(57)【要約】  電動機／発電機／変速機システムは：軸；固定子リングの周囲に設けられる複数の固定子コイルを有し、複数の固定子コイルの各相が、固定子コイルの各相の平行非撚線を全て直列に、全て並列に、または直列および並列の組合せに接続するための電子スイッチによりセンタタップで分割される複数の平行非撚線のそれぞれの組を含む、固定子リング；軸に連結される回転子支持構造；軸の回転軸線と一致する回転軸線を各々有し、第１の回転子リングまたは第２の回転子リングの少なくとも１つが、回転子支持構造に摺動可能に連結され、かつ第１の軸方向にまたは第２の軸方向に回転子支持構造に沿って並進するように構成される、第１の回転子リングおよび第２の回転子リング；を含む。
2019516342.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の端板および第２の端板(end plate)を持ち、前記第１の端板が前記第２の端板に対して平行であり、かつ離間される、ハウジングと、
前記第１および第２の端板間に長手方向に延びる回転軸線を有する軸であって、前記第１および第２の端板に回転可能に連結される、軸と、
前記第１および第２の端板間に前記アクセルに沿って長手方向に延びる固定子支持構造であって、前記第１および第２の端板に連結され、前記軸の前記回転軸線と一致する中心軸線を有する、固定子支持構造と、
前記固定子支持構造の前記中心軸線と一致する中心軸線を有し、前記固定子支持構造に摺動可能に連結され、かつ第１の軸方向にまたは第２の軸方向に前記固定子支持構造に沿って並進するように構成され、前記第２の軸方向は前記第１の軸方向と反対向きである固定子リングであって、前記固定子リングの周囲に設けられる複数の固定子コイルを有し、前記複数の固定子コイルの各相が、前記固定子コイルの各相の平行非撚(non-twisted)線を全て直列に、全て並列に、または直列および並列の組合せに接続するための電子スイッチによりセンタタップで分割される複数の平行非撚線のそれぞれの組を含む、固定子リングと、
前記固定子リングを前記第１の軸方向にまたは前記第２の軸方向に作動させるように構成された固定子リニアアクチュエータと、
前記軸に連結される回転子支持構造であって、前記軸に沿って長手方向に延び、かつ前記軸の前記回転軸線と一致する中心軸線を有する、回転子支持構造と、
前記軸の前記回転軸線と一致する回転軸線を各々有し、前記回転子支持構造に摺動可能に連結され、かつ前記第１の軸方向にまたは前記第２の軸方向に前記回転子支持構造に沿って並進するように構成された第１の回転子リングおよび第２の回転子リングであって、前記第１の回転子リングおよび前記第２の回転子リングの各々が、前記回転子リングの周囲に、交互のＮおよびＳ極が半径方向外側に向いた複数の永久磁石を有し、Ｎ極が半径方向外側に向く前記永久磁石およびＳ極が半径方向外側に向く前記永久磁石が、前記第１の回転子リングおよび前記第２の回転子リングの両方の同じ半径方向位置にあり、前記固定子リングが、前記第１の回転子リングおよび前記第２の回転子リングの前記回転軸線に垂直な前記軸方向にその長さを二等分する中心面を有し、前記第１の回転子リングおよび前記第２の回転子リングが、前記第１の回転子リングおよび前記第２の回転子リングの内面が前記中心面と位置合わせされると、前記第１の回転子リングおよび前記第２の回転子リングならびに前記固定子リングが、前記回転子リングと前記固定子リングとの間の円周エアギャップと同心であるように、前記固定子リングの前記中心面の両側に位置決めされるように構成され、前記回転子リングおよび前記固定子リングが、前記第１の回転子リングおよび前記第２の回転子リングの前記内面が、前記固定子の前記中心面との位置合わせから前記回転子支持構造によって画定される限度内で前記固定子の前記中心面から外側のそれぞれの位置に再位置決めされるように構成されるように、前記第１の軸方向または前記第２の軸方向に並進可能であるように構成される、第１の回転子リングおよび第２の回転子リングと、
前記第１の回転子リングまたは第２の回転子リングの少なくとも１つを前記第１の軸方向にまたは前記第２の軸方向に作動させるように構成された少なくとも１つの回転子リニアアクチュエータと、
前記固定子コイルに供給される電気の電圧、電流量および周波数を制御するように構成されたコントローラと、
前記コントローラ、前記少なくとも１つの固定子リニアアクチュエータ、前記少なくとも１つの回転子リニアアクチュエータおよび前記電子スイッチと通信状態にあるコンピュータシステムであって、前記コントローラ、前記電子スイッチ、前記少なくとも１つのリニア固定子アクチュエータおよび前記少なくとも１つのリニア回転子アクチュエータを制御するように構成される、コンピュータシステムと、
を備える、電動機／発電機／変速機システム。
【請求項２】
前記コンピュータシステムが、前記電子スイッチに、前記複数の平行非撚線を全て直列、全て並列に、または直列および並列の組合せに接続させるように構成される、請求項１に記載の電動機／発電機／変速機システム。
【請求項３】
前記複数の平行非撚線の前記電子スイッチが、各相の前記一組の複数の平行非撚線から１つまたは複数の線を切り離すように構成された１つまたは複数の電子スイッチを含む、請求項１に記載の電動機／発電機／変速機システム。
【請求項４】
前記コンピュータシステムが、前記電子スイッチに、前記複数の平行非撚線の一部を全て直列、全て並列に、または直列および並列の組合せに接続させるように構成され、かつ前記電子スイッチに、前記複数の平行非撚線の前記一部から１つまたは複数の線を切り離させるように構成される、請求項３に記載の電動機／発電機／変速機システム。
【請求項５】
前記複数の平行非撚線の前記電子スイッチが、最後の直列／並列構成から前記全て並列構成に変化させるときに、各相の前記一組の複数の平行非撚線から１つまたは複数の線を切り離すように構成された１つまたは複数の電子スイッチを含み、かつ前記コンピュータシステムが、前記コントローラに、前記切り離された線にパルス幅変調を適用させるように構成され、それによって前記切り離された線の百分率に部分係合を与える、請求項３に記載の電動機／発電機／変速機システム。
【請求項６】
前記複数の平行非撚線の相配線がスター（Ｙ）構成またはデルタ構成であり、前記電子スイッチが、前記スター（Ｙ）構成と前記デルタ構成との間で前記相配線を切り替えるように構成された１つまたは複数の電子スイッチを含む、請求項１に記載の電動機／発電機／変速機システム。
【請求項７】
前記コンピュータシステムが、前記電子スイッチに、前記スター（Ｙ）構成と前記デルタ構成との間で前記相配線を切り替えさせるように構成され、かつ前記複数の平行非撚線を全て直列、全て並列に、または直列および並列の組合せに接続するように構成される、請求項６に記載の電動機／発電機／変速機システム。
【請求項８】
前記コンピュータシステムが、前記電子スイッチに、前記スター（Ｙ）構成と前記デルタ構成との間で前記相配線を切り替えさせるように構成され、前記電子スイッチに、前記複数の平行非撚線の一部を全て直列、全て並列に、または直列および並列の組合せに接続させるように構成され、かつ前記電子スイッチに、前記複数の平行非撚線の前記一部から１つまたは複数の線を切り離させるように構成される、請求項６に記載の電動機／発電機／変速機システム。
【請求項９】
前記第１および第２の回転子リングの回転周波数を検出するように構成された少なくとも１つのセンサを更に備え、前記コンピュータシステムが、前記電子スイッチに、少なくとも部分的に前記第１および第２の回転子リングの回転位置に基づいて前記固定子コイルの配線または相構成を切り替えさせるように構成される、請求項１に記載の電動機／発電機／変速機システム。
【請求項１０】
前記コンピュータシステムが、前記電子スイッチに、アンペア回数容量を連続して増減する順に前記固定子コイルの前記配線または相構成を切り替えさせるように構成され、それによって前記固定子コイルの磁界の対応する強さを増減して、電動機／発電機／変速機システムに対する動力の要求が増減する、請求項９に記載の電動機／発電機／変速機システム。
【請求項１１】
前記コンピュータシステムが、前記少なくとも１つの回転子リニアアクチュエータに、前記第１の回転子リングおよび前記第２の回転子リングを、前記固定子リングの外面から各回転子リングの前記内面までの距離がほぼ前記軸方向の前記回転子リングの長さであり、前記固定子の前記磁界との前記回転子の前記磁界の相互作用が無視できる、前記固定子リングの前記中心面の両側の第１の位置に配置させるように構成され、
前記コンピュータシステムが、前記少なくとも１つの回転子リニアアクチュエータに、前記第１の回転子リングおよび前記第２の回転子リングを、前記固定子リングの両側の、前記第１および第２の回転子リングの前記内面が前記固定子リングのそれぞれの外面と同一面にある、第２の位置に配置させるように更に構成され、
前記コンピュータシステムが、前記少なくとも１つの回転子リニアアクチュエータに、前記第１の回転子リングおよび前記第２の回転子リングを、前記第１および第２の回転子リングの前記内面が前記固定子の前記中心面と同一面にある第３の位置に配置させるように更に構成され、
前記コンピュータシステムが、前記少なくとも１つの回転子リニアアクチュエータに、前記第１の回転子リングおよび前記第２の回転子リングを、前記第１、第２および第３の位置以外の１つまたは複数の位置に配置させるように更に構成される、請求項１に記載の電動機／発電機／変速機システム。
【請求項１２】
前記コンピュータシステムが、前記第１および第２の回転子を前記第１の位置、第２の位置もしくは第３の位置、または前記固定子コイルでのアンペア回数(amp turns)の関数としての前記第１および第３の位置間の任意の位置に位置決めするように構成される、請求項１１に記載の電動機／発電機／変速機システム。
【請求項１３】
前記コンピュータシステムが、前記コントローラに、前記固定子コイルに供給される電気の電圧を増減させるように構成され、それによって前記固定子コイルにおける電流量および前記固定子コイルの磁界の強さを増減させ、前記固定子コイルにおける所定の上下閾値電流量に到達すると、前記コンピュータシステムが、前記コントローラに、前記固定子コイルへの電気の流れを停止させるように構成され、かつ前記固定子コイルの前記配線を再構成することによってより高いまたは低いギアに移行するように構成され、かつ前記コンピュータシステムが次いで、前記固定子コイルへの電気の流れを再開し、各固定子コイルでのアンペア回数が、前記より高いまたは低いギアに移行する前の各固定子コイルでのアンペア回数に等しい、またはほぼ等しいように、前記電圧をリセットするように構成される、請求項１に記載の電動機／発電機／変速機システム。
【請求項１４】
前記固定子リングは、前記固定子リングで利用可能であるコイル空間の半分に第１の組の固定子コイルと共に構成され、前記リング周りに交互に離間され、前記第１の組の固定子コイルが前記コントローラによって応対され、前記固定子リングは、前記固定子リングの前記コイル空間の残りの半分に第２の組の固定子コイルと共に構成され、前記第２の組の固定子コイルが第２のコントローラによって応対され、前記コンピュータプロセッサが、前記コントローラおよび前記第１の組の固定子コイルならびに前記第２のコントローラおよび前記第２の組の固定子コイルを、互いから独立して制御するように構成される、請求項１に記載の電動機／発電機／変速機システム。
【請求項１５】
前記ハウジングが、少なくとも１つの追加電動機／発電機／変速機ユニットと結合するように構成され、前記軸が前記少なくとも１つの追加電動機／発電機／変速機ユニットの軸とスプライン(splined)接続により対合し(mates)、前記コンピュータシステムが、前記少なくとも１つの追加電動機／発電機／変速機ユニットに通信可能に連結され、その部品を制御するように構成され、前記コンピュータシステムが、前記電動機／発電機／変速機システムまたは前記少なくとも１つの追加電動機／発電機／変速機ユニットの１つを、前記電動機／発電機／変速機システムまたは前記少なくとも１つの追加電動機／発電機／変速機ユニットの別の１つが有効状態にある間、選択的に中立状態に配置するように構成される、請求項１に記載の電動機／発電機／変速機システム。
【請求項１６】
第１の端板および第２の端板を持ち、前記第１の端板が前記第２の端板に対して平行であり、かつ離間される、ハウジングと、
前記第１および第２の端板間に長手方向に延びる回転軸線を有する軸であって、前記第１および第２の端板に回転可能に連結される、軸と、
前記第１および第２の端板間に前記軸に沿って長手方向に延びる固定子支持構造であって、前記第１および第２の端板に連結され、前記軸の前記回転軸線と一致する中心軸線を有する、固定子支持構造と、
前記固定子支持構造の前記中心軸線と一致する中心軸線を有し、前記固定子支持構造に連結された固定子リングであって、前記固定子リングの周囲に設けられる複数の固定子コイルを有し、前記複数の固定子コイルの各相が、前記固定子コイルの各相の平行非撚線を全て直列に、全て並列に、または直列および並列の組合せに接続するための電子スイッチによりセンタタップで分割される複数の平行非撚線のそれぞれの組を含む、固定子リングと、
前記軸に連結される回転子支持構造であって、前記軸に沿って長手方向に延び、かつ前記軸の前記回転軸線と一致する中心軸線を有する、回転子支持構造と、
前記軸の前記回転軸線と一致する回転軸線を各々有する第１の回転子リングおよび第２の回転子リングであって、前記第１の回転子リングまたは前記第２の回転子リングの少なくとも１つが、前記回転子支持構造に摺動可能に連結され、かつ第１の軸方向にまたは第２の軸方向に前記回転子支持構造に沿って並進するように構成され、前記第１の回転子リングおよび前記第２の回転子リングの各々が、前記回転子リングの周囲に設けられる複数の永久磁石を有する、第１の回転子リングおよび第２の回転子リングと、
前記第１の回転子リングまたは第２の回転子リングの少なくとも１つを前記第１の軸方向にまたは前記第２の軸方向に作動させるように構成された少なくとも１つの回転子リニアアクチュエータと、
前記固定子コイルに供給される電気の電圧、電流量および周波数を制御するように構成されたコントローラと、
前記コントローラ、前記少なくとも１つの回転子リニアアクチュエータおよび前記電子スイッチと通信状態にあるコンピュータシステムであって、前記コントローラ、前記電子スイッチおよび前記少なくとも１つのリニア回転子アクチュエータを制御するように構成されたコンピュータシステムと、
を備える、電動機／発電機／変速機システム。
【請求項１７】
前記コンピュータシステムが、前記電子スイッチに、前記複数の平行非撚線を全て直列、全て並列に、または直列および並列の組合せに接続させるように構成される、請求項１６に記載の電動機／発電機／変速機システム。
【請求項１８】
前記複数の平行非撚線の前記電子スイッチが、各相の前記一組の複数の平行非撚線から１つまたは複数の線を切り離すように構成された１つまたは複数の電子スイッチを含む、請求項１６に記載の電動機／発電機／変速機システム。
【請求項１９】
前記コンピュータシステムが、前記電子スイッチに、前記複数の平行非撚線の一部を全て直列、全て並列に、または直列および並列の組合せに接続させるように構成され、かつ前記電子スイッチに、前記複数の平行非撚線の前記一部から１つまたは複数の線を切り離させるように構成される、請求項１８に記載の電動機／発電機／変速機システム。
【請求項２０】
前記複数の平行非撚線の前記電子スイッチが、最後の直列／並列構成から前記全て並列構成に変化させるときに、各相の前記一組の複数の平行非撚線から１つまたは複数の線を切り離すように構成された１つまたは複数の電子スイッチを含み、かつ前記コンピュータシステムが、前記コントローラに、前記切り離された線にパルス幅変調を適用させるように構成され、それによって前記切り離された線の百分率に部分係合を与える、請求項１８に記載の電動機／発電機／変速機システム。
【請求項２１】
前記複数の平行非撚線の相配線がスター（Ｙ）構成またはデルタ構成であり、前記電子スイッチが、前記スター（Ｙ）構成と前記デルタ構成との間で前記相配線を切り替えるように構成された１つまたは複数の電子スイッチを含む、請求項１６に記載の電動機／発電機／変速機システム。
【請求項２２】
前記コンピュータシステムが、前記電子スイッチに、前記スター（Ｙ）構成と前記デルタ構成との間で前記相配線を切り替えさせるように構成され、かつ前記複数の平行非撚線を全て直列、全て並列に、または直列および並列の組合せに接続するように構成される、請求項２１に記載の電動機／発電機／変速機システム。
【請求項２３】
前記コンピュータシステムが、前記電子スイッチに、前記スター（Ｙ）構成と前記デルタ構成との間で前記相配線を切り替えさせるように構成され、前記電子スイッチに、前記複数の平行非撚線の一部を全て直列、全て並列に、または直列および並列の組合せに接続させるように構成され、かつ前記電子スイッチに、前記複数の平行非撚線の前記一部から１つまたは複数の線を切り離させるように構成される、請求項２１に記載の電動機／発電機／変速機システム。
【請求項２４】
前記第１および第２の回転子リングの回転周波数を検出するように構成された少なくとも１つのセンサを更に備え、前記コンピュータシステムが、前記電子スイッチに、少なくとも部分的に前記第１および第２の回転子リングの回転位置に基づいて前記固定子コイルの配線または相構成を切り替えさせるように構成される、請求項１６に記載の電動機／発電機／変速機システム。
【請求項２５】
前記コンピュータシステムが、前記電子スイッチに、アンペア回数容量を連続して増減する順に前記固定子コイルの前記配線または相構成を切り替えさせるように構成され、それによって前記固定子コイルの磁界の対応する強さを増減して、電動機／発電機／変速機システムに対する動力の要求が増減する、請求項２４に記載の電動機／発電機／変速機システム。
【請求項２６】
前記コンピュータシステムが、前記少なくとも１つの回転子リニアアクチュエータに、前記第１の回転子リングおよび前記第２の回転子リングを、前記固定子リングの外面から各回転子リングの前記内面までの距離がほぼ前記軸方向の前記回転子リングの長さであり、前記固定子の前記磁界との前記回転子の前記磁界の相互作用が無視できる、前記固定子リングの前記中心面の両側の第１の位置に配置させるように構成され、
前記コンピュータシステムが、前記少なくとも１つの回転子リニアアクチュエータに、前記第１の回転子リングおよび前記第２の回転子リングを、前記固定子リングの両側の、前記第１および第２の回転子リングの前記内面が前記固定子リングのそれぞれの外面と同一面にある、第２の位置に配置させるように更に構成され、
前記コンピュータシステムが、前記少なくとも１つの回転子リニアアクチュエータに、前記第１の回転子リングおよび前記第２の回転子リングを、前記第１および第２の回転子リングの前記内面が前記固定子の前記中心面と同一面にある第３の位置に配置させるように更に構成され、
前記コンピュータシステムが、前記少なくとも１つの回転子リニアアクチュエータに、前記第１の回転子リングおよび前記第２の回転子リングを、前記第１、第２および第３の位置以外の１つまたは複数の位置に配置させるように更に構成される、請求項１６に記載の電動機／発電機／変速機システム。
【請求項２７】
前記コンピュータシステムが、前記第１および第２の回転子を前記第１の位置、第２の位置もしくは第３の位置、または前記固定子コイルでのアンペア回数の関数としての前記第１および第３の位置間の任意の位置に位置決めするように構成される、請求項２６に記載の電動機／発電機／変速機システム。
【請求項２８】
前記コンピュータシステムが、前記コントローラに、前記固定子コイルに供給される電気の電圧を増減させるように構成され、それによって前記固定子コイルにおける電流量および前記固定子コイルの磁界の強さを増減させ、前記固定子コイルにおける所定の上下閾値電流量に到達すると、前記コンピュータシステムが、前記コントローラに、前記固定子コイルへの電気の流れを停止させるように構成され、かつ前記固定子コイルの前記配線を再構成することによってより高いまたは低いギアに移行するように構成され、かつ前記コンピュータシステムが次いで、前記固定子コイルへの電気の流れを再開し、各固定子コイルでのアンペア回数が、前記より高いまたは低いギアに移行する前の各固定子コイルでのアンペア回数に等しい、またはほぼ等しいように、前記電圧をリセットするように構成される、請求項１６に記載の電動機／発電機／変速機システム。
【請求項２９】
前記固定子リングは、前記固定子リングで利用可能であるコイル空間の半分に第１の組の固定子コイルと共に構成され、前記リング周りに交互に離間され、前記第１の組の固定子コイルが前記コントローラによって応対され、前記固定子リングは、前記固定子リングの前記コイル空間の残りの半分に第２の組の固定子コイルと共に構成され、前記第２の組の固定子コイルが第２のコントローラによって応対され、前記コンピュータプロセッサが、前記コントローラおよび前記第１の組の固定子コイルならびに前記第２のコントローラおよび前記第２の組の固定子コイルを、互いから独立して制御するように構成される、請求項１６に記載の電動機／発電機／変速機システム。
【請求項３０】
前記ハウジングが、少なくとも１つの追加電動機／発電機／変速機ユニットと結合するように構成され、前記軸が前記少なくとも１つの追加電動機／発電機／変速機ユニットの軸とスプライン接続により対合し、前記コンピュータシステムが、前記少なくとも１つの追加電動機／発電機／変速機ユニットに通信可能に連結され、その部品を制御するように構成され、前記コンピュータシステムが、前記電動機／発電機／変速機システムまたは前記少なくとも１つの追加電動機／発電機／変速機ユニットの１つを、前記電動機／発電機／変速機システムまたは前記少なくとも１つの追加電動機／発電機／変速機ユニットの別の１つが有効状態にある間、選択的に中立状態に配置するように構成される、請求項１６に記載の電動機／発電機／変速機システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
[0001]本出願は、２０１４年８月１日出願の米国仮出願第６２／０３２，４６８号、２０１５年４月１３日出願の米国仮出願第６２／１４６，６９４号および２０１５年４月１３日出願の米国仮出願第６２／１４６，７２５号の米国特許法第１１９条（ｅ）に基づく利益を主張する、２０１５年７月３１日出願の米国非仮特許出願第１４／８１５，７３３号（米国特許第９，４７９，０３７号）の分割出願である、２０１６年１０月２４日出願の「ＶＡＲＩＡＢＬＥ  ＴＯＲＱＵＥ  ＭＯＴＯＲ／ＧＥＮＥＲＡＴＯＲ／ＴＲＡＮＳＭＩＳＳＩＯＮ」と題する米国非仮特許出願第１５／３３２，８２４号の一部継続出願（ＣＩＰ）である。本出願は、２０１６年４月１３日出願の米国仮出願第６２／３２２，０５２号、２０１６年６月２２日出願の米国仮出願第６２／３５３，４１３号および２０１６年９月２６日出願の米国仮出願第６２／３９９，９０７号の米国特許法第１１９条（ｅ）に基づく利益も主張する。上記の米国仮および非仮出願はそれらの全体が引用により本明細書に援用される。
【背景技術】
【０００２】
[0002]現在までのところ、世界中で発生される９９．９％を超える電気が、何らかの形態の回転運動を伴う発電機からである。太陽パネルは約０．０５％を占める。世界の産業用電力の６５と７０％との間および全ての消費電力の約５７％が電動機によって使用される。これは、概算で１６，０００テラワット時（ＴＷｈ）以上の世界中の電力の年間消費に関する。この消費の傾向および効率向上のため、従来の最新の発電機および電動機は、それらの定格毎分回転数（ＲＰＭ）およびトルク仕様近くで９０〜９８％の効率範囲で動作することができる。この理由で、現代の発電機および電動機産業が非常に成熟しており、僅かな漸進的向上がなされうると思われる。しかしながら、発電機および電動機の狭帯域の高効率定格が高いのに対して、これらの同じ発電機および電動機が仕様のＲＰＭおよび／またはトルク定格外で動作しているとき、効率は時に３０〜６０％にまで劇的に低下する。
【０００３】
[0003]大抵の従来の発電システムが連続ＲＰＭおよびトルク電源を使用するのに対して、現在出現している再生可能エネルギーは、電源が可変的で、時宜を得ず、かつ大抵の時間予測不可能であるので、非常に大きなＲＰＭおよびトルク変化を有する。従来の発電および配電の我々の容量が到達されるにつれて、このトルクに感応し、それでも効率的である再生可能エネルギーにおける発電機の必要性が非常に高優先でありうる。同様に、電動機分野では、ハイブリッドおよび「プラグイン」電気自動車の需要が指数関数的に増加するにつれて、産業用途のために、特に輸送分野に、高効率でより広い動作範囲に対するより大きな必要性が存在する。実世界の動作条件が起動、停止および可変負荷を伴うので、電動機の効率はめったに一定のままでない。
【０００４】
[0004]現代の車両オルタネータは、電子部品を動作させ、かつバッテリ充電を維持するために、燃焼機関の回転動力の一部を電力に変換する。これらのオルタネータは一般に５０〜６０％の効率である。２００７年には約８億６００万台の車両があったが、今日では稼動台数が１０億を超えると推定される。人工ＣＯ２のほぼ１６％がこれらの車両に由来する。これらのオルタネータの僅かな効率向上さえ、より少ない排気物の劇的な向上および燃料消費量の相当な削減をもたらすことができる。このオルタネータ効率損失は主に、回転子コイルシステム（電磁石）のエアギャップおよび非効率性のためである。回転子の永久磁石は、可変負荷に対して効率的に出力を調整する能力がないため、車両用オルタネータには一般に使用されない。
【０００５】
[0005]永久磁石同期発電機（ＰＭＡ）は今日では小型風力機械に使用される。それらは、回転子のコギングおよび固定子の自然な磁気吸引が相当な最小風速を要求する傾向があるので、この制約を克服するために、典型的に高起動速度を有する。それらは、低速度範囲に効率的な電力を生成することが要求されるＲＰＭ範囲もない他に、超高風速に電流制限を有する。それらは、構造により所与のＲＰＭでの最大電力生成を許容するので、それらの出力を調整する能力を有しない。固定子選択が最大電流または電圧を制限しており、それは非常に限定された効率範囲を有する。
【０００６】
[0006]中型から大型の風力システムに関しては、大型交流発電機が使用され、直流に変換される。次いで電力インバータが直流電力信号を交流に逆変換し、この電流をグリッドに分配する。この変換は効率損失および熱生成を伴う。これはまた、タービン起動速度および最大出力電力を制限する。大型風力タービンでは、電力グリッド周波数に連係するために電気グリッドによって給電される回転子を通常有する同期３相発電機が使用され得る。電力インバータシステムを使用して出力電力を調整する一方で、それらは、効率を失う他にタービンＲＰＭ範囲を制限する。潮力および波力発電機などの他の再生可能エネルギーシステム発電機は、これらのシステムのＲＰＭおよびトルク範囲の広い変動に対する限定されたＲＰＭおよびトルク範囲のための効率損失に関して同じ課題を有する。
【０００７】
[0007]ハイブリッドおよび「プラグイン」電気自動車での永久磁石電動機の使用も同様に、非常に限定された効率範囲を有する。これらの電動機は、それらのＰＭＡ相対物のように、ＲＰＭ、トルクおよび電流利用がそれらの構造によって制限される。それらはまた、永久磁石が固定子の鉄心を連続的に通り過ぎるため、惰行モードの間、逆ＥＭＦおよび極度の抗力に関する課題を有する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本願発明の一実施例は、例えば、可変トルク電動機／発電機／変速機に関する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
[0008]「発明を実施するための形態」は添付の図を参照しつつ記載される。説明および図における異なる例での同じ参照番号の使用は、同様または同一の項目を示すことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】[0009]本開示の例示的な実施形態による、１つまたは複数の追加の電動機／発電機／変速機（ＭＧＴ）ユニットに接続されてもよいＭＧＴユニットを例示する斜視図である。
【図２】[0010]本開示の例示的な実施形態による、図１に図示されるＭＧＴユニットなどのＭＧＴユニットの分解斜視図である。
【図３】[0011]本開示の例示的な実施形態による、図１に図示されるＭＧＴユニットなどのＭＧＴユニットの部分分解斜視図である。
【図４】[0012]本開示の例示的な実施形態による、図１に図示されるＭＧＴユニットなどのＭＧＴユニットの部分分解斜視図である。
【図５】[0013]本開示の例示的な実施形態による、図１に図示されるＭＧＴユニットなどのＭＧＴユニットの横断側面図であり、回転子が一組の磁石を含み、中立位置に図示される。
【図６】[0014]図５に図示されるＭＧＴユニットの横断側面図であり、一組の磁石が中立位置から移動されて回転子と第１の固定子を係合する。
【図７】[0015]本開示の例示的な実施形態による、中心分離３相固定子巻線組立体の線図である。
【図８】[0016]本開示の例示的な実施形態による、２線式分離固定子巻線組立体の線図である。
【図９】[0017]本開示の例示的な実施形態による、４線式分離固定子巻線組立体の線図である。
【図１０】[0018]本開示の例示的な実施形態による、６線式分離固定子巻線組立体の線図である。
【図１１】[0019]本開示の例示的な実施形態による、並列歯車構成の固定子巻線組の線図である。
【図１１Ｂ】[0020]本開示の例示的な実施形態による、並列歯車構成の固定子巻線組の線図であり、複数の平行非撚線の一部が並列に接続され、かつ１つまたは複数の線が複数の平行非撚線の接続部から切り離される。
【図１１Ｃ】[0021]本開示の例示的な実施形態による、並列歯車構成の固定子巻線組の線図であり、複数の平行非撚線の一部が並列に接続され、かつ１つまたは複数の線が複数の平行非撚線の接続部から切り離される。
【図１２】[0022]本開示の例示的な実施形態による、部分並列／部分直列歯車構成の固定子巻線組の線図である。
【図１３】[0023]本開示の例示的な実施形態による、部分並列／部分直列歯車構成の固定子巻線組の別の線図である。
【図１４】[0024]本開示の例示的な実施形態による、直列歯車構成の固定子巻線組の線図である。
【図１５】[0025]本開示の例示的な実施形態による、ＭＧＴユニット／システムのための制御部品を例示するブロック図である。
【図１６】[0026]本開示の例示的な実施形態による、ＭＧＴユニットを例示する斜視図である。
【図１７】[0027]本開示の例示的な実施形態による、図１６に図示されるＭＧＴユニットの別の斜視図である。
【図１８】[0028]本開示の例示的な実施形態による、そのハウジングの一部が取り外された、図１６に図示されるＭＧＴユニットの斜視図である。
【図１９】[0029]本開示の例示的な実施形態による、そのハウジングの一部が取り外された、図１６に図示されるＭＧＴユニットの別の斜視図である。
【図２０】[0030]本開示の例示的な実施形態による、そのハウジングの一部が取り外された、図１６に図示されるＭＧＴユニットの別の斜視図である。
【図２１】[0031]本開示の例示的な実施形態による、そのハウジングの一部が取り外された、図１６に図示されるＭＧＴユニットの別の斜視図である。
【図２２】[0032]本開示の例示的な実施形態による、そのハウジングの一部が取り外された、図１６に図示されるＭＧＴユニットの側面図であり、２つの回転子が、ＭＧＴユニットの固定子からの距離である位置に互いから離れて図示される（位置１）。
【図２３】[0033]本開示の例示的な実施形態による、そのハウジングの一部が取り外された、図１６に図示されるＭＧＴユニットの側面図であり、２つの回転子が互いから離れて図示され、かつ各回転子の内縁が固定子の外縁と同一面にある（位置２）。
【図２４】[0034]本開示の例示的な実施形態による、そのハウジングの一部が取り外された、図１６に図示されるＭＧＴユニットの側面図であり、２つの回転子が合わせられ、２つの回転子の内縁が固定子の中心面と同一面にある（位置３）。
【図２５】[0035]本開示の例示的な実施形態による、ＭＧＴユニットを例示する斜視図である。
【図２６】[0036]本開示の例示的な実施形態による、そのハウジングの一部が取り外された、図２５に図示されるＭＧＴユニットの別の斜視図である。
【図２７】[0037]本開示の例示的な実施形態による、そのハウジングの一部が取り外された、図２５に図示されるＭＧＴユニットの別の斜視図である。
【図２８】[0038]本開示の例示的な実施形態による、図２５に図示されるＭＧＴユニットの固定子リングによって少なくとも部分的に包囲される回転子組立体の斜視図である。
【図２９】[0039]本開示の例示的な実施形態による、図２５に図示されるＭＧＴユニットの回転子組立体の斜視図である。
【図３０】[0040]本開示の例示的な実施形態による、図２５に図示されるＭＧＴユニットの固定子リングによって少なくとも部分的に包囲される回転子組立体の横断側面図である。
【図３１】[0041]本開示の例示的な実施形態による、図２５に図示されるＭＧＴユニットの固定子リングによって少なくとも部分的に包囲される回転子組立体の別の斜視図である。
【図３２】[0042]本開示の例示的な実施形態による、図２５に図示されるＭＧＴユニットの回転子アクチュエータの斜視図である。
【図３３】[0043]本開示の例示的な実施形態による、図２５に図示されるＭＧＴユニットの回転子アクチュエータの別の斜視図である。
【図３４】[0044]本開示の例示的な実施形態による、図２５に図示されるＭＧＴユニットの回転子アクチュエータのための第１の組の歯車の側面図である。
【図３５】[0045]本開示の例示的な実施形態による、遊星歯車装置の斜視図である。
【図３６】[0046]本開示の例示的な実施形態による、図３５の遊星歯車装置を含む、図２５に図示されるＭＧＴユニットの回転子アクチュエータのための第２の組の歯車の側面図である。
【図３７Ａ】[0047]本開示の例示的な実施形態による、３相固定子の固定子巻線構成の概略図である。
【図３７Ｂ】[0048]本開示の例示的な実施形態による、共通固定子組立体における複数の別々に制御される分割極３相固定子を実装する二重巻固定子構成の概略図である。
【図３８】[0049]本開示の例示的な実施形態による、図１〜３７Ｂによって例示されるＭＧＴユニットのいずれかなどのＭＧＴユニットを利用するハイブリッド車を例示するブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
概要
[0050]永久磁石電動機および発電機の現状技術は、回転子の磁界が調節可能でなく、代わりに固定されるということである。結果として、大抵の電動機および発電機は、非常に狭い範囲の最適効率を伴う特定の速度およびトルクを求めて設計される。電動機または発電機における高トルク要件は、高電圧および電流量でやがて克服される大きな逆ＥＭＦをやがて生じさせるより強力な永久磁石を必要とする。電動機速度およびトルクが一定であると、電動機または発電機はその設計速度およびトルクでの最適効率を求めて設計され得る。しばしば、この効率は９０％を超える。したがってこれらの電動機の製造では、固定子鉄心、鉄心巻線および永久磁石は全て、最適または閾値効率で選択された設計トルク、毎分回転数およびボルト、アンペア比を生成することが可能な最も効率的な方式で共に作用するように選択される。一旦これらの主要な要素が選択されて電動機または発電機に配置されると、それらは現状技術下では変更され得ない。発電機における駆動力の動力および速度ならびに電動機への電気のボルトおよびアンペア数だけが変更され得る。しかし、この同じ電動機または発電機が、陸上車両および／または風力もしくは水力駆動発電機でなど、速度およびトルクが広く変動する状態で運用される場合、速度およびトルク要件が設計された最大値より小さいときは、固定磁石の逆ＥＭＦが依然克服されなければならず、速度およびトルクが設計された最大値より大きいときは、固定子配線が十分かつ適切にサイズ設定されなければならない。そうでなければ、電動機または発電機の総合効率は、例えば高速輸送車両、自動車または風力／水力駆動発電機などに対して、多くの場合２０％にまで劇的に低下する。
【００１２】
[0051]本開示は、高効率広ボルトおよびアンペア数動作範囲ならびに極めて可変的なトルクおよびＲＰＭ条件で動作することが可能である発電機および／または電動機変速機システムを対象とする。本開示は、一貫しない風速、時宜を得ない海洋波運動またはハイブリッド車における制動エネルギーなどの再生可能資源の変動性を活用し、従来の発電機が上昇させることができない発生電位をより効率的に上昇させる。電動機側では、本開示は、ハイブリッド車の要件をより効率的に満たす可変範囲のトルク／ＲＰＭ可能性をもたらす。システムは、電力需要が増減するにつれて、例えば、固定子における複数の非撚平行コイル線を全て直列、全て並列またはその組合せでの接続間で切り替え、対応して固定子に作用する永久磁石の磁界を変化させ、調節し、または集束させ、回転子／固定子組をモジュール的に係合および係脱することによって固定子に誘導される磁界を変化させることによって、電動機／発電機の出力「サイズ」を動的に変化させることができる。また、トルク／ＲＰＭまたは電流量／電圧要件が変化するにつれて、システムは、回転子／固定子組内の（共通のコンピュータプロセッサに接続される複数のＭＧＴユニットにおける）１つの固定子または別のを作動させ、２つ、４つまたは６つ以上の平行３相非撚コイル巻線の組を通して並列から直列の巻線に、またはその逆に変化して、トルク／ＲＰＭまたは電流量／電圧要件を満たして効率を改善（例えば、最適化またはほぼ最適化）することができる。
【００１３】
[0052]本明細書に前述したように、永久磁石電動機および発電機の現状技術は、回転子の磁界が調節可能でなく、固定されるということである。永久磁石の磁界が固定されることは真実であるが、永久磁石電動機または発電機がどのように動作するかを決定するのは、回転子の永久磁石と固定子の鉄心との間の磁束の交番流および固定子鉄心の線における電気の交番流である。回転子磁石と固定子鉄心との間に少量の磁束が流れる場合、電動機／発電機の回転子に小さな、またはより低強度の永久磁石が嵌着されたかのようである。回転子磁石と固定子鉄心との間に流れる磁束の量が多い場合、その逆が当てはまる。電動機の回転子に小さな永久磁石が使用されるときは、固定子鉄心コイルにおける線は、回転子磁石の磁界と効率的に反応するであろう固定子歯（または鉄心）に磁界を生成して、それらの間の最適（またはほぼ最適）磁束流または相互作用および最適（またはほぼ最適）トルクまたは毎分回転数を生成するのに必要な巻数で適切にサイズ設定される。発電機の場合、線は、回転する回転子上の永久磁石によって固定子鉄心に誘導される交番磁束によって発生される電気に効率的に適合するのに必要な巻数でサイズ設定され、かつ多くの場合、永久磁石が同じサイズであるときでも電動機の線と異なるであろう。回転子に大きな永久磁石が使用されるときは、電動機および発電機の両方における固定子鉄心の線が必要な巻数で適切にサイズ設定をされるという点で同じことが当てはまる。大きな永久磁石電動機における線およびアンペア回数は、しかしながら、小さな永久磁石電動機／発電機における線および巻数と異なり、２つの電動機／発電機の出力サイズは動的に異なる。
【００１４】
[0053]所定の範囲にわたって現状技術下で既に可能であるより効率的な性能で動的に変化され得る出力を有する電動機／発電機／変速機（ＭＧＴ）システムが開示される。回転子磁石から固定子鉄心に流れる、または固定子鉄心と相互作用する永久磁石の交番磁束は、いくつかの異なる技法で、例えば：（１）回転子磁石からの径方向磁束が固定子鉄心と可変量で部分的に関与する、固定子鉄心との回転子磁石の位置合わせを変化させること；（２）２つの回転子を、固定子の中心面のどちらの側にも１つずつ活用することであり、ここで回転子に外接する交互のＮおよびＳ磁極が互いに対して同じ半径方向位置にあり、固定子の中心面から回転子の中心面までの距離が変化され得、２つの回転子上の磁石からの極磁界が互いに対抗し、ここで２つの回転子間の混合極磁界が半径方向に偏向され、捻られ、または集束されて、２つの回転子およびそれらのそれぞれの単独で作用する磁石の磁界の合計から入手可能であろうより固定子鉄心内へ半径方向に大きな磁束界または流を生じさせ−この磁界は、回転子を互いにかつ固定子の中心面に近づけて移動させることによって、または回転子を更に遠ざけて移動させることによって調節されること；ならびに（３）同じ固定子に共に作用する技法（１）および（２）の組合せによって、変化または調節され得る。これらの技法のいずれかを活用して固定子と回転子との間の磁束の流れを調節することは、ＭＧＴシステムの永久磁石のサイズをその動作中にいつでも変更することができることと同じまたは同様の効果を有する。
【００１５】
[0054]配線および巻数を変更して固定子鉄心の磁束および鉄心コイル線に流れる電気を修正することは、回転子永久磁石から流れる磁束ほど調節する、または変化させるのが容易でない。しかしながら、本開示は、固定子鉄心コイルに明確に異なるボルト／アンペア特性を達成するいくつかの方法および構成を提供し、ここで各固定子鉄心は、固定子に作用する回転子からの極磁束を調節して効率を改善することによって、回転子と固定子との間の最適化（またはほぼ最適化）磁束流のために構成され得る。これは、多相固定子配線をセンタタップで分割し、各相脚のための（かついくつかの場合に異なるサイズの線による）鉄心巻線における複数の非撚平行線に、複数の線を全て直列、全て並列ならびに並列および直列構成の組合せに切り替えて接続する能力を提供することによって、達成され得る。いくつかの実装では、１つまたは複数の線が切り離されて追加構成を提供してもよい（例えば、６線システムから４線システムに落とすなど）。いくつかの実装では、相巻線もスターまたはワイ（Ｙ）構成からデルタ（例えば、三角）構成に切り替え可能である。いくつかの実装では、システムは、同じ固定子に別々のコントローラを持ち、かついくつかの実装では各相脚におけるコイル（複数の線を含む）を分割する２つの別々の多相配線構成を提供することができ、その結果いずれかの別々の多相構成における固定子相のいずれかが切り替えられて（例えば、電子スイッチを使用して）スター（Ｙ）かデルタかいずれかの構成で直列に、並列にまたはその組合せで接続され得る。
【００１６】
[0055]実施形態において、ＭＧＴシステムは、複数のモジュラＭＧＴユニット（例えば、各々それぞれの固定子および回転子を有する）を共に結合して全体のシステム出力を変化させることによって調節することもできる。例えば、ＭＧＴユニットは、それらが動力増加のために共に動作することができる、または少なくとも１つが動作することができる一方で、別のが中立である、中央プロセッサからの共通制御下で共に結合され得る。ＭＧＴユニットはまた、異なる直列、並列または組合せ（すなわち、直列および並列）配線および切替組合せ間で前後に移行して様々な組合せ間の円滑な遷移を提供するように構成されてもよい。ＭＧＴユニットは、各相における複数の線の直列／並列切替によりデルタまたはスター相構成間で前後に移行させることもできる。
【００１７】
[0056]本開示の実施形態において、いかなる単一のＭＧＴユニットも、デルタおよびワイ構成間の切替、直列もしくは並列の、または互いに直列に接続される２つ以上の並列の線の組の複数の線巻線を含め、本明細書に記載される多配線および切替の組合せのいずれかまたは全てを有してもよく、ＭＧＴユニット／システムが多極である場合、相巻線の個々のコイルは、直列もしくは並列に、または互いに直列に接続される２つ以上の並列のコイルの組に接続されてもよく、広く変化する条件を満たすように電子的に再構成可能である単一の電動機／発電機に広範囲のボルト／アンペアおよびトルク速度比を提供する。１つまたは複数のＭＧＴユニットにおける第１の固定子、第２の固定子またはそれ以上の固定子間での回転子磁界の機械的移行（例えば、いずれの固定子も係合無しおよび／または２つの固定子の一方もしくはいずれかの組合せの部分係合を制御することができる）、ならびに固定子鉄心に回転子の磁界を集束させる能力と結合させるこの特徴は、固定子の巻線構成を選択および急速変更して、最適（またはほぼ最適もしくはその他選択された）エネルギー効率でＭＧＴユニット／システムに課されることがある広く可変的な速度およびトルク要件を満たすコンピュータシステムプロセッサを通じた能力を提供する。第１の配線構成で回転子の磁界を第１の固定子と係合させ、第２の固定子を第２の配線構成に切り替え、次いで回転子の磁界を第１の固定子から第２の固定子に遷移する能力は、第１の設定のトルク／速度と第２の設定のトルク／速度との間の円滑な動力伝達を提供し、更にコンピュータシステムが、回転子磁石と固定子コイルとの間の係合の程度を微調整することによって、回転子磁石と固定子との間の磁界の強さを調節または増減して、全くいかなる所望の速度およびトルクでもＭＧＴユニット／システムの動力効率を最適化するようにする。両方の固定子が回転子の磁界と係合され、第１の固定子を、次いで第２の固定子を切り替えることによって固定子が１つの配線構成から別のに切り替えられ、切替間の合間に、一方または両方の固定子との磁界の係合が調節されて、２つの配線構成間の円滑な遷移に適合し、かつＭＧＴユニット／システムの動力効率を改善すると、動力の同じ円滑な遷移が作用する。
【００１８】
[0057]本開示は、電動機または発電機における永久磁石回転子の磁界を調節するためのシステムおよび方法も提供する。固定子鉄心に作用する磁界を調節し、または集束させて、いかなる所与の時間にも電動機または発電機のトルク速度要件を満たすことによって、そのようにする。固定子鉄心に作用する磁界を増減させることによって、ＭＧＴシステムは次いで、逆ＥＭＦを増減させて、電動機を動かすためにより高いまたは低い電圧および電流量（電力）を必要とし、または発電機を回すために必要とされるトルク（例えば、風速）を変化させ、それによってＭＧＴシステムを利用する電動機／発電機が逆ＥＭＦを調節して、変化する条件を満たし、かつ今まで可能であったより非常に広範囲にわたってより高い効率で電動機／発電機を動作させるようにする。これらの能力により、ＭＧＴシステムは、高効率で比較的一様な範囲の可変動力要件にわたって回転子および固定子の両方の磁界の相互作用の強さを制御することができる。いかなる電動機の効率も、固定子の電磁界と固定子と相互作用する回転子の電磁界との間のバランスに依存している。ＭＧＴユニットにおける現状技術のインバータ／コントローラは、線および電圧源の容量内で固定子コイル線における電流量をやがて調整するバッテリまたは他の電源から来る電圧を調整することができる。ＭＧＴユニットは、インバータ／コントローラがコンピュータプロセッサを通じて各配線構成で電圧を低から高に上昇させるにつれて、各配線組合せで異なる範囲のアンペア回数を各々生じさせる際の異なる抵抗を持つ異なる配線組合せ間で切り替わる能力を有する。異なる配線構成は次いで電圧調整により構成され、組み合わされ、同調され、その結果コンピュータプロセッサが配線を１つの構成から次のへ切り替えて、固定子コイルでのアンペア回数の値および結果的な磁界強度を対応して変更するにつれて、固定子コイルに流れる電流量の全範囲が非常に拡張した範囲にわたって一様に調整（増減）され得る。固定子に対する回転子の移動によって低から高まで非常に大きな範囲にわたって固定子コイルと相互作用する回転子磁石の磁界を集束させる、または制御するＭＧＴユニット能力により、コンピュータプロセスは、固定子コイルおよび回転子永久磁石の磁界間の最適効率またはバランスを提供するように回転子が位置決めされるように、固定子に対する回転子の位置を固定子コイルでのアンペア回数の関数とするように構成されてもよい。
実装例−選択的可動固定子を含むＭＧＴ
[0058]図１〜６を全体的に参照すると、本開示のいくつかの実施形態により、ＭＧＴユニットおよびシステムが記載される。図１は、ＭＧＴユニット３００を図示し、いくつかの実施形態においてこれは１つまたは複数の追加ＭＧＴユニット３００に接続されてより大きなＭＧＴシステムを形成することができる。図２〜６に図示されるように、ＭＧＴユニット３００は、軸３０８に回転可能に連結される回転子３１４を含む。回転子３１４および回転子が固定される軸３０８は、回転軸線３０６を有し、軸３０８は回転軸線３０６に沿って第１の方向に長手方向に延びる。ＭＧＴユニット３００は、同じく第１の方向に長手方向に延び、かつ１つまたは複数の固定子リング（例えば、第１の固定子リング３１０、第２の固定子リング３１２、および場合により第３の固定子リング、第４の固定子リングなど）を含む固定子保持器３０２も含み、ここで固定子リングの各々は、固定子リングの周囲にそれぞれのコイル／巻線が設けられる複数の固定子鉄心を含む。本開示の実施形態において、固定子リングは第１の方向に互いから離間される。回転子３０４は、回転子リング３１４の周囲に永久磁石が設けられる少なくとも１つの回転子リング３１４を含む。回転子リング３１４は軸３０８と連結され得る。
【００１９】
[0059]本開示の実施形態において、固定子リング３１０および固定子リング３１２は３つ以上の位置間に作動可能である。固定子リング３１０および固定子リング３１２は、固定子保持器３０２内に収容される、またはアクチュエータによって移動可能であるいかなる他の支持構造にも連結され得る。固定子リング３１０および固定子リング３１２は各々、異なる鉄心および／または巻線構成を有してもよく、その結果、固定子リング３１２が回転子リング３１４と係合される第１の固定子位置；固定子リング３１０が回転子リング３１４と係合される第２の固定子位置；および固定子リング３１０も固定子リング３１２も回転子リング３１４と係合されない第３の位置間で固定子リング３１０および固定子リング３１２が並進するときにＭＧＴユニット３００の動作特性が変更され得る。固定子位置の順序は例として提供され、本開示を限定するものとは意味されないことが留意されるべきである。他の実施形態において、２つの固定子間に中立固定子位置が位置付けられ得る。ＭＧＴユニット３００の異なる端に中立固定子位置があることもできる。更に、ＭＧＴユニット３００は２つ以上の中立位置などを含むことができる。本開示の実施形態において、回転子リング３１４の磁石は回転子リング３１４の周囲に等間隔に離間され得、ここで磁石の外周面は固定子リング３１０／３１２鉄心面の内周面から所定の最小距離（例えば、ギャップ）であり、発電機として作用する場合、回転子リング３１４が回転するにつれて固定子巻線に電気を流れさせる、または外部源から固定子巻線に電流が供給される場合、回転子リング３１４を回転させる。
【００２０】
[0060]固定子リング３１０および３１２は同一で、再構成可能で、かつ／または異なって構築され得る。例えば、固定子リング３１０および３１２は、異なる固定子巻線または選択的に再構成可能な固定子巻線（例えば、本明細書に記載される）を利用して、異なる動力、トルク、電流量および／または電圧容量および効率を提供することができる。いくつかの実施形態において、コンピュータシステムは、固定子リングのアクチュエータに指令を送り、それらを固定子位置内外に移動させて、風力駆動発電機、市街バス用電動機などといった広く変化する入出力条件下で効率強化を達成するために使用され得る。実施形態において、アクチュエータ３２２（例えば、ステッパモータ、リニアアクチュエータなど）は、固定子リング３１０および固定子リング３１２と直接または間接的に連結され得る。いくつかの実施形態において、アクチュエータ３２２は、固定子リング３１０および固定子リング３１２を収容する固定子保持器３０２を駆動して、それによって固定子リング３１０および固定子リング３１２を所望の位置へ回転子リング３１４に対して移動させるように構成されたアームを含むことができる。
【００２１】
[0061]本開示の実施形態において、複数のＭＧＴユニット３００が共に接続され得る（例えば、図１に関して記載されるように端と端で）。例えば、軸３０８はモジュラ軸として構成され得、複数のモジュラ軸が共に接続されて、例えば共通軸を形成することができる。いくつかの実施形態において、各ＭＧＴユニット３００は１つまたは複数の端板３１６を含むことができ、これは軸受（例えば、回転軸受）を含むことができる。いくつかの実施形態において、２つ以上のＭＧＴユニット３００の軸３０８が共に接続されて、追加ＭＧＴユニット３００が直列に追加される（例えば、共通制御方式下で可変トルクおよび／または動力能力を持つより大きくかつより強力なユニットを形成する）ようにすることができる。第１のＭＧＴユニット３００の軸３０８は、隣接して位置付けられる第２のＭＧＴユニット３００の端板３１６の受入れ腔内へ延びるように構成された雄端３１８を含むことができ、これによって雄端３１８は第２のＭＧＴユニット３００の軸３０８の雌端３２０に接続することができる。
実装例−選択的可動回転子を含むＭＧＴ
[0062]図１６〜２４を全体的に参照すると、本開示の追加実施形態により、ＭＧＴユニット４００およびシステムが記載される。図１６〜２４は、可変トルク磁界集束を利用するＭＧＴユニット４００／システムの実施形態を図示する。例えば、ＭＧＴユニット４００は、回転子リング４４４と少なくとも１つの固定子リング４３９との間の磁束の相互作用を集束させて調整するように構成され得る。これを行うため、ＭＧＴユニット４００は、少なくとも２つの回転子を、固定子リング４３９の中心面のどちらの側にも１つずつ設けて、それらが各々固定子の中心面に向けてまたはそれから離れて並進され得るように利用する。回転子リング４４４が固定子の中心面からのそれらの最遠点から固定子の中心面に向けて並進されるにつれて、回転子リング４４４と固定子リング４３９との間の磁束の相互作用は増強して、それによって磁束が集束される（例えば、調節される）ようにし、その結果、回転子リング４４４と固定子リング４３９との間の磁気相互作用が制御されてシステム効率を最適化または改善することができる。
【００２２】
[0063]実装例では、回転子リング４４４は、少なくとも以下の位置：（１）回転子リング４４４の内縁が固定子リング４３９の外縁からほぼ回転子１つ分の長さ以上（軸方向の永久磁石４４３の長さ）である第１の位置（例えば、図２２に図示される）；（２）回転子リング４４４の内縁が固定子リング４３９の外縁と同一線上にある第２の位置（例えば、図２３に図示される）；および回転子リング４４４の内縁が固定子リング４３９の中心面と同一線上にある第３の位置（例えば、図２４に図示される）間で並進され得る。第１の位置（１）では、回転子リング４４４と固定子リング４３９との間の磁束の相互作用が最小であるまたは全くなく、回転子が外力によって回されるとき固定子線における電気の流れは全くないまたは最小である。これはＭＧＴユニット４００のための中立位置と考えられ得る。回転子リング４４４が第１の位置（１）から第２の位置（２）に並進されるにつれて、回転子リング４４４上の永久磁石４４３の極磁界は互いに対抗し始め、固定子鉄心に向けて半径方向に偏向または集束して、回転子磁石４４３と固定子鉄心との間に２つの回転子およびそれらのそれぞれの磁石４４３の合計が同じ位置から単独で生成するであろうより大きな相互作用または磁束流を生じさせ、ここで回転子リング４４４から固定子リング４３９への磁界の相互作用は、回転子リング４４４が第１の位置（１）から第２の位置（２）に移動されるにつれて指数関数的に増強するが、しかし低値であるけれども、燃焼力下で動作するハイブリッド車において、燃焼機関への追加抗力またはそれに要求される追加動力を全くなくまたは最小にして、低または微電力を提供して徐々にバッテリを再充電する発電機としては十分である。回転子リング４４４が第２の位置（２）から第３の位置（３）に並進されるにつれて、回転子リング４４４から固定子リング４３９への磁界または磁束流の相互作用は、発電機か電動機かいずれかとして作用するときに発生される動力がそうなるように、回転子磁石４４３と固定子鉄心との間の最大相互作用または磁束流まで直線的に増強する。
【００２３】
[0064]図１６〜２４を全体的に参照すると、ＭＧＴユニット４００は、カバー４３０、前端板４２０、後端板４２０および端板カバー４２２を含むハウジングを有してもよい。図１９に図示されるように、前端板４２０および端板カバー４２２は、リニアアクチュエータステッパモータ４３２および４６２ならびに配線接続（図示せず）を含むことができる電動機制御ボックス４２４のための筐体を提供する。ＭＧＴユニット４００は、溝付き雄接続端および溝付き雌接続端を持つ軸４１０ならびにＭＧＴユニット４００を他のＭＧＴユニット４００と結合するためのボルト締め継手を含むことができる。接続端は、２つ以上のＭＧＴユニット４００が物理的に嵌合されるようにするいかなる様式でもよく、これによって、それらの軸４１０が結合されて１つの共通軸として回る。端板４２０はまた、自動車機関および変速機を含む他の製造された機器を結合するための業界標準に従ったアダプタ板を受け入れてもよい。２つ以上のＭＧＴユニット４００の前後端板４２０は、共にボルト締めされて、任意の数のモジュールの物理的連続性を確実にしてもよい。
【００２４】
[0065]後端板４２０は、別のＭＧＴユニット４００がそれに嵌合されるようにするいかなる様式でもよく、これによって、それらの軸４１０が結合されて１つの共通軸として回る。後端板４２０は、軸４１０の溝付き雌端のためのハウジング、およびそれを他のＭＧＴユニット４００に結合するためのボルト締め継手を提供する。後端板はまた、自動車機関および変速機を含む他の製造された機器を結合するための業界標準に従ったアダプタ板を受け入れてもよい。２つ以上のＭＧＴユニットの前後端板は、共にボルト締めされて、任意の数のモジュールの物理的連続性を確実にしてもよい。
【００２５】
[0066]回転子リング４４４は、軸４１０に連結される回転子支持構造４４６に摺動可能に連結され得る。回転子支持構造４４６は、離間され、かつ中心点を通して軸４１０に垂直に添設される２つの端円板４４８、軸４１０に平行で、軸４１０の半径方向に外側かつ軸４１０周りに等間隔に離間され、端円板４４８に各端が添設される複数の（例えば、３つ以上の）線状摺動棒４４７を含むことができる。回転子支持構造４４６は軸４１０と共に回転する。１つの実装では、前方端円板４４８は端板４２０近くで軸４１０に添設され、後端円板４４８は、軸４１０から外側で軸方向に後円板を通り、かつブッシングまたはリニア軸受（図示せず）と共に軸４１０周りに等間隔に離間されて、後端円板４４８を通る軸方向の回転子押し棒の通過および自由運動を許容するが、軸４１０に対するそれらの半径方向位置を維持する３つ以上の穴を含む。
【００２６】
[0067]回転子プッシャ／プラー４７１が、後回転子リング４４４および後回転子支持端円板４４８の後側に離間される押し円板４７２を含むことができる。押し円板４７２は、ブッシングまたはリニア軸受（図示せず）を用いてその中心点を通して軸４１０に摺動可能に添設されて、軸方向の押し円板４７２の並進を許容する。回転子プッシャ／プラー４７１は、軸４１０から外側に離間され、軸４１０周りに等間隔に離間されて、回転子支持後端円板４４８のブッシングまたはリニア軸受を貫通し、かつ後回転子に添設される複数の（例えば、３つ以上の）線状摺動棒４７５も含む。
【００２７】
[0068]並進棒４６７は、棒の平面に垂直に棒の中心に穴を持つ平棒から成ることができる。並進棒４６７は、中心穴（直径が僅かにＭＧＴ軸４１０の直径より大きい穴から離れて両方向に延び、ここで軸４１０が棒に垂直に並進棒４６７の穴を貫通してもよく、かつここで棒がスラスト軸受によって押し円板４７２の後面に添設され、かつ回転子リニアアクチュエータねじ棒４６５の各端に添設される。リニアアクチュエータねじ棒４６５は、回転子リング４４４、回転子支持構造端板４２０および固定子の外側で軸４１０に平行して装着され、それらは並進棒４６７の各端のねじ穴を通って延び、その結果、回転子支持構造４４６および回転子プッシャ／プラー４７１は軸４１０と共に回転する−並進棒４６７は、リニアアクチュエータねじ棒４６５が時計方向または反時計方向に回されるときに、必ずしも軸方向に移動または並進するわけではなく、軸方向に移動または並進してもよい。したがって、並進棒４６７が軸方向に移動されるにつれて、回転子プッシャ／プラー４７１は、後回転子リング４４４と同じ方向に移動される。
【００２８】
[0069]ＭＧＴユニット４００は、コンピュータシステムから指令を受けて、並進棒４６７のねじ穴を通って延びる２つ以上のねじ付き回転子リニアアクチュエータねじ棒４６５を作動させて回して、ねじ棒４６５が回されるにつれて並進棒４６７を軸方向に前後に移動させる回転子リニアアクチュエータ４６１も含む。ねじ付き回転子リニアアクチュエータねじ棒４６５は、軸４１０に平行で、回転子リング４４４、固定子リング４３９、回転子プッシャ／プラー４７１および回転子支持構造４４６の外側であり、かつＭＧＴ端板４２０に回転式に添設されて前端板４２０を通って延び、ここに各々１つのステッパモータを持つ直接駆動装置か単一のステッパモータおよび各々へのチェーンまたはベルト駆動装置かとしてステッパモータ４６２が取り付けられる。並進棒４６７とアクチュエータねじ棒４６５との間の接続は、従来の雄ねじ付きねじ棒および並進棒４６７の雌ねじ穴、または従来のボールねじ配置でもよい。
【００２９】
[0070]固定子支持構造４４０は、軸４１０周りに等間隔に離間され、それに平行で、回転子、固定子、回転子プッシャ／プラー４７１および回転子支持構造４４６の外側の２つ以上の線状摺動棒４４２を含むことができる。固定子支持構造４４０は前後端板４２０間に延びる。固定子支持構造４４０にリニア軸受ブロック４３８が摺動可能に添設されて、端板４２０間で両方向に並進することができ、ここでリニア軸受ブロック４３８は更に固定子リング４３９に添設されて、固定子リング４３９を、その中心軸線がＭＧＴ軸４１０の軸線と同軸であり、かつその固定子鉄心の円周面が小さなエアギャップによって円周回転子磁石面から分離される位置に保持する。
【００３０】
[0071]ＭＧＴユニット４００は、コンピュータシステムから指令を受けて、２つ以上のねじ付き固定子リニアアクチュエータねじ棒４３５を作動させて回す固定子リニアアクチュエータ４３１（例えば、ステッパモータ４３２）も含むことができる。ねじ付き固定子リニアアクチュエータねじ棒４３５は、軸４１０に平行で、回転子リング４４４、固定子リング４３９、回転子プッシャ／プラー４７１および回転子支持構造４４６の外側であり、かつＭＧＴ端板４２０に回転式に添設されて前端板４２０を通って延び、ここに各々１つのステッパモータを持つ直接駆動装置か単一のステッパモータおよび各々へのチェーンまたはベルト駆動装置かとしてステッパモータ４３２が取り付けられる。各ねじ棒４３５にリニアねじまたはボールねじ軸受ブロック４３７が添設されて、ねじがステッパモータ４３２によって回されるにつれて軸方向に前後に並進し、更に固定子リング４３９に添設されて、それをコンピュータシステムからの指令に基づいて回転子リング４４４に対する所定の点に位置決めする。
【００３１】
[0072]実施形態において、固定子リング４３９は、共に重ねられるとＭＧＴ軸４１０に平行な軸方向の固定子の長さにわたるスロットに線が挿入され得る（例えば、現状技術の電動機のための固定子のための通常の業界の慣習に合わせた方式で）ように、板を通るスロットが固定子リング４３９の内面に歯（鉄心）を形成させつつ軸方向に共に重ねられる積層鉄板リングから成ることができる。例えば、複数の線を全て直列に、全て並列に、または直列および並列の組合せで配置して、線数に依存するいくつかの異なる配線構成を達成することができる切替システムにおいて、各コイル４４１の相脚の線が、互いに平行でセンタタップで分割される２つ以上の非撚線を含むこと以外は、多相電動機固定子の配線のための現状技術のための通常の業界の慣習に合わせた方式で、１つまたは複数の歯（鉄心）周りに線を巻いてコイル４４１、および固定子リング４３９の周囲に均等に離間される連続した一連のコイル４４１を形成することによって、線はスロットに配置される。切替システムは、コイル４４１への電力の電圧電流量および周波数がコンピュータシステムによって指令に従って制御されるスター／ワイ（「Ｙ」）またはデルタ配線構成で相配線を配置するように構成することもできる。様々な固定子巻線構成の実装例が本明細書に更に述べられる。固定子巻線および切替システム実装のいずれも、本明細書に記載されるＭＧＴユニット４００のいずれの実施形態にも適用され得る。
【００３２】
[0073]回転子リング４４４は永久磁石４４３を含み、それらは鉄円板の周囲に均等に離間されてもよい。回転子リング４４４は回転子支持構造４４６の線状摺動棒４４７に添設され、回転子リング４４４の少なくとも１つは、回転子円板のブッシングまたはリニア軸受を貫通して回転子リング４４４を保持する線状摺動棒４４７に摺動可能に添設され、その結果それらの回転軸線は軸４１０の回転軸線と同一線上にある。回転子リング４４４が固定子リング４３９下に位置付けられるとき、回転子リング４４４の外面は小さなエアギャップによって固定子リング４３９の内面から分離される。摺動可能に添設された回転子リング４４４は、コンピュータシステムから回転子リニアアクチュエータ４６１への指令に基づいて軸方向に移動されて、固定子リング４３９に対する所定の点に位置決めされてもよい。
【００３３】
[0074]本明細書に前述したように、図２２〜２４は、固定子リング４３９に対する回転子リング４４４の位置決め例を図示する。例えば、図２２は、回転子磁石４４３と固定子巻線との間の磁束の相互作用が非常に低く（例えば、無視できるまたは存在しない）、ＭＧＴユニット４００が事実上中立位置になる、固定子リング４３９の両側に（固定子リング４３９の縁から軸方向にほぼ回転子１つ分の長さ離れて）リニアアクチュエータによって位置決めされる回転子リング４４４を図示する。
【００３４】
[0075]図２３は、固定子リング４３９の外縁および回転子リング４４４の内縁がほとんど位置合わせして、固定子リング４３９の両側に位置決めされる回転子リング４４４を図示する。この位置決めでは、回転子磁石４４３と固定子巻線との間の磁束の相互作用は低く、回転子リング４４４を回す力のとおりである。ＭＧＴユニット４００が発電機に利用される場合は、このことが、例えばハイブリッド車において、車両が燃焼力下で動作されている間にバッテリへの再充電電力を発生すること、しかも燃焼機関からの追加動力を全くなくまたは最小にして、基本的に移動車両からの廃棄慣性力で動作してそのようにすることを実行可能にする。回転子リング４４４が中立位置から固定子位置合わせの縁に移動されるにつれて、一定のＲＰＭで発電機として動作するときに発生される電圧は、ゼロまたはゼロ近くから、回転子リング４４４の内縁が固定子リング４３９の外縁と位置合わせされるときに達成される低値に指数関数的に上昇する。
【００３５】
[0076]図２４は、固定子リング４３９の範囲内または実質的に範囲内で、例えば内縁が固定子リング４３９の中心面に揃えられて、合わせられる回転子リング４４４を図示する。この位置決めでは、回転子磁石４４３と固定子巻線との間の磁束の相互作用はその最大でもよく、発電機として動作するときに発生される電圧もその最大であることができる。回転子リング４４４の内縁が固定子リング４３９の外縁にある所と回転子リング４４４の内縁が固定子リング４３９の中心面にある所との間のいかなる点でも、発生される電圧は、外固定子リング縁から、最大値でもよい固定子リング４３９の中心面までの、内回転子リング縁の距離に比例する。
【００３６】
[0077]固定子リング４３９に対する回転子リング４４４のための３つの異なった位置が本明細書に記載されるのに対して、回転子リング４４４および任意選択で固定子リング４３９が、ＭＧＴユニット４００の部品（例えば、摺動棒、並進棒、アクチュエータなど）によって許容されるいかなる数の位置にも再位置決めされ得ることが留意される。この点で、ＭＧＴユニット４００は、電動機として利用されようと発電機として利用されようと、高精度で磁気的に集束されて全体のシステム効率を最適化することができる。
【００３７】
[0078]図２５〜３６は、可変トルク磁界集束を利用するＭＧＴユニット５００／システムの別の実施形態を図示する。図２５〜３６に図示される実施形態と図１６〜２４に図示される実施形態との間の違いは、回転子リング５４４および場合により固定子リング５３９を並進させて、部品を位置１、２および３（上記）ならびにその間のいかなる位置にも再構成する方法および方式にある。回転子リング５４４および場合により固定子リング５３９を再位置決めする追加の方法が本開示の範囲から逸脱することなく利用され得ることが更に企図される。
【００３８】
[0079]図２５は、カバー５３０および端板５２０（例えば、図１６〜２４のＭＧＴユニット４００のものと同様の）を含むハウジングを有するＭＧＴユニット５００の実施形態を図示する。図２６および２７は、カバー５３０が取り外されたＭＧＴユニット５００およびそのそれぞれの固定子巻線（コイル５４１）がその固定子鉄心に巻回された固定子リング５３９を図示する。固定子リング５３９は、固定子リング５３９の周囲に均等に離間されて２つの端板５２０間に延び、端板５２０および固定子リング５３９に添設されて、固定子を、その中心面が軸５１０の軸線に垂直で、中心軸線が軸５１０の中心軸線と同一線上にある回転子支持構造５４６の中心面と一致する、ＭＧＴユニット５００の中心近くでもよい定位置に保持することができる複数の（例えば、３つ以上の）固定子支持棒５４２を備える固定子支持構造５４０によって支持され得る。
【００３９】
[0080]図２８〜３１は、摺動回転子支持構造５４６の様々な図を図示し、回転子支持構造５４６の周囲に均等に離間されて、軸５１０に平行に回転子支持構造５４６の内縁を貫通することができる複数の（例えば、３つ以上の線状摺動棒５４７）が、線状摺動棒５４７の端に摺動棒端板リング５４８が添設されつつ、軸５１０の中心軸線から等距離で回転子支持構造５４６に堅固に添設されて、回転子支持構造５４６が軸５１０に添設される。２つの回転子リング５４４は、回転子支持構造５４６の中心面と摺動棒端板５２０との間の互いに向けたまたは互いから離れた軸方向の回転子リング５４４の移動を許容する回転子リング５４４のブッシングまたはリニア軸受（図示せず）によって線状摺動棒５４７に摺動可能に添設される。各回転子リング５４４の周囲に永久磁石５４３が装着され、半径方向外側に交互のＮおよびＳ極を向けて均等に離間される。回転子磁石５４３の外周面は、軸５１０の中心軸線から一定距離であることができ、固定子の中心面（回転子軸５１０に垂直）および回転子リング５４４の内縁が同一面にあるとき、回転子磁石５４３の円周面と固定子リング５３９の内周面との間に小さなエアギャップを提供する。各回転子上の回転子磁石５４３のＮおよびＳ極は、回転子リング５４４が共に並進されたときに第１の回転子リング５４４上のＮ極磁石５４３が第２の回転子リング５４４上のＮ極磁石５４３と同じ半径方向位置にあり、互いに直接対抗するように、各回転子リング５４４の周囲で同じ半径方向位置に添設される。
【００４０】
[0081]図３２〜３６は、回転子リニアアクチュエータ５５０の実施形態を図示する。この実施形態において、各回転子リング５４４に対して１つの回転子リニアアクチュエータ５５０がある。他の実施形態において、両回転子リング５４４に対して１つだけの回転子リニアアクチュエータがあってもよく、または回転子リング５４４に対して少なくとも１つのリニアアクチュエータおよび固定子リング５３９に対して少なくとも１つあってもよい。回転子リニアアクチュエータ５５０は、ステッパモータ５５２、駆動ベルト５５３、駆動歯車５５４、２組の遊星歯車装置５５６、ねじアクチュエータ５５１および遊星歯車装置ハウジング５５５を含むことができる。ねじアクチュエータ５５１は、その長さのほとんどにわたってその外面に螺刻された中空管である。ねじアクチュエータ５５１は、それを貫通する軸５１０周りに嵌合して、回転子支持構造５４６から外側に延びる。ねじアクチュエータ５５１は、各端のブッシングまたは回転軸受（図示せず）によって軸５１０に回転式に添設される。ねじアクチュエータ５５１は、ねじアクチュエータ５５１が軸５１０に対して回されるにつれて、ねじアクチュエータ５５１が時計方向に回されるか反時計方向に回されるかに応じて回転子リング５４４がいずれかの方向の軸方向に並進するように、回転子リング５４４の中心の穴の合致するねじと回転子支持構造５４６に面する端で螺合する。ねじアクチュエータ５５１は、回転子支持構造５４６に近い方の内側組の遊星歯車装置５５８の太陽歯車に回転子支持構造５４６から離れた端で添設される。ねじアクチュエータ５５１および第１の太陽歯車は全体的に回転して、太陽歯車が回転子軸に添設され、かつ旋回大歯車が端板５２０にやがて添設される遊星歯車装置ハウジングに添設される外側組の遊星歯車装置５５７の遊星歯車により、軸５１０が共通軸５１０を有する遊星歯車装置を回す。ステッパモータ５５２がコンピュータシステムからの指令によって作動されると、駆動ベルト５５３は遊星歯車組５５６の旋回大歯車を回して、ねじアクチュエータ５５１を軸５１０の軸線に対して回して、ユーザインタフェースを通じて受信されるセンサ情報および／または指令に基づいてコンピュータシステムによって選択されるように、本明細書に前述した位置１、２および３（ならびに任意の他の位置）間で回転子リング５４４を並進させる。
実装例−可変固定子巻線構成
[0082]ここで図７〜１４を参照すると、固定子構成（例えば、本明細書に記載される固定子リングのいずれかのため）が中心分離３相配線から成ることができる（例えば、図７に図示される）。３相固定子の中心接続点１ａ、１ｂおよび１ｃは、共に結合されると３相（例えば、相１、２および３）を１点に連結するように構成される。相１の活端はＡ１として例示され、相２の活端はＢ１として例示され、相３の活端はＣ１として例示される。図７に図示されるように、中心接続点１ａ、１ｂおよび１ｃが選択的に接続されることになる（例えば、端１ａ、１ｂおよび１ｃが共に接続される、または他の３相巻線に接続され得る）ように、相は分離され得る。
【００４１】
[0083]いくつかの実施形態において、２線構成を含む中心分離３相配線（例えば、図８に図示される）がある。２つの巻線の各々のための相１、相２および相３は分離中心接続点（例えば、第１の巻線のための中心接続点１ａ、１ｂおよび１ｃならびに第２の巻線のための中心接続点２ａ、２ｂおよび２ｃ）を有する。相１の活端は、第１および第２の巻線の各々のための、それぞれ、Ａ１およびＡ２として例示される。相２の活端は、第１および第２の巻線の各々のための、それぞれ、Ｂ１およびＢ２として例示される。相３の活端は、第１および第２の巻線の各々のための、それぞれ、Ｃ１およびＣ２として例示される。この２線シナリオでは、巻線Ａ１およびＡ２は鉄心周りで平行であり、中心接続点１ａおよび２ａに終わり、同様にＢ１とＢ２に対して中心接続点１ｂと２ｂ、同様にＣ１とＣ２に対して中心接続点１ｃと２ｃである。
【００４２】
[0084]２線構成では、並列（ギア＃４）および直列（ギア＃１）モードが利用可能である。並列モード（ギア＃４）で動作する間の個々の巻線部は、Ａ１をＡ２に、Ｂ１をＢ２に、Ｃ１をＣ２に接続することを含むことができ、中心接続点１ａ、１ｂ、１ｃ、２ａ、２ｂおよび２ｃは共に接続され得る。直列モード（ギア＃１）で動作する間の個々の巻線部は、１ａをＡ２に、１ｂをＢ２に、１ｃをＣ２に接続することを含むことができ、中心接続点２ａ、２ｂおよび２ｃは共に接続され得る。この構成では、各有効巻線部は、定電力下の発電機として機能するときに並列モード（ギア＃４）の半分の電圧および並列モード構成で見られる電流の１／４を伝達する。
【００４３】
[0085]別の実施形態において、固定子構成が、４線構成を含む中心分離３相配線から成ることができる（例えば、図９に図示される）。４つの巻線の各々のための相１、相２および相３は分離中心接続点（例えば、第１の巻線のための中心接続点１ａ、１ｂおよび１ｃ、第２の巻線のための中心接続点２ａ、２ｂおよび２ｃ、第３の巻線のための中心接続点３ａ、３ｂおよび３ｃ、ならびに第４の巻線のための中心接続点４ａ、４ｂおよび４ｃ）を有することができる。相１の活端は、第１、第２、第３および第４の巻線の各々のための、それぞれ、Ａ１、Ａ２、Ａ３およびＡ４として例示される。相２の活端は、第１、第２、第３および第４の巻線の各々のための、それぞれ、Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３およびＢ４として例示される。相３の活端は、第１、第２、第３および第４の巻線の各々のための、それぞれ、Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３およびＣ４として例示される。この４線シナリオでは、巻線Ａ１、Ａ２、Ａ３およびＡ４は鉄心周りで平行であり、中心接続点１ａ、２ａ、３ａおよび４ａに終わり、同様にＢ１、Ｂ２、Ｂ３とＢ４が中心接続点１ｂ、２ｂ、３ｂと４ｂに終わり、同様にＣ１、Ｃ２、Ｃ３とＣ４が中心接続点１ｃ、２ｃ、３ｃと４ｃで終わる。
【００４４】
[0086]４線構成では、並列（ギア＃４）、並列／直列（ギア＃２）および直列（ギア＃１）モードが利用可能である。並列モード（ギア＃４）で動作する間の個々の巻線部は、Ａ１、Ａ２およびＡ３をＡ４に；Ｂ１、Ｂ２およびＢ３をＢ４に；Ｃ１、Ｃ２およびＣ３をＣ４に接続することを含むことができ、中心接続点１ａ、２ａ、３ａ、４ａ、１ｂ、２ｂ、３ｂ、４ｂ、１ｃ、２ｃ、３ｃおよび４ｃは共に接続され得る。直列／並列モード（ギア＃２）で動作する間の個々の巻線部は、Ａ１をＡ２に；１ａ、２ａ、Ａ３およびＡ４を；Ｂ１をＢ２に；１ｂ、２ｂ、Ｂ３およびＢ４を；Ｃ１をＣ２に；１ｃ、２ｃ、Ｃ３およびＣ４を；３ａ、４ａ、３ｂ、４ｂ、３ｃおよび４ｃを接続することを含むことができる。この構成（ギア＃２）では、各有効巻線部は、並列モード（ギア＃４）の半分の電圧および並列モード（ギア＃４）構成で見られる電流の１／４を伝達する。直列モード（ギア＃１）で動作する間の個々の巻線部は、１ａをＡ２に、２ａをＡ３に、３ａをＡ４に、１ｂをＢ２に、２ｂをＢ３に、３ｂをＢ４に、１ｃをＣ２に、２ｃをＣ３に、３ｃをＣ４に、ならびに４ａ、４ｂおよび４ｃを共に接続することを含むことができる。この構成（ギア＃１）では、各有効巻線部は、定電力下の発電機として機能するときに並列モード（ギア＃４）の１／４の電圧および並列モード構成で見られる電流の１／８を伝達する。
【００４５】
[0087]別の実施形態において、固定子構成が、６線構成を含む中心分離３相配線を含む（例えば、図１０に図示される）。６つの巻線の各々のための相１、相２および相３は分離中心接続点（例えば、第１の巻線のための中心接続点１ａ、１ｂおよび１ｃ、第２の巻線のための中心接続点２ａ、２ｂおよび２ｃ、第３の巻線のための中心接続点３ａ、３ｂおよび３ｃ、第４の巻線のための中心接続点４ａ、４ｂおよび４ｃ、第５の巻線のための中心接続点５ａ、５ｂおよび５ｃ、ならびに第６の巻線のための中心接続点６ａ、６ｂおよび６ｃ）を有することができる。相１の活端は、第１、第２、第３、第４、第５および第６の巻線の各々のための、それぞれ、Ａ１、Ａ２、Ａ３、Ａ４、Ａ５およびＡ６として例示される。相２の活端は、第１、第２、第３、第４、第５および第６の巻線の各々のための、それぞれ、Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３、Ｂ４、Ｂ５およびＢ６として例示される。相３の活端は、第１、第２、第３、第４、第５および第６の巻線の各々のための、それぞれ、Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４、Ｃ５およびＣ６として例示される。この６線シナリオでは、巻線Ａ１、Ａ２、Ａ３、Ａ４、Ａ５およびＡ６は鉄心周りで平行であり、中心接続点１ａ、２ａ、３ａ、４ａ、５ａおよび６ａに終わり、同様にＢ１、Ｂ２、Ｂ３、Ｂ４、Ｂ５とＢ６が中心接続点１ｂ、２ｂ、３ｂ、４ｂ、５ｂと６ｂに終わり、同様にＣ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４、Ｃ５とＣ６が中心接続点１ｃ、２ｃ、３ｃ、４ｃ、５ｃと６ｃで終わる。
【００４６】
[0088]６線構成では、並列（ギア＃４）、第１の並列／直列（ギア＃３）、第２の並列／直列（ギア＃２）および直列（ギア＃１）モードが利用可能である。並列モード（ギア＃４、図１１に図示される）で動作する間の個々の巻線部は、Ａ１、Ａ２、Ａ３、Ａ４、Ａ５およびＡ６を共に、Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３、Ｂ４、Ｂ５およびＢ６を共に、Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４、Ｃ５およびＣ６を共に接続することを含むことができ、中心接続点１ａ、１ｂ、１ｃ、２ａ、２ｂ、２ｃ、３ａ、３ｂ、３ｃ、４ａ、４ｂ、４ｃ、５ａ、５ｂ、５ｃ、６ａ、６ｂおよび６ｃは共に接続され得る。
【００４７】
[0089]直列／並列モード（ギア＃３、図１２に図示される）で動作する間の個々の巻線部は、Ａ１、Ａ２およびＡ３を共に、１ａ、２ａ、３ａ、Ａ４、Ａ５およびＡ６を共に、Ｂ１、Ｂ２およびＢ３を共に、１ｂ、２ｂ、３ｂ、Ｂ４、Ｂ５およびＢ６を共に、Ｃ１、Ｃ２およびＣ３を共に、１ｃ、２ｃ、３ｃ、Ｃ４、Ｃ５およびＣ６を共に、４ａ、５ａ、６ａ、４ｂ、５ｂ、６ｂ、４ｃ、５ｃおよび６ｃを共に接続することを含むことができる。この構成（ギア＃３）では、各有効巻線部は、定電力下の発電機として機能するときに並列モード（ギア＃４）の半分の電圧および並列モード（ギア＃４）構成で見られる電流の１／４を伝達する。
【００４８】
[0090]別の直列／並列モード（ギア＃２、図１３に図示される）で動作する間の個々の巻線部は：Ａ１をＡ２に；１ａ、２ａ、Ａ３およびＡ４を共に；３ａ、４ａ、Ａ５およびＡ６を共に；Ｂ１をＢ２に；１ｂ、２ｂ、Ｂ３およびＢ４を共に；３ｂ、４ｂ、Ｂ５およびＢ６を共に；Ｃ１をＣ２に；１ｃ、２ｃ、Ｃ３およびＣ４を共に；３ｃ、４ｃ、Ｃ５およびＣ６を共に；ならびに５ａ、６ａ、５ｂ、６ｂ、５ｃおよび６ｃを共に接続することを含むことができる。この構成（ギア＃２）では、各有効巻線部は、定電力下の発電機として機能するときに並列モード（ギア＃４）の１／３の電圧および並列モード（ギア＃４）構成で見られる電流の１／６を伝達する。
【００４９】
[0091]直列モード（ギア＃１、図１４に図示される）で動作する間の個々の巻線部は：１ａをＡ２に；２ａをＡ３に；３ａをＡ４に；４ａをＡ５に；５ａをＡ６に；１ｂをＢ２に；２ｂをＢ３に；３ｂをＢ４に；４ｂをＢ５に；５ｂをＢ６に；１ｃをＣ２に；２ｃをＣ３に；３ｃをＣ４に；４ｃをＣ５に；５ｃをＣ６に；ならびに６ａ、６ｂおよび６ｃを共に接続することを含むことができる。この構成（ギア＃１）では、各有効巻線部は、定電力下の発電機として機能するときに並列モード（ギア＃４）の１／６の電圧および並列モード（ギア＃４）構成で見られる電流の１／１２を伝達する。
【００５０】
[0092]１００ボルトの電位を持つ２０オームのコイルの６線システムのアンペア数は、第１ギア（全て直列）で４９．８アンペア回数；第２ギアで１９９．８アンペア回数；第３ギアで４５１．２アンペア回数および第４ギア（全て並列）で１８００アンペア回数であろう。引き続いて、コンピュータは、全て並列モードにおける線または線の組を切り離して、第３と第４との間で追加ギアを生じさせることができる。例えば、４つ全ての並列線が８００アンペア回数であり、５つ全ての並列線が１２５０アンペア回数である。上記の電圧は例示的な目的で提供されており、当業者は、異なる電圧および追加構成が提供されていかなる数のギアも達成することができることを理解するであろう。更には、１つまたは複数の電子スイッチが、上記した配置に線を接続するように構成されることに加えて、例えば、第３および第４ギア間に２つの中間ギアを置く６線システムについて図１１Ｂおよび１１Ｃに図示されるように、線／巻線の１つまたは複数を切り離して、例えば、６線システムに４線構成を実装などするようにも構成され得る。第３ギア（ギア＃３）から第４ギア（ギア＃４−全て並列）に切り替えるとき、相の各脚における１つまたは２つの線を取り外して第３および第４ギア間に追加の２つ以上のギアを生じさせるだけでなく、上記線にパルス幅変調方式を使用して、それらを百分率として部分的に含めて第３および第４ギア間に可変（例えば、無段）ギアリングも提供する必要が生じることもある。
【００５１】
[0093]いくつかの実施形態において、３相電動機／発電機のために、６つの（または４つのもしくは８つ以上の）平行非撚線が、固定子鉄心が１つの線で巻かれるのと同じ方式で、各固定子リングの固定子鉄心周りに巻かれる。しかしながら、６つの線は、利用可能な空間が満たされる以前に、各鉄心周りの巻きが少ないことがある。３相電動機では、各回路相の線（時に脚または分岐と称される）は通常、共通点で集まる。本開示の様々な実施形態によれば、６つの線が共通点で切り離される、または分割され、かつ線を直列、並列またはその組合せにするように構成された切替システム（例えば、複数の論理制御電子スイッチ）に通されるが、３相構成のままである（上記したように）。同じまたは同様の切替システムが、固定子内の線間の接続に加えて、連続した組の共通固定子間の接続にも適用され得る。
【００５２】
[0094]いくつかの実施形態において、単一のＭＧＴユニットが、組当たり１つまたは２つの回転子を持つ２つ以上の異なって巻かれた固定子の１つまたは複数の回転子固定子組、および回転子の磁界を一方または他方の固定子の電磁界と接触させる機械的移行を有することができる。いくつかの実施形態において、各固定子に対して回転子を持つ複数の固定子を有し、機械的移行を有しないＭＧＴユニット；および本明細書に記載される１つまたは複数の回転子／固定子組を持つ電気ＭＧＴユニットの両方を含め、いかなる固定子および回転子の組合せの各固定子に対しても電子的移行能力が提供される。いずれの場合も、複数の固定子または複数の固定子組に関して、同様に配線された固定子が並列または直列に共に配線されてもよい。４つの固定子がある場合、固定子は以下の通りに構成されてもよい：全ての固定子が並列に接続されてもよい（ギア＃４）；２組の固定子が並列に接続され、同組が直列に接続されてもよい（ギア＃３）；または全ての固定子が直列に接続されてもよい（ギア＃１）。６つの固定子がある場合、固定子は以下の通りに構成されてもよい：全てが並列に接続されてもよい（ギア＃４）；２組の３つの固定子が並列に配線され、同組が直列に接続され得る（ギア＃３）；３組の２つの固定子が並列に配線され、同組が直列に接続される（ギア＃２）；または全ての組が直列に接続される（ギア＃１）。
【００５３】
[0095]固定子が共通軸または軸上で互いに電気的に接続されるとき、回転子は同一である必要があってもよく、固定子は同一に配線されて半径方向に配向される必要があってもよく、さもなければ各固定子回転子の組合せからの電圧、トルクおよび位相が競合する可能性がある。いくつかの実施形態において、例えば、６つの共通に配線された固定子を持つシステムでは、固定子の全てが共に励磁される必要があってもよい。１つまたは複数が電気的に切り離されれば、中立がない場合、電動機／発電機は誘導抗力からの非効率性を経験することがあるが、しかしながら、ＭＧＴユニットは中立を有してもよく、連続した固定子またはユニットが中立に配置され、かつ電気的に切り離されてもよい。固定子間の接続が上記したように切り替えられるとき、４つのトルク／電圧のレベルがある。
【００５４】
[0096]組当たり２つ以上の固定子を持つ６つの回転子／固定子組の実施形態において、電動機／発電機の全出力は、ユニット内でより多くのまたは少ない回転子／固定子組を作動させることによって増減され、回転子の磁界を異なる配線の次の固定子に移行させることによって更に調節され、上記したように回転磁界における回転子リングの数を調節することによって一層更に調節され得る。２つ以上の動作中の回転子固定子組がある場合、組の各々における有効固定子、組の各々における回転子磁石および組の各々における固定子配線は同一に設定されて半径方向に配向されなければならず、次いで上記したように固定子間の並列／直列接続を切り替えることによって、トルクおよび電圧の追加調整がなされてもよい。
【００５５】
[0097]いくつかの実施形態において、回転子／固定子組における機械的移行は固定子配線の電子的移行で実装され、複数の固定子組があるとき、組は、それら間の接続を直列から並列およびその記載した組合せに切り替える能力で接続される。更なる明確化のため、第１の組の２つ以上の固定子に第２の組の２つ以上の固定子が追加されるとき、両組は、同じ電圧がそれらの両方を通り、かつ共通軸に対して同じトルクを発生するために、直列か並列かでなければならない。上記したように、固定子は、全て直列に、または全て並列に、または２つもしくは３つの並列の固定子の同等の組で同組が直列に接続されて連なることができる。直列および並列間で移行させるとき、複数のコントローラが別々の（独立して制御される）固定子組と使用されない限り、固定子は全て共に移行されるべきである。
【００５６】
[0098]その上、電動機／発電機に追加の固定子の組が追加されるとき、発電機の電力容量は増加され、電動機／発電機は異なるトルクも有することになる。これは、多重組電動機／発電機において回転子の磁界が固定子のいずれの電磁界とも係合されない中立またはアイドル位置を各々有する複数の回転子／固定子組を有し、次いで利用可能なまたは要求される電力が増加するにつれて、組の固定子が必要に応じてオンラインにされることによって、行なわれ得る。電動機／発電機の電力容量は、組内の異なって巻かれた固定子に移行することによっても増減され、かつ常時磁束界に関与する回転子磁石の数を調節することによって更に微調整され得る。電動機／発電機の有効固定子を追加または削減し、固定子巻線間で変更する、ならびに回転子を追加し、固定子と相互作用する回転子の磁界を集束させる、ならびに回転子の磁石を追加および削減し、次いで更に巻線を直列から並列およびその組合せに変更する能力は、電動機／発電機に、広く変化するエネルギー源に動的に適合する能力を提供する。これは、改善された発電のために電動機／発電機構成を最適化し、かつハイブリッド車、風力駆動発電機および同様の用途での電動機動力の広く変化する需要に適合するのに役立つ。
【００５７】
[0099]本明細書に記載されるＭＧＴユニットは、複数のＭＧＴユニットを共に１つのユニットとして電気的に接続するように、変更されて当該モジュラエンドキャップに取り付けられ得る標準電気コネクタを含むモジュラ電気接続を有することができる。本明細書に記載されるＭＧＴユニットは、電動機機能のために可変周波数もパルス幅変調方式も活用する様々な電動機モード（上記した）のための標準３相電動機制御インバータも備える発電機モードのための電力スイッチングトランジスタも有することができる。実施形態において、電力スイッチングトランジスタは、発電機モードでの１５相出力が１５相の各々のための別々の出力トランジスタから成る構成にあり、ここで最低ＲＰＭで所望の最大周波数をサポートすることができるので、出力周波数は１５相から選択され、回転子ＲＰＭから独立して調節されて新たな周波数を確立することができる。
【００５８】
[00100]本明細書に記載されるＭＧＴユニットは、回転子または複数の回転子組立体のＲＰＭ、方向および実回転位置を計算して制御ユニットに報告することができる、回転子に取り付けられるホール効果、光学または他の解像センサなどの電子センサを有することができる。電動機／発電機は、それによってＲＰＭ、方向、加速度、トルク、発電機モード、惰行モード、電動機モードおよび固定子多線直列／並列構成が計算されてユーザ事前設定パラメータに従って調節されるコンピュータを含む制御手段およびユーザインタフェース、ならびに風速計、制動装置、アクセラレータ装置、フェイルセーフ装置および他の入力装置などの他の入力装置を有することができる。
【００５９】
[00101]いくつかの実施形態において、各組のための固定子リングまたは回転子リングは、組数割る３６０度だけ互いから半径方向にオフセットされ、対向する固定子組または回転子は半径方向に位置合わせされ、ここで３相巻線の各組が、固定子または回転子が半径方向にオフセットされる度数だけ隣接動力曲線からオフセットされる正弦動力曲線を生成し、ここで最低ＲＰＭが維持され得る限り、複数の相の出力周波数は複数の相から選択され、回転子ＲＰＭから独立して調節されて新たな周波数を確立することができる。
【００６０】
[00102]実装では、電子制御スイッチは、各相の２つ以上の非撚線を全て並列に接続して、電動機／発電機がスターまたはワイ配線構成にあるときに第１のトルク／速度、および電動機／発電機がデルタ配線構成にあるときに第２のトルク／速度を生成するように構成される。
【００６１】
[00103]実装では、電子制御スイッチは、各相の２つ以上の非撚線を全て直列に接続して、電動機／発電機がスタートまたはワイ配線構成にあるときに第３のトルク／速度、および電動機／発電機がデルタ配線構成にあるときに第４のトルク／速度を生成するように構成される。
【００６２】
[00104]実装では、２つ以上の非撚線は複数組の２つの線を含み、ここでは電子制御スイッチは、各組の２つの線を並列に接続するように構成され、かつ複数組を互いと直列に接続して、電動機／発電機がスタートまたはワイ配線構成にあるときに第５のトルク／速度、および電動機／発電機が、２つ以上の非撚線の全て直列および全て並列構成と異なる、デルタ配線構成にあるときに第６のトルク／速度を生成するように構成される。
【００６３】
[00105]実装では、２つ以上の非撚線は複数組の３つの線を含み、ここでは電子制御スイッチは、各組の３つの線を並列に接続するように構成され、かつ複数組を互いと直列に接続して、電動機／発電機がスタートまたはワイ配線構成にあるときに第７のトルク／速度、および電動機／発電機が、２つ以上の非撚線の全て直列および全て並列構成と異なる、デルタ配線構成にあるときに第８のトルク／速度を生成するように構成される。
【００６４】
[00106]実装では、２つ以上の非撚線は複数組の４つの線を含み、ここでは電子制御スイッチは、各組の４つの線を並列に接続するように構成され、かつ複数組を互いと直列に接続して、電動機／発電機がスタートまたはワイ配線構成にあるときに第９のトルク／速度、および電動機／発電機が、２つ以上の非撚線の全て直列および全て並列構成と異なる、デルタ配線構成にあるときに第１０のトルク／速度を生成するように構成される。
【００６５】
[00107]実装では、電子制御スイッチは、２つ以上の非撚線の少なくとも１つの線を直列または並列構成から、電流が少なくとも１つの切り離される線を通ってでなく直列または並列構成に接続される残りの線を通って流れるように、切り離すように構成され、ここで相の各切り離された線が鉄心の各々でのアンペア回数を減少させ、かつ全ての線が直列または並列構成に接続される場合とは異なるトルク／速度を生成する。
【００６６】
[00108]実装では、固定子鉄心の中心面および回転子磁石の回転面が様々な制御量だけ互いから軸方向にオフセットされてもよく、ここでは２つの面間の距離を同一面上の位置から増加させることは、鉄心上の磁石によって生成される逆起電力量を減少させて、永久磁石によって生じられるガウスと並列から直列および／またはワイからデルタへの配線構成切替によって巻線に生じられるガウスを釣り合わせて、電子制御スイッチを設定する毎にエネルギー効率を達成する手段を提供する。
【００６７】
[00109]実装では、固定子鉄心巻線は多極であり、各相での磁極は固定子の周囲に等間隔に離間され、ここで各極鉄心巻線は電子制御スイッチのそれぞれのものによって両端が終端され、その結果、相巻線での磁極は、直列もしくは並列に、または２つ以上の並列に接続される組であって、互いに直列に接続される組に接続され得る。
【００６８】
[00110]実装では、１つまたは複数の固定子は少なくとも第１の固定子リングおよび第２の固定子リングを備え、ここでは第１の固定子リングおよび第２の固定子リングのそれぞれの固定子巻線は軸方向に離間され、かつ異なって心とされかつ／または巻かれて、２つの異なったトルク／速度およびアンペア／ボルトの性能範囲を生じさせ、２つの異なった性能範囲の各々が第１および第２の固定子リングの選択された一方との回転子の位置合わせに対応する。
【００６９】
[00111]実装では、固定子リングおよび／または回転子リングの並進は、様々なトルク、速度、ボルト、アンペア、熱、近接および他の入力センサならびに／または人間作動型制御装置（例えば、コンピュータインタフェース装置）から情報を受け入れ得るコンピュータシステムからの指令によって制御される。コンピュータシステムは、位置１、２、３およびその間の他の位置からのまたはそこへの固定子リングおよび／または回転子リングの移動を制御する１つまたは複数のアルゴリズムを行って、固定子リングと回転子リングとの間の磁気相互作用に影響を及して、ＭＧＴユニットの速度／トルクおよびボルト／アンペア比を変更して、それを変速機として作動させるように構成され得る。
【００７０】
[00112]実装では、固定子リングおよび回転子リングは、積層鉄板、鉄粉および樹脂、または電動機もしくは発電機の技術で知られているいずれかの他の材料の少なくとも１つでもよい。回転子リングの周囲に沿った永久磁石は、ネオジム鉄ホウ素（ＮｄＦｅＢ）または上昇した磁気強度および／もしくは保磁度を持つ相当するもしくはより良い磁気強度および／もしくは保磁度磁石組成もしくは磁石の材料から構成されてもよい。
【００７１】
[00113]実装では、ワイかデルタかいずれかの構成で直列に接続される２つ以上の非撚平行線のいかなる１つまたは複数も、電流がそれらを通ってでなく直列に接続される残りの線を通って流れるように、切り離されてもよい。ここで、相で切り離される線の各々が鉄心の各々でのアンペア回数を減少させ、全てが直列巻線に含まれる場合とは異なる、切り離された線の各々に対するトルク／速度およびボルト／アンペア比を生成する。例えば、図１１Ｂおよび１１Ｃは、各相脚における非撚平行線の一部が並列に接続され、接続された線の一部から１つまたは複数の線が切り離される例を図示する。
【００７２】
[00114]実装では、鉄心相巻線における複数の線は異なるアンペア通過容量および抵抗を有する異径でもよく、切替が行なわれるときに鉄心巻線での異なるアンペアおよびアンペア／回数の組合せの実装を可能にする。
【００７３】
[00115]実装では、固定子鉄心巻線は多極であり、各相での磁極は固定子の周囲に離間され、ここで各極鉄心巻線は電子制御スイッチで両端が終端され、その結果、相巻線での磁極は、直列もしくは並列に、または２つ以上の並列に接続される磁極の組であって、互いに直列に接続される組に接続され得、かつコイルは独立して励磁されてもよい。
【００７４】
[00116]いくつかの実施形態において、固定子リングは二重巻である。例えば、図３７Ａは、単一巻である分割固定子を例示し、図３７Ｂは、二重巻である分割固定子を例示する。図３７Ａを参照すると、この図は、１つの単一固定子としての通常モードの３相固定子のための接続を図示する。図３７Ａに図示される固定子リングは４２個の別々のコイル（１４個の３相組）を有する。各相のセンタタップ、すなわちＡ、ＢおよびＣは対応する相に接続され、ここで全てのＡ接続が合わせられ、全てのＢ接続が合わせられ、全てのＣ接続が合わせられる。Ａセンタタップ接続はコントローラからの相１またはＬ１入力のためである。Ｂセンタタップ接続はコントローラからの相２またはＬ２入力のためである。Ｃセンタタップ接続はコントローラからの相３またはＬ３入力のためである。ここで図３７Ｂを参照すると、この図は、二重固定子としての分割モードの３相固定子のための接続を図示する。例えば、図３７Ｂにおける固定子リングは、固定子リングで利用可能であるコイル空間の半分に第１の組の固定子コイルと共に構成され、リング周りに交互に離間される。第１の組の固定子コイルは第１のコントローラによって応対される。固定子リングは、固定子リングのコイル空間の残りの半分に第２の組の固定子コイルが更に構成される。第２の組の固定子コイルは第２のコントローラによって応対される。一般のコンピュータプロセッサは、互いから独立して第１のコントローラおよび第１の組の固定子コイルおよび第２のコントローラおよび第２の組の固定子コイルを制御するように構成される。図３７Ｂに図示される実施形態において、固定子リングは、４２個の別々のコイル（７つの三相組の２つの別々のインスタンス）を有する。それらは固定子枠の周囲に均等に離間され、かつ釣り合わされる。各相のセンタタップ、すなわちＡ、ＢおよびＣは対応する相に接続され、ここで全てのＡ接続が合わせられ、全てのＢ接続が合わせられ、全てのＣ接続が合わせられる。各相のセンタタップ、すなわちＸ、ＹおよびＺも対応する相に接続され、ここで全てのＸ接続が合わせられ、全てのＹ接続が合わせられ、全てのＺ接続が合わせられる。Ａセンタタップ接続はコントローラからの相１またはＬ１入力のためである。Ｂセンタタップ接続はコントローラからの相２またはＬ２入力のためである。Ｃセンタタップ接続はコントローラからの相３またはＬ３入力のためである。Ｘセンタタップ接続はコントローラからの相１またはＴ１入力のためである。Ｙセンタタップ接続はコントローラからの相２またはＴ２入力のためである。Ｚセンタタップ接続はコントローラからの相３またはＴ３入力のためである。図３７Ｂに図示される構成は、単一の固定子枠内で同時に２つのコントローラの活用を可能にして、それによって１つのコントローラ（すなわち、再構成中でない線に接続されるコントローラ）がまだ動作中である間に直列／並列内部切替を許容する。
【００７５】
[00117]切り替えられる固定子巻線の使用が述べられたが、ここで固定子コイルには、ワイかデルタかいずれかの構成で全て直列、全て並列またはその組合せから切り替えられ得る複数の線が巻かれる。遭遇されたいくつかの課題が以下である。切替の時間間隔中にトルクの損失がある可能性があり、推進されている車両の衝突またはジャークを引き起こす。磁界または永久磁石電動機を調節するまたは弱める方途はない。３つ以上の線が可能であるとしても、常に実際的であるわけではない。
【００７６】
[00118]発明者らは、切替間隔にトルクの損失があるだけでなく、全て直列と全て並列との間の速度／トルク比の差も、デルタおよびワイ構成間の切替中と同様に、非常に激しいと見いだした。トルクおよび速度のこの大きな差は衝突または突然の揺れも引き起こす。本開示のいくつかの実装（例えば、図１〜６）では、ＭＧＴユニットは、２つ以上の多線巻固定子リングおよび１つの永久磁石回転子リングを有する。固定子巻線が相乗関係を生じさせるために電子的に再構成される間に、固定子リングおよび回転子リングは再位置決めされ得、これによってＭＧＴユニットは、１つのギアから次のに電気的に移行され得、更に機械的にも移行されてギア間の遷移を円滑にする。例えば、第１の固定子リングの固定子巻線は第１ギアに構成され得、第２の固定子リングの固定子巻線は第２ギアに構成され得る。回転子リングは第１の位置（第１の固定子リングに係合する）から第２の位置（第２の固定子リングに係合する）に移動されて、第１ギアから第２ギアへの円滑な移行を提供することができる。同様に、第１の固定子リングの固定子巻線は第３ギアに切り替えられ得、回転子リングは、第１の固定子リングに係合する位置に戻されて、第２ギアから第３ギアへの円滑な移行を提供することができる。この工程を繰り返して、１つのギアから次のにいずれの方向にも（例えば、ギアを上げるまたは下げる）円滑に遷移することができる。
【００７７】
[00119]いくつかの実施形態において、線および固定子極の切替は、様々なトルク、速度、ボルト、アンペア、熱、近接および他の入力センサならびに／または人間作動型制御装置（例えば、コンピュータインタフェース装置）から情報を受け入れ得るコンピュータシステムによって制御される。コンピュータシステムは、１つまたは複数のアルゴリズムを行うことによって情報を処理して、ＭＧＴユニットの速度／トルクおよびボルト／アンペア比を変更して、それを変速機として作動させるように構成されてもよい。
【００７８】
[00120]いくつかの実施形態において、回転子組立体は、それぞれの組の永久磁石を有する２つの回転子リングを含み（例えば、本明細書に記載され、かつ図１６〜２４または図２５〜３６に図示されるように）、ここで回転子リングの両方ともそれらの長手方向回転子支持構造に摺動可能に連結され、かつここで、それらは、コンピュータシステムの制御下で、回転子リングの空洞内に設けられるステッパモータによって駆動される止めねじ、ソレノイド、油圧または空気圧シリンダなどといった直線運動装置（例えば、リニアアクチュエータ）によって共に近づけてまたは更に離れて移動または並進される。これらのユニットは、また２つの固定子および３つの回転子を有して、一度に２つの回転子がいずれか一方の固定子に係合され、固定子間で前後に切り替わり、上記したように配線構成間で切り替わる際に円滑な遷移を達成してもよい。
【００７９】
[00121]全て並列、全て直列デルタおよびＹ接続間の切替を実装するために試みたいくつかの構成では、工程は、通常受け入れ難い動力の停止、大きな電力サージおよび１つの配線構成から別のへの切替を完了するのに必要な短時間間隔中および直後の機械的工程への衝撃によって失敗し、かつ更に多速度電動機を生じさせる試みに限定された。
【００８０】
[00122]本開示は、停止、電力サージおよび衝撃課題を排除し、更に電動機または発電機が使用されるであろう速度およびトルクの各範囲に対して最も効果的なエネルギー消費／生成を得ることに集中する。現在の電動機技術は、設計された一定速度およびトルク設定で高効率の電動機／発電機を構築する。本開示は、非常に広い速度／トルクスペクトルにわたる複数の高効率点を確立し、かつ電動機／発電機が固定子コイルと回転子磁石との間の磁界を調節または微調整して、ＭＧＴユニットを利用する電動機または発電機の最適アンペアおよびトルク要件を満たす（またはほぼ満たす）ように、ならびにバスもしくは配達トラック上の電動機／発電機もしくは広く変化する風条件下の風車上の発電機、または可変トルク／速度要件を伴う任意の他の電動機／発電機配備などの、広く可変的な条件下でいつでも効率を最適化するようにする。
実装例−ＭＧＴユニットおよび／またはシステム制御手段
[00123]本明細書に記載されるもののいずれかなど、ＭＧＴユニットは、その部品の一部または全てを含め、コンピュータ制御下で動作することができる。例えば、図１５は、１つまたは複数のＭＧＴユニットを動作させるための制御システム１００を図示する。ＭＧＴユニットコンピュータシステム１０２は、固定子コイルにまたはそこから供給される電圧、周波数および／または電流量を制御するためのコントローラ１２０（例えば、Ｈ−ブリッジコントローラ、インバータおよび／またはコンバータ）、アクチュエータ１１０（例えば、リニア固定子および／または回転子アクチュエータ）、本明細書に記載されるようにスター／ワイおよびデルタ構成ならびに並列および直列構成および組合せへ固定子巻線を再構成するための電子スイッチ１１２、センサ１１６（例えば、回転周波数（ＲＰＭ）を検出するホール効果または光学センサ、電圧センサ、電流センサ、周波数センサなど）、ブレーキ／スロットル制御手段１１８、などとインタフェースするように構成され得る。いくつかの実施形態において、ＭＧＴユニットはコンピュータシステム１０２を含む。他の実施形態において、コンピュータシステム１０２はＭＧＴユニットに通信可能に連結され得る。コンピュータシステム１０２とまたはそれにプロセッサ１０４が含まれて、ソフトウェア、ファームウェア、ハードウェア（例えば、固定論理回路）、手動処理またはその組合せを使用して本明細書に記載されるＭＧＴユニットの部品および機能を制御することができる。本明細書で使用される用語「コンピュータシステム」、「機能性」、「サービス」および「論理」は概して、ＭＧＴユニットを制御することと関連したソフトウェア、ファームウェア、ハードウェア、またはソフトウェア、ファームウェアもしくはハードウェアの組合せを表す。ソフトウェア実装の場合、モジュール、機能性または論理は、プロセッサ（例えば、中央処理装置（ＣＰＵ）で実行されると指定タスクを行うプログラムコード（例えば、非一時的コンピュータ可読媒体に具象化されるアルゴリズム）を表す。プログラムコードは、１つまたは複数の非一時的コンピュータ可読メモリ装置または媒体（例えば、内部メモリおよび／または１つもしくは複数の有形媒体）などに記憶され得る。例えば、メモリは、揮発性メモリ、不揮発性メモリ、フラッシュメモリ、ＳＲＡＭ、ＤＲＡＭ、ＲＡＭおよびＲＯＭを含んでもよいが、これらに限定されない。本明細書に記載される構造、機能、手法および技法は、様々なプロセッサを有する様々な商用コンピューティングプラットフォームに実装され得る。
【００８１】
[00124]コンピュータシステム１０２は、プロセッサ１０４、メモリ１０６および通信インタフェース１０８を含むことができる。プロセッサ１０４は、少なくともコンピュータシステム１０２に処理機能性を提供し、任意の数のプロセッサ、マイクロコントローラ、回路、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）または他の処理システム、ならびにコンピュータシステム１０２によってアクセスまたは発生されるデータ、実行可能コードおよび他の情報を記憶するための常駐または外部メモリを含むことができる。プロセッサ１０４は、本明細書に記載される技法を実装する、非一時的コンピュータ可読媒体で具象化される１つまたは複数のソフトウェアプログラムを実行することができる。プロセッサ１０４は、それが形成される材料またはそれに利用される処理機構によって限定されず、そのため、半導体および／またはトランジスタを介して（例えば、電子集積回路（ＩＣ）部品を使用して）などで、実装され得る。
【００８２】
[00125]コンピュータシステム１０２は、メモリ１０６（例えば、フラッシュメモリ、ＲＡＭ、ＳＲＡＭ、ＤＲＡＭ、ＲＯＭなど）を含んでもよい。メモリ１０６は、ソフトウェアプログラムおよび／もしくはコードセグメントなど、コンピュータシステム１０２の動作と関連した様々なデータおよび／もしくはプログラムコード、またはプロセッサ１０４および場合によりＭＧＴユニットの他の部品に、本明細書に記載される機能性を行うように命令する他のデータを記憶する記憶機能性を提供する有形のコンピュータ可読記憶媒体の一例であることができる。したがって、メモリ１０６は、ＭＧＴユニット（その部品を含む）を動作させるための命令のプログラムなどのデータ、などを記憶することができる。単一のメモリ１０６が記載されるのに対して、多種多様な種類および組合せのメモリ（例えば、有形の非一時的メモリ）が利用され得ることが留意されるべきである。メモリ１０６は、プロセッサ１０４と一体であることができ、スタンドアロンメモリから成ることができ、または両方の組合せであることができる。
【００８３】
[00126]メモリ１０６のいくつかの例は、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、リードオンリメモリ（ＲＯＭ）、フラッシュメモリ（例えば、セキュアデジタル（ＳＤ）メモリカード、ミニＳＤメモリカードおよび／またはマイクロＳＤメモリカード）、磁気メモリ、光メモリ、ユニバーサルシリアルバス（ＵＳＢ）記憶装置、ハードディスクメモリ、外部メモリなど、といった取り外し可能および取り外し不可能なメモリ部品を含むことができる。実装では、コンピュータシステム１０２および／またはメモリ１０６は、加入者識別モジュール（ＳＩＭ）カード、汎用加入者識別モジュール（ＵＳＩＭ）カード、汎用集積回路カード（ＵＩＣＣ）などによって提供されるメモリなどの、取り外し可能な集積回路カード（ＩＣＣ）メモリを含むことができる。
【００８４】
[00127]コンピュータシステム１０２は、通信インタフェース１０８を含んでもよい。通信インタフェース１０８は、ＭＧＴユニットの部品と通信するように動作可能に構成され得る。例えば、通信インタフェース１０８は、ＭＧＴユニットでの記憶のためのデータを送信し、ＭＧＴユニットでの記憶からデータを検索などするように構成され得る。通信インタフェース１０８はプロセッサ１０４と通信可能に連結されて、ＭＧＴユニットの部品とプロセッサ１０４との間のデータ転送（例えば、ＭＧＴユニット／コンピュータシステム１０２と通信可能に連結される装置から受信されるプロセッサ１０４への入力を通信するため）を容易にすることもできる。通信インタフェース１０８がコンピュータシステム１０２の部品として記載されるのに対して、通信インタフェース１０８の１つまたは複数の部品が、有線および／または無線接続を介してＭＧＴユニットに通信可能に連結される外部部品として実装され得ることが留意されるべきである。ＭＧＴユニットは、ディスプレイ、マウス、タッチパッド、タッチスクリーン、キーボード、マイクロホン（例えば、音声コマンドのため）などといった、１つまたは複数の入出力（Ｉ／Ｏ）装置を含む、かつ／またはそれらに接続することもできる（例えば、通信インタフェース１０８を介して）。
【００８５】
[00128]通信インタフェース１０８および／またはプロセッサ１０４は、セルラネットワーク、３Ｇセルラネットワーク、４Ｇセルラネットワークまたは移動通信のためのグローバルシステム（ＧＳＭ（登録商標））ネットワークなどのワイドエリアセルラ電話ネットワーク；ＷｉＦｉネットワーク（例えば、ＩＥＥＥ  ８０２．１１ネットワーク規格を使用して運用されるワイヤレスローカルエリアネットワーク（ＷＬＡＮ））などのワイヤレスコンピュータ通信ネットワーク；アドホックワイヤレスネットワーク、インターネット；インターネット；ワイドエリアネットワーク（ＷＡＮ）；ローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）；パーソナルエリアネットワーク（ＰＡＮ）（例えば、ＩＥＥＥ８０２．１５ネットワーク規格を使用して運用されるワイヤレスパーソナルエリアネットワーク（ＷＰＡＮ））；公衆電話網；エクストラネット；イントラネット；など、といった様々な異なるネットワークと通信するように構成され得る。しかしながら、この一覧は例としてのみ提供され、本開示を限定するものではない。更に、通信インタフェース１０８は、異なるアクセスポイントにわたる単一のネットワークまたは複数のネットワークと通信するように構成され得る。具体的な実施形態において、通信インタフェース１０８は、コンピュータシステム１０２から外部装置（例えば、携帯電話、ＷｉＦｉネットワークに接続されるコンピュータ、クラウドストレージなど）に情報を送信することができる。別の具体的な実施形態において、通信インタフェース１０８は、外部装置（例えば、携帯電話、ＷｉＦｉネットワークに接続されるコンピュータ、クラウドストレージなど）から情報を受信することができる。
【００８６】
[00129]コントローラ１２０は、固定子コイル１１４に（電動機の場合）またはから（発電機の場合）供給される信号（例えば、図１〜１４および１６〜３６のいずれかにおける固定子コイルの線を通る信号）の電圧、電流量および／または周波数を制御するように構成される。例えば、コントローラ１２０は、ブレーキ／スロットル１１８および／またはセンサ１１６からの入力信号に基づいて（例えば、回転子リングの検出ＲＰＭまたは半径方向位置に基づいて）電圧、電流量および／または周波数を調節するように構成されてもよい。コンピュータシステム１０２は、コントローラ１２０および場合により他のデータ源（例えば、ＲＰＭ測定値のためのセンサ１１６、ブレーキ／スロットル１１８入力など）を監視するように構成される。これらのデータ源から受信される情報に基づいて、コンピュータシステム１０２は、アクチュエータ１１０、電子スイッチ１１２およびコントローラ１２０を動作させることができる。例えば、コントローラ１２０が所定の動作閾値（例えば、最低／最高電圧、電流量、周波数など）に到達すると、コンピュータシステム１０２は、コントローラ１２０を中立状態に入らせるように構成されてもよい一方で、コンピュータシステム１０２は、アクチュエータ１１０および／または電子スイッチ１１２に固定子および／または回転子リングを再構成させる（図１〜１４および１６〜３６のいずれかに関して記載したように）。コンピュータシステム１０２は、次いでコントローラ１２０に、回転子および／または固定子リングの機械的および／または電気的再構成前に提供されたのとほぼ同じアンペア回数（Ａｔ）を提供する電流量、電圧および／または周波数で固定子コイルへの、またはからの送信を再開させるように構成される。コントローラ１２０は次いで、別の動作閾値が到達されるまで動作を続けることができ、ここでコンピュータシステム１０２は次いで、ＭＧＴユニット部品の同じ再構成および再プログラミングを繰り返すことができる。
【００８７】
[00130]コンピュータシステム１０２は、電子スイッチ１１２に、第１および第２の回転子リングの回転周波数（例えば、ＲＰＭ）に少なくとも部分的に基づいて固定子コイルの配線または相構成を切り替えさせるように構成され得る。例えば、コンピュータシステム１０２は、電子スイッチ１１２および／またはアクチュエータ１１０を制御して、回転周波数またはシステム電源要件を示す他の情報に基づいてシステムの電気的および／または機械的構成を変更することができる。コンピュータシステム１０２は複数のギア（すなわち、異なる機械的および／または電気的構成）を実装して、アンペア回数容量を連続して増減させ、それによって、ＭＧＴユニット／システム上の動力の要求が増減するにつれて、固定子コイルの磁界の対応する強さを増減させることができる。コンピュータシステムは、電子スイッチ１１２に、固定子コイルの複数の平行非撚線を全て直列、全て並列に、または直列および並列の組合せに接続させるように構成され得る。コンピュータシステム１０２はまた、電子スイッチ１１２に、複数の平行非撚線の一部を全て直列、全て並列に、または直列および並列の組合せに接続させるように構成され、電子スイッチ１１２に、複数の平行非撚線の一部から１つまたは複数の線を切り離させる（例えば、図１１Ｂおよび１１Ｃを参照のこと）ように構成され得る。コンピュータシステム１０２は、電子スイッチ１１２に、相配線をスター（Ｙ）構成とデルタ構成との間で切り替えさせるように構成され、複数の平行非撚線を全て直列、全て並列に、または直列および並列の組合せに接続するように構成され得る。コンピュータシステム１０２は、電子スイッチ１１２に、相配線をスター（Ｙ）構成とデルタ構成との間で切り替えさせるように構成され、電子スイッチ１１２に、複数の平行非撚線の一部を全て直列、全て並列に、または直列および並列の組合せに接続させるように構成され、電子スイッチ１１２に、複数の平行非撚線の一部から１つまたは複数の線を切り離させるように構成され得る。図１６〜２４または図２５〜３６に図示されるような実装では、コンピュータシステム１０２は、アクチュエータに、第１の回転子リングおよび第２の回転子リングを、固定子リングの中心面から各回転子リングの内面まで距離が、固定子リングの中心面の両側の第１の位置に配置させ；第１の回転子リングおよび第２の回転子リングを、固定子リングの両側の、第１および第２の回転子リングの内面が固定子リングのそれぞれの外面と同一面にある第２の位置に配置させ；第１の回転子リングおよび第２の回転子リングを、第１および第２の回転子リングの内面が固定子の中心面と同一面にある第３の位置に配置させ；第１の回転子リングおよび第２の回転子リングを第１、第２および第３の位置以外の１つまたは複数の位置に配置させるように構成され得る。これらは、ＭＧＴユニット／システムにおける磁界強度および相互作用を変化させるためにコンピュータシステム１０２による影響を受けることができる電気的および／または機械的構成のいくつかの例である。上記の動作のいかなる組合せもＭＧＴ制御システム１００によって実装されて、全体システムの効率を改善／最適化することができる��
【００８８】
[00131]実施形態において、ＭＧＴシステムは、本明細書に記載されるものなど、プロセッサ、メモリおよび通信インタフェースを同じく含むことができる別のＭＧＴシステムコンピュータを含むことができる。ＭＧＴシステムコンピュータは、コンピュータシステム１０２を含むＭＧＴユニットならびに場合により１つまたは複数の追加ＭＧＴユニットおよびそれらのそれぞれのコンピュータシステムと通信状態にあり、ＭＧＴシステムに中央処理を提供することができる。ＭＧＴシステムコンピュータは、オペレータ指令およびＲＰＭ、速度、トルクパラメータなどといったパラメータを受信するように構成され得、ＭＧＴシステムコンピュータは、所望の（例えば、最適またはほぼ最適）システム要件を達成するために、受信した情報に基づいてＭＧＴユニットを制御して、固定子および／または回転子位置決めならびに固定子巻線および／または相配線構成を制御することができる。
【００８９】
[00132]一般に、本明細書に記載される機能のいずれも、ハードウェア（例えば、集積回路などの固定論理回路）、ソフトウェア、ファームウェア、手動処理またはその組合せを使用して実装され得る。したがって、上記の開示に述べられるブロックは全体的に、ハードウェア（例えば、集積回路などの固定論理回路）、ソフトウェア、ファームウェアまたはその組合せを表す。ハードウェア構成の例では、上記の開示に述べられる様々なブロックは、他の機能性と共に集積回路として実装されてもよい。そのような集積回路は、所与のブロック、システムもしくは回路の機能の全て、またはブロック、システムもしくは回路の機能の一部を含んでもよい。更に、ブロック、システムまたは回路の要素は複数の集積回路にわたって実装されてもよい。そのような集積回路は、モノリシック集積回路、フリップチップ集積回路、マルチチップモジュール集積回路および／または混合信号集積回路を含むが、必ずしもこれらに限定されず、様々な集積回路から成ってもよい。ソフトウェア実装の例では、上記の開示に述べられる様々なブロックは、プロセッサで実行されると、指定タスクを行う実行可能命令（例えば、プログラムコード）を表す。これらの実行可能命令は、１つまたは複数の有形のコンピュータ可読媒体に記憶され得る。いくつかのそのような例では、全体システム、ブロックまたは回路は、そのソフトウェアまたはファームウェア等価物を使用して実装されてもよい。他の例では、所与のシステム、ブロックまたは回路の一部はソフトウェアまたはファームウェアで実装されてもよい一方で、他の部分はハードウェアで実装される。
【００９０】
[00133]ＭＧＴユニットの様々な実施形態が本明細書に記載された。そのようなＭＧＴユニットは、様々な発電および電力管理用途で実装され得る。例えば、本明細書に記載されるＭＧＴユニットは、発電装置（例えば、風車、水力発電機など）、およびハイブリッド車（例えば、車、オートバイなど）、ハイブリッド船舶、ハイブリッド飛行機などといった、複数の動力源を持つ車両または電動装置で実装され得る。いくつかの応用例が後述される。
実装例−風力発電システム
[00134]本明細書に記載されるＭＧＴユニットが風車または風力タービンに実装される応用例では、動作シナリオは、風力タービンでの無風ならびに無効な「停止」状態の固定子リングおよび回転子リングから始まることができる。このシナリオでは、アクチュエータが、固定子リングおよび／または回転子リングを、固定子巻線が回転子磁石の磁界から係脱される位置に移動させた。風速が増し始めるにつれて、センサがＲＰＭおよび「移行」を測定する、または固定子リングおよび／もしくは回転子リングを中立モードから、回転子磁石の磁界が最少量の固定子巻線に係合し、かつ最少量のトルクを必要とする１００％並列であり、風車の回転が超低風速から始まって、従来の発電機が「起動」することができるより非常に速やかに電気を発生するようにする位置に移動させることができる。コンピュータシステムは、風速センサからのデータおよび風車の回転速度を収集することができる。風速が増すにつれて、コンピュータシステムは、ＭＧＴユニットを、ギア＃１、１００％直列からギア＃２、直列に接続される３組の２つの平行線に、ギア＃３および＃４など（および場合により中間ギア）に移行させ、所定の回転速度が達成されるか、固定子／回転子組の抵抗トルクが風力に等しく、かつ風車ブレードが一定速度で回っているか、いずれかまで、風車ブレードを回すために必要とされるトルクを増加させることができる。
【００９１】
[00135]コンピュータシステムが風速および風から利用可能な動力を監視するとき、それは、風車ブレードの回転速度の平衡が達成され、かつ風力が風力発電機の最適またはほぼ最適発電能力と一致されて必要線間電圧を維持するまで、上記したように、１つ、２つまたは３つ以上の固定子／回転子組のアクチュエータを係合させて風力と一致させ、同時に固定子／回転子組の各々を、それらの様々な歯車および固定子／回転子を通じて移行させることができる。風速が増して追加固定子組を投入する、例えば３組から４組にすることが所望される場合、コンピュータは、４組がどんなギアにあることができるか、およびどんな固定子が作動されるかを判定し、次いで３組を瞬間的に電気的に切り離し、４組を新たな構成に配置し、４組を電気的に再接続して、各固定子組から同じ電圧が生ずるように、同時に移行させることができる。組内の回転子との固定子の位置合わせの微調節によって最終調整および微調整が達成される。これは、風速の軽微な変化に適応するために軽微な調節が必要とされるときにも当てはまる。
【００９２】
[00136]風速がおさまって投入中の固定子組の数が４から３に減らされる場合、最後に投入した固定子が電気的に切り離され、その固定子が中立に再位置付けされ、３つの残りの固定子組が、その時点で風車によって発生されている風力と一致するように調節される。このように、本開示に従うシステムおよび技法は、様々なレベルの風速の利用可能な風速と電動発電機の電力出力を正確に、迅速におよび効率的に釣り合わせ、高効率で風から発電電力を生成することができる。一般に、共に作用する完全直列設定の電動機／発電機における固定子／回転子組の総計は、風車およびそのブレードの最大の構造的および機械的能力に相当することができる。最大能力点では、いくつかの発電機の場合、それは自動的にシャットダウンすることができる。しかし、効率的に動作する風速の帯域が狭い発電機とは異なり、本開示に従う技法は、風車の構造的容量まで全範囲の風速にわたって高効率で風から増加した動力を抽出することができる。風速が遅くなり始めて出力電圧が降下するとき、ユニットは次の固定子配線モードに切り替わって電圧／電力収集を増強することができる。風速が非常に遅い状態に降下し、しかもそれほど多くの電力が発生されないにもかかわらず、ユニットは、従来の発電機がシャットダウンしなければならないかもしれない状況で、依然これを取り込み、かつより高い全体機械効率のために年間風力タービン出力に関して促進することができる。
【００９３】
[00137]別の動作機能が、メガワットサイズの風力タービンのようなより大きなスケールアップしたバージョンで記載され得る。このシナリオは、弱風の例と同じように作用することができるが、発電機の構成は非常に大きくなることができ、３相構成で１２以上もの固定子／回転子組を有してもよく、高可変風に対してＲＰＭ変化の円滑な遷移を可能にする。固定子係合工程も、余分のユーザ制御、電力格子制御のためのセンサ、および負荷を感知してカスタマー需要に順応するモニタ装置を除いては、同じまたは同様であることができる。
【００９４】
[00138]本開示の別の特徴は、より大きな固定子／回転子組の追加、ならびに固定子および回転子部の数を均等に離間される回転オフセットに等しくするように、固定子／回転子組の各々を数度回転オフセットする能力である。これは、発電機「コギング」に効果があり、かつ本開示の設計を可能にすることができ、これによって複数の固定子巻線を制御して、オンボード絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）が異なる高低電圧点を選択し、パルス幅変調（ＰＷＭ）方式を使用して、６０ｈｚの設定周波数で３相正弦波を確立および生成することができる。ＲＰＭ変化および変動を感知すると、制御手段により固定子巻線部を調節して、軽度なＲＰＭ変化が見られるときでも、この周波数を維持することができる。これは、ＡＣ−ＤＣによる変換損失および大きなインバータシステム消費電力のないローカルグリッドまたは非常用電源のための可変回転電源および定周波数発電電力の解決策である。この工程を理解するために、多極３相巻線の大きな固定子組ならびに１２の固定子および回転子組の例が提供される。この例では、固定子組は互いと位置合わせされるが、回転子組は多極回転角の１／１２だけ回転オフセットされる。これは、発振オフセットで等間隔に離間される１２の別々の３相出力を提供することができる。コンピュータシステムは次いで、現在のＲＰＭ、加速度、負荷、逆ＥＭＦ（電磁力）、出力周波数および目標周波数をとり、ＰＷＭスイッチングＩＧＢＴを使用して、複数の相から将来の電力電位を選択し、生成された複数の相の上下点から、場合によりソースＲＰＭにかかわらず（例えば、ＲＰＭが目標電圧および電力出力を維持するのに十分である限り）目標周波数を生成することができる。固定子部の同じリニア作動はトルクおよび変動風速回転子ＲＰＭを調整する一方で、突風および超低風速の条件に加えて中間条件で効率的な電力を生成することができる。
【００９５】
[00139]潮力および波力発電機などの他の再生可能エネルギー源の応用の本開示の動作機能がＲＰＭのこの同じ変わりやすさを活用することができ、例えば、源が断続的かつ信頼できない場合に、効率を上昇させ、ここで波力および可能性がある潮力発電機は発電機を一方向に向けてもよく、次いで直ちに回転方向を変更し、電力を効率的に発生し続けてもよい。本開示は、追加回転子／固定子組を追加して電力容量を増減させ、次いで固定子および／または回転子リニア移動で出力を微調整して、段階的な発振出力電力源および方向変化と一致させ、更にボルト／アンペア比を調節してユニットの効率を上昇させて、固定子と並列または直列巻線との間で切り替えることによって、即時で可変入力と一致させる能力を有する。
実装例−ハイブリッド車推進システム
[00140]図３８は、オペレータ入力６００がスロットル、ブレーキペダル、イグニションスイッチ、前後レバーなどといった従来の車両部品によってコンピュータシステム６０１に供給されるハイブリッド車（例えば、自動車、ボートまたは他の運搬車両）におけるＭＧＴユニットの実装を図示する。ＭＧＴユニットの利点は、それが中立および中立と全力との間の多くの速度および電力の組合せを有し、かつそれと燃焼機関６０３の間にクラッチ相互接続６０６を必要としない、かつそれ自体が変速機であるということである。また、図３８（例えば、ＭＧＴユニット６０４および６０５）に図示されるように、複数のＭＧＴユニットが利用可能な電力を非常に増加させるために共に結合されてもよい。
【００９６】
[00141]車両が燃焼動力のみの下で動作しているとき、両ＭＧＴユニット６０４および６０５は中立に配置され得、ＭＧＴユニット６０４および／または６０５の一方または両方がそれらの回転子を位置１（中立）から、長い高速道路旅行にわたってバッテリを再充電するために微動力が発生され、無視できる動力が燃焼機関６０３からとられる位置２（例えば、図２３に図示される）に移動されることを除いて、車両は今日路上を任意の他の車両として駆動される。満充電がより急速に必要である場合、ＭＧＴユニット６０４および／またはＭＧＴユニット６０５の回転子リングは、コンピュータシステム６０１（例えば、本明細書に記載されるＭＧＴユニットコンピュータシステム１０２および／またはＭＧＴシステムコンピュータなど）からの１つまたは複数の指令に基づいて位置３（例えば、図２４に図示される）に向けて前進されてもよく、バッテリ蓄えの必要が燃焼燃料消費量上昇およびオペレータ要件／入力の犠牲および可用性と釣り合わされる。また、燃焼動力下であるとき、オペレータがブレーキペダルに圧力を加えるにつれて、一方または両方のＭＧＴユニット６０４および６０５の回転子リングは、オペレータによってブレーキペダルに加えられて車両を止める圧力の量と相応した駆動軸への制動力を加えると共に電気を発生していてバッテリを再充電する位置３の方を急速に進む。電気を発生しているブレーキとして動作させられるときに、電動機として動作させられる、かつより高いときに、場合によっては、回転子と固定子との間の磁界の相互作用が低い値を活用している０と最大値との間で変化してもよいので従来の電動機において使用されるより、ＭＧＴ回転子の永久磁石が大きくてもよいという事実によって、ＭＧＴのこの特徴はハイブリッド電気自動車においていかなる同様の応用も凌ぐ。また、ブレーキが高速でかけられるときに、かなりの量の電気が短い期間に発生され得、かつ固定子コイル線の電流量容量を超えることができる。これがＭＧＴユニット６０４および６０５で起こると、それらの固定子コイルは、全て並列または突然の電流量増加に適応するであろう直列および並列の組合せに切り替えられる。これは、いかなる従来の電動機／発電機においても可能でない。
【００９７】
[00142]高速旅客輸送などのいくつかの応用では、動力を出力してバッテリバンク６０２を充電する発電機として作用する第１のＭＧＴユニット６０４および機械動力を電車の駆動輪に提供する第２のＭＧＴユニット６０５に動力を提供する燃焼機関６０３を有することが望ましくてもよい。そのような場合、クラッチ６０６が、ＭＧＴユニット６０４および６０５間に組み込まれる。ＭＧＴユニット６０４は発電機として働き、ＭＧＴユニット６０５はいかなる時点でもやがて燃焼機関６０３を含む全３つが機械動力を駆動軸６０７から駆動輪に提供することができ、およびいかなる時点でも、両ユニット（ＭＧＴユニット６０４およびＭＧＴユニット６０５）は電気を発生していてバッテリ６０２を充電することができ、一方、制動エネルギーを供給して車両（例えば、路面電車）を止める推進ユニットとして働く。
【００９８】
[00143]いくつかの応用では、ハイブリッド車は、非常に経済的であるが、車両を定地で低速で、または州間ハイウェイ上でより高い速度で推進するのに充分であるが急速な加速度または登坂には不十分なものである燃焼機関が備えられてもよい。そのような応用では、ＭＧＴユニットは、それが中立を有し、かつ燃焼機関がその最も経済的なモードで動作するときに動力を引き込まないという点で理想的であるが、しかし地形によってまたはオペレータによるアクセラレータへの追加圧力によって応力を加えられると、中央プロセッサが１つまたは複数のＭＧＴユニットを作動させ、それらの回転子を移動させ、それらの固定子線を切り替えて、充分な電気機械力で燃焼機関の動力を補充して手元の条件または状況を満たす。この同じ車両は、上記の同じバッテリ再充電および制動特徴も有する。
【００９９】
[00144]ＭＧＴユニットが燃焼機関を除いて車両を推進するために使用されるとき、それらは高効率であり、可変速度およびトルク応用下の従来の電動機より一層である。従来の電動機は、それらが設計された速度およびトルクの非常に狭い範囲の下で効率的である。磁束の流れまたは回転子と固定子との間で磁束の相互作用が釣り合うことが、高効率には必要である。従来の電動機は、狭い範囲で、固定子コイルの電気の電圧および電流量を変化させ、かつその過程で固定子磁界の強さを変更するが、それは、永久磁石電動機の回転子の磁界の強さを変更することができず、他の交流電動機でも非効率である。したがって、従来の電動機の固定子の磁界の強さがその設計値から変化するとき、それは回転子の磁界と平衡状態でないため、効率を失う。開示されたＭＧＴユニットは、回転子からの磁束を固定子のそれに関して変化させることができ、その固定子コイルを全て直列からの全て並列またはその組合せに切り替えることによって固定子の可変性を更に増加させることができ、これによって回転子および固定子の磁界間のバランスは、回転子位置を移動させ、固定子線を直列および並列の組合せ間で切り替え、固定子コイルに流れる電気の電圧、電流量および周波数を増減するコンピュータシステムからの指令によって維持される。
【０１００】
[00145]主題が構造特徴および／または工程動作に特有の言語で記載されていたにもかかわらず、添付の特許請求の範囲に定められる主題が上記の具体的な特徴または行為に必ずしも限定されるというわけではないことを理解すべきである。むしろ、上記の具体的な特徴および行為は、請求項を実装することの例の形として開示される。
【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１１Ｂ】
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【図１１Ｃ】
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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３７Ａ】
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【図３７Ｂ】
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【図３８】
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【国際調査報告】
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