(57)【要約】  二重給電軸方向磁束誘導発電機（１２）は、機械エネルギーを供給するように構成された原動機（２０）を備えていてもよい。二重軸方向磁束誘導発電機（１２）はまた、原動機（２０）に連結されたロータアセンブリ（２４、２６）を備えていてもよく、原動機（２０）はロータアセンブリ（２４、２６）を回転させるように構成される。二重給電軸方向磁束誘導発電機（１２）はさらに、ステータ（２８）を備えていてもよい。二重給電軸方向磁束誘電発電機（１２）はさらにまた、ロータアセンブリ（２４、２６）とステータ（２８）に連結されたパワーエレクトロニクスモジュール（３０）を備えていてもよく、パワーエレクトロニクスモジュール（３０）は、原動機（２０）と並列に配置され、機械エネルギーから電気エネルギーへの変換および、原動機（２０）とエネルギー貯蔵装置（３２）の間の配電を支援するように構成されている。エネルギー貯蔵装置（３２）はパワーエレクトロニクスモジュール（３０）と連結されていてもよく、電力需要の変動に対応できるように構成されていてもよい。
2011520411.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
機械エネルギーを供給するように構成された原動機（２０）と、
原動機（２０）に連結されたロータアセンブリ（２４、２６）であって、原動機（２０）がロータアセンブリ（２４、２６）を回転させるように構成されているロータアセンブリ（２４、２６）と、
ステータ（２８）と、
ロータアセンブリ（２４、２６）とステータ（２８）に連結されたパワーエレクトロニクスモジュール（３０）であって、原動機（２０）と並列に配置され、機械エネルギーから電気エネルギーへの変換を支援するように構成されたパワーエレクトロニクスモジュール（３０）と、
パワーエレクトロニクスモジュール（３０）に連結され、電力需要の変動に対応するように構成されたエネルギー貯蔵装置（３２）と、
を備える二重給電軸方向磁束誘導発電機（１２）。
【請求項２】
原動機（２０）が風力タービンと内燃機関のうちの一方である、請求項１に記載の二重給電軸方向磁束誘導発電機（１２）。
【請求項３】
ロータアセンブリ（２４、２６）は、近位ロータ（２４）と遠位ロータ（２６）を含む、請求項１に記載の二重給電軸方向磁束誘導発電機（１２）。
【請求項４】
原動機（２０）は、駆動軸（２２）を回転させることによって機械エネルギーを供給するように構成されている、請求項３に記載の二重給電軸方向磁束誘導発電機（１２）。
【請求項５】
近位ロータ（２４）と遠位ロータ（２６）は駆動軸（２２）に連結され、駆動軸（２２）とともに、駆動軸（２２）の中を延びる回転軸の周囲で回転する、請求項４に記載の二重給電軸方向磁束誘導発電機（１２）。
【請求項６】
ステータ（２８）は近位空隙（５４）によって近位ロータ（２４）から分離され、ステータ（２８）は遠位空隙（５６）によって遠位ロータ（２６）から分離されている、請求項３に記載の二重給電軸方向磁束誘導発電機（１２）。
【請求項７】
近位ロータ（２４）は近位ロータ巻き線（３４）を有し、遠位ロータ（２６）は遠位ロータ巻き線（３８）を有し、ステータ（２８）はステータ巻き線（４６）を有する、請求項３に記載の二重給電軸方向磁束誘導発電機（１２）。
【請求項８】
パワーエレクトロニクスモジュール（３０）は近位ロータ巻き線（３４）、遠位ロータ巻き線（３８）、ステータ巻き線（４６）に連結されている、請求項７に記載の二重給電軸方向磁束誘導発電機（１２）。
【請求項９】
パワーエレクトロニクスモジュール（３０）は、近位ロータ（２４）と遠位ロータ（２６）の回転中に近位ロータ巻き線（３４）と遠位ロータ巻き線（３８）を励起して、ステータ巻き線（４６）内に電圧を発生させるように構成されている、請求項７に記載の二重給電軸方向磁束誘導発電機（１２）。
【請求項１０】
請求項１から請求項９のいずれか一項に記載の二重給電軸方向磁束誘導発電機（１２）を含む電気系統（１０）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願は一般に電気機械に関し、特に、二重給電軸方向磁束誘導発電機に関する。
【背景技術】
【０００２】
電気モータや発電機をはじめとする多くの電気機械は、ステータと、ステータに対してロータ回転軸の周囲で回転するロータを備える。ステータはステータ導体を備えていてもよく、ロータはロータ導体を備えていてもよい。原動機がロータをステータに対して回転させると、ロータ導体は電気的に励起して磁束を発生させるかもしれない。磁束は、ロータからステータに流れるかもしれない。このような電気機械は、磁束を使ってステータとロータ間で電力の伝送を行い、ステータ導体内に電圧を発生させるかもしれない。軸方向磁束を利用する電気機械の場合、磁束はロータとステータ間のアキシャルギャップを流れるかもしれない。ステータ導体内の電圧は、需要家負荷の電源となる電流を供給するために使用されてもよい。
【０００３】
用途によっては、電気機械の原動機の動作速度が変化する場合もある。たとえば、風車等の風力機械から需要家負荷に電力が供給されることもあり、風力機械の速度は風の状態の変化に伴って変わるかもしれない。原動機の速度の変動は、電気機械の出力の変動または変化の原因となりうる。場合に応じて、出力の変動や変化を防止し、これらが需要家の使用する電気機器の性能に影響を与えないようにすることが望ましいかもしれない。
【０００４】
可変速度で駆動可能な発電機を提供するために、少なくとも１つのシステムが開発されている。Ｓｗｅｏの（特許文献１）（以下、「Ｓｗｅｏ特許」とする）は、二重かご形ロータを有するブラシレス二重給電誘導機を開示している。第一と第二のかご形ロータは回転軸に取り付けられ、第一のロータは第一の環状ステータの中に配置される。第一と第二のかご形ロータの中の導体は、ロータ間に配置された複数の相互接続導体によって相互に接続され、第一のかご形ロータの導体が第二のかご形ロータの導体に逆相配列で接続される。この機械は、駆動速度が可変であっても一定周波数の電気出力が求められる発電機の分野や、交流電源に接続されたときに、動作速度の変動が限定されている必要のあるモータの分野に用いるには適しているかもしれない。残念ながら、Ｓｗｅｏ特許による機械は、寸法的に特定の用途に適さないかもしれない。また、Ｓｗｅｏ特許による機械には、径方向磁界式電気機械に固有のものと同じ、または同様の欠点があるかもしれない。
【０００５】
本願は、上記の問題の１つまたはそれ以上を克服することに関する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】米国特許第６，２７８，２１１号明細書
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００７】
１つの態様において、本願で開示する実施形態は、二重給電軸方向磁束誘導発電機に関する。二重給電軸方向磁束誘導発電機は、機械エネルギーを供給するように構成された原動機を備えていてもよい。二重給電軸方向磁束誘導発電機はまた、原動機に連結されたロータアセンブリを備えていてもよく、原動機はロータアセンブリを回転させるように構成される。二重給電軸方向磁束誘導発電機はさらに、ステータを備えていてもよい。二重給電軸方向磁束誘導発電機はさらにまた、ロータアセンブリとステータに連結されたパワーエレクトロニクスモジュールを備えていてもよく、パワーエレクトロニクスモジュールは原動機と並列に配置され、機械エネルギーから電気エネルギーへの変換を支援するように構成される。二重給電軸方向磁束誘導発電機はまた、電力需要の変化に対応するように構成された、パワーエレクトロニクスモジュールに連結されたエネルギー貯蔵装置を備えていてもよい。
【０００８】
別の態様において、本願で開示する実施形態は、需要家負荷のための電力を発生するための方法に関する。この方法は、需要家負荷が必要とする電力需要を判断するステップを含んでいてもよい。この方法はまた、ステータに対してロータアセンブリを回転させるように構成された原動機の動作速度を判断するステップを含んでいてもよい。この方法はさらにまた、電力需要を満たすことが可能な電圧をステータ内に発生させる軸方向の磁束流をロータアセンブリが発生できるような、ロータアセンブリの励起レベルを計算するステップを含んでいてもよい。この方法はさらに、原動機と並列に配置されたパワーエレクトロニクスモジュールを使って、ロータアセンブリに電流を導入することにより、ロータアセンブリ内の励起レベルを発生させるステップを含んでいてもよい。
【０００９】
他の態様において、本願で開示する実施形態は電気系統に関する。電気系統は、需要家負荷に電力を供給するように構成された二重給電軸方向磁束誘導発電機を備えていてもよい。二重給電軸方向磁束誘導発電機は、機械エネルギーを供給するように構成された原動機を備えていてもよい。二重給電軸方向磁束誘導発電機はまた、原動機に連結されたロータアセンブリを備えていてもよく、原動機はロータアセンブリを回転させるように構成される。二重給電軸方向磁束誘導発電機はさらに、ステータを備えていてもよい。二重給電軸方向磁束誘導発電機はさらにまた、ロータアセンブリとステータに連結されたパワーエレクトロニクスモジュールを備えていてもよく、パワーエレクトロニクスモジュールは原動機と並列に配置され、機械エネルギーから電気エネルギーへの変換を支援するように構成される。二重給電軸方向磁束誘導発電機はまた、電力需要の変化に対応するように構成された、パワーエレクトロニクスモジュールに連結されたエネルギー貯蔵装置を備えていてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施形態の一例による電気システムの概略図である。
【図２】本発明の実施形態の一例による電力発生方法の流れ図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
一例としての電気系統１０が図１に示されている。電気系統１０は、二重給電軸方向磁束誘導発電機１２と、配電線１４と、需要家負荷１６と、接続装置、たとえばラインインタラクティブ方式の接続装置１７を含んでいてもよい。１つまたは複数の導体１８で二重給電軸方向磁束誘導発電機１２をラインインタラクティブ方式の接続装置１７、ひいては需要家負荷１６に連結してもよく、二重給電軸方向磁束誘導発電機１２は電力を需要家負荷１６に供給するように構成されている。二重給電軸方向磁束誘導発電機１２は、原動機２０と、駆動軸２２と、近位ロータ２４と遠位ロータ２６を含むロータアセンブリと、ステータ２８と、パワーエレクトロニクスモジュール３０と、エネルギー貯蔵装置３２を備え、これらは１つまたは複数の導体１８によって連結されている。
【００１２】
原動機２０は、二重給電軸方向磁束誘導発電機１２に機械エネルギーを供給するように構成されたあらゆる好適な主動力源であってもよい。たとえば、原動機２０は風車、内燃機関その他、機械的運動を発生できるあらゆる装置であってもよい。機械的運動とは駆動軸２２の回転でもよく、駆動軸は原動機２０に回転自在に取り付けられていてもよい。
【００１３】
近位ロータ２４は、駆動軸２２の近位部分に連結されたディスクまたはプレートを有していてもよい。このように連結されているために、原動機２０によって駆動軸２２が回転されると、近位ロータ２４が回転するかもしれない。近位ロータ２４はまた、近位ロータ巻き線３４と近位ロータ端子３６を有していてもよい。近位ロータ巻き線３４は、導体を１回または複数回コイル状に巻いたものを含んでいてもよい。近位ロータ２４は、相互に空間的に離間された上記のような複数の巻き線を備えていてもよく、その各々が多相巻き線の個々の位相を構成してもよい。近位ロータ巻き線３４は、銅またはその他適当なあらゆる導体であってもよい。近位ロータ端子３６は近位ロータ巻き線３４に連結されていてもよく、１つまたは複数の地点において、電気接続が行われてもよい。
【００１４】
遠位ロータ２６は、駆動軸２２の遠位部分に連結されたディスクまたはプレートを有していてもよい。このように連結されているために、原動機２０によって駆動軸２２が回転されると、遠位ロータ２６も回転するかもしれない。遠位ロータ２６はまた、遠位ロータ巻き線３８と遠位ロータ端子４０を有していてもよい。遠位ロータ巻き線３８は、導体を１回または複数回コイル状に巻いたものを含んでいてもよい。遠位ロータ２６は、相互に空間的に離間された上記のような複数の巻き線を備えていてもよく、その各々が多相巻き線の個々の位相を構成してもよい。遠位ロータ巻き線３８は、銅またはその他適当なあらゆる導体であってもよい。遠位ロータ端子４０は遠位ロータ巻き線３８に連結されていてもよく、１つまたは複数の地点において、電気接続が行われてもよい。
【００１５】
ステータ２８は、ハウジング（図示せず）またはその他の適当な支持手段の中に取り付けられた静止ディスクまたはプレートを有していてもよい。近位ロータ２４と遠位ロータ２６は、原動機２０が駆動軸２２を回転させるたびに、ステータ２８に対して回転してもよい。ステータ２８は中央通路４２を有していてもよく、その中を駆動軸２２が通過してもよい。中央通路４２によって画定される表面には駆動軸２２が接触しないようにしてもよいことが想定される。また、ベアリングアセンブリ４４を中央通路４２に挿入して、駆動軸２２を支持し、同時に駆動軸２２がステータ２８に対して回転できるようにしてもよいことも想定される。ステータ２８はさらに、ステータ巻き線４６とステータ端子４８を有していてもよい。ステータ巻き線４６は、導体を１回または複数回コイル状に巻いたものを含んでいてもよい。ステータ２８は、相互に空間的に離間された上記のような複数の巻線を備えていてもよく、その各々が多相巻き線の個々の位相を構成してもよい。ステータ巻き線４６は、銅またはその他適当なあらゆる導体であってもよい。ステータ端子４８は、ステータ巻き線４６に連結されていてもよく、１つまたは複数の地点において、電気接続が行われてもよい。
【００１６】
ステータ２８は、近位面５０と遠位面５２を有していてもよい。近位面５０は、近位ロータ２４の遠位側面と対面していてもよい。近位面５０と近位ロータ２４の遠位側面とは、近位空隙５４によって分離されていてもよい。同様に、遠位面５２は遠位ロータ２６の近位側面と対面していてもよい。遠位面５２と遠位ロータ２６の近位側面とは、遠位空隙５６によって分離されていてもよい。
【００１７】
パワーエレクトロニクスモジュール３０は、電気エネルギーを供給および／または変換できるあらゆる適当な装置を含んでいてもよい。たとえば、パワーエレクトロニクスモジュール３０は、１つまたは複数の半導体、磁性構成要素、コンデンサ、制御用電子機器および／またはその他の補完的構成要素を備え、および／または使用してもよい。パワーエレクトロニクスモジュール３０は、原動機２０と並列に配置されていてもよい。パワーエレクトロニクスモジュール３０は、エネルギー貯蔵装置３２から電力を受けるためのパワーエレクトロニクスモジュール入力端子５８と、電力を近位ロータ２４と遠位ロータ２６に向けるためのパワーエレクトロニクスモジュール出力端子６０と、電力を需要家負荷１６に向けるための別のパワーエレクトロニクス出力端子６２を備えていてもよい。エネルギー貯蔵装置３２は、バッテリまたはその他適当なあらゆるエネルギー源を備えていてもよく、エネルギー貯蔵装置出力端子６３を有していてもよいと想定される。パワーエレクトロニクスモジュール３０とエネルギー貯蔵装置３２とが一緒になり、無停電電源として機能してもよい。上記に加え、または上記の代わりに、二重給電軸方向磁束誘導発電機１２および／またはパワーエレクトロニクスモジュール３０によって発生される電力は、配電線１４から供給される電力に置き換わっても、またはこれを補充してもよい。
【００１８】
パワーエレクトロニクスモジュール３０はまた、パワーエレクトロニクスモジュール３０によって供給される電力を制御、調整するように構成されたコントローラを備えていてもよい。コントローラは単独のマイクロプロセッサまたは複数のマイクロプロセッサを備えていてもよい。さまざまな市販のマイクロプロセッサは、コントローラの機能を果たすように構成することができる。コントローラは多数の電源関連機能を制御できる汎用電源装置マイクロプロセッサを容易に実現できることがわかるであろう。コントローラには、その他各種の周知の回路、たとえば電源回路、信号調節回路、ソレノイド駆動回路、通信回路、その他適当な回路を関連付けてもよい。
【００１９】
需要家負荷１６は、二重給電軸方向磁束誘導発電機１２および／または配電線１４に接続され、そこから電流を引き出す１つまたは複数の装置を有していてもよい。需要家負荷１６は需要家負荷入力端子６４を備えていてもよく、そこから電力を受け取ってもよい。１つまたは複数の導体１８は、需要家負荷入力端子６４をステータ端子４８に連結することによって、需要家負荷１６を二重給電軸方向磁束誘導発電機１２に接続してもよい。１つまたは複数の導体１８はまた、近位ロータ端子３６を遠位ロータ端子４０に、パワーエレクトロニクスモジュール３０を近位ロータ端子３６と遠位ロータ端子４０に、パワーエレクトロニクスモジュール３０をステータ端子４８と需要家負荷入力端子６４に、またパワーエレクトロニクスモジュール３０をエネルギー貯蔵装置３２に連結してもよい。１つまたは複数の導体１８は、３相送電用の１つまたは複数の送電線を含んでいてもよく、この電力は、二重給電軸方向磁束誘導発電機１２によって使用および／または発生され、配電線１４によって供給され、需要家負荷１６よって消費される種類の電力であってもよい。
【００２０】
パワーエレクトロニクスモジュール３０は、原動機速度センサ６６に連結されていてもよい。原動機速度センサ６６は、原動機の速度を感知するように構成されていてもよく、この速度は、駆動軸２２、近位ロータ２４または遠位ロータ２６の１分あたりの回転数で表してもよい。原動機速度センサ６６は、原動機２０、駆動軸２２、近位ロータ２４または遠位ロータ２６に、またはその付近に設置してもよい。
【００２１】
パワーエレクトロニクスモジュール３０は、１つまたは複数の電流または電圧センサと連通していてもよい。需要家負荷センサ６８は、需要家負荷１６によって消費される電流、電圧または電力の量を感知してもよい。また、需要家負荷センサ６８は、需要家負荷１６において受け取られる、および／または必要とされる電力を監視するために使用されてもよい。需要家負荷センサ６８は、需要家負荷入力端子６４に連結されていてもよい。配電線センサ７０が配電線１４に連結されていてもよく、配電線１４の電流または電圧を検出するように構成されていてもよい。上記に加え、または上記の代わりに、配電線センサ７０はラインインタラクティブ方式の接続装置１７に連結されていてもよい。パワーエレクトロニクスモジュール３０は、それが原動機速度センサ６６、需要家負荷センサ６８および／または配電線センサ７０から受け取った情報を使用して、二重給電軸方向磁束誘導発電機１２を制御してもよい。センサは、エネルギー貯蔵装置３２についても、その電圧、温度および／または、たとえばバッテリの場合、充電状態を検出するために利用してもよい。
【００２２】
二重給電軸方向磁束誘導発電機１２の動作を制御するための方法７２を図２に示す。方法７２は、原動機２０が駆動軸２２を回転させることから始まってもよい（ステップ７４）。パワーエレクトロニクスモジュール３０は、需要家負荷センサ６８および／または配電線センサ７０を使用して、二重給電軸方向磁束誘導発電機１２が需要家負荷１６に供給するべき電力の種類および／または量を決定してもよい（ステップ７６）。これを実現するために、パワーエレクトロニクスモジュール３０は、需要家負荷１６の電力需要を、配電線センサ７０が示す配電線１４から需要家負荷１６へと供給されている電力と比較してもよい。需要家負荷１６によって必要とされている電力が配電線１４により供給されている電力より大きい場合、パワーエレクトロニクスモジュール３０は、その差を、二重給電軸方向磁束誘導発電機１２が需要家負荷１６のために発生するべき電力の種類および／または量を示すものと認識するかもしれない。
【００２３】
必要な量の電力を生成するために、パワーエレクトロニクスモジュール３０は少なくとも２つの要素を考慮してもよい。１つの要素は原動機の速度であってもよい。別の要素は近位ロータ巻き線３４および／または遠位ロータ巻き線３８の励起レベル（大きさおよび／または周波数）であってもよい。原動機の速度および、近位ロータ巻き線３４と遠位ロータ巻き線３８の励起レベルは、近位ロータ２４からステータ２８への、および／または遠位ロータ２６からステータ２８への磁束流の速度に影響を与えるかもしれない。磁束はステータ巻き線４６の中に電圧を発生させるかもしれず、したがって、二重給電軸方向磁束誘導発電機１２によって需要家負荷１６に供給される電力の種類および／または量は、磁束流の速度に依存するかもしれない。基本的に、近位ロータ２４と遠位ロータ２６の回転中に近位ロータ巻き線３４と遠位ロータ巻き線３８を励起することによって、原動機２０からの機械エネルギーがステータ２８内で電気エネルギーに変換されるかもしれない。したがって、原動機２０、近位ロータ２４、遠位ロータ２６、ステータ２８、パワーエレクトロニクスモジュール３０、エネルギー貯蔵装置３２は、機械エネルギーから電気エネルギーへの変換器として機能してもよい。
【００２４】
励起レベルが同じままで原動機の速度が上昇すると、その結果として磁束流量が増大し、同様にステータ巻き線４６の電圧および／または周波数と、需要家負荷１６に供給される電気出力も増大する。同じ条件で原動機の速度が低下すると、反対の効果がもたらされ、すなわち、ステータ巻き線４６中に発生される電圧および／または周波数は下降し、需要家負荷１６に供給される電力が減少する。同様に、原動機の速度が同じままで近位ロータ巻き線３４および／または遠位ロータ巻き線３８の励起レベルが上昇すると、その結果として磁束流量は増大し、同様にステータ巻き線４６の電圧と需要家負荷１６に供給される電気出力も増大する。同じ条件で励起レベルが低下すると、反対の効果がもたらされ、すなわち、ステータ巻き線４６中に発生される電圧が低下し、需要家負荷１６に供給される電力が減少する。原動機の速度と励起レベルの両方が上昇すると、供給される電力量が増加し、両方が低下すると、反対の効果がもたらされる。
【００２５】
パワーエレクトロニクスモジュール３０は、原動機速度センサ６６を使って原動機の速度を測定してもよい（ステップ７８）。測定された原動機の速度に基づいて、パワーエレクトロニクスモジュール３０は、ステップ７６で判断された電力を発生するのに必要な励起レベルを計算してもよい（ステップ８０）。パワーエレクトロニクスモジュール３０は次に、ステップ８０で計算された励起レベルを発生させるように設計された近位ロータ巻き線３４および／または遠位ロータ巻き線３８に電流を向けてもよい（ステップ８２）。したがって、需要家負荷１６は、それが必要とする電力を受け取るかもしれない。
【００２６】
パワーエレクトロニクスモジュール３０は、たとえば原動機速度の変化および／または需要家負荷の電力需要の変化等の変化を監視してもよい（ステップ８４）。原動機の速度を検出するために、パワーエレクトロニクスモジュール３０は、原動機速度センサ６６を使って原動機２０を継続的に監視してもよい。上記に加え、または上記に代わって、パワーエレクトロニクスモジュール３０は、需要家負荷センサ６８を使って継続的に需要家負荷１６を監視して、需要家負荷１６の電力需要の変化を検出してもよい。上記に加え、または上記の代わりに、パワーエレクトロニクスモジュール３０は、配電線センサ７０を使って配電線１４を監視し、配電線１４により供給される電力の変化を検出してもよい。変化が検出されなければ（ステップ８６で「ノー」）、パワーエレクトロニクスモジュール３０は二重給電軸方向磁束誘導発電機１２をそのときの動作状態のまま維持し、方法７２は終了する（ステップ８８）。変化が検出されると（ステップ８８で「イエス」）、パワーエレクトロニクスモジュール３０はステップ７６に戻ってもよい。変化が検出されなくても、パワーエレクトロニクスモジュール３０がステップ７６に戻り、パワーエレクトロニクスモジュール３０が変化の監視を続け、必要に応じて調整することができることも想定される。
【００２７】
原動機の速度の変動によって二重給電軸方向磁束誘導発電機１２が発生する電力の種類および／または量が変化することがあるが、パワーエレクトロニクスモジュール３０は、このような変化が望ましくない場合には、変化の影響を軽減または排除するように機能してもよい。変化の影響は、たとえば、需要家負荷１６によって一定の種類および／または量の電力が必要とされる場合には望ましくないかもしれない。この場合、ステップ８４でパワーエレクトロニクスモジュール３０が原動機の速度の変化を検出すると、パワーエレクトロニクスモジュール３０は方法７２のステップ７６に戻ってもよい。ステップ７６の実行中、パワーエレクトロニクスモジュール３０は需要家負荷１６による電力需要が変化していないと判断するかしれない。パワーエレクトロニクスモジュール３０は、ステップ７８で原動機の速度を測定すると、測定された原動機の速度で必要な電力を発生させるための励起レベルを計算するかもしれない（ステップ８０）。原動機の速度は需要家負荷１６の電力需要が変化しないうちに変わったため、パワーエレクトロニクスモジュール３０は、励起レベルを調整して、原動機速度の変化を補償し、それによって二重給電軸方向磁束誘導発電機１２により発生される電力をほぼ一定に保つようにするかもしれない。
【００２８】
別のケースでは、需要家負荷１６の電力需要が変化するかもしれず、電力需要を引き続き満たすために、パワーエレクトロニクスモジュール３０は、励起レベルを調整して、電力需要の増減に応じて、需要家が受け取る電力が多すぎたり、少なすぎたりしないようにしてもよい。たとえば、配電線１４を通じて供給される電力が減少すると、需要家負荷１６は、配電線１４からの電力の損失分を補充するために、二重給電軸方向磁束誘導発電機１２からより多くの電力を必要とするかもしれない。パワーエレクトロニクスモジュール３０は、配電線センサ７０を使って、配電線１４から供給される電力が減少したことを感知するかもしれない。したがって、パワーエレクトロニクスモジュール３０は、ステップ７６に戻ってもよい。配電線１４からの減少した電力を需要家負荷１６の電力需要と比較したところで、パワーエレクトロニクスモジュール３０は、需要家負荷１６が二重給電軸方向磁束誘導発電機１２から必要とする電力が増大したと判断するかもしれない。ステップ７８で原動機の速度を測定した後に、パワーエレクトロニクスモジュール３０は必要な励起レベルを計算するかもしれない（ステップ８０）。配電線１４により供給される電力の減少に応答して、これを補償するために、必要となる励起レベルが上昇するかもしれない。したがって、パワーエレクトロニクスモジュール３０は、より大きな電流を近位ロータ巻き線３４および／または遠位ロータ巻き線３８に供給し、ステータ巻き線４６内で生成される電圧を上昇させ、需要家負荷１６に供給される電流を増大させるかもしれない。パワーエレクトロニクスモジュール３０は、需要家負荷１６での消費電力の増大に応答して、同様のステップを実行するかもしれない。
【００２９】
配電線１４からの電力が増大すると、需要家負荷１６がその需要を満たすために二重給電軸方向磁束誘導発電機１２に要求する電力は減少するかもしれない。パワーエレクトロニクスモジュール３０は、配電線センサ７０を使って配電線１４から供給される電力の増加を感知してもよい。すると、パワーエレクトロニクスモジュール３０はステップ７６に戻るかもしれない。配電線１４からの増大した電力を需要家負荷１６の電力需要と比較したところで、パワーエレクトロニクスモジュール３０は、需要家負荷１６が二重給電軸方向磁束誘導発電機１２に要求する電力が減少したと判断するかもしれない。ステップ７８で原動機の速度を測定した後に、パワーエレクトロニクスモジュール３０は必要な励起レベルを計算するかもしれない（ステップ８０）。配電線１４から供給される電力の増大に応答して、これを補償するために、必要な励起レベルが低減されるかもしれない。パワーエレクトロニクスモジュール３０は、需要家負荷１６での消費電力の減少に応答して、同様のステップを実行するかもしれない。
【００３０】
上述の例は、電気系統１０における１つの変化に関して説明したものであるが、原動機の速度、配電線１４からの供給電力および／または需要家負荷１６の電力需要が同時に変化することもあり、その変化の方向は異なっていることもあり（すなわち、増加または減少）、大きさが違っていることもあると理解するべきである。いずれの場合も、パワーエレクトロニクスモジュール３０は、変化を感知して方法７２を実行することによって、近位ロータ巻き線３４と遠位ロータ巻き線３８の励起の（大きさおよび／または周波数の）レベルを調整し、その変化に応じて二重給電軸方向磁束誘導発電機１２から供給される電力の流れを調整してもよい。上記に加え、または上記に代わって、パワーエレクトロニクスモジュール３０は、変化に応答して、パワーエレクトロニクスモジュール出力端子６２から需要家負荷１６に供給される電力を増減させてもよい。さらに、パワーエレクトロニクスモジュール３０は、需要家負荷１６および／または配電線１４の必要に応じて、電力を原動機２０から、およびエネルギー貯蔵装置３２から、またはそこに搬送するのを支援してもよい。以上のように、パワーエレクトロニクスモジュールは、需要家負荷１６による電力需要が可変または非定常的動作条件の下でも満たされるようにするのを支援するかもしれない。
【産業上の利用可能性】
【００３１】
二重給電軸方向磁束誘導発電機１２および電力発生方法７２は、ほとんどどのタイプの電気系統１０にも有益かもしれない。たとえば、二重給電軸方向磁束誘導発電機１２と方法７２は、送電網、施設および／または機械で用いる電力を供給するのに好適であるかもしれない。開示した実施形態と一致する工程と方法は、配電線１４から通常受け取る電力を補足し、またはそれに代えるための効率的な方法を提供し、需要家負荷１６が必要な電力を確実に受け取ることができるようにするのに役立つ。
【００３２】
電気系統１０には、動作中に変動が発生するかもしれない。このような変動は、二重給電軸方向磁束誘導発電機１２の原動機２０の動作速度の変化、需要家負荷１６の電力需要の変化および／または配電線１４により供給される電力の変化が原因かもしれない。このような変動によって需要家負荷１６に供給される電力が変化することがある。二重給電軸方向磁束誘導発電機１２は、１つまたは複数のセンサ６６、６８、７０を使って発電機自体および電気系統１０を監視し、その動作を調整して不要な変動を軽減または排除することにより、変動を補償するかもしれない。したがって、二重給電軸方向磁束誘導発電機１２は、非定常の動作条件下であっても、需要家負荷１６への供給電力の品質全体を改善するかもしれない。
【００３３】
非定常条件下での動作の改善は、風力エネルギーの分野において特に重要であるかもしれない。風車を原動機として使用して機械エネルギーを発生させてもよく、この機械エネルギーは電気エネルギーに変換されてもよい。しかしながら、風車の動作速度は変化するかもしれず、速度は風の状態に依存するかもしれない。二重給電軸方向磁束誘導発電機は原動機の速度の変化を検出してこれを補償できるため、二重給電軸方向磁束誘導発電機１２は、風の状態が変化しても、需要家負荷１６において電力の品質が確実に保持できるようにするのを助ける。したがって、二重給電軸方向磁束誘導発電機１２は、風力エネルギー分野に非常に適しているかもしれない。
【００３４】
さらに、二重給電軸方向磁束誘導発電機１２のパワーエレクトロニクスモジュール３０の構成によって、パワーエレクトロニクスモジュール３０は二重給電軸方向磁束誘導発電機１２によって発生される電力を調整するだけでなく、需要家負荷１６に供給される電力を増大させることもできる。パワーエレクトロニクスモジュール３０は、原動機２０に対して並列に配置されているため、需要家負荷１６への供給電力を増大させることができる。基本的に、パワーエレクトロニクスモジュール３０は近位ロータ２４、遠位ロータ２６および需要家負荷１６に動作的に連結されているため、パワーエレクトロニクスモジュール３０は、近位ロータ２４と遠位ロータ２６を励起できるだけでなく、より直接的な方法で需要家負荷１６に電力を供給できるため、複数のパワーエレクトロニクスモジュールが不要となる。その結果、二重給電軸方向磁束誘導発電機の設置面積を縮小させ、それと同時に、余分な構成要素を必要としないために、コスト削減も可能である。
【００３５】
当業者にとって、開示したシステムと方法には、本願の範囲を逸脱することなく、さまざまな改変と変更を加えられることがわかるであろう。また、当業者には、明細書を参照することで、開示のシステムと方法のその他の実施形態も明らかとなるであろう。明細書と実施例は例にとしてのみ考えるものとし、本願の実際の範囲は、添付の特許請求範囲およびその等価物によって示されている。
【図１】
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【図２】
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【国際調査報告】
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