. 이들은 또한 하나의 회로 차단기(5220)와 전력 공급 장치 중립점(5230a) 및 신호 전력 공급 장치 중립점(5230b)에 있는 4개의 단자 블록을 함유한다. 이 도 52는 이더넷 케이블(5250)을 통해 라우터 스위치(5260)를 통해 마이크로프로세서 제어기(5270a; 5270b)로 신호를 전송하는 HMI(Human Machine Interface) 디스플레이 패널(5240)을 나타낸다. 릴레이에 대한 신호는 중립점(5290a 및 5290b)을 갖는 차폐된 전도체(5280a 및 5280b)를 통해 프로세서 카드로부터 전송된다. 캐비닛(5292)은 모든 주 제어부를 수납한다. 와이어는 와이어 트로프(5294)를 통해 라우팅된다. 중앙 처리 유닛(CPU)과 IO 카드를 함유하는 마이크로프로세서(5270a; 5270b)는 24 볼트 전력 공급 장치(5296)로부터 그 동작 전력을 수신한다.
도 53은 본 개시의 실시예에 따른 발전기 극 모듈(5100) 중 하나의 모습을 다소 자세히 예시하는 도면이다. 특히, 이 도면은 도 51에 설명된 바와 같은 릴레이로의 전력의 입력 및 출력에 대한 상세한 설명이다. SSR에 의해 라우팅되는 회전자 코일에 대한 전력은 DC-DC 전력 공급 장치로부터 전도체(5310)를 통해 극 모듈(5100)에 진입한다. 전류는 회로 차단기(5320a)를 통해 전도체(5320b)를 통해 SSR의 A, B, X 및 Y의 입력측(2)으로 진행한다. 릴레이의 MOSFET 게이트는 발전기 극 모듈(5100) 사이에서 원하는 시퀀스를 제공하도록 프로그래밍된 타이밍 시퀀스에서 신호 제어기 컴퓨터(5340)로부터의 "1" 및 "2"로부터의 신호에 의해 (1)과 (2) 사이에서 개방 및 폐쇄된다. 제어 신호 "1" 및 "2"는 5350a 및 5350b를 통해 유동하여 도 51에 설명된 바와 같이 MOSFET A, B, C, D, X 및 Y를 개방한다. 그 후, 전류는 (2)로부터 MOSFET를 통해 단자(1)로 유동한다. SSR A의 경우, 전류는 전도체(5360a)를 통해 단자 블록 A(5370a)로 유동하고 전도체(5360b)를 통해 다이오드 블록 밖으로 회전자 코일 A 리드로 유동한다. SSR B 전류는 전도체(5360c)를 통해 단자 블록 B(5370b)로 유동하고 전도체(5360d)를 통해 다이오드 블록 및 회전자 코일 B 리드로 유동한다. SSR X의 경우, 전류는 전도체(5360e)를 통해 단자 블록 X(5370c)로 유동하고 전도체(5360f)를 통해 다이오드 블록 및 회전자 코일 X 리드로 유동한다. SSR Y의 경우, 전류는 전도체(5360g)를 통해 단자 블록 Y(5370d)로 유동하고 전도체(5360h)를 통해 다이오드 블록 및 회전자 코일 Y 리드로 유동한다.
전류는 회전자 코일로부터 전도체(5380a 및 5380b)를 통해 SSR의 C 및 D로 복귀하고, 신호 제어기가 (1)과 (2) 사이의 MOSFET를 개방할 때 전류는 전도체(5390)을 통해 전력 공급 장치 중립점 단자 블록(5392)으로 그리고 전도체(5394)를 통해 다시 전력 공급 장치의 중립점으로 유동한다. 커패시터(5396a 및 5396b)는 SSR의 C 및 D의 전력 단자(1) 및 (2)에 걸쳐 위치하여 각각의 사이클 동안 자화된 회전자가 붕괴될 때 플라이백 전압을 흡수한다. 예시적인 실시예에서, 커패시터 각각은 40 X 10-6 s4A2m-2kg-1(40μF)의 커패시턴스를 갖는다. 다양한 실시예에서 발전기의 상이한 스케일에 대한 다양한 다른 회로 파라미터에 기초하여 커패시턴스의 대안적인 값이 실현 가능한 것으로 예상된다.
도 54는 본 개시의 실시예에 따른 발전기 극 모듈 다이오드 블록/단자 접합 중 하나의 모습을 예시하는 도면이다. 다이오드(5410; 5420)의 기능은 전류가 단지 하나의 방향으로만 유동하게 하고, 따라서, 붕괴되는 코일로부터 SSR 제어 시스템으로의 플라이백을 방지한다. 다이오드(5410)는 전도체(5430a)를 따라 SSR A로부터, 전도체(5430b)를 통해 SSR B로부터 전류를 취한다. 다이오드(5420)는 SSR X로부터 전도체(5440a)를 통해 전류를 수신하고 SSR Y로부터 전도체(5440b)를 통해 전류를 수신한다. 다이오드(5410)의 출력은 전도체(5450a)를 통해 TB(단자 블록) 2로, 전도체(5450b)를 통해 TB 1로 출력된다. 다이오드(5420)의 출력은 전도체(5470a)를 통해 TB 1로, 전도체(5470b)를 통해 TB 2로 진행한다. TB 1의 전류는 전도체(5480a)를 통해 SSR D로, TB 2로부터 5480b를 통해 SSR C로 진행한다. TB 1로부터의 출력은 전도체(5490a)를 통해 회전자 "X" 코일로, 그리고, 전도체(5490b)를 통해 회전자 코일 "A"로 진행한다. TB 2로부터의 출력은 전도체(5495a)를 통해 회전자 코일 "B"로, 전도체(5495b)를 통해 회전자 코일 "Y"로 진행한다.
도 55는 본 개시의 실시예에 따른, 커패시터 뱅크 격리 극 방전 유닛 중 하나를 예시하는 도면이다. 이 시스템은 플라이백 완화에 이용될 수 있다. 4개의 커패시터의 뱅크는 직렬 및 병렬로 연결된다. 예시적인 실시예에서, 4개의 커패시터 각각은 20 X 10-6 s4A2m-2kg-1 (20μF)의 커패시턴스를 갖는다. 커패시터 뱅크(5510)는 전도체(5520a 및 5520b)를 통해 SSR C의 극에 걸쳐 있다. 커패시터 뱅크(5530)는 전도체(5540a 및 5540b)를 통해 SSR D의 전력 극에 걸쳐 연결된다.
도 56은 본 개시의 실시예에 따른 컴퓨터 제어기(5115)의 신호 시간 시퀀스 프로그램을 예시하는 도면이다. 이는 일부 실시예에서 16.667 밀리초 동안 지속될 수 있는 1회성 사이클이다.
도 57은 본 개시의 실시예에 따른 격리된 커패시터 충전 시스템(5700)을 예시하는 도면이다. 회전자 릴레이에 공급하는 DC-DC 전력 공급 장치에 안정적인 입력을 제공하기 위해, 배터리/커패시터 충전 시스템(5700)이 격리될 수 있다. 예시적인 실시예에서, 이는 듀얼 배터리 충전 시스템(5700)의 한 측면을 충전하는 반면 다른 측면은 격리되고 도 55의 커패시터 배터리 뱅크(5510)로 방전되게 함으로써 달성된다. AC 전력은 발전기(5000)의 고정자로부터 전력 바아(5710)로 취출된다. 예시적인 실시예에서, 전력 공급 장치(5720)는 발전기 출력으로부터 AC 전력 공급을 받고 중립 전도체(5740a) 및 양극(5740b) 및 개방 릴레이(5740c)를 통해 커패시터(5730a)의 양극 단자로 커패시터(5730a)를 충전한다. 릴레이(5750a)는 폐쇄되어 있고 커패시터 B(5730b)의 릴레이(5750b)는 개방되어 있지만 릴레이(5760)는 폐쇄되어 있다. 커패시터(5730b)는 개방 릴레이(5750b)를 통해 도 55의 커패시터 배터리 뱅크(5530)로 개방될 수 있다. 본 실시예에서 커패시터 배터리 뱅크(5530)는 직렬로 연결된 3개의 12V 커패시터/배터리를 포함하는 36 볼트의 전위차를 포함할 수 있지만, 그러나, 커패시터/배터리의 다른 총 값 및/또는 그룹화 및 구성은 본 개시의 발전기(5000)의 규모 또는/및 사용자의 다양한 요구를 수용하기 위해 실현 가능한 것으로 예상된다. 양극 전도체는 단자 블록(5770a)에 연결되고 음극 전도체는 단자 블록(5770b)에 연결된다. 전도체(5780a)는 36 볼트 배터리 뱅크(5530)의 양극에 연결되고, 전도체(5780b)는 배터리 뱅크(5530)의 음극에 연결된다. 다음 사이클 12 볼트 커패시터(5730b)는 충전 사이클에 있고 커패시터(5730a)는 36 볼트 커패시터/배터리 뱅크(5530)로 방전된다. 이 격리된 배터리 충전 시스템(5700)은 발전기(5000)의 고정자 출력과 다시 발전기(5000)로의 회전자 입력 사이의 인터페이스이다.
또한, 도 57에는 온/오프 스위치 표시기 모듈(5790), 릴레이 타이머 제어 회로(5792; 5794), 전력 공급 장치(5796) 및 여기 버스(5798)가 제시되어 있다.
도 58은 본 개시의 실시예에 따른 격리 배터리 충전기(5700)의 릴레이 타이머 제어 회로(5794)를 예시하는 도면이다. 예시적인 실시예에서, 릴레이 타이머 제어(5794)는 24 볼트 DC 전력 공급 장치(5796)에 의해 전력 공급을 받는다. 전력 공급 장치(5796)는 발전기외 고정자(off-the-generator stator)로 전력 공급될 수 있다. 일부 실시예에서, 발전기외 고정자는 120 볼트 AC 발전기외 고정자이다. 타이머(5794)는 회로의 중립측을 가를 수 있다. 양극 전도체(5810)는 TB(5820)와 연결된다. 도관(5830a)은 전류를 코일 릴레이 A(5750a)로 전달한다. 도관(5830b)은 전류를 코일 릴레이 A(5750b)로 전달한다. 도관(5830c)은 전류를 코일 릴레이 B(5760)로 전달한다. 도관(5830d)은 전류를 코일 릴레이 B(5840)로 전달한다. 전력 공급 장치 중립점은 전도체(5860)을 통해 TB(5850)에 연결된다. 전도체(5870a)는 TB(5850) 중립점을 타이머 A2에 연결하고 5870b는 TB(5850)를 단자 블록 T1에 연결한다. 타이머는 중립점 회로를 차단하고 중립점 회로를 전도체(5880a)를 통해 TB-B에 연결하고 전도체(5880b)를 통해 코일 릴레이 B에 중립점을 제공하고 전도체(5880c)를 통해 코일 릴레이 B에 중립점을 제공하는 단자 블록 T2에 연결한다. 전도체(5890a)는 중립점 TB(5850)를 타이머 단자 T3에 연결한다. 타이머가 차단되고 TB A에 연결된 단자 T4에 중립점을 구성한다. TB A는 전도체(5890b)를 통해 코일 릴레이 A(5750b)에 중립점을 연결한다. 전도체(5890b)는 TB A를 코일 릴레이 A(5750a)에 연결한다.
도 59는 본 개시의 실시예에 따른 예시적인 발전기 자가 충전 시스템 배터리 및 커패시터 레이아웃(5900)을 예시하는 도면이다. 예시적인 실시예에서, 각각의 배터리/커패시터 유닛은 12 볼트의 전위차를 포함한다. 12V 시스템은 현재 예시되지 않은 36V 배터리 뱅크에 공급한다. 이 도 59는 병렬로 연결된 3개의 커패시터/배터리 뱅크를 포함하며, 이들 각각은 12V의 전위차를 가지고 있다. 커패시터(5910a), 배터리(5920a) 및 배터리(5920b)는 커패시터(5910b; 5920c; 5920d)와 병렬로 연결된다. 2개의 나머지 배터리 세트(각각 릴레이 2 및 3에 연결됨)는 도 59의 실시예에서 또한 각각 12V이고 병렬로 연결된다. 릴레이(5930a 및 5930b)는 36V 볼트 배터리 뱅크의 양극 배터리 행 1에 연결된다. 중립점(5940)은 배터리 행 1의 중립점에 연결된다. 릴레이(5950a; 5950b)는 배터리 행 2의 양극에 연결된다. 중립점(5960)은 36V 배터리 뱅크의 행 2의 음극 버스에 연결된다. 릴레이(5970a; 5970b)는 36V 배터리 뱅크의 배터리 행 3에 연결된다. 중립점(5980)은 배터리 행 3 버스 바에 연결된다.
도 60은 본 개시의 실시예에 따른 예시적인 36V 커패시터/배터리 뱅크(6000)를 예시하는 도면이다. 단자 블록(6010; 6020; 6030)은 도 57, 도 58 및 도 59의 자가 충전 입력에 연결된다. 직렬 연결은 5140 및 6040이다. 예시적인 실시예에서 직렬 연결(5140; 6040)은 DC-DC 입력이다. 병렬 전압은 12V DC일 수 있고 직렬 전압은 36V DC일 수 있다. 5140 및 6040에 대한 직렬 전압 연결은 도 51의 시스템의 DC-DC 전력 공급 장치(5125a; 5125b)에 공급할 수 있다.
도 61은 36V 배터리/커패시터 뱅크(6000)로부터의 데이터의 도면이다. 제시된 데이터는 본 개시의 실시예에 따라 외부 전원이 없는 발전기(5000)의 24시간 자가 충전/자체 지속 작동에 걸쳐 전압에 대해 플롯팅된 시간이다. 이 데이터는 배터리/커패시터 뱅크(6000)가 자가 충전 모드가 동작 중일 때 24시간 동안 곡선(6110)에서 알 수 있는 바와 같이 37.3 내지 37.4의 충전을 유지함을 시사한다. 그러나, 자가 충전 루프가 꺼져 있을 때, 커패시터/배터리 뱅크(6000)의 전압은 4.5시간 이후에 33.89 볼트로 강하하고; 곡선(6120)은 발전기(5000)의 동일한 부하 하에서 동작하고 전체 시스템에 장애가 발생하여 가동 중단되는 것을 예시한다.
도 62는 본 개시의 실시예에 따른, 자가 충전, 자체 지속 작동을 위한 전압계, 전류계 및 데이터 로거를 갖는 측정 지점의 블록도(6200)이다. 본 개시에 제시되고 청구범위에 참조된 모든 데이터는 Holcomb Energy System(HES)에서 이 도면에 따라 취한 것이다. 도 62에 제시된 바와 같은 측정 지점의 선택은 본질적으로 결코 제한을 의도하지 않으며, 예시적인 실시예로서 예로서 제공된다는 것이 쉽게 이해될 것이다. 측정 지점의 다른 선택이 실현 가능한 것으로 구상된다. 발전기 여기 제어(6210)는 AC 3상 전력을 생성하기 위해 펄스 및 시퀀스 방식으로 회전자 코일에 DC 전류를 전송한다. DC-DC 변환기(6220)는 배터리/커패시터 뱅크(6000)로부터 DC 전력을 수신한다. DC-DC 변환기(6220)에 대한 입력은 DC 전압 및 전류계(6230b)로 6230a에서 측정된다. DC-DC 변환기(6220)로부터 여기 제어(6210)로의 전압 및 암페어는 DC 전압계 및 전류계를 사용하여 6240에서 측정된다. 발전기(5000)에 의한 총 전력 출력은 데이터 로거(6250b)에 의해 지점(6250a)에서 측정된다. 발전기 충전기 재생 시스템(6260)에 대한 전력은 데이터 로거(6270b)에 의해 지점(6270a)에서 측정된다. 발전기 충전기 재생 시스템(6260)으로부터 배터리/커패시터(6000)로의 전력은 지점(6230a)에서 전압 및 전류계(6230b) 및 가능하게는 추가적으로 휴대용 DC 전류계로 측정된다. 배터리/커패시터(6000)에서 DC-DC 전력 공급 장치로의 전력은 지점(6280)에서 측정된다.
저항 부하(3상 전구 뱅크)(6290)에 대한 전력은 데이터 로거(6292b)에 의해 지점(6292a)에서 측정된다. 3상 모터 부하(6294)에 대한 전력은 데이터 로거(6296b)에 의해 지점(6296a)에서 측정된다.
전력 출력 스위치에 대한 전력 입력을 측정하기 위해 6298a는 개방되고 6298b는 폐쇄된다. 발전기(5000)는 이 구조에서 지역 유틸리티 전력(6299a)에 의해 전력 공급을 받을 수 있다. 이 구조는 아래의 도 63에서 논의될 것이다. 유틸리티 공급 장치(6299a)로부터의 전력 입력은 DC 미터(6229c)로 지점(6299b)에서 측정될 수 있다.
도 63은 본 개시의 실시예에 따른, 전력 확대 실험을 위한 전압계, 전류계 및 데이터 로거를 갖는 측정 지점의 블록도(6300)이다. 지역 유틸리티 전력(6299a)이 AC-DC 전력 공급 장치(6310)에 연결될 수 있다. AC-DC 전력 공급 장치(6310)는 발전기(5000)의 회전자 코일을 통해 전류를 라우팅할 수 있는 여기 제어(6210)에 전력을 공급한다. 유틸리티(6299)로부터의 전류는 데이터 로거로 지점(6299b)에서 측정된다. AC-DC 전력 공급 장치(6310)로부터의 입력 전류는 DC 미터(6320b) 및 휴대용 DC 전류계로 지점(6320a)에서 측정될 수 있다. 지점(6250a)의 전류 및 전압 출력은 데이터 로거(6250b)에 의해 측정된다. 이 실험을 위한 자체 루프 자체 생성 회로는 스위치(6330)를 개방함으로써 오프 상태로 스위칭된다. 유틸리티 공급 장치(6299a)로부터의 전류는 발전기(5000)의 회전자 코일을 통과할 수 있다. 회전자 코일을 통한 전류는 장을 정렬하는 데 필요한 것보다 더 많은 전력을 자기 영역으로부터 생성하는 강력한 이동 시퀀스 회전 자극을 형성하기 위해 금속의 자기 영역을 정렬하는 비교적 약한 자극을 형성한다. 따라서, 영역이 정렬될 때 이동 자기장에서 수확된 에너지는 시스템에 대한 에너지 입력보다 더 많은 사용 가능한 전기 에너지 출력을 허용한다.
도 64는 본 개시의 실시예에 따른, 도 63에 설명된 바와 같은 전압계로 측정 지점으로부터 취한 데이터의 그래프이다. 이 도면의 데이터는 지점(6299b)의 입력 전력은 3.3KVA 및 3.3KW PF 1.0이고 지점(6250a)의 발전기(5000) 출력은 8.5KW 및 12.30KVA PF 0.70임을 나타낸다. 극편 재료의 페어링되지 않은 전자의 전자 스핀으로부터 수확된 에너지의 확대가 발생했음이 명백하다.
도 65는 본 개시의 실시예에 따른, 나머지 사용 가능한 에너지의 와트에 대해 플롯팅된 부하 하에서의 전압 강하를 갖는 배터리 뱅크로부터의 도면이다. 예시적인 실시예에서, 배터리 뱅크는 48V 배터리 뱅크이지만, 그러나, 다른 잠재적인 차이가 다양한 전력 요건을 고려하여 실현 가능한 것으로 예상된다. 이 도면은 자체 지속 전력 루프가 동작(6510)하는 한, 예시적인 48 볼트 배터리/커패시터 인터페이스의 안정성을 나타낸다. 루프가 분리(6520)되면, 전압이 8 내지 12분 내에 시스템 장애까지 강하한다.
도 66은 배터리/커패시터 뱅크, 예에서, 도 60에 제시된 것과 같은 36V 배터리/커패시터 뱅크(6000)로부터의 시간에 따른 전압 변화의 도면이다. 본 개시의 실시예에 따라 24시간 기간에 걸쳐 작동된다. 이 작동은 도 57의 격리된 배터리 충전 시스템(5700)을 이용하지 않을 때 불규칙적인 충전 패턴을 입증하기 위한 것이다. AC-DC 충전기가 회전자용 AC-DC 전력 공급 장치에 대한 고정자 연결에서 직접 충전 중일 때 충전 속도를 제어하기가 곤란하다. 이 도면 또한 발진 변조기(4400)의 안정화 효과를 매우 명확하게 입증한다. 곡선(6610)은 변조기(4400) 없이 최대 부하에서 유닛이 충전되지 않을 때 급격히 저하되는 전압을 나타낸다. 회로에 발진 변조기(4400)를 사용하면 등가의 전압 강하에 회로에 변조기(4400)를 사용하는 경우 4시간이 소요되고 회로에 변조기(4400)가 없을 경우 1.5시간이 소요된다는 점에서 효율이 약 260% 더 높다.
도 67은 본 개시의 실시예에 따른, 외부 전원 없이 12시간 자체 지속 작동에 걸친 전압 대 36V 배터리 뱅크 시간으로부터 플롯팅된 데이터의 도면이다. 이 유닛은 3kW 부하와 발진 변조기(4400)가 시스템으로부터 배제된 상태에서 12시간 동안 자가 충전 방식으로 동작(6710)되었다. 유닛은 이후에 동일한 조건 하에서, 그러나, 자가 충전 유닛이 꺼진 상태(6720)로 동작되었다.
도 68은 36V 배터리 뱅크로부터 플롯팅된 데이터의 도면이다. 플롯은 본 개시의 실시예에 따른 자가 충전 자체 지속 동작 대 비-자가 충전으로부터 데이터를 기록한, 2 시간 기간에 걸친 시간 대 배터리 뱅크 전압의 플롯이다. 자체 지속 작동 동안의 전압은 격리된 충전 시스템(5700)이 동작 중이고 발진 변조기(4400)가 회로에 있기 때문에 강하하지 않는다.
도 69는 외부 전원 없이 103분 작동에 걸쳐 36V 배터리 뱅크 시간 대 전압에서 플롯팅된 데이터의 도면이며, 온 및 오프 위치에서 자가 충전 회로를 입증한다. 회로가 오프 상태로 스위칭되고, 따라서, 배터리 전압이 저하된다. 다음으로, 자체 충전 회로가 다시 온 상태로 스위칭되고 배터리 전압이 기준선 이상으로 복구된다. 사이클이 한 번 더 반복되어 이 작동에서 총 두 번이 된다. 이 도면은 HES의 자가 충전 능력을 명확하게 입증한다. 자가 충전 시스템이 오프 상태로 스위칭되고(6910), 전압이 약 0.5 볼트 강하한다. 충전 시스템(5700)이 다시 켜지고(6920), 전압은 약 2 볼트 DC(6930)만큼 꾸준히 증가한다. 자가 충전 시스템이 다시 오프 상태로 스위칭되고(6940) 전압이 다시 한 번 약 1.2 볼트만큼 강하한다. 충전 시스템이 다시 켜지고(6950), 실험을 중단하기 전에 전압이 0.4V 증가한다.
도 70은 격리된 충전 시스템(5700) 및 발진 변조기(4400)가 제자리에 있는 상태에서 24시간 자가 충전, 자체 지속 작동에 걸친 전압 대 36V 배터리 뱅크 시간으로부터 플롯팅된 데이터의 도면이다. 본 개시의 실시예에 따라 외부 전원이 사용되지 않았다. HES 시작 배터리 전압(7010)은 37.3 볼트 DC였다. 24시간 연속 동작 후 36 볼트 배터리 뱅크의 HES 종료 전압은 37.4 볼트 DC였다. 자가 충전 시스템이 꺼지면 4.5시간 이내에(7020), 전압이 33.89 볼트 DC로 강하하면서 시스템에 장애가 발생한다.
다음 도면은 이 시스템의 에너지 소스가 전기 강의 자기 영역을 동력화하는 능력에서 진화했음을 명확하게 입증하는 데이터를 제시한다. 자기 영역은 그 스핀 패턴의 모든 전자가 동일한 자기 배향을 갖는 영역이라고 지칭되는 이러한 면적으로 함께 결합되는 더 작은 원자 그룹이다. 전자는 작은 자석으로 고려될 수 있다. 전자의 스피닝은 작지만 매우 중요한 자기장을 생성한다. 대부분의 재료에서 원자는 한 전자의 자기 배향이 또 다른 전자의 배향을 상쇄하도록 배열된다. 강자성 재료에서, 그 원자 구성은 페어링되지 않은 전자를 가지며, 따라서, 유사한 자기 배향을 가진 더 작은 원자 그룹은 모든 전자가 동일한 자기 배향(스핀 배향)을 갖는 영역으로 함께 결합된다. 처음에는 이러한 영역이 무작위로 정렬된다. 그러나, 이러한 영역이 비교적 약한 자기장에 노출되면 모두 동일한 방향으로 정렬된다. 상온에서 강자성인 원소는 세상에 단 4개만 알려져 있다. 이러한 원소는 철심, 니켈, 코발트 및 (일부 실험에서는) 가돌리늄이다. 본 출원에 제시된 실험 모델은 본 개시의 실시예가 자극을 여기하는 데 필요한 전력보다 더 많이 4배보다 더 큰 전력을 생성한다는 것을 명확하게 나타낸다. 제1 유닛 중 하나의 적층체가 전기 강으로 만들어지고(도 72) 제2 유닛 적층체가 플렉시글라스(도 71)로 형성된 것을 제외하고는 동일한 2개의 실험 코일 그룹이 구성되었다. 따라서, 도 71과 도 72는 강자성이 아니다. 전기 강 유닛은 금속에 자기 영역이 있고, 플렉시글라스는 자기 영역을 함유하지 않는다.
두 세트의 실험이 수행되었다. 양자 모두의 코일 그룹은 N극 권선되고 24 볼트 전력 공급 장치와 직렬로 서로 연결되었다(도 71, 도 72, 도 73, 도 74, 도 75 및 도 76).
실험: 전기 강 대 플렉시글라스 자기 속성
주: 양자 모두의 재료의 판독값은 다음과 같은 동일한 조건 하에 기록되었다.
플렉시글라스(N극)
1. 46 가우스
2. 39.67 가우스
3. 28.32 가우스
4. 39.78 가우스
평균: 38.44 가우스
전기 강(N극)
1. 240 가우스
2. 87.8 가우스
3. 92.0 가우스
4. 246.6 가우스
평균: 166.6 가우스
플렉시글라스의 평균 가우스 판독값(38.44 가우스)을 전기 강의 평균 가우스 판독값(166.6 가우스)으로 나누면 전기 강이 강의 자기 영역 정렬에 필요한 것보다 4.33배 더 큰 자기장 강도(가우스)를 생성한다는 결론을 내릴 수 있다.
166.6 ÷38.44 =
4.33
이 실험에서 도 74의 전기 강 유닛 및 도 73의 플렉시글라스 유닛은 구성 재료를 제외하고는 동일했다. 양자 모두의 유닛의 모든 극은 #18 AWG 구리 절연 자석 와이어로 동일하게 권선되었다. 이는 5개 와이어 한벌 및 65 턴으로 권선되었다. 전기 강 유닛과 플렉시글라스 유닛은 모두 서로 직렬로 연결되었다. 이는 또한 각각 0.6옴의 저항을 갖는 2개의 저항성 코일과 직렬로 연결되어 있다. 전기 강과 플렉시글라스 양자 모두의 코일 저항은 0.2옴이었다. 따라서, 전체 회로의 저항은 1.6옴이었다. 24 볼트 전력 공급 장치에 의해 단자에 걸쳐 인가된 전압은 20.0 볼트 DC였고, 플렉시글라스 코일과 전기 강 코일 모두를 동시에 통과하는 암페어는 12.5암페어였다. 두 코일 유닛 사이의 유일한 차이는 상부 구조의 적층체를 절단하는 데 사용되는 재료이다. 가우스 판독값은 도 73 및 도 74의 코일 면의 모든 7110 지점에서 취했다. 그 후, 5개의 가우스 판독값을 평균화했다. 그 후, 4극 평균을 평균화했다. 플렉시글라스 가우스 판독값을 전기 강 판독값과 비교했을 때 전기 강 판독값이 플렉시글라스 판독값보다 4.33배 높았다. 동일한 전류가 양자 모두의 유닛을 통해 유동하지만 전기 강의 자기 영역은 코일의 비교적 약한 장에 의해 정렬되기 때문에 전기 강의 자속은 4배 더 크다. 이는 본 개시의 전기 유닛에 전력을 공급하는 동일한 메커니즘이다. 영역이 정렬됨에 따라 진화하는 이동 장은 전기적 에너지 입력의 4배보다 더 큰 전기적 에너지 출력을 생성한다. 본 개시의 발전기(5000)가 적층된 방식으로 다수의 회전자와 고정자를 갖는다면, 출력 대 입력 비율은 훨씬 더 클 수 있다.
금속의 모든 자기 영역이 정렬되면, 금속은 포화 상태라 지칭된다. 이 포화 현상으로 인해 히스테리시스는 다소 "S" 형상이지만, 반면에, 플렉시글라스 곡선은 직선이다. 각각 플렉시글라스 및 전기 강 유닛을 예시하고 있는 도 74와 도 75의 비교, 그리고, 또한 도 50a로부터 알 수 있는 바와 같이, 양자 모두가 동일한 구리 자석 와이어의 권회수를 갖고 동시에 동일한 회로에서 동일한 암페어와 조우할 때, 플렉시글라스에서 보다 전기 강에서 훨씬 더 많은 자속(4배 이상)이 생성된다. 자기 에너지 출력의 이러한 4배를 초과한 증가는 본 개시에 제시된 바와 같이 이를 동작시키기 위한 에너지 입력보다 4배를 초과하는 더 많은 전기적 에너지 출력으로 변환된다. 자기 영역이 전자기 코일에 의해 정렬됨에 따라 추가 영역을 "모집" 하고 정렬한다. 영역이 정렬됨에 따라 진화하는 이동 자속 장은 3상 고정자의 고정자 코일에 전력을 생성한다. 도 76 에서 알 수 있는 바와 같이, #1-7610a는 코일을 통해 유동하는 전류가 없으므로 자기 영역(7610b)은 무작위 방식으로 배향된다. 도 76의 화살표는 자기 영역의 서로 다른 스핀 정렬을 표시하며, 상기 영역은 무작위 분할에 의해 표시된다. 알 수 있는 바와 같이, 코일 #2-7620a는 코일을 통해 리드(7620b)를 통과하고 중립점(7620c)을 통해 나가는 전류를 갖는다. 이 반시계 방향 전류 유동은 자기 영역을 정렬하는 데 필요한 에너지보다 4배 더 큰 에너지로 진화하는 이동 자속을 생성하는 자기 영역을 정렬하는 N극 전자기 자속을 생성한다. 코일 #3-7630a에서 전류가 꺼지고 영역은 다시 한 번 무작위 상태가 된다. 코일 #4-7640a에서, 리드(7640b)의 전류는 시계 방향 방식으로 코일을 통해 진행하고 리드(7640c)를 통해 나온다. 시계 방향 방식의 이 전류 유동은 자기 영역을 S극 배향으로 정렬하는 S극 장을 생성한다. 설명을 위해 화살표는 N극에 대해 위로 지향하고, S극에 대해 아래로 지향한다. 실제로 화살표는 지면 안팎으로 지향되어야 한다.
3상 전압은 도 81의 컴퓨터 제어기(8100)에 의해 균형화되고 최대화되며, 이는 중앙 처리 유닛(CPU)과 CPU를 시스템의 센서 및 작동기에 연결하는 입력 및 출력(I/O) 모듈을 함유한다. 이 시스템의 센서 입력에서 작동기 출력까지의 응답 시간은 약 1 마이크로초이다. I/O 시스템에 대한 바람직한 응답 시간 기능은 1 마이크로초이다. 디지털 입력 및 출력은 센서로부터의 입력 신호 및 릴레이와 같은 작동기로의 출력이다. CPU 동작 사이클은 도 80에 나타나 있다. 신호는 AC 및 DC 전압계 신호뿐만 아니라 증폭 변환기 센서로부터 수신된다. 이 제어 시스템의 목적은 고정자 출력의 3상 다리에서 전압 조절을 자동화하는 것이다. 시스템은 전압을 최적 수준으로 유지하고 위상 다리가 서로 균형화되게 유지한다. 로직 래더 또는 시퀀스가 존재한다. 최적화될 제1 회로는 여기 회로 타이밍 시퀀스(8110)이다. 이 설정은 HMI의 터치패드에 의해 변경된다. 다음 조절은 고정자를 기준으로 각각의 회전자를 회전시키는 회전 조절(8120)이다. 회전자와 고정자의 회전, 즉, 튜닝은 전압이 최대화되고, 기준 위상 다리와 다른 위상 다리 간에, 위상 다리에서 균형화될 때까지 고정자에 대해 회전자를 회전시킴으로써 달성된다. 균형은 +/-5 AC 볼트 내에서 이루어져야 한다.
도 77의 구조(7700)는 볼트 구멍(7710)을 통해 각각의 회전자 구조의 바닥에 볼트결합된다. 지지 포스트(7720)가 링(7730 및 7740)에 볼트결합된다. 서보모터와 같은 모터(7750)도 볼 수 있다. 예시적인 실시예에서, (모터(7750)가 회전을 작동시킬 수 있는) 상보적 기어(7770)와 상호작용하도록 구성될 수 있는 톱니(7760)가 도 78에 가장 잘 제시된 링(7740) 상에 위치되어 있고, 또한 볼 수 있다. 도 78에서, 세라믹 볼 베어링(7820)을 갖는 베어링 레이스(7810)는 톱니(7760)를 함유하는 링(7740)을 수용한다. 서보(7750)는 톱니(7740)와 상보적 기어(7770)의 상호작용을 통해 회전자를 회전시킨다. 서보모터(7750)는 본 개시의 CPU-I/O 제어기로부터의 신호로 회전자를 시계 방향 및 반시계 방향으로 회전시킨다. 회전 조절은 전압 레벨과 균형이 미리 정의된/프로그래밍된 파라미터 내에 들 때까지 발생한다. 도 78에서 링(7740) 주위에 배치된 볼 베어링(7820)의 수는 단지 예로서 제시되고, 다른 수의 볼 베어링(7820)이 실현 가능한 것으로 예상된다는 것을 이해할 것이다. 링(7730; 7740)의 치수에서, 구멍(7710) 및 지지 포스트(7720)는 발전기(5000)의 원하는 전력 출력에 기초하여 선택될 수 있고 단일 실시예/값 세트에 국한되지 않는다. 더욱이, 기어의 톱니 수 및 그 직경은 원하는 전력 출력 또는 기어의 원하는 각속도를 고려하여 선택될 수 있다. 도 79는 도 77의 링(7730)의 격리된 단면도이다.
도 80은 본 발명의 실시예 중 하나의 컴퓨터/제어기 동작 사이클의 예시적인 스캔 사이클의 도면이다. 자동 전압 조절(AVR) 시스템은 CPU-I/O 카드 및 관련 전압, 암페어 및 주파수 센서에 의해 조절되고 제어된다. 로직 시퀀스는 각각의 시퀀스 스캔(8000)에 프로그래밍된다. 스캔은 다음을 포함한다: 여기 프로그램을 실행(8010); 내부 센서 피드백(8020); 입력 스캔(8030); AVR 프로그램을 실행(8040); 및 출력 업데이트(8050). 시작시, 도 81에서와 같이 로직 래더 시퀀스 우선순위(8100)는 (1) 여기 회로-타이밍 시퀀스(8110); (2) AVR-회전자 회전 조절(8120); (3) AVR-발전기 고정자 커패시턴스(8130); (4) 변조기 커패시턴스/회전자 임피던스(8140); (5) 여기 전력 공급 전압(8150)이다. 초기 시작 후에, 동작 모드에서, 로직 시퀀스 우선순위는 반대로 진행한다. (5) 여기 전력 공급 전압(8150); (4) 변조기 커패시턴스/회전자 임피던스(8140); (3) AVR-발전기 고정자 커패시턴스(8130); (2) AVR-회전자 회전 조절(8120); (1) 여기 회로-타이밍 시퀀스(8110).
도 82는 "로우 와이", "하이 와이" 및 "델타" 연결- "하이 와이" "로우 와이" 및 "델타" 연결에 제한되지 않음 -에서 3상 발전기의 다리에 걸쳐 커패시턴스를 균형화할 수 있는 릴레이 제어 시스템(8200)을 예시하는 도면이다. CPU 및 I/O(8210) 처리 카드는 전압 센서와 전류 변환기를 통해 3상 전압 L-L 및 L-N을 감지한다. 이들 신호는 I(입력 카드)에 도착한다. 그 후, 신호는 CPU로 전송되고 여기서 CPU에 입력된 프로그램에 따라 처리되며, 적절한 작동기 신호가 출력 카드에 의해 하나 이상의 릴레이(8220a; 8220b; 8220c; 8220d; 8220e; 8220f)로 전송된다.
CPU 및 I/O(8210) 모듈에 대한 전력은 DC 전력 공급 장치(8230)에 의해 공급되며 양극 전도체(8240a) 및 음극 전도체(8240b)를 통해 전달된다. 전압 센서(8250a; 8250b; 8250c; 8250d)는 전도체(8260a; 8260b; 8260c)를 통해 적절한 입력 모듈에 신호를 전송한다. 신호는 마이크로초당 한 번 스캐닝할 수 있는 CPU로 전송된다. 그 후, 입력이 스캐닝되고(8030) 전압이 변경될 때, 실행된 AVR 프로그램(8040)이 입력을 원하는 범위와 비교한다. 범위를 벗어난 경우, 적절한 출력은 신호를 릴레이에 보내는 적절한 출력 작동기 카드에 업데이트(8050)되고, 출력 작동기 카드는 신호를 릴레이, 예를 들어, 8220a 및 8220b에 전송하여 L-2 및 L-3으로의 릴레이를 개방하고, 이는 3상 리드 L-2 및 L-3에 걸쳐 커패시터(8270, 8280)의 전도를 개방한다. L1-N, L2-N, L3-N, L1-2, L1-L2, L2-L3 및 L1-L3을 포함한 각각의 리드에 대해 동일한 프로세스가 발생할 수 있다.
도 83은 여기 전력 공급 제어 회로(8300)를 예시하고 있는 도면이다. 릴레이 제어 시스템(8200)의 위상 출력 전압이 강하하면 작동기 카드(8310)는 전도체(8320a; 8320b; 8320c)를 통해 DC 신호를 DC-DC 전력 공급 장치(8330a; 8330b; 8330c)로 전송한다. AC 전압 강하가 있는 경우, 하나 이상의 제어 회로(8340a; 8340b; 8340c)는 출력 버스(8350a(-) 및 8350b(+))에 대한 DC 입력 전압을 증가시킨다. 이는 도 52의 여기 릴레이와 같은 여기 릴레이에 대한 출력 버스를 구성한다. 입력 버스(8360)에 대한 전력은 도 57 및 도 58의 충전 인터페이스와 함께 배터리/커패시터에 의해 공급된다. 전도체(8370a)는 리드(8370b)를 통해 DC-DC 전력 공급 장치 (+)(8330a), 리드(8370c)를 통해 전력 공급 장치(8330b) 및 리드(8370d)를 통해 8330c에 공급한다. 음의 공급(8380a)은 전도체(8380b)를 통해 전력 공급 장치(8330c), 전도체(8380c)를 통해 전력 공급 장치(8330b), 전도체(8380d)를 통해 전력 공급 장치(8330a)에 공급한다.
도 84는 회전자 임피던스 변조기 제어 회로(8400)를 예시하고 있는 도면이다. 이 시스템의 목적과 기능은 회전자 임피던스를 감소시키고 안정화하여 고정자 출력 전압을 안정화하는 것이다. 변조기 코어의 위상 다리를 가로지르는 하나 이상의 커패시터는 회전하는 모터 3상 모터 장으로부터 에너지를 흡수한다. 사이클의 전반기(180°)에 전력이 흡수되고, 사이클의 후반기(두 번째 180°)에 시스템으로 전력이 다시 공급된다. 이 도 84는 회전자 코일의 임피던스의 반영인 전류 유동을 검출하기 위해 제자리에 암페어 루프 또는 변환기를 갖는 회전자 코일(1-16)의 개략도이다. 여기서 회전자의 제1 사분면만 상세히 설명하지만 예시적인 실시예에서 회로(8400)는 4개의 사분면 모두에 적용될 수 있다. 각각의 사분면은 4개의 극을 함유할 수 있다. 회전자 코일 #1-8410은 입력 카드(8430)에 연결된 변류기(8420)에 의해 모니터링된다. 도 80의 스캔 방법의 실시예에 따르면, CPU(8210)는 마이크로초 마다 한 번씩 입력(8030)을 스캔하고, 입력이 변경될 때 출력(8050)은 8440을 통해 평균 출력 신호를 전송한다. 신호는 회전자 코일(1-8410, 2-8450, 3-8460 및 4-8470)에서 발생하는 처리된 신호로부터의 평균이다. 출력 신호는 적절한 릴레이(8480; 8490; 8495) 개방하여 변조기 코어의 위상 다리에 걸쳐 적절한 커패시턴스를 연결한다. 이 시스템은 시스템의 출력을 최대화하기 위해 자동 전압 조절(AVR) 프로그램과 호환되는 방식으로 동작한다.
인간 기계 인터페이스(HMI)의 터치패드에서 시스템을 온 및 오프할 수 있다. 출력 신호는 일련의 릴레이로 진행하여 극 모듈용 전력 공급 장치에서 이러한 릴레이를 차례로 개방한다. 동일한 스위치로 시스템을 켜고 끌 수 있다.
본 개시의 HES는 DNV GL과는 제3자인 집단에 의해 2019년 8월 13-14일에 독립적으로 테스트 및 검증되었다.
자기 영역을 정렬하고 전력을 생성하기 위한 장치의 예시적인 특징이 설명되었지만 이러한 배열이 본 발명을 이러한 특징으로 제한하는 것으로 해석되어서는 안 된다는 것을 이해할 것이다. 전력 생성 방법은 소프트웨어, 펌웨어, 하드웨어 또는 그 조합으로 구현될 수 있다. 한 모드에서, 방법은 실행 가능한 프로그램으로서 소프트웨어에서 구현되며 개인용 컴퓨터(PC, IBM 호환, Apple 호환 또는 등), 개인 정보 단말, 워크스테이션, 미니 컴퓨터 또는 메인프레임 컴퓨터 같은 하나 이상의 특수 또는 범용 디지털 컴퓨터(들)에 의해 실행된다. 방법의 단계는 소프트웨어 모듈이 상주하거나 부분적으로 상주하는 서버 또는 컴퓨터에 의해 구현될 수 있다.
일반적으로, 하드웨어 아키텍처의 관점에서, 이러한 컴퓨터는 본 기술 분야의 숙련자에 의해 잘 이해할 수 있는 바와 같이 로컬 인터페이스를 통해 통신 가능하게 결합된 프로세서, 메모리, 및 하나 이상의 입력 및/또는 출력(I/O) 디바이스(또는 주변기기)를 포함할 것이다. 로컬 인터페이스는 예를 들어, 본 기술 분야에 알려진 바와 같이 하나 이상의 버스 또는 다른 유선 또는 무선 연결일 수 있지만 이에 제한되지 않는다. 로컬 인터페이스는 통신을 가능하게 하기 위해 제어기, 버퍼(캐시), 드라이버, 중계기 및 수신기와 같은 추가 요소를 가질 수 있다. 또한, 로컬 인터페이스는 다른 컴퓨터 컴포넌트 사이의 적절한 통신을 가능하게 하는 어드레스, 제어 및/또는 데이터 연결을 포함할 수 있다.
프로세서(들)는 자기 영역을 정렬하고 전력을 생성하는 방법 등의 기능을 수행하도록 프로그래밍될 수 있다. 프로세서(들)는 소프트웨어, 특히 메모리에 저장된 소프트웨어를 실행하기 위한 하드웨어 디바이스이다. 프로세서(들)는 임의의 맞춤형 또는 상업적으로 이용 가능한 프로세서, 주 처리 유닛(CPU), 컴퓨터와 관련된 여러 프로세서 중 보조 프로세서, 반도체 기반 마이크로프로세서(마이크로칩 또는 칩셋 형태), 매크로 프로세서 또는 일반적으로 소프트웨어 명령어를 실행하기 위한 임의의 디바이스일 수 있다.
메모리는 프로세서(들)와 관련되며 휘발성 메모리 요소(예를 들어, 랜덤 액세스 메모리(RAM, 예컨대, DRAM, SRAM, SDRAM 등)) 및 비휘발성 메모리 요소(예를 들어, ROM, 하드 드라이브, 테이프, CDROM 등) 중 임의의 하나 또는 그 조합을 포함할 수 있다. 더욱이, 메모리는 전자, 자기, 광학 및/또는 다른 유형의 저장 매체를 통합할 수 있다. 메모리는 다양한 컴포넌트가 서로 멀리 떨어져 있지만 여전히 프로세서에 의해 액세스되는 분산 아키텍처를 가질 수 있다.
메모리의 소프트웨어는 하나 이상의 별개의 프로그램을 포함할 수 있다. 별개의 프로그램은 모듈의 기능을 구현하기 위해 로직 기능을 구현하기 위한 실행 가능한 명령어의 순서화된 목록으로 구성된다. 지금까지 설명된 예에서, 메모리의 소프트웨어는 방법의 하나 이상의 컴포넌트를 포함하고 적절한 운영 체제(O/S)에서 실행 가능하다.
본 개시는 소스 프로그램, 실행 가능한 프로그램(목적 코드), 스크립트, 또는 수행될 명령어 세트를 포함하는 임의의 다른 엔티티로서 제공되는 컴포넌트를 포함할 수 있다. 소스 프로그램인 경우, 프로그램은 O/S와 관련하여 적절하게 동작하기 위해 메모리에 포함되거나 포함되지 않을 수 있는 컴파일러, 어셈블러, 인터프리터 등을 통해 변환되어야 한다. 더욱이, 교시에 따라 구현된 방법론은 (a) 데이터 및 방법의 클래스를 갖는 객체 지향 프로그래밍 언어, 또는 (b) 예를 들어 C, C++, Pascal, Basic, Fortran, Cobol, Perl, Java 및 Ada를 포함하지만 이에 제한되지 않는, 루틴, 서브루틴 및/또는 기능을 갖는 절차적 프로그래밍 언어로서 표현될 수 있다.
방법을 소프트웨어로 구현하면, 이러한 소프트웨어는 임의의 컴퓨터 관련 시스템 또는 방법에 의해 또는 이와 관련하여 사용하기 위해 임의의 컴퓨터 판독 가능 매체에 저장될 수 있다는 점에 유의해야 한다. 이 교시에 관련하여, 컴퓨터 판독 가능 매체는 컴퓨터 관련 시스템 또는 방법에 의해 또는 이와 관련하여 사용되는 컴퓨터 프로그램을 함유하거나 저장할 수 있는 전자, 자기, 광학 또는 기타 물리적 디바이스 또는 수단이다. 이러한 배열은 컴퓨터 기반 시스템, 시스템을 함유하는 프로세서, 또는 명령어 실행 시스템, 장치 또는 디바이스로부터 명령어를 인출하고 명령어를 실행할 수 있는 다른 시스템과 같은 명령어 실행 시스템, 장치 또는 디바이스에 의해 또는 이와 관련하여 사용하기 위한 임의의 컴퓨터 판독 가능 매체로 구현될 수 있다. 본 개시에 관련하여, "컴퓨터 판독 가능 매체"는 명령어 실행 시스템, 장치 또는 디바이스에 의해 또는 이와 관련하여 사용하기 위해 프로그램을 저장, 통신, 전파 또는 전송할 수 있는 임의의 수단일 수 있다. 컴퓨터 판독 가능 매체는 예를 들어 전자, 자기, 광학, 전자기, 적외선, 또는 반도체 시스템, 장치, 디바이스 또는 전파 매체일 수 있지만 이에 제한되지 않는다. 도면의 임의의 프로세스 설명 또는 블록은 모듈, 세그먼트 또는 코드의 일부를 나타내는 것으로 이해하여야 하며, 이는 본 기술 분야의 숙련자가 이해할 수 있는 바와 같이 프로세스의 특정 논리적 기능 또는 단계를 구현하기 위한 하나 이상의 실행 가능한 명령어를 포함한다.
본 개시의 실시예에 대한 상기 상세한 설명은 완전한 것으로 의도되지 않으며 본 개시를 개시된 정확한 형태로 제한하도록 의도되지 않는다. 본 개시에 대한 특정 예를 예시 목적으로 앞서 설명하였지만, 관련 기술 분야의 숙련자는 본 개시의 범위 내에서 다양한 변형이 가능함을 인식할 것이다. 예를 들어, 프로세스와 블록이 특정 순서로 입증되었지만 다른 구현은 루틴을 수행하거나 블록을 갖는 시스템을 대안적 순서로 사용할 수 있으며 일부 프로세스 또는 블록은 삭제, 보완, 추가, 이동, 분리, 조합, 및/또는 다른 조합 또는 하위 조합을 제공하도록 수정될 수 있다. 이러한 프로세스 또는 블록 각각은 다양한 대안적 방식으로 구현될 수 있다. 또한, 프로세스나 블록이 때때로 순서대로 수행되는 것처럼 보이지만, 이러한 프로세스 또는 블록은 대신 병렬로 수행 또는 구현될 수 있거나 상이한 시간에 수행될 수 있다. 또한, 처리량을 증가시키고 처리 요건을 감소시키는 방법으로서 프로세스 또는 블록의 결과는 비영구적 저장소에 유지될 수 있다.
Claims (28)
- 고체 전자기 회전자(solid-state electromagnetic rotor)에 있어서,
지지 구조 주위에 배열된 복수의 돌출 극편(salient pole piece)- 각각의 돌출 극편의 제1 단부는 상기 지지 구조에 부착되고 각각의 돌출 극편의 제2 단부는 상기 지지 구조로부터 멀어지는 외부를 향하고, 상기 극편은 강자성 및/또는 상자성 재료를 포함함 -;
각각의 돌출 극편 주위에 권선된 복수의 와이어; 및
미리 정의된 시퀀스에 따라 상기 와이어에 전류를 제공하여 자속 장(magnetic flux field)을 생성하기 위해 상기 돌출 극편의 자기 영역(magnetic domain)을 정렬하여, 미리 정의된 시퀀스에 따라 상기 와이어에 제공되는 전류가 발전을 달성하기 위해 필요에 따라 별개의 자극 형태의 이동 극 자기장(moving polar magnetic field)을 제공하도록 구성된 여기 회로(excitation circuit)- 상기 이동 극 자기장의 장 강도(field strength)는 상기 돌출 극편 재료의 자기 영역의 밀도에 비례함 -를 포함하는, 고체 전자기 회전자. - 청구항 1에 있어서, 상기 복수의 돌출 극편은 N-그룹으로 분할되고, 각각의 그룹 내의 상기 돌출 극편은 여기 사이클의 목표 주파수를 달성하기 위해 각각의 그룹의 돌출 극편의 여기 사이에 미리 정의된 지연으로 및/또는 미리 결정된 시간의 양 동안 각각 순차적으로 여기되도록 구성되는, 고체 전자기 회전자.
- 청구항 1 또는 2에 있어서, 각각의 돌출 극편 주위에 권선된 상기 와이어는 상기 지지 구조에 근접한 내부 와이어 및 상기 지지 구조에 대해 원위에 있는 외부 와이어를 포함하고, 상기 내부 와이어 및 상기 외부 와이어는 상기 돌출 극편이 쌍극 자석(dipole magnet)을 형성하도록 여기되는, 고체 전자기 회전자.
- 청구항 1 내지 3 중 어느 한 항에 있어서, 상기 여기 회로는 전자 게이팅 시스템을 포함하는, 고체 전자기 회전자.
- 전력 발전기(power generator)에 있어서,
청구항 1 내지 4 중 어느 한 항의 고체 전자기 회전자를 포함하고,
고정자(stator) 하우징을 갖는 전력 발전기 고정자를 더 포함하고;
상기 고체 전자기 회전자는 상기 고정자 하우징 내에 또는 그 주위에 배치되고 상기 고정자 하우징에 부착되어, 상기 고체 전자기 회전자에 의해 생성된 자속 장이 고정자 코일을 여기시키고 전력을 생성하는, 전력 발전기. - 청구항 5에 있어서, 상기 고정자는 공동 또는 반경방향 표면(radial surface)을 더 포함하고, 출력 포트로 전력을 지향시키도록 구성된 고정자 와이어를 더 포함하는, 전력 발전기.
- 청구항 6에 있어서, 상기 고정자의 공동은 상기 고체 전자기 회전자를 수용하도록 구성된, 전력 발전기.
- 청구항 7에 있어서, 프로세서를 더 포함하고, 상기 프로세서는,
상기 전력 발전기의 원하는 목표 주파수에 기초하여 여기 사이클을 결정하는 단계; 및
상기 돌출 극편 주위에 권선된 상기 와이어에 연결된 여기 회로를 스위칭하여 와이어를 여기시켜 미리 정의된 시퀀스에 따라 상기 복수의 돌출 극편의 자기 영역을 정렬시켜서 N-그룹의 돌출 극편 중 N번째 그룹의 돌출 극편의 상기 자기 영역이 상기 여기 사이클의 전반기에 제1 극성으로 정렬되고, 상기 여기 사이클의 후반기에 제2 극성으로 정렬되도록 하는 단계 중 하나 이상을 실행하도록 구성되는, 전력 발전기. - 청구항 8에 있어서, 상기 프로세서는 고체 주파수 발전기(frequency generator)로부터 신호를 수신하고, 상기 신호에 기초하여 상기 발전기(generator)의 목표 주파수를 결정하도록 추가로 구성되는, 전력 발전기.
- 청구항 8 또는 9에 있어서, 상기 프로세서는 상기 여기 사이클 내에서 상기 여기 회로의 복수의 스위칭 소자를 순차적으로 온 및 오프 스위칭하도록 구성되는, 전력 발전기.
- 청구항 5 내지 10 중 어느 한 항에 있어서, 상기 발전기로부터의 출력 전력의 일부는 상기 여기 회로로 피드백되는, 전력 발전기.
- 청구항 5 내지 11 중 어느 한 항에 있어서, 상기 출력 전력의 일부가 에너지 저장 디바이스로 라우팅되는, 전력 발전기.
- 청구항 12에 있어서, 상기 에너지 저장 디바이스는 배터리 및 커패시터 중 하나 또는 그 조합을 포함하는, 전력 발전기.
- 청구항 5 내지 13 중 어느 한 항에 있어서,
복수의 전력 발전기 고정자- 상기 복수의 전력 발전기 고정자 중 각각의 전력 발전기 고정자는 고정자 하우징을 포함함 -; 및
회전자-고정자-회전자-고정자 또는 고정자-회전자-고정자-회전자 중 어느 하나의 교번 방식으로 동심으로(concentrically) 상기 고정자 하우징 각각에 각각 배치 및/또는 부착된 복수의 고체 전자기 회전자를 더 포함하는, 전력 발전기. - 청구항 5 내지 14 중 어느 한 항에 있어서, 상기 고정자 하우징은 모터 고정자 하우징을 포함하는, 전력 발전기.
- 청구항 14 또는 15에 있어서, 상기 모터 고정자 하우징은 4극 전기 모터 고정자 하우징을 포함하는, 전력 발전기.
- 청구항 16에 있어서, 상기 4극 전기 모터 고정자 하우징은 회전자 인서트(insert)를 포함하고, 상기 회전자 인서트는 4극 발전기의 권선 패턴에 전도체로 권선되는, 전력 발전기.
- 청구항 16에 있어서, 상기 4극 전기 모터 고정자 하우징은 4극 모터 권선 패턴을 갖는 모터 고정자 권선을 포함하는, 전력 발전기.
- 청구항 18에 있어서, 상기 모터 고정자 권선은 4극 전기 모터의 패턴으로 연결된, 전력 발전기.
- 청구항 16 또는 17에 있어서, 상기 4극 전기 모터는 미리 정의된 주파수에서 4극 회전 자기장을 생성하도록 구성되는, 전력 발전기.
- 청구항 20에 있어서, 상기 미리 정의된 주파수는 상기 전력 발전기로부터의 60Hz 전력에 대해 1800rpm이고, 상기 전력 발전기로부터의 50Hz 전력에 대해 1500rpm인, 전력 발전기.
- 청구항 21에 있어서, 상기 4극 회전 자기장은 상기 회전자 인서트에서 3상 전압을 생성하는, 전력 발전기.
- 청구항 17 내지 22 중 어느 한 항에 있어서, 상기 발전기의 전압 및 전력 출력을 안정화하기 위한 발진기 변조기를 더 포함하고, 상기 발진기 변조기는,
상기 회전자 인서트를 함유하는 상기 4극 전기 모터 고정자 하우징을 포함하고, 상기 회전자 인서트는 "하이 와이(high-wye)" 후크업(hook-up), "로우 와이(low-wye)" 후크업 또는 델타 후크업 중 어느 하나에 연결된 4극 발전기의 권선 패턴에 전도체로 권선되는, 전력 발전기. - 청구항 23에 있어서, 상기 발진기 변조기의 회전자 후크업으로부터의 리드(lead)는 복수의 커패시터와 연결되고; 상기 모터 고정자는 상기 전력 발전기(power generator)의 3상 출력에 연결되는, 전력 발전기.
- 청구항 24에 있어서, 상기 회전자 인서트로부터의 상기 3상 전압 및 전류는 상기 리드에 걸쳐 상기 커패시터 안팎으로 발진하여 상기 전력 발전기의 전력 출력을 안정화시키는, 전력 발전기.
- 청구항 5 내지 25 중 어느 한 항의 전력 발전기를 사용하여 전력을 생성하는 방법에 있어서,
상기 전력 발전기의 목표 주파수에 기초하여 여기 사이클을 결정하는 단계; 진화하는(evolving) 이동 자속 장을 생성하기 위해 상기 회전자의 돌출 극편의 자기 영역을 정렬하도록 미리 정의된 시퀀스에 따라 하나 이상의 와이어에 전류를 제공함으로써 여기 사이클을 실행하는 단계; 및
상기 자속 장에 의해 생성된 최종 전류를 전력 출력(power output)으로 라우팅하는 단계를 포함하고;
상기 자속 장의 강도는 자기 영역이 정렬됨에 따라 진화 및 증가하고;
상기 진화하는 자속 장의 최대 강도는 상기 고정자에 전력을 공급하는 이동 자극을 위한 에너지를 제공하는 상기 전자기 정렬 장의 강도보다 적어도 4배 더 큰, 방법. - 청구항 26에 있어서, 최종 전류의 일부를 에너지 저장 디바이스로 라우팅하는 단계를 더 포함하는, 방법.
- 청구항 27에 있어서, 상기 전력 발전기로부터의 상기 출력 전력의 일부를 다시 상기 여기 회로로 라우팅하는 단계를 더 포함하는, 방법.
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