(57)【要約】  変則電気機械が電機子アセンブリ（４００）及び磁極コンポーネント（５００）を備え、電機子アセンブリ（４００）と磁極コンポーネント（５００）が共通軸線（１００）周りに相対運動する。電機子アセンブリ（４００）と磁極コンポーネント（５００）が磁電気システムユニット（２０３）を形成する。磁電気システムユニット（２０３）は共通軸線（１００）周りに軸対称異型曲面を形成し、軸対称異型曲面は共通軸に垂直な平面ではない。電気機械の構造及び形状を変えることによって、電気機械の空間利用率を改善するように特殊な適用に関する形状要件に適合するように磁電気システムユニット（２０３）の構造及び形状を変化させる。
2014513516.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
共通軸周りに相対運動を行う電機子コンポーネントと磁極コンポーネントを備える変則電気機械であって、前記電機子コンポーネント及び前記磁極コンポーネントが磁電気システムユニットを構成し、前記磁電気システムユニットが、前記共通軸周りに前記ユニットの軸対称変則曲面形状を形成することができ、前記ユニットの軸対称変則曲面形状が前記共通軸に略垂直な平面ではないことを特徴とする変則電気機械。
【請求項２】
少なくとも２つの電機子コンポーネント及び少なくとも２つの磁極コンポーネントを備える変則電気機械であって、前記電機子コンポーネントの１つと前記磁極コンポーネントの１つが１つの磁電気システムユニットを構成し、前記磁電気システムユニットの少なくとも２つが並んで配置されて並設磁電気システムユニットを形成し、前記磁電気システムユニットの各々における前記電機子コンポーネントと前記磁極コンポーネントが共通軸周りに相対運動を行うことができ、前記並設磁電気システムユニットが、前記共通軸周りに軸対称変則曲面形状を形成する少なくとも１つの磁電気システムユニットを備え、前記軸対称変則曲面形状が前記共通軸に垂直な平面ではなく、又は前記共通軸に略垂直であるように現われる変則電気機械。
【請求項３】
軸方向の前記共通軸に沿う前記ユニットの軸対称変則曲面形状の形状が、深く湾曲した曲面形状及び／若しくは曲げ伸ばされた曲面形状を示し、並びに／又は
半径方向の前記共通軸に沿う前記ユニットの軸対称変則曲面形状の形状が、深く湾曲した曲面形状及び／若しくは曲げ伸ばされた曲面形状を示すことを特徴とする請求項１又は２に記載の変則電気機械。
【請求項４】
少なくとも２つの電機子コンポーネントと少なくとも２つの磁極コンポーネントを備える変則電気機械であって、前記電機子コンポーネントの１つと前記磁極コンポーネントの１つが１つの磁電気システムユニットを構成し、前記磁電気システムユニットの各々における前記電機子コンポーネントと前記磁極コンポーネントが共通軸周りに相対運動を行い、前記磁電気システムユニットの少なくとも２つが接続されて前記共通軸周りに軸対称変則曲面形状を形成し、前記磁電気システムユニットの前記少なくとも２つの軸対称変則曲面形状が前記共通軸に垂直な平面ではなく、又は前記共通軸に略垂直であるように現われる変則電気機械。
【請求項５】
前記変則電気機械が前記磁電気システムユニットの少なくとも３つを備え、軸方向に前記共通軸に沿って前記磁電気システムユニットの前記少なくとも３つを接続することによって形成される形状が、前記磁電気システムの１つの曲面状ユニットが前記磁電気システムの少なくとも２つの曲面状ユニットに分岐する形状を示し、又は
半径方向に前記共通軸に沿って前記磁電気システムユニットの前記少なくとも３つを接続することによって形成される形状が、前記磁電気システムの１つの曲面状ユニットが前記磁電気システムの少なくとも２つの曲面状ユニットに分岐する形状を示し、又は
前記磁電気システムユニットの少なくとも３つが連続的に接続され、前記共通軸周りに軸対称変則曲面形状を形成し、前記磁電気システムユニットの前記少なくとも３つの軸対称変則曲面形状が前記共通軸に垂直な平面ではなく、又は前記共通軸に略垂直であるように現われる請求項４に記載の変則電気機械。
【請求項６】
少なくとも３つの電機子コンポーネントと少なくとも３つの磁極コンポーネントを備える変則電気機械であって、前記電機子コンポーネントの１つと前記磁極コンポーネントの１つが１つの磁電気システムユニットを構成し、前記磁電気システムユニットの各々における前記電機子コンポーネントと前記磁極コンポーネントが共通軸周りに相対運動を行い、
前記磁電気システムユニットの少なくとも１つが磁電気システムを構成し、前記磁電気システムの少なくとも２つが並んで配置されて並設磁電気システムを形成し、前記並設磁電気システムが、少なくとも２つの磁電気システムユニットを接続することによって形成される少なくとも１列の磁電気システムを備え、前記磁電気システムが、前記共通軸周りに軸対称変則曲面形状を形成し、前記軸対称変則曲面形状が前記共通軸に垂直な平面ではなく、又は前記共通軸に略垂直であるように現われる変則電気機械。
【請求項７】
前記共通軸周りに前記軸対称変則曲面形状を形成する磁電気システムが前記磁電気システムユニットの少なくとも３つを備え、軸方向に前記共通軸に沿って前記磁電気システムユニットの前記少なくとも３つを接続することによって形成される形状が、前記磁電気システムの１つの曲面状ユニットが前記磁電気システムの少なくとも２つの曲面状ユニットに分岐する形状を示し、又は
半径方向の前記共通軸に沿って前記磁電気システムユニットの少なくとも３つを接続することによって形成される形状が、前記磁電気システムの１つの曲面状ユニットが前記磁電気システムの少なくとも２つの曲面状ユニットに分岐する形状を示し、又は
前記磁電気システムユニットの少なくとも３つが連続的に接続され、前記共通軸周りに軸対称変則曲面形状を形成し、前記軸対称変則曲面形状が前記共通軸に垂直な平面ではなく、又は前記共通軸に略垂直であるように現われる請求項６に記載の変則電気機械。
【請求項８】
前記並設磁電気システムが、請求項１に記載の少なくとも１つの磁電気システムユニットを備える請求項６に記載の変則電気機械。
【請求項９】
前記磁電気システムユニットが前記共通軸周りに軸対称変則曲面形状を形成し、軸方向に前記共通軸に沿う前記ユニットの軸対称変則曲面形状の形状が深く湾曲した曲面形状及び／若しくは曲げ伸ばされた曲面形状を示し、並びに／又は
半径方向の前記共通軸に沿う前記ユニットの軸対称変則曲面形状の形状が、深く湾曲した曲面形状及び／若しくは曲げ伸ばされた曲面形状を示す請求項８に記載の変則電気機械。
【請求項１０】
前記磁電気システムユニットの少なくとも２つが前記軸対称変則曲面形状を構成し、軸方向に前記共通軸に沿う少なくとも１つの磁電気システムユニットの形状が深く湾曲した曲面形状及び／若しくは曲げ伸ばされた曲面形状を示し、並びに／又は
半径方向に前記共通軸に沿う前記少なくとも１つの磁電気システムユニットの形状が深く湾曲した曲面形状及び／若しくは曲げ伸ばされた曲面形状を示す請求項４又は６に記載の変則電気機械。
【請求項１１】
前記磁電気システムユニットの少なくとも３つが軸対称変則曲面形状を構成し、軸方向に前記共通軸に沿う前記少なくとも１つの磁電気システムユニットの形状が深く湾曲した曲面形状及び／若しくは曲げ伸ばされた曲面形状を示し、並びに／又は
半径方向に前記共通軸に沿う前記少なくとも１つの磁電気システムユニットの形状が深く湾曲した曲面形状及び／若しくは曲げ伸ばされた曲面形状を示す請求項５又は７に記載の変則電気機械。
【請求項１２】
前記共通軸が前記磁電気システムユニットの少なくとも１つと接続するシャフトであり、又は前記共通軸が前記磁電気システムユニットの各々に共通の軸である請求項１、２、４〜９のいずれか一項に記載の変則電気機械。
【請求項１３】
前記電機子コンポーネントが固定子であり前記磁極コンポーネントが回転子であるか、又は前記電機子コンポーネントが回転子であり前記磁極コンポーネントが固定子である請求項１、２、４〜９のいずれか一項に記載の変則電気機械。
【請求項１４】
前記電機子コンポーネントが第１の電機子を備え、前記磁極コンポーネントが第１の磁石群を備え、前記第１の電機子と前記第１の磁石群との間に磁気ギャップが存在し、
前記第１の磁石群が永久磁石を採用し、前記第１の磁石群が前記第１の電機子に近い側の端面に複数の永久磁石を備え、前記複数の永久磁石のＮ極及びＳ極が前記共通軸周りに回転する周方向に沿って交互に配置され、又は
前記第１の磁石群が電磁石を採用し、前記第１の磁石群が前記第１の電機子に近い側の端面に複数の電磁石を備え、前記電磁石が磁性を有することができるように及び前記複数の電磁石のＮ極及びＳ極が前記共通軸周りに回転する周方向に沿って交互に配置されるように前記電磁石周りに巻回されたコイル導体を外部電流が流れる請求項１、２、４〜９のいずれか一項に記載の変則電気機械。
【請求項１５】
前記電機子コンポーネントが第２の電機子及び第３の電機子を備え、前記磁極コンポーネントが第２の磁石群を備え、前記第２の磁石群が前記第２の電機子と前記第３の電機子の間に位置し、前記第２の磁石群と前記第２及び第３の電機子との間に磁気ギャップが存在し、
前記第２の磁石群が永久磁石を採用し、前記第２の磁石群が前記第２及び第３の電機子に近い側の両端面に複数の永久磁石を備え、前記複数の永久磁石のＮ極及びＳ極が前記共通軸周りに回転する周方向に沿って交互に配置され、又は
前記第２の磁石群が電磁石を採用し、前記第２の磁石群が前記第２及び第３の電機子に近い側の両端面に複数の電磁石を備え、前記電磁石が磁性を有することができるように及び前記複数の電磁石のＮ極及びＳ極が前記共通軸周りに回転する周方向に沿って交互に配置されるように前記電磁石周りに巻回された前記コイル導体を外部電流が流れる請求項１、２、４〜９のいずれか一項に記載の変則電気機械。
【請求項１６】
前記電機子コンポーネントが第４の電機子を備え、前記磁極コンポーネントが第３の磁石群及び第４の磁石群を備え、前記第４の電機子が前記第３の磁石群と前記第４の磁石群の間に位置し、前記第４の電機子と前記第３及び第４の磁石群との間に磁気ギャップが存在し、
前記第３の磁石群及び前記第４の磁石群が永久磁石を採用し、前記第３の磁石群及び前記第４の磁石群が前記第４の電機子に近い側の端面に複数の永久磁石を備え、前記複数の永久磁石のＮ極及びＳ極が前記共通軸周りに回転する周方向に沿って交互に配置され、又は
前記第３の磁石群及び前記第４の磁石群が電磁石を採用し、前記第３の磁石群及び前記第４の磁石群が前記第４の電機子に近い側の両端面に複数の電磁石を備え、前記電磁石が磁性を有することができるように及び前記複数の電磁石のＮ極及びＳ極が前記共通軸周りに回転する周方向に沿って交互に配置されるように前記電磁石周りに巻回された前記コイル導体を外部電流が流れる請求項１、２、４〜９のいずれか一項に記載の変則電気機械。
【請求項１７】
前記電機子コンポーネントの少なくとも２つが直列接続及び／又は並列接続される請求項２、４〜９のいずれか一項に記載の変則電気機械。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気機械分野に関し、特に、変則電動機及び変則発電機を含む変則電気機械に関する。
【背景技術】
【０００２】
電動機及び発電機は電気機械と総称することができる。電気機械は、電磁誘導の法則に基づき電気エネルギー変換又は移動を実現することができる一種の電磁装置である。電動機は電気エネルギーを力学的エネルギーに変換することができ、他方、発電機は力学的エネルギーを電気エネルギー変換することができる。電動機及び発電機は両方とも電気と磁気の変換を行うものであり、互いに組み付けることができる。
【０００３】
電動機や発電機としての電気機械に必要不可欠な構成部品は、電機子コンポーネント（導体コイル及び電機子コア等の補助部品を含む）及び磁極コンポーネント（永久磁石又は電磁石）である。電機子コンポーネントと磁極コンポーネントの相対運動によって、電気と磁気の相互作用が生じえる。従って、電機子コンポーネント及び磁極コンポーネントによって構成される磁電気システムを基本単位と見なすことができる。
【０００４】
電動機は、電気エネルギーを力学的エネルギーに変換することができる装置である。この変換は、磁界において通電したコイルを強制的に動かすことができるという現象に従う。電動機は主に固定子と回転子を含む。磁界において通電した導体の強制的な運動の方向は、電流の方向と磁気誘導線の方向（磁界方向）に関連する。電動機の作動原理は、磁界中の電流によって生成される力によって電動機を強制的に回転させることができるということであり、従って、電動機は、電気エネルギーを力学的エネルギーに変換することができる。電動機は、主に、磁界を生じるために使用される電磁巻線又は分布巻線固定子と、磁界中で導体に電流が流れると強制的に回転させることができる電機子又はロータを備える。電動機としても発電機としても機能することができる機械もある。
【０００５】
発電機は、力学的エネルギーを電気に変換することができる装置であり、その動作原理は電磁誘導の法則及び電磁力の法則に基づく。従って、その構造の一般原理は、エネルギー変換という目的を達成するように、夫々導磁性材料及び導電性材料によって構成された磁気回路及び電気回路が相互電磁誘導して電磁力を生じることができるというものである。一般に、発電機の固定子及び回転子はベアリング（単数又は複数）及びエンドカバー（単数又は複数）で接続して組立てることができ、接続端子（単数又は複数）によって回路内に導出されて電流を生じる誘導起電力を生じるように回転子は固定子内で回転し又は回転子は固定子に対して相対的に回転して磁気誘導線を切断することができる。
【０００６】
先行技術の電気機械は主に２種類に分類することができる。１種類は、磁石（永久磁石及び電磁石に分類される）が外側に、コイル（即ち、電機子コンポーネントを構成する導体コイル）が内側にあることを特徴とし、磁石によって生じる磁気誘導線において、コイルが回転して磁気誘導線を切断することができ、或いは、磁石（永久磁石及び電磁石に分類される）が内側に、コイル（即ち、電機子コンポーネントを構成する導体コイル）が外側にあることを特徴とし、両者とも籠型の従来の電気機械と呼ぶことができる。もう一方の種類は、磁石（永久磁石及び電磁石に分類される）がコイル（即ち、電機子コンポーネントを構成する導体コイル）の１辺又は２辺にあり、コイルと磁石が共通の回転シャフト周りに相対的に回転することを特徴とし、磁石は回転することができコイルは静止していることができ、或いは磁石は静止することができコイルは回転することができる。この種の電気機械の直径はその厚さよりもはるかに大きく、円盤状の外観を有するため、円盤型電気機械と呼ぶことができる。円盤型電気機械に共通する特徴は、磁石とコイルの配列方向が共通軸に対して垂直であるということであり、磁石とコイルはラジアル平面構造に沿って配置される。更に、円盤型電気機械の直径はその厚さよりもはるかに大きい。上記は周知の先行技術に共通する特徴である。
【０００７】
籠型電気機械の構造は数百年の開発を通して確立されてきた。構造そのものに改善の余地はあまり無く、単位体積当たりの出力密度のこれ以上の増大は不可能である。籠型電気機械と比べて、円盤型電気機械は新しく、多くの利点を有する。しかし、先行技術の円盤型電気機械にはまだ以下のような欠点が存在する。
【０００８】
１．円盤形電気機械が固定子と回転子を夫々１つだけ備える構造を採用する場合、その出力密度は高くなく、現代の電気機械設計の開発傾向と一致しない。一方、適用空間が限られる場合、例えば、図２０に示すように、電気機械を設置する空間が障害物９００の存在によって限られ、円盤型電気機械の半径方向寸法を拡大することができず、円盤型電気機械を大きくすることができず、コイルの巻回数を増大するための空間が厳しく制限される。従って、磁極の磁力の強度などの条件を変える又は変えないという可能性が制限される場合、円盤型電気機械の１台の機械の出力を大幅に増大することはほとんど不可能である。このように、円盤型電気機械によって達成される機能と出力はかなり制限される。
【０００９】
２．円盤型電気機械が複数の固定子及び複数の回転子を備える構造を採用する場合、電気機械の１台の機械の出力を増大することはできるが、複数の固定子及び回転子を収容するために円盤型電気機械の軸方向幅を大きくしなければならない。適用空間が制限される場合、例えば、図２１に示すように、障害物９００の存在が電気機械を設置する空間を制限し、円盤型電気機械の軸方向幅をそれほど大きくすることができない場合、円盤型電気機械によって達成される機能及び出力は大きな影響を受ける。
【００１０】
３．特殊な適用空間の制限の下では、例えば、図２２に示すように、障害物９００の存在が適用空間寸法をかなり制限し、円盤型電気機械の半径方向寸法も軸方向寸法も大きくすることができないので、円盤型電気機械の出力及び機能を増大することは不可能である。
【００１１】
現代の社会と生活の発展とともに、電気機械を必要とする新たな分野が続々と出現している。一方、これは機能ないし寸法に関して電気機械に新たな要求も突きつけている。例えば、人体生体工学の分野において、人体の臓器部分をシミュレートするためには、小型の電動機を数個組み込む必要がある。しかし、電動機を組み込む空間はかなり制限されているので、これによって電気機械の設計には新たな要件が課される。即ち、特殊な空間制限は電動機の設計に新たな要件を課し、このような電動機は特殊な空間的形態の制限に適応する必要があるだけでなく、高出力性能及び機能を達成する必要もある。これにより、電気機械の既存の構造を一新するという新たな要件が生じる。更に、例えば、新たなエネルギー発電の分野では、極めて厳しく制限された空間的形態範囲の場所に発電機を設置する必要のある新たな用途もあり、一方でその発電機は１台の機械の十分な発電電力を達成する必要もある。こうした新たな分野は全て、電気機械の既存の構造を一新するという新たな要件を掲げている。
【００１２】
これらの新たな要件は全て、既知の先行技術のいずれによっても解決することができない。これらの要件を満足するには、電気機械の構造及び形態を完全に一新する必要がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明によって解決される技術的課題は、電気機械の出力を増進させ、それによって電気機械の磁気電気変換能力を高めるという技術的効果を実現するように、特殊な適用空間の要件に適応するように電気機械の構造及び形態を根本的に一新させて磁電気システムユニットの構造及び形状を変化させ、空間利用率を上げるために磁電気システムユニットの数を増加してその接続構造を創造的な方法によって変化させることである。本発明は、高単位出力密度を有し、異なる適用物の特殊な空間及び形状要件を満たすこともできる変則電気機械を提供する。従って、本電気機械の適用範囲を拡大することができ、本電気機械の出力を増大することができる。本発明は、変則電動機及び変則発電機に適用することができ、また、既存の形態を有する発電機及び電動機における大きな改変を喚起する。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明の技術的解決法は以下のとおりである。
本発明の第１の技術的解決法として、変則電気機械が、共通軸周りに相対運動を行う電機子コンポーネント（単数又は複数）と磁極コンポーネント（単数又は複数）を備え、電機子コンポーネントと磁極コンポーネントが磁電気システムユニットを構成し、磁電気システムユニットが、共通軸周りに磁電気システムユニットの軸対称変則曲面形状を形成することができ、磁電気システムユニットの軸対称変則曲面形状は共通軸に実質的に垂直な平面ではない。
【００１５】
本発明の第２の技術的解決法として、変則電気機械が、少なくとも２つの電機子コンポーネントと少なくとも２つの磁極コンポーネントを備え、前記電機子コンポーネントの１つと前記磁極コンポーネントの１つが１つの磁電気システムユニットを構成し、前記磁電気システムユニットの少なくとも２つが並んで配置されて並設磁電気システムユニットを形成し、前記磁電気システムユニットの各々における電機子コンポーネントと磁極コンポーネントが共通軸周りに相対運動を行うことができ、並設磁電気システムユニットが、共通軸周りに磁電気システムユニットの軸対称変則曲面形状を形成する少なくとも１つの磁電気システムユニットを備え、磁電気システムユニットの軸対称変則曲面形状は、共通軸に垂直な平面ではなく、又は共通軸に略垂直であるように現われる。
【００１６】
更に、変則電気機械の第１の技術的解決法及び変則電気機械の第２の技術的解決法において、軸方向に共通軸に沿う磁電気システムユニットの軸対称変則曲面形状の形状が深く湾曲した前記ユニットの曲面形状及び／若しくは曲げ伸ばされた曲面形状を示し、並びに／又は半径方向に共通軸に沿う磁電気システムユニットの軸対称変則曲面形状の形状が、深く湾曲した前記ユニットの曲面形状及び／若しくは曲げ伸ばされた曲面形状を示す。
【００１７】
本発明の第３の技術的解決法として、変則電気機械が、少なくとも２つの電機子コンポーネントと少なくとも２つの磁極コンポーネントを備え、前記電機子コンポーネントの１つと前記磁極コンポーネントの１つが１つの磁電気システムユニットを構成し、前記磁電気システムユニットの各々における電機子コンポーネントと磁極コンポーネントが共通軸周りに相対運動を行い、前記磁電気システムユニットの少なくとも２つが接続されて共通軸周りに軸対称変則曲面形状を形成し、磁電気システムユニットの軸対称変則曲面形状は共通軸に垂直な平面ではなく、又は共通軸に略垂直であるように現われる。
【００１８】
更に、変則電気機械の第３の技術的解決法において、変則電気機械が、少なくとも３つの電機子コンポーネントと少なくとも３つの磁極コンポーネントを備え、前記電機子コンポーネントの１つと前記磁極コンポーネントの１つが１つの磁電気システムユニットを構成し、前記磁電気システムユニットの各々における電機子コンポーネントと磁極コンポーネントが共通軸周りに相対運動を行い、軸方向に共通軸に沿って前記磁電気システムユニットの前記少なくとも３つを接続することによって形成される形状が、磁電気システムの１つの曲面状ユニットが磁電気システムの少なくとも２つの曲面状ユニットに分岐する形状を示し、又は
半径方向の共通軸に沿って前記磁電気システムユニットの前記少なくとも３つを接続することによって形成される形状は、磁電気システムの１つの曲面状ユニットが磁電気システムの少なくとも２つの曲面状ユニットに分岐する形状を示し、又は
前記磁電気システムユニットの少なくとも３つが連続的に接続され、共通軸周りに軸対称変則曲面形状を形成し、前記少なくとも３つの連続的に接続された磁電気システムユニットの軸対称変則曲面形状が前記共通軸に垂直な平面ではなく、又は前記共通軸に略垂直であるように現われる。
【００１９】
本発明の第４の技術的解決法として、変則電気機械が、少なくとも３つの電機子コンポーネントと少なくとも３つの磁極コンポーネントを備え、前記電機子コンポーネントの１つと前記磁極コンポーネントの１つが１つの磁電気システムユニットを構成し、前記磁電気システムユニットの各々における電機子コンポーネントと磁極コンポーネントが共通軸周りに相対運動を行い、
少なくとも２つの磁電気システムユニットの端と端を接続することによって前記少なくとも２つの磁電気システムユニットがグループとして形成されてこのグループが共通軸周りに軸対称変則曲面形状を形成し、軸対称変則曲面形状は前記共通軸に垂直な平面ではなく、又は前記共通軸に略垂直であるように現われ、少なくとももう１つの磁電気システムユニットが、前記少なくとも２つの接続された磁電気システムユニットを備える前記グループの前記軸対称変則曲面形状に並んで配置される。
【００２０】
更に、変則電気機械の第４の技術的解決法において、共通軸周りに軸対称変則曲面形状を形成する磁電気システムユニットのグループが前記磁電気システムユニットの少なくとも３つを備え、軸方向に前記磁電気システムユニットの前記少なくとも３つを接続することによって形成される形状は、磁電気システムの１つのユニットが磁電気システムの少なくとも２つのユニットに分岐する形状を示し、又は
半径方向に共通軸に沿って前記磁電気システムユニットの前記少なくとも３つを接続することによって形成される形状が、１つの磁電気システムユニットが少なくとも２つの磁電気システムユニットに分岐する形状を示し、又は
前記磁電気システムユニットの少なくとも３つが連続的に接続され、共通軸周りに軸対称変則曲面形状を形成し、前記３つの連続的に接続された磁電気システムユニットの軸対称変則曲面形状は共通軸に垂直な平面ではなく、又は共通軸に略垂直であるように現われる。
【００２１】
更に、変則電気機械の第４の技術的解決法において、前記並設磁電気システムは第１の技術的解決法に従う少なくとも１つの磁電気システムユニットを備える。
【００２２】
更に、磁電気システムユニットは、共通軸周りに軸対称変則曲面形状を形成し、軸方向に共通軸に沿う軸対称変則曲面形状の形状が深く湾曲した曲面形状及び／若しくは曲げ伸ばされた曲面形状を示し、並びに／又は
半径方向の共通軸に沿う磁電気システムユニットの軸対称変則曲面形状が、深く湾曲した曲面形状及び／若しくは曲げ伸ばされた曲面形状を示す。
【００２３】
更に、変則電気機械の第３の技術的解決法において、又は変則電気機械の第４の技術的解決法において、前記磁電気システムユニットの前記少なくとも２つが前記軸対称変則曲面形状を構成し、軸方向に共通軸に沿う前記少なくとも１つの磁電気システムユニットの形状が深く湾曲した曲面形状及び／若しくは曲げ伸ばされた曲面形状を示し、並びに／又は
半径方向の共通軸に沿う前記少なくとも１つの磁電気システムユニットの形状が、深く湾曲した曲面形状及び／若しくは曲げ伸ばされた曲面形状を示す。
【００２４】
更に、変則電気機械の第３の技術的解決法において、又は変則電気機械の第４の技術的解決法において、前記磁電気システムユニットの前記少なくとも３つが前記軸対称変則曲面形状を構成し、軸方向に共通軸に沿う前記少なくとも１つの磁電気システムユニットの形状が深く湾曲した曲面形状及び／若しくは曲げ伸ばされた曲面形状を示し、並びに／又は
半径方向の共通軸に沿う前記少なくとも１つの磁電気システムユニットの形状が、深く湾曲した曲面形状及び／若しくは曲げ伸ばされた曲面形状を示す。
【００２５】
更に、上記全ての技術的解決法において、共通軸は、少なくとも１つの前記磁電気システムユニットと接続するシャフトであり、又は前記磁電気システムユニットの各々に共通の軸である。
【００２６】
更に、上記全ての技術的解決法において、電機子コンポーネントが固定子であり磁極コンポーネントが回転子であるか、又は電機子コンポーネントが回転子であり磁極コンポーネントが固定子である。
【００２７】
更に、電機子コンポーネントは以下の３つの技術的解決法によって実現されえる。
１．電機子コンポーネントが第１の電機子を備え、磁極コンポーネントが第１の磁石群を備え、第１の電機子と第１の磁石群との間に磁気ギャップが存在し、
第１の磁石群が永久磁石を採用し、第１の磁石群が第１の電機子に近い側の端面に複数の永久磁石を備え、複数の永久磁石のＮ極及びＳ極が共通軸周りに回転する周方向に沿って交互に配置され、又は
第１の磁石群が電磁石を採用し、第１の磁石群が第１の電機子に近い側の端面に複数の電磁石を備え、電磁石が磁性を有することができるように及び複数の電磁石のＮ極及びＳ極が共通軸周りに回転する周方向に沿って交互に配置されるように電磁石周りに巻回されたコイル導体を外部電流が流れる。
【００２８】
２．電機子コンポーネントが第２の電機子及び第３の電機子を備え、磁極コンポーネントが第２の磁石群を備え、第２の磁石群が第２の電機子と第３の電機子の間に位置し、第２の磁石群と第２の電機子と第３の電機子との間に磁気ギャップが存在し、
第２の磁石群が永久磁石を採用し、第２の磁石群が第２の電機子及び第３の電機子に近い側の両端面に複数の永久磁石を備え、複数の永久磁石のＮ極及びＳ極が共通軸周りに回転する周方向に沿って交互に配置され、又は
第２の磁石群が電磁石を採用し、第２の磁石群が第２の電機子及び第３の電機子に近い側の両端面に複数の電磁石を備え、電磁石が磁性を有することができるように及び複数の電磁石のＮ極及びＳ極が共通軸周りに回転する周方向に沿って交互に配置されるように電磁石周りに巻回されたコイル導体を外部電流が流れる。
【００２９】
３．電機子コンポーネントが第４の電機子を備え、磁極コンポーネントが第３の磁石群及び第４の磁石群を備え、第４の電機子が第３の磁石群と第４の磁石群の間に位置し、第４の電機子と第３の磁石群と第４の磁石群との間に磁気ギャップが存在し、
第３の磁石群及び第４の磁石群が永久磁石を採用し、第３の磁石群及び第４の磁石群が第４の電機子に近い側の端面に複数の永久磁石を備え、複数の永久磁石のＮ極及びＳ極が共通軸周りに回転する周方向に沿って交互に配置され、又は
第３の磁石群及び第４の磁石群が電磁石を採用し、第３の磁石群及び第４の磁石群が第４の電機子に近い側の両端面に複数の電磁石を備え、電磁石が磁性を有することができるように及び複数の電磁石のＮ極及びＳ極が共通軸周りに回転する周方向に沿って交互に配置されるように電磁石周りに巻回されたコイル導体を外部電流が流れる。
【００３０】
少なくとも２つの電機子コンポーネントを備える上記全ての技術的解決法において、前記電機子コンポーネントの少なくとも２つが直列接続且つ／又は並列接続される。
【発明の効果】
【００３１】
本発明の有益な効果は以下の通りである。本発明の技術的解決法は、新たな革新的技術によって磁電気システムユニットの数を増加してその接続構造及び空間配置を変化させることによって磁電気システム空間利用率を増大し、電気機械の出力を効果的に増大させるという技術的効果を実現し、それによって磁気電気変換機能を増進、又は電気機械の電気エネルギーと力学的エネルギーの相互変換の技術的効果を高める。本発明は、高単位出力密度を有し、異なる適用物の特殊な空間及び形状要件に適応可能な変則電気機械を提供する。従って、電気機械の適用範囲を拡大することができ、電気機械出力を増大することができる。それによって、電気機械が特殊な適用空間の制限及び制約を受けることがなくなる。
【００３２】
本発明は、特定の適用分野において重要な役割を果たすことができる変則電気機械の新規なコンセプトを提供する。本発明は、電気機械の構造及び形態を根本的に一新する。電気機械の構造及び形態を一新するだけでなく、電気機械設計のコンセプトを大きく前進及び改変する。本発明は、いかに電気機械の出力密度を効果的に増加し、特定の形状空間の制約の下で電気機械の機能を強化するかという課題を解決する。特に電気機械を実現する制約空間に障害物（単数又は複数）が存在する場合、その障害物の周りに独特な埋め込み設計を使用し、電気機械の特殊な構造及び形態を創造的に形成することによって、上記のような問題を解決することができ、電気機械出力を大幅に増大し、電気機械によって実現される機能を大きく拡大することができる。本発明の電気機械は、海洋発電、人口知能バイオニクス、及び人体の人工関節又はバイオニックロボットなどの分野において重要な役割を果たすことができる。本発明の電気機械は、特定の形状要求に適応させることができ、特定の空間制約の下で特殊な電気機械設計及び適用を有する。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の第１の技術的解決法に従う変則電気機械の構造を示す概略図である。
【図２】本発明の第３の技術的解決法に従う変則電気機械の第一の実施形態の構造を示す概略図である。
【図３】本発明の第４の技術的解決法に従う変則電気機械の第一の実施形態の構造を示す概略図である。
【図４】本発明の第３の技術的解決法に従う変則電気機械の第二の実施形態の構造を示す概略図である。
【図５】本発明の第３の技術的解決法に従う変則電気機械の第三の実施形態の構造を示す概略図である。
【図６】本発明の第４の技術的解決法に従う変則電気機械の第二の実施形態の構造を示す概略図である。
【図７】電磁石によって構成された磁電気システムユニットの第一の実施形態の構造を示す概略図である。
【図８】電磁石によって構成された磁電気システムユニットの第二の実施形態の構造を示す概略図である。
【図９】電磁石によって構成された磁電気システムユニットの第三の実施形態の構造を示す概略図である。
【図１０】軸方向に沿う変則電気機械の磁電気システムユニットの断面形状が曲げ伸ばされた形状を示す様子を示す概略図である。
【図１１】軸方向に沿う変則電気機械の磁電気システムユニットの断面形状が深く湾曲された形状を示す様子を示す概略図である。
【図１２】半径方向に沿う変則電気機械の磁電気システムユニットの断面形状が深く湾曲された形状を示す様子を示す概略図である。
【図１３】半径方向に沿う変則電気機械の磁電気システムユニットの断面形状が曲げ伸ばされた形状を示す様子を示す概略図である。
【図１４】本発明の第１の技術的解決法に従う変則電気機械の断面形状が深く湾曲された形状を示す様子を示す概略図である。
【図１５】本発明の第１の技術的解決法に従う変則電気機械の断面形状が曲げ伸ばされた形状を示す様子を示す概略図である。
【図１６】変則電気機械の磁電気システムユニットの断面形状が分岐する形状を示す概略図である。
【図１７】本発明に従う磁極コンポーネントの第一の実施形態の構成を示す概略図である。
【図１８】本発明に従う磁極コンポーネントの第二の実施形態の構成を示す概略図である。
【図１９】本発明に従う磁極コンポーネントの第三の実施形態の構成を示す概略図である。
【図２０】先行技術の円盤型電気機械が適用物の半径方向の空間制約を受けるという技術的欠点を示す概略図である。
【図２１】先行技術の円盤型電気機械が適用物の軸方向の空間制約を受けるという技術的欠点を示す概略図である。
【図２２】先行技術の円盤型電気機械が適用物の半径方向及び軸方向の空間制約を受けるという技術的欠点を示す概略図である。
【図２３】本発明の技術的解決法が図２０に示す技術的欠点を解決する方法を示す概略図である。
【図２４】本発明の技術的解決法が図２１に示す技術的欠点を解決する方法を示す概略図である。
【図２５】本発明の技術的解決法が図２２に示す技術的欠点を解決する方法を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
添付の図面に関連して本発明の原理及び特徴を詳細に記述する。例は本発明を説明するためのものであり、本発明の範囲を制限するものではない。
【００３５】
図１を参照すると、本発明の第１の技術的解決法として、変則電気機械は、電機子（単数又は複数）によって構成される電機子コンポーネント（単数又は複数）４００と、磁石群（単数又は複数）によって構成される磁極コンポーネント（単数又は複数）５００を備える。電機子コンポーネント４００及び磁極コンポーネント５００は、それらの共通軸１００周りに相対運動することができる。電機子コンポーネント４００及び磁極コンポーネント５００は、共通軸１００周りに軸対称変則曲面形状を形成することができる磁電気システムユニット２０３を構成することができる。磁電気システムユニット２０３の軸対称変則曲面形状は、共通軸１００に垂直な平面ではなく、或いは共通軸１００に略垂直であるように現われる。本発明の技術的解決法により、適用物の制約された空間を十分に利用することができる。電機子コンポーネント４００及び磁極コンポーネント５００を、制約された空間範囲における半径方向寸法及び／又は軸方向寸法における変化に可能な限り適応するように配置することができ、それによって電気機械の出力を増大させ、電気機械の機能を強化することができる。即ち、電気機械が発電機の場合、磁気電気変換の機能を強化することができ、電気機械が電動機の場合、電気エネルギーから力学的エネルギーへの変換機能を強化することができる。
【００３６】
本発明の第２の技術的解決法として、変則電気機械は、少なくとも２つの電機子コンポーネント及び少なくとも２つの磁極コンポーネントを備え、前記電機子コンポーネントの１つ及び前記磁極コンポーネントの１つが１つの磁電気システムユニットを構成し、前記磁電気システムユニットの少なくとも２つは並んで配置され、並設磁電気システムユニットを形成し、各磁電気システムユニットの電機子コンポーネント及び磁極コンポーネントは共通軸周りに相対運動することができる。この機械において、並設磁電気システムユニットは、共通軸１００周りに軸対称変則曲面形状を形成する少なくとも１つの磁電気システムユニット２０３を備え、少なくとも１つの磁電気システムユニット２０３の軸対称変則曲面形状は、共通軸１００に垂直な平面ではなく、或いは共通軸１００に略垂直に現われる。即ち、並設磁電気システムユニットは、図１に示すように少なくとも１つの磁電気システムユニット２０３を備える。適用空間の要件に従い、少なくとも１つの磁電気システムユニット２０３は、特定の状況における空間的変化に適応する磁電気システムユニットの複数の列に配置され、適用物の制約された適用空間は十分に利用され、特定の空間の利用率は改善され、電気機械出力が増大されえる。これもまた、電気機械出力を上げることができる本発明によって提供される創造的な方法である。
【００３７】
実施形態の１つを図１４及び図１５に示す。軸方向の共通軸１００に沿う軸対称変則曲面形状の形状は、深く湾曲した曲面形状及び／若しくは曲げ伸ばされた曲面形状を示し、並びに／又は、半径方向の共通軸１００に沿う軸対称変則曲面形状の形状は、深く湾曲した曲面形状及び／若しくは曲げ伸ばされた曲面形状を示す。図面において、矢印付き線分又は曲線分は、軸方向縦断面における磁電気システムの半径方向分割の向き及び形状を概略的に示す。
【００３８】
本発明の第３の技術的解決法として、変則電気機械は、少なくとも２つの電機子コンポーネント及び少なくとも２つの磁極コンポーネントを備え、前記電機子コンポーネントの１つ及び磁極コンポーネントの１つが１つの磁電気システムユニットを構成し、各磁電気システムユニットの電機子コンポーネント及び磁極コンポーネントが共通軸周りに相対運動する。磁電気システムユニットの少なくとも２つは接続され、共通軸周りに軸対称変則曲面形状を形成し、軸対称変則曲面形状は、共通軸に対して垂直な平面ではなく、又は共通軸に対して略垂直であるように現われる。変則電気機械の第３の技術的解決法は、図２、図４及び図５に示す第一の実施形態、第二の実施形態、及び第三の実施形態を参照することができる。
【００３９】
変則電気機械の第３の技術的解決法において、変則電気機械は、少なくとも３つの磁電気システムユニットを備えることができる。図４を参照すると、軸方向に共通軸に沿って少なくとも３つの磁電気システムユニットを接続することによって形成された形状は、磁電気システムの１つの曲面状ユニットが磁電気システムの少なくとも２つの曲面状ユニットに分岐する形状を示し、或いは、半径方向に共通軸に沿って少なくとも３つの磁電気システムユニットを接続することによって形成される形状は、磁電気システムの１つの曲面状ユニットが磁電気システムの少なくとも２つの曲面状ユニットに分岐する形状を示す。或いは、図２、図５を参照すると、少なくとも３つの磁電気システムユニットが連続的に接続され、共通軸周りに軸対称変則曲面形状を形成し、軸対称変則曲面形状は、共通軸に対して垂直な平面ではなく、又は共通軸に対して略垂直であるように現われる。
【００４０】
変則電気機械の第３の技術的解決法では、適用空間の要件に従って、複数の磁電気システムユニットは電気機械の機能を強化するように配置される。以下の２態様において主に示す。
【００４１】
一方で、適用物が、半径方向に細長く湾曲した適用空間を有する場合、複数の磁電気システムユニットは、その適用空間の向きの変化に適応するように連続的に接続されるので、磁電気システムユニットの数を増やすことによって電気機械の機能を強化するという技術的効果を達成することができる。図２、図５、及び図１０及び図１１の概略断面図を参照すると、矢印付き線分又は曲線分は、軸方向縦断面における磁電気システムの半径方向分割の向き及び形状を概略的に示している。
【００４２】
他方で、半径方向に拡大する空間的特徴に従い、電気機械の機能強化という技術的効果を実現するように、比較的幅広の場所で分岐する端部を設けることによって磁電気システムユニットの数を増やすことができる。図４、及び図１６の概略断面図を参照すると、矢印付き線分又は曲線分は、軸方向縦断面における磁電気システムの半径方向分割の向き及び形状を概略的に示している。
【００４３】
更に、適用物の空間的特徴に従い、制約された適用空間の寸法の変化に適応するように、複数の磁電気システムユニットの端部と端部を連続的に接続する方法及び分岐方法を、一体的に用いて可能な限り空間利用率を上げ、電気機械の機能を強化することができる。
【００４４】
本発明の第４の技術的解決法として、変則電気機械は、少なくとも３つの電機子コンポーネント及び少なくとも３つの磁極コンポーネントを備え、前記電機子コンポーネントの１つ及び前記磁極コンポーネントの１つが１つの磁電気システムユニットを構成し、各磁電気システムユニットの電機子コンポーネント及び磁極コンポーネントが共通軸周りに相対運動する。前記磁電気システムユニットの少なくとも１つが磁電気システムを構成し、前記磁電気システムの少なくとも２つは並んで配置されて並設磁電気システムを形成する。並設磁電気システムは、少なくとも２つの磁電気システムユニットを接続することによって形成される少なくとも１列の磁電気システムを備え、磁電気システムは、共通軸周りに軸対称変則曲面形状を形成し、軸対称変則曲面形状は、共通軸に対して垂直な平面ではなく、又は共通軸に対して略垂直であるように現われる。即ち、並設磁電気システムユニットは、２つ以上の磁電気システムユニットを接続することによって形成される少なくとも１列の磁電気システムを備える。適用空間の要件に従って、上記磁電気システムユニットの少なくとも１つは、特定の状況における空間的変化に基づいて磁電気システムの複数の列に配置され、適用物の制約された適用空間が十分に利用され、特定の空間の利用率が改善され、電気機械出力が増加されえる。これも、電気機械出力を上げることができる本発明によって提供される創造的な方法である。変則電気機械の第４の技術的解決法は、図３及び図６に示す第一の実施形態及び第二の実施形態を参照することができる。
【００４５】
上記変則電気機械の第４の技術的解決法において、共通軸周りに軸対称変則曲面形状を形成する磁電気システムは少なくとも３つの磁電気システムユニットを備える。図６、及び図１６に示す概略断面図に見られるように、軸方向に共通軸に沿って少なくとも３つの磁電気システムユニットを接続することによって形成される形状は、磁電気システムの１つの曲面状ユニットが磁電気システムの少なくとも２つの曲面状ユニットに分岐した形状を示す、又は、半径方向に共通軸に沿って少なくとも３つの磁電気システムユニットを接続することによって形成された形状が、磁電気システムの１つの曲面状ユニットが磁電気システムの少なくとも２つの曲面状ユニットに分岐した形状を示す。或いは、図３に示されるように、この少なくとも３つの磁電気システムユニットが連続的に接続され、共通軸周りに軸対称変則曲面形状を形成し、この少なくとも３つの磁電気システムユニットの軸対称変則曲面形状は、共通軸に対して垂直な平面ではなく、又は共通軸に対して略垂直であるように現われる。
【００４６】
第４の技術的解決法に従う並設磁電気システムの複数の列の配置では、共通軸周りに軸対称変則曲面形状を形成する少なくとも１つの列の磁電気システムが配置される。電気機械の出力は、複数の磁電気システムユニットを配置することによって増大することができる。磁電気システムの列の断面は図１０、図１１、図１２、図１３、及び図１６に示され、これ以上詳細には記述しない。
【００４７】
或いは、変則電気機械の第４の技術的解決法において、並設磁電気システムは、図１に示す第１の技術的解決法に従う変則電気機械における磁電気システムユニットとして少なくとも１つの磁電気システムユニット２０３を含むことができる。この磁電気システムユニットの一実施形態の断面は図１４及び図１５に示され、これ以上詳細には記述しない。
【００４８】
更に、変則電気機械の第３の技術的解決法又は第４の技術的解決法において、少なくとも２つの磁電気システムユニットが軸対称変則曲面形状を形成する場合、軸方向に共通軸に沿う磁電気システムユニットの少なくとも１つの形状は、深く湾曲した曲面形状及び／又は曲げ伸ばされた曲面形状を示すことができ、及び／又は、半径方向の共通軸に沿う磁電気システムユニットの少なくとも１つの形状は、深く湾曲した曲面形状及び／又は曲げ伸ばされた曲面形状を示す。上記部分の一実施形態の線図は図１２及び図１３に見ることができ、これらの図において、矢印付き線分又は曲線分は、軸方向縦断面における磁電気システムの半径方向分割の向き及び形状を概略的に示す。
【００４９】
更に、変則電気機械の第３の技術的解決法又は第４の技術的解決法では、少なくとも３つの磁電気システムユニットが軸対称変則曲面形状を形成する場合、軸方向に共通軸に沿う磁電気システムユニットの少なくとも１つの形状は、深く湾曲した曲面形状及び／又は曲げ伸ばされた曲面形状を示す、及び／又は、半径方向の共通軸に沿う磁電気システムユニットの少なくとも１つの形状は、深く湾曲した曲面形状及び／又は曲げ伸ばされた曲面形状を示す。図面において、矢印付き線分又は曲線分は、軸方向縦断面における磁電気システムの半径方向分割の向き及び形状を概略的に示す。
【００５０】
本発明に従う変則電気機械は創造的に空間的特徴を十分生かして複数の磁電気システムユニットを含むことができるので、電気機械の出力を増大させることができ、１つの電気機械の電気磁気変換出力効率を高めることができる。一方、軸対称変則曲面形状は複数の磁電気システムを接続することによって形成されるので、本発明の電気機械は様々な適用物の空間制約要件及び形状要件に適応することができる。例えば、背景技術の項で記述したように、図２０、図２１、及び図２２に示すように、適用過程で電気機械が直面する難題は、図２３、図２４、及び図２５に示す解決法に従う本発明の固有の構造及び固有の技術によって解決することができる。なお、矢印付き線分又は曲線分は、軸方向縦断面における磁電気システムの半径方向分割の向き及び形状を概略的に示す。
【００５１】
更に、共通軸は、少なくとも１つの磁電気システムユニットと接続されるシャフトとすることができる。或いは、共通軸は、実物のシャフトではないかもしれないし、磁電気システムに接続されないかもしれないが、各磁電気システムユニットに共通の軸ではある。つまり、共通軸は、実物のシャフトではないかもしれないが、単に、全ての磁電気システムによって包囲された共通の幾何学的軸とすることはできる。
【００５２】
更に、全ての上記の技術的解決法において、電機子コンポーネントはが固定子であり、磁極コンポーネントは回転子である、或いは、電機子コンポーネントは回転子であり、磁極コンポーネントは固定子である。
【００５３】
磁電気システムユニットにおける磁極コンポーネントは、永久磁石又は電磁石を採用することができる。この場合、永久磁石材料自体は長期間その磁性特徴を維持することができ、電磁石は外部からの通電によって磁力を発生することができる。本発明の磁電気システムユニットには以下の実施形態が考えられ、磁電気システムユニットの詳細な構成を、発電機を例に記述する。
【００５４】
１．第一の実施形態。磁電気システムユニットにおいて、電機子コンポーネントが第１の電機子を備え、磁極コンポーネントが第１の磁石群を備え、第１の電機子と第１の磁石群との間に磁気ギャップが存在する。
【００５５】
磁石群が永久磁石を採用する場合、図２に示されるように、第１の磁石群５０１が永久磁石を採用し、第１の磁石群５０１が、第１の電機子に近い側の端面に複数の永久磁石３００を備える。複数の永久磁石３００のＮ極及びＳ極が、共通軸周りに回転する周方向に沿って交互に配置される。この磁極の交互配置は、図１７の実施形態概略図に示される。回転シャフト（即ち、第１の磁石群５０１と第１の電機子４０１の共通軸１００）の回転によって駆動されると、第１の磁石群５０１と第１の電機子４０１は相対回転運動することができる、即ち、第１の電機子４０１が静止している間第１の磁石群５０１は回転しており、或いは、第１の磁石群５０１が静止している間第１の電機子４０１は回転している。このように、磁束を変化させ、磁気誘導線を切断することによって電流出力を発生させることができる。共通軸周りに回転する周方向に沿ったＮ極及びＳ極の配置に関しては、異なる適用要求の要件に適応するように特定の適用物に従って様々な配置を組み合わせることができる。２つの例示的な磁極配置を図１８及び図１９に示す。
【００５６】
磁石群が電磁石を採用する場合、図７に示すように、第１の磁石群５０１'は電磁石を採用し、第１の磁石群５０１'は第１の電機子に近い側の端面に複数の電磁石を備える。電磁石が磁性を有するように外部電流が電磁石周りに巻回されたコイル導体６００を流れることができ、複数の電磁石のＮ極及びＳ極が、共通軸周りに回転する周方向に沿って交互に配置される。電磁石は、磁石ヨーク６０１及び通電コイル導体６００（通電コイル導体は環状導体、コイルである）を備える。一旦外部から通電されると、外部電流が磁石ヨーク６０１周りに巻回された通電コイル導体６００を流れ、Ｎ極及びＳ極を生じさせることができるので、第１の磁石群５０１'は磁性を有し、磁束を変化させ、磁気誘導線を切断するなどして電流出力を生じることができる。
【００５７】
２．第二の実施形態。磁電気システムユニットにおける電機子コンポーネントは第２の電機子及び第３の電機子を備え、磁極コンポーネントは第２の磁石群を備える。第２の磁石群は第２の電機子と第３の電機子の間に位置し、第２の磁石群と第２の電機子と第３の電機子の間には磁気ギャップが存在する。
【００５８】
磁石群が永久磁石を採用する場合、図３に示されるように、第２の磁石群５０２は、永久磁石を採用し、第２の磁石群５０２は、第２の電機子４０２に近い側の端面及び第３の電機子４０３に近い側の端面に複数の永久磁石を備える。複数の永久磁石３００のＮ極及びＳ極は、図７に示されるように、共通軸周りに回転する周方向に沿って交互に配置される。この実施形態では、回転シャフト（即ち、第２の磁石群５０２と第２の電機子４０２と第３の電機子４０３の共通軸１００）の回転によって駆動されると、第２の磁石群５０２と第２の電機子４０２と第３の電機子４０３は相対回転運動することができる、即ち、第２の磁石群５０２が回転している場合、第２の電機子４０２及び第３の電機子４０３は静止し、或いは、第２の磁石群５０２が静止している場合、第２の電機子４０２及び第３の電機子４０３は回転する。このように、電流出力は、フラックスを変化させ、磁気誘導線を切断することによって発生しえる。共通軸周りに回転する周方向に沿ったＮ極及びＳ極の配置に関しては、異なる適用要求の要件に適応するように特定の適用物に従って様々な配置を組み合わせることができる。２つの例示的な磁極配置を図１８及び図１９に示す。
【００５９】
磁石群が電磁石を採用する場合、図８に示すように、第２の磁石群５０２'は電磁石を採用し、第２の磁石群５０２'は第２の電機子及び第３の電機子に近い側の２つの端面に複数の電磁石を備える。電磁石が磁性を有することができるように、複数の電磁石のＮ極及びＳ極が共通軸周りに回転する周方向に沿って交互に配置されるように、外部電流が電磁石周りに巻回されたコイル導体を流れる。その原理は、第一の実施形態で採用された電磁石によって構成される磁石群の作動原理と同じであるので、ここではこれ以上記述しない。
【００６０】
第一の実施形態と比較すると、第二の実施形態は、磁電気システムを１セット追加し、変則電気機械の出力密度を改善し、電気エネルギー変換の出力効率及び機能を強化している。
【００６１】
３．第三の実施形態。磁電気システムユニットの電機子コンポーネントが第４の電機子を備え、磁極コンポーネントが第３の磁石群及び第４の磁石群を備える。第４の電機子は第３の磁石群と第４の磁石群の間に位置し、第４の電機子と第３の磁石群と第４の磁石群の間には磁気ギャップが存在する。
【００６２】
磁石群が永久磁石を採用する場合、図４及び図５に示されるように、第３の磁石群５０３と第４の磁石群５０４は両方とも永久磁石を採用する。第３の磁石群５０３は第４の電機子４０４に近い側の端面に複数の永久磁石３００を備え、第４の磁石群５０４は第４の電機子４０４に近い側の端面に複数の永久磁石３００を備える。複数の永久磁石３００のＮ極とＳ極は、共通軸周りに回転する周方向に沿って交互に配置される。これら磁極の交互配置は、図１７の概略図に示される。本実施形態では、第３の磁石群５０３、第４の磁石群５０４は、第４の電機子４０４が静止している間、回転シャフトの回転によって駆動されて同心円状の回転運動を行い、或いは、第４の電機子４０４は、第３の磁石群５０３と第４の磁石群５０４が第４の電機子４０４に対して相対的に回転するように、回転シャフトの回転によって駆動されて回転運動を行うことができる。第一の実施形態と比較すると、この方法は、誘導コイルの単位面積の磁気誘導強度Ｂを増加する。ファラデーの電磁誘導の法則δ＝ＢＬｖｓｉｎθによれば、誘導電流の大きさは、誘導強度Ｂ、導体の長さＬ、運動速度ｖ、及び運動方向と磁力線の方向との夾角の正弦に正比例する。磁気誘導強度Ｂ、磁力線を切断する導体の長さＬ、切断速度ｖを増加し、可能な限り垂直（即ち、θ＝９０°）に磁力線を切断することによって、誘導電流を増加することができる。本実施形態は、磁気誘導強度Ｂを増加することによって磁気電気変換能力を高めることができる。本発明は、適用空間が制約されているために磁電気システム間に角度を含む異例の構造設計も考慮している。共通軸周りに回転する周方向に沿うＮ極とＳ極の配置に関しては、異なる適用要求の要件に適応するように特定の適用物に従って様々な配置を組み合わせることができる。２つの例示的な磁極配置を図１８及び図１９に示す。
【００６３】
磁石群が電磁石を採用する場合、図９に示すように、第３の磁石群５０３'と第４の磁石群５０４'は両方とも電磁石を採用する。第３の磁石群５０３'と第４の磁石群５０４'は第４の電機子に近い側の両端面に複数の電磁石を備える。電磁石が磁性を有することができるように、複数の電磁石のＮ極とＳ極が共通軸周りに回転する周方向に沿って交互に配置されるように外部電流は、電磁石周り巻回されたコイル導体を流れる。その原理は、第一の実施形態で採用された電磁石によって構成される磁石群の作動原理と同じであるので、ここではこれ以上記述しない。
【００６４】
磁気電気変換を行う発電機を例に、磁電気システムユニットの３つの実施形態の作動プロセスを記述する。発電機と電動機は両方とも電気と磁気の相互変換を行うことができ、互いに組み付けることができるため、本発明の変則電気機械は、電気を磁気に変換し、次に電気エネルギーを力学的エネルギーに返還する電動機にも適用可能であるが、ここではこれ以上詳細には記述しない。
【００６５】
異なる目的を達成するため、共通軸周りに回転する周方向に沿うＮ極とＳ極の配置に関して、図１７及び図１８に示されるように、複数の永久磁石３００のＮ極及びＳ極は、特定のルールに従って交互に配置及び離間させることができる。特定の適用要求の要件を満たすためには、少なくとも１つのＳ極は同数のＮ極（単数又は複数）の後に配置される可能性がある。
【００６６】
更に、磁電気ユニットの様々な技術的解決法において、電機子コンポーネントを構成する導体コイルの１巻回数当たりの幅は、コイルに対応する磁極コンポーネントの磁極の周方向幅寸法によって決まり、異なる適用要求の異なる要件を満足するように他の電気器具と連携して使用するためには、磁極の幅寸法と同じであっても異なっていてもよい。導体コイルの巻回ピッチも、コイルに対応する磁極コンポーネントの磁極の周方向幅寸法によって決まり、異なる適用要求の異なる要件を満足するように他の電気器具と連携して使用されるためには、磁極の幅寸法と同じてあっても異なっていてもよい。
【００６７】
本発明の変則電気機械が発電機として用いられる場合、各電機子コンポーネントは、発生電流を、接続端子によって直接導出することができる。或いは、少なくとも２つの電機子コンポーネントが直列接続され、及び／又は少なくとも２つの電機子コンポーネントが並列接続され、発生電流は、異なる適用要求の異なる要件を満たすために接続端子によって導出される。同様に、本変則電気機械は、電動機として用いることもでき、その作動原理も電気と磁気の変換動作であり、これ以上詳細には記述しない。
【００６８】
上記の記述は、本発明の好ましい実施形態に過ぎず、本発明を制限する意図はない。本発明の精神及び原理の範囲内での修正、同等の置換、及び改良は全て本発明の保護範囲内であると見なす。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【手続補正書】
【提出日】平成26年2月3日(2014.2.3)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
共通軸周りに相対運動を行う電機子コンポーネントと磁極コンポーネントを備える変則電気機械であって、前記電機子コンポーネント及び前記磁極コンポーネントが磁電気システムユニットを構成し、前記磁電気システムユニットが、前記共通軸周りに前記ユニットの軸対称変則曲面形状を形成することができ、前記ユニットの軸対称変則曲面形状が前記共通軸に略垂直な平面ではないことを特徴とする変則電気機械。
【請求項２】
前記共通軸を含む平面によって切り取られる前記変則曲面形状の切断面の形状が共通軸に関して軸対称な形状であり、前記切断面において前記電機子コンポーネントと前記磁極コンポーネントとの境界線が実質的に変則合成曲線及び／又は変則合成ポリラインとして成形されることを特徴とする請求項１に記載の変則電気機械。
【請求項３】
前記共通軸を含む平面によって切り取られる前記変則曲面形状の切断面の形状が共通軸に関して軸対称な形状であり、前記切断面において前記電機子コンポーネントと前記磁極コンポーネントとの境界線が実質的に変則合成曲線として成形され、前記変則合成曲線の１点における接線と前記変則合成曲線の他の点における接線の成す角が０度〜１８０度でありうることを特徴とする請求項１に記載の変則電気機械。
【請求項４】
前記共通軸を含む平面によって切り取られる前記変則曲面形状の切断面の形状が共通軸に関して軸対称な形状であり、前記切断面において前記電機子コンポーネントと前記磁極コンポーネントとの境界線が実質的に変則合成ポリラインとして成形され、前記変則合成ポリラインの角における２本の直線の成す角が０度〜１８０度でありうることを特徴とする請求項１に記載の変則電気機械。
【請求項５】
少なくとも２つの電機子コンポーネント及び少なくとも２つの磁極コンポーネントを備え変則電気機械であって、前記電機子コンポーネントの１つと前記磁極コンポーネントの１つが１つの磁電気システムユニットを構成し、前記磁電気システムユニットの少なくとも２つが並んで配置されて並設磁電気システムユニットを形成し、前記磁電気システムユニットの各々における前記電機子コンポーネントと前記磁極コンポーネントが共通軸周りに相対運動を行うことができ、前記並設磁電気システムユニットが、前記共通軸周りに軸対称変則曲面形状を形成する少なくとも１つの磁電気システムユニットを備え、前記軸対称変則曲面形状が前記共通軸に垂直な平面ではなく、又は前記共通軸に略垂直であるように現われる変則電気機械。
【請求項６】
軸方向の前記共通軸に沿う前記ユニットの軸対称変則曲面形状の形状が、深く湾曲した曲面形状及び／若しくは曲げ伸ばされた曲面形状を示し、且つ／又は
半径方向の前記共通軸に沿う前記ユニットの軸対称変則曲面形状の形状が、深く湾曲した曲面形状及び／又は曲げ伸ばされた曲面形状を示すことを特徴とする請求項１に記載の変則電気機械。
【請求項７】
少なくとも２つの電機子コンポーネントと少なくとも２つの磁極コンポーネントを備える変則電気機械であって、前記電機子コンポーネントの１つと前記磁極コンポーネントの１つが１つの磁電気システムユニットを構成し、前記磁電気システムユニットの各々における前記電機子コンポーネントと前記磁極コンポーネントが共通軸周りに相対運動を行い、前記磁電気システムユニットの少なくとも２つが接続されて前記共通軸周りに軸対称変則曲面形状を形成し、前記磁電気システムユニットの前記少なくとも２つの軸対称変則曲面形状が前記共通軸に垂直な平面ではなく、又は前記共通軸に略垂直であるように現われる変則電気機械。
【請求項８】
少なくとも３つの電機子コンポーネントと少なくとも３つの磁極コンポーネントを備える変則電気機械であって、前記電機子コンポーネントの１つと前記磁極コンポーネントの１つが１つの磁電気システムユニットを構成し、前記磁電気システムユニットの各々における前記電機子コンポーネントと前記磁極コンポーネントが共通軸周りに相対運動を行い、軸方向に前記共通軸に沿って磁電気システムユニットの前記少なくとも３つを接続することによって形成される形状が、前記磁電気システムの１つの曲面状ユニットが前記磁電気システムの少なくとも２つの曲面状ユニットに分岐する形状を示し、又は
半径方向の前記共通軸に沿って前記磁電気システムユニットの前記少なくとも３つを接続することによって形成される形状が、前記磁電気システムの１つの曲面状ユニットが前記磁電気システムの少なくとも２つの曲面状ユニットに分岐する形状を示し、又は
前記磁電気システムユニットの少なくとも３つが連続的に接続され、前記共通軸周りに軸対称変則曲面形状を形成し、前記軸対称変則曲面形状が前記共通軸に垂直な平面ではなく、又は前記共通軸に略垂直であるように現われる変則電気機械。
【請求項９】
少なくとも３つの電機子コンポーネントと少なくとも３つの磁極コンポーネントを備える変則電気機械であって、前記電機子コンポーネントの１つと前記磁極コンポーネントの１つが１つの磁電気システムユニットを構成し、前記磁電気システムユニットの各々における前記電機子コンポーネントと前記磁極コンポーネントが共通軸周りに相対運動を行い、
少なくとも２つの磁電気システムユニットの端と端を接続することによって前記少なくとも２つの磁電気システムユニットがグループとして形成されて前記グループが前記共通軸周りに軸対称変則曲面形状を形成し、前記軸対称変則曲面形状が前記共通軸に垂直な平面ではなく、又は前記共通軸に略垂直であるように現われ、
少なくとももう１つの磁電気システムユニットが、前記少なくとも２つの接続された磁電気システムユニットを備える前記グループの前記軸対称変則曲面形状に並んで配置される変則電気機械。
【請求項１０】
前記共通軸周りに前記軸対称変則曲面形状を形成する前記磁電気システムユニットのグループが少なくとも３つの前記磁電気システムユニットを備え、軸方向に前記共通軸に沿って前記磁電気システムユニットの前記少なくとも３つを接続することによって形成される形状が、前記磁電気システムの１つの曲面状ユニットが前記磁電気システムの少なくとも２つの曲面状ユニットに分岐する形状を示し、又は
半径方向に前記共通軸に沿う前記磁電気システムユニットの前記少なくとも３つを接続することによって形成される形状が、前記磁電気システムの１つの曲面状ユニットが前記磁電気システムの少なくとも２つの曲面状ユニットに分岐する形状を示し、又は
前記磁電気システムユニットの少なくとも３つが連続的に接続され、前記共通軸周りに軸対称変則曲面形状を形成し、前記軸対称変則曲面形状が前記共通軸に垂直な平面ではなく、又は前記共通軸に略垂直であるように現われる請求項９に記載の変則電気機械。
【請求項１１】
前記並設磁電気システムが、請求項１に記載の少なくとも１つの磁電気システムユニットを備える請求項９に記載の変則電気機械。
【請求項１２】
前記磁電気システムユニットが前記共通軸周りに軸対称変則曲面形状を形成し、軸方向に前記共通軸に沿う前記ユニットの軸対称変則曲面形状の形状が深く湾曲した曲面形状及び／若しくは曲げ伸ばされた曲面形状を示し、並びに／又は
半径方向の前記共通軸に沿う前記ユニットの軸対称変則曲面形状の形状が、深く湾曲した曲面形状及び／若しくは曲げ伸ばされた曲面形状を示す請求項１１に記載の変則電気機械。
【請求項１３】
前記磁電気システムユニットの少なくとも２つが前記軸対称変則曲面形状を構成し、軸方向に前記共通軸に沿う少なくとも１つの磁電気システムユニットの形状が深く湾曲した曲面形状及び／若しくは曲げ伸ばされた曲面形状を示し、並びに／又は
半径方向に前記共通軸に沿う前記少なくとも１つの磁電気システムユニットの形状が深く湾曲した曲面形状及び／若しくは曲げ伸ばされた曲面形状を示す請求項７に記載の変則電気機械。
【請求項１４】
前記磁電気システムユニットの少なくとも３つが軸対称変則曲面形状を構成し、軸方向に前記共通軸に沿う前記少なくとも１つの磁電気システムユニットの形状が深く湾曲した曲面形状及び／若しくは曲げ伸ばされた曲面形状を示し、並びに／又は
半径方向に前記共通軸に沿う前記少なくとも１つの磁電気システムユニットの形状が深く湾曲した曲面形状及び／若しくは曲げ伸ばされた曲面形状を示す請求項８に記載の変則電気機械。
【請求項１５】
前記共通軸が前記磁電気システムユニットの少なくとも１つと接続するシャフトであるか、又は前記共通軸が前記磁電気システムユニットの各々に共通の軸である請求項１に記載の変則電気機械。
【請求項１６】
前記電機子コンポーネントが固定子であり前記磁極コンポーネントが回転子であるか、又は前記電機子コンポーネントが回転子であり前記磁極コンポーネントが固定子である請求項１に記載の変則電気機械。
【請求項１７】
前記電機子コンポーネントが第１の電機子を備え、前記磁極コンポーネントが第１の磁石群を備え、前記第１の電機子と前記第１の磁石群との間に磁気ギャップが存在し、
前記第１の磁石群が永久磁石を採用し、前記第１の磁石群が前記第１の電機子に近い側の端面に複数の永久磁石を備え、前記複数の永久磁石のＮ極及びＳ極が前記共通軸周りに回転する周方向に沿って交互に配置され、又は
前記第１の磁石群が電磁石を採用し、前記第１の磁石群が前記第１の電機子に近い側の端面に複数の電磁石を備え、前記電磁石が磁性を有することができるように及び前記複数の電磁石のＮ極及びＳ極が前記共通軸周りに回転する周方向に沿って交互に配置されるように前記電磁石周りに巻回されたコイル導体を外部電流が流れる請求項１に記載の変則電気機械。
【請求項１８】
前記電機子コンポーネントが第２の電機子及び第３の電機子を備え、前記磁極コンポーネントが第２の磁石群を備え、前記第２の磁石群が前記第２の電機子と前記第３の電機子の間に位置し、前記第２の磁石群と前記第２及び第３の電機子との間に磁気ギャップが存在し、
前記第２の磁石群が永久磁石を採用し、前記第２の磁石群が前記第２及び第３の電機子に近い側の両端面に複数の永久磁石を備え、前記複数の永久磁石のＮ極及びＳ極が前記共通軸周りに回転する周方向に沿って交互に配置され、又は
前記第２の磁石群が電磁石を採用し、前記第２の磁石群が前記第２及び第３の電機子に近い側の両端面に複数の電磁石を備え、前記電磁石が磁性を有することができるように及び前記複数の電磁石のＮ極及びＳ極が前記共通軸周りに回転する周方向に沿って交互に配置されるように前記電磁石周りに巻回された前記コイル導体を外部電流が流れる請求項１に記載の変則電気機械。
【請求項１９】
前記電機子コンポーネントが第４の電機子を備え、前記磁極コンポーネントが第３の磁石群及び第４の磁石群を備え、前記第４の電機子が前記第３の磁石群と前記第４の磁石群の間に位置し、前記第４の電機子と前記第３及び第４の磁石群との間に磁気ギャップが存在し、
前記第３の磁石群及び前記第４の磁石群が永久磁石を採用し、前記第３の磁石群及び前記第４の磁石群が前記第４の電機子に近い側の端面に複数の永久磁石を備え、前記複数の永久磁石のＮ極及びＳ極が前記共通軸周りに回転する周方向に沿って交互に配置され、又は
前記第３の磁石群及び前記第４の磁石群が電磁石を採用し、前記第３の磁石群及び前記第４の磁石群が前記第４の電機子に近い側の両端面に複数の電磁石を備え、前記電磁石が磁性を有することができるように及び前記複数の電磁石のＮ極及びＳ極が前記共通軸周りに回転する周方向に沿って交互に配置されるように前記電磁石周りに巻回された前記コイル導体を外部電流が流れる請求項１に記載の変則電気機械。
【請求項２０】
前記電機子コンポーネントの少なくとも２つが直列接続及び／又は並列接続される請求項５に記載の変則電気機械。
【国際調査報告】
2014513516.tif 000028
2014513516.tif 000029
2014513516.tif 000030
2014513516.tif 000031