JP2009296878A - 高周波電動機或いは発電機 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】複数の独立した付勢可能な電磁集成体を含む、電動機や、発電機や、再生電動機などのような装置である。前記独立している電磁集成体の各々は、薄膜軟質磁性材料で形成した、付随の一体形磁心を有する。また、各々の独立した電磁集成体は、一体形磁心の両端に位置した2つのステータ磁極を限定している。それぞれの一体形磁心は、各々独立した電磁集成体に対応する2つの相対向する向きのステータ磁極に対する全磁気戻り経路を提供する。
【選択図】図1
Description
本件出願は、「High Frequency Electric Motor or Generator Including Magnetic Cores Formed from Thin Film Soft Magnetic Material」という名称で2002年1月30日に出願された米国特許出願第10/060645号に対する優先権を主張しており、この米国特許出願の一部継続出願であり、この米国特許出願第10/060645号の全内容は、参考資料として本明細書に取り入れられている。本件出願は、また、「High Frequency Electric Motor or Generator Including Magnetic Cores Formed from Thin Film Soft Magnetic Material」という名称で2002年1月30日に出願された米国特許出願第10/060732号に対する優先権を主張しており、この米国特許出願の一部継続出願であり、この米国特許出願第10/060732号の全内容も参考資料として本明細書に取り入れている。
本発明は、また、薄膜軟質磁性材料で形成した磁心を使用することに伴う潜在的な利点をより充分に利用する電動機、発電機、および再生電動機の改良した構造を提供する。
本発明の特徴とするところは、添付図面と共に現在のところ好ましい実施例についての以下の説明を参照することで最も良く理解して貰えるであろう。種々の図を通して、同様の構成要素には同様の参照符号が付けてある。
112bと直面する関係に置くことができる。
Claims (63)
- 電動機、発電機、再生電動機からなる装置グループから選択した装置であって、前記装置は少なくとも1つのステータ配置を含み、該ステータ配置は複数の独立した付勢可能な電磁集成体から成り、個々の各独立した電磁集成体が薄膜軟質磁性材料から形成された付随の一体形磁心を含んでおり、各独立した電磁集成体は前記一体形磁心の両端に位置する2つのステータ磁極を限定し、各々の一体形磁心が各独立した電磁集成体に対応した2つの相対向する向きのステータ磁極に対する全磁気戻り経路を提供することを特徴とする装置。
- 前記装置は半径方向空所装置であることを特徴とする請求項1に記載の装置。
- 前記各々の一体形磁心はU字形であり、ステータ磁極がU字形磁心の脚部の端に位置することを特徴とする請求項1に記載の装置。
- 前記薄膜軟質磁性材料がナノ結晶材料であることを特徴とする請求項1に記載の装置。
- 前記各独立した電磁集成体は、個別に取り外し可能で交換可能であることを特徴とする請求項1に記載の装置。
- 前記装置は、切り換え式磁気抵抗装置、磁気誘導装置、或いは永久磁石装置からなる装置グループから選択された装置であることを特徴とする請求項1に記載の装置。
- 前記装置は、回転装置であり、或る通常動作回転速度範囲で所与の回転軸線周囲に回転できるように支持されたロータ配置を含み、前記ロータ配置は、ステータ磁極と磁気的に相互作用する複数のロータ磁極を含み、該ロータ磁極が、円形経路に沿って回転軸線周囲に回転できるように支持されていることを特徴とする請求項1に記載の装置。
- 前記装置は更に電磁集成体を制御するスイッチング配置を含み、前記スイッチング配置は、該装置が電磁集成体のステータ磁極に少なくとも毎秒500サイクルの周波数でロータ配置のロータ磁極と磁気的に相互作用させることができるようになっている一方で、該装置が通常作動回転速度範囲の少なくとも一部内で作動される、というように構成されていることを特徴とする請求項7に記載の装置。
- 前記ロータ磁極の数は、前記スイッチング配置が電磁集成体のステータ磁極にロータ配置のロータ磁極と磁気的に相互作用させ、装置の毎分回転数に対する装置の毎秒サイクルの周波数の比率が、装置の動作中、1対4以上になる、というように選ばれていることを特徴とする請求項8に記載の装置。
- 前記装置は半径方向空所装置であり、
前記電磁集成体は、各電磁集成体のステータ磁極がU字形磁心の脚部の端に位置するようにして形成されたU字形一体形磁心を含み、これら電磁集成体はロータ磁極の円形経路周囲に設置されており、各電磁集成体は、その2つのステータ磁極が互いに隣接して装置の回転軸線に対して平行であるラインに沿って互いに整列して位置するように設置されていることを特徴とする請求項7に記載の装置。 - 前記ロータ磁極は、相対向する向きの磁極性のロータ磁極を形成するように構成された隣接する対の永久磁石セグメントで形成される対のロータ磁極であり、各対の永久磁石セグメントは、2つの永久磁石セグメントが互いに隣接して装置の回転軸線に対して平行であるラインに沿って互いに整列して位置するように配置されてあり、前記ロータが装置の回転軸線周囲を回転したときに、前記2つの永久磁石セグメントが装置の回転軸線周囲に2つの隣接する円形経路を限定するようになっており、各々の2つの隣接した円形経路が、各電磁集成体のステータ磁極の内の対応した方と対面していることを特徴とする請求項10に記載の装置。
- 前記ロータ配置は少なくとも36対の隣接するロータ磁極を含むことを特徴とする請求項11に記載の装置。
- 前記ステータ配置は少なくとも48個の電磁集成体を含むことを特徴とする請求項10に記載の装置。
- 前記ステータ磁極は装置の回転軸線に向かって内方に面していることを特徴とする請求項10に記載の装置。
- 前記ステータ磁極は装置の回転軸線から離れる方向に外方に面していることを特徴とする請求項10に記載の装置。
- 前記装置は多相装置であることを特徴とする請求項1に記載の装置。
- 前記装置は、電動機、発電機、再生電動機からなる装置グループから選択された装置で用いるためのステータ配置であって、該装置は少なくとも1つのステータ配置を含み、ステータ配置が複数の独立した付勢可能な電磁集成体を含み、各々の独立した電磁集成体は薄膜軟質磁性材料で形成された付随の一体形磁心を含み、各独立した電磁集成体は一体形磁心の両端に位置する2つのステータ磁極を限定しており、各一体形磁心は各独立した電磁集成体に対応する2つの相対向する向きのステータ磁極に対する全磁気戻り経路を提供することを特徴とするステータ配置。
- 電動機、発電機、再生電動機からなる装置グループから選択された装置でステータ配置の一部として使用するための一体形磁心であって、前記装置は少なくとも1つのステータ配置を含み、前記ステータ配置は複数の独立した付勢可能な電磁集成体を含み、各独立した電磁集成体は一体形磁心のうちの1つを含み、磁心が薄膜軟質磁性材料から形成された一体形磁心を含み、この一体形磁心が少なくとも1つの電気コイルと協働して、一体形磁心の両端に位置する2つのステータ磁極を構成する付勢可能な電磁集成体を形成するようになっており、一体形磁心がそれに対応する2つの相対向する向きのステータ磁極に対する全磁気戻り経路を提供することを特徴とする一体形磁心。
- 前記一体形磁心はU字形であり、ステータ磁極が前記U字形磁心の脚部の端に位置することを特徴とする請求項18に記載の磁心。
- 前記薄膜軟質磁性材料はナノ結晶材料であることを特徴とする請求項18に記載の磁心。
- 電動機、発電機、再生電動機からなる装置グループから選択された装置を製造する方法であって、前記方法が、
複数の独立した付勢可能な電磁集成体を提供し、各独立した電磁集成体が薄膜軟質磁性材料で形成された付随の一体形磁心を含み、各独立した電磁集成体が一体形磁心の両端に位置する2つのステータ磁極を限定する工程と、
各一体形磁心が各独立した電磁集成体に対応した2つの相対向する向きのステータ磁極に対する全磁気戻り経路を提供するというような方法で、独立した電磁集成体を少なくとも1つのステータ配置に組み立てる工程と、
から成ることを特徴とする方法。 - 前記装置は半径方向空所装置であることを特徴とする請求項21に記載の方法。
- 前記各々の一体形磁心はU字形であり、前記ステータ磁極はU字形磁心の脚部の端に位置することを特徴とする請求項21に記載の方法。
- 前記薄膜軟質磁性材料はナノ結晶材料であることを特徴とする請求項21に記載の方法。
- 前記独立した電磁集成体の各々は、個別に取り外し可能で交換可能であることを特徴とする請求項21に記載の方法。
- 前記装置は、切り換え式磁気抵抗装置、磁気誘導装置、永久磁石装置からなる装置グループから選択された装置であることを特徴とする請求項21に記載の方法。
- 前記装置は回転装置であり、通常動作回転速度の或る範囲で所与の回転軸線周囲に回転できるように支持されたロータ配置を組み立てる工程を含み、前記ロータ配置はステータ磁極と磁気的に相互作用する複数のロータ磁極を含み、前記ロータ磁極は円形経路に沿って回転軸線周囲に回転できるように支持されていることを特徴とする請求項21に記載の方法。
- 前記装置は更に、電磁集成体を制御するスイッチング配置を提供する工程を含み、前記スイッチング配置が電磁集成体のステータ磁極に少なくとも毎秒500サイクルの周波数でロータ配置のロータ磁極と磁気的に相互作用させることができる一方で、該装置が通常作動回転速度範囲の少なくとも一部内で作動される、というように構成されていることを特徴とする請求項27に記載の方法。
- 前記ロータ磁極の数は、前記スイッチング配置が電磁集成体のステータ磁極にロータ配置のロータ磁極と磁気的に相互作用させ、前記装置の毎分回転数に対する装置の毎秒サイクルの周波数の比率が、装置の動作中、1対4以上になる、というように選ばれていることを特徴とする請求項28に記載の方法。
- 前記装置は半径方向空所装置であり、
前記電磁集成体はU字形一体形磁心を含み、これらのU字形一体形磁心は、各電磁集成体のステータ磁極がU字形磁心の脚部の端に位置するように形成されており、そして、ステータ配置を組み立てる工程が、電磁集成体がロータ磁極の円形経路まわりに位置するようにステータ配置を組み立てる工程を含み、各電磁集成体が、その2つのステータ磁極が互いに隣接して装置の回転軸線に対して平行であるラインに沿って互いに整列して位置するように設置されていることを特徴とする請求項27に記載の方法。 - 前記ロータ磁極は永久磁石セグメントの隣接した対で形成されたロータ磁極の対であり、前記ロータ配置を組み立てる工程が、相対応する向きの磁極性のロータ磁極を形成するようにロータ磁極対を構成する工程を含み、前記永久磁石セグメントの各対は、2つの永久磁石セグメントが互いに隣接して装置の回転軸線に対して平行であるラインに沿って互いに整列して位置するように配置されてあり、2つの永久磁石セグメントは、ロータが装置の回転軸線周囲を回転したときに、装置の回転軸線周囲に2つの隣接する円形経路を限定するようになっており、2つの隣接した円形経路の各々が各電磁集成体のステータ磁極の対応した1つと対面していることを特徴とする請求項30に記載の方法。
- 前記ロータ配置は少なくとも36対の隣り合ったロータ磁極を含むことを特徴とする請求項31に記載の方法。
- 前記ステータ配置は少なくとも48個の電磁集成体を含むことを特徴とする請求項30に記載の方法。
- 前記ステータ磁極は装置の回転軸線に向かって内方に面していることを特徴としている請求項30に記載の方法。
- 前記ステータ磁極は装置の回転軸線から離れる方向に外方に面していることを特徴としている請求項30に記載の方法。
- 前記装置は多相装置であることを特徴としている請求項19に記載の方法。
- 電動機、発電機、再生電動機からなる装置グループから選択された装置であって、前記装置は、
複数の電磁集成体を有しており、各電磁集成体は薄膜軟質磁性材料から形成された磁心の少なくとも一部を含み、該電磁集成体は複数のステータ磁極を限定している、というようになる少なくとも1つのステータ配置と
或る通常動作回転速度範囲で所与の回転軸線周囲を回転するように支持され、ステータ磁極と磁気的に相互作用する複数のロータ磁極を含み、前記ロータ磁極が円形経路に沿って回転軸線周囲を回転するように支持されている、というようになる少なくとも1つのロータ配置と、
前記電磁集成体を制御するためのスイッチング配置と、から成り、
前記スイッチング配置は、電磁集成体のステータ磁極を或る周波数範囲内でロータ配置のロータ磁極と磁気的に相互作用するようにさせることができるように構成されており、ロータ磁極の数は、スイッチング配置が電磁集成体のステータ磁極をロータ配置のロータ磁極と磁気的に相互作用するようにさせ、装置の毎分回転数に対する装置の毎秒サイクルの周波数の比率が、装置の動作中、1対4以上になる、というように選ばれることを特徴とする装置。 - 前記ロータ配置は少なくとも30個のロータ磁極を含むことを特徴とする請求項37に記載の装置。
- 前記ステータ配置は少なくとも48個のステータ磁極を含むことを特徴とする請求項37に記載の装置。
- 前記装置は半径方向空所装置であることを特徴とする請求項37に記載の装置。
- 前記薄膜軟質磁性材料がナノ結晶材料であることを特徴とする請求項37に記載の装置。
- 前記装置は、切り換え式磁気抵抗装置、磁気誘導装置、永久磁石装置からなる装置グループから選択される装置であることを特徴とする請求項37に記載の装置。
- 前記装置は多相装置であることを特徴とする請求項37に記載の装置。
- 前記装置は半径方向空所装置であり、
前記電磁集成体は独立したU字形一体形磁心を含み、各々の個々独立した電磁集成体が一体形磁心の両端に位置する2つのステータ磁極を限定し、各々の一体形磁心が各独立した電磁集成体に対応する2つの相対向する向きのステータ磁極に対し全磁気戻り経路を提供し、該電磁集成体はロータ磁極の円形経路周囲に設置されており、各電磁集成体は、その2つのステータ磁極が互いに隣接して装置の回転軸線に対して平行であるラインに沿って互いに整列して位置するように設置されていることを特徴とする請求項37に記載の装置。 - 前記ロータ磁極は、相対向する向きの磁極性のロータ磁極を形成するように構成された隣接する対の永久磁石セグメントで形成される対のロータ磁極であり、各対の永久磁石セグメントは、2つの永久磁石セグメントが、互いに隣接して装置の回転軸線に対して平行であるラインに沿って互いに整列して位置するように配置されており、2つの永久磁石セグメントは、ロータが装置の回転軸線周囲に回転したときに、装置の回転軸線周囲に2つの隣接する円形経路を限定するようになっており、該2つの隣接した円形経路の各々が各電磁集成体のステータ磁極の対応した1つと対面していることを特徴とする請求項44に記載の装置。
- 前記ロータ配置は少なくとも36対の隣り合ったロータ磁極を含むことを特徴とする請求項45に記載の装置。
- 前記ステータ配置は少なくとも48個の電磁集成体を含むことを特徴とする請求項44に記載の装置。
- 前記ステータ磁極は装置の回転軸線に向かって内方に面していることを特徴とする請求項44に記載の装置。
- 前記ステータ磁極が装置の回転軸線から離れる方向に外方に面していることを特徴とする請求項44に記載の装置。
- 電動機、発電機、再生電動機からなる装置グループから選択された装置を作動させる方法であって、前記方法が、
複数の電磁集成体を有する少なくとも1つのステータ配置を提供し、各電磁集成体が薄膜軟質磁性材料から形成された磁心の少なくとも一部を含み、電磁集成体が複数のステータ磁極を限定する工程と、
少なくとも1つのロータ配置を提供し、或る通常作動回転速度範囲で所与の回転軸線周囲を回転できるようにロータを支持し、ロータ配置がステータ磁極と磁気的に相互作用する複数のロータ磁極を含み、ロータ磁極が円形経路に沿って回転軸線周囲で回転できるように支持する工程と、
電磁集成体を制御するためにスイッチング配置を使用して、或る周波数範囲内でロータ配置のロータ磁極と磁気的に相互作用するように電磁集成体のステータ磁極を切り換える工程と、から成り、
ロータ磁極の数は、電磁集成体のステータ磁極がロータ配置のロータ磁極と磁気的に相互作用するように選ばれ、装置の毎分回転数に対する装置の毎秒サイクルの周波数の比率が、装置の動作中、1対4以上になる、というように選ばれることを特徴とする方法。 - 前記ロータ配置は少なくとも30個のロータ磁極を含むことを特徴とする請求項50に記載の方法。
- 前記ステータ配置は少なくとも48個のステータ磁極を含むことを特徴とする請求項50に記載の方法。
- 前記装置は半径方向空所装置であることを特徴とする請求項50に記載の方法。
- 前記薄膜軟質磁性材料はナノ結晶材料であることを特徴とする請求項50に記載の方法。
- 前記装置は、切り換え式磁気抵抗装置、磁気誘導装置、永久磁石装置からなる装置グループから選択された装置であることを特徴とする請求項50に記載の方法。
- 前記装置は多相装置であることを特徴とする請求項50に記載の装置。
- 前記装置は半径方向空所装置であり、
前記電磁集成体が独立したU字形一体形磁心を含み、各独立した電磁集成体が一体形磁心の両端に位置する2つのステータ磁極を限定しており、各一体形磁心が各独立した電磁集成体に対応する2つの相対向する向きのステータ磁極に対する全磁気戻り経路を提供し、電磁集成体がロータ磁極の円形経路周囲に設置さており、各電磁集成体は、その2つのステータ磁極が互いに隣接して装置の回転軸線に対して平行であるラインに沿って互いに整列して位置するように設置されていることを特徴とする請求項50に記載の方法。 - 前記ロータ磁極は、相対向する向きの磁極性のロータ磁極を形成するように構成された隣接する対の永久磁石セグメントで形成される対のロータ磁極であり、各対の永久磁石セグメントは、2つの永久磁石セグメントが、互いに隣接して装置の回転軸線に対して平行であるラインに沿って互いに整列して位置するように位置決めされ、2つの永久磁石セグメントは、ロータが装置の回転軸線周囲を回転したときに、装置の回転軸線周囲に2つの隣接する円形経路を限定するようになっており、2つの隣接した円形経路の各々が各電磁集成体のステータ磁極の対応した1つと対面していることを特徴とする請求項57に記載の方法。
- 前記ロータ配置は少なくとも36対の隣り合ったロータ磁極を含むことを特徴とする請求項58に記載の方法。
- 前記ステータ配置が少なくとも48個の電磁集成体を含むことを特徴とする請求項57に記載の方法。
- 前記ステータ磁極は装置の回転軸線に向かって内方に面していることを特徴とする請求項57に記載の方法。
- 前記ステータ磁極は装置の回転軸線から離れる方向に外方に面していることを特徴とする請求項57に記載の方法。
- 電動機、発電機、再生電動機からなる装置グループから選択された装置を作動させる方法であって、前記方法が、
複数の電磁集成体を有する少なくとも1つのステータ配置を提供し、各電磁集成体が薄膜軟質磁性材料から形成された磁心の少なくとも一部を含み、電磁集成体が複数のステータ磁極を限定する工程と、
少なくとも1つのロータ配置を提供し、或る通常作動回転速度範囲で所与の回転軸線周囲を回転できるようにロータを支持し、ロータ配置がステータ磁極と磁気的に相互作用する複数のロータ磁極を含み、ロータ磁極が円形経路に沿って回転軸線周囲で回転できるように支持する工程と、
電磁集成体を制御するためにスイッチング配置を使用して、或る周波数範囲内でロータ配置のロータ磁極と磁気的に相互作用するように電磁集成体のステータ磁極を切り換える工程と、
ロータ磁極の数を、装置の毎分回転数に対する装置の毎秒サイクルの周波数の比率が、装置の動作中、1対4以上になる、というような数に選択する工程と、
から成ることを特徴とする方法。
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