(57)【要約】【解決手段】  支持構造の周りに配置された複数の突出極部分品を含むソリッドステート電磁気ロータであって、各突出極部分品の第１の端部が支持構造に取り付けられており、各突出極部分品の第２の端部が、支持構造から外方に遠ざかる方向を指し；そしてワイヤが各突出極部分品の周りに巻回され、複数の突出極部分品のワイヤが励磁回路により順次励磁されると、突出極部分品が励磁されて、所望のとおりに明確に異なる磁極の形態で移動する偏極磁場を提供して発電を達成するロータ。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
支持構造の周りに配置された複数の突出極部分品であって、前記各突出極部分品の第１の端部が前記支持構造に取り付けられており、そして各突出極部分品の第２の端部が、支持構造から外方に遠ざかる方向を指す突出極部分品と；
前記各突出極部分品の周りに巻回されたワイヤとを含む、ソリッドステート電磁気ロータであって
前記複数の突出極部分品のワイヤが励磁回路により順次励磁される場合に、前記突出極部分品が励磁されて、所望のとおりに明確に異なる磁極の形態で移動する偏極磁場を提供して発電を達成するロータ。
【請求項２】
前記ロータ突出極部分品が、あらゆる所与の時間に、異なる極性に励磁される、請求項１に記載のソリッドステート電磁気ロータ。
【請求項３】
前記複数の突出極部分品が、Ｎ群に分割され、各群の中の前記突出極部分品が、所定量の時間の間、それぞれ順次励磁される、請求項１から２のいずれか一項に記載のソリッドステート電磁気ロータ。
【請求項４】
各群の中の前記突出極部分品が励磁され、それぞれが、先の突出極部分品からそれぞれ前記所定量の時間の間、遅延する、請求項３に記載のソリッドステート電磁気ロータ。
【請求項５】
前記ソリッドステートロータが単極ロータであり、前記複数の突出極部分品がいかなる所与の時間においても単一の極性に励磁される、請求項１から４に記載のソリッドステート電磁気ロータ。
【請求項６】
各突出極部分品の周りに巻回された前記ワイヤが、前記支持構造に近い方の内側ワイヤ、および前記支持構造から遠い方の外側ワイヤを含んでおり、前記内側ワイヤおよび前記外側ワイヤが励磁されることによって、前記突出極部分品が双極磁石を形成するようになっている、請求項１から５に記載のソリッドステート電磁気ロータ。
【請求項７】
前記複数の突出極部分品が、第１の突出極部分品と、前記第１の突出極部分品に１８０°反対の第２の突出極部分品とから成る少なくとも一対を含んでおり、ワイヤ励磁されている場合に前記第１および第２の突出極部分品が２つの完全な双極子を形成するようにして、前記ワイヤが前記第１および第２の突出極部分品の周りに巻回される、請求項１から６に記載のソリッドステート電磁気ロータ。
【請求項８】
前記第１の突出極部分品と前記第２の突出極部分品との間に遮蔽手段をさらに含む、請求項７に記載のソリッドステート電磁気ロータ。
【請求項９】
前記遮蔽手段が、ミュー金属を含有する、請求項８に記載のソリッドステート電磁気ロータ。
【請求項１０】
請求項１に記載のソリッドステート電磁気ロータと；ステータであって、その内部に前記ロータを着座させているステータと；出力電力の少なくとも一部をストレージ装置に提供し、そこで、前記貯蔵された電力の一部を利用して前記ロータを再励磁させるように構成された電力リード線と、を含むシステム。
【請求項１１】
前記テータが、従来の電力発電機のステータである、請求項１０に記載のシステム。
【請求項１２】
前記ステータが、専用に構築されたステータ筐体を含む、請求項１０に記載のシステム。
【請求項１３】
前記ステータが複数のロータ空洞を有する、請求項１２に記載のシステム。
【請求項１４】
前記出力電力の少なくとも一部を電力ストレージ装置に貯蔵することをさらに含む、請求項１０に記載のシステム。
【請求項１５】
前記電力ストレージ装置が、１つまたは複数の電池である、請求項１４に記載のシステム。
【請求項１６】
前記電力ストレージ装置が電力網である、請求項１４に記載のシステム。
【請求項１７】
前記電力ストレージ装置があらゆるタイプの好適なストレージ技術である、請求項１４に記載のシステム。
【請求項１８】
ステータ筐体を有する発電機ステータと；
前記ステータ筐体の中に着座しそしてそれに取り付けられたソリッドステート電力発電機ロータとを含む、発電を提供する組み立て体であって、
前記ソリッドステート発電機ロータが静止状態を維持し、そして電子励磁システムを用いて、順次励磁される回転磁場を発生させ、前記組み立て体からの出力電力の一部が励磁システムにフィードバックされる組み立て体。
【請求項１９】
前記ソリッドステートロータが、中心の支持シャフトに取り付けられた一連の隣接する突出極から構築される、請求項１８に記載の組み立て体。
【請求項２０】
前記ソリッドステートロータが、積層体を切断しそれらを適切なサイズのロータの形態に組み立てることにより構築される、請求項１８から１９のいずれか一項に記載の組み立て体。
【請求項２１】
前記ソリッドステートロータが強磁性材料から構築される、請求項１９から２０のいずれか一項に記載の組み立て体。
【請求項２２】
前記ソリッドステートロータの突出極がマグネットワイヤで巻回されている、請求項１９から２０のいずれか一項に記載の組み立て体。
【請求項２３】
前記マグネットワイヤが、前記励磁システムからの励磁リード線に接続される、請求項２２に記載の組み立て体。
【請求項２４】
前記突出極が、２つ、または４つ、またはその他の適切な数のＮ群に分割され、前記巻線がリード線により前記励磁システムに接続される、請求項１９に記載の組み立て体。
【請求項２５】
前記励磁システムが複数チャネルを含み、前記複数チャネルが各群の突出極にそれぞれ接続される、請求項２４に記載の組み立て体。
【請求項２６】
前記励磁システムが、各群の内部の前記突出極を順次励磁し、励磁が、個別の交番する磁極が所定のスピードおよび周波数で前記ソリッドステートロータの表面に平行に回転するようにしてなされる、請求項２５に記載の組み立て体。
【請求項２７】
前記電子励磁システムが、コンピュータ制御された電子ゲーティングシステムを含む、請求項１８に記載の組み立て体。
【請求項２８】
前記電子ゲーティングシステムが、１つまたは複数のＭＯＳＦＥＴを利用する、請求項２７に記載の組み立て体。
【請求項２９】
空洞と、出力電力を提供するように構成されたステータワイヤとを有するステータ；
支持構造と；
前記支持構造の周りに円形に配置された複数の突出極部分品であって、各突出極部分品の第１の端部が前記支持構造に取り付けられ、各突出極部分品の第２の端部が前記空洞の内周に向いている突出極部分品とを含む、前記空洞内および前記ステータワイヤの外側に挿入された静止ロータ；および
各突出極部分品の周りに巻回されたワイヤを含む発電機であって、
前記複数の突出極部分品のワイヤが、励磁回路により順次励磁される場合に、前記突出極部分品が励磁されて、明確に異なる極から成る移動磁場を提供する、発電機。
【請求項３０】
前記静止ロータがソリッドステートロータである、請求項２９に記載の発電機。
【請求項３１】
前記ステータが、前記空洞内にワイヤスロットをさらに含んでおり、前記ステータワイヤが前記ワイヤスロット内に巻回され、巻回は、ステータワイヤの第１の部分における電流が、すべてのワイヤスロットにおいて第１の方向であり、前記ステータワイヤの第２の部分における電流が、すべてのワイヤスロットにおいて第１の方向とは反対の第２の方向となるようにしてなされる、請求項２９に記載の発電機。
【請求項３２】
前記ステータがさらに、前記ワイヤスロットどうしの間に遮蔽手段を含む、請求項３１に記載の発電機。
【請求項３３】
前記遮蔽手段がミュー金属を含む、請求項３２に記載の発電機。
【請求項３４】
前記静止ロータがＮ極ロータであり、前記複数の突出極部分品がＮ群に分割され、前記突出極部分品の各群がいかなる所与の時間においても異なる極性に励磁される、請求項２９に記載の発電機。
【請求項３５】
各群の中の前記複数の突出極部分品が、所定量の時間の間、それぞれ順次励磁される、請求項３４に記載の発電機。
【請求項３６】
前記静止ロータが単極ロータであり、前記複数の突出極部分品が、いかなる所与の時間においても単一の極性に励磁される、請求項２９に記載の発電機。
【請求項３７】
前記出力電力の周波数が、前記突出極部分品のワイヤを励磁させるのに使用される励磁サイクルを変化させることにより制御される、請求項２９に記載の発電機。
【請求項３８】
ワイヤをそれぞれ巻回された複数の突出極部分品を含む静止ロータを有する発電機を制御するコントローラであって：
端子ブロックを通じて前記ワイヤに接続された電気回路に結合された接続端子と；
発電機のターゲット周波数に基づいて励磁サイクルを決定するように；そして前記励磁サイクルに従って電気回路を切り替えてワイヤを励磁し、前記複数の突出極部分品を順次励磁するように構成され、切り替えは、各突出極部分品が、励磁サイクルの第１の半サイクルにおいて第１の極性に励磁され、そして励磁サイクルの第２の半サイクルにおいて第２の極性に励磁されるようしてなされるプロセッサと
を含む、コントローラ。
【請求項３９】
前記プロセッサが、ソリッドステート周波数発生器からの信号を受領するように、そして前記信号に基づいて前記発電機のターゲット周波数を決定するようにさらに構成される、請求項３８に記載のコントローラ。
【請求項４０】
前記電気回路が複数の切換え要素を含み、前記プロセッサが、前記励磁サイクル内で前記複数の切り替え要素をオンおよびオフに順次切り替えるように構成される、請求項３８に記載のコントローラ。
【請求項４１】
前記複数の切り替え要素がＭＯＳＦＥＴである、請求項４０に記載のコントローラ。
【請求項４２】
前記プロセッサが、電気回路を切り替えて前記複数の突出極部分品をいかなる所与の時間においても単一の極性に励磁するように構成される、請求項３８に記載のコントローラ。
【請求項４３】
前記プロセッサが、前記複数の突出極部分品をＮ群に分割するように、そして前記電気回路を切り替えて前記突出極部分品の各群をいかなる所与の時間においても異なる極性に励磁するように構成される、請求項４２に記載のコントローラ。
【請求項４４】
前記プロセッサが、前記突出極部分品を所定量の時間の間、各群を順次にそれぞれ励磁するようにさらに構成される、請求項４３に記載のコントローラ。
【請求項４５】
前記複数の切り替え要素が、オンよびオフに切り替えられて、前記ワイヤを励磁するパルス化電流を提供する、請求項４０に記載のコントローラ。
【請求項４６】
ワイヤをそれぞれ巻回された複数の突出極部分品を含む静止ロータを有する発電機を制御する方法であって：
前記発電機のターゲット周波数に基づいて励磁サイクルを決定することと；
前記励磁サイクルに従って、前記ワイヤに接続された電気回路を切り替えて前記ワイヤを励磁し、前記複数の突出極部分品を順次励磁し、切り替えは、各突出極部分品が、励磁サイクルの第１の半サイクルにおいて第１の極性に励磁され、そして励磁サイクルの第２の半サイクルにおいて第２の極性に励磁されるようしてなされることと
を含む方法。
【請求項４７】
ソリッドステート周波数発生器からの信号をさらに受領すること、および前記信号に基づいて前記発電機のターゲット周波数を決定することを含む、請求項４６に記載の方法。
【請求項４８】
前記電気回路の切り替えが、前記電気回路の複数の切換え要素を励磁サイクル内で順次にオンおよびオフに切り替えることを含む、請求項４６に記載の方法。
【請求項４９】
前記電気回路を切り替えることが、いかなる所与の時間においても前記複数の突出極部分品を単一の極性に励磁することを含む、請求項４６に記載の方法。
【請求項５０】
前記電気回路を切り替えることが、前記複数の突出極部分品をＮ群に分割することと、前記電気回路を切り替えて、いかなる所与の時間においても前記突出極部分品の各群を異なる極性に励磁させることとを含む、請求項４６に記載の方法。
【請求項５１】
前記電気回路を切り替えることが、所定量の時間の間、各群内の突出極部分品を順次それぞれ励磁することをさらに含む、請求項４６に記載の方法。
【請求項５２】
記憶される指令を有する非一過性のコンピュータ読み取り可能な媒体であって、前記指令が、プロセッサにより実行されると、静止ロータを有する発電機を制御する方法を実行し、前記静止ロータがワイヤをそれぞれ巻回された複数の突出極部分品を含み、前記方法が：
電力発電機のターゲット周波数に基づいて励磁サイクルを決定することと；
前記励磁サイクルに従って、前記ワイヤに接続された電気回路を切り替えて前記ワイヤを励磁し、前記複数の突出極部分品を順次励磁し、切り替えは、各突出極部分品が、励磁サイクルの第１の半サイクルにおいて第１の極性に励磁され、そして励磁サイクルの第２の半サイクルにおいて第２の極性に励磁されるようしてなされることとと
を含む、非一過性のコンピュータ読み取り可能な媒体。
【請求項５３】
発電機における静止ロータのワイヤに接続され、前記静止ロータが、ワイヤを巻回された複数の突出極部分品を含む電気回路であって：
少なくとも２つの制御チャネルを有するコンピュータ制御された励磁システムと；
前記少なくとも２つの制御チャネルに結合された複数の極切り替え回路とを含み、
前記極切り替え回路が、前記複数の突出極部分品のワイヤに接続されており、各極切り替え回路が、前記少なくとも２つの制御チャネルによりオンおよびオフに切り替えられて前記ワイヤを励磁して前記複数の突出極部分品を順次励磁する複数の切換え要素を含む、電気回路。
【請求項５４】
前記複数の切り替え要素が励磁サイクルに従って切り替えられ、切り替えは、各突出極部分品が、前記励磁サイクルの第１の半サイクルにおいて第１の極性に励磁され、そして前記励磁サイクルの第２の半サイクルにおいて第２の極性に励磁されるようにしてなされる、請求項５３に記載の電気回路。
【請求項５５】
前記複数の切り替え要素がソリッドステートスイッチである、請求項５３に記載の電気回路。
【請求項５６】
前記複数の切り替え要素がＭＯＳＦＥＴである、請求項５３に記載の電気回路。
【請求項５７】
前記複数の極切り替え回路における各極切り替え回路が、複数のコンタクト点を有するコンタクトブロックをさらに含み、切り替え要素がオンに切り替えられる場合に、電流が、少なくとも１つのコンジットを通じて前記コンタクトブロックに流れる、請求項５３に記載の電気回路。
【請求項５８】
前記複数の極切り替え回路が、少なくとも１つの電池により給電される、請求項５３に記載の電気回路。
【請求項５９】
前記複数の切り替え要素が、オンおよびオフに切り替えられて、パルス化電流を提供して前記ワイヤを励磁する、請求項５３に記載の電気回路。
【請求項６０】
前記複数の極切り替え回路が、第１のパルス化電流を第１の突出極部分品に所定量の時間の間、提供し、そして引き続いて、第２のパルス電流を、第１の突出極部分品に隣接する第２の突出極部分品に所定量の時間の間、提供する、請求項５９に記載の電気回路。
【請求項６１】
前記複数の極切り替え回路が、一群の突出極部分品にそれぞれ接続され、そしていかなる所与の時間においても突出極部分品の各群を異なる極性に励磁するように構成される、請求項５３に記載の電気回路。
【請求項６２】
前記複数の極切り替え回路が、所定量の時間の間、各群の内の突出極部分品を励磁するようにさらに構成される、請求項６１に記載の電気回路。
【請求項６３】
前記コンピュータ制御された励磁システムが、プログラマブルロジックセンタ（ＰＬＣ）回路である、請求項５３に記載の電気回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
逆トルクと広く称される電磁気抗力を低減させつつ交流（ＡＣ）または直流（ＤＣ）を生成し、それにより発電機の動作効率を向上させるシステムおよび方法。
【背景技術】
【０００２】
大地、空気、および水の環境汚染とともに地球の化石燃料源の急速な枯渇、それと並行した気候変化により、化石燃料の必要のない非汚染性の効率的な代替エネルギー供給が早急に必要なのは明らかである。
【０００３】
エネルギー消費を増加させたいという世界人口の要望を安全に解決することに大きく寄与するのは、回転式発電機から逆トルクを除去することにより発電の効率を増加させることである。機械的エネルギーを電力に転換することを伴う回転式発電機から逆トルクを除去することにより、電動式の高度に効率的な発電装置の機会を提供することができる。逆トルクの除去により、効率を４％から潜在的に５００％まで増加させつつＡＣまたはＤＣ発電機を動作させることが可能になり、それによりさらに小さい電動モータを用いて発電装置の発電機を駆動することが可能になる。
【０００４】
世界初であることが知られている発電機は、ファラデーの円盤のダイナモであった。マイケル・ファラデー（Ｍｉｃｈａｅｌ  Ｆａｒａｄａｙ）は、１８３１〜１８８９年に、電磁発電機の動作原理を発見した。彼の観測結果は後に、ジェームズ・クラーク・マクスウェル（Ｊａｍｅｓ  Ｃｌｅｒｋ  Ｍａｘｗｅｌｌ）により記述された、ファラデーの法則と名付けられた原理にまで還元された。この法則は単純に、変動する磁束を取り囲む導電体中に電磁気力が発生することを述べている。ファラデーは、ファラデーの円盤と名付けられた初の磁気回転式誘導発電機を作り上げた。この初の機械は、蹄鉄形磁石の極の間で回転する銅円盤を使用する、単極発電機のタイプであった。この発電機は、発生したＤＣ電圧は小さかったが、アンペア数は高かった。このファラデーダイナモ、または単極（または単極性）発電機はしかしながら、その出力、すなわち、極端に高い電流での非常に低いＤＣ電圧という性質のせいで、実用的な商用の開発にはあまり役立たなかった。しかしながら、ファラデー発電機は、電気誘導機械における逆トルクの機構を研究するには、よく役に立つ。
【０００５】
こんにち使用されている従来型発電機では、一般的定義によれば、７４６ワット（Ｗ）の電気的エネルギーを発生させるには１馬力（ＨＰ）の運動エネルギー入力が必要である。電気的なワットに対する機械的な馬力のこの関係は、（馬だけでなく）物理的および電気的機械上での観測および測定から発展して導出された動力の諸単位が関与している。
【０００６】
用語「ワット」は、スコットランドの科学者であるジェームズ・ワット（Ｊａｍｅｓ  Ｗａｔｔ）にちなんで、蒸気エンジンの改良と蒸気エンジンの動力の定量化での彼の業績を理由に名付けられたものである。単位「ワット」は、１８８２年の英国科学振興協会第２回会議（ｓｅｃｏｎｄ  Ｃｏｎｇｒｅｓｓ  ｏｆ  ｔｈｅ  Ｂｒｉｔｉｓｈ  Ａｓｓｏｃｉａｔｉｏｎ  ｆｏｒ  ｔｈｅ  Ａｄｖａｎｃｅｍｅｎｔ  ｏｆ  Ｓｃｉｅｎｃｅ）により、商用動力生成の開始と同時に認められた。ダイナモは、産業に電力を送達することが可能な初の発電機であったし、こんにちでさえ使用されている依然として重要な発電機である。ダイナモは、特定の機械設計および電磁気学的原理を使用して磁極の機械的回転を交流電流に転換する。初の商用発電装置は、１８７０年代にパリで操業されたもので、ゼノブ・グラム（Ｚｅｎｏｂｅ  Ｇｒａｍｍｅ）により設計された。発電機の使用が理由となって、この新たに発展するエネルギー源を標準化することを目的として電力の共通単位を定めることが望まれるようになった。ワットは、導出された動力の単位（すなわち、基本単位の代数学的組み合わせ）である。ワットはこんにち、国際単位系（Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｓｙｓｔｅｍ  ｏｆ  Ｕｎｉｔｓ  （ＳＩ））の認証された単位である。
【０００７】
定義のとおり、１ワットとは、１ニュートンの一定で逆向きの力に抗して物体の速度が毎秒１メートルで一定に維持されている場合になされる仕事の率である。
Ｗ＝Ｊ／Ｓ＝Ｎ・Ｍ／Ｓ＝Ｋｇ・Ｍ２／Ｓ３
Ｊ＝ジュール  Ｍ＝１メートル  Ｎ＝ニュートン  Ｋｇ＝キログラム
ジュール＝１ニュートンの力を、１メートルの距離を通して変位させた場合になされる仕事
１ジュール＝１ワット秒、１０７エルグ＝０．２３９０カロリー、または０．７３８フィート重量ポンド（ｆｔ−ｌｂ）。
【０００８】
それゆえ、１機械的馬力が毎秒５５０ｆｔ−ｌｂ（または毎分３３，０００ｆｔ−ｌｂ）に等しいとすると、毎秒０．７３８ｆｔ−ｌｂであるワット、１ＨＰ＝毎秒５５０ｆｔ−ｌｂ／毎秒０．７３８ｆｔ−ｌｂ＝７４５．２５７Ｗの定義により、そして定義により、電気的ワットは、１アンペア（Ａ）の電流が１ボルト（Ｖ）の電位差を通じて流れる場合になされる仕事の率：
Ｗ＝Ｖ×Ａ
７４５．２５７ワット＝２７．２９９Ｖ×２７．２９９Ａ、または積が７４５．２５７ワットに等しくなるようなアンペアとボルトとのあらゆる組み合わせである。それゆえ、定義および導出により、１ＨＰ＝７４６ワットである。
【０００９】
これらの単位の要点に関する最初の業績は、ジェームズ・ワット（Ｊａｍｅｓ  Ｗａｔｔ）によりなされものであり、彼は、自身の蒸気エンジンが馬と比較していかに強力かを説明しようとした際に、用語「馬力」導入した。いくつかの試験（馬ではなくエンジンを用いたもの）の後、彼は、使用されている馬が平均して毎分２２，０００ｆｔ−ｌｂの速度で石炭を鉱山の抗道から引き上げできることを確かめた。何等かの理由から、彼は、この数を５０％だけ引き上げると決めて、毎分３３，０００ｆｔ−ｌｂとして一般に受け入れられている数に到達した。よって、もしエンジンまたはあらゆる回転式機械が、何等かの３３，０００重量ポンドの物を１フィート、１分で押すことができるなら、その機械は１ＨＰのエンジンと見なされる。
【００１０】
上に言及したとおり、従来型の発電機では、定義により、７４６ワットを発生させる１ＨＰと、それに加えてロータの物理的機構を適切なスピードで回して所望の周波数を維持するのに充分なだけのさらなる馬力が必要である。その機構を自転させるのに必要な馬力は、７４６ワットを発生させる従来型の発電機において、７４６ワットを発生させるのに必要な合計１．２ＨＰに対して通常は約０．２ＨＰであるが、ただし０．２ＨＰのそのエネルギーだけが、実際に発電に使用される。残りの１ＨＰは７４６ワットに等しく、これは、逆トルク、またはいわゆる「逆起電力」（逆ＥＭＦ）に打ち勝つのに必要である。
【００１１】
こんにち使用されている回転式発電機の逆ＥＭＦすなわち逆トルクは、「レンツの法則」を引用することにより最もよく記述できる。要約すると、この法則が言っているのは、ファラデーの法則に従ってＥＭＦが磁束の変化により発生すると、誘起されたＥＭＦの極性は、ＥＭＦが電流を生成し、この電流の磁場が、この電流を生成する磁束とは反対になるようなものである、ということである。ワイヤのあらゆるループの内部の誘導磁場は、ループ内の磁束を一定に維持するように作用する。もし磁場Ｂが増加しつつあるならば、誘導磁場は、それと等しく反対の方向に作用する；もし減少しつつあるならば、誘導磁場は、印加された場の方向に等しい力で作用する。従来の発電機では、ロータは、ステータのコイルループの内側に配置されており、回転してステータ内に電流を発生させ、この電流が今度は磁場を発生させ、この磁場は、磁場Ｂと力が等しく極性が反対である。よって、逆トルクは、従来の発電機の設計または設計の欠点の所産である。
【００１２】
本開示の発電機の場合では、ロータは回転しない。かわりに磁極が回転し、よって逆トルク、すなわちロータとステータとの間の極どうしの磁気抗力は存在しない。ステータ鉄におけるこの誘導極は、電流の流れにより誘起され、電流の原因とはならず、このことは、電気負荷に向かう電流に先立って発電機が全電圧に到達することができるという事実により実証されているとおりである。
【００１３】
逆トルクに起因して、約８５％超の機械的エネルギーが、発電するのに必要なのではなく、ロータを回すのに必要である。しかしながら、本開示の場合では、発電機は、回転する磁極を発生させるロータを励磁するのにエネルギーが必要なだけである。それゆえ、このシステムおよび方法は、必要な電力を取り出し、これを循環させ戻して発電機を駆動する補助とするので、残った電力は、必要とされるいかなる目的にも使える使用可能な電力である。
【００１４】
レンツの損失は、上に言及したとおり、ロータの定在極とステータの誘導極との間の誘導性結合に関連付けられる。逆トルクを低減させる試みに関連して、ニコラ・テスラ（Ｎｉｋｏｌａ  Ｔｅｓｌａ）が、「単極性ダイナモについての覚書」（Ｎｏｔｅｓ  ｏｎ  ａｎ  Ｕｎｉｐｏｌａｒ  Ｄｙｎａｍｏ”，  Ｎｉｋｏｌａ  Ｔｅｓｌａ，  Ｔｈｅ  Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒ，  Ｎ．Ｙ．  Ｓｅｐｔｅｍｂｅｒ  ２，  １８９１）と題した論文を公開している。テスラは、ファラデーダイナモ設計の修正例について報告した。テスラの設計は、２つの主要な点に変更があった：
１．  第１に、彼は、円盤よりもさしわたしの大きな磁石を使用して、磁石が円盤を完全に覆うようにした。
２．  第２に、彼は、円盤を分割して、外側縁部の中心から外にらせん曲線を有する区画にした。テスラの修正例により、電流は、円盤の外側縁部の周りを完全にめぐるようになった。電流は、円盤のリムで大きな円を流れるので、生み出された磁場は、界磁石に抗して働くことはない。この修正により、発電の大きな問題、すなわち、あらゆる作用に対する反作用、または、一般に呼ばれているとおり、逆トルクまたは逆ＥＭＦが取り除かれた。
【００１５】
この設計変更と逆トルクへのその効果は、機械の誘導極から定在極を幾何学的に分離することにより実現した。本開示の場合では、ロータは、静止している、すなわち回転せず、それゆえ逆トルク問題ではない。誘導極は、定在極により発生した電流により誘起される。誘導極は、誘導コイル内の電流または発電の原因とはならない。この設計変更により、ステータ極とロータ極との間の極性結合を引き付け押し返す誘導ステータ極により生成するレンツの損失は、除去される。
【００１６】
本開示のソリッドステートロータは、回転するロータを有する従来の発電機と比較すると、４つの設計変更に起因して、逆トルクは事実上存在しない：
１．  ロータには動く部分がない。
２．  ロータは、ステータ空洞内で回転しない。
３．  磁極は、所望の電力出力を発生させる適切な周波数および順序で回転する。
４．  ロータは、あらゆる従来型の発電機、単相、２相、または３相のものを改造するのに使用することができる。
【発明の概要】
【００１７】
本開示に合致して、逆トルクを低減させた発電機向けのシステムおよび方法が提供される。本開示に合致する実施形態は、１つまたは複数の発電機ロータ向けのシステムおよび方法を含んでおり、発電機ロータは、ソリッドステートであってもよく、そしてあらゆる従来の回転式発電機を効率的な電力発電機に転換するのに使用してもよいものである。いくつかの代表的な実施形態に準拠して、逆トルクを低減させつつ発電するシステムが提供される。例えば、本開示に合致するソリッドステート電磁気ロータは、支持構造の周りに配置された複数の突出極部分品を含んでいてもよく、各突出極部分品の第１の端部が、支持構造に取り付けられており、各突出極部分品の第２の端部が、支持構造から外方に遠ざかるように向いており；そしてワイヤが各突出極部分品の周りに巻回されていて、複数の突出極部分品のワイヤが励磁回路により順次励磁されると、突出極部分品が励磁されて、所望のとおり明確に異なる磁極の形態をとって移動する偏極磁場を提供して発電を達成するようになっている。
【００１８】
ある態様に準拠して、回転式発電機から逆トルクを除去する方法が開示され、この方法は、従来型の双極または多（ｍｕｔｌｉ）極の自転ロータを、単極、双極、または多（ｍｕｔｌｉ）極の静止ソリッドステートロータインサートに置き換えることを含み、このインサートは、回転する磁極を生み出して、回転するロータなしに発電するものである。ロータは回転しないので、発電機が電気負荷に接続されている場合に、エネルギー消費する相互作用は、ステータ鉄に成された磁極どうしの間に存在しない。それだけでなく発電機には、適切な周波数でロータを自転させるエネルギーも必要でない。
【００１９】
本開示の特定の実施形態を詳細に説明する前に、本開示は、以下の記載に記載された、または図面に例示された構成要素の配置には限定されないと理解されるものとする。本開示は、記載の実施形態に加えて諸実施形態が可能であること、そして様々なやり方で実践および遂行することが可能である。また、要約書だけでなく本明細書で採用される語句および用語は、記載を目的とするものであって、制限するものとしては見なされないものとすることは理解されよう。
【００２０】
従って、当業者は、この開示が拠り所とする概念および特徴を、本開示のいくつかの目的を遂行するためのその他の構造、方法、およびシステムを設計する基礎として容易に利用してもよいことは認識するであろう。
【００２１】
さらには、特許請求の範囲は、そうした均等な諸構成を、それらが本開示の趣旨および範囲から逸脱しない限り含むと見なすものとする。
【００２２】
添付図面は、この明細書で援用され、その一部分を構成しており、そして記載とともに、様々な代表的実施形態の原理を例示し説明する役割を果たす。添付図面において：
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】突出極の鉄およびミュー金属磁束帰還リングを露わにした代表的なロータ積層体の断面の端面図を例示する概略図であり、本開示の諸実施形態に合致するものである。
【図２】突出極の鉄、ミュー（μ）金属磁束の鉄と極鉄の巻線を露わにした代表的なロータ積層体の断面の端面図を例示する概略図であり、本開示の諸実施形態に合致するものである。
【図３】時計回りとなるように角度の付いた突出極の鉄と極鉄の巻線を露わにした代表的なロータ積層体の断面の端面図を例示する概略図であり、本開示の諸実施形態に合致するものである。
【図４】磁束帰還インサートだけでなく１６個の巻回突出極を露わにした代表的なソリッドステートロータの端面図を例示する概略図であり、本開示の諸実施形態に合致するものである。
【図５】極巻線を有する代表的なソリッドステートロータの端面図と、４極、６０Ｈｚサイクルのパルス＃１を通して全１６個の突出極について例示された励磁極性順序づけ回路とを例示する概略図であり、本開示の諸実施形態に合致するものである。
【図６】極巻線を有する代表的なソリッドステートロータの端面図と、４極、６０Ｈｚサイクルのパルス＃２を通して全１６個の突出極について例示された励磁極性順序づけ回路とを例示する概略図であり、本開示の諸実施形態に合致するものである。
【図７】極巻線を有する代表的なソリッドステートロータの端面図と、４極、６０Ｈｚサイクルのパルス＃３を通して全１６個の突出極について例示された励磁極性順序づけ回路とを例示する概略図であり、本開示の諸実施形態に合致するものである。
【図８】極巻線を有する代表的なソリッドステートロータの端面図と、４極、６０Ｈｚサイクルのパルス＃４を通して全１６個の突出極について例示された励磁極性順序づけ回路とを例示する概略図であり、本開示の諸実施形態に合致するものである。
【図９】極巻線を有する代表的なソリッドステートロータの端面図と、４極、６０Ｈｚサイクルのパルス＃５を通して全１６個の突出極について例示された励磁極性順序づけ回路とを例示する概略図であり、本開示の諸実施形態に合致するものである。
【図１０】極巻線を有する代表的なソリッドステートロータの端面図と、４極、６０Ｈｚサイクルのパルス＃６を通して全１６個の突出極について例示された励磁極性順序づけ回路とを例示する概略図であり、本開示の諸実施形態に合致するものである。
【図１１】極巻線を有する代表的なソリッドステートロータの端面図と、４極、６０Ｈｚサイクルのパルス＃７を通して全１６個の突出極について例示された励磁極性順序づけ回路とを例示する概略図であり、本開示の諸実施形態に合致するものである。
【図１２】極巻線を有する代表的なソリッドステートロータの端面図と、４極、６０Ｈｚサイクルのパルス＃８を通して全１６個の突出極について例示された励磁極性順序づけ回路とを例示する概略図であり、本開示の諸実施形態に合致するものである。
【図１３】極巻線を有する代表的なソリッドステートロータの端面図と、４極、６０Ｈｚサイクルのパルス＃９を通して全１６個の突出極について例示された励磁極性順序づけ回路とを例示する概略図であり、本開示の諸実施形態に合致するものである。
【図１４】極巻線を有する代表的なソリッドステートロータの端面図と、４極、６０Ｈｚサイクルのパルス＃１０を通して全１６個の突出極について例示された励磁極性順序づけ回路とを例示する概略図であり、本開示の諸実施形態に合致するものである。
【図１５】極巻線を有する代表的なソリッドステートロータの端面図と、４極、６０Ｈｚサイクルのパルス＃１１を通して全１６個の突出極について例示された励磁極性順序づけ回路とを例示する概略図であり、本開示の諸実施形態に合致するものである。
【図１６】極巻線を有する代表的なソリッドステートロータの端面図と、４極、６０Ｈｚサイクルのパルス＃１２を通して全１６個の突出極について例示された励磁極性順序づけ回路とを例示する概略図であり、本開示の諸実施形態に合致するものである。
【図１７】極巻線を有する代表的なソリッドステートロータの端面図と、４極、６０Ｈｚサイクルのパルス＃１３を通して全１６個の突出極について例示された励磁極性順序づけ回路とを例示する概略図であり、本開示の諸実施形態に合致するものである。
【図１８】極巻線を有する代表的なソリッドステートロータの端面図と、４極、６０Ｈｚサイクルのパルス＃１４を通して全１６個の突出極について例示された励磁極性順序づけ回路とを例示する概略図であり、本開示の諸実施形態に合致するものである。
【図１９】極巻線を有する代表的なソリッドステートロータの端面図と、４極、６０Ｈｚサイクルのパルス＃１５を通して全１６個の突出極について例示された励磁極性順序づけ回路とを例示する概略図であり、本開示の諸実施形態に合致するものである。
【図２０】極巻線を有する代表的なソリッドステートロータの端面図と、４極、６０Ｈｚサイクルのパルス＃１６を通して全１６個の突出極について例示された励磁極性順序づけ回路とを例示する概略図であり、本開示の諸実施形態に合致するものである。
【図２１】極巻線を有する代表的なソリッドステートロータの端面図と、４極、６０Ｈｚサイクルのパルス＃１を通して全１６個の突出極について例示された励磁極性順序づけ回路とを例示する概略図であり、本開示の諸実施形態に合致するものである。
【図２２】必要な励磁回路とともに、代表的な２極ロータを図示する概略図であり、本開示の諸実施形態に合致するものである。
【図２３】必要な励磁回路とともに、代表的な４極ロータを図示する概略図であり、本開示の諸実施形態に合致するものである。
【図２４】必要な励磁回路とともに、交番する単一極ロータの代表的なＮ極を図示する概略図であり、本開示の諸実施形態に合致するものである。
【図２５】必要な励磁回路とともに、交番する単一極ロータの代表的なＳ極を図示する概略図であり、本開示の諸実施形態に合致するものである。
【図２６】極巻線を有する代表的なソリッドステート４極ロータの端面図、およびパルス＃１を示す４極６０Ｈｚサイクルを通して全１６個の突出極について例示された励磁極性順序づけ回路を例示するとともに、磁束場を図示する概略図であり、本開示の諸実施形態に合致するものである。
【図２７】極巻線を有する代表的なソリッドステート４極ロータの端面図からの磁束場、および、各群における第１の２つの極を順次に発火させた励磁極性順序づけを例示するとともに、磁束場を図示する概略図であり、本開示の諸実施形態に合致するものである。
【図２８】極巻線を有する代表的なソリッドステート４極ロータの端面図からの磁束場、および、順次に発火されている第１の３つの極において磁束場を示す励磁極性順序づけを例示する概略図であり、図は本開示の諸実施形態に合致するものである。
【図２９】極巻線を有する代表的なソリッドステート４極ロータの端面図からの磁束場、および励磁極性順序づけを例示する概略図であり、本開示の諸実施形態に合致するものである。
【図３０】極巻線を有する代表的なソリッドステート４極ロータの端面図からの磁束場、および励磁極性順序づけを例示する概略図であり、この中で励磁順序づけは時計回りに進行しており、図は本開示の諸実施形態に合致するものである。
【図３１】極巻線を有する代表的なソリッドステート４極ロータの端面図からの磁束場、および励磁極性順序づけを、時計回りに回転する磁束場とともに例示する概略図であり、本開示の諸実施形態に合致するものである。
【図３２】代表的な２極ステータおよびロータを例示する概略図であり、本開示の諸実施形態に合致するものである。
【図３３】代表的な４極ステータおよびロータを例示する概略図であり、本開示の諸実施形態に合致するものである。
【図３４】３相ステータ内に位置している代表的な４極ロータを例示する概略図であり、３相巻線を図示していて、本開示の諸実施形態に合致するものである。
【図３５】「高Ｙ」結合を有する３相巻線を有する代表的なステータを例示する概略図であり、本開示の諸実施形態に合致するものである。
【図３６】「高Ｙ」構成での３相巻線の代表的な接続図を例示する概略図であり、本開示の諸実施形態に合致するものである。
【図３７】全３６０°の回転をカバーする「高Ｙ」結線を有する発電機の３相レグ（ｌｅｇ）を流れる電流のオシロスコープ上の代表的なトレースを例示する概略図であり、本開示の諸実施形態に合致するものである。
【図３８】単極ロータを収容する代表的なステータの断面を、ステータコイル無しで例示する概略図であり、本開示の諸実施形態に合致するものである。
【図３９】単極ロータを収容する代表的なステータの断面を、ステータコイルの３分の１が定位置にある状態で例示する概略図であり、本開示の諸実施形態に合致するものである。
【図４０】単極ロータを収容する代表的なステータの断面を、ステータコイルのすべてが定位置にある状態で例示する概略図であり、本開示の諸実施形態に合致するものである。
【図４１】ロータを収容する代表的なステータの断面を、ステータコイルの図示無しに例示する概略図であり、本開示の諸実施形態に合致するものである。
【図４２】ロータを収容する代表的なステータの断面を例示するとともに、ステータ内の３つのコイルのうち１つの引き回しを図示する概略図であり、本開示の諸実施形態に合致するものである。
【図４３】ロータを用いて改造することができる従来の市販の発電機を例示する概略図であり、本開示の諸実施形態に合致するものである。
【図４４】ロータを用いて改造することができるこんにち使用されている従来型の発電機を例示する概略図であり、本開示の諸実施形態に合致するものである。
【図４５】斜行ロータスロット（ｒｏｔｏｒ  ｓｌｏｔ）、スリップリング、ベアリングレスト（ｂｅａｒｉｎｇ  ｒｅｓｔ）、および巻線を露わにした代表的なロータユニットの側面図を例示する概略図であり、本開示の諸実施形態に合致するものである。
【図４６】発せられる代表的な外部磁束場に及ぼす、代表的な磁極どうしの間で１８０°分かれた励磁極性の効果を例示する概略図であり、本開示の諸実施形態に合致するものである。
【図４７】代表的なロータ積層体、および単極（または単極性）斜行スロットロータの代表的なスロットウェッジ（ｓｌｏｔ  ｗｅｄｇｅ）の断面図を例示する概略図であり、本開示の諸実施形態に合致するものである。
【図４８】機械的またはソリッドステートのいずれかのＮ極単極ロータである代表的な機能的単極ロータについての代表的なロータ積層体における内部極性を例示する概略図であり、本開示の諸実施形態に合致するものである。
【図４９】機械的またはソリッドステートのいずれかのＳ極単極ロータである代表的な機能的単極ロータについての代表的なロータ積層体における内部極性を例示する概略図であり、本開示の諸実施形態に合致するものである。
【図５０】代表的な内部巻線、および機能する機械的またはソリッドステートのいずれかの単極Ｎ極である代表的な機能する単極ロータについての磁気極性を例示する概略図であり、本開示の諸実施形態に合致するものである。
【図５１】代表的な内部巻線、および機能する機械的またはソリッドステートのいずれかの単極Ｓ極である代表的な機能する単極ロータについての磁気極性を例示する概略図であり、本開示の諸実施形態に合致するものである。
【図５２】代表的な従来の３相ステータを、内側に滑合させるために中に浮かせたソリッドステートロータとともに例示する概略図であり、本開示の諸実施形態に合致するものである。
【図５３】プログラマブルロジックセンタ（ＰＬＣ）回路および極切り替え回路を示す代表的な回路図であり、本開示の諸実施形態に合致するものである。
【図５４】ロータ励磁システムにおいて使用される回路、およびＰＬＣと極切り替え回路との相互作用を示す代表的な回路図あり、本開示の諸実施形態に合致するものである。
【図５５】ロータ励磁回路に、そして電気負荷への電力ケーブルおよび電池整流器インターフェースへの回生回路に接続された代表的なソリッドステート発電機であり、本開示の諸実施形態に合致するものである。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
本明細書の実施形態は、システムおよび方法を含む。少なくともいくつかの開示された方法は、例えば、非一過性のコンピュータ読み取り可能な記憶媒体から指令を受領する少なくとも１つのプロセッサにより実行してもよい。同様に、本開示と合致するシステムは、少なくとも１つのプロセッサとメモリとを含んでいてもよく、そしてメモリは、非一過性のコンピュータ読み取り可能な記憶媒体であってもよい。本明細書で使用されるとおり、非一過性のコンピュータ読み取り可能な記憶媒体は、少なくとも１つのプロセッサにより読み取り可能な情報またはデータを記憶するあるあらゆるタイプの物理的メモリを指す。実施例は、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、リードオンリメモリ（ＲＯＭ）、揮発性メモリ、不揮発性メモリ、ハードドライブ、ＣＤ  ＲＯＭ、ＤＶＤ、フラッシュドライブ、ディスク、およびその他のあらゆる公知の物理的記憶媒体を含む。単数の用語、例えば「メモリ」および「コンピュータ読み取り可能な記憶媒体」は、複数の構造、そうした複数のメモリおよび／またはコンピュータ読み取り可能な記憶媒体をさらに指すことがある。本明細書で指すとおり、「メモリ」が、別途指定のない限り、あらゆるタイプのコンピュータ読み取り可能な記憶媒体を含んでいてもよい。コンピュータ読み取り可能な記憶媒体が、本明細書の実施形態と合致するステップまたは段階をプロセッサに実行させる指令を含め、少なくとも１つのプロセッサにより実行する指令を記憶してもよい。加えて、１つまたは複数のコンピュータ読み取り可能な記憶媒体は、コンピュータ実装方法を実現するさいに利用してもよい。用語「コンピュータ読み取り可能な記憶媒体」は、有形の物を含むと理解されるものとし、搬送波および過渡信号は除外するものとする。
【００２５】
本開示の実施形態は、これまでのシステムおよび方法に勝る多くの利点を提供する。例えば、本明細書では、高効率で電力を生成し電磁気抗力の非常に小さい発電機などの電気的機械の態様が関与する、様々な代表的実施形態を考察し記載する。その使用と応用とともに超電導コイルの使用に対する、その抗力の除去の妥当性を提示し考察する。例えば、本開示の実施形態は、従来の回転式発電機と比較した場合に、４つの設計変更に起因して実質的に逆トルクのない発電機設計に向けたシステムおよび方法を提供する。これらの設計の特徴を、幾何学的分離、単一ステータ巻線パターン、遮蔽材、および独自のロータ設計を含め、次に説明する。
【００２６】
幾何学的分離：各ステータ電気子誘導コイルは、２つの別々のロータ空洞内に位置して、ステータコイルの一方の側だけが、第１の磁化されたロータに非常に近接し、その一方でコイルの反対側が、第２の磁化されたロータに非常に近接するようにしてある。両ロータは、閉じた誘導ループの外側にある。従来型の発電機の逆トルクは、単一ロータが、ステータコイルの両側、つまり一方が少なくとも１つのＮ極、そしてもう一方が少なくとも１つのＳ極を励磁する場合に、形成されることがある。レンツの法則に基づくと、ループを貫く磁束が変化しているならば、閉ループ内に誘導電流が存在する。誘導電流の方向は、誘導磁場が磁束の変化に抗うような方向である。本開示の場合では、ロータの磁場は、幾何学的に移動され、そして磁気的な軸、すなわちステータ磁極の中心線から分離される。それゆえ、逆トルクは、正反対となるうる磁極が、こうして幾何学的に分かれていることに起因して、いかなる有意な程度でも生じない。
【００２７】
単一ステータ巻線パターン：ステータ電気子は、ワイヤスロット内でラッピングコイル（ｌａｐｐｉｎｇ  ｃｏｉｌ）を巻回してもよく、これは、ラッピングコイル内の電流の方向が、個々のロータ空洞のすべてのスロット内で同一となるようになされる。しかしながら、コイルがステータ誘導スロットから出ると、コイルは、反対方向に物理的に巻回してあり、これにより、反対の磁気極性を生み出し、そして、得られる磁気極性であって相殺されない場合には量の小さい有効な逆トルクを形成する可能性のある磁気極性を効果的に相殺する。
【００２８】
遮蔽材：ステータ電気子の鉄はまた、ワイヤスロットどうしの間に一連のミュー金属遮蔽材を収容しており、これらの遮蔽材により、側部の鉄および背部の鉄の狭い区画と単極ロータ磁束との間の磁束の連結が、電気子コイル誘導発電を達成する形で可能になる。しかしながら、大きな逆トルクは出現しない。
【００２９】
独自のロータ設計：修正された突出極ロータは、単一の交番する単極（単一極としての機能）のロータであってもよい。修正された突出極ロータの設計により、Ｎ磁極磁束が３６０°回転、その後、Ｓ磁極磁束が３６０°回転することが可能になる。このロータ設計では、検出可能な磁気中心極、すなわち、ステータの小さい磁極上に整列する傾向があり得る磁気中心線であってそれにより幾分かの反トルクを生じ得るものは現れない。ロータ磁気コイルは、ソリッドステートＤＣ電力励磁システムによりスリップリング（ｓｌｉｐ  ｒｉｎｇ）を通じて励磁され、このシステムは、全３６０°のロータ表面に対して、Ｎ磁極とＳ磁極との間の交番を可能にするものである。周波数は、別々の小さい動力付きセンサホイールまたはソリッドステート周波数発生器およびプログラマブルロジックセンタにより制御してもよく、これは、発電機ロータのスピードに関わらずマスターコンピュータ制御を通じてあらゆる所望の周波数に調節されてもよい。
【００３０】
本明細書に開示されたソリッドステート静止ロータにより、発電機ステータのあらゆる実施形態または設計において発電機ロータを動作させることが可能になる。これにより、電力出力周波数を考慮せずにあらゆるスピードでロータの磁極を回転させることが可能になる。周波数は、ロータのスピードによるのではなく励磁回路により制御することができる。この設計は、周波数を変更することなしにロータ場のスピードを増減させることにより、電力出力の柔軟性をもたらす。例えば、３，０００ｒｐｍで動作させた発電機は６，０００ｒｐｍ以上にまでロータ磁極の動作スピードを増加させることにより、電力出力を倍増させることができる。また電力を低減させることにより、電力は、ロータのスピードを徐々に減少させつつも同期をとってロータコイルを励磁して周波数を維持することにより、所望のとおりにまで低減させることができる。もし、電子流に対して非常に低い抵抗を有する導体材料を採用するなら（常温超電導、例えばグラフェン被覆されたマグネットワイヤが、ステータとロータの両方に巻回するのに使用されるなら、入力電力を変化させることなく電力出力を増加させることができるようになる。代わりに、もしそうした超電導コイルを使用するならば、５分の１または１０分の１サイズの発電機を作り上げて、同一の電力出力を発生させることができる可能性がある。
【００３１】
いくつかの実施形態によれば、発電機におけるこれらの先に言及した設計変更により、その最高の電力出力容量までずっと、発電機のステータコイルにかかる電気負荷に関係なく、発電機から原動力に要求される機械的エネルギー需要は不変である。先に言及した設計変更により、動く部分の無いソリッドステートシステムのロータが封入され、このロータは、ステータ空洞内で回転せず、磁極は適切な周波数および順序で回転して、所望の電力出力を発生させるようになっており、そしてこのソリッドステートロータを使用して、あらゆる従来型の発電機、単相、２相、または３相のものを改造してもよい。
【００３２】
いくつかの実施形態によれば、第１および第２の部材は、同期をとるように駆動する必要はなく、その理由は、交番する第１および第２の磁気極性がソリッドステートＰＬＣ励磁システムにより同期させられるからであり、このシステムは、あらゆる所望の周波数、例えば６０Ｈｚで駆動モータにより駆動されるフォトセルセンサおよびホイールセンサからＰＬＣが信号を受領すると、単極磁気極性の適切なリード線を発火させるものである。ソリッドステート周波数発生器を使用してもよい。
【００３３】
いくつかの実施形態によれば、ＡＣ電力は、スロットロータ対の第１および第２の部材の両方が、適切な交番する第１および第２の磁気極性を備えている場合に、発生させることができる。ＤＣ電力は、対の第１のスロットロータが第１の極性のみを発生させ、第２のスロットロータが第２の極性のみを発生させる場合に、同一のスロットロータ対から発生させてもよい。これにより、適切な極における励磁電流の方向および持続期間を変化させることにより、発電機をＡＣ電力からＤＣ電力に変更する、および／またはＡＣ電力に変更して戻すことが可能になり、これは、励磁ＰＬＣにおけるプログラミングによる変更において達成してもよく、この変更は、マスターコンピュータに対して「スレーブ」となることであってもよい。
【００３４】
ある実施形態によれば、各スロットロータ部材は、交番する一対の単極磁極、すなわち、第２の磁気極性と交番する第１の磁気極性を少なくとも有しており、各スロットロータ部材は、長手方向の軸のまわりに回転することが可能である。この実施形態では、第１および第２のロータは、第１および第２のロータの全３６０°の円周について単極である。ソリッドステート切り替えシステムにより励磁された単極回路により、全てのロータ巻線を、交番する方向に切り替える、すなわち、全ロータをＮ極からＳ極に、そしてＳ極からもとのＮ極に切り替えることが可能になる。この設計変更によりＰＬＣソリッドステート整流子回路が可能になり、この回路は、励磁回路を制御して励磁電流を第１のスロットロータ部材および第２のスロットロータ部材に印加して、回転空間におけるロータの位置に関係なしに毎秒５０回（５０Ｈｚ）または毎秒６０回（６０Ｈｚ）で、スロットロータ部材に関連する第１の極性の磁極の１つに磁束を発生させ、さらに、第２のスロットロータ部材に関連する第２の極性の磁極の関連する１つに励磁電流を印加し、それにより反対の極性の磁束を発生させ、その発生を、ロータ磁極、側部の鉄、背部の鉄、およびステータスロットコイルの間に磁気結合が生じるようにして行う場合に磁束を発生させる。本実施形態により、あらゆるスピードで発電機ロータを動作させ、その周波数は、ロータのスピードによってではなく励磁回路によって制御することが可能になる。
【００３５】
いくつかの実施形態によれば、ロータ巻線の構造は、機能的単極ロータとして動作させることを目的として、変更しなければならない。双極ロータが、Ｎ極−Ｎ極またはＳ極−Ｎ極により同時に励磁されている場合には、内部の極は、外部磁束の大部分を相殺する。単極は、実際には、２つの完全な双極電磁石であり、これら電磁石は組み合わされ、そしてミュー金属／鋼の磁束帰還プレートにより分かれているが、単一ロータ内部に収容されている。双極磁石、例えば、コイル、例えば（ａ）および（ｂ）を有する磁石Ａが励磁されている場合、（ａ）はＮ極方向に励磁され、一方で（ｂ）はＮ極方向に励磁され、（ａ）は外側ロータ表面上でロータとともにあり；同時に、双極磁石、例えば、コイル、例えば（ｃ）および（ｄ）を有する単極の磁石Ｂが励磁され、（ｃ）はＮ極方向に励磁され、一方で（ｄ）はＮ極方向に励磁される。磁気コイルＡおよびＢを互いからこうして分離することにより、３６０°のロータ表面に対して完全なＮ極磁束が可能になり、そして３６０°のロータ表面に対してＳ極磁束との交番が可能になる。
【００３６】
このロータ設計の機能性は、互いから１８０°分かれたコイル巻線スロットに必要な斜行化により、さらに改良される。斜行は、約２ｃｍであることが必要であり、そしてステータスロットの斜行と反対の方向に斜行している。
【００３７】
本開示の実施形態に準拠して、発電機における抗力を低減させる方法であって、ステータコイルに関して一連の単極で静止しているかまたは回転式であるかのいずれかのロータの幾何学的設計および配置を変更することを含む方法と、磁気遮蔽のシステムであって、発電機が電気負荷に接続されている場合に、ステータの誘導性磁場とのロータ磁場のごく最小限の相互作用しか生じないシステムとが、開示される。この設計の変更は、スロット内に収容された誘導巻線を有する第１のステータ区画の外周に沿ってスロットロータ対の第１の部材を分布させることを含む。スロットロータ対の第２の部材は、スロット内に収容された誘導巻線を有する第２のステータ区画の外周に沿って分布していてもよい。第１のステータ区画および第２のステータ区画のスロットは、長さおよび深さ方向の出入りに沿った軸方向にそろっていてもよい。第２のステータ区画の外周もまた、円形のまたはその他の好適な形状のステータを指す内周に相当していてもよい。第１のステータ区画の内周と第２のステータ区画の内周とは、互いに隣接していてもよい。スロットロータ対の第１の部材および第２の部材は、スロット単極ロータを含んでいてもよく、ロータは、交番する第１および第２の磁気極性の、巻回された少なくとも一対の電気子極区画を有する。スロットロータ対の第１および第２の部材は、同期させるようにして回転させてもよく、この同期は、第１の磁気極性を有する第１の部材の極区画の第１のものと、第２の磁気極性を有する第２の部材の極区画の第２のものがスロットとそろって、誘導巻線内に最大磁束密度を提供してその中に電流を誘起するようにしてなされる。換言すれば、第１および第２の磁気極性を順次に変更してもよく、変更は、各ロータが、交番する単極ロータ、すなわち３６０°のロータ表面に対するＮ極が、３６０°のロータ表面に対するＳ極と交番するものとして動作するようにしてなされる。３６０°の表面に対する交番するＮ極−Ｓ極は、設計および巻線パターンにより可能である。スロットロータ対の第１および第２の磁気極性は、磁気的に同期されるようにして回転させてもよく、同期は、第１の磁気極性を有する第１の極と、第２の磁気極性の第２の極とが、第１のステータおよび第２のステータの幾何学的な隣接する隅に位置するようにしてなされる。したがって、ステータ電気子コイルの第１の側が第１の磁気極性を用いて励磁されてもよく、ステータ電気子コイルの第２の側部が第２の磁気極性を用いて励磁されてもよく、励磁は、誘導巻線の中に電流を誘起することを目的として、誘導巻線の中に最大磁束密度を提供するようになされる。
【００３８】
各スロットロータ対の第１の部材および第２の部材は、第１および第２の部材およびスロットの個々の長さ方向の軸に沿って、第１のステータ区画および第２のステータ区画のそろったスロットとそろえてもよく、これは、第１および第２の部材の長さ方向の軸が、そろったスロットの深さ方向の軸と垂直な配置になるようにしてなされる。
【００３９】
いくつかの実施形態によれば、第１および第２の部材は磁気的に遮蔽されていてもよく、これは、第１および第２の部材により発生した磁束が、スロット内だけに向かうようにして、磁束の漏出と、ステータ磁場とロータ対の相互作用の結果として生じる磁気抗力とを最小限にするようにしてなされる。第１の部材および第２の部材の遮蔽手段は、第１および第２のステータ区画に提供された各開口の中、例えば、斜行ステータスロットどうしの間の歯状部の鉄の中に挿入してもよく、これは、スロットの領域の直上の歯状部の鉄だけがロータの第１および第２の磁気極性の磁場に露出するようにしてなされる。各開口は、スロットと長さ方向にそろえて配置させて、第１および第２の部材を部分的に遮蔽してもよく、そして、スロットの長手方向の開口に対応する長手方向の開口を備えることができ、これは、スロットの対応する長手方向の開口との、そして最終的にはその中に配置された巻線への磁気的な連通を提供するのが目的である。スロットロータ対の第１および第２の部材が、適切な交番する第１および第２の磁気極性を備えている場合に、ＡＣ電力が発生することがある。第１のスロットロータ対が第１の極性のみを発生させ、そして第２のスロットロータ対が第２の極性のみを発生させる場合には、同一のスロットロータ対からＤＣ電力が発生することがある。これにより、適切な極における励磁電流を変化させることによりＡＣ電力からＤＣ電力に発電機を変更することが可能になり、これは、励磁ＰＬＣコントローラにおいてプログラミングによる変更により達成されてもよい。ある実施形態によれば、第１および第２の部材は遮蔽されてもよく、この遮蔽は、励磁電流が第１および第２の部材の電気子に供給される場合に発生した磁束が、実質的にスロットに向くようにしてなされる。
【００４０】
各スロットロータ部材が、少なくとも一対の磁極を有していて、磁極の対の一方が、第１の磁気極性を有し、磁極の対のもう一方が第２の磁気極性を有していてもよい。各スロットロータ部材は、長手方向の軸の周りに回転することが可能である。スロットロータ対は、スロット対に沿って配置してもよく、これは、スロット対の中に配置された誘導コイル巻線が、スロットロータ対により発生した磁束に露出されるようにしてなされる。
【００４１】
一実施形態によれば、第１の極性のスロットは、４つのワイヤスロットを含んでいてもよく、第２の極性のスロットは、４つのワイヤスロットを含んでいてもよい。第１のステータ区画および第２のステータ区画のそれぞれは、実質的に正方形の形状を有していてもよく、正方形の隅にはワイヤスロットが位置し、この場合、第１のステータ区画および第２のステータ区画は、二重ステータの長手方向の軸の周りに同心である。この実施形態では、ステータにおける起磁極からの幾何学的分離により、ステータと磁化されたロータとの間の抗力が大きく低減される。一実施形態によれば、第１の極性のスロットおよび第２の極性のスロットは、１２個のワイヤスロットまでを含有してもよいが、１２には限定されず、それぞれ抗力の大きな増加はない。
【００４２】
いくつかの実施形態によれば、励磁回路は、第１および第２のスロットロータ部材と関連する整流子回路（機械的またはソリッドステートのいずれか）を含んでいてもよく、整流子回路は、第１および第２のスロットロータ部材のうちの１つを、それらの適切なものがタイミング順に回転すると、励磁電流に選択的に結合させる。
【００４３】
本開示の実施形態に準拠して、発電機における抗力を低減させる方法が開示され、この方法は、ステータ磁極に関連してロータの幾何学的設計および配置を変更することを含み、この変更は、発電機において負荷電流により生み出されるステータ磁極をロータ空洞から幾何学的に分離し、さらに巻線だけでなく磁気遮蔽のシステムにより遮蔽するようしてなされ、この巻線は、ステータ巻線における負荷電流に次いで有効ステータ磁極の電磁気的遮蔽および相殺を提供するものである。
【００４４】
いくつかの実施形態によれば、誘導コイルは、コイルの各巻きを切断し、切断された端部上にコネクタを設置することにより二分され、これは、コイルが誘導ワイヤスロットの中に設置されると、コイルの巻回が再接続されるようにしてなされる。物理的遮蔽は、金属性ミュー金属による遮蔽と、ロータ空洞の周りの電磁気的遮蔽とから成る。さらに、遮蔽が、ステータのロータ空洞部分における巻線パターンにより提供される。またさらに、ロータ磁極と可能性のあるステータ磁極との間の磁気相互作用の低減は、ステータ巻線パターンのさらなる独自性性により達成されてもよく、この独自性は、ステータの誘導磁気極性を打ち消す負荷電流の最中の隣接する巻線における双方向の電流れから成る。この遮蔽およびステータ誘導巻線により生み出される可能性のあるステータ磁極からロータが幾何学的に分離される結果、発電機が全電気負荷に接続されている場合に、ステータの誘導性磁場とのロータ磁場の磁束の連結は、ごく最小限となる。従来の発電機からのこの設計変更は、ロータ対空洞の内周のスロットに収容された誘導巻線を有する第１のステータ区画の外周に沿って、スロットロータ対の第１の部材を分布させることを含む。
【００４５】
いくつかの実施形態によれば、スロットは、軸方向にそろった複数のスロットであり、これらのスロットは、ステータスロットの歯状部の幅、すなわちスロットのピッチ１つ分だけ斜行していてもよい。スロットの斜行は、ロータがワイヤスロットを過ぎて回転するさいにスロットから生じるエアギャップ永久高調波を低減させるのに利用される。第２のステータ区画の外周に沿ったロータ対の第２の部材は、スロットロータ対空洞の内周のスロット内に収容された誘導巻線を有していてもよい。
【００４６】
いくつかの実施形態によれば、第１のステータ区画および第２のステータ区画のスロットは、長さ方向および深さ方向の出入りに沿って、ステータスロットの歯状部の幅すなわちスロットのピッチ１つ分だけ、斜行して軸方向にそろっている。いくつかの実施形態によれば、第２のステータ区画の外周は、円形のまたはその他の好適な形状のステータを指す内周に相当していてもよい。
【００４７】
いくつかの実施形態によれば、第１のステータ区画の内周と第２のステータ区画の内周とは、互いに隣接していてもよい。スロットロータ対の第１の部材および第２の部材は、スロットロータを含んでいてもよく、ロータは、巻回された少なくとも一対の電気子極区画を有し、この区画は、ゲーティング機構を用いたソリッドステート励磁により励磁されてもよく、この機構により、巻回された電気子の全ロータ極区画は、第１の磁気極性と第２の磁気極性と間で交番可能になる。
【００４８】
いくつかの実施形態によれば、スロットロータ対の第１および第２の部材は、同期するようにして回転させてもよく、これは、第１の磁気極性と第２の磁気極性とがスロットとそろって、誘導巻線における最大磁束密度を提供してその中に電流を誘起するようにしてなされる。
【００４９】
いくつかの実施形態によれば、各スロットロータ対の第１の部材および第２の部材は、第１および第２の部材ならびにスロットの個々の長さ方向軸に沿って斜行させてそろえた第１のステータ区画および第２のステータ区画のスロットとそろっていてもよく、これは、第１および第２の部材の長さ方向の軸が、そろったスロットの深さ方向の軸と垂直な配置になるようにしてなされる。
【００５０】
いくつかの実施形態によれば、第１および第２の部材は磁気的に遮蔽されていてもよく、これは、第１および第２の部材により発生した磁束が、ロータ対どうしおよび／またはステータ磁場との間の最小限の相互作用で、誘導ワイヤスロットの中に向かうようにしてなされる。第１の部材および第２の部材の遮蔽は、２つの手段により達成される。第１に、ミュー金属遮蔽手段を戦略的な場所に設置して、ロータ磁場を、ロータ同士の間でそしてステータ磁場から分けてもよい。第２に、ロータ空洞およびステータ誘導巻線が、ロータおよびステータの間の正味ゼロの磁束相互作用または磁束の連結を提供する。
【００５１】
いくつかの実施形態によれば、第１のおよび第２のステータ区画におけるロータ対空洞の開口は、ステータコイル巻線工程に用立てば充分である。巻線工程が完了した後、開口は、取り外し可能な積層ステータ区画を配置することにより閉じてもよい。ステータスロットの斜行とともにこの３６０°の積層されたトンネルは、全３６０°の回転に向け、磁化されたロータとステータ鉄との間に等しい磁束の連結を提供する。諸動作条件では、磁気軸受効果が提供されてもよく、これにより、不規則な磁束の連結およびその結果として生じるエアギャップ高調波に起因する、磁化されたロータ極とステータ鉄との間の抗力が除去される。
【００５２】
ある実施形態では、ステータ開口は存在しない。斜行ステータスロットは、コイル巻きを切断し、切断された端部上にコネクタを設置することにより、巻回される。コイル巻きがステータの斜行スロットの中に存在する場合、コネクタによりコイル巻きを再接続することが可能になる。
【００５３】
いくつかの実施形態によれば、第１および第２の部材は、同期させるようにして駆動してもよく、同期させるやり方には、第１の部材が第１の方向に駆動されると同時に、第１の磁気極性を有する第１の部材の磁化された単極のうち第１のものの電気子に励磁電流を励起することが含まれる。第２の磁気極性を有する第２の部材の電気子における励磁電流を、同様に励起することができる。ロータにおけるスロット開口は、ステータの斜行とは反対の方向に斜行して、ロータとステータとの間のエアギャップにおけるあらゆる残留高調波を除去する。ＡＣ電力は、スロットロータ対の第１および第２の部材の両方が、適切な交番する第１および第２の磁気極性を備えている場合に、発生させることができる。ＤＣ電力は、対の第１のスロットロータが第１の極性のみを発生させ、第２のスロットロータ対が第２の極性のみを発生させる場合に、同一のスロットロータ対から発生させてもよい。これによって、適切な極における励磁電流の順序付けを変更することにより、発電機をＡＣ電力からＤＣ電力に変更することが可能になり、これは、励磁ＰＬＣコントローラにおけるプログラミングによる変更により達成されてもよい。いくつかの実施形態によれば、誘導巻線は、ＡＣ電力、ＤＣ電力向けに、そして単相または３相の「高Ｙ」または「低Ｙ」結線することができる。しかしながら、デルタ結線は禁止されてはいない。
【００５４】
いくつかの実施形態によれば、発生した電力の周波数は、スロットロータ対の第１および第２の部材のスピードを変更すること、および／または第１および第２のロータへの励磁の周波数を変更することにより、変化させてもよい。
【００５５】
本開示の実施形態に準拠して、発電機向けの電磁気組み立て体であって、第１のステータ区画および第２のステータ区画を有する二重ステータを含むものを提供してもよい。第１の極性のロータ空洞が、第１のステータ区画の外周上に配置される。第２の極性のロータ空洞が、第２のステータ区画の外周上に配置される。再び、上に言及したとおり、閉じた幾何学的形状のステータ配置に関しては、第２のステータ区画の外周は、内周を指し得る。第１および第２の区画上の個々の内周は、隣接する関係に配置されており、そしてそれらの間に配置されたあらゆる所望の寸法の背部鉄を含むことで、誘導ワイヤスロットを通じた磁気結合を向上させることができる。第１および第２の極性ロータ空洞のそれぞれは、長さ方向の軸に沿ってそろっており、そしてスロットのピッチ、すなわちスロット歯状部の幅の距離だけ斜行して、それぞれ、長さ方向および深さ方向の軸に沿ってそろった誘導ワイヤスロットを収容してもよい。スロットのそれぞれは、その中に配置された誘導コイル巻線を有する。この組み立て体は、ロータ空洞の中にスロットロータ対をさらに含んでいてもよい。各スロットロータは、３６０°の第１の極と３６０°の第２の極との間で交番する交番磁極を有する。各スロットロータ部材は、長手方向の軸の周りに回転することが可能である。スロットロータ対は、スロット対に沿って配置されており、これは、ステータのロータ空洞内に配置された誘導コイル巻線が、スロットロータ対により発生した磁束に露出するようになっている。各スロットロータ部材が、適切なスロット内に設置されてステータ磁極からロータ空洞を分ける磁気遮蔽材を備えていてもよい。遮蔽材は、ミュー金属から形成してもよい。
【００５６】
ある実施形態では、第１の極性に関連するスロットは、４つのロータ空洞内に収容されており、そして第２の極性に関連するスロットは、４つの分かれたロータ空洞内に収容されている。第１のステータ区画および第２のステータ区画のそれぞれは、実質的に正方形の形状を有していてもよい、しかし正方形の形状に限られてはおらず、正方形の隅にはロータ空洞が位置し、第１のステータ区画および第２のステータ区画は、二重ステータの長手方向の軸の周りに同心である。この実施形態は、ステータにおける起磁極からの幾何学的分離を提供し、これによりステータと磁化されたロータとの間の抗力が大きく低減される。
【００５７】
いくつかの実施形態によれば、スロットの第１の極性およびスロットの第２の極性は、４８個までのワイヤスロットを含有してもよいが、４８には限定されない。スロットは結線され、結線は、３６０°のスロットが反時計回りの方向に巻回され、時計回りの方向に巻回された３６０°のスロットにより取り囲まれるようにしてなされる。それゆえ、誘起されたＮ極は、誘起されたＳ極を相殺し、これにより、誘起される可能性のあるステータ磁場からロータ磁場を電磁気的に分離する。
【００５８】
いくつかの実施形態によれば、励磁回路を提供して、第１のスロットロータ部材および第２のスロットロータ部材に励磁電流を印加してもよく、これにより、スロットロータ部材に関連する第１の極性の磁気単極の１つが、第２の極性の関連する１つが励磁される場合に励磁される場合、磁束が発生すようにしてもよい。励磁回路は、瞬時に磁束を除去することを目的として、第１のスロットロータ部材および第２のスロットロータ部材から励磁電流をさらに除去することができる。
【００５９】
いくつかの実施形態によれば、第１のスロットロータ部材および第２のスロットロータ部材の磁極は、一定の励磁電流を供給されてもよく、または起動されていてもよく、起動は、ロータの全３６０°円周が、第１の磁気極性と第２の磁気極性との間で交番するようにしてなされる。
【００６０】
ある実施形態では、第１および第２のロータは、単極、すなわち、ロータ対の第１および第２のロータの全３６０°円周に対してＳ極と交番するＮ極である。ソリッドステート切り替えシステムにより励磁された単極回路により、全てのロータ巻線が、交番する方向に切り替えられること、すなわち、Ｎ極からＳ極そしてＳ極からＮ極に全ロータを切り替えることが可能になる。この設計により、プログラムＰＬＣまたは整流子回路が可能になり、この回路は、励磁回路を制御して、第１のスロットロータ部材および第２のスロットロータ部材に励磁電流を印加することにより、回転空間におけるロータの位置に関わらず、例えば毎秒５０回（５０Ｈｚ）または毎秒６０回（６０Ｈｚ）、スロットロータ部材に関連する第１の極性の磁極の１つに磁束を発生させるようにし、さらには、第２のスロットロータ部材と関連する第２の極性の磁極の関連する１つに励磁電流を印加し、それにより反対の極性の磁束を発生させ、その発生を、各スロット、および介在する背部の鉄およびステータコイルを通じて磁気結合が生じるようにして行う場合に、磁束を発生させるようにする。これにより、あらゆるスピードで発電機ロータを動作させ、その周波数は、ロータのスピードによってではなく励磁回路によって制御することが可能になる。
【００６１】
別の実施形態では、従来のロータまたは電気子は、高効率の電気鋼および／またはグラフェン積層された高効率の電気鋼単独の、および／またはグラフェンとともに積層された平坦な部材で置き換えてもよい。電気子およびステータは、高透磁率の積層された材料から製造されてもよい。これら２つの部材は、平坦であってもよく、そして多様な形状、例えば、正方形、矩形等であってもよい。電気子およびステータは、ワイヤスロットと並行して製造されてもよい。事前に形成された、または事前に巻回されたコイルは、スロットの中に置かれ、適切なやり方で接続される。これら２つの部分は、ワイヤスロットとともに、互いにそしてワイヤスロットと平行して対面させることにより設置することにより組み立ててもよい。
【００６２】
本開示に従って実装した代表的な実施形態を詳細に参照することにするが、それらの実施例は、添付図面に例示してある。
【実施例】
【００６３】
図１は、突出極の鉄およびミュー金属磁束帰還リングを露わにした代表的なロータ積層体の断面の端面図を例示する概略図であり、本開示の諸実施形態に合致するものである。ロータ本体は、例えば突０．３４ｍｍのアニールされた電気鋼をレーザーカットした円盤２０から形成してもよく、この鋼は、突出極４０が形成されるようにして治具上に積層されてもよいものである。この治具は、ミュー金属スリーブ４１を滑合させたシャフト１５を収容する。ロータ本体および突出極は、プレスされてもよく、そして孔３８の中にボルトを通して保持されてもよい。次に、絶縁突出極巻線を、極部分品３９の周りに巻回してもよい。
【００６４】
図２は、突出極の３９、ミュー金属磁束鉄、および極鉄の巻線を露わにしたレーザーカット円盤２０から形成された代表的なロータの断面の端面図を例示する概略図であり、本開示の諸実施形態に合致するものである。各突出極は、２本のリード線を有していてもよく、これらは、例えば、極１が、リード線ＫおよびＬを有する励磁されたＮ極であってもよく、そして極５が、リード線ＭおよびＮを有する励磁されたＳ極であってもよい。保持ボルトを収容する保持孔３８が、支持シャフト１５およびミュー金属スリーブ４１とともに示されている。
【００６５】
図３は、時計回りとなるように角度の付いた突出極の鉄および極鉄の巻線を露わにした代表的なロータ積層体の断面の端面図を例示する概略図であり、本開示の諸実施形態に合致するものである。この角度により、各極からの発展する磁場が、時計回りの方向に４５°の角度で発することが可能になることがあり、そして、場が、隣に存在する同様な極により押し返されると、磁束が時計回りの方向にロータの表面と平行に回転することがある。
【００６６】
図４は、磁束帰還インサートだけでなく１６個の巻回突出極を露わにした代表的なソリッドステートロータ本体７０の端面図を例示する概略図であり、本開示の諸実施形態に合致するものである。ロータ７０は、積層されプレスされた積層体２０、突出極３９、および磁束帰還インサートとして、ミュー金属スリーブ４１とともに、支持シャフト１５と併せて例示されている。
【００６７】
本開示の実施形態に準拠して、回転式発電機から逆トルクを除去する方法が開示され、この方法は、従来型の双極または多（ｍｕｔｌｉ）極の自転するロータを、回転する磁極を生み出し発電する単極、双極、または多（ｍｕｔｌｉ）極の静止ソリッドステートロータインサートに置き換えることを含むものである。ロータは静止しているので、発電機が電気負荷に接続されている場合にステータ鉄に形成される磁極どうしの間に、エネルギー消費する相互作用は存在しないし、発電機は、適切な周波数でロータを自転させるエネルギーを必要とすることもない。
【００６８】
ロータのこの再設計は、電気鋼から、例えば、等しいサイズおよび分布の、所望のさしわたし、例えば、６インチであるが６インチには限定されない、例えば、１６個の突出極部分品を有するが１６には限定されない積層体を切断することにより達成されるが、これには限定されない。後に記載される図５〜２１には、この再設計を例示する。極部分品には、所望のそして適切なマグネットワイヤの電線を巻回してもよい。マグネットワイヤコイルは、２本のリード線に終端させてもよく、これらのリード線は、例えばプログラマブルロジックセンタ（ＰＬＣ）を使用するコンピュータ制御されたゲーティングシステムに接続してもよく、これにより、例えば、励磁回路においてＭＯＳＦＥＴゲーティングシステムの使用により第１の極性から第２の極性に、そして第２の極性から第１の極性に交番するようにして切り替えることが可能になる。例えば、後で図２３、２６〜３１および３３〜３５に記載される４極ロータの場合では、突出極は結線されて、１群あたり４つの極の４群、または１群あたり８つの極の２群になっているが、しかし２つまたは４つの群には限定されない。
【００６９】
６０Ｈｚ電力および４極ロータの場合では、群＃１の極１は第１の極性であり、そして群＃２の極１は第２の極性である。群＃３の極１は第１の極性であり、そして群＃４の極１は第２の極性である。各群に由来する極１は、ソリッドステート励磁機基板チャネル＃１（ＣＨ１）により励磁されてもよい。各群に由来する極２は、ソリッドステート励磁機基板チャネル＃２（ＣＨ２）により励磁されてもよい。各群に由来する極３は、ソリッドステート励磁機基板チャネル＃３（ＣＨ３）により励磁されてもよい。各群に由来する極４は、ソリッドステート励磁機基板チャネル＃４（ＣＨ４）により励磁されてもよい。各群の極１が励磁されてもよく、そして、例えば２．０８４ミリ秒後、極２が励磁されてもよく；その後再び、例えば２．０８４ミリ秒後、極３が励磁されてもよく；その後再び、例えば２．０８４ミリ秒後、極４が励磁されてもよく；そして、例えば、２．０８４ミリ秒後、極１が再び励磁されてもよく、そしてこのサイクルが反復する。
【００７０】
極回路が、第１のサイクルにおける第１の極性のＤＣ電源電流、および第２のサイクルにおける第２の極性のＤＣ電源電流を用いて励磁されてもよい。第１および第２のサイクルは、６０Ｈｚ電流の場合では、１６．６６７ミリ秒ごとに１つのＡＣサイクルを構成する。適切な調整を、その他の周波数、例えば５０Ｈｚについて行ってもよい。各極が、各磁気突出極について、例えば、４．１６７ミリ秒の減衰時間で、例えば、４．１６７ミリ秒間、励磁されてもよい。励磁波は時計回りとなるように進行し、これは、各極が形成されつつあるさいにそれを歪ませ、これが、先行する極の磁束を押し返すことにより時計回りに前進させるようにして、磁束を押す。これは実際に、所望の周波数で時計回りに円を描くようにして、個別の分かれた磁極を一定に押し、そして極は分かれて、交番する第１の極性および第２の極性である。したがって、完全な１６．６６７ミリ秒サイクル毎に、励磁は第１の極性から第２の極性に切り替わり、これは、４つの明確に異なる磁極がロータ部材それ自体の物理的回転なしに回転を続けるようにしてなされる。
【００７１】
後で図２２および３２に記載される２極磁気ロータの場合では、突出極は結線されて、１群あたり８つの極部分品の２群になっていてもよい。各群における極部分品は、励磁機システムからの回路に接続されていてもよい。例えば、極１および群＃１は第１の極性、群＃２の極１は第２の極性である。各群に対する極１がソリッドステート励磁機チャネル＃１により励磁されてもよい。各群に対する極２がソリッドステート励磁機基板チャネル＃２により励磁されてもよい。各群に対する極３がソリッドステート励磁機基板チャネル＃３により励磁されてもよい。各群に対する極４がソリッドステート励磁機基板チャネル＃４により励磁されてもよい。各群に対する極５がソリッドステート励磁機基板チャネル＃５により励磁されてもよい。各群に対する極６がソリッドステート励磁機基板チャネル＃６により励磁されてもよい。各群に対する極７がソリッドステート励磁機基板チャネル＃７により励磁されてもよい。各群に対する極８がソリッドステート励磁機基板チャネル＃８により励磁されてもよい。
【００７２】
例えば、各群の極１が励磁されてもよく、そして、例えば１．０４２ミリ秒後、各群の極２が励磁されてもよい。各群の極２が励磁されてもよく、そして、例えば１．０４２ミリ秒後、各群の極３が励磁されてもよい。各群の極３が励磁されてもよく、そして、例えば１．０４２ミリ秒後、各群の極４が励磁されてもよい。各群の極４が励磁されてもよく、そして、例えば１．０４２ミリ秒後、極５が励磁されてもよい。各群の極５が励磁されてもよく、そして、例えば１．０４２ミリ秒後、極６が励磁されてもよい。各群の極６が励磁されてもよく、そして、例えば１．０４２ミリ秒後、極７が励磁されてもよい。各群の極７が励磁されてもよく、そして、例えば１．０４２ミリ秒後、極８が励磁されてもよい。各群の極８が励磁されてもよく、そして、例えば１．０４２ミリ秒後、各群の極１が励磁されてもよく、そしてこのサイクルが反復する。
【００７３】
励磁極性は、各サイクルとともに変化する。それゆえ、６０Ｈｚ電流について、４極単位の場合では、極性は各１６．６６７ミリ秒あたり２回切り替わり、そして２極単位では、励磁の極性は１６．６６７ミリ秒／サイクルあたり２回切り替わる。
【００７４】
例えば、後で図２４、２５および３８〜４０に記載される単極磁気ロータの場合では、１６個の突出極は結線されて、１群あたり４つの極部分品の４群になっている。すべての１６個の極部分品は、例えば８．３３３５ミリ秒間、励磁されるＮ極であってもよく；そしてその後、すべての１６個は、例えばさらに８．３３３５ミリ秒間、励磁されるＳ極であってもよく、これは、完全な各サイクルが１６．６６７ミリ秒となるようになされる。各群における極部分品が、ＰＬＣ駆動される励磁機システムからの回路に接続されていてもよい。したがって、群＃１の極部分品＃１は、第１の極性であってもよく；群２、３、および４の極部分品＃１は１サイクルの間、第１の極性であってもよく；そしてその後、すべてが、極部分品＃１、２、３、および４対して第２の極性に切り替わる。すなわち、全ロータは、３６０°に対して第１の極性と、３６０°に対して第２の極性との間で交番する。交番する極性は、例えばＭＯＳＦＥＴゲーティングシステムにより制御してもよい。回転している場のスピードは、発生した電流周波数には関係しない。周波数は、コンピュータ制御されたゲーティングシステムにより、例えば、５０Ｈｚ、６０Ｈｚ、またはあらゆるその他の所望の周波数について制御してもよい。磁場の回転のスピードは、励磁の進行の速度により制御してもよい。
【００７５】
例えば、例えば７，５００ｒｐｍの回転速度で磁場を取得するには、以下の順序を適用する。各群の極部分品＃１が励磁されてもよく、そして、例えば０．５ミリ秒後、極部分品＃２が励磁されてもよく；そして、例えば０．５ミリ秒後、極部分品＃３が励磁されてもよく；そして、例えばさらに０．５ミリ秒後、極部分品＃４が励磁されてもよく、そして、例えば０．５ミリ秒後、極部分品＃１が再び励磁されてもよく、そしてこのサイクルが、励磁極性が切り替わるまで反復される。各極部分品が、例えば０．１ミリ秒、励磁されてもよい。極回路は、第１のサイクルにおいて第１の極性のＤＣ電流、および第２のサイクルにおいて第２の極性のＤＣ電流を用いて励磁されてもよい。１番のサイクルに加えて２番のサイクルが完全なＡＣサイクルを形成する。
【００７６】
ロータ積層体およびロータ巻線の構造は、機能的な回転磁場として動作するためには、変更しなければならない。従来型の双極ロータが結線され、ロータの両方の極がＮ極またはＳ極のいずれか、すなわち、Ｎ−ＮまたはＳ−Ｓとなるようにして励磁される場合には、内部の極は外部磁束の大部分を相殺する。図４６〜５１について以下に考察するとおり、極性をＮ−ＳからＮ−ＮまたはＳ−Ｓに変えると、外部磁束は、磁束密度の４０倍劣化のせいで４０００ガウスから１００ガウスへ降下した。
【００７７】
この劣化問題を補正することを目的として、単極ソリッドステートロータを構築してもよく、この構築は、単極ロータの他方の極に１８０°反対の単極ロータの極が実際に巻回されて、２つの完全な双極磁石として構築し、これらの磁石を組み合わせ、２つの双極子の間に配置されたミュー金属−鋼磁束帰還構造により分かれるようにしてなされる。外側のコイル（ａ）および内側のコイル（ｂ）を有する双極磁石のＡ側が励磁されている場合、（ａ）は、観測者に対面する励磁されたＮ極であってもよく、そして（ｂ）は、観測者に対面する励磁されたＮ極であってもよく、（ａ）は外側ロータスロット内に巻回され、（ｂ）は内側ロータスロット内に巻回されている。同時に、外側コイル（ｃ）および内側コイル（ｄ）を有する単極の磁石Ｂ側が励磁されてもよく、この場合、（ｃ）は観測者に対面する励磁されたＮ極であってもよく、そして（ｄ）は観測者に対面する励磁されたＮ極であってもよい。上の巻線パターンとともに、ミュー金属鋼磁束帰還装置による磁石ＡのＢからの分離により、起動されたすべてロータ極の極表面上での例えば６，０００ガウスの全Ｎ極磁束と、ＭＯＳＦＥＴゲーティングシステムを介してリード線の正および負の励磁の交番により達せられる、全３６０°の突出磁極片表面に対する例えば６，０００ガウスのＳ極磁束との交番とが可能になる。
【００７８】
励磁極性は、上に言及したＰＬＣによりＤＣ給電電流を変更することにより制御してもよい。ＤＣ給電は、ＭＯＳＦＥＴゲーティングシステムを使用してＤＣ極性を交番させるマスターＰＬＣにより制御してもよく、このシステムは、例えば６０Ｈｚ電流の場合では８．３３３５ミリ秒ごと、そして、例えば５０Ｈｚ電流の場合では１０ミリ秒ごとに極性を交番させる。
【００７９】
本開示のソリッドステート静止ロータの設計により、発電機ロータを、発電機ステータのあらゆる実施形態または設計において動作させることが可能になる。この設計により、ロータ磁極を、電力出力周波数を考慮せずともあらゆるスピードで回転させることが可能になる。周波数は、ロータのスピードではなく励磁回路により制御することができる。
【００８０】
前に言及したとおり、ロータの再設計は、電気鋼から、等しいサイズおよび分布の、所望のさしわたし、例えば、６インチであるが６インチには限定されない、例えば、１６個の突出極部分品を有するが１６には限定されない積層体を切断することにより達成される。次に記載される図５〜２１にこの再設計を例示するが、この場合、極部分品は、所望のそして適切なマグネットワイヤの電線が巻回されていてもよい。
【００８１】
図５は、極巻線を有する代表的なソリッドステートロータ７０の端面図と、回転する磁極を発生させる、４極、６０Ｈｚサイクルのパルス＃１を通して全１６個の突出極について例示された励磁極性順序づけ回路とを例示する概略図であり、本開示の諸実施形態に合致するものである。ソリッドステートロータ７０は、端部積層体２０および保持ボルト孔３８を露わにしている。図５は、４つの磁極を有する静止状態のロータ、および各磁極に関連する突出極の励磁スキームの図示である。突出極３９は、１〜１６と番号付けされている。４つのロータ磁極は、Ｎ極＃１（Ｎ−Ａと標識されたもの）、Ｓ極＃１（Ｓ−Ａと標識されたもの）、Ｎ極＃２（Ｎ−Ｂと標識されたもの）、およびＳ極＃２（Ｓ−Ｂと標識されたもの）を含む。各磁気ロータ極は、電気的に励磁された４つの巻回された突出極部分品を含む。Ｎ極励磁リード線ＫおよびＬ、およびＳ極励磁リード線ＭおよびＮが、以下ように順次励磁される。
【００８２】
図５に示すパルス＃１では、第１の磁極群（突出極１〜４）は第１の極性に励磁され、そして第２の磁極群（突出極５〜８）は第２の極性に励磁されている。第３の群（突出極９〜１２）は第１の極性に励磁され、そして第４の磁極群（突出極１３〜１６）は第２の極性に励磁されている。突出極１、５、９、および１３は、ソリッドステート励磁機基板チャネル＃１（ＣＨ１）およびチャネル＃２（ＣＨ２）により励磁されている。突出極２、６、１０、および１４は、ソリッドステート励磁機基板チャネル＃３（ＣＨ３）およびチャネル＃４（ＣＨ４）により励磁されている。突出極３、７、１１、および１５は、ソリッドステート励磁機基板チャネル＃５（ＣＨ５）および＃６（ＣＨ６）により励磁されている。突出極４、８、１２、および１６は、ソリッドステート励磁機基板チャネル＃７（ＣＨ７）およびチャネル＃８（ＣＨ８）により励磁されている。各群の内部では、突出極部分品は、同時にではなく順次励磁されている。例えば、第１の群（極１〜４）では、突出極１が第１の極性に励磁され、そして、例えば２．０８４ミリ秒後、突出極２が第１の極性に励磁され；例えば２．０８４ミリ秒後、突出極３が第１の極性に励磁され；そして、例えば２．０８４ミリ秒後、突出極４が第１の極性に励磁されている。全ての極が１つの極性に順次励磁された後、極性は切り替えられる。例えば、極４が第１の極性に２．０８４ミリ秒間、励磁された後、突出極１は再び、今回は第２の極性に励磁され、そしてこのサイクルが反復する。換言すれば、極は第１の半サイクルにおいて第１の極性のＤＣにより、そして第２の半サイクルにおいては第２の極性のＤＣにより励磁される。第１および第２の半サイクルは、６０Ｈｚ電流の場合では、１６．６６７ミリ秒ごとに１つのＡＣサイクルを構成する。適切な調整を、６０Ｈｚ以外の周波数について行ってもよい。
【００８３】
６０Ｈｚ電流の場合では、各極が、例えば各突出極について４．１６７ミリ秒緩和時間で、例えば４．１６７ミリ秒間、励磁される。励磁波は時計回りに進行し、これは、各磁極が形成されつつあるさいにそれを歪ませ、その結果、磁束を時計回りとなるように前進させるようにして、ロータの表面に平行に押すことになるが、これは、先行する極からの磁束を押し返す結果である。図５の場合の効果は、４つの個別の交番する磁極が所望の周波数で時計回りに円を描くように循環することである。極は、交番する第１の極性および第２の極性で分かれている。１６．６６７ミリ秒ごとの完全なサイクルは、各半サイクルで１８０°回転する第１の極性および第２の極性を含む。２つの半サイクルは、３６０°の回転を含む。４つの明確に異なる磁極は、ロータ部材の物理的回転なしに回転し続ける。
【００８４】
図６は、極巻線を有する代表的なソリッドステートロータ７０の端面図と、４極、６０Ｈｚサイクルのパルス＃２を通して全１６個の突出極について例示された励磁極性順序づけ回路とを例示する概略図であり、本開示の諸実施形態に合致するものである。ロータ７０は、端部積層体２０および保持ボルト孔３８を露わにしている。図６は、回転する極を発生させる突出極の励磁サイクルの静止状態の図における４極ロータの図示である。突出極３９は、１〜１６と番号付けされている。個別磁極の１６ステップ回転のこのパルス＃２では、ミュー金属リング４１およびシャフト１５もまた露わにしてある。４つの磁極が標識されていて：Ｎ極＃１がＮ−Ａと標識され（突出極２〜５）、Ｓ極＃１がＳ−Ａと標識され（突出極６〜９）、Ｎ極＃２がＮ−Ｂと標識され（突出極１０〜１３）、そしてＳ極＃２がＳ−Ｂと標識されている（突出極１４〜１６、および１）。図５と同様に、図６における各磁気ロータ極もまた、好適な導体、例えばマグネットワイヤを巻回された４とおりの電気的に励磁された突出極部分品から成る。しかしながら、これらの極群は、図５におけるそれらの位置と比較して、極１つ分だけ時計回りに回転したあとである。例えば、第１の磁極群は今回、ロータ極２〜５を含み、第２の磁極群は今回、ロータ極６〜９を含み、第３の磁極群は今回、ロータ極１０〜１３を含み、そして第４の磁極群は今回、ロータ極１４〜１６、および１を含む。これらの群のうち、Ｎ−ＡおよびＮ−Ｂ極性（すなわち、ロータ極２〜５および１０〜１３）を有するロータ極が、Ｎ極巻回マグネットワイヤリード線Ｋ−Ｌを通じて励磁されており、そしてＳ−ＡおよびＳ−Ｂ極性（ロータ群６〜９、および１４〜１６、および１）を有するロータ極が、Ｓ極巻回マグネットワイヤリード線Ｍ−Ｎを通じて励磁されており、ここで、Ｋ（＋）、Ｌ（−）、Ｍ（−）、およびＮ（＋）である。これらの励磁リード線は、図５と関連して記載されたものと同様に、順次励磁されるが、違うのは、極性群がロータ極１つ分だけずれていることである。
【００８５】
図７は、極巻線を有する代表的なソリッドステートロータ７０の端面図と、４極、６０Ｈｚサイクルのパルス＃３を通して全１６個の突出極について例示された励磁極性順序づけ回路とを例示する概略図であり、本開示の諸実施形態に合致するものである。ロータ７０は、端部積層体２０および保持ボルト孔３８を露わにしている。図７は、回転する極を発生させる突出極の励磁サイクルの静止状態の図における４極ロータの図示である。突出極３９は、１〜１６と番号付けされている。これは４つの個別磁極の１６ステップ回転のパルス＃３である。ミュー金属リング４１およびシャフト１５もまた露わにしてある。磁極は、標識されていて：Ｎ＃１がＮ−Ａと標識され（突出極３〜６）、Ｓ極＃１がＳ−Ａと標識され（突出極７〜１０）、Ｎ極＃２がＮ−Ｂと標識され（突出極１１〜１４）、そしてＳ極＃２がＳ−Ｂと標識されている（突出極１５〜１６、および１〜２）。各磁気ロータ極群は、マグネットワイヤを巻回された４つの電気的に励磁された突出極部分品から成る。Ｎ極巻回磁気ワイヤリード線は、Ｋ−Ｌとして表現され、そしてＳ極巻回磁気ワイヤリード線は、Ｍ−Ｎとして表現され、Ｋ（＋）およびＬ（−）、Ｍ（−）、およびＮ（＋）である。励磁リード線は図５のとおり、順次励磁されるが、違うのは、極性群がロータ極２つ分だけずれていることである。
【００８６】
図８は、極巻線を有する代表的なソリッドステートロータ７０の端面図と、４極、６０Ｈｚサイクルのパルス＃４を通して全１６個の突出極について例示された励磁極性順序づけ回路とを例示する概略図であり、本開示の諸実施形態に合致するものである。ロータ７０は、端部積層体２０および保持ボルト孔３８を露わにしている。図８は、回転する極を発生させる突出極の励磁サイクルの静止状態の図における４極ロータの図示である。突出極３９は１〜１６に番号付けされている。これは、３６０°の回転を含む４つの個別磁極の１６ステップ回転のパルス＃４を図示している。ミュー金属リング４１およびシャフト１５もまた露わにしてある。４つの磁極が標識されていて：Ｎ極＃１がＮ−Ａと標識され（突出極４〜７）、Ｓ極＃１がＳ−Ａと標識され（突出極８〜１１）、Ｎ極＃２がＮ−Ｂと標識され（突出極１２〜１５）、そしてＳ極＃２がＳ−Ｂと標識されている（突出極１６、および１〜３）。各磁気ロータ極は、マグネットワイヤを巻回された４つの電気的に励磁された突出極部分品から成る。Ｎ極巻回マグネットワイヤリード線は、Ｋ−Ｌとして表現され、そしてＳ極巻回マグネットワイヤリード線は、Ｍ−Ｎとして表現され、Ｋ（＋）、Ｌ（−）、Ｍ（−）、およびＮ（＋）である。励磁リード線は図５と同様に、順次励磁されるが、違うのは、極性群がロータ極３つ分だけずれていることである。
【００８７】
図９は、極巻線を有する代表的なソリッドステートロータ７０の端面図と、４極、６０Ｈｚサイクルのパルス＃５を通して全１６個の突出極について例示された励磁極性順序づけ回路とを例示する概略図であり、本開示の諸実施形態に合致するものである。ロータ７０は、端部積層体２０および保持ボルト孔３８を露わにしている。図９は、回転する極を発生させる突出極の励磁サイクルの静止状態の図における４極ロータの図示である。突出極３９は、１〜１６と番号付けされている。これは、３６０°の回転を含む個別磁極の１６ステップ回転のパルス＃５を図示している。ミュー金属リング４１およびシャフト１５もまた露わにしてある。４つの磁極が標識されていて：Ｎ極＃１がＮ−Ａと標識され（突出極５〜８）、Ｓ極＃１がＳ−Ａと標識され（突出極９〜１２）、Ｎ極＃２がＮ−Ｂと標識され（突出極１３〜１６）、そしてＳ極＃２はＳ−Ｂと標識されている（突出極１〜４）。各磁気ロータ極は、マグネットワイヤを巻回された４つの電気的に励磁された突出極部分品から成る。Ｎ極巻回マグネットワイヤリード線は、Ｋ−Ｌとして表現され、そしてＳ極巻回マグネットワイヤリード線は、Ｍ−Ｎとして表現され、Ｋ（＋）、Ｌ（−）、Ｍ（−）、およびＮ（＋）である。励磁リード線は図５のとおり、順次励磁されるが、違うのは、極性群がロータ極４つ分だけずれていることである。
【００８８】
図１０は、極巻線を有する代表的なソリッドステートロータ７０の端面図と、４極、６０Ｈｚサイクルのパルス＃６を通して全１６個の突出極について例示された励磁極性順序づけ回路とを例示する概略図であり、本開示の諸実施形態に合致するものである。ロータ７０は、端部積層体２０および保持ボルト孔３８を露わにしている。図１０は、回転する極を発生させる突出極の励磁サイクルの静止状態の図における４極ロータの図示である。突出極３９は、１〜１６と番号付けされている。これは、３６０°の回転および２サイクルの６０Ｈｚ電流を含む４つの個別磁極の１６ステップの発電および回転のパルス＃６を図示している。ミュー金属リング４１およびシャフト１５もまた露わにしてある。４つの磁極が標識されていて：Ｎ極＃１がＮ−Ａと標識され（突出極６〜９）、Ｓ極＃１がＳ−Ａと標識され（突出極１０〜１３）、Ｎ極＃２がＮ−Ｂと標識され（突出極１４〜１６）、そしてＳ極＃２がＳ−Ｂと標識されている（突出極２〜５）。各磁気ロータ極は、マグネットワイヤを巻回された４つの電気的に励磁された突出極部分品から成る。Ｎ極巻回マグネットワイヤリード線は、Ｋ−Ｌとして表現され、そしてＳ極巻回マグネットワイヤリード線は、Ｍ−Ｎとして表現され、Ｋ（＋）、Ｌ（−）、Ｍ（−）、およびＮ（＋）である。励磁リード線は図５のとおり、順次励磁されるが、違うのは、極性群がロータ極３つ分だけずれていることである。
【００８９】
図１１は、極巻線を有する代表的なソリッドステートロータ７０の端面図と、４極、６０Ｈｚサイクルのパルス＃７を通して全１６個の突出極について例示された励磁極性順序づけ回路とを例示する概略図であり、本開示の諸実施形態に合致するものである。本発明のロータ７０は、端部積層体２０および保持ボルト孔３８を露わにしている。図１１は、回転している磁極を発生させる突出極の順次の励磁サイクルの静止状態の図における４極ロータの図示である。突出極３９は、１〜１６と番号付けされている。図１１に、３６０°の回転および２サイクルの６０Ｈｚ電流を含む４つの個別磁極の１６ステップの発電および回転のパルス＃７を例示する。ミュー金属リング４１およびシャフト１５もまた露わにしてある。４つの磁極は標識されていて：Ｎ＃１がＮ−Ａと標識され（突出極７〜１０）、Ｓ極＃１がＳ−Ａと標識され（突出極１１〜１４）、Ｎ極＃２がＮ−Ｂと標識され（突出極１５〜１６、および１〜２）、そしてＳ極＃２がＳ−Ｂと標識されている（突出極３〜６）。各磁気ロータ極は、マグネットワイヤを巻回された４つの電気的に励磁された突出極部分品から成る。Ｎ極巻回マグネットワイヤリード線は、Ｋ−Ｌとして表現され、そしてＳ極巻回磁気ワイヤリード線は、Ｍ−Ｎとして表現され、Ｋ（＋）およびＬ（−）、Ｍ（−）、およびＮ（＋）である。これらの励磁リード線は図５のとおり、順次励磁されるが、違うのは、極性群がロータ極６つ分だけずれていることである。
【００９０】
図１２は、極巻線を有する代表的なソリッドステートロータ７０の端面図と、４極、６０Ｈｚサイクルのパルス＃８を通して全１６個の突出極について例示された励磁極性順序づけ回路とを例示する概略図であり、本開示の諸実施形態に合致するものである。本発明のロータ７０は、端部積層体２０および保持ボルト孔３８を露わにしている。図１２は、回転している磁極を発生させる突出極の順次の励磁サイクルの静止状態の図における４極ロータの図示である。突出極３９は１〜１６と番号付けされている。図１２に、３６０°の回転および２サイクルの６０Ｈｚ電流を含む４つの個別磁極の１６ステップの発電および回転のパルス＃８を例示する。ミュー金属リング４１およびシャフト１５を露わにしてある。４つの磁極は標識されていて：Ｎ＃１がＮ−Ａと標識され（突出極８〜１１）、Ｓ極＃１がＳ−Ａと標識され（突出極１２〜１５）、Ｎ極＃２がＮ−Ｂと標識され（突出極１６、および１〜３）、そしてＳ極＃２がＳ−Ｂと標識されている（突出極４〜７）。各磁気ロータ極群は、マグネットワイヤを巻回された４つの電気的に励磁された突出極部分品から成る。Ｎ極巻回マグネットワイヤリード線は、Ｋ−Ｌとして表現され、そしてＳ極巻回磁気ワイヤリード線は、Ｍ−Ｎとして表現され、Ｋ（＋）、およびＬ（−）、Ｍ（−）、およびＮ（＋）である。励磁リード線は図８のとおり、順次励磁されるが、違うのは、極性群がロータ極７つ分だけずれていることである。
【００９１】
図１３は、極巻線を有する代表的なソリッドステートロータ７０の端面図と、４極、６０Ｈｚサイクルのパルス＃９を通して全１６個の突出極について例示された励磁極性順序づけ回路とを例示する概略図であり、本開示の諸実施形態に合致するものである。ロータ７０は、端部積層体２０および保持ボルト孔３８を露わにしている。図１３は、回転する磁極を発生させる突出極の順次の励磁サイクルの静止状態の図における４極ロータの図示である。突出極３９は、１〜１６と番号付けされている。図１３に、３６０°の回転および２サイクルの６０Ｈｚ電流を含む４つの個別磁極の１６ステップの発電および回転のパルス＃９を例示する。ミュー金属リング４１およびシャフト１５もまた露わにしてある。４つの磁極が標識されていて：Ｎ極＃１がＮ−Ａと標識され（突出極９〜１２）、Ｓ極＃１がＳ−Ａと標識され（突出極１３〜１６）、Ｎ極＃２がＮ−Ｂと標識され（突出極１〜４）、そしてＳ極＃２はＳ−Ｂと標識されている（突出極５〜８）。各磁気ロータ極群は、マグネットワイヤを巻回された４つの電気的に励磁された突出極部分品から成る。Ｎ極巻回マグネットワイヤリード線は、Ｋ−Ｌとして表現され、そしてＳ極巻回マグネットワイヤリード線は、Ｍ−Ｎとして表現され、Ｋ（＋）、およびＬ（−）、Ｍ（−）、およびＮ（＋）である。励磁リード線は図５のとおり、順次励磁されるが、違うのは、極性群がロータ極８つ分だけずれていることである。
【００９２】
図１４は、極巻線を有する代表的なソリッドステートロータ７０の端面図と、４極、６０Ｈｚサイクルのパルス＃１０を通して全１６個の突出極について例示された励磁極性順序づけ回路とを例示する概略図であり、本開示の諸実施形態に合致するものである。ロータ７０は、端部積層体２０および保持ボルト孔３８を露わにしている。図１４は、回転する極を発生させる突出極の順次の励磁サイクルの静止状態の図における４極ロータの図示である。突出極３９は、１〜１６と番号付けされている。図１４に、３６０°の回転および２サイクルの６０Ｈｚ電流を含む４つの個別磁極の１６ステップの発電および回転のパルス＃１０を例示する。ミュー金属リング４１およびシャフト１５もまた露わにしてある。４つの磁極が標識されていて：Ｎ極＃１がＮ−Ａと標識され（突出極１０〜１３）、Ｓ極＃１がＳ−Ａと標識され（突出極１４〜１６、および１）、Ｎ極＃２はＮ−Ｂと標識され（突出極１〜５）、そしてＳ極＃２はＳＢと標識されている（突出極６〜９）。各磁気ロータ極群は、マグネットワイヤを巻回された４とおりの電気的に励磁された突出極部分品から成る。Ｎ極巻回マグネットワイヤリード線がＫ−Ｌとして表現され、そしてＳ極巻回マグネットワイヤリード線がＭ−Ｎとして表現され、Ｋ（＋）、Ｌ（−）、Ｍ（−）、およびＮ（＋）である。励磁リード線は図５のとおり、順次励磁されるが、違うのは、極性群がロータ極９つ分だけずれていることである。
【００９３】
図１５は、極巻線を有する代表的なソリッドステートロータ７０の端面図と、４極、６０Ｈｚサイクルのパルス＃１１を通して全１６個の突出極について例示された励磁極性順序づけ回路とを例示する概略図であり、本開示の諸実施形態に合致するものである。ロータ７０は、端部積層体２０および保持ボルト孔３８を露わにしている。図１５は、回転する磁極を発生させる突出極の順次の励磁サイクルの静止状態の図における４極ロータの図示である。突出極３９は、１〜１６と番号付けされている。図１５に、３６０°の回転および２サイクルの６０Ｈｚ電流を含む４つの個別磁極の１６ステップの発電および回転のパルス＃１１を例示する。ミュー金属リング４１およびシャフト１５もまた露わにしてある。４つの磁極が標識されていて：Ｎ極＃１がＮ−Ａと標識され（突出極１１〜１４）、Ｓ極＃１がＳ−Ａと標識され（突出極１５〜１６および１〜２）、Ｎ極＃２がＮ−Ｂと標識され（突出極３〜６）、そしてＳ極＃２がＳ−Ｂと標識されている（突出極７〜１０）。各磁気ロータ極群は、マグネットワイヤを巻回された４とおりの電気的に励磁された突出極部分品から成る。Ｎ極マグネットワイヤリード線がＫ−Ｌとして表現され、そしてＳ極巻回マグネットワイヤリード線がＭ−Ｎとして表現され、Ｋ（＋）、Ｌ（−）、Ｍ（−）、およびＮ（＋）である。励磁リード線は図５のとおり、順次励磁されるが、違うのは、極性群がロータ極１０個分だけずれていることである。
【００９４】
図１６は、極巻線を有する代表的なソリッドステートロータ７０の端面図と、４極、６０Ｈｚサイクルのパルス＃１２を通して全１６個の突出極について例示された励磁極性順序づけ回路とを例示する概略図であり、本開示の諸実施形態に合致するものである。ロータ７０は、端部積層体２０および保持ボルト孔３８を露わにしている。図１６は、回転する極を発生させる突出極の順次の励磁サイクルの静止状態の図における４極ロータの図示である。突出極３９は、１〜１６と番号付けされている。図１６に、３６０°の回転および２サイクルの６０Ｈｚ電流を含む４つの個別磁極の１６ステップの発電および回転のパルス＃１２を例示する。ミュー金属リング４１およびシャフト１５もまた露わにしてある。４つの磁極が標識されていて：Ｎ極＃１がＮ−Ａと標識され（突出極１２〜１５）、Ｓ極＃１がＳ−Ａと標識され（突出極１６、および１〜３）、Ｎ極＃２がＮ−Ｂと標識され（突出極４〜７）、そしてＳ極＃２がＳＢと標識されている（突出極８〜１１）。各磁気ロータ極は、マグネットワイヤを巻回された４つの電気的に励磁された突出極部分品から成る。Ｎ極巻回マグネットワイヤリード線は、Ｋ−Ｌとして表現され、そしてＳ極巻回マグネットワイヤリード線は、Ｍ−Ｎとして表現され、Ｋ（＋）、およびＬ（−）、Ｍ（−）、およびＮ（＋）である。これらの励磁リード線は図５のとおり、順次励磁されるが、違うのは、極性群がロータ極１１個分だけずれていることである。
【００９５】
図１７は、極巻線を有する代表的なソリッドステートロータ７０の端面図と、４極、６０Ｈｚサイクルのパルス＃１３を通して全１６個の突出極について例示された励磁極性順序づけ回路とを例示する概略図であり、本開示の諸実施形態に合致するものである。ロータ７０は、端部積層体２０および保持ボルト孔３８を露わにしている。図１７は、回転する極を発生させる突出極の順次の励磁サイクルの静止状態の図における４極ロータの図示である。突出極３９は、１〜１６と番号付けされている。図１９に、３６０°の回転および２サイクルの６０Ｈｚ電流を含む４つの個別磁極の１６ステップの発電および回転のパルス＃１３を例示する。ミュー金属リング４１およびシャフト１５もまた露わにしてある。４つの磁極が標識されていて：Ｎ＃１がＮ−Ａと標識され（突出極１３〜１６）、Ｓ極＃１がＳ−Ａと標識され（突出極１〜４）、Ｎ極＃２がＮ−Ｂと標識され（突出極５〜８）、そしてＳ極＃２がＳ−Ｂと標識されている（突出極９〜１２）。各磁気ロータ極群は、マグネットワイヤを巻回された４つの電気的に励磁された突出極部分品から成る。Ｎ極巻回マグネットワイヤリード線は、Ｋ−Ｌとして表現され、そしてＳ極巻回マグネットワイヤリード線は、Ｍ−Ｎとして表現され、Ｋ（＋）、およびＬ（−）、Ｍ（−）、およびＮ（＋）である。これらの励磁リード線は図５のとおり、順次励磁されるが、違うのは、極性群がロータ極１２個分だけずれていることである。
【００９６】
図１８は、極巻線を有する代表的なソリッドステートロータ７０の端面図と、４極、６０Ｈｚサイクルのパルス＃１４を通して全１６個の突出極について例示された励磁極性順序づけ回路とを例示する概略図であり、本開示の諸実施形態に合致するものである。本発明のロータ７０は、端部積層体２０および保持ボルト孔３８を露わにしている。図１８は、回転している磁極を発生させる突出極の順次の励磁サイクルの静止状態の図における４極ロータの図示である。突出極３９は１〜１６と番号付けされている。図１８に、３６０°の回転および２サイクルの６０Ｈｚ電流を含む４つの個別磁極の１６ステップの発電および回転のパルス＃１４を例示する。ミュー金属リング４１およびシャフト１５もまた露わにしてある。４つの磁極が標識されていて：Ｎ＃１がＮ−Ａと標識され（突出極１４〜１６、および１）、Ｓ極＃１がＳ−Ａと標識され（突出極２−５）、Ｎ極＃２がＮ−Ｂと標識され（突出極６〜９）、そしてＳ極＃２がＳ−Ｂと標識されている（突出極１０〜１３）。各磁気ロータ極群は、マグネットワイヤを巻回された４つの電気的に励磁された突出極部分品から成る。Ｎ極巻回マグネットワイヤリード線は、Ｋ−Ｌとして表現され、そしてＳ極巻回マグネットワイヤリード線は、Ｍ−Ｎとして表現され、Ｋ（＋）、Ｌ（−）、Ｍ（−）、およびＮ（＋）である。これらの励磁リード線は図５のとおり、順次励磁されるが、違うのは、極性群がロータ極１３個分だけずれていることである。
【００９７】
図１９は、極巻線を有する代表的なソリッドステートロータ７０の端面図と、４極、６０Ｈｚサイクルのパルス＃１５を通して全１６個の突出極について例示された励磁極性順序づけ回路とを例示する概略図であり、本開示の諸実施形態に合致するものである。ロータ７０は、端部積層体２０および保持ボルト孔３８を露わにしている。図１９は、回転する磁極を発生させる突出極の順次の励磁サイクルの静止状態の図における４極ロータの図示である。突出極３９は、１〜１６と番号付けされている。図１９に、３６０°の回転および２サイクルの６０Ｈｚ電流を含む４つの個別磁極の１６ステップの発電および回転のパルス＃１５を例示する。ミュー金属リング４１およびシャフト１５もまた露わにしてある。４つの磁極が標識されていて：Ｎ極＃１がＮ−Ａと標識され（突出極１５〜１６および１〜２）、Ｓ極＃１がＳ−Ａと標識され（突出極３〜６）、Ｎ極＃２がＮ−Ｂと標識され（突出極７〜１０）、そしてＳ極＃２がＳ−Ｂと標識されている（突出極１１〜１４）。各磁気ロータ極群は、マグネットワイヤを巻回された４とおりの電気的に励磁された突出極部分品から成る。Ｎ極巻回マグネットワイヤリード線は、Ｋ−Ｌとして表現され、そしてＳ極巻回マグネットワイヤリード線は、Ｍ−Ｎとして表現され、Ｋ（＋）およびＬ（−）、Ｍ（−）およびＮ（＋）である。これらの励磁リード線は図５のとおり、順次励磁されるが、違うのは、極性群がロータ極１４個分だけずれていることである。
【００９８】
図２０は、極巻線を有する代表的なソリッドステートロータ７０の端面図と、４極、６０Ｈｚサイクルのパルス＃１６を通して全１６個の突出極について例示された励磁極性順序づけ回路とを例示する概略図であり、本開示の諸実施形態に合致するものである。本発明のロータ７０は、端部積層体２０および保持ボルト孔３８を露わにしている。図２０は、回転している磁極を発生させる突出極の順次の励磁サイクルの静止状態の図における４極ロータの図示である。突出極３９は１〜１６と番号付けされている。図２０に、３６０°の回転および２サイクルの６０Ｈｚ電流を含む４つの個別磁極の１６ステップの発電および回転のパルス＃１６を例示する。ミュー金属リング４１およびシャフト１５もまた露わにしてある。４つの磁極が標識されていて：Ｎ＃１がＮ−Ａと標識され（突出極１６、および１〜３）、Ｓ極＃１がＳ−Ａと標識され（突出極４〜８７）、Ｎ極＃２がＮ−Ｂと標識され（突出極８〜１１）、そしてＳ極＃２がＳ−Ｂと標識されている（突出極１２〜１５）。各磁気ロータ極群は、マグネットワイヤを巻回された４つの電気的に励磁された突出極部分品から成る。Ｎ極巻回マグネットワイヤリード線は、Ｋ−Ｌとして表現され、そしてＳ極巻回マグネットワイヤリード線は、Ｍ−Ｎとして表現され、Ｋ（＋）、およびＬ（−）、Ｍ（−）、およびＮ（＋）である。これらの励磁リード線は図５のとおり、順次励磁されるが、違うのは、極性群がロータ極１５個分だけずれていることである。
【００９９】
図２１は、極巻線を有する代表的なソリッドステートロータ７０の端面図と、４極、６０Ｈｚサイクルのパルス＃１を通して全１６個の突出極について例示された励磁極性順序づけ回路とを例示する概略図であり、本開示のそして図５に記載の諸実施形態に合致するものである。
【０１００】
図２２は、代表的な２極ロータ７１とともにその励磁回路を図示する概略図であり、本開示の諸実施形態に合致するものである。２極磁気ロータの場合では、突出極は結線されて、１群あたり８突出極部分品の２群になる。各群における極部分品の巻回コイルは、励磁機システムからの回路に接続される。第１の磁極群（例えば、Ｎ極群）の極部分品＃１（例えば、図５における突出極１）は、第１の極性であり、第２の磁極群（例えば、Ｓ−極群）の極部分品＃１（例えば、図５における突出極５）は、第２の極性である。各群に対する極部分品＃１についてのコイルは、励磁パネル７４に収容されるソリッドステート励磁機チャネル＃１により励磁される。励磁パネル７４、よって、極部分品の巻回コイルは、電池７５により導体８０を通じて給電される。励磁制御信号は、ＰＬＣ７３からコンジット７９を通じて伝送される。適切なＰＬＣパラメータを起動させる信号は、制御パネル７２から導体７８を通じて伝送される。２つの極群のそれぞれの極部分品＃１は、励磁パネル７４におけるソリッドステート励磁機チャネル＃１によりコンジット７７を通じて励磁される。各群の極部分品＃２は、励磁パネル７４におけるソリッドステート励磁機基板チャネル＃２によりコンジット７７を通じて励磁される。各群の極部分品＃３は、励磁パネル７４におけるソリッドステート励磁機基板チャネル＃３によりコンジット７７を通じて励磁される。各群の極部分品＃４は、励磁パネル７４におけるソリッドステート励磁機基板チャネル＃４によりコンジット７７を通じて励磁される。各群の極部分品＃５は、励磁パネル７４におけるソリッドステート励磁機基板チャネル＃５によりコンジット７７を通じて励磁される。各群の極部分品＃６は、励磁パネル７４におけるソリッドステート励磁機基板チャネル＃６によりコンジット７７を通じて励磁される。各群の極部分品＃７は、励磁パネル７４におけるソリッドステート励磁機基板チャネル＃７によりコンジット７７を通じて励磁される。各群の極部分品＃８は、励磁パネル７４におけるソリッドステート励磁機基板チャネル＃８によりコンジット７７を通じて励磁される。各磁極群内の極部分品が順次励磁される。例えば、各群の極部分品＃１が第１に励磁され、そして、例えば１．０４２ミリ秒後、各群の極部分品＃２が励磁され；そして、例えば１．０４２ミリ秒後、各群の極部分品＃３が励磁され；そして、例えば１．０４２ミリ秒後、各群の極部分品＃４が励磁され；そして、例えば１．０４２ミリ秒後、各群の極部分品＃５が励磁され；そして、例えば１，０４２ミリ秒後、各群の極部分品＃６が励磁され；そして、例えば１．０４２ミリ秒後、各群の極部分品＃７が励磁され；そして、例えば１．０４２ミリ秒後、各群の極部分品＃８が励磁され；そして、例えば１．０４２ミリ秒後、各群の極部分品＃１が再び、しかし反対の極性で励磁され、そしてこのサイクルが、１つの極では第１の極性、および第２の極では第２の極性の２つの個別ロータ極を周回させることにより反復する。結果として、各極が、第１の極性で８．３３６ミリ秒、そして第２の極性で８．３３６ミリ秒の間、周回する。各突出極が、例えば、４．１６８ミリ秒の減衰時間で例えば、４．１６８ミリ秒間、励磁される。
【０１０１】
前に言及したとおり、極部分品は、所望のそして適切なマグネットワイヤの電線で巻回されていてもよい。マグネットワイヤコイルは、２本のリード線に終端させてもよく、これらのリード線はＰＬＣ制御された励磁システムに結線してもよく、これにより、励磁回路においてＭＯＳＦＥＴゲーティングシステムの使用により第１の極性から第２の極性に、そして第２の極性から第１の極性に交番するようにして切り替えることが可能になる。例えば、次に図２３に記載される４極ロータの場合では、突出極は結線されて、１群あたり４つの極の４群、または１群あたり８極の２群になっているが、しかし２つまたは４つの群には限定されない。
【０１０２】
図２３は、必要な励磁回路とともに、代表的な４極ロータ９１を図示する概略図であり、本開示の諸実施形態に合致するものである。各群における４極ロータ巻回突出極＃１は、制御パネル７２における励磁システムからのＭＯＳＦＥＴ回路に接続される。巻回突出極は、群＃１（極１〜４）、群＃２（極５〜８）、群＃３（極９〜１２）、および群＃４（極１３〜１６）を含む、４つの磁極群にグループ分けされる。極は以下のとおり励磁される：群＃１の極１は第１の極性であり、そして群＃２の極１は第２の極性である。群＃３の極１は第１の極性であり、そして群＃４の極１は第２の極性である。各群の極１は、制御パネル７２内に格納されたソリッドステート励磁システムの共通チャネル＃１（ＣＨ１）により励磁される。各群の極２は励磁機基板チャネル＃２（ＣＨ２）により励磁される。各群の極３は、励磁機基板チャネル＃３（ＣＨ３）により励磁され、そして各群の極４は励磁機基板チャネル＃４（ＣＨ４）により励磁される。突出極を励磁させる電力は、電池３６から導体３５を通じて励磁機システム３４に取り込まれる。励磁機システム用の制御信号が、導体３３を通じてＰＬＣ３２から送出される。ＰＬＣ３２への命令を制御パネル７２において発生させる。極は、導体３７および３８を通じて励磁される。極のリード線３９、４０、４１、および４２は、適切な場所において導体３８に接続される。この番号付けスキームは、すべての極１〜１６について代表的なものである。各群の極１が励磁され、そして、例えば２．０８４ミリ秒後、各群の極２が励磁され；そして、例えば２．８０４ミリ秒後、極３が励磁され；そして、例えば２．０８４ミリ秒後、極４が励磁され；そして、例えば２，０８４ミリ秒後、極１が再び、しかし第２の極性で励磁され、そしてこのサイクルが連続的に反復する。極回路は、第１の半サイクルにおいては第１の極性のＤＣ電力、そして第２の半サイクルにおいては第２の極性のＤＣ電力を用いて励磁される。第１および第２の半サイクルは、６０Ｈｚ電力の場合では１６．６６７ミリ秒ごとに１つのＡＣ電力サイクルを構成する。適切な調整が、その他の周波数、例えば５０Ｈｚ電力について、この制御システムにおいてなされる。６０Ｈｚ電力については、各極は、磁気突出極の鉄に対して、例えば、４．１６７ミリ秒減衰時間で、例えば４．１６７ミリ秒間、励磁される。励磁波は、これより前の同様な磁極により時計回りとなるように歪んでいる各極の磁束とともに時計回りに進行する。それゆえ、時間的ないずれか１点で４つの突出極部分品から構成された個別ロータ極は、先行する突出極の押し返す磁束に起因して、時計回りに進行する。これは、実際に所望の周波数で時計回りに円を描くように個別の分かれた磁極を一定に押す。極は分かれていて、第１の極性および第２の極性を交番させる。４つの個別磁極は、ロータ部材それ自体の物理的回転なしに回転し続ける。
【０１０３】
図２４は、代表的なＮ極単極ロータ２を、その励磁回路とともに図示する概略図であり、本開示の諸実施形態に合致するものである。すべての１６個の突出極は結線されて突出各群において４つの突出極部分品の４群になる。すべての１６個の極部分品は、例えば８．３３３ミリ秒間、第１の極性（Ｎ極）に励磁されてもよく；そしてその後、すべての１６が例えば８．３３３ミリ秒間、第２の極性（Ｓ極）に励磁されてもよく、それぞれ１６．６６７ミリ秒のサイクルを完了させる。各群における極部分品が、励磁機パネル３４へコンジット３３を通じて信号を送出するＰＬＣ３２からの回路に接続される。この励磁システムは、コンジット３７および３８を通じてＣＨ１、ＣＨ２、ＣＨ３、およびＣＨ４からのＤＣ電源電流を用いて突出極コイルを励磁する。群＃１（１〜４コイル）の極部分品が第１の極性に励磁される。群２、３、および４のそれぞれの突出極１もまた、１サイクルの間、第１の極性（Ｎ極）に励磁される。その後、それぞれの群２、３、および４の突出極１が、次のサイクルに向け第２の極性（Ｓ極）に切り替えられる。すなわち、全ロータは、３６０°に対して第１の極性と、その後の３６０°に対して第２の極性との間で交番する。交番する極性は、チャネルＣＨ１、ＣＨ２、ＣＨ３、およびＣＨ４を含むＭＯＳＦＥＴゲーティングシステム５１（図示せず）により制御される。周波数は、コンピュータ制御されたゲーティングシステムにより制御され、５０Ｈｚ、６０Ｈｚ、またはあらゆるその他の所望の周波数であってもよい。磁場の回転のスピードは、各磁極群における突出極励磁の進行の速度により制御される。電力出力の周波数は、例えば６０Ｈｚ電力の場合では、電力８．３３３５ミリ秒ごとにＤＣ給電電流極性の極性を交番させるシステムにより制御される。例えば７，５００ｒｐｍで磁極の回転速度を取得するには、以下の手順を適用する。各群における極１が励磁され、そして、例えば０，５０ミリ秒後、極２が励磁され；そして、例えば０，５０ミリ秒後、極３が励磁され；そして、例えば０，５０ミリ秒後、極４が励磁され；そして、例えば０．５０ミリ秒後、極１が再び励磁され、そして励磁極性が切り替えられるまでこのサイクルが反復する。６０Ｈｚ電力を発生させるには、極コイル回路は、例えば８．３３３５ミリ秒間、第１の極性のＤＣ電源電流を用いて、そしてその後、例えば８．３３３５ミリ秒間、第２の極性のＤＣ電源電流を用いて励磁される。励磁極性は、ＰＬＣおよびＭＯＳＦＥＴ回路からのＤＣ給電電流により制御される。ＤＣ給電は、マスターＰＬＣ３２により制御され、このＰＬＣがＭＯＳＦＥＴゲーティングシステムの使用によりＤＣ電力極性を交番させ、このシステムが、例えば、発電機から６０Ｈｚ電流出力の場合では８．３３３５ミリ秒ごとに、そして、例えば発電機から５０Ｈｚ電流出力の場合では１０ミリ秒ごとに、ＤＣ電源電流給送極性を交番させる。図２４に例示された単極ロータの場合では、図３５および３６のとおり、ステータ構造が使用され、これを以下で考察することになる。
【０１０４】
図２５は、代表的なＳ極単極ロータ２とともにその励磁回路を図示する概略図であり、本開示の諸実施形態に合致するものである。図２５の単極ロータは、図２４のものと同様に構造化され励磁されるが、違いは、異なる極性である。したがって詳細な記載を繰り返すことはしない。
【０１０５】
図２６は、極巻線を有する代表的なソリッドステート４極ロータ９１の端面図、および４極、６０Ｈｚサイクルのパルス＃１を通して全１６個の突出極について例示された励磁極性順序づけ回路を例示するとともに、磁束場を図示する概略図であり、本開示の諸実施形態に合致するものである。４極の順序で励磁されることになる第１の突出極（１、５、９、および１３）が、磁束場１７１Ｎおよび１７２Ｓにより図示されている。上方を指す矢印（↑）は、増加している磁束場を表示し、そして極の上の網掛け部分は第１の極性、例えばＮを表示し、そして非網掛け部分の極は第２の極性、例えばＳである。
【０１０６】
図２７は、極巻線を有する代表的なソリッドステート４極ロータ９１の端面図からの磁束場、および、各群における第１の２つの極を順次に発火させた励磁極性順序づけを例示するとともに、磁束場を図示する概略図であり、本開示の諸実施形態に合致するものである。突出極２、６、１０、および１４が、極１、５、９、および１３の、例えば２．０８４ミリ秒後に励磁される。磁束場１７１、１７２、１７３、および１７４がそれらの極において示されており、そして増加している。突出極２、６、１０、および１４からの磁束は、１、５、９、および１３の反発する極により「押さ」れ、そして時計回りの方向の角度に向け回転させされる。すべての極が順次に励磁されている場合、この現象の結果、４つの個別の交番する磁極が連続して回転する。
【０１０７】
図２８は、極巻線を有する代表的なソリッドステート４極ロータ９１の端面図からの磁束場、および、順次に発火されている第１の３つの極において磁束場を示す励磁極性順序づけを例示する概略図であり、図は本開示の諸実施形態に合致するものである。突出極２、６、１０、および１４が、極１、５、９、および１３の励磁の、例えば２．０８４ミリ秒後に励磁される。磁束場１７１、１７２で例示された水平の棒（＿）は、それらの場がピークの磁束ポテンシャルに達したことを例示している。極１、５、９、および１３により励磁された磁束場１７１および１７２は、極２、６、１０、および１４により励磁された成長する場１７３および１７４を偏向させる。その結果、磁束場は、時計回りの方向に回転する。同様に、突出極３、７、１１、および１５が、極２、６、１０および１４の、例えば２．０８４ミリ秒後に励磁される。突出極３、７、１１、および１５からの突出極磁束場１７５および１７６は、それらが発生すると、時計回りの方向に押し返される。
【０１０８】
図２９は、極巻線を有する代表的なソリッドステート４極ロータ９１の端面図からの磁束場、および励磁極性順序づけを例示する概略図であり、本開示の諸実施形態に合致するものである。上のとおり、突出極２、６、１０、および１４が、極１、５、９、および１３の、例えば２．０８４ミリ秒後に励磁され；磁束場１７１および１７２が、発展する場１７３および１７４を押し返し；そして突出極２、６、１０、および１４からの磁束が、１、５、９、および１３の反発する極により押し返され偏向される。その結果、場は、時計回りの方向に回転する。突出極３、７、１１、および１５は、例えば極２、６、１０、および１４の励磁の２．０８４ミリ秒後に励磁され；それゆえ、３、７、１１、および１５からの突出極磁束場１７５および１７６は、それらが発生すると時計回りの方向に押し返される。突出極４、８、１２、および１６は、例えば、極３、７、１１、および１５の２．０８４ミリ秒後に励磁され；そしてそれゆえ、極４、８、１２、および１６からの突出極磁束１７７および１７８は、時計回りの方向に押し返される。この徐々の順序づけは続き、それにより４つの交番磁極を生み出し、これらは、例えば、１８００ｒｐｍで自転し、そしてそれゆえ、６０Ｈｚ電力を発生させる。磁束場１７１、１７２での下方を指す矢印（↓）は、磁束場が減衰していることを表示する。
【０１０９】
図３０は、極巻線を有する代表的なソリッドステート４極ロータ９１の端面図からの磁束場、および、励磁順序づけを時計回りに進行させている励磁極性順序づけを例示する概略図であり、本開示の諸実施形態に合致するものである。突出極１、５、および９、および１３は、突出極励磁の進行において極性を変化させている。その結果、磁束場１７１は今度は、Ｓ極または第２の極性であり、そして磁束場１７２はＮ極または第１の極性である。この過程は、４つの交番する極が、例えば１８００ｒｐｍで回転すると持続し、そして６０Ｈｚ電力を発生させる。
【０１１０】
図３１は、極巻線を有する代表的なソリッドステート４極ロータ９１の端面図からの磁束場、および励磁極性順序づけを、時計回りに回転する磁束場とともに例示する概略図であり、本開示の諸実施形態に合致するものである。磁束場１７１は第１の極性であり減衰しており、そして磁束場１７２は第２の極性であり減衰している。１７１と１７２の両方が、例えば４．１６７ミリ秒間、励磁されてもよい。磁束場１７３は第１の極性であり、そして例えば、４．１６７ミリ秒の励磁の後にピーク励磁となる。磁束場１７４は第２の極性であり、そして例えば、４．１６７ミリ秒の励磁の後にピーク励磁となる。磁束場１７５は第１の極性であり、そして例えば、２．０８４ミリ秒間、励磁サイクルに入る。磁束場１７６は第２の極性であり、そして例えば、２．０８４ミリ秒間、励磁サイクルに入る。その結果、磁束場１７７および１７８は、第２の（ｓｅｃｏｎｄｔ）極性であり、そして数マイクロ秒だけ、励磁位相に入る。図３１は、掃引している磁極の時計回りの回転を図示している。この回転の効果は、突出極が時計回りとなるように順序づけされると、時計回りの方向に磁束を偏向させる隣接する同様な極により発生する。
【０１１１】
図３２は、代表的な２極発電機６０を図示する概略図であり、本開示の諸実施形態に合致するものである。２極発電機６０は、ステータ場コイル６１および６２と、ソリッドステート２極ロータ７１とを有するステータを含む。ソリッドステート２極ロータ７１は定位置にあり、そしてステータ場コイルは、導体５８および５９を通じて電気負荷に接続されている。
【０１１２】
図３３は、代表的な４極発電機９０を図示する概略図であり、本開示の諸実施形態に合致するものである。発電機は、ステータ場コイル６５、６６、６７、および６２、およびソリッドステート４極ロータ９１を有するステータを含む。ステータ場コイル６５、６６、６７、および６２は、電気負荷に電力を運ぶリード線ワイヤ６３および６４に接続されている。
【０１１３】
図３４は、３相ステータ内に位置している代表的な４極発電機６９を例示する概略図であり、３相巻線を図示し、本開示の諸実施形態に合致するものである。基部７０上に着座しているソリッドステートロータ９１および場コイル６８を含有する３相発電機６９が、例示されている。
【０１１４】
図３５は、「高Ｙ」結線を有する３相巻線を有する代表的なステータを例示する概略図であり、本開示の諸実施形態に合致するものである。各位相は、２つの巻線回路を含むように構成することができ、これらの回路は、直列に接続されて、例えば、４８０ボルト（高Ｙ）を生成してもよく、または代わりに、２つの巻線回路は、並列に接続されて、「低Ｙ」と称し、例えば２４０ボルトを生成してもよい。電圧は異なるが、しかし電力出力は同一であり、その理由は、アンペア数もまた２つの接続の間で変化するからである。電力出力リード線から回路を通じ中性の「Ｙ」結線への位相回路に続いて、位相レグのマルＡ８３は、反時計回りの、またはＮ極（Ｎ）方向に巻回されたコイル群７１−Ａを含む。入力はマル１にあり、出力はマル４にある。出力リード線９２は、コイル群７４−Ａを接続しており、コイル群は時計回りのまたはＳ極（Ｓ）方向に巻回され、マル１に入力そしてマル４に出力を有する。出力リード線８６は、コイル群７７−Ａと接続しており、コイル群は反時計回りの方向（Ｎ）に巻回され、マル７に入力そしてマル１０に出力を有する。出力リード線９５は、コイル群８０−Ａと接続しており、コイル群は時計回りの方向（Ｓ）に巻回され、マル７に入力そしてマル１０に出力を有する。出力リード線９０は、その他の２つの位相との中央の「Ｙ」結線６２で接続する。位相マルＢのレグ８５は、コイル群７３−Ｂを含んでおり、コイル群は反時計回りの方向（Ｎ）に巻回され、マル２に入力そしてマル５に出力を有する。出力リード線９３は、コイル群７６−Ｂと接続しており、コイル群は時計回りの方向（Ｓ）に巻回され、マル２に入力そしてマル５に出力を有する。出力リード線８８は、コイル群７９−Ｂに接続しており、コイル群は反時計回りの方向（Ｎ）に巻回され、マル８に入力そしてマル１１に出力を有する。出力リード線９６は、コイル群８２−Ｂに接続しており、コイル群は時計回りの方向（Ｓ）に巻回され、マル８に入力そしてマル１１に出力を有する。出力リード線９１は、６２で「Ｙ」結線と接続している。位相マルＣ、レグ８７は、コイル群７５−Ｃに接続しており、コイル群は反時計回りの方向（Ｎ）に巻回され、マル３に入力そしてマル６に出力を有する。出力リード線９７は、コイル群７８−Ｃと接続しており、コイル群は時計回りの方向（Ｓ）に巻回され、マル３に入力そしてマル６に出力を有する。出力リード線８９は、コイル群８１−Ｃに接続しており、コイル群は反時計回りの方向（Ｎ）に巻回され、マル９に入力そしてマル１２に出力を有する。出力リード線９７は、コイル群７２−Ｃに接続しており、コイル群は時計回りの方向（Ｓ）に巻回され、マル９に入力そしてマル１２に出力を有する。出力リード線８４は、「Ｙ」結線６２の第３のレグを形成する。
【０１１５】
前に言及したとおり、ロータ積層体およびロータ巻線の構造は、機能的な回転磁場として動作させるには、変更しなければならない。従来型の双極ロータが結線され、ロータの両方の極がＮ極またはＳ極のいずれか、すなわち、Ｎ−ＮまたはＳ−Ｓとなるようにして励磁される場合には、内部の極は外部磁束の大部分を相殺する。
【０１１６】
図３６は、「高Ｙ」構成での３相巻線の代表的な図示された接続を図示する概略図であり、本開示の諸実施形態に合致するものである。図３６を参照すると、位相マルＡ、レグ８３はコイル群７１−Ａに接続されており、コイル群は反時計回りの方向（Ｎ）に巻回され、マル１に入力そしてマル４に出力を有する。出力リード線９２は、コイル群７４−Ａと接続しており、コイル群は時計回りの方向（Ｓ）に巻回され、マル１に入力そしてマル４に出力を有する。これらの２つのコイル群の出力リード線８６は、コイル群７７−Ａに接続しており、コイル群は反時計回りの方向（Ｎ）に巻回され、マル７に入力そしてマル１０に出力を有する。出力リード線９５は、コイル群８０−Ａと接続しており、コイル群は時計回りの方向（Ｓ）に巻回され、マル７に入力そしてマル１０に出力を有する。出力リード線９０は、その他の２つの位相と「Ｙ」結線６２を構成する。
【０１１７】
位相マルＢ、レグ８５は、コイル群７３−Ｂと接続しており、コイル群は反時計回りの方向（Ｎ）に巻回され、マル２に入力そしてマル５に出力を有する。出力リード線９３は、コイル群７６−Ｂに接続しており、コイル群は時計回りの方向（Ｓ）に巻回され、マル２に入力そしてマル５に出力を有する。出力リード線８８は、コイル群７９−Ｂと接続しており、コイル群は反時計回りの方向（Ｎ）に巻回され、マル８に入力そしてマル１１に出力を有する。出力リード線９６Ｃは、コイル群８２−Ｂに接続しており、コイル群は時計回りの方向（Ｓ）に巻回され、マル８に入力そしてマル１１に出力を有する。出力リード線９１は、「Ｙ」結線６２の一部に接続する。位相マルＣ、レグ８７は、コイル群７５−Ｃと接続しており、コイル群は反時計回りの方向（Ｎ）に巻回され、マル３に入力そしてマル６に出力を有する。出力リード線９４は、コイル群７８−Ｃに接続しており、コイル群は時計回りの方向（Ｓ）に巻回され、マル３に入力そしてマル６に出力を有する。出力リード線８９は、コイル群８１−Ｃに接続しており、コイル群は反時計回りの方向（Ｎ）に巻回され、マル９に入力そしてマル１２に出力を有する。出力リード線９７は、コイル群７２−Ｃに接続しており、コイル群は時計回りの方向（Ｓ）に巻回され、マル９に入力そしてマル１２に出力を有する。出力リード線８４は、「Ｙ」結線６２に接続する。
【０１１８】
図３７は、全３６０°の回転をカバーする「高Ｙ」結線を有する発電機の３相レグを流れる電流のオシロスコープ上の代表的なトレースを例示する概略図であり、本開示の諸実施形態に合致するものである。図３７は、図３６に例示された３相発電機からのオシロスコープのトレースを図示している。位相マルＡのレグ（１４２）は、位相マルＢのレグ（１４３）および位相マルＣレグ（１４４）に流入する。０°で始まって、ロータが３６０°の回転まで回転すると、関係は図示の通りに変化するが、位相レグは互いに流入するものの接地中性点には流入しない。
【０１１９】
図３８は、単極ロータ２を収容する代表的なステータ１４８の断面を図示する概略図であり、本開示の諸実施形態に合致するものである。ステータコイル＃ｌ〜＃８（図３８には図示せず）は、以下のとおりに巻回されていてもよい：ロータ空洞１４６ａと１４６ｂとの間にコイル＃１、ロータ空洞１４６ｂと１４６ｃとの間にコイル＃２、ロータ空洞１４６ｃと１４６ｄとの間にコイル＃３、ロータ空洞１４６ｄと１４６ａとの間にコイル＃４、ロータ空洞１４６ｅと１４６ｆとの間にコイル＃５、ロータ空洞１４６ｆと１４６ｇとの間にコイル３６、ロータ空洞１４６ｇと１４６ｈとの間にコイル＃７、ロータ空洞１４６ｈと１４６ｅとの間にコイル＃８。ロータがステータコイルループの外側にあり、ロータ磁極どうしの間に磁気相互作用は存在せず、そしてそれゆえ、ステータ磁極は、逆トルクまたは電磁気抗力を大いに低減するまたは除去する可能性がある。上に記載されたとおり、ソリッドステートロータ２は磁極を回転させるが、物理的ロータ本体を静止状態に維持する。ステータ磁極およびソリッドステートロータからのロータ磁極の幾何学的分離を使用することにより、逆トルクが減少することがある。それゆえ、発電機に給電するのに必要なエネルギーは、ロータを励磁させるのに必要なＤＣ電力だけであることもある。ステータ１４８が、ポート孔１４７の中に滑合された端板に取り付けられた支持ポストにより支持される。ステータ１４８の中心部分は、保持ボルト１５１により定位置に保持される。ステータは、通気孔１４９を通じて冷却される。
【０１２０】
図３９は、単極ロータを収容する代表的なステータの断面を、ステータコイルの３分の１が定位置にある状態で例示する概略図であり、本開示の諸実施形態に合致するものである。図３９は、図３８と同様であるが、違いは、図３９が平坦な導体を受容する単一スロットではなく複数のワイヤスロットを露わにしていることである。図３９はまた、巻線１５２と、スロットの３分の１を、全ての空洞内にソリッドステートロータ２がある状態で例示する。
【０１２１】
図４０は、単極ロータを収容する代表的なステータの断面を、ステータコイルのすべてが示された状態で図示する概略図であり、本開示の諸実施形態に合致するものである。図４０は、図３９と同様であるが、違いは、全てのワイヤスロットが巻線を含有することである。ここでもまた、ロータがステータコイルループの外側に配置され、そしてソリッドステートロータ２を使用する。
【０１２２】
図４１は、ロータを収容する代表的なステータの断面を、ステータコイルの図示無しに図示する概略図であり、本開示の諸実施形態に合致するものである。図４１に、筐体１５４内にクラスター化され、図３８〜４０と同一のやりかたで巻回された４つのステータ１５５を例示する。ソリッドステートロータ７０は、ステータロータ空洞の内部にある。
【０１２３】
各ステータ１５５内に１つのロータ７０だけが示されているが、複数ロータ７０を図３８〜４０におけるように使用してもよいことが想起される。ステータ１５５は、支持手段１５３により支持されている。
【０１２４】
図４２は、単極ロータを収容する代表的なステータの断面を例示するとともに、ステータ内の３本のコイルのうち１本の引き回しを図示する概略図であり、本開示の諸実施形態に合致するものである。図４２は、筐体１５４内にクラスター化された４つのステータ１５５を示しており、そして各ステータが巻線コンジット１５６と接続されている。コンジットは、ステータ筐体の各端部上に設置されて、巻線１５９、１５９ａ、１５９ｂ、および１５９ｃを設置することができるようになっている。
【０１２５】
図４３は、ロータを用いて改造することができる従来型の発電機を図示する概略図であり、本開示の諸実施形態に合致するものである。発電機は、基部１６６上に着座する励磁機発電機１６５とともに示されている。従来、ロータ１６３は、シャフト１６４により駆動されている。励磁機発電機１６５、シャフト１６４、およびロータ１６３は、本開示と合致するソリッドステートロータと、本明細書に開示のそのロータ励磁システムとともに置き換えることができる。
【０１２６】
図４４は、ロータを用いて改造することができる別の従来型の発電機を例示する概略図であり、本開示の諸実施形態に合致するものである。発電機１６７が、励磁機１６８とともに示されている。ロータおよび励磁機は、除去されても、そして本開示と合致するソリッドステートロータおよび励磁機システムを用いて改造されてもよい。
【０１２７】
図４５は、斜行ロータスロット、スリップリング、ベアリングレスト、および巻線を露わにした代表的なロータユニットの側面図を例示する概略図であり、本開示の諸実施形態に合致するものである。この図は、単極ロータと、正および負のリード線の励磁および１つの渦電流接地を４つの別々の電磁石に提供することが可能なリングを有するスリップリング組み立て体（リング９〜１７）とを例示している。ロータ本体２は、例えば０．３４ｍｍのアニールされた電気鋼のレーザーカット円盤により形成されてもよい。円盤は、治具上に積層され、これは、いずれかの側のワイヤスロットがロータのスリップリング端部から非スリップリング端部まで傾行するようにしてなされる。この積層体は、モータ絶縁ワニスに浸漬して、硬化するまで、例えば３００°Ｆでベークしてもよい。ロータ本体２は、磁気コイル３を収容することが図示されており、コイルは内部に構成され、そして適切なリード線を通じてスリップリングにより電気的に励磁される。また例示されているのは、シャフト８用のベアリングレスト１および７、ならびに渦電流放電リード線６である。
【０１２８】
図４５に例示されたロータユニットは、２本のリード線（＋）および（−）を通じて３６０°のロータ表面に対してパルス化されたＮ極（第１の極性）である。Ｎ極励磁は、３６０°のロータ表面に対してＳ極（第２の極性）と、例えば、毎秒５０回または６０回交番する。
【０１２９】
交番する極性励磁は、ＭＯＳＦＥＴ励磁ゲーティングシステムの利用により同一の２本のリード線を通じて達成してもよい。
【０１３０】
第２の極性（Ｓ極）についての励磁は以下のとおりである：磁石（Ａ）、例えば、図４８に例示されたもの）、は、巻線スロット１９および２０（例えば図４８〜５１）を有し、これらは適切なマグネットワイヤで巻回され接続されており、接続は、外側のコイル（ａ）が、コイルに垂直なロータの外面から見た場合に、時計回りとなるように第２の極性（Ｓ極）に起動されるようにしてなされる。磁石（Ａ）の内側のコイル（ｂ）は巻回され接続されていてもよく、接続は、磁石（Ａ）を構成するロータ部分のコイルに垂直な外面から見た場合に、内側のコイルが、時計回りとなるように、外側のコイル（ａ）と同一の第２の極性（Ｓ極）に起動されるようにしてなされる。磁石（Ｂ）（例えば、図４８のもの）は、巻線スロット１９ａおよび２０ａ（例えば、図４８〜５１）を有し、これらのスロットは、時計回りとなるように適切なワイヤで巻回され接続されており、接続は、コイルに垂直なロータの外面から見た場合に、外側のコイル（ｃ）が、第２の極性（Ｓ極）に起動されるようにしてなされる。図４８の磁石（Ｂ）の内側のコイル（ｄ）は、時計回りとなるように巻回され接続されていてもよく、接続は、磁石（Ｂ）を構成するロータ部分のコイルに垂直なロータの外面から見た場合に、内側のコイル（ｄ）が、外側のコイル（ａ）、内側のコイル（ｂ）、および外側のコイル（ｃ）と同一の第２の極性（Ｓ極）に起動されるようにしてなされる。
【０１３１】
図４６は、双極および単極ロータとして動作させた場合の代表的な従来型の双極ロータを示し、この場合、ロータ積層体およびロータ巻線の構造は、機能的単極電磁気ロータとして動作するよう変更される。図４６の左側に例示された従来型の双極ロータが結線され励磁されて、励磁が、ロータの両方極が、Ｎ極またはＳ極のいずれか、すなわち、Ｎ−ＮまたはＳ−Ｓとなるようにしてなされている場合、内部の極は、外部磁束の大部分を相殺するように相互作用する。図４６に、発せられる可能性のある代表的な外部磁束場に及ぼす、代表的な磁極どうしの間で１８０°分かれた励磁極性の効果を示す。図４６の実施例では、外部磁束は、図面の左側のＮおよびＳ極での双極性発生磁束に対して４０００ガウスから、図面の左側のＮ極での単極性発生磁束に対して１００ガウスまで、すなわち外部磁束密度の４０倍劣化まで降下することがある。単極動作に由来する外部磁束は、例えば双極子としての動作のわずか２％であってもよい。この問題を補正することを目的として、本開示の単極子は実際、２つの完全な双極性電磁石であり、組み合わされミュー金属鋼磁束帰還プレートにより分けられており、そして、すぐ下で考察される単一ロータ内に収容される。
【０１３２】
図４７は、代表的なロータ積層体、および単極斜行スロットロータの代表的なスロットウェッジの断面図を例示する概略図であり、本開示の諸実施形態に合致するものである。図４７は、図４５に示されたロータの断面積層体を図示している。ロータ本体２は、例えば０．３４ｍｍの電気鋼から切断してもよい。巻線スロット１９および２０は、適切なマグネットワイヤで巻回され接続されており、接続は、外側のコイルが第１の極性に起動され、そして内側のコイルが第２の極性に起動されるようにしてなされ、全Ｎ極面が３６０°のロータ表面に対して発生して、全３６０°のＳ極ロータ表面と交番するようにしている。キー溝２１、２１ａ、２１ｂ、２１ｃは、ミュー金属遮蔽スロット２２のように、中心積層体から非スリップリング端部に向かってらせんを描いていており、その目的は、ワイヤスロット２２ａおよび２２ｂのらせん状斜行部を収容し形成することである。動作スピードでロータを安定化させるのに役立てる目的としてスロット１８の中にスロット・ウェッジロック（ｓｌｏｔ  ｗｅｄｇｅｌｏｃｋ）２３。キー溝２１、２１ａ、２１ｂ、および２１ｃはまた、そろっていて、動作スピードでロータを安定化させる。圧縮ロッド孔２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ、２ｅ、および２ｆは圧縮ロッドを収容しており、これらはまた動作の最中にロータをさらに安定化させるためにリテンションリング（ｒｅｔｅｎｔｉｏｎ  ｒｉｎｇ）を保持する。
【０１３３】
本開示の電磁単極ロータを動作させること、または別の第１の極性の電磁石から１８０°分かれた第１の極性の電磁石を動作させること、および／または別の第２の極性の電磁石から１８０°分かれた第２の極性の電磁石を動作させることを目的として、巻線および励磁の構造面での変更が従来の電磁気ロータのものとは異なっていてもよい。
【０１３４】
図４８は、機械的またはソリッドステートのいずれかのＮ極単極ロータである代表的な機能的単極ロータを構築するための内部極性を例示する概略図であり、本開示の諸実施形態に合致するものである。図４８は、励磁された外側のコイル（ａ）および内側のコイル（ｂ）を有する双極磁石（Ａ）側を例示する。外側のコイル（ａ）が励磁されて、Ｎ極が観測者の方に外側に面していてもよく、そして内側のコイル（ｂ）が励磁されて、Ｎ極が同様に観測者に対面していてもよく、（ａ）が外側ロータスロットに巻回され、そして（ｂ）が内側ロータスロットに巻回されている。同時に、単極磁石（Ｂ）側が外側のコイル（ｃ）および内側のコイル（ｄ）を用いて励磁されてもよい。外側のコイル（ｃ）が、観測者に対面するＮ極により励磁されてもよく、そして（ｄ）が、観測者に対面する励磁されたＮ極であってもよい。ミュー金属鋼積層体磁束帰還プレートおよび／またはリングにより磁石（Ａ）側を磁石（Ｂ）側から分離することにより、全Ｎ極磁束、または全３６０°のロータ表面に対して例えば６０００ガウスが可能になり、そして例えばＭＯＳＦＥＴゲーティングシステムを介してリード線の（＋）および（−）励磁の交番により３６０°のロータ表面に対してＳ極磁束との交番が可能になる。
【０１３５】
図４８における磁石（Ａ）の巻線スロット１９および２０は、図５０〜５１）に例示のとおりに、適切なマグネットワイヤで巻回され接続されていてもよく、接続は、外側のコイル（ａ）が、ロータの外面から見て第１の極性で反時計回りとなるようにしてコイルに垂直となるように起動されるようにしてなされる。磁石（Ａ）の内側のコイル（ｂ）は巻回され接続されていてもよく、接続は、内側コイルが、磁石（Ａ）を構成するコイルに垂直なロータの外面から見た場合に、外側のコイル（ａ）と同一の第１の極性で反時計回りとなるようにしてなされる。図５０〜５１に例示された磁石（Ｂ）の巻線スロット１９ａおよび２０ａは、反時計回りとなるようにして適切なマグネットワイヤで巻回され接続されていてもよく、接続は、外側のコイル（ｃ）が、コイルに垂直なロータの外面から見た場合に第１の極性に起動されるようにしてなされる。磁石（Ｂ）の内側のコイル（ｄ）（例えば、図４８におけるもの）は、反時計回りとなるようにして巻回され（例えば、図５０〜５１に示されたもの）接続されていてもよく、接続は、磁石（Ｂ）を構成するロータ部分のコイルに垂直なロータの外面から見た場合に、内側のコイル（ｄ）が、外側のコイル（ａ）、内側のコイル（ｂ）、および外側のコイル（ｃ）と同一の第１の極性に起動されるようにしてなされる。
【０１３６】
図５２は、代表的な従来の３相ステータを、内側に滑合させるために中に浮かせたソリッドステートロータ１８１とともに例示する概略図であり、本開示の諸実施形態に合致するものである。支持ロータ端部部品１７１は、シャフト１８４に取り付けてある。突出極から順次発展する磁場が例示されている。磁束場１８７、１８９、および２０１が時計回りに移動しているのが示されている。極励磁リード線１８３もまた例示されている。
【０１３７】
図５３は、ＰＬＣ回路および極切り替え回路を示す代表的な回路図の図示であり、本開示の諸実施形態に合致するものである。図５４は、ロータ励磁システムの回路を露わにした代表的な回路図、およびＰＬＣと極切り替え回路との相互作用の図示であり、本開示の諸実施形態に合致するものである。これらの２つの図をともに説明する。
【０１３８】
本開示のプログラマブル電子ロジックゲーティングシステムにより、システムの交番する突出磁極の順序づけが可能になる。このシステムが、図５３および５４の概略図により提示される。周波数発生器、例えばセンサホイール２４０またはソリッドステート周波数発生器から信号を受領するとすぐに、図５３内の回路は、ＤＣロータ励磁パルスを発生させる。図５４における回路は、ロータのＮ−Ｓ突出極を開閉するための、図５３における回路内に発生させたパルスを受信する。４極の、６０Ｈｚ発電機の場合では、サイクルは、１６．６６７ミリ秒、すなわち１８０°の１回転が、半サイクルの８．３３３ミリ秒のＮと８．３３３ミリ秒のＳとである。回転するセンサホイールの場合では、９０°が８．３３３ミリ秒に等しく、１８０°が１６．６６７ミリ秒に等しく、そして６７．５°が６．２５０ミリ秒に等しい。
【０１３９】
代表的なＭＯＳＦＥＴ  ＰＬＣシステムにより、本開示の実施形態の、交番する突出磁極の順序づけが可能になる。各極についての順序づけが本明細書に記載される。完全なＮ／Ｓサイクルを通じた各突出極についての励磁サイクルは、ＰＬＣの２つのチャネルにより制御される。図５３におけるセンサホイール２４０は、３相４極の６０Ｈｚ発電機の場合では、１８００ｒｐｍで回転する。センサホイールは、毎分１８００信号、またはその他の適切なスピードに設定された周波数発生器に置き換えてもよい。センサホイール開口は、センサ２４１を通過し、そしてシステムがＨＭＩ（ヒューマン・マシン・インターフェース）のオン／オフスイッチ２３６によりオンにされると、信号が発生する。ＤＣパルス化された信号は、コンジット２４２を通じてＰＬＣ２３９の第１および第２のチャネルに送出される。ＰＬＣのＣＨ１は、コンジット２４４および２４３を通じて励磁基板への信号を制御する。ＰＬＣのＣＨ２は、コンジット２３１および２４５を通じて極切替え基板への信号を制御する。
【０１４０】
励磁は励磁基板へ伝送され、そしてコンタクトブロック２７７を通じて回路に入る（図５４）。信号は、ＭＯＳＦＥＴゲート２７２および２６９制御する。ＭＯＳＦＥＴゲート２７２および２６９はそれらの上で、例えば１２＋ボルトのＤＣ電源電流を有し、常にゲートを閉に維持する。これらのゲートについてデフォルト位置は開である。ＰＬＣのＣＨ１およびＣＨ２は、例えば１８００ｒｐｍの信号スピードの回転でそれぞれ１３５°および１８０°に向けてＭＯＳＦＥＴのＤＣ電流をオフにし、そしてＣＨ１の場合には１３５°の回転、そしてＣＨ２における１８０°の回転に向けてはゲートを開にすることが可能になり、これにより電流を、ＣＨ１の場合ではコンタクトブロック２７８にコンジット２７９および２７３を通じて引き回すことが可能になる。コンタクトブロック２７８は、ここでは、コンタクトＣ＃ｌ、Ｃ＃２、Ａ＃ｌ、およびＡ＃２と称する４つのコンタクト点を有する。ジャンパ接続は、Ｃ＃ｌブロック２７８を極切り替え基板上のコンタクト２１３に接続する。ジャンパ接続は、コンタクトＡ＃ｌブロック２７８を極切り替え基板上のコンタクト２１４に接続する。ジャンパ接続は、Ａ＃２ブロック２７８を極切り替え基板上のコンタクト２１５に接続する。ジャンパ接続は、Ｃ＃２ブロック２７８を極切り替え基板上のコンタクト２１６に接続する。これらの回路は、極切り替え基板の２つの側にＤＣ電流（例えば、２０ボルトおよび６アンペア）の同期した交番パルスを提供する。ＰＬＣチャネル＃２は、極切り替え基板上のＭＯＳＦＥＴゲート２０９および２２５に信号を送出し、１８０°に対して、コンジット２４５を通じて第１の側、および２３１を通じて第２の側を開にする。
【０１４１】
励磁回路を動作させるＤＣ電力が、例えば、２つの２４ボルト５２５アンペアＤＣ鉛酸電池（しかし鉛酸蓄電池には限定されない）により提供される。電池２４８（電池Ａ）が、コンタクトブロック２５０に、Ａ側アノードへの導体２５９を通じて、そしてＡ側カソードへの２６０を通じて接続されている。電池２４９（電池Ｂ）が、コンタクトブロック２５０に、Ｂ側アノードへの導体２５７を通じて、そしてＢ側カソードへの２５８を通じて接続されている。ロータへのパルス化電流は、２０ボルトおよび６．２５アンペアＤＣから成る。電流は、コンジット２５５および２６３内の３．２オームの抵抗器（２６１、２６２）により制御される。第１の極性電流（Ｎ極）が以下のとおり発生する：センサホイール２４０が、ＰＬＣチャネル１（ＣＨ１）へ信号を送出すると、ＭＯＳＦＥＴゲート２０９、２２５、２７２、および２６９が、１２ボルト電流により閉じられる（デフォルト位置は開）、チャネル１が今度は、１３５°の回転に向けて励磁基板上のＭＯＳＦＥＴ２６９に、１２ボルト電流を切断する信号を送出する。チャネル２（ＣＨ２）は同時にこの信号を受信し、１８０°の回転に向けてＭＯＳＦＥＴ２２５を開にする。これらの２つのゲートが開である場合、２０ボルトで６．２アンペアのＤＣ電流が、電池Ａから抵抗器２６２（３．２オーム）を通じてカソードＡ（ＩＮ）に流れる。電力が、カソードＡおよびアノードＡに対しオンである場合、ＭＯＳＦＥＴ２７０が開になって、電流が、ＭＯＳＦＥＴ２７０、コンジット２６８、ＭＯＳＦＥＴ２６９、コンジット２７９を通じてコンタクトブロック２７８上のカソード＃１の電極部に流れることが可能になる。ジャンパは、コンタクトブロック２７８（図５４）上のカソード電極部＃１からコンタクトブロックの電極部２１３（図５３）に電流を搬送する。電流その後、コンジット２０４を通じて「カソード＃１（ｉｎ）」に流れ、「アノード＃１（ｉｎ）」は、極切り替え基板上のコンジット２０６を通じて接続されている。（図５３）。電流は、開状態のＭＯＳＦＥＴ２０７を通りコンジット２０７ａ上を通ってロータコンタクトブロック２１９に、リード線２２１を通ってＮ極巻回コイルに流れ、そしてリード線２２０を通って出て、コンジット２２４を通り、その後、開状態のＭＯＳＦＥＴ２２５を通り、コンジット２２６を通って、接地に流れる。
【０１４２】
１３５°の回転に向けたこの回路は、ロータ極（Ｎ極）に第１の極性の電流を送達する。第１の１８０°の終りには、ＭＯＳＦＥＴ２６９およびＭＯＳＦＥＴ２２５は閉になる。ＰＬＣチャネル１（ＣＨ１）およびチャネル２（ＣＨ２）の第２の回路は、第１の１８０°回転の終わりに動作可能である。チャネル１が、１３５°の回転に向けて励磁基板上の２７２への１２ボルト電流をオフする。ＰＬＣのチャネル２が１８０°の回転に向けてＭＯＳＦＥＴ２０９を開にする。ＤＣ電流（２０ボルト、６．２アンペア）が、電池Ｂから「カソードＢ（ｉｎ）」に抵抗器２６１（３．２オーム）を通じて流れる。電力が、カソードＢおよびアノードＢに対しオンである場合には、ＭＯＳＦＥＴ２５６が開になって、電流が、ＭＯＳＦＥＴ２５６、コンジット２７１を通じてＭＯＳＦＥＴ２７２に、コンジット２７３を通じてコンタクトブロック２７８上のカソードＣ＃２電極部に流れることが可能になる。ジャンパが、電流をコンタクトブロック２７８上のカソード電極部Ｃ＃２（図５４）からコンタクトブロック電極部２１６（図５３）に搬送する。電流はその後、コンジット２７６を通じて「（カソードＣ＃２ｉｎ）」に流れ、アノード＃２ｉｎは、極切り替え基板上の２２７を通じて接続されている図５３。電流が、開状態のＭＯＳＦＥＴ２２３を通りコンジット２２３ａ上を通ってロータコンタクトブロック２１９に、リード線２２０を通ってＳ極巻回コイルに流れ、リード線２２１を通って出て、コンジット２０７ａおよび２０８を通り、その後、開状態のＭＯＳＦＥＴ２０９を通り、コンジット２１０通って、接地に流れる。１３５°の回転の後、第２の１８０°回転のＭＯＳＦＥＴ２７２が閉になり、そして１８０°の回転の後、ＭＯＳＦＥＴ２０９が閉になり、そしてこのサイクルが最初から始まる。
【０１４３】
この同一順序の事象が、１６．６６ミリ秒の完全なサイクルにわたり２回分反復される。したがって、各群における突出極＃１が、まさに上に記載されたとおりに励磁される。突出極＃１が第１の極性に励磁され、そして２．０８４ミリ秒後、突出極＃２が第１の極性に励磁され、２．０８４ミリ秒後、突出極＃３が第１の極性に励磁され、そして２．０８４ミリ秒後、突出極＃４が第１の極性に励磁され、そして２．０８４ミリ秒後、突出極＃１が再び励磁されるが、しかしながらこの交番励磁は、第２の極性である。２．０８４ミリ秒後、突出極＃２が第２の極性に励磁され、２．０８４ミリ秒後、突出極＃３が第２の極性に励磁され、そして２．０８４ミリ秒後、突出極＃４が第２の極性に励磁され、そして２．０８４ミリ秒後、突出極＃１が再び第１の極性に励磁される。ちょうど考察されている部分の隣の極の群が、反対の極性で実行される励磁順序を有することになる。
【０１４４】
図５５は、ロータ励磁回路からのロータ回路２８０、２８１、２８２、２８３からの入力接続とともに、電気負荷への電力ケーブル２８８、および電池整流器インターフェースへの回生回路を露わにしたソリッドステート３相発電機２８５の図示であり、本開示の諸実施形態に合致するものである。入力回路は、コンジット２８６を通じてこのユニットに入ってもよい。ソリッドステートロータ１７３は視認でき、そして安全性ケージ１７２により保護されており、このケージは、端板１７１に、そしてステータの本体に前後逆にして取り付けてもよい。ケーブル２８８が、接合ボックス１７５内に構成されてもよい。ケーブル２８８は、３相電力を電気負荷に搬送してもよい。電池への回生電力は、コンジット２８７を通じて接合ボックス１７５から取り出してもよい。４８０ボルトおよび２５アンペア電力を３相逓降変圧器２８４に通して、電圧を、例えば２４ボルトおよび５００アンペアに降下させてもよい。３相電力は、単方向ダイオード２９１を跨ぐコンジット２８９を通って、そしてＤＣ電力に転換する３相ブリッジ整流器を通って、電池Ａ２４８および電池Ｂ２４９を充電してもよい。電力ストレージ装置および電池以外の機構、例えば、電力網またはその他のタイプのエネルギーストレージを使用してもよい。ロータを再励磁させるのに、蓄積された電力の少なくとも一部を使用してもよい。
【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】
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【図１７】
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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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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
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【図４３】
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【図４４】
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【図４５】
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【図４６】
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【図４７】
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【図４８】
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【図４９】
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【図５０】
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【図５１】
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【図５２】
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【図５３】
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【図５４】
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【図５５】
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【国際調査報告】
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