ホーム > 特許ランキング > ＥＰＩＮＯＶＡＴＥＣＨ ＡＢ
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公表特許公報(A)
(11)【公表番号】
(43)【公表日】2023-06-09
(54)【発明の名称】誘導機
(51)【国際特許分類】
H02P 25/16 20060101AFI20230602BHJP
H02K 17/12 20060101ALI20230602BHJP
H02K 17/30 20060101ALI20230602BHJP
H02K 55/00 20060101ALI20230602BHJP
H02P 27/06 20060101ALI20230602BHJP
【ＦＩ】
H02P25/16
H02K17/12 Z
H02K17/30 Z
H02K55/00
H02P27/06
【審査請求】未請求
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2022566486
(86)(22)【出願日】2021-05-05
(85)【翻訳文提出日】2022-11-10
(86)【国際出願番号】 EP2021061831
(87)【国際公開番号】W WO2021224322
(87)【国際公開日】2021-11-11
(31)【優先権主張番号】20173414.2
(32)【優先日】2020-05-07
(33)【優先権主張国・地域又は機関】EP
(81)【指定国・地域】
(71)【出願人】
【識別番号】520404964
【氏名又は名称】エピノバテック、アクチボラグ
【氏名又は名称原語表記】ＥＰＩＮＯＶＡＴＥＣＨ ＡＢ
(74)【代理人】
【識別番号】100120031
【弁理士】
【氏名又は名称】宮嶋 学
(74)【代理人】
【識別番号】100107582
【弁理士】
【氏名又は名称】関根 毅
(74)【代理人】
【識別番号】100118843
【弁理士】
【氏名又は名称】赤岡 明
(72)【発明者】
【氏名】マルティン、アンドレアス、オルソン
【テーマコード（参考）】
5H505
【Ｆターム（参考）】
5H505AA30
5H505BB02
5H505CC04
5H505DD03
5H505DD05
5H505EE21
5H505EE48
5H505HA05
5H505HA09
5H505HB01
5H505JJ26
(57)【要約】
回転子、固定子および位相シフト発振器を備える誘導機が提供される。前記固定子は、第１の巻線と、前記第１の巻線に対して、第１の角度に配置された第２の巻線とを備える。前記位相シフト発振器は、トランジスタであって、前記トランジスタは、高電子移動度トランジスタである、トランジスタと、位相シフト回路網とを備える。前記誘導機における、前記第１の巻線は、前記位相シフト回路網の第１のノードに接続され、前記第２の巻線は、前記位相シフト回路網の第２のノードに接続され、前記位相シフト発振器は、前記第１のノードで第１の位相電気信号を供給し、前記第２のノードで第２の位相電気信号を供給するよう構成され、前記第１の位相と前記第２の位相との差は前記第１の角度に一致する。また、前記誘導機を備える電気航空機推進システムも提供される。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
回転子（１２０）と、固定子（１４０）と、
位相シフト発振器（１６０）とを備え、
前記固定子は、
第１の巻線（１４１）と、
前記第１の巻線に対して、第１の角度（１０１）に配置された第２の巻線（１４２）とを備え、
前記位相シフト発振器は、
トランジスタ（１７０）であって、前記トランジスタ（１７０）は、高電子移動度トランジスタ（ＨＥＭＴ）である、トランジスタ（１７０）と、
位相シフト回路網（１８０）とを備え、
前記第１の巻線は、前記位相シフト回路網の第１のノード（１８１）の接続され、前記第２の巻線は、前記位相シフト回路網の第２のノード（１８２）に接続され、前記位相シフト発振器は、前記第１のノードで第１の位相電気信号を供給し、前記第２のノードで第２の位相電気信号を供給するよう構成され、前記第１の位相と前記第２の位相との差は前記第１の角度に一致する、誘導機。
【請求項2】
前記第１の角度は６０度である、請求項１に記載の誘導機。
【請求項3】
前記固定子は、前記第１の巻線に対して、第２の角度（１０２）に配置される第３の巻線（１４３）をさらに備え、前記第３の巻線は、前記位相シフト回路網の第３のノード（１８３）に接続され、前記位相シフト発振器は、前記第３のノードで第３の位相電気信号を供給するよう構成され、前記第１の位相と前記第３の位相との差は前記第２の角度に一致する、請求項１または２に記載の誘導機。
【請求項4】
前記第２の角度は１２０度である、請求項３に記載の誘導機。
【請求項5】
前記第１の巻線は双極巻線であり、前記第２の巻線は双極巻線である、請求項１～４いずれか一項に記載の誘導機。
【請求項6】
前記トランジスタは、パワートランジスタである、請求項１～５いずれか一項に記載の誘導機。
【請求項7】
前記トランジスタは、窒化ガリウム（ＧａＮ）を含む、請求項１～６いずれか一項に記載の誘導機。
【請求項8】
前記第１の巻線および前記第２の巻線は、電流の伝達に基づいて磁場を生じさせるよう構成される、請求項１～７いずれか一項に記載の誘導機。
【請求項9】
電流整流器をさらに備え、前記電流整流器は回生充電のために構成される、請求項１～８いずれか一項に記載の誘導機。
【請求項10】
前記位相シフト発振器の前記トランジスタを駆動するための駆動回路をさらに備える、請求項１～９いずれか一項に記載の誘導機。
【請求項11】
前記第１の巻線および／または前記第２の巻線は超伝導体を備える、請求項１～１０いずれか一項に記載の誘導機。
【請求項12】
前記超伝導体は、Ｖ３Ｇａ、Ｇａ１-２ｘＣｕｘＡｓｘＮ、またはＮｂＮを含む、請求項１１に記載の誘導機。
【請求項13】
交流入力を受信するよう構成される、請求項１～１２いずれか一項に記載の誘導機。
【請求項14】
前記位相シフト発振器は、６位相電気信号を供給するよう構成される、請求項１～１３いずれか一項に記載の誘導機。
【請求項15】
３位相入力電気信号を受信するよう構成される、請求項１～１４いずれか一項に記載の誘導機。
【請求項16】
請求項１～１５いずれか一項に記載の誘導機（１００）と、前記回転子（１２０）と物理的に接続され、そして同心円状に整列された車軸（２０２）と、
前記誘導機と電気的に接続された電気電池（２０４）と、
前記誘導機と電気的に接続された制御回Ｖ３Ｇａ、Ｇａ１-２ｘＣｕｘＡｓｘＮ、またはＮｂＮ路（２０６）であって、前記制御回路は、前記誘導機を制御するよう構成される、制御回路と、
を備える、電気航空機推進システム（２００）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は誘導機およびそのような誘導機の駆動回路に関する。
【背景技術】
【0002】
誘導機は、一般に、交流（ＡＣ）が使用される電気機械であり、非同期の機械としても知られている。誘導機は、電動機および発電機の両方として使用されてもよい。最も一般的な誘導機の利用法は、誘導電動機としての利用法である。誘導機は、単相機械または多相機械として配置されてもよい。誘導機は、一般的に、固定された固定子部と、自由に回転する回転子部とを備える。
【0003】
誘導機の中で、固定子巻線の交流磁場から回転子に電流は誘導される。そして、誘導された電流は、打ち消す磁界を生じさせ、トルクを生み出し、回転子の回転を引き起こす。誘導機の回転子は、固定子に対してかご形回転子または巻回型回転子であってもよい。
【0004】
誘導機は、電車や道路車両といった電気推進車両に使用される。誘導機は、電気推進航空機のために、特に固定翼および回転翼の航空機に使用されてもよい。
【0005】
電気航空機産業で主たる問題は、誘導機が未だに化学燃料の航空機エンジンと置き換えができないことである。改善された電池の需要に加えて、電気誘導機の主たる問題は、一般的に重量出力比が低すぎて、航空機推進を実際に実行できないことである。
【0006】
単相誘導機は、それらに、大きな電力出力および巻線比のための大きなコンデンサを必要とするという点で特に妨げられる。誘導機をより高い電力出力へと推し進めることは、結果として重量出力比を減少させることがある。したがって、その技術分野の中で改善の需要がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
本発明における一つの目的は、上述のいくつかの問題を少なくとも軽減することである。
【課題を解決するための手段】
【0008】
第１の側面によれば、誘導機は、回転子と、固定子と、位相シフト発振器とを備える。固定子は、第１の巻線と、第２巻線とを備える。第２巻線は、第１巻線に対して第１の角度に配置される。位相シフト発振器は、トランジスタと、位相シフト回路網とを備える。第１の巻線は、位相シフト回路網の第１のノードに接続される。第２の巻線は位相シフト回路網の第２のノードに接続される。位相シフト発振器は、第１のノードで第１の位相電気信号を供給し、第２のノードで第２の位相電気信号を供給するよう構成される。第１の位相と第２の位相との差は、第１の角度に一致する。
【0009】
第１の巻線および第２の巻線は、代わりに、それぞれ主巻線および予備巻線と呼ばれてもよい。位相シフト発振器は、位相シフト発振器回路の異なるノード間の交流電流の位相をシフトさせる少なくとも一つのトランジスタを備えた電気回路として理解されてもよい。特に、位相シフトは、位相シフト発振器の一部である位相シフト回路網について、異なるノード間で実現される。位相シフト回路網は、位相シフト回路網をベースとした抵抗－コンデンサ（ＲＣ）であってもよい。位相シフト回路網は、代わりに、位相シフト発振器の帰還回路網として理解されてもよい。トランジスタは、例えば、金属酸化物半導体電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）またはバイポーラ接合トランジスタ（ＢＪＴ）であってもよい。トランジスタという用語は、トランジスタ電気回路または位相シフト発振器の増幅器部を言及するものとして理解されてもよい。そのようなトランジスタ電気回路は、例えば、駆動回路および／またはバイアス電気回路をさらに備えてもよい。
【0010】
位相シフト発振器は、例えば、少なくとも６位相で構成されるインバータまたはインバータ回路網といったインバータまたはインバータ回路網であってもよい。インバータまたはインバータ回路網は、前述したトランジスタを備えてもよい。インバータまたはインバータ回路網は前述した位相シフト回路網を備えてもよい。代替的に、第１の巻線はインバータ回路網の第１のノードに接続され、第２の巻線は、インバータの第２のノードに接続され、インバータ回路網は、第１のノードで第１の位相電気信号を供給し、第２のノードで第２の位相電気信号を供給するよう構成され、第１の位相と第２の位相との差は、第１の角度に一致してもよい。
【0011】
誘導機の動作の間、回転子は固定子に対して回転する。回転子は、同心円状に、そして固定子の中に配置されるものとして理解されてもよい。誘導機は誘導によって動作してもよい。交流電流が入力されると、他から離れて特定の相対角度に配置された巻線は、交流の磁界を生成する。これらの界は、回転子の中で電流を誘導してもよく、そして、電流はにその自身の磁界を生成することになる。回転子の磁界と固定子の巻線との間の相互作用は、回転子の回転を生成することである。しかし、交流磁界は、より実用的な自己起動型の誘導機を提供するために、回転磁界（ＲＭＦ）を形成するための変換または変調されることが必要であってもよい。慣習的に、単相ＡＣ誘導機にとって、ＲＭＦは、コンデンサを固定子巻線の一つと直列に接続することによって形成される。
【0012】
発明者は、位相シフト発振器が、第１の巻線と第２の巻線とに供給される電流の間で必要とされる位相シフトを達成するために利用されてもよい、ということに気づいた。そのため、誘導機は、巻線のうちの一つと直列に接続された従来のコンデンサを必要とせず、または少なくともより依存せずにＲＭＦを生成してもよく、例えば、誘導機のための第２の巻線は、モータとして動作する場合、すなわち電気エネルギーを回転性の／機械のエネルギーに変換する場合、自己起動型であってもよい。一般的に、高出力の誘導機の動作およびより大きな巻線比は、直列コンデンサの静電容量をより大きくする必要があり、そして、コンデンサが物理的に大きくなることをもたらす。つまり、さらに重くなり、そしてよりかさばる。したがって、直列コンデンサを必要としないか、または少なくとも依存を減らすことで、誘導機の電力対重力比は改善されてもよい。
【0013】
そして、このことは、アクティブＲＣ位相シフト発振器の位相シフトによって、より小さく、そしてよりコンパクトなモータを可能にする。誘導モータにとって、回転子の回転速度は、ＡＣ電圧によって制御されてもよく、それは、巻線によって生成される磁場を弱める、または強めるのいずれかによってモータの動作をより速くする。動力は、回転子速度にトルクを掛け合わせて算出されてもよい。さらに、巻線および位相は、同じ電力コストで、より大きなトルクを引き起こすため、有利であってもよい。
【0014】
アクティブＲＣ位相シフト発振器、すなわち、トランジスタを備えることは、誘導機にとって、パッシブＲＣ位相シフト発振器であるよりも、より有利であってもよい。パッシブＲＣ位相シフト発振器にとって、９０度の位相シフトを達成するのは難しくてもよいが、一方、一定の周波数で４５度または６０度の位相シフトを提供してもよい。本発明における６位相誘導機のための位相シフトは、３０度位相シフトしてもよい。大きい次数のフィルタを生成するために、パッシブフィルタを合わせてカスケード接続することは、正確に実装するのが難しくてもよい。これは、それぞれのＲＣフィルタ次数の動作インピーダンスが、その近隣のＲＣ回路網に影響を与えるためである。加えて、例えば、気温は位相シフトに影響を与えてもよく、実際問題として、構成要素の公差（tolerances）は、偏差（deviations）を生み出してもよい。トランジスタを使用したアクティブ位相シフトは、小さい値の抵抗およびコンデンサを備える回路として有利であってもよく、すなわち、モータの重量およびフォームファクターの両方を増加させる、大きくてかさばる高インダクタンスのインダクタではないだろう。
【0015】
第１の角度は、６０度であってもよい。そのような位相シフトは、ＲＣベースの位相シフト回路網および位相シフト発振器によって、容易に実現できる。
【0016】
固定子は、第１の巻線に対して第２の角度で配置された第３の巻線をさらに備えてもよい。第３巻線は、位相シフト回路網の第３のノードに接続されてもよい。位相シフト発振器は、第３のノードで第３の位相電気信号を供給するよう構成されてもよい。第１の位相と第３位相との間の差は、第２の角度に一致してもよい。
【0017】
電気信号という用語は、例えば、電圧または電流といった様々な種類の電気信号について言及してもよい。位相シフト回路網の第３のノードおよび一致する第３の固定子巻線を利用することにより、いくつかのの利点が実現されてもよい。例えば、そのような第３巻線は、巻線のより均一な径方向分布を促進してもよく、これは、そして、誘導機の巻線比を減らすか、回転速度、トルクおよび／または出力電力を増加させるのに有利であってもよい。これは、単相ＡＣ入力電気信号のために、本来の利点をすべて備える３位相固定子の使用を可能にするものとして理解されてもよい。
【0018】
第２の角度は１２０度であってもよい。そのような位相シフトもまた、ＲＣベースの位相シフト回路網および位相シフト発振器によって、容易に実現できる。
【0019】
第１の巻線は、双極巻線であってもよい。第２の巻線は双極巻線であってもよい。これは、巻線が固定子の反対側、すなわち、巻線の最初の部分から１８０度にわたってループバックしていると理解されてもよい。１８０度離れて方向づけられた２つの異なる磁界は、巻線のうちの１つの最初のループ部および逆ループ（back-looping）部を通って、固定子に対して異なる方向に流れる電流によって生成されてもよい。
【0020】
このように、それぞれの位相電気信号のさらなる有用性が見出されてもよい。双極巻線を用いることによって、回転磁界（ＲＭＦ）の形成は、固定子の中でより均一に放射状に分布される。さらに、第３の巻線は双極巻線であってもよい。
【0021】
トランジスタは、パワートランジスタであってもよい。パワートランジスタは、高い電流および電圧の下で動作するよう構成されるトランジスタとして理解されてもよい。一般的に、より高い電流により、より強力な回転磁界（ＲＭＦ）が生成されることがある。そして、これにより、誘導機の回転／機械的出力電力が増加することがある。パワートランジスタは少なくとも１２００Ｖの電圧閾値で構成されてもよい。電圧閾値が１２００Ｖで構成されるパワートランジスタは、ゲート電圧、例えば、１２００Ｖのゲートソース間電圧で導通を開始するよう構成されてもよい。
【0022】
トランジスタは、高電子移動度トランジスタ（ＨＥＭＴ）であってもよい。これは、ヘテロ構造を形成する少なくとも２つの異なるバンドギャップ半導体構造および少なくとも２つの半導体構造の間で共通の接点を備えるトランジスタとして理解されるべきである。そのようなトランジスタは、ヘテロ構造電界効果トランジスタ（ＨＦＥＴ）と呼ばれてもよい。トランジスタは、ソース、ドレインおよびゲート接点を備えるものとしても理解されるべきである。ＨＥＭＴは高い出力動作およびより高い周波数切替といった様々な利点を供給してもよい。
【0023】
より高いトランジスタ周波数切替は、それをどのように達成するかにかかわらず、高周波での位相シフト発振器の発振安定性を改善することがあるため、有利であってもよい。したがって、発振が飽和状態より少なくてもよく、出力、つまりノードにおける電気信号の歪みが少なくなるだろう。より高い周波数切替によって、電気信号を安定させるための追加の回路の必要性が減少するか、もしくは完全に取り除かれてもよい。ＨＥＭＴといったトランジスタを使用する場合、ＢＪＴやＭＯＳＦＥＴを使用する場合よりも、出力は（電気信号に関して）ノイズが少なくてもよい。
【0024】
トランジスタは、ＧａＮを含んでもよい。ＧａＮは化合物半導体の窒化ガリウムを言及してもよい。トランジスタまたはその構造は、実質的にＧａＮからなるか、または少なくともいくつかのＧａＮを含んでもよい。ＧａＮは、それを含むトランジスタにいくつかの利点を提供する。これらには、より高い電力動作およびより高い周波数切替が含まれていてもよい。ＧａＮを含むトランジスタは、ＧａＮベースのＨＥＭＴであってもよい。
【0025】
アクティブ位相シフトは、トランジスタがＧａＮベースのＨＥＭＴに基づく増幅器等の低ノイズ増幅器である場合、良好な周波数安定性と、低ノイズで、もしかすると歪みさえない（巻線への）出力正弦波電気信号とを提供してもよい。ＧａＮベースのＨＥＭＴは、高利得と低ノイズを実現してもよい。これは、～２５０ｋＷのＡＣ誘導機のための、例えば２２０Ｖといった高い電圧を適用するのに適していてもよい。周波数レンジは、数Ｈｚから数百Ｈｚであってもよい。周波数は、誘導機の速度を調整するのに適していてもよい。
【0026】
第１の巻線および第２の巻線は、電流の伝達時に磁場を生成するよう構成されていてもよい。
【0027】
誘導機は、電流整流器をさらに備えていてもよく、電流整流器は、回生充電のために構成される。電流整流器は、電流整流電気回路として理解されてもよい。そのように、誘導機はまた、ちょうどモータとして動作するのに加えて、例えば、電池の再充電のための発電機として動作してもよい。
【0028】
請求項のいずれかに記載の誘導機は、位相シフト発振器のトランジスタを駆動させるための駆動電気回路をさらに備えてもよい。代替的に、誘導機は、インバータもしくはインバータ回路網のトランジスタを駆動させるための駆動電気回路を備えてもよい。
【0029】
第１の巻線および／または第２の巻線は、スーパーコンダクタを備えてもよい。
【0030】
そのように、より高い電流および、したがってより大きな磁界は、より少ないエネルギーロスとともに生成されてもよい。
【0031】
スーパーコンダクタは、Ｖ３Ｇａ、Ｇａ１-２ｘＣｕｘＡｓｘＮ、またはＮｂＮを含んでもよい。
【0032】
誘導機は、交流入力を受信するよう構成されてもよい。受信された入力は、単相交流入力として理解されてもよい。
【0033】
位相シフト発振器は、６位相電気信号を供給するよう構成されてもよい。この中で、６位相電気信号は、６つの位相を備える複数の電気信号について言及する。第１の位相電気信号および第２の位相電気信号は、６位相電気信号の中に備えられていてもよい。したがって、位相シフト発振器は、第１の位相電気信号、第２の位相電気信号、第３の位相電気信号、第４の位相電気信号、第５の位相電気信号および第６の位相電気信号を供給するよう構成されてもよい。６位相電気信号のそれぞれの電気信号は、位相シフト回路網のそれぞれのノード、すなわち、第１のノード、第２のノード、第３のノード、第４のノード、第５のノードおよび第６のノードで供給されてもよい。
【0034】
誘導機は、６つの巻線を備えてもよく、それぞれの６つの巻線は、６位相電気信号のそれぞれの信号を受信するよう構成されてもよい。６つの巻線は、双極巻線であってもよい。６つの巻線は、連続する巻線を分離する角度で固定子の周りに配置されてもよい。６位相電気信号の連続する電気信号の間における位相差は、対応する巻線を分離する角度に対応してもよい。
【0035】
位相シフト発振器は、少なくとも６位相電気信号を供給するよう構成されてもよいことが理解されよう。したがって、６よりも多い位相が供給されてもよい。それぞれの位相はそれぞれの巻線に供給されてもよい。
【0036】
誘導機は、３位相入力電気信号を受信するよう構成されてもよい。３位相入力電気信号は、３位相を備える交流入力として見られてもよい。誘導機は、３位相入力電気信号を６位相入力電気信号に変換するよう構成されてもよい。誘導機は、３位相入力電気信号を複数の位相を有する電気信号に変換するよう構成されてもよく、位相の数は３の倍数である。
【0037】
第２の態様によると、電気航空機推進システムが提供される。電気航空機推進システムは、第１の態様による誘導機を備える。電気航空機推進システムは、回転子と物理的に接続され、そして同心円状に整列された車軸を備える。電気航空機推進システムは、誘導機と電気的に接続された電気電池をさらに備える。電気航空機推進システムは、誘導機と電気的に接続された制御回路をさらに備え、制御回路は、誘導機を制御するよう構成される。
【0038】
改善された誘導機の重量出力比によれば、電気航空機のための推進システムは、そのような誘導機に基づいた場合、多くの利点を与えてもよい。改善された重量出力（power-to-weight）は、航空機推進システムに引き継がれてもよい。このことは、航空機推進システムをより軽量化し、そして、航空機全体を軽量化してもよい。このことは、電池の寿命と電気航空機の航続距離を改善する点で有利であってもよい。
【0039】
本発明のさらなる適用範囲は、以下の詳細な説明から明らかになるであろう。しかしながら、詳細な説明および特定の例は、本発明の好ましい実施形態を示しているが、例示としてのみ与えられることを理解すべきであり、本発明の範囲内の様々な変更および修正は、この詳細な説明から当業者に明らかになるであろう。
【0040】
それゆえ、本発明は、説明された装置の特定の構成要素、またはそのような装置の説明された方法の行為に限定されず、方法は変わってもよいことことを理解されたい。ここで使用される用語は、特定の実施形態だけを説明する目的であり、限定することを意図されていないことも理解されたい。
【0041】
明細書および添付の特許請求の範囲で使用されているように、冠詞「一つの」（a）、「一つの」（an）、「前記」（the）および「前記」（said）は、文脈で明確に規定しない限り、１または複数の要素があることを意味することを意図していることに注意しなければならない。したがって、例えば「１つのユニット」（a unit）または「前記ユニット」（the unit）への参照は、いくつかの装置を含んでもよい。さらに、「備える」（comprising）、「含む」（include）、「含む」（containing）および類似の表現は、他の要素やステップを除外するものではない。
【図面の簡単な説明】
【0042】
上記および本発明の他の態様は、以下で、添付の図面を参照してより詳細に説明される。図面は限定して考慮されるべきではなく、代わりに、目的を説明し、そして理解するために考慮されるべきである。
【0043】
図面で示されている通り、層および領域の大きさは、説明のために誇張されている場合があり、したがって、一般的な構造を示すために提供される。同様の参照番号は、全体を通して同様の要素に言及する。
【0044】
【発明を実施するための形態】
【0045】
ここで、本発明は、本発明の現在好ましい実施形態が示される添付の図面を参照して、より完全に、以下で説明される。しかしながら、この発明は、多くの異なる形態で具現化されてもよく、本明細書に記載の実施形態に限定されるものとして解釈されるべきではなく、むしろ、これらの実施形態は、徹底性および完全性のため、そして、本発明の範囲を当業者へ完全に伝えるために提供される。
【0046】
明確に言うと、水平のという用語および類似の用語は、紙面が縦置きの向きの場合に図面の中で水平方向に言及してもよい。半径のという用語および類似の用語は、図面の中で円または円筒の特徴の半径に関する特徴および方向に言及してもよい。
【0047】
図１は、誘導機１００を示す。誘導機１００は、回転子１２０および固定子１４０を備えるよう示される。回転子１２０および固定子は、両方とも円筒の形状として説明される。回転子１２０は、固定子１４０内に同心円状に配置されるように示される。
【0048】
回転子１２０は、例えば、金属といった導体材料を含んでもよい。回転子１２０は、銅、アルミニウムおよび／または鉄のうち一つを含んでもよい。
【0049】
回転子１２０は、巻回型回転子またはかご型回転子であってもよい。回転子１２０は、回転子１２０の円筒の長さに沿って水平に延長された、複数の導体棒を備えてもよい。これらは、交流または回転磁場内に配置されたときに、それらに電流が誘導されるように構成されてもよい。回転子１２０は、渦電流の形成による影響を軽減するために、円筒の長さに沿って積層された複数の積層を備えてもよい。積層は、鋼を含んでもよい。
【0050】
固定子１４０は、第１の巻線１４１と第２の巻線とを備える。固定子１４０は、第３の巻線１４３を備えてもよい。巻線１４１、１４２、１４３は固定子の周りに、均等に、または任意に半径方向へ分配される。巻線１４１、１４２、１４３は、図１のより大きい固定子１４０の円筒の長さに沿って延長される円筒として示される。
【0051】
第２の巻線１４２は、第１の巻線１４１に対して、第１の角度１０１に配置される。第３の巻線１４３は、第１の巻線１４１に対して、第２の角度１０２で配置されてもよい。第３の巻線１４３は、第２の巻線１４２から第１の角度１０１でさらに配置されてもよい。第１の角度１０１は、６０度であってもよい。第２の角度１０２は、１２０度であってもよい。
【0052】
巻線１４１、１４２、１４３は双極巻線であってもよい。これによって、巻線１４１、１４２、１４３は、固定子１４０の反対側、すなわち、巻線１４１、１４２、１４３の最初の部分から、１８０度でループバックしてもよい。図１は、対応する３つの主巻線１４１、１４２、１４３を備える二重双極巻線構成と、対蹠的または全く反対に配置された巻線とを示している。主であり、そして対蹠的な巻線を数えると、図１は、３０度離れて配置された合計６つの巻線を示している。主巻線１４１、１４２、１４３および対応する対蹠的な巻線は、直接接続されてもよく、単一の導体としてそれらを介して電流を流すことを可能にする。主巻線１４１、１４２、１４３および対応する対蹠的な巻線は、同じ電流が伝導する場合、その電流は、対応する主巻線１４１、１４２、１４３を流れる同じ電流と方向に対して、対蹠的な巻線で反対の方向に電流が流れるように配置されてもよい。そのように、主巻線１４１、１４２、１４３および対応する対蹠的な巻線は、同時に、比較的反対の磁場を生じさせる。
【0053】
巻線は、固定子１４０内の穴の開いた水平のスロットの中に配置されてもよい。第１の巻線１４１、第２の巻線１４２および第３の巻線１４３は、電流の伝達時に、電気回路のそれぞれの巻線１４１、１４２、１４３の周囲で、磁場を生じさせるよう構成されてもよい。
【0054】
巻線１４１、１４２、１４３は、例えば、金属といった導体材料を含んでいてもよい。巻線１４１、１４２、１４３は、例えば、銅やアルミニウムを含んでいてもよい。
【0055】
巻線１４１、１４２、１４３のうちいずれか一つは、スーパーコンダクタを備えていてもよい。スーパーコンダクタは、Ｖ３Ｇａ、Ｇａ１-２ｘＣｕｘＡｓｘＮ、またはＮｂＮを含んでいてもよい。
【0056】
固定子１４０は、同様に渦電流の形成の影響を軽減するために、固定子１４０の円筒の長さに沿って積まれた複数の積層を備えていてもよい。積層は、鋼を含んでいてもよい。
【0057】
誘導機１００は、位相シフト発振器１６０をさらに備える。位相シフト発振器１６０は、トランジスタ１７０を備える。位相シフト発振器１６０は位相シフト回路網１８０をさらに備える。
【0058】
位相シフト回路網１８０は、第１のノードおよび第２のノードを備える。位相シフト回路網は、第３のノード１８３をさらに備えてもよい。
【0059】
位相シフト回路網１８０は、図１にＲＣ網として示される。位相シフト回路網１８０は３つの抵抗に接続された３つのコンデンサを備えてもよい。ノード１８１、１８２、１８３はそれぞれの一組のコンデンサ／抵抗の間で形成されてもよい。そのような位相シフト網において、位相は、一組のコンデンサ／抵抗のために６０度シフトされる。ノード１８１と１８２との間の位相差は、６０度であってもよい。ノード１８１と１８３との間の位相差は、１２０度または６０＋６０度であってもよい。
【0060】
誘導機１００は、図２に示す通り、位相シフト発振器１６０のトランジスタ１７０を駆動するための駆動回路をさらに備えてもよい。回路のトランジスタ１７０を備える部分およびバイアス／駆動回路は、増幅器部として呼ばれてもよい。増幅器部は、位相シフト回路網１８０に接続された出力の位相を、ＶＩＮ端子を通じて電気信号入力の位相から１８０度シフトしてよい。誘導機は、例えばＶＩＮ端子を通じて、ＡＣ入力を受信するよう構成されてもよい。
【0061】
位相シフト発振器は、例えば、１８０＋６０＋６０＋６０＝３６０度といった完全な３６０度の位相シフト完成させるために、増幅器部と一体となって、位相シフト回路網１８０の位相シフトによって、位相シフトを加算することで動作してもよい。
【0062】
バイアス／駆動回路は、トランジスタ１７０のゲートのための分圧器として作動する２つの抵抗を備えてもよい。一方の抵抗は、ドレイン電流を制限するためにトランジスタのドレインと給電レールＶＤＤとの間に接続される。トランジスタのソースとグランドＧＮＤとの間に接続されたもう一方の抵抗は、熱安定性を改善するために用いられてもよい。コンデンサは、トランジスタ１７０のソースとＧＮＤとの間におけるバイパスコンデンサとして接続されてもよい。
【0063】
第１のノード１８１は、第１の巻線１４１に接続される。第２のノード１８２は、第２の巻線１４２に接続される。第３のノード１８３は、第３の巻線１４３に接続されてもよい。ノード１８１、１８２、１８３は、図１に示すように、それぞれの巻線１４１、１４２、１４３と直接接続されていてもよい。ノード１８１、１８２、１８３は、図２に示すように、代替的に、それぞれの巻線１４１、１４２、１４３と抵抗を介して間接的に接続されていてもよい。
【0064】
位相シフト発振器１６０は、第１のノード１８１で第１の位相電気信号を供給し、第２のノード１８２で第２の位相電気信号を供給するよう構成される。第１の位相と第２の位相との差は、第１の角度１０１に一致する。位相シフト発振器１６０は、第３のノード１８３で第３の位相電気信号を供給するよう構成されてもよい。第１の位相と第３の位相との差は、第２の角度１０２に一致する。
【0065】
トランジスタ１７０は、ＭＯＳＦＥＴまたはＢＪＴであってもよい。トランジスタ１７０は、Ｓｉ、ＳｉＣまたはＧｅを含んでもよい。トランジスタは、パワートランジスタであってもよい。トランジスタ１７０は、ＨＥＭＴであってもよい。トランジスタ１７０は、ＧａＮを含んでもよい。トランジスタ１７０は、ＡｌＧａＮを含んでもよい。トランジスタ１７０は、ＧａＮ／ＡｌＧａＮ ＨｅＭＴであってもよい。
【0066】
誘導機１００は、電流整流器をさらに備えてもよい。電流整流器は、回生充電のために構成されてもよい。電流整流器は、再充電可能な電池の充電のために使用されてもよい。
【0067】
図３に示すように、誘導機は、図１の例よりも、巻線１４１、１４２、１４３をさらに備える回転子１２０および固定子１４０の構成を特徴づけてもよい。図３の例では、３０度離れて配置される合計１２の巻線が示される。このような構成は、巻線１４１、１４２、１４３上で、６位相電気信号を受信するよう配置されてもよい。この例では、図１の場合と同様に、対応する対蹠的な巻線をさらに特徴づけてもよい。
【0068】
図３に見られるように、回転子－固定子（rotor-stator）６位相誘導機構成は、丸括弧の中の極性を備える３つの最初の位相である０度（＋）、１２０度（＋）および２４０度（＋）に基づいてもよい。それぞれのこれらの位相は、反対の、そして対蹠的な極である１８０度（－）、３００度（－）および６０度（－）で巻線を有する。さらに、極は、３０度（＋）および２１０度（－）；３０度（＋）と２７０度（＋）、および９０度（－）；そして、３３０度（＋）および１５０度（－）、すなわち、最初の電気信号位相の０度（＋）、１２０度（＋）および２４０度（＋）から３０度位相シフトして導入されてもよい。
【0069】
このように、正の極性のみが位相として数えられる。それゆえ、時計回りの極性および角度は、０度（＋）、３０度（＋）、６０度（＋）、９０度（－）、１２０度（＋）、１５０度（－）、１８０度（－）、２１０度（－）、２４０度（＋）、２７０度（＋）、３００度（－）、３３０度（－）であってもよく、または０度（＋）および１８０度（－）、３０度（＋）および２１０度（－）、６０度（－）および２４０度（＋）、９０度（－）および２７０度（＋）、１２０度（＋）および３００度（－）、１５０度（－）および３３０度（－）の二つがひと組みとなってもよい。
【0070】
このような６位相誘導機は、説明したように、図４の１つに示されるような回路構成の電気信号入力によって供給されてもよい。本質的に、入力電気信号は、３位相電気信号ＶＩＮであってもよく、３つの含まれる位相信号は、別の位相シフト回路網１８０を備える異なる位相シフト発振器を介して追加の位相にシフトされてもよい。ＶＩＮの３つの異なるノードに生じる最初の３つの位相は、０度、１２０度および２４０度であってもよい。位相シフト回路網１８０のノード１８１、１８２は、異なる位相電気信号を第１の巻線１４１および第２の巻線１４２に供給するために示される。第１のノード１８１と第２のノード１８２との位相差は、３０度であってもよい。図４に示す回路図は、３つのトランジスタ１７０を備える。それぞれのトランジスタは、それぞれの位相シフト回路網１８０と、３つの入力位相電気信号ＶＩＮのうち１つを受信するためのそれぞれの入力線との関連が示される。
【0071】
加えて、誘導機１００は、２位相電動機として実現されてもよい。２位相電動機は、一つの追加の位相のみを必要としてもよい。このような追加の位相は、ハイパスフィルタまたはローパスフィルタを用いることで得てもよい。－３ｄＢフィルタは４５度の位相シフト角度を作り出す。
【0072】
一般に、スイッチング増幅器またはそのようなフィルタといったトランジスタを組み込むことによって、より小型で、かさばらない高インダクタンスのインダクタを必要とし、回路はより設計が単純になり、周波数が１０ｋＨｚ未満の誘導機により適したものになることがある。位相シフトは、以下で与えられる単位Ｈｚの発振周波数ｆを持つハイパスフィルタによって実現され、
ｆ＝（２πＲＣ）―１（２Ｎ）―０．５
Ｒは、抵抗値オームの抵抗で、Ｃは、インダクタンス値ファラドのコンデンサで、Ｎは、ＲＣフィードバック段階の数を示す整数である。
ｆ＝（２πＲＣ）―１（２Ｎ）―０．５
Ｒは、抵抗値オームの抵抗で、Ｃは、インダクタンス値ファラドのコンデンサで、Ｎは、ＲＣフィードバック段階の数を示す整数である。
【0073】
本発明によれば、位相シフトは、３位相での６０度と比較して、３０度離れた巻線（６０度）でより均等にＲＭＦを生成することによって、回転子１２０が回転を開始する間だけではなく、すでに回転している回転子１２０の電力出力を改善するためにも用いられる。位相シフトは、トランジスタの１８０度の位相シフトと、巻線の間におけるローパスフィルタ（負の位相）またはハイパスフィルタ（正の位相）のいずれかとによって達成されてもよい。
【0074】
さらに、多くのＲＣ回路網をカスケード接続すると、６位相電気信号に対応する物理的／幾何学的な角度の分離に従って、正確に維持する必要がある位相シフト発振器の周波数の精度に影響を与えることがある。
【0075】
図６は、固定子１４０の誘導機１００の回路図を示す。第１の巻線１４１、第２の巻線１４２および第３の巻線１４３は、ここに概略的に負荷抵抗として図示される。図示された回路図の中で、第１の巻線１４１は、トーテムポール回路１９４によって、位相シフト回路網１８０の第１のノード１８１に接続される。同様に、第２の巻線１４２は、トーテムポール回路１９４によって、位相シフト回路網１８０の第２のノード１８２に接続される。同様に、第３の巻線１４３は、トーテムポール回路１９４によって、位相シフト回路網１８０の第３のノード１８３に接続される。トーテムポール回路１９４は、ここでは、増幅器として作動し、位相シフト回路網１８０の第１のノード１８１、第２のノード１８２および第３のノード１８３から電気信号を増幅してもよい。それぞれのトーテムポール回路１９４は、一組の相補型トランジスタのような、一組のトランジスタ１７０を備える。トランジスタ１７０は、高電子移動度トランジスタであってもよい。一組のトランジスタ１７０は、一組のトランジスタ１７０の間のノードでプッシュプル型の出力を供給するよう構成されてもよい。プッシュプル型の出力は、電気信号を巻線に供給してもよい。回路図は、第１のノード１８１で第１の位相電気信号を、第２のノード１８２で第２の位相電気信号を、そして第３のノード１８３で第３の位相電気信号を供給するよう構成される。第１の位相と第２の位相の差は、第２の巻線１４２が第１の巻線に対して配置される角度に一致してもよい。第１の位相と第３の位相の差は、第３の巻線が第１の巻線に対して配置される角度に一致してもよい。回路図は、増幅器１９３をさらに備える。増幅器１９３は、ここでは、１または複数のトランジスタ１７０を備えてもよい。増幅器１９３のトランジスタ１７０は高電子移動度トランジスタであってもよい。
【0076】
分かりやすいように、回路図は、６位相誘導機１００に拡張してもよい。位相シフト回路網１８０は、位相シフト回路網１８０の第４、第５および第６のノードを備えるよう拡張されてもよい。同様に、誘導機１００は、位相シフト回路網１８０の第４、第５および第６に接続される第４、第５および第６の巻線を備えてもよい。それぞれの巻線は、トーテムポール回路１９４によって、位相シフト回路網１８０のそれぞれのノードと接続されてもよい。位相シフト回路網１８０におけるＮ番目のノードのＮ番目の位相電気信号は、第１の巻線に対して、Ｎ番目の巻線の角度によって、位相シフト回路網１８０における第１のノード１８１の第１の位相電気信号と異なっていてもよい。
【0077】
分かりやすいように、回路図は、６位相よりも多い位相に拡張してもよい。
【0078】
図７は、誘導機１００の概略図を示す。図示する通り、位相シフト回路網１８０は、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）１９５に適用されてもよい。固定子１４０の巻線、この場合、第１の巻線１４１、第２の巻線１４２および第３の巻線１４３は、例えば、窒化ガリウム（a gallium nitride）パワーブリッジといったパワーブリッジ１９６によって、ＦＰＧＡ１９５に接続される。パワーブリッジ１９６は、トランジスタ１７０を備え、固定子１４０の巻線は、パワーブリッジ１９６のトランジスタによって、位相シフト回路網１８０のノードに接続される。パワーブリッジ１９６のトランジスタ１７０は、高電子移動度トランジスタであってもよい。
【0079】
図５は、２つのエンジン、プロペラを動力とした固定翼航空機の平面概略図を示す。航空機は、電気航空機推進システム２００を備えるよう示されている。電気航空機推進システム２００は誘導機１００を備える。電気航空機推進システム２００は、回転子１２０と物理的に接続され、そして同心円状に整列された車軸２０２をさらに備える。電気航空機推進システム２００は、誘導機１００と電気的に接続された電気電池２０４をさらに備える。電気航空機推進システム２００は、誘導機と電気的に接続された制御回路を備える。制御回路２０６は、誘導機１００を制御するよう構成される。
【0080】
電気航空機推進システム２００は、プロペラまたはタービン型のエンジンに動力を供給するよう構成されてもよい。電気航空機推進システム２００は、回転翼航空機の回転子に動力を供給するよう構成されてもよい。
【0081】
加えて、開示された実施形態に対する変形は、図面、開示および添付の特許請求の範囲の研究から、特許請求された発明を実施する当業者によって、理解され、達成されることができる。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【国際調査報告】