(57)【要約】固定子及び回転子を含み、回転子が、固定子と相関して回転するように適合され、回転子が、回転子に配置された回転子切換装置を含む、電動機。
2016510971.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定子（４０）及び回転子（６０）を含み、
前記回転子（６０）が、前記固定子（４０）と相関して回転するように適合され、
前記回転子（６０）が、前記回転子（６０）に配置された回転子切換装置（６４）を含む、
電動機（２０）。
【請求項２】
前記回転子切換装置（６４）が、複数の回転子コイル（ｒ１、ｒ２、ｒ３…）を電気接続させ、及び／又は、電源への電気接続を提供するか又は接続を切断するように適合された少なくとも１個のスイッチ（ｌ）を含む、
請求項１記載の電動機（２０）。
【請求項３】
前記回転子（６０）が、電力を供給するか又は伝導するための手段（６２）、特に、スリップリング又はロータリートランス、を含む、
請求項１又は２記載の電動機（２０）。
【請求項４】
前記回転子切換装置（６４）が、少なくとも１個の電気インバータ、たとえば、ＤＣ／ＤＣインバータ、ＤＣ／ＡＣインバータ、ＡＣ／ＡＣインバータ、及び／又は、ＡＣ／ＤＣ−インバータ、を含む、
請求項１〜３のいずれかに記載の電動機（２０）。
【請求項５】
複数の固定子コイルｓ（ｓ１、ｓ２、ｓ３…）を電気接続させ、及び／又は、電源への電気接続を提供するように適合された少なくとも１個のスイッチ（ｌ）を含む固定子切換装置（４４）を含む、
請求項１〜４のいずれかに記載の電動機（２０）
【請求項６】
前記固定子切換装置（４４）が、固定子極対数を変えるように適合され、及び／又は、前記回転子切換装置（６４）が、回転子極対数を変えるように適合される、
請求項１〜５のいずれかに記載の電動機（２０）。
【請求項７】
前記回転子切換装置（６４）及び前記固定子切換装置（４４）が、通信接続（５０）によって接続される、
請求項５または６のいずれかに記載の電動機（２０）
【請求項８】
前記電源が、交流又は直流電源（８４、８４’）である、
請求項２〜７のいずれかに記載の電動機（２０）。
【請求項９】
前記回転子（６０）が、前記回転子（６０）のステータスに関する情報、たとえば、回転子位置、回転子内部温度、各回転子コイル内の各電流、各電力供給部の状況、振動レベル等、を提供するように適合された少なくとも１個のセンサ（９２）を含む、
請求項１〜８のいずれかに記載の電動機（２０）。
【請求項１０】
前記回転子切換装置（６４）が、回転子電力蓄電ユニット（９０）を含む、
請求項１〜９のいずれかに記載の電動機（２０）。
【請求項１１】
固定子（４０）及び回転子（６０）を含み、
前記回転子（６０）が、前記固定子（４０）に相関して回転するように適合され、
前記回転子（６０）が、前記回転子（６０）に配置された回転子切換装置（６４）を含む電動機（２０）を動作させるための方法であって、
−  固定子切換装置（４４）を用いて、前記固定子（４０）に交流電流を供給する工程と、
−  前記回転子切換装置（６４）を用いて、前記回転子（６０）に交流電流、又は、直流電流を供給、もしくは、短絡接続を提供する工程と、
を含む、
方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電動機、すなわちジェネレータ又はモータに関し、また電動機、すなわちジェネレータ又はモータ、もしくはＡＣジェネレータを動作させるための方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来技術では、巻線型又はかご形回転子を有する、異なるタイプの電動機（モータ及びジェネレータ）が周知である。そのような電動機は、２つの主なグループ、つまり同期機及び誘導機に区分される。誘導機は、回転速度及びトルク関して相当順応性がある。これに関連して、固定子極のピッチを変えて、そのような誘導機の順応性をさらに高めることもまた周知である。しかし、誘導機の主な不利点は、同期電動機に比して、効率がかなり低いことである。同期機がより効率的であっても、効率は１回の回転速度、つまり機械に供給される交流周波数による回転子の同期速度のみに限定される。このようにして、同期機は順応性が十分ではない。
【発明の概要】
【０００３】
したがって、本発明の目的は、電動機、及び電動機を異なる回転速度で、高効率で動作させるための方法を提供することである。
【０００４】
この目的は、請求項１に記載の電動機、及び請求項１１に記載の電動機を動作させるための方法によって達成される。本発明の好ましい実施形態のさらなる利点及び特色は、従属項で定義される。
【０００５】
本発明によれば、固定子及び回転子を含む電動機が提供され、回転子は、固定子に相関して回転するように適合され、回転子は、回転子に配置された回転子切換装置を含む。
【０００６】
好都合には、回転子切換装置は、回転子制御ユニットと、回転子コイルに電気接続し、及び／又は電源への電気接続を提供するか又は電気接続を切断するように適合された少なくとも１個のスイッチとを含む。特に、回転子制御ユニットは、予め選択された電気スイッチを既定の時間で作動させるように適合され、それによって所与の回転子コイルに対して、以下のイベントのうち１つが生じるようになる。
−  直流電源に回転子コイルを電気接続させて、極性もまた選択可能になるようにする。
−  多相交流電源の選択された位相に回転子コイルを電気接続させて、極性もまた選択可能になるようにする。
−  回転子コイルを短絡させる。
−  電気負荷に回転子コイルを接続する。
−  回転子コイルを、電気的に切断されたままにする。
【０００７】
好ましい実施形態では、スイッチは、リレー等の機械的スイッチ、又は半導体スイッチである。すでに上述したように、スイッチは、異なる回転子コイルを電気接続させるように適合される。しかし、スイッチはまた、動力供給部への接続を提供するようにも適合される。１つの実施形態では、スイッチの数は、（回転子）コイルの数と同じである。好ましくは、スイッチが回転子切換装置の中か又は当該装置に位置している場合、それらもまた、回転子切換装置とともに回転する。
【０００８】
１つの実施形態では、回転子は、電力を供給するか又は伝導するための手段、特にスリップリング又はロータリートランスを含む。スリップリングは、固定ワイヤから回転装置内に電流又は信号を伝送するように設計された電気コネクタである。通常、回転する金属リングの外径上を擦る、固定型のグラファイト又は金属接点（ブラシ）で構成される。金属リングが回ると、固定ブラシを通して金属リングに電流又は信号が伝導され、接続が行われる。１以上の電気回路が必要である場合、さらなるリング／ブラシアセンブリが回転軸に沿って重ねられる。ブラシか又はリングのいずれかが固定であり、他方のコンポーネントは回転する。回転（ロータリ）トランスは、互いに関連して回転する２個の部品間で電気信号を結合させるために用いられる特化型トランスである。好ましくは、通常のロータリートランスは、スリップリングよりも長い寿命を提供する。好都合には、回転子は、動力供給部、又は伝導されるべき電流及び電圧に依存して、複数のスリップリング又はロータリートランスを含む。好ましくは、回転子の回転子軸には、３つの手段が配置される。好ましくは、電源は、交流又は直流電源である。
【０００９】
好都合には、回転子切換装置は、少なくとも１個の電気インバータ、たとえばＤＣ／ＤＣインバータ、ＤＣ／ＡＣインバータ、ＡＣ／ＡＣインバータ、及び／又はＡＣ／ＤＣ−インバータを含む。固定子切換装置にも同じことが当てはまる。
【００１０】
好ましい実施形態では、電動機は、固定子制御ユニットを含む固定子切換装置を含み、固定子切換装置は、固定子コイルを電気接続させ、及び／又は電源への電気接続を提供又は電気接続を切断するように適合された少なくとも１個のスイッチを含む。好ましくは、これらのスイッチは、回転子切換装置のスイッチとして、同じタイプ及び設計である。このように、同じ特色及び利点が該当する。特に、固定子切換装置は、予め選択された電気スイッチを既定の時間で作動させるように適合され、それによって所与の固定子コイルに対して、以下のイベントのうち１つが生じるようになる。
−  多相交流電源の選択された位相に回転子コイルを電気接続させて、極性もまた選択可能になるようにする。
−  直流電源に回転子コイルを電気接続させて、極性もまた選択可能になるようにする。
−  回転子コイルを短絡させる。
−  電気負荷に回転子コイルを接続する。
−  回転子コイルを、電気的に切断されたままにする。
【００１１】
好都合には、固定子は、少なくとも１個の固定子極対を含み、回転子は、少なくとも１個の回転子極対を含み、各極対は、少なくとも３個のコイルによって形成される。回転子切換装置は、回転子に直流電流及び／又は交流電流を供給するように適合される。同様に、固定子切換装置は、固定子に直流電流及び／又は交流電流を供給するように適合される。一般に、電動機は、そのすべての動作モードで、ジェネレータとして、及びモータとして動作することができる。１つの実施形態では、電動機は、二重給電機械として動作することができる。二重給電電動機は、回転子がさらに、エネルギ変換プロセスで能動的な役割も果たすような電動機である。回転子によって作り出された磁界は静的ではないが、回転子自体に相関して回転し、電気エネルギが回転子に「送られる」か、あるいは電流動作モードに依存して回転子から取り出される。本発明では、回転子は、回転子自体に相関して回転する可変の極磁界を作り出し得る。回転子及び固定子は、回転磁界を（たとえば三相交流電流を用いて）生成することができる。好ましくは、固定子切換装置は、適切な固定子コイルを電気接続することによって、固定子極対の数を変えるように適合され、回転子切換装置は、適切な回転子コイルに電気接続することによって、回転子極対の数を変えるように適合される。１つの実施形態では、電動機は、単一給電同期機であることができる。この場合、固定子コイルには、交流電流が供給され、回転子コイルには、直流電流が供給される。同期機は交流回転機であり、定常状態条件下でのその速度は、その回転子の各電機子における電流の周波数にそれぞれ比例する。これは、「同期速度」と呼ばれる。同期速度Ｎは、以下の式によって与えられる。
【００１２】
Ｎ＝ｆ／ｐ・６０ｓ／ｍｉｎ
ここで、
ｆは、交流供給電流（電源周波数）のＨｚでの周波数であり、また
ｐは、極対の数である。
【００１３】
各極対は、２極、Ｎ極及びＳ極を含む。このように、最少極対数は、「１」（たとえばＮ極１個及びＳ極１個）である。好ましくは、固定子極対の数は、回転子極対の数と同じである。これらは、互いに対して対応する。言い換えれば、固定子極対の数を変えることによって、それぞれ、回転子極対数、磁極数、及び結果として同期速度Ｎが変更可能になる。有利には、電動機は、稼働中に極数、極角度ピッチをそれぞれ変更するように適合される（極ピッチは、２個の隣接する極の中心間の周辺距離として定義され、極角度ピッチは、回転子の回転軸に対する２個の隣接する極の中心によって形成された角度として定義される）。このように、電動機は、異なる回転速度及び所与の電源周波数で、最も高い効率で動作することができる。本発明の別の実施形態は、二重給電電動機として動作することが可能である。そのような場合、回転速度Ｎは、極対数と、一方が回転子に供給され、他方が固定子に供給される２つの周波数との積である。回転子及び固定子の極対数を変えることによって、本発明は、２つの所与の供給周波数ごとに、少なくとも２つの異なる同期回転速度があるように、二重給電機械の機能性も向上させる。電動機は、交流モータとして、及び交流ジェネレータとして、所与の回転速度において、多様な出力周波数で動作することができる。回転子は、方向及び規模に関して、回転子自体に相関して命令で変わることができる可変磁界を作り出すように適合される。回転子は、回転子又は回転軸をそれぞれ含み、及び固定子内部で支持される。固定子及び回転子は、両方とも回転軸に沿って延びる。電動機の固定子は、好ましくは、固定子コイルを含むラミネートされた電磁鋼芯で構成される。固定子切換装置は、好ましくは固定子コイルと多相系を接続させる。多相系は、各導体における電圧波間に、一定の時間オフセットで交流電流を伝送する、３以上の通電された導電体を有する。多相電力によって、回転磁界を生成することができる。好ましくは、３個のコイルが接続されて、それぞれ三相巻線系を形成する。有利には、この接続は固定されない。本接続は、固定子切換装置及び全く異なるコイルによって設けられ、また異なる数のコイル各々の交流位相に接続されて、それぞれ固定子の極数及び極対、及び結果として電動機の同期回転速度を変えることができる。回転子切換装置及び回転子コイルにも同様に有効である。回転子の回転速度順応性をさらに改善するために、回転子コイルには、好ましくは回転子切換装置によって交流電流が供給される、これによって、電動機は二重給電機械として動作する。これは、固定子及び回転子の両方が、交流電流を用いて回転磁界を生成することを意味する。１つの実施形態では、固定子及び回転子の回転磁界は、異なる方向に回転する。
【００１４】
好ましくは、固定子は、複数の固定子スロットを含み、回転子は、複数の回転子スロットを含み、各固定子コイルは、少なくとも２個の固定子スロット内に配置され、各回転子コイルは、少なくとも２個の回転子スロット内に配置される。好ましくは、回転子コイル及び固定子コイルは、回転軸に対して実質的に平行に延びる。しかし、回転子コイル及び／又は固定子コイルは、回転軸に対して少なくとも部分的に横方向又は斜めに延びることも可能である。加えて、回転子コイル及び／又は固定子コイルは、回転軸に沿って少なくとも部分的に波形を有することができる。
【００１５】
単一給電電動機の実施形態では、好ましくは４個の回転子スロットと、６個の固定子スロットとがある。回転子コイルの数は、好ましくは４であり、固定子コイルの数は、好ましくは６である。各コイルは、２個の隣接するスロットを占有するため、固定子コイル環状ピッチは６０°であり、回転子コイル角度ピッチは９０°である。回転子には、好都合には、２個のスリップリングを通して直流電流が供給される。
【００１６】
二重給電電動機の実施形態では、好ましくは６個の回転子スロットと、好ましくは６個の固定子スロットとがある。回転子コイルの数は好ましくは６であり、固定子コイルの数は好ましくは６である。各コイルは、２個の隣接するスロットを占有するため、固定子コイル角度ピッチは６０°であり、回転子コイル角度ピッチは６０である。回転子には、好都合には、スリップリングを通して交流電流が供給される。
【００１７】
当然ながら、異なる数、たとえば１８、２４又は４８等のコイル及びスロットを有する実施形態もまた可能でありかつ好ましい。
【００１８】
好都合には、電動機、特に回転子は、直流電流及び／又は交流電流で動作することができ、交流電流は、少なくとも３相を含む。言い換えれば、位相の差異少数は、好ましくは３である（位相Ａ、位相Ｂ及び位相Ｃ）。言うまでもないが、さらなる位相、たとえば６相を有する多相系もまた可能である。
【００１９】
有利には、電動機は、同期機として、及び誘導機として動作することができる。誘導動作モードでは、回転子切換装置は、回転子コイルを短絡させて、交流位相又は直流電源のいずれにも切り換えない。固定子によって作り出された回転磁界は、誘導モータの背後にある原理である回転子コイルに電流を誘導する。回転子を励起するようにコイル及び極性の組み合わせを選択することによって、回転子切換装置は、回転子の磁極数を変更することが可能である。回転子コイルを短絡接続させることによって、電動機を誘導モードで動作させるように適合される。このことは、電動機を起動させるとき、さらには２つの同期速度間での遷移中に有用である。電力は、たとえば２つのスリップリング又はブラシレスロータリートランス及び整流器を介して、回転子に出力される。
【００２０】
回転子はまた、多相交流源に接続されて、二重給電機械として動作し、回転子回転磁界を作り出し得る。多相交流は、スリップリング（少なくとも３個）を介して、又は一組の回転トランスを介して、回転子切換装置にもたらされる。特定の位相に接続されるようにコイル及び極性の組み合わせを選択することによって、回転磁界の磁極数を、有益に変更することができる。回転子切換装置と、固定子切換装置又はその制御ユニットそれぞれとの間の通信接続を用いて、両方の装置を協働させ、回転子の極対数及び回転磁界と、固定子の極対数及び回転磁界が、たとえば同じになるようにする。特に、回転子コイルが、回転子切換装置によって短絡接続されている場合、電動機は、単一給電誘導機として動作する。回転子に供給される多相交流源の周波数がゼロまで降下した場合、電動機はその後単一給電同期機として動作する。さらなる利益は、回転子切換装置にセンサを接続して、動作中に回転子のキー特性を監視する能力をもたらすことができる。たとえば温度では、回転子コイル電流及び他の重要な読み取り値が、回転子内部で監視されることができ、２個の切換装置の間の情報チャネル又は通信接続をそれぞれ介して、固定子切換装置に情報が受け渡される。このようにして、重大な事故が生じる前に不具合を予測することができる。さらに、回転子内部の一組のジャイロスコープセンサで、特定の時間における回転子の正確な位置を測定することが可能である。これにより、同じ機能を有する、回転子の外側に取り付けられた他の複雑なセンサの必要がなくなる。
【００２１】
どちらの場合も（交流電流又は直流電流を供給される回転子）、固定子は、同様に設計されるか又は動作し得る。固定子切換装置は、多相交流源に固定子コイルを電気接続させて、回転磁界を作り出す。特定の位相に接続されるコイル及び極性の組み合わせを選択することによって、回転磁界の磁極数を、有益に変更することができる。固定子切換装置と、回転子切換装置又はその制御ユニットそれぞれとの間の通信接続を用いて、両方の装置を協働させ、回転子極数及び固定子極対数が同じになるようにする。回転子速度が同期速度とは非常に異なる場合、誘導モードがその後起動される（回転子切換装置は、回転子コイルを短絡接続する）。回転子が、同期速度に近い速度に達すると、回転子切換装置はその後、回転子コイルの正しいを励起して、一次的な固定子回転磁界の極数と同じ極数を有する回転子磁界を作り出す。
【００２２】
別の利点は、回転子内部の電力蓄電装置にある。これは、バッテリ、キャパシタ、又は電気エネルギを蓄積する他の装置であることができる。これを用いて、回転子への電力が遮断された場合に、回転子切換装置に電力供給することができる。電力蓄電装置からの供給を用いて、回転子切換装置は、固定子切換装置と連携して、制御された非常停止手順を行うことができる。
【００２３】
本発明によれば、固定子及び回転子を含み、回転子が、固定子に相関して回転するように適合され、回転子が、回転子に配置された回転子切換装置を含む電動機を動作させるための方法であって、
−  固定子切換装置を用いて、固定子に交流電流を供給する工程と、
−  回転子切換装置を用いて、回転子に交流電流又は直流電流を供給もしくは短絡接続を提供する工程と、を含む。
【００２４】
有利には、本方法は、
−  固定子切換装置を用いて、（適正な）固定子極対数を選択する工程と、
誘導、同期又は二重給電等の回転子切換装置を用いて、回転子のための（適正な）対応する動作モードを選択する工程と、をさらに含む。
【００２５】
本発明の方法は、本発明の電動機の特色及び利点を含むことができ、逆の場合も同様である。
【００２６】
本発明のさらなる利点及び特色が、以下に続く、添付の図面を参照した本発明の好ましい実施形態の説明に示される。各々の実施形態の１つの特色及び特徴は、本発明の範囲内で組み合わせられることが明らかに許容される。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】電動機の代表的な単一給電の実施形態の斜視図である。
【図２ａ】図１の電動機の固定子及び回転子の設計を示す。
【図２ｂ】図１の電動機の、回転子切換装置と固定子切換装置との間の通信接続を示す。
【図３】電動機の二重給電の実施形態の斜視図である
【図４ａ】図３の電動機の固定子及び回転子の設計を示す。
【図４ｂ】図３の電動機の、回転子切換装置と固定子切換装置との間の通信接続を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
図１を参照すると、電動機２０の斜視図が示されている。電動機２０は、固定子４０及び回転子６０を含む。回転子切換装置６４は、回転子６０の回転子軸６１に配置される。回転軸６１には、電力を供給又は伝導するための手段６２、たとえばスリップリング又はロータリートランスがさらに配置される。本実施形態では、これらは、電流又は電圧、すなわちＤＣ＋Ｖ又はＤＣ−Ｖを、それぞれ回転子６０の回転子コイルに伝導する。電動機２０は、交流電源に、又は位相Ａ、Ｂ及びＣにそれぞれ電気接続された固定子切換装置４４をさらに含む。このようにして、固定子４０の固定子コイルｓは、交流電流を供給される。このタイプの電動機は、単一給電機械と呼ばれる。図２ａ及び２ｂは、電動機２０の設計をより詳細に示す。
【００２９】
図２ａは、回転子切換装置６４と固定子切換装置４４との間の通信接続５０を示す。特に、回転子制御ユニット６６は、固定子制御ユニット４６に接続される。回転子切換装置６４は、センサ９２及び回転子電力蓄電ユニット９０をさらに含む。
【００３０】
図２ｂでは、スイッチｌ１５、ｌ１６、ｌ１７及びｌ１８は、回転子制御ユニット６６によってそれらの切換位置が同じになり、かつ１〜４まで同時に変更されるように動作する。スイッチｌ１９、ｌ２０及びｌ２１は、固定子−制御ユニット４６によって、それらの切換位置が同じになり、かつ１〜２まで同時に変更されるように動作する。図２ａに図示されたすべてのスイッチは、位置１で示される。以下、異なる動作モードが説明される。
【００３１】
４極同期モード動作：スイッチｌ１９、ｌ２０及びｌ２１は、位置１に切り換えられる。固定子コイルｓ１０は、位相Ａに接続される。固定子コイルｓ１１は、位相Ｂに接続される。固定子コイルｓ１２は、位相Ｃに接続される。固定子コイルｓ１３は、位相Ａに接続される。固定子コイルｓ１４は、位相Ｂに接続される。固定子コイルｓ９は、位相Ｃに接続される。これは、よく知られた４極固定子コイル構成―ＡＢＣＡＢＣを形成する。回転子スイッチｌ１５、ｌ１６、ｌ１７及びｌ１８は、位置２に切り換えられる。このようにして、回転子コイルｒ５、ｒ６、ｒ７及びｒ８は、４極磁界ＳＮＳＮ（Ｓ極−Ｎ極−Ｓ極−Ｎ極）を作り出す。回転子速度が、固定子の４極回転磁界と同期すると、回転子は、固定子の回転磁界の後に同期して続く。
【００３２】
２極同期モード動作：スイッチｌ１９、ｌ２０及びｌ２１は、位置２に切り換えられる。固定子コイルｓ１０は、位相Ａに逆接続される。固定子コイルｓ１１は、位相Ｂに接続される。固定子コイルｓ１２は、位相Ｃに逆接続される。固定子コイルｓ１３は、位相Ａに接続される。固定子コイルｓ１４は、位相Ｂに逆接続される。固定子コイルｓ９は、位相（に接続される。これは、よく知られた２極固定子コイル構成-ＡＢ−ＣＡ−ＢＣ−を構成する。回転子スイッチｌ１５、ｌ１６、ｌ１７及びｌ１８は、位置３に切り換えられる。このようにして、回転子コイルｒ６及びｒ８は、２極磁界ＳＮを作り出す。回転子コイルｒ５及びｒ７は、短絡接続されて誘導モードで機能し、回転子が同期速度に到達することを支援する。回転子速度が固定子２極回転磁界に同期すると、回転子は、固定子回転磁界の後に同期して続く。
【００３３】
４極誘導モード動作：スイッチｌ１９、ｌ２０及びｌ２１は、位置１に切り換えられる。固定子コイルｓ１０は、位相Ａに接続される。固定子コイルｓ１１は、位相Ｂに接続される。固定子コイルｓ１２は、位相Ｃに接続される。固定子コイルｓ１３は、位相Ａに接続される。固定子コイルｓ１４は、位相Ｂに接続される。固定子コイルｓ９は、位相Ｃに接続される。これは、よく知られた４極固定子コイル構成-ＡＢＣＡＢＣを形成する。回転子スイッチｌ１５、ｌ１６、ｌ１７及びｌ１８は、位置４に切り換えられる。このようにして、回転子コイルｒ５、ｒ６、ｒ７及びｒ８は、短絡接続される。固定子回転磁界は、回転子コイルに電流を誘導し、回転子を次同期速度で固定子磁界に続くようにさせる。
【００３４】
２極誘導モード動作：スイッチｌ１９、ｌ２０及びｌ２１は、位置２に切り換えられる。固定子コイルｓ１０は、位相Ａに逆接続される。固定子コイルｓ１１は、位相Ｂに接続される。固定子コイルｓ１２は、位相Ｃに逆接続される。固定子コイルｓ１３は、位相Ａに接続される。固定子コイルｓ１４は、位相Ｂに逆接続される。固定子コイルｓ９は、位相Ｃに接続される。これは、よく知られた２極固定子コイル構成-ＡＢ−ＣＡ−ＢＣ−を形成する。回転子スイッチｌ１５、ｌ１６、ｌ１７及びｌ１８は、位置４に切り換えられる。このようにして、回転子コイルｒ５、ｒ６、ｒ７及びｒ８は、短絡接続される。固定子回転磁界は、回転子コイルに電流を誘導し、回転子を次同期速度で固定子磁界に続くようにさせる。
【００３５】
非常停止：回転子スイッチｌ１５、ｌ１６、ｌ１７及びｌ１８は、位置１に切り換えられる。すべての回転子コイルが開かれる。回転子は、固定子磁界及び固定子動力供給部の存在にかかわらず、トルクを全く発生させない。別の実施形態では、単一給電機械には、回転子切換装置の一部としてＤＣ／ＤＣインバータがあってもよい。このようにして、スリップリング及び内蔵の回転子切換装置のＤＣ／ＤＣインバータに高電圧ＤＣを供給して、電圧を適切なレベルに低減させることができる。このようにして、スリップリングの損失及び摩耗をもたらすスリップリングを経由する電流が低減される。さらに別の実施形態では、ブラシ及びスリップリングは、固定型の一次コイルと、回転子に取り付けられてそれとともに回転する二次コイルとを有する回転トランスに置き換えられることができる。このようにして、交流電流が供給され、回転子切換装置に組み込まれたＡＣ／ＤＣインバータは、回転子コイルを通電させて、回転子に対して静的である磁界を発生させるために必要である交流電流から直流電流への遷移を提供する。この場合、ブラシ及びスリップリングは、ともに除かれる。
【００３６】
図３は、基本的に図１と同じ概念を示す。しかし、回転子６０には、交流電流が供給される。このタイプの機械は、二重給電機械と呼ばれる。図４ｂは、本設計を詳細に示す。
【００３７】
図４ａは、基本的に図２ｂと同じ設計を示す。しかし、図３の電動機の設計では、回転子切換装置６４には交流電流Ｃ’、Ｂ’、Ａ’が供給される。
【００３８】
図４ｂ：スイッチｌ１５、ｌ１６、ｌ１７、ｌ１８、ｌ３４及びｌ３５は、回転子制御ユニット６６によって、それらの切換位置が同じになり、かつ１〜４まで同時に変更されるように動作する。スイッチｌ１９、ｌ２０及びｌ２１は、固定子制御ユニット４６によって、それらの切換位置が同じになり、かつ１〜２まで同時に変更されるように動作する。図４ａに図示されたすべてのスイッチは、位置１で示される。以下、異なる動作モードが説明される。
【００３９】
二重４極給電モード動作：スイッチｌ１９、ｌ２０及びｌ２１は、位置１に切り換えられる。固定子コイルｓ１０は、位相Ａに接続される。固定子コイルｓ１１は、位相Ｂに接続される。固定子コイルｓ１２は、位相Ｃに接続される。固定子コイルｓ１３は、位相Ａに接続される。固定子コイルｓ１４は、位相Ｂに接続される。固定子コイルｓ９は、位相Ｃに接続される。これは、よく知られた４極固定子コイル構成-ＡＢＣＡＢＣを形成する。回転子スイッチｌ１５、ｌ１６、ｌ１７、ｌ１８、ｌ３４及びｌ３５は、位置２に切り換えられる。回転子コイルｒ５は位相Ａ’に接続され、回転子コイルｒ６は位相Ｃ’に接続され、回転子コイルｒ７は位相Ｂ’に接続され、回転子コイルｒ８は位相Ａ’に接続され、回転子コイルｒ３２は位相Ｃ’に接続され、回転子コイルｒ３３は位相Ｂ’に接続される。これらの接続は、４極回転磁界-Ａ’Ｃ’Ｂ’Ａ’Ｃ’Ｂ’を形成する。この磁界は、回転子に相関して回転し、その方向は固定子回転磁界の反対である。このようにして、回転子は、固定子及び回転子回転磁界両方の角速度の合計である角速度を加速させる。
【００４０】
２極二重給電モード動作：スイッチｌ１９、ｌ２０及びｌ２１は、位置２に切り換えられる。固定子コイルｓ１０は、位相Ａに逆接続される。固定子コイルｓ１１は、位相Ｂに接続される。固定子コイルｓ１２は、位相Ｃに逆接続される。固定子コイルｓ１３は、位相Ａに接続される。固定子コイルｒ１４は、位相Ｂに逆接続される。固定子コイルｓ９は、位相Ｃに接続される。これは、よく知られた２極固定子コイル構成-ＡＢ−ＣＡ−ＢＣ−を形成する。回転子スイッチｌ１５、ｌ１６、ｌ１７、ｌ１８、ｌ３４及びｌ３５は、位置３に切り換えられる。回転子コイルｒ５は位相Ａ’に接続され、回転子コイルｒ６は位相Ｃ’に逆接続され、回転子コイルｒ７は位相Ｂ’に接続され、回転子コイルｒ８は位相Ａ’に逆接続され、回転子コイルｒ３２は位相Ｃ’に接続され、回転子コイルｒ３３は位相Ｂ’に逆接続される。これらの接続は、２極回転磁界-Ａ’Ｃ’−Ｂ’Ａ’−Ｃ’Ｂ’−を形成する。この磁界は、回転子に相関して回転し、その方向は、固定子回転磁界の反対である。このようにして、回転子は、固定子及び回転子回転磁界両方の角速度の合計である角速度を加速させる。
【００４１】
４極誘導モード動作：スイッチｌ１９、ｌ２０及びｌ２１は、位置１に切り換えられる。固定子コイルｓ１０は、位相Ａに接続される。固定子コイルｓ１１は、位相Ｂに接続される。固定子コイルｓ１２は、位相Ｃに接続される。固定子コイルｓ１３は、位相Ａに接続される。固定子コイルｓ１４は、位相Ｂに接続される。固定子コイルｓ９は、位相Ｃに接続される。これは、よく知られた４極固定子コイル構成-ＡＢＣＡＢＣを形成する。回転子スイッチｌ１５、ｌ１６、ｌ１７、ｌ１８、ｌ３４及びｌ３５は、位置４に切り換えられる。このようにして、回転子コイルｒ５、ｒ６、ｒ７、ｒ８、ｒ３２及びｒ３３は、短絡接続される。固定子回転磁界は、回転子コイルに電流を誘導し、回転子を次同期速度で固定子磁界に続くようにさせる。
【００４２】
２極誘導モード動作：スイッチｌ１９、ｌ２０及びｌ２１は、位置２に切り換えられる。固定子コイルｓ１０は、位相Ａに逆接続される。固定子コイルｓ１１は、位相Ｂに接続される。固定子コイルｓ１２は、位相Ｃに逆接続される。固定子コイルｓ１３は、位相Ａに接続される。固定子コイルｓ１４は、位相Ｂに逆接続される。固定子コイルｓ９は、位相Ｃに接続される。これは、よく知られた２極固定子コイル構成-ＡＢ−ＣＡ−ＢＣを形成する。回転子スイッチｌ１５、ｌ１６、ｌ１７、ｌ１８、ｌ３４及びｌ３５は、位置４に切り換えられる。このようにして、回転子コイルｒ５、ｒ６、ｒ７、ｒ８、ｒ３２及びｒ３３は、短絡接続される。固定子回転磁界は、回転子コイルに電流を誘導し、回転子を次同期速度で固定子磁界に続くようにさせる。
【００４３】
非常停止：回転子スイッチｌ１５、ｌ１６、ｌ１７、ｌ１８、ｌ３４及びｌ３５は、位置１に切り換えられる。回転子コイルｒ５、ｒ６、ｒ７、ｒ８、ｒ３２及びｒ３３はすべて開かれる。回転子は、電流が回転子コイルを通過しないため、固定子磁界及び回転子交流動力供給部の存在にかかわらずトルクを全く発生させない。二重給電機械の別の実施形態では、回転子切換装置の一部として、ＤＣ／ＡＣインバータがあってもよい。このようにして、スリップリング及び内蔵型ＤＣ／ＡＣインバータに高電圧直流電流が供給されて、回転子コイルに多相交流を供給し、回転磁界を発生させることができる。さらに別の実施形態では、ブラシ及びスリップリングは、固定型の一次コイルと、回転子に取り付けられてそれとともに回転する二次コイルとを有する回転トランスに置き換えられることができる。このようにして、交流電流が供給され、内部ＡＣ／ＡＣインバータは、交流電流から交流電流への遷移を再度提供し、回転子コイルに多相交流を供給して、回転子コイルによって回転磁界を生成させる。この場合、ブラシ及びスリップリングは、ともに省かれる。スリップリングを有するＤＣ／ＡＣインバータ又はＡＣ／ＡＣインバータどちらの場合も、インバータが用いられることは可逆であるべきであり、回転子が次同期速度でスピンしているとき、回転子コイルに誘導される電気エネルギは、スリップリング又は回転トランスを通して回転子の外へ移送されるべきである。
【符号の説明】
【００４４】
２０  電動機
４０  固定子
４４  固定子切換装置
４６  固定子−制御ユニット
５０  通信接続
６０  回転子
６１  回転子軸
６２  電力を伝導／供給するための手段
６４  回転子切換装置
６６  回転子制御ユニット
９０  回転子電力蓄電ユニット
９２  センサ組
ＡＣ  交流電流
ＤＣ、ＤＣ＋Ｖ、ＤＣ−Ｖ  直流電流
Ａ、Ｂ、Ｃ  位相（固定子）
Ａ’、Ｂ’、Ｃ’  位相（回転子）
Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３  電圧
Ｒ  回転軸
ｓ、ｓ１、ｓ２、ｓ３  固定子コイル
ｒ、ｒ１、ｒ２、ｒ３  回転子コイル
ｌ、ｌ１、ｌ２、ｌ３、…  スイッチ
【図１】
2016510971.tif 000003
【図２ａ】
2016510971.tif 000004
【図２ｂ】
2016510971.tif 000005
【図３】
2016510971.tif 000006
【図４ａ】
2016510971.tif 000007
【図４ｂ】
2016510971.tif 000008
【手続補正書】
【提出日】平成27年9月7日(2015.9.7)
【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】
固定子（４０）、固定子切換装置（４４）及び回転子（６０）を含み、
前記回転子（６０）が、前記固定子（４０）と相関して回転するように適合され、
前記回転子（６０）が、前記回転子（６０）に配置された回転子切換装置（６４）を含み、
前記固定子切換装置（４４）が、固定子極対数を変えるように適合され、及び／又は、前記回転子切換装置（６４）が、回転子極対数を変えるように適合される、
電動機（２０）。
【請求項２】
前記回転子切換装置（６４）が、複数の回転子コイル（ｒ１、ｒ２、ｒ３…）を電気接続させ、及び／又は、電源への電気接続を提供するか又は接続を切断するように適合された少なくとも１個のスイッチ（ｌ）を含む、
請求項１記載の電動機（２０）。
【請求項３】
前記回転子（６０）が、電力を供給するか又は伝導するための手段（６２）、特に、スリップリング又はロータリートランス、を含む、
請求項１又は２記載の電動機（２０）。
【請求項４】
前記回転子切換装置（６４）が、少なくとも１個の電気インバータ、たとえば、ＤＣ／ＤＣインバータ、ＤＣ／ＡＣインバータ、ＡＣ／ＡＣインバータ、及び／又は、ＡＣ／ＤＣ−インバータ、を含む、
請求項１〜３のいずれかに記載の電動機（２０）。
【請求項５】
前記固定子切換装置（４４）が、複数の固定子コイルｓ（ｓ１、ｓ２、ｓ３…）を電気接続させ、及び／又は、電源への電気接続を提供するように適合された少なくとも１個のスイッチ（ｌ）を含む、
請求項１〜４のいずれかに記載の電動機（２０）。
【請求項６】
前記回転子切換装置（６４）及び前記固定子切換装置（４４）が、通信接続（５０）によって接続される、
請求項１〜５のいずれかに記載の電動機（２０）。
【請求項７】
前記電源が、交流又は直流電源（８４、８４’）である、
請求項２〜６のいずれかに記載の電動機（２０）。
【請求項８】
前記回転子（６０）が、前記回転子（６０）のステータスに関する情報、たとえば、回転子位置、回転子内部温度、各回転子コイル内の各電流、各電力供給部の状況、振動レベル等、を提供するように適合された少なくとも１個のセンサ（９２）を含む、
請求項１〜７のいずれかに記載の電動機（２０）。
【請求項９】
前記回転子切換装置（６４）が、回転子電力蓄電ユニット（９０）を含む、
請求項１〜８のいずれかに記載の電動機（２０）。
【請求項１０】
固定子（４０）及び回転子（６０）を含み、
前記回転子（６０）が、前記固定子（４０）に相関して回転するように適合され、
前記回転子（６０）が、前記回転子（６０）に配置された回転子切換装置（６４）を含む電動機（２０）を動作させるための方法であって、
−  固定子切換装置（４４）を用いて、前記固定子（４０）に交流電流を供給する工程と、
−  前記回転子切換装置（６４）を用いて、前記回転子（６０）に交流電流、又は、直流電流を供給、もしくは、短絡接続を提供する工程と、
−  前記固定子切換装置（４４）を用いて、固定子極対数を選択する工程と、
を含む、
方法。
【国際調査報告】
2016510971.tif 000009
2016510971.tif 000010
2016510971.tif 000011