(57)【要約】本発明は、横磁束型の電気機械に関する。この機械は固定子１と可動要素２とを含む。固定子は、磁束導体を有する複数の固定子要素９、１０と、各磁束導体を通る閉巻き線経路の中に延在する電気巻き線１２を含む。可動要素２は多くの永久磁石部材１５を含み、移動経路に沿って固定子に対して可動である。巻き線経路は、移動経路に沿って延在する第１導電セクション１２を含む。各磁束導体は、前記永久磁石部材１５の１つと共に、前記導電セクションの周りに延在する閉磁束回路を形成する。各永久磁石部材は一次磁石体１６を含み、一次磁石体１６は移動経路を横切る磁気方向を有する。隣接して位置する永久磁石部材１５は、中間部材４０によって互いに分離されており、中間部材４０は少なくとも１つの二次磁石体４１、４２を含み、二次磁石体は一次磁石体１５の磁気方向を横切る磁気方向を有する。
2006505235.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁束導体（２１〜２４）を含む複数の固定子要素（９、１０）と、各磁束導体（９、１０）を通る本質的に閉じた巻き線経路の中に延在する巻き線（１１）を形成する電気導体とを含む、固定子（１）と、
多くの永久磁石部材（１５）を含み、移動経路に沿って前記固定子（１）に対して可動である、可動要素（２）と
を含み、
前記本質的に閉じた巻き線経路（１１）は、本質的に前記移動経路に沿って延在する第１導電セクション（１２）を含み、
各磁束導体（２１、２３）は、前記永久磁石部材（１５）の１つと共に、前記導電セクション（１２）の周りに延在する閉磁束回路（２５）を形成するようになっており、
各永久磁石部材（１５）は一次磁石体（１６）を含み、前記一次磁石体（１６）は、北極と南極及び南極から北極へ延びて本質的に前記移動経路を横切る磁気方向を有し、
前記永久磁石部材（１５）は、可動要素の中で前記一次磁石体（１６）の磁気方向に対して交替順で配置されている、
横磁束型の電気機械であって、
前記可動要素（２）の隣接する永久磁石部材（１５）は、中間部材（４０）によって互いに分離されており、前記中間部材（４０）は少なくとも１つの二次磁石体（４１、４２）を含み、前記二次磁石体（４１、４２）は、北極と南極及び南極から北極へ延びて本質的に前記一次磁石体（１６）の磁気方向を横切る磁気方向を有することを特徴とする、
電気機械。
【請求項２】
前記二次磁石体（４１、４２）の磁気方向が前記移動経路に本質的に平行に延びていることを特徴とする、請求項１に記載の電気機械。
【請求項３】
前記可動要素（２）の各中間部材（４０）が２つの二次磁石体（４１、４２）を含むことを特徴とする、請求項２に記載の電気機械。
【請求項４】
第１及び第２隣接永久磁石部材（１５）間の中間部材（４０）の二次磁石体（４１、４２）が、前記第１二次磁石体（４１）が前記第１永久磁石部材の前記一次磁石体（１６）の北極と前記第２永久磁石部材（４２）の前記一次磁石体（１６）の南極との近傍にあるように、及び前記第２二次磁石体（４２）が前記第１永久磁石部材の前記一次磁石体（１６）の南極と前記第２永久磁石部材の前記一次磁石体（１６）の北極との近傍にあるように、配置されていることを特徴とする、請求項３に記載の電気機械。
【請求項５】
可動要素の各中間部材（４０）が、前記２つの二次磁石体（４１、４２）の外側に磁気絶縁材料の層（５０）を含むことを特徴とする、請求項３及び４のいずれか一項に記載の電気機械。
【請求項６】
各永久磁石部材（１５）が、前記一次磁石体（１６）の一方の側に第１磁束導体（４３）を、前記一次磁石体（１６）の他方の側に第２磁束導体（４４）を含むことを特徴とする、請求項３及び４のいずれか一項に記載の電気機械。
【請求項７】
２つの隣接する永久磁石部材（１５）間の中間部材（４０）の前記二次磁石体（４１、４２）が、前記第１二次磁石体（４１）が前記２つの永久磁石部材（１５）の前記第１磁束導体（４３）の間に延在する様に、及び前記第２二次磁石体（４２）が前記２つの永久磁石部材（１５）の前記第２磁束導体（４４）の間に延在する様に配置されていることを特徴とする、請求項３及び６に記載の電気機械。
【請求項８】
前記二次磁石体（４１、４２）の磁気方向が、前記一次磁石体（１６）の磁気方向に対して本質的に直角であることを特徴とする、請求項１から７までのいずれか一項に記載の電気機械。
【請求項９】
各磁束回路（２５）が、前記移動経路に本質的に直角な平面に平行であることを特徴とする、請求項１から８までのいずれか一項に記載の電気機械。
【請求項１０】
隣接する永久磁石部材（１６）の中心間距離が、前記固定子１の隣接する磁束導体（２１〜２４）の中心間距離に本質的に等しいことを特徴とする、請求項１から９までのいずれか一項に記載の電気機械。
【請求項１１】
前記固定子の前記磁束導体（２１〜２４）が、それぞれの前記磁束回路（２５）の中で前記永久磁石部材（１５）に関して磁気方向に対して交替順で配置されていることを特徴とする、請求項１から１０までのいずれか一項に記載の電気機械。
【請求項１２】
前記本質的に閉じた巻き線経路が、前記移動経路に本質的に平行に延在する第２導電セクション（１３）を含むことを特徴とする、請求項１から１１までのいずれか一項に記載の電気機械。
【請求項１３】
前記巻き線経路の前記第１導電セクション（１２）が本質的に前記固定子（１）の前記磁束導体（２１、２３）の第１半分に関連し、前記巻き線経路の第２導電セクション（１３）が本質的に前記固定子（１）の前記磁束導体（２２、２４）の第２半分に関連することを特徴とする、請求項１２に記載の電気機械。
【請求項１４】
前記可動要素の前記永久磁石部材（１５）が、前記第１導電セクション（１２）に関連する前記固定子の前記磁束導体（２１、２３）、及び前記第２導電セクション（１３）に関連する前記固定子１の前記磁束導体（２２、２４）と協働するようになっていることを特徴とする、請求項１３に記載の電気機械。
【請求項１５】
各磁束導体（２１〜２４）が少なくとも１つの磁束伝導セクション（２６）を含み、各磁束導体の前記セクションは前記移動経路に平行な一線に代わるがわる配置され、各磁束導体（２１〜２４）の前記セクション（２６）の磁束は本質的に同じ方向に延在し、分割部材（３０）が各対の隣接磁束導体（２１〜２４）の間に配置され、磁気伝導材料を含み前記セクション（２６）に沿って延在する主セクションを含むことを特徴とする、請求項１から１４までのいずれか一項に記載の電気機械。
【請求項１６】
前記セクション（２６）が磁束伝導中央セクションを形成することを特徴とする、請求項１５に記載の電気機械。
【請求項１７】
磁束導体（２１〜２４）の各々が、少なくとも１つの前記中央セクション（２６）と２つの磁束伝導端部セクション（２７、２８）とを含むことを特徴とする、請求項１６に記載の電気機械。
【請求項１８】
各分割部材（３０）が前記端部セクション（２７、２８）に沿って磁気絶縁していることを特徴とする、請求項１７に記載の電気機械。
【請求項１９】
各分割部材（３０）が前記端部セクション（２７、２８）に沿って空気の空間を形成することを特徴とする、請求項１８に記載の電気機械。
【請求項２０】
前記分割部材（３０）の主セクションが磁気伝導性の鉄で作られていることを特徴とする、請求項１から１９までのいずれか一項に記載の電気機械。
【請求項２１】
各磁束導体（２１〜２４）の前記２つの端部セクション（２７、２８）が、各隣接磁束導体（２１〜２４）の端部セクション（２７、２８）に関して前記移動経路に本質的に直角な平面の中で転置されることを特徴とする、請求項１から２０までのいずれか一項に記載の電気機械。
【請求項２２】
前記可動要素（２）が往復運動を実施するようになっていることを特徴とする、請求項１から２１までのいずれか一項に記載の電気機械。
【請求項２３】
前記可動要素（２）がハウジング（７５）の中に移動可能に配置された少なくとも１つのピストン（７６）に連結されていることを特徴とする、請求項２２に記載の電気機械。
【請求項２４】
電気機械（３）が燃焼機械と協働するようになっており、前記ハウジング（７５）が燃焼室（７７）を形成し、前記燃焼室（７７）の中で前記ピストン（７６）が前後に移動可能であることを特徴とする、請求項２３に記載の電気機械。
【請求項２５】
前記可動要素（２）が回転運動を実施するようになっていることを特徴とする、請求項１から２１までのいずれか一項に記載の電気機械。
【請求項２６】
電力を発生するための発電機としての、請求項１から２２まで及び２５のいずれか一項に記載の電気機械（３、４）の使用。
【請求項２７】
前記発電機が風力設備及び波力設備の１つにおいて構成部分を構成するようになっている、請求項２６に記載の使用。
【請求項２８】
電力を発生するためのモータとしての、請求項１から２２まで及び２５のいずれか一項に記載の電気機械（３、４）の使用。
【請求項２９】
前記モータが車両（９３）における駆動モータ（４）を形成するようになっている、請求項２８に記載の使用。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項１の前文による横磁束型の電気機械に関する（ＷＯ０１／７８２１８（ＡＢＢ  ＡＢ）及びＷＯ０１／７８２１９（ＡＢＢ  ＡＢ）を参照）。本発明は又、この型の電気機械の使用にも関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の電気機械は、各固定子要素の磁束面が回転子の移動方向に平行であることを意味する、いわゆる縦磁束の原理によって動作する。ＵＳ−Ａ−５１７７１４２（Ｖｏｎ  Ｚｗｅｙｇｂｅｒｇｋ）は、いわゆる横磁束原理によって動作する電気機械を開示している。この周知の機械は、多くの永久磁石体を有する回転する回転子と、対応する数の固定子要素を有する固定子とを含み、固定子要素は、誘導磁束が実質的に回転子の回転方向に直角をなす経路に従う様に配置されている。この周知の機械は、高パワー密度即ち高トルク密度を特徴とし、即ち、機械の容積又は物理的サイズに関連する大きな力又は大きなトルクが得られる。ＵＳ−Ａ−５１７７１４２は、横磁束型の回転機械を開示している。
【０００３】
ＷＯ０１／７８２１８及びＷＯ０１／７８２１９は両方とも、横磁束型のリニア電気機械を開示している。この周知の機械は、複数の磁束導体を有する固定子と、各磁束導体を通る閉巻き線経路として延びる巻き線を形成する導電体とを含む。この機械は、多数の永久磁石要素を有する可動要素も含む。可動要素は、有限長さの空間において移動経路に沿った固体子に関して往復運動を描く。閉巻き線経路は、移動経路に実質的に平行に延在する第１伝導セクションを含む。各磁束導体は永久磁石要素の１つと共に、伝導セクションの周りに延在する閉磁束回路を形成する。磁束導体は、永久磁石要素と磁束回路とに関してそれぞれ、磁束の方向に対して交替順で配置されている。
【０００４】
上記の様に、横磁束機械は高パワー密度即ち高トルク密度を特徴とし、即ち、得ることのできる力又はトルクが機械の容積又は物理的サイズに関連して大きい。更に、横磁束機械における力は、従来の電気機械とは反対に、固定子及び回転子即ち可動要素の極数に正比例する。上記のＷＯ０１／７８２１８及びＷＯ０１／７８２１９に示す様に、横磁束機械を、非常にコンパクトに、即ち比較的小さな機械の中に多数の極を伴って製造することもできる。しかし、周知の横磁束機械の高トルク密度は、比較的低い力率に関連するものであり、即ち、機械と制御ユニットの両方を、これらの実際の定格電力と比較して比較的大きな次元出力のために設計しなければならない。低力率の理由は、周知の横磁束機械は磁束の比較的大きな漏えいを有し、この結果として固定子と可動要素即ち回転子との間の結合が弱くなることである。あらゆる型の電気機械においてある一定の大きさを有する磁気漏えいは、磁束の一部が如何なる作業も実施することなく仮想磁束回路から消失することを意味する。従って、漏えいは機械の効率を低下させる。
【０００５】
上述の横磁束型の電気機械では、漏えいは固定子と可動要素即ち回転子との両方において発生する。固定子においては、漏えいは、磁束が隣接磁束導体の中を反対方向に延びるセクションにおいて、隣接磁束導体間で発生する。回転子においては、漏えいは、隣接する永久磁石体が反対方向に磁束を有するので、隣接する永久磁石体の間で発生する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、トルク密度が高く、力率が改善された即ち磁気漏えいが小さな、横磁束型の電気機械を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この目的は、本説明の導入部分に記載された電気機械であって、可動要素の隣接する永久磁石部材が中間部材によって互いに分離され、中間部材は、北極と南極とを有する少なくとも１つの二次磁石体と、南極から北極へ一次磁石体の磁気方向を実質的に横切って延在する磁気方向とを含むことを特徴とする、電気機械によって達成される。
【０００８】
この様な二次磁石体によって、隣接する永久磁石体間の可動要素における磁束漏えいを、二次磁石体の漏えいを補償することによって減少することができる。二次磁石体は、磁束回路における回転子から固定子へ、及び隣接する磁束回路における固定子から回転子へ、磁束の追加を作り出す。更に正確には、二次磁石体の磁気方向が移動経路と本質的に平行に延在できることは有利である。移動経路は、例えば往復運動において可動要素が沿って移動する、直線であっても、又は何らかの曲線であってもよい。移動経路は円で構成されてもよく、これによって可動要素は中心点の周りを回転する。
【０００９】
本発明の別の実施例では、可動要素の各中間部材は２つの二次磁石体を含む。次いで、第１及び第２の隣接する永久磁石部材間の中間部材の二次磁石体が、第１二次磁石体が、第１永久磁石部材の一次磁石体の北極及び第２永久磁石部材の一次磁石体の南極との近傍にある様に、それから第２二次磁石体が、第１永久磁石部材の一次磁石体の南極及び第２永久磁石部材の一次磁石体の北極との近傍にある様に、配置されることは有利である。こうして、各永久磁石部材における磁束は、固定子の磁束導体に向かうか又は磁束導体からの方向に２つの極において集中することになる。
【００１０】
本発明の更なる実施例によれば、可動要素の各中間部材は、２つの二次磁石体の外側にある磁気絶縁材料の層を含む。この様な層は、例えばステンレス鋼などの非磁性材料から形成することもでき、いわゆる電気子反作用によって二次磁石体の減磁防止に寄与する。
【００１１】
本発明の更に別の実施例によれば、各永久磁石部材は、一次磁石体の一方の側に第１磁束導体と、一次磁石体の他方の側に第２磁束導体とを含む。更に、２つの隣接する永久磁石部材間における中間部材の二次磁石体が、第１二次磁石体が、２つの永久磁石部材の第１磁束導体間に延在し、それから第２二次磁石体が、２つの永久磁石部材の第２磁束導体間に延在するように、配置されることは有利である。この様な設計によって、２つの二次磁石体と１つの一次磁石体との北極は、すべて例えば第１磁束導体に向けて方向付けることができ、２つの二次磁石体と１つの一次磁石体との南極は、すべて例えば第２磁束導体に向けて方向付けることができる。この様にして、磁束導体に向く全極域は大きくなり、磁束導体は固定子の方向又は固定子からの方向に磁束を集中させる。
【００１２】
本発明の更に別の実施例によれば、前記二次磁石体の磁気方向は、一次磁石体の磁気方向に対して本質的に直角をなす。その上に、各磁束回路は、移動経路に本質的に直角な平面に平行な磁束を含むことができる。隣接する永久磁石部材の中心間の距離が、固定子における隣接する磁束導体の距離に等しいことは有利である。その上に、次に固定子の磁束導体を、それぞれの磁束導体における永久磁石部材に関して、磁束の方向に対して交替順で配置することもできる。
【００１３】
本発明の更に別の実施例によれば、本質的に閉じた巻き線経路が、移動経路に本質的に平行に延在する第２伝導セクションを含む。こうして、本質的に閉じた巻き線経路の非常に大きな部分が電流発生のために利用でき、従って損失は非常に低いレベルに保たれる。その上に、巻き線経路の第１伝導セクションを本質的に、前記磁束導体の第１半分に接続することができ、巻き線経路の第２伝導セクションを本質的に、前記磁束導体の第２半分に接続することができる。稼動要素の永久磁石が、第１伝導セクションに接続された固定子の磁束導体、及び第２伝導セクションに接続された固定子の磁束導体と協働する様になっていることは好ましい。
【００１４】
本発明の追加の実施例によれば、各磁束導体は少なくとも１つの磁束伝導セクションを含み、各磁束導体の前記セクションは移動経路に平行に次々に一列に配置され、各磁束導体の前記セクションの磁束は本質的に同じ方向に延在し、分割部材が各対の隣接磁束導体の間に配置され、磁気伝導材料を含み前記セクションに沿って延在する主セクションを含む。この様な磁束伝導分割部材と磁束導体のセクションでは、磁束は同じ方向に延在することになり、これは、磁束導体間の磁気漏えいを著しく減少できることを意味する。こうして、固定子におけるいわゆる磁束フリンジングを本質的に防止することができる。前記セクションが磁束伝導中央部分を形成することは有利である。その上に、各磁束導体は、少なくとも前記中央セクションと、固定子と可動要素との間のエア・ギャップに隣接する２つの磁束伝導端部セクションを含むことができる。各分割部材が、可動要素の隣接永久磁石部材の対向磁束方向によって生じる磁気漏えいを防止する端部セクションに沿って磁気的に絶縁していることは好ましい。磁気絶縁が、各分割部材が端部セクションに沿って空気の空間を形成するように、達成できることは有利である。前記分割部材の主セクションを磁気伝導性の鉄で作ることもできる。
【００１５】
本発明の別の実施例によれば、各磁束導体の２つの端部セクションは、各隣接磁束導体の端部セクションに関して移動経路に本質的に直角な平面の中で転置される。
【００１６】
本発明の更に別の実施例によれば、可動要素は往復運動を実施するようになっている。その上に、可動要素は、ハウジングの中に移動可能に連結された少なくとも１つのピストンに連結することができる。この場合、電気機械を、前記ハウジングが燃焼室を形成して燃焼室の中でピストンが前後に移動する燃焼機関と協働するように配置することもできる。従って、電気機械を発電機として利用することもでき、これによってピストンの移動は実質的に、それ自体周知の方式で燃焼行程の助けによって達成される。しかし、ＷＯ０１／４５９７７に記載の原理によれば、電気エネルギーを機械の固定子に供給して、燃焼が始まるときにハウジング内のピストンの正確な位置決めを成し遂げることもできる。こうして電気機械は発電用に加えて、ピストン用の連結棒として働くこともできる。電気機械を、例えばピストン・ポンプを駆動するための純粋な電気モータとして利用することもできる。
【００１７】
本発明の更に別の実施例によれば、可動要素は回転運動を行うようになっている。この様な回転電気機械は、車両又はその他のある装置を駆動するためのモータとして働き、利用できる。高パワー密度即ち高トルク密度は、例えば車両における車輪モータ、即ち車両の車輪の近くに配置されたモータとして適した電気機械を作る。
【００１８】
本発明の更に別の実施例によれば、電気機械は、電力を発生するための発電機として動作することを目的とする。トルク密度が高いので、機械を比較的低速で駆動してもよく、これは例えば風力発電設備における回転電気機械用の発電機として、又は波力発電設備におけるリニア電気機械用の発電機として、多くの適用分野で有利である。
【００１９】
この目的は又、請求項２６〜２９に定義された使用の助けによって達成される。
【実施例】
【００２０】
本発明を、例としてのみ示された様々な実施例によって、添付の図面を参照して更に詳しく以下に説明する。
【００２１】
本発明は、横磁束型の電気機械に関する。この電気機械は固定子１と可動要素２とを含む。図１は、本発明の第１実施例によるリニア電気機械３を概略的に示し、可動部材２は、固定子１に関して、軸ａに平行に延在する本質的に直線移動経路に沿って前後に移動する。この適用例では、リニア電気機械という表現は、可動要素２がアーチ状移動経路に沿って前後に移動する場合にも関することに留意されたい。
【００２２】
図８は、本発明の第２実施例による回転電気機械４を概略的に示し、回転子の形の可動要素２は中心軸ｂの周りに回転し、移動経路は中心軸ｂの周りに円に沿って延在している。この場合には、上記のアーチ状の場合におけるように、「移動経路を横切って」及び「移動経路に平行」という表現における移動経路という用語は、問題とされる位置における移動経路に対する接線を意味する。
【００２３】
次に、図１〜７を参照して先ず第１実施例を説明する。このうち図２だけは概略的構成物を示し、図３〜７は可能な設計を詳しく示す。固定子１は、複数の固定子要素９、１０（図２を参照）と、図１では概略的に示されている本質的に閉じた巻き線経路の中を延びる巻き線１１を形成する電気導体とを含む。巻き線１１は各固定子要素９、１０を通って延びている。図２〜７に示す実施例では、本質的に閉じた巻き線経路は、移動経路と軸ａとに本質的に平行に延びる第１の本質的に直線の導電セクション１２と、移動経路と軸ａとに本質的に沿って延びる第２の本質的に直線の導電セクション１３とを含む（特に図３及び４を参照）。２つの本質的に直線の導電セクション１２及び１３は、図１に示すように端部で互いに接続されており、従って巻き線１１は閉じている。
【００２４】
可動要素２は、多くの永久磁石部材１５を含み（図２、３、４、及び６を参照）、各永久磁石部材は一次磁石体１６を含む。各一次磁石体１６は北極と南極と、南極から北極へ延びる磁気方向とを有する。従って、一次磁石体１６の磁気方向は、本質的に移動経路と軸ａとを横切って延び、更に正確には移動経路と軸ａとに本質的に直角に延在している。図２から明らかになる様に、永久磁石部材１５は可動要素２の中で、永久磁石部材１５の磁気方向に対して交替順で配置されている。各永久磁石部材１５は、本質的に同じ幅を有する。更に、隣接する永久磁石部材１５の中心間距離は、固定子１の隣接固定子要素９、１０の中心間距離に本質的に等しい。
【００２５】
図３及び４に示す実施例では、各固定子要素９、１０はそれぞれ、２つの磁束導体２１、２２及び２３、２４を含む。各磁束導体２１、２２、及び２３、２４は、それぞれ、永久磁石部材１５の１つと共に、図３及び４において点線で示されている巻き線１１のそれぞれの導電セクション１２、１３の周りに延在する閉磁束回路２５を形成する。従って、各磁束導体２５は、移動経路と軸ａとに本質的に直角である平面に平行な磁束を含む。
【００２６】
従って、電気機械は２つの型の固定子要素９、１０を含む。図３は、図の最前部に２つの磁束導体２１及び２２を有する第１型の固定子要素９を示す。図４は、図の最前部に２つの磁束導体２３及び２４を有する第２型の固定子要素１０を示す。図５は、間に分割部材３０を置いて代るがわる配置された２つの型の固定子要素９、１０を示す。分割部材３０については後で詳しく説明する。
【００２７】
第１導電セクション１２は、本質的に磁束導体の第１半分、即ち磁束導体２１及び２３に接続され、第２導電セクション１３は、本質的に磁束導体の第２半分、即ち磁束導体２２及び２４に接続されている。図１〜７に示す実施例では、電気機械は永久磁石部材１５を有する２つの可動要素２を含む。第１可動要素２は磁束導体２１及び２３と協働し、第２可動要素は磁束導体２２及び２４と協働する。磁束導体２１、２２及び２３、２４は、それぞれの磁束回路における永久磁石部材に関して、磁束の方向に対してそれぞれ交替順で配置されている。
【００２８】
本発明は２つの可動要素２を有するこの様な実施例に限られるものではなく、１つの可動要素２のみによって実現されることもでき、この場合、２つの磁束導体はそれぞれの導電セクションの周りに、且つ同じ永久磁石部材を通って延在していることに留意されたい。この様な原理はＷＯ０１／７８２１８（ＡＢＢ  ＡＢ）に示されており、本発明にも非常にうまく適用することができる。
【００２９】
固定子１は上述の分割部材３０を更に含む（図２、５、及び７を参照）。この様な分割部材３０は、磁束導体２１〜２４を有する各対の固定子要素９、１０の間に配置されている。各磁束導体２１〜２４は、少なくとも１つの磁束伝導中央セクション２６を含み、前記セクションは代るがわる１つの線内に位置している。この線は移動経路と軸ａとに平行である。各磁束導体２１〜２４のこれら磁束伝導中央セクション２６の磁束は、本質的に同じ方向に延在しており、これは図３及び４から明らかである。各分割部材３０は、この実施例では分割部材３０全体に沿って延在して示され、且つ磁気伝導材料、例えば磁気伝導鉄を含む主セクションを含む。従って、分割部材３０と磁性材料は磁束導体２１〜２４の磁束伝導中央セクション２６に沿って延在することになる。
【００３０】
更に、各磁束導体２１〜２４は、中央セクション２６から永久磁石部材１５に向かって内向きに延在する２つの磁束伝導端部セクション２７及び２８を含む。中間分割部材３０は、端部セクション２７及び２８に沿って磁気絶縁している。これは、各分割部材３０が端部セクション２７及び２８に沿って空気によって空所又は空間を形成することによって達成可能であり、特に図３〜５を参照されたい。これらの図では、磁束導体２１及び２２の２つの端部セクション２７及び２８は、隣接磁束導体２３及び２４の端部セクション２７及び２８に関して移動経路と軸ａとに本質的に直角の平面の中で転置する。端部セクション２７及び２８間の空間を、磁気絶縁材料で満たすこともできる。従って、代るがわる配置された磁束導体２１及び２３すべての中央セクション２６における磁束、及びこれらの間に配置された分割部材３０すべての主セクションにおける磁束は、同じ方向に延びることになる。同様に、代るがわる配置された磁束導体２２及び２４すべての中央セクション２６における磁束、及びこれらの間に配置された分割部材３０すべての主セクションにおける磁束は、同じ方向に延びることになる。こうして、磁束導体２１及び２３の間の磁気漏えい、及び磁束導体２２及び２４の間の磁気漏えいはそれぞれ、著しく減少されることになる。従って、固定子１におけるいわゆる磁束フリンジングを本質的に回避することができる。
【００３１】
可動要素２を更に詳しく以下に説明する。本質的に、各可動要素２の各対の隣接永久磁石部材１５は中間部材４０によって分離されている。本質的にこの様な各中間部材４０は、図示の実施例では２つの磁石体４１及び４２を有し、各磁石体は北極及び南極と、南極から北極へ延びる磁気方向とを有する。本質的に各二次磁石体４１、４２の磁気方向は、一次磁石体１６の磁気方向を本質的に横切って、図示の実施例では一次磁石体１６の磁気方向に直角に延びている。従って、二次磁石体の磁気方向は、軸ａの移動経路に本質的に平行に延びている。
【００３２】
図２及び６から明らかな様に、２つの隣接永久磁石部材１５間の中間部材４０の二次磁石体４１及び４２は、第１二次磁石体４１が一方の永久磁石部材１５の一次磁石体１６の北極と他方の永久磁石部材１５の一次磁石体１６の南極との近傍にあり、且つ、第２二次磁石体４２が一方の永久磁石部材１５の一次磁石体１６の南極と他方の永久磁石部材１５の一次磁石体１６の北極との近傍にあるように、配置されている。
【００３３】
図示の実施例では更に、各永久磁石部材１５は、一次磁石体１６の一方の側において第１磁束導体４３と、一次磁石体１６の他方の側において第２磁束導体４４とを含む。こうして、２つの隣接する永久磁石部材１５間の中間部材４０の二次磁石体４１は、第１磁束導体４３の間に延在し、第２二次磁石体４２は、第２磁束導体４４の間に延在する。ここで、磁束導体４３及び４４を必要としないことを留意されたい。この場合には、一次磁石体１５は可動要素２全体を横切って延在することができ、即ち各一次磁石部材１６は単に、又は本質的に単に一次磁石体１５から構成される。
【００３４】
その上に、可動要素２の各中間部材４０は、中間部材４０における２つの二次磁石体４１、４２（特に図６を参照されたい）の周りに延在してこれらを囲む磁気絶縁材料の層５０を含む。
【００３５】
図８及び１０は、回転電気機械４の第２実施例を示す。この電気機械４は第１実施例における電気機械３と同じ方式で機能し、対応するか又は同じ機能を有する要素には、２つの実施例において同じ参照番号を付けた。この実施例における巻き線１１は、回転子２の周りに且つ各固定子要素９、１０を通じて延在するただ１つの導電セクション１２を含む。各固定子要素９、１０は、軸ｂに対して本質的に半径方向の平面に平行に延びる磁束のための磁束導体２１、２２を含む。回転電気機械は又、図９及び１０から明らかである２つの型の固定子要素９及び１０を含む。磁束導体２１及び２３は、それぞれの永久磁石部材１５と共に、半径方向平面に平行に延在する磁束回路２５を形成する。原則として、永久磁石部材１５はリニア機械３と同じ構成を有するが、回転子２の周辺線に平行な円状移動経路に沿って配置されている。回転子２は、周辺永久磁石部材１５を支持する支持部材６０を含む。支持部材６０はシャフト６１に連結されており、シャフト６０は、回転軸ｂの周りを回転し、回転子２へ又は回転子２からの、及び外部装置、例えば車両の１つ又はそれ以上の駆動輪９２へ又は外部装置への、機械的力を伝達するようになっている（図１を参照）。
【００３６】
図１は、電気機械３が、ハウジング７５とハウジング７５の中で機械的に移動自在な２つのピストン７６を含む燃焼機関と如何に協働できるかを示している。ピストン７６は、可動要素２に連結されており、従って上述の移動経路と軸ａとに平行にハウジング７５の中で直線的に往復運動することができる。ピストン７６は、例えば連結ロッド及びクランクシャフトを介して動力伝達用の如何なる要素にも機械的に連結されていない。図示の実施例では、２つのピストン７６が配置されている。しかしながら、ただ１つのピストン７６を配置すること、及び例えば、可動要素２の往復運動に供されるばね要素によって第２ピストンを取り替えることが可能である。燃焼機関は、それ自体周知の燃焼機関の原理によって動作することができる。例えば、燃焼機関１は２サイクル又は４サイクル・オットー機関若しくはディーゼル機関であってもよい。燃焼機関は又、オットー機関とディーゼル機関との間の混合としても考えてよいいわゆるＨＣＣＩ（均一予混合圧縮着火）機関を含んでもよく、この際、酸化剤と燃料との混合物は燃焼室へ噴射され、高圧で自己着火によって着火される。内燃式の燃焼機関、即ちハウジング７５内の燃焼機関に加えて、燃焼機関は、例えばスターリング機関などの外燃式も含む。オットー機関に関係するが他の型のモータにも適用可能な実施例を、以下に説明する。ハウジング７５は、図示の実施例では２つの燃焼室７７を形成する内部空間を含む。それぞれの燃焼室７７における間欠燃焼の着火と開始のために、例えば点火プラグ７８を配置してもよい。更に各燃焼室７７は、適切であれば燃料と酸化剤の供給並びに燃焼ガスの除去を可能にするバルブ手段７９又は類似の手段を含んでもよい。燃焼機関の動作中におけるバルブ手段７９の動作様式は、燃焼を開始しようとするとき点火プラグ７８への電圧供給を開始するようにもなっている制御ユニット８０の助けによって制御される。この装置は又、ハウジング７７内におけるピストン７６の位置を検出するための、概略的に図示された検出部材８１も含む。検出部材８１は制御ユニット８０に接続される。
【００３７】
制御ユニット８０は、装置の動作中に固定子１の巻き線１１と外部回路との間で交換される電力の方向を制御するようになっている。外部回路は、例えばバッテリ９１の形の、車両９３の駆動輪９２用の１つ又はそれ以上の駆動モータ４の形をなす電流消費機器の形のエネルギー蓄積部材を含むことができる。時間と可動要素２の動きとによって変化する電力の交換は、図１では矢印Ｐ及びＰ’によって示されている。明らかに、燃焼機関は有効電力Ｐを発生することになり、この電力の平均値は燃焼機関の目的に応じて、ピストン７６に影響してこれを位置決めするため固定子１の巻き線１１によってフィードバックされる有効電力Ｐ’よりかなり大きい。従って制御ユニット８０は、連続方式で２方向に電力Ｐ、Ｐ’の大きさを制御するようになっている。制御ユニット８０は、矢印Ｑで示される固定子１の巻き線１１への無効電力を供給するために、大きさが決められ適合されていることも留意されたい。こうして、ピーク電力を無効電力Ｑによって、巻き線１１における磁束を達成する多少の程度に増加することができる。本発明による技術の長所は、制御ユニット８０からの無効電力Ｑの必要性は従来の技術によるよりも小さく、即ち制御ユニット８０をより小さくできることである。制御ユニット８０は第１変換器９４を含み、第１変換器９４は、第１接続側によって固定子１の巻き線１１に接続線９５を介して接続され、第２接続側によって第２変換器９７の第１接続側に電気接続部を介して接続されている。第２変換器９７は、その第２接続側によって、ここでは接続線を介して駆動モータ４によって表されている外部回路に接続されている。第１変換器９４を、例えばＡＣ／ＤＣ変換器にすることができ、第２変換器９７を、例えばＤＣ／ＡＣ変換器にすることができる。本発明はこれらの型の変換器に限定されるものではなく、これらをＡＣ／ＤＣ、ＤＣ／ＡＣ、ＤＣ／ＤＣ、ＡＣ／ＡＣという利用可能なあらゆる型のものであってもよい。変換器９４及び９７の助けによって、有効電力及び無効電力の供給が可能になる。
【００３８】
更に、制御ユニット８０は第３変換器９９を有し、第３変換器９９は第１接続側によって第１変換器９４の第２接続側に接続され、第２接続側によって、ここではエネルギー蓄積部材９１で表されている外部回路に接続されている。図示の実施例では、第３変換器９９はＤＣ／ＤＣ変換器である。この場合でも、勿論別の型の変換器を使用することができる。変換器９４、９７、及び９９は、好ましくはダイオード及びＩＧＢＴバルブを有する電力電子装置を含む。変換器９４、９７、及び９９の２つ又は３つが統合された変換器ユニットを構成できることに留意されたい。
【００３９】
その上に、制御ユニット８０は、１つ又はそれ以上のマイクロプロセッサと、少なくとも１つのメモリ・ユニットと、通信のための適当な部材とを有するコンピュータ１００を含む。コンピュータ１００は、有効電力を交換するための変換器９４、９７、及び９９と、固定子１の巻き線１１への無効電力の供給とを制御するようになっている。更に、図示の実施例では、コンピュータ１００は点火プラグ７８とバルブ部材７９とに接続されている。コンピュータ１００は、燃焼機関１と車両との多数の様々なセンサと検出部材とから信号を受信する。図示の実施例では、これはピストン検出部材８１のみによって図示されている。様々な検出部材からの信号の助けと、ソフトウェアの助けとによって、燃焼機関とその動作モードはコンピュータ１００の中に描かれる。このソフトウェアをコンピュータ１００の中に記憶することもでき、又は外部コンピュータ・ソースからあるデータ通信システムを介して受け入れることもできる。
【００４０】
対応する制御ユニット８０も、第２実施例による回転電気機械４へ、及び回転電気機械からの電力を制御するために利用できることに留意されたい。
【００４１】
図１１は、図８〜１０の回転電気機械４を、風力発電設備において交流電流を発生するための適用に如何に利用できるかを概略的に示す。電気機械４は、シャフト６１を介して風力プロペラ１１０に連結されている。ギアボックス１１１を或いは、速度を調節するためにプロペラ１１０と電気機械４との間に配置することも可能である。電気機械４を電気交流ネットワーク１１２に接続することもできる。
【００４２】
図１２は、図１１におけると同様な方式で、図８〜１０の電気機械４を、風力発電設備において直流電流を発生するための適用に如何に利用できるかを概略的に示す。ここで、電気機械４を、或いは適切な整流機設備１１４を介して電気直流ネットワーク１１３に連結することもできる。
【００４３】
本発明は、図示された実施例に限定されるものではなく、冒頭の特許請求の範囲内で変更又は変形することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明の第１実施例によるリニア電気機械の概略図である。
【図２】第１実施例によるリニア電気機械の一部の概略縦断面図である。
【図３】第１実施例によるリニア電気機械の第１固定子要素の断面図である。
【図４】第１実施例によるリニア電気機械の第２隣接固定子要素の断面図である。
【図５】第１実施例による電気機械の固定子の固定子要素と分割部材の斜視図である。
【図６】第１実施例による電気機械の可動要素の永久磁石部材と２つの中間部材との分解図である。
【図７】図５の分割部材を示す図である。
【図８】本発明の第２実施例による回転電気機械の概略図である。
【図９】第２実施例による回転電気機械の第１固定子要素の半径方向概略断面図である。
【図１０】第２実施例による回転電気機械の第２固定子要素の半径方向概略断面図である。
【図１１】本発明による回転電気機械によって交流電流を発生するための風力発電適用例の概略図である。
【図１２】本発明による回転電気機械によって直流電流を発生するための風力発電適用例の概略図である。
【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１２】
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【国際調査報告】
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