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特表2023-527960ステータコア、ステータ、及びそれらを備える発電システム
(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】2023-07-03
(54)【発明の名称】ステータコア、ステータ、及びそれらを備える発電システム
(51)【国際特許分類】
H02K 3/04 20060101AFI20230626BHJP
H02K 21/24 20060101ALI20230626BHJP
H02K 3/47 20060101ALI20230626BHJP
【ＦＩ】
H02K3/04 D
H02K21/24 G
H02K3/47
【審査請求】有
【予備審査請求】有
(21)【出願番号】P 2022565657
(86)(22)【出願日】2020-04-30
(85)【翻訳文提出日】2022-11-28
(86)【国際出願番号】 IB2020054053
(87)【国際公開番号】W WO2021220037
(87)【国際公開日】2021-11-04
(81)【指定国・地域】
(71)【出願人】
【識別番号】522418082
【氏名又は名称】シスクレナー グローバル カンパニー リミテッド
(74)【代理人】
【識別番号】110002516
【氏名又は名称】弁理士法人白坂
(72)【発明者】
【氏名】キニョネス バスキュナン，ギレルモ エンツォ
(72)【発明者】
【氏名】ネダー，クリスチャン ジェイコブ
【テーマコード（参考）】
5H603
5H604
5H621
【Ｆターム（参考）】
5H603BB02
5H603BB07
5H603BB09
5H603BB14
5H603CA01
5H603CA05
5H603CB02
5H603CC14
5H603CC18
5H603CE02
5H604BB03
5H604BB10
5H604BB13
5H604CC01
5H604CC04
5H604CC20
5H621BB01
5H621BB02
5H621BB10
5H621GA04
5H621GA12
5H621HH01
(57)【要約】
電磁ブレーキの影響を実質的に低減し、これにより発電効率を向上させるように構成されるステータコアを提供するために、かつ、発電効率を向上させるためにそのようなステータコアを具現化できる発電システムを提供するために、磁気誘導または電磁誘導による発電用ステータコアは、核と、核の周りに巻き付けられるワイヤと、を含み、ワイヤは、複数のワイヤ交点を形成するように巻き方向に巻かれることが、本明細書に開示される。
【選択図】図１Ｂ
【選択図】図１Ｂ
【特許請求の範囲】
【請求項1】
核と、前記核の周りに巻き付けられたワイヤと、
を含み、
前記ワイヤは、複数のワイヤ交点を形成するように巻き方向に巻き付けられる、
磁気誘導または電磁誘導による発電用ステータコア。
【請求項2】
各ワイヤ交点は２対の対向する角度を形成し、第１対の各角度をｐとし、第２対の各角度をｑとし、ｐは一般に前記巻き方向から離れて向き合い、ｑは一般に前記巻き方向に沿って向き合う、請求項１に記載のステータコア。
【請求項3】
前記角度ｐは、好ましくは９０度である、請求項２に記載のステータコア。
【請求項4】
前記核は非磁化可能である、請求項１から３のいずれか一項に記載のステータコア。
【請求項5】
前記核はエアコアである、請求項４に記載のステータコア。
【請求項6】
少なくとも１つのステータコアと、前記ステータコアを保持するためのレセプタクルと、
を含み、
前記ステータコアは、核と、前記核の周りに巻き付けられたワイヤと、を含み、
前記ワイヤは、複数のワイヤ交点を形成するように巻き方向に巻き付けられる、
磁気誘導または電磁誘導による発電用ステータ。
【請求項7】
前記核は非磁化可能である、請求項６に記載のステータ。
【請求項8】
前記レセプタクルは略対称形状を有する、請求項６または７に記載のステータ。
【請求項9】
前記レセプタクルは電気絶縁材料からなる、請求項６から８のいずれか一項に記載のステータ。
【請求項10】
１つ以上の電気相を生成するためのステータであって、複数のステータコアを含み、前記複数のステータコアの数は前記電気相の数の倍数である、請求項６から８のいずれか一項に記載のステータ。
【請求項11】
前記レセプタクルは、前記ステータコアの位置を均等に分布させるために前記複数のステータコアを保持するように構成される、請求項１０に記載のステータ。
【請求項12】
前記ステータコアは、１対、複数対、または奇数で電気的に接続される、請求項１０または１１に記載のステータ。
【請求項13】
軸の周りを回転可能に構成され、少なくとも１つの磁石を含む少なくとも１つのロータと、静止するように構成され、少なくとも１つのステータコアを含む少なくとも１つのステータと、
を含み、
前記ステータコアは、核と、前記核の周りに巻き付けられたワイヤと、を含み、
前記ワイヤは、複数のワイヤ交点を形成するように巻き方向に巻き付けられ、
システムは、前記ロータが前記軸の周りを回転するように誘導するための機械的エネルギーを受けるように構成される、
磁気誘導または電磁誘導による発電用システム。
【請求項14】
前記核は非磁化可能である、請求項１３に記載のシステム。
【請求項15】
１つ以上の電気相を生成するためのシステムであって、前記ステータは複数のステータコアを含み、前記複数のステータの数は前記電気相の数の倍数である、請求項１３または１４に記載のシステム。
【請求項16】
１つ以上の電気相を生成するためのシステムであって、前記ロータは複数の磁石を有し、前記複数の磁石の数は、下記の式の積を切り上げることにより決定される、請求項１３から１５のいずれか一項に記載のシステム：
【数1】
ここで、ＮＥＰは前記電気相の数であり、ＮＳＣは前記ステータコアの数である。
【請求項17】
前記磁石と前記核は、略同じ断面寸法を有する、請求項１３から１６のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項18】
複数のステータを含む、請求項１３から１７のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項19】
複数のロータを含む、請求項１３から１８のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項20】
複数のステータ及び複数のロータを含み、前記複数のステータ及びロータは、同軸上に、交互に、直接接触せずに整列している、請求項１３から１７のいずれか一項に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、発電に関し、特に、発電システム用のステータコアに関する。
【背景技術】
【0002】
機械的エネルギーの変換を利用する発電システムは、通常、ロータ（ｒｏｔｏｒ）とステータ（ｓｔａｔｏｒ）とを有するシステムを備える。ステータは、１つまたは複数のステータコアを有することが知られており、各ステータコアは、磁気コアまたは核の周りに電気誘導線を巻き付けることで作られる。このような発電機の作動は、ロータが移動しようとする方向に逆らって作用する反力（ｒｅａｃｔｉｏｎ ｆｏｒｃｅ）を引き起こす磁界を誘導して、発電回転を遅らせる。この「電磁ブレーキ」により、システムへの機械的なエネルギー入力が失われ、発電効率が低下する。
【0003】
これまで多くの文献が、発電機の出力を向上させる試みを提案してきた。例えば、米国特許出願公開第２０１０／０１９，６０８－Ａ１号は、より大きな誘導領域を提供し、結果として磁気飽和を回避するために、内側に複数の平行なワイヤスロットを有するステータを提案している。米国特許出願公開第２００６／２９０，２２４－Ａ１号は、反対の極が互いに向き合っている状態で、所定の距離で離間している２つ以上の永久磁石から構成される発電機を開示している。さらに、米国特許第９，５８４，０５６－Ｂ２号は、発電効率が低下するような狭い最適回転速度範囲の問題に対処するための多相マルチコイル発電機を提供している。
【0004】
前述のいずれも、電磁ブレーキの問題に効果的に対処していない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
本開示の概念は、電磁ブレーキの影響を実質的に低減し、これにより発電効率を向上させるように構成されたステータコアを提供することに関する。本開示の別の概念は、発電を向上させるためにそのようなステータコアを実装できる発電システムを提供することに関する。したがって、本開示は、そのような概念の態様及び実施可能性を例示する実施形態を提供する。好適な実施形態については、詳細に後述する。
【課題を解決するための手段】
【0006】
別段の記載がない限り、本明細書で言及する用語「電磁ブレーキ」とは、発電機のロータが移動しようとする方向に逆らって作用する反力（ｒｅａｃｔｉｏｎ ｆｏｒｃｅ）を意味し、それによって発電回転を減少させることを意図している。
【0007】
別段の指示がない限り、特定の用語は、以下の説明で一般的な説明のみを目的として使用されており、いかなる方法でも本開示の概念の範囲を制限すると解釈されるべきではない。同様に、本明細書における任意の特定の構成、図、及び寸法は、例示の目的のためのものであり、本技術開示の概念の範囲を制限するものと解釈されるべきではない。
【0008】
第１態様において、一実施形態は、磁気誘導または電磁誘導による発電用ステータコアであり、ステータコアは、核と、核の周りに巻き付けられたワイヤとを含み、ワイヤは、複数のワイヤ交点を形成するように巻き方向に巻き付けられる。
【0009】
第２態様において、一実施形態は、磁気誘導または電磁誘導による発電用ステータであり、ステータは、少なくとも１つのステータコアと、ステータコアを保持するレセプタクル（ｒｅｃｅｐｔａｃｌｅ）とを含み、ステータコアは、核と、核の周りに巻き付けられたワイヤとを含み、ワイヤは、複数のワイヤ交点を形成するように巻き方向に巻き付けられる。
【0010】
第３態様において、一実施形態は、磁気誘導または電磁誘導による発電用システムであり、システムは、少なくとも１つのロータと、少なくとも１つのステータと、を含む。（ｉ）前記ロータは、軸を中心に回転可能に構成され、かつ、永久磁石または電磁石であってもよい少なくとも１つの磁石を含む。（ｉｉ）前記ステータは、静止するように構成され、少なくとも１つのステータコアを含み、ステータコアは、核と、核の周りに巻き付けられたワイヤとを含み、ワイヤは、複数のワイヤ交点を形成するように巻き方向に巻き付けられる。前記システムは、ロータを軸周りに回転させるための機械的エネルギーを受けるように構成されている。任意選択で、ステータは、ステータコアを保持するための少なくとも１つのレセプタクルを有する。
【0011】
上記の第１、第２及び第３の態様による実施形態は、各ワイヤ交点が２対の対向する角度を形成するように構成されてもよく、ここで、第１対の各角度をｐとし、第２対の各角度をｑとし、ｐは一般に巻き方向から離れて向き合い、ｑは一般に巻き方向に沿って向き合う。
【0012】
好ましくは、角度ｐは９０度である。
【0013】
さらに、実施形態の核（ｎｕｃｌｅｕｓ）は、好ましくは非磁化可能であり、より好ましくはエアコアである。
【0014】
上記の第２または第３態様による実施形態は、好ましくは、実施形態のレセプタクルが実質的に対称形状を有するように構成されてもよい。この実施形態のレセプタクルは幅広い材料で形成されてもよいが、レセプタクルは、好ましくは電気絶縁材料で形成され、より好ましくは成形ファイバーグラスから形成される。
【0015】
上記の第２または第３態様による実施形態において、ステータは、１つ以上の電気相（ｅｌｅｃｔｒｉｃｉｔｙ ｐｈａｓｅ）を生成するためのものであり、複数のステータコアを含むことが好ましい。さらに好ましくは、そのような複数のステータコアの数は、生成を意図した電気相の数の倍数である。また、そのような実施形態のレセプタクルが複数のステータコアを保持するためのものである場合、そのようなレセプタクルは、好ましくは、ステータコアの位置が均等に分布するように複数のステータコアを保持するように構成される。さらに、複数のステータコアは、１対（ｐａｉｒ）、複数対（ｐａｉｒｓ）、または奇数（ｏｄｄ ｎｕｍｂｅｒ）で電気的に接続される。
【0016】
上記の第３態様による実施形態において、システムは１つ以上の電気相を生成するためのものであり、ロータは複数の磁石を含むことが好ましい。より好ましくは、このような複数の磁石（ＮＲＭ）の数は、下記の式（ｅｘｐｒｅｓｓｏｎ）の積を切り上げることによって決定される。
【0017】
【数1】
ここで、ＮＥＰは意図する電気相の数であり、ＮＳＣはステータコアの数である。計算の例は、この概要（Ｓｕｍｍａｒｙ）の後半で提供される。
【0018】
好ましくは、磁石及び核（ｎｕｃｌｅｕｓ／ｎｕｃｌｅｉ）は、略同じ断面寸法を有する。
【0019】
システムが複数のステータ及び／または複数のロータを含むことも好ましい。より好ましくは、システムは、複数のステータ及び／又は複数のロータを含み、このような複数のステータ及びロータは、同軸上に、交互に、直接接触せずに整列している。
【0020】
上記の第３態様による一実施形態において、意図する動作中の任意のインスタンスで各ステータコアがロータの磁石にさらされるように、ロータ及びステータ及びそれらの整列を構成することも好ましい。これは、ほぼ同じサイズを有するように、（ｉ）すべてのステータコアの中心が位置する周囲を有する第１仮想円と、（ｉｉ）すべてのロータの磁石の中心が位置する周囲を有する第２仮想円と、を構成することにより、かつ、第１及び第２仮想円が同心円となるようにロータ及びステータを整列することにより、可能になることが望ましい。
【0021】
上記の第３態様による実施形態は、ロータが複数の磁石を含むように構成されてもよい。このような場合、ロータの磁石の数は、好ましくは、ステータにおけるステータコアの数と、生成が意図された電気相の数によって決まる係数とにより変わる。より好ましくは、計算は下記のように表される。
【0022】
【数2】
【0023】
【数3】
ここで、Ｃ＝係数、ＮＥＰ＝意図する電気相の数、ＮＲＭ＝ロータにおけるロータの好ましい磁石数、ＮＳＣ＝ステータにおけるステータコアの数である。なお、数式（２）におけるＣの式（ｅｘｐｒｅｓｓｏｎ）を数式（３）に代入すると、上記数式（１）が得られる。
【0024】
計算の例：二相発電の場合、Ｃは１＋１／２＝１．５であり、三相発電の場合、Ｃは１＋１／３＝１．３３であり、四相発電の場合、Ｃは１＋１／４＝１．２５である、などがある。
【0025】
さらなる例として、三相発電用のステータのレセプタクルによって３つのステータコアが保持される場合、Ｃは１．３３であり、したがってロータにおける好ましい磁石数はＮＲＭ＝１．３３×３＝３．９９であり、１つのロータあたり４つの磁石に切り上げられる。同様に、三相発電用のステータレセプタクルによって６つのステータコアが保持される場合、Ｃは１．３３であり、したがってロータにおける好ましい磁石数はＮＲＭ＝１．３３×６＝７．９８であり、１つのロータあたり８つの磁石に切り上げられ、このように続く。
【0026】
上記の第３態様による実施形態において、数式（１）（または、等価的に、数式（３）と共に数式（２））に基づく好ましい磁石数を実現する場合、ステータコアの好ましい直径は、磁石に直径により変わる。より好ましくは、計算は下記のように表される。
【0027】
【数4】
【0028】
【数5】
ここで、ＤＳＣ，Ｉ＝ステータコアの核の直径により定義される、ステータコアの好ましい内径、ＤＲＭ＝ロータの磁石の直径、ＤＳＣ，Ｏ，ｍａｘ＝ステータコアのコアの周りに巻き付けられたワイヤの層により形成される直径により定義される、ステータコアの好ましい最大外径、Ｃ＝上記の数式（２）及び数式（３）による係数である。
【0029】
例えば、三相発電（Ｃ＝１．３３）に直径３０ｍｍの磁石を使用する場合、ステータコアの内径は、好ましくはＤＳＣ、Ｉ＝ＤＲＭ＝３０ｍｍである。また、ステータコアの外径は、好ましくは、ＤＳＣ，Ｏ，ｍａｘ＝２×１．３３×３０＝７９．８ｍｍより大きくない。
【0030】
さらに例えば、四相発電（Ｃ＝１．２５）に直径３０ｍｍの磁石を使用する場合、ステータコアの内径は、好ましくはＤＳＣ、Ｉ＝ＤＲＭ＝３０ｍｍである。また、ステータコアの外径は、好ましくは、ＤＳＣ，Ｏ，ｍａｘ＝２×１．２５×３０＝７５ｍｍより大きくない。
【0031】
さらに、ステータコアの厚さは、任意の相タイプの電気を生成するために、ＤＳＣ、ＩまたはＤＲＭよりも小さいことが好ましい。
【0032】
上記の第３態様による実施形態において、意図した動作中に、同一の位相の電気を生成するために、同一のステータのレセプタクルにおけるすべてのステータコアが同一のインスタンスで同一の磁気極性にさらされるように、ロータ及びステータを位置合わせることも好ましい。複数のステータが同軸に整列される実施形態において、これは、好ましくは、前のステータの第１位置（または第１位置のセット）及び後のステータの第２位置（または第２位置のセット）に、同一の電気相を生成するためのステータコアを配置することによって可能になり、第２位置／位置のセットが、第１位置／位置のセットから角変位を形成する。２つ以上のステータが同軸に整列している実施形態において、そのような角変位は、１つのステータから次のステータへと増加することが好ましい。このような場合、角変位の増分は下記のように表されることがより好ましい。
【0033】
【数6】
ここで、θ＝角変位の好ましい増分（度単位）、ＮＲＭ＝上記の数式（１）または数式（３）による、ロータにおけるロータの好ましい磁石数である。
【0034】
例えば、ロータの好ましい磁石数が８であり、その数を実現する場合、１つのステータから次のステータへの角変位の好ましい増分はθ＝３６０°／８＝４５度である。これは、任意のステータで電気相を生成するためのステータコアが、隣接するステータで同じ電気相を生成するためのステータコアから４５度離れて配置されることを意味する。
【0035】
１つのロータごとに複数の磁石が存在する上記の第３態様による実施形態において、磁石は、ロータの各面から見て、磁石のいずれか１つが隣接する磁石の極性とは反対の極性を有するように位置決めすることが好ましい。
【0036】
本開示の概念による実施形態は、直列接続または並列接続のいずれかに対応するために、同じ概念内で調整することができる。
【0037】
技術的概念をより良く理解するために、添付の図面を参照して、非限定的な例のみを用いて、態様の好適な実施形態を詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【0038】
【図1】図１Ａは、本発明の技術的概念の態様によるステータコアの好適な実施形態を示し（縮尺通りではない）、図１Ｂは、好適な実施形態に係る、図１Ａの部分Ｉによるステータコア巻線の拡大図を示す（縮尺通りではない）。
【図2】本発明の技術的概念の態様によるステータの好適な実施形態を示す（縮尺通りではない）。
【図3】図３Ａは、本発明の技術的概念の態様による複数のステータの好ましい軸アライメントを示し（縮尺通りではない）、図３Ｂは、本発明の技術的概念の態様により整列されたときの、複数のステータにおけるステータコアの好ましい角度アライメントを示し（縮尺通りではない）、図３Ｃは、本発明の技術的概念の態様により整列されたときの、複数のステータにおける１つの電気相に対するステータコアの好ましい直列接続を示し（縮尺通りではない）、図３Ｄは、本発明の技術的概念の態様により整列されたときの、複数のステータにおける３つの電気相に対するステータコアの好ましい直列接続を示す（縮尺通りではない）。
【図4】本発明の技術的概念の態様によるロータの好適な実施形態を示す（縮尺通りではない）。
【図5】図５Ａは、本発明の技術的概念の態様によるロータ及びステータの好ましいアセンブリを示し（縮尺通りではない）、図５Ｂは、本発明の技術的概念の態様により組み立てられたときの、ロータ、ステータ、及びそれらの特徴の好ましい軸アライメントを示し（縮尺通りではない）、図５Ｃは、本発明の技術的概念の態様により組み立てられたときの、ロータ、複数のステータ、及びそれらの特徴の好ましい角度アライメントを示す（縮尺通りではない）。
【図6】本発明の技術的概念の態様による発電システムの好適な実施形態を示す（縮尺通りではない）。
【図7】代替の実施形態に係るステータコア巻線の拡大図を示す（縮尺通りではない）。
【発明を実施するための形態】
【0039】
以下の説明は、好適な実施形態を説明するために提供されるものであり、例としてのみ提供されることに留意されたい。本明細書における任意の特定の構成、図、及び寸法は、例示の目的のためのものであり、本技術開示の概念の範囲を制限するものと解釈されるべきではない。
【0040】
図１Ａは、本発明の技術的概念の態様による発電用ステータコア１００の一実施形態を示す。この好適な実施形態において、ステータコア１００は、直径０．３２ｍｍの円形断面を有する固体銅ステータコアワイヤ１０２から構成される。前記構成は、ステータコアワイヤ１０２を核の周りに巻き付けることにより行われる。磁化可能なコアは、意図された回転中にさらなる電磁ブレーキを引き起こす可能性があるため、そのような核は、非磁化可能なコア（ｎｏｎ－ｍａｇｎｅｔｉｚａｂｌｅ ｃｏｒｅ）であることが好ましい。好適な実施形態の場合、核はエアコア１０４であり、その周りにステータコアワイヤ１０２の層が巻き付けられ、ほぼ円筒形のスプール１０６を形成する。ここで、エアコア１０４によって提供される開口部によって画定される直径は、ＤＳＣ、Ｉとして表されるステータコア１００の「内径」であり、エアコア１０４の周りに巻き付けられ、スプール１０６を形成するステータコアワイヤ１０２の最外層によって画定される直径は、ＤＳＣ、Ｏとして表されるステータコア１００の「外径」である。好適な実施形態において、ＤＳＣ、Ｉ＝３０ｍｍ、ＤＳＣ、Ｏ＝７０ｍｍ、ステータコア１００の厚さは１２ｍｍである。さらに、同じスプール１０６を形成する同じステータコアワイヤ１０２の長さに沿って複数のワイヤ交点１０８を形成するように、ステータコアワイヤ１０２を巻き付ける。
【0041】
図１Ｂは、好適な実施形態に係るワイヤ交点１０８の形成に関するさらなる詳細を示す。特に、図１Ｂは、ステータコアワイヤ１０２の巻線から形成された絶縁層１１０を示す。好適な実施形態において、複数の絶縁層１１０は、エアコア１０４（図１Ｂには示されていない）の周りに同心状に積み重ねられ、前述の図１Ａに係るスプール１０６を形成する。ここで、ステータコアワイヤ１０２は、同一層１１０内で、ステータコアワイヤ１０２が交差して編み込まれ、ワイヤ交点１０８が形成されるように、所定の巻き方向１１２に向かって巻回される。これと関係なく、本開示の概念によるワイヤ交点１０８は、異なる巻き方によって形成されてもよく、これは、代替の実施形態の例として後述する。
【0042】
図１Ｂによれば、各ワイヤ交点１０８は２対の対向する角度を形成し、第１対の各角度をｐとし、第２対の各角度はｑとし、ｐは概ね巻き方向１１２から離れて向き合い、ｑは概ね巻き方向１１２に沿って向き合う。ワイヤ交点１０８は、任意のサイズの角度ｐ及びｑを形成するように構成されてもよい。しかし、好適な実施形態によれば、前記ワイヤ交点１０８は、約９０度の大きさを有する角度ｐ及びｑを形成する。
【0043】
好適な実施形態において、図１Ａ及び図１Ｂに係るステータコア１００は、発電用ステータ２００の一部を形成する。図２は、好適な実施形態のさらなる態様を示し、ステータ２００は、ステータコア１００の位置が均等に分布するようにステータコア１００を保持するためのステータコアレセプタクル２０２を含む。好適な実施形態によるステータコアレセプタクル２０２は、シャフト４０４（図２において図示せず；後述）を非接触で挿入するためのほぼ円形状のステータの中心孔２０４を有するディスクのアウトラインを有するように、成形ファイバーグラスから形成される。ステータコアレセプタクル２０２はさらに、ステータコアレセプタクル２０２への開口部によって画定される同数のステータコアスロット２０６、ステータコアスロット２０６の軸、及びほぼ並列であるステータの中心孔２０４を提供することにより、ステータコア１００を保持するように構成される。ステータコアスロット２０６の寸法は、ステータコア１００が十分に挿入されるように構成される。ステータコアスロット２０６の全てがステータコア１００で満たされ、ステータコア１００の全てが意図したとおりにステータコアレセプタクル２０２により保持されるとき、ステータ２００が実質的に対称である方法で、ステータコアレセプタクル２０２がステータコア１００をステータコアレセプタクル２０２の縁部（ｅｄｇｅ）に近くに保持できるように、好適な実施形態におけるステータコアスロット２０６は、ステータコアレセプタクル２０２上に位置決めされる。
各ステータコア１００は、対応する各ステータコアスロット２０６と永久的または一時的に結合または締結することができる。好適な実施形態において、ステータコアスロット２０６の所定の位置でファイバーグラス成形プロセス中に、ステータコア１００をステータコアレセプタクル２０２に埋め込むことにより、ステータコア１００をステータコアスロット２０６の内面に永続的に結合する。さらに、この実施形態におけるステータコアレセプタクル２０２は、補助ロッド４０６に接触挿入するための６つの周辺孔２０８（図２において図示せず；後述）を有する。
各ステータコア１００は、対応する各ステータコアスロット２０６と永久的または一時的に結合または締結することができる。好適な実施形態において、ステータコアスロット２０６の所定の位置でファイバーグラス成形プロセス中に、ステータコア１００をステータコアレセプタクル２０２に埋め込むことにより、ステータコア１００をステータコアスロット２０６の内面に永続的に結合する。さらに、この実施形態におけるステータコアレセプタクル２０２は、補助ロッド４０６に接触挿入するための６つの周辺孔２０８（図２において図示せず；後述）を有する。
【0044】
図２にさらに示すように、１つのステータ２００は、好ましくは、三相電気を生成する目的で３対のステータコア１００を保持するように構成される。ここで示されていない他の実施形態における各ステータ２００当たりのステータコア１００の数は、６個より少ないまたは多い奇数または偶数であり得ることに留意されたい。このような数は、本開示の概念から逸脱することなく、意図された電気相の数に直接依存する。
【0045】
ステータコア１００が、好適な実施形態のために意図したように、ステータコアレセプタクル２０２によって保持された状態にあるとき、ステータコア１００の「対（ｐａｉｒ；ペア）」は、２つの各ステータコア１００が、同一のステータコアレセプタクル２０２上で互いに最も離れた２つのステータコアスロット２０６に配置されることを意味することにさらに留意されたい。図２は、同じ対（ペア）に属する２つのステータコア１００を大文字の「Ａ」、「Ｂ」、「Ｃ」で表すことでペアリング（ベア化）の概念を示す。
【0046】
好適な実施形態において、各ベアのステータコア１００は、同じベアの両方のステータコア１００と接触する結合ワイヤ２１０を配置することにより電気的に接続される。この実施形態において、結合ワイヤ２１０は、ステータコアワイヤ１０２よりも大きな直径を有する。上述のように、ステータコア１００の数は、実施形態によって生成されることを意図した電気相の数に直接対応する。図２は、ステータコア１００の各対の好ましい接続を示し、「Ａ」対（ペア）は、第１相の電気を生成するためのものであり、「Ｂ」対（ペア）は、第２相の電気を生成するためのものであり、「Ｃ」対（ペア）は、第３相の電気を生成するためのものである。
【0047】
図３Ａは、好適な実施形態のさらに別の態様の一部を示す。ここで、５つのステータ２００は、意図したように、すべてのステータコアスロット２０６に挿入されて結合されたステータコア１００を有する。５つのステータ２００は、ステータコアレセプタクル２０２の周辺孔２０８を介して補助ロッド４０６を挿入することにより、同軸に位置合わせされて固定される。好適な実施形態において、６つの補助ロッド４０６がある（６つのうちの１つが図３Ａから省略されている）。一方、シャフト４０４は、直接接触することなく、すべてのステータ２００の中心孔２０４を通って突出するように位置決めされる。ステータ２００も互いに直接接触しない。このようにして、各ステータ２００の断面によって画定される平面がほぼ平行になるように、また、隣接する平面間の距離がほぼ等しくなるように、組み立てられたステータ２００は、それらのほぼ円形の断面を他のステータ２００の断面に向ける。
【0048】
図３Ｂはさらに、異なるステータ２００におけるステータコア１００間の好ましい位置関係を示す。前述のように、この好適な実施形態は、三相電気を生成するための例示であり、各ステータ２００は６つのステータコア１００を有する。また、前述したように、各ステータコア１００は、ステータコア１００が生成しようとする電気相を表すために「Ａ」、「Ｂ」、または「Ｃ」で示される。さらに、同じステータ２００におけるステータコア１００は、上記の図２で説明したように電気的に接続されることに留意されたい。しかしながら、このような電気接続は、簡潔にするために図３Ｂから省略されている。
【0049】
図３Ｂに示すように、相（ｐｈａｓｅ）「Ａ」から開始して、同じステータ２００のステータコア１００に割り当てられた電気相は、前に示した順序に従う：「Ａ」で示される任意のステータコア１００から開始し、同じステータ２００で時計回りに進み、その順序は、この好適な実施形態において常にＡ、Ｃ、Ｂ、Ａ、Ｃ、Ｂである。
【0050】
図３Ｂは、「Ａ」相が割り当てられたステータコア１００のうちの１つに概念的に取り付けられた仮想の三角形のマーカを提供する。これは、同一のステータ２００における「Ａ」相の相手側（ｃｏｕｎｔｅｒｐａｒｔ）と区別するためである。さらに参照するために、図３Ｂの５つのステータ２００は、ステータＮｏ．１、ステータＮｏ．２、ステータＮｏ．３、ステータＮｏ．４として左から右に呼ばれる。さらにまた参照するために、任意のステータ２００の１２時の位置を０度位置と呼び、そこから時計回りに回転すると角度が増加する。
【0051】
図３Ｂによれば、ステータＮｏ．１のマーカは、「Ａ」相ステータコア１００のうちの１つが配置される０度の位置を示す。マーカから始まり時計回りに進み、割り当てられた電気相の順序はＡ、Ｃ、Ｂ、Ａ、Ｃ、Ｂである。
【0052】
次はステータＮｏ．２であり、マーカは、「Ａ」相ステータコア１００のうちの１つが配置される４５度の位置を示す。マーカから始まり時計方向に進み、割り当てられた電気相の順序はＡ、Ｃ、Ｂ、Ａ、Ｃ、Ｂである。
【0053】
次はステータＮｏ．３であり、マーカは、「Ａ」相ステータコア１００のうちの１つが配置される９０度の位置を示す。マーカから始まり時計方向に進み、割り当てられた電気相の順序はＡ、Ｃ、Ｂ、Ａ、Ｃ、Ｂである。
【0054】
次はステータＮｏ．４であり、マーカは、「Ａ」相ステータコア１００のうちの１つが配置される１３５度の位置を示す。マーカから始まり時計方向に進み、割り当てられた電気相の順序はＡ、Ｃ、Ｂ、Ａ、Ｃ、Ｂである。
【0055】
次はステータＮｏ．５であり、マーカは、「Ａ」相ステータコア１００のうちの１つが配置される１８０度の位置を示す。マーカから始まり時計方向に進み、割り当てられた電気相の順序はＡ、Ｃ、Ｂ、Ａ、Ｃ、Ｂである。
【0056】
マーカを参照すると、図３Ｂに係る角変位は、ステータ２００のいずれか１つから次のステータまで４５度ずつ増加する（すなわち、θ＝４５度）。
【0057】
図３Ａ及び図３Ｂに係る上記の構成は、同一の電気相を生成するためのステータコア１００が同一のインスタンスで磁化される一方、異なる電気相を生成するためのステータコア１００が異なるインスタンスで磁化される方法で、三相電気を生成するためのステータコア１００を提供することを目的とする。この目的は、異なるステータ２００の間の同一電気相間の電位差を回避することにより、望ましくない放電を回避しつつ達成される。これらの構成はまた、以下で後述するさらなる重要性を有する。同様に、磁化のインスタンスについては後述する。
【0058】
図３Ｃは、好適な実施形態による異なるステータ２００のステータコア１００間の電気的接続を示す。以下の図３Ｃの説明において、マーカ；「Ａ」、「Ｂ」及び「Ｃ」相；ステータＮｏ．１～Ｎｏ．５；度位置（ｄｅｇｒｅｅ ｐｏｓｉｔｉｏｎ）；などへの言及は、図３Ｂの説明で前述したものと同じ意味を持つことに留意されたい。
【0059】
特に、図３Ｃは、ステータ２００（及びそのステータコア１００）が直列に接続された好適な実施形態を示す。このような接続の選択は、好適な実施形態に付随するものであるが、本発明の技術的概念を実施する上で決して必須ではない。並列接続の例は、代替の実施形態として後述する。
【0060】
さらに特に、図３Ｃは、電気相「Ａ」が割り当てられたステータコア１００に関してのみ、ステータ２００間の直列接続を示す。
【0061】
図３Ｃによれば、ステータＮｏ．１は、０度及び１８０度の位置に２つの「Ａ」相ステータコア１００を有し、ステータＮｏ．２は、４５度及び２２５度の位置に２つの「Ａ」相ステータコア１００を有し、ステータＮｏ．３は、９０度及び２７０度の位置に２つの「Ａ」相ステータコア１００を有し、ステータＮｏ．４は、１３５度及び３１５度の位置に２つの「Ａ」相ステータコア１００を有し、ステータＮｏ．５は、１８０度及び０度の位置に２つの「Ａ」相ステータコア１００を有する。
【0062】
図３Ｃは、好ましい直列接続の順序をさらに示す：
ステータＮｏ．１から開始：０度の位置、及び１８０度の位置；
ステータＮｏ．２に続く：２２５度の位置、及び４５度の位置；
ステータＮｏ．３に続く：９０度の位置、及び２７０度の位置；
ステータＮｏ．４に続く：３１５度の位置、及び１３５度の位置；及び
ステータＮｏ．５に続く：１８０度の位置、及び０度の位置。
ステータＮｏ．１から開始：０度の位置、及び１８０度の位置；
ステータＮｏ．２に続く：２２５度の位置、及び４５度の位置；
ステータＮｏ．３に続く：９０度の位置、及び２７０度の位置；
ステータＮｏ．４に続く：３１５度の位置、及び１３５度の位置；及び
ステータＮｏ．５に続く：１８０度の位置、及び０度の位置。
【0063】
この好ましいパターンによれば、同一のステータ２００における１つの位置から次の位置に始まり１８０度増加し、１つのステータ２００における１つの位置から次のステータ２００における次の位置に続いて４５度増加する。当技術分野の当業者は、この好適な実施形態の「Ｂ」相及び「Ｃ」相に対する直接接続を実現するために、または５つより多いステータ２００がある場合などの他の実施形態における直列接続を実現するために、前述の教示を適用できるであろう。
【0064】
【0065】
図４は、好適な実施形態の態様によるロータ３００を示す。ここで、ロータ３００は、ディスクの外形を有し、剛性材料、好ましくは合成繊維、より好ましくはアラミド繊維、さらに好ましくはパラアラミド繊維からなる磁石レセプタクル３０２を含む。あるいは、そのような剛性材料は繊維強化プラスチック（ｆｉｂｅｒ ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ ｐｌａｓｔｉｃ）であってもよく、強化繊維（ｒｅｉｎｆｏｒｃｉｎｇ ｆｉｂｅｒ）は、好ましくはナイロン６及びアラミド繊維を含む合成繊維である。
【0066】
図４の磁石レセプタクル３０２は、ロータの中心孔３０４と、磁石レセプタクル３０２を通る円筒形の開口部によって画定される８つの磁石スロット３０６とを含む。磁石スロット３０６のそれぞれは、磁石３０８を保持するための手段を含む。好適な実施形態において、そのような手段は、一対の弾性部材３１０、好ましくは細長い非金属ストリップ／フィンを、それぞれの磁石スロット３０６の内面に取り付け、磁石スロット３０６の異なる端部に位置するほぼ対向する縁部（エッジ）３１２に近接して提供することにより実現され、そこから弾性部材３１０は、縁部３１２から概ね離れて突出し、磁石スロット３０６を部分的にカバーするように構成され、これによりその部分的なカバーにより提供された側面開口部３１４を通して磁石３０８を意図的に挿入または取り外しすることができ、同時に、（後述する）好適な実施形態の意図的な動作中のロータ３００の動きによって引き起こされる可能性のある磁石３０８の意図しない取り外しを防止することができる。
【0067】
図４は、磁石３０８が、好ましくは磁石レセプタクル３０２の縁部に近接し、隣接する磁石３０８からほぼ均一な距離で離れて保持されることをさらに示す。
【0068】
好適な実施形態において、８つの磁石３０８は、極性が隣接する磁石３０８（すなわち、北、南、北、南、北、南、北、及び南）（図４において、北極は「＋」で表され、南極は「－」で表される）の間で交互になるように設定される。
【0069】
図４に示す好適な実施形態において、磁石レセプタクル３０２の寸法は、直径約１９２ｍｍ、ロータの中心孔３０４から磁石スロット３０６の中心までの距離約７５．７５ｍｍ、及び厚さ約１１ｍｍである。ここで、ロータの中心孔３０４は、シャフト４０４（図４には図示せず、後述）の断面形状と係合するための手段を提供するために、ほぼ六角柱の形状を有する物体を係合して収容するように構成された開口部である。この好適な実施形態において、ロータの中心孔３０４の各側面は、磁石スロット３０６の直径にほぼ相当する長さを有する。
【0070】
磁石３０８は、永久磁石または電磁石であってもよい。好適な実施形態において、磁石３０８は、ほぼ円筒形のネオジム磁石である。したがって、磁石スロット３０６は、そのような寸法の磁石３０６を十分に収容し、磁石３０８を保持する前述の手段を収容するように構成される。この好適な実施形態において、磁石３０８は、直径３０ｍｍ及び厚さ１０ｍｍである。
【0071】
図５Ａは、５つのステータ２００及び６つのロータ３００がシャフト４０４及び補助ロッド４０６に組み立てられる、好適な実施形態によるさらなる態様を示す。ステータ２００の各々は、２つのロータ３００によって両側から直接接触することなく側面視されており、１つのステータ２００と１つのロータ３００との間で交互に配置される、ほぼ同軸上に整列された部材の列を形成し、このような列の最初の部材と最後の部材がロータ３００である。各ステータ２００とその隣接するロータ３００は、この好適な実施形態の意図された動作中に、磁気誘導がそのような部材にわたって影響を及ぼすように十分に離間されている（詳細は後述）。補助ロッド４０６は、ステータ２００の周辺孔２０８に挿通してステータ２００と直接接触し、より好ましくはネジ（図示せず）で位置固定される。しかし、補助ロッド４０６は、ロータ３００と直接接触しない。これは、ロータ３００よりも大きな直径を有するステータ２００と、ロータ３００の縁部（エッジ）よりも共通軸から離れた位置にある周辺孔２０８とによって可能になる。一方、シャフト４０４は、ステータの中心孔２０４及びロータの中心孔３０４を通って共通軸に沿って突出するが、シャフト４０４は、ロータの中心孔３０４のみと直接接触する。これは、ロータの中心孔３０４よりも大きな直径を有するステータの中心孔２０４によって可能になる。
【0072】
この好適な実施形態において、最も近いロータ３００間の距離は実質的に均一であり、約１４ｍｍである。
【0073】
また、図５Ａのステータ２００は、上記の図３Ａ、図３Ｂ、図３Ｃ及び図３Ｄにより整列及び構成されることが好ましい。一方、図５Ａのロータ３００は、１つのロータ３００上の磁石３０８の北極（＋）が、次のロータ３００の別の磁石３０８の南極（－）に対して、ほぼ同じ軸方向の整列に沿って、かつ、全体にわたって向き合うように配置されることが好ましい。換言すれば、上記の図３Ｂ、図３Ｃ、及び図３Ｄに係るステータ２００及びステータコア１００の構成とは対照的に、異なるロータ３００の磁石３０８は、図５Ａの任意の角変位に従わない。すべてのロータ３００の磁石３０８は、同じ角度位置にある場合、その極性（＋、－）を同じ方向に向ける。
【0074】
ここで、シャフト４０４は、図５Ａにより組み立てられたときにロータの中心孔３０４と係合するように、ほぼ六角形の断面領域を有する。一方、ステータの中心孔２０４は、図５Ａにより組み立てられたときにシャフト４０４との直接の接触または係合を回避するためのクリアランス（ｃｌｅａｒａｎｃｅ）を提供するように、ほぼ円形状であり、シャフト４０４よりも実質的により広い。このようにして、シャフト４０４が機械的動力を受けて回転すると（詳細は後述）、シャフト４０４は、係合するロータ３００のみを回転させ、係合しないステータ２００を静止状態のままにする。
【0075】
図５Ｂは、好適な実施形態に関連するさらなる態様を示す。図５Ｂでは、図５Ａに係るアセンブリからの１つのロータ３００及び１つのステータ２００のみを示し、簡潔にするために他の構成要素を省略する。この図において、ステータ２００は、上記の図３Ｂ、図３Ｃ及び図３Ｄに係るステータＮｏ．１である。図５Ｂは、ステータ２００におけるステータコア１００、ロータ３００における磁石３０８の、この好適な実施形態の寸法及び配置に焦点を当てている。特に、図５Ｂは、ロータ３００（図５Ｂの左側）とステータ２００（図５Ｂの右側）との正面図を並べて比較したものであり、これらは、先の図５Ａで示したように、シャフト４０４、補助ロッド４０６などと組み立てられたものと仮定すると、ステータ２００及びロータ３００の中心は、同じレベルに揃っている。
【0076】
図５Ｂによれば、磁石３０８の直径（ＤＲＭ）は、ステータコア１００の内径（ＤＳＣ，Ｉ）とほぼ同じで、３０ｍｍである（すなわち、ＤＲＭ＝ＤＳＣ，Ｉ＝３０ｍｍ）。．
【0077】
図５Ｂによれば、ステータ２００は、６つのステータコア１００すべての中心が位置する周囲を有する第１仮想円を有し、ロータ３００は、８つの磁石３０８すべての中心が位置する周囲を有する第２仮想円を有する。この好適な実施形態によれば、第１仮想円及び第２仮想円は、略同じ周囲を有し、約４８０ｍｍである。図５Ｂに想定される図５Ａの組立状態では、ステータ２００とロータ３００は共通の中心を共有する。したがって、共通平面上に投影された場合（例えば、ステータ２００からロータ３００上に第１仮想円を投影した場合、またはその逆の場合）、２つの周囲は互いに実質的に重なり合う。
【0078】
図５Ｃは、好適な実施形態に関連するさらに多くの態様を示す。図５Ｃでは、図５Ａに係るアセンブリからの１つのロータ３００及び４つのステータ２００のみを示し、簡潔にするために他の構成要素を省略する。この図において、４つのステータ２００は、上記の図３Ｂ、図３Ｃ、及び図３Ｄに係るステータＮｏ．１、Ｎｏ２、Ｎｏ３、及びＮｏ４である。図５Ｃは、ステータ２００におけるステータコア１００、ロータ３００における磁石３０８の、この好適な実施形態の角度関係に焦点を当てている。特に、図５Ｃは、ロータ３００（図５Ｃの左側）とステータＮｏ．１、Ｎｏ．２、Ｎｏ．３、及びＮｏ．４（図５Ｃの右側に向かってロータ３００に隣接するものから開始）との正面図を並べて比較したものであり、これらは、先の図５Ａで示したように、シャフト４０４、補助ロッド４０６などと組み立てられたものと仮定すると、ステータ１００及びロータ３００の中心は、同じレベルに揃っている。
【0079】
図５Ｃにおいて、仮想円周上に８つの磁石３０８が均等に分布している場合、１つの磁石３０８の中心から次の磁石３０８の中心までの円弧は、その仮想円内で約４５度の角度を形成する。前記４５度は、図３Ｂ、図３Ｃ及び図３Ｄに関連して前述したように、１つのステータ２００から次のステータへの角変位の増分に相当する。したがって、図５Ｃは、ロータ３００の０度及び１８０度の位置にある磁石３０８が、ステータＮｏ．１の「Ａ」相ステータコア１００と整列しており、ロータ３００の４５度及び２２５度の位置にある磁石３０８が、ステータＮｏ．２の「Ａ」相ステータコア１００と整列しており、ロータ３００の９０度及び２７０度の位置にある磁石３０８が、ステータＮｏ．３の「Ａ」相ステータコア１００と整列しており、ロータ３００の１３５度及び３１５度の位置にある磁石３０８が、ステータＮｏ．４の「Ａ」相ステータコア１００と整列していることを示す。
【0080】
図５Ｃは、好適な実施形態が静止状態にあるときの角度アライメントの単純な例として機能し、また、そのような好適な実施形態が意図したとおりに動作しているときの所定のインスタンスにおける角度アライメントの単純な例として機能する。
【0081】
図６は、好適な実施形態に係るさらに別の態様を示す。これらの態様において、５つのステータ２００と６つのロータ３００の列は、図５Ａ、図５Ｂ及び図５Ｃによるシャフト４０４と組み立てられ、ステータ２００、ロータ３００、シャフト４０４の主要部及び補助ロッド４０６を覆うためのフレーム４０２を含む外部ケース４００とさらに組み立てられる。この好適な実施形態において、フレーム４０２の長さはシャフト４０４の長さよりも短く、シャフト４０４がフレーム４０２の範囲（ｃｏｎｆｉｎｅ）を通過できるように、側面開口部４０８はフレーム４０２の対向側を介して設けられる。それにより、側面開口部４０８の直径は、意図した操作中にシャフト４０４が通過及び回転するのに十分なクリアランスを提供する必要がある。前述の構成要素は、シャフト４０４の長さに沿った軸が地面に対して実質的に水平になり、ステータ２００及びロータ３００がフレーム４０２、地面、及び互いに直接接触しないように組み立てられることが望ましい。フレーム４０２は、固体材料、好ましくは非導電性かつ非磁化可能な材料からなる箱であることが望ましく、ステータ２００及びロータ３００の実質的な全体を覆うように作る必要はない。図６に示すように、フレーム４０２は、本技術開示の意図する動作に影響を与えることなく、そのような構成要素を緩く覆うように設計されている。好ましくは、外部ケース４００は、シャフト４０４を支持する手段及び補助ロッド４０６を支持する手段を提供するべきである。
【0082】
この好適な実施形態において、シャフト４０４を支持する前記手段は、一対のピローブロック軸受４１０を提供することで実現される。図６では、ピローブロック軸受４１０を、側面開口部４０８を有するフレーム４０２の側面から概ね離れて突出するフレーム延長部４１２に取り付けて締結する。各ピローブロック軸受４１０の各フレーム延長部４１２への締結は、従来の締結手段によって行われてもよい。ブロック軸受４１０及びフレーム延長部４１２は、側面開口部４０８に十分に近い位置に配置されることが望ましく、これにより、両方の側面開口部４０８を通過したシャフト４０４は、ピローブロック軸受４１０を介して挿入されて支持され得る。構造的支持に加えて、ピローブロック軸受４１０は、この好適な実施形態の意図された通常の動作中にシャフト４０４の回転を容易にすること目的としている。
【0083】
この好適な実施形態において、補助ロッド４０６を支持する上記の手段は、補助ロッド４０６をフレーム４０２に取り付けることにより、具体的には、補助ロッド４０６の各端部をフレーム４０２の各側にねじ込むことによって実現される。
【0084】
外部ケース４００においてステータ２００の各独立相を直列に接続した後、電気相ごとに２本の出力線（図示せず）が使用される。このような出力線（図示せず）は、厚さ０．１ｍｍの過負荷ヒューズ（図示せず）に接続され、ヒューズから任意の電気消費装置に接続される。図６はまた、シャフト４０４が、一方の端部の近くで、機械的動力５００を供給する手段にさらに結合されていることも示す。この好適な実施形態に係る例によれば、そのような手段は、４．８馬力のガソリンエンジン５０２である。ガソリンエンジン５０２は、ベルト５０８が係合可能に取り付けられたプーリ５０６からなる動力伝達機構５０４と結合される。この好適な実施形態において、実質的に１：１のサイズ比の２つのプーリ５０６があり、ベルト５０８はゴム製のＶ型歯付きベルトである。プーリ５０６のうちの１つはガソリンエンジン５０２と結合され、別のプーリ５０６はシャフト４０４と結合される。したがって、各プーリ５０６は、場合によっては、ガソリンエンジン５０２によって駆動されてシャフト４０４を駆動するのに十分な嵌合及び係合を提供するように構成されるべきである。
【0085】
意図した操作に関する説明は、機械的動力を供給する手段５００から始まる。好適な実施形態において、ガソリンエンジン５０２が始動し、動力伝達機構５０４を介して伝達される機械的動力を提供する。具体的に、そのような機械的動力は第１プーリ５０６の回転を駆動し、続いてこれは取り付けベルト５０８を引っ張り、シャフト４０４に係合可能に結合された第２プーリ５０６の回転を駆動する引っ張り動作を誘導する。その結果、シャフト４０４は、外部ケース４００のフレーム４０２の両側に位置するピローブロック軸受４１０の支持及び促進により回転する。現在回転しているシャフト４０４は、さらに６つのロータ３００に係合し、５つのステータ２００には係合しないため、ロータ３００のみが回転し、ステータ２００は補助ロッド４０６の助けにより静止したままである。
【0086】
ロータ３００の回転中、磁石スロット３０６によって保持された磁石３０８は、各ステータ２００上に保持されたステータコア１００を磁化するための磁場を提供する。ロータ３００の回転により、そのような磁化は、ロータ３００が動き続けている限り、連続的に交互に発生する－すなわち、ステータコア１００は、第１方向の磁場によって磁化され、次いで、反対方向である第２方向の磁場によって磁化される。この好適な実施形態は、負荷を有する４，５００～５，０００ＲＰＭの回転速度及び関係１：１で効果的に動作するが、この例のＲＰＭ範囲は、決して本発明の技術的概念に係る実施形態の動作限界を示唆するものではない。このような交互磁化は交互する現在電気の発生を誘導する。ステータ２００ごとに３対のステータコア１００を有する好適な実施形態において、生成された電気は三相である。
【0087】
上記の態様が発電効率を改善できる理由は、出願人には完全には知られていないが、そのようなワイヤ交点１０８を設けることによりステータコア１００を形成することは、電磁ブレーキベクトルを互いに対向させて相殺し合うように導き、これにより、既存の発電システムで通常発生する遅延効果が実質的に低減すると考えられる。この観点から、本開示による態様は、（レンツの法則に従って自然に生じる）電磁ブレーキを抑制するというよりも、電磁ブレーキを効果的に非遅延の方向に導くということである。
【0088】
代替の実施形態。
以下の代替の実施形態は、本発明の技術的概念の幅を明確にするための、かつ、本発明の技術的概念に含まれるさらなる調整を提案するためのさらなる例であることを意図しており、したがって、限定的に解釈されるべきではない。
以下の代替の実施形態は、本発明の技術的概念の幅を明確にするための、かつ、本発明の技術的概念に含まれるさらなる調整を提案するためのさらなる例であることを意図しており、したがって、限定的に解釈されるべきではない。
【0089】
ステータコアにワイヤ交点を形成。
前述の図１Ｂに係るワイヤ交点１０８を形成する例に加えて、ワイヤ交点１０８を、図７に示す代替の構成により形成することもできる。この代替の実施形態において、ステータコアワイヤ１０２は、同じ層（ｌａｙｅｒ）内に織り込まれていない。その代わりに、ステータコアワイヤ１０２は、複数の隣接層１１０Ａによりワイヤ交点１０８が形成されるように、所定の巻き方向１１２に巻き付けられる。この代替案は、本開示の概念によるステータコア１００の構成が、同じ層内ではなく同じスプール１０６内でのステータコアワイヤ１０２の有効な交差に依存していることを示す。換言すれば、ステータコアワイヤ１０２は交差する必要があるが、織る必要はなく、直接接触する必要もない。
前述の図１Ｂに係るワイヤ交点１０８を形成する例に加えて、ワイヤ交点１０８を、図７に示す代替の構成により形成することもできる。この代替の実施形態において、ステータコアワイヤ１０２は、同じ層（ｌａｙｅｒ）内に織り込まれていない。その代わりに、ステータコアワイヤ１０２は、複数の隣接層１１０Ａによりワイヤ交点１０８が形成されるように、所定の巻き方向１１２に巻き付けられる。この代替案は、本開示の概念によるステータコア１００の構成が、同じ層内ではなく同じスプール１０６内でのステータコアワイヤ１０２の有効な交差に依存していることを示す。換言すれば、ステータコアワイヤ１０２は交差する必要があるが、織る必要はなく、直接接触する必要もない。
【0090】
また、上述の好適な実施形態は、核（すなわち、エアコア１０４）の周りに１つのステータコアワイヤ１０２を巻き付けることによりワイヤ交点１０８の形成を選択するが、そのようなワイヤ交点１０８はまた、核の周りに２つ以上のステータコアワイヤ１０２を巻き付けることにより形成されてもよい。このような代替の実施形態（図示せず）では、２本以上のステータコアワイヤ１０２を、巻き付けを容易にするために１つ以上の位置で接合してもよい。このようなステータコアワイヤ１０２を接合する手段の例としては、ステータコアワイヤ１０２の端部（またはそれに近い位置）同士を結び合わせる方法と、ステータコアワイヤ１０２の端部（またはそれに近い位置）を核（すなわち、核がエアコア１０４ではない実施形態において）に固定する方法と、が挙げられる。
【0091】
ステータ間の並列接続。
前述の図３Ｃ及び図３Ｄに係る、異なるステータ２００のステータコア１００間の直列接続の例に加えて、電気的接続は任意選択的に並列接続であってもよい。図８Ａは、５つのステータ２００が並列に接続されるさらに別の代替の実施形態を示す。上記の図３Ｃと同様に、図８Ａは、電気相「Ａ」が割り当てられているステータコア１００に対してのみ、ステータ２００間の並列接続を示している。
前述の図３Ｃ及び図３Ｄに係る、異なるステータ２００のステータコア１００間の直列接続の例に加えて、電気的接続は任意選択的に並列接続であってもよい。図８Ａは、５つのステータ２００が並列に接続されるさらに別の代替の実施形態を示す。上記の図３Ｃと同様に、図８Ａは、電気相「Ａ」が割り当てられているステータコア１００に対してのみ、ステータ２００間の並列接続を示している。
【0092】
図８Ａは、「Ａ」相が割り当てられたステータコア１００に概念的に取り付けられた仮想の三角形のマーカを提供する。これは、同一のステータ２００における「Ａ」相の相手側と区別するためである。さらに参照するために、図８Ａの５つのステータ２００は、ステータＮｏ．１、ステータＮｏ．２、ステータＮｏ．３、ステータＮｏ．４として左から右に呼ばれる。さらにまた参照するために、任意のステータ２００の１２時の位置を０度位置と呼び、そこから時計回りに回転すると角度が増加する。
【0093】
図８Ａによれば、ステータＮｏ．１は、０度及び１８０度の位置に２つの「Ａ」相ステータコア１００を有し、ステータＮｏ．２は、４５度及び２２５度の位置に２つの「Ａ」相ステータコア１００を有し、ステータＮｏ．３は、９０度及び２７０度の位置に２つの「Ａ」相ステータコア１００を有し、ステータＮｏ．４は、１３５度及び３１５度の位置に２つの「Ａ」相ステータコア１００を有し、ステータＮｏ．５は、１８０度及び０度の位置に２つの「Ａ」相ステータコア１００を有する。図８Ａは、好ましい並列接続の順序をさらに示す：
ステータＮｏ．１：０度の位置は第１ノード２１２に接続され、１８０度の位置は第２ノード２１４に接続され、０度の位置は１８０度の位置に接続される。
ステータＮｏ．２：２２５度の位置は第１ノード２１２に接続され、４５度の位置は第２ノード２１４に接続され、２２５度の位置は４５度の位置に接続される。
ステータＮｏ．３：９０度の位置は第１ノード２１２に接続され、２７０度の位置は第２ノード２１４に接続され、９０度の位置は２７０度の位置に接続される。
ステータＮｏ．４：３１５度の位置は第１ノード２１２に接続され、１３５度の位置は第２ノード２１４に接続され、３１５度の位置は１３５度の位置に接続される。
ステータＮｏ．５：１８０度の位置は第１ノード２１２に接続され、０度の位置は第２ノード２１４に接続され、１８０度の位置は０度の位置に接続される。
ステータＮｏ．１：０度の位置は第１ノード２１２に接続され、１８０度の位置は第２ノード２１４に接続され、０度の位置は１８０度の位置に接続される。
ステータＮｏ．２：２２５度の位置は第１ノード２１２に接続され、４５度の位置は第２ノード２１４に接続され、２２５度の位置は４５度の位置に接続される。
ステータＮｏ．３：９０度の位置は第１ノード２１２に接続され、２７０度の位置は第２ノード２１４に接続され、９０度の位置は２７０度の位置に接続される。
ステータＮｏ．４：３１５度の位置は第１ノード２１２に接続され、１３５度の位置は第２ノード２１４に接続され、３１５度の位置は１３５度の位置に接続される。
ステータＮｏ．５：１８０度の位置は第１ノード２１２に接続され、０度の位置は第２ノード２１４に接続され、１８０度の位置は０度の位置に接続される。
【0094】
ここで、同一のステータ２００における同一の電気相のステータコア１００は直接接続される。一方、異なるステータ２００のステータコア１００間には直接的な接続はないが、異なるステータ２００のステータコア１００は、第１ノード２１２及び第２ノード２１４を介して間接的に接続される。特に、第１ノード２１２に接続された１つのステータ２００におけるの１つの位置から、２２５度増加した次のステータ２００における位置もまた、第１ノード２１２に接続される。同様に、第２ノード２１４に接続された１つのステータ２００上の１つの位置から、度合いが２２５によって増加する次のステータ２００上の位置もまた、第２ノード２１４に接続される。当技術分野の当業者は、この代替の実施形態の「Ｂ」相及び「Ｃ」相に対する並列接続を実現するために、または５つより多いステータ２００がある場合などの他の代替の実施形態における並列接続を実現するために、前述の教示を適用できるであろう。
【0095】
いずれの場合も、図８Ｂは、代替の実施形態を実施することによって生成されることを意図したすべての電気相の並列接続を示す。図８Ｂについての詳細な説明は、図８Ａで述べたパターンに従うので、簡潔にするために省略する。
【図1A】
【図1B】
【図2】
【図3A】
【図3B】
【図3C】
【図3D】
【図4】
【図5A】
【図5B】
【図5C】
【図6】
【図7】
【図8A】
【図8B】
【手続補正書】
【提出日】2021-07-20
【手続補正1】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項1】
軸の周りを回転可能に構成され、少なくとも１つの磁石を含む少なくとも１つのロータと、
静止するように構成され、少なくとも１つのステータコアを含む少なくとも１つのステータと、
を備え、
前記ステータコアは、核と、前記核の周りに巻き付けられたワイヤと、を含み、
前記ワイヤは、複数のワイヤ交点を形成するように巻き方向に巻き付けられ、
システムは、前記ロータが前記軸の周りを回転するように誘導するための機械的エネルギーを受けるように構成され、
前記ロータと前記ステータは、交互に、同軸上に、直接接触せずに整列しており、
前記磁石と前記核は、略同じ断面寸法を有する、
電磁誘導により１つ以上の電気相を生成するシステム。
【請求項2】
前記磁石の数は、下記の式の積を切り上げることにより決定される、請求項１に記載のシステム：
【数1】
【請求項3】
Ｎ
ＳＣ
はＮ
ＥＰ
の倍数である、請求項２に記載のシステム。
【請求項4】
各ワイヤ交点は２対の対向する角度を形成し、各角度が略９０度である、請求項１から３のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項5】
前記核は非磁化性である、請求項１から３のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項6】
前記核はエアコアである、請求項５に記載のシステム。
【請求項7】
前記ステータは、前記ステータコアを保持するためのレセプタクルを備える、請求項１から３のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項8】
前記レセプタクルは略対称形状を有する、請求項７に記載のシステム。
【請求項9】
前記レセプタクルは電気絶縁材料からなる、請求項７に記載のシステム。
【請求項10】
前記レセプタクルは、前記ステータコアの位置を均等に分布するために複数のステータコアを保持するように構成される、請求項７に記載のシステム。
【請求項11】
前記ステータコアは、１対、複数対、または奇数で電気的に結合される、請求項１０に記載のシステム。
【請求項12】
複数のステータを備える、請求項１から３のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項13】
複数のロータを備える、請求項１から３のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項14】
固定されたステータに対して相対的にロータを回転させるステップを含み、
前記ロータと前記ステータは、交互に、同軸上に、直接接触せずに整列しており、
前記ロータは、少なくとも１つの磁石を備え、
前記ステータは、少なくとも１つのステータコアを備え、
前記ステータコアは、核と、前記核の周りに巻き付けられるワイヤと、を備え、
前記ワイヤは、複数のワイヤ交点を形成するように巻き方向に巻かれ、
前記磁石及び前記核は、略同じ断面寸法を有する、
電磁誘導により１つ以上の電気相を生成するプロセス。
【請求項15】
複数のロータは同時に回転する、請求項１４に記載のプロセス。
【請求項16】
前記磁石の数は、下記の式の積を切り上げることにより決定される、請求項１４に記載のプロセス：
【数1】
【請求項17】
Ｎ
ＳＣ
はＮ
ＥＰ
の倍数である、請求項１６に記載のプロセス。
【請求項18】
前記ロータの前記回転により、前記ステータコアが、第１方向の磁場によって及び第２方向の磁場によって交互に磁化される、請求項１６に記載のプロセス。
【請求項19】
前記ステータは、複数のステータコアを備え、その位置が前記ステータ上に均等に分布する、請求項１４に記載のプロセス。
【請求項20】
前記核はエアコアである、請求項１４に記載のプロセス。
【請求項21】
２つ以上の独立した磁化可能なワイヤを反対方向に巻くステップを含む、ワイヤスプールの製造方法。
【請求項22】
前記ワイヤを連続的かつ交互に巻き、前記巻きは、コイルの中心及び／又は底部から開始し、前記コイルの表面上の２本のワイヤで終了し、前記コイルが磁気的に誘導されるときに電気的に導通するように、前記ワイヤは始点で結合される、請求項２１に記載の製造方法。
【手続補正2】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、発電に関し、特に、発電システム用のステータコアに関する。
【背景技術】
【0002】
機械的エネルギーの変換を利用する発電システムは、通常、ロータ（ｒｏｔｏｒ）とステータ（ｓｔａｔｏｒ）とを有するシステムを備える。ステータは、１つまたは複数のステータコアを有することが知られており、各ステータコアは、磁気コアまたは核の周りに電気誘導線を巻き付けることで作られる。このような発電機の作動は、ロータが移動しようとする方向に逆らって作用する反力（ｒｅａｃｔｉｏｎ ｆｏｒｃｅ）を引き起こす磁界を誘導して、発電回転を遅らせる。この「電磁ブレーキ」により、システムへの機械的なエネルギー入力が失われ、発電効率が低下する。
【0003】
これまで多くの文献が、発電機の出力を向上させる試みを提案してきた。例えば、米国特許出願公開第２０１０／０１９，６０８－Ａ１号は、より大きな誘導領域を提供し、結果として磁気飽和を回避するために、内側に複数の平行なワイヤスロットを有するステータを提案している。米国特許出願公開第２００６／２９０，２２４－Ａ１号は、反対の極が互いに向き合っている状態で、所定の距離で離間している２つ以上の永久磁石から構成される発電機を開示している。さらに、米国特許第９，５８４，０５６－Ｂ２号は、発電効率が低下するような狭い最適回転速度範囲の問題に対処するための多相マルチコイル発電機を提供している。
【0004】
前述のいずれも、電磁ブレーキの問題に効果的に対処していない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
本開示の概念は、電磁ブレーキの影響を実質的に低減し、これにより発電効率を向上させるように構成されたステータコアを提供することに関する。本開示の別の概念は、発電を向上させるためにそのようなステータコアを実装できる発電システムを提供することに関する。したがって、本開示は、そのような概念の態様及び実施可能性を例示する実施形態を提供する。好適な実施形態については、詳細に後述する。
【課題を解決するための手段】
【0006】
別段の記載がない限り、本明細書で言及する用語「電磁ブレーキ」とは、発電機のロータが移動しようとする方向に逆らって作用する反力（ｒｅａｃｔｉｏｎ ｆｏｒｃｅ）を意味し、それによって発電回転を減少させることを意図している。
【0007】
別段の指示がない限り、特定の用語は、以下の説明で一般的な説明のみを目的として使用されており、いかなる方法でも本開示の概念の範囲を制限すると解釈されるべきではない。同様に、本明細書における任意の特定の構成、図、及び寸法は、例示の目的のためのものであり、本技術開示の概念の範囲を制限するものと解釈されるべきではない。
【0008】
第１態様において、一実施形態は、磁気誘導または電磁誘導による発電用ステータコアであり、ステータコアは、核と、核の周りに巻き付けられたワイヤとを含み、ワイヤは、複数のワイヤ交点を形成するように巻き方向に巻き付けられる。
【0009】
第２態様において、一実施形態は、磁気誘導または電磁誘導による発電用ステータであり、ステータは、少なくとも１つのステータコアと、ステータコアを保持するためのレセプタクル（ｒｅｃｅｐｔａｃｌｅ）とを含み、ステータコアは、核と、核の周りに巻き付けられたワイヤとを含み、ワイヤは、複数のワイヤ交点を形成するように巻き方向に巻き付けられる。
【0010】
第３態様において、一実施形態は、磁気誘導または電磁誘導による発電用システムであり、システムは、少なくとも１つのロータと、少なくとも１つのステータと、を含む。（ｉ）前記ロータは、軸を中心に回転可能に構成され、かつ、永久磁石または電磁石であってもよい少なくとも１つの磁石を含む。（ｉｉ）前記ステータは、静止するように構成され、少なくとも１つのステータコアを含み、ステータコアは、核と、核の周りに巻き付けられたワイヤとを含み、ワイヤは、複数のワイヤ交点を形成するように巻き方向に巻き付けられる。前記システムは、ロータを軸周りに回転させるための機械的エネルギーを受けるように構成されている。任意選択で、ステータは、ステータコアを保持するための少なくとも１つのレセプタクルを有する。
【0011】
上記の第１、第２及び第３の態様による実施形態は、各ワイヤ交点が２対の対向する角度を形成するように構成されてもよく、ここで、第１対の各角度をｐとし、第２対の各角度をｑとし、ｐは一般に巻き方向から離れて向き合い、ｑは一般に巻き方向に沿って向き合う。
【0012】
好ましくは、角度ｐは９０度である。
【0013】
さらに、実施形態の核（ｎｕｃｌｅｕｓ）は、好ましくは非磁化可能であり、より好ましくはエアコアである。
【0014】
上記の第２または第３態様による実施形態は、好ましくは、実施形態のレセプタクルが実質的に対称形状を有するように構成されてもよい。この実施形態のレセプタクルは幅広い材料で形成されてもよいが、レセプタクルは、好ましくは電気絶縁材料で形成され、より好ましくは成形ファイバーグラスから形成される。
【0015】
上記の第２または第３態様による実施形態において、ステータは、１つ以上の電気相（ｅｌｅｃｔｒｉｃｉｔｙ ｐｈａｓｅ）を生成するためのものであり、複数のステータコアを含むことが好ましい。さらに好ましくは、そのような複数のステータコアの数は、生成を意図した電気相の数の倍数である。また、そのような実施形態のレセプタクルが複数のステータコアを保持するためのものである場合、そのようなレセプタクルは、好ましくは、ステータコアの位置が均等に分布するように複数のステータコアを保持するように構成される。さらに、複数のステータコアは、１対（ｐａｉｒ）、複数対（ｐａｉｒｓ）、または奇数（ｏｄｄ ｎｕｍｂｅｒ）で電気的に接続される。
【0016】
上記の第３態様による実施形態において、システムは１つ以上の電気相を生成するためのものであり、ロータは複数の磁石を含むことが好ましい。より好ましくは、このような複数の磁石（ＮＲＭ）の数は、下記の式（ｅｘｐｒｅｓｓｏｎ）の積を切り上げることによって決定される。
【0017】
【数1】
【0018】
好ましくは、磁石及び核（ｎｕｃｌｅｕｓ／ｎｕｃｌｅｉ）は、略同じ断面寸法を有する。
【0019】
システムが複数のステータ及び／または複数のロータを含むことも好ましい。より好ましくは、システムは、複数のステータ及び／又は複数のロータを含み、このような複数のステータ及びロータは、同軸上に、交互に、直接接触せずに整列している。
【0020】
上記の第３態様による一実施形態において、意図する動作中の任意のインスタンスで各ステータコアがロータの磁石にさらされるように、ロータ及びステータ及びそれらの整列を構成することも好ましい。これは、ほぼ同じサイズを有するように、（ｉ）すべてのステータコアの中心が位置する周囲を有する第１仮想円と、（ｉｉ）すべてのロータの磁石の中心が位置する周囲を有する第２仮想円と、を構成することにより、かつ、第１及び第２仮想円が同心円となるようにロータ及びステータを整列することにより、可能になることが望ましい。
【0021】
上記の第３態様による実施形態は、ロータが複数の磁石を含むように構成されてもよい。このような場合、ロータの磁石の数は、好ましくは、ステータにおけるステータコアの数と、生成が意図された電気相の数によって決まる係数とにより変わる。より好ましくは、計算は下記のように表される。
【0022】
【数2】
【0023】
【数3】
【0024】
計算の例：二相発電の場合、Ｃは１＋１／２＝１．５であり、三相発電の場合、Ｃは１＋１／３＝１．３３であり、四相発電の場合、Ｃは１＋１／４＝１．２５である、などがある。
【0025】
さらなる例として、三相発電用のステータのレセプタクルによって３つのステータコアが保持される場合、Ｃは１．３３であり、したがってロータにおける好ましい磁石数はＮＲＭ＝１．３３×３＝３．９９であり、１つのロータあたり４つの磁石に切り上げられる。同様に、三相発電用のステータレセプタクルによって６つのステータコアが保持される場合、Ｃは１．３３であり、したがってロータにおける好ましい磁石数はＮＲＭ＝１．３３×６＝７．９８であり、１つのロータあたり８つの磁石に切り上げられ、このように続く。
【0026】
上記の第３態様による実施形態において、数式（１）（または、等価的に、数式（３）と共に数式（２））に基づく好ましい磁石数を実現する場合、ステータコアの好ましい直径は、磁石に直径により変わる。より好ましくは、計算は下記のように表される。
【0027】
【数4】
【0028】
【数5】
【0029】
例えば、三相発電（Ｃ＝１．３３）に直径３０ｍｍの磁石を使用する場合、ステータコアの内径は、好ましくはＤＳＣ、Ｉ＝ＤＲＭ＝３０ｍｍである。また、ステータコアの外径は、好ましくは、ＤＳＣ，Ｏ，ｍａｘ＝２×１．３３×３０＝７９．８ｍｍより大きくない。
【0030】
さらに例えば、四相発電（Ｃ＝１．２５）に直径３０ｍｍの磁石を使用する場合、ステータコアの内径は、好ましくはＤＳＣ、Ｉ＝ＤＲＭ＝３０ｍｍである。また、ステータコアの外径は、好ましくは、ＤＳＣ，Ｏ，ｍａｘ＝２×１．２５×３０＝７５ｍｍより大きくない。
【0031】
さらに、ステータコアの厚さは、任意の相タイプの電気を生成するために、ＤＳＣ、ＩまたはＤＲＭよりも小さいことが好ましい。
【0032】
上記の第３態様による実施形態において、意図した動作中に、同一の位相の電気を生成するために、同一のステータのレセプタクルにおけるすべてのステータコアが同一のインスタンスで同一の磁気極性にさらされるように、ロータ及びステータを位置合わせることも好ましい。複数のステータが同軸に整列される実施形態において、これは、好ましくは、前のステータの第１位置（または第１位置のセット）及び後のステータの第２位置（または第２位置のセット）に、同一の電気相を生成するためのステータコアを配置することによって可能になり、第２位置／位置のセットが、第１位置／位置のセットから角変位を形成する。２つ以上のステータが同軸に整列している実施形態において、そのような角変位は、１つのステータから次のステータへと増加することが好ましい。このような場合、角変位の増分は下記のように表されることがより好ましい。
【0033】
【数6】
【0034】
例えば、ロータの好ましい磁石数が８であり、その数を実現する場合、１つのステータから次のステータへの角変位の好ましい増分は θ＝３６０°／８＝４５度である。これは、任意のステータで電気相を生成するためのステータコアが、隣接するステータで同じ電気相を生成するためのステータコアから４５度離れて配置されることを意味する。
【0035】
１つのロータごとに複数の磁石が存在する上記の第３態様による実施形態において、磁石は、ロータの各面から見て、磁石のいずれか１つが隣接する磁石の極性とは反対の極性を有するように位置決めすることが好ましい。。
【0036】
本開示の概念による実施形態は、直列接続または並列接続のいずれかに対応するために、同じ概念内で調整することができる。
【0037】
技術的概念をより良く理解するために、添付の図面を参照して、非限定的な例のみを用いて、態様の好適な実施形態を詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【0038】
【図1】図１Ａは、本発明の技術的概念の態様によるステータコアの好適な実施形態を示し（縮尺通りではない）、図１Ｂは、好適な実施形態に係る、図１Ａの部分Ｉによるステータコア巻線の拡大図を示す（縮尺通りではない）。
【図2】本発明の技術的概念の態様によるステータの好適な実施形態を示す（縮尺通りではない）。
【図3】図３Ａは、本発明の技術的概念の態様による複数のステータの好ましい軸アライメントを示し（縮尺通りではない）、図３Ｂは、本発明の技術的概念の態様により整列されたときの、複数のステータにおけるステータコアの好ましい角度アライメントを示し（縮尺通りではない）、図３Ｃは、本発明の技術的概念の態様により整列されたときの、複数のステータにおける１つの電気相に対するステータコアの好ましい直列接続を示し（縮尺通りではない）、図３Ｄは、本発明の技術的概念の態様により整列されたときの、複数のステータにおける３つの電気相に対するステータコアの好ましい直列接続を示す（縮尺通りではない）。
【図4】本発明の技術的概念の態様によるロータの好適な実施形態を示す（縮尺通りではない）。
【図5】図５Ａは、本発明の技術的概念の態様によるロータ及びステータの好ましいアセンブリを示し（縮尺通りではない）、図５Ｂは、本発明の技術的概念の態様により組み立てられたときの、ロータ、ステータ、及びそれらの特徴の好ましい軸アライメントを示し（縮尺通りではない）、図５Ｃは、本発明の技術的概念の態様により組み立てられたときの、ロータ、複数のステータ、及びそれらの特徴の好ましい角度アライメントを示す（縮尺通りではない）。
【図6】本発明の技術的概念の態様による発電システムの好適な実施形態を示す（縮尺通りではない）。
【図7】代替の実施形態に係るステータコア巻線の拡大図を示す（縮尺通りではない）。
【発明を実施するための形態】
【0039】
以下の説明は、好適な実施形態を説明するために提供されるものであり、例としてのみ提供されることに留意されたい。本明細書における任意の特定の構成、図、及び寸法は、例示の目的のためのものであり、本技術開示の概念の範囲を制限するものと解釈されるべきではない。
【0040】
図１Ａは、本発明の技術的概念の態様による発電用ステータコア１００の一実施形態を示す。この好適な実施形態において、ステータコア１００は、直径０．３２ｍｍの円形断面を有する固体銅ステータコアワイヤ１０２から構成される。前記構成は、ステータコアワイヤ１０２を核の周りに巻き付けることにより行われる。磁化可能なコアは、意図された回転中にさらなる電磁ブレーキを引き起こす可能性があるため、そのような核は、非磁化可能なコア（ｎｏｎ－ｍａｇｎｅｔｉｚａｂｌｅ ｃｏｒｅ）であることが好ましい。好適な実施形態の場合、核はエアコア１０４であり、その周りにステータコアワイヤ１０２の層が巻き付けられ、ほぼ円筒形のスプール１０６を形成する。ここで、エアコア１０４によって提供される開口部によって画定される直径は、ＤＳＣ、Ｉとして表されるステータコア１００の「内径」であり、エアコア１０４の周りに巻き付けられ、スプール１０６を形成するステータコアワイヤ１０２の最外層によって画定される直径は、ＤＳＣ、Ｏとして表されるステータコア１００の「外径」である。好適な実施形態において、ＤＳＣ、Ｉ＝３０ｍｍ、ＤＳＣ、Ｏ＝７０ｍｍ、ステータコア１００の厚さは１２ｍｍである。さらに、同じスプール１０６を形成する同じステータコアワイヤ１０２の長さに沿って複数のワイヤ交点１０８を形成するように、ステータコアワイヤ１０２を巻き付ける。ステータコアワイヤ１０２が複数のワイヤ交点１０８を形成することを達成するために、ステータコアの製造方法が用いられる。前記方法は、その構成において、スプール１０６が終了するまで、２本以上の独立した磁化可能なワイヤ（すなわち、ステータコアワイヤ１０２）を反対方向（一方は時計回り、他方は反時計回り）に巻くこと、好ましくは連続して交互に巻くこと、すなわち、時計回りに巻かれた第１ワイヤのターンと、反時計回りに巻かれた第２ワイヤの次のターンとを交互に繰り返すことを含む。上記の巻線はすべて、スプール１０６の中心及び／または底部から始まり、スプール１０６の表面上の２本のワイヤ１０２で終わる。これらのワイヤ１０２は、スプール１０６が磁気的に誘導されたときに電気的連続性を有するように最初に結合される。
【0041】
図１Ｂは、好適な実施形態に係るワイヤ交点１０８の形成に関するさらなる詳細を示す。特に、図１Ｂは、ステータコアワイヤ１０２の巻線から形成された絶縁層１１０を示す。好適な実施形態において、複数の絶縁層１１０は、エアコア１０４（図１Ｂには示されていない）の周りに同心状に積み重ねられ、前述の図１Ａに係るスプール１０６を形成する。ここで、ステータコアワイヤ１０２は、同一層１１０内で、ステータコアワイヤ１０２が交差して編み込まれ、ワイヤ交点１０８が形成されるように、所定の巻き方向１１２に向かって巻回される。この好適な実施形態において、図１Ｂに示すように、時計回りのターンは、反時計回りのターンの等価回数を有する。これと関係なく、本開示の概念によるワイヤ交点１０８は、異なる巻き方によって形成されてもよく、これは、代替の実施形態の例として後述する。
【0042】
図１Ｂによれば、各ワイヤ交点１０８は２対の対向する角度を形成し、第１対の各角度をｐとし、第２対の各角度はｑとし、ｐは概ね巻き方向１１２から離れて向き合い、ｑは概ね巻き方向１１２に沿って向き合う。ワイヤ交点１０８は、任意のサイズの角度ｐ及びｑを形成するように構成されてもよい。しかし、好適な実施形態によれば、前記ワイヤ交点１０８は、約９０度の大きさを有する角度ｐ及びｑを形成する。
【0043】
好適な実施形態において、図１Ａ及び図１Ｂに係るステータコア１００は、発電用ステータ２００の一部を形成する。図２は、好適な実施形態のさらなる態様を示し、ステータ２００は、ステータコア１００の位置が均等に分布するようにステータコア１００を保持するためのステータコアレセプタクル２０２を含む。好適な実施形態によるステータコアレセプタクル２０２は、シャフト４０４（図２において図示せず；後述）を非接触で挿入するためのほぼ円形状のステータの中心孔２０４を有するディスクのアウトラインを有するように、成形ファイバーグラスから形成される。ステータコアレセプタクル２０２はさらに、ステータコアレセプタクル２０２への開口部によって画定される同数のステータコアスロット２０６、ステータコアスロット２０６の軸、及びほぼ並列であるステータの中心孔２０４を提供することにより、ステータコア１００を保持するように構成される。ステータコアスロット２０６の寸法は、ステータコア１００が十分に挿入されるように構成される。ステータコアスロット２０６の全てがステータコア１００で満たされ、ステータコア１００の全てが意図したとおりにステータコアレセプタクル２０２により保持されるとき、ステータ２００が実質的に対称である方法で、ステータコアレセプタクル２０２がステータコア１００をステータコアレセプタクル２０２の縁部（ｅｄｇｅ）に近くに保持できるように、好適な実施形態におけるステータコアスロット２０６は、ステータコアレセプタクル２０２上に位置決めされる。
各ステータコア１００は、対応する各ステータコアスロット２０６と永久的または一時的に結合または締結することができる。好適な実施形態において、ステータコアスロット２０６の所定の位置でファイバーグラス成形プロセス中に、ステータコア１００をステータコアレセプタクル２０２に埋め込むことにより、ステータコア１００をステータコアスロット２０６の内面に永続的に結合する。さらに、この実施形態におけるステータコアレセプタクル２０２は、補助ロッド４０６に接触挿入するための６つの周辺孔２０８（図２において図示せず；後述）を有する。
各ステータコア１００は、対応する各ステータコアスロット２０６と永久的または一時的に結合または締結することができる。好適な実施形態において、ステータコアスロット２０６の所定の位置でファイバーグラス成形プロセス中に、ステータコア１００をステータコアレセプタクル２０２に埋め込むことにより、ステータコア１００をステータコアスロット２０６の内面に永続的に結合する。さらに、この実施形態におけるステータコアレセプタクル２０２は、補助ロッド４０６に接触挿入するための６つの周辺孔２０８（図２において図示せず；後述）を有する。
【0044】
図２にさらに示すように、１つのステータ２００は、好ましくは、三相電気を生成する目的で３対のステータコア１００を保持するように構成される。ここで示されていない他の実施形態における各ステータ２００当たりのステータコア１００の数は、６個より少ないまたは多い奇数または偶数であり得ることに留意されたい。このような数は、本開示の概念から逸脱することなく、意図された電気相の数に直接依存する。
【0045】
ステータコア１００が、好適な実施形態のために意図したように、ステータコアレセプタクル２０２によって保持された状態にあるとき、ステータコア１００の「対（ｐａｉｒ；ペア）」は、２つの各ステータコア１００が、同一のステータコアレセプタクル２０２上で互いに最も離れた２つのステータコアスロット２０６に配置されることを意味することにさらに留意されたい。図２は、同じ対（ペア）に属する２つのステータコア１００を大文字の「Ａ」、「Ｂ」、「Ｃ」で表すことでペアリング（ベア化）の概念を示す。
【0046】
好適な実施形態において、各ベアのステータコア１００は、同じベアの両方のステータコア１００と接触する結合ワイヤ２１０を配置することにより電気的に接続される。この実施形態において、結合ワイヤ２１０は、ステータコアワイヤ１０２よりも大きな直径を有する。上述のように、ステータコア１００の数は、実施形態によって生成されることを意図した電気相の数に直接対応する。図２は、ステータコア１００の各対の好ましい接続を示し、「Ａ」対（ペア）は、第１相の電気を生成するためのものであり、「Ｂ」対（ペア）は、第２相の電気を生成するためのものであり、「Ｃ」対（ペア）は、第３相の電気を生成するためのものである。
【0047】
図３Ａは、好適な実施形態のさらに別の態様の一部を示す。ここで、５つのステータ２００は、意図したように、すべてのステータコアスロット２０６に挿入されて結合されたステータコア１００を有する。５つのステータ２００は、ステータコアレセプタクル２０２の周辺孔２０８を介して補助ロッド４０６を挿入することにより、同軸に位置合わせされて固定される。好適な実施形態において、６つの補助ロッド４０６がある（６つのうちの１つが図３Ａから省略されている）。一方、シャフト４０４は、直接接触することなく、すべてのステータ２００の中心孔２０４を通って突出するように位置決めされる。ステータ２００も互いに直接接触しない。このようにして、各ステータ２００の断面によって画定される平面がほぼ平行になるように、また、隣接する平面間の距離がほぼ等しくなるように、組み立てられたステータ２００は、それらのほぼ円形の断面を他のステータ２００の断面に向ける。
【0048】
図３Ｂはさらに、異なるステータ２００におけるステータコア１００間の好ましい位置関係を示す。前述のように、この好適な実施形態は、三相電気を生成するための例示であり、各ステータ２００は６つのステータコア１００を有する。また、前述したように、各ステータコア１００は、ステータコア１００が生成しようとする電気相を表すために「Ａ」、「Ｂ」、または「Ｃ」で示される。さらに、同じステータ２００におけるステータコア１００は、上記の図２で説明したように電気的に接続されることに留意されたい。しかしながら、このような電気接続は、簡潔にするために図３Ｂから省略されている。
【0049】
図３Ｂに示すように、相（ｐｈａｓｅ）「Ａ」から開始して、同じステータ２００のステータコア１００に割り当てられた電気相は、前に示した順序に従う：「Ａ」で示される任意のステータコア１００から開始し、同じステータ２００で時計回りに進み、その順序は、この好適な実施形態において常にＡ、Ｃ、Ｂ、Ａ、Ｃ、Ｂである。
【0050】
図３Ｂは、「Ａ」相が割り当てられたステータコア１００のうちの１つに概念的に取り付けられた仮想の三角形のマーカを提供する。これは、同一のステータ２００における「Ａ」相の相手側（ｃｏｕｎｔｅｒｐａｒｔ）と区別するためである。さらに参照するために、図３Ｂの５つのステータ２００は、ステータＮｏ．１、ステータＮｏ．２、ステータＮｏ．３、ステータＮｏ．４として左から右に呼ばれる。さらにまた参照するために、任意のステータ２００の１２時の位置を０度位置と呼び、そこから時計回りに回転すると角度が増加する。
【0051】
図３Ｂによれば、ステータＮｏ．１のマーカは、「Ａ」相ステータコア１００のうちの１つが配置される０度の位置を示す。マーカから始まり時計回りに進み、割り当てられた電気相の順序はＡ、Ｃ、Ｂ、Ａ、Ｃ、Ｂである。
【0052】
次はステータＮｏ．２であり、マーカは、「Ａ」相ステータコア１００のうちの１つが配置される４５度の位置を示す。マーカから始まり時計方向に進み、割り当てられた電気相の順序はＡ、Ｃ、Ｂ、Ａ、Ｃ、Ｂである。
【0053】
次はステータＮｏ．３であり、マーカは、「Ａ」相ステータコア１００のうちの１つが配置される９０度の位置を示す。マーカから始まり時計方向に進み、割り当てられた電気相の順序はＡ、Ｃ、Ｂ、Ａ、Ｃ、Ｂである。
【0054】
次はステータＮｏ．４であり、マーカは、「Ａ」相ステータコア１００のうちの１つが配置される１３５度の位置を示す。マーカから始まり時計方向に進み、割り当てられた電気相の順序はＡ、Ｃ、Ｂ、Ａ、Ｃ、Ｂである。
【0055】
次はステータＮｏ．５であり、マーカは、「Ａ」相ステータコア１００のうちの１つが配置される１８０度の位置を示す。マーカから始まり時計方向に進み、割り当てられた電気相の順序はＡ、Ｃ、Ｂ、Ａ、Ｃ、Ｂである。
【0056】
マーカを参照すると、図３Ｂに係る角変位は、ステータ２００のいずれか１つから次のステータまで４５度ずつ増加する（すなわち、θ＝４５度）。
【0057】
図３Ａ及び図３Ｂに係る上記の構成は、同一の電気相を生成するためのステータコア１００が同一のインスタンスで磁化される一方、異なる電気相を生成するためのステータコア１００が異なるインスタンスで磁化される方法で、三相電気を生成するためのステータコア１００を提供することを目的とする。この目的は、異なるステータ２００の間の同一電気相間の電位差を回避することにより、望ましくない放電を回避しつつ達成される。これらの構成はまた、以下で後述するさらなる重要性を有する。同様に、磁化のインスタンスについては後述する。
【0058】
図３Ｃは、好適な実施形態による異なるステータ２００のステータコア１００間の電気的接続を示す。以下の図３Ｃの説明において、マーカ；「Ａ」、「Ｂ」及び「Ｃ」相；ステータＮｏ．１～Ｎｏ．５；度位置（ｄｅｇｒｅｅ ｐｏｓｉｔｉｏｎ）；などへの言及は、図３Ｂの説明で前述したものと同じ意味を持つことに留意されたい。
【0059】
特に、図３Ｃは、ステータ２００（及びそのステータコア１００）が直列に接続された好適な実施形態を示す。このような接続の選択は、好適な実施形態に付随するものであるが、本発明の技術的概念を実施する上で決して必須ではない。並列接続の例は、代替の実施形態として後述する。
【0060】
さらに特に、図３Ｃは、電気相「Ａ」が割り当てられたステータコア１００に関してのみ、ステータ２００間の直列接続を示す。
【0061】
図３Ｃによれば、ステータＮｏ．１は、０度及び１８０度の位置に２つの「Ａ」相ステータコア１００を有し、ステータＮｏ．２は、４５度及び２２５度の位置に２つの「Ａ」相ステータコア１００を有し、ステータＮｏ．３は、９０度及び２７０度の位置に２つの「Ａ」相ステータコア１００を有し、ステータＮｏ．４は、１３５度及び３１５度の位置に２つの「Ａ」相ステータコア１００を有し、ステータＮｏ．５は、１８０度及び０度の位置に２つの「Ａ」相ステータコア１００を有する。
【0062】
図３Ｃは、好ましい直列接続の順序をさらに示す：
ステータＮｏ．１から開始：０度の位置、及び１８０度の位置；
ステータＮｏ．２に続く：２２５度の位置、及び４５度の位置；
ステータＮｏ．３に続く：９０度の位置、及び２７０度の位置；
ステータＮｏ．４に続く：３１５度の位置、及び１３５度の位置；及び
ステータＮｏ．５に続く：１８０度の位置、及び０度の位置。
ステータＮｏ．１から開始：０度の位置、及び１８０度の位置；
ステータＮｏ．２に続く：２２５度の位置、及び４５度の位置；
ステータＮｏ．３に続く：９０度の位置、及び２７０度の位置；
ステータＮｏ．４に続く：３１５度の位置、及び１３５度の位置；及び
ステータＮｏ．５に続く：１８０度の位置、及び０度の位置。
【0063】
この好ましいパターンによれば、同一のステータ２００における１つの位置から次の位置に始まり１８０度増加し、１つのステータ２００における１つの位置から次のステータ２００における次の位置に続いて４５度増加する。当技術分野の当業者は、この好適な実施形態の「Ｂ」相及び「Ｃ」相に対する直接接続を実現するために、または５つより多いステータ２００がある場合などの他の実施形態における直列接続を実現するために、前述の教示を適用できるであろう。
【0064】
【0065】
図４は、好適な実施形態の態様によるロータ３００を示す。ここで、ロータ３００は、ディスクの外形を有し、剛性材料、好ましくは合成繊維、より好ましくはアラミド繊維、さらに好ましくはパラアラミド繊維からなる磁石レセプタクル３０２を含む。あるいは、そのような剛性材料は繊維強化プラスチック（ｆｉｂｅｒ ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ ｐｌａｓｔｉｃ）であってもよく、強化繊維（ｒｅｉｎｆｏｒｃｉｎｇ ｆｉｂｅｒ）は、好ましくはナイロン６及びアラミド繊維を含む合成繊維である。
【0066】
図４の磁石レセプタクル３０２は、ロータの中心孔３０４と、磁石レセプタクル３０２を通る円筒形の開口部によって画定される８つの磁石スロット３０６とを含む。磁石スロット３０６のそれぞれは、磁石３０８を保持するための手段を含む。好適な実施形態において、そのような手段は、一対の弾性部材３１０、好ましくは細長い非金属ストリップ／フィンを、それぞれの磁石スロット３０６の内面に取り付け、磁石スロット３０６の異なる端部に位置するほぼ対向する縁部（エッジ）３１２に近接して提供することにより実現され、そこから弾性部材３１０は、縁部３１２から概ね離れて突出し、磁石スロット３０６を部分的にカバーするように構成され、これによりその部分的なカバーにより提供された側面開口部３１４を通して磁石３０８を意図的に挿入または取り外しすることができ、同時に、（後述する）好適な実施形態の意図的な動作中のロータ３００の動きによって引き起こされる可能性のある磁石３０８の意図しない取り外しを防止することができる。
【0067】
図４は、磁石３０８が、好ましくは磁石レセプタクル３０２の縁部に近接し、隣接する磁石３０８からほぼ均一な距離で離れて保持されることをさらに示す。
【0068】
好適な実施形態において、８つの磁石３０８は、極性が隣接する磁石３０８（すなわち、北、南、北、南、北、南、北、及び南）（図４において、北極は「＋」で表され、南極は「－」で表される）の間で交互になるように設定される。
【0069】
図４に示す好適な実施形態において、磁石レセプタクル３０２の寸法は、直径約１９２ｍｍ、ロータの中心孔３０４から磁石スロット３０６の中心までの距離約７５．７５ｍｍ、及び厚さ約１１ｍｍである。ここで、ロータの中心孔３０４は、シャフト４０４（図４には図示せず、後述）の断面形状と係合するための手段を提供するために、ほぼ六角柱の形状を有する物体を係合して収容するように構成された開口部である。この好適な実施形態において、ロータの中心孔３０４の各側面は、磁石スロット３０６の直径にほぼ相当する長さを有する。
【0070】
磁石３０８は、永久磁石または電磁石であってもよい。好適な実施形態において、磁石３０８は、ほぼ円筒形のネオジム磁石である。したがって、磁石スロット３０６は、そのような寸法の磁石３０６を十分に収容し、磁石３０８を保持する前述の手段を収容するように構成される。この好適な実施形態において、磁石３０８は、直径３０ｍｍ及び厚さ１０ｍｍである。
【0071】
図５Ａは、５つのステータ２００及び６つのロータ３００がシャフト４０４及び補助ロッド４０６に組み立てられる、好適な実施形態によるさらなる態様を示す。ステータ２００の各々は、２つのロータ３００によって両側から直接接触することなく側面視されており、１つのステータ２００と１つのロータ３００との間で交互に配置される、ほぼ同軸上に整列された部材の列を形成し、このような列の最初の部材と最後の部材がロータ３００である。各ステータ２００とその隣接するロータ３００は、この好適な実施形態の意図された動作中に、磁気誘導がそのような部材にわたって影響を及ぼすように十分に離間されている（詳細は後述）。補助ロッド４０６は、ステータ２００の周辺孔２０８に挿通してステータ２００と直接接触し、より好ましくはネジ（図示せず）で位置固定される。しかし、補助ロッド４０６は、ロータ３００と直接接触しない。これは、ロータ３００よりも大きな直径を有するステータ２００と、ロータ３００の縁部（エッジ）よりも共通軸から離れた位置にある周辺孔２０８とによって可能になる。一方、シャフト４０４は、ステータの中心孔２０４及びロータの中心孔３０４を通って共通軸に沿って突出するが、シャフト４０４は、ロータの中心孔３０４のみと直接接触する。これは、ロータの中心孔３０４よりも大きな直径を有するステータの中心孔２０４によって可能になる。
【0072】
この好適な実施形態において、最も近いロータ３００間の距離は実質的に均一であり、約１４ｍｍである。
【0073】
また、図５Ａのステータ２００は、上記の図３Ａ、図３Ｂ、図３Ｃ及び図３Ｄにより整列及び構成されることが好ましい。一方、図５Ａのロータ３００は、１つのロータ３００上の磁石３０８の北極（＋）が、次のロータ３００の別の磁石３０８の南極（－）に対して、ほぼ同じ軸方向の整列に沿って、かつ、全体にわたって向き合うように配置されることが好ましい。換言すれば、上記の図３Ｂ、図３Ｃ、及び図３Ｄに係るステータ２００及びステータコア１００の構成とは対照的に、異なるロータ３００の磁石３０８は、図５Ａの任意の角変位に従わない。すべてのロータ３００の磁石３０８は、同じ角度位置にある場合、その極性（＋、－）を同じ方向に向ける。
【0074】
ここで、シャフト４０４は、図５Ａにより組み立てられたときにロータの中心孔３０４と係合するように、ほぼ六角形の断面領域を有する。一方、ステータの中心孔２０４は、図５Ａにより組み立てられたときにシャフト４０４との直接の接触または係合を回避するためのクリアランス（ｃｌｅａｒａｎｃｅ）を提供するように、ほぼ円形状であり、シャフト４０４よりも実質的により広い。このようにして、シャフト４０４が機械的動力を受けて回転すると（詳細は後述）、シャフト４０４は、係合するロータ３００のみを回転させ、係合しないステータ２００を静止状態のままにする。
【0075】
図５Ｂは、好適な実施形態に関連するさらなる態様を示す。図５Ｂでは、図５Ａに係るアセンブリからの１つのロータ３００及び１つのステータ２００のみを示し、簡潔にするために他の構成要素を省略する。この図において、ステータ２００は、上記の図３Ｂ、図３Ｃ及び図３Ｄに係るステータＮｏ．１である。図５Ｂは、ステータ２００におけるステータコア１００、ロータ３００における磁石３０８の、この好適な実施形態の寸法及び配置に焦点を当てている。特に、図５Ｂは、ロータ３００（図５Ｂの左側）とステータ２００（図５Ｂの右側）との正面図を並べて比較したものであり、これらは、先の図５Ａで示したように、シャフト４０４、補助ロッド４０６などと組み立てられたものと仮定すると、ステータ２００及びロータ３００の中心は、同じレベルに揃っている。
【0076】
図５Ｂによれば、磁石３０８の直径（ＤＲＭ）は、ステータコア１００の内径（ＤＳＣ，Ｉ）とほぼ同じで、３０ｍｍである（すなわち、ＤＲＭ＝ＤＳＣ，Ｉ＝３０ｍｍ）。．
【0077】
図５Ｂによれば、ステータ２００は、６つのステータコア１００すべての中心が位置する周囲を有する第１仮想円を有し、ロータ３００は、８つの磁石３０８すべての中心が位置する周囲を有する第２仮想円を有する。この好適な実施形態によれば、第１仮想円及び第２仮想円は、略同じ周囲を有し、約４８０ｍｍである。図５Ｂに想定される図５Ａの組立状態では、ステータ２００とロータ３００は共通の中心を共有する。したがって、共通平面上に投影された場合（例えば、ステータ２００からロータ３００上に第１仮想円を投影した場合、またはその逆の場合）、２つの周囲は互いに実質的に重なり合う。
【0078】
図５Ｃは、好適な実施形態に関連するさらに多くの態様を示す。図５Ｃでは、図５Ａに係るアセンブリからの１つのロータ３００及び４つのステータ２００のみを示し、簡潔にするために他の構成要素を省略する。この図において、４つのステータ２００は、上記の図３Ｂ、図３Ｃ、及び図３Ｄに係るステータＮｏ．１、Ｎｏ２、Ｎｏ３、及びＮｏ４である。図５Ｃは、ステータ２００におけるステータコア１００、ロータ３００における磁石３０８の、この好適な実施形態の角度関係に焦点を当てている。特に、図５Ｃは、ロータ３００（図５Ｃの左側）とステータＮｏ．１、Ｎｏ．２、Ｎｏ．３、及びＮｏ．４（図５Ｃの右側に向かってロータ３００に隣接するものから開始）との正面図を並べて比較したものであり、これらは、先の図５Ａで示したように、シャフト４０４、補助ロッド４０６などと組み立てられたものと仮定すると、ステータ１００及びロータ３００の中心は、同じレベルに揃っている。
【0079】
図５Ｃにおいて、仮想円周上に８つの磁石３０８が均等に分布している場合、１つの磁石３０８の中心から次の磁石３０８の中心までの円弧は、その仮想円内で約４５度の角度を形成する。前記４５度は、図３Ｂ、図３Ｃ及び図３Ｄに関連して前述したように、１つのステータ２００から次のステータへの角変位の増分に相当する。したがって、図５Ｃは、ロータ３００の０度及び１８０度の位置にある磁石３０８が、ステータＮｏ．１の「Ａ」相ステータコア１００と整列しており、ロータ３００の４５度及び２２５度の位置にある磁石３０８が、ステータＮｏ．２の「Ａ」相ステータコア１００と整列しており、ロータ３００の９０度及び２７０度の位置にある磁石３０８が、ステータＮｏ．３の「Ａ」相ステータコア１００と整列しており、ロータ３００の１３５度及び３１５度の位置にある磁石３０８が、ステータＮｏ．４の「Ａ」相ステータコア１００と整列していることを示す。
【0080】
図５Ｃは、好適な実施形態が静止状態にあるときの角度アライメントの単純な例として機能し、また、そのような好適な実施形態が意図したとおりに動作しているときの所定のインスタンスにおける角度アライメントの単純な例として機能する。
【0081】
図６は、好適な実施形態に係るさらに別の態様を示す。これらの態様において、５つのステータ２００と６つのロータ３００の列は、図５Ａ、図５Ｂ及び図５Ｃによるシャフト４０４と組み立てられ、ステータ２００、ロータ３００、シャフト４０４の主要部及び補助ロッド４０６を覆うためのフレーム４０２を含む外部ケース４００とさらに組み立てられる。この好適な実施形態において、フレーム４０２の長さはシャフト４０４の長さよりも短く、シャフト４０４がフレーム４０２の範囲（ｃｏｎｆｉｎｅ）を通過できるように、側面開口部４０８はフレーム４０２の対向側を介して設けられる。それにより、側面開口部４０８の直径は、意図した操作中にシャフト４０４が通過及び回転するのに十分なクリアランスを提供する必要がある。前述の構成要素は、シャフト４０４の長さに沿った軸が地面に対して実質的に水平になり、ステータ２００及びロータ３００がフレーム４０２、地面、及び互いに直接接触しないように組み立てられることが望ましい。フレーム４０２は、固体材料、好ましくは非導電性かつ非磁化可能な材料からなる箱であることが望ましく、ステータ２００及びロータ３００の実質的な全体を覆うように作る必要はない。図６に示すように、フレーム４０２は、本技術開示の意図する動作に影響を与えることなく、そのような構成要素を緩く覆うように設計されている。好ましくは、外部ケース４００は、シャフト４０４を支持する手段及び補助ロッド４０６を支持する手段を提供するべきである。
【0082】
この好適な実施形態において、シャフト４０４を支持する前記手段は、一対のピローブロック軸受４１０を提供することで実現される。図６では、ピローブロック軸受４１０を、側面開口部４０８を有するフレーム４０２の側面から概ね離れて突出するフレーム延長部４１２に取り付けて締結する。各ピローブロック軸受４１０の各フレーム延長部４１２への締結は、従来の締結手段によって行われてもよい。ブロック軸受４１０及びフレーム延長部４１２は、側面開口部４０８に十分に近い位置に配置されることが望ましく、これにより、両方の側面開口部４０８を通過したシャフト４０４は、ピローブロック軸受４１０を介して挿入されて支持され得る。構造的支持に加えて、ピローブロック軸受４１０は、この好適な実施形態の意図された通常の動作中にシャフト４０４の回転を容易にすること目的としている。
【0083】
この好適な実施形態において、補助ロッド４０６を支持する上記の手段は、補助ロッド４０６をフレーム４０２に取り付けることにより、具体的には、補助ロッド４０６の各端部をフレーム４０２の各側にねじ込むことによって実現される。
【0084】
外部ケース４００においてステータ２００の各独立相を直列に接続した後、電気相ごとに２本の出力線（図示せず）が使用される。このような出力線（図示せず）は、厚さ０．１ｍｍの過負荷ヒューズ（図示せず）に接続され、ヒューズから任意の電気消費装置に接続される。図６はまた、シャフト４０４が、一方の端部の近くで、機械的動力５００を供給する手段にさらに結合されていることも示す。この好適な実施形態に係る例によれば、そのような手段は、４．８馬力のガソリンエンジン５０２である。ガソリンエンジン５０２は、ベルト５０８が係合可能に取り付けられたプーリ５０６からなる動力伝達機構５０４と結合される。この好適な実施形態において、実質的に１：１のサイズ比の２つのプーリ５０６があり、ベルト５０８はゴム製のＶ型歯付きベルトである。プーリ５０６のうちの１つはガソリンエンジン５０２と結合され、別のプーリ５０６はシャフト４０４と結合される。したがって、各プーリ５０６は、場合によっては、ガソリンエンジン５０２によって駆動されてシャフト４０４を駆動するのに十分な嵌合及び係合を提供するように構成されるべきである。
【0085】
意図した操作に関する説明は、機械的動力を供給する手段５００から始まる。好適な実施形態において、ガソリンエンジン５０２が始動し、動力伝達機構５０４を介して伝達される機械的動力を提供する。具体的に、そのような機械的動力は第１プーリ５０６の回転を駆動し、続いてこれは取り付けベルト５０８を引っ張り、シャフト４０４に係合可能に結合された第２プーリ５０６の回転を駆動する引っ張り動作を誘導する。その結果、シャフト４０４は、外部ケース４００のフレーム４０２の両側に位置するピローブロック軸受４１０の支持及び促進により回転する。現在回転しているシャフト４０４は、さらに６つのロータ３００に係合し、５つのステータ２００には係合しないため、ロータ３００のみが、補助ロッド４０６の助けにより静止したままのステータ２００に対して、同時にそして相対的に回転する。
【0086】
ロータ３００の回転中、磁石スロット３０６によって保持された磁石３０８は、各ステータ２００上に保持されたステータコア１００を磁化するための磁場を提供する。ロータ３００の回転により、そのような磁化は、ロータ３００が動き続けている限り、連続的に交互に発生する－すなわち、ステータコア１００は、第１方向の磁場によって磁化され、次いで、反対方向である第２方向の磁場によって磁化される。この好適な実施形態は、負荷を有する４，５００～５，０００ＲＰＭの回転速度及び関係１：１で効果的に動作するが、この例のＲＰＭ範囲は、決して本発明の技術的概念に係る実施形態の動作限界を示唆するものではない。このような交互磁化は交流電気の発生を誘導する。ステータ２００ごとに３対のステータコア１００を有する好適な実施形態において、生成された電気は三相である。
【0087】
上記の態様が発電効率を改善できる理由は、出願人には完全には知られていないが、そのようなワイヤ交点１０８を設けることによりステータコア１００を形成することは、電磁ブレーキベクトルを互いに対向させて相殺し合うように導き、これにより、既存の発電システムで通常発生する遅延効果が実質的に低減すると考えられる。この観点から、本開示による態様は、（レンツの法則に従って自然に生じる）電磁ブレーキを抑制するというよりも、電磁ブレーキを効果的に非遅延の方向に導くということである。
【0088】
代替の実施形態。
以下の代替の実施形態は、本発明の技術的概念の幅を明確にするための、かつ、本発明の技術的概念に含まれるさらなる調整を提案するためのさらなる例であることを意図しており、したがって、限定的に解釈されるべきではない。
以下の代替の実施形態は、本発明の技術的概念の幅を明確にするための、かつ、本発明の技術的概念に含まれるさらなる調整を提案するためのさらなる例であることを意図しており、したがって、限定的に解釈されるべきではない。
【0089】
ステータコアにワイヤ交点を形成。
前述の図１Ｂに係るワイヤ交点１０８を形成する例に加えて、ワイヤ交点１０８を、図７に示す代替の構成により形成することもできる。この代替の実施形態において、ステータコアワイヤ１０２は、同じ層（ｌａｙｅｒ）内に織り込まれていない。その代わりに、ステータコアワイヤ１０２は、複数の隣接層１１０Ａによりワイヤ交点１０８が形成されるように、所定の巻き方向１１２に巻き付けられる。この代替案は、本開示の概念によるステータコア１００の構成が、同じ層内ではなく同じスプール１０６内でのステータコアワイヤ１０２の有効な交差に依存していることを示す。換言すれば、ステータコアワイヤ１０２は交差する必要があるが、織る必要はなく、直接接触する必要もない。
前述の図１Ｂに係るワイヤ交点１０８を形成する例に加えて、ワイヤ交点１０８を、図７に示す代替の構成により形成することもできる。この代替の実施形態において、ステータコアワイヤ１０２は、同じ層（ｌａｙｅｒ）内に織り込まれていない。その代わりに、ステータコアワイヤ１０２は、複数の隣接層１１０Ａによりワイヤ交点１０８が形成されるように、所定の巻き方向１１２に巻き付けられる。この代替案は、本開示の概念によるステータコア１００の構成が、同じ層内ではなく同じスプール１０６内でのステータコアワイヤ１０２の有効な交差に依存していることを示す。換言すれば、ステータコアワイヤ１０２は交差する必要があるが、織る必要はなく、直接接触する必要もない。
【0090】
また、上述の好適な実施形態は、核（すなわち、エアコア１０４）の周りに１つのステータコアワイヤ１０２を巻き付けることによりワイヤ交点１０８の形成を選択するが、そのようなワイヤ交点１０８はまた、核の周りに２つ以上のステータコアワイヤ１０２を巻き付けることにより形成されてもよい。このような代替の実施形態（図示せず）では、２本以上のステータコアワイヤ１０２を、巻き付けを容易にするために１つ以上の位置で接合してもよい。このようなステータコアワイヤ１０２を接合する手段の例としては、ステータコアワイヤ１０２の端部（またはそれに近い位置）同士を結び合わせる方法と、ステータコアワイヤ１０２の端部（またはそれに近い位置）を核（すなわち、核がエアコア１０４ではない実施形態において）に固定する方法と、が挙げられる。
【0091】
ステータ間の並列接続。
前述の図３Ｃ及び図３Ｄに係る、異なるステータ２００のステータコア１００間の直列接続の例に加えて、電気的接続は任意選択的に並列接続であってもよい。図８Ａは、５つのステータ２００が並列に接続されるさらに別の代替の実施形態を示す。上記の図３Ｃと同様に、図８Ａは、電気相「Ａ」が割り当てられているステータコア１００に対してのみ、ステータ２００間の並列接続を示している。
前述の図３Ｃ及び図３Ｄに係る、異なるステータ２００のステータコア１００間の直列接続の例に加えて、電気的接続は任意選択的に並列接続であってもよい。図８Ａは、５つのステータ２００が並列に接続されるさらに別の代替の実施形態を示す。上記の図３Ｃと同様に、図８Ａは、電気相「Ａ」が割り当てられているステータコア１００に対してのみ、ステータ２００間の並列接続を示している。
【0092】
図８Ａは、「Ａ」相が割り当てられたステータコア１００に概念的に取り付けられた仮想の三角形のマーカを提供する。これは、同一のステータ２００における「Ａ」相の相手側と区別するためである。さらに参照するために、図８Ａの５つのステータ２００は、ステータＮｏ．１、ステータＮｏ．２、ステータＮｏ．３、ステータＮｏ．４として左から右に呼ばれる。さらにまた参照するために、任意のステータ２００の１２時の位置を０度位置と呼び、そこから時計回りに回転すると角度が増加する。
【0093】
図８Ａによれば、ステータＮｏ．１は、０度及び１８０度の位置に２つの「Ａ」相ステータコア１００を有し、ステータＮｏ．２は、４５度及び２２５度の位置に２つの「Ａ」相ステータコア１００を有し、ステータＮｏ．３は、９０度及び２７０度の位置に２つの「Ａ」相ステータコア１００を有し、ステータＮｏ．４は、１３５度及び３１５度の位置に２つの「Ａ」相ステータコア１００を有し、ステータＮｏ．５は、１８０度及び０度の位置に２つの「Ａ」相ステータコア１００を有する。図８Ａは、好ましい並列接続の順序をさらに示す：
ステータＮｏ．１：０度の位置は第１ノード２１２に接続され、１８０度の位置は第２ノード２１４に接続され、０度の位置は１８０度の位置に接続される。
ステータＮｏ．２：２２５度の位置は第１ノード２１２に接続され、４５度の位置は第２ノード２１４に接続され、２２５度の位置は４５度の位置に接続される。
ステータＮｏ．３：９０度の位置は第１ノード２１２に接続され、２７０度の位置は第２ノード２１４に接続され、９０度の位置は２７０度の位置に接続される。
ステータＮｏ．４：３１５度の位置は第１ノード２１２に接続され、１３５度の位置は第２ノード２１４に接続され、３１５度の位置は１３５度の位置に接続される。
ステータＮｏ．５：１８０度の位置は第１ノード２１２に接続され、０度の位置は第２ノード２１４に接続され、１８０度の位置は０度の位置に接続される。
ステータＮｏ．１：０度の位置は第１ノード２１２に接続され、１８０度の位置は第２ノード２１４に接続され、０度の位置は１８０度の位置に接続される。
ステータＮｏ．２：２２５度の位置は第１ノード２１２に接続され、４５度の位置は第２ノード２１４に接続され、２２５度の位置は４５度の位置に接続される。
ステータＮｏ．３：９０度の位置は第１ノード２１２に接続され、２７０度の位置は第２ノード２１４に接続され、９０度の位置は２７０度の位置に接続される。
ステータＮｏ．４：３１５度の位置は第１ノード２１２に接続され、１３５度の位置は第２ノード２１４に接続され、３１５度の位置は１３５度の位置に接続される。
ステータＮｏ．５：１８０度の位置は第１ノード２１２に接続され、０度の位置は第２ノード２１４に接続され、１８０度の位置は０度の位置に接続される。
【0094】
ここで、同一のステータ２００における同一の電気相のステータコア１００は直接接続される。一方、異なるステータ２００のステータコア１００間には直接的な接続はないが、異なるステータ２００のステータコア１００は、第１ノード２１２及び第２ノード２１４を介して間接的に接続される。特に、第１ノード２１２に接続された１つのステータ２００におけるの１つの位置から、２２５度増加した次のステータ２００における位置もまた、第１ノード２１２に接続される。同様に、第２ノード２１４に接続された１つのステータ２００上の１つの位置から、度合いが２２５によって増加する次のステータ２００上の位置もまた、第２ノード２１４に接続される。当技術分野の当業者は、この代替の実施形態の「Ｂ」相及び「Ｃ」相に対する並列接続を実現するために、または５つより多いステータ２００がある場合などの他の代替の実施形態における並列接続を実現するために、前述の教示を適用できるであろう。
【0095】
いずれの場合も、図８Ｂは、代替の実施形態を実施することによって生成されることを意図したすべての電気相の並列接続を示す。図８Ｂについての詳細な説明は、図８Ａで述べたパターンに従うので、簡潔にするために省略する。
【国際調査報告】