JP7598370B2 - 強磁性体および常磁性体に存在する磁区のエネルギーを活用する独自の方法 - Google Patents

Description

発電機からの逆方向トルクを除去し、回転子および固定子の電磁コイルを利用して強磁性体および常磁性体の回転子の磁区において利用可能な固有のエネルギーを取り入れることで交流電流（ＡＣ）または直流電流（ＤＣ）を発生させるシステムおよび方法。

地球の化石燃料源の急速な減少は、土壌、空気および水の環境汚染ならびに同時に発生する気候変動と共に、効率的で化石燃料を必要としない無公害の代替エネルギーの供給の必要性が明確で差し迫っていることを明白にしている。

今日使用されているすべての標準的な発電機は、定義によれば７４６ワットの電気的エネルギーを発生するのに１馬力の運動エネルギーの入力を必要とする。

この力学的な馬力と電気的なワットの関係には、物理的機械および電気機械（そして馬も！）での観察および測定から発展した、電力の組立単位も含まれる。

標準的な発電機は、定義によれば７４６ワットを発生するのに１馬力を必要とし、それに加えて回転子の物理的機構を適切な速度で回転させて所望の周波数を維持するのに充分な追加の馬力を必要とする。機構を回転させるのに必要とされる馬力は、標準的な発電機で７４６ワットを発生するのに通常は約０．２馬力であり、７４６ワットを発生するには合計で１．２馬力となるが、この約０．２馬力のエネルギーは実際に電力を発生するのに使用される。７４６ワットに相当する残りの１馬力は、逆方向トルク、すなわち、いわゆる「逆起電力」に打ち勝つのに必要とされる。

今日使用されているすべての回転式発電機の「逆起電力」または「逆方向トルク」は、「レンツの法則」を参照することで最もよく説明することができ、この法則は、要約すると、磁束が変化することでファラデーの法則に従って起電力が発生すると、誘導起電力は、この起電力を発生させる磁束を妨げる磁場を持つ電流を生じさせるような極性となる。任意の環状の電線内に誘導される磁場は、常に環内の磁束を一定に保つように作用する。Ｂフィールドが増加する場合、誘導される磁場はＢフィールドと等しく反対の方向に作用し、Ｂフィールドが減少する場合、誘導される磁場は印加された磁場の方向に等しい力で作用する。すべての標準的な発電機では、回転子は固定子のコイル環の内側に配置されるので、回転子により固定子内に電流が発生し、この電流により力が等しく反対の極性の磁場が発生するので、逆方向トルクはすべての標準的な発電機の設計または設計上の欠陥の産物である。逆方向トルクのため、回転子を回転させるには、電力を発生させるのに必要とされるよりも約８５％多い力学的エネルギーが必要とされる。

それゆえ、先行技術に存在するこれらの問題のうちの少なくとも一部を克服するシステムおよび方法を提供する必要がある。

逆方向トルクを除去する設計がなされた発電機向けに、強磁性体および常磁性体、特に電磁鋼の磁区のエネルギーを取り入れるシステムおよび方法と共に本開示に係るシステムおよび方法が提供される。

本発明の第１態様によれば、固体（ｓｏｌｉｄ－ｓｔａｔｅ）電磁回転子が提供され、この固体電磁回転子は、
支持構造物の周りに配置された複数の突極片であって、各突極片の第１端部は支持構造物に取り付けられ、各突極片の第２端部は支持構造物から離れるように外側を向き、極片は強磁性体および／または常磁性体を含む、複数の突極片と、
各突極片に巻き回された複数の電線と、
突極片の磁区を整列させるようにあらかじめ規定されたシーケンスに従って電線に電流を与えることで、あらかじめ規定されたシーケンスに従って電線に与えられた電流により、所望する区別できる磁極の形をした移動する有極性の磁場が提供されるように磁束場（ｍａｇｎｅｔｉｃ ｆｌｕｘ ｆｉｅｌｄ）を作り出して発電を行うよう構成される励磁回路であって、移動する有極性の磁場の強度は突極片の材料の磁区の密度に比例する、励磁回路と、
を備える。

好ましくは、複数の突極片はＮ個のグループに分けられる。

有利なことに、各グループ内の突極片は、それぞれが所定の時間にわたって、および／または、各グループの突極片の励磁の間にあらかじめ規定された遅延を入れて、逐次的に励磁されて目標周波数の励磁サイクルを実現するよう構成される。

有利なことに、各突極片に巻き回された複数の電線には、支持構造物の近位側にある内側電線と、支持構造物の遠位側にある外側電線とが含まれ、内側電線および外側電線は、突極片が双極子磁石を形成するように励磁される。

好ましくは、励磁回路は電子的ゲーティングシステムを備える。

本発明の第２態様によれば、上記の固体電磁回転子を備える発電機が提供され、この発電機はさらに、
固定子用ハウジングを有する発電機固定子と、
を備え、
固体電磁回転子は、固体電磁回転子により発生した磁束場が固定子コイルを励磁して電力を作り出すように、固定子用ハウジングの中、または周囲に配置されて固定子用ハウジングに取り付けられる。

理想的には、固定子はさらに空洞または放射状表面を含み、電力を出力ポートへ向けるよう構成されている固定子電線をさらに備える。

好ましくは、固定子の空洞は、固体電磁回転子を受け入れるよう構成される。

有利なことに、発電機はさらにプロセッサを備え、このプロセッサは、
発電機の所望の目標周波数に基づいて励磁サイクルを決定することと、
複数の突極片に巻き回された複数の電線に接続された励磁回路の電源をオンオフして複数の電線を励磁し、Ｎ個の突極片のグループのうちＮ番目のグループの中の突極片の磁区が励磁サイクルの前半では第１極性で整列され、励磁サイクルの後半では第２極性で整列されるように、複数の突極片の磁区をあらかじめ規定されたシーケンスに従って整列させることと、
のうちの１つまたは複数を実行するよう構成される。

有利なことに、プロセッサはさらに、半導体周波数発生器からの信号を受信して、この信号に基づいて発電機の目標周波数を決定するよう構成される。

さらに有利なことに、プロセッサは、励磁サイクル内で励磁回路の複数のスイッチング素子を逐次的にオンオフするよう構成される。

有利なことに、発電機からの出力電力の一部分は励磁回路へフィードバックされる。

有利なことに、出力電力の一部分はエネルギー蓄積装置へ転送される。

好ましくは、エネルギー蓄積装置はバッテリとコンデンサのうちの１つ、またはバッテリとコンデンサの組み合わせを備える。

好ましくは、発電機はさらに、
複数の発電機固定子であって、各発電機固定子は固定子用ハウジングを備える、複数の発電機固定子と、
複数の固体電磁回転子であって、それぞれが各固定子用ハウジングの中へ、および／または各固定子用ハウジングに、回転子－固定子－回転子－固定子、または固定子－回転子－固定子－回転子のいずれかの方法で交互に同心円状に取り付けられる、複数の固体電磁回転子と、
を備える。

好ましくは、固定子用ハウジングはモータ固定子用ハウジングを含む。

さらに好ましくは、モータ固定子用ハウジングは、４極電気モータ固定子用ハウジングを含む。

有利なことに、４極電気モータ固定子用ハウジングは回転子用インサート（挿入物）を備え、回転子用インサートは４極発電機の巻線パターン内で導体が巻き付けられる。

さらに有利なことに、４極電気モータ固定子用ハウジングは、４極モータ用巻線パターンを有するモータ固定子巻線を備える。

理想的には、モータ固定子巻線は４極電気モータの巻線パターンに接続される。

有利なことに、４極電気モータは、あらかじめ規定された周波数で４極の回転磁場を発生するよう構成される。

好ましくは、あらかじめ規定された周波数は、発電機からの６０Ｈｚ電力に対しては１８００ｒｐｍであり、発電機からの５０Ｈｚ電力に対しては１４００ｒｐｍである。

好ましくは、４極の回転磁場は、回転子用インサート内で３相の電圧を発生させる。

有利なことに、発電機はさらに、発電機の電圧および電力出力を安定させる発振変調器を備える。発振変調器は、回転子用インサートを含む４極電気モータ固定子用ハウジングを備えることができて、回転子用インサートは４極発電機の巻線パターン内で導体が巻き付けられて、「高Ｙ字型」結線、「低Ｙ字型」結線、または三角結線のいずれかで接続される。

好ましくは、発振変調器の回転子接続部からのリード線は複数のコンデンサに接続され、モータ固定子は発電機の三相出力に接続される。

有利なことに、回転子用インサートからの３相の電圧および電流はリード線を越えてコンデンサを出入りして振動し、これにより発電機の電力出力が安定化される。

本発明の第３態様によれば、上記の発電機を用いて電力を発生させる方法が提供され、この方法は、
発電機の目標周波数に基づいて励磁サイクルを決定するステップと、
回転子の突極片の磁区を整列させるようにあらかじめ規定されたシーケンスに従って電線の１つまたは複数に電流を与えて励磁サイクルを実行することで、発達する磁束場を作り出すステップと、
磁束場により発生した、結果として得られる電流を電力出力へ転送するステップと、
を含み、
磁束場の強度は磁区が整列されるにつれて発達して強くなり、
発達する磁束場の最大強度は、固定子に給電する移動する磁極にエネルギーを供給する電磁的調整用磁場の強度の少なくとも４倍の大きさである。

有利なことに、この方法はさらに、結果として得られる電流の一部分をエネルギー蓄積装置へ転送するステップを含む。

有利なことに、この方法はさらに、発電機からの出力電力の一部分を励磁回路へと戻すことを含む。

本発明の発電機の場合、回転子は固体であって回転せず、磁極が回転するので、回転子と固定子の間に逆方向トルクまたは磁極間の磁気的抗力は存在しない。固定子片内のこの誘導磁極は電流の流れにより誘導され、電流が電気的負荷へ進む前に発電機が全電圧に達するという事実から分かるように、決して電流の流れの原因とはならない。

本発明の場合、回転子を励磁して回転磁極を発生させるためだけにエネルギーが必要とされる。それゆえ、システムは必要な電力を取り込み、電力を循環させて発電機を駆動し、残りの電力は必要な任意の目的のために使用される利用可能な電力となる。

回転子コイルを通る電流は比較的弱い磁極を形成し、この磁極が金属の磁区を整列させて、磁場を調整するのに必要とされるよりも多くの電力を磁区から発生させる、強力で移動する連続した回転磁極を形成する。それゆえ、本開示の本発明においては、磁区が整列されるにつれて移動する磁場から取り入れられるエネルギーにより、システムに対して入力されたエネルギーよりも多くの利用可能な電気的エネルギーを出力することが可能となる。

本開示の固体回転子は、先行技術で存在する標準的な回転式発電機と比べて、５つの設計変更により逆方向トルクが実質的に存在しない。
１．固体システムの回転子には可動部品がない。
２．回転子は固定子の空洞内で回転しない。
３．磁極は適切な周波数および順序で回転して、所望の電力出力を発生する。
４．固体回転子は、任意の単相、二相、または三相の標準的な発電機を改良するのに使用することができる。
５．回転子および固定子は放射状に積層して電力を増大させて効率を向上させることができる。

２０１７年１１月１７日に、Ｒｏｂｅｒｔ Ｒ． Ｈｏｌｃｏｍｂ博士は欧州特許庁（ＥＰＯ）に「交流／直流発電機用の多極および単極の発電機固体回転子（”Solid-State Multi-Pole and Uni-Pole Electric Generator Rotor for AC/DC Electric Generators”）」と題された特許出願を行い、この出願で彼は静的な回転子を回転磁場と共に用いることを記載していた。この開示では、逆方向トルクまたは逆起電力を除去するためにこの装置を利用することが記載されていた。また、効率性能が明らかに１より大きい（＞１）ことも記載されていた。この知見により、発電機を自律的に動作させることが可能となった。この開示では、エネルギーを入力して見かけの入力エネルギーよりも大きなエネルギーの出力を可能とする仕組みについては説明されていなかった。この仕組みが本開示で取り上げられる。入力エネルギーは、強磁性体の電磁鋼の磁区から取り入れたエネルギーがエネルギー方程式に入れられた場合には、出力エネルギーと均衡しない。

本開示における回転磁場を発生させる装置は回転子と呼ばれるが、この装置は回転しないにも関わらず区別できる磁極の形の回転磁場を放出するので、本明細書では回転子と呼ばれる。

本開示のシステムは発電機の古典的な定義には準拠しない（ウェブスター辞典の発電機の定義は、「力学的エネルギーを電気的エネルギーに変換する機械」）。古典的発電機は主要な推進力を用いて動作し、磁化された回転子を回転させる力学的エネルギーを作り出す。回転子からの磁束が固定子コイルを通る電子を電気的負荷へと押し出す。本開示は、有極性の磁場を発生、伝搬させて、この磁場からの磁束が固定子コイルを通る電子を電気的負荷へと押し出す。磁場は回転するが、磁極を発生させる物理的部材（回転子）は静止したままである。それゆえ、このシステムはいかなる既存の発電システムの古典的な定義に準拠しないため、以降ではＨｏｌｃｏｍｂエネルギーシステム（ＨＥＳ）と呼ばれる。

本開示に係る実施形態は、固体とすることができる、固定子を励磁するのに必要とされる磁束の大半を提供可能な１つまたは複数の発電機回転子用のシステムおよび方法を含む。本開示の定在する突極は、比較的弱い電磁極により励磁される。この比較的弱い磁極を発生させるための電流は、発電機固定子の出力から得られる。これらの定在する極が電磁コイルから発生している比較的弱い電磁場により励磁されると、これらの弱い磁場は電磁鋼の磁区を単一の方向に揃える。磁区は、電磁鋼または他の適切な材料の原子の不対電子の電子スピンにより形成される。それゆえ、この固体発電機を稼働させるエネルギーの大半は、磁区を形成する、突極電磁コイルの比較的弱い磁場により揃えられる不対電子の電子スピンによりもたらされる。これらの磁区が一列に整列されるにつれて、これらの磁区により固定子コイル内に電圧と電流の流れを誘導する非常に強い磁束が作り出される。

こうした強磁性体および常磁性体は、非常に強い相互作用を示す、原子の磁気モーメントを作り出す。この相互作用は電子的な交換力によって作り出され、原子の磁気モーメントを平行または逆平行に配置する。交換力は非常に大きく、１０００テスラのオーダーの磁場、すなわち地球磁場の強度のおよそ１億倍に相当する。材料の飽和磁化は、磁場（Ｈ．ｓａｔ）で得ることができる最大の誘導磁気モーメントである。この飽和点を超えると、弱い調整磁場における更なる増加は、磁化の更なる増加をもたらさない。飽和は、利用可能な磁区のすべてが整列された場合に発生する。強磁性体は、調整をもたらしている比較的弱い電磁極の存在下であっても大きな正味の磁化をもたらす、平行に配置されたモーメントを示す。

一部の例示の実施形態に従い、逆方向トルクを除去することで電力を発生するシステムが提供される。逆方向トルクは標準的な発電機では負荷の約８０％を占めており、この負荷は原動機により克服する必要がある。本開示の発電機は固体であり、移動する磁束の大半は、回転子の電磁鋼の突極の内部の磁区を前向きで発達するよう整列させることで与えられるので、非常に効率的である。発電機を動作させるのに必要とされる唯一の電力は、回転子の磁極の磁区の整列を担う、弱い磁極を励磁するのに必要なものだけである。それゆえ、発電機はエネルギー平衡が完全に保たれて動作する。
１ｋＷの入力電力（調整）＋磁区からの３ｋＷ
↓
４．０ｋＷの出力電力

上記の要約方程式はシステムの大きなエネルギーのすべてを説明しており、入力エネルギーと出力エネルギーは完全に平衡している。

例えば、本開示に係る固体電磁回転子は、支持構造物の周りに配置された複数の突極片を備えることができて、各突極片の第１端部は支持構造物に取り付けられ、各突極片の第２端部は支持構造物から離れるように外側または内側を向き、電線が、複数の突極片の電線が励磁回路により逐次的に励磁されると突極片が比較的弱い磁極を提供する比較的弱い電流により励磁され、比較的弱い磁極によって極の磁区が整列されることで所望する区別できる磁極の形をした移動する強い有極性の磁場が提供されて発電が行われるように、各突極片に巻き回されている。

一態様に従い、従来の双極または多極の回転する回転子を区別できる回転磁極を作り出す単極、双極、または多極の静的な固体回転子用インサートに交換することを含む、回転式発電機からの逆方向トルクを除去する方法が開示される。このような磁極は、極の電磁鋼に巻き付けられた電線を励磁することで発生する。電気的な励磁により作り出される比較的弱い磁極が、電磁鋼または他の適切な材料の磁区を整列させる。磁区を整列させることで作り出される強力な移動する磁場により、物理的な回転子主部を回転させることなく電力が発生する。回転子は物理的に回転しないため、発電機が電気的負荷に接続された際に回転子の極と固定子片内の誘導された磁極間にエネルギーを消費する相互作用は起こらない。また、発電機は、所望の周波数を維持するのに必要となる適切な速度で回転子を回転させるエネルギーを必要としない。入力される磁気エネルギーの大半は、金属の極の磁区を整列させることで発生する。

本開示は、強磁性体および常磁性体から比較的無制限の量の電気的エネルギーを取り入れるよう工夫されている。本開示は、発電機を固体で回転式の発電機の形で再設計したものだが、回転式の発電機に限定されない。この設計は発電機に存在する逆方向トルクを除去し、発電機に給電するためのエネルギー源として（電磁鋼に限定されないが）電磁鋼の磁区の電力を活用する。本開示の電磁鋼の場合、空気の透磁率μ（Ｈ／Ｍ）の比率は１．２５６７×１０^－６Ｈ／Ｍであり、電磁鋼の透磁率は５．０×１０^－３Ｈ／Ｍである。それゆえ、空気に対する電磁鋼の比透磁率μ/μ_０は、最大で４０００である。材料の電磁気的透過率は、材料の単位体積当たりの磁区の個数に関連する。

磁区は、常磁性体または強磁性体の中の磁化が均一な方向となっている領域である。これは、原子の個々の磁気モーメントが互いに揃えられているということを意味する。複数の磁区を隔てる領域は磁壁と呼ばれ、磁壁において誘導磁化は一つの磁区における方向から隣の磁区における方向へコヒーレントに回転する。

本開示において、電磁極は磁区の極性方向が定在する極の磁気コイルの比較的弱い磁場により整列されることで形成される。磁区が整列されるにつれて、移動する磁場の力は、金属または他の適切な材料内の原子の電子スピンにより形成される、整列された磁区から主に発生する。そのため、この発電機に給電するのに使用されるエネルギーは、定在する極を構成する強磁性体、常磁性体、または他の適切な材料を構成する原子の不対電子のスピンにより与えられる。

電磁石の見かけの強度に影響するのは以下の要因である。
１．磁心に巻き付けられる電線のコイルの巻き数
２．コイルに印加される電流の強さ
３．磁心の材料

これは、単位体積当たりの磁区の相対的な数に関連する。

固体発電機の設計により逆方向トルクを除去することで、交流発電機または直流発電機を４００％～５００％向上した効率で動作させることができる。この設計変更だけでも、標準的な発電機が動作するように発電機を動作させることができるが、動作中の標準的な発電機が必要とする入力電力の２０％しか必要とせず、それにも関わらず新しく設計された発電機は同じ１００％の出力を維持する。

本開示の場合、発電機に給電するための入力エネルギーの大半は、発電機の回転子および固定子を作るのに使用される常磁性の金属または他の適切な材料の特有の電子スピンパターンによりもたらされる。高い磁束透磁率を有する材料は、低い透磁率の材料と比べて多くの磁区を有する。

このシステムは、ファラデーの法則に従って電力を発生する。コイル内で誘導される電圧はそのコイルのループの数、各ループの断面積、それらのループ内での磁場が変化する速度、および変化する磁場の磁束密度の積に比例する。

本開示では、回転子は静止している、つまり回転しないので、逆方向トルク（逆起電力）は問題とならない。固定子内で誘導される極は、固定子コイル内の電流の流れにより誘導される。この電流は、主発電機により作り出され、ソリッドステートリレーにより適切な回転子コイルへと転送された電流により逐次的に励磁される一連の定在する極により発生する。励磁されたコイルは定在する極の磁区を整列させて、磁区が整列されるにつれて移動する磁場が形成される。磁区は移動する磁束密度を与えて、固定子内に電圧および電流を誘導する。コンピュータにより作動されるシステムが４つの区別できる磁極（Ｎ、Ｓ、Ｎ、Ｓ）を発生し、これらの磁極は１８００ｒｐｍで回転して三相６０Ｈｚの電力を発生する、あるいは１５００ｒｐｍで回転して三相５０Ｈｚの電力を発生する。周波数は基板実装されたコンピュータシーケンスシステムにより制御される。

本開示の特定の実施形態を詳細に説明する前に、本開示は以下の説明に記載される、または図面に示される構成要素の配置に限定されないことを理解されたい。本開示は記載される実施形態に加えて諸実施形態が可能であり、様々な方法で実践および実行することが可能である。また、本明細書および要約で用いられている言葉遣い及び用語は説明の目的で使用されており、制限的であるとみなされるべきではないことを理解されたい。

したがって、本開示が基づいている概念および特徴は、本開示のいくつかの目的を遂行するための他の構造物、方法、およびシステムを設計する基盤として容易に利用可能であることを当業者は理解するであろう。さらに、請求項は、本開示の趣旨および範囲から逸脱しない限りは同等の構造物を含むとみなされるべきである。

突極片および磁束スリーブを見せている、本開示の一実施形態に係る例示の回転子積層体の端部断面図を示す図である。 突極片、磁束鉄、および極片巻線を見せている、本開示の実施形態に係る例示の回転子積層体の端部断面図を示す図である。 時計回りに角度がつけられた突極片および極片巻線を見せている、本開示の実施形態に係る例示の回転子積層体の端部断面図を示す図である。 １６個の巻き付けられている突極および磁束帰還インサートを見せている、本開示の実施形態に係る例示の固体回転子の端面図を示す図である。 本開示の実施形態に係る例示の固体回転子の端面図を、４極で６０Ｈｚサイクルの第１パルスにおける１６個の突極すべてに対して示された極の巻線と励磁極性シーケンス回路と共に示す図である。 本開示の実施形態に係る例示の固体回転子の端面図を、４極で６０Ｈｚサイクルの第２パルスにおける１６個の突極すべてに対して示された極の巻線と励磁極性シーケンス回路と共に示す図である。 本開示の実施形態に係る例示の固体回転子の端面図を、４極で６０Ｈｚサイクルの第３パルスにおける１６個の突極すべてに対して示された極の巻線と励磁極性シーケンス回路と共に示す図である。 本開示の実施形態に係る例示の固体回転子の端面図を、４極で６０Ｈｚサイクルの第４パルスにおける１６個の突極すべてに対して示された極の巻線と励磁極性シーケンス回路と共に示す図である。 本開示の実施形態に係る例示の固体回転子の端面図を、４極で６０Ｈｚサイクルの第５パルスにおける１６個の突極すべてに対して示された極の巻線と励磁極性シーケンス回路と共に示す図である。 本開示の実施形態に係る例示の固体回転子の端面図を、４極で６０Ｈｚサイクルの第６パルスにおける１６個の突極すべてに対して示された極の巻線と励磁極性シーケンス回路と共に示す図である。 本開示の実施形態に係る例示の固体回転子の端面図を、４極で６０Ｈｚサイクルの第７パルスにおける１６個の突極すべてに対して示された極の巻線と励磁極性シーケンス回路と共に示す図である。 本開示の実施形態に係る例示の固体回転子の端面図を、４極で６０Ｈｚサイクルの第８パルスにおける１６個の突極すべてに対して示された極の巻線と励磁極性シーケンス回路と共に示す図である。 本開示の実施形態に係る例示の固体回転子の端面図を、４極で６０Ｈｚサイクルの第９パルスにおける１６個の突極すべてに対して示された極の巻線と励磁極性シーケンス回路と共に示す図である。 本開示の実施形態に係る例示の固体回転子の端面図を、４極で６０Ｈｚサイクルの第１０パルスにおける１６個の突極すべてに対して示された極の巻線と励磁極性シーケンス回路と共に示す図である。 本開示の実施形態に係る例示の固体回転子の端面図を、４極で６０Ｈｚサイクルの第１１パルスにおける１６個の突極すべてに対して示された極の巻線と励磁極性シーケンス回路と共に示す図である。 本開示の実施形態に係る例示の固体回転子の端面図を、４極で６０Ｈｚサイクルの第１２パルスにおける１６個の突極すべてに対して示された極の巻線と励磁極性シーケンス回路と共に示す図である。 本開示の実施形態に係る例示の固体回転子の端面図を、４極で６０Ｈｚサイクルの第１３パルスにおける１６個の突極すべてに対して示された極の巻線と励磁極性シーケンス回路と共に示す図である。 本開示の実施形態に係る例示の固体回転子の端面図を、４極で６０Ｈｚサイクルの第１４パルスにおける１６個の突極すべてに対して示された極の巻線と励磁極性シーケンス回路と共に示す図である。 本開示の実施形態に係る例示の固体回転子の端面図を、４極で６０Ｈｚサイクルの第１５パルスにおける１６個の突極すべてに対して示された極の巻線と励磁極性シーケンス回路と共に示す図である。 本開示の実施形態に係る例示の固体回転子の端面図を、４極で６０Ｈｚサイクルの第１６パルスにおける１６個の突極すべてに対して示された極の巻線と励磁極性シーケンス回路と共に示す図である。 本開示の実施形態に係る例示の固体回転子の端面図を、４極で６０Ｈｚサイクルの第１パルスにおける１６個の突極すべてに対して示された極の巻線と励磁極性シーケンス回路と共に示す図である。 本開示の一実施形態に係る固定子積層体および回転子積層体の部材の端部断面図を示す図である。 結合されている、本開示の実施形態に係る内側回転子積層体、固定子積層体、および外側回転子積層体の部材の２つの端部断面図を示す図である。 加圧されて、絶縁および巻き付けができる状態になっている、本開示の実施形態に係る内側回転子積層体、固定子積層体、および外側回転子積層体の端部断面斜立面図を示す図である。 金属の磁区が整列されるにつれて整列された磁区により発生する発達する磁束場が描かれた、本開示の実施形態に係る固定子／回転子積層体の端部断面図を示す図である。 金属の磁区が図２５と比べてさらに整列されるにつれて磁区の整列により発生する発達する磁束場が描かれた、本開示の実施形態に係る固定子／回転子積層体の端部断面図を示す図である。 金属の磁区が図２６と比べてさらに整列されるにつれて磁区の整列により発生する発達する磁束場が描かれた、本開示の実施形態に係る固定子／回転子積層体の端部断面図を示す図である。 金属の磁区が図２７と比べてさらに整列されるにつれて磁区の整列により発生する発達する磁束場が描かれた、本開示の実施形態に係る固定子／回転子積層体の端部断面図を示す図である。 金属の磁区が図２８と比べてさらに整列されるにつれて磁区の整列により発生する発達する磁束場が描かれた、本開示の実施形態に係る固定子／回転子積層体の端部断面図を示す図である。 巻き付けられ、取り付けられた、本開示の実施形態に係る内側回転子積層体、固定子積層体、および外側回転子積層体の上端図を示す図である。 巻き付けられ、取り付けられた、本開示の実施形態に係る回転子／固定子／回転子の上方斜め方向を示す図である。 本開示の実施形態に係る固定子ユニットの基本巻線パターンを示す図である。 組み立てられたすべての回転子積層体と巻線を有する回転子が描かれた、本開示の実施形態に係る端面図の線画を示す図である。 結合されている、本開示の実施形態に係る回転子／固定子積層体の部材の端部断面図を示す図である。 結合されている、本開示の実施形態に係る回転子／固定子積層体の部材の端部断面図を示し、それら部材の通常の寸法を含む図である。 本開示の実施形態に係る内側固定子積層体の部材の端部断面図を示す図である。 本開示の実施形態に係る二重回転子積層体の部材の端部断面図を示す図である。 本開示の実施形態に係る二重固定子積層体の部材の端部断面図を示す図である。 本開示の実施形態に係る外側回転子積層体の部材の端部断面図を示す図である。 本開示の実施形態に係る「高Ｙ字型」の４線接続における三相コイルの接続パターンを示す図である。 本開示の実施形態に係る発電機により発生した三相電力のオシロスコープ出力波形を示す図である。 本開示の一実施形態に係る、回転子／固定子を覆うカウリング（ｃｏｗｌｉｎｇ）の立面図である。 本開示の一実施形態に係る、回転子／固定子を覆う、部分的に分離されたカウリングの立面図である。 本開示の実施形態のうちの一つに係る、回転子／固定子を覆う、部分的に分離された（図４２と比べてさらに分離された）カウリングの立面図である。 本開示の一実施形態に係る、相巻線のうちの３つが所定の位置にある発振変調器積層体の端面投影図を示す図である。 本開示の実施形態に係る発振変調器の基本巻線パターンを示す図である。 完全に巻き付けられて回転子に組み付けられる状態になっている、本開示の実施形態に係る発振変調器の固定子を示す図である。 加圧されて、巻き付けができる状態になっている、本開示の実施形態に係る発振変調器の回転子積層体を示す図である。 完全に巻き付けられて固定子へ取り付けられる状態になっている、本開示の実施形態に係る発振変調器の回転子積層体を示す図である。 本開示の実施形態に係る発振変調器の固定子と回転子の接続を示す図である。 本開示の実施形態に係る電源内蔵型の発電機のブロック図を示す図である。 ガウスを単位とする発生した磁束の強度の変動とコイルへ与えられる電流の大きさの関係を電磁鋼とプレキシグラス（Ｐｌｅｘｉｇｌａｓ）の両方に対して描いたグラフである。 本開示の一実施形態に係る発電機の典型的な極回路を示す図である。 本開示の実施形態に係るシステムの発電機主制御盤の端面図を示す図である。 本開示の実施形態に係るシステムの発電機の極モジュールのうちの一つの図を示す図である。 本開示の実施形態に係る発電機の極モジュールのダイオード／端子接合部のうちの一つの図を示す図である。 本開示の実施形態に係るコンデンサバンク分離極放電ユニットのうちの一つを示す図である。 本開示の実施形態に係るコンピュータ制御装置の信号時間系列プログラムを示す図である。 本開示の実施形態に係る、分離されているコンデンサ充電システムを示す図である。 本開示の実施形態に係る分離充電器のリレータイマー制御回路を示す図である。 本開示の実施形態に係る、発電機自動充電システムのバッテリとコンデンサの配置を示す図である。 本開示の実施形態に係る３６ボルトコンデンサ／バッテリバンクを示す図である。 外部電源なしでの本開示の実施形態に係る３６ボルトバッテリコンデンサ／バッテリバンクの２４時間の自動充電自律運転における時間に対する電圧の変動をプロットした図である。 本開示の実施形態に係る自動充電自律運転に対する電圧計およびデータロガーを用いた測定点のブロック図である。 本開示の実施形態に係る電力増倍実験での電圧計およびデータロガーを用いた測定点のブロック図である。 本開示の実施形態に係る電力増倍実験を実証するために電圧計およびデータロガーを用いて測定されたデータ点から採取されたデータのグラフである。 本開示の実施形態に係る４８ボルトバッテリバンクで、残りの利用可能なエネルギーのワット数に対して負荷時の電圧降下がプロットされた図である。 本開示の実施形態に係る３６ボルトバッテリ／コンデンサバンクでの時間に対する電圧の２４時間における変動を示す図である。 外部電源なしでの１２時間の自律運転における、本開示の実施形態に係る３６ボルトバッテリバンクの時間に対する電圧の変動を示す図である。 本開示の実施形態に係る３６ボルトバッテリバンクの時間に対する電圧の２時間における変動を示す、自律運転でのデータと非自律運転でのデータに注目した図である。 外部電源なしでの本開示の実施形態に係る３６ボルトバッテリバンクでの時間に対する電圧の１０３分の運転における変動を示す図である。 外部電源なしでの自動充電自律モードでの、本開示の実施形態に係る３６ボルトバッテリバンクでの時間に対する電圧の２４時間における変動を示す図である。 電磁鋼の磁区が発電時に担う役割の評価に使用される、本開示の実施形態に係るプレキシグラスのテスト用組立品の図である。 電磁鋼の磁区が発電時に担う役割の評価に使用される、本開示の実施形態に係る電磁鋼のテスト用組立品の図である。 電磁鋼の磁区が発電時に担う役割の評価に使用される、本開示の実施形態に係るプレキシグラスのテスト用組立品の、テストデータが表示された図である。 電磁鋼の磁区が発電時に担う役割の評価に使用される、本開示の実施形態に係る電磁鋼のテスト用組立品を追加のテストデータと共に示す図である。 電磁鋼の磁区が発電時に担う役割の評価に使用される、本開示の実施形態に係る電磁鋼のテスト用組立品を追加のテストデータと共に示す図である。 電磁鋼の磁区が発電時に担う役割の評価に使用される、本開示の実施形態に係る電磁鋼のテスト用組立品を追加のテストデータと共に示す図である。 動作サイクル中の固定子に対する電力出力を最大化するために各回転子構造物の底部にボルトで留められた、本開示の一実施形態に係る組立品を示す。 本開示の一実施形態に係る、図７７のセラミックベアリングの表面および取付け面を示す。 本開示の一実施形態に係る取付け面の断面図を示す。 本開示の実施形態に係るコンピュータ／制御装置の動作サイクルのスキャンサイクルを示すプロセス図である。 本開示の一実施形態に係るロジックラダーシーケンスの優先順位を示す。 本開示の実施形態に係る三相発電機のレグ（ｌｅｇ）間の静電容量を平衡させうるリレー制御システムを示す。 本開示の一実施形態に係る励磁電源制御回路を示す図である。 本開示の一実施形態に係る回転子インピーダンス変調制御回路を示す図である。

本明細書に援用され、本明細書の一部を構成する添付の図面は、説明と共に様々な例示の実施形態を示し、実施形態の原則を説明する役割をする。

本明細書の実施形態にはシステムおよび方法が含まれる。少なくとも一部の開示される方法は、本開示のいくつかの実施形態により明らかにされ、実行することができる。本開示に係るいくつかのシステムは、少なくとも１個の回転子と１個の固定子を備えることがあり、あるいは、システムは多数の回転子と多数の固定子を備えることがある。本開示の実施形は単独で、または累積的に、強磁性体や常磁性体、例えば、限定しないが電磁鋼などの磁区からの豊富な利用可能な電気的エネルギーを活用する独自の方法の目的を達成することができる。例えば、比較的弱い磁場を利用して、回転子極および固定子鉄を作るのに使用される強磁性体および常磁性体の磁区を整列させる発電機などの電気機械の態様を含む様々な例示の実施形態が本明細書で論じられ、説明される。本開示において、回転子の電磁場は、強磁性体および常磁性体の磁区が磁気コイルの比較的弱い磁場により整列されるにつれて、方向が揃えられ、強度が発達する。磁区が整列されるにつれて、移動する磁場の力が強磁性体や常磁性体の金属の電子スピンからエネルギーを得る整列された磁区から主に発生する。磁区は、磁性材料の中の磁化が均一な方向となっている領域である。これは、原子の個々の磁気モーメントが互いに揃えられているということを意味する。複数の磁区を隔てる領域は磁壁と呼ばれ、磁壁において、本開示の極性のあるコイルにより作り出されたものなどの誘導磁化は一つの磁区における方向から隣の磁区における方向へコヒーレントに回転し、その結果、磁区が比較的弱い磁気コイルの磁場に晒された場合に磁区は整列されうる。本開示の電磁鋼の場合、空気の透磁率μ（Ｈ／Ｍ）の比率は１．２５６７×１０^－６Ｈ／Ｍであり、電磁鋼の透磁率は５．０×１０^－３Ｈ／Ｍである。それゆえ、空気に対する電磁鋼の比透磁率μ/μ_０は、最大で４０００である。そのため、本開示は部分的に、または全体的に、比較的小さいエネルギー入力を用いて強磁性体および／または常磁性体からエネルギーを取り入れる能力を与える。強磁性体および常磁性体は、太陽からの光子によく似たエネルギー源を提供する。

本明細書の実施形態にはシステムおよび方法が含まれる。少なくとも一部の開示される方法は、例えば、非一時的なコンピュータ可読記憶媒体から命令を受け取る少なくとも１つのプロセッサにより実行することができる。同様に、本開示に係るシステムは１つのプロセッサおよびメモリを備えることがあり、メモリは非一時的なコンピュータ可読記憶媒体でありうる。本明細書で使用される場合、非一時的なコンピュータ可読記憶媒体は、少なくとも１つのプロセッサにより読むことのできる情報またはデータを記憶可能な任意の種類の物理的メモリを指す。例として、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、揮発性メモリ、不揮発性メモリ、ハードドライブ、ＣＤ－ＲＯＭ、ＤＶＤ、フラッシュドライブ、ディスク、および任意の他の既知の物理的記憶媒体が挙げられる。さらに、「メモリ」や「コンピュータ可読記憶媒体」などの単数形の用語は、複数のメモリなどの多数の構造体を指すことができる、および／または、本明細書で「メモリ」と呼ばれるコンピュータ可読記憶媒体は、別途定めのない限り、任意の種類のコンピュータ可読記憶媒体を含みうる。コンピュータ可読記憶媒体は、少なくとも１つのプロセッサにより評価するための、本明細書の実施形態に係るステップまたは段階をプロセッサに実行させる命令を含む命令を記憶することができる。さらに、１つまたは複数のコンピュータ可読記憶媒体を、コンピュータで実施される方法を実装する際に利用することができる。「コンピュータ可読記憶媒体」という用語は、有形の物を含み、搬送波や過渡的信号は除外されると理解されたい。

本開示の実施形態は、例えば、過去のシステムや方法に対して数多くの利点を提供し、高効率で逆方向トルクまたは電磁気的抗力がない電力を作り出す、発電機などの電気機械の態様を含む様々な例示の実施形態が本明細書で論じられ、説明される。その利用および適用により抗力を除去することの妥当性が超電導コイルの利用と共に提示され、論じられる。例えば、本開示の実施形態は、従来の回転式発電機と比べて５つの設計変更により逆方向トルクが実質的に存在しない発電機設計のためのシステムおよび方法を提供する。

次にこれらの変更について説明する。本明細書で開示される固体の静的な回転子により、任意の実施形態または発電機固定子の設計において発電機回転子を動作させることができる。この回転子により、回転子は回転せずに磁極のみが回転するため、逆起電力または逆方向トルクなしに回転子の磁極を任意の速度で回転させることができる。

本開示の実施形態に従い、従来の双極または回転する多極を、回転磁極を作り出して電力を発生する単極、双極、もしくは多極の固体回転子、または固定子構造物の複数の層を用いて構成される一連の固定子と交換することを含む、回転式発電機から逆方向トルクを除去するための方法が開示される。回転子は静止しているため、発電機が電気的負荷に接続された場合に固定子片内に形成される誘導磁極間にエネルギーを消費する相互作用は存在せず、発電機は回転子を適切な周波数で回転させるエネルギーも必要としない。

本開示の実施形態のうちの一つに従い、同心で環状の回転子と二重回転子が環状の固定子および二重固定子と交互になっている。この配置は、回転子／固定子が外側へ進むにつれてより多くの発電能力を提供する。

逆方向トルクを除去することで、この設計変更のみにより交流発電機または直流発電機を４００％～５００％向上した効率で動作させることができる。逆方向トルクの除去は、幾何学的な分離または固体技術に起因しうる。本開示の固体機械は、最大透磁率を有する材料からできた、固体のコンピュータ制御された発電機を開発することで逆方向トルクを除去する。出力電力を作り出す入力エネルギーの大半は、発電機の電磁鋼または他の強磁性体もしくは常磁性体の特有の電子スピンのパターンによりもたらされる。高い透磁率を有する材料は、低い透磁率の材料と比べて多くの磁区を有する。

例示の実施形態で表されるものに対する実現可能な代替手段として、様々な材料が想定されることが理解されるであろう。例えば、突極に巻き回された巻線は銅とすることができるが、あるいは、例えば、限定されないがグラフェンなどの別の充分に導電性のある材料とすることができる。さらに、様々な大きさの前記材料が実現可能であると想定される。例えば、巻線は米国ワイヤゲージ規格（Ａｍｅｒｉｃａｎ Ｗｉｒｅ Ｇａｕｇｅ）の１８番の銅製マグネットワイヤ（ｍａｇｎｅｔ ｗｉｒｅ）とすることができるが、あるいは他の大きさを有していてもよい、および／または、巻線は異なる材料からできていてもよい。実際、本開示で論じられる材料の大きさおよび組成は例であるに過ぎず、制限していると解釈されるべきではない。

ここで、本開示に従って実現される例示の実施形態について詳細に言及するが、その実施例は添付の図面に示されている。

図１は、突極片１１０および磁束スリーブ１２０を見せている、本開示の実施形態に係る例示の回転子積層体１００の端部断面図を示す図である。例示の実施形態では、磁束スリーブ１２０はミューメタルの磁束スリーブ１２０であるが、透磁率、強度および耐久性に対する設計要求に合致する他の適切な材料、例えばパーマロイがふさわしい選択肢として、または、組み合わせて使用することが想定される。回転子の主部は、例に過ぎないが、突極１１０が形成されるように治具上で積層されうる０．３４ｍｍの焼きなまされた電磁鋼の円板（示されていない）からレーザー切断されることがある。回転子積層体１００は、回転子積層体１００を治具上へ取り付けることができるように、軸１３０を含むように製造することができる。治具は、軸１３０によって受けられるように、または軸１３０を取り付ける際に軸１３０が特定の治具に適合するような大きさとなりうるように、選択することができる。軸１３０は、ミューメタルスリーブ１２０を用いてスリップフィットすることができる。回転子積層体１００の主部および突極１１０は、加圧して穴１４０内の締結部材（図示されていない）を介して保持することができる。様々な実施形態では、締結部材はボルト、ピン、リベット、および同種のもののうちの１つまたは複数を含みうる。そして、絶縁された突極巻線（図２～図２１で最も良く示されている）を極片１１０に巻き回すことができる。

図２は、突極１１０、磁束スリーブ１２０、および極片巻線１５０を見せている、本開示の実施形態に係る、レーザー切断された円板（示されていない）から作られた例示の回転子積層体１００の端部断面図を示す図である。各突極１１０は２本のリード線を有することができて、例えば、極１はリード線ＫおよびＬを用いてＮ極に励磁することができて、極５はリード線ＭおよびＮを用いてＳ極に励磁することができる。保持ボルトを収容する保持穴１４０が支持軸１３０およびミューメタルのスリーブ１２０と共に示されている。別の実施形態では、各突極１１０は３本以上のリード線を有することがある。巻線の材料としてふさわしいものとして様々な材料が想定されるが、材料は、インダクタンス、Ｑ値、引張強度、および同種のものなどの多数の所望の関連パラメータに基づいて選択されうる。

図３は、時計回りに角度がつけられた突極片３１０および極片巻線３２０を見せている、本開示の実施形態に係る例示の回転子積層体３００の端部断面図を示す図である。この角度により、各極からの発達する磁場を時計回りの方向に４５°の角度で発生させることができて、存在している同様の隣接する極により磁場は反発されるので、磁束は回転子の表面に平行に、時計回りの方向に回転しうる。

図４は、１６個の巻き付けられている突極１１０および磁束スリーブ１２０を見せている、本開示の実施形態に係る例示の固体回転子の主部４００の図を示す図である。突極１１０およびミューメタルのスリーブ１２０を支持軸１３０と共に含む、積層されて加圧された回転子積層体１００を含む回転子４００が示されている。

本開示の実施形態に従い、従来の双極子または回転する回転子を、回転磁極を作り出して電力を発生する単極、双極、または多極の静的固体回転子４００と交換することを含む、回転式発電機から逆方向トルクを除去するための方法が開示される。回転子４００は静止しているため、発電機が電気的負荷に接続された場合に固定子極片１１０内に形成される磁極間にエネルギーを消費する相互作用は存在せず、発電機は回転子を適切な周波数で回転させるエネルギーも必要としない。

例示の実施形態では、この回転子の新設計は、電磁鋼から積層体１００を所望の直径まで切断することで実現される。一部の実施形態では、直径は６インチ（１５．２４センチ）でありうる。別の実施形態では、直径は６インチ（１５．２４センチ）より大きい。さらに別の実施形態では直径は６インチ（１５．２４センチ）より小さい。例示の実施形態では、積層体１００は、回転子が１６個の突極片を備えるように切断することができる。他の数の突極片１１０は、例えば所望の電力入力／出力に応じて選択されることがある。突極片１１０は異なる大きさ、または同じ大きさであってもよく、積層体１００の中心に対して均一に、または均一ではなくあらかじめ規定されたパターン、または不規則なパターンに従う別の分布に従って分散させることができる。後述する図５～図２１は、異なる実施形態に係る、様々な別の構成を示す。極片１１０は、所望の適切な電磁石ワイヤ１５０を巻き付けることができる。マグネットワイヤ巻線１５０は、コンピュータ制御されたゲーティングシステム（示されていない）、例えばプログラマブル論理センタ（ＰＬＣ）に接続されうる２本のリード線で終端することができて、これにより、例えば、励磁回路（示されていない）内のＭＯＳＦＥＴゲーティングシステムを用いて、第１極性から第２極性へ、そして第２極性から第１極性へと交互に切り替えることが可能となる。例えば４極の回転子の場合は、突極は１グループ当たり４極の４つのグループに分けて配線される、あるいは、１グループ当たり８極の２つのグループに分けて配線されるが、２つまたは４つのグループに限定されない。

６０Ｈｚの電力入力と４極の回転子を含む例示の実施形態では、極性はグループごとに交互にされうる。つまり、第１グループの極１は第１極性であり、第２グループの極１は第２極性であり、第３グループの極１は第１極性であり、第４グループの極１は第２極性であり、などとなる。各グループの極１は、半導体励磁回路により励磁することができる。各グループの極２は、半導体励磁回路により励磁することができる。各グループの極３は、半導体励磁回路により励磁することができる。各グループの極４は、半導体励磁回路により励磁することができる。励磁シーケンスの様々な実施形態が想定され、それらの実施形態には異なる励磁時間遅延が含まれうる。一実施形態では、各グループの極１を励磁することができて、例えばその２．０８４ミリ秒後に極２を励磁することができて、そしてまた、例えばその２．０８４ミリ秒後に極３を励磁することができて、そしてまた、例えばその２．０８４ミリ秒後に極４を励磁することができて、そして、例えばその２．０８４ミリ秒後に極１を再び励磁することができて、サイクルが繰り返される。別の実施形態では、（例えば）ｎ番目の極とｎ＋１番目の極の励磁の間の時間遅延は、ｎ＋１番目の極とｎ＋２番目の極のものと比べて、異なることがある。

極回路は、第１サイクルでは第１極性の直流電流で、第２サイクルでは第２極性の直流電流で励磁することができる。第１サイクルおよび第２サイクルで、６０Ｈｚ電流の場合は１６．６６７ミリ秒毎に１つの直流サイクルを構成する。他の周波数、例えば５０Ｈｚなどに対して適切な調整がなされることがある。各極は、磁気突極１１０のそれぞれに対して、例えば４．１６７ミリ秒の崩壊時間で（４．１６７の崩壊時間に限定されない）、例えば４．１６７ミリ秒（４．１６７ミリ秒に限定されない）にわたって励磁することができる。励磁波は時計回りに進み、各極が形成される際に各極を歪ませ、その前の極の反発する磁束によって各極の磁束は前向きに時計回りに押し出される。励磁波は、実際には、別々の分離された磁極を所望の周波数で時計回りに環状に常に押し出し、磁極は分離されて、第１極性と第２極性が交互に現れる。その結果、１６．６６７ミリ秒の全サイクル毎に、回転子部材そのものが物理的に回転することなしに４つの区別できる磁極が回転し続けるように、励磁が第１極性から第２極性へと切り替わる。

２極の磁気回転子の場合、突極１１０は１グループ当たり８個の極片１１０の２つのグループに分けて配線されることがある。各グループの極片１１０は、励磁システムの回路（示されていない）に接続されることがある。例えば、第１グループの極１は第１極性で、第２グループの極１は第２極性である。各グループの極１はソリッドステート励磁チャネルにより励磁することができる。各グループの極２は、ソリッドステート励磁基板チャネル（示されていない）により励磁することができる。各グループの極３は、ソリッドステート励磁チャネルにより励磁することができる。各グループの極４～８のそれぞれは、いずれもソリッドステート励磁基板チャネルにより励磁することができる。

例に過ぎないが、各グループの極１を励磁することができて、例えばその１．０４２ミリ秒後に各グループの極２を励磁することができる。各グループの極２を励磁することができて、例えばその１．０４２ミリ秒後に各グループの極３を励磁することができる。各グループの極３を励磁することができて、例えばその１．０４２ミリ秒後に各グループの極４を励磁することができる。各グループの極４を励磁することができて、例えばその１．０４２ミリ秒後に極５を励磁することができる。各グループの極５を励磁することができて、例えばその１．０４２ミリ秒後に極６を励磁することができる。各グループの極６を励磁することができて、例えばその１．０４２ミリ秒後に極７を励磁することができる。各グループの極７を励磁することができて、例えばその１．０４２ミリ秒後に極８を励磁することができる。各グループの極８を励磁することできて、例えばその１．０４２ミリ秒後に各グループの極１を励磁することができて、サイクルが繰り返される。

励磁の極性は、各サイクルで変わる。それゆえ、４極のユニットの場合は、極性は１６．６６７ミリ秒のサイクル毎に２回切り替わり、２極のユニットの場合は、励磁の極性は６０Ｈｚ電流に対して１６．６６７ミリ秒のサイクル毎に２回切り替わる。

例えば、単極の磁気回転子の場合、１６個の突極１１０は１グループ当たり４個の極片１１０の４つのグループに分けて配線される。１６個のすべての極片１１０は、例えば８．３３３５ミリ秒（８．３３３５ミリ秒に限定されない）にわたってＮ極に励磁することができて、そして１６個のすべての極片１１０は、例えば別の８．３３３５ミリ秒（８．３３３５ミリ秒に限定されない）にわたってＳ極に励磁することができて、その結果、全サイクルはそれぞれ１６．６６７ミリ秒となる。各グループの極片１１０は、ＰＬＣに駆動される励磁システムの回路に接続されることがある。その結果、実施形態において、第１グループの極片１は第１極性とすることができて、第２グループ、第３グループ、第４グループの極片１は１サイクルの間は第１極性とすることができて、その後にこれらのグループすべては極片１、２、３、４を第２極性に切り替える。つまり、回転子全体が３６０°にわたる第１極性と３６０°にわたる第２極性に交互になることがある。交互に現れる極性は、例えばＭＯＳＦＥＴゲーティングシステムにより制御することができる。回転する磁場の速度は、発生した電流の周波数とは関連しない。周波数は、例えば、５０Ｈｚ、６０Ｈｚ、または任意の他の所望の周波数に対して、コンピュータ制御されたゲーティングシステムにより制御することができる。磁場の回転速度は、励磁の進行速度により制御することができる。

例えば、７５００ｒｐｍの磁場の回転速度を得るには、以下のシーケンスを適用することができる。各グループの極片１を励磁することができて、例えばその０．５ミリ秒後に極片２を励磁することができて、そして、例えばその０．５ミリ秒後に極片３を励磁することができて、そして、例えばそのさらに０．５ミリ秒後に極片４を励磁することができて、そして、例えばその０．５ミリ秒後に極片１を再び励磁することができて、励磁の極性が切り替えられるまでサイクルが繰り返される。それぞれの極片１１０を、例えば０．１ミリ秒、励磁することができる。極回路は、第１サイクルでは第１極性の直流電流で、第２サイクルでは第２極性の直流電流で励磁することができる。上述したように、第１サイクルと第２サイクルの組み合わせで完全な交流サイクルが構成される。

本開示の固体の静的な回転子の設計により、任意の実施形態、または発電機回転子の設計において発電機回転子を動作させることができる。この設計により、回転子磁極を電力出力周波数を考慮せずに任意の速度で回転させることができる。周波数は、回転子の速度によってではなく、励磁回路により制御することができる。

前述したように、この回転子の新設計は、例えば所望の材料から積層体１００を所望の直径まで切断することで実現される。例示の実施形態では、積層体１００は電磁鋼から切断される。次に説明する図５～図２１はこの新設計を示し、極片１１０は、所望の適切な電磁石ワイヤ１５０を巻き付けることができる。

図５は、本開示の実施形態に係る、回転磁極を発生する例示の固体回転子４００の端面図を、４極で６０Ｈｚサイクルの第１パルスにおける１６個の突極１１０すべてに対して示された極の巻線１５０と励磁極性シーケンス回路と共に示す図である。固体回転子４００は、端部積層体１００および保持ボルト用穴１４０を露出させている。図５は、４つの磁極を有し、突極１１０の励磁方式は各磁極と関連づけられている、定常状態の回転子４００を描いている。突極１１０は１～１６と番号が付けられている。４個の回転子磁極は、第１Ｎ極（Ｎ－Ａとラベルが付けられている）、第１Ｓ極（Ｓ－Ａとラベルが付けられている）、第２Ｎ極（Ｎ－Ｂとラベルが付けられている）、および第２Ｓ極（Ｓ－Ｂとラベルが付けられている）を含む。各磁気回転子極は、電気的に励磁され巻き付けられた４個の突極片１１０を含む。Ｎ極励磁用リード線ＫおよびＬ、ならびにＳ極励磁用リード線ＭおよびＮは、以下の方法で逐次的に励磁される。

図５に示される第１パルスでは、第１磁極グループ（突極１～４）は第１極性で励磁され、第２磁極グループ（突極５～８）は第２極性で励磁される。第３磁極グループ（突極９～１２）は第１極性で励磁され、第４磁極グループ（突極１３～１６）は第２極性で励磁される。突極１、５、９、１３は、第１ソリッドステート励磁基板チャネル（ＣＨ１）および第２ソリッドステート励磁基板チャネル（ＣＨ２）により励磁することができる。突極２、６、１０、１４は、第３ソリッドステート励磁基板チャネル（ＣＨ３）および第４ソリッドステート励磁基板チャネル（ＣＨ４）により励磁することができる。突極３、７、１１、１５は、第５ソリッドステート励磁基板チャネル（ＣＨ５）および第６ソリッドステート励磁基板チャネル（ＣＨ６）により励磁することができる。突極４、８、１２、１６は第７ソリッドステート励磁基板チャネル（ＣＨ７）および第８ソリッドステート励磁基板チャネル（ＣＨ８）により励磁することができる。例示の実施形態では、各グループ内で、突極片１１０は同時に励磁されるのではなく、逐次的に励磁される。例えば、第１グループ（極１～４）では、突極１は第１極性で励磁され、例えばその２．０８４ミリ秒後に突極２が第１極性で励磁され、例えばその２．０８４ミリ秒後に突極３が第１極性で励磁され、例えばその２．０８４ミリ秒後に突極４が第１極性で励磁される。すべての極が逐次的に１つの極性に励磁された後に、極性が切り替えられる。例えば、極４が２．０８４ミリ秒にわたって第１極性に励磁された後、突極１が今度は第２極性で再び励磁されて、サイクルが繰り返される。つまり、極はサイクルの前半で第１極性の直流で励磁され、サイクルの後半で第２極性の直流で励磁される。サイクルの前半および後半で、６０Ｈｚ交流電流の場合は１６．６６７ミリ秒毎に１つの交流サイクルを構成する。６０Ｈｚ以外の周波数に対して適切な調整がなされることがある。

６０Ｈｚ電流の場合、例えば各突極に対して４．１６７ミリ秒の緩和時間で（４．１６７ミリ秒の緩和時間に限定されない）、各極が例えば４．１６７ミリ秒（４．６７ミリ秒に限定されない）励磁される。励磁波は時計回りに進み、各磁極が形成されるにつれて各磁極を歪め、その結果、その前の極からの磁束に反発することで、回転子４００の表面に平行に前向きに時計回りに磁束を押し出す。図５の場合の結果は、４つの控えめな交互に並ぶ磁極が所望の周波数で時計回りに環状に循環することである。極は交互に起こる第１極性と第２極性により分けられる。１６．６６７ミリ秒の全サイクルはどれも半サイクル毎に１８０°の回転で第１極性と第２極性を含む。４つの区別できる磁極は、回転子部材が物理的に回転することなしに、回転し続ける。

図６は、本開示の実施形態に係る例示の固体回転子４００の端面図を、４極で６０Ｈｚサイクルの第２パルスにおける１６個の突極１１０すべてに対して示された極の巻線１５０と励磁極性シーケンス回路と共に示す図である。回転子４００は、端部積層体１００および保持ボルト用穴１４０を露出させている。図６は、回転する極を発生する突極１１０の励磁サイクルの定常状態の図における４極回転子を描いている。突極１１０は１～１６と番号が付けられている。控えめな磁極の１６ステップにわたる回転の第２パルスであるこの図では、ミューメタルのスリーブ１２０および軸１３０も示されている。４つの磁極はラベルが付けられ、第１Ｎ極はＮ－Ａ（突極２～５）とラベルが付けられ、第１Ｓ極はＳ－Ａ（突極６～９）とラベルが付けられ、第２Ｎ極はＮ－Ｂ（突極１０～１３）とラベルが付けられ、第２Ｓ極はＳ－Ｂ（突極１４～１６および１）とラベルが付けられる。図５のように、図６の各磁気回転子極も電気的に励磁されてマグネットワイヤなどの適切な導体から形成された極巻線１５０が巻き付けられた４個の突極片１１０から成る。しかし、図６の例では、極グループは図５でのそれぞれの位置と比べて１つの極の分だけ時計回りに回転している。例えば、第１磁極グループはここでは回転子極２～５を含み、第２磁極グループはここでは回転子極６～９を含み、第３磁極グループはここでは回転子極１０～１３を含み、第４磁極グループはここでは回転子極１４～１６および１を含む。これらのグループの中で、Ｎ－Ａ極性およびＮ－Ｂ極性を有する回転子極（すなわち、回転子極２～５と１０～１３）がＮ極に巻き回されたマグネットワイヤリード線Ｋ－Ｌを介して励磁され、Ｓ－Ａ極性およびＳ－Ｂ極性を有する回転子極（すなわち、回転子グループ６～９と１４～１６および１）がＳ極に巻き回されたマグネットワイヤリード線Ｍ－Ｎを介して励磁され、Ｋは＋、Ｌは－、Ｍは－、Ｎは＋である。これらの励磁用リード線は、図５に関連して記載されたのと同様に、極性グループが１個の回転子極の分だけ移動したことを除き、逐次的に励磁される。

図７は、本開示の実施形態に係る例示の固体回転子４００の端面図を、４極で６０Ｈｚサイクルの第３パルスにおける１６個の突極１１０すべてに対して示された極の巻線１５０と励磁極性シーケンス回路と共に示す図である。回転子４００は、端部積層体１００および保持ボルト用穴１４０を露出させている。図７は、回転する極を発生する突極の励磁サイクルの定常状態の図における４極回転子を描いている。突極１１０は１～１６と番号が付けられている。これは、４つの別々の磁極の１６ステップにわたる回転の第３パルスである。ミューメタルのスリーブ１２０および軸１３０も示されている。磁極はラベルが付けられ、第１Ｎ極はＮ－Ａ（突極３～６）とラベルが付けられ、第１Ｓ極はＳ－Ａ（突極７～１０）とラベルが付けられ、第２Ｎ極はＮ－Ｂ（突極１１～１４）とラベルが付けられ、第２Ｓ極はＳ－Ｂ（突極１５～１６および１～２）とラベルが付けられる。各磁気回転子極グループは、電気的に励磁されてマグネットワイヤが巻き付けられた４個の突極片から成る。Ｎ極に巻き回されたマグネットワイヤリード線はＫ－Ｌと表され、Ｓ極に巻き回されたマグネットワイヤリード線はＭ－Ｎと表され、Ｋは＋、Ｌは－、Ｍは－、Ｎは＋である。これらの励磁用リード線は、図５と同様に、極性グループが２個の回転子極の分だけ移動したことを除き、逐次的に励磁される。

図８は、本開示の実施形態に係る例示の固体回転子４００の端面図を、４極で６０Ｈｚサイクルの第４パルスにおける１６個の突極すべてに対して示された極の巻線と励磁極性シーケンス回路と共に示す図である。回転子４００は、端部積層体１００および保持ボルト用穴１４０を露出させている。図８は、回転する極を発生する突極の励磁サイクルの定常状態の図における４極回転子を描いている。突極１１０は１～１６と番号が付けられている。これは、３６０°の回転を含む、４つの別々の磁極の１６ステップにわたる回転の第４パルスを描いている。ミューメタルのスリーブ１２０および軸１３０も示されている。４つの磁極はラベルが付けられ、第１Ｎ極はＮ－Ａ（突極４～７）とラベルが付けられ、第１Ｓ極はＳ－Ａ（突極８～１１）とラベルが付けられ、第２Ｎ極はＮ－Ｂ（突極１２～１５）とラベルが付けられ、第２Ｓ極はＳ－Ｂ（突極１６および１～３）とラベルが付けられる。各磁気回転子極は、電気的に励磁されてマグネットワイヤが巻き付けられた４個の突極片から成る。Ｎ極に巻き回されたマグネットワイヤリード線はＫ－Ｌと表され、Ｓ極に巻き回されたマグネットワイヤリード線はＭ－Ｎと表され、Ｋは＋、Ｌは－、Ｍは－、Ｎは＋である。これらの励磁用リード線は、図５と同様に、極性グループが３個の回転子極の分だけ移動したことを除き、逐次的に励磁される。

図９は、本開示の実施形態に係る例示の固体回転子４００の端面図を、４極で６０Ｈｚサイクルの第５パルスにおける１６個の突極すべてに対して示された極の巻線と励磁極性シーケンス回路と共に示す図である。回転子４００は、端部積層体１００および保持ボルト用穴１４０を露出させている。図９は、回転する極を発生する突極の励磁サイクルの定常状態の図における４極回転子を描いている。突極１１０は１～１６と番号が付けられている。これは、３６０°の回転を含む、別々の磁極の１６ステップにわたる回転の第５パルスを描いている。ミューメタルのスリーブ１２０および軸１３０も示されている。４つの磁極はラベルが付けられ、第１Ｎ極はＮ－Ａ（突極５～８）とラベルが付けられ、第１Ｓ極はＳ－Ａ（突極９～１２）とラベルが付けられ、第２Ｎ極はＮ－Ｂ（突極１３～１６）とラベルが付けられ、第２Ｓ極はＳ－Ｂ（突極１～４）とラベルが付けられる。各磁気回転子極は、電気的に励磁されてマグネットワイヤが巻き付けられた４個の突極片から成る。Ｎ極に巻き回されたマグネットワイヤリード線はＫ－Ｌと表され、Ｓ極に巻き回されたマグネットワイヤリード線はＭ－Ｎと表され、Ｋは＋、Ｌは－、Ｍは－、Ｎは＋である。これらの励磁用リード線は、図５と同様に、極性グループが４個の回転子極の分だけ移動したことを除き、逐次的に励磁される。

図１０は、本開示の実施形態に係る例示の固体回転子４００の端面図を、４極で６０Ｈｚサイクルの第６パルスにおける１６個の突極１１０すべてに対して示された極の巻線１５０と励磁極性シーケンス回路と共に示す図である。回転子４００は、端部積層体１００および保持ボルト用穴１４０を露出させている。図１０は、回転する極を発生する突極の励磁サイクルの定常状態の図における４極回転子を描いている。突極１１０は１～１６と番号が付けられている。これは、３６０°の回転および６０Ｈｚ電流の２サイクルを含む、４つの別々の磁極の１６ステップにわたる発生および回転の第６パルスを描いている。ミューメタルのスリーブ１２０および軸１３０も示されている。４つの磁極はラベルが付けられ、第１Ｎ極はＮ－Ａ（突極６～９）とラベルが付けられ、第１Ｓ極はＳ－Ａ（突極１０～１３）とラベルが付けられ、第２Ｎ極はＮ－Ｂ（突極１４～１６および１）とラベルが付けられ、第２Ｓ極はＳ－Ｂ（突極２～５）とラベルが付けられる。各磁気回転子極は、電気的に励磁されてマグネットワイヤが巻き付けられた４個の突極片から成る。Ｎ極に巻き回されたマグネットワイヤリード線はＫ－Ｌと表され、Ｓ極に巻き回されたマグネットワイヤリード線はＭ－Ｎと表され、Ｋは＋、Ｌは－、Ｍは－、Ｎは＋である。これらの励磁用リード線は、図５と同様に、極性グループが５個の回転子極の分だけ移動したことを除き、逐次的に励磁される。

図１１は、本開示の実施形態に係る例示の固体回転子４００の端面図を、４極で６０Ｈｚサイクルの第７パルスにおける１６個の突極１１０すべてに対して示された極の巻線１５０と励磁極性シーケンス回路と共に示す図である。本発明の回転子４００は、端部積層体１００および保持ボルト用穴１４０を露出させている。図１１は、回転磁極を発生する突極の逐次的励磁サイクルの定常状態の図における４極回転子を描いている。突極１１０は１～１６と番号が付けられている。図１１は、３６０°の回転および６０Ｈｚ電流の２サイクルを含む、４つの別々の磁極の１６ステップにわたる発生および回転の第７パルスを示す。ミューメタルのスリーブ１２０および軸１３０も示されている。４つの磁極はラベルが付けられ、第１Ｎ極はＮ－Ａ（突極７～１０）とラベルが付けられ、第１Ｓ極はＳ－Ａ（突極１１～１４）とラベルが付けられ、第２Ｎ極はＮ－Ｂ（突極１５～１６および１～２）とラベルが付けられ、第２Ｓ極はＳ－Ｂ（突極３～６）とラベルが付けられる。各磁気回転子極は、電気的に励磁されてマグネットワイヤが巻き付けられた４個の突極片から成る。Ｎ極に巻き回されたマグネットワイヤリード線はＫ－Ｌと表され、Ｓ極に巻き回されたマグネットワイヤリード線はＭ－Ｎと表され、Ｋは＋、Ｌは－、Ｍは－、Ｎは＋である。これらの励磁用リード線は、図５と同様に、極性グループが６個の回転子極の分だけ移動したことを除き、逐次的に励磁される。

図１２は、本開示の実施形態に係る例示の固体回転子４００の端面図を、４極で６０Ｈｚサイクルの第８パルスにおける１６個の突極１１０すべてに対して示された極の巻線１５０と励磁極性シーケンス回路と共に示す図である。本発明の回転子４００は、端部積層体１００および保持ボルト用穴１４０を露出させている。図１２は、回転磁極を発生する突極１１０の逐次的励磁サイクルの定常状態の図における４極回転子４００を描いている。突極１１０は１～１６と番号が付けられている。図１２は、３６０°の回転および６０Ｈｚ交流電流の２サイクルを含む、４つの別々の磁極の１６ステップにわたる発生および回転の第８パルスを示す。ミューメタルのスリーブ１２０および軸１３０が示されている。４つの磁極はラベルが付けられ、第１Ｎ極はＮ－Ａ（突極８～１１）とラベルが付けられ、第１Ｓ極はＳ－Ａ（突極１２～１５）とラベルが付けられ、第２Ｎ極はＮ－Ｂ（突極１６および１～３）とラベルが付けられ、第２Ｓ極はＳ－Ｂ（突極４～７）とラベルが付けられる。各磁気回転子極は、電気的に励磁され、極巻線１５０が巻き付けられた４個の突極片１１０から成り、例示の実施形態では、極巻線１５０はマグネットワイヤから形成することができる。Ｎ極に巻き回されたマグネットワイヤリード線はＫ－Ｌと表され、Ｓ極に巻き回されたマグネットワイヤリード線はＭ－Ｎと表され、Ｋは＋、Ｌは－、Ｍは－、Ｎは＋である。これらの励磁用リード線は、図８と同様に、極性グループが７個の回転子極１１０の分だけ移動したことを除き、逐次的に励磁される。

図１３は、本開示の実施形態に係る例示の固体回転子４００の端面図を、４極で６０Ｈｚサイクルの第９パルスにおける１６個の突極１１０すべてに対して示された極の巻線１５０と励磁極性シーケンス回路と共に示す図である。回転子４００は、端部積層体１００および保持ボルト用穴１４０を露出させている。図１３は、回転磁極を発生する突極１１０の逐次的励磁サイクルの定常状態の図における４極回転子を描いている。突極１１０は１～１６と番号が付けられている。図１３は、３６０°の回転および６０Ｈｚ電流の２サイクルを含む、４つの別々の磁極の１６ステップにわたる発生および回転の第９パルスを示す。ミューメタルのスリーブ１２０および軸１３０も示されている。４つの磁極はラベルが付けられ、第１Ｎ極はＮ－Ａ（突極９～１２）とラベルが付けられ、第１Ｓ極はＳ－Ａ（突極１３～１６）とラベルが付けられ、第２Ｎ極はＮ－Ｂ（突極１～４）とラベルが付けられ、第２Ｓ極はＳ－Ｂ（突極５～８）とラベルが付けられる。各磁気回転子極は、電気的に励磁され、極巻線１５０が巻き付けられた４個の突極片から成り、例示の実施形態では、極巻線１５０はマグネットワイヤから形成することができる。Ｎ極に巻き回されたマグネットワイヤリード線はＫ－Ｌと表され、Ｓ極に巻き回されたマグネットワイヤリード線はＭ－Ｎと表され、Ｋは＋、Ｌは－、Ｍは－、Ｎは＋である。これらの励磁用リード線は、図５と同様に、極性グループが８個の回転子極の分だけ移動したことを除き、逐次的に励磁される。

図１４は、本開示の実施形態に係る例示の固体回転子４００の端面図を、４極で６０Ｈｚサイクルの第１０パルスにおける１６個の突極１１０すべてに対して示された極の巻線１５０と励磁極性シーケンス回路と共に示す図である。回転子４００は、端部積層体１００および保持ボルト用穴１４０を露出させている。図１４は、回転磁極を発生する突極１１０の逐次的励磁サイクルの定常状態の図における４極回転子を描いている。突極１１０は１～１６と番号が付けられている。図１４は、３６０°の回転および６０Ｈｚ電流の２サイクルを含む、４つの別々の磁極の１６ステップにわたる発生および回転の第１０パルスを示す。ミューメタルのスリーブ１２０および軸１３０も示されている。４つの磁極はラベルが付けられ、第１Ｎ極はＮ－Ａ（突極１０～１３）とラベルが付けられ、第１Ｓ極はＳ－Ａ（突極１４～１６および１）とラベルが付けられ、第２Ｎ極はＮ－Ｂ（突極２～５）とラベルが付けられ、第２Ｓ極はＳ－Ｂ（突極６～９）とラベルが付けられる。各磁気回転子極は、電気的に励磁され、極巻線１５０が巻き付けられた４個の突極片１１０から成り、例示の実施形態では、極巻線１５０はマグネットワイヤから形成することができる。Ｎ極に巻き回されたマグネットワイヤリード線はＫ－Ｌと表され、Ｓ極に巻き回されたマグネットワイヤリード線はＭ－Ｎと表され、Ｋは＋、Ｌは－、Ｍは－、Ｎは＋である。これらの励磁用リード線は、図５と同様に、極性グループが９個の回転子極の分だけ移動したことを除き、逐次的に励磁される。

図１５は、本開示の実施形態に係る例示の固体回転子４００の端面図を、４極で６０Ｈｚサイクルの第１１パルスにおける１６個の突極１１０すべてに対して示された極の巻線１５０と励磁極性シーケンス回路と共に示す図である。回転子４００は、端部積層体１００および保持ボルト用穴１４０を露出させている。図１５は、回転磁極を発生する突極１１０の逐次的励磁サイクルの定常状態の図における４極回転子を描いている。突極１１０は１～１６と番号が付けられている。図１５は、３６０°の回転および６０Ｈｚ電流の２サイクルを含む、４つの別々の磁極の１６ステップにわたる発生および回転の第１１パルスを示す。ミューメタルのスリーブ１２０および軸１３０も示されている。４つの磁極はラベルが付けられ、第１Ｎ極はＮ－Ａ（突極１１～１４）とラベルが付けられ、第１Ｓ極はＳ－Ａ（突極１５～１６および１～２）とラベルが付けられ、第２Ｎ極はＮ－Ｂ（突極３～６）とラベルが付けられ、第２Ｓ極はＳ－Ｂ（突極７～１０）とラベルが付けられる。各磁気回転子極は、電気的に励磁され、極巻線１５０が巻き付けられた４個の突極片１１０から成り、例示の実施形態では、極巻線１５０はマグネットワイヤから形成することができる。Ｎ極に巻き回されたマグネットワイヤリード線はＫ－Ｌと表され、Ｓ極に巻き回されたマグネットワイヤリード線はＭ－Ｎと表され、Ｋは＋、Ｌは－、Ｍは－、Ｎは＋である。これらの励磁用リード線は、図５と同様に、極性グループが１０個の回転子極の分だけ移動したことを除き、逐次的に励磁される。

図１６は、本開示の実施形態に係る例示の固体回転子４００の端面図を、４極で６０Ｈｚサイクルの第１２パルスにおける１６個の突極１１０すべてに対して示された極の巻線１５０と励磁極性シーケンス回路と共に示す図である。回転子４００は、端部積層体１００および保持ボルト用穴１４０を露出させている。図１６は、回転磁極を発生する突極１１０の逐次的励磁サイクルの定常状態の図における４極回転子を描いている。突極１１０は１～１６と番号が付けられている。図１６は、３６０°の回転および６０Ｈｚ電流の２サイクルを含む、４つの別々の磁極の１６ステップにわたる発生および回転の第１２パルスを示す。ミューメタルのスリーブ１２０および軸１３０も示されている。４つの磁極はラベルが付けられ、第１Ｎ極はＮ－Ａ（突極１２～１５）とラベルが付けられ、第１Ｓ極はＳ－Ａ（突極１６および１～３）とラベルが付けられ、第２Ｎ極はＮ－Ｂ（突極４～７）とラベルが付けられ、第２Ｓ極はＳ－Ｂ（突極８～１１）とラベルが付けられる。各磁気回転子極は、電気的に励磁され、極巻線１５０が巻き付けられた４個の突極片１１０から成り、例示の実施形態では、極巻線１５０はマグネットワイヤから形成することができる。Ｎ極に巻き回されたマグネットワイヤリード線はＫ－Ｌと表され、Ｓ極に巻き回されたマグネットワイヤリード線はＭ－Ｎと表され、Ｋは＋、Ｌは－、Ｍは－、Ｎは＋である。これらの励磁用リード線は、図５と同様に、極性グループが１１個の回転子極の分だけ移動したことを除き、逐次的に励磁される。

図１７は、本開示の実施形態に係る例示の固体回転子４００の端面図を、４極で６０Ｈｚサイクルの第１３パルスにおける１６個の突極すべてに対して示された極の巻線と励磁極性シーケンス回路と共に示す図である。回転子４００は、端部積層体１００および保持ボルト用穴１４０を露出させている。図１７は、回転磁極を発生する突極の逐次的励磁サイクルの定常状態の図における４極回転子を描いている。突極１１０は１～１６と番号が付けられている。図１７は、３６０°の回転および６０Ｈｚ電流の２サイクルを含む、４つの別々の磁極の１６ステップにわたる発生および回転の第１３パルスを示す。ミューメタルのスリーブ１２０および軸１３０も示されている。４つの磁極はラベルが付けられ、第１Ｎ極はＮ－Ａ（突極１３～１６）とラベルが付けられ、第１Ｓ極はＳ－Ａ（突極１～４）とラベルが付けられ、第２Ｎ極はＮ－Ｂ（突極５～８）とラベルが付けられ、第２Ｓ極はＳ－Ｂ（突極９～１２）とラベルが付けられる。各磁気回転子極は、電気的に励磁され、極巻線１５０が巻き付けられた４個の突極片から成り、例示の実施形態では、極巻線１５０はマグネットワイヤから形成することができる。Ｎ極に巻き回されたマグネットワイヤリード線はＫ－Ｌと表され、Ｓ極に巻き回されたマグネットワイヤリード線はＭ－Ｎと表され、Ｋは＋、Ｌは－、Ｍは－、Ｎは＋である。これらの励磁用リード線は、図５と同様に、極性グループが１２個の回転子極の分だけ移動したことを除き、逐次的に励磁される。

図１８は、本開示の実施形態に係る例示の固体回転子４００の端面図を、４極で６０Ｈｚサイクルの第１４パルスにおける１６個の突極すべてに対して示された極の巻線と励磁極性シーケンス回路と共に示す図である。回転子４００は、端部積層体１００および保持ボルト用穴１４０を露出させている。図１８は、回転磁極を発生する突極１１０の逐次的励磁サイクルの定常状態の図における４極回転子を描いている。突極１１０は１～１６と番号が付けられている。図１８は、３６０°の回転および６０Ｈｚ電流の２サイクルを含む、４つの別々の磁極の１６ステップにわたる発生および回転の第１４パルスを示す。ミューメタルのスリーブ１２０および軸１３０も示されている。４つの磁極はラベルが付けられ、第１Ｎ極はＮ－Ａ（突極１４～１６）とラベルが付けられ、第１Ｓ極はＳ－Ａ（突極２～５）とラベルが付けられ、第２Ｎ極はＮ－Ｂ（突極６～９）とラベルが付けられ、第２Ｓ極はＳ－Ｂ（突極１０～１３）とラベルが付けられる。各磁気回転子極は、電気的に励磁され、極巻線１５０が巻き付けられた４個の突極片１１０から成り、例示の実施形態では、極巻線１５０はマグネットワイヤから形成することができる。Ｎ極に巻き回されたマグネットワイヤリード線はＫ－Ｌと表され、Ｓ極に巻き回されたマグネットワイヤリード線はＭ－Ｎと表され、Ｋは＋、Ｌは－、Ｍは－、Ｎは＋である。これらの励磁用リード線は、図５と同様に、極性グループが１３個の回転子極の分だけ移動したことを除き、逐次的に励磁される。

図１９は、本開示の実施形態に係る例示の固体回転子４００の端面図を、４極で６０Ｈｚサイクルの第１５パルスにおける１６個の突極１１０すべてに対して示された極の巻線１５０と励磁極性シーケンス回路と共に示す図である。回転子４００は、端部積層体１００および保持ボルト用穴１４０を露出させている。図１９は、回転磁極を発生する突極１１０の逐次的励磁サイクルの定常状態の図における４極回転子を描いている。突極１１０は１～１６と番号が付けられている。図１９は、３６０°の回転および６０Ｈｚ電流の２サイクルを含む、４つの別々の磁極の１６ステップにわたる発生および回転の第１５パルスを示す。ミューメタルのスリーブ１２０および軸１３０も示されている。４つの磁極はラベルが付けられ、第１Ｎ極はＮ－Ａ（突極１５～１６および１～２）とラベルが付けられ、第１Ｓ極はＳ－Ａ（突極３～６）とラベルが付けられ、第２Ｎ極はＮ－Ｂ（突極７～１０）とラベルが付けられ、第２Ｓ極はＳ－Ｂ（突極１１～１４）とラベルが付けられる。各磁気回転子極は、電気的に励磁され、極巻線１５０が巻き付けられた４個の突極片１１０から成り、例示の実施形態では、極巻線１５０はマグネットワイヤから形成することができる。Ｎ極に巻き回されたマグネットワイヤリード線はＫ－Ｌと表され、Ｓ極に巻き回されたマグネットワイヤリード線はＭ－Ｎと表され、Ｋは＋、Ｌは－、Ｍは－、Ｎは＋である。これらの励磁用リード線は、図５と同様に、極性グループが１４個の回転子極の分だけ移動したことを除き、逐次的に励磁される。

図２０は、本開示の実施形態に係る例示の固体回転子４００の端面図を、４極で６０Ｈｚサイクルの第１６パルスにおける１６個の突極１１０すべてに対して示された極の巻線１５０と励磁極性シーケンス回路と共に示す図である。回転子４００は、端部積層体１００および保持ボルト１４０を露出させている。図２０は、回転磁極を発生する突極１１０の逐次的励磁サイクルの定常状態の図における４極回転子を描いている。突極１１０は１～１６と番号が付けられている。図２０は、３６０°の回転および６０Ｈｚ電流の２サイクルを含む、４つの別々の磁極の１６ステップにわたる発生および回転の第１６パルスを示す。ミューメタルのスリーブ１２０および軸１３０も示されている。４つの磁極はラベルが付けられ、第１Ｎ極はＮ－Ａ（突極１６および１～３）とラベルが付けられ、第１Ｓ極はＳ－Ａ（突極４～７）とラベルが付けられ、第２Ｎ極はＮ－Ｂ（突極８～１１）とラベルが付けられ、第２Ｓ極はＳ－Ｂ（突極１２～１５）とラベルが付けられる。各磁気回転子極は、電気的に励磁され、極巻線１５０が巻き付けられた４個の突極片１１０から成り、例示の実施形態では、極巻線１５０はマグネットワイヤから形成することができる。Ｎ極に巻き回されたマグネットワイヤリード線はＫ－Ｌと表され、Ｓ極に巻き回されたマグネットワイヤリード線はＭ－Ｎと表され、Ｋは＋、Ｌは－、Ｍは－、Ｎは＋である。これらの励磁用リード線は、図５と同様に、極性グループが１５個の回転子極の分だけ移動したことを除き、逐次的に励磁される。

図２１は、本開示および図５で説明された実施形態に係る例示の固体回転子４００の端面図を、４極で６０Ｈｚサイクルの第１パルスにおける１６個の突極１１０すべてに対して示された極の巻線１５０と励磁極性シーケンス回路と共に示す図である。

図２２は、本開示のシステムの分離された例示の構成要素、すなわち、本開示の実施形態に係る、内側回転子積層体２２００、固定子積層体２２１０、および外側回転子積層体２２２０の断面図を示す図である。図２２Ａの内側回転子２２００は、図４の実施形態で示されるものと似た、１６個の突極片２２３０を露出させている。図２２の実施形態は、あるいは図１～図２および図４～図２１に示される突極片１１０を備えうることが想定される。これらの積層体２２００、２２１０、および２２２０は、積層、加圧、絶縁された後に、突極２２３０は銅線またはグラフェンなどの他の適切な導電体を巻き付けることができる。内側回転子２２００が巻き付けられて適切なリード線が取り付けられた後に、内側回転子２２００は絶縁ワニスに浸漬することができる。その後、内側回転子２２００は適切な温度で適切な時間にわたって焼成することができる。そして、内側回転子２２００は軸２２４０を介して治具（示されていない）に取り付けられる。図２２Ｂの固定子積層体２２１０は、積層されて適切な圧力で加圧することができる。例示の実施形態では、固定子積層体２２１０は、積層されて５０トンの圧力で加圧されることがある。圧力をかけながら、締結部材（示されていない）を保持穴１４０を通して取り付けることができる。その後、固定子２２１０は絶縁および巻き付けを行うことができる。例示の実施形態では、米国ワイヤゲージ規格の１８番の銅製絶縁マグネットワイヤを用いて巻き付けが行われる。しかし、巻線材料の選択が米国ワイヤゲージ規格の１８番の銅製マグネットワイヤに限定されるとは考えられない。例示の実施形態では、巻線の方式は、１グループ当たり３つのコイルの１２グループと４つの磁極で構成される。コイルは、平行に巻かれた４本の米国ワイヤゲージ規格の１８番の電線を用いて９回巻き付けとすることができる。巻線のスパンは１～７とすることができて、接続は「高Ｙ字型」、「低Ｙ字型」、または「三角形」とすることができるが、上記の巻線の方式または接続には限定されない。固定子２２１０は、外側スロット２２５０および内側スロット２２６０において巻き付けられる。

図２２Ｃの外側回転子積層体２２２０は、所望の厚さまで積層して、適切な圧力で加圧することができる。一部の実施形態では、外側回転子積層体２２２０は、５０トンの圧力で加圧されることがある。圧力をかけながら、締結部材を保持穴２２７０、２２８０を通して取り付けることができる。その後、外側回転子積層体２２２０は、絶縁および巻き付けが行われる。例示の実施形態では、外側回転子積層体２２２０の突極２２９０は、平行に巻かれた９本のＡＷＧの銅製マグネットワイヤを用いて４８回巻き付けとすることができる。上述したように、巻線の方式は、平行に巻かれた９本のＡＷＧの１８番の銅製マグネットワイヤを用いた４８回巻き付けには限定されない。巻き付け後に、外側回転子２２２０を絶縁ワニスに浸漬して、ワニスを硬化するために適切な温度で適切な時間にわたって焼成することができる。そして内側回転子積層体２２００、治具、固定子積層体２２１０、および外側回転子積層体２２２０を組み立てて、１つの部品（図２３で最も良く示されている）とすることができる。その後、回転子リード線が適切な方法で接続される。

図２３は、本開示の実施形態に係る、例示の内側回転子積層体２２００、固定子積層体２２１０、および外側回転子積層体２２２０の組立品の２つの端部断面図Ｃ．Ｓ．－１およびＣ．Ｓ．－２を示す図である。Ｃ．Ｓ．－２における積層体は組み立て用タブ２３１０を含み、このタブは、積層体が適切な厚さで積層された場合に外側回転子組立品の４つの部分の接続および固定に利用される。しかし、Ｃ．Ｓ．－１で見られる積層体は、組み立て用タブ２３１０を含まない。Ｃ．Ｓ．－１で見られる積層体は、Ｃ．Ｓ．－２の積層と交互に積層されている。有利なことに、Ｃ．Ｓ．－１の積層とＣ．Ｓ．－２の積層を交互にすることで、組み立て中に締結部材を外側回転子および固定子のユニットの全体の長さを通過させるというより難しい作業ではなく、短い保持ボルトなどの短い締結部材を組み立て用タブ２３１０内で利用して組み立てることが可能となる。図２４は、図２３の断面図Ｃ．Ｓ．－１で見られる、内側回転子２２００の内側固定子積層体２２１０および外側回転子積層体２２２０に対する位置を明らかにしている。これらの構成要素は、巻き付けられて接続された後に、最大安定出力に合わせるよう動作しながら、交互に回転させる必要がある。

図２４は、絶縁および巻き付けができる状態になっている、本開示の実施形態に係る内側回転子積層体２２００、固定子積層体２２１０、および外側回転子積層体２２２０の組立品の端部断面斜立面図を示す図である。内側回転子積層体２２００、固定子積層体２２１０、および外側回転子積層体２２２０は巻き付けられて適切に接続された後に、一緒に加圧して、構成要素を回転させる自動調整機構により調整することができて、固定子２２１０からの３つの三相レグ出力のそれぞれに取り付けられた電圧センサからの電圧平衡フィードバックループにより制御される。これについてはさらに先で詳細に説明する。例示の実施形態では、内側回転子積層体２２００、固定子積層体２２１０、および外側回転子積層体２２２０の３つすべての端部は、組み立ておよび調整が完了した際には、同一平面として、所定の位置に固定することができる。有利なことに、調整機構は能動的であり、動作中は動的である。

図２５～図２９は、固定子２２１０（内側固定子および外側固定子）において三相電力を発生させる際の（Ｃ．Ｓ．－１で見られる）内側回転子積層体２２００と外側回転子積層体２２２０の相互作用と働きを明らかにしている。内側回転子積層体２２００の極片２２３０および外側回転子積層体２２２０の極片２２９０は、所望する適切な電磁石ワイヤを巻き付けることができる。図２５～図２９の極片２２３０は図１～図２および図４～図２１に示される極片１１０とほぼ同様だが、図４に示される極片３１０などの他の極片形状。概して、極片は様々な形状を規定することができて、単一の実施形態においては１種類の形状、または多数の形状のいずれかを規定しうる。極片のそれぞれは、ほんの一例として、略楕円形、矩形、または卵形の形状のうちの１つまたは複数を規定しうる。マグネットワイヤコイル２５００は、２本のリード線２５１０および２５２０で終端することができて、各極からの２本のリード線２５１０および２５２０は、例えばプログラマブル論理センタ（ＰＬＣ）を用いて、コンピュータ制御されたゲーティングシステムに直列、または並列に接続することができて、これにより、例えば励磁回路内のＭＯＳＦＥＴゲーティングシステムを用いて、第１極性から第２極性へ、そして第２極性から第１極性へと交互に切り替えることが可能となる。並列または直列に配線される、４極の内側回転子２２００および外側回転子２２２０の場合、図２５で磁束２５３０がＮ極である場合は、磁束２５４０はＳ極であり、突極２２３０および２２９０は１グループ当たり４極の４つのグループ、あるいは、１グループ当たり８極の２つのグループに分けて配線することができるが、２つまたは４つのグループに限定されない。別の実施形態では、グループ分けは異なる規定がされることがある。

図２５に示されるような６０Ｈｚ電力で４極回転子の場合、グループ１の極１は内側極回転子１において第１極性で、外側回転子の極１において第２極性であり、極１または内側極５のグループ２は第２極性で、外側回転子５において第１極性である。グループ３の極１は内側回転子の突極９において第１極性であり、グループ３の極１は外側回転子の突極９において第２極性である。グループ４の極１（突極１３）は第２極性の内側回転子であり、グループ４の極１（突極１３）は外側回転子の突極１３において第１極性である。

各グループの極１は、半導体励磁回路（示されていない）により励磁することができる。各グループの極２は、半導体励磁回路により励磁することができる。各グループの極３は、半導体励磁回路により励磁することができる。各グループの極４は、半導体励磁回路により励磁することができる。例示の励磁シーケンスが図２５～図２９に漸進的に示されており、図２５では各グループの極１を励磁することができて、例えばその２．０８４ミリ秒後に図２６で極２を励磁することができて、そしてまた、例えばその２．０８４ミリ秒後に図２７で極３を励磁することができて、そしてまた、例えばその２．０８４ミリ秒後に図２８で極４を励磁することができて、そして、例えばその２．０８４ミリ秒後に図２９で極１を再び励磁することができて、サイクルが繰り返される。

極回路は、第１サイクルでは第１極性の直流電流で、第２サイクルでは第２極性の直流電流で励磁することができる。第１サイクルおよび第２サイクルで、６０Ｈｚ電力の場合は１６．６６７ミリ秒毎に１つの交流サイクルを構成する。他の周波数、例えば５０Ｈｚなどに対して適切な調整がなされることがある。各極は、磁気突極のそれぞれに対して、例えば４．１６７ミリ秒の崩壊時間で（４．１６７ミリ秒の崩壊時間に限定されない）、例えば４．１６７ミリ秒（４．１６７ミリ秒に限定されない）にわたって励磁することができる。内側回転子積層体２２００の突極２２３０と外側回転子積層体２２２０の突極２２９０の間の磁気結合により、固定子２２１０内の磁束の強度が増大して、電力出力が改善される。励磁波は時計回りに進み、各極が形成されるにつれて各極を歪ませ、その前の極の反発する磁束によって各極の磁束は前向きに時計回りに押し出される。励磁波は、実際には、別々の分離された磁極を所望の周波数で時計回りに環状に常に押し出し、磁極は分離されて、第１極性と第２極性が交互に現れる。その結果、１６．６６７ミリ秒の全サイクル毎に、回転子４００そのものが物理的に回転することなしに４つの区別できる磁極が回転し続けるように、励磁が第１極性から第２極性へと切り替わる。

調整は、他の有極性の配置／グループ分けに対してなされることがある。

図３０は、外側回転子巻線３０００、内側回転子巻線３０１０、外側固定子巻線３０２０、および内側固定子巻線３０３０を見せている、本開示の実施形態のうちの１つの上端図を示す図である。また、積層体の層を固定して回転子４００を作るために外側回転子積層体２２２０の組み立て用タブ２３１０の中へ挿入された締結部材３０４０も見える。突極２２３０は１～１６と番号が付けられている。

図３１は、巻き付けられ、取り付けられた、以前の図のいずれかの実施形態に係る装置（外側回転子積層体、固定子積層体、および内側回転子積層体を積み重ねたもの）を含む、発電機３１００の組立品の上方斜め方向を示す図である。

図３２は、本開示の実施形態に係る固定子２２１０の基本巻線パターン３２００を示す図である。図３２の例示の方式は、１グループ当たり３つのコイルを有する４つのコイルグループ３２１０、３２２０、３２３０を示す。コイルのスパンは１～７であり、巻線は３６スロットでの重ね巻きである。リード線は、慣習に従ってラベルが付けられて、「高Ｙ字型」、「低Ｙ字型」、または「三角形」の結線で接続することができるが、これらの接続には限定されない。相コイルは、本明細書では異なる線種により符号化され、鎖線＝相（１）またはＵ、実線＝相（２）またはＶ、破線＝相（３）またはＷである。コイルの他のグループ分けおよびスパンが実現可能であると予想される。

図３３は、本開示の実施形態に係る、内側回転子積層体２２００、固定子積層体２２１０、および外側回転子積層体２２２０の複数の組立品を含む例示の回転子３３００の端面図を示す。本開示の設計により、回転子および固定子を数を制限することなく外側へ放射状に拡張して、出力能力を指数関数的に向上させることができる。この多層の回転子／固定子ユニットに対する番号付けはこのユニットに特有のものであり、この点で、図２２および図２３に描かれている一固定子／二重回転子のユニットとは異なる。図２２および図２３のユニットは、回転子突極２２３０、２２９０を形成する常磁性体または強磁性体の磁区を整列させる回転子コイル３０００、３０１０に給電する必要のある５ｋＷと共に、２５ｋＷの電力出力能力を有することができる。磁区が整列されるにつれて、発達する磁束が固定子コイル３０２０、３０３０を励磁して電力を作り出す。回転子２２００、２２２０への入力電力は発電機固定子２２１０により作り出され、回転子２２００、２２２０へ電流を送るソリッドステートリレーを用いてバッテリコンデンサインタフェースを介してフィードバックされる。図２２および図２３のユニットにおける巻線は以下の通りである。
外側回転子積層体２２２０：
平行に巻かれた９本のＡＷＧ１８番、４８回巻
外側固定子積層体２２１０：
平行に巻かれた４本のＡＷＧ１８番、９回巻
１２のコイルグループ
１グループ当たり３つのコイル

図３２および図３３の組立品における巻線は以下の通りである。
回転子３３１０：
平行に巻かれた９本のＡＷＧ１８番、４８回巻。
回転子３３２０：
平行に巻かれた１１本のＡＷＧ１８番、５８回巻。
回転子３３３０：
平行に巻かれた１８本のＡＷＧ１８番、１９２回巻。
固定子３３４０：
平行に巻かれた４本のＡＷＧ１８番、９回巻、
スパン１～７、１２のコイルグループ、１グループ当たり３つのコイル。
スロット３３５０内の固定子巻線：
平行に巻かれた５本のＡＷＧ１８番、９回巻、
スパン１～７、１２のコイルグループ、１グループ当たり３つのコイル、並列になっている５つのコイルグループ。
スロット３３６０内の固定子巻線：
平行に巻かれた５本のＡＷＧ１８番、９回巻、１２のコイルグループ、
スパン１～７、１グループ当たり３つのコイル、並列になっている７つのコイル。

図３４は、図３３のように組み立てられた回転子と固定子の積層体の断面図を示す図である。様々な積層体が図３５～図３８では分離されて最も良く示されている。

回転子および固定子のスロットに対するスロット面積を精査すると、固定子スロット３３５０、３３６０の容積は、図２２および図２３のスロット２２５０、２２６０のスロット容積の１２倍の大きさであることがわかった。３４００および３４１０の回転子スロットの容積は、図２２Ｃおよび図２３に示される対応するスロットの８．５倍の大きさである。向上した電力出力を以下で推定する。効率はこれらの差分の合計と等しく、つまり、電力出力が２０．５倍に増加しており、図２２および図２３の組立品を含む発電機の出力が１２．５ｋＷの出力であると仮定すると、控えめに見ても１２．５×２０．５で２５６．２５ｋＷに等しい。しかし、図２２および図２３の組立品の出力能力は５０ｋＷの出力となりうる。この出力を推定できる場合、この場合の出力能力は１０２５ｋＷになりうる。図３４Ａは、積層体の組立品の様々な測定値を具現化した例である。

図３５は、図３３および図３４の実施形態で見られるものと同じ内側固定子積層体３５００を示す図である。この図では、巻線スロット３５１０、保持穴３５２０、およびヒートシンク要素３５３０を示している。この積層体３５００は、所望の高さまで所望の方法で積層して、その後に適切な圧力で適切な時間にわたって加圧することができる。圧力をかけながら、トルクボルトなどの締結部材が保持穴３５２０に取り付けられる。その後、固定子積層体３５００は絶縁されて適切なマグネットワイヤが巻き付けられる。そして、固定子積層体３５００は「Ｙ字型」または「三角形」の結線で接続されるが、「Ｙ字型」または「三角形」には限定されない。その後、固定子積層体３５００を絶縁ワニスに浸漬して、ワニスを硬化するために適切な温度で適切な時間にわたって焼成することができる。

図３６は、図３４の実施形態で見られるものと同じ内側回転子積層体３６００の図面を示す図である。積層体３６００は所望の高さまで積層して、適切な圧力で適切な時間にわたって加圧することができる。トルクボルトなどの締結部材を保持穴３６１０に取り付けることができる。そして、積層体は絶縁を行って、スロット３６２０および３６３０に電線を巻き付けることができる。例示の実施形態では電線は銅線とすることができるが、別の電線材料を個別に、または組み合わせて用いる他の実施形態も実現可能である。コイルを縛り付けることができて、図２５～図２９のリード線などのリード線が取り付けられる。その後、積層体を絶縁ワニスに浸漬して、適切な温度で適切な時間にわたって焼成することができる。

図３７は、図３４の実施形態で見られるものと同じ中間二重固定子３７００の図面を示す図である。この積層体３７００は所望の高さまで積層して、その後に適切な圧力で加圧することができる。圧力をかけながら、締結部材を保持穴３７１０に取り付けることができる。そして、積層体は絶縁を行って、スロット３７２０、３７３０に適切な導体材料を巻き付けることができる。コイルは「Ｙ字型」または「三角形」の結線で接続されるが、「Ｙ字型」または「三角形」の結線には限定されない。その後、積層体を絶縁ワニスに浸漬して、ワニスを硬化するために適切な温度で適切な時間にわたって焼成することができる。

図３８は、図３４の実施形態で見られるものと同じ外側回転子積層体３８００の図面を示す図である。積層体３８００は８つの部分に切断して積層することができる。この積層体は、積層されたら加圧されて、締結部材と共にトルクを与えられて、絶縁された後に巻き付けを行うことができる。そして、リード線を付けて縛り付けることができる。その後、積層体を絶縁ワニスに浸漬して、適切な温度で適切な時間にわたって焼成することができる。そして、積層が組み立て用タブ３８１０および保持穴３８２０を用いて組み立てられる。

図３９は、本開示の実施形態のうちの一つの固定子の接続の図面を示す図である。相（１、またはＡもしくはＵ）のリード線（４）３９００はコイル３９０５へ入力され、出力（１）はジャンパー線３９０４を介して（１）Ａに接続する。（１）Ａがコイル３９０８へ給電する。３９０６（４）Ａからの出力リード線は、ジャンパー線３９１０を介してリード線（７）に接続する。リード線（７）がコイル３９１２へ給電する。出力リード線（１０）はジャンパー線３９１４を介して（１０）Ａを接続する。リード線（１０）Ａがコイル３９１６へ給電する。３９１６からのリード線（７）Ａは、ジャンパー線３９２０を介して中性端子３９１８に接続する。

相（２、またはＢもしくはＷ）のリード線（５）３９２２はコイル３９２４へ入力される。リード線（２）はジャンパー線３９２６を介して（２）Ａに接続する。リード線（２）Ａはコイル３９２８に給電し、コイル出力リード線（５）Ａはジャンパー線３９３０を介してリード線（８）に接続する。リード線（８）はコイル３９３２に給電し、コイル３９３２の出力リード線（１１）はジャンパー線３９３４を介して（１１）Ａに接続する。リード線（１１）Ａはコイル３９３６に給電し、リード線（８）Ａはジャンパー線３８２０を介して中性端子３９１８に給電する。

相（３、またはＣもしくはＶ）はジャンパー線３９４２を介してコイル３９４０に接続する。リード線（３）はジャンパー線３９４４を介して（３）Ａに接続する。リード線（３）Ａはコイル３９４６に接続し、出力リード線（６）Ａはジャンパー線３９４８を介して（９）Ａに接続する。リード線（９）Ａはコイル３９５０に給電し、出力リード線（１２）Ａはコイル３９５２に給電する（１２）に接続し、出力リード線（９）はジャンパー線３９５４を介して中性端子３９１８に接続する

図４０は、本開示の実施形態に係る固定子積層体により発生した三相電力のオシロスコープ出力波形を示す図である。三相のレグはお互いに給電する。負電圧を有するリード線は、より正電位のリード線からの電子流を受ける。描かれているように、ゼロ度において相Ａ４０１０は電子を相Ｂ４０２０および相Ｃ４０３０へ供給する。９０度において、相Ｂ４０２０は電子を相Ａ４０１０および相Ｃ４０３０へ供給している。２００度において、相Ｃ４０３０は電子を相Ｂ４０２０および相Ａ４０１０へ供給している。１つの全サイクルは３６０度である。

図４１～図４３は、本開示の実施形態の、回転子および固定子の組立品を覆うカウリング４１００の立面図を示す。構成要素は様々な適切な方法に従って製造することができて、その方法として、限定されないが、３Ｄ印刷、射出成形、ブロー成形、熱成形、および同種のものを挙げることができる。構成要素は分離可能な複数の部分で製造することができる。有利なことに、発電機が分離可能な複数の部分から形成される場合、組み立ての作業者は、発電機全体を廃棄する必要なしに、技術的問題を抱える部分を取り除くことができる。上部ボンネット４１１０は、図４２で示されるように持ち上げることができる。基部４１２０は金属で出来ており、調整プロセス中に回転子を回転させて調整するのに必要とされる回転機構を含む。調整が完了した後に、システムは所定の場所に固定される。図４２および図４３において、カウリングの構成要素４１１０、４１２０、４１３０、４１４０、４１５０、４１６０のすべてが組み立ておよび分解が容易となるようにお互いに分離可能であることがわかるであろう。

図４４は、本開示の実施形態に係る、相巻線コイル４４１０、４４２０、および４４３０のうちの３つが所定の位置にある発振変調器積層体４４００の端面投影図を示す図である。現在一般的に使われている回転式発電機の場合、回転子は動作速度においてフライホイール効果を発揮して、電圧を安定させて電力出力を高める。本開示の場合、変調器４４００が回転子／フライホイール効果の役割を果たす。変調器コイルは、（０．３４ｍｍに限定されないが）最大で０．３４ｍｍの電磁鋼で作ることができる、本図の積層体を適切な圧力で加圧することで作られる。適切な圧力をかけながら、トルクボルトなどの締結部材を保持穴４４４０を通して使用することができる。変調器積層体４４００を絶縁した後に、スロットコイル４４１０、４４２０、および４４３０が所定の位置に取り付けられる。スロットコイル４４１０、４４２０、および４４３０は、ＡＷＧ１８番の絶縁された銅製マグネットワイヤで作ることができるが、ＡＷＧ１８番の絶縁された銅製マグネットワイヤには限定されない。例示の実施形態では、３６スロットで１～７のスパンで５本が平行に巻かれて９回巻きとされた１２のコイルグループが存在するが、３６スロットで１～７のスパンで５本が平行に巻かれて９回巻きとされた１２のコイルグループに限定されない。接続は、４極で「高Ｙ字型」の固定子接続となっている。可変コンデンサ負荷がＬ１～Ｌ２、Ｌ２～Ｌ３、およびＬ１～Ｌ３に接続される。また、可変負荷のコンデンサがＬ１と中性端子の間、Ｌ２と中性端子の間、Ｌ３と中性端子の間にもある。コイル巻線およびラベルが付けられたリード線が図４５に示されている。具体的には、１～７のスパンが例示の実施形態として示されている。「高Ｙ字型」接続は図３９に表示されている。

図４６～図４９は、発振変調器４４００の組立品の図を提供する。特に図４６は、コイル４６１０が完全に巻き付けられて、４極１８００ｒｐｍの三相６０Ｈｚ電気モータとして接続された発振変調器４４００の固定子４６００を示す。図４７は、固定子４６００の中へ挿入される変調器回転子４７００を示す。変調器回転子４７００は、図４８に示される保持棒４８００により所定の位置に両端で固定され、図４８では固定子４６００の側面図も提供される。図４８の保持穴４８１０は、図４６に示される締結部材４６２０を受け入れるよう構成される。例示の実施形態では、図４８および図４９に示されるコンデンサ４８２０、４８３０、および４８４０がＬ１～Ｌ２、Ｌ２～Ｌ３、Ｌ１～Ｌ３、およびＬ１と中性端子の間、Ｌ２と中性端子の間、Ｌ３と中性端子の間に取り付けられる。変調器４４００は、図４９におけるＬ１、Ｌ２、およびＬ３からのリード線を図３０および図３１の固定子システムの出力リード線に接続することで動作する。三相電力が変調器固定子４６００のコイルを通って流れるにつれて、４つの交互になっている極が発生し、これらの極は１８００ｒｐｍで回転して、変調器回転子４７００の磁心内で高電圧の三相電力を発生する。コンデンサ４８２０、４８３０、および４８４０は、充電および変調器回転子４７００のコイルの巻線への放電が繰り返し行われる。周期的に振動する磁束が発電機の巻線に影響を及ぼし、発電機の回転子のインピーダンスがこの影響を受ける。有利なことに、変調器４４００の出力リード線の静電容量の適切な自動調整を常に行うことで、発電機の回転子コイルのインピーダンスが５０％超低減されて、発電機の電力出力を安定した三相電力より５０％超向上させることができる。

図５０は、本開示の実施形態に係る自律型発電機５０００に関連するプロセスを示すブロック図である。図５０のブロック図は、本開示の発電機の機能する自律的動作の概略である。システムは、諸図および図１～図２１についての記述で説明されるコンピュータシステムシーケンスを起動することで給電される。プログラムによりリレー５０１０の優先順位付けと励磁が引き起こされる。リレー５０１０は、コンピュータ化されたシーケンスプログラムにより開閉され、電圧および電流を直流電力としてソリッドステートリレーバンク内のＭＯＳＦＥＴゲーティングシステムへ送る。適切なリレーが開放されると、電流が発電機５０００内の適切な回転子コイルを流れることができる。電流はコイルを通って流れ、励磁システム５０１０に給電する電源の中性端子へと戻る。発電機５０００からの電力出力は、電磁鋼の磁区を整列させる回転子コイルにより形成される比較的弱い磁場により発生する（図５０Ａ）。磁区が整列するのにつれて、回転子からの磁束は、すべての磁区が整列されるまでは指数関数的に増加する。すべての磁区が整列された場合、電磁鋼の極は飽和していると言われる。すべての磁区が整列された場合、極を通る追加の電流は、各ユニットへの入力電力に対して、１ユニット分の出力電力を発電機からもたらすに過ぎないであろう。所定の動作では、発電機５０００は、１ユニットの回転子への入力に対して各極が少なくとも４．３ユニット分の電力を発電機５０００の固定子から作り出しうるように、固定子から１ユニット分の電力を取り出してコンデンサインタフェースおよびＤＣ－ＤＣ電源を介して渡し、この１ユニットを回転子コイルを介して戻して磁区を整列させることができる。重要なことに、これにより、発電機５０００を永久運動機関ではないものの自律的にすることができる。電力は、回転子コイルによる相対的に弱い磁場を用いて磁区を整列させるプロセスから得られる。磁区は、金属の不対電子のスピンにより形成される。太陽電池パネルよりも永遠に続く動作はない。太陽光発電の光起電性（ＰＶ）パネルは、光子がシリカ（ＰＶ）セル内の電子と衝突することで太陽光線を電気へと変換する。電子はエネルギーを光子から取り出して、飛び去って行く。光子の発振周波数が高いほど、より大きな電子エネルギーが作り出される。本開示は、金属の不対電子により作られる自然磁区を利用し、この磁区が発電機の回転子により作り出された弱い電磁場の影響下で揺り動かされて整列される。整列された磁区が足し合わされることで、非常に強力で移動する磁場が作り出される。この移動する磁場が電子を押し出して固定子巻線を通過させることで、電気が作り出される。太陽電池は太陽の力を取り入れるが、本開示は金属の不対電子のスピンの力を取り入れる。図５０Ａは、ヒステリシス曲線を提供する。具体的には、図５０Ａは、ガウスを単位とする発生した磁束の強度の変動とコイルへ与えられる電流の大きさの関係を電磁鋼とプレキシグラスの両方に対して描いたグラフを示す。電磁鋼の場合に（例えば）３０Ａで発生する磁束の強度はプレキシグラスの場合よりも大きく、これは、電磁鋼の磁区を本開示の実施形態に従って整列させるためである。図５０Ａは、図５１に係る文脈の中に位置付けられる。

図５１は、本開示の実施形態に係る発電機の極モジュール５１００の図を、端子台５１０５ａ、５１０５ｂおよびダイオードブロック５１１０ａ、５１１０ｂと共に示す図である。サイクルは、交流電力がオンにされてコンピュータ制御装置５１１５へ供給されることで始まる。電力はＤＣ／ＡＣ電源５１２０ａによりもたらされる。例示の実施形態では、電源５１２０ａはＤＣ－ＤＣ電源とすることができる。例示の実施形態では、電源５１２０ａは電線管（ｃｏｎｄｕｉｔ）５１３０ａおよび５１３０ｂを介して電源５１２５ａから電力を取り出すことができる。コンピュータ制御装置５１１５に給電するために、スイッチ５１２０ｂをオンにすることができる。コンピュータ制御装置５１１５は、電線管５１３５ａを介して直流信号電圧をＡおよびＸとラベルが付けられたソリッドステートリレー（ＳＳＲ）へ送り、パルスによってＭＯＳＦＥＴゲートならびにＡおよびＸを開放して、（＋）の電源タップ５１４０からの電流が導体５１４５を通り導体５１５０を通ってＳＳＲ Ａへ、そして５１５５および５１６０を通ってＳＳＲ Ｘへ流れられるようにする。極ＳＳＲ ＡおよびＸは、導体５１６５および５１７０を介してダイオードブロック５１１０ａへ電流を送る。導体５１７５ａ、５１７５ｂは、端子台５１０５ａへ電流を伝送する。電流が端子台５１０５ａから回転子極コイルＰＣ－１のＡ側へ流れる。電流は反時計回りの方向（Ｎ極）へ進む。電流はリード線Ｂ５１８０へ流れ、反時計回りの方向に流れて、電磁鋼の磁区を整列させてＮ極へ強く方向づけする弱い電磁気Ｎ極を形成する。電流はＢ５１８０ａリード線からＸリード線５１８０ｂを通って反時計回りの方向に流れ、これにより相加効果が形成され、より多くの磁区を整列させる一層強い電磁場がもたらされる。電流の流れは、回転子極の電磁鋼が飽和するすぐ下まで「漸増（ｔｉｔｒａｔｅ）」される。この飽和は、各極に対して、図５０Ａにあるようなヒステリシス曲線を描くことであらかじめ定められる。そして、電流はＹ５１８５を通って端子台Ｂ５１０５ｂへ流れ出る。次に、電流は導体５１９０を通ってＳＳＲ Ｄ２へ流れる。その後、導体５１９１を通ってＳＳＲ Ｄ１へ流れる。電線管５１３５ａを介して送信される、ＡおよびＸのＭＯＳＦＥＴを開放する信号は、同時にＤ１およびＤ２を開放し、これにより電流が導体５１９２を通って電源５１２５ｂの中性端子へ戻ることができる。コンデンサバンク５１９３が端子台Ａ５１０５ａおよびＢ５１０５ｂの間に取り付けられ、回転子コイル内の電流が断たれて磁区が再度無作為な配向となるにつれてコンデンサが大きなフライバックを吸収する。この磁気的崩壊が発生するため、電流は同一方向に持続されるが、電圧は回路を損傷しかねない高い振幅のスパイクと共に極性を反転する。それゆえ、コンデンサバンク５１９３および５１９４がＣ１とＣ２の入力端子と出力端子の間に取り付けられて、コンデンサバンク５１９５がＤ１とＤ２の入力端子と出力端子の間に取り付けられる。

ＤＣ－ＤＣ電源５１２５ａおよび５１２５ｂは、コンデンサ／バッテリバンク５１９６ａ、５１９６ｂ、および５１９６ｃから、オンオフスイッチ５１９７、そして導体５１９８ａおよび５１９８ｂを介して電力を受け取る。同時に、ＤＣ－ＤＣ電源５１２５ａは、導体５１９８ｂ、５１９９ｃからのジャンパー線５１９９ａ、５１９９ｂにより電力を受け取る。図５１は、回転子が１６個の極モジュールを備えうる、本開示の実施形態における極モジュールを表している。上述したように、他の数の極、および／または極の他のグループ分け、ならびに必要な技術的な調整が実現可能であると予想される。コンデンサ／バッテリバンクを電力で満たされ続ける回路についてはさらに先で説明する。

図５２は、本開示の実施形態に係るシステムの発電機主制御盤５２００の図を示す図である。例示の実施形態では、主制御盤５２００は、１６個の極モジュール５２１０を含む。各極モジュール５２１０について、図５３で詳細に説明する。本明細書で表現される極モジュール５２１０は、図５１に示されて上述されたもののような、６つのソリッドステートリレーＡ、Ｂ、Ｘ、Ｙ、Ｃ、Ｄを含む。また、極モジュール５２１０は、１つの回路遮断器５２２０と、電源中性端子５２３０ａおよび信号電源中性端子５２３０ｂ内に存在する４つの端子台も含む。この図５２は、イーサネットケーブル５２５０を介して、ルータスイッチ５２６０を介してマイクロプロセッサ制御装置５２７０ａおよび５２７０ｂへ信号を送信する、ヒューマンマシンインタフェース（ＨＭＩ）ディスプレイパネル５２４０を示す。リレーへの信号は、中性線５２９０ａおよび５２９０ｂを用いてプロセッサカードから遮蔽導体５２８０ａおよび５２８０ｂを介して送信される。キャビネット５２９２は主制御装置のすべてを収納する。電線は、電線用おけ（ｔｒｏｕｇｈ）５２９４を用いて経路設定される。中央処理装置（ＣＰＵ）およびＩＯカードを含むマイクロプロセッサ５２７０ａおよび５２７０ｂは、２４ボルト電源５２９６からその動作電力を受け取る。

図５３は、本開示の実施形態に係る発電機の極モジュール５１００のうちの一つの図を少し詳しく示す図である。特に、この図は図５１に記載されるリレーへの電力の入力および出力の詳細な説明である。ＳＳＲにより経路設定される回転子コイルへの電力は、ＤＣ－ＤＣ電源から導体５３１０を通って極モジュール５１００に入る。電流は回路遮断器５３２０ａを通り、導体５３２０ｂを通ってＳＳＲのＡ、Ｂ、Ｘ、およびＹの入力側（２）へと進む。リレーのＭＯＳＦＥＴゲートは、発電機の複数の極モジュール５１００に対して所望のシーケンスを与えるようプログラムされているタイミングシーケンスで、信号制御装置コンピュータ５３４０からの信号「１」および「２」により（１）と（２）の間で開閉される。制御信号「１」および「２」は５３５０ａおよび５３５０ｂを流れて、図５１に記載されるＭＯＳＦＥＴ Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｘ、Ｙを開放する。電流はその後、（２）からＭＯＳＦＥＴを通って端子（１）へと流れる。ＳＳＲ Ａの場合、電流は導体５３６０ａを通って端子台５３７０ａへ流れ、導体５３６０ｂを通ってダイオードブロックへ、そして回転子コイルＡリード線へと流れる。ＳＳＲ Ｂ電流は導体５３６０ｃを通って端子台Ｂ５３７０ｂへ流れ、導体５３６０ｄを通ってダイオードブロックへ、そして回転子コイルＢリード線へと流れる。ＳＳＲ Ｘの場合、電流は導体５３６０ｅを通って端子台Ｘ５３７０ｃへ流れ、導体５３６０ｆを通ってダイオードブロックへ、そして回転子コイルＸリード線へと流れる。ＳＳＲ Ｙの場合、電流は導体５３６０ｇを通って端子台５３７０ｄへ流れ、導体５３６０ｈを通ってダイオードブロックへ、そして回転子コイルＹリード線へと流れる。

電流は回転子コイルから導体５３８０ａおよび５３８０ｂを通ってＳＳＲ ＣおよびＤへと戻り、信号制御装置が（１）および（２）の間でＭＯＳＦＥＴを開放すると、電流は導体５３９０を通って電源中性端子台５３９２を通り、導体５３９４を通って、電源の中性端子へと戻る。コンデンサ５３９６ａおよび５３９６ｂはＳＳＲ ＣおよびＤの電力端子（１）および（２）の間に設置されて、磁化された回転子が各サイクルの間に崩壊した際にフライバック電圧を吸収する。例示の実施形態では、コンデンサはそれぞれ、４０×１０^－６ｓ^４Ａ^２ｍ^－２ｋｇ^－１（４０μＦ）の静電容量を有する。様々な実施形態において、異なる規模の発電機に対する様々な他の回路パラメータに基づいて、別の静電容量の値が実現可能であると予想される。

図５４は、本開示の実施形態に係る発電機の極モジュールのダイオードブロック／端子接合部のうちの一つの図を示す図である。ダイオード５４１０および５４２０の機能は、電流が一方向のみに流れるようにして、崩壊しているコイルからＳＳＲ制御システムへのフライバックを防ぐことである。ダイオード５４１０は、ＳＳＲ Ａから導体５４３０ａ沿いに電流を受け入れ、ＳＳＲ Ｂから導体５４３０ｂを介して電流を受け入れる。ダイオード５４２０は、ＳＳＲ Ｘから導体５４４０ａを介して電流を受け取り、ＳＳＲ Ｙから導体５４４０ｂを介して電流を受け取る。ダイオード５４１０からは導体５４５０ａを介してＴＢ（端子台）２へ、また導体５４５０ｂを介してＴＢ１へ出力される。ダイオード５４２０からの出力は導体５４７０ａを介してＴＢ１へ、また導体５４７０ｂを介してＴＢ２へと通る。ＴＢ１からの電流は導体５４８０ａを介してＳＳＲ Ｄへ、またＴＢ２からの電流は５４８０ｂを介してＳＳＲ Ｃへと通る。ＴＢ１からの出力は導体５４９０ａを介して回転子「Ｘ」コイルへ、また導体５４９０ｂを介して回転子コイル「Ａ」へ。ＴＢ２からの出力は導体５４９５ａを介して回転子コイル「Ｂ」へ、また導体５４９５ｂを介して回転子コイル「Ｙ」へ。

図５５は、本開示の実施形態に係るコンデンサバンク分離極放電ユニットのうちの一つを示す図である。このシステムは、フライバックを軽減するために利用することができる。４つのコンデンサから成るバンクが直列および並列に接続される。例示の実施形態では、４つのコンデンサはそれぞれ、２０×１０^－６ｓ^４Ａ^２ｍ^－２ｋｇ^－１（２０μＦ）の静電容量を有する。コンデンサバンク５５１０は、導体５５２０ａおよび５５２０ｂを介してＳＳＲ Ｃの両極の間にある。コンデンサバンク５５３０は、導体５５４０ａおよび５５４０ｂを介してＳＳＲ Ｄの両電力極の間に接続されている。

図５６は、本開示の実施形態に係るコンピュータ制御装置５１１５の信号時間系列プログラムを示す図である。これは、一部の実施形態では１６．６６７ミリ秒間続きうる、一回限りのサイクルである。

図５７は、本開示の実施形態に係る分離されているコンデンサ充電システム５７００を示す図である。回転子リレーへ供給するＤＣ－ＤＣ電源へ安定した入力を提供するため、バッテリ／コンデンサ充電システム５７００は分離することができる。例示の実施形態では、これは、二重バッテリ充電システム５７００の片側を充電して、一方で他方の側を分離して図５５のコンデンサバッテリバンク５５１０へ放電することにより実現される。交流電力は、発電機５０００の固定子から電源タップ５７１０へと取り出される。例示の実施形態では、電源５７２０は発電機出力から交流電力が供給されて、中性線５７４０ａ、正５７４０ｂ、およびコンデンサ５７３０ａの正端子へ開放されているリレー５７４０ｃを介してコンデンサ５７３０ａを充電する。リレー５７５０ａは閉じられ、コンデンサＢ５７３０ｂのリレー５７５０ｂは開放されているが、リレー５７６０は閉じられている。コンデンサ５７３０ｂは、開放されているリレー５７５０ｂを介して図５５のコンデンサバッテリバンク５５３０に対して開放させることができる。本実施形態では、コンデンサバッテリバンク５５３０は、直列に接続された３つの１２Ｖコンデンサ／バッテリを含んで３６ボルトの電位差を含みうるが、コンデンサ／バッテリの他の合計値および／またはグループ分けならびに構成により、ユーザの様々なニーズおよび本開示の発電機５０００の規模に対応することが可能であると予想される。正極導体は端子台５７７０ａに接続し、負性導体は端子台５７７０ｂに接続する。導体５７８０ａは３６ボルトバッテリバンク５５３０の正極に接続し、導体５７８０ｂはバッテリバンク５５３０の負極に接続する。次のサイクルで、１２ボルトコンデンサ５７３０ｂは充電サイクルにあり、コンデンサ５７３０ａは３６ボルトコンデンサ／バッテリバンク５５３０への放電している。この分離されているバッテリ充電システム５７００は、発電機５０００の固定子出力と発電機５０００へと戻る回転子入力の接合部分である。

また、図５７では、オン／オフスイッチ表示モジュール５７９０、リレータイマー制御回路５７９２、５７９４、電源５７９６、および励磁用バス５７９８も示されている。

図５８は、本開示の実施形態に係る分離充電器５７００のリレータイマー制御回路５７９４を示す図である。例示の実施形態では、リレータイマー制御５７９４は、２４ボルト直流電源５７９６により給電される。電源５７９６は、発電機外の固定子を用いて給電することができる。一部の実施形態では、発電機外の固定子は、１２０ボルト交流の発電機外の固定子である。タイマー５７９４は、回路の中性側で切断することができる。陽性導体５８１０はＴＢ５８２０に接続する。電線管５８３０ａは、電流をコイルリレーＡ５７５０ａへ伝送する。電線管５８３０ｂは、電流をコイルリレーＡ５７５０ｂへ伝送する。電線管５８３０ｃは、電流をコイルリレーＢ５７６０へ伝送する。電線管５８３０ｄは、電流をコイルリレーＢ５８４０へ伝送する。電源中性端子は、導体５８６０を介してＴＢ５８５０に接続される。導体５８７０ａは中性端子ＴＢ５８５０をタイマーＡ２に接続し、５８７０ｂはＴＢ５８５０を端子台Ｔ１に接続する。タイマーは中性回路を遮断し、中性回路をＴＢ－Ｂに接続し、導体５８８０ａを介して端子台Ｔ２に接続することで、導体５８８０ｂを介してコイルリレーＢに中性端子を与え、導体５８８０ｃを介してコイルリレーＢに中性端子を与える。導体５８９０ａは中性端子ＴＢ５８５０をタイマー端子Ｔ３に接続する。タイマーは、ＴＢ Ａに接続される端子Ｔ４への中性線を遮断または作り上げる。ＴＢ Ａは導体５８９０ｂを介して中性端子をコイルリレーＡ５７５０ｂに接続する。導体５８９０ｂはＴＢ ＡをコイルリレーＡ５７５０ａに接続する。

図５９は、本開示の実施形態に係る例示の発電機自動充電システム５９００のバッテリとコンデンサの配置を示す図である。例示の実施形態では、各バッテリ／コンデンサユニットは、１２ボルトの電位差を含む。１２Ｖのシステムは、ここでは示されてない３６Ｖのバッテリバンクに給電する。この図５９は、３つのコンデンサ／バッテリバンクを含み、コンデンサ／バッテリバンクはそれぞれ１２Ｖの電位差を有し、並列に接続されている。コンデンサ５９１０ａ、バッテリ５９２０ａ、およびバッテリ５９２０ｂがコンデンサ５９１０ｂ、５９２０ｃ、５９２０ｄと並列に接続されている。残りの２つのバッテリの組（それぞれリレー２、３に接続される）は、図５９の実施形態では、やはりそれぞれが１２Ｖで並列に接続されている。リレー５９３０ａおよび５９３０ｂは、３６Ｖボルトバッテリバンクの正バッテリ第１列に接続されている。中性端子５９４０はバッテリ第１列の中性端子に接続されている。リレー５９５０ａおよび５９５０ｂはバッテリ第２列の正に接続されている。中性端子５９６０は、３６Ｖバッテリバンク内の第２列の負バスに接続されている。リレー５９７０ａおよび５９７０ｂは、３６Ｖバッテリバンクのバッテリ第３列に接続されている。中性端子５９８０はバッテリ第３列のバスバーに接続されている。

図６０は、本開示の実施形態に係る例示の３６Ｖコンデンサ／バッテリバンク６０００を示す図である。端子台６０１０、６０２０、および６０３０は、図５７、図５８、図５９における自動充電式の入力に接続されている。直列接続は５１４０および６０４０である。例示の実施形態では、直列接続５１４０および６０４０はＤＣ－ＤＣ入力である。並列電圧は１２Ｖ直流とすることができて、直列電圧は３６Ｖ直流とすることができる。５１４０および６０４０への直流電圧接続は、図５１のシステムのＤＣ－ＤＣ電源（５１２５ａおよび５１２５ｂ）に給電することができる。

図６１は、３６Ｖバッテリ／コンデンサバンク６０００からのデータの図である。示されているデータは、外部電源なしでの本開示の実施形態に係る発電機５０００の２４時間の自動充電／自律運転において電圧に対して時間をプロットしたものである。このデータは、バッテリ／コンデンサバンク６０００は、自動充電モードが動作していた場合に、曲線６１１０で分かるように２４時間にわたって３７．３～３７．４の充電を維持していることを示唆している。しかし、自動充電ループがオフにされると、コンデンサ／バッテリバンク６０００の電圧は４．５時間後には３３．８９ボルトへと降下した。曲線６１２０は発電機５０００に対して同じ負荷での動作を示し、システム全体が故障して停止した。

図６２は、本開示の実施形態に係る自動充電自律運転に対して電圧計、電流計、およびデータロガーを用いた測定点のブロック図６２００である。本開示で提示され、請求項で参照されるすべてのデータは、Ｈｏｌｃｏｍｂエネルギーシステム（ＨＥＳ）上でこの図のとおりに採取された。図６２に示される測定点の選択は、本質的に制限的とすることはまったく意図しておらず、例示の実施形態として、例として提供されることが容易に理解されるであろう。他の測定点の選択が実現可能であると想定される。発電機の励磁制御装置６２１０は、パルス状の直流電流を回転子コイルへ順序付けして送り、交流の三相電力を発生させる。ＤＣ－ＤＣコンバータ６２２０がバッテリ／コンデンサバンク６０００から直流電力を受け取る。ＤＣ－ＤＣコンバータ６２２０への入力が６２３０ａにおいて直流電力計測器６２３０ｂを用いて測定される。ＤＣ－ＤＣコンバータ６２２０から励磁制御装置６２１０への電圧およびアンペア数が６２４０において直流電圧計および電流計を用いて測定される。発電機５０００による総電力出力が点６２５０ａにおいてデータロガー６２５０ｂにより測定される。発電機充電器の回生システム６２６０への電力が、点６２７０ａにおいてデータロガー６２７０ｂにより測定される。発電機充電器の回生システム６２６０からバッテリ／コンデンサバンク６０００への電力が、点６２３０ａにおいて計測器６２３０ｂにより、また恐らくさらに携帯型の直流電流計により測定される。バッテリ／コンデンサ６０００からＤＣ－ＤＣ電源への電力が点６２８０において測定される。

負荷抵抗（三相電球バンク）６２９０への電力が、点６２９２ａにおいてデータロガー６２９２ｂにより測定される。三相モータ負荷６２９４への電力が、点６２９６ａにおいてデータロガー６２９６ｂにより測定される。

電力出力へ入力される電力の測定では、スイッチ６２９８ａが開放され、６２９８ｂは閉じられる。発電機５０００は、局所的な商用電源６２９９ａにより、この構成内で給電することができる。この構成については、以下で図６３で説明される。商用電源６２９９ａからの電力入力は、点６２９９ｂにおいて直流計測器６２９９ｃを用いて測定することができる。

図６３は、本開示の実施形態に係る電力増倍実験での電圧計、電流計、およびデータロガーを用いた測定点のブロック図６３００である。局所的な商用電源６２９９ａをＡＣ－ＤＣ電源６３１０に接続することができる。ＡＣ－ＤＣ電源６３１０は、電流を経路設定しうる励磁制御装置６２１０に発電機５０００の回転子コイルを介して給電する。ユーティリティ６２９９からの電流が、点６２９９ｂにおいてデータロガーを用いて測定される。ＡＣ－ＤＣ電源６３１０からの入力電流は、点６３２０ａにおいて直流計測器６３２０ｂおよび携帯型の直流電流計を用いて測定することができる。点６２５０ａにおいて電流および電圧の出力がデータロガー６２５０ｂにより測定される。この実験用の自己ループ自己発電回路は、スイッチ６３３０を開放することでオフにされる。商用電源６２９９ａからの電流は、発電機５０００の回転子コイルを通過する可能性がある。回転子コイルを通る電流は比較的弱い磁極を形成し、この磁極が金属の磁区を整列させて、磁場を調整するのに必要とされるよりも多くの電力を磁区から発生させる、強力で移動する連続した回転磁極を形成する。それゆえ、磁区が整列されるにつれて移動する磁場から取り入れられるエネルギーにより、システムに対して入力されたエネルギーよりも多くの利用可能な電気的エネルギーを出力することが可能となる。

図６４は、本開示の実施形態に係る、図６３に記載される電圧計を用いて測定された点から採取されたデータのグラフである。この図のデータは、点６２９９ｂからの入力電力は３．３ＫＶＡで３．３ＫＷ ＰＦ １．０であり、点６２５０ａにおける発電機５０００からの出力は８．５ＫＷで１２．３０ＫＶＡ ＰＦ ０．７０であったことを示す。極片の材料の不対電子の電子スピンから取り入れたエネルギーが増倍されたことは明らかである。

図６５は、本開示の実施形態に係るバッテリバンクで、残りの利用可能なエネルギーのワット数に対して負荷時の電圧降下がプロットされた図である。例示の実施形態では、バッテリバンクは４８Ｖバッテリバンクであるが、様々な電力要求を考慮して、他の電位差が実現可能であると予想される。この図は、自律的電力ループが動作している（６５１０）間は例示の４８ボルトバッテリ／コンデンサインタフェースが安定していることを示す。ループが切断されると（６５２０）、電圧が降下して８～１２分でシステム障害が起こる。

図６６は、図６０で示されたものなどの３６Ｖバッテリ／コンデンサバンク６０００の例における、バッテリ／コンデンサバンクからの電圧の時間的変化の図である。本開示の実施形態に係る連続運転は２４時間である。この運転は、図５７の分離されているバッテリ充電システム５７００が利用されない場合の不安定な充電パターンを実証するためのものである。回転子に対するＡＣ－ＤＣ電源への固定子の接続からＡＣ－ＤＣ充電器が直接充電される場合、充電速度を制御するのは困難である。また、この図は発振変調器４４００の安定化効果を非常に明確に示している。曲線６６１０は、ユニットが充電されていない場合の、変調器４４００なしで全負荷時に急激に低下する電圧を示す。回路内に発振変調器４４００がない場合の１．５時間の電圧降下に対して回路内に発振変調器４４００がある場合に同等の電圧降下には４時間かかるので、回路内に発振変調器４４００があると効率は約２６０％へと大きくなる。

図６７は、外部電源なしでの１２時間の自律運転における、本開示の実施形態に係る３６Ｖバッテリバンクでの時間に対する電圧がプロットされたデータの図である。ユニットは、３ｋＷの負荷でシステム外に発振変調器４４００が備えられて、１２時間にわたって自動充電しながら作動された（６７１０）。その後、ユニットは同じ条件下で、ただし自動充電ユニットをオフにして作動された（６７２０）。

図６８は、３６Ｖバッテリバンクでのデータがプロットされた図である。これは、本開示の実施形態に係る自動充電自律運転でのデータと非自動充電運転のデータが記録された、時間に対するバッテリバンク電圧の２時間にわたるグラフである。自律運転中の電圧は降下しなかったが、これは分離されているバッテリ充電システム５７００が作動されていて、発振変調器４４００が回路内にあったからである。

図６９は、外部電源なしでの１０３分の運転における、３６Ｖバッテリバンクでの時間に対する電圧がプロットされたデータの図であり、自動充電回路が電源をオン／オフされている位置を示している。回路がオフにされると、バッテリ電圧は低下する。次に、自動充電回路がオンにされて、バッテリ電圧は基準値以上へと戻る。このサイクルがもう一度繰り返されて、この運転では合計２回行われる。この図は、ＨＥＳの自動充電能力を明確に示している。自動充電システムがオフにされると（６９１０）、電圧はおよそ０．５ボルト降下する。充電システム５７００がまたオンにされると（６９２０）、電圧はおよそ２ボルト（直流）着実に上昇する（６９３０）。自動充電システムがまたオフにされると（６９４０）、電圧は再びおよそ１．２ボルト降下する。充電システムが再びオンにされると（６９５０）、電圧は実験が中止されるまでに０．４ボルト上昇する。

図７０は、分離されているバッテリ充電システム５７００と発振変調器４４００が所定の位置に置かれた２４時間の自動充電自律運転における、３６Ｖバッテリバンクでの時間に対する電圧がプロットされたデータの図である。本開示の実施形態に係る外部電源は使用されなかった。ＨＥＳ始動バッテリ電圧は直流３７．３ボルトであった（７０１０）。２４時間の連続動作の後、３６ボルトバッテリバンクのＨＥＳ終了電圧は直流３７．４ボルトであった。自動充電システムがオフにされると、４．５時間以内に電圧が直流３３．８９ボルトまで降下したため、システムは故障した（７０２０）。

以下の図は、このシステムのエネルギー源が電磁鋼の磁区を活用する能力から生み出されることを明確に示すデータを提示する。磁区は原子の小さな集団であり、複数の原子が結合して、すべての電子がそのスピンパターンにおいて同じ帯磁方向を持つ、磁区と呼ばれる領域となる。電子は微小な磁石であると考えることができる。電子が回転することで、弱いものの極めて重要な磁場が生じる。ほとんどの材料では、一つの電子の帯磁方向が別の電子の帯磁方向を打ち消すように原子は配置されている。強磁性物質では、その原子構成に不対電子を有するので、類似の帯磁方向を有する原子の小さな集団が結合して、すべての電子が同じ帯磁方向（スピンの向き）を持つ磁区になる。はじめは、これらの磁区は不規則に整列される。しかし、これらの磁区が比較的弱い磁場に晒されると、それらはすべて同じ方向に整列される。世界には、室温で強磁性である既知の元素は４つしか存在しない。これらの元素は鉄、ニッケル、コバルト、および（一部の実験では）ガドリニウムである。本開示の実施形態は磁極を励磁するのに必要な電力の４倍よりも大きな電力を発生することを、本明細書で提示される実験モデルは明確に示している。２つの実験用のコイルグループが作られ、第１のユニットのうちの１つの積層体は電磁鋼で作られ（図７２）、第２のユニットの積層体はプレキシグラスで作られた（図７１）ことを除いては、これらのコイルグループは同一であった。それゆえ、図７１および図７２は強磁性ではなかった。電磁鋼のユニットは金属内に磁区を有し、プレキシグラスは磁区を含まない。

実験が２回行われた。両方のコイルグループはＮ極に巻き回され、２４ボルト電源と直列に、互いに接続された（図７１、７２、７３、７４、７５、７６）。

実験：電磁鋼とプレキシグラスの磁気特性
注：両方の物質の測定値はこれらの同一条件下で記録された。
電圧：直流２０Ｖ
電流：１２．５Ａ
抵抗：１.６オーム（Ω）
入力電力：２５０Ｗ
プレキシグラス（Ｎ極）
１． ４６ガウス
２． ３９．６７ガウス
３． ２８．３２ガウス
４． ３９．７８ガウス
平均：３８．４４ガウス
電磁鋼（Ｎ極）
１． ２４０ガウス
２． ８７．８ガウス
３． ９２．０ガウス
４． ２４６．６ ガウス
平均：１６６.６ガウス

プレキシグラスの平均ガウス測定値（３８．４４ガウス）で電磁鋼の平均ガウス測定値（１６６．６ガウス）を割れば、電磁鋼は鋼鉄の磁区を整列させるのに必要とされるよりも４．３３倍の大きさの磁場強度（ガウス）を作り出すと結論づけることができる。
１６６．６÷３８．４４＝４．３３

この実験では、図７４の電磁鋼のユニットおよび図７３のプレキシグラスのユニットは、それらが作られる材料を除いては同一であった。両方のユニットのすべての極は、ＡＷＧ１８番の絶縁された銅製マグネットワイヤを用いてまったく同じように巻き付けられた。これらのユニットは、５本の電線が平行に６５回巻で巻かれた。電磁鋼のユニットとプレキシグラスのユニットは互いに直列に接続された。また、これらのユニットは、それぞれが０．６オームの抵抗を有する２つの抵抗コイルと直列にされた。電磁鋼内およびプレキシグラス内のコイルの抵抗は、０．２オームであった。それゆえ、回路全体の抵抗は１．６オームであった。２４ボルト電源により端子間に印加される電圧は直流２０．０ボルトであり、プレキシグラスコイルと電磁鋼コイルの両方を同時に流れるアンペア数は１２．５アンペアであった。２つのコイルユニットの唯一の違いは、スーパー構造の積層体を切断するのに使用される材料である。ガウス測定値は図７３および図７４のコイル外面上の場所７１１０のすべてで採取された。そして、５個のガウス測定値が平均化された。そして、４つの極が平均化された。プレキシグラスでのガウス測定値を電磁鋼での測定値と比べると、電磁鋼での測定値はプレキシグラスでの測定値の４．３３倍の大きさであった。まったく同じ電流が両方のユニットを流れていたが、電磁鋼内の磁束は４倍の大きさであり、これは電磁鋼の磁区がコイルからの比較的弱い磁場により整列されるからである。これは、本開示の電気装置への給電と同じ仕組みである。磁区が整列されるにつれて、発達する移動する磁場は入力された電気的エネルギーの４倍より大きな電気的エネルギーを発生する。本開示の発電機５０００は、積層された多数の回転子および固定子を有し、入力に対する出力の比率はさらに大きくなりうる。

金属中の磁区のすべてが整列される場合、金属は飽和していると言われる。この飽和現象のため、ヒステリシスはいくぶん「Ｓ」の形状であるのに対して、プレキシグラスの曲線は直線である。それぞれプレキシグラスのユニットと電磁鋼のユニットを示す図７４と図７５の比較、および図５０Ａから分かるように、いずれも同じ巻き数の銅製マグネットワイヤを有し、同じ回路で同時に同じアンペア数である場合に、電磁鋼内ではプレキシグラス内よりもずっと大きな磁束（４倍より大きい）が発生する。磁気エネルギー出力におけるこの４倍より大きな上昇が、本開示で提示されるように、発電機を動作させるために入力されるエネルギーの４倍より大きな電気的エネルギーへと変換される。電磁コイルにより磁区が整列されるにつれて、電磁コイルは更なる磁区を「採用」して、それらの磁区を整列させる。磁区が整列するにつれて、発達する移動する磁束場は三相固定子の固定子コイル内に電力を発生させる。図７６で分かるように、＃１の７６１０ａではコイルを流れる電流はなく、それゆえ、磁区７６１０ｂは不規則な向きとなる。図７６内の矢印は磁区の異なるスピン配列を示し、前記磁区は不規則に分割されて示されている。分かるように、コイル＃２の７６２０ａには、リード線７６２０ｂを通って電流がコイルを流れ、中性端子７６２０ｃを通って外へと流れる。この反時計回りの電流の流れにより、磁区を整列させて、磁区を整列させて発達する移動する磁束を作り出す、磁区を整列させるのに必要とされるエネルギーの４倍より大きいＮ極電磁束が作り出される。電流はコイル＃３の７６３０ａでオフにされて、磁区は再び不規則となる。コイル＃４の７６４０ａでは、リード線７６４０ｂからの電流がコイルを通って時計回りに流れ、リード線７６４０ｃを通って外へと流れる。この時計回りの電流の流れにより、磁区をＳ極向きに整列させるＳ極磁場が発生する。実証の目的で、矢印はＮ極に対して上へ向き、Ｓ極に対して下を向いている。実際には、矢印は紙面の中へ入る方向、外へ出る方向を向くはずである。

三相電圧は、中央処理装置（ＣＰＵ）とＣＰＵをシステムのセンサおよびアクチュエータへ接続する入出力（Ｉ／Ｏ）モジュールとを含む図８１のコンピュータ制御装置８１００により平衡が取られて最大化される。このシステムでのセンサ入力からアクチュエータへの出力の応答時間は、およそ１マイクロ秒である。Ｉ／Ｏシステム向けの望ましい応答時間能力は１マイクロ秒である。デジタル入力および出力は、センサからの入力信号と、リレーなどのアクチュエータへの出力である。ＣＰＵ動作サイクルが図８０に示されている。アンペア変換センサおよび交流直流電圧計信号から信号が受信される。この制御システムの目的は、固定子出力の三相レグでの電圧制御を自動化することである。このシステムは電圧を最適なレベルに保ち、相のレグ間の一つから別のものへの平衡を維持する。ロジックラダーまたはシーケンスが存在する。最初に最適化すべき回路は、励磁回路タイミングシーケンス８１１０である。設定はＨＭＩ上のタッチパッドにより変更される。次の調整は、固定子に関連する各回転子を回転させることによる回転調整８１２０である。回転、すなわち、回転子および固定子の調整は、電圧が最大化されて、相レグにおいて他の相レグに対して電圧の平衡が取られるまで固定子に対して回転子を回転させることで実現される。平衡は、±５ボルト（交流）以内であるべきである。

図７７の構造物７７００は、ボルト用穴７７１０を介して各回転子構造の底部にボルトで留められる。支柱７７２０はリング７７３０、７７４０へボルトで留められる。また、サーボモータなどのモータ７７５０も見える。例示の実施形態では、（モータ７７５０が回転させることができる）無料歯車７７７０と相互作用するよう構成することができる、リング７７４０（図７８で最も良く示されている）の上に配置された歯７７６０も見える。図７８において、セラミックボールベアリング７８２０を備えるベアリング軌道輪７８１０が、歯７７６０を含むリング７７４０を受け入れている。サーボ７７５０は、無料歯車７７７０の歯７７４０との相互作用により回転子を回転させる。サーボモータ７７５０は、本開示のＣＰＵ－Ｉ／Ｏ制御装置からの信号を用いて回転子を時計回りおよび反時計回りに回転させる。電圧のレベルおよび平衡があらかじめ規定された／プログラムされたパラメータの範囲内となるまで、回転調整が行われる。図７８でリング７７４０の周囲に配置されるボールベアリング７８２０の個数は例として提示されているに過ぎず、他の数のボールベアリング７８２０が実現可能であると予想されることが理解されるであろう。リング７７３０、７７４０、穴７７１０、および支柱７７２０の大きさは、発電機５０００の所望の電力出力に基づいて選択可能であり、単一の実施形態／値の組には限定されない。さらに、歯車の歯の個数およびそれらの直径は、所望の電力出力または歯車の所望の角速度を考慮して選ぶことができる。図７９は、図７７のリング７７３０の分離された断面図である。

図８０は、本開示の実施形態のうちの一つのコンピュータ／制御装置の動作サイクルの例示のスキャンサイクルの図である。自動電圧制御（ＡＶＲ）システムは、ＣＰＵ－Ｉ／Ｏカード、ならびに関連する電圧センサ、アンペア数センサ、および周波数センサにより調整／制御される。論理シーケンスは各シーケンススキャン８０００に組み込まれる。スキャンは、励磁プログラムの実行（８０１０）、内部センサのフィードバック（８０２０）、入力のスキャン（８０３０）、ＡＶＲプログラムの実行（８０４０）、および出力の更新（８０５０）を含む。始動時において、図８１のロジックラダーシーケンス８１００の優先順位は、（１）励磁回路－タイミングシーケンス（８１１０）、（２）ＡＶＲ－回転子の回転調整（８１２０）、（３）ＡＶＲ－発電機固定子静電容量（８１３０）、（４）変調器静電容量／回転子インピーダンス（８１４０）、（５）励磁電源電圧（８１５０）、である。最初の始動後の動作モードにおいては、論理シーケンスの優先順位は逆の順番となる。（５）励磁電源電圧（８１５０）、（４）変調器静電容量／回転子インピーダンス（８１４０）、（３）ＡＶＲ－発電機固定子静電容量（８１３０）、（２）ＡＶＲ－回転子の回転調整（８１２０）、（１）励磁回路－タイミングシーケンス（８１１０）。

図８２は、「低Ｙ字型」、「高Ｙ字型」、および「三角形」の結線となっている三相発電機のレグの静電容量を平衡させることができるリレー制御システム８２００を示す図であるが、「高Ｙ字型」、「低Ｙ字型」、および「三角形」の結線には限定されない。ＣＰＵおよびＩ／Ｏ処理カード８２１０は、電圧センサおよび変流器を用いて三相電圧Ｌ－ＬおよびＬ－Ｎを検出する。これらの信号がＩ（入力カード）へ到達する。そして信号はＣＰＵへ送信され、ＣＰＵにおいてＣＰＵに入力されたプログラムに従って処理されて、適切なアクチュエータ信号が出力カードによりリレー８２２０ａ、８２２０ｂ、８２２０ｃ、８２２０ｄ、８２２０ｅ、８２２０ｆのうちの１つまたは複数へ送信される。

ＣＰＵおよびＩ／Ｏモジュール８２１０向けの電力は直流電源８２３０により供給され、陽性導体８２４０ａおよび負性導体８２４０ｂを通って伝送される。電圧センサ８２５０ａ、８２５０ｂ、８２５０ｃ、８２５０ｄは、導体８２６０ａ、８２６０ｂ、８２６０ｃを介して信号を適切な入力モジュールへ送信する。信号は、１マイクロ秒当たり１回スキャンを行うことができるＣＰＵへ送信される。そして入力はスキャンされて（８０３０）、電圧が変化すると、ＡＶＲプログラムが実行されて（８０４０）、入力が所望の範囲と比較される。入力が範囲外である場合、適切な出力が適切な出力アクチュエータカードへ更新されて（８０５０）、この出力アクチュエータカードが例えばリレー８２２０ａおよび８２２０ｂへ信号を送信してリレーを三相リード線Ｌ－２およびＬ－３へ開放し、これにより三相リード線Ｌ－２とＬ－３の間のコンデンサ８２７０、８２８０が導通する。同じプロセスが、Ｌ１－Ｎ、Ｌ２－Ｎ、Ｌ３－Ｎ、Ｌ１－２、Ｌ１－Ｌ２、Ｌ２－Ｌ３、Ｌ１－Ｌ３を含む各リード線に対して起こりうる。

図８３は、励磁電源制御回路８３００を示す図である。リレー制御システム８２００の相出力電圧が降下すると、アクチュエータカード８３１０は導体８３２０ａ、８３２０ｂ、および８３２０ｃを介して直流信号をＤＣ－ＤＣ電源８３３０ａ、８３３０ｂ、および８３３０ｃへ送信する。交流電圧の降下がある場合は、制御回路８３４０ａ、８３４０ｂ、および８３４０ｃのうちの１つまたは複数は、出力バス８３５０ａ（－）および８３５０ｂ（＋）への直流入力電圧を増加させる。これにより、図５２の励磁リレーなどの励磁リレーに対する出力バスが作られる。入力バス８３６０への電力は、図５７、５８の充電インタフェースと共にバッテリ／コンデンサにより供給される。導体８３７０ａは、リード線８３７０ｂを介してＤＣ－ＤＣ電源（＋）８３３０ａへ、リード線８３７０ｃを介して電源８３３０ｂへ、リード線８３７０ｄを介して電源８３３０ｃへ供給する。負電源８３８０ａは、導体８３８０ｂを介して電源８３３０ｃへ、導体８３８０ｃを介して電源８３３０ｂへ、導体８３８０ｄを介して電源８３３０ａへ供給する。

図８４は、回転子インピーダンス変調器制御回路８４００を示す図である。このシステムの目的および機能は、回転子インピーダンスを下げて安定させることで、固定子出力電圧を安定させることである。変調器鉄心の相レグの間のコンデンサの１つまたは複数が、回転するモータ三相モータの磁場からエネルギーを吸収する。サイクルの前半（１８０°）で電力が吸収されて、電力はサイクルの後半（２回目の１８０°）でシステムへと戻される。図８４は回転子コイル１～１６の図による描写であり、回転子コイル１～１６のインピーダンスを反映する電流の流れを検出するために所定の位置にアンペア数ループまたは変流器が置かれている。ここでは回転子の第１象限のみが詳述されているが、例示の実施形態では回路８４００は４つの象限すべてに適用可能である。各象限は４つの極を含みうる。回転子コイル＃１－８４１０は、入力カード８４３０に接続された変流器８４２０により観察される。図８０のスキャン方法の実施形態によれば、ＣＰＵ８２１０は１マイクロ秒当たり１回入力のスキャンを行い（８０３０）、入力が変わったら、出力は８４４０を介して平均出力信号を送信する（８０５０）。信号は、回転子コイル１－８４１０、２－８４５０、３－８４６０、４－８４７０に由来する、処理された信号の平均である。出力された信号が適切なリレー８４８０、８４９０、８４９５を開放して、変調器鉄心の相レグ間の適切な静電容量に接続する。システムは自動電圧制御（ＡＶＲ）プログラムと互換のある方法で作動されて、システムの出力を最大化する。

システムは、ヒューマンマシンインタフェース（ＨＭＩ）上のタッチパッドからオン／オフすることができる。出力信号は一連のリレーへ進み、極モジュール用の電源からこれらのリレーを開放する。システムは同じスイッチによりオフ／オンすることができる。

本開示のＨＥＳは、２０１９年８月１３日～１４日にＤＮＶ ＧＬからの第三者により個別にテストされて検証された。

磁区を整列させて電力を発生する装置の例示の特徴が記載されたが、そのような構成は本発明をそのような特徴に制限すると解釈されるべきではないことが理解されるであろう。電力を発生する方法は、ソフトウェア、ファームウェア、ハードウェア、またはそれらの組み合わせで実装可能である。一つのモードでは、方法は実行可能プログラムとしてソフトウェアで実装され、１つまたは複数の専用または汎用のデジタルコンピュータ、例えばパソコン（ＩＢＭ互換、Ａｐｐｌｅ互換、また他のＰＣ）、携帯情報端末、ワークステーション、ミニコンピュータ、メインフレームコンピュータなどにより実行される。方法のステップは、ソフトウェアモジュールが存在する、または部分的に存在するサーバまたはコンピュータにより実行することができる。

概して、ハードウェアアーキテクチャに関しては、そのようなコンピュータは、当業者にはよく理解されているように、プロセッサ、メモリ、ならびに、ローカル接続のインタフェースを介して通信可能に結合される１つまたは複数の入力および／または出力（Ｉ／Ｏ）装置（または周辺機器）を含む。ローカル接続のインタフェースは、限定されないが例えば、当技術分野で周知のように、１つもしくは複数のバス、または他の有線もしくは無線の接続とすることができる。ローカル接続のインタフェースは、通信を可能とするために制御装置、バッファ（キャッシュ）、ドライバ、リピータ、レシーバなどの追加の要素を有することができる。さらに、ローカル接続のインタフェースは、他のコンピュータ構成要素の間で適切な通信を可能とするためにアドレス、制御、および／またはデータ接続を含むことができる。

プロセッサは、磁区を整列させて電力を発生する方法の機能および同種のものを実行するようプログラムすることができる。プロセッサは、ソフトウェア、特にメモリに記憶されるソフトウェアを実行するハードウェア装置である。プロセッサは、任意の特注もしくは市販のプロセッサ、主処理装置（ＣＰＵ）、コンピュータと関連付けられたいくつかのプロセッサの中の補助プロセッサ、（マイクロチップまたはチップセットの形式の）半導体ベースのマイクロプロセッサ、マクロプロセッサ、またはソフトウェア命令を実行する概して任意の装置とすることができる。

メモリはプロセッサと関連付けられ、揮発性メモリ素子（例えば、ランダムアクセスメモリ（ＤＲＡＭ、ＳＲＡＭ、ＳＤＲＡＭなどのＲＡＭ））および不揮発性メモリ素子（例えば、ＲＯＭ、ハードドライブ、テープ、ＣＤＲＯＭなど）のうちの任意の一つ、または組み合わせを含むことができる。さらに、メモリには、電子的、磁気的、光学的、および／または他の種類の記憶媒体を組み込むことができる。メモリは、様々な構成要素が互いに遠く離れているがそれでもプロセッサによりアクセスされる、分散型アーキテクチャを有することができる。

メモリ内のソフトウェアは、１つまたは複数の別々のプログラムを含みうる。別々のプログラムは、モジュールの機能を実現するために論理的機能を実行する実行可能命令の順序付けされたリストを含む。これまで記載された例では、メモリ内のソフトウェアは方法の１つまたは複数の構成要素を含み、適切なオペレーティングシステム（Ｏ／Ｓ）上で実行可能である。

本開示は、ソースプログラム、実行可能プログラム（オブジェクトコード）、スクリプト、または実行される命令一式を含む任意の他のエンティティとして提供される構成要素を含みうる。ソースプログラムの場合、プログラムは、適切に動作するようにメモリ内に含まれる、または含まれないことがある、Ｏ／Ｓに関連するコンパイラ、アセンブラ、インタプリタ、または同種のものにより変換する必要がある。さらに、教示に従って実行される方法は、（ａ）複数の種類のデータおよび方法を有するオブジェクト指向プログラミング言語、または（ｂ）ルーチン、サブルーチン、および／もしくは関数を有する手続き型プログラミング言語、限定されないが例えば、Ｃ、Ｃ＋＋、Ｐａｓｃａｌ、Ｂａｓｉｃ、Ｆｏｒｔｒａｎ、Ｃｏｂｏｌ、Ｐｅｒｌ、Ｊａｖａ、Ａｄａとして表現されうる。

方法がソフトウェアで実装される場合、そのようなソフトウェアは、システムまたは方法に関連する任意のコンピュータにより使用される、またはそのようなコンピュータに関連して使用される任意のコンピュータ可読媒体上に記憶することができるということに留意されたい。この教示の文脈では、コンピュータ可読媒体は電子的、磁気的、光学的、または、システムもしくは方法に関連するコンピュータにより使用される、もしくはそのようなコンピュータに関連して使用されるコンピュータプログラムを含む、または記憶することができる他の物理的な装置もしくは手段である。コンピュータベースのシステム、プロセッサを含むシステム、または他のシステムなどの、命令を実行するシステム、装置、機器により使用される、もしくはそのようなシステム、装置、機器に関連して使用される任意のコンピュータ可読媒体において、そのような命令を実行するシステム、装置、機器から命令をフェッチしてその命令を実行することができるそのような構成を具現化することができる。本開示の文脈では、「コンピュータ可読媒体」は、そのような命令を実行するシステム、装置、機器により使用される、もしくはそのようなシステム、装置、機器に関連して使用されるプログラムを記憶する、伝達する、伝搬する、または輸送することができる任意の手段とすることができる。コンピュータ可読媒体は、限定されないが例えば、電子的、磁気的、光学的、電磁気的、赤外線の、もしくは半導体のシステム、装置、機器、または伝搬媒体とすることができる。任意のプロセスの記述、または図中のブロックは、当業者には理解されるように、特定の論理的機能またはプロセス内のステップを実行する１つまたは複数の実行可能命令を含むモジュール、セグメント、またはコードの一部分を表現していると理解されるべきである。

上で詳述された本開示の実施形態の説明は、包括的であることも、本開示を開示されたそのままの形に制限することも意図していない。本開示の具体的な例は例示を目的として上述されたが、当業者は本開示の範囲内で様々な変更が可能であることを認識するであろう。例えば、プロセスおよびブロックが特定の順序で明示されたが、異なる実装ではルーチンを別の順序で実行する、またはブロックが別の順序となっているシステムを用いることが可能であり、一部のプロセスまたはブロックは削除、補完、追加、移動、分離、結合、および／または変更して、異なる組み合わせまたは副次的組み合わせを提供することができる。これらのプロセスまたはブロックのそれぞれは、様々な代替の方法で実装可能である。また、プロセスまたはブロックは時には順番に行われるものとして示されたが、これらのプロセスまたはブロックは、その代わりに並列的に行う、または実施することができて、あるいは異なる時間に行うことができる。また、プロセスまたはブロックの結果は、スループットを向上させて処理に対する要求を下げる方法として非永続的に記憶しつづけることができる。

Claims (27)

1. 支持構造物（１３０）の周りに配置された複数の突極片（１１０）であって、前記突極片（１１０）のそれぞれの第１端部は前記支持構造物（１３０）に取り付けられ、前記突極片（１１０）のそれぞれの第２端部は前記支持構造物（１３０）から離れるように外側を向き、前記突極片（１１０）は強磁性体および／または常磁性体を含む、複数の突極片と、前記突極片（１１０）のそれぞれに巻き回された複数の電線（１５０）と、
   前記突極片（１１０）の磁区を整列させるようにあらかじめ規定されたシーケンスに従って前記電線（１５０）に電流を与えることで、前記あらかじめ規定されたシーケンスに従って前記電線（１５０）に与えられた前記電流により、所望する区別できる磁極を含む、移動する有極性の磁場が提供されるように磁束場を作り出して発電を行うよう構成される励磁回路であって、前記移動する有極性の磁場の強度は前記突極片（１１０）の材料の前記磁区の密度に比例する、励磁回路と、
   を備える、固体電磁回転子。
2. 前記複数の突極片（１１０）はＮ個のグループに分けられ、各グループ内の前記突極片（１１０）は、それぞれが所定の時間にわたって、および／または、各グループの前記突極片（１１０）の励磁の間にあらかじめ規定された遅延を入れて、逐次的に励磁されて目標周波数の励磁サイクルを実現するよう構成される、請求項１に記載の固体電磁回転子。
3. 前記突極片（１１０）のそれぞれに巻き回された前記複数の電線（１５０）には、前記支持構造物（１３０）の近位側にある内側電線と、前記支持構造物（１３０）の遠位側にある外側電線とが含まれ、前記内側電線および前記外側電線は、前記突極片（１１０）が双極子磁石を形成するように励磁される、請求項１または２に記載の固体電磁回転子。
4. 請求項１～３のいずれか一項に記載の固体電磁回転子（３３００）を備える発電機であって、
   固定子用ハウジングを有する発電機固定子（２２１０）、
   をさらに備え、前記固体電磁回転子（３３００）は、前記固体電磁回転子（３３００）により発生した前記磁束場が固定子コイル（３０２０、３０３０）を励磁して電力を作り出すように、前記固定子用ハウジングの中、または周囲に配置されて前記固定子用ハウジングに取り付けられる、発電機。
5. 前記固定子（２２１０）は空洞または放射状表面をさらに含み、電力を出力ポートへ向けるよう構成されている固定子電線をさらに備える、請求項４に記載の発電機。
6. 前記固定子（２２１０）の前記空洞は、前記固体電磁回転子を受け入れるよう構成される、請求項５に記載の発電機。
7. プロセッサをさらに備え、前記プロセッサは、
   前記発電機の所望の目標周波数に基づいて励磁サイクルを決定することと、
   前記複数の突極片（１１０）に巻き回された前記複数の電線（１５０）に接続された前記励磁回路の電源をオンオフして前記複数の電線（１５０）を励磁し、前記Ｎ個の前記突極片（１１０）のグループのうちＮ番目のグループの中の前記突極片（１１０）の前記磁区が前記励磁サイクルの前半では第１極性で整列され、前記励磁サイクルの後半では第２極性で整列されるように、前記複数の突極片（１１０）の前記磁区をあらかじめ規定されたシーケンスに従って整列させることと、
   のうちの１つまたは複数を実行するよう構成される、請求項６に記載の発電機。
8. 前記プロセッサはさらに、固体周波数発生器からの信号を受信して、前記信号に基づいて前記発電機の前記目標周波数を決定するよう構成される、請求項７に記載の発電機。
9. 前記プロセッサは、前記励磁サイクル内で前記励磁回路の複数のスイッチング素子を逐次的にオンオフするよう構成される、請求項７または８に記載の発電機。
10. 前記発電機から出力される前記電力の一部分は前記励磁回路へフィードバックされる、請求項４～９のいずれか一項に記載の発電機。
11. 前記出力される前記電力の一部分はエネルギー蓄積装置へ転送される、請求項４～１０のいずれか一項に記載の発電機。
12. 前記エネルギー蓄積装置はバッテリとコンデンサのうちの１つ、または前記バッテリと前記コンデンサの組み合わせを備える、請求項１１に記載の発電機。
13. 複数の前記発電機固定子であって、前記発電機固定子のそれぞれは固定子用ハウジングを備える、複数の前記発電機固定子と、
    複数の前記固体電磁回転子であって、前記固体電磁回転子のそれぞれが前記固定子用ハウジングのそれぞれの中へ、および／または前記固定子用ハウジングのそれぞれに、回転子－固定子－回転子－固定子、または固定子－回転子－固定子－回転子のいずれかの方法で交互に同心円状に取り付けられる、複数の前記固体電磁回転子と、
    をさらに備える、請求項４～１２のいずれか一項に記載の発電機。
14. 前記固定子用ハウジングはモータ固定子用ハウジングを含む、請求項４～１３のいずれか一項に記載の発電機。
15. 前記モータ固定子用ハウジングは、４極電気モータ固定子用ハウジングを含む、請求項１４に記載の発電機。
16. 前記４極電気モータ固定子用ハウジングは回転子用インサートを備え、前記回転子用インサートは４極発電機の巻線パターン内で導体が巻き付けられる、請求項１５に記載の発電機。
17. 前記４極電気モータ固定子用ハウジングは、４極モータ用巻線パターンを有するモータ固定子巻線を備える、請求項１６に記載の発電機。
18. 前記モータ固定子巻線は４極電気モータの前記巻線パターンに接続される、請求項１７に記載の発電機。
19. 前記４極電気モータは、あらかじめ規定された周波数で４極の回転磁場を発生するよう構成される、請求項１６または１７に記載の発電機。
20. 前記あらかじめ規定された周波数は、前記発電機からの６０Ｈｚ電力に対しては１８００ｒｐｍであり、前記発電機からの５０Ｈｚ電力に対しては１５００ｒｐｍである、請求項１９に記載の発電機。
21. 前記４極の回転磁場は、前記回転子用インサート内で３相の電圧を発生させる、請求項２０に記載の発電機。
22. 前記発電機の電圧および電力出力を安定させる発振変調器をさらに備え、前記発振変調器は、
    前記回転子用インサートを含む前記４極電気モータ固定子用ハウジングを備え、前記回転子用インサートは前記４極発電機の前記巻線パターン内で導体が巻き付けられて、「高Ｙ字型」接続、「低Ｙ字型」接続、または三角接続のいずれかで接続される、
    請求項１６～２１のいずれか一項に記載の発電機。
23. 前記発振変調器の回転子接続部からのリード線は複数のコンデンサに接続され、前記モータ固定子は前記発電機の三相出力に接続される、請求項２２に記載の発電機。
24. 前記回転子用インサートからの３相の電圧および電流は前記リード線を越えて前記コンデンサを出入りして振動し、これにより前記発電機の前記電力出力が安定化される、請求項２３に記載の発電機。
25. 請求項４～２４のいずれか一項に記載の発電機を用いて電力を発生させる方法であって、
    前記発電機の目標周波数に基づいて励磁サイクルを決定するステップと、
    前記回転子の前記突極片（１１０）の前記磁区を整列させるようにあらかじめ規定されたシーケンスに従って前記電線（１５０）の１つまたは複数に電流を与えて前記励磁サイクルを実行することで、発達する移動する磁束場を作り出すステップと、
    前記磁束場により発生した、結果として得られる電流を電力出力へ転送するステップと、
    を含み、
    前記磁束場の強度は前記磁区が整列されるにつれて発達して強くなり、
    発達する磁束場の最大強度は、前記固定子（２２１０）に給電する移動する磁極にエネルギーを供給する電磁的調整用磁場の強度の少なくとも４倍の大きさである、方法。
26. 前記結果として得られる電流の一部分をエネルギー蓄積装置へ転送するステップをさらに含む、請求項２５に記載の方法。
27. 前記発電機から出力される前記電力の一部分を前記励磁回路へと戻すことをさらに含む、請求項２６に記載の方法。