JP6297487B2 - 電動機、発電機 - Google Patents
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Description
2011年6月10日に出願されたオーストラリア仮出願番号2011902310は、その全体が参照によって組み込まれる。
本開示は、様々な応用に適用される電動機/発電機、関連する方法、および/または、関連するシステムに広く関係する。本開示の一実施形態は、(1)可逆で、(2)電力および/またはRPMレンジの一部において高トルクを効率よく出力でき、(3)電力および/またはRPMレンジの一部において電力を効率よく出力でき、(4)所定の外部電力および/またはRPMレンジの全体を略介して、高トルクを効率よく出力でき、(5)所定の外部電力および/またはRPMレンジの全体を略介して、電力を効率よく出力でき、(6)小型で、(8)モジュール式で、または(7)これらの組み合わせの電動機/発電機に関係する。一実施形態は、例えば、直接駆動ホイールモータ、自走式装置、ポンプ、および/または、発電に利用される。
様々な応用に電動機/発電機を用いることは公知である。例えば、自走式装置、ポンプ、および/または、発電に用いられる。従来の電動機/発電機は、特定の速度および出力の仕様において、概して良く動作する。しかし、速度または出力が変化するにつれて、上記従来の電動機/発電機は効率を落とす。装置が高い効率を維持して動作することを保証するために、当該装置は、低速で足りる場合であっても、より早い速度で動作する。あるいは、継続的なメンテナンスと、故障のリスクを増す可動部の数の大幅な増加とを必要とする、高価で重いトランスミッションシステムと連動している。
本概要は、一実施形態を例示するものである。装置、使用方法、製造方法、および/または、システムが、本明細書において開示される。本概要において開示されない実施形態もあるが、本開示の他の例または他の部分において開示される。
図1は、本開示の一実施形態に係る電気モータの長手方向の断面図である。
本開示は、添付の図面によって図示される1つ又は複数の実施形態を参照して、詳細に説明される。例および実施形態は、説明方法として与えられるものであって、本開示の範囲を限定するものではない。また、一実施形態の一部として図示または説明される特徴はそれ自身によって用いられ、さらなる実施形態を与える1つ又は複数の他の実施形態とともに、一実施形態の一部として用いられるように、図示または説明される他の実施形態および他の特徴を与える。本開示は、そうした変形例および実施形態のみならず、他の変形例および/または改変例を包含することが理解されるだろう。一実施形態に含まれる1つ又は複数の特徴は、他の実施形態に含まれる1つ又は複数の特徴と組み合わせ可能であることも、理解されるだろう。さらに、特定の実施形態における単一の特徴または複数の特徴の組み合わせは、追加の実施形態を構成する。
効率に関して、コイル内での理想的な切り換え波形はサイン波である。サイン波は、ただ1つの周波数要素、基礎周波数を有しており、高調波が信号内に含まれていなくてもよいことを保証する。理想的な矩形波は、基礎周波数(矩形波の周波数)と、そのフーリエ級数に含まれる無限に続く高調波とで構成されていてもよい。高調波という用語には、いくつもの欠点がある。高周波信号は、表皮効果として知られるように、導体の外側の端部に沿って伝わり易い。周波数が高いほど、信号は表皮のより近くを伝わる。ワイヤの抵抗は、電子が伝わる交差部の領域に比例する。そのため、ワイヤの抵抗は、そのワイヤを通る周波数に比例する。さらに高周波信号は、他の装置との干渉を引き起こす装置からは放出されやすい。この放出効果は、CE、FCC、C−tickおよび他のコンプライアンス標準を通るように、抑制され、フィルターを掛けられる必要がある。差し込みコイルのデザインと組み合わされた円形の磁石は、良好なサイン波の出力を生成する。円筒形の磁石の結果は、磁石の総体積の削減である。今、図50を参照すると、台形の磁石の体積は、
ある実施形態では、図52に示すように、装置は、2つのモータを背中合わせに結合することによって、より多くの電力を提供するように拡張されてもよい。重量の節約および/または費用の節約は、図53に示すように、回転子を共有することによって達成され得る。この例では、磁石の総数は、内側の回転子(部材154および155)を共有化し、それらを組み合わせて1つの回転子(部材158)とすることによって、削減される。さらに、全ての回転子(合計で4枚)が遮蔽される必要がある共有しない構成とは異なり、外側の円盤(部材156および157)(板状部材)だけが、装置内の磁場を包含するために、地鉄(back iron)を必要とする。一般的に、地鉄は重いので、内側の回転子を共有することによる重量の節約は大きい。さらに、装置はよりコンパクトになり、組み合わせられる物質の質量が節約される。言い換えれば、磁石の総数(共有せず)は、
単一の相のみ供給する伝統的なモータは、シャフトに対して、回転あたり2回しか最大電力を印加することができない。モータの構成の間での基本的な比較は、得られる回転トルクが、永久磁石に対するコイルの角度差のサインに比例する(ταsin(F))ことを仮定することによって、使用されてもよい。
各瞬間に印加されるトルクは回転盤の角度の関数であるので、明白なトルクの滑らかさは、周波数によって変化する。すなわち、モータの速度が上昇するとともに、トルクの変化は不明瞭になってゆく。ある実施形態は、n相で作動することができるので、1つ以上のコイル(または各コイル)は、単一相のモータと比較して、n倍速く作動することができる。最適な位置においてコイルに印加される最大の電力を制限するために、デジタルのアルゴリズムを使用することによって、トルクをさらに滑らかにすることができる。このことは、最大トルクを少しだけ減少させる効果を有する可能性があるが、トルクの出力を実質的に滑らかにする。図55は、いくつかの標準的なモータの類型と比較した、特定のデジタル軸流モータの実施例のトルクの優れた滑らかさを実証するグラフを示す。これらの実施形態におけるモータの利点の1つは、n相のトルクの滑らかさの特性を保持したまま、各コイル(または1つ以上のコイル)に対する電力を個別に制御でき、十分に高い出力および/またはトルクを維持できることである。これらの実施形態は、トルクの滑らかさがより重要となる低回転にその場で変更する能力を有しており、モータが、情報処理機能の判断によって、滑らかなプロファイル、または、適切な最大トルクおよび/または出力(または高回転の最大トルクおよび/または出力)のプロファイルを適用してもよい。
ここで開示される例の実施形態は、1つまたは複数の回転子を備えていてもよい。それらの目的の1つは、固定子コイルが、回転子内のトルクを誘導するように、電磁石の近傍で磁場を生成することである。磁石は、様々な方法で、回転子に固定することができる。例えば、接着したり、(2つまたはそれ以上の回転子の層の間に)締め付けたり、および/または、(周囲を囲む孔に)干渉するように嵌め込んだり、(例えば、ボルトで、糸で、または他の適切な方法で)機械的に固定したり、(選択した磁石および/または回転子の物質に適用されたときに)溶接したり、焼結したりしてもよいし、他の実効的な手段またはそれらの組み合わせでもよい。
ここで開示される電気機械のある実施形態は、異なる種類および/または形状の磁石を組み込んでいてもよい。磁石の目的の1つは、磁場を誘導することであり、吊り下げられた電磁コイルは、この磁場を通過する(そして、コイル/回転子に動力を誘導する)ことができる。適用可能な種類の磁石は、例えば以下を含む:希土類の磁石(ネオジム(Neodymium)、ネオジム−ホウ素(Neodymium-boron)、サマリウム−コバルトの合金(Samarium-cobalt alloys)またはそれらの組み合わせが含まれるが、これらに限定されない);様々な種類の超伝導磁石;アルニコ(Alnico)、ビスマス(Bismano)、クニフェ(Cunife)、フェリコ(Ferico)、ホイスラー(Heusler)、メトグラス(Metglas)、および他の磁性合金またはそれらの組み合わせなどの物質(しかしこれらに限定されない)で構成された普通磁石および/または永久磁石;ワイヤコイルなどの電磁石(電磁場を誘導してもよい);符号化された量子スピン効果を有する物質による磁場;誘導磁石。この誘導磁石内では、垂直方向または実質的に垂直方向に電磁場に対して露出した鉄物質が、電磁場に晒されることによって、電磁場の中央に向けて押し出されていてもよい;またはその組み合わせ。
開示された電気機械のいくつかの構成は、電気コイルの位置を特定するために使用することができる1つ以上の固定子を組み込んでいてもよい。固定子は、筐体に対して直接的に組み込まれていてもよいし、独立していてもよいし、またはその組み合わせであってもよい。固定子のために選択される物質などは、「物質」の項目で概略的に説明された筐体の記載、または、ここの他で開示される型と同じ型に従う。選択された物質は、電気的に、かつ/または、熱的に、高い(または適切な)伝導性を有していてもよい。ある実施形態では、1つまたは複数の固定子は、導電体(電力の伝達体)、(電子機器およびコイルから筐体への)吸熱源(ヒ―トシンク)などとして使用されてもよいし、コイルおよび電子機器またはその組み合わせを機械的に支持していてもよい。ある実施形態では、1つまたは複数の固定子が、デジタルおよびアナログのいずれか一方の通信信号であって、電力層上またはそれ自体の層の上に重ねられられた通信信号を伝送することが可能であるか、またはその組み合わせであってもよい。そのため、固定子内の層は、電気伝導の目的のために使用される場合、互いから電気的に絶縁されていてもよい。ある実施形態では、絶縁方法は、強い陽極酸化処理を含んでいてもよい。強い陽極酸化処理では、プラスチックなどの複数の層の間で、物質を絶縁することを用いてもよいし、その組み合わせであってもよい。ある実施形態では、必要な物質および/またはその重量を削減するために、1つまたは複数の固定子内に、ギャップが含まれていてもよい。固定子が伝導物質なしで構成されているとき、コイルの周りで形成される渦電流を排除するために、ギャップが追加されていてもよい。例えば、図8に示されているように、固定子内には、電流が磁気コイルを通って流れるときに誘導される渦電流93の伝導路を破壊する磁気コイル92のための取り付け用孔の位置の近傍に、導電固定子91のギャップ90が導入される。ある実施形態では、コイルによって形成されたリングのどちらか一方の側面上に、2つの同心環状リングが放射状に形成されないように、ギャップが位置付けられている。
開示された電気機械のある実施形態は、異なる種類および/または形状の導電コイルを組み込んでいてもよい。その目的は、電流を利用することによって、現存する電磁場を誘導し、かつ/または、変更し、モータの回転子が回転することを引き起こす力を生成することである。ある実施形態では、コイルは、モータからの熱および電流の要求の両方を扱うのに十分な物質で構成されていてもよい。コイルは、抵抗熱による電力損失が最小であることを確実にするために、電気抵抗を低下させるように構成されていてもよい。コイルは、十分な力を生成するのに十分に大きい磁場を提供するように構成されていてもよい。あるいは、その組み合わせであってもよい。一例のコイルが、図4に示されている。
ある実施形態では、コイルおよび/または磁石は、多くの異なる物理的な構成において、組み合わせるか、または変更してもよい。ある実施形態では、軸方向の磁束の構成は、以下を含んで使用されていてもよい。軸方向に対して平行な、または実質的に平行な交流磁場を生成する、少なくとも1つ、2つ、または多数の磁石の回転盤、および、磁場の間にある複数のコイル。
束縛されていない磁界が、導電面に結合して、磁石の動作に対向する磁界を生成することが可能な渦電流を誘導してもよい。例えば、図18は、均等に分布した磁石の線形配列による磁場の横断面図である。ここで、連続する磁石95は、そのN極が上を向いており、残りの磁石94は、そのN極が下を向いており、磁場の北極102および南極103を誘導する中央の電磁コイルを備えている。図18は、遮蔽なしで外部に放射される磁場104を示す。図19は、図18に示されたシナリオにおいて、追加された鉄の遮蔽板105によって放射される電磁エネルギーの減少を示す。ある実施形態では、鉄による遮蔽の代わりに、ハルバッハ(Halbach)配列の構成が使用されてもよい。図20は、一番上の円盤上に慣用のハルバッハ配列の磁石の構成を備えた図18に示す適用例における、放射される電磁エネルギーの減少を示す。ハルバッハ配列の構成は、より小さい磁石106、および、対向する極性の磁石107を使用してもよい。より小さい磁石は、より大きい2つの磁石の間に位置しており、より大きな磁石の磁場に対して、実質的に垂直な磁場を有する。より小さな磁石は、最初のより大きな磁石から、次のより大きな磁石に向けて、磁線を屈曲させ、また、距離を縮小させる。磁束は、この距離の方向に、プレート108の終端を超えてループする。このことは、システムに鉄の遮蔽を追加する効果に近い効果を有する。そして、外部の電磁エネルギーを劇的に減少させる可能性がある。このことは、他の実施形態ではこの適用例に使用される鉄の遮蔽板の重量を節約する効果を有する。一方、鉄の遮蔽板105は、磁石の底面層に使用される。
ここで議論される囲いは、様々な目的に貢献する。ある実施形態では、それは、移動する部材および回路基板を(部分的に、実質的に、または完全に)覆うかまたは囲むように、設計されていてもよい。それは、適所に、1つまたは複数のコイル、電子機器を保持し、コイルおよび/または電子機器から離間した吸熱源を提供することができる。それは、ベアリングを支持し、かつ/または、シャフト上における軸方向の力を吸収することができる。それは、電子機器から電気的なエネルギーをそらすための導電体として使用されてもよい。または、その組み合わせであってよい。囲いは、回転子のシャフトから印加される不可による変形に抵抗することができるほど強靭な物質(または物質の組み合わせ)で構成されていてもよい。加えて、ある実施形態では、筐体は、部分的に、電流が流れることを原因とする熱揺らぎに抵抗することができることが望ましい。これらの目的に適合する物質の例には、アルミニウム、ポリマーまたは他の適切な物質が含まれるが、これらに限定されない。
ある実施形態では、電気的に制御される1つ以上のスイッチが、コイルを通る電流の大きさおよび方向を制御するために使用されてもよい。これらのスイッチは、以下の1つまたは複数を含む分離した構成要素(例えば、トランジスタおよび/または他のシリコンスイッチ技術)で構成されていてもよい。IGBTまたは他の類似技術;FETまたは他のチャネル/フィールド効果トランジスタに基づく装置(MOSFETなど);BJTまたは他のバイポーラトランジスタに基づく装置;ECPまたは他のエミッタ結合型のトランジスタ装置;トランジスタなどのデジタルスイッチ;シリコンカーバイドトランジスタ(silicon carbide transistor);ダイアモンドスイッチ(diamond switch);トライアック(Triac);ダイオード;SCR;他の適切な電気制御による切り換え技術;および、電気機械的なリレー。ある実施形態では、1つまたは複数のスイッチは、電磁コイルを駆動するために使用されてもよいし、また、他の方法で実現されてもよいし、また、以下の構成/装置の1つ以上で、全体または一部が構成されていてもよい。単一のスイッチ;H−ブリッジ(フルブリッジ);高い側と低い側との間での切り換えを有するハーフブリッジ;両側スイッチの構成;単相の電圧源変換装置;ハーフブリッジ電圧源変換装置;ACチョッパー調節装置;および、他の様々な1、2、3相および多層の構成。
ある実施形態では、1つまたは複数の電気的な構成要素の駆動操作に関して、1つまたは複数の制御機構が使用されてもよい。ハードウェアまたはソフトウェアの一方または両者で、1つまたは複数の制御機構が実現されてもよい。ある実施形態では、特定の例において活性化されるコイルの数は、0からコイルの総数までの間で変化してよい。この数の選択は、少なくとも部分的には、電流によるアクティブ制御機構に基づいていてよい。この決定は、主制御ユニット(MCU;Main Control Unit)において、コイル制御ユニット(CCU;Coil Control Unit)および/または外部のレベルで形成されてもよい。ある実施形態では、モータは、時計回りに、反時計回りに、または両方の方向に作動するように構成されていてもよい。ある実施形態では、動作を生成するために、コイルは、特定の瞬間にスイッチをオンおよびオフしてもよい。これらの瞬間は、以下の1つまたは複数によって決定されてもよい。
C.所望のモータのパフォーマンスを達成する他の適切な駆動シーケンス。
ある実施形態では、1つまたは複数の条件の下で最適化を実施するために、フィードバックが役に立つ可能性がある。しかしながら、特定の装置との協働でのみ費用に見合う可能性がある。フィードバックが必要でないとき、標準的な循環制御を使用してもよい。フィードバックは制御器(CCUまたはMCUまたはその両者)によって利用されてもよい。ある実施形態では、フィードバックは、各装置に対してローカルで収集されてもよいし、遠隔的に収集されてもよい。また、制御部内で概略的に表されるように、ハードウェアおよび/またはソフトウェアの一方で使用されてもよい。ある実施形態では、フィードバックは、1つまたは複数の装置にローカルで収集されてもよいし、遠隔的に収集されてもよい。また、ここで議論されているように、ハードウェアおよび/またはソフトウェアの一方で使用されてもよい。ある実施形態では、フィードバックは、以下の方法のうち1つまたは複数で測定され、かつ/または、取得されてもよい。ADCを介してコイルに瞬間的に、あるいは、常時または実質的に常時印加される電圧;コイルまたは電力供給源を通る電流(接触せず(ホール効果)に、または接触して測定される);逆起電力の測定(コイルが電力を受けていない間になされてもよい);角度的な位置(ここで議論されたようにセンサーによって取得される);磁場の強度または角度;温度;および加速度計を介した振動またはその他。ある実施形態では、回転子の角度的な位置は、以下の1つまたは複数を測定することによって取得されてもよい。絶対的な角度または位置;相対的な角度または位置;および速度。ある実施形態では、読み込みは、以下の1つまたは複数のように、センサを使用することによって達成されてもよい。GMR、AMRなどの、ホール効果および/または他の磁気センサ技術;光学的な、またはその他の、回転し、かつ/または方形である符号器;現在にコンピュータのマウスで使用されているレーザ/光学的追跡装置などの位置/速度の検知センサ;および、ソフトウェア処理と組み合わせたカメラ。
ある実施形態では、軸方向磁束電気機械は、コイル駆動制御器、コイル制御ユニット(CCU)、および/またはモーター制御ユニット(MCU)を含んでいてもよい。ある実施形態では、1つ以上のコイルのそれぞれの制御を維持しながら、制御器のレイアウトは変えられてもよい。ある実施形態では、少なくとも、実質的に多数のコイルのそれぞれの制御を維持しながら、制御器のレイアウトは変えられてもよい。ある実施形態では、多数のコイルのうち、少なくとも、50%、60%、70%、80%、90%、95%、98%、99%あるいは100%のコイルそれぞれの制御を維持しながら、制御器のレイアウトは変えられてもよい。制御器は、この開示に述べられているようにコイルを制御しながら、この開示に述べられているような「スイッチ」を駆動する。図24は、典型的なモータ制御ユニット(MCU)113と、コイル制御ユニット(CCU)115と、それらに利用可能な通信バス116および117との間の典型的な関係を図示している。1つ以上のMCUが、より多くのCCUのうちの1つと通信してもよい。また、ある実施形態にしたがって、1つ以上のコイル88のための1つ以上のコイルドライバ111を含むコイルドライバ構造も図示されている。CCUとMCUとコイルドライバとの間の信号伝達は、ガルバニック絶縁されていてもよい。図25は、ある実施形態に従い、CCU構造115を図示している。
次の例は、開示したある実施形態を使用して、設計および/または製造される多様な装置の例証となるものである。ここに開示した技術を用いて多数の装置が設計され構築されてもよいことを、ここに開示したアプローチを使用することによって熟考する。
ある実施形態は、電気的エネルギーを機械的エネルギーに変換するように使用されてもよい。これは牽引に使用されてもよい。ある実施形態では、モータは、ダイレクトドライブのため、車輪室に直接搭載されてもよい。図37および38に示す写真を参照のこと。図36は、牽引のアプリケーションに用いることができる典型的な電気機械を示しており、この設計についてのさらなる詳細は、図1で見ることができる。ある実施形態では、電気機械の外装は、その外装を、適切な締結によってサスペンションシステムに直接取り付け可能とする架台を備えていてもよく、および/または、既存のブレーキシステムが、電気機械の周りで使用されてもよい。車輪にモーターを直接取り付けることは、駆動シャフト、並びに可能性としてギアボックスおよびトランスミッションの重量を節約し、かつ、そのようなシステムの同じ機械的損失を被らないくらいにより効率的である。
自動車が、先行する自動車と所定距離を維持する能動的巡航制御;
自動車が衝突を回避するために自動的にブレーキをかける衝突回避;
自動車が緊急停止を検知して、最大の有効なブレーキをかける急ブレーキアシスト;
個々の車輪速度が他の入力に応じて調節される、ソフトウェアによる能動的差動制御;
個々の車輪のブレーキ力が、自動車の安定性を維持するためにリアルタイムに調節される能動的ブレーキバイアス;
牽引アプリケーション用であり、持続的または間欠的な電流源。
電気機械であって、少なくとも1つの固定子と、少なくとも1つの電磁コイルおよび少なくとも1つのスイッチを含み、前記少なくとも1つの固定子に取り付けられた少なくとも1つのモジュールと、複数の磁石が取り付けられた少なくとも1つの回転子とを備え、前記少なくとも1つのモジュールは、前記複数の磁石と間隔を空けた関係にあり、前記少なくとも1つの回転子は、前記少なくとも1つの固定子に対して回転する関係にあり、前記電気機械における前記少なくとも1つのモジュールの量および構造は、1つ又は複数の動作パラメータに一部基づいて決定され、前記少なくとも1つのモジュールは、独立して制御可能であり、前記少なくとも1つのモジュールは、動作中の少なくとも1つの動作パラメータ、動作中の少なくとも1つの性能パラメータ、および、これらの組み合わせのうちの1つ又は複数に少なくとも一部基づいて、再構成可能である電気機械。
電気機械であって、少なくとも1つの固定子と、少なくとも1つの電磁コイルおよび少なくとも1つのスイッチを含み、前記少なくとも1つの固定子に取り付けられた少なくとも1つのモジュールと、複数の磁石が取り付けられた少なくとも1つのスライダとを備え、前記少なくとも1つのモジュールは、前記複数の磁石と間隔を空けた関係にあり、前記少なくとも1つのスライダは、前記少なくとも1つの固定子と直線の関係にあり、前記電気機械における前記少なくとも1つのモジュールの量および構造は、1つ又は複数の動作パラメータに一部基づいて決定され、前記少なくとも1つのモジュールは、独立して制御可能であり、前記少なくとも1つのモジュールは、動作中の少なくとも1つの動作パラメータ、動作中の少なくとも1つの性能パラメータ、および、これらの組み合わせのうちの1つ又は複数に少なくとも一部基づいて、再構成可能である電気機械。
電気機械であって、少なくとも1つの固定子と、少なくとも1つの電磁コイルおよび少なくとも1つのスイッチを含み、前記少なくとも1つの固定子に取り付けられた少なくとも1つのモジュールと、複数の磁石が取り付けられた少なくとも1つのスライダとを備え、前記少なくとも1つのモジュールは、前記複数の磁石と間隔を空けた関係にあり、前記少なくとも1つの回転子は、前記固定子と直線、略直線、円形状、略円形状、アーチ状、略アーチ状、またはこれらの組み合わせの関係にあり、前記電気機械における前記少なくとも1つのモジュールの量および構造は、1つ又は複数の動作パラメータに一部基づいて決定され、前記少なくとも1つのモジュールは、独立して制御可能であり、前記少なくとも1つのモジュールは、動作中の少なくとも1つの動作パラメータ、動作中の少なくとも1つの性能パラメータ、および、これらの組み合わせのうちの1つ又は複数に少なくとも一部基づいて、再構成可能である電気機械。
電気機械であって、少なくとも1つの固定子と、少なくとも1つの電磁コイルおよび少なくとも1つのスイッチを含み、前記少なくとも1つの固定子に取り付けられた少なくとも1つのモジュールと、複数の磁石が取り付けられた少なくとも1つの板状部材または回転子とを備え、前記少なくとも1つのモジュールは、前記複数の磁石と間隔を空けた関係にあり、前記少なくとも1つの板状部材または回転子は、前記少なくとも1つの固定子に対して可動する関係にあり、前記電気機械における前記少なくとも1つのモジュールの量および構造は、1つ又は複数の動作パラメータに一部基づいて決定され、前記少なくとも1つのモジュールは、独立して制御可能であり、前記少なくとも1つのモジュールは、動作中の少なくとも1つの動作パラメータ、動作中の少なくとも1つの性能パラメータ、および、これらの組み合わせのうちの1つ又は複数に少なくとも一部基づいて、再構成可能である電気機械。
電気機械であって、少なくとも1つの固定子と、少なくとも1つの電磁コイルおよび少なくとも1つのスイッチを含み、前記少なくとも1つの固定子に取り付けられた少なくとも1つのモジュールと、複数の磁気誘導ループ(magnetic induction loops)が取り付けられた少なくとも1つの板状部材または回転子とを備え、前記少なくとも1つのモジュールは、前記複数の磁気誘導ループと間隔を空けた関係にあり、前記少なくとも1つの板状部材または回転子は、前記少なくとも1つの固定子に対して可動する関係にあり、前記電気機械における前記少なくとも1つのモジュールの量および構造は、1つ又は複数の動作パラメータに一部基づいて決定され、前記少なくとも1つのモジュールは、独立して制御可能であり、前記少なくとも1つのモジュールは、動作中の少なくとも1つの動作パラメータ、動作中の少なくとも1つの性能パラメータ、および、これらの組み合わせのうちの1つ又は複数に少なくとも一部基づいて、再構成可能である電気機械。
電気機械であって、少なくとも1つの固定子と、少なくとも1つの電磁コイルおよび少なくとも1つのスイッチを含み、前記少なくとも1つの固定子に取り付けられた少なくとも1つのモジュールと、複数の磁気抵抗投影部(magnetic reluctance projections)が取り付けられた少なくとも1つの板状部材または回転子とを備え、前記少なくとも1つのモジュールは、前記複数の磁気抵抗投影部と間隔を空けた関係にあり、前記少なくとも1つの板状部材または回転子は、前記少なくとも1つの固定子に対して可動する関係にあり、前記電気機械における前記少なくとも1つのモジュールの量および構造は、1つ又は複数の動作パラメータに一部基づいて決定され、前記少なくとも1つのモジュールは、独立して制御可能であり、前記少なくとも1つのモジュールは、動作中の少なくとも1つの動作パラメータ、動作中の少なくとも1つの性能パラメータ、および、これらの組み合わせのうちの1つ又は複数に少なくとも一部基づいて、再構成可能である電気機械。
電気機械であって、少なくとも1つの固定子と、少なくとも1つの電磁コイルおよび少なくとも1つのスイッチを含み、前記少なくとも1つの固定子に取り付けられた少なくとも1つのモジュールと、複数の磁石が取り付けられた少なくとも1つの回転子とを備え、前記少なくとも1つのモジュールは、前記複数の磁石と間隔を空けた関係にあり、前記少なくとも1つの回転子は、前記少なくとも1つの固定子に対して回転する関係にある電気機械。
電気機械であって、少なくとも1つの固定子と、少なくとも1つの電磁コイルおよび少なくとも1つのスイッチを含み、前記少なくとも1つの固定子に取り付けられた少なくとも1つのモジュールと、複数の磁石が取り付けられた少なくとも1つのスライダとを備え、前記少なくとも1つのモジュールは、前記複数の磁石と間隔を空けた関係にあり、前記少なくとも1つのスライダは、前記少なくとも1つの固定子と直線の関係にある電気機械。
電気機械であって、少なくとも1つの固定子と、少なくとも1つの電磁コイルおよび少なくとも1つのスイッチを含み、前記少なくとも1つの固定子に取り付けられた少なくとも1つのモジュールと、複数の磁石が取り付けられた少なくとも1つの回転子とを備え、前記少なくとも1つのモジュールは、前記複数の磁石と間隔を空けた関係にあり、前記少なくとも1つの回転子は、前記固定子と直線、略直線、円形状、略円形状、アーチ状、略アーチ状、またはこれらの組み合わせの関係にある電気機械。
電気機械であって、少なくとも1つの固定子と、少なくとも1つの電磁コイルおよび少なくとも1つのスイッチを含み、前記少なくとも1つの固定子に取り付けられた少なくとも1つのモジュールと、複数の磁石が取り付けられた少なくとも1つの板状部材または回転子とを備え、前記少なくとも1つのモジュールは、前記複数の磁石と間隔を空けた関係にあり、前記少なくとも1つの板状部材または回転子は、前記少なくとも1つの固定子に対して可動する関係にある電気機械。
電気機械であって、少なくとも1つの固定子と、少なくとも1つの電磁コイルおよび少なくとも1つのスイッチを含み、前記少なくとも1つの固定子に取り付けられた少なくとも1つのモジュールと、複数の磁気抵抗投影部が取り付けられた少なくとも1つの板状部材または回転子とを備え、前記少なくとも1つのモジュールは、前記複数の磁気抵抗投影部と間隔を空けた関係にあり、前記少なくとも1つの板状部材または回転子は、前記少なくとも1つの固定子に対して可動する関係にある電気機械。
電気機械であって、少なくとも1つの固定子と、少なくとも1つの電磁コイルおよび少なくとも1つのスイッチを含み、前記少なくとも1つの固定子に取り付けられた少なくとも1つのモジュールと、複数の磁気誘導ループが取り付けられた少なくとも1つの板状部材または回転子とを備え、前記少なくとも1つのモジュールは、前記複数の磁気誘導ループと間隔を空けた関係にあり、前記少なくとも1つの板状部材または回転子は、前記少なくとも1つの固定子に対して可動する関係にある電気機械。
前記〔例1A.7〕から〔例1A.12〕のうちの1つ又は複数に係る電気機械において、前記電気機械における前記少なくとも1つのモジュールの量および構造は、1つ又は複数の動作パラメータに一部基づいて決定され、前記少なくとも1つのモジュールは、独立して制御可能であり、前記少なくとも1つのモジュールは、動作中の少なくとも1つの動作パラメータ、動作中の少なくとも1つの性能パラメータ、および、これらの組み合わせのうちの1つ又は複数に少なくとも一部基づいて、再構成可能である。
前記〔例1A.7〕から〔例1A.12〕のうちの1つ又は複数に係る電気機械において、前記電気機械における前記少なくとも1つのモジュールの量および構造は、1つ又は複数の動作パラメータに一部基づいて決定される。
前記〔例1A.7〕から〔例1A.12〕のうちの1つ又は複数に係る電気機械において、前記少なくとも1つのモジュールは、独立して制御可能である。
前記〔例1A.7〕から〔例1A.12〕のうちの1つ又は複数に係る電気機械において、前記少なくとも1つのモジュールは、動作中の少なくとも1つの動作パラメータ、動作中の少なくとも1つの性能パラメータ、および、これらの組み合わせのうちの1つ又は複数に少なくとも一部基づいて、再構成可能である。
前記〔例1A.7〕から〔例1A.12〕のうちの1つ又は複数に係る電気機械において、前記電気機械における前記少なくとも1つのモジュールの量および構造は、1つ又は複数の動作パラメータに一部基づいて決定され、前記少なくとも1つのモジュールは、独立して制御可能である。
前記〔例1A.7〕から〔例1A.12〕のうちの1つ又は複数に係る電気機械において、前記少なくとも1つのモジュールは、独立して制御可能であり、前記少なくとも1つのモジュールは、動作中の少なくとも1つの動作パラメータ、動作中の少なくとも1つの性能パラメータ、および、これらの組み合わせのうちの1つ又は複数に少なくとも一部基づいて、再構成可能である。
前記〔例1A.7〕から〔例1A.12〕のうちの1つ又は複数に係る電気機械において、前記電気機械における前記少なくとも1つのモジュールの量および構造は、1つ又は複数の動作パラメータに一部基づいて決定され、前記少なくとも1つのモジュールは、動作中の少なくとも1つの動作パラメータ、動作中の少なくとも1つの性能パラメータ、および、これらの組み合わせのうちの1つ又は複数に少なくとも一部基づいて、再構成可能である。
前記すべての例のうちの1つ又は複数に係る電気機械において、前記動作中の1つ又は複数の動作パラメータは、最大角速度、平均角速度、最小角速度、最大出力、平均出力、最小出力、最大入力電圧、平均入力電圧、最小入力電圧、最大生成電圧、平均生成電圧、最小生成電圧、生成電圧の形状および周波数、ピーク入力電流、平均入力電流、最小入力電流、最大生成電流、平均生成電流、最小生成電流、最大トルク、平均トルク、最小トルク、トルク平滑度(torque smoothness)、活性化順序(activation sequence)、加速率、保持角度の正確性の序列(order of accuracy of hold angle)、角速度の分散の最小化、ブレーキ中の減速率(rate of deceleration during breaking)、シャフトの直径、前記電気機械の最大半径、前記電気機械の最大長、前記電気機械の最大奥行き、前記電気機械の最大高、最大滑動距離(maximum slide distance)、最小滑動距離(minimum slide distance)、前記電気機械の最大重量、前記電気機械の最小重量、最大抵抗電力損失(maximum resistive power loss)、および、ユニット冗長性(unit redundancy)および全体価格(overall price)のうちの1つ又は複数から選ばれる。
前記すべての例のうちの1つ又は複数に係る電気機械において、前記動作中の少なくとも1つの動作パラメータは、最大角速度、平均角速度、最小角速度、最大出力、平均出力、最小出力、最大入力電圧、平均入力電圧、最小入力電圧、最大生成電圧、平均生成電圧、最小生成電圧、生成電圧の形状および周波数、ピーク入力電流、平均入力電流、最小入力電流、最大生成電流、平均生成電流、最小生成電流、最大トルク、平均トルク、最小トルク、トルク平滑度、活性化順序、加速率、保持角度の正確性の序列、角速度の分散の最小化、ブレーキ中の減速率、シャフトの直径、前記電気機械の最大半径、前記電気機械の最大長、前記電気機械の最大奥行き、前記電気機械の最大高、最大滑動距離、最小滑動距離、前記電気機械の最大重量、前記電気機械の最小重量、最大抵抗電力損失、および、ユニット冗長性および全体価格のうちの1つ又は複数から選ばれる。
前記すべての例のうちの1つ又は複数に係る電気機械において、前記動作中の少なくとも1つの性能パラメータは、最大角速度、最大出力、生成中の出力電圧の偏差、要求生成電圧の維持、トルク平滑度、加速率、保持角度の正確性、角速度の分散の最小化、要求されたブレーキ中の減速率への適合度、最小抵抗電力損失、全体効率性、力率補正(power factor correction)、機械的高調波消去(mechanical harmonic cancelation)、電気的高調波消去(electrical harmonic cancelation)、再生成された出力電圧波形の正確性、および、生成周波数の正確性のうちの1つ又は複数から選ばれる。
前記すべての例のうちの1つ又は複数に係る電気機械において、前記動作中の1つ又は複数の性能パラメータは、最大角速度、最大出力、生成中の出力電圧の偏差、要求生成電圧の維持、トルク平滑度、加速率、保持角度の正確性、角速度の分散の最小化、要求されたブレーキ中の減速率への適合度、最小抵抗電力損失、全体効率性、力率補正、機械的高調波消去、電気的高調波消去、再生成された出力電圧波形の正確性、および、生成周波数の正確性のうちの1つ又は複数から選ばれる。
前記すべての例のうちの1つ又は複数に係る電気機械において、前記少なくとも1つのモジュールは、動作中の少なくとも1つの動作パラメータ、動作中の少なくとも1つの性能パラメータ、およびこれらの組み合わせのうちの1つ又は複数に少なくとも一部基づいて、再構成可能であり、前記動作中の少なくとも1つの動作パラメータは、前記〔例4A.3〕に列挙されたパラメータのうちの1つ又は複数から選択され、前記動作中の少なくとも1つの性能パラメータは、前記〔例4.2〕に列挙されたパラメータのうちの1つ又は複数から選択される。
前記すべての例のうちの1つ又は複数に係る電気機械において、前記少なくとも1つの電磁コイルは、略円形に配置された、または軸方向磁束に沿って配置された複数の電磁コイルを含む。
前記すべての例のうちの1つ又は複数に係る電気機械において、前記少なくとも1つの電磁コイルおよび前記複数の磁石は、角度をつけてオフセットされた配置、または放射状にオフセットされた配置にある。
前記すべての例のうちの1つ又は複数に係る電気機械において、前記少なくとも1つの電磁コイルに含まれるコイルの数は、前記複数の磁石に含まれる磁石の数と同じではない。
前記すべての例のうちの1つ又は複数に係る電気機械において、前記複数の電磁コイルに含まれるコイルの数は、前記複数の磁石に含まれる磁石の数と同じであり、同心アライメント(concentric alignment)を防ぐために、前記複数の電磁コイルと前記複数の磁石との間隔は、幾何学的にオフセットされている。
前記すべての例のうちの1つ又は複数に係る電気機械において、前記少なくとも1つの電磁コイルに含まれるコイルの数は、前記複数の磁石に含まれる磁石の数より少なくとも1つ少ない。
前記すべての例のうちの1つ又は複数に係る電気機械において、前記複数の電磁コイルは、前記複数の磁石に対して軸方向に沿って配置されている。
前記すべての例のうちの1つ又は複数に係る電気機械において、前記複数の電磁コイルは、前記複数の磁石に対して少なくとも5°、10°、15°、20°、25°、30°、35°、40°、または45°の角度をつけるように、軸方向に沿わずに(axially misaligned)配置されている。
前記すべての例のうちの1つ又は複数に係る電気機械において、前記複数の電磁コイルは、前記少なくとも1つの固定子に対して軸方向に沿って配置され、前記複数の磁石は、前記少なくとも1つの回転子に対して軸方向に沿って配置されている。
前記すべての例のうちの1つ又は複数に係る電気機械において、前記複数の電磁コイルは、前記少なくとも1つの固定子に対して略垂直または垂直であり、前記複数の磁石のコイルは、前記少なくとも1つの回転子に対して略垂直または垂直である。
前記すべての例のうちの1つ又は複数に係る電気機械は、動作中の機械力による変形に、適切に耐えるのに機械的に十分である筐体(enclosure)をさらに備えている。
前記すべての例のうちの1つ又は複数に係る電気機械は、熱伝導性の筐体をさらに備えている。
前記すべての例のうちの1つ又は複数に係る電気機械は、1つ又は複数の電子スイッチに対する伝導体として用いられる筐体をさらに備えている。
前記すべての例のうちの1つ又は複数に係る電気機械において、前記電気機械の荷重配分比に対する電力は、1キロワットあたり5、10、20、50、100、500、1000キログラムである。
前記すべての例のうちの1つ又は複数に係る電気機械において、前記電気機械の荷重配分比に対する電力は、1キロワットあたり5から1000、5から10、10から100、10から500、10から50、20から1000、20から50、50から100、50から500、100から500、または500から1000キログラムの間である。
前記すべての例のうちの1つ又は複数に係る電気機械において、前記電気機械の荷重配分比に対する電力は、サイズおよび重量が略類似する三相電気機械のブラシレス永久磁石(brushless permanent magnet three phase electrical machine)より10%、25%、50%、100%、125%、150%、200%、250%、300%、500%、1000%大きい。
前記すべての例のうちの1つ又は複数に係る電気機械において、前記電気機械の荷重配分比に対する電力は、サイズおよび重量が略類似する三相電気機械のブラシレス永久磁石よりも、10%から1000%、10%から25%、10%から100%、25%から50%、25%から150%、50%から250%、50%から100%、100%から125%、100%から250%125%から150%、150%から300%、200%から1000%、250%から500%、250%から1000%、または、500%から1000%大きい。
前記すべての例のうちの1つ又は複数に係る電気機械は、前記少なくとも1つの回転子の絶対位置または相対位置を検知する少なくとも1つのセンサと、前記少なくとも1つのセンサ、少なくとも1つの電力コマンド、少なくとも1つの駆動、生成、ブレーキ、および保持のコマンドのうちの1つ又は複数を含む少なくとも1つのモードコマンド、および、少なくとも1つの回転方向コマンドのうちの1つ又は複数の入力に応答する少なくとも1つの制御システムとをさらに備えている。
前記〔例19A.1〕に係る電気機械において、前記少なくとも1つの制御システムは、駆動設定にあるか、前記少なくとも1つの駆動のモードコマンドを有しているか、であり、前記少なくとも1つの制御システムは、運動を生成するために、前記少なくとも1つの電磁コイルにエネルギーを与えて前記複数の磁石を吸引および反斥する、少なくとも1つのスイッチを駆動する。
前記〔例19A.1〕に係る電気機械において、前記電気機械は、生成設定にあるか、電力を生成する少なくとも1つのモードコマンドを有しているか、であり、前記少なくとも1つの制御システムは、1つ又は複数のコイルを外部の電力レールに接続する、少なくとも1つのスイッチを駆動する。
前記〔例19A.1〕に係る電気機械において、前記電気機械は、ブレーキ設定にあるか、前記少なくとも1つのブレーキのモードコマンドを有しているか、であり、前記少なくとも1つの制御システムは、前記少なくとも1つの電磁コイルの両端を反対側の運動に接続する、少なくとも1つのスイッチを駆動する。
前記〔例19A.1〕に係る電気機械において、前記電気機械は、保持設定にあるか、前記少なくとも1つの保持のモードコマンドを有しているか、であり、前記少なくとも1つの制御システムは、運動を停止するために、前記少なくとも1つの電磁コイルにエネルギーを与えて前記複数の磁石を吸引および反斥する、少なくとも1つのスイッチを駆動する。
前記すべての例のうちの1つ又は複数に係る電気機械において、動作中の前記少なくとも1つの制御システムは、動作期間において略連続的に、前記少なくとも1つの動作パラメータに関して、動作の1つ又は複数の適当な効率モードを決定する。
前記すべての例のうちの1つ又は複数に係る電気機械において、動作中の前記少なくとも1つの制御システムは、動作期間において略連続的に、前記少なくとも1つの動作パラメータ、前記少なくとも1つの性能パラメータ、またはこれらの組み合わせに関して、動作の1つ又は複数の適当な効率モードを決定する。
前記すべての例のうちの1つ又は複数に係る電気機械において、前記電気機械は、当該電気機械のRPMレンジの50%、60%、70%、80%、90%、95%、98%、または、100%を超える効率で動作可能である。
前記すべての例のうちの1つ又は複数に係る電気機械において、前記電気機械は、1立方メーターあたり、約100,500、1000、2000、5000、10000、または、20000キロワットの電力分布を有する。
前記すべての例のうちの1つ又は複数に係る電気機械において、前記電気機械は、1立方メーターあたり、少なくとも100、500、1000、2000、5000、10000、または、20000キロワットの電力分布を有する。
前記すべての例のうちの1つ又は複数に係る電気機械において、前記電気機械は、100から20000、100から200、100から500、250から500、500から1000、500から2000、1000から10000、1000から5000、2000から5000、5000から10000、5000から15000、または、10000から20000キロワットの間の電力分布を有する。
前記すべての例のうちの1つ又は複数に係る電気機械において、前記電気機械の前記少なくとも1つの動作パラメータは、略実時間で再構成される。
前記すべての例のうちの1つ又は複数に係る電気機械において、前記少なくとも1つの動作パラメータ、前記少なくとも1つの性能パラメータ、および前記電気機械におけるこれらの組み合わせのうちの1つ又は複数は、略実時間で再構成される。
前記すべての例のうちの1つ又は複数に係る電気機械において、前記少なくとも1つの制御システムは、前記複数のコイルの少なくとも30%、40%、50%、60%、70%、80%、90%、95%、または、100%に対して、個別に制御を与える。
前記すべての例のうちの1つ又は複数に係る電気機械において、前記電気機械の前記少なくとも1つの動作パラメータは、略実時間で再構成され、性能の最適な設定は、動作速度および動作負荷のうちの1つ又は複数の50%、60%、70%、80%、90%、95%、98%、または、100%に決定され、実装される。
前記すべての例のうちの1つ又は複数に係る電気機械において、前記複数のコイルのタイミングは、当該複数のコイルのタイミングを連続的に最適化するために、略実時間で再構成される。
前記すべての例のうちの1つ又は複数に係る電気機械において、前記少なくとも1つのコイルのタイミングは、当該少なくとも1つのコイルのタイミングを連続的に最適化するために、略実時間で再構成される。
前記すべての例のうちの1つ又は複数に係る電気機械において、永久磁石の総数は、最低10%、15%、20%、25%、30%、35%、40%、45%、50%、55%、60%、または、70%まで減少し、三相電気機械のブラシレス永久磁石と同程度の出力を依然与える。
前記すべての例のうちの1つ又は複数に係る電気機械において、永久磁石の総数は、最低10%から70%、10%から25%、20%から50%、15%から35%、20%から55%、25%から50%、30%から60%、35%から50%、40%から60%、45%から70%、または、50%から70%の間まで減少し、三相電気機械のブラシレス永久磁石と同程度の出力を依然与える。
前記すべての例のうちの1つ又は複数に係る電気機械において、前記複数のコイルは、同程度の出力を有する三相電気機械のブラシレス永久磁石より、約1000、500、100、50、40、35、30、25、20、15、10、5回少ない変化を回転によるトルクに生じる。
前記すべての例のうちの1つ又は複数に係る電気機械において、前記複数のコイルは、同程度の出力を有する三相電気機械のブラシレス永久磁石より、1000から100、1000から100、500から100、500から20、100から5、100から30、50から10、40から15、35から10、30から15、25から10、20から5、15から5、または、10から5回の間だけ少ない変化を回転によるトルクに生じる。
前記すべての例のうちの1つ又は複数に係る電気機械において、前記複数の磁石は、同程度の出力を有する三相電気機械のブラシレス永久磁石より、少なくとも10%、15%、20%、30%、40%、50%、または、60%だけ材料を節約している。
前記すべての例のうちの1つ又は複数に係る電気機械において、前記複数の磁石は、同程度の出力を有する三相電気機械のブラシレス永久磁石より、10%から60%、10%から30%、15%から30%、20%から50%、30%から50%、40%から60%、または、50%から70%の間だけ材料を節約している。
前記すべての例のうちの1つ又は複数に係る電気機械において、出力あたりの抵抗電力損失が同程度である三相電気機械のブラシレス永久磁石に含まれる銅を、少なくとも10%、15%、20%、30%、40%、100%、200%、1000%より多く節約している。
前記すべての例のうちの1つ又は複数に係る電気機械において、出力あたりの抵抗電力損失が同程度である三相電気機械のブラシレス永久磁石に含まれる銅を、少なくとも10%から100%、15%から40%、20%から100%、20%から200%、30%から1000%、40%から150%、100%から200%、200%から500%、200%から1000%、500%から1000%の間より多く節約している。
前記すべての例のうちの1つ又は複数に係る電気機械において、前記固定子は、アルミニウム、スチール、銅、ポリエチレン、アクリル、ポリマー補強されたカーボンファイバ、ポリマー補強されたグラスファイバ、他の金属、プラスチックおよび/または複合材料、または、これらの組み合わせによって製造され、適切な剛性を有する。
前記すべての例のうちの1つ又は複数に係る電気機械において、前記回転子は、アルミニウム、スチール、銅、ポリエチレン、アクリル、ポリマー補強されたカーボンファイバ、ポリマー補強されたグラスファイバ、他の金属、プラスチックおよび/または複合材料、または、これらの組み合わせによって製造され、適切な剛性を有する。
前記すべての例のうちの1つ又は複数に係る電気機械において、前記筐体は、アルミニウム、スチール、銅、ポリエチレン、アクリル、ポリマー補強されたカーボンファイバ、ポリマー補強されたグラスファイバ、他の金属、プラスチックおよび/または複合材料、または、これらの組み合わせによって製造され、適切な剛性を有する。
前記すべての例のうちの1つ又は複数に係る電気機械において、前記回転子またはスライダにおける磁界は、希土又は他の永久磁石の従来形式を用いて生成される。
前記すべての例のうちの1つ又は複数に係る電気機械において、前記複数の磁界生成器は、電流を誘導し、磁界を生成する金属材料のループまたはコイルのうちの1つ又は複数である。
前記すべての例のうちの1つ又は複数に係る電気機械において、前記複数の磁界生成器は、磁界の方向を変える強磁性物質の一片である。
前記すべての例のうちの1つ又は複数に係る電気機械において、前記少なくとも1つのモジュールに含まれる前記少なくとも1つのスイッチは、空間、コスト、またはその両方を節約するために、同一の回路基板に組み立てられている。
前記すべての例のうちの1つ又は複数に係る電気機械において、前記少なくとも1つのモジュールに含まれる前記少なくとも1つのスイッチは、同一の回路基板に組み立てられている。
前記すべての例のうちの1つ又は複数に係る電気機械において、前記少なくとも1つのモジュールに含まれる前記少なくとも1つの電磁コイルは、空間、コスト、またはその両方を節約するために、単一のユニットとして組み立てられている。
前記すべての例のうちの1つ又は複数に係る電気機械において、前記少なくとも1つのモジュールに含まれる前記少なくとも1つの電磁コイルは、単一のユニットとして組み立てられている。
前記すべての例のうちの1つ又は複数に係る電気機械において、前記少なくとも1つのモジュールは、分離された固定子の構造なしに、前記少なくとも1つの固定子を構築するために、1つ又は複数の他のモジュールに取り付けられた筐体を有する。
前記すべての例のうちの1つ又は複数に係る電気機械において、前記複数の磁石のうちの1つ又は複数は、その周囲に筐体を有し、前記複数の磁石のうちの1つ又は複数は、1つ又は複数の他の磁石に取り付けられ、少なくとも1つのシャフトに接続する少なくとも1つの回転子を形成する。
前記すべての例のうちの1つ又は複数に係る電気機械において、他のモジュールに対する前記少なくとも1つのモジュールと、前記少なくとも1つの固定子との物理的な位置は、制御ソフトウェアにハード・コード(hard coded)されている。
前記すべての例のうちの1つ又は複数に係る電気機械において、他のモジュールに対する前記少なくとも1つのモジュールと、前記少なくとも1つの固定子との物理的な位置は、スイッチ、はんだブリッジ(solder bridges)、ジャンパ(jumpers)、裁断プリント基板回路のトラック(cutting printed circuit tracks)、電気的に接続および切断する他の適切な方法、またはこれらの組み合わせを用いて構築された電気的接続の1つ又は複数の順列によって、符号化されている。
前記すべての例のうちの1つ又は複数に係る電気機械において、他のモジュールに対する前記少なくとも1つのモジュールと、前記少なくとも1つの固定子との物理的な位置は、前記モジュールの位置を符号化する一連の電気的接触、光の反射、磁力、または、これらの組み合わせによって、前記少なくとも1つの固定子において、前記少なくとも1つのモジュールが挿入される位置の近傍で検知される。
前記すべての例のうちの1つ又は複数に係る電気機械であって、前記〔例41A〕、〔例42A〕、および、〔例43A〕の、1つ又は複数の組み合わせの電気機械である。
前記すべての例のうちの1つ又は複数に係る電気機械において、前記少なくとも1つの電磁コイルは、前記少なくとも1つの固定子の周囲に配置される。
前記すべての例のうちの1つ又は複数に係る電気機械は、少なくとも1つのシャフトをさらに備えている。
前記すべての例のうちの1つ又は複数に係る電気機械において、前記少なくとも1つの電磁コイルは、前記少なくとも1つの回転子の周囲に配置され、前記少なくとも1つの電磁コイルの1つ又は複数、前記少なくとも1つの電磁コイルのうちの複数、または前記少なくとも1つの電磁コイルのうちの複数の一部の中心直径と略同一の中心直径を有する。
前記すべての例のうちの1つ又は複数に係る電気機械において、前記少なくとも1つの電磁コイルは、前記少なくとも1つの回転子の周囲に配置され、前記少なくとも1つの電磁コイルの1つ又は複数、前記少なくとも1つの電磁コイルのうちの複数、または前記少なくとも1つの電磁コイルのうちの複数の一部の中心直径と略同一の中心直径を有し、前記複数の磁石のうちの2以上は、交番する極配向(alternating pole orientation)を有する。
前記すべての例のうちの1つ又は複数に係る電気機械において、前記複数の磁石に含まれる2以上の磁石は、交番する極配向を有する。
前記すべての例のうちの1つ又は複数に係る電気機械において、前記少なくとも1つの固定子と前記少なくとも1つの回転子との間に、間隙がある。
前記すべての例のうちの1つ又は複数に係る電気機械において、前記少なくとも1つの電磁コイルの相対重量は、略同程度の抵抗損失を有する単一相の電気機械と比較して、コイル総数の逆数と略等しい。
前記すべての例のうちの1つ又は複数に係る電気機械において、前記電気機械は、n個のコイルを有し、略同程度の抵抗損失を有する単一相の電気機械と比較して、略1/(n−1)から1/(n+1)までの重量を有する。
前記すべての例のうちの1つ又は複数に係る電気機械において、モジュールがコイルを活性化させる1つ又は複数の順序は、前記電気機械が動作する間に計算され、前記少なくとも1つのモジュールが活性化させる前記順序は、当該モジュール配列における幾何学的位置に連続して基づく。
前記すべての例のうちの1つ又は複数に係る電気機械において、モジュールがコイルを活性化させる順序は、機械が動作する間に計算され、モジュールが活性化させる前記順序は、当該モジュール配列における幾何学的位置に連続して基づく。
前記すべての例のうちの1つ又は複数に係る電気機械において、前記1つ又は複数のモジュールがコイルを活性化させる順序は、電気機械が動作する間に計算され、少なくとも1つのモジュールが活性化させる前記順序は、センサのフィードバックに少なくとも一部基づく。
前記すべての例のうちの1つ又は複数に係る電気機械において、モジュールがコイルを活性化させる順序は、機械が動作する間に計算され、モジュールが活性化させる前記順序は、センサのフィードバックに基づく。
前記すべての例のうちの1つ又は複数に係る電気機械において、モジュールがコイルを活性化させる順序は、機械が動作する間に計算され、モジュールが活性化させる前記順序は、順序のパターンによって決定される。
前記すべての例のうちの1つ又は複数に係る電気機械において、モジュールがコイルを活性化させる順序は、機械が動作する間に計算され、前記少なくとも1つのモジュールが活性化させる前記順序は、1つ又は複数の順序のパターンの少なくとも一部によって決定される。
前記すべての例のうちの1つ又は複数に係る電気機械において、モジュールがコイルを活性化させる順序は、機械が動作する間に計算され、前記少なくとも1つのモジュールが活性化させる前記順序は、1つ又は複数の最適電力使用計画の少なくとも一部に基づいて決定される。
前記すべての例のうちの1つ又は複数に係る電気機械において、モジュールがコイルを活性化させる順序は、あらかじめ決定されて記憶されており、当該順序は、センサのフィードバックから少なくとも一部由来するものである。
前記すべての例のうちの1つ又は複数に係る電気機械において、モジュールがコイルを活性化させる順序は、あらかじめ決定されて記憶されており、前記順序の実体は、前記モジュールに記憶された、あらかじめ計算されたデータに由来するものである。
前記すべての例のうちの1つ又は複数に係る電気機械において、モジュールがコイルを活性化させる順序は、あらかじめ決定されて記憶されており、前記順序の実体は、前記モジュールに記憶された、あらかじめ計算されたデータに少なくとも一部由来するものである。
前記すべての例のうちの1つ又は複数に係る電気機械において、モジュールがコイルを活性化させる順序は、あらかじめ決定されて記憶されており、前記順序の実体は、通信バスを介した外部モジュールに由来するものである。
前記すべての例のうちの1つ又は複数に係る電気機械において、モジュールがコイルを活性化させる順序は、あらかじめ決定されて記憶されており、前記順序の実体は、1つ又は複数の通信バスを介した、1つ又は複数の外部モジュールに由来するものである。
前記すべての例のうちの1つ又は複数に係る電気機械において、モジュールがコイルを活性化させる順序は、前記例のうちの1つ又は複数に基づいて決定されるか、前記例のうちの1つ又は複数に基づいて由来するものであるか、または、その両方である。
前記すべての例のうちの1つ又は複数に係る電気機械において、前記活性化順序にしたがって電力を与えられたコイルの総数は、動作中にコイル総数からゼロまで変化し得る。
前記すべての例のうちの1つ又は複数に係る電気機械において、前記活性化順序にしたがって電力を与えられた前記少なくとも1つの電磁コイルの総数は、動作中にコイル総数からゼロまで変化してよい。
前記すべての例のうちの1つ又は複数に係る電気機械において、前記少なくとも1つの電磁コイルの活性化の総数は、センサのフィードバックに基づいてもよいし、基づかなくてもよい。
前記すべての例のうちの1つ又は複数に係る電気機械において、前記電気機械は、少なくとも1つの制御モジュールにおいて集中制御されている。
前記すべての例のうちの1つ又は複数に係る電気機械において、前記電気機械は、独立して動作する1つ又は複数のモジュールにおいて分散制御されている。
前記すべての例のうちの1つ又は複数に係る電気機械において、前記電気機械の制御は、2以上の所定のモジュールの間で仲裁される。
前記すべての例のうちの1つ又は複数に係る電気機械において、1つ又は複数のモジュールが、前記電気機械の動作中に、当該電気機械の動作状態に略影響を与えることなく、個別に除去され、追加され、または置換される。
前記〔例66A〕に係る電気機械において、1、2、3、4、5、6、7、8、9、または、10つのモジュールが、前記電気機械の動作中に、当該電気機械の動作状態に略影響を与えることなく、個別に除去され、追加され、または置換される。
前記〔例66A〕に係る電気機械において、1、2、3、4、5、6、7、8、9、または、10つのモジュールが、前記電気機械の動作中に、当該電気機械の動作状態に略影響を与えることなく、個別に除去され、追加され、または置換される。
前記すべての例のうちの1つ又は複数に係る電気機械において、前記少なくとも1つのモジュールのうちの1つ又は複数は、前記電気機械の電源が落ちている間に、個別に除去され、追加され、または置換される。
前記すべての例のうちの1つ又は複数に係る電気機械において、それぞれのモジュールによって使用される前記少なくとも1つの動作パラメータのうちの1つ又は複数は、前記電気機械の動作中に、センサのフィードバックに少なくとも一部基づいて動的に調整される。
前記すべての例のうちの1つ又は複数に係る電気機械において、それぞれのモジュールによって使用される前記少なくとも1つの動作パラメータのうちの1つ又は複数は、前記電気機械の動作中に動的に調整され、使用される調整方法は、機械学習のアルゴリズムを含んでもよいし、含まなくてもよい。
前記すべての例のうちの1つ又は複数に係る電気機械において、前記電気機械の制御システムは、初期の出力または入力の回転軸に対して、時計回りおよび反時計回りの両方向でモータが動作することを許可する。
前記すべての例のうちの1つ又は複数に係る電気機械において、前記少なくとも1つのモジュールのうちの1つ又は複数は、ハードウェア、ソフトウェア、またはその両方で実装された1つ又は複数の安全システムをさらに含み、フィードバックベースのイベントが生じた場合、コイルの電源を自動的に落とす。
前記すべての例のうちの1つ又は複数に係る電気機械において、前記少なくとも1つのモジュールのうちの1つ又は複数は、1つ又は複数のモジュールに対する1つ又は複数の拡張電源の安全遮断制御入力(external power safety cut-off control inputs)を含む。当該入力は、触覚スイッチ(tactile switches)またはデジタルタッチパネルまたは通信バスの形式をとり、当該遮断は、それぞれのモジュールにおいて初期の制御器をバイパス(bypass)するように設計されている。
前記すべての例のうちの1つ又は複数に係る電気機械において、前記少なくとも1つのモジュールの1つ又は複数は、1つ又は複数のモジュールに対する1つ又は複数の拡張電源の安全遮断制御入力をさらに含み、当該入力は、触覚スイッチ、デジタルタッチパネル、通信バス、またはこれらの組み合わせのうちの1つ又は複数であってよく、当該遮断は、前記少なくとも1つのモジュールの1つ又は複数において、初期の制御器をバイパスするように設計されている。
前記すべての例のうちの1つ又は複数に係る電気機械は、前記少なくとも1つのモジュールは、コギング効果を弱めて効率を改善するために、当該モジュールに含まれるコイルからの逆起電力(back EMF)を検知する少なくとも1つのセンサをさらに含み、電力を遮断されたコイルの逆起電力は、動作中に、少なくとも1つのコイル制御ユニットに含まれるアナログデジタル変換器を用いて、速度の代表レンジ(representative range)で記録され、前記電力を遮断されたコイルは、前記逆起電力を略ネゲート(substantially negates)し、当該電力を遮断されたコイルと前記複数の磁石との間の磁力相互作用を無効化する電圧を与えられ、さらに、コギング効果を弱めるために、配列に含まれる1つ又は複数のコイルについて、前記手順を繰り返してもよい。
前記例は、ハードウェア、ソフトウェア、またはこれらの組み合わせで、いずれも実装される。
前記すべての例のうちの1つ又は複数に係る電気機械は、前記少なくとも1つのモジュールは、当該少なくとも1つのモジュールに含まれるコイルに加わる電圧を検知する1つ又は複数のセンサをさらに含む。
前記すべての例のうちの1つ又は複数に係る電気機械は、前記少なくとも1つのモジュールは、当該少なくとも1つのモジュールに流れる電流の流れを検知する1つ又は複数のセンサをさらに含む。
前記すべての例のうちの1つ又は複数に係る電気機械において、前記少なくとも1つのモジュールは、当該少なくとも1つに含まれるコイルからの逆起電力を検知する1つ又は複数のセンサをさらに含む。
前記すべての例のうちの1つ又は複数に係る電気機械において、前記少なくとも1つのモジュールは、前記電気機械が備えた前記1つ又は複数の回転子の絶対位置または相対位置を検知する1つ又は複数のセンサをさらに含む。
前記すべての例のうちの1つ又は複数に係る電気機械において、前記少なくとも1つのモジュールは、当該少なくとも1つのモジュールの位置に関して、前記電気機械が備えた前記少なくとも1つの回転子の速度を検知する1つ又は複数のセンサをさらに含む。
前記すべての例のうちの1つ又は複数に係る電気機械において、前記少なくとも1つのモジュールは、当該少なくとも1つのモジュールの周囲または前記電気機械の他の表面の周辺の熱温度(thermal temperature)を検知する1つ又は複数のセンサをさらに含む。
前記すべての例のうちの1つ又は複数に係る電気機械において、前記少なくとも1つのモジュールは、少なくとも1つの磁界の強度、角度、および方向のうちの1つ又は複数を検知する1つ又は複数のセンサをさらに含む。
前記すべての例のうちの1つ又は複数に係る電気機械において、前記少なくとも1つのモジュールは、振動を検知するために、加速度を検知する1つ又は複数のセンサをさらに含む。
ここで開示された特徴を含む前記すべての例の1つ又は複数、またはこれらの組み合わせに係る電気機械を用いる方法。
ここで開示された特徴を含む前記すべての例の1つ又は複数、またはこれらの組み合わせに係る電気機械を用いるシステム。
ここで開示された特徴を含む前記すべての例の1つ又は複数、またはこれらの組み合わせに係る特徴を含むモジュール。
ここで開示された特徴を含む前記すべての例の1つ又は複数、またはこれらの組み合わせに係る特徴を含む電気機械の制御システム。
ここで開示された特徴を含む前記すべての例の1つ又は複数、またはこれらの組み合わせに係る特徴を含むモジュールの制御システム。
前記すべての例のうちの1つ又は複数に係る電気機械において、少なくとも1つの適応制御が、機械学習のアルゴリズムである少なくとも1つのサポートベクトルマシン、ニューラルネットワークアルゴリズム、ファジーロジックアルゴリズムのうちの1つ又は複数を用いて、または、他の適当な適応制御技術を用いて、前記電気機械の動作中に最適化が実行されることによって実装されている。
Claims (21)
- 電気機械であって、
少なくとも1つの固定子と、
少なくとも1つの電磁コイルおよび少なくとも1つのスイッチを含み、前記少なくとも1つの固定子に取り付けられた少なくとも1つのモジュールとを備え、
前記電気機械における前記少なくとも1つのモジュールの量および構造は、1つ又は複数の動作パラメータに一部基づいて決定され、
前記少なくとも1つのモジュールは、独立して制御可能であり、
前記少なくとも1つのモジュールは、動作中の少なくとも1つの動作パラメータ、動作中の少なくとも1つの性能パラメータ、および、これらの組み合わせのうちの1つ又は複数に少なくとも一部基づいて、再構成可能であり、
1または複数の他のモジュールに対する前記少なくとも1つのモジュールと、前記少なくとも1つの固定子との物理的な位置は、前記モジュールの位置を符号化する、一連の電気的接触、光の反射、磁力、または、これらの組み合わせによって、前記少なくとも1つの固定子において、前記少なくとも1つのモジュールが挿入される位置の近傍で検知されることを特徴とする電気機械。 - 複数の磁石が取り付けられた少なくとも1つの回転子と、
複数の磁石が取り付けられた少なくとも1つの滑動部と、
複数の磁石が取り付けられた少なくとも1つの板状部材と、
のうちの1つをさらに備え、
前記少なくとも1つのモジュールは、前記回転子、前記滑動部、前記板状部材の各々が備えた前記複数の磁石と間隔を空けた関係にあり、
前記少なくとも1つの滑動部は、前記少なくとも1つの固定子と直線の関係にあり、
前記少なくとも1つの回転子は、前記少なくとも1つの固定子に対して回転する関係にあり、
前記少なくとも1つの板状部材または回転子は、前記少なくとも1つの固定子に対して可動する関係にあることを特徴とする請求項1に記載の電気機械。 - 前記動作中の少なくとも1つの動作パラメータは、最大角速度、平均角速度、最小角速度、最大出力、平均出力、最小出力、最大入力電圧、平均入力電圧、最小入力電圧、最大生成電圧、平均生成電圧、最小生成電圧、生成電圧の形状および周波数、ピーク入力電流、平均入力電流、最小入力電流、最大生成電流、平均生成電流、最小生成電流、最大トルク、平均トルク、最小トルク、トルク平滑度、活性化順序、加速率、保持角度の正確性の序列、角速度の分散の最小化、ブレーキ中の減速率、シャフトの直径、前記電気機械の最大半径、前記電気機械の最大長、前記電気機械の最大奥行き、前記電気機械の最大高、最大滑動距離、最小滑動距離、前記電気機械の最大重量、前記電気機械の最小重量、最大抵抗電力損失、および、ユニット冗長性および全体価格のうちの1つ又は複数から選ばれることを特徴とする請求項1または2に記載の電気機械。
- 前記動作中の少なくとも1つの性能パラメータは、最大角速度、最大出力、生成中の出力電圧の偏差、要求生成電圧の維持、トルク平滑度、加速率、保持角度の正確性、角速度の分散の最小化、要求されたブレーキ中の減速率への適合度、最小抵抗電力損失、全体効率性、力率補正、機械的高調波消去、電気的高調波消去、再生成された出力電圧波形の正確性、および、生成周波数の正確性のうちの1つ又は複数から選ばれることを特徴とする請求項1から3のいずれか1項に記載の電気機械。
- 前記電気機械の荷重配分比に対する電力は、1キロワットあたり5から1000、5から10、10から100、10から500、10から50、20から1000、20から50、50から100、50から500、100から500、または、500から1000キログラムの間であることを特徴とする請求項1から4のいずれか1項に記載の電気機械。
- 前記少なくとも1つの回転子の絶対位置または相対位置を検知する少なくとも1つのセンサと、
前記少なくとも1つのセンサ、少なくとも1つの電力コマンド、少なくとも1つの駆動、生成、ブレーキ、および保持のコマンドのうちの1つ又は複数を含む少なくとも1つのモードコマンド、および、少なくとも1つの回転方向コマンドのうちの1つ又は複数の入力に応答する少なくとも1つの制御システムとをさらに備えたことを特徴とする請求項1から5のいずれか1項に記載の電気機械。 - 前記少なくとも1つの制御システムは、駆動設定にあるか、前記少なくとも1つの駆動のモードコマンドを有しているか、であり、
前記少なくとも1つの制御システムは、運動を生成するために、前記少なくとも1つの電磁コイルにエネルギーを与えて磁石を吸引および反斥する、少なくとも1つのスイッチを駆動することを特徴とする請求項6に記載の電気機械。 - 前記電気機械は、生成設定にあるか、電力を生成する少なくとも1つのモードコマンドを有しているか、であり、
前記少なくとも1つの制御システムは、1つ又は複数のコイルを外部の電力レールに接続する、少なくとも1つのスイッチを駆動することを特徴とする請求項6に記載の電気機械。 - 前記電気機械は、ブレーキ設定にあるか、前記少なくとも1つのブレーキのモードコマンドを有しているか、であり、
前記少なくとも1つの制御システムは、前記少なくとも1つの電磁コイルの両端を反対側の運動に接続する、少なくとも1つのスイッチを駆動することを特徴とする請求項6に記載の電気機械。 - 前記電気機械は、保持設定にあるか、前記少なくとも1つの保持のモードコマンドを有しているか、であり、
前記少なくとも1つの制御システムは、運動を停止するために、前記少なくとも1つの電磁コイルにエネルギーを与えて磁石を吸引および反斥する、少なくとも1つのスイッチを駆動することを特徴とする請求項6に記載の電気機械。 - 動作中の前記少なくとも1つの制御システムは、動作期間において略連続的に、前記少なくとも1つの動作パラメータ、前記少なくとも1つの性能パラメータ、またはこれらの組み合わせに関して、動作の1つ又は複数の適当な効率モードを決定することを特徴とする請求項1から10のいずれか1項に記載の電気機械。
- 前記電気機械は、1立方メーターあたり100から20000、100から200、100から500、250から500、500から1000、500から2000、1000から10000、1000から5000、2000から5000、5000から10000,5000から15000、または、10000から20000キロワットの間の電力分布を有することを特徴とする請求項1から11のいずれか1項に記載の電気機械。
- 前記少なくとも1つの動作パラメータ、前記少なくとも1つの性能パラメータ、および前記電気機械におけるこれらの組み合わせのうちの1つ又は複数は、略実時間で再構成されることを特徴とする請求項1から12のいずれか1項に記載の電気機械。
- 前記少なくとも1つの制御システムは、前記コイルの少なくとも30%、40%、50%、60%、70%、80%、90%、95%、または、100%に対して、個別に制御を与えることを特徴とする請求項1から13のいずれか1項に記載の電気機械。
- 前記モジュールのコイル活性化順序は、前記電気機械の動作中に計算され、モジュールが活性化する順序は、当該モジュールの配列における幾何学的位置に順番に基づくことを特徴とする請求項1から14のいずれか1項に記載の電気機械。
- 前記モジュールのコイル活性化順序は、前記電気機械の動作中に計算され、モジュールが活性化する順序は、センサフィードバックに基づくことを特徴とする請求項1から15のいずれか1項に記載の電気機械。
- 前記モジュールのコイル活性化順序は、前記電気機械の動作中に計算され、前記少なくとも1つのモジュールが活性化する順序は、1つ又は複数の順序パターンの少なくとも一部によって決定されることを特徴とする請求項1から16のいずれか1項に記載の電気機械。
- 活性化順序にしたがって電力を与えられる、前記少なくとも1つの電磁力コイルの総数は、動作中に、コイルの総数からゼロまで変化することを特徴とする請求項1から17のいずれか1項に記載の電気機械。
- 前記電気機械は、少なくとも1つの制御モジュールにおいて集中制御されることを特徴とする請求項1から18のいずれか1項に記載の電気機械。
- 1つ又は複数のモジュールが、前記電気機械の動作中に、当該電気機械の動作状態に略影響を与えることなく、個別に除去され、追加され、または置換されることを特徴とする請求項1から19のいずれか1項に記載の電気機械。
- 前記少なくとも1つのモジュールは、動作中の少なくとも1つの動作パラメータ、動作中の少なくとも1つの性能パラメータ、およびこれらの組み合わせのうちの1つ又は複数に少なくとも一部基づいて、再構成可能であり、
前記動作中の少なくとも1つの動作パラメータは、請求項3に列挙されたパラメータのうちの1つ又は複数から選択され、
前記動作中の少なくとも1つの性能パラメータは、請求項4に列挙されたパラメータのうちの1つ又は複数から選択されることを特徴とする請求項1から20のいずれか1項に記載の電気機械。
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