JP2024510297A

JP2024510297A - 軸方向磁束永久磁石モータ／発電機

Info

Publication number: JP2024510297A
Application number: JP2023557301A
Authority: JP
Inventors: ジェンセン，エリヤ，ロバート
Original assignee: ブラックボックスエナジーシステムズ，エルエルシー
Priority date: 2021-03-17
Filing date: 2022-02-24
Publication date: 2024-03-06
Also published as: WO2022197412A1; EP4309267A1; CA3211542A1; US11757323B2; US20220302789A1; KR20230159483A

Abstract

モータまたは発電機のためのステータ構成は、熱伝導性材料から作製されたステータコアを有する。この構成の界磁コイルは、熱伝導性材料によって、ステータコアに固定されている。界磁コイル構成は、導電体の巻線の第１層および第２層を有し、コイルの磁束の軸に対して略平行に配置された隣り合う平坦表面は、互いに直接的に接触している。当該ステータ構成および当該界磁コイル構成は、電気モータまたは発電機の一要素であってもよい。

Description

発明の詳細な説明

〔技術分野〕
本開示は一般に、軸方向磁束永久磁石モータおよび発電機に関する。具体的には、低損失／高効率および高熱伝導率をもたらすステータ構成およびコイル構成を備えるモータ／発電機が開示される。

〔背景技術〕
全てのモータおよび発電機は、電力と機械的動力との間の動力の変換時に、回転損失（rotational losses）を被る。この損失は、高速、すなわち１０，０００ＲＰＭを超える速さ（例えば、２５０，０００ＲＰＭ）で動作する高速モータ／発電機にとって、特に問題となる。ヒステリシス損失および渦電流損失を含む、磁気損失は、かかる回転損失のうち相当の割合を占めており、回転速度の上昇とともに増大する。低ヒステリシス鋼の使用によって、速さがより大きい場合のヒステリシス損失が低減され得るものの、嵩をより大きくすることが必要となり、結果的にモータがより重くなってしまう。また、高速、高トルクのモータ／発電機に関しては、発熱（heat buildup）が問題となる。

〔図面の簡単な説明〕
本発明の原理を説明するために、以下の詳細な説明を含む明細書とともに、添付の図面が提供される。

図１は、本発明の教示に従って構成された、ハウジング内における電気モータ／発電機の内部構成要素を示す部分的な側面断面図である。

図２は、図１の一部の構成要素の等角図である。

図３は、図１のロータの平面図である。

図４は、図１のステータの平面図である。

図４Ａは、図４の線４Ａ－４Ａに沿った断面である。

図５は、図４のステータの界磁コイルを示す断片斜視図である。

図６は、図５に示す界磁コイルの例示的な巻線の概略分解図である。

〔詳細な説明〕
本明細書に明示的に記載された開示は、必要な範囲において、参照によって本明細書に援用される、対立する任意の内容に取って代わるものである。

以下の説明では、同様の参照符号が、いくつかの図にわたって、同様の部分または対応する部分を示す。また、以下の説明において、前部、後部、内側、外側等の用語は、便宜上の語であり、限定的な用語として解釈されるべきではないことを理解されたい。本特許において使用される用語は、本明細書に記載された装置、またはその部分が、他の向きで取り付けられ、または利用され得る限り、限定を意図するものではない。より詳細に図面を参照して、本発明の教示に従って構成された１または複数の実施形態を説明する。

図１は、モータ／発電機を示す。モータ／発電機を概して２で示す。モータ２は、軸方向磁束モータとして構成されている。ロータとステータとの間のギャップは、回転軸に関して平行に整列されている。この構成では、磁束の方向は、回転軸と平行である。周知のように、適切な制御装置とともに、図１に示す構成を、電気エネルギーを機械エネルギーに変換するモータとして、ならびに、機械エネルギーを電気エネルギーに変換する発電機として、動作させることができる。説明を簡単にするために、図示の実施形態をモータと称することとするが、当該図示の実施形態は、発電機としても動作して、発電機と称され得ることを理解されたい。モータ２は、ハウジング４、フロントプレート６、ロータ８およびロータ１０、ステータ１２およびステータ１４、バッキングプレート１６、シャフト１８、シャフト２０、リアベアリング２２ならびにフロントベアリング２４を備える。ハウジング４は、組み合わせられてハウジングを形成する複数の部品を含んでもよい。ハウジング４は、モータ２の構成要素が別の装置の構造体の内部で支持される、当該別の装置の構造体を備えてもよい。なお、シャフト２０は、当該実施形態がモータとして動作する場合にあっては、出力シャフトとして機能してもよく、当該実施形態が発電機として動作する場合にあっては、入力シャフトとして機能してもよい。当該実施形態をモータと称するのに合わせて、シャフト２０を出力シャフト２０と称することにする。

ベアリング２２およびベアリング２４は、ハウジング４によって支持されている。ベアリング２２およびベアリング２４は、任意の方法でハウジング４に固定されていてもよい。シャフト１８はリアベアリング２２によって回転可能に支持され、出力シャフト２０はフロントベアリング２４によって回転可能に支持され、モータ軸２０ａの周りを回転する。出力シャフト２０は、モータ２の外部の部材と結合しあるいはそれ他の方法で接続して、機械的動力を伝達するように構成されてもよい。ここには２つの数字が記載されているが、シャフト１８および出力シャフト２０には、単一シャフトが含まれてもよく、その長さ全体にわたって均一な直径を有してもよい。簡単にするために、シャフト１８および出力シャフト２０は、単一シャフト出力シャフト２０と称されるものとする。

フロントプレート６、ロータ８およびロータ１０、ならびにバッキングプレート１６は、出力シャフト２０と共に回転してそれらの間で力が伝達されるように、当該出力シャフト２０に接続されている。図示の実施形態では、フロントプレート６、ロータ８およびロータ１０、ならびにバッキングプレート１６は、それらの間に相対的な回転が起こることなく、一緒に回転する。フロントプレート６、ロータ８およびロータ１０、ならびにバッキングプレート１６は、任意の方法で、出力シャフト２０に接続されてもよい。例えば、フロントプレート６、ロータ８およびロータ１０、ならびにバッキングプレート１６は、出力シャフト２０上の外部スプラインに対して相補形状で嵌合する内部スプラインを、内側ハブに有してもよい。出力シャフト２０がキー溝を有するようにし、フロントプレート６、ロータ８およびロータ１０、ならびにバッキングプレート１６の内側ハブが相補形状のキー溝スロットを有するようにすることができるだろう。

ステータ１２およびステータ１４は、ハウジング４等によって、回転不可能に支持されている。図示の実施形態では、複数のスタンドオフ２６が、任意の適切な方法で、ステータ１２およびステータ１４ならびにハウジング４に対して接続されていてもよい。複数のスタンドオフ２６は、任意の適切な方法で、ハウジング４に対して接続されていてもよい。

そのため、出力シャフト２０が回転すると、一方のステータ１２およびステータ１４と、他方のフロントプレート６、ロータ８およびロータ１０、ならびにバッキングプレート１６との間に、相対的な回転が起こる。

図１は、複数のロータ８および１０が、ステータ１２およびステータ１４と互い違いになって、フロントプレート４とバッキングプレート１６との間に介在している様子を示す。モータ２は、１または複数のステータおよびロータを備えてもよい。

また、図２を参照すると、ハウジング４および図１に見られるその他の構成要素がない状態における、フロントプレート６、ロータ８、ステータ１２、および出力シャフト２０が、斜視図で示されている。フロントプレート４およびロータ８をシャフト２０に接続するための、代替的な一構成を見ることができる。プレート２８は、シャフト２０に回転不可能に接続され、複数の接続特徴部３０を通じてプレート６に接続されてもよい。ロータ８は、ロータ８を複数の接続特徴部３０に接続する複数の接続特徴部３２（図３参照）を備えてもよい。また、フロントプレート６は、ロータ８の複数の取り付け特徴部または接続特徴部３６（図３参照）と相補的に機能するように構成および配置された、複数の接続特徴部３４を備えてもよい。

ロータ８は、交番磁極パターンを備える。図３に示す実施形態では、半径方向に延在する互いに離隔した複数の磁石３８および４０がある。磁石３８および磁石４０は、それぞれの開口部またはポケット４２に配置され、任意の適切な手段（例えば、エポキシ樹脂等）を用いてロータ８に固定されてもよい。磁石の磁極の向きは、隣接する磁石の磁極の向きとは反対となっており、交番磁極パターンが生み出されている。例えば、図３では、複数の磁石３８は、それらのそれぞれのＮ極がモータ軸２０ａに対して平行に図の外へ延在した状態で示されており、複数の磁石４０は、それらのそれぞれのＳ極がモータ軸２０ａに対して平行に図の外へ延在した状態で示されている。これにより、交番磁極パターンまたは交番磁極アレイがつくり出されている。ロータ８およびロータ１０の各々のロータの磁石３８および磁石４０、ならびに、図示された２つのロータ以外の任意のさらなるロータの磁石３８および磁石４０が、他方のロータ（その他のロータ）の対応する磁石３８および磁石４０に対して位置合わせされる。したがって、ロータ８の磁石３８は、ロータ１０の磁石３８に対して、ロータ８の磁石３８のＮ極がロータ１０の磁石３８のＳ極に対向した状態で位置合わせされている。図１に示すように、ロータ１０の磁石３８のＳ極３８Ｓは、ロータ８の磁石３８のＮ極３８Ｎに対向している。図１にも見られるように、磁石３８および磁石４０は、ロータ８の表面８ａの向こうへ、そしてロータ１０の表面１０ａおよび表面１０ｂの向こうへ、一直線に配置されてもよい。図示の実施形態では、ロータ８とプレート６とが直接的に接触していることから明らかである通り、磁石３８および磁石４０は、ロータ８の表面８ｂを越えて延在していない。

磁石３８および磁石４０は、ロータ８の回転動作のために十分な構造的強度が維持されつつ、磁束密度の大きくないロータ８の領域が最小限となるように、互いに可能な限り近くに配置されてもよい。任意の適切な数の磁極が存在してもよい。ロータ８は、交番磁極構成に適した任意の材料（例えば、弱磁性または非磁性の材料（例えば、炭素繊維、ステンレス鋼またはアルミニウム等）等であるが、これらに限定されない）から作製されてもよい。

図示の実施形態では、バッキングプレート１６は、磁石３８および磁石４０の交番磁極パターンから生じる磁界回路の完成に必要となる、高い透磁率を有する材料（例えば、鋼または鉄等）を含む。バッキングプレート１６はロータ８およびロータ１０に付随して回転するため、バッキングプレート１６において磁束に変動は起こらず、これにより、ヒステリシス損失が除去される。

図４を参照すると、ステータ１２が示されている。図示の実施形態では、ステータ１２は、ステータ１４と同一の構成となっている。追加のステータが、ロータ間に介在させて用いられてもよく、ステータ１２と同一または同様の構成としてもよい。ステータ１２およびステータ１４は、シャフト１８または出力シャフト２０に接続されておらず、任意の適切な構造体（例えば、ハウジング２によって支持されたスタンドオフ２６等）によって回転不可能に支持されている。任意の適切な数および任意の適切な構成のスタンドオフ２６が用いられてもよく、それらは任意の適切な方法で、ステータ１２に固定されてもよい。ステータ１２は、中央に配置された開口部４４を含む。シャフト１８または出力シャフト２０は、当該開口部４４を通るように配置され得る。ステータ１２は、ステータコア１３を含み、ステータコア１３は、開口部４４が形成された略平坦なウェブ部分１３ａ（図４ａ参照）と、ウェブ部分１３ａから直立して延在する略環状の壁１３ｂと、を備える。ステータコア１３は、第１の周方向に離隔した複数のポケット４６を含む。図示の実施形態において、複数のポケット４６は、その底部において、平坦なウェブ部分１３ａと境界を接している。ステータコア１２ａは、ポケット４６の半径方向に延在する側面を定める複数の壁５４を備えてもよい。ステータコア１２ａは、壁５４によって画定された、材料を含まない複数のキャビティまたは領域４８を有してもよい。

壁１３ｂの半径方向幅は、均一であってもよく、または、図４に見られるように、変化してもよい。例えば、図示の実施形態において、ポケット４６に隣接する壁部分１３ｂ’の半径方向幅は、キャビティまたは空所４８に隣接する壁部分１３ｂ’’の半径方向幅よりも小さい。

ステータ１２は、複数の界磁コイル（フィールドコイル）５０を備える。複数の界磁コイル５０は各々、それぞれのポケット４６内に配置されている。典型的には、界磁コイル５０の数は、磁石２４および２６の数の半分である。界磁コイル５０は、任意の適切な手段（例えば、界磁コイル５０とポケット４６を画定する壁との間に配置されたエポキシ樹脂４７ａ等）によって、ポケット４６内に固定されてもよい。エポキシ樹脂４７ａは、少なくとも２Ｗ／ｍＫの熱伝導率を有する。

本発明の教示によれば、図示の実施形態では、ステータ１２およびステータ１４は、界磁コイル５０からの熱を伝達するように構成されている。ステータ１２およびステータ１４は、ヒートシンクとして機能し、界磁コイル５０からの高い熱伝達をもたらしてコイル内の発熱を低減させるように、高い熱伝導率を有する。図示の実施形態では、ステータコア１３は、高熱伝導性材料から作製されており、ポケット４６内に界磁コイル５０を固定するために使用される材料も、高熱伝導性材料である。少なくとも１００Ｗ／ｍＫの熱伝導率を有する材料が使用されてもよい。例えば、ステータコア１３は、約２８５Ｗ／ｍＫの熱伝導率をもたらす焼結窒化アルミニウムから作製されてもよく、約６００Ｗ／ｍＫの熱伝導率をもたらす立方晶窒化ホウ素から作製されてもよく、または約７４０Ｗ／ｍＫの熱伝導率をもたらすダイヤモンドアルミニウム窒化物（diamond aluminum nitride）から作製されてもよい。ほとんどの用途に関しては、焼結窒化アルミニウムが高費用効果で十分な熱伝導性をもたらす。高出力密度に関しては、立方晶窒化ホウ素がさらなる熱伝導性をもたらす。高トルクを有する超高出力密度モータに関しては、ダイヤモンド中心立方晶窒化ホウ素（diamond centric cubic boron-nitride）がそのうえさらなる熱伝導特性をもたらす。

図４Ａを参照すると、界磁コイル５０は、コア５２の中に強磁性材料のない、オープンコアコイル（open core coil）である。界磁コイル５０のコア５２には、界磁コイル５０からの熱伝達が促進されるように、熱伝導性材料（例えば、熱伝導性エポキシ樹脂４７ｂ等）が充填されてもよい。熱伝導性エポキシ樹脂４７ｂの熱伝導率が高いほど良い。例えば、熱伝導性エポキシ樹脂４７ｂは、少なくとも１００Ｗ／ｍＫの熱伝導率を有してもよい。また、熱伝導性エポキシ樹脂４７ｂは、ウェブ部分１３ａに固定された界磁コイル５０を保持するように機能する。さらに、エポキシ樹脂４７ａは、界磁コイル５０からポケット４６の壁への熱伝達を促進する。そのため、エポキシ樹脂４７ａは、熱伝導性エポキシ樹脂（例えば、熱伝導性エポキシ樹脂４７ｂと同じエポキシ樹脂）を含んでもよい。

さらに、熱は、ステータコア１３に接続されたスタンドオフ２６を通じて、ステータ１２およびステータ１４からハウジング４へ伝導されてもよい。また、スタンドオフ２６は、ステータ１２およびステータ１４を適所に保持する。ハウジング４は、水冷式であってもよい。

さらに、本発明の教示によれば、ステータ１２およびステータ１４は、渦電流を低減または除去するように構成される。一実施形態では、ステータ１２およびステータ１４は、渦電流損失が防止され、または渦電流損失が低く維持されるように、非導電性材料（例えば、焼結窒化アルミニウムまたは立方晶窒化ホウ素等）を含んでもよい。図示の実施形態に関して、ステータ１２およびステータ１４が導電特性を有する材料から作製されている場合には、図４に示すように、ポケット４６およびキャビティ４８を画定するそれぞれの薄壁５４は、それぞれの遠位端部５４ａにおいて、互いに接続されていない。導電性材料が使用される場合、遠位端部５４ａ間のギャップによって、渦電流が薄壁５４を通って流れることが防止される。領域またはキャビティ４８を画定する壁５４の複数の対の遠位端部５４ａ間におけるそれぞれのギャップには、偶発的に閉じた電気的なループが生じて渦電流が存在し得るようになることを防止するために、非導電性材料（例えば、窒化アルミニウム等）が充填されてもよい。当該構造体が高トルクをもたらすものとなるように、遠位端部５４ａ間のギャップを充填することによって、ステータの構造的剛性を増大してもよい。

図５を参照すると、複数の界磁コイルのそれぞれの界磁コイル５０が、それぞれのポケット４６内に配置されて示されている。いずれの界磁コイルも、モータ２のモータ軸２０ａと同じ磁束の方向５１を有している。

また、図４Ａおよび図６を参照すると、図示の実施形態では、界磁コイル５０は、コイルが発生させる熱を巻きから巻きへ効果的に伝導するように構成されている。界磁コイル５０は、個々の複数の巻きを備える。当該個々の複数の巻きは、５０ａ（上層ａ）および５０ｂ（下層ｂ）として識別されている。巻き５０ａ、５０ｂの各々は、電気的に絶縁された平坦な銅線を備える。それぞれの層ａ、ｂ内において、当該平坦な銅線は、上層ａのそれぞれの各巻き５０ａおよび下層ｂのそれぞれの各巻き５０ｂの内側平坦表面が、それぞれの隣接する巻き５０ａ、５０ｂの外側平坦表面と隣り合わせに接触させて配置されるように巻かれている。巻き５０ａ、５０ｂを形成する当該銅線は、互いに背中合わせになった２つの平坦表面を有し、当該２つの平坦表面は、軸２０ａに対して、略平行に配置されている。磁束の方向５１の直線からの半径の方向における各巻きの厚さは、任意の適切な寸法であってもよく、界磁コイル５０を含む銅線の「半径方向」の厚さおよび軸方向の高さによって、平坦な巻き５０ａ、５０ｂの相当ゲージサイズが定められることが認識されている。一例として、界磁コイル５０を含む銅線のサイズは、１６ゲージ相当（等価１６ゲージ）であってもよい。

平坦表面対平坦表面の直接的構成によって、高巻き詰込み率（high winding packing factor）とも称される、非常に高い銅充填率がもたらされる。銅充填率が高いほど、コイル５０の（所与の電流に対する）磁界が大きくなる。この平坦側面対平坦側面の巻き構成によって、界磁コイル５０は、隣り合う巻きの間の接触表面積がより大きくなることの結果として、高い熱伝達をもたらすように構成されている。界磁コイル５０の巻き５０ａ、５０ｂ間の高い熱伝達によって、ステータコア１３へのより良好な熱伝達がもたらされる。これは、高熱伝導性材料（例えば、エポキシ樹脂４７ａおよびエポキシ樹脂４７ｂ等）を使用することによって促進される。本発明がそのように限定されるものではないものの、図示の平坦表面から平坦表面へのコイル巻き構成はまた、（磁束の方向５１に対して垂直な）磁気平面内において、小さな表面積を有する。これにより、高速動作時の渦電流損失が制限される。平坦表面巻線５０ａ、５０ｂは、丸形コイルよりも表面積が大きく、これにより、高ＲＰＭに伴うより高い周波数の電流を伝えるためのより多くの表面がもたらされる。これにより、界磁コイル巻線５０ａ、５０ｂにおける銅の使用をより少なくすることが可能となり、同等の電流に対するコストおよび重量が低減される。

図５を参照すると、界磁コイル５０のリード線５０ａ’（最上層ａ）およびリード線５０ｂ’（最下層ｂ）は、それぞれの凹部６０内に配置されてもよい。各ステータコア１３は、少なくとも１つのコイル層を備えていてもよく、または、各々、複数の積層コイル層を備えていてもよい。図１および図２に見られるように、各ステータは、複数のステータコア（例えば、１２ａおよび１２ｂ、ならびに、１４ａおよび１４ｂで示されるステータコア）を備えてもよい。複数のステータコアは、任意の適切な固定手段（例えば、ガラス繊維またはその他の複合材料等）によってまとめられ、エポキシ樹脂が充填されてもよい。

図６を参照すると、本発明の教示の一態様に従って構成された巻き５６ａを有する、界磁コイル５０の図示の例示的な巻きの分解図が概略的に示されている。図６は、界磁コイル５０の巻き５６の最上層ａと、界磁コイル５０の巻き５６の最下層ｂと、を示す。最上層ａは、外部から渦巻線状に内方へめぐる巻き５６ａを備え、最下層ｂは、内部から渦巻線状に外方へめぐる巻き５６ｂを備える。平坦銅線は、５６ａ’’および５６ｂ’’において、連続導体として、層ａと層ｂとの間の移行をなしている。したがって、界磁コイル５０の中心と矢印５８によって表される電流の方向との間に渡り線はなく、結果として生じる磁界の方向は、最上層ａと最下層ｂとの両方に関して同じである。

図６には、層ａの隣り合う巻き５６ａの間のギャップ、および、層ｂの隣り合う巻き５６ｂ間のギャップが示されている。このギャップは、単に巻き５６ａ、５６ｂを明確に図示する目的のために、示されたものである。すなわち、上述したように、それぞれの各巻き５０ａ、５０ｂの内側平坦表面は、それぞれの隣接する巻き５０ａ、５０ｂの外側平坦表面と隣り合わせに接触させて配置されている。

巻線５６ａおよび巻線５６ｂは、単体構成（unitary construction）となっていてもよい。図５および図６は、例示的な一方法を示したものであり、この例示的な一方法では、界磁コイル５０は、２つの別個の巻き５６ａおよび５６ｂから構成されており、上層ａの巻き５６ａの端部５６ａ’’を下層ｂの巻き５６ｂの端部５６ｂ’’と接続することによって、互いに接合されている。層ａが層ｂから分離して巻かれており、層ａの巻き５６ａの端部に形成された端部５６ａ’’が上層ａの内側（コア側）にあってもよい。同様に、内層ｂが層ａから分離して巻かれており、層ｂの巻き５６ｂの端部に形成された端部５６ｂ’’が内側（コア側）にあり、端部５６ａ’’に対して位置合わせされた状態にあってもよい。層ａは、層ｂと隣り合わせに配置されてもよく、端部５６ａ’’と端部５６ｂ’’とは、電気的に接合されていてもよい。

実施例１
ステータであって、
ａ．平たい形状の立体を形成する（形成する）ステータコアであって、熱伝導性材料を備えるステータコアと、
ｂ．前記ステータコアに固定された複数の界磁コイルであって、互いに周方向に離隔しており、複数の前記界磁コイルのそれぞれの各界磁コイルが、オープンコアを備える、複数の界磁コイルと、
ｃ．熱伝導性接着材料によって前記ステータコアに固定された複数の前記界磁コイルのそれぞれの各界磁コイルと、
を備える、ステータ。

実施例２
前記ステータコアは、周方向に離隔した複数のポケットを定めて（画定して）おり、
複数の前記界磁コイルのそれぞれの界磁コイルは、それぞれの前記ポケット内に配置されている、実施例１に記載のステータ。

実施例３
複数の前記ポケットの各ポケットは、半径方向に延在する複数の壁のそれぞれの対によって画定されている、実施例２に記載のステータ。

実施例４
半径方向に延在する複数の前記壁の各壁は、周方向に隣り合った遠位端部の間にそれぞれのギャップを前記ステータコアが備えるように、半径方向内側遠位端部を備える、実施例３に記載のステータ。

実施例５
前記ステータコアは、
ａ．外周部を有する略平坦なウェブ部分と、
ｂ．前記外周部から垂直方向に延在する環状壁と、
ｃ．前記ウェブ部分から垂直方向に延在し、前記環状壁から内方へ半径方向に延在する、複数の壁と、
ｄ．複数のポケットであって、複数の前記ポケットの各ポケットが複数の前記壁のそれぞれの対によって画定されており、それぞれの各界磁コイルがそれぞれのポケット内に配置されている、複数のポケットと、
を備える、実施例１に記載のステータ。

実施例６
それぞれの各フィールドコアは、
ａ．磁束の軸と、
ｂ．軸方向に隣り合う複数の層として構成された連続的な導電体であって、渦巻線状に配置された隣り合うそれぞれの複数の巻きを各層が備え、当該導電体が第１コイルリード線と第２コイルリード線とを備える、連続的な導電体と、
ｃ．外層リード線と内層リード線とを含む軸方向に隣り合う複数の前記層の第１層であって、複数の前記巻きが前記外層リード線から前記内層リード線へ渦巻線状に内方へ巻かれており、前記第１層の複数の前記巻きを含む前記導電体の部分が、磁束の前記軸に対して略平行に配置され互いに背中合わせになった第１平坦表面と第２平坦表面とを含み、前記第１層の複数の前記巻きの各巻きの前記第１表面が、前記第１層の複数の前記巻きの隣接する巻きの前記第２表面と隣り合わせに直接的に接触させて配置されている、軸方向に隣り合う複数の前記層の第１層と、
ｄ．外層リード線と内層リード線とを含む軸方向に隣り合う複数の前記層の第２層であって、複数の前記巻きが前記外層リード線から前記内層リード線へ渦巻線状に内方へ巻かれており、前記第２層の複数の前記巻きを含む前記導電体の部分が、磁束の前記軸に対して略平行に配置され互いに背中合わせになった第１平坦表面と第２平坦表面とを含み、前記第２層の複数の前記巻きの各巻きの前記第１表面が、前記第２層の複数の前記巻きの隣接する巻きの前記第２表面と隣り合わせに直接的に接触させて配置されている、軸方向に隣り合う複数の前記層の第２層と、
をさらに備える、実施例１に記載のステータ。

実施例７
モータまたは発電機のための電気界磁コイルであって、
ａ．磁束の軸と、
ｂ．軸方向に隣り合う複数の層として構成された連続的な導電体であって、渦巻線状に配置された隣り合うそれぞれの複数の巻きを各層が備え、当該導電体が第１コイルリード線と第２コイルリード線とを備える、連続的な導電体と、
ｃ．外層リード線と内層リード線とを含む軸方向に隣り合う複数の前記層の第１層であって、複数の前記巻きが前記外層リード線から前記内層リード線へ渦巻線状に内方へ巻かれており、前記第１層の複数の前記巻きを含む前記導電体の部分が、磁束の前記軸に対して略平行に配置され互いに背中合わせになった第１平坦表面と第２平坦表面とを含み、前記第１層の複数の前記巻きの各巻きの前記第１表面が、前記第１層の複数の前記巻きの隣接する巻きの前記第２表面と隣り合わせに直接的に接触させて配置されている、軸方向に隣り合う複数の前記層の第１層と、
ｄ．外層リード線と内層リード線とを含む軸方向に隣り合う複数の前記層の第２層であって、複数の前記巻きが前記外層リード線から前記内層リード線へ渦巻線状に内方へ巻かれており、前記第２層の複数の前記巻きを含む前記導電体の部分が、磁束の前記軸に対して略平行に配置され互いに背中合わせになった第１平坦表面と第２平坦表面とを含み、前記第２層の複数の前記巻きの各巻きの前記第１表面が、前記第２層の複数の前記巻きの隣接する巻きの前記第２表面と隣り合わせに直接的に接触させて配置されている、軸方向に隣り合う複数の前記層の第２層と、
を備える、電気界磁コイル。

実施例８
前記第１層は、磁束の前記軸に関して位置合わせされた状態で、前記第２層と隣り合わせに配置されている、実施例７に記載の電気界磁コイル。

実施例９
前記導電体は、複数の前記層の各々の間で単体構成となっている、実施例８に記載の電気界磁コイル。

実施例１０
前記第１層および前記第２層のそれぞれの前記内層リード線は、一体的に連続している、実施例９に記載の電気界磁コイル。

実施例１１
前記導電体は、各層内に、互いに電気的に接合されたそれぞれの（各個の）別個のセグメントを備える、実施例８に記載の電気界磁コイル。

実施例１２
前記第１層の前記外層リード線は、前記第１コイルリード線を含む、実施例７に記載の電気界磁コイル。

実施例１３
電気モータまたは発電機であって、
ａ．ハウジングと、
ｂ．前記ハウジングによって回転可能に支持されたシャフトであって、前記モータの回転軸を定めるシャフトと、
ｃ．前記シャフトに対して相対的な回転が起こらないように接続された、少なくとも１つのロータであって、交番磁極パターンをつくり出すような向きを有する、半径方向に延在する互いに離隔した複数の磁石を備え、複数の前記磁石の複数の前記磁極が前記回転軸に対して略平行な向きを有する、少なくとも１つのロータと、
ｄ．回転不可能なステータであって、
ｉ．平たい形状の立体を形成するステータコアであって、熱伝導性材料を備えるステータコアと、
ｉｉ．前記ステータコアに固定された複数の界磁コイルであって、互いに周方向に離隔しており、複数の前記界磁コイルのそれぞれの各界磁コイルが、オープンコアを備える、複数の界磁コイルと、
ｉｉｉ．熱伝導性接着材料によって前記ステータコアに固定された複数の前記界磁コイルのそれぞれの各界磁コイルと、
を備える、回転不可能なステータと、
を備える、電気モータまたは発電機。

実施例１４
前記ステータコアは、周方向に離隔した複数のポケットを定めており、
複数の前記界磁コイルのそれぞれの界磁コイルは、それぞれの前記ポケット内に配置されている、実施例１３に記載のモータまたは発電機。

実施例１５
複数の前記ポケットの各ポケットは、半径方向に延在する複数の壁のそれぞれの対によって画定されている、実施例１４に記載のモータまたは発電機。

実施例１６
半径方向に延在する複数の前記壁の各壁は、周方向に隣り合った遠位端部の間にそれぞれのギャップを前記ステータコアが備えるように、半径方向内側遠位端部を備える、実施例１５に記載のモータまたは発電機。

実施例１７
それぞれの各フィールドコアは、
ａ．前記回転軸に対して略平行に配置された磁束の軸と、
ｂ．軸方向に隣り合う複数の層として構成された連続的な導電体であって、渦巻線状に配置された隣り合うそれぞれの複数の巻きを各層が備え、当該導電体が第１コイルリード線と第２コイルリード線とを備える、連続的な導電体と、
ｃ．外層リード線と内層リード線とを含む軸方向に隣り合う複数の前記層の第１層であって、複数の前記巻きが前記外層リード線から前記内層リード線へ渦巻線状に内方へ巻かれており、前記第１層の複数の前記巻きを含む前記導電体の部分が、磁束の前記軸に対して略平行に配置され互いに背中合わせになった第１平坦表面と第２平坦表面とを含み、前記第１層の複数の前記巻きの各巻きの前記第１表面が、前記第１層の複数の前記巻きの隣接する巻きの前記第２表面と隣り合わせに直接的に接触させて配置されている、軸方向に隣り合う複数の前記層の第１層と、
ｄ．外層リード線と内層リード線とを含む軸方向に隣り合う複数の前記層の第２層であって、複数の前記巻きが前記外層リード線から前記内層リード線へ渦巻線状に内方へ巻かれており、前記第２層の複数の前記巻きを含む前記導電体の部分が、磁束の前記軸に対して略平行に配置され互いに背中合わせになった第１平坦表面と第２平坦表面とを含み、前記第２層の複数の前記巻きの各巻きの前記第１表面が、前記第２層の複数の前記巻きの隣接する巻きの前記第２表面と隣り合わせに直接的に接触させて配置されている、軸方向に隣り合う複数の前記層の第２層と、
をさらに備える、実施例１３に記載のモータまたは発電機。

実施例１８
前記第１層は、磁束の前記軸に関して位置合わせされた状態で、前記第２層と隣り合わせに配置されている、実施例１７に記載の電気界磁コイル。

実施例１９
前記導電体は、複数の前記層の各々の間で単体構成となっている、実施例１８に記載の電気界磁コイル。

実施例２０
前記第１層および前記第２層のそれぞれの前記内層リード線は、一体的に連続している、実施例１９に記載の電気界磁コイル。

実施例２１
前記導電体は、各層内に、互いに電気的に接合されたそれぞれの別個のセグメントを備える、実施例１８に記載の電気界磁コイル。

実施例２２
前記第１層の前記外層リード線は、前記第１コイルリード線を含む、実施例１７に記載の電気界磁コイル。

実施例２３
複数の電気コイルを熱伝導性基板に据え付ける方法であって、
ａ．熱伝導性基板を設ける工程；
ｂ．前記基板から垂直方向に延在しかつ中心軸から半径方向に延在する、互いに周方向に離隔した複数の壁を設ける工程；
ｃ．複数の前記電気コイルのそれぞれの各電気コイルを、それぞれの複数の壁の対の間に、前記基板と隣り合わせに配置する工程、ここで、それぞれの各電気コイルは、空芯を有する；
ｄ．それぞれの各電気コイルを、それぞれの前記電気コイルの前記空芯に配置された熱伝導性接着材料によって前記基板に固定する工程、ここで、前記熱伝導性接着材料は、前記基板およびそれぞれの前記電気コイルと接触している
を含む、方法。

前述した説明は、本発明を例示および説明する目的のために提示されたものである。この説明は、網羅的なものとなるように意図したものではなく、または、本発明を開示された正確な形態に限定することを意図するものではない。例えば、「例えば」、「例として」および「一例」等の語句の使用を伴う所与の実施例は、非限定的なものとして解釈されるべきである。上記の教示に照らして、明らかな修正または変更が可能である。実施形態は、本発明の原理およびその実際的な適用を最も良く例証することによって、想定される特定の使用に適した様々な修正を行いつつ、様々な実施形態および形式において当業者が本発明を利用できるように、選択および記載されたものである。限られた数の実施形態のみが詳細に説明されているものの、本発明は、その範囲に関して、上述した説明に記載されまたは図面に示された構成要素の構成および配置の詳細に限定されるものではないことを理解されたい。本発明は、様々な方法で、また、様々な形式およびその他の実施形態において、実施または実行することができる。さらに、明確にするために、特定の用語が使用されている。各々の特定の用語には、同様の様態において機能して同様の目的を達成する、全ての技術的均等物が含まれることを理解されたい。本発明の範囲は、本明細書と共に提出した特許請求の範囲によって画定されることが意図されている。

本発明の教示に従って構成された、ハウジング内における電気モータ／発電機の内部構成要素を示す部分的な側面断面図である。図１の一部の構成要素の等角図である。図１のロータの平面図である。図１のステータの平面図である。図４の線４Ａ－４Ａに沿った断面である。図４のステータの界磁コイルを示す断片斜視図である。図５に示す界磁コイルの例示的な巻線の概略分解図である。

Claims

ステータであって、
ａ．平たい形状の立体を形成するステータコアであって、熱伝導性材料を備えるステータコアと、
ｂ．前記ステータコアに固定された複数の界磁コイルであって、互いに周方向に離隔しており、複数の前記界磁コイルのそれぞれの各界磁コイルが、オープンコアを備える、複数の界磁コイルと、
ｃ．熱伝導性接着材料によって前記ステータコアに固定された複数の前記界磁コイルのそれぞれの各界磁コイルと、
を備える、ステータ。
前記ステータコアは、周方向に離隔した複数のポケットを定めており、
複数の前記界磁コイルのそれぞれの界磁コイルは、それぞれの前記ポケット内に配置されている、請求項１に記載のステータ。
複数の前記ポケットの各ポケットは、半径方向に延在する複数の壁のそれぞれの対によって画定されている、請求項２に記載のステータ。
半径方向に延在する複数の前記壁の各壁は、周方向に隣り合った遠位端部の間にそれぞれのギャップを前記ステータコアが備えるように、半径方向内側遠位端部を備える、請求項３に記載のステータ。
前記ステータコアは、
ａ．外周部を有する略平坦なウェブ部分と、
ｂ．前記外周部から垂直方向に延在する環状壁と、
ｃ．前記ウェブ部分から垂直方向に延在し、前記環状壁から内方へ半径方向に延在する、複数の壁と、
ｄ．複数のポケットであって、複数の前記ポケットの各ポケットが複数の前記壁のそれぞれの対によって画定されており、それぞれの各界磁コイルがそれぞれのポケット内に配置されている、複数のポケットと、
を備える、請求項１に記載のステータ。
それぞれの各フィールドコアは、
ａ．磁束の軸と、
ｂ．軸方向に隣り合う複数の層として構成された連続的な導電体であって、渦巻線状に配置された隣り合うそれぞれの複数の巻きを各層が備え、当該導電体が第１コイルリード線と第２コイルリード線とを備える、連続的な導電体と、
ｃ．外層リード線と内層リード線とを含む軸方向に隣り合う複数の前記層の第１層であって、複数の前記巻きが前記外層リード線から前記内層リード線へ渦巻線状に内方へ巻かれており、前記第１層の複数の前記巻きを含む前記導電体の部分が、磁束の前記軸に対して略平行に配置され互いに背中合わせになった第１平坦表面と第２平坦表面とを含み、前記第１層の複数の前記巻きの各巻きの前記第１表面が、前記第１層の複数の前記巻きの隣接する巻きの前記第２表面と隣り合わせに直接的に接触させて配置されている、軸方向に隣り合う複数の前記層の第１層と、
ｄ．外層リード線と内層リード線とを含む軸方向に隣り合う複数の前記層の第２層であって、複数の前記巻きが前記外層リード線から前記内層リード線へ渦巻線状に内方へ巻かれており、前記第２層の複数の前記巻きを含む前記導電体の部分が、磁束の前記軸に対して略平行に配置され互いに背中合わせになった第１平坦表面と第２平坦表面とを含み、前記第２層の複数の前記巻きの各巻きの前記第１表面が、前記第２層の複数の前記巻きの隣接する巻きの前記第２表面と隣り合わせに直接的に接触させて配置されている、軸方向に隣り合う複数の前記層の第２層と、
をさらに備える、請求項１に記載のステータ。
モータまたは発電機のための電気界磁コイルであって、
ａ．磁束の軸と、
ｂ．軸方向に隣り合う複数の層として構成された連続的な導電体であって、渦巻線状に配置された隣り合うそれぞれの複数の巻きを各層が備え、当該導電体が第１コイルリード線と第２コイルリード線とを備える、連続的な導電体と、
ｃ．外層リード線と内層リード線とを含む軸方向に隣り合う複数の前記層の第１層であって、複数の前記巻きが前記外層リード線から前記内層リード線へ渦巻線状に内方へ巻かれており、前記第１層の複数の前記巻きを含む前記導電体の部分が、磁束の前記軸に対して略平行に配置され互いに背中合わせになった第１平坦表面と第２平坦表面とを含み、前記第１層の複数の前記巻きの各巻きの前記第１表面が、前記第１層の複数の前記巻きの隣接する巻きの前記第２表面と隣り合わせに直接的に接触させて配置されている、軸方向に隣り合う複数の前記層の第１層と、
ｄ．外層リード線と内層リード線とを含む軸方向に隣り合う複数の前記層の第２層であって、複数の前記巻きが前記外層リード線から前記内層リード線へ渦巻線状に内方へ巻かれており、前記第２層の複数の前記巻きを含む前記導電体の部分が、磁束の前記軸に対して略平行に配置され互いに背中合わせになった第１平坦表面と第２平坦表面とを含み、前記第２層の複数の前記巻きの各巻きの前記第１表面が、前記第２層の複数の前記巻きの隣接する巻きの前記第２表面と隣り合わせに直接的に接触させて配置されている、軸方向に隣り合う複数の前記層の第２層と、
を備える、電気界磁コイル。
前記第１層は、磁束の前記軸に関して位置合わせされた状態で、前記第２層と隣り合わせに配置されている、請求項７に記載の電気界磁コイル。
前記導電体は、複数の前記層の各々の間で単体構成となっている、請求項８に記載の電気界磁コイル。
前記第１層および前記第２層のそれぞれの前記内層リード線は、一体的に連続している、請求項９に記載の電気界磁コイル。
前記導電体は、各層内に、互いに電気的に接合されたそれぞれの別個のセグメントを備える、請求項８に記載の電気界磁コイル。
前記第１層の前記外層リード線は、前記第１コイルリード線を含む、請求項７に記載の電気界磁コイル。
電気モータまたは発電機であって、
ａ．ハウジングと、
ｂ．前記ハウジングによって回転可能に支持されたシャフトであって、前記モータの回転軸を定めるシャフトと、
ｃ．前記シャフトに対して相対的な回転が起こらないように接続された、少なくとも１つのロータであって、交番磁極パターンを備え、複数の前記磁極が前記回転軸に対して略平行な向きを有する、少なくとも１つのロータと、
ｄ．回転不可能なステータであって、
ｉ．平たい形状の立体を形成するステータコアであって、熱伝導性材料を備えるステータコアと、
ｉｉ．前記ステータコアに固定された複数の界磁コイルであって、互いに周方向に離隔しており、複数の前記界磁コイルのそれぞれの各界磁コイルが、オープンコアを備える、複数の界磁コイルと、
ｉｉｉ．熱伝導性接着材料によって前記ステータコアに固定された複数の前記界磁コイルのそれぞれの各界磁コイルと、
を備える、回転不可能なステータと、
を備える、電気モータまたは発電機。
前記ステータコアは、周方向に離隔した複数のポケットを定めており、
複数の前記界磁コイルのそれぞれの界磁コイルは、それぞれの前記ポケット内に配置されている、請求項１３に記載のモータまたは発電機。
複数の前記ポケットの各ポケットは、半径方向に延在する複数の壁のそれぞれの対によって画定されている、請求項１４に記載のモータまたは発電機。
半径方向に延在する複数の前記壁の各壁は、周方向に隣り合った遠位端部の間にそれぞれのギャップを前記ステータコアが備えるように、半径方向内側遠位端部を備える、請求項１５に記載のモータまたは発電機。
少なくとも１つの前記ロータは、前記交番磁極パターンをつくり出すような向きを有する、半径方向に延在する互いに離隔した複数の磁石を備える、請求項１３に記載のモータまたは発電機。
それぞれの各フィールドコアは、
ａ．前記回転軸に対して略平行に配置された磁束の軸と、
ｂ．軸方向に隣り合う複数の層として構成された連続的な導電体であって、渦巻線状に配置された隣り合うそれぞれの複数の巻きを各層が備え、当該導電体が第１コイルリード線と第２コイルリード線とを備える、連続的な導電体と、
ｃ．外層リード線と内層リード線とを含む軸方向に隣り合う複数の前記層の第１層であって、複数の前記巻きが前記外層リード線から前記内層リード線へ渦巻線状に内方へ巻かれており、前記第１層の複数の前記巻きを含む前記導電体の部分が、磁束の前記軸に対して略平行に配置され互いに背中合わせになった第１平坦表面と第２平坦表面とを含み、前記第１層の複数の前記巻きの各巻きの前記第１表面が、前記第１層の複数の前記巻きの隣接する巻きの前記第２表面と隣り合わせに直接的に接触させて配置されている、軸方向に隣り合う複数の前記層の第１層と、
ｄ．外層リード線と内層リード線とを含む軸方向に隣り合う複数の前記層の第２層であって、複数の前記巻きが前記外層リード線から前記内層リード線へ渦巻線状に内方へ巻かれており、前記第２層の複数の前記巻きを含む前記導電体の部分が、磁束の前記軸に対して略平行に配置され互いに背中合わせになった第１平坦表面と第２平坦表面とを含み、前記第２層の複数の前記巻きの各巻きの前記第１表面が、前記第２層の複数の前記巻きの隣接する巻きの前記第２表面と隣り合わせに直接的に接触させて配置されている、軸方向に隣り合う複数の前記層の第２層と、
をさらに備える、請求項１３に記載のモータまたは発電機。
前記第１層は、磁束の前記軸に関して位置合わせされた状態で、前記第２層と隣り合わせに配置されている、請求項１８に記載の電気界磁コイル。
前記導電体は、複数の前記層の各々の間で単体構成となっている、請求項１９に記載の電気界磁コイル。
前記第１層および前記第２層のそれぞれの前記内層リード線は、一体的に連続している、請求項２０に記載の電気界磁コイル。
前記導電体は、各層内に、互いに電気的に接合されたそれぞれの別個のセグメントを備える、請求項１９に記載の電気界磁コイル。
前記第１層の前記外層リード線は、前記第１コイルリード線を含む、請求項１８に記載の電気界磁コイル。
複数の電気コイルを熱伝導性基板に据え付ける方法であって、
ａ．熱伝導性基板を設ける工程；
ｂ．前記基板から垂直方向に延在しかつ中心軸から半径方向に延在する、互いに周方向に離隔した複数の壁を設ける工程；
ｃ．複数の前記電気コイルのそれぞれの各電気コイルを、それぞれの複数の壁の対の間に、前記基板と隣り合わせに配置する工程、ここで、それぞれの各電気コイルは、空芯を有する；
ｄ．それぞれの各電気コイルを、それぞれの前記電気コイルの前記空芯に配置された熱伝導性接着材料によって前記基板に固定する工程、ここで、前記熱伝導性接着材料は、前記基板およびそれぞれの前記電気コイルと接触している
を含む、方法。