(57)【要約】本発明は、発電機（４０）及び発電機を包含する発電システム（１０，１１又は１２）に関する。発電機は少なくとも部分的にメタ磁性特性を有する材料からなる固定部（４２）と、磁場を発生させるための電磁石を有する可動部（４３）とを備えている。そして、可動部（４３）が磁化手段を有し、且つ、固定部（４２）がコイル手段を有する。固定部に対する可動部の動きがコイル内に電流を誘導し、固定部（４２）と可動部（４３）が電流を増加させるようにメタ磁性相互作用する。【選択図】図１
2011520417.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも部分的にメタ磁性特性を有する材料からなり、且つ、外部電気負荷に接続されるコイル手段を有するステータと、
そこに磁場を発生させるための電磁石を有するロータと、を備え、
前記ステータに対する前記ロータと磁場との動きが前記コイル手段内に電流を誘導し、
前記電磁石は、前記外部電気負荷に関連する磁場と相互作用し、且つ、前記ステータのメタ磁性材料内にメタ磁性を誘導するのに十分強力な磁場を発生させるように構成されて、前記コイル手段内の電流を増加させることを特徴とする発電機。
【請求項２】
前記ロータは、少なくとも部分的に非メタ磁性特性を有する他材料からなることを特徴とする請求項１の発電機。
【請求項３】
前記他材料は、前記メタ磁性材料よりも高い透磁率を有することを特徴とする請求項２に記載の発電機。
【請求項４】
前記他材料は、前記ステータのメタ磁性材料がそこに誘導されたメタ磁性を有するか否かに関係せずに、完全に飽和した磁束密度を有することを特徴とする請求項２に記載の発電機。
【請求項５】
前記ステータのメタ磁性材料の磁束密度及び磁場強度は、メタ磁性がそこに誘導されたときに、超線形的に増加することを特徴とする請求項１に記載の発電機。
【請求項６】
前記他材料は、パーマロイ、珪素鉄、純鉄、リレースチール又は鉄同等物のいずれか１以上であることを特徴とする請求項２から５のいずれか一項に記載の発電機。
【請求項７】
前記メタ磁性材料は、アルニコＶ、ステロイ、又は、ステロイ同等物であることを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の発電機。
【請求項８】
前記他材料及び前記メタ磁性材料は、パーマロイ及びアルニコＶ、パーマロイ及びステロイ、珪素鉄及びアルニコＶ、珪素鉄及びステロイ、純鉄及びアルニコＶ、純鉄及びステロイ、リレースチール及びアルニコＶ、リレースチール及びステロイ、並びに、鉄同等物及びステロイ同等物からなる群から選択される対をそれぞれ含むことを特徴とする請求項２から６のいずれか一項に記載の発電機。
【請求項９】
前記ロータの角速度及びそれによって発生した電流の周波数は、前記ステータの前記メタ磁性材料内のメタ磁性の誘導にもかかわらず、実質的に一定であることを特徴とする請求項１から８のいずれか一項に記載の発電機。
【請求項１０】
前記ステータは、前記コイル手段を有する中空シリンダであり、前記コイル手段はその内壁の所定位置に提供されていることを特徴とする請求項１から９のいずれか一項に記載の発電機。
【請求項１１】
前記コイル手段は、前記中空シリンダの内壁に形成された、縦に延在する溝内に提供されていることを特徴とする請求項１０に記載の発電機。
【請求項１２】
前記コイル手段は、選択された位相の交流電流を発生させるよう動作可能に接続されていることを特徴とする請求項９に記載の発電機。
【請求項１３】
前記コイル手段は、平行な、絶縁された、捻られていない、細い、及び、円形断面のマルチスタンダードの複数のワイヤを備えており、前記各ワイヤは、均等な磁束を受けるように、前記縦に延在する溝内に配置されていることを特徴とする請求項１１又は１２に記載の発電機。
【請求項１４】
前記電磁石は、直径方向に対向する第１及び第２の対の極を備えることを特徴とする請求項１から１３のいずれか一項に記載の発電機。
【請求項１５】
前記極は、前記ロータの平面視において各極から均一な磁束ビームを適用し、且つ、前記ロータの立面視において均等な平面ビームを適用する断面領域を有することを特徴とする請求項１４に記載の発電機。
【請求項１６】
請求項１から１５のいずれか一項に記載の発電機と、
磁気エネルギーを前記電磁石に供給し、且つ、機械的エネルギーを前記ロータに供給するためのエネルギー供給手段と、を備え、
前記発電機によって発生した電流とは独立して磁気エネルギー及び機械的エネルギーが前記発電機に供給されている発電システム。
【請求項１７】
前記エネルギー供給手段は、モータと、前記モータに前記ロータを動作可能に接続するベルトアセンブリとを備えており、前記モータの回転運動が前記ベルトアセンブリを介して前記ロータに伝達されていることを特徴とする請求項１６に記載の発電システム。
【請求項１８】
前記エネルギー供給手段は、モータと、前記モータに前記ロータを動作可能に接続する伝送アセンブリとを備えており、前記モータの回転運動が前記伝送アセンブリを介して前記ロータに伝達されていることを特徴とする請求項１６に記載の発電システム。
【請求項１９】
前記エネルギー供給手段は、
モータと、
前記モータに前記ロータを動作可能に接続するギヤトレインアセンブリと、
前記ギヤトレインアセンブリによって駆動されるＤＣ電源と、
前記ＤＣ電源に前記電磁石を動作可能に接続するリレースイッチ又はスイッチギヤと、を備えており、
前記モータの回転運動が前記ギヤトレインアセンブリを介して前記ロータに伝達されていることを特徴とする請求項１６に記載の発電システム。
【請求項２０】
システム始動時に可動部の慣性を乗り越えるように、前記ベルトアセンブリ、前記ギヤトレイン又は前記伝送アセンブリを前記モータに接続するためのアジャスタをさらに含むことを特徴とする請求項１６から１９のいずれか一項に記載の発電システム。
【請求項２１】
前記アジャスタは、前記ベルトアセンブリ、前記ギヤトレイン又は前記伝送アセンブリに選択的に係合し、且つ、前記ベルトアセンブリ、前記ギヤトレイン又は前記伝送アセンブリから選択的に離脱するように構成されているクラッチであることを特徴とする請求項２０に記載の発電システム。
【請求項２２】
前記クラッチは単板クラッチであることを特徴とする請求項２１に記載の発電システム。
【請求項２３】
可動部が静的及び動的に平衡状態にあることを確実にし、且つ  可動部の動作中に発生するがたつき又はたるみを取り除くために、前記ベルトアセンブリ、前記ギヤトレイン又は前記伝送アセンブリにおいて、カウンターウェイトをさらに含むことを特徴とする請求項１６から１９のいずれか一項に記載の発電システム。
【請求項２４】
１つのユニットの電気出力を増加させるように、２以上の動作可能に接続された請求項１６から１９のいずれか一項に記載の発電システムを備えることを特徴とする統合発電システム。
【請求項２５】
前記発電システムはカスケード（直列）接続されていることを特徴とする請求項２４に記載の統合発電システム。
【請求項２６】
前記発電システムは並列に接続されていることを特徴とする請求項２４に記載の統合発電システム。
【請求項２７】
前記発電システムは、直列及び並列の両方で接続されていることを特徴とする請求項２４に記載の統合発電システム。
【請求項２８】
請求項１６から１９のいずれか一項に記載の１又は複数の発電システムを含む配電ネットワークであって、当該配電ネットワークの選択した部分に電力安定性を提供するように構成されていることを特徴とする配電ネットワーク。
【請求項２９】
請求項１から１５のいずれか一項に記載の１又は複数の発電機を含む自動車用エンジン。
【請求項３０】
請求項２９に記載の自動車用エンジンを含む船舶。
【請求項３１】
前記ステータのメタ磁性材料内の誘導メタ磁性は、前記コイル手段内で自発的に且つコヒーレントに電流を増加させる瞬間的な５つの段階を備えることを特徴とする請求項１から１５のいずれか一項に記載の発電機。
【請求項３２】
前記瞬間的な５つの段階は、
磁束が前記ロータから前記ステータへと導かれる、前記ロータと前記ステータとの間に電磁誘導の典型的なファラデーの法則を有する第１段階と、
前記外部電気負荷の存在による、前記コイル手段における電流からの追加磁束が前記ロータから前記ステータへと導かれる第２段階と、
前記第１段階からの磁束が前記第２段階からの追加磁束と相互作用して、前記ステータを貫通するように前記ロータから前記ステータに導かれる強力な合成磁束を形成する第３段階と、
前記第３段階からの前記合成磁束は、前記ステータの材料がメタ磁性状態に入るようにメタ磁性特性を与え、且つ、前記材料内の他の磁性原子に同様の放出を引き起させる追加のコヒーレントな磁場を解放し、その結果、コヒーレントな磁場の強力なビームが前記材料内で瞬間的に生成される第４段階と、
前記第４段階で前記ステータの材料内に発生した前記コヒーレントな磁場の強力なビームは、アンペアの法則の応用を介して、前記ステータの前記コイル手段内の強力な電流に瞬間的に変換される第５段階と、を含むことを特徴とする請求項３１に記載の発電機。
【請求項３３】
２以上の対応する外部電気負荷に応答して２以上の選択位相の交流電流を個別且つ同時に発生させるように、前記コイル手段が動作可能に接続されていることを特徴とする請求項１２に記載の発電機。
【請求項３４】
前記コイル手段における自発的且つコヒーレントな電流増加は、前記電磁石への電力供給を終結させるようにリレー又はスイッチギヤを停止させることによって、前記ロータが動作を継続しているのにもかかわらず、瞬間的に停止することを特徴とする請求項３１に記載の発電機。
【請求項３５】
始動及び停止のための、並びに、前記システムが電力安定領域で動作していないときに外部電荷の変化に対処するための制御ユニットをさらに含むことを特徴とする請求項１６から２７のいずれか一項に記載の発電機システム。
【請求項３６】
前記ベルトアセンブリ内に追加のベルト、前記伝送アセンブリ内に追加の駆動シャフト、及び、前記ギヤトレインアセンブリ内に追加のギヤをそれぞれさらに含んでおり、前記モータが２以上の請求項１から１５のいずれか一項に記載の発電機を駆動可能であることを特徴とする請求項１６から２７のいずれか一項に記載の発電システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は発電機及び発電システムに関する。さらに特には、本発明は、発生電流量を効率的に増加させるようにその構成部品の本来の磁気特性を利用する発電機に関する。
【背景技術】
【０００２】
知識を含む文献、行為、又は物品が引用又は説明されている本明細書では、この引用又は説明は、知識の文献、行為もしくは物品又はそれらの任意の組み合わせが優先日の時点で（ｉ）一般の知識の一部であるとも、（ｉｉ）この明細書が関心を寄せるいかなる課題にも対処する試みに関係していることが既知であると認めるものではない。
【０００３】
電磁エネルギーは、構成電場及び構成磁場がほぼ光速であることにより、パワートランスミッション（伝達）の効率的な形式である。電気は、一般的に、パワープラント（発電所）で発生し、そして、ステップアップトランス、（パワープラント間を相互接続するラインである）結合ライン、電送ライン、ステップダウントランス、サブ伝送ライン、高電圧の主要な配電フィーダ、配電変圧器、及び、低電圧伝送ラインのうちの１以上の組み合わせを介して消費者に伝送される。
【０００４】
典型的には、プラントで又は伝送の過程で生成された超過エネルギーを効果的に保存することができず、つまり、通常、これは熱として損失される。品質及び信頼性の水準を維持し、且つ、超過エネルギーの発生を最小化しつつ、電気エネルギーの変化する需要に応えることは発電システムにとって有益である。
【０００５】
さらに、現在、電力の大部分は（天然ガス、石炭、原油などの）化石燃料の燃焼から生成される。化石燃料には当然限りがあり、且つ、燃焼中の大気への二酸化炭素の放出が地球温暖化に寄与することが知られている。
【０００６】
そこで、化石燃料燃焼への依存を減少させるために、発電効率を改善することもまた有益である。
【０００７】
さらに、多くのパワープラントは、伝送グリッド構造内に結合ラインで一つに接続されている。一地域からの追加需要が他の地域のグリッドを不安定化してはならないことを確実にするために、電力安定性は伝送グリッドにおいて不可欠である。従って、変化する電力需要にもかかわらずターミナル電圧及び負荷周波数を維持することもまた発電機に望まれている。
【０００８】
５０Ｈｚ又は６０Ｈｚのいずれかの負荷周波数の選択は、異なるグリッドに採用される規格に依存する。５０Ｈｚシステムの発電機、モータ及びトランスは、６０Ｈｚの同等の構成要素よりも大きくなる傾向があり、一方、５０Ｈｚシステムの伝送ライン及びトランスは、６０Ｈｚシステムよりも低いインピーダンス定格値に達する傾向がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、上述した先行技術の１又は複数の欠点を克服又は少なくとも改善することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の第１実施例によって発電機が提供され、この発電機は、少なくとも部分的にメタ磁性特性を有する材料からなり、且つ、外部電気負荷に接続されるコイル手段を有するステータと、そこに磁場を発生させるための電磁石を有するロータと、を備え、前記ステータに対する前記ロータと磁場との動きが前記コイル手段内に電流を誘導し、前記電磁石は、前記外部電気負荷に関連付けられる磁場と相互作用するのに十分強力な磁場を発生させ、前記ステータのメタ磁性材料内にメタ磁性を誘導して前記コイル手段内の電流を増加させるように構成されている。
【００１１】
メタ磁性は、磁場の狭い範囲に亘って磁化が超線形的に増加する特徴を有する物質の物理的状態である。本発明は、発電効率を増加させるように特定の材料のメタ磁性特性を利用し、それによって上述した先行技術の１以上の欠点を克服する。
【００１２】
さらに、電磁石はロータへの磁化手段として配置され、その磁束はロータとステートとの間でメタ磁性相互作用を発生できるように制御且つ適合可能である。（永久磁石では）磁束が一定であり且つステータのメタ磁性材料のメタ磁性を誘導するのに十分に強力でないという傾向があるので、この目的のために永久磁石はロータに使用されない。
【００１３】
好ましくは、ロータは、少なくとも部分的に非メタ磁性特性を有する他材料からなる。これは、電磁石とステータとの間に発生する深いメタ磁性相互作用からロータの残り部分を（磁気）絶縁するために必要である。これら目的のために、典型的には、他材料はメタ磁性材料よりも高い透磁率を有する。
【００１４】
同様に、ステータのメタ磁性材料がそこに誘導されたメタ磁性を有するか否かに関係せずに、他材料は完全に飽和した磁束密度を有する。これもまた、ロータとステータとの間のさらなる磁気絶縁を提供する機能を果たす。
【００１５】
パーマロイ、珪素鉄、純鉄、リレースチール又は鉄同等物を含む材料は、この目的に適している。
【００１６】
最適には、ステータのメタ磁性材料の磁束密度及び磁場強度は、メタ磁性がそこに誘導されたときに、超線形的に増加する。
【００１７】
好ましい実施形態では、メタ磁性材料は、適用磁場に応答してメタ磁性状態に入る磁性材料である。
【００１８】
アルニコＶ、ステロイ、又は、ステロイ同等物のような材料がこの目的に適している。
【００１９】
典型的には、他材料及びメタ磁性材料は、パーマロイ及びアルニコＶ、パーマロイ及びステロイ、珪素鉄及びアルニコＶ、珪素鉄及びステロイ、純鉄及びアルニコＶ、純鉄及びステロイ、リレースチール及びアルニコＶ、リレースチール及びステロイ、並びに、鉄同等物及びステロイ同等物からなる群から選択される対をそれぞれ含んでいる。
【００２０】
電磁石は、直径方向に向かい合った第１及び第２の対の極を備える。好ましい実施形態では、極は、ロータの平面視において各極から均一な磁束ビームを適用し且つロータの立面（正面）視において均等な平面ビームを適用する断面領域を有する。
【００２１】
ステータは、コイル手段を有する中空シリンダ（円柱）であり、該コイル手段はその内壁の（１又は複数の）所定位置で提供されうる。また、コイル手段は、中空シリンダの内壁に形成された縦に延在する（１又は複数の）溝内にも提供されうる。ステータはロータを包囲して、２つの間の磁束漏れを最小化しうる。また外部ケースがステータを包囲してもよい。
【００２２】
好ましい実施形態では、コイル手段は、平行な、絶縁された、捻られていない、細い、円形断面のマルチスタンダードの複数のワイヤを備えており、各ワイヤは均等な磁束を受けるように縦に延在する溝内に配置される。
【００２３】
典型的には、コイル手段の一部が全三相交流電流（ＡＣ）出力を提供するように、コイル手段は、選択された位相の交流電流を発生させるよう動作可能に接続されている。
【００２４】
特に好ましい実施形態では、ロータの角速度及びそれによって発生した電流の周波数は、ロータとステータとの間のメタ磁性相互作用にもかかわらず、実質的に一定である。これらの実施形態は、上述の伝送グリッドにおける電力安定性の課題を解決するのに特に適している。
【００２５】
本発明の第２実施例では、発電システムが提供され、この発電システムは、第１実施例の発電機と、磁気エネルギーを電磁石に供給し、且つ、機械的エネルギーをロータに供給するためのエネルギー供給手段と、を備え、発電機によって発生した電流とは独立して磁気エネルギー及び機械的エネルギーが発電機に供給されている。
【００２６】
エネルギー供給手段は、モータと、モータにロータを動作可能に接続するベルトアセンブリとを備えており、モータの回転運動がベルトアセンブリを介してロータに伝達されている。
【００２７】
あるいは、エネルギー供給手段は、モータと、モータにロータを動作可能に接続する伝送アセンブリとを備えており、モータの回転運動が伝送アセンブリを介してロータに伝達されている。
【００２８】
あるいは、エネルギー供給手段は、モータと、モータにロータを動作可能に接続するギヤトレインアセンブリと、ギヤトレインアセンブリによって駆動されるＤＣ電源と、ＤＣ電源に電磁石を動作可能に接続するリレースイッチ又はスイッチギヤと、を備えており、モータの回転運動がギヤトレインアセンブリを介してロータに伝達されている。
【００２９】
発電システムは、システム始動時に可動部の慣性を乗り越えるように、ベルトアセンブリ、ギヤトレイン又は伝送アセンブリをモータに接続するためのアジャスタをさらに含みうる。
【００３０】
アジャスタは、ベルトアセンブリ、ギヤトレイン又は伝送アセンブリに選択的に係合し、且つ、ベルトアセンブリ、ギヤトレイン又は伝送アセンブリから選択的に離脱するように構成されているクラッチである。
【００３１】
発電システムは、可動部が静的及び動的平衡状態にあることを確実にさせ、且つ  可動部の動作中に発生するがたつき又はたるみを取り除くために、前記ベルトアセンブリ、前記ギヤトレイン又は伝送アセンブリ内にカウンターウェイトをさらに含む。
【００３２】
典型的には、モータは、ディーゼルエンジン又はその同等物以外のＡＣモータである。これは、発電システムがカスケード（直列）接続されることを可能にする。ベルトアセンブリ又は伝送アセンブリの使用により、モータが発電機に直接的に接続されないことが保証される。間接的な接続により、モータが発電機に結合される前に必要な回転速度及び電力を得ることが可能である。
【００３３】
換言すると、システム始動中に、発電機はモータと機械的及び電気的に絶縁されている。結合されると、ベルトアセンブリ又は伝送アセンブリのギヤ比が、モータを高速で回転させ、且つ、（回転につき２電圧サイクルを提供する四極の使用により）発電機を２５Ｈｚ又は３０Ｈｚで回転可能にする手段を提供する。
【００３４】
ベルトアセンブリのカウンターウェイトと伝送アセンブリのギヤトレインとは、それぞれ、モータと発電機との間に動的平衡を提供する。定常状態では、角運動量の保存により、ベルトアセンブリのカウンターウェイト及び伝送アセンブリのギヤトレインが、可動部から発生するがたつき又はたるみを全て取り除くことを可能にする。
【００３５】
発電システムの実施形態は、ギヤトレインアセンブリを含んでおり、典型的には、ギヤは、ロックナットによって、モータシャフトにしっかりと螺着され且つ固定されている。そして、これらのギヤは、ロックナットによって発電機のシャフトに装着され且つ固定された他のギヤと噛み合う。
【００３６】
モータがギヤトレインを介して発電機と直接に機械的接続されていることが分かる。
【００３７】
あるいは、モータシャフト及び関連ギヤを接続し、限られた滑りの形態で時間遅延をさせ、且つ、モータがシステム始動中に速度を増加させることを可能にするように単板クラッチを採用することができる。
【００３８】
リレースイッチ（又はスイッチギヤ）が停止しているとき、電力供給は発電機の電磁石には提供されず、また、電磁誘導のファラデーの法則もここでは起こらない。リレースイッチ（又はスイッチギヤ）の停止状態は、モータが発電機内のロータの慣性を乗り越えることだけを必要とするように、システム始動時に発電機が電気的に絶縁されることを確実にする。
【００３９】
ロータが必要な回転速度に達したとき、電磁誘導のファラデーの法則を介して三相ＡＣ出力を生成するようにリレースイッチ（又はスイッチギヤ）が起動される。
【００４０】
ギヤトレインは、モータと発電機との間の動的平衡をも提供する。定常状態では、角運動量の保存により、ギヤトレインが様々な可動部に関する全てのぐらつき又はたるみを取り除くことを可能にする。
【００４１】
本発明の第３実施例では統合発電システムが提供され、この統合発電システムは、１つのユニットの電気出力を増加させるように、２以上の動作可能に接続された本発明の第２実施例の発電システムを備える。
【００４２】
発電システムは、直列、並列、又はこの２種の組み合わせで接続されている
【００４３】
本発明の第４実施例では配電ネットワークが提供され、この配電ネットワークは、１又は複数の本発明の第２実施例の発電システムを含む配電ネットワークであって、当該配電ネットワークの選択した部分に電力安定性を提供するように構成されている。
【００４４】
本発明の第５実施例では自動車用エンジンが提供され、この自動車用エンジンは本発明の第２実施例の１又は複数の発電機を含む。
【００４５】
本発明の第６実施例では船舶が提供され、この船舶は本発明の第５実施例の自動車用エンジンを含む。
【００４６】
本発明の第７実施例では発電システムが提供され、この発電システムは、２以上の動作可能に接続された本発明の第１実施例の発電機を備える。  
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明の第１実施形態の発電システムの斜視図。
【図２】図１のシステムの発電要素の断面図。
【図３】Ｙ接続で接続されるように示された、発電機のステータのコイルの図。
【図４】負荷なし又はごく僅かな負荷で動作する、図１及び図２の発電機の拡大図。
【図５】ステータが完全な負荷で動作するときに磁束が生成される図１及び図２の発電機の拡大図。
【図６】発電機のステータとロータとの間の磁気相互作用中の磁束分布の拡大図。
【図７】ステータの磁性材料内の飽和した磁場放出の概略図。
【図８】ロータ及びステータの両方が磁性材料の薄い絶縁されたラミネーションを含む、円柱状ステータ内で回転するロータの、部分的に断面を示す等角図。
【図９】非メタ磁性材料及びメタ磁性材料の特定の共役対の飽和曲線を示す図。
【図１０】薄い絶縁されたラミネーションなしに、発電機の磁気構造内に誘導された大きい渦電流の存在を示す図。
【図１１】発電機の磁気構造が薄い絶縁されたラミネーション内に分割されたときの渦電流の減少を示す図。
【図１２】本発明の第２実施形態の発電システムの、部分的に断面を示す立面図。
【図１３】本発明の第２実施形態の発電システムでの使用に適したタッチスクリーンディスプレイを有する制御ユニットの動作を示すフローチャート。
【図１４】本発明の第３実施形態の発電システムの斜視図。
【図１５】プライムムーバーをギヤトレインの各ギヤに接続する単板クラッチの立面図。
【図１６】図１５の単板クラッチ内に使用される摩擦板の断面図。
【図１７】本発明の第３実施形態の発電システムでの使用に適したタッチスクリーンディスプレイを有する制御ユニットの動作を示すフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【００４８】
図面を参照すると、いくつかの図面を通して及びさらに具体的には図１について、参照番号は同一の又は対応する部分を示し、本発明による発電システム１０は、プライムムーバー（主発動機）２０、コンベアベルトシステム３０、発電機４０、エキサイタ（励磁機）５０、プラットフォーム６０を含む。
【００４９】
発電機４０は、メタ磁性効果発電機（Ｍｅｔａ−ｍａｇｎｅｔｉｃ  Ｅｆｆｅｃｔ  Ｄｙｎａｍｏ）の形態をとる。
【００５０】
プライムムーバー２０はＡＣ（交流）モータである。外部電源から提供される交流（ＡＣ）は、ワイヤコイル内のマグネットを回転させるか、又は、強力マグネット内のワイヤコイルを回転させる機械的トルクを発生させるのに使用される。どちらにせよ、発生した機械的トルクは、プライムムーバー２０のシャフト２１を回転させるのに使用される。１種類のみのプライムムーバー２０が表されているが、プライムムーバー２０を単相交流（ＡＣ）モータ又はその入力電力のためのＤＣ−ＡＣコンバータを有するＤＣ（直流）モータとすることができる。
【００５１】
プライムムーバー２０にＡＣモータを採用することにより、本発明の発電システム全体がカスケード（直列）接続されることを可能にする。
【００５２】
プライムムーバー２０の入力電源ケーブル２２，２３，２４は、化石燃料蒸気タービン、天然ガス蒸気タービン、水力発電機、ディーゼルエンジン、石油エンジン、蒸気エンジン、燃料電池発電機、（太陽、風力、水素発電、波エネルギー、又はバイオマスのような）代替エネルギー源を使用するＡＣ又はＤＣ発電機、及び、本発明に使用されるプライムムーバー２０を駆動することに必要とされるＡＣ又はＤＣ電力を提供可能な任意の発電ユニットのような外部発電機に接続可能である。
【００５３】
コンベヤベルトシステム３０は、プライムムーバー２０からメタ磁性効果発電機４０及びエキサイタ５０に回転エネルギーを伝達するようにコンベヤベルトを使用する。コンベヤベルト３１は、プライムムーバー２０のシャフト２１を中間シャフト３４に接続する。コンベヤベルト３２は、中間シャフト３４をメタ磁性効果発電機４０のシャフト４１に接続する。コンベヤベルト３３は、メタ磁性効果発電機４０のシャフト４１をエキサイタ５０のシャフト５１に接続する。中間シャフト３４は、プライムムーバー２０のシャフト２１によって駆動されたときに、（回転につき２電圧サイクルを提供する四極ロータ（回転子）の使用によって）メタ磁性効果発電機４０のシャフト４１が２５Ｈｚ又は３０Ｈｚで回転することを確実にする。
【００５４】
カウンターウェイト（平衡重り）３５は、コンベヤベルトシステム３０の動作が静的及び動的に平衡状態になることを確実にする。アジャスタ３６はクラッチとして働く。始動時にプライムムーバー２０が必要なアイドリング回転速度を得るために、コンベヤベルトシステム３０からプライムムーバー２０を離脱させるようにそれは緩められる。必要なアイドリング回転速度に達したときにプライムムーバー２０をコンベヤベルトシステム３０に係合させるようにそれは締められる。
【００５５】
エキサイタ５０は、メタ磁性効果発電機４０に必要とされるＤＣ電力を発生させるオルタネータ（交流電源）である。これは、ロータ（回転子）、ステータ（固定子）、及び、レギュレータとの整流ブリッジという３つの主要な構成要素からなる。オルタネータにおけるＡＣ発電の原理は磁力線間の動きであり、コンダクタ（導体）が電圧（ＡＣ電圧）を誘導する。オルタネータでは、ロータが磁力線を供給し、ロータを回転させるコンベヤベルト３３が動きを提供する。発生したＡＣ電力はレギュレータとの整流ブリッジによってＤＣ電力に変換される。エキサイタ５０によって発生したＤＣ電力は、出力電力ケーブル５３（正のＤＣ電圧）及び出力電力ケーブル５２（接地）を介して、メタ磁性効果発電機４０に供給される。
【００５６】
１種類のみのエキサイタ５０が示されているが、エキサイタ５０をバッテリ又は燃料電池を含む任意のＤＣ電源とすることも可能である。
【００５７】
メタ磁性効果発電機４０はコンベヤベルト３２によって駆動される同期装置である。これは、そのステータ４２の磁気構造内から電力を発生させるメタ磁性効果を使用する。
【００５８】
図２は、メタ磁性効果発電機４０を示す。同期装置の２つの主要部品は磁気構造を有する。ステータ４２と称される本質的には中空シリンダである固定部は、ステータ巻線のコイルを内蔵する縦スロット（溝）を有する。これらの巻線は供給電流を電気負荷に伝送する。ロータ４３はシャフトに取り付けられた装置部品であり、中空ステータ４２内で回転する。界磁巻線と称されるロータ４３上の巻線は、エキサイタ５０からＤＣ電流で供給される。
【００５９】
図８に示すように、ロータ４３は、均等配置された四極の断面（領域）を有する１体の長形ブロックである。
【００６０】
ロータ４３は４つの極を有し、回転につき各コイルでは２電圧サイクルが生じる。回転ごとのサイクル数は極の対の数と等しいので、発生電圧の周波数は以下の式から得られる。
ｆ＝（Ｐ／２）＊（Ｎ／６０）＝（Ｐ／２）＊ｆｍ  Ｈｚ
ここで、
ｆ＝電気周波数（Ｈｚ）
Ｐ＝極の数
Ｎ＝１分当たりのロータ回転速度（ｒｐｍ）、
ｆｍ＝Ｎ／６０、１秒当たりの回転における機械的周波数（ｒｐｓ）
（コンベヤベルト３２によって駆動されるシャフト４１の周波数）
【００６１】
従って、四極ロータ４３が２５Ｈｚ（Ｐ＝４、Ｎ／６０＝２５）で回転するとき、電気周波数ｆは、以下のようになる。
ｆ＝４／２＊２５＝２＊２５＝５０  Ｈｚ
３０Ｈｚでは、電気周波数は、以下のようになる。
ｆ＝４／２＊３０＝２＊３０＝６０  Ｈｚ
【００６２】
図２に示すとおり、ステータ４２の両側のコイルは、１８０度離れたａ及びａ’に存在する。同様のコイルがスロットｂ及びｂ’並びにｃ及びｃ’内にある。スロットａ、ｂ及びｃ内のコイルは６０度離れている。各位相の２つのコイルが直列又は並列に接続されている。図３は、各位相の２つのコイルが直列接続されているステータ４２の巻線のＹ結線を示している。Ｙ結線のステータ４２の巻線は三相ＡＣ電力を出力として発生させることを可能にする。スロット内に示されたコンダクタは１巻きのコイルを示しているが、このコイルを図８に示すように複数巻きとすることもできる。
【００６３】
磁束（Φ）が本体又は構成要素内に存在するときは常に磁場（Ｈ）の存在によるものである。この磁場Ｈは以下の式で与えられる。
Ｈ＝Ｕ／ｌ
ここで、
Ｈ＝磁場［Ａ／ｍ］
Ｕ＝構成要素に作動する起磁力（ｍｍｆ）［Ａ］又は［アンペアターン］
ｌ＝構成要素の長さ［ｍ］
結果として生じる磁束密度（Ｂ）は、以下の式で与えられる。
Ｂ＝Φ／Ａ
ここで、
Ｂ＝磁束密度［Ｔ］
Φ＝構成要素における磁束［ｗｂ］
Ａ＝構成要素の断面積［ｍ２］
【００６４】
任意の材料の磁束密度（Ｂ）と磁場（Ｈ）との間には明確な関係が存在する。当該関係は、通常、図９に示される材料のＢ−Ｈ曲線で図示される。
【００６５】
図４では、メタ磁性効果発電機４０が負荷なしで作動している。ステータ４２の巻線内に誘導された小さい電流は極からの磁束Φ１にあまり影響を与えない。
【００６６】
１又は複数の電気負荷の存在下では、ステータ４２はその正常電流を流す。これにより、単独で作動するならば図５のように磁束Φ２を生成する強力な起磁力を生み出す。
【００６７】
Φ１及びΦ２を重ね合わせることにより、図６に示すように、合成（結果として生じる）磁束Φ３が得られる。磁束Φ３の磁束密度は、領域Ａで増加し、且つ、領域Ｂで減少する。即ち、強力な合成磁束（又は磁束密度Ｂ）が領域Ａで構成される。
【００６８】
発電機４０における自発的な磁場放出に関する５つの段階が存在する。段階１は、ロータ４３からステータ４２への電磁誘導の典型的なファラデーの法則であり、図４に示すとおり、磁束はロータ４３からステータ４２へと導かれる。段階２では、図５に示すとおり、ステータ４２のコイル手段内の（外部負荷の存在による）電流からの追加磁束がステータ４２からロータ４３へと導かれる。段階３では、図６に示すとおり、ロータ４３からステータ４２へと導かれる強力な合成磁束（又は磁束密度Ｂ）を形成するように、段階１からの磁束が段階２からの追加磁束と相互作用する。磁束密度と磁場との間の明確な関係により、強力な磁束がステータ４２の磁性材料を貫通すると、非常に強力な磁場（Ｈ）がステータ４２の磁性材料内部に発生する。段階４では、図７に示すとおり、この入射磁場（Ｈ）が磁性原子内の２つのエネルギー準位間で転移を引き起こし、そこでは、別の磁性原子をトリガー（誘発）するように追加の同一且つコヒーレント（同位相）な磁場を放射してＥ１からＥ０へと転移する。Ｅ１とＥ０との間の不連続のエネルギー準位は、磁性原子が一定量のエネルギーを非連続的に吸収又は放出することのみ可能であることを意味する。これは、外部適用（印加）磁場が特定且つ狭い範囲でなければならない理由を説明する。段階５では、これらステータ４２内のコヒーレントな磁場が、ステータ４２のコイル手段内で強力な電流に瞬間的に変換される。ステータ４２の巻線における強力な電流とこれらコヒーレントな磁場との間の関係は、アンペアの法則の応用を介して構成可能である。アンペアの法則は、構成要素の閉路の周りの起磁力（Ｕ）が以下の線積分で与えられることを表す。
［式１］
2011520417.tif 000003
ここで、
ｉ＝閉路によって境界された領域を通過する誘導電流
Ｈ＝磁場強度
Ｈ．ｄｌ＝Ｈのタンジェント要素と経路に亘る増加距離ｄｌとの積
【００６９】
換言すると、強化された磁場に関する磁気エネルギーは、ステータ４２の巻線によって電気エネルギーに吸収及び変換され、プライムムーバー２０に供給された入力電力と比較して（電気負荷の存在下で）より大きい電力が発生する。誘導磁場が互いにコヒーレントであると、発生した“エクストラ（追加）”ＡＣ電力は互いに同調し、且つ、同じ周波数（５０Ｈｚ又は６０Ｈｚ）を有する。従って、発生したＡＣ出力電力はクリーンでありノイズがない。
【００７０】
さらに、ロータ４３の各極からの（段階３にて発生した）強力な磁束は、発電機４０の横断面側から見ると細いビーム状であり、発電機の長手側から見ると一様な平面ビーム状である。ステータ４２のコイル手段がこのような強力且つ一様な磁束に曝されるときに、図８に示すような、小さい、ねじられていない、且つ、互いに平行なマルチスタンダードの銅ワイヤが使用される。さらに、円形シングルワイヤ（単線）又はフラットシングルワイヤに対して小さい円形横断面を有するワイヤを使用することで、ＡＣ電流伝送のためのさらなる表面領域を有するという利点がある。各ワイヤはエナメルコーティングによって絶縁されている。
【００７１】
本発明では、ステータ４２は、磁性材料、又は、ロータ４３内に使用された磁性材料に対してメタ磁性効果によって誘導可能な任意の合金からなる。メタ磁性効果は、（図６の領域Ａで自走密度Φ３によってもたらされる）外部適用された磁場の狭い範囲の磁化の超線形（ｓｕｐｅｒ−ｌｉｎｅａｒ）増加（誘導された該物質内の磁場の放出）の特徴を有する（ステータ４２の磁性材料のような）物質の物理状態である。
【００７２】
ステータ４２の磁性材料の特性は磁区の存在による。磁区は結晶構造物質の一領域であって、その体積が１０−１２から１０−８ｍ３の間であり、その磁気モーメントが同じ方向に整列する原子を含有する。磁性原子の磁気モーメントは、原子の完全に満たされていない内殻における電子スピンに起因する。磁区の形成は、磁性原子を含む結晶格子において有効である強力な原子間力（交換力）に依存する。
【００７３】
ステータ４２本体（試験体）の磁化されていない体積内では、本体が結果として磁気モーメントを有さないように磁気軸が全方向を指した状態で、磁区がランダムに配列されている。
【００７４】
磁場の影響下で、これら磁区の磁気軸が磁場方向に近い方向を有し、磁区がその隣接する磁区を取り込んで成長する。このプロセスでは、隣接する磁区の原子が磁場の方向に整列される傾向にあるが、成長する磁区の強力な影響によって、その磁気軸に対して平行にその軸を整列させる。磁区の成長は、結果として生じる磁気モーメントにつながり、即ち、磁場の方向に本体を磁化することにつながる。
【００７５】
しかしながら、非常に強力な適用磁場は、ステータ４２本体内に誘導放出を引き起こす。図７は、誘導放出による磁性原子の２つのエネルギー準位間の転移を示し、そこでは、入射磁場（Ｈ）がＥ１からＥ０への転移を引き起こす。誘導放出では、放射された磁場は入射磁場と正確に同調するので、その結果物がコヒーレントな磁場の強化ビームであり、これらコヒーレントな磁場はアンペアの法則の応用を介してステータ４２の巻線内の強力な電流に瞬間的に変換される。
【００７６】
換言すると、強化磁場に関する磁気エネルギーは、ステータ４２の巻線によって電気エネルギーに吸収及び変換され、結果として、プライムムーバー２０に供給される入力電力と比較して（電気負荷の存在下で）より大きい電力が発生する。
【００７７】
コヒーレントな磁場の強化ビームにより、配電ネットワーク又はナショナルグリッド（全国高圧送電線網）における電力安定のための装置として、本発明を使用することが可能である。より大きい負荷需要があるとき、強化磁場のコヒーレント特性により、位相角又は周波数（５０Ｈｚ又は６０Ｈｚ）の変更なしで追加電力を発生させることが可能である。この方法では、不測の出力に対応可能であり、且つ同時に、電力不安定性による予期しない電力トリップ（切れ）を避けることができる。
【００７８】
プライムムーバー２０での入力エネルギーに対する“超過”電気エネルギーがステータ４２の磁性材料内から発生するので、本発明ではエネルギー保存則が順守されている。電子と陽子との間の電気引力は、それらの間の重力（の大きさ）よりも約１０３９倍大きい。即ち、相対的な動きによるこれらの力（本発明における磁力）の特性における小さな変化は出力電力の点で大きい結果をもたらす。さらに、コヒーレントな磁束は、発生した“超過”ＡＣ電力が互いに同調し、同じ周波数（５０Ｈｚ又は６０Ｈｚ）にあることを意味する。
【００７９】
本発明では、ロータ４３はメタ磁性効果に対して不変な磁性材料からなる。ステータ４２内の強化磁束は、飽和状態を領域Ａ内の極先端に固定する。極の左側（領域Ａ）の下の磁束増加は、メタ磁性効果が起こらないときの磁束（増加）よりもわずかに大きいだけである。それ故に、起磁力は、領域Ａでのステータ４２内の強力な磁束存在下であまり増加しない。その結果、電気負荷に伴って増加しない一定のロータ４３の回転速度を得られる。
【００８０】
図９は、発電機４０に応用可能な磁性材料の特定の共役対の特性を示す。磁化手段に使用される磁性材料は、メタ磁性状態に入る領域に対して、非メタ磁性でなければならない。非メタ磁性材料は、高い相対透磁率を有する“パーマロイ” （図９の左側の曲線）のような磁性材料を導入することを特徴とする。そして、（“アルニコＶ”を使用する）コイル手段を有する他の部分領域がメタ磁性状態に入る前又は入っている間、その磁束密度は飽和される必要がある。
【００８１】
段階３での結果として生じる磁束（図６参照）は、ポイントＣで強力な入射磁場をもたらし、これがメタ磁性効果を誘因する。メタ磁性相互作用を介して誘導されうる磁場強度の範囲（又は量）は、ポイントＣとポイントＤとの間である。放射磁場は瞬間的に電流に変換されるので、（ポイントＣとポイントＤとの間の）範囲から誘導される磁場量は、外部負荷によって必要とされる電流量に依存するであろう。
【００８２】
“パーマロイ”はポイントＣとポイントＤとの間で飽和に到達するので、ステータ４２内の磁場における自発増加及び超線形増加はロータ４３に影響しない。その結果、電気負荷に伴って増加しない一定のロータ４３の回転速度を得られる。ロータ４３は、各極とその隣接するステータ領域との間の狭いエアギャップ（空隙）の超過磁束から“絶縁（ｉｓｏｌａｔｅｄ）”されるべきであると言われている。“パーマロイ及びステロイ（Ｓｔｅｌｌｏｙ）”、“珪素鉄及びアルニコＶ”、“珪素鉄及びステロイ”、“純鉄及びアルニコＶ”、“純鉄及びステロイ”のような他の共役対がこれに利用可能である。
【００８３】
渦電流を減少させることは発電機４０にとって重要な事項である。図１０では、ロータ４３及びステータ４２の両方の磁気構造が１体の固体磁性ブロックとして構築されている。磁束Φがこの磁性ブロックを通過するとき、基本的に、それは互いに接触する密に充填された矩形導体のセット（組合わせ）に相当する。渦電流はブロック内部で前後に渦を巻き、図に示される経路に従う。これら渦電流は、ブロックが低い抵抗を有することで非常に大きくなりうる。これら渦電流は、熱に瞬間的に変換される大きいＩ２Ｒ（Ｉは誘導渦電流、Ｒは磁性ブロックの抵抗）損失を生成する。電力損失は回転速度の２乗及び磁束密度（Ｂ）の２乗に比例する。それ故、磁束Φで貫かれる大きい磁性ブロックが（５０Ｈｚ又は６０Ｈｚの周波数でさえも）非常に高温になり、その結果、オーバーヒートする。（これは渦電流損失としても知られる。）
【００８４】
図１１に示すような薄い絶縁ラミネーション（層構造）に分割することによって、渦電流を大いに減少させることができる。各ラミネーションの一片は切られていないブロック全体の断片にすぎないので、誘導電圧はブロック全体における誘導電圧の一部分であり、その結果、渦電流及び対応する損失は非常に削減される。所定の磁性ブロックでは、渦電流損失はラミネーション数の２乗に比例して減少する。本発明では、ロータ４３及びステータ４２の両方の磁気構造は、ミリメートル厚の断片で積層されたラミネーションから構成される。エポキシ／樹脂が、これらラミネーションで使用される絶縁材料である。
【００８５】
図１に戻ると、全体として本発明の入力電力を確実にするように、コンベヤベルトシステム３０は出力電力から電気的に絶縁されている。エキサイタ５０は、メタ磁性効果発電機４０のシャフト４１からコンベヤベルト３３によって機械的に駆動される。メタ磁性効果発電機４０のシャフト４１は、次にコンベヤベルト３２によって機械的に駆動される。エキサイタ５０はステータ４２の出力電力を使用しない。メタ磁性効果中に各極の先端部で磁気飽和が始まるという事実は、ロータ４３を回転させるのに必要な起磁力は別として、各極と隣接するステータ４２の領域との間の狭いエアギャップの超過磁束からロータ４３が“絶縁”されていることを意味する。そこで、２つの電気基準系（Ｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ  Ｆｒａｍｅｓ）が構成される。１つ目は、ロータ４３によって必要とされる起磁力を発生させるためのＤＣ回路（エキサイタ５０とロータ４３とを含む）である。２つ目は、外部電気負荷により必要とされる出力電力を発生させるための三相ＡＣ回路（ステータ４２の巻線及び外部負荷を含む）である。本発明における２つの電気基準系の構築は、各系において電荷保存が維持されることを確実にする。そうでなければ、ロータ４３の磁場巻線の電荷がステータ４２の巻線の電荷より低い（つまり、同じでない）ときに矛盾が起こる。
【００８６】
２つの電気基準系の構築でもたらされる電気的絶縁の別の重要な特性は、本発明の出力電力ケーブル４４（ライブＬ１）、４５（ライブＬ２）、４６（ライブＬ３）及び４７（ライブＬ４）を介して、出力電圧を増加させるように本発明の群を直列にカスケード接続することにより、出力電流を増加させるように本発明の群を並列接続することにより、又は、配電ネットワークにより必要とされる電圧及び電流全体を増加させるように直列及び並列接続の混合として統合された構成を採用することによって、電気出力をさらに増加させることを可能にする。
【００８７】
２つの電気基準系の構築によってもたらされる電気的絶縁は、配電ネットワーク又はナショナルグリッドの各部において、複数の１つのシステム又は統合システムが、電力を増加させ、又は、電力安定性を提供することを可能にする。
【００８８】
表１は、本発明の第１実施形態による発電システムの測定データセットを示す。ステップ１から４は、発電システムを始動させるのに必要な初期化ステップである。ステップ４から８は、発電機４０の“電力安定領域”を示す。この領域では、ロータ４３の角速度及びそれによる発生電流の周波数は、異なる負荷条件下でも実質的に一定のままである。この領域において、発電機４０の出力ケーブルに接続された外部電気負荷の変化に対処（適合）するようにプライムムーバー２０の速度を制御する必要がないことに注目するのは重要である。実際、この領域では外部制御を必要とせず、ステータ４２内の磁気相互作用は直接的に外部電気負荷の変化に応答する。その上、プライムムーバー２０及びロータ４３の両方が常用且つ一定速度で動作するので、電力安定領域にて動作するときに追加冷却は必要とされない。
【００８９】
ステップ９から１１は、発電機４０の“電力強化領域”である。この領域では、発電機４０の出力で増加する負荷に対してロータ４３の角速度を維持するために、プライムムーバー２０による追加電力が必要とされる。
【００９０】
図９に示すとおり、任意の磁性材料の飽和曲線は、Ｈが高いところで真空のＢ−Ｈ曲線に漸近的になる。真空のＢ−Ｈ曲線は直線である。どんなに大きい磁束密度であっても真空は決して飽和しない。銅、紙、ゴム、及び空気のような非磁性材料は、真空のものとほとんど同じＢ−Ｈ曲線を有する。従って、発電機４０にて使用される磁性材料がこの特定領域において真空の特性に近づくので、プライムムーバー２０は、必要な追加のＨを生成するように“電力強化領域”での追加電力を必要とする。
【表１】
2011520417.tif 000004
【００９１】
図１２には、本発明の別実施形態による発電システム１１が示されている。システムは、プライムムーバー２０と、伝送（トランスミッション）アセンブリ７０と、メタ磁性効果発電機４０、エキサイタ５０、プラットフォーム６０、及びタッチスクリーンディスプレイを有する制御ユニット８０から形成される発電機と、を含む。
【００９２】
プライムムーバー２０はＡＣ（交流）モータである。外部電源から提供された交流電流（ＡＣ）は、ワイヤコイル内の磁石の回転手段で又は強力磁石内のワイヤコイルの回転手段で機械的なトルクを生成するのに使用される。いずれにせよ、発生した機械的トルクはプライムムーバー２０のシャフト２１を回転させるのに使用される。プライムムーバー２０は、入力電力ケーブル２２（ライブＬ１）、２３（ライブＬ２）及び２４（ライブＬ３）を介して、そのＡＣ入力電力を受け取る。１種類だけのプライムムーバー２０が示されているが、プライムムーバー２０を、単相交流（ＡＣ）モータ、又は、その入力電力のためにＤＣ−ＡＣコンバータを有するＤＣ（直流）モータとすることも可能である。
【００９３】
プライムムーバー２０の入力電力ケーブル２２（ライブＬ１）、２３（ライブＬ２）及び２４（ライブＬ３）は、化石燃料蒸気タービン、天然ガス蒸気タービン、水力発電機、ディーゼルエンジン、石油エンジン、蒸気エンジン、燃料電池発電機、（太陽、風力、水素発電、波エネルギー、又はバイオマスのような）代替エネルギー源を使用するＡＣ又はＤＣ発電機、及び、本発明に使用されるプライムムーバー２０を駆動することに必要とされるＡＣ又はＤＣ電力を提供可能な任意の発電ユニットのような外部発電機に接続可能である。
【００９４】
プライムムーバー２０は、それが低速で動作するときには全出力に到達しない。最大出力及びトルクに到達する前に、それはかなり高速で回転する必要がある。伝送アセンブリ７０は、一方で、必要な電力を生成するように、プライムムーバー２０のシャフト２１を高速で回転させ、且つ、他方で、（回転ごとに２電圧サイクルを提供する四極ロータの使用によって）メタ磁性効果発電機４０のシャフト４１が２５Ｈｚ又は３０Ｈｚで回転することを確実にするように、その出力シャフトをより低速で回転させる手段を提供する。この減速は遊星ギヤ７３を介して達成される。プライムムーバー２０のシャフト２１は、トルクコンバータ７１のシャフト７２に接続されている。
【００９５】
トルクコンバータ７１は流体継ぎ手デバイスとして働き、以下の利点を提供する。［ａ］駆動する部材と駆動された部材との間の直接の機械的接触の不在により、プライムムーバー２０と伝送アセンブリ７０との間の衝撃及びねじり振動の伝達が最小化される。［ｂ］曖昧な動作の離脱及び係合が滑らかな始動特性を可能にする。［ｃ］流体継ぎ手は、プライムムーバー２０を単に滑らせ、且つ、プライムムーバー２０が過負荷時にその速度を増加させるだけであるので、低速でのプライムムーバー２０の有害な作動から保護する。
【００９６】
出力シャフト７４は、メタ磁性効果発電機４０のシャフト４１に結合される。パワーテイクオフ（動力取り出し装置、ＰＴＯ）７５はエキサイタ５０のシャフト５１に結合される。
【００９７】
伝送制御ユニットとしても知られている電子アセンブリ（ＥＡ）７７は、伝送アセンブリ７０のブレイン（中枢）である。これは、信号ケーブル７６を介して伝送アセンブリ７０に接続されている。１種類のみの伝送アセンブリ７０が示されているが、実際には、伝送アセンブリ７０を手動、半自動又は全自動とすることが可能である。伝送アセンブリ７０は、トルクコンバータ７１の代わりに摩擦クラッチを使用するシステムをも含む。伝送アセンブリ７０は、その構造内に２以上のＰＴＯ７５を有することも可能である。
【００９８】
エキサイタ５０は、メタ磁性効果発電機４０によって必要とされるＤＣ電力を発生させるオルタネータ（交流電源）である。これは、ロータ、ステータ、及び、レギュレータとの整流ブリッジという３つの主要な構成要素からなる。オルタネータにおけるＡＣ発電の原理は磁力線間の動きであり、コンダクタ（導体）が電圧（ＡＣ電圧）を誘導する。オルタネータでは、ロータが磁力線を供給し、ロータを回転させるＰＴＯ７５が動きを提供する。発生したＡＣ電力は、レギュレータとの整流ブリッジによってＤＣ電力に変換される。発生したＤＣ電力は、出力電力ケーブル５３（正のＤＣ電圧）及び出力電力ケーブル５２（接地）を介して、メタ磁性効果発電機４０に供給される。１種類のみのエキサイタ５０が示されているが、実際には、エキサイタ５０をバッテリ又は燃料電池を含む任意のＤＣ電力源とすることも可能である。  
【００９９】
メタ磁性効果発電機４０は、伝送アセンブリ７０の出力シャフト７４によって駆動される同期装置である。これは、そのステータ４２の磁気構造内から電力を発生させるメタ磁性効果を使用する。
【０１００】
図２は、メタ磁性効果発電機４０の横断面図である。同期装置の２つの主要部品は磁気構造である。ステータ４２と称される本質的には中空シリンダである固定部は、ステータ４２の巻線のコイルを内蔵する縦スロット（溝）を有する。これら巻線は供給電流を電気負荷に送る。ロータ４３はシャフトに取り付けられた装置部分であり、中空ステータ４２内で回転する。界磁巻線と称されるロータ４３上の巻線は、出力電力ケーブル５３（正電圧）及び出力電源ケーブル５２（接地）を介して、エキサイタ５０からＤＣ電流で供給される。本発明では、図８に示すとおり、ロータ４３は、均等配置された四極の断面を有する１体の長形ブロックである。
【０１０１】
ロータ４３は４つの極を有し、回転につき各コイルでは２電圧サイクルが生じる。回転ごとのサイクル数は極の対の数と等しいので、発生電圧の周波数は以下の式から得られる。
ｆ＝（Ｐ／２）＊（Ｎ／６０）＝（Ｐ／２）＊ｆｍ  Ｈｚ
ここで、
ｆ＝電気周波数Ｈｚ（５０Ｈｚ又は６０Ｈｚ）
Ｐ＝極の数
Ｎ＝１分当たりのロータ回転速度（ｒｐｍ）、
ｆｍ＝Ｎ／６０、１秒当たりの回転における機械的周波数（ｒｐｓ）
（伝送アセンブリ７０の出力シャフト７４によって駆動されるシャフト４１の周波数）
【０１０２】
メタ磁性相互作用を介して発生したコヒーレントな磁場の強化ビームは、ステータ４２の巻線において強力な電流に瞬間的に変換される。この強力な瞬間電流により、本発明を配電ネットワーク又はナショナルグリッドにおける電力安定の装置として使用することが可能である。大きい負荷需要があるときには、強化磁場のコヒーレントな特性により、位相角又は周波数（５０Ｈｚ又は６０Ｈｚ）を変化させることなく、且つ、出力電圧を変化させることなく、追加電力を発生させることが可能である。この方法では、不測の出力に対応可能であり、同時に、電力不安定性による予期しない電力トリップを避けることができる。
【０１０３】
本発明では、三相ＡＣ電力が発生しており、出力電力ケーブル４４（ライブＬ１）、４５（ライブＬ２）、４６（ライブＬ３）及び４７（ニュートラル）を介して、外部負荷に供給可能である。
【０１０４】
タッチスクリーンディスプレイ８０を有する制御ユニットは、発電システム１１のメインブレイン（主要中枢部）である。これは、シーケンスの始動及び停止のような本発明の動作を制御することに使用される。制御ユニットは２つの通信ポートを有し、それぞれがＲＳ−２３２Ｃ又はＲＳ−４８５通信プロトコルをサポートする。一方のポートは、それをパーソナルコンピュータ又はラップトップに接続することにより、制御シーケンスを入力することに使用される。他方のポートは、ＳＡＥ  Ｊ１７０８、ＳＡＥ  Ｊ１５８７、ＳＡＥ  Ｊ１９３９及びＣＡＮ−ｂｕｓプロトコルのような追加の通信プロトコルを介して伝送（アセンブリ）７０の電子アセンブリ７７と通信することに使用される。
【０１０５】
図１３は、タッチスクリーンディスプレイ８０を有する制御ユニットの動作のフローチャートを示す。ステップＳ１００にて始動すると、ステップＳ１１０にて制御ユニット８０は初期化を実行し、そして、ステップ１２０にてそのタッチスクリーンからのボタンクリックを待つ。ステップＳ１２０にてタッチスクリーンディスプレイからの電源ＯＮ（Ｐｏｗｅｒ−ＯＮ）ボタンのクリックを受け取ると、伝送アセンブリ７０をニュートラルモードにシフトするように、ステップＳ１３０にて電子アセンブリ７７へ要求コマンドを送信する。ステップＳ１４０にて、ニュートラル動作（係合）の成功を知らせるＥＡ応答メッセージを待つ。Ｓ１４０にて適当な応答を受け取ったときに、Ｓ１５０にてプライムムーバー２０を立ち上げるためにリレー又はスイッチギヤ（開閉装置）を駆動するように離散信号を発行する。ステップＳ１６０にて必要なｒｐｍ値を得られるまで待機する。ステップＳ１６０にて必要なＲＰＭが確認されたとき、ステップＳ１７０にて、制御ユニット８０は、伝送アセンブリ７０を駆動（ドライブ）モードにシフトするように、要求コマンドを電子アセンブリ７７に送信する。ステップＳ１８０にて、出力シャフト７４が必要なｒｐｍ値（回転ごとに２電圧サイクルを提供する四極ロータの使用で２５Ｈｚ又は３０Ｈｚ）を得るまで待機する。出力シャフト７４の必要なｒｐｍ値が確認されたとき、ステップＳ１９０にて、エキサイタ５０を駆動させるためにＰＴＯ７５を作動（係合）させるように、要求コマンドを電子アセンブリ７７に送信する。このステップの後でメタ磁性効果発電システム１１が完全に機能する。
【０１０６】
ステップＳ１２０にて、タッチスクリーンディスプレイからの電源切断（Ｐｏｗｅｒ−ＯＦＦ）ボタンのクリックを受け取ると、ステップＳ２００にて、制御ユニット８０は、動作状態からエキサイタ５０を停止させるためにＰＴＯ７５を解除するように、要求コマンドを電子アセンブリ７７に送信する。ステップＳ２１０にて、ＰＴＯの解除成功を知らせるＥＡ応答メッセージを待つ。ステップＳ２１０にて適当な応答を受け取ったとき、ステップＳ２２０にて、ニュートラルモードに伝送アセンブリ７０をシフトするように、要求コマンドをＥＡ７７に送信する。そして、ステップＳ２３０にて適当な応答を待つ。ステップＳ２３０にて適当な応答を受け取ったとき、ステップＳ２４０にて、プライムムーバー２０への入力電力供給を切断するようにリレー又はスイッチギヤを停止させる離散信号を発行する。
【０１０７】
電源切断のためのより効率的なアプローチは、ステップＳ２００にて、ＰＴＯ７５を解除する要求コマンドの前にリレー又はスイッチングギヤを解除するように離散信号を送信する追加のタスクを含むことと同様に、出力電力ケーブル５３と出力電力ケーブル５２との間にリレー又はスイッチギヤを挿入すること（図示せず）である。この方法では、本発明における瞬間的な電源切断を達成可能である。
【０１０８】
制御ユニット８０はシステムの始動及び停止に主に使用される。それは、システムが電力安定領域で動作していないときに外部負荷の変化に対処することにも使用可能である。制御ユニット８０は、出力シャフト７４に必要なドライブモードのｒｐｍ値の変化を介して外部負荷の変化をモニタリングする。ステップＳ１２０にて、タッチスクリーンディスプレイから負荷変化ボタンのクリックを受け取ると、ステップＳ３００にて、出力シャフト７４のドライブモードのｒｐｍ値のために要求コマンドを電子アセンブリ７７に送信する。ステップＳ３１０にて、ドライブモードｒｐｍ値を知らせるＥＡ応答メッセージを待つ。Ｓ３１０にて適当な値が得られたならば、負荷変化がまだ有効であるかどうかをチェックするようにステップＳ１２０に戻る。負荷変化ボタンがまだ有効である場合、ステップＳ１２０、Ｓ３００及びＳ３１０がドライブモードのｒｐｍ値のモニタリングを続けるために繰り返される。Ｓ３１０にて変化が検知されたとき、ステップＳ３２０に入って、プライムムーバー２０の入力電力ケーブルに接続されたＡＣ電源に離散信号、アナログ信号、又はコマンドを発行し、そして、負荷の変化に応答してプライムムーバー２０への電力供給を増加又は減少させることをＡＣ電源に指示する。それから、負荷変化ボタンがまた有効であるかどうかをチェックするためにステップＳ１２０に戻る。負荷変化ボタンがまだ有効である場合、出力シャフト７４に必要なドライブモードｒｐｍ値が確立され且つ維持されるまで、ステップＳ１２０、Ｓ３００、Ｓ３１０及びＳ３２０が繰り返される。
【０１０９】
全体として本発明の入力電力を確実にする、伝送アセンブリ７０は電気的にその出力電力から電気的に絶縁されている。エキサイタ５０はＰＴＯ７５によって機械的に駆動される。メタ磁性効果発電機４０のシャフト４１は、次に、出力シャフト７４によって機械的に駆動される。エキサイタ５０はステータ４２の出力電力を使用しない。メタ磁性効果中に各極先端で磁気飽和が始まるという事実は、ロータ４３を回転させるのに必要な起磁力は別として、各極とその隣接するステータ４２の領域との間の狭いエアギャップの超過磁束からロータ４３は“絶縁”されていることを意味する。そこで、２つの電気基準系が構成される。１つ目は、ロータ４３によって必要とされる起磁力を発生させるためのＤＣ回路（エキサイタ５０とロータ４３とを含む）である。２つ目は、外部電気負荷により必要とされる出力電力を発生させるための三相ＡＣ回路（ステータ４２の巻線及び外部負荷を含む）である。本発明での２つの電気基準系の構築は、各系において電荷保存が維持されることを確実にする。そうでなければ、ロータ４３の磁場巻線の電荷がステータ４２の巻線の電荷より低い（つまり、同じでない）ときに矛盾が起こる。
【０１１０】
図１４には、本発明のさらに別の実施形態による発電システム１２が示されている。システムは、プライムムーバー２０と、ギヤトレイン（歯車列）アセンブリ９０（３つのギヤ９１、９２及び９３）、メタ磁性効果発電機４０、エキサイタ５０、プラットフォーム６０、及び、タッチスクリーンディスプレイを有する制御ユニット８０から形成される発電機を含む。
【０１１１】
プライムムーバー２０はＡＣ（交流）モータである。外部電源から提供された交流電流（ＡＣ）は、ワイヤコイル内の磁石の回転手段で又は強力磁石内のワイヤコイルの回転手段で、機械的なトルクを生成するのに使用される。どちらにせよ、発生した機械的トルクはプライムムーバー２０のシャフト２１を回転させるのに使用される。プライムムーバー２０は、入力電力ケーブル２２（ライブＬ１）、２３（ライブＬ２）及び２４（ライブＬ３）を介して、そのＡＣ入力電力を受け取る。１種類だけのプライムムーバー２０が示されているが、プライムムーバー２０を、単相交流（ＡＣ）モータ、又は、その入力電力のためにＤＣ−ＡＣコンバータを有するＤＣ（直流）モータとすることも可能である。
【０１１２】
プライムムーバー２０の入力電力ケーブル２２（ライブＬ１）、２３（ライブＬ２）及び２４（ライブＬ３）は、化石燃料蒸気タービン、天然ガス蒸気タービン、水力発電機、ディーゼルエンジン、石油エンジン、蒸気エンジン、燃料電池発電機、（太陽、風力、水素発電、波エネルギー、又はバイオマスのような）代替エネルギー源を使用するＡＣ又はＤＣ発電機、及び、本発明に使用されるプライムムーバー２０を駆動することに必要とされるＡＣ又はＤＣ電力を提供可能な任意の発電ユニットのような外部発電機にＡＣ入力電力スイッチボックス２５を介して接続可能である。
【０１１３】
ギヤトレインアセンブリ９０は、プライムムーバー２０のシャフト２１とメタ磁性効果発電機４０のシャフト４１とを接続する機械的手段を提供する。そのギヤ比は、一方で必要な電力を生成するようにプライムムーバー２０のシャフト２１を高速で回転させ、他方で（回転ごとに２電圧サイクルを提供する四極ロータの使用により）メタ磁性効果発電機４０のシャフト４１が２５Ｈｚ又は３０Ｈｚの低速で回転することを可能にする。
【０１１４】
この実施形態では、ギヤ９２は、プライムムーバー２０のシャフト２１にロックナットによりしっかりと螺着され且つ固定される。そこで、システム始動時に、滑りなしに、ギヤトレイン９０の慣性、エキサイタ５０のシャフト５１の慣性、及び、メタ磁性効果発電機４０のシャフト４１の慣性を直接的に乗り越えるように、プライムムーバー２０とそのシャフト２１とが十分に強い必要がある。始動時にプライムムーバー２０のシャフト２１がねじられること又は破壊されることを防止するように、単板クラッチ１００がギヤ９２にシャフト２１を接続するように配置される。
【０１１５】
図１５に示すとおり、単板クラッチ１００は、システム始動中での相対的な動作において滑らかにシャフト２１とギヤ９２とを係合させることに使用される装置である。これは、摩擦板１０１と、圧板１０２と、スプリング１０３と、２つのガード１０４ａ及び１０４ｂとを備える。両方のガードはシャフト２１に取り付けられしっかりと固定される。ガード１０４ａはその場にスプリング１０３を保持するのに使用され、且つ、ガード１０４ｂはその場にギヤ９２を保持するのに使用される。シャフト２１は、プライムムーバー２０によって恒久的に駆動される駆動部材として働く。摩擦板１０２はシャフト２１とともに恒久的に回転する。これは、他の摩擦ライニング加工がされていない摩擦接触面を提供し、且つ、シャフト２１にスプリング１０３のクランプ力を伝達する。摩擦板１０１は駆動（される）部材である。摩擦ライニング加工がされた摩擦板１０１の摩耗とシステム始動中の滑りに対処するように、所定量の軸の自由度がギヤ９２に与えられる必要がある。ギヤ９２、摩擦板１０１及び圧板１０２を、それらが２つのガード１０４ｂ及び１０４ａ間のシャフト２１に沿って浮くことが可能であるように、ブシュベアリング（軸受けブシュ）１０５ｃ、１０５ｂ、１０５ａでシャフト２１にそれぞれ取り付けることによって、この軸の自由度は達成される。圧板１０２は、鋳鉄から作成され、且つ、意図的に頑丈な構造を有する。そして、スプリング１０３の負荷で変形してはならず、且つ、クラッチ係合中に発生する熱を吸収又は放熱不可能であってはならない。スプリング１０３は圧板１０２とガード１０４ａとの間で圧縮される。その目的は、シャフト２１からの最大トルクががたつくことなくギヤ９２に伝達可能であるように、単板クラッチの摩擦面間で十分なクランプ力を維持することにある。絶縁（断熱）ワッシャ（図１５に図示せず）が圧板１０２からスプリング１０３への熱伝達を減少させるのに使用可能である。摩擦板１０１はギヤ９２の摩擦接触面と圧板１０２との間に挟まれている。
【０１１６】
図１６は、摩擦板１０１の構造を示す。摩擦板１０１の各側部は、ボーグライト（Ｂｏｒｇｌｉｔｅ）セグメント１０１ａに（リベットで）固定された摩擦ライニング１０１ｃとして知られる摩擦材料のリングで表面仕上げされている。ねじりダンパースプリング１０１ｂが、滑らかな段階的な係合を可能にするように提供される。
【０１１７】
図１５では、単板クラッチを取り付ける目的は、以下の利点を提供することにある。［ａ］それはシステム始動時のより良好な係合であって、完全に係合する前の滑り形態における僅かな遅延が、プライムムーバー２０がその速度を増加させるのに十分な時間を有することを可能にし、それによって、シャフト２１及びギヤ９２との間で衝撃を伴わない接続を可能にする。［ｂ］摩擦ライニング１０１ｃは、完全な係合時にシャフト２１からギヤ９２への最大のトルク伝達を可能にする。
【０１１８】
図１４では、ギヤ９１がエキサイタ５０のシャフト５１に結合されている。エキサイタ５０は、メタ磁性効果発電機４０によって必要とされるＤＣ電力を発生させるオルタネータ（交流電源）である。これは、ロータ、ステータ、及び、レギュレータとの整流ブリッジという３つの主要な構成要素からなる。オルタネータにおけるＡＣ発電の原理は磁力線間の動きであり、コンダクタ（導体）が電圧（ＡＣ電圧）を誘導する。オルタネータでは、ロータが磁力線を供給し、ロータを回転させるギヤ９１が動きを提供する。発生したＡＣ電力は、レギュレータとの整流ブリッジによってＤＣ電力に変換される。発生したＤＣ電力は、出力電力ケーブル５３（正のＤＣ電圧）及び出力電力ケーブル５２（接地）を介して、メタ磁性効果発電機４０に供給される。１種類のみのエキサイタ５０が示されているが、実際には、エキサイタ５０をバッテリ又は燃料電池を含む任意のＤＣ電力源とすることも可能である。
【０１１９】
メタ磁性効果発電機４０は、ギヤトレインアセンブリ９０のギヤ９３によって駆動される同期装置である。これは、そのステータ４２の磁気構造内から電力を発生させるメタ磁性効果を使用する。
【０１２０】
図２は、メタ磁性効果発電機４０の横断面図である。同期装置の２つの主要部品は磁気構造を有する。ステータ４２と称される本質的には中空シリンダである固定部は、ステータ４２の巻線のコイルを内蔵する縦スロット（溝）を有する。これらの巻線は、供給電流を電気負荷に送る。ロータ４３はシャフトに取り付けられた装置の部品であり、中空ステータ４２内で回転する。界磁巻線と称されるロータ４３上の巻線は、出力電力ケーブル５３（正電圧）及び出力電源ケーブル５２（接地）を介して、エキサイタ５０からＤＣ電流で供給される。本発明では、図８に示すとおり、ロータ４３は、均等配置された四極の断面を有する１体の長形ブロックである。
【０１２１】
ロータ４３は４つの極を有し、回転につき各コイルでは２電圧サイクルが生じる。回転ごとのサイクル数は極の対の数と等しいので、発生電圧の周波数は以下の式から得られる。
ｆ＝（Ｐ／２）＊（Ｎ／６０）＝（Ｐ／２）＊ｆｍ  Ｈｚ
ここで、
ｆ＝電気周波数Ｈｚ（５０Ｈｚ又は６０Ｈｚ）
Ｐ＝極の数
Ｎ＝１分当たりのロータ回転速度（ｒｐｍ）、
ｆｍ＝Ｎ／６０、１秒当たりの回転における機械的周波数（ｒｐｓ）
（ギヤトレインアセンブリ９０のギヤ９３によって駆動されるシャフト４１の周波数（２５Ｈｚ又は３０Ｈｚ））
【０１２２】
メタ磁性相互作用を介して発生したコヒーレントな磁場の強化ビームは、ステータ４２の巻線において強力な電流に瞬間的に変換される。この強力な瞬間電流により、本発明を配電ネットワーク又はナショナルグリッドにおける電力安定の装置として使用することが可能である。大きい負荷需要があるときには、強化磁場のコヒーレントな特性により、位相角又は周波数（５０Ｈｚ又は６０Ｈｚ）を変化させることなく、且つ、出力電圧を変化させることなく、追加電力を発生させることが可能である。この方法では、不測の出力に対応可能であり、且つ同時に、電力不安定性による予期しない電力トリップを避けることができる。
【０１２３】
本発明では、三相ＡＣ電力が発生しており、出力電力ケーブル４４（ライブＬ１）、４５（ライブＬ２）、４６（ライブＬ３）及び４７（ニュートラル）を介して、外部負荷に供給可能である。
【０１２４】
タッチスクリーンディスプレイ８０を有する制御ユニットは、発電システム１１のメインブレインである。これは、シーケンスの始動及び停止のような本発明の動作を制御することに使用される。制御ユニットは２つの通信ポートを有し、それぞれがＲＳ−２３２Ｃ又はＲＳ−４８５通信プロトコルをサポートする。一方のポートは、それをパーソナルコンピュータ又はラップトップに接続することにより、制御シーケンスを入力することに使用される。他方のポートは、プライムムーバー２０に接続されているＡＣ電源と通信することに使用される。さらに、制御ユニット８０は信号ケーブル８１を介してＤＣ出力電力スイッチボックス５４に接続される。リレースイッチは、ＤＣ出力スイッチボックス５４内に設置されている（図１４には図示せず）。あるいは、信号ケーブル８１はスイッチギヤを介してＤＣ出力電力スイッチボックス５４に接続される。さらに、シャフト５１の回転速度を読み取るように、エキサイタ５０に取り付けられたＲＰＭセンサ（図１４には図示せず）が存在する。ｒｐｍの読み取りはＤＣ出力電力スイッチボックス５４を介して信号ケーブル８２からアクセス可能である。制御ユニット８０は、信号ケーブル８２を介してＡＣ入力電力スイッチボックス２５に接続されている。リレースイッチ（図１４には図示せず）及びＡＣ−ＤＣ電力コンバータ（図１４に図示せず）は、ＡＣ入力電力スイッチボックス２５内に設置されている。制御ユニット８０はまた、ＡＣ入力電力スイッチボックス２５内に設置されたＡＣ−ＤＣ電力コンバータから信号ケーブル８２からのＤＣ入力電力を受け取る。
【０１２５】
図１７は、タッチスクリーンディスプレイを有する制御ユニット８０の動作のフローチャートである。ステップＳ１００にて始動したら、ステップＳ１１０にて制御ユニット８０は初期化を実行し、そして、ステップＳ１２０にてそのタッチスクリーンからのボタンクリックを待つ。
【０１２６】
ステップＳ１２０にてタッチスクリーンディスプレイからの電源ＯＮ（Ｐｏｗｅｒ−ＯＮ）ボタンのクリックを受け取ると、ステップＳ１３０にて、ＡＣ入力電力スイッチボックス２５内のリレースイッチを作動させるように離散信号を送信して、プライムムーバー２０にＡＣ電力を供給する。ステップＳ１４０にて、シャフト５１のＲＰＭ読み取り値を読み取り、ギヤ比変換を介して、受け取ったｒｐｍ読み取り値からシャフト４１の速度を得る。また、このステップにて、シャフト４１の必要な速度に達するのを待つ。シャフト４１の必要な速度が得られたとき、ステップＳ１５０にて、電磁誘導のファラデーの法則がメタ磁性効果発電機４０に起こり得るよう、電力ケーブル５３（正のＤＣ電圧）及び電力ケーブル５２（接地）を介してＤＣ電力を供給するために、ＤＣ出力電力スイッチボックス５４（又はスイッチギヤ）を作動させるように信号ケーブル８１を介して離散信号を発行する。このステップの後にメタ磁性効果発電機１２は完全に機能する。
【０１２７】
ステップＳ１２０にてタッチスクリーンディスプレイからの電源切断（Ｐｏｗｅｒ−ＯＦＦ）ボタンのクリックを受け取ると、Ｓ２００にて、電磁誘導のファラデーの法則がその後に直ちに起こり得ないようにＤＣ供給を切断してメタ磁性効果発電機を停止させるために、ステップ制御ユニット８０はリレースイッチ（又はスイッチギヤ）を停止させるように離散信号をＤＣ出力電力スイッチボックス５４に信号ケーブル８１を介して送信する。そして、ステップＳ２１０にて、プライムムーバー２０を停止させるためにリレースイッチを停止させるように、離散信号をＡＣ入力電力スイッチボックス２５に信号ケーブル８２を介して発行する。制御ユニット８０は、ＡＣ入力電力スイッチボックス２５内に設置されたＡＣ−ＤＣコンバータからのＤＣ電力を受け取り続ける。
【０１２８】
制御ユニット８０はシステムの始動及び停止に主に使用される。それは、システムが電力安定領域で動作していないときに、外部負荷の変化に対処することにも使用可能である。制御ユニット８０は、出力シャフト９３に必要なｒｐｍ値の変化を介して、外部負荷の変化をモニタリングする。ステップＳ１２０にて、タッチスクリーンディスプレイから負荷変化ボタンのクリックを受け取ると、ステップＳ３００にて、シャフト５１のＲＰＭ読み取り値を読み取り、ギヤ比変換を介して、受け取ったｒｐｍ読み取り値からシャフト４１の速度を得る。Ｓ３００にて適当なｒｐｍ値が得られたならば、負荷変化がまだ有効であるかどうかをチェックするようにステップＳ１２０に戻る。負荷変化ボタンがまだ有効である場合、ステップＳ１２０及びＳ３００がシャフト９３のｒｐｍ値のモニタリングを続けるために繰り返される。Ｓ３００にて変化が検知されたとき、ステップＳ３２０に入って、離散信号、追加の信号ケーブル（図１４に図示せず）を介したアナログ信号、又は、第２のシリアル通信ポート（図１４に図示せず）を介したコマンドを、プライムムーバー２０の入力電力ケーブルに接続された外部ＡＣ電源に発行し、そして、負荷の変化に応答してプライムムーバー２０への電力供給を増加又は減少させることをＡＣ電源に指示する。それから、負荷変化ボタンがまた有効であるかどうかをチェックするようにステップＳ１２０に戻る。負荷変化ボタンがまだ有効である場合、シャフト９３に必要なｒｐｍ値が確立され且つ維持されるまで、ステップＳ１２０、Ｓ３００及びＳ３１０が繰り返される。
【０１２９】
全体として本発明の入力電力を確実にする、ギヤトレインアセンブリ９０はその出力電力から電気的に絶縁されている。エキサイタ５０はギヤ９１によって機械的に駆動される。次に、メタ磁性効果発電機４０のシャフト４１は、ギヤ９３によって機械的に駆動される。エキサイタ５０はステータ４２の出力電力を使用しない。メタ磁性効果中に各極先端で磁気飽和が始まるという事実は、ロータ４３を回転させるのに必要な起磁力は別として、各極とその隣接するステータ４２の領域との間の狭いエアギャップの超過磁束からロータ４３が“絶縁”されていることを意味する。そこで、２つの電気基準系が構成される。１つ目は、ロータ４３によって必要とされる起磁力を発生させるためのＤＣ回路（エキサイタ５０とロータ４３とを含む）である。２つ目は、外部電気負荷により必要とされる出力電力を発生させるための三相ＡＣ回路（ステータ４２の巻線及び外部負荷を含む）である。本発明での２つの電気基準系の構築は、各系において電荷保存が維持されることを確実にする。そうでなければ、ロータ４３の磁場巻線の電荷がステータ４２の巻線の電荷より低い（つまり、同じでない）ときに矛盾が起こる。
【０１３０】
文脈が要求するところ以外において、「請求の範囲」では、明確な言い回し又は必要な暗示によるものであれば、“ｃｏｍｐｒｉｓｅ”又は“ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ”“ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ”のようなその変化形に対応する和文は、例えば定められた特徴の存在を特定するように、包括的な意味に使用されるが、本発明の様々な実施形態におけるさらなる特徴の存在又は追加を除外するわけではない。
【０１３１】
当技術分野の当業者にとっては、本発明への改変や改善は容易に明らかとなろう。そのような改変及び改善は本発明の技術範囲に属することが意図されている。
【図１】
2011520417.tif 000005
【図２】
2011520417.tif 000006
【図３】
2011520417.tif 000007
【図４】
2011520417.tif 000008
【図５】
2011520417.tif 000009
【図６】
2011520417.tif 000010
【図７】
2011520417.tif 000011
【図８】
2011520417.tif 000012
【図９】
2011520417.tif 000013
【図１０】
2011520417.tif 000014
【図１１】
2011520417.tif 000015
【図１２】
2011520417.tif 000016
【図１３】
2011520417.tif 000017
【図１４】
2011520417.tif 000018
【図１５】
2011520417.tif 000019
【図１６】
2011520417.tif 000020
【図１７】
2011520417.tif 000021
【国際調査報告】
2011520417.tif 000022
2011520417.tif 000023