(57)【要約】  横方向磁束機を開示し、前記磁束機では回転子が、複数の軸方向に隣接する永久磁石リングを有し、前記リングが個別の磁石によって構成され、前記磁石の磁性方向が半径方向に交番している。固定子は少なくともいくつかの領域で回転子を同心円状に取り囲み、空隙を構成する。さらに、回転子は複数の固定子コイルを有し、前記コイルは永久磁石リングに対して同軸上に方向付けられる。各固定子コイルには２つの端子を設ける一方、互いに噛み合い、回転子の永久磁石リングと対向する磁気的軟極は固定子コイルの端部から突出し、前記コイルは回転子に向かって空隙に対向する。極は、単一の個別の磁石と各々同一平面になる。制御される有効無効電源には、各固定子コイル用の２つの端子を設け、各固定子コイルは前記２つの端子に接続される。監視構成は、固定子コイルの１つの故障発生時に、有効無効電源にトリガ信号を供給し、各固定子コイルの２つの端子が互いに低抵抗で接続されるようにする。本発明の横方向磁束機は、ロータリエンジン用のスタータ発電気として特に構成され、ねじれに耐えられる形態でロータリエンジンの回転シャフトに結合される。【選択図】  図３
2009529851.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
−  回転子（５２）が、互いに軸方向に近接配置された複数の永久磁石リング（５６）を有し、半径方向に交番する磁性方向（Ｎ、Ｓ）を備えた個別の磁石（５６ａ、５６ｂ、５６ｃ、…）から構成され、
−  固定子（５８）が、少なくともいくつかの領域で同心円状に回転子（５２）を取り囲んで空隙（６０）を構成し、永久磁石リング（５６）と同軸に方向付けされた１つ以上の固定子コイル（６２）を有し、
−  固定子コイル（６２）が、２つの端子（６２ａ、６２ｂ）を有し、回転子（５２）に向かって空隙（６０）に対向する側で、噛み合い極（６４）がそれを超えて突出し、これらの極が回転子の永久磁石リングに対向し、各々が個別の磁石（５６ａ、５６ｂ、５６ｃ、…）の個別の磁石に対して整列し、
−  有効無効電源（７０）が制御され、各固定子コイル（６２）用の２つの端子を有し、前記端子に各固定子コイル（６２）を接続し、
−  少なくとも１つの監視構成（６８）が、１つ以上の固定子コイル（６２）内の故障事象の発生時に、有効無効電源（７０）にトリガ信号を供給し、各固定子コイル（６２）の２つの端子が低抵抗で相互接続されるようにする横方向磁束機。
【請求項２】
監視構成（６８）を設け、故障事象として、
−  固定子コイルの１つの巻線の短絡
−  固定子コイルの複数の巻線の短絡
−  固定子コイルの全ての巻線の短絡
−  固定子コイル内の接地への単一の短絡
−  固定子コイル内の接地への複数の短絡
−  複数の固定子コイル内の接地への単一の短絡
−  複数の固定子コイル内の接地への複数の短絡
−  ２つの固定子コイルの間の低抵抗接続
−  １つの固定子コイル内の高抵抗接続
−  ２つの固定子コイルの間の高抵抗接続
の状態の１つ以上を検出する請求項１記載の横方向磁束機。
【請求項３】
監視構成（６８）を設け、固定子コイル内を流れる電流および／または固定子コイル上で降下する電圧を検出して、それらを比較し、１つ以上の固定子コイル内の故障事象を検出可能にする請求項２記載の横方向磁束機。
【請求項４】
監視構成（６８）を設け、１つ以上の固定子コイル上に設けた温度センサによって各固定子コイルの発熱を検出し、それによって各固定子コイル内の過負荷、短絡などを検出する請求項２または３記載の横方向磁束機。
【請求項５】
監視構成（６８）を設け、絶縁監視用の電位監視回路によって、１つ以上の固定子コイル内の接地への短絡を検出する請求項２〜４のいずれか１つに記載の横方向磁束機。
【請求項６】
有効無効電源（７０）が、電力切り替え用の２つのハーフブリッジを有する上記請求項のいずれか１つに記載の横方向磁束機。
【請求項７】
２つのハーフブリッジが、直列に接続した少なくとも２つの半導体スイッチを有し、
−  各半導体スイッチが制御入力（Ｇ）を有し、第１半導体スイッチが第１電力端子（Ｓ）を有し、前記端子が高電位（ＶSS）に接続可能であり、
−  第２半導体スイッチが第２電力端子（Ｄ）を有し、前記端子が低電位（ＶDD）に接続可能であり、
−  各第１半導体スイッチの第２電力端子（Ｄ）が各第２半導体スイッチの第１電力端子（Ｓ）に接続され、固定子コイル用の端子（６２ａ，６２ｂ）を構成する上記請求項のいずれか１つに記載の横方向磁束機。
【請求項８】
監視構成が故障事象の発生時に有効無効電源をトリガし、２つのハーフブリッジにおいて、
−  第２半導体スイッチが導通したままで、第１半導体スイッチがトリガされないままであるか、
−  第１半導体スイッチが導通したままで、第２半導体スイッチがトリガされないままであるようにする上記請求項に記載の横方向磁束機。
【請求項９】
各半導体スイッチがフリーホイールダイオードを有し、前記ダイオードが各半導体スイッチの２つの電力端子に並列である上記請求項のいずれか１つに記載の横方向磁束機。
【請求項１０】
定格起磁力を実現する起磁力が故障事象の発生時に決して発生しないように、固定子コイルとそれらの電気負荷を設計している請求項１〜９のいずれか１つ以上に記載の横方向磁束機。
【請求項１１】
固定子が、好ましくはプレスおよび／または焼結金属粉末から作製された軟磁性成形本体である請求項１〜１０のいずれか１つに記載の横方向磁束機。
【請求項１２】
少なくとも１つの固定子コイルが複数のリング領域（１ａ…４ｄ）によって構成され、そこで、
−  複数のリング領域（１ａ…４ｄ）がリング（１ａ，２ａ、３ａ、４ａ、…１ｄ、２ｄ、３ｄ、４ｄ）を構成し、前記リングが隣接するリングと基本的に同心円状に配置され、
−  各リング領域（１ａ…４ｄ）が２つの端部の少なくとも一方上で、さらに半径方向外側または内側に向かうリング領域に接続され、
−  完全に半径方向外側（１ｄ、２ｄ、３ｄ、４ｄ）または完全に半径方向内側（１ａ、２ａ、３ａ、４ａ）にあるリング領域が、それらの２つの端部の一方において、完全に半径方向内側（１ａ、２ａ、３ａ、４ａ）にあるリング領域および／または完全に半径方向外側（１ｄ、２ｄ、３ｄ、４ｄ）にあるリング領域に接続される請求項１〜１１のいずれか１つに記載の横方向磁束機。
【請求項１３】
回転子が、少なくとも部分的に軟磁性材料から作製されることを特徴とする上記請求項のいずれか１つ以上に記載の横方向磁束機。
【請求項１４】
横方向磁束機が、回転固定形態でタービン型機械の回転シャフトに接続されることを特徴とする上記請求項のいずれか１つ以上に記載の横方向磁束機を備えたタービン型機械、特にガスタービン、特に航空機ガスタービン。
【請求項１５】
横方向磁束機が、発電機として設計される請求項１４記載のタービン型機械。
【請求項１６】
横方向磁束機が、スタータ発電機として設計される請求項１４または１５記載のタービン型機械。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
電力を生成するために、同期発電機がしばしば用いられる。このような機械が内部回転子として設計される場合、それらは回転磁界を生成する外部巻線（固定子巻線）を有する。磁気ホイール（回転子）は、磁界を生成するために永久磁石または励起巻線を保持する。これらの多相機では、回転子のｒｐｍは回転磁界の数に等しい。固定子は互いに電気的に絶縁された層状磁鉄板からなり、渦電流損失を低減するように設計されている。固定子巻線は、放射状内向きに突出した固定子の極の間の軸方向に並列な溝内に挿入し巻き付ける。回転子の運動と共に回転する交番磁界は回転子の極と固定子の極の間の空隙を克服し、固定子巻線と交差する。回転子の各回転と共に交番する磁界のために各巻線内には交流電圧が生成され、この交流電圧の周波数は回転子のｒｐｍと同期する。固定子巻線を適切に構成し配線することによって、同期機は単相または多相交流電圧を生成できる。発電機の動作中、有効電力は角変位によって決定され、角変位は負荷をかけた機械と無負荷の機械の回転子の間の回転角として得られる。回転角が大きすぎる場合、機械のｒｐｍは劇的に増大し、機械はそれ自体の部品上に作用する遠心力のために破壊する可能性がある。この動作状態では、できるだけ早く停止し、再同期化させなければならない。特に航空分野で用いる場合、発電機への電気的／機械的アクセスは明らかな理由で不可能である。さらに、同期機の電気機械的効率は、巻線の張り出しのために少なからず制限される。
【０００２】
それらの基本的な設計について永久磁界同期機に関連した機械は横方向磁束機を含み、通常の機械がフルピッチの巻線を有するのに対して前記磁束機はフープ巻線を有する。磁束は、回転面に対して横方向（垂直）に走る。回転子は軸方向に互いに隣接配置した複数の永久磁石リングを有し、各リングは交番磁気方向に対して半径方向に方向付けされた個別磁石からなる。固定子は１つ以上のフープ巻線を有し、前記フープ巻線は交互に噛み合う軟磁極によって取り囲まれる。回転子が固定子に対して移動するとき、交番磁束は各固定子のコイルを通過し、発電機電圧を誘導する。
【０００３】
横方向磁束機内の磁気的および電気的回路を分離すると、それらの各々の設計が簡単になる。さらに、これはいわゆる巻線の張り出しを不要にする（前記張り出しは同期機では一般的であり、トルクの生成に寄与しない）。こうして、横方向磁束原理に従って動作する機械は、そうでない場合に磁気剪断力の観点で匹敵する縦方向磁束モータより、その設計のためにかなり低い抵抗損を有することができる。これはより緻密な極ピッチを可能にし、それは既に低ｒｐｍにおいて高いトルクと高効率性をもたらす。しかし、横方向磁束機は、より複雑な機械的設計を有する。高効率性は永久磁界機によって実現できるが、それらに永久磁石を用いることはコスト集中的である。
【０００４】
上記のように、同期機と既存の横方向磁束機の両方の欠点はいくつかの用途では許容可能であるが、高い安全性が要求されるために航空分野では許容できない。航空機エンジンは、常に増大する要求にさらされている。この分野で重要なことは、発生したらできるだけ早くエラー事象およびエラーシーケンスを発見することであり、これらのエラーを回避できることが重要である。故障事象において重大な影響をもたらさなければ、推進ユニットおよびその部品のエラーに強い設計は、このような安全に寄与する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従って、本発明の目的は、高い固有動作信頼性を有し、それにもかかわらず発生する故障事象を安全状態（フェールセーフ）に導くことができる横方向磁束機を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この問題の解決策として、本発明は横方向磁束機を記述し、前記磁束機では回転子が互いに近接して軸方向に配置された複数の永久磁石リングを有し、各々が半径方向に交番磁性方向を備えた別個の磁石によって構成され、固定子が少なくともいくつかの領域で同心円状に回転子を取り囲んで空隙を構成し、永久磁石リングに対して同軸上に方向付けされた１つ以上の固定子コイルを有し、１つの固定子コイルが２つの端子を有し、互いに噛み合う極が回転子に向かって空隙に対向する側上でそれを超えて突出し、これらの極が回転子の永久磁石リングに対向し、各々を別個の磁石の別個に対して整列させ、制御される有効無効電源が各固定子コイル用の２つの端子を有し、前記端子に各固定子コイルを接続し、少なくとも１つの監視構成が故障事象において、１つ以上の固定子コイル内の有効無効電源用のトリガ信号を供給し、各固定子コイルの２つの端子が低抵抗で共に結合されるようにする。
【０００７】
一実施形態では、固定子コイルは２つの軟磁性固定子ディスクの間に保持され、各々が固定子に向かって空隙に対向するそれらのエッジ上に交番噛み合い極を有する。空隙から離れた向きの固定子コイルの側では、一方または両方の固定子ディスクの連続的なエッジが固定子コイルを取り囲んでいる。
【０００８】
より高い漂遊磁束成分を備えた発電機の設計によって、故障耐性が短絡の発生時に動作電流より低く実効電流を下げ、発熱または過熱の差し迫った危険性をなくす。無効電源によって、発電機はさらに安全動作状態に導かれる。
【０００９】
監視構成は非常に簡単な設計を有することができ、横方向磁束機内の故障事象として、次の状態の１つ以上を検出するように設定される。
・固定子コイルの１つの巻線の短絡
・固定子コイルの複数の巻線の短絡
・固定子コイルの全ての巻線の短絡
・固定子コイル内の接地への単一の短絡
・固定子コイル内の接地への複数の短絡
・複数の固定子コイル内の接地への単一の短絡
・複数の固定子コイル内の接地への複数の短絡
・２つの固定子コイルの間の低抵抗接続
・１つの固定子コイル内の高抵抗接続
・２つの固定子コイルの間の高抵抗接続
【００１０】
本発明の一実施形態では、横方向磁束機の固定子コイル内の電流および／または固定子コイル上の電圧降下を検出および比較して、１つ以上の固定子コイル内の故障事象を検出するように監視構成を設定できる。
【００１１】
従って、ＥＭＦ内の変化、つまり、短絡または遮断によって誘導される無負荷の固定子コイルの端子に印加された電圧（起磁力）、および他の固定子コイルに対するある固定子コイル内のコイルインピーダンスを素早く検出できる。短絡および遮断の検出には、変流器および変圧器に高い精度は求められない。なぜならば、これらの場合、インピーダンスおよびＥＭＦが著しく変更されるためである。
【００１２】
本発明の別の実施形態では、横方向磁束機の１つ以上の固定子コイル上に設けられる温度センサによって、問題の固定子コイルの発熱を検出するように監視構成を設定でき、それによって問題の固定子コイル内の過負荷、短絡などを検出する。
【００１３】
これによって、クリーピング故障事象（最初は損失の増大によってのみ明らかになる）の場合でも高信頼性の検出が可能になり、この検出は各固定子コイルに対して選択的に行うことができる。
【００１４】
本発明の別の実施形態では、絶縁監視用の電位監視回路によって、横方向磁束機の１つ以上の固定子コイルを含むものから接地への短絡を検出するために監視構成を設定できる。
【００１５】
本発明の一実施形態では、有効無効電源は電力切り替え用の２つのハーフブリッジを有することができる。２つのハーフブリッジは各固定子コイルに対して配線され、フルブリッジを構成する。動作中、横方向磁束機によって供給される出力電力を変換するために、通常いずれにせよ変換器が用いられることをここでは指摘すべきである。この変換器は通常、電力切り替え用のこのようなハーフブリッジを有し、従って、ジェットエンジンタービン発電機の本発明の構成内に二重の機能を仮定する（変換器および有効無効電源）。
【００１６】
有効無効電源の２つのハーフブリッジは好ましくは、直列に接続した少なくとも２つの半導体スイッチを有する。切り替えられる（無効）電力に依存して、このような直列接続の半導体スイッチのいくつかを切り替えることもできる。各半導体スイッチは、制御入力を有する。第１半導体スイッチは、高電位に接続される第１電力端子を有する。第２半導体スイッチは、低電位に接続される第２電力端子を有する。第１半導体スイッチの第２電力端子は第２半導体スイッチの第１端子に各々接続され、固定子コイル用の接続部を構成する。
【００１７】
さらに、各半導体スイッチはフリーホイールダイオードを有することができ、前記ダイオードは各半導体スイッチの２つの電力端子に並列になる。
【００１８】
監視構成は、ジェットエンジンタービン発電機で故障事象が発生した場合に有効無効電源を制御し、２つのハーフブリッジ内で第２半導体スイッチが導通したままで、第１半導体スイッチがトリガされないままであるか、または第１半導体スイッチが導通したままで、第２半導体スイッチがトリガされないままであるようにする。両方の場合、短絡電流は、その時点で導通している特定の半導体スイッチ上で制御された経路を取る。
【００１９】
さらに、本発明によると、横方向磁束機内の固定子コイルおよびそれらの所定の負荷は、故障事象において定格起磁力（定格電流×巻線数）に決して到達しない起磁力が発生するように設計および構成する。これによって、巻線全体で短絡が発生した場合でも、定格レベルより低い電流だけが流れることができるようにする。これは、固定子コイルによって供給される電流が、さらに固定子を通過する追加の磁束をもたらし、追加の電圧成分が固定子コイル内に自己誘導され、電流内の各々の変化を相殺するという事実に基づいている。消費者による固定子コイルの受動的終了、または固定子コイルの短絡の場合でも、この自己誘導成分は制限された電流、つまり定格レベルよりかなり低い電流のみをもたらす。しかし、フルパワー出力に必要な定格電流は、無効電力発電機と固定子コイルの協調によってのみ実現可能である。有効無効電力発電機を用いない場合、つまり故障事象では、定格起磁力レベルをほぼ実現する起磁力は、短絡が発生した場合でも本発明によると決して実現されない。こうして、全体の固定子コイルは、短絡が発生した場合でも定格レベルより低い電流のみを確立する。しかし、固定子コイルの一部のみ、または巻線の１つのみで短絡が発生した場合、そこを流れる局所的電流は定格レベルに到達するか、またはそれを超える可能性がある。
【００２０】
永久磁石による励起は、その回転子が固定子に対して回転している限り、横方向磁束機の固定子巻線内に常に誘導される電圧をもたらす。こうして、短絡の場合に発生する電流を遮断することが原理的に不可能になる。短絡の場合に流れる電流は最大で定格電流レベルに到達するが、巻線は本発明による設計のおかげで長期的に前記レベルを保持する。一方、不確定な高抵抗によって短絡箇所では局所的に高電力が開放されるため、不良箇所の短絡電流は問題となり、しばしば電気アークが生じることさえあり、前記電気アークは長期間または連続的にさえ燃焼する可能性がある。本発明は、固定子コイルの短絡を制御することによってこの危険性に対する保護を提供する。
【００２１】
発電機の高いｒｐｍにおいて変圧器および／または各Ｈブリッジを遮断する際には、別の危険性がある。なぜならば、そのとき誘導される電圧が磁界を弱める電流成分なしで、フリーホイールダイオードを介して、許容不可能な高電圧レベルまで下流の直流リンクを充電する可能性があるためである。本発明は、各固定子コイルの短絡を制御することによってこれに対して保護する。
【００２２】
この手段では、横方向磁束機は隣接する部品への危険性なしで、全ての条件下のｒｐｍ範囲全体の動作に対して常に準備を整えたままである。出力可能な電力のみが、短絡した固定子コイルの数に従って低減される。
【００２３】
これらは全て、航空分野で本発明の横方向磁束機を使用する場合、重要な利点となる。
【００２４】
さらに、既存の発電機の具体例に比べて、これは設計空間の観点で（同等の電力出力で）大きな節約を可能にする設計を許容する。
【００２５】
本発明の概念の別の重要な利点は、実際には磁気的能動部品（永久磁石）だけが回転子の慣性質量に寄与する一方、モータの他の全ての部品（コイル、磁気的復路など）は固定子に割り当てられるという事実からなっている。これによって、電気機械によって慣性質量に特に高い割合の力を加えることを実現できる。
【００２６】
電気機械の固定子コイルのリングディスク構成は非常に簡単になるように設計できるが、前記構成のためにコイルに作用する振動力を最小化でき、コイルの振動、または固定子コイルのチャンバ壁に対するコイルの摩擦を最小化できる。こうして、固定子コイルチャンバの絶縁材料および／または裏地材料を十分最小にできる。これは、全体の構成の小型化および信頼性にも寄与する。さらに、固定子コイルチャンバの充填率（固定子コイルチャンバの全体積に対する固定子コイルチャンバのコイルの体積）は高いので、これは本発明による小型の概念においても高電力密度をもたらす。
【００２７】
固定子は、既知の方法で電気鋼板部品から構成できる。しかし、製造を簡略化するために、例えば、プレスおよび／または焼結金属粉末から作製された軟磁性成形本体として少なくとも部分的にそれを設計することもできる。固体鉄の渦電流特性は動的な要求の増大下でさえ十分であるので、固定子は好ましくは固体鉄から作製される。
【００２８】
上記の議論では発電機の形態の横方向磁束機を常に言及してきたが、これは発電機動作およびモータ動作（つまり、駆動動作）の両方を許容することは自明である。本発明によると、「横方向磁束機」という用語は発電機とモータの両方を含むことが理解される。こうして、本発明によって、そこで利用可能なトルクを電気に変換する発電機を用いることが可能になる。一方、電気機械は、モータ動作中に部品の回転を誘導することもできる。本発明は、内部回転子機械および外部回転子機械の形態で実現することもできる。
【００２９】
固定子および／または固定子コイルの比較的高い漏れインダクタンスが上記の構成によって利用されており、このインダクタンスは構造的要因によって比較的高くなるので、持続的な短絡の場合、固定子コイルを通過する電流は常に臨界未満の低い範囲になる。これに関連した持続的短絡強度のために本質的な安全性を提供できるので、提案された構成は航空分野に極めて適している。故障にさらされる固定子コイルを追加的に制御して遮断することは、システム的に依存しない冗長的安全性を提供する。
【００３０】
さらに、本発明によると、固定子コイルの個別の巻線領域の間の短絡電流は、全体の固定子コイルの短絡を制御することによって害のない範囲に変換される。
【００３１】
最後に、本発明の別の実施形態では、固定子コイルの特別な実施形態のために危険を最小化した形態で外側に短絡電流を運ぶことができる。そうするために、少なくとも１つの固定子コイルは複数のリング領域からなり、複数のリング領域が共にリングを構成し、前記リングは隣接するリングと基本的に同心円状に配置され、各リング領域はさらに半径方向外側または内側にあるリング領域に接続され、その２つの端部の少なくとも一方に接続部を配置し、全体的に半径方向外側または内側のリング領域は、全体的に半径方向内側および／または外側に各々あるリング領域の２つの端部の一方に接続される。本発明のこの形態によると固定子コイルは好ましく設計されるが、この形態は監視構成によってトリガされる無効電源と独立に用いることもでき、本発明による横方向磁束機の固有の安全性をかなり増大させる。しかし、これらの選択肢を組み合わせて使用することで、事象に対して特に高い保護を提供する。
【発明の効果】
【００３２】
本発明は、自動車または固定用途で役立つために用いることもできる。しかし、特に、本発明はタービン型機械、特にガスタービン、とりわけ航空機のガスタービンと共に用いられる。なぜならば、本発明の特定の利点がこの状況で特に優れて明示されるためである。
【００３３】
横方向磁束機は、タービン型機械の回転シャフトに回転固定形態で特にリンクされる。航空機のタービン内で使用する場合、横方向磁束機は低圧タービンの領域内で低圧シャフトに好ましくはリンクされ、前記シャフトは航空機のタービンの後方領域内で容易にアクセス可能である。
【００３４】
既に上で述べたように、横方向磁束機は発電機またはモータ／スタータとして用いることもできる。横方向磁束機は好ましくは、いわゆるスタータ発電機の形態で１つのユニット内に２つの機能を組み合わせている。本発明は、自動車または固定用途で十分に役立つように用いることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３５】
添付の図面を参照しながら行う以降の説明に基づいて、当業者には追加の特徴、特性、利点および可能な修正は明らかである。
【００３６】
図１は、部分縦断面図のスタータ発電機として横方向磁束機を示している。発電機５０の回転子５２は、低圧タービン１８の回転取り付けシャフト１８に回転固定接続で接続される（簡略化のために、ガスタービン全体と共には示さず）。この目的のために、スタータ発電機は、特にシャフト上にフランジ取り付けすることもできる。回転子５２は中空円筒キャリア５４を有し、キャリア５４の外面上に複数の永久磁石リング５６を取り付け、これらの磁石リングは中心の縦軸Ａに互いに同軸上に近接配置される。永久磁石リング５６は個別の磁石５６ａ、５６ｂ、…によって構成され、磁性方向Ｎ、Ｓ、Ｎ、Ｓは半径方向に交番している（図２も参照）。スタータ発電機５０は固定子５８を有し、固定子５８は軟磁性材料、例えば、電気鋼板部品から作製される。例えば、プレスおよび／または焼結金属粉末から作製された軟磁性成形本体としてそれを設計することもできる。固定子５８は回転子５２を同心円状に取り囲み、空隙６０を構成し、永久磁石リング５６と同軸上に方向付けされ、後者に対して整列させた複数の固定子コイル６２を有する。固定子コイル６２は２つの端子６２ａ、６２ｂを有し、回転子５２に向かって空隙６０に対向する端部上でその上に突出する軟磁性噛み合い極６４を有する。これらの極６４は、全内周に沿ってその内側エッジの軟鉄リングディスク６６ａ、６６ｂ上に各々配置される。極６４は回転子５２の永久磁石リング５６に対向する爪状極の形態で互いに保持し、個別の磁石５６ａ、５６ｂと整列させる。これは、図２に詳しく示されている。軟鉄リングディスク６６ａ、６６ｂの一方または両方はその外側エッジ上にリングウェブ６６ｃを有し、前記リングウェブは２つの軟鉄リングディスク６６ａ、６６ｂを組立てた状態で、対応する固定子コイル６２を取り囲むように設計する。２つの軟鉄リングディスク６６ａ、６６ｂの極６４は、所定の距離を介して互いに絶縁される。発電機内の固定子コイルおよび／または磁石リングの数に従って（図１参照）、図２に示した構成が組み立てられる。
【００３７】
ガスタービン内へのスタータ発電機の一体化は、ここでは低圧タービンの領域内の低圧シャフト上で実現されることを指摘すべきであるが、他の場所に配置することもできる。
【００３８】
各固定子コイル６２に接続されて電気的に制御される有効無効電源７０は２つの端子６２ａ、６２ｂを備えた各固定子コイル６２に提供される。さらに、少なくとも１つの監視構成６８が提供され、この構成は無効電源７０に接続され、１つ以上の固定子コイル６２内の故障事象は監視構成６８を介して有効無効電源７０にトリガ信号を供給し、各固定子コイル６２の２つの端子６２ａ、６２ｂが可能な最も低い抵抗で相互接続される（要するに、短絡される）ようにする。
【００３９】
特に、ここで記述される航空分野の用途の場合、複数の異なる故障事象がこの構成を介して検出でき、安全動作状態に導かれることが見出されている。これらは、１つ以上の固定子コイル６２の１つ、複数または全ての巻線の短絡、１つ以上の固定子コイル６２の接地への単一または複数の短絡、２つの固定子コイル６２の間の低抵抗接続、または１つの固定子コイル６２内の高抵抗接続および２つの固定子コイル６２の間の高抵抗接続を含んでいる。
【００４０】
監視構成６８は、固定子コイル６２内の電流および固定子コイル６２上の電圧降下を検出し、それらを比較し、１つ以上の固定子コイル６２内の故障事象を検出するように設定される。さらに、監視構成６８は、固定子コイル６２上に取り付けた複数の温度センサ７４によって、固定子コイル６２の発熱を検出するように設定され、それによって各固定子コイル６２内の過負荷、短絡などを検出する。
【００４１】
さらに、監視構成６８は、絶縁監視用の電位監視回路７６によって、１つ以上の固定子コイル６２の接地への短絡を検出するように実装される。この目的のために提供される温度センサ、および固定子コイル上の電流／電圧検出器の正確な位置は、簡略化のためにここでは詳しくは示されていない。
【００４２】
図３は、電力切り替え用の２つのハーフブリッジ８０、８２を有する有効無効電源７０を示している。２つのハーフブリッジ８０、８２は各々、直列に接続した少なくとも２つのパワーＭＯＳＦＥＴ半導体スイッチ８４、８６、８４’、８６’を有する。
【００４３】
各半導体スイッチ８４、８６は、制御入力Ｇ（＝ゲート）を備えたＮチャネルＭＯＳＦＥＴである。第１半導体スイッチ８４は第１電力端子Ｓ（＝ソース）を有し、端子Ｓは高電位ＶSSに接続される。第２半導体スイッチ８６は第２電力端子Ｄ（＝ドレイン）を有し、端子Ｄは低電位ＶDDに接続される。
【００４４】
各第１半導体スイッチ８４の第２電力端子Ｄ（＝ドレイン）は各第２半導体スイッチ８６の第１電力端子Ｓ（＝ソース）に接続され、固定子コイル６２用の端子６２ａ、６２ｂを構成する。各半導体スイッチ８４、８６、８４’、８６’は真性フリーホイールダイオードを有し、前記ダイオードは各半導体スイッチの２つの電力端子と並列になり、シリコンバリア層ダイオード特性を有する。
【００４５】
バックアップコンデンサ８８は、高電位ＶSSと低電位ＶDDの間に提供される。ＭＯＳＦＥＴは制御回路ＥＣＵによってゲート抵抗器を介して（ここでは別に示さず）それらの制御入力Ｇにおいてトリガされる。
【００４６】
制御回路は、電位監視回路７６および温度センサ７４を備えた監視構成６８を有する。固定子コイル６２内を流れる電流および／または固定子コイル６２上で降下する電圧を決定することによって、固定子コイル６２内を流れる電流および／または固定子コイル６２上で降下する電圧、および温度を直接検出することで故障事象を検出でき、この場合、その制御入力Ｇを介して有効無効電源７０を制御でき、第２半導体スイッチ８６、８６’が導通したままで、第１半導体スイッチ８４、８４’が２つのハーフブリッジ８０、８２内でトリガされないままであるか、または第１半導体スイッチ８４、８４’が導通したままで、第２半導体スイッチ８６、８６’がトリガされないままであるようにする。両方の場合、各固定子コイル６２は短絡される。監視構成６８と共に発電機内にとにかく存在する変換器によって制御された短絡を誘導することで上で説明した構成が始まっても、なお変換器に依存しないスイッチ（半導体スイッチまたはリレー）を介してさえ、これは実現できることを強調すべきであり、これも本発明に含まれる。
【００４７】
このようにして誘導されるこのような制御された短絡の場合、影響を受けた固定子コイルは可能な電力定格の非常にわずかな部分だけを供給するが、電力変圧器は調整された方法で影響を受けた固定子コイル内、および他の固定子コイル内に（無効）電流を供給し続ける。影響を受けた軟鉄リングディスク内に吸収される最大トルクは、定格トルクのその割り当てに比べて低減される。こうして、全体の発電機で使用可能な最大トルクは低減される。ただし、非常に低い電力の送出中または空転中でさえ問題が発生すると、吸収されるトルクは自然に増大できる。
【００４８】
他の固定子コイル、特に隣接する固定子コイルに短絡が拡大する可能性は、固定子鉄コアによる分割のために排除される。この安全策は十分に素早く干渉し、固定子コイルの間の軟鉄リングディスクの溶解を防止する、または軟鉄リングディスクを介して生じる局所的発熱による隣接コイルへの損傷を防止する。
【００４９】
図３は簡略化のために、無効電源／変換器に割り当てた固定子コイルを１つだけ示しており、この変換器は取り付け構成６８に割り当てられている。しかし、本発明によると、全ての固定子コイルがこのように実装され、共通の監視構成６８から各無効電源／変換器に制御信号を供給し、これらの信号が発電機の固定子の全ての固定子コイル内に分散させたセンサからこれらの情報を受け取る。発電機動作の場合、変換器は電子制御部によって制御され、固定子コイル内を流れる脈動電流は対応する実効電流に変換され、この電子制御部は対応するセンサおよび電流／電圧ピックアップを備え、それに応じてプログラム／構成され、監視構成６８の機能の代わりとなることができる。
【００５０】
固定子コイル６２およびそれらの所定の負荷は、固定子コイル６２の定格起磁力に到達する起磁力が、決して故障事象を発生させないように設計される。こうして、特にこのようにして誘導される制御された短絡の発生時には、短絡した固定子コイルを通過する連続電流が、本発明の好ましい実施例の電流定格の半分より低くなるという結果を実現できる。その構造によって決定されるこのように低い短絡電流は、かなりの安全係数を提供する。
【００５１】
固定子コイル６２は各々、複数のリング領域１ａ…４ｄから構成される（図４参照）。本実施例では、リング領域はほぼ４分の１の円形リングであり、同じ曲率半径を備えたその４つの領域が遮断部を備えたリングを共に構成する。複数のリング（この例では４つ）は、それらの隣接するリングと共に基本的に同心円状に配置される。
【００５２】
個別のリング領域１ａ…４ｄは、各々２つの端部を有する。各リング領域は２つの端部の一方において、半径方向にさらに外側または内側に隣接配置したリング領域に接続される。例えば、リング領域２ｂは一方の端部においてリング領域１ａに接続され、他方の端部においてリング領域３ｃに接続される。
【００５３】
完全に半径方向外側または内側にあるリング領域１ａ、２ａ、３ａ、４ａおよび／または１ｄ、２ｄ、３ｄ、４ｄは、それらの２つの端部において、完全に半径方向内側または外側にあるリング領域に各々接続される。例えば、リング領域１ｄは一方の端部においてリング領域２ａに接続される。
【００５４】
リング領域の個別の端部は接続ピース９０に接続され、それらが電気を導通するようにする。リング領域の端部の間の接続ピース９０は交差している。従って、図４の拡大図は、接続ピース９０に対応する凹部９２を設け、凹部９２がエッジにおいて開き、それに応じて互いに適合させる方法の一実施形態を示している。
【００５５】
全体としては、上で記述した固定子コイルの実施形態によって、特に高信頼性であるがコンパクトでもあり、スペースを節約する固定子コイル６２の構成を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】本発明の横方向機の概略部分縦断面図であり、ガスタービン、特に航空機のガスタービンのスタータ発電機として示している。
【図２】図１のスタータ発電機として示した電気機械の分解斜視図内の概略拡大部分図である。
【図３】横方向磁束機の固定子コイルに接続されて、制御される本発明の有効無効電源の回路図である。
【図４】上から見た横方向磁束機の本発明の固定子コイルの概略図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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