JP4484922B2 - 電気モータ又は発電機 - Google Patents
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Description
ァス金属の連続的なリボンから形成されたアモルファス金属巻線である。好ましくは、前記アモルファス金属の連続的なリボンのリボン幅は実質的に一定である。前記個別的に形成されたアモルファス金属磁心片は、円、オーバル(長円形)、卵形、トロイダル・リング、角の丸められた三角形及び角の丸められた台形を含む様々な断面の形状を有しうる。あるいは、前記個別的に形成されたアモルファス金属磁心片は、磁心片ハウジングの関連する磁心片開口の中にスタック状に配列されたアモルファス金属材料の個別的なストリップから形成することもできる。また、いくつかの実施例では、アモルファス金属磁心片を保持している電磁石ハウジングの磁心片開口の中の空洞が、すべてが、誘電性のオイルを用いて充填されている。更に、アモルファス金属磁心片は、オイルが含浸されていることもありうる。
に制御することによって、発電機の電気的出力が、追加的な電力調整装置の使用を必要とせずに所望の電気的出力に調整される。或る実施例では、入力駆動装置は風車である。更に、コントローラは、発電機によって発生される電力の一部を用いて発電機を電気モータとして駆動することができる。発電機は、発電機それ自体が入力駆動装置に課する抵抗値を低下させるように、又は、発電機それ自体が入力駆動装置に課する抵抗値を上昇させるように、電気モータとして駆動することができる。
、広い範囲の特定の構成を有していてもかまわない。ロータは、6つの磁石を含むものとして説明されたが、いくつの磁石を含むこともでき、その場合でも本発明の範囲に属することを理解されたい。そして最後に、ロータ構成部は磁石を含むものとして説明されたが、これも必須ではない。例えば、誘導モータの場合には、ロータ構成部16は磁石24a−gを含むことはない。その代わりに、当業者であれば理解することであろうが、ロータ・ディスク26を鉄ベースの材料又は何らかの他の磁気材料から構築し、ステータ構成部のスイッチングによって生じる回転磁界によって駆動される磁気ロータ磁心を形成することができる。
いる。特に、複数の磁心片開口30とコイル開口32とに注意してほしい。ステータ・ハウジング28aは、また、冷却剤(coolant)開口39と、ワイヤ・レースウェイ開口41とを有している。冷却剤(coolant)開口39を用いて、冷却用の流体をステータ・ハウジング28aを通過して循環させ、ステータ・ハウジング28a、コイル・アレイ28a及び磁心36における過剰な発熱を回避する。冷却剤開口は、ステータ・ハウジングないの任意の適切な位置に形成し、装置を冷却することができる。ワイヤ・レースウェイ開口41は、コイル・アレイ38を相互接続するワイヤを敷設するのに用いられる。図3Bには図3Aに図解されている磁心片を囲むように設計されたステータ・ハウジングのある特定の構成が図解されているが、ステータ・ハウジングには様々な構成がありうるのであって、その構成は特定の磁心の設計に応じて変動しうることを理解されたい。
示されている。コイル・アレイ38は、エポキシ樹脂を用いて又はそれ以外の手段でしかるべき位置に固定され、ステータ構成部の全体的な構造的一体性に追加されている。各コイルは、磁心片36a−fの対応する1つの周囲に位置決めされ、その中の2つが図1にコイル36a及び36dとして示されている。コイル・アレイ38は、磁心片36a−fによって形成された磁極片の突出端部が、コイル・アレイ38が付勢されると交互にN極及びS極を形成するように、巻かれている。トロイダル・リング状の磁心片36gは磁気ヨークとして作用し、トロイダル・リング状の磁心片36gに隣接する磁心片36a−fの端部に関連する磁束を、逆の極性の隣接する磁極片の方向に向きを変更する。この装置が電気モータとして動作されるときには、コイル・アレイ38を流れる電流の向きを切り換える(スイッチングする)ことによって、電磁石アセンブリ34の磁極片それぞれの極性が反転される。後でより詳細に説明するが、発電機の場合には、電磁石が負荷に接続されている態様を切り換えることにより、発電機が生じる電気の電力出力及び状態が制御される。この構成によって、ステータ構成部18の電磁石アセンブリ34の交互に配置されたN極及びS極は、ロータ構成部16の永久磁石24a−fの交互に配置されたN極及びS極と制御可能な態様で相互作用する。
て、長さが半分の開口を2倍有している。すなわち、トラック54bは、各セクションにおいて2つの開口56bを有し、トラック54cは4つの開口56cを有する、ということである。そして、外側のトラックは32個の開口を有し、それぞれは、(1+7/8)度の弧(arc of one and seven eighth of a degree)を有している。
構成部44は極めて正確な時刻において電磁石アセンブリ34を付勢及び消勢することができるので、本発明による制御構成部44によれば、コントローラ46は、電磁石アセンブリの複数の付勢及び消勢パラメータの任意の組合せを用いて、この装置の速度、効率、トルク及びパワーを制御することができる。これらのパラメータには、限定的ではないが、デューティ・サイクルの付勢時間、デューティ・サイクル付勢時間の開始/停止(start/stop)点、デューティ・サイクル付勢時間の変調などが含まれる。付勢及び消勢パラメータは、図5A−Cを参照しながら後でより詳細に説明する。図5A−Cは、2つの連続するデューティ・サイクルD1及びD2に対する電磁石アセンブリ34の付勢/消勢状態を示すグラフである。
ルそれぞれに対して反転するようにする。モータが十分な速度で回転していると、コントローラ46は、エンコーダ・ディスク50の外側のトラックを用いるだけで、ステータ・アセンブリに対するロータ・アセンブリの回転速度を決定してカウンタ構成部49を較正する。コントローラ46は、カウンタ構成部49とエンコーダ・ディスク50が生じる信号とを用いることによって装置10の制御を継続し、コントローラ46にプログラムされている又はそれ以外の態様でコントローラ46に提供される所定の装置制御設定を選択して用い、電磁石アセンブリ34の付勢及び消勢を制御する。制御構成部44がカウンタ構成部49の任意の1つのカウントにおいて電磁石アセンブリ34を付勢又は消勢することができるので、制御構成部44は、上述した付勢及び消勢パラメータの任意の組合せを用いて、装置10の速度、効率、トルク及びパワーを非常に正確に制御することができる。
浪費されてしまう。
低下させるエネルギの損失を生じさせる。本発明によると、既に述べたように設計された発電機は、減速ギアを用いることなく、あるいは、タービン・エンジンが発電機を駆動する回転速度を減速させるそれ以外のどのような構成を用いることなく、ガス・タービンによって直接的に駆動される。図7に示されているように、装置10は、タービン・エンジン200によって直接的に駆動される。装置10は、タービン・エンジンのための始動モータとしても用いることができる。やはりすでに述べたように、装置10のアモルファス金属磁心は磁界の変化に極めて高速で応答することができるので、また、制御構成部44は極めて高速のスイッチング速度を有しているので、装置10は、極めて高い回転速度で効率的に動作することができる。これによって、装置10は、タービン・エンジン200によって直接的に駆動することができ、どのような減速ギアも、あるいは、タービン・エンジンが装置10を駆動する回転速度を減速させるどのような構成も必要なくなる。
13に示されているように、この電磁石アセンブリは、個別的に形成された19個のアモルファス金属磁心片702a−sから構成された全体アモルファス金属磁心702を含む。これら19の磁心片の第1の磁心片702aは、図3に最もよく示されている磁心片36gと同様のトロイダル・リング状の自身片である。18個の磁心片702b−sは、一端がトロイダル・リング状の磁心片702aに隣接して配置されており従って18個の磁極の突出を形成する個別的に巻かれた磁心片である。電磁石アセンブリ700は、また、別々に制御可能な3つのコイル・アレイ704a−cを含んでいる。これらの別々に制御可能なコイル・アレイは、それぞれが、図1のコイル・アレイ38に類似しており、それぞれのアレイが、磁心片702b−sのうち連続する3つ目の磁心片の周囲に巻かれたコイルを含んでいる。この構成により、各コイル・アレイは、3相装置の1つの位相に対応することになる。
Claims (2)
- 電気を発生する装置であって、
a)ガス・タービン・エンジンと、
b)減速ギアや前記ガス・タービン・エンジンがこの発電機を駆動する回転速度を減速させるための他の手段は用いずに、前記ガス・タービン・エンジンによって直接的に駆動される発電機であって、少なくとも1つのロータ超磁石を備えたロータ構成部、および、ステータ構成部であって、(i)両方で少なくとも1つの磁極片を画定する、個別的に形成されたアモルファス金属の複数の磁心片によって構成されている全体アモルファス金属磁心と電気コイル・アレイとを含み動的に付勢可能及び消勢可能な少なくとも1つの電磁石アセンブリと、(ii)前記磁極片が前記ロータ構成部の回転経路に隣接して位置決めされるように、前記電磁石アセンブリを支持する誘電性電磁石ハウジングであって、前記電磁石ハウジングの中に形成された磁心片開口を有し、前記個別的に形成されたアモルファス金属磁心片を相互に隣接する位置に保持することにより前記全体アモルファス金属磁心を形成する誘電性電磁石ハウジングと、を備え、(iii)前記電磁石アセンブリは複数の磁極片を含み、前記電磁石アセンブリの前記磁極片はそれぞれが個別的に形成されたアモルファス金属磁心片であり、前記個別的に形成されたアモルファス金属磁心片の少なくとも1つは前記磁極片のそれぞれを相互に磁気結合する電磁ヨークを形成するトロイダル・リングである、ステータ構成部を含む発電機と、
の組合せを備えていることを特徴とする装置。 - 電気を発生する方法であって、
減速ギアやガス・タービン・エンジンが発電機を駆動する回転速度を減速させる他の手段は用いずに、発電機に駆動可能に接続されるガス・タービン・エンジンを用いて発電機を直接的に駆動し、
前記発電機が、少なくとも1つのロータ超磁石を備えたロータ構成部と、ステータ構成部であって、(i)両方で少なくとも1つの磁極片を画定する、個別的に形成されたアモルファス金属の複数の磁心片によって構成されている全体アモルファス金属磁心と電気コイル・アレイとを含み動的に付勢可能及び消勢可能な少なくとも1つの電磁石アセンブリと、(ii)前記磁極片が前記ロータ構成部の回転経路に隣接して位置決めされるように、前記電磁石アセンブリを支持する誘電性電磁石ハウジングであって、前記電磁石ハウジングの中に形成された磁心片開口を有し、前記個別的に形成されたアモルファス金属磁心片を相互に隣接する位置に保持することにより前記全体アモルファス金属磁心を形成する誘電性電磁石ハウジングと、を備え、(iii)前記電磁石アセンブリは複数の磁極片を含み、前記電磁石アセンブリの前記磁極片はそれぞれが個別的に形成されたアモルファス金属磁心片であり、前記個別的に形成されたアモルファス金属磁心片の少なくとも1つは前記磁極片のそれぞれを相互に磁気結合する電磁ヨークを形成するトロイダル・リングである、ステータ構成部とを用いて電気を発生する、ことを特徴とする方法。
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