(57)【要約】【課題】【解決手段】電気ジェネレータ用ロータと、そのようなロータを組み込んだジェネレータで、当該ロータはセントラルハブ、そこから放射状に間隔を開けて配置されて、ロータの磁気要素がその上に配列された同心のリム部、及び、前記リムを実質的に圧縮状態に保つため実質的に引っ張り続ける前記ハブと前記リムの間に伸びる多数の伸長した引っ張り部材を備える。前記ハブは軸方向に間隔を開けて配置された風車または海流タービンのような動力手段により回転可能に駆動される。【選択図】図３
2004528799.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
セントラルハブ、そこから放射状に間隔を開けて配置されて、通常それと同心のリム、前記リムを実質的に圧縮状態に保つために実質的に引っ張り続ける前記ハブと前記リムの間に伸びる多数の伸長した引っ張り部材、及び、前記リムのほぼ周囲全体に配置され、かつ、通常はその上に等間隔に配列された多数の磁気要素（magnetic elements）を備え、前記ハブは遠隔配置されたタービンにより回転可能に駆動するように据え付けたことを特徴とする電気ジェネレータ用ロータ。
【請求項２】
前記多数の磁気要素は前記リムの周囲に配列され、放射状に分極されていることを特徴とする請求項１記載のロータ。
【請求項３】
前記多数の磁気要素は前記リムの周囲に配列され、軸方向に分極されていることを特徴とする請求項１記載のロータ。
【請求項４】
前記ロータの磁気要素は多数の永久磁石から成ることを特徴とする先行クレームのいずれかに記載のロータ。
【請求項５】
前記ロータの磁気要素は多数の巻きコイルから成ることを特徴とする先行クレームのいずれかに記載のロータ。
【請求項６】
前記引張部材は一般に前記ハブから前記リムに放射状に伸びるが、軸方向に相殺されて、軸力とトルクに対抗するために接線側に傾斜していることを特徴とする先行クレームのいずれかに記載のロータ。
【請求項７】
前記ロータの回転に起因する機械エネルギから電気エネルギを発生させる、少なくとも１つの適当なステータと共働するように配置されたロータを備え、当該ロータは遠隔配置されたタービンにより静止搭載されたステータに連関して回転可能に駆動するように据え付け可能であることを特徴とする先行クレームのいずれかに記載の電気ジェネレータ。
【請求項８】
前記ステータは少なくともそのアークが前記ロータのリムに近接して固定される構成であることを特徴とするクレーム７に記載の電気ジェネレータ。
【請求項９】
前記ステータは少なくともそのほぼ周囲全体が前記リムに近接して固定される構成であることを特徴とするクレーム８に記載の電気ジェネレータ。
【請求項１０】
前記ステータコイルは、セントラルハブ、円形または多角形のリム、及び、それらの間に伸びて前記リムを圧縮状態に維持するため引張状態に保つ、一般に放射状に伸びた引っ張り部材を備えた支持構造物上の前記ロータの円周方向に配置されて、前記ロータとステータ支持物はロータとステータを同心で連関して回転させるために同軸に取り付けたことを特徴とするクレーム９に記載の電気ジェネレータ。
【請求項１１】
前記ステータ構造は、前記ステータ構造の片側を回転ベアリングに取り付けた前記ロータ構造を完全に囲むことを特徴とするクレーム１０に記載の電気ジェネレータ。
【請求項１２】
前記ステータ構造は、片持ちで、その片側から前記ロータ構造に近接することを特徴とするクレーム１０に記載の電気ジェネレータ。
【請求項１３】
前記ステータコイルは、前記磁気要素によってもたらされるフラックスを高めるために、１またはそれ以上の強磁性のステータコアと組合わせて使用されることを特徴とするクレーム７〜１２のいずれかに記載の電気ジェネレータ。
【請求項１４】
前記ステータコイルは、強磁性のステータコアまたはコアを用いずに使用されることを特徴とするクレーム７〜１２のいずれかに記載の電気ジェネレータ。
【請求項１５】
前記ロータを回転可能に駆動するため遠隔配置したタービンを備えることを特徴とするクレーム７〜１４のいずれかに記載の電気ジェネレータ。
【請求項１６】
前記遠隔配置したタービンは風車または海流タービンであることを特徴とするクレーム１５に記載の電気ジェネレータ。
【請求項１７】
前記タービンが低速ギアリングを介して前記ロータを回転させるために前記ハブに機械的に作動するように接続された低速ジェネレータを備えることを特徴とするクレーム１５または１６に記載の電気ジェネレータ。
【請求項１８】
前記タービンが前記ロータを回転させるために前記ハブに直接機械的に接続されたダイレクト・ドライブジェネレータを備えることを特徴とするクレーム１５または１６に記載の電気ジェネレータ。
【請求項１９】
前記タービンが前記ロータを回転させるために前記リムに直接機械的に接続されたダイレクト・ドライブジェネレータを備えることを特徴とするクレーム１５または１６に記載の電気ジェネレータ。
【請求項２０】
図面を用いて詳述したものとほぼ同様のロータを組み込んだ電気ジェネレータまたはジェネレータに使用するロータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は電気ジェネレータ用ロータ、及びそのようなロータを組み込んだ電気ジェネレータに関する。
【０００２】
本発明は特に低速ジェネレータ用ロータとそのようなロータを組み込んだ低速ジェネレータ、すなわち、駆動力を動力手段に用いるジェネレータ、特に、ダイレクト・ドライブまたは低比率ギアリングのいずれか一方によりロータを回転させるため機械的に接続されるタービンなどの回転動力手段に用いる電気ジェネレータに関する。
【０００３】
本発明は特に大型の風力発電機と海流発電機の提供に関するが、その従来技術は論じられており、本発明の例が特に前者に関する文脈内に挙げられている。しかしながら、本発明により、一般にロータが高いトルクを経験する電気ジェネレータの潜在的な応用が見出されることが分かるであろう。
【背景技術】
【０００４】
初期の多くの業務用風車には、汎用の誘導電動機を改造した電気ジェネレータが使用された。一般に、高比率ギアリングをもたらす多段ギアボックスを介して通常５０ｒｐｍ以下で回転するタービンロータシャフトを通常約１５００ｒｐｍで回転する発電機に接続する。しかしながら、多段ギアボックスは複雑で、重く、高価で、メンテナンスを要し、さらに、風車の応用には信頼性の問題があった。
【０００５】
風力発電産業が成長して、タービンの一般的な能力評価が高まるにつれて、セクターごとの要求を満たす新しいタイプのジェネレータが開発されてきた。最近、ギアボックスを完全に除去したダイレクト・ドライブジェネレータが出現し、市場の大半を獲得した。当該ジェネレータはタービンと同速で回転している間に必要な電気を出力するように設計されているので、その結果、ギアボックスが不要になった。これにより機構が単純化し、コストとメンテナンス時の停電回数を潜在的に減らすことができる。
【０００６】
従来の一般的なデザインのダイレクト・ドライブジェネレータでは、通常２枚または３枚の、大直径のブレードのタービンが軸方向に間隔を開けて配置され、比較的小直径のロータにタービンロータシャフトを介して直接結合される。ダイレクト・ドライブジェネレータはタービンの低い回転数を補い、ジェネレータのロータの周速を十分に保つため大直径である必要がある。ジェネレータの軸の長さは非常に短いものが多い。従って、ダイレクト・ドライブジェネレータの特徴はディスクのような外観にある。
【０００７】
一般に容量を増加させ効率を良くするため、特に大規模な海外（offshore）のウインドファームの導入に関連して、より大きいタービンを導入したいという要望がある。既存のデザインを単にスケールアップしただけであれば、極端な寸法部品(extreame dimensions)の製造、重量、輸送に関する問題のため、既存のダイレクト・ドライブタービンは実用不可能となる。
【０００８】
２ＭＷ級の風車が現在流通しているが、もっと大きなジェネレータが、主に、出現する海外市場向けに考えられている。しかしながら、例えば５MWのダイレクト・ドライブジェネレータの直径は約１５ｍ必要であり、非常に重くなる。
【０００９】
当該ジェネレータのサイズと重量から生じる問題領域がいくつかある。これらには以下のものが含まれる；
（Ｉ）非常に大きいボアマシン(bore machine tools)の必要性
（II）大容量クレーン付きの高い屋根のある作業場の必要性
（III）大量の外部調達する組み立て部品または完成したジェネレータの輸送。このことは、輸出市場にとってさらに問題となる。
（V）タワーヘッドへの取り付け
（VI）風車のデザインに関する他の局面へのタワーヘッドの重さの影響
【００１０】
米国特許６０６４１２３は、中間にギアボックスのあるなしにかかわらず比較的直径の小さいロータから軸方向に間隔を開けて配置された典型的なデザインの比較的直径の大きいブレードタービンに対する風力発電機への別のアプローチを開示する。米国特許６０６４１２３では、通常、風力を取り込むのに使用する大型風車のブレードのいくつかを、回転可能に取り付けたセントラルハブ、ハブと同心のリム、及び、ハブとリムの間に配置された多数のブレードに置き換えた。ジェネレータのロータは、ステータに電流を発生させるため多くの磁石をリム上に配置して、当該タービン構造に組み込まれる。  当該構造はロータのリムの直径がブレードの直径と同一であることを意味する。
【００１１】
当該構造は同等の従来のダイレクト・ドライブデザインよりも高周速で、それに関連する利益をもたらす一方、複合した目的をもつ非常に大きな構造が、上記問題中のいくつかを悪化させ、かつ、それ自体の問題も引き起こす。そして、結果として、（例えば、２枚または３枚のブレードを使用する際の）従来のダイレクト・ドライブデザインと同様の多くの利益が享受できなくなる。
【００１２】
また、従来型のダイレクト・ドライブジェネレータの重い鉄心は、特に、重さ、効率損失、組立て中の磁力、及び、エアギャップ力に関する問題を悪化させる。
【００１３】
また、当業者が認識しているように、上記問題の多くは、大型ロータ、特に大型のディスクロータが慣習上使用される状況に付随して起こる。特に同様の問題が海流タービンジェネレータのデザインなどに関連して起こる。
【特許文献１】
米国特許６０６４１２３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
本発明の目的は、上記不利益のいくつかまたは全てを軽減するような構造の電気ジェネレータ用ロータ、及び、そのようなロータを組み込んだジェネレータを提供することである。
【００１５】
本発明の目的は、特に、経済的に大規模製造が可能なロータ、とりわけ風車や海流タービンを用いて直接駆動させたまたは低比率ギアリングによる低速ジェネレータ用ロータを提供することである。
【００１６】
本発明の目的は、特に、重量効率（weight performance）に見合う重量及び／またはパワーに合うサイズに改良した電気ジェネレータ用ロータと、そのようなロータを組み込んだ電気ジェネレータを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
従って、最も広い概念における本発明の第１の側面によれば、電気ジェネレータ用ロータは、セントラルハブ、そこから放射状に間隔を開けて配置され、通常それと同心のリム、前記リムを実質的に圧縮状態に保つために実質的に引っ張り続けられる前記ハブと前記リムの間に伸びる多数の伸長した引っ張り部材、及び、前記リムのほぼ周囲全体に配置され、通常はその上に等間隔に配列された多数の磁気要素（magnetic elements）を備えており、前記ハブは遠隔配置されたタービンにより回転可能に駆動するように取り付けられる。
【００１８】
圧縮下のリムと通常引っ張られた状態の放射状の支柱またはスポークによりもたらされる本発明による構造の剛性はロータには十分であり、従来型ロータへのアプローチと比べて、重量を激減させることができる。
【００１９】
ロータが直接駆動、または低比率ギアボックスを介して、例えば単段(single stage)ギアボックスを介して駆動される場合には、このような構造（structure）が低速電気ジェネレータに用いられる大型ロータの建造（construction）に適している。従来技術の多段高比率ギアリングの提供に関連する前述の問題点を解消できる。従って、このような構造は、風力または海流タービンなどの直接駆動型ジェネレータを使用した従来の大型ディスクロータに代わるものとして用いられるロータに特に適している。
【００２０】
前記構造は、低比率の、例えば単段ギアボックスを介して、より望ましくは非伝動の機械的連結装置を直接介して、軸方向に間隔を開けて配置され、慣用技術でロータのハブをタービンロータシャフトを介して機能的に作用するように結合させた大直径のブレードタービンの形態のパワー駆動を備えた、低速で、特に直接駆動型の風力または海流タービンの適当なデザインと一体的に用いられる。水平軸タービンに関して典型的な応用例が開示されているが、本発明はそれに限定されず、提供する利点に関連性がある場合のある直軸タービンやそれ以外の実用的なタービン装置にも、原則として応用可能である。
【００２１】
前記構造には環状ロータ／タービンが配置されているが、前記ジェネレータのメカニズムは前記タービンブレードに不可欠であるＵＳ６０６４１２３に提示された構造とは対照的である。これは前記ロータのリムの直径がブレード配置（blade arrangement）の直径と同一であることを意味するので、当該システムでは（例えば、２枚または３枚のブレードを使用する際に）従来のダイレクト・ドライブデザインと同様の多くの諸利益を享受できない。
【００２２】
本発明は対照的にこれらの利益を賞賛に値する方法で受け入れつつ、風力や水力を取り込むブレードその他の手段を全く組み込まないロータ構造である。特にブレードは引張部材には取り付けられない。風力や流水力を取り込むブレードタービンなどの適当なパワードライブ手段に連結して使用するのに適した単一のロータ（またはステータと電気を取り出す (electrical take off)ジェネレータの組み合わせ）である。
【００２３】
本発明によれば、少なくとも１つの磁気ロータ部が前記リムに配置される。前記磁気部は前記リムの内側面又は外側面に配置されてもよい。前記ロータは、前記リムのほぼ周囲全体に配置され、一般にその上に等間隔に配置された多数の磁気部を備える。これらは多数の個々の磁石の形態、より大きな磁石の異なる極性が付与されたゾーンの形態、またはコイルの形態、若しくはそれらの組合わせでもよい。
【００２４】
磁気部の多くは、前記ロータ周囲の空間に磁束の多極分散を引き起こすため、適当に配置され、分極される。例えば、前記磁石は前記リムに沿ってリムの外側面または内側面に配置され、放射状、軸方向または両方を組合わせた方向に分極され、最終的に放射状及び／または接線方向及び／または軸方向成分を含むフラックス分布が得られる。
【００２５】
前記ロータのリムの構造は単純にするため円形でもよいが、多角形でもよく、必ずしも円形に近似するほど多数の側面のある多角形でなくてよい。ここで、リムの周囲、リムのアーク、そして、放射方向とは、多角形などの周囲の長さ、その一部、中心からリムの方向の意であることを含めて適宜解釈すべき場合がある。
【００２６】
場合によっては、前記リムは多角形リムの多数のアーク部や面を備えるユニタリ構造でもモジュール構造でもよい。前記リムは堅固な構造、または例えば本発明の原理に従って前記リムをほぼ圧縮状態に保つように適当に構成されたトラスなどの構造形態などのオープン・フレーム構造でもよい。
【００２７】
一般に、引張部材はハブからリムに放射状に伸びる。しかしながら、前記引張部材は直接放射状に伸びるのではなく、軸方向に伸びてそれから接線方向に傾斜するのが望ましい。当該配置により前記構造が回転するとき構造内でのトルクの伝達が向上することが理解され、慣用化されるであろう。接線方向に傾斜する引張部材はどちらかの方向のトルクに対抗するよう配置された状態で使用される。前記配置はある方向よりも他の方向のトルクに対抗できるように非対称であってもよい。しかしながら、構造全体が加圧されるので、対称のデザインの方が便宜であり、トルクはある方向の接線側に傾斜するスポークの張力が強まり、逆方向の接線側に傾斜するスポークの張力が弱まることにより伝達される。
【００２８】
前記引張部材は一般に回転面において放射状または接線方向に配列される。しかしながら、前記構造が軸力の影響を受けないように、前記引張部材は回転面に対してある程度傾斜しているのが望ましい。
【００２９】
前記ロータの磁気部は、望ましくはリムの表面、特に外側面を囲む空間に実質的に等間隔で配置された多数の磁石、特に交互に分極した多数の磁石から構成されるのが望ましい。交互に（Alternatively）、中間状態で反対の磁極性が得られる多数の磁石を同じ極性にするように配置する。
【００３０】
前記磁石は 非常に高い保磁力のある永久磁石であるのが望ましい。当業者であれば適当な磁石を思い浮かべることができるであろうが、高い保磁力フェライト、焼結させられたネオジウム−鉄−ホウ素、鉄−ホウ素、および同様のものが含まれる。  さらに、または、その代わりに、磁石として巻きコイルなどの非永久磁石を用いてもよい。
【００３１】
磁石は例えば前記リムの凹部に接着または装着するなどの適当な方法で前記リムに取り付けてもよい。後者の場合では磁力が保持力に寄与するので、単独で十分である。
【００３２】
前記リムは圧縮下での構造特性を十分に示す必要があるが、強磁性の物質を備えるのが望ましい。前記リムは磁気鉄鋼などの圧縮下で良好な特性を示す強磁性の物質から製造されるのが 望ましい。 さらに、または、その代わりに、前記リムは圧縮に強いため選択された物質から製造された構造部、そこに磁性部を設置するため取り付けられた磁性設置部、および適当な強磁特性を有する物質を備えてもよい。
【００３３】
前記伸長引張部材はストラット、スポークなどを備え、引張った状態で使用されるワイヤ、ケーブルまたはロッドとして組み立てられた引っ張りに強い形態である。前記リムの剛度を圧縮状態において維持するために、前記引張部材には予め圧力が加えられ、完成後の構造で引っ張り力を維持できる材料が用いられる。適当な材料には、鉄鋼、ガラス繊維、炭素繊維、ケブラー（kevlar）または他の高強度の繊維が含まれる。 ハブには鉄鋼などの適当な構造材料が用いられる。
【００３４】
本発明は、先述した限定により制限されない大直径のダイレクト・ドライブジェネレータの物理的構造を提供する。
【００３５】
本発明の第２の側面によれば、電気ジェネレータは前述したロータを備える。特に、本発明による電気ジェネレータは前述したロータを備え、ステータが適当に配列される。ロータとステータはフラックスの配向方向（flux distribution）に配置してもよい。
【００３６】
従って、前記ジェネレータは、ロータの回転に起因する機械エネルギから電気エネルギを発生させ、少なくとも１つの適当なステータと共働するように配置された本発明の第１側面に基づく少なくとも１つのロータを備える。当該ロータは遠隔の、特に特に軸方向に間隔を開けて配置されたタービンにより静止搭載されたステータに関連して回転可能に駆動するように取り付け可能である。
【００３７】
前記タービンは駆動電力（driving power）をロータに発生させ、そこに直ちに入ってくる媒体（a fluid incident thereon）の作用によりパワーを生み出す適当な駆動手段を備える。前記タービンはロータに連結して使用実施され、ロータを回転させる。これは直接または間接的に適当なギアリングまたは他の伝動装置を介して行われてもよい。
【００３８】
前記電気ジェネレータは、駆動力（driving force）が駆動力手段、特に、ハブに機械的に結合して作動させ、単段（a single stage）ギアボックスの形態の、例えば１：１から１：１０の間の低比率ギアリングを介してロータを回転させる駆動力手段から得られる低速ジェネレータであることが望ましい。前記電気ジェネレータは、駆動力が駆動電力手段、特に、直接機械的にハブに結合し、ロータを回転させる回転電力手段（例えば、１：１のギアリングの）から得られるダイレクト・ドライブジェネレータであるのはより望ましい。本発明は特に大型の風力発電機と海流発電機の提供に関する。
【００３９】
その他の結合手段として、前記ロータのリムと各前記タービンのブレードの間、例えば前記タービンのハブとタービンブレードチップの間の中間に接続した１またはそれ以上の柔軟な引張部材を備えてもよい。このようにして、前記装置に近接するブレードの高い曲げモーメントを前記タービンのハブに伝えることなく、ブレードによって加えられた力はロータに伝わる。また、ジェネレータのロータの引張部材はトルクの伝達を必要としないので、使用中のストレスが非常に少ない。
【００４０】
パワードライブ手段は、そこに流体が流入すると回転するように調節され、流体駆動手段が動くとロータが回転するように前記ロータに接続して用いる流体駆動タービンである。流体駆動手段は、特に、流入した流体が動くと回転する流体駆動ロータを備える。流体駆動ロータは風車または海流タービンであるのが望ましい。
【００４１】
好適な実施例における前記ジェネレータは、風車または海流タービンもしくはそれ以外の流体駆動ロータを流体駆動ロータの回転と同速回転を前記ロータに伝えるように前記ロータに直接結合した直接駆動ジェネレータである。適当な従来型の構造を使用してもよい。例えば、前記ロータは中心軸に流入した流体の動きにより回転可能な多数のブレードを備える。前記タービンや他の流体駆動ロータは前記ローターと同軸で、特にローターが直接駆動されるところにあるのが望ましい。
【００４２】
実施例において前記ステータは、少なくともそのアーク、そして可能であればそのほぼ全周を囲むため前記リムに近接して固定されるような構成が望ましい。実施例において、前記ロータが前記ステータの周りを囲む構成も考えることもできるが、前記ステータが前記アークまたは円周方向に前記ロータの周りを囲むのが特に望ましい。
【００４３】
ロータとステータは共に同心の支持構造物の周囲に広がり、前記ステータの場合はほぼ全周または少なくともそのアーク方向に広がるのが望ましい。特に、前記ロータが前記ステータの周りを囲む別の構成を考えることもできるが、前記ステータが前記ロータの周りを囲む。
【００４４】
特に好適な実施例では、円周方向に前記ロータのリムを囲むステータ支持構造物を提供する。特に前記支持構造物は前記ロータを囲み同軸上にあるシリンダを形成するために配置された多数のステータ・コイルを支持する。そして各コイルの軸は前記ロータ軸の方向に向けられる。前記ロータは、磁場の多極分布を生じさせるために、前記ロータのリムの円周方向に配置されて放射状に分極された多数の永久磁石を備えて、前記ステータは同様に放射状に配置された一連のコイルを支持する。その結果、ロータが回転すると各コイルの磁束鎖交が周期的に変化して、ｅｍｆが交互に各コイルの中に発生する。その他の手段として、前記ロータのリムが円周方向に前記ステータ支持物を囲み、磁石を前者の内部方向に配列し、ステータ・コイルを後者の外部方向に配列してもよい。
【００４５】
上記の好ましい実施例では、前記ステータ・コイルは支持構造物上のローター円周方向に配列される。 どんな適当なステータ支持構造物でも考えられる。前記ステータ支持構造物が前記ロータと同様のオープン構造、すなわち、セントラルハブ、円形または多角形の場合があるリム、ハブとリムの間に放射状に伸びて引っ張り続けて前記リムをほぼ圧縮状態に保つ引張部材からなる構造を備えるのは都合がよい。それから、ロータとステータの支持物を同軸に据え付けて、ロータとステータが適当に中心を共有して連関して回転可能なようにする。
【００４６】
風車のダイレクト・ドライブジェネレータを備える従来技術のシステムにおいて慣行化されているように、永久磁石によってもたらされるフラックスを高めるために強磁性のステータコアを使用してもよい。しかしながら、前記ロータとステータコアはその後強力な磁気引力を経験する。通常、磁気引力は組み立てた前記ロータとステータに加わる最大の力であり、この力に耐える必要性に基づいてそれらの構造上のデザインが決まる。ステータコアが省かれると引力は生じないので、はるかに軽量な構造を使用できる。驚いたことに、これが非常に十分な電磁性能をもたらすことが分かった。鉄を使用しないステータの比較的低いフラックス密度は、大直径ロータのリムにおいて比較的高い磁石の相対速度により補填されるものよりも高いからである。
【００４７】
従って、本発明の１つの実施例ではステータにコアがない。すなわち、鉄心をステータに使用しない。他の実施例では、従来の鉄心が必要な場合もある。
【００４８】
別の電磁トポロジーを使ってもよく、また、当業者ならば容易に思い付くであろう。図１〜３を参照しながら１つの特定の実施例の適用に関連して本発明を説明する。 全実施例は特に放射状に分極した磁石を使用し、ステータに鉄心を用いず、ロータとステータの両方に本発明の構造を採用する。しかしながら、本発明は原則として他の磁気幾何学及び／又は鉄心のある又は鉄心のないステータ（stator arrangements）に等しく適用できて、本発明の構造に基づくロータが、ロータの周りのアークだけの円周方向に伸長するようなステータなどの、いかなるステータとも組合わせが可能なことが容易に理解されるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４９】
適当な電磁構成図を図１に示す。この例では、強磁性シリンダ（１）はロータ背面の鉄を構成し、外側面でネオジウム鉄ホウ素の永久磁石（２）を運ぶ。これらは適当な方法で、例えば接着剤を使用して固定してもよいが、磁力だけで所定の位置に磁石を保持するのに十分な場合もある。磁石は放射状に分極されて、ロータの周りのスペースの磁束を多極に配磁する。ステータ構造物は磁性のない支持板で（図示せず）１セットの銅のコイル（３）を支持し、当該コイルの軸は放射方向に向いている。粘着物や固着物がそれらを適所で固定するのに使用される場合がある。コイルは支持構造物に埋め込んでもよい。これにより電気の絶縁が良好になる。
【００５０】
ロータが回ると各コイルの磁束鎖交は周期的に変化し、方向が変わる起電力（ｅｍｆ）が各コイルで引き起こされる。従来技術のシステムとは対照的に、上述した理由のため鉄心は使用されない。
【００５１】
慣習上、永久磁石によってもたらされるフラックスを高めるために、強磁性のステータコアが一般に使用される。しかしながら、本発明に従って、十分な保磁力のある永久磁石を使用すればこの増強は不要となり、適当な磁束鎖交がコアを使用しなくても生じるのが分かった。
【００５２】
コアの省略により前記構造が経験する磁気吸引力が激減するので、はるかに軽量な構造が使用でき、そして、本発明のオープン構造の利点を完全に利用できる。この理由で、磁石（２）は必要な保磁力を得るために焼結したネオジウム鉄のホウ素から作られる。
【００５３】
好ましい実施例では、前記ステータ支持構造物と前記ロータ構造物は共に、放射状に伸びる引張部材で圧縮したリムの同一のオープン原理に基づく。３つの配置例を図２に示す。
【００５４】
図２（ｉ）は片持ちステータを示す。図２（ii）は両面（double sided)ステータを示す。図２（iii）は剛体支持部のあるステータを示す。
【００５５】
それぞれのケースに同種の引用符号を用いて構成要素を示す。センターライン（７）のあるセントラルシャフト（６）は、ハブ（８）を矢印方向に回転させるために取り付けたところに示される。ロータリム（１２）にロータスポーク（１１）が伸びる。ロータリム（１２）と同心のステータリム（１５）にステータスポーク（１４）が伸びる。エアギャップ（１７）をロータリム（１２）とステータリム（１５）の間に設ける。当該デザインはこれらの共通の構成要素の総合的な配置によって異なり、また、図２（ii）はベアリング（１８）を設け、図２（iii）は圧縮状態を維持する剛体支持部（１９）を組み込んでいる点で異なる。
【００５６】
図３では、図２の第１の配置に基づくロータとステータを分解図（図３ａ）及び組立図（図３ｂ）に示す。図３は、セントラルハブ（２３）に接続したスポーク（２２）により圧縮状態に保たれた環状リム（２１）を備えるロータ支持構造物を示す。永久磁石（図示せず）は図１に示す方法でリム（２１）に取り付けられる。交差部材（２５）により連接された一組のリム（２４ａ），（２４ｂ）を備え、セントラルハブ（２７）に伸びて引っ張られたスポーク（２６）により圧縮状態に維持されたステータが示される。コイル（２８）は第１のリム（２４ａ）の内側面に取り付けられる。
これは構造のただ１つの例であり、他の構造も考えられる。
【００５７】
多くの好ましい構造では、前記ジェネレータのステータ構造とロータ構造は共に圧縮下で作動する１又はそれ以上の外側環状（または多角形でも良い）部材に基づき、それらは自転車の車輪のスポークよりも引っ張った状態で作動する部材の環状配列によりセントラルハブ／風車のロータに接続される。実施例はこれを示す。引張部材は回転面に放射状または接線パターンに配置され、軸方向に傾斜しているので、前記ステータとロータ構造はトルクやいかなる軸力にも対抗できる。接線方向に傾斜する引張部材を使用するとき、どちらかの方向のトルクに対抗するように設定できる。前記リムを備える面は、前記スポークが前記ハブに固定されたところにあるリングを備える面と面の間にはなくてもよい実施例がある。この場合には、１セットの引張部材を圧縮部材に置き換える必要がある。
【００５８】
本発明の原則を応用する他のアレンジメントが容易に考えられる。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】適当な電磁構成図を示す。
【図２】ステータ支持構造物とロータ構造物の３つの配置例（（ｉ）は片持ちステータ、（ii）は両面（double sided)ステータ、（iii）は剛体支持部のあるステータを示す）を示す。
【図３】図２の第１の配置に基づくロータとステータを分解図（図３ａ）及び組立図（図３ｂ）に示す。
【符号の説明】
【００６０】
１  強磁性シリンダ          ２  磁石
３  コイル                  ６  セントラルシャフト
７  センターライン          ８  ハブ
１１  ロータスポーク        １２  ロータリム
１４  ステータスポーク      １５  ステータリム
１７  エアギャップ          １８  ベアリング
１９  剛体支持部            ２１  リム
２２  スポーク              ２３  セントラルハブ
２４ａ，２４ｂ  リム        ２５  交差部材
２６  スポーク              ２８  コイル
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際公開パンフレット】
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【手続補正書】
【提出日】平成15年9月15日(2003.9.15)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
セントラルハブ、そこから放射状に間隔を開けて配置されて、通常それと同心のリム、前記リムを実質的に圧縮状態に保つために実質的に引っ張り続ける前記ハブと前記リムの間に伸びる多数の伸長した引っ張り部材、及び、前記リムのほぼ周囲全体に配置され、かつ、通常はその上に等間隔に配列された多数の磁気要素（magnetic elements）を備えるロータと、
前記ロータの回転に起因する機械エネルギから電気エネルギを発生させるためそれと共働するように配置された少なくとも１つのステータと、
風車または海流タービンを備える遠隔配置されたタービンと、
を備える電気ジェネレータであって、
前記ロータは遠隔配置された前記タービンにより静止搭載されたステータに関連して回転可能に駆動するように配置されることを特徴とする電気ジェネレータ。
【請求項２】
前記ロータの多数の磁気要素は前記ロータのリムの周囲に配列され、放射状に分極されていることを特徴とする請求項１記載の電気ジェネレータ。
【請求項３】
前記ロータの多数の磁気要素は前記ロータのリムの周囲に配列され、軸方向に分極されていることを特徴とする請求項１記載の電気ジェネレータ。
【請求項４】
前記ロータの磁気要素は多数の永久磁石から成ることを特徴とする先行クレームのいずれかに記載の電気ジェネレータ。
【請求項５】
前記ロータの磁気要素は多数の巻きコイルから成ることを特徴とする先行クレームのいずれかに記載の電気ジェネレータ。
【請求項６】
前記ロータの引張部材は一般に前記ハブから前記リムに放射状に伸びるが、軸方向に相殺されて、軸力とトルクに対抗するために接線側に傾斜していることを特徴とする先行クレームのいずれかに記載の電気ジェネレータ。
【請求項７】
前記ステータは少なくともそのアークが前記ロータのリムに近接して固定される構成であることを特徴とする先行クレームのいずれかに記載の電気ジェネレータ。
【請求項８】
前記ステータはそのほぼ周囲全体が前記リムに近接して固定される構成であることを特徴とするクレーム７に記載の電気ジェネレータ。
【請求項９】
前記ステータコイルは、セントラルハブ、円形または多角形のリム、及び、それらの間に伸びて前記リムを圧縮状態に維持するため引っ張り続ける、一般に放射状に伸長した引っ張り部材を備えた支持構造物上の前記ロータの円周方向に配置されて、前記ロータとステータ支持物はロータとステータを同心で連関して回転させるために同軸に取り付けたことを特徴とするクレーム８に記載の電気ジェネレータ。
【請求項１０】
前記ステータ構造は、前記ステータ構造の片側を回転ベアリングに取り付けた前記ロータ構造を完全に囲むことを特徴とするクレーム９に記載の電気ジェネレータ。
【請求項１１】
前記ステータ構造は、片持ちで、その片側から前記ロータ構造に近接することを特徴とするクレーム９に記載の電気ジェネレータ。
【請求項１２】
前記ステータコイルは、前記磁気要素によってもたらされるフラックスを高めるために、１またはそれ以上の強磁性のステータコアと組合わせて使用されることを特徴とする先行クレームのいずれかに記載の電気ジェネレータ。
【請求項１３】
前記ステータコイルは、強磁性のステータコアまたはコアを用いずに使用されることを特徴とするクレーム１〜１１のいずれかに記載の電気ジェネレータ。
【請求項１４】
前記タービンが低速ギアリングを介して前記ロータを回転させるため前記ハブに機械的に作動するように接続された低速ジェネレータを備えることを特徴とする先行クレームのいずれかに記載の電気ジェネレータ。
【請求項１５】
前記タービンが前記ロータを回転させるため前記ハブに直接機械的に接続されたダイレクト・ドライブジェネレータを備えることを特徴とするクレーム１〜１３に記載の電気ジェネレータ。
【請求項１６】
前記タービンが前記ロータを回転させるため前記リムに直接機械的に接続されたダイレクト・ドライブジェネレータを備えることを特徴とするクレーム１〜１３に記載の電気ジェネレータ。
【請求項１７】
図面を用いて詳述したものとほぼ同様のロータを組み込んだ電気ジェネレータまたはジェネレータに使用するロータ。
【国際調査報告】
2004528799.tif 000030
2004528799.tif 000031