(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
可逆式の発電機−電動機動作を用いる電磁装置（１０）であって、
軸回りに回転するロータ（１２；１２’）であって規則的な間隔かつ実質的に環状のパターンで交互の向きに配置された複数の磁石（１４；１４’、１４’ａ、１４’ｂ；１４０）を保持するロータ（１２；１２’）と、
少なくとも１組の磁気ヨーク（１６、１８；１６’、１８’）を備えるステータ（１６、２０ａ、２０ｂ、１８、２２ａ、２２ｂ；１６’、１８’、２０’、２２’）と、を備え、
前記少なくとも１組の磁気ヨーク（１６、１８；１６’、１８’）は、それぞれ、前記磁石（１４；１４’、１４’ａ、１４’ｂ；１４０）へ向かって延びる一対の突出アーム（１７ａ、１７ｂ、１９ａ、１９ｂ；７）であって利用装置又は電力駆動装置との電気的接続のための各コイル（２０ａ、２０ｂ、２２ａ、２２ｂ；２０’、２２’；２１）を保持する一対の突出アーム（１７ａ、１７ｂ、１９ａ、１９ｂ；７）を有しており、
前記各磁気ヨーク又は各組の磁気ヨーク（１６、１８；１６’、１８’；６）は、所定の瞬間に且つ該ヨークを前記磁石から隔てる空隙をあけて該ヨークのアーム（１７ａ、１７ｂ、１９ａ、１９ｂ；７）と向かい合う一対の磁石（１４；１４’、１４’ａ、１４’ｂ；１４０）と共に、同じ閉じた磁気回路の一部であり、
前記磁気ヨーク（１６、１８；１６’、１８’；６）は、支持体（５４）に個別に取り付けられ、前記支持体（５４）は前記磁石（１４；１４’、１４’ａ、１４’ｂ；１４０）に対する個々の前記ヨーク（１６、１８；１６’、１８’；６）の位置の静的及び動的調整のために、支持体の変位を制御する手段(５６， ８２， ８４， ９２)によって軸方向及び半径方向に調整可能とされ、
各ヨークのアーム（１７ａ、１７ｂ、１９ａ、１９ｂ；７）の前記コイル（２０ａ、２０ｂ、２２ａ、２２ｂ；２０’、２２’；２１）は、利用装置又は電力駆動装置に個々に接続され、
前記各磁気ヨーク（１６、１８；１６’、１８’；６）は、当該磁気ヨーク（１６、１８；１６’、１８’；６）の前記突出アームに保持されている前記コイル（２０ａ、２０ｂ、２２ａ、２２ｂ；２０’、２２’；２１）と、当該磁気ヨーク（１６、１８；１６’、１８’；６）が取り付けられている前記支持体(５４)と、当該支持体(５４)の変位を制御する手段(５６， ８２， ８４， ９２)と共に、モジュール構造を有する基本的なステータセルを形成することを特徴とする、電磁装置（１０）。
【請求項２】
前記支持体（５４；７０）は、３つの直交軸に沿った並進移動により軸方向及び半径方向に調整可能である、請求項１に記載の電磁装置。
【請求項３】
前記支持体（５４；７０）は、少なくとも１つの軸を中心とした旋回運動によりさらに調整可能である、請求項１又は２に記載の電磁装置。
【請求項４】
前記支持体（５４；７０）は３つの軸を中心とした旋回運動により調整可能である、請求項３に記載の電磁装置。
【請求項５】
前記ステータ（１６、２０ａ、２０ｂ；１６’、２０’）は単一の組の磁気ヨーク（１６；１６’）を含む、請求項１〜４のいずれかに記載の電磁装置。
【請求項６】
前記ロータ（１２；１２’）は強磁性材料から作製され、
前記磁気回路は、一対の磁石（１４；１４’；１４’ａ、１４’ｂ；１４０）と該一対の磁石に面する１つのヨーク（１６；１６’）とを備え、前記ロータ（１２；１２’）と前記ヨークを前記磁石から隔てる空隙とにより閉じられる、請求項５に記載の電磁装置。
【請求項７】
前記ロータ（１２、１２’）は、前記磁石（１４；１４’；１４’ａ、１４’ｂ；１４０）が占めていない領域では非強磁性材料から作製され、同じヨークに面する前記磁石（１４；１４’；１４’ａ、１４’ｂ；１４０）は、強磁性要素（６１）によって接続され、
前記磁気回路は、一対の磁石（１４；１４’；１４’ａ、１４’ｂ；１４０）と該一対の磁石に面する１つのヨーク（１６；１６’）とを備え、前記強磁性要素（６１）と前記ヨークを前記磁石から隔てる空隙とにより閉じられる、請求項５に記載の電磁装置。
【請求項８】
前記磁石（１４；１４’；１４’ａ、１４’ｂ；１４０）は、前記ヨーク（１６；１６’）に面する前記ロータ（１２；１２’）の表面に接着される、請求項２〜４のいずれかに記載の電磁装置。
【請求項９】
前記ロータ（１２、１２’）は、前記磁石（１４；１４’；１４’ａ、１４’ｂ；１４０）が占めていない領域では非強磁性材料から作製され、前記ステータ（１６、２０ａ、２０ｂ、１８、２２ａ、２２ｂ；１６’、１８’、２０’、２２’）は、前記ロータ（１２、１２’）に対して対称的に配置された第１及び第２の組の磁気ヨーク（１６、１８；１６’、１８’；６）を含み、
前記磁気回路は、一対の隣接する磁石（１４；１４’；１４’ａ、１４’ｂ；１４０）と前記第１及び第２の組のそれぞれにおける１つの磁気ヨーク（１６、１８；１６’、１８’；６）とを備える、請求項１〜４のいずれかに記載の電磁装置。
【請求項１０】
前記磁石（１４；１４’、１４’ａ、１４’ｂ；１４０）は、前記ロータ（１２；１２’）における磁化領域であり、前記ヨーク（１６、１８；１６’、１８’；６）に面する前記ロータの表面に、一連の交互に逆の極を形成する、請求項９に記載の電磁装置。
【請求項１１】
前記ヨーク（１６、１８；１６’、１８’；６）は、前記磁石の環における磁石の１つの弧又は複数の個々の弧の前に配置される、請求項１〜１０のいずれかに記載の電磁装置。
【請求項１２】
前記ヨーク（１６、１８；１６’、１８’；６）は前記磁石の環全体の前に配置される、請求項１〜１０のいずれかに記載の電磁装置。
【請求項１３】
前記ロータ（１２；１２’）は、以下の：
Ｎが前記各磁気ヨークは又は各組の磁気ヨーク（１６、１８；１６’、１８’；６）の数である２Ｎ；
２Ｎとは異なる偶数
から選択される数Ｍ個の磁石（１４；１４’；１４’ａ、１４’ｂ；１４０）を保持する、請求項１２に記載の電磁装置。
【請求項１４】
向かい合う磁石（１４；１４’；１４’ａ、１４’ｂ）との同じ幾何学的位相関係を有
する前記アーム（１７ａ、１７ｂ、１９ａ、１９ｂ；７）の前記コイル（２０ａ、２０ｂ、２２ａ、２２ｂ；２０’、２２’；２１）は、電磁装置の内側で共に接続され、利用装置又は電力駆動装置との共通の接続を有する、請求項１３に記載の電磁装置。
【請求項１５】
向かい合う磁石（１４；１４’；１４’ａ、１４’ｂ；１４０）との同じ幾何学的位相関係を有する交互のアーム（１７ａ、１７ｂ、１９ａ、１９ｂ；７）の前記コイル（２０ａ、２０ｂ、２２ａ、２２ｂ；２０’、２２’；２１）は、電磁装置の内側で共に接続され、利用装置又は電力駆動装置との逆位相による各共通の接続を有する、請求項１３に記載の電磁装置。
【請求項１６】
少なくとも幾つかのアーム（１７ａ、１７ｂ、１９ａ、１９ｂ；７）の前記コイル（２０ａ、２０ｂ、２２ａ、２２ｂ；２０’、２２’；２１）は利用装置に接続され、少なくとも幾つかの他のアーム（１７ａ、１７ｂ、１９ａ、１９ｂ；７）の前記コイルは電力駆動装置に接続される、請求項１４又は１５に記載の電磁装置。
【請求項１７】
前記ヨーク（１６、１８；１６’、１８’；６）は、利用装置又は電力駆動装置との電気的接続のための第１のコイル（２０ａ、２０ｂ、２２ａ、２２ｂ；２０’、２２’；２１）、及びフィードバック検出器として作動する第２のコイルを保持する、請求項１〜１６のいずれかに記載の電磁装置。
【請求項１８】
前記ロータ（１２’）は、側面に前記複数の磁石（１４’ａ、１４’ｂ）を保持する円筒体であり、前記複数の磁石は前記側面に２つの平行な列（１４’ａ、１４’ｂ）で配置され、一方の列の磁石は他方の列の隣接する磁石とは逆の向きを有し、各ヨーク（１６’）は双方の列の磁石（１４’ａ、１４’ｂ）をつなぐように配置される、請求項１〜１７のいずれかに記載の電磁装置。
【請求項１９】
各ヨーク（１６’）及び該ヨークによってつながれる各対の磁石（１４’ａ、１４’ｂ）は、前記ロータ（１２’）の母線に対し傾斜して配置される、請求項１８に記載の電磁装置。
【請求項２０】
前記アーム（１７ａ、１７ｂ、１９ａ、１９ｂ；７）及び前記磁石（１４；１４’；１４’ａ、１４’ｂ；１４０）は、円形断面、非円形曲線状断面、凹状の多角形断面、凸状の多角形断面、特に正方形又は長方形を含む群から選択される断面形状を有し、前記磁石（１４；１４’；１４’ａ、１４’ｂ；１４０）と前記アーム（１７ａ、１７ｂ、１９ａ、１９ｂ；７）との対面する領域は、同様のサイズを有する、請求項１〜１９のいずれかに記載の電磁装置。
【請求項２１】
前記アーム（１７ａ、１７ｂ、１９ａ、１９ｂ；７）及び前記磁石（１４；１４’；１４’ａ、１４’ｂ；１４０）は、異なる断面形状を有する、請求項２０に記載の電磁装置。
【請求項２２】
前記磁石は、以下の：
楔形状；
２対の対向する側面の傾斜が板（plate）の逆テーパをもたらすようなものである、傾斜した側面によって接続される四角形底面を有する、多面体形状；
載頭円錐形状から選択される形状を有する磁石体（１４０）である、請求項１〜７、９及び１１〜２１のいずれかに記載の電磁装置。
【請求項２３】
隣接する磁石（１４０）は、該隣接する磁石（１４０）間に、該隣接する磁石（１４０）の向かい合う表面によって画定される表面に相補的なテーパを有するテーパ状の保持部材が位置付けされている、請求項２２に記載の電磁装置。
【請求項２４】
前記隣接する磁石（１４０）は、該隣接する磁石（１４０）間に、接線方向に動作する弾性又はエラストマー保持部材（６０）が位置付けされている、請求項２２又は２３に記載の電磁装置。
【請求項２５】
前記各ヨークのアーム（７）は、支持体に固定されるベース（７ｃ）、該ベース（７ｃ）から前記磁石（１４’；１４０）へ延びると共に該磁石（１４’；１４０）に巻かれたコイル（２１）を有するステム（７ｂ）、及び前記ベース（７ｃ）に対向する前記ステムの端に接合されたヘッド（７ａ）を含み、
前記ヘッドは、前記ステム（７ｂ）及び前記コイル（２１）の断面サイズ全体よりも大きな断面サイズを有し、向かい合う磁石（１４’；１４０）に対し前記コイル（２１）を隠すように配置される、請求項１〜２４のいずれかに記載の電磁装置。
【請求項２６】
前記各ヨーク（６）は、前記磁石（１４’；１４０）に向かって開いた或る角度を画定する一対の個々に取り付けられたアーム（７）を含み、
それぞれ２つの隣接するヨーク（６）に属する２つの隣接するアーム（７）の前記ベース（７ｃ）間にギャップ（７７）が設けられている、請求項２５に記載の電磁装置。
【請求項２７】
前記ヨークのアーム（１７ａ、１７ｂ、１９ａ、１９ｂ）は、該アームの横サイズに等しい長さを有する部材によって接続され、隣接するヨーク（１６、１８；１６’、１８’）の隣接するアームの対面する側面は、該アームの横サイズに等しい距離だけ離間する、請求項１〜２５のいずれかに記載の電磁装置。
【請求項２８】
前記磁気ヨーク（１６、１８）は、透過率が高く、残留磁束が小さく、磁気リラクタンスの低いフェライト；鉄−ケイ素シート；Ｎｉ−Ｚｎ又はＭｎ−Ｚｎフェライト；Ｍｎ−Ｎｉ材料の群から選択される材料から作製される、請求項１〜２７のいずれかに記載の電磁装置。
【請求項２９】
前記ヨーク（１６）の前記支持体（５４）は、前記ヨーク（１６、１８）と前記磁石（１４）との間の空隙（２４、２６）を一定に保つために前記ロータの表面と協働すると共に前記ロータ（１２）の軸方向及び半径方向の揺動を補正するように配置される転がり部材（５０）を備えている、請求項１〜２８のいずれかに記載の電磁装置。
【請求項３０】
前記ヨーク（１６）は、検出された温度及び／又は位置に応じて個々の前記コイル（２０）における連結された電圧を変えるために、前記磁石（１４）と前記向かい合うアーム（１７）とのギャップ及び／又は重なり度を変えるように前記支持体（５４）の変位手段（８２、９２）を作動させるように配置される処理／制御回路（９０）に接続される温度検出器（８６）及び位置検出器（８８）と連係する、請求項１〜２９のいずれかに記載の電磁装置。
【請求項３１】
前記磁気ヨーク（１６、１８；１６’、１８’；６）は、そのコイル（２０、２２；２１）、及びその支持体と共に、前記転がり部材（５０）用の調整ユニット（５２）を支持し、前記検出器（８６、８８）及び制御／処理回路（９０）は、樹脂層（７０）内に埋め込まれ、可能であれば熱伝導性を増加させる粉末材料を充填される、請求項２９又は３０に記載の電磁装置。
【請求項３２】
前記樹脂層（７０）には放熱部材が設けられている、請求項３１に記載の電磁装置。
【請求項３３】
前記電磁装置（１０）は、流体の動きによって駆動される装置のインペラ内に一体化される、請求項１〜３２のいずれかに記載の電磁装置。
【請求項３４】
流体の動きによって駆動されるインペラを有する装置であって、該インペラは、請求項１〜３３のいずれかに記載の電磁装置（１０）内に一体化されていることを特徴とする、装置。
【請求項３５】
特に航空エンジン又は船舶エンジン用のタービン、航空用途又は船舶用途用のプロペラスクリュー、ガスパイプライン用のポンプ、及び風力発電機を含む群から選択される、請求項３４に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、可逆式の発電機−電動機動作を用いる電磁装置、すなわち運動エネルギーを電気エネルギーにまたその逆に変換することが可能な装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
多くの工業分野において、回転部材を含むシステムに可逆式の電気機械を設置する必要性が多く生じており、そのため、機械が設置されるシステムの動作条件に応じて、他のシステム部品に供給する電気エネルギーを発生させるのにそのような回転部材の動きを利用すること、又は、回転部材を回転させる電気エネルギーを機械に供給することが可能である。
【０００３】
かかる機械の一般要件は、特に地上車両又は航空機等の輸送手段における用途のために小型及び軽量であること、並びに安価であることである。
【０００４】
この種の機械の一例は、特許文献１から既知である。この文献は、タービンの回転を利用することによって様々な目的のために電気エネルギーを発生させるために、又は逆にエンジンを始動するために、航空エンジンのタービンに連結される、航空用途のための可逆式の電気機械を開示している。機械のロータはタービン内のブレード環の幾つかのブレードの磁化した半径方向外側先端によって形成される。ロータが内部で動くステータ環にコイルが設けられている。一実施の形態では、ステータは一続きの環から成るか、又は１組の個々の馬蹄形部材から成り、ロータが中で回転するチャネルを画定する。この場合では、対向するステータ拡径部にコイルが巻きつけられ、これらのコイルは同じ磁石の双極に面する。
【０００５】
この従来技術の欠点は、ステータ環の対面する拡張部間に画定されたチャネルの幅又は個々の馬蹄形鉄心の幅が固定されているため、或る特定の最小値（ロータの厚さと、考えられ得るロータの揺動の補正の必要性とに応じても決まる）よりも小さくなることはあり得ないことである。したがって、所定のステータ及び所定のロータを用いる場合、ここでも同様にステータと磁石との間の空隙が固定されるため、或る特定の値よりも小さくなることはあり得ない。したがって、最大の効率及び最大の動作柔軟性を得るようにステータとロータの相対位置を調整及び最適することは不可能である。
【０００６】
特許文献２は、フライホイールとして用いることができる可逆式の電気機械であって、磁石を設けていると共に、該磁石に対してずらされた複数のコイルを保持するステータに対して対称に配置されている、２つのロータディスクを有する、可逆式の電気機械を開示している。かかる場合では、２つの磁石はそれらの間に位置するコイルに電界を誘起するのに用いられる。磁気回路が閉じていないため、エネルギー浪費が高くなり、その結果、強い電磁妨害が生じることになる。
【０００７】
特許文献３は、鉄環によって接合されていると共に、外周に沿って規則的な間隔で分配された複数の磁石をそれぞれが保持している２つのアルミニウムディスクを含むロータを有する電気装置を開示している。ロータは、それぞれ軸方向に向いたアーム（突極機（projecting pole machine））を有するＵ字形磁気ヨークの環をそれぞれが保持する２つのステータ板間で回転させ、各ヨークはロータディスクにおける一対の磁石に面し、磁石はヨーク側に一連の交互に逆の極を示す。機械は可逆式ではなく、同期電動機としてのみ働く。さらに、ステータとロータとの間の空隙が固定されているため、この装置にもまた、特許文献１に関してこの点において行った考察が当てはまる。さらに、用いる材料が高周波で非常に高い損失を引き起こすと共に、非常に強いフーコー電流及びヒステリシス損失を引き起こし、これらがディスク内に非常に高い温度を誘起し、磁石の脱磁、さらにはアルミニウムディスクの発火（firing）をもたらしかねない。
【０００８】
特許文献４は、２つのステータと該ステータによって発生する磁界に応じて該ステータ間で回転可能に取り付けられたロータとを有するブラシレス型のアキシャル電動機を開示している。この機械は「巻線」型の多相機であり、すなわち、各位相のコイルが複数の隣接する磁極拡径部にわたってそれらの間に位相の異なるコイルを有さずに巻かれる。ステータは、電動機の空隙が小さい場合に電動機に低速で高トルクが生じることができるように、また、その空隙が大きい場合に高速でトルクの生成を続けることができるように、動作時にその空隙を変えるように軸方向に調整可能である。ステータの調整は軸方向にのみ行われ、特に流体作動式タービンの好ましい用途において、装置の動作時に高温に達するため生じる変形に対処することも、また、コイル及びステータの起こり得る過熱に対処することもできない。
【０００９】
特許文献５は、ロータとステータとの間の空隙が軸方向にのみ且つ組付け段階においてのみ調整可能である、巻線型の発電電動機械を開示している。ロータはハードフェライト磁石を有し、ステータはコイル用のソフトフェライトコアを有する。
【００１０】
上記の従来技術文献は全て、設計が、種々の要件を有する用途に合わせるように、且つ／又は装置のより容易でより効果的な組付け及びメンテナンスを可能にするように容易に変更することができない、剛構造をさらに開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】米国特許第６，８３２，４８６号明細書
【特許文献２】米国特許第５，５１４，９２３号明細書
【特許文献３】ベルギー特許第８６７，４３６号明細書
【特許文献４】米国特許第６，１３７，２０３号明細書
【特許文献５】米国特許第４，７１０，６６７号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明の目的は、突極型の可逆式装置であって、従来技術の欠点を改善すると共に、例えば地上車両、船舶及び航空機における広範の用途に、好ましくは、該可逆式装置がタービン内に一体化されるか、又は、包括的に、流体の動きによって駆動される装置のインペラ内に一体化される用途に用いることができる、突極型の可逆式装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
この目的を達成するために、ステータと該ステータの正面で回転するロータとを有する装置が提供される。ロータは、規則的な間隔で且つロータ上で環パターンの交互の向きを有して分配された複数の磁石を保持する。ステータは、ロータに向かって延びると共に利用装置（utilising device）又は電力駆動装置との電気的接続のためにコイルを保持する一対の突出アームをそれぞれが有する少なくとも１組の磁気ヨークを備え、その少なくとも１組又は各組の磁気ヨークは、所定時にヨークのアームと向かい合う一対の磁石と該磁石からヨークを隔てる空隙と共に、同じ閉じた磁気回路の一部である。その１組又は各組の磁気ヨークは、磁石に対するヨークの位置を静的且つ動的に調整する軸方向及び半径方向に調整可能な支持体に個別に取り付けられる。
【００１４】
有利には、調整には少なくとも１つの軸を中心とした旋回運動（pivotal movement）も含まれ、好ましくは、ヨークは３つの直交軸に沿った並進移動及び３つの直交軸を中心とした旋回運動により調整可能である。
【００１５】
個別の取り付けにより、各ヨークはステータセルと見なすこともでき、このステータセルは、所望の回数、他方のセルとの所望の相対位置で反復することができる。したがって、本発明は非常に高い融通性をもたらす。他の利点は以下の通りである：
装置の組付けがより容易である；
装置の組付けの際にヨークと磁石との相対位置を最適化することができ、それによって装置の最大効率が確実となる；
動作時に、ロータの揺動、振動及び変形を容易に補正することができる；
１つのセル内で動作不良又は短絡があった場合、そのセルのみを動作不能にすることが可能であると共に残りの装置の動作を続ける；
発電機モジュール及び電動機モジュールを双方とも有するモジュール機の場合、発電機モジュール及び電動機モジュールの性能を個別に調整することが可能である：例えば、開始時、開始を容易にするために、発電機モジュールのヨークの距離を増やして発電機の機能を一時的に不能にするか又は限定値に設定するか又は利用する回路を電子制御により（electronically）開いたままにすることさえもできる。
【００１６】
１組のヨークを設けることができ、その場合、磁石がロータの一表面に一連の交互の極を形成する。ロータは強磁性材料から作製することができ、この場合では磁気回路は一対の磁石と１つのヨークとを含み、空隙及びロータにより閉じられる。磁石が占めていない領域において、ロータが非強磁性材料から作製される場合、同じヨークに面する磁石どうしが強磁性要素によって接続され、磁気回路が空隙及び該強磁性要素により閉じられる。
【００１７】
代替法において、磁石が占めていない領域において、ロータが非強磁性材料から作製される場合、ステータは、ロータに対して対称的に配置される２組の磁気ヨークを有することができる。そのような場合では、一対の連続した磁石が閉じた磁気回路を形成し、磁気ヨークは１つが第１の組にあり、１つが第２の組にある（当然のことながら、それぞれの空隙も加わる）。各組のヨークは他方の組のヨークとは個別に支持される。
【００１８】
その組又は各組のヨークは磁石の環全体に面することができるか、又はかかる環の１つの弧にのみ又は個々の弧に面することができる。
【００１９】
ヨークが磁石の環全体に面する場合、ロータはヨークの数の２倍の数の磁石を有することができる（すなわち、磁石の数は突出アーム又は磁極拡径部の数に等しい）か、又は磁極拡径部の数と異なる偶数の磁石を有することができる。後者の場合、アームと向かい合う磁石（confronting magnet）との所定の幾何学位相関係が周期的に生じる。これらの構成は多相機を構築するのに適している。かかる構成では、向かい合う磁石との同じ幾何学位相関係を有するアームに巻かれた電力回収又は電力供給用コイルを合わせて装置の内部に接続することができ、電力駆動装置又は利用装置に対する共通の接続を有することができる。向かい合う磁石との同じ幾何学位相関係を有するアームに巻かれたコイルのうち１つおきのコイルと一緒に接続することも可能であり、また、これら２つの結果として得られるコイル群を電力駆動装置又は利用装置に電気位相が１８０度シフトした状態で接続することも可能である。
【００２０】
装置は幾つかの用途、特に流体の動きによって駆動される装置のインペラに関連して、特に風力発電機（Aeolian generators）又は航空用若しくは船舶用タービンエンジン若しくはプロペラにおいて、幾つかの用途を見出すことができ、例えば、航空用途又は船舶用途では、タービンに一体化した発電機として、又はタービン用の起動電動機又はフィードバック電動機として用いることができる。他の用途はガスパイプライン用のポンプにあることもできる。
【００２１】
別の態様によれば、本発明は、例えば風力発電機、航空機用又は船舶用のタービンエンジン、船舶及び航空機のプロペラのスクリュ、ガスパイプラインのポンプ等、本発明による装置と内部で一体化している、流体の動きによって駆動される装置のインペラにも関する。
【００２２】
次に、本発明による装置を、非限定的な例として示される添付の図面を参照しながらより詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】軸方向の取付けの場合の、本発明による装置の第１の実施形態の斜視図である。
【図２】一対のヨーク及び関連のコイルを有する、図１に示す装置のロータの斜視図である。
【図３】磁気回路の概略図である。
【図４】ロータの回転時の磁石とヨークとの空間関係の概略図である。
【図５】軸方向の取付けの実施形態の変形形態に関する図２と同様の図である。
【図６】軸方向の取付けの実施形態の変形形態に関する図３と同様の図である。
【図７】ヨークが磁石環の個々のセクターの正面に位置している図１〜図３の実施形態の変形形態の概略図である。
【図８】磁石及びヨークの半径方向の取付けを有する複数の実施形態の該略図である。
【図９】磁石及びヨークの半径方向の取付けを有する複数の実施形態の該略図である。
【図１０】磁石及びヨークの半径方向の取付けを有する複数の実施形態の該略図である。
【図１１】磁石及びヨークの半径方向の取付けを有する複数の実施形態の該略図である。
【図１２】磁石及びヨークの半径方向の取付けを有する複数の実施形態の該略図である。
【図１３】多相機に用いられる複数の磁石パターン及びヨークパターンのうちの１つを示す概略図である。
【図１４】多相機に用いられる複数の磁石パターン及びヨークパターンのうちの１つを示す概略図である。
【図１５】多相機に用いられる複数の磁石パターン及びヨークパターンのうちの１つを示す概略図である。
【図１６ａ】図１３〜図１５の多相機に用いられるようなヨークアーム及びヨークの軸方向セクションの拡大図である。
【図１６ｂ】図１３〜図１５の多相機に用いられるようなヨークアーム及びヨークの軸方向セクションの拡大図である。
【図１７ａ】ダブルテーパを有する磁石を示す種々の図のうちの１つの図である。
【図１７ｂ】ダブルテーパを有する磁石を示す種々の図のうちの１つの図である。
【図１７ｃ】ダブルテーパを有する磁石を示す種々の図のうちの１つの図である。
【図１７ｄ】ダブルテーパを有する磁石を示す種々の図のうちの１つの図である。
【図１８】磁石の考えられ得る取り付けを示す、外側ロータを有する半径方向の機械の一部の平面図である。
【図１９】磁石の考えられ得る取り付けを示す、内側ロータを有する半径方向の機械の一部の平面図である。
【図２０】その位置を調整する手段に関連するヨークを示す種々の図のうちの１つの図である。
【図２１】その位置を調整する手段に関連するヨークを示す種々の図のうちの１つの図である。
【図２２】その位置を調整する手段に関連するヨークを示す種々の図のうちの１つの図である。
【図２３】樹脂層内に埋め込まれたヨークを示す図である。
【図２４】並進方向及び旋回軸方向（pivotal：枢動方向）の調整の表示と共にヨークを示す図である。
【図２５】フェライトの透磁率のチャートである。
【図２６】船舶又は航空機のプロペラへの本発明の適用を示す図である。
【図２７】ステータセルの原理図である。
【図２８】電磁フライホイールとしての装置の使用を示す原理図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
図１〜図３を参照すると、軸方向の機械の構築を意図した、参照符号１０で全体的に示されている本発明による装置の第１の実施形態が示されている。
【００２５】
装置１０は主として２つの異なった構造から成る。
【００２６】
第１の構造はディスク又は環１２（簡潔のため、本明細書では以下ディスクと称する）であり、このディスクは装置１０のロータを形成し、シャフト１３に取り付けられる。ディスク１２の主要な表面は、ディスクの外縁付近のその円周に沿って規則的に分配された同一の永久磁石１４の環を有する。磁石１４は、ディスク１２の各表面に一連の交互に逆の極を形成するように配置される。図１〜図３に示す実施形態では、ディスク１２は、磁石１４が占めていない領域では非強磁性材料から作製される。
【００２７】
ディスク１２の中央部分は、推進機能を有すると共に、磁石１４並びに以下に説明する（装置が発生させる又は装置に対して意図する電力を回収／供給するための）コイルへ冷却空気を送る複数のブレード１５を有して形成される。
【００２８】
磁石１４は、図２に示すような円形断面、又は異なる曲線状断面、又はさらに凸状（特に正方形又は長方形）若しくは凹状の多角形断面を有していてもよい。
【００２９】
有利には、磁石は高磁場強度（今日の技術で例えば約１．５テスラ）を有する材料から作製される。材料の選択は用途の種類、したがって動作条件、特に動作環境の温度に応じて決まる。かかる機械に一般的に用いる材料は、最高１５０℃までの温度での動作を可能にするＮｄＦｅＢ、又は最高３５０℃までの温度での動作を可能にするＳｍ−Ｃｏ（又は一般的には希土類（コバルト））、又は最高５００℃までの温度での動作を可能にするＡｌＮｉＣｏである。材料に応じて、磁石１４はディスク１２の磁化領域を構成することができるか、又はディスクに形成されるシートに挿入される磁性体とすることができる。
【００３０】
第２の構造は２組の磁気ヨーク１６、１８を構成し、これらのヨークがディスク１２の周りに該ディスクに対称にそれぞれ環状に配置され、装置のステータを形成する。図示の例では、磁気ヨーク１６、１８は、ディスク１２の周りに磁石１４の前に規則的に分配される。ヨークは実質的にＣ字形若しくはＵ字形を有するか、又は概ね凹状を有し、ディスク１２側に開いており、ヨーク１６には１７ａ、１７ｂで示す２つの実質的に平行なアーム又は磁極拡径部、ヨーク１８には１９ａ、１９ｂで示す２つの実質的に平行なアーム又は磁極拡径部を有する（図３を参照）。アーム１７ａ、１７ｂ、及び１９ａ、１９ｂは、それぞれ導電性材料（例えば銅又はアルミニウムであるが、その比重量の低さから航空用途にはアルミニウムが好ましい）から成るコイル２０ａ、２０ｂ、及び２２ａ、２２ｂを有し、装置の使用の条件に応じて、発生した電力を利用する利用装置又は給電装置（より詳細には、パルス発生器又はブラシレス型電力駆動装置）に個々の接続を有する。有利には、コイル２０、２２は各アームに巻かれる薄シートから作製してヒステリシス損失、水平方向に露出した表面上のフーコー電流及び表皮効果を低減することができる。当然のことながら、対向するコイルは対向する極性に接続される。
【００３１】
磁石１４と同じように、ヨーク１６、１８のアーム１７ａ、１７ｂ、１９ａ、１９ｂは円形断面、又は異なる曲線状断面、又はさらに凸状（特に正方形又は長方形）若しくは凹状の多角形断面を有していてもよい。磁石及び／又はヨークのアームの非規則的な形状、及び／又は磁石及びヨークの異なる断面形状もまた、コギングを低減する（知られているように、これに反してコギングは対称性の強い構造には好まれる）のに役立たせることもできる。アーム及び磁石の断面形状がどのようなものであれ、その領域が同様の又は実質的に同じサイズを有することが重要である。磁石及びアームの領域のサイズが同様であるか又は実質的に等しいことは、ヨーク１６、１８及び磁石１４内で循環する磁束の均一の密度を確保するのに必要である。
【００３２】
円形断面を有する磁石及びアームを使用することによって、ロータが回転したまま磁石及びアームの対向表面が重なる正弦波挙動（図４を参照）が達成され、これにより、この装置を発電機として使用する場合、ほぼ純然たる正弦波起電力（ｅｍｆ）が得られる。しかしながら、部品の商用性及びコギングの低減を考慮することは、例えば、円形断面を有する磁石及び正方形断面を有するアームを有するヨーク（その側面が磁石の直径に実質的に等しい）を使用することにつながり得る。この場合では、発生したｅｍｆは依然としてほぼ正弦波のままであり、ヨークを構成するのに利用可能な材料の帯域幅が大きいことを考慮すると、高調波は幾分高次であるが実質的に損失を引き起こさない。なお、磁石及びアームに想定され得る横方向のサイズ（例えば数センチメートル）を考慮すると、磁石及びアームの領域が同様であることの必要性は依然として見合っている。
【００３３】
生じる波形の対称性を確実にするために、記載の簡潔のために、同じ円形断面を有する磁石及びアームを考慮すること、及びそれらの直径をＤで示すことによって、各ヨーク１６、１８のアームが距離Ｄだけ離間し、そのため、各ヨークの長さが３Ｄであることが必要である。したがって、ヨーク１６、１８に対応して、ロータ１２は長さが４Ｄ・Ｎ（ここで、Ｎは環内のヨークの数である）の円周を有することになる。したがって、所望の数のヨークの取付けを可能にするロータを構築することが可能であるか、又は逆にヨークの数はロータのサイズによって課せられる。さらに、所定のロータ直径について、ヨーク及び磁石によって画定される円周の直径を変えることによって（すなわち、実際にロータ１２の縁から磁石の距離を変えることによって）ヨークの数を変えることも可能である。
【００３４】
磁石１４の数Ｍはヨークの数Ｎに関連し、構築すべき装置の種類に応じて決まる。同期機について、関係式Ｍ＝２Ｎを当てはめ、それにより、後続する磁石１４間の距離がそれらの直径Ｄに等しく、装置１０の静的な構成では、一対の後続する磁石１４がヨーク１６又は１８の双方のアームの前に正確に位置することができる。逆に、非同期機の場合では、関係式Ｍ≠２Ｎを当てはめ、Ｍは偶数であり、後続する磁石１４間の距離は、Ｍ＞２Ｎであるか又はＭ＜２Ｎであるかに応じて、Ｄよりも小さい又は大きい。
【００３５】
ヨーク１６、１８のアームはロータ１２及び磁石１４の表面に平行な平面で終端する。各一対のヨーク１６、１８は対面する一対の磁石１４と共に磁気回路を形成し、この回路はヨークを磁石から隔てる空隙によって閉じられる。各コイル２０、２２を有する一対のヨーク１６、１８は以下「磁性ピラー」とも呼ばれる。
【００３６】
図３の図により良く示すように、ヨーク１６、１８のアーム１７ａ、１７ｂ、１９ａ、１９ｂの端は各一対の磁石１４の対面する極から僅かに離間していることで空隙２４ａ、２４ｂ及び２６ａ、２６ｂを形成し、空隙はそれぞれ、磁石とヨークとの接触を回避することによって一方の側面上でのディスク回転が可能となり、他方の側面上で磁気回路の脱飽和（desaturation）が可能となるように意図されている。ロータ１２及びステータ１６、１８が平面を有するため、機械加工により、非常に小さな空隙したがって高い効率を得ることが可能となる。なお、明確にするため、ヨークのアーム間の間隔は図面では誇張されている。
【００３７】
図１に戻ると、シャフト１３の通過及び回転を可能にするように作製された外側ケーシング２８が装置１０のロータとステータの組付けを保持する。さらに、図面に示されておらず後でより詳細に説明する個々の支持体にヨークが取り付けられることで、３つの直交軸ｘ、ｙ、ｚに沿っての並進移動、及び同じ直交軸を中心とした矢印Ω１、Ω２、Ω３で示す旋回運動（図２４を参照）によって磁石１４に対してヨーク１６、１８の位置の個別の調整が可能となる。
【００３８】
これにより、ヨークの容易な取付け、装置の組付け時のヨークの位置の最適化、及び装置の効率の最大化が可能となる。
【００３９】
ヨークの軸方向位置の個別の調整が可能であることにより、効率を最大化するように空隙２４、２６の幅を最小化することができるだけでなく、本発明の幾つかの用途の記載から明らかとなるように、異なる動作位相の要件に磁気ピラーの作用を合わせるために動作時にかかる空隙を変えることもできる。さらに、発電機及び電動機モジュールの双方を有する装置の場合、開始時に、開始を容易にするために発電機の機能を一時的に不能にするか又は限界値に調整してもよく、その一方、加速を増大させるために電動機モジュールをより近くにくるようにさせることができる。さらに、過熱の場合の安全機構として空隙の増加を利用することができる：空隙のそのような増加により回路のリラクタンスが高くなり、そのため、コイル内の連結された電圧、したがって温度が下がる。概して、装置の残りが動作を続けている状態のまま、適正に動作していない１つ又は複数のヨークを動作不能にすることが可能である。
【００４０】
回転軸に対して垂直な平面内でのヨークの調整が可能であることもまた、過熱の場合の空隙の増加に対する代替に用いることができる安全機構である：実際に、ヨーク及び磁石のアラインメントが損なわれることにより回路のリラクタンスが高くなり、連結された電圧、したがって導体内の温度の低減が生じる。
【００４１】
さらに、回転数に重要な変化がある場合にほぼ一定の電力の発生を意図した機械の場合、ヨークの位置の半径方向及び軸方向の調整ができることを利用して、連鎖的に生み出される電力（concatenated power：連結された電力）の値を調整することができる。
【００４２】
有利には、後で説明するように、ステータ支持体は、ディスク１２の外周上に転がってヨーク１６、１８と磁石１４との間の空隙２４、２６を一定に保持することを可能にすると共にロータ１２の軸方向及び半径方向の揺動並びに熱膨張を補正することを可能にするように構成される、ローラ又はボール等の転がり装置を含む。このことは、ロータの半径方向又は軸方向の変位、揺動、共鳴、並びに機械的及び熱的変形が重要となり得るサイズの大きな機械に特に影響を有するものである。
【００４３】
自身のコイルと、自身の支持体と、支持体の変位を制御する手段（例えば任意の必要な位置センサ及び温度センサを含む）とを有する各ヨークは、装置全体を形成するのに再現される、したがってモジュール構造を有する基本的なステータセルと見なすことができる。そのため、残りの記載から明らかとなるように、種々の構成を容易に達成することができる。
【００４４】
磁気ヨーク１６、１８の材料は装置の用途に応じて決まり得る。
【００４５】
高周波用途では、好ましい材料は透過率が高く、残留磁束が小さく、磁気リラクタンスの低いフェライト（フェロセラミック材料）である。フェライトの使用は以下の理由から有利である：
フェライトは高い磁束密度を得ることができる（約１／２テスラ）；
フェライトは焼結することができる材料であり、したがって、効率を最大化するのに適した構造及び形状に作製することが可能である；
フェライトは最大限が数メガヘルツまでもの広い周波数範囲内にある効率曲線を示し、したがって、本発明に対して想定される用途における磁石の通過周波数と完全に適合性がある。
【００４６】
フェライトを形成する材料の電気抵抗性が高く、且つ、高周波でヒステリシスサイクルが限られている残留磁化の値が低くければ、強磁性材料の損失が非常に低く、電磁損失が非常に低くなり、これにより効率が増加する；
フェライトにより、波形のスプリアス高調波から得るエネルギーを変換することが可能であり、これは直径が大きいこと及び回転数が高いことが要求される用途にとって特に有用である；
フェライトは比重量が低く（鉄の比重量の約半分）、これは航空用途に重要である；
フェライトは、約２５０℃とキュリー温度Ｔｃが低いため、過熱の場合に自己保護能力がある。既知のように、Ｔｃを超える温度でのフェライトの透磁率は実質的に０である（図２５を参照）：したがって、ヨークの温度がＴｃに達する場合、回路のリラクタンス全体がかなり高くなり、空気中の（in air）回路の値に実質的に相当する値をとり、そのため、連結された電圧が非常に低い値まで下がる。この特性をヨークの変位に対する代替案として利用することができる。
【００４７】
数ヘルツから数キロヘルツ（例えば３ｋＨｚまで）の比較的低い動作周波数で、ヨークを例えば０．０５ｍｍ又は０．１ｍｍの厚みの鉄−ケイ素シートから作製することができる。１ＫＨｚから数十ＫＨｚ（例えば２０ＫＨｚまで）の周波数では、EPCOS製のＮ２７のようなＮｉ−Ｚｎフェライトを代わりに用いることができる。Ｎｉ−Ｚｎ材料は動作温度が高いこと、電気抵抗性が非常に高い（およそ１００ｋΩ／ｍ）こと、及びヒステリシス損失が限られていることを特徴とする。また、上述のフェロクスキューブ（Ferroxcube）材料等のＭｎ−Ｚｎフェライト、例えばＭｎＺｎ  ３Ｃ９０−６又はＭｎ−Ｎｉ材料も好適であり得る。
【００４８】
本発明による装置は無線発電機及びブラシレス型電動機として働くことができる。
【００４９】
発電機としての装置１０の動作原理を開示するために、変圧器の動作原理を想起するのが好適である。変圧器では、一次巻線の電気回路の両端にわたる電圧の動的変化により、電流が流れるコイルに磁束変化が生じ、この磁束変化は閉じた磁気回路全体に誘起される。閉じた磁気回路の磁束変化により、連結された巻回数に比例して二次巻線に二次ｅｆｍが生じる。
【００５０】
本発明の場合では、磁束変化は、磁石１４を有するディスク１２を磁気ヨーク１６、１８間で回転させることによって生じる。かかる場合では、一対の対面する磁気ヨーク１６、１８は同ヨーク間で逆の（opposite：両）極を有する永久磁石１４が交互に通過することにより磁束変化を受け、それにより、コイル２０、２２にわたって、ｅｆｍが生じる電圧Ｖ１〜Ｖ４（図３）が誘起される。換言すれば、ディスク１２に回転トルクを適用することによって、永久磁石１４の交互の極により磁束変化を連鎖的に生む（concatenating）ｅｆｍが各コイル２０ａ、２０ｂ及び２２ａ、２２ｂに誘起される。図４に示す磁石１４と環状のヨーク（例えばヨーク１６）の対面する表面との相対位置を見ると、ロータ１２の回転中に対面領域が漸進的に重なる結果、磁束が実質的に正弦波状に増加し、したがって誘起電圧が増加することが分る。
【００５１】
生じる電圧−ΔΦ／Δｔ（ここでは、ΔΦは磁束変化であり、Δｔはヨークのアームの前での２つの磁石の通過間に経る時間である）は、ロータ１２のサイズ、磁石の数Ｍ（したがって、双極子の数Ｎ）及び外周側ロータ速度に応じて決まる。ロータディスクが大きければ、数Ｍを高くし、磁石が通過する周波数を高くし、したがって、電圧を高くすることは、比較的低い回転速度の場合であっても達成することができる。
【００５２】
より詳細には、同期機の場合では、各コイル２０、２２は他方のコイルの波形と同位相の波形を生じ、個別の発電機を形成する。既知のように、コイルが直列に接続されるか又は並列に接続されるかに応じて、それぞれ、電流は同じままであるが単一のコイルの電圧の２Ｎ倍の電圧、又は、整流後、電圧は同じままであるが電流の和に等しい電流を得ることができる。後者の場合、適したフィルタが必要となり得る。
【００５３】
非同期機の場合では、各コイルは隣接するコイルに対し±２π／２Ｎだけ位相シフトされたｅｆｍを生じ、ディスク１２の一回転期間では、波形の整流後、単相波形のリプル率よりも４Ｎ倍小さいリプル率を有する４Ｎ半の波形が得られることになり、そのため、フィルタリング動作及び平滑化動作は必要とされない。なお、非同期機では、磁石とヨークの数は、正弦波形等を生成するようなものであることが有利である(すなわち、Ｍ＝Ｎとなる組合せは回避される)。
【００５４】
装置の性能を評価するために、航空用途に関する以下の例に言及する。磁石１４の環は半径が約１ｍであり、磁石のピッチは約１０ｃｍ（したがって、Ｄは約５ｃｍである）とする。円周が６ｍよりも幾分長いため、環は約６０個の磁石１４からなり得る。装置がタービン内の圧縮機段上に取り付けられる場合、回転速度は一般に約１２０００ｒｐｍ、すなわち２００ｒｐｓである。したがって、磁石が通過する周波数は約１２０００Ｈｚであり、Δｔは約８０μｓである。遷移時間Δｔが短いほど誘起電圧が高くなるため、高周波数及び低電流を有する高電圧を特徴とするエネルギーが生成されることになる。この特徴は、高電圧及び高周波数により、コイル２０、２２の断面サイズが縮小した銅線を用いることが可能となるためさらなる利点が得られ、その上、エネルギー処理及びエネルギー調節に対し強磁性材料が非常に少なくて済む：この結果、重量が低減することになり、この低減は、以下に明らかとなるように多くの用途に対して特に重要である。
【００５５】
装置１０は、位相回転による電圧変化を適用することによってブラシレス型電動機として可逆的に用いることができる。得られる極性反転により永久磁石１４に或る力が誘起され、この結果、ディスク１２が回転する。かかる場合では、コイルに印加される電圧が逆の極性を有する一対の磁束を生成し、整列していると共に逆の極性を有するヨーク１６、１８に対向して磁石１４を位置決めすることができるようにディスクを移動させる。同期電動機の場合では、漸進的な位相増加は動きを開始するように全てのコイルに生じるようになっている。非同期電動機の場合では、構成に起因するロータ及びステータ間の位相シフトにより制御が単純化され、機械を回転させるにはコイルのいずれかのバランスを崩せば十分である。
【００５６】
従来のブラシレス型電動機におけるのと同様に、ステータ１６、１８に対する磁石１４の位置が検出される。したがって、システムが安定状態に達するとすぐに制御回路が位相回転を開始させ、この位相回転によりロータを再度変位させて新たな安定点を探すようにする。かかる制御パルスの周波数を漸進的に増加させることによって、ロータの加速が生じる。
【００５７】
電動機として動作する場合の主な特徴は以下の通りである：
加速トルクが高い：実際、力はディスク１２の外周に加えられ、該ディスク１２は大きい半径（トルクアーム）を有することができる；述べたように、半径が大きいことにより、電動機を動作させる際に協働する多数の磁気双極子を取り付けることが可能となり、したがって、結果として力全体が高くなる；
装置の励起周波数に応じて回転数が高い（例えば、発電機としての動作に関して述べた性能についての考察を参照のこと）
さらに、発電機に関して述べたように、ロータ及びステータは２つの平行な表面であるため、機械加工により非常に小さな空隙を得ることができ、したがって効率を高くすることができる。
【００５８】
なお、装置のモジュール構造により、また種々の磁気回路の独立性により、発電機機能及び電動機機能を同じ装置内で同時に示すことができ、特に交互のセルが発電機又は電動機として働くことができる。そのため、発電機セルを位置検出器として用いて電動機機能に対しフィードバックを供給することができる。実際に、発電機セルは、該発電機セルの前を通過する磁石の位置に比例する電圧を供給し、発電機セルと電動機セルとの相対位置が分るため、発電機セル及び電動機セルに対するロータの位置を迅速に得ることができる。これにより、ブラシレス機内で動きを得るのに必要とされる正確な位相を有するように電動機セルのパルスを調整することが可能である。
【００５９】
代替案では、位置フィードバックをホール効果検出器又は補助巻線によっても提供することができる：しかしながら、ホール効果検出器が１５０℃を超える温度では適正に動作しないことを考慮すると、後者の補助巻線の解決策が好ましいであろう。
【００６０】
図５及び図６は図２及び図３と同様の図であるが、ロータ１２が強磁性材料から作製される変形実施形態に関する。双対のそれらの図における同一の部材は同じ参照符号で示されている。この例では、ステータは単一のヨーク１６の環を含み、各コイル２０ａ、２０ｂが磁石１４に対向して位置付けられており、磁石１４はヨーク１６に面するロータ１２の表面に接着されている（図６を参照）。磁石１４をロータ１２に接着するのに適した材料は例えばロックタイト  ハイソル９４６６（loctite hisol 9466）である。さらに、接着を容易にするために、ロータ１２はアルミニウム又は樹脂から成るガイド（図示せず）を備えることができ、このガイドは磁石１４の位置を画定することが可能であると共に、封機能、強化機能及び脱飽和機能を有することが可能である。接着が高回転速度での遠心力の影響に耐えるには十分でない場合、後で開示するように、磁石を所定位置に保持する他の手段をとることができる。この実施形態では、磁気回路はディスク１２及び空隙２４ａ、２４ｂを介して一対の磁石１４及び１つのヨーク１６間で閉じている。より詳細には、図６に示すように、磁気回路はＮ極の第１の磁石１４、空隙２４ａ、コイル２０ａ及び２０ｂを有するヨーク１６、空隙２４ｂ、Ｓ極の第２の磁石１４、Ｎ極の第２の磁石、ディスク１２、及びＳ極の第１の磁石を含む。この変形実施形態の動作原理は図１〜図３に示す実施形態の動作原理と同じであり、相違点は異なる数のコイルに関する点だけである。
【００６１】
ヨークのアーム及び一対の磁石間の磁気回路を閉じるために薄い強磁性シートによって同じヨークに面する磁石を接続することによって、単一のヨーク環を用いる実施形態を、非強磁性材料から作製されるロータの場合にも用いることができる。
【００６２】
この変形実施形態により装置の軽量特徴が増す。
【００６３】
図７は別の変形実施形態を示し、ここでは、ヨーク１６、１８はディスク１２の全周に沿ってではなく、その１つ又は複数の別個の弧（（図示の例では２つの弧）に沿ってのみ分配されている。ヨークの組を減らすことが可能であることは、本発明のモジュール構造によって得られる利点の１つである。各組が単一のヨークを有することもできる。この変形実施形態は、全周に延びる１組の基本セルによって得られる電力（発電機機能及び電動機機能の双方用）では過度である用途に適している。当然のことながら、この変形形態は、ロータ１２の両側面にヨークの組を有する図１〜図３に示す類の装置に対し示されているとしても、図５及び図６に示す単一のヨークの組の場合にも適用可能である。
【００６４】
図８〜図１２は、半径方向配置の磁石及びヨークの場合の本発明の一実施形態に関する。先の幾つかの図を参照して既に説明した要素は、同じ参照符号にプライム符合を加えて示されている。
【００６５】
半径方向の実施形態では、ロータ１２’はその側面に交互の向きで磁石１４’を有する円筒体である。軸方向の実施形態におけるのと同様に、ロータ１２’の材料に応じて、２組のヨーク１６’、１８’（図８）又は１組のみのヨーク１６’若しくは１８’（図９及び図１０）を設けることができる。ヨークは半径方向に向いたアームを有し、これらのアームにコイル２０’、２２’が巻かれている。単一のヨークの組を用いる解決策では、ヨークは、それぞれ図９及び図１０に示すようにロータ１２’の外側又は内側に位置付けされていてもよい。図９及び図１０に示される配置をそれぞれ「内側ロータ」配置及び「外側ロータ」配置と称する。半径方向の実施形態では、ロータとヨークのアームとの対面する表面は空隙の安定性を確実にするように任意の地点で同じ曲率を有する。
【００６６】
外側ロータ配置及び２組のヨークを用いる配置では、ロータ１２’はその組又は１組のヨークが内部に取り付けられる大きな中空円筒チャンバの表面上に形成される。内側ロータ配置では、ロータ１２は依然として環であるか又はシャフト１３’によって保持されるディスクである。また、半径方向の実施形態では、ヨーク１６’及び／又は１８’は磁石の環全体の前に又はかかる環の１つ又は複数の弧の前に分配することができる。
【００６７】
図１１及び図１２に示す変形形態では、ロータ１２’の側面は、一方の列の磁石が他方の列の隣接する磁石に対し逆の向きを有する、２つの隣接する平行な列の磁石１４ａ’、１４ｂ’（対をなす磁石配置）を保持することができる。ヨーク１６’及び／又は１８’のアームは各環の一方の磁石１４’ａ、１４’ｂに面する。図１２に示すように、ヨーク１６’（１つだけ示す）はロータの環の母線に対し傾斜して配置することができ、その場合、２つの磁石列は、同じヨークに面する磁石対１４’ａ、１４’ｂもロータの環の母線に対し傾斜して配置されるように互いに対しずらされる。この特徴もまた、コギングの低減に寄与する。
【００６８】
対をなす磁石配置では、同期構成及び非同期構成の双方において、磁石対は常に、ヨークのアームを双方とも通過させる同じ半径方向平面内にあり、回転位相は常に、磁石及びヨークの双方に共通であることを理解すべきである。そのような場合では、磁石がヨークの前にあることから磁流がヨークのアームに存在するか、又は磁石がヨークの前にないことから循環流は生じない。このことは、アーム間に位相シフトがないため、フーコー電流による望ましくない（spurious）損失（すなわち、流れがヨークの一方のアームに依然として存在し、他方のアームを通してロータの方へ散逸を引き起こす）が排除されるという重要な利点を得る。これとは反対に、他の全ての配置では、アームが或る特定の角度だけ相互に位相シフトした平面内にあるため、磁石の横軸を通る一平面とヨークのアームを半径方向に横断する平面との間には常にわずかな位相シフトがある：したがって、或る特定のフーコー電流による望ましくない損失が常に存在する。
【００６９】
空隙がここでは軸方向の空隙ではなく半径方向の空隙であることを考慮すれば、軸方向配置に関して先に説明したヨークの調整可能性についての考察は全て、半径方向配置にも当てはまる。例えば、連鎖的に生み出される電力を調整するために、ヨークの半径方向の変位により空隙を変え、回転軸に対するヨークの長手方向の変位により、磁石及びアームが重なる領域を変えるようにすることができる。
【００７０】
なお、対をなす磁石列と磁石に対するヨークの傾斜配置とは、半径方向配置のうちの１つに対してのみ示されているとしても、本明細書に開示されている他の半径方向配置及び軸方向配置の種々の変形形態にも採用することができる。
【００７１】
これまで説明した実施形態では、ヨークのコイルは互いに且つ他のヨークのコイルとは独立しており、電力駆動装置又は利用装置に個別に接続されるものとしてきた。多数のセルが外部との多数の接続、すなわち、各コイルにつき少なくとも２つの接続を伴うことになるが、このことは装置の複雑性の点から欠点となり得る。各アームに個別のコイルを依然として有しつつ、装置のモジュール構造を採用して外部接続の数を減らすことができる。装置の幾何学的様相を見ると、Ｎ個のヨーク（したがってＰ＝２Ｎ個のアーム又は磁極拡径部）及びＭ個の磁石を用いる機械では、概して、磁極と向かい合う磁石との間の所定の幾何学的位相がＸ個の磁極拡径部の周期性に伴って生じることを観察することができ、上記Ｘは以下の式：
Ｘ＝Ｐ／ｇｃｄ（Ｐ，Ｍ）
（式中、略語「ｇｃｄ」は最大公約数を表す）を有する。Ｘ個のコイルの群における各コイルは該群における他のコイルに対してシフトしたｅｆｍの位相を発生させ、コイルの電気位相は全ての群において同一に繰り返される。同じ位相を有するコイルを機械の内側で並列若しくは直列に又は星形、三角形...の構成で共に接続してもよく、これらの共通の幾つかの点が外部に接続されることになる。したがって、外部接続の数が幾つかの異なる位相の数に減る。このようにして、モジュール式の多相機（modular multiphase machine）が達成され、ここでは、各モジュールがＸ個の磁極拡径部及びＹ＝Ｍ／ｇｃｄ（Ｐ，Ｍ）個の磁石を有する。位相が反転した交互のモジュールのコイルの外側に接続することも可能であり、そのため、所定の一対の値Ｍ、Ｐを有するＸ位相機又は２Ｘ位相機を達成することができる。当然のことながら、モジュール式の多相配置が対をなす磁石の実施形態に適用される場合、セルの双方のアームでの同期の流れの利点が依然として維持される。同じ位相を有するモジュールどうしを並列又は直列に接続することによって、電圧を自由に増減することが可能であり、それにより、ヨークの変位によって得られる同じ結果が達成される。
【００７２】
図１３〜図１５は、幾つかの異なる対の値Ｐ、Ｍを有する幾つかの例示的な配置を示し、ここではＭはＰ−２よりも少ない偶数である。これらの図は半径方向の実施形態を示しているが、当然のことながら同じ考察が軸方向の実施形態にも当てはまる。
【００７３】
図１３では、Ｐ＝６４及びＭ＝４８であり、そのためＸ＝４である。これにより、４つのコイルから成る１つおきの群のコイルが４つのコイルから成る隣接する群の対応するコイルに対して同じ位相を有するのか又は逆の位相を有するのかに応じて、４相機又は８相機を得ることが可能である。
【００７４】
図１４では、Ｐ＝４８及びＭ＝４０であり、そのためＸ＝６である。これにより、６つのコイルから成る１つおきの群のコイルが６つのコイルから成る隣接する群の対応するコイルに対して同じ位相を有するのか又は逆の位相を有するのかに応じて、６相機又は１２相機を得ることが可能である。
【００７５】
図１５では、Ｐ＝４８及びＭ＝３２であり、そのためＸ＝３である。３つのコイルから成る１つおきの群のコイルが３つのコイルから成る隣接する群の対応するコイルに対して同じ位相を有するのか又は逆の位相を有するのかに応じて、３相機又は６相機を得ることができる。
【００７６】
Ｐ以上の数のＭを用いて他の非同期構成を達成することもできる。
【００７７】
外部接続のこの単純化は、同期機の場合にも適用することができ、ここではＭ＝Ｐであり、そのため、同じ位相を有するＰ個のコイル、又は或る位相を有するＰ／２個のコイル及び逆の位相を有するＰ／２個のコイルを得ることができ、外部への接続は１つ又は２つしか必要としない。
【００７８】
図１３〜図１５はまた、多相機に特に有利である、或る形状の磁極拡径部（ここでは参照符号７で示す）も示す。図１６（ａ）及び図１６（ｂ）の拡大図の参照も行う。磁極拡径部７は磁石に面する拡径ヘッド７ａ、コイル（ここでは参照符号２１で示す）が巻かれる断面サイズが縮径した中間ステム７ｂ、及び磁極拡径部７を支持体（例えば先に開示した接続部材）に固定するベース又はフット７ｃを有する。この形状は、回転磁石に対するコイルの露出を少なくしつつ、機械の活性強磁性セクションを大きくするという利点を有する。ステム７ｂは実質的に直方体として形作られ、ロータの回転方向に対し垂直な最大表面を有する。また、磁極拡径部のフット７ｃはステム７ｂよりも大きなサイズを有することができる。磁極拡径部７は締結手段７ｄによってステータ支持体に個々に締結することができ、図１６（ｂ）に示すように、ヨーク（ここでは参照符号６で示す）が、各自のフット７ｃに対応して接合された２つの隣接する拡径部７を備える。個々の取付けは、コイルの巻回を容易にするという点で有利である。さらに、フット７ｃの側面が例えば数度だけわずかに傾斜していることで、ロータ側に開いた或る特定の角度がヨークにおけるステム７ｂの軸間に存在する。ヨーク６におけるステム７ｂの軸の傾斜は、比較的大きなサイズのコイルの巻回のためのスペースを提供する。
【００７９】
発電機として装置を用いる場合に外部接続の数を減らすためのさらなる解決策は、機械の内部の全てのコイルの波形を整流すること、並びに機械内で正極及び負極を並列に接続し得ることであり、そのため、２つの出力導体（output conductors）しか必要とされない。しかしながら、かかる解決策は、全てのコイルが一緒に接続されるため、機械を電動機として使用することを不可能又は非常に困難にする可能性がある。しかしながら、図１３〜図１５を参照しながら開示した位相のモジュール性を採用して、セルの幾つかを整流構造に接続しないでおくようにすると共に、電動機機能のためにかかるセルを使用するようにすることができる。例えば、４８個の磁極拡径部を用いる機械を考えた場合、以下のシーケンスを予想することができる：３個の磁極拡径部を整流器及び独立した可逆の１つの磁極拡径部を介して接続し、それにより、３６個の磁極拡径部を直接整流すると共に一緒に接続し、１２個の独立した磁極拡径部をＸ＝４のピッチで円周に沿って分配させる。
【００８０】
図１７（ａ）〜図１７（ｂ）は、磁石がタービンのインペラに取り付けられた場合に遭遇する回転速度のような特に高い回転速度での遠心力に耐えるのに適した磁石の実施形態を示す。磁石は四角形板１４０であり、その底面が磁石のＮ極及びＳ極を形成し、その側面がダブルテーパを有する：より詳細には、磁石の２つの対向する側面が例えば上から下にかけてテーパになっており、他の２つの側面が逆のテーパを有する。換言すれば、図１７（ｂ）の線Ｃ−Ｃ及びＤ−Ｄを通る平面のような、磁石の底面の１つに対し垂直な２つの平面によるセクションは、図１７（ｃ）及び図１７（ｄ）に示すように２つの逆台形である。かかる形状により、高い耐圧縮性を利用するために接線方向又は半径方向の圧縮応力を伝達することが可能である。
【００８１】
必要であれば、互いに隣接する磁石の場合では、磁石の対面する側面に相補的なテーパを有する保持要素（図示せず）を隣接する磁石間に磁石環に対し横方向に設けることができ、対をなす磁石配置の場合では、２列の磁石間に長手方向にも設けることができる。
【００８２】
なお、図１７（ａ）〜図１７（ｄ）の実施形態の変形形態では、一対の対向する側面のみが傾斜し得るため、板は実質的に楔形状である。また、楔形状又はダブルテーパの板の同じ効果を円錐又は角錐の切頭台のような形状の板によっても得ることができる。
【００８３】
図１６（ｂ）のヨーク６を用いる外側ロータのラジアル装置（radial device）について図１８に示すように、遠心力に対する耐性を、接線方向に動作する弾性の保持部材６０の使用によって高めてもよく、この保持部材は、隣接する磁石１４０間に位置しており、磁石の側面に圧縮応力を印加して接線方向の応力による寸法ばらつきを補正するように構成されている。部材６０は例えば、ロータ１２’に締結される中央部６０ａと、該中央部から各磁石１４０へ延びており、そのため中央部６０ａから離れたＵ字形の脚部が磁石にもたらせかかる２つのＵ字形サイドアーム６０ｂとを有する板ばねを備えることができる。明らかに、一方の列が各磁石の列である２列の保持部材６０、又は単一の列の部材６０を設けることができる。図１８はさらに、隣接するヨーク６が、例えば熱膨張による考えられ得る機械的な干渉に対して自由度を与えるギャップ７７によって隔てられることができることを示す。同じ効果を、エラストマー材料、例えばテフロン（登録商標）から作製される保持部材の使用によっても得ることができる。
【００８４】
図１９は、壁の傾斜が強い楔形状の磁石１４０を用いる内側ロータ機の実施形態の詳細を示す。この解決策は非常に多数の回転に意図される。磁石１４０は座部６２内に収容され、該座部６２はロータのエッジに形成されており、例えばロータ１２’の回転軸に対し垂直な平面内に、磁石の対応する断面形状に相補的な、実質的に台形の断面を有し、磁石１４０は、非導電性シート６６内に被包される。磁石１４０の他の２つの側面は、磁石を横方向に保持するクランプ６４と係合する。
【００８５】
なお、図１８及び１９は対をなす磁石の構成を示し、同じヨークに向かい合う磁石を接続する薄い強磁性シート６１も示す。
【００８６】
図２０〜図２２は、セルの変位とロータの位置又は姿勢の変形又は変化の自動補正とを可能にする、ヨーク１６用の考えら得る支持構造を示す。図２０及び図２１は、２つの直交平面による２つの非常に概略的で断面的な原理図であり、図２２は斜視図であり、ここでは、明確にするため、断面図に示す部材の幾つかは省かれている。
【００８７】
かかる支持構造は、ボール、ローラ、ローラベアリンク又はボールベアリング等のような複数の転がり部材５０（図示の例では各アームにつき２つずつの４つである、図２２を参照）を含む。これらの転がり部材は、該転がり部材用のトラックとして働くと共に空隙を一定に保つ役目を果たす、ローラの表面の好適に加工された周辺領域５１の上を転がるように配置される。このため、転がり部材５０は、機械作動式、油圧作動式又は空気圧作動式の調整ユニット５２、例えば油圧シリンダ若しくは空気圧シリンダ又は摺動部材に関連し、これらは、装置の較正段階において、転がり部材５０が、通常の動作条件ではロータ１２と離間しているように、また、ロータ１２がその適正動作位置から変位するか又は変形した場合に限りロータ１２と接触するように設定される。転がり部材５０の設定は、該転がり部材がロータの上を転がる際に所望の空隙を残すようにアームに対し幾分突出するようなものとなっている。転がり部材５０及びそれらの調整ユニット５２はそれらが関連するヨーク１６と共に、圧縮ばね５６又は同じ機能を有する他の要素に関連するベアリング構造５４によって、上記所望の空隙の変化につながるロータの任意の変位を対比するように互いに対応させられる（calibrated）。
【００８８】
構造に堅牢性を与えるために、コイル２０、２２を有するヨーク１６、１８を構成するセル全体、その支持構造５４、位置調整及び概して上述のヨークの変位を生じさせる手段、並びにかかる変位を生じさせる検出器を、図２３に７０で示す樹脂層において具現することができ、可能であればケーシング（図には示さず）内に収容することもできる。樹脂に、ホウ素、炭化ケイ素、アルミニウム等のような、導電性及び／又は熱伝導性を増大させる材料粉末を充填することもできるであろう。
【００８９】
図２７は、セル及びその軸方向調整のための手段の原理の実施態様を示す。例えばヨーク１６であるヨークはそのアーム１７に２つの電力コイル２０及び２つの信号コイル２００を備え、これらのコイルは冷却コイル８０によって包囲されている。セルはさらに、関連の信号処理／制御回路９０と共に、温度検出器８６及び位置検出器８８を備える。例えば、温度検出器８８は、積極的若しくは消極的な温度制御式の熱抵抗器、又は熱電対を含み得る。上述のように、位置検出器８８（この術語は位相検出器及び回転周波数検出器も含むことを意図する）は、ホール効果検出器若しくは補助コイル、又はさらに、種々のアームのコイルにおける電流及び電圧の位相及び振幅を検出するのに利用される一次（primary）電力コイルとすることができる。なお、検出器８６、８８は、理解をより容易にするためにヨークの外側に示されていても、実際には、セルの内側に、例えば処理／制御回路９０と共に該回路に対して示す位置に位置する。
【００９０】
ロータの変位を比べるばね５６が、シリンダ９２内に摺動可能に取り付けられた作動ピストン又はシリンダ８２内に取り付けられる。装置のアイドル状態では、ピストン８２はばね８４によってシリンダ９２内に完全に後退している。動作状態では、シリンダ９２は、ピストン８２がその安定動作位置にくるようにピストン８２を伸張させる。動的調整の場合では、装置の電子制御ユニットによって制御される好適なリニア駆動装置（linear driver）が、動作要件に応じてピストン８２に加えられる押しを調節する。２つのピストン８２に異なって作用を与えることによって、セルの傾斜が得られ得る。当然のことながら、ピストン８２とシリンダ９２の組立体と同等の、任意の油圧作動式、空気圧作動式又は機械作動式の装置を用いることができる。
【００９１】
検出器８６、８８、処理／制御回路９０及びピストン／シリンダ８２、９２は中央プロセッサ（図示せず）に接続され、この中央プロセッサが、検出器から受信した情報及び該中央プロセッサの内部に格納された機械のモデルに基づき、機械の規則的動作及び安全手順の双方のためにとるべき処置を判定する。変位コマンドが、好適な電力駆動装置及びアクチュエータを介して送られ、それらの（電力駆動装置及びアクチュエータの）ピストン／シリンダ８２、９２又は他の調整ユニットはセルに接続される部材である。
【００９２】
シリンダ８２、９２又は同等のユニットは、他方の軸に沿ったセルの並進移動／他方の軸を中心としたセルの回転を制御するのに設けられる。
【００９３】
調整ピストン５２を有する単一の転がり部材５０は、図面を明確にするためにセルの残りを分解した形で示されている。転がり部材５０は、ロータに対する転がり部材自体の衝撃を補償する、例えばばね５８である衝撃吸収手段と連係する。
【００９４】
記載した、軽量及び高効率の特性並びに電動機としての使用の場合での高トルク及び高性能の特性により、例えば以下のような、装置の幾つかの用途が可能となる：
タービンに取り付けられる航空機用発電機；
タービン用の始動用電動機；
タービン構成（architecture）用のフィードバック電動機；
船舶及び航空機のプロペラ用の電動機；
垂直離陸用の航空機プロペラ；
ガスパイプライン等のポンプ用の電動機；
風力発電機；
一般の工業用発電機；
トルク調整装置；
自動車システム用のフライホイール；
エネルギー回収による電磁ブレーキ；
アクティブブレーキ。
【００９５】
以下、かかる用途を簡単に説明する。
航空機用発電機
この用途は、航空機搭載型で電気エネルギーを発生させる必要性から生じる。装置１０を動作温度が低い段に直接取り付けることができ（そのような場合では図２に示すブレード１５がタービン段のブレードとなる）、機械的エネルギーを受け取る従来のオルタネータの代わりにタービン軸に接続される減速ギヤを用いる（replace through）ことが可能である。したがって、本発明の発電機は、切替え電源による電気エネルギー変換という最新技術に合った解決策であり、これにより、完全な配電によってアクチュエータ、装置及びトランスデューサを遠隔駆動することが可能となる。タービンと直接接触せずに高電圧及び高周波数で電気エネルギーを発生することが可能な装置１０により、従来技法の欠点の多くを排除することが可能となる。特に、装置１０は軽量であり、信頼性が高く、寿命が長く、モジュール構成が容易に拡張可能であり、必要とされるメンテナンスが最小限である。さらに、装置１０は、特に電動機及びギヤボックスのコストに関して比較的安価である。
航空用途用及び一般のタービン用の始動用電動機
完全に可逆式である本発明による装置により、ブラシレス型電動機用の電子制御ユニットの重量及びコストを除けばそれ以外の重量及びコストの付加なしに、航空機搭載のエンジン用の始動システムを提供することも可能である。これとは反対に、始動システムは重量があり費用がかかるために航空機には備わっていない場合が多く、そのため、外部電動機を使用し得る場合、点火段階は駐機時のみに限られる。この選択が航空機自体の柔軟性及び安全性を制限することは明らかである。同じ軽量特性及びコスト限定特性もまた、一般のタービン用の、また航空分野以外の始動用電動機として本発明を採用することを可能にする。
タービン構成におけるフィードバック電動機
低圧コンプレッサ又は高圧コンプレッサを、タービンシャフトの回転速度にもはや連関しない、コンプレッサの周囲及び外側に構築された電気電動機によって確定される回転速度にする（過速度）。これにより、回転数及びタービン段とは個別のコンプレッサの圧力を最適化することが可能となり、その結果、性能及び消費の最適化のための及びそれらの最適化の際の調整可能性がより高くなる。
船舶プロペラ用の電動機
船舶の電気推進は、本発明が関する類の機械をそのノイズが低いことから利用することができ、かかる機械は、船体の外側に取り付けることができ、また、スクリューに剛結されるため、長手方向の船体軸線に対して角変位することができ、それにより、船舶の高い操縦性能がもたらされる。かかる用途における本発明の使用は図２６に示し、ここでは、本発明による装置１０の対をなす磁石の半径方向の実施形態が船舶のスクリュー１１の外周に一体化されて示されている。装置１０の配置を示すようにハウジングのフレームが取り除かれている。かかる用途では、本発明は以下の利点を与える：
スクリューの外周への電動機のセルの配置により、磁極の半径が大きく磁極の数が多い場合にトルクが高い；
セルの個々のメンテナンス及び調整が可能である；
１つのセルが故障した場合でも、他のセルが故障セルとは独立して動作を続けることができるため、信頼性が高い；
セルを樹脂でシールすることにより、厳しく過酷な環境における動作が可能である；
空隙を一定に保持しつつセルがスクリューに対して旋回することができるため、セルが設けられている外周の転がり部材により、フレームに対するスクリューの揺動の回避性が高い。
【００９６】
垂直離陸用の航空機プロペラ及び航空（aeronautical）プロペラ用の電動機
トルクが高く且つ信頼性が高いという利点は、本発明の使用を航空機プロペラにおいても好適にする。本発明を使用する航空機プロペラの構造は図２６に示すようなものである。かかる用途では、本発明の装置は、熱力学機械、アキュムレータ、燃料電池、光起電セル等と連係する発電機ユニットと共に動作することができる。
【００９７】
さらに、スクリュー及び磁石／ヨークの環の向きを同様に水平位置に、例えば翼面に対し平行にすることができるため、垂直離陸のために垂直流を発生させるという可能性があり、離陸後、スクリューと環の組立体が水平飛行に対し漸進的に通過するように回転することができる。かかる用途における本発明の使用により、従来のタービンの非常に高温のガス流（タービンの縦配置でのその流れが航空機及び滑走路に損傷を与えかねない）に関連する問題が解決される。
ガスパイプライン等のポンプ用の電動機
この分野における用途は船舶プロペラにおける用途と同じ原理に基づく。しかしながら、この場合では、磁石はパイプラインの内側に位置するがヨークは外環に位置する。このように、パイプラインの内側ではヨークとプロペラとの間にいかなる接触もないこと及びそれらの間が完全に絶縁していることが確実となる。したがって、ガス及び炭化水素を圧送するのに特に適した高信頼性及び本質安全性が達成される。
【００９８】
風力発電機
かかる用途の場合、ディスク１２の中央部にあるブレード１５が風力発電機のベーンを形成する。この用途は、軽量を保ちつつも、かかる用途に典型的なサイズを有するベーンを収容することが可能な大きなディスクを構築する際に全く問題がないという点で可能である。大きなディスクに取り付けることができる多数の双極子により、また、磁気回路の低損失により、いかなる風の状態でも良好な効率を達成することができる。複数の双極子により、コスト及び性能間のトレードオフを最適化するように構造をサイズ決めすることが可能である。
工業用発電機
本発明は、回転シャフトにロータ１２を固定する（したがって、装置のシャフト１３を形成する）ことが容易であるため、回転シャフトが存在するときは常に発電機としての使用に適しており、その一方、磁気ピラー１６、１８の環は、回転部材とのいかなる機械的な接続もないため、個別に収容することができる。本発明は、要素形成装置（the elements forming device）１０をタービン自体に容易に一体化することができるため、エネルギー生成のためにタービンと共に使用するのに特に適している。
Ｄ．ｃトルク調整装置
この用途は、ヨーク１６、１８の全体もまた回転可能に取り付けられることを必要とする。一定極性の電圧が装置１０に印加される場合、磁石１４は磁気ヨーク１６、１８の前に平衡状態で安定的に位置決めされる。したがって、ヨーク１６、１８を保持する外側部を回転させることによって、同様の回転が磁石１４を保持するロータモジュール１２内に誘起される。ステータとロータのこの共同の回転は最大トルクを得るまで続き、この最大トルクはアーム（磁石環の半径）によってディスク及びヨークに共に作用する接線力の生成によって与えられ、その後、一定の摺動トルクが開始する。この場合、一定のトルクで多数の回転が必要とされるのであれば、回転の際に電流の流れを可能にするように回転コレクタを設ける必要がある。
【００９９】
電圧レベルを変えることによって、連鎖的に生み出される力が、強磁性回路を飽和させるまで変わる。
Ａ．ｃトルク調整装置
この場合、本発明による装置は電動機に関して説明した通りに働く：さらに、ねじ込みストロークの終了時に、ｄ．ｃトルク調整装置の場合と同様に、装置を停止し、印加されたトルクをリセットする。しかしながら、この場合、電流の流れを可能にするのに回転コレクタは必要とされない。
【０１００】
本発明を使用するＤ．ｃトルク調整装置又はａ．ｃトルク調整装置は、ねじ山が完全にねじ込まれる場合でも一定のトルクで動作せねばならない、例えばボトルキャップをねじ込む機械に用いることができる。かかる必要条件は特に食品分野及び化学薬品業界において厳しい。
電磁フライホイール
本発明の重要な用途は、機械的エネルギーを電気的エネルギーに変換すること、電気的エネルギーを複式（mixed）アキュムレータシステム（すなわち、異なる時間で動作すると共に異なる蓄積特性及び供給特性を有する装置を含むシステム）に蓄えること、及び、装置の可逆性により、そのエネルギーを加速段階時に機械的エネルギーとして戻すことによって、減速時にエネルギーを回収するためにある。装置は実質的に電磁フライホイールとして働く。
【０１０１】
本発明による装置を電磁フライホイールとして用いるシステムの構造は、図２８に概略的に示す。
【０１０２】
この構造では、電磁フライホイールすなわち装置１０は、エンジン３０とギヤボックス３２の上流の負荷（load）との間のドライブシャフトに取り付けられる。かかる状態下では、フライホイール１０は、ドライブシャフトと同じ速度（概しておよそ１０００ｒｐｍ〜最大２００００ｒｐｍ及び２００００ｒｐｍ超）で直接回転する。フライホイール１０は電動機軸の横方向に且つ車両の中央に配置することができ、それによって、ジャイロ効果（しかしながら、可動部材（ロータ）は慣性モーメントが低いため、このジャイロ効果は小さい）を最小限にする。
【０１０３】
フライホイール１０は、一方の側が、全体でエネルギー回収アセンブリ３３を形成するユニットに、他方の側が、全体でエネルギー供給アセンブリ３５を形成するユニットに接続される。アセンブリ３３、３５は、述べたように複式アキュムレータシステムとすることができるアキュムレータ４０の入力部及び出力部にそれぞれ接続される。エネルギー回収アセンブリ３３は、ブレーキ制御部３６によってフライホイール１０と電流発生器３８との間で接続されることができるインバータ３４を含む。その場合、電流発生器３８はアキュムレータ４０に供給する。エネルギー供給アセンブリ３５は、アキュムレータ４０に接続されると共にフライホイール位置エンコーダ４４によって制御される位相調整装置４２と、加速度制御部４８によってフライホイール１０に接続することができるブラシレス型電動機スレーブユニット４６とを含む。
【０１０４】
アイドル状態（すなわち、ブレーキ制御部３６が作動していない場合）では、コイル２０、２２（図１〜図３）は、通常稼動時の制動効果を無効にするために、開回路状態に保たれ、ロータ１２から離れていることで、空隙が増加しており、そのため逆起電力フィードバックは実質的に０である。制動段階時又は回収段階時に、コイルの電気回路をインバータ３４側で閉じることで、電流の流れを作り、逆起電力をフライホイール１０のディスク１２上に発生させる。さらに、ヨーク１６、１８の環は双方とも、装置が最小限の空隙で、したがって最大の逆起電力で動作するようにディスク１２のより近くに移動する。その力により運動エネルギーが低減し、それにより車両を制動すると同時に高周波電気エネルギーを発生させ、この高周波電気エネルギーはアキュムレータ４０内に蓄えられ得るように電流発生器３８によって変換される。
【０１０５】
加速時、逆供給プロセスが作動する。この段階では、フライホイールがブラシレス型電動機として働く。加速度制御部４８が作動すると、位相回転による電圧変化が加わり、次いで、極性反転が永久磁石１４に或る力を誘起し、これによりディスク１２を回転させる。残りの動作については、電動機としての動作に関して既に行った考察が当てはまる。本発明の技術はまた、短時間で高エネルギー量を供給することを可能にする、すなわち、これにより、供給段階時に、非常に高い加速トルク及び電動機応答性の非常に急峻な曲線を得ることができる。
電磁ブレーキ
図２８に示すような車両の熱力学エンジン２０とトランスミッションユニット３２との間に取り付けられる本発明による装置１０は、電磁ブレーキとしても働き得る。かかる用途では、通常動作時、上記の例におけるように、コイル２０、２２（図１〜図３）が開回路状態に保たれ、ヨーク１６、１８がロータから大きく離れたままであり、そのため、逆起電力フィードバックは実質的に０である。制動時、前述のようにヨークがロータのより近くに移動し、コイルの電気回路が（フライホイールの場合でのようにインバータ側で閉じられる代わりに）抵抗負荷側で閉じられ、制動エネルギーが熱エネルギーに変換される一方で、逆起電力制動力がディスク上に作用する。
アクティブブレーキ
本発明の考えられ得る別の使用はアクティブブレーキとしての使用である。この原理は、本例ではエネルギー蓄積が車両の通常動作時すなわち稼動段階にも行われることを除けば、フライホイールについて説明した原理の発展である。制動段階時、コイル２０、２２の回路は負荷側で閉じられるだけでなく、逆回転電動機として動作するように駆動もされる、すなわち、その場合はエネルギーがアキュムレータ４０（図２８）から制動装置に流れ、それにより制動時間を減らす。装置１０を各ホイールの軸に配置することによって、ホイールロックを回避することもできる、すなわち、制動時に、ロータとステータの相対位置を軸方向に調整することが可能であることにより、アクティブな制動作用を各ホイールに個別に分配することができ、緊急制動の典型的な不均衡な負荷を補償するのに好適な、差示的な方法で逆回転作用を行うことができる。かかる用途の一般的な利点は、関連するエネルギーが高いものの短期間であることから、装置の高トルク、迅速な介在及び低消費電力に関する。
【０１０６】
上記の記載はもっぱら非限定的な例として挙げられており、本発明の範囲を逸脱しない限り、記載の実施形態に対する変更及び修正が特に構成要素の形状、サイズ、材料及び種類等に関して可能である。例えば、ヨーク、したがってセルがロータの前に完全な環を形成する場合も、それらはロータの円周に沿って規則的に分配する必要はない。この非規則的な分配はコギングを低減する際に、また、装置が発電機モジュール及び電動機モジュールの双方を含むか又は多相構造を有する場合にも有用である。必要であれば、ステータのセルの非規則的な分配を、装置の制御システムによって電子的に補正することができる。また、上述の用途のほかにさらなる用途も可能である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６（ａ）】
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【図１６（ｂ）】
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【図１７（ａ）】
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【図１７（ｂ）】
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【図１７（ｃ）】
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【図１７（ｄ）】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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