(57)【要約】  本発明は、発電機またはモータとして区別なしで動作される、スイッチトリラクタンス発電機に関し、製造コストと同様に、パワーに対する質量の比の最適化を許容する一連の特性を有する。この機械は、単一の磁束によって横切られるいくつかのエアギャップを有し、そこで磁力が得られる。この磁束は、能動部品に配置された一連のコイル（６）によって供給され、これらの能動部品は二つのヨーク（４）および（５）であり、その中で磁束が閉じる。上述した磁気回路に、磁束が閉じない他の能動部品があっても良い。一連の受動素子（通常はトランスレータ（１）と（２））は、能動部品に対して移動している間、磁力を引き起こす位置に関する回路のリラクタンスの変化を生み出す。本発明の最も独特な特性は、磁束が２つの端部の能動部品（４−５）を通して戻るだけである。これにより、質量、重量、および費用の所望の削減が可能となる。
2010510762.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
コイルによって生成された磁束が、それ自体で閉じるためにトランスレータおよびステータを横切る、リニアスイッチトリラクタンスモータ／発電機であって、
上記リニアスイッチトリラクタンスモータ／発電機は、
いくつかのエアギャップを備え、
上記磁束が一組のトランスレータ（１）および（２）およびステータ（３）を横切り、
上記磁束が、２つの端のステータによって、または替わりに２つの端のトランスレータによって形成されるヨーク（４）および（５）を通って閉じるだけであり、
上記磁束は中間の強磁性要素のエアギャップに対してほぼ直交する
ことを特徴とするリニアスイッチトリラクタンスモータ／発電機。
【請求項２】
請求項１に記載のリニアスイッチトリラクタンスモータ／発電機において、
上記一組の中間コイル（６）は、その内部に磁束をガイドし、
起磁力が、上記ヨーク（４）及び（５）に取付けられたコイルによって引き起こされるだけではないことを特徴とするリニアスイッチトリラクタンスモータ／発電機。
【請求項３】
請求項１に記載のリニアスイッチトリラクタンスモータ／発電機において、
異なるトランスレータ（１）および（２）は、その機械的な結合のおかげで一体となって動き、
さらに上記トランスレータは、同じ磁束によって、横切られ、その結果、上記トランスレータに作用する力が足されることを特徴とするリニアスイッチトリラクタンスモータ／発電機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は高比出力のスイッチトリラクタンス機に関する。このリラクタンス機はモータまたは発電機として働き、どのような場合でも線形（リニア）である。そのような機械は、製造を非常に経済的にするいくつかの特性を有する。また、そのような機械は、作動を実行しまたは外部の機械的なソースからパワーを抽出する必要がある、どのようなところにも適用されるだろう。供給または抽出されたパワーと、重さまたはコストとの間の比率を最小にする必要があるとき、特に良く環境に適応される。
【０００２】
同様の性能を必要とする他のどのような状態にも適用できるが、本発明の好適な適用分野は、波によって引き起こされた海面レベルの変動による、海洋エネルギからの発電である。
【背景技術】
【０００３】
前の段落で言及された、本発明の好適な適用分野、すなわち、海面レベルの変動による海洋エネルギからの発電において、２つの部品でできたブイに基づくエネルギ抽出システムがある。２つの部品のうちの１つが自由に海面を追って浮遊する一方、もう一つの部品は、他方に対して減少した振動振幅を有する。これにより、相対的な動きが往復運動になり、ブイ−海のシステムからエネルギを抽出することができる。この動きの主な特徴は、大きな力とわずかな速度の存在である。この特徴は、効率的にエネルギを抽出する装置にとっては大きな問題である。
【０００４】
よく知られているように、波は、大洋の表面にわたる風の、とぎれない作用によって引き起こされる。波は、ほとんどエネルギを散逸せずに何千キロメートルも伝わる。波のエネルギは、風のエネルギよりも予測可能で集中していることに特徴がある。したがって、波は重要な世界のエネルギ資源である。推定されるグローバルな波のパワーの容量は、世界の平均消費電力に相当する２ＴＷである。
【０００５】
速度に対する力の比が大きいことにより特徴付けられたシステムからエネルギを引き出す従来の解決策は、油圧式、機械式、電気式システムのハイブリッドの使用に基づいている。これらのシステムは複雑であり、厳しい環境でのメンテナンスは非常に高額であろう。非常に多くの機械部品からなる、そのような複雑なシステムの有用性は、必然的に低く、特に往復運動が原因である。
【０００６】
他方、スイッチトリラクタンス発電機の通常の設計では、上記磁束は、コイルによって引き起こされ、トランスレータとステータとの間のただ一つのエアギャップを横切って、閉じる。これにより、これらのコンポーネントは、このために大量の強磁性体材料を有することが強いられる。
【０００７】
より具体的にいうと、従来のスイッチトリラクタンス機において、各コイルは１つのエアギャップに磁場を引き起こすだけであり、大量の強磁性体材料を使用しないという裏の意味があり、結果的に多くのコストと重量を伴う。
【０００８】
私たちは、波の振動から直接エネルギを発生するための他の発電機の存在について言及できる。それは、トランスレータに希土類の永久磁石を用いているので、その機械のコストはむしろ高く、その重量はむしろ大きい。外部グリッドがない場合でさえ、これらの機械は、動作中に開回路電圧を有し、そのメンテナンスをより危険にし、故障した場合に、その位相のうちの１つの部分的な接続解除を不可能にする。線形の機械の他のデザインは、ウプサラ大学（スウェーデン）によって提案された。それは、八角形のセクションの上に配置された永久磁石に基づき、ステータの分布巻を有し、製造するのがずっと高価で難しい解決方法である。
【発明の概要】
【０００９】
本発明で提案された発電機／モータ、すなわち、提案されたリニアスイッチトリラクタンス機は、以前に説明されたものと同様の環境における発電のための純粋に電気機械的な非常に有利な解決策である。したがって、今まで知られているシステムに関して、より高い有用性とより低いメンテナンス費を提供する。
【００１０】
この発明で提案された機械の一般的な動作は、スイッチトリラクタンス機と同様なので、一連のコイルは、可動部の変位に同期して電力が供給される。したがって、対応する位相は、発電機またはモータのモードでの動作に従って、磁気リラクタンスがそれぞれ増加または減少しているときに電力が供給される。
【００１１】
従来のスイッチトリラクタンス機に関する変更は、上述した海洋発電の適用ケースのように重さに対する力の大きな比を得る必要があるとき、その機能性に対する大きな改善を可能にする。直接エアギャップ力の発生に関連しない機械の部分を排除することによって、材料の大きな節約および達成可能なパワー密度の大幅な増加が達成される。他方、本発明の機械の対象物によって、長いトランスレータ構造が非常に経済的になる。機械における有用な運転の増加は、わずかな追加コストを含むだけである。
【００１２】
この目的で、そして本発明のデザインに従ったより具体的な方法では、同じ磁場がいくつかのエアギャップを横切って、一群のトランスレータを他の一群のステータにリンクさせ、二つのステータまたは端部のトランスレータ（以下「ヨーク」という。）においてのみ閉じる。各エアギャップでは、適切な位相を切り換えることによって力を得ることが可能なので、達成可能な力と機械の重量との間の比率は非常に高い。
【００１３】
コイルは、ステータかトランスレータに取り付けられていても良い。コイルがトランスレータに取り付けられている場合、スリップリングかフレキシブルコネクションを使用する必要があるだろう。本発明において、われわれが後述する対応図面で見られるように、いくつかのエアギャップおよびコイルは直列に配置されている。
【００１４】
本発明は、如何なる数のトランスレータやステータに適用され得るのと同様に、スイッチトリラクタンス機の動作に適合する如何なる数のトランスレータやステータの極にも適用され得る。同様に、それは積層またはマッシフ強磁性構造に適用され得る。
【００１５】
本発明の固有の利点は、マッシフか積層の強磁性体からいったん作られるだけで、非常に安くて、軽い受動的構造にある。そのような改良によって、より長い間の運転への機械のスケーリングが非常に経済的になる。同様に、上記機械は、受動部分（それがトランスレータの場合）の低慣性を有する。そしてそれは、長い運転と素早い加速を必要とするアクチュエータを非常に魅力的にする。
【００１６】
能動素子と受動素子の両方は、その磁気的挙動に影響しない機械的な補強を有していても良い。
【００１７】
鉄のロスを抑えるために、非常に低速な用途において固体の磁鉄が使用されるかも知れないが、トランスレータとステータのための突出した材料は、磁気積層になるだろう。コイルは、巻線の絶縁を提供するためにエナメル銅から製造されるだろう。コイルの外部に、エポキシ含浸繊維ガラスで作られたアース絶縁が適用されるだろう。すべてのコイルは、端末の数を減らすために直列接続されるだろう。
【００１８】
トランスレータとステータとの間の滑りの誘導は、エレベータと同様の方法のレールとスライディングユニットで実行されるだろう。
【００１９】
上記機械はパワー電子装置を通して駆動されなければならない。それは、リラクタンス変化が適切であるステージ（瞬間）に、つまり、モータモードではリラクタンスを増加し、発電機モードではリラクタンスを減少させるのに対応するステージ（瞬間）に、各位相を閉じるか開くかに関与する。一組のセンサの存在は、上記機械の移動をパワー電子駆動の動作に同期させるために、トランスレータとステータとの間の相対的な位置を検出する。
【００２０】
以前に言及された理由に従うと当然かもしれないが、発電機としてもアクチュエータとしても、本発明の産業上の多くの適用分野がある。提示されたデザインの特性は、発電機の製造の標準的な技術の使用による、大量生産がひときわ適している。
【００２１】
本発明で提案された上記機械のデザインは、より大きいパワーによく拡張できる。そのパワーが、能動部品の数、機械の幅、および中間のトランスレータおよびステータの数という３つの特質の、いずれかの拡大により、いったん増加されるかもしれない。したがって、この機械が発生させるかもしれないパワーは、その能動部品の量に比例する。この言及されたパワーの増加は、単に同じ部品の数の増加で実行されるかもしれない。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
上記説明の補足となるように、また、好適な実施例にしたがって、本発明の特性の理解を助けるために、この好適な実施形態に関する一組の図面も含まれる。この実施形態は、本発明を明確に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。
【図１】本発明に従って作られた、線形スイッチトリラクタンス機、すなわち、２つのトランスレータと中間のステータとが使用されている機械の略図である。
【図２】概略的な方法によって、図１で説明された線形スイッチトリラクタンス機に流れる磁束フローを示す。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
上述したように、図１は、２つのトランスレータ（１）と（２）とを有する機械を示している。これら２つのトランスレータは、それらの間の、図示されていない、機械的な結合のおかげで一体となって動く。２つのトランスレータ（１）と（２）との間に配置された中間のステータ（３）と、２つのヨーク（４）と（５）とは静止しており、さらに、両方のトランスレータに同時に力を加える。リファレンス（６）は対応するコイルを識別する。
【００２４】
他方、図２は磁束を示し、上記機械を通る循環が矢印で示されている。この磁束は同相（ａ）で循環している電流によって生成される。それらのコイル（６）は、一つのコイルの両側に相当する（ａ）および（ａ’）によって示されたブロックによって図示されている。図２で観測されるように、ヨーク（４）と（５）および中間のステータ（３）に取り付けられたコイルの起磁力によって与えられた上述の同じ磁束は、ヨーク（４）と（５）とを通って一度戻るだけである。
【００２５】
上述の図２では、この機械のトポロジによって達成されるかもしれない大きいパワー密度を観測するのは可能である。この機械は、従来の設計において磁束の復帰に必要であるが、如何なる磁力も発生させない多量の材料を排除する。同様に本発明の機械は、排除されるかもしれない膨大な量の不要な材料による重要な経済的利点を示す。
【００２６】
本発明の実用的な実施形態の一例によると、線形スイッチトリラクタンス機は、三相機であって、トランスレータ内の４極に対応するステータ内の６極を有するものであっても良い。それは、回転機で使用される最も一般的な機械であり、線形スイッチトリラクタンス機に完全に適合されるだろう。上述の図面に相当するデザインは、２つの端部のステータと、上述のヨーク（４）および（５）と、中央のステータ（３）に基づいている。それら全ては極を有し、それらの極に集中巻きコイル（６）が取付けられている。各対のステータの間に、トランスレータ（１−２）が配置されている。すべてのトランスレータは、機械的にリンクされ、動かされて、一体となる。
【図１】
2010510762.tif 000003
【図２】
2010510762.tif 000004
【手続補正書】
【提出日】平成20年10月7日(2008.10.7)
【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】
コイルによって生成された磁束が、それ自体で閉じるためにトランスレータおよびステータを横切る、リニアスイッチトリラクタンスモータ／発電機であって、
上記リニアスイッチトリラクタンスモータ／発電機は、
いくつかのエアギャップを備え、
上記磁束が一組のトランスレータ（１）および（２）およびステータ（３）を横切り、
上記磁束が、２つの端のステータによって、または替わりに２つの端のトランスレータによって形成されるヨーク（４）および（５）を通って閉じるだけであり、
上記磁束は中間の強磁性要素のエアギャップに対してほぼ直交する
ことを特徴とするリニアスイッチトリラクタンスモータ／発電機。
【請求項２】
請求項１に記載のリニアスイッチトリラクタンスモータ／発電機において、
上記一組の中間コイル（６）は、中央のステータに配置され、上記磁束が上記コイルの内部にガイドされるようにし、
それによって不要な迷い磁束を減少させるとともに、起磁力を付加的に供給し、
上記起磁力は、もはや上記ヨーク（４）および（５）に取付けられたコイルによるものだけではないことを特徴とするリニアスイッチトリラクタンスモータ／発電機。
【請求項３】
請求項１に記載のリニアスイッチトリラクタンスモータ／発電機において、
異なるトランスレータ（１）および（２）は、その機械的な結合のおかげで一体となって動き、
さらに上記トランスレータは、同じ磁束によって、横切られ、その結果、上記リラクタンスの空間的な変動によって生成され、上記トランスレータに作用する力が足されることを特徴とするリニアスイッチトリラクタンスモータ／発電機。
【国際調査報告】
2010510762.tif 000005
2010510762.tif 000006