JP6499589B2 - 金属リボンステータおよびそれを備えるモータ - Google Patents

Description

関連出願の相互参照
本出願は、２０１３年１月４日に出願された米国特許仮出願第６１／８４８，４５７号の利益を主張し、その全体が参照によって本明細書に組み込まれる。

本発明は、電気モータのためのステータに関し、詳細には多層アモルファスリボンを備えるステータに関する。

本発明は、高いトルク密度、低い構築費を提供し、組立体にスタンピングする必要がない材料の使用が可能であることにより高いＲＰＭ作動を提供する軸横断磁束モータである。設計は、通常切込みによって形成される「リボン」または「テープ」に無方向性の磁束誘導材料を使用する。低いＲＰＭ作動に対してはシリコン鋼が良好に働く。高いＲＰＭ作動に対しては、低周波および高周波用途の両方において高い透過性を有し損失が低いと言う点から、アモルファス金属が最適な材料である。米国サウスカロライナ州ＣｏｎｗａｙのＭｅｔｇｌａｓ Ｉｎｃもしくは中国ペキンのＡＴ＆Ｍから市販のメットガラス（Ｍｅｔｇｌａｓｓ）などのアモルファス金属またはナノ結晶材料は、機械加工またはステータ構造に適切な形状に形成することが非常に困難である。

シリコン鋼、アモルファス金属、および組立も単純でトルク密度が高く、厳しい耐性が可能であり、必要な部品が非常に少なく、それによって組立費用が低減し、誤って組み立てられるまたは位置付けられる部品の可能性が低減するナノ結晶材料を含む、様々な無方向性スリット材料が可能な材料から作成されたモータ／発電機が必要とされている。低い回転周波数および高い回転周波数において損失が低いモータ、特に横断磁束モータなどの高極数のモータが必要とされている。

本発明は軸横断磁束モータ／発電機（以下ＡＦＴＭモータと呼ぶ）に関する。モータのアーマチュア／ステータの磁極片は主にスリット磁気誘導材料のリボンまたはテープ（以下テープと呼ぶ）から作成される。テープは、シリコン鋼、アモルファス金属、およびナノ結晶材料などの適切な磁気誘導材料の層から形成される。

テープは通常トロイドに巻きつけられることにより多層材料から形成される。第１の構成では、トロイドを次いで棒に平坦化して少なくとも一端が切断されていないままの磁極片を形成することにより、磁気リングと相互作用する端部を中心に磁束が移動可能になる。別の構成では、２つ以上の磁極を１つのトロイドから形成してもよい。これらは複数のアーマチュア歯を形成するために折り畳むまたは「襞を付ける」ことによって形成されてもよい。

テープは頂面および底面、第１の縁部および第２の縁部を有する。磁極または磁極のセットを形成したテープは、磁気リングに面する金属テープ縁部を備えたロータに磁極が隣接して位置付けられてもよい。ここに示された磁気リングは、磁気組立体から形成され、その間に磁束集中器が配置されている。回転していてもよいが、検討しやすいために静止していてもよく、以下ロータと呼ぶ。磁極または磁極セットの縁部に入った磁束は、層が戻し部に交差することなく実質的に層に沿って移動する。また戻し部はテープまたはＳＭＣなどの別の材料でトロイドに形成されてもよい。次いで磁束は、コイルを包囲する対をなす磁極または磁極セットに実質的に軸方向に通る。磁束は磁極または磁極セットの縁部を通って実質的にロータの面内に再度移動する。

テープから形成された磁極または磁極セットは空隙が残るように形成されることがあるので、磁束はテープの面内に留まる傾向が大きくなる。リボンの個々の層は、２つのリボン層の間に不連続の量の接着剤を塗布することなどにより離散した場所に接着されてもよい。別の実施形態では、不連続の接着剤をリボンループまたはテープを形成中にリボン層の１つまたは複数の表面に塗布してもよい。接着剤は磁束絶縁体または磁束誘導体であってもよく、またリボン層の間に小さい空隙を提供してもよい。さらに別の実施形態では、磁気絶縁体を２つ以上の形成されたステータ歯の間に構成してもよい。

磁極もしくは磁極セットまたは別法として形成されたテープは、ステータスタックとしてロータの少なくとも一部を中心に位置付けられてもよい。ステータスタックは、これに限定されないが、３０度以上の電気角、６０度以上の電気角、１２０度以上の電気角、１８０度以上の電気角、３６０度以上の電気角、および提供された値を含むその間のあらゆる範囲を含む、ロータのあらゆる適切な部分を中心に延在してもよい。例示的実施形態では、モータは約１２０度の電気角を平面にロータが形成する３相の各側面上に構成された３つの半ステータを備える。

本明細書に記載されたように電気モータは、第１の半ステータと第２の半ステータとの間に構成されたロータを備えてもよい。ロータは、これに限定されないが、永久磁石（ＰＭ）ロータ、交番磁界ロータ、ＰＭ磁束集中器型ロータ、巻き磁界ロータ、誘導ロータ、および低損失のＰＭ磁束集中型ロータを含むあらゆる適切な型のロータであってもよい。

ステータは、非常に高い費用効果で効率的に本明細書に記載されたようにテープを使用して作成されることができる。材料を切り込むことは非常に高い耐性を提供し、スリット材料がステータを形成するために使用されるテープに形成されると、厳しい耐性のための接着は非常に単純化される。加えてアモルファス金属などの磁気誘導材料を切り込むことは費用効果が高く、これはスタンピングするために追加の道具使用が必要ないので、材料を除去し無駄にすることなく、高い耐性が可能である。アモルファス金属および他の磁気損失が低い材料は高額であり、リボンを形成するために切り込むことは材料の極めて高い利用度を提供する。さらにステータを、第１の半ステータ、第２の半ステータおよび戻し部の３つの構成要素のみで作成することができる。これらの構成要素の３つすべてを高精度のスリット材料から作成することができるので、組立体の耐性を非常に高い水準に保持できる。複数のリボンから形成されたテープは、軸方向に高い機械的強度を提供する。テープを半径方向に容易に形付け、曲げて折り畳み、襞を付け、形状することができるが、テープは軸方向に極めて堅い。したがってステータの強度を軸方向に損なうことなく、ステータ歯を容易に形成することができる。

ステータ歯は本明細書に記載されたように形状されたテープを備えてもよく、テープは単一の磁極片に圧縮されてもよく、あるいは１８０度、もしくは完全にそれ自体の上に戻る角度、または他のあらゆる適切な角度などのあらゆる適切な角度に磁極片の数を形成するために折り畳まれてもよい。上述のように、空隙が残されてもよいので折り畳みは閉じておらず、面の間を通る磁束は低減されることがある。一部の実施形態では、テープはそれ自体の上に折り畳まれて戻され、内表面は接触し、かつ／または一緒に接着される。

発明の概要は本発明の一部の実施形態に一般的な導入として提供されており、限定を意図するものではない。様々の特徴および発明の概要に記載された特徴の構成は、本発明のあらゆる数の実施形態を形成するためにあらゆる適切な方法で組み合わされてもよいことを理解されたい。本発明の変形および代替構成を含む一部のさらなる例示的実施形態が本明細書に提供されている。

添付図面は、本発明のさらなる理解を提供するために含まれ、本明細書の一部に組み込まれ、本明細書の一部を構成し、本発明の実施形態を説明し、詳述とともに本発明の原理を説明する役目を果たす。

ロータの両面上に構成されたテープの半ステータを有する単純化された例示的面内の３相の軸横断磁束モータの一部の等角図である。 図１に示された単純化された例示的軸横断磁束モータの側面図である。 図２に示された例示的軸横断磁束モータの断面図である。 複数のリボン層を有する例示的テープの側面図である。 複数のリボン層およびリボン層の間に空間を有する例示的テープの側面図である。 例示的リボンの側面図である。 コア上に構成された例示的テープループの側面図である。 例示的テープループの側面図である。 圧縮された例示的テープループの側面図である。 テープから形成された複数のステータ歯を有する、ステータに形成された単純化された例示的テープの側面図である。 襞を付けたテープから形成された複数のステータ歯を有する、ステータに形成された例示的テープの側面図である。 襞を付けたテープから形成された複数のステータ歯を有する、ステータに形成された例示的テープの側面図である。 テープから形成され、ロータの両面上に構成された半ステータを有し、磁束を損失することなくワイヤの撤去ができる傾斜した歯および短縮された銅のループ形状を示す、例示的横断磁束モータの一部の等角図である。 テープから形成され、傾斜したステータ歯部および短縮されたコイル経路を備えるロータの両面上に構成された半ステータを有する、例示的面内の３相の横断磁束モータの一部の等角分解図である。 テープから形成された３つの半ステータおよびコイルの入口端部を有する、例示的非対称の横断磁束モータの一部の側面図である。 形成されたテープおよび戻し部からなり、磁束領域を低減することなくコイルおよびワイヤの撤去ができる傾斜した歯を示す、例示的半ステータの側面図である。 ２つのロータの各ロータの両面上に構成されたテープの半ステータを有する、例示的二重面内の３相の横断磁束モータの一部の等角図である。 ３つのロータの各ロータの両面上に構成されたテープの半ステータを有する、例示的軸方向に堆積された３相の横断磁束モータの一部の等角図である。 ロータの両面上に構成されたテープの半ステータを有する、例示的単相の横断磁束モータの一部の等角図である。 ステータの両面上に離散した歯を有する、例示的単相の横断磁束モータの一部の等角図である。 離散したステータ歯および相の間に共有する磁束を有する、例示的３相の軸横断磁束モータの等角図である。 図１９に示されたモータから得られる電気出力のグラフである。 図２０に示されたグラフを作るために使用されたデータである。

対応する参照文字は、図面のいくつかの図を通して対応する部分を示す。図面は本発明の一部の実施形態の例を表し、いかなる方法においても本発明の範囲を限定すると解釈されるべきではない。さらに図面は必ずしも原寸に比例するものではなく、いくつかの特徴は、特定の構成要素の詳細を示すために誇張されていることがある。したがって本明細書に記載された具体的な構造および機能の詳細は、限定として解釈されるべきではなく、本発明を様々に利用するために、当業者に教示するための代表的根拠に過ぎない。

本明細書で使用される場合、用語「ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ（含む）」、「ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ（含む）」、「ｉｎｃｌｕｄｅｓ（含む）」「ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ（含む）」、「ｈａｓ（有する）」、「ｈａｖｉｎｇ（有する）」またはそれらのあらゆる他の変形は、非排他的に含むことを網羅することが意図される。例えば要素の一覧を含むプロセス、方法、品目、または装置は、必ずしもそれらの要素のみに限定されるのではなく、一覧に表されていない、またはそのような固有のプロセス、方法、品目、または装置ではない他の要素を含んでもよい。また「ａ」または「ａｎ」の使用は、本明細書に記載された要素および構成部品を説明するために利用される。これは便宜上行われ、本発明の範囲の一般的な意味を与えるために行われるに過ぎない。この記載は１つまたは少なくとも１つを含むと読まれるべきであり、そうではないと意味することが明らかでない限り単数は複数も含む。

本発明のある特定の例示的実施形態が本明細書に説明され、添付図面に示されている。記載された実施形態は本発明を示すことを目的とするに過ぎず、本発明の範囲を限定すると解釈されるべきではない。本発明の他の実施形態、および記載された実施形態のある特定の修正、組合せおよび改良が当業者には明らかになり、すべてのこのような代替実施形態、組合せ、修正、改良は本発明の範囲内である。

図１は、ロータ１５の両面上に構成された半ステータ１２を有する、単純化された例示的面内の３相の横断磁束モータ７０の一部の等角図を示す。ステータは、ロータ１５の第１の側面５１上に構成されたステータスタック２８〜２８’’の第１のセット、およびロータの第２の側面５２上に構成されたステータスタックの第２のセットを備える。テープ３０は複数の歯２６を有するステータ１２に形成されて示されている。戻し部１８（図示せず）は、コイル１６の内側に構成され、ロータの第１の側面５１上の第１の半ステータ２０をロータの第２の側面５２上の第２の半ステータ２２と磁気結合させる。このステータは、ワイヤ領域を提供するために相の両面から除去された歯を有する。ロータは磁石９０および磁束集中器９１の組立体からなる。

図２は、図１に示されたモータ１０の側面図を示す。３つのステータスタック２８〜２８’’はロータ１５の両面上に構成されて、磁束をロータから第１の半ステータ２０を通り、戻し部を通り、ロータの反対側の第２の半ステータ２２に誘導する。戻しコイルは、第１の半ステータと第２の半ステータとの間に延在するように構成される。戻しコイルは図１および２に示されたようにロータの内径Ｒｄｉ上に構成されるが、戻し部およびコイルはロータの外径Ｒｄｏ上に構成されることが可能である。図１および２に示されたロータは、それぞれＲｄｉ、Ｒｄｏと示されている内径および外径を有するリングである。やはり図はワイヤを収容するために各半相から取り除かれた歯を示す。

図３は図２に示された例示的軸横断磁束モータ１０のＡＡ線に沿って切断した断面図を示す。断面図は、ロータ１５の第１の側面５１に隣接して構成された第１の半ステータ２０、およびロータ１５の第２の側面５２に隣接して構成された第２の半ステータ２２を示す。戻し部１８はロータ１５の内径上に構成されコイル１６内に示されている。コイルは、図３においてコイル１６、１６’の２つの部分によって示されたように戻し部を中心にループ状である。戻し部は図３においてテープとして示されているが、あらゆる適切な磁束誘導材料であることが可能である。図３に示されたようにステータの磁気部分はテープからなり、それによって第１の半ステータ、第２の半ステータおよび戻し部のすべては本明細書に記載されたようにテープからなる。一部の実施形態では、１つまたは複数の半ステータは、一緒に圧縮されることにより、または接着剤の使用などにより戻し部に取り付けられてもよい。図３に示されたように、第１および第２の半ステータ２０、２２はどちらも戻し部１８に取り付けられる。半ステータまたはテープの幅Ｗｔは図３に示されている。耐性の制御はスリットリボンによってより容易に制御されることができ、スリットリボンは、ステータを形成するために組立体を必要とし、そこで「耐性の積み重なり」が生じる複数の部品と反対にステータとして構成される。加えてテープはリボンの長さに沿って可撓性であってもよいが、相当な強度を有し、テープの長さまたは軸方向に垂直な面において堅い。

図３に示されたように、磁束はコイル１６と交互に通る。磁束はロータ１５からリボン縁部３１を通り、第１の半ステータ２０を通り、第１の半ステータ縁部３１から出て、戻し部１８の第１の縁部９４に入り、第２のリボン縁部９６から出て、第２の半ステータ縁部９９に入り、第２の半ステータ２２に入り、第２の半ステータ縁部９９を通り、最後にロータ１５に戻る。この実施形態における磁束は実質的にリボンの面に沿って流れ、磁束が面を通って流れる、またはすべての面を通って流れる必要はない。やはり磁気ループは、図３に示されたようにロータの内側に対してロータの外側に構成されてもよい。

図４Ａに示されたように、例示的テープ３０は複数のリボン層３６を備える。個々のリボン層の縁部はテープ縁部３１を構成する。図４Ｂに示されたように、例示的テープ３０は複数のリボン層３６の間にスペーサ３２を備える。これは間隔をあけるもしくは因子を充填することから空気であってもよく、あるいはスペーサは磁気誘導材料、またはリボン層の間もしくはリボンの外層および／もしくは内層などのテープ上の離散した場所に塗布された接着剤などの非磁気誘導材料であってもよい。テープ３０の厚さＴｔは図４Ａおよび４Ｂに示されており、本明細書に記載されたようにあらゆる適切な厚さであってもよい。単一のリボン３６は単一のリボン縁部３７を備えて図５に示されている。単一のリボン層３６の厚さＴｌが図５に示されており、本明細書に記載されたように非常に薄くてもよい。

図６に示されたように、例示的テープ３０またはテープループ３４はコア３５上に構成される。記載されたように、磁気誘導材料の薄い層は切り込まれ、コア上に取り込まれてもよい。リボンの先端およびまたは終端は、リボン層をループに固定するために接着されてもよい。図７Ａに示されたように、例示的テープループ３４はコア３５から取り除かれており、可撓性でループの長さに沿って、またはループの周囲を中心に容易に折り曲げることができる。図７Ａに示されたテープループ３４は、テープループの内表面が互いに接触する点に圧縮されてもよく、圧縮されたテープループはテープの長さの形状を取る。

図７Ｂに示されたように、テープループ３４は切り込まれてもよく、または複数のリボン層が図７Ｂに示されたようにテープ３０を形成するために積層されてもよい。テープの長さは図７Ｂに示されたようにあらゆる適切な長さＬｔであってよい。図７Ａに示されたテープ３０はテープループであるのに対して、図７Ｂに示されたテープ３０は離散したテープであり、第１の端部と第２の端部との間の長さを有する。

図８に示されたように、例示的テープループ３４は、襞を付けられたテープから形成された複数のステータ歯２６を有するステータスタック２８に形成される。図８に示されたテープ襞３８は、折り畳み部の内側に沿って接触するテープループ３４の内表面４０と一緒に折り畳まれたテープの部分を備える。しかし内表面４０は、襞または歯を形成するために接触する必要はない。図８に示されたテープループ３４は、襞またはステータ歯２６として構成されたテープの第１の部分４４、およびテープの襞を付けられた部分の第１の端部と第２の端部との間に構成されたテープループまたは第２の部分４５の残余部分を備える。別の実施形態では、テープ３０は襞３８、または図９に示されたように襞を付けられたテープの第１の端部と第２の端部との間に第２の部分がない歯に形成される。圧縮されたテープループは、テープループ全体が襞を付けられて図９に示されたように半ステータに形成されてもよく、それによって襞を付けられた部分の第１の端部と第２の端部を連結させるテープループの第２の部分を有さず、テープループ全体が一体として形成されるはずであることを理解されたい。

図９に示されたように、例示的テープ３０は、離散したテープ３０から形成された複数のステータ歯２６を有するステータ２８に形成される。テープループは図９に示されたように離散したテープを形成するために切断されてもよい。図９に示されたテープのテープ端部３９は、耐性に影響を与える領域内にない。テープ端部は形成されたテープに接着されてもよい。ステータ２８は歯の折畳み部４６および戻し折畳み部４８を備え、あらゆる適切な折畳み角度Ｆａに折り畳まれてもよい。

折畳み角度Ｆａは、図９および図１０に示されたように、折畳み部の片側上の表面と実質的に平行に延在する線から、折畳み部の反対側のテープの同じ表面と実質的に平行に延在する線まで測定された角度である。図９に示されたロータの折畳み部４６は、テープの内表面がロータの折畳み部に沿って接触するので、実質的に１８０度の折畳み角度を有するはずである。

図１０に示されたように、例示的テープ３０は、襞を付けられたテープから形成された複数のステータ歯２６を有するステータスタック２８に形成される。図１０に示されたステータスタック２８はテープ３０の離散した長さから形成され、内表面は襞の内側に沿って接触しない。この型の襞は鋸歯型襞と呼ばれることがある。この型の折畳み角度Ｆａは図９に示されたロータの折畳み部の折畳み角度より小さい。また正弦曲線形状を有する正弦曲線襞もステータスタックの形成に利用されてもよい。図９４に示された各歯は歯の襞内に空隙を含む。この空隙は損失を低減できる。

図１１に示されたように、例示的面内の３相７０の横断磁束モータ１０の一部は、ロータ１５の両面上に構成されたテープから形成された半ステータを備える。図１１は、ワイヤのための隙間が歯または磁束領域を低減することなく提供され得るように、歯の内部ポートの角度を示す。モータは、３つのステータ２８、２８’、２８’’を第１のロータ側面５１上および第２のロータ側面５２上の両方に有する、面内の３相のモータ型７０である。これらのステータは、設計および製造要件に依存して同一であってもそうでなくてもよい。それぞれのステータの磁気部分は、第１の半ステータ２０および第２の半ステータ２２ならびに戻し部（図示せず）を備える。この実施形態におけるコイル１６は、戻し部を中心に第１のステータ歯２６またはその相の第１の磁極と、最後のステータ歯２６’’またはその相の最後の磁極との間に構成され、図１に示されたようにロータの輪郭を追従しない。加えて半ステータはコイルの入口端部６２を備えて構成され、それによってコイルはステータ歯またはアクティブの磁極を損失することなく入ることができる。コイルの入口端部６２におけるロータおよび／または戻し折畳み部は、半ステータの残余部全体を通してロータおよび／または戻し折畳み部と異なってもよく、約１０度を超える、約３０度を超える、約４５度を超える、約６０度を超える、約９０度を超える、また提供された値を含むその間のあらゆる適切な角度を含む、あらゆる適切な角度だけ異なってもよい。

図１２は、図１１に示された例示的面内の３相の横断磁束モータ７０の分解図を示す。これによってステータの磁気部分の各構成要素は第１の半ステータ２０、戻し部１８および第２の半ステータ２２を含んで示されている。戻し部は、図１２に示されたように、１８および１８’または１つの部分に組み合わせた１８および１８’などの１つまたは複数の部分を備えてもよい。さらにコイルの入口端部２６は図１２により明確に示されている。

図１３は、図１１に示された例示的面内の３相の横断磁束モータ７０の側面図を示す。図１３に示されたように、例示的横断磁束モータ１０は、テープから形成された３つのステータ２８〜２８’’を備える。ステータ歯は、コギングおよびノイズを低減するために磁極またはロータを切り換える面にわずかにずれていることに留意されたい。これは本明細書に記載されたように非対称のステータ６０の構成である。ステータはロータ内に１２１個の磁極が存在するかのように構成されているが、１２０個のみの磁極が存在する。加えてステータ２８の最初のステータ歯２６および最後のステータ歯２６’は、コイルの入口が歯および有益な磁極を損失することなくコイルの入口端部６２内に構成できるように構成される。この構成はモータの電力および効率を増加させる。

図１４に示されたように、例示的半ステータは形成されたテープ３０からなる。テープは複数の折畳み部３３、３３’を備える。折畳み部３３は内側の折畳み部であり、ここではテープの内表面が一緒にまたは互いに向かって折り畳まれる。折畳み部３３’は外側の折畳み部であり、ここではテープの外表面が一緒にまたは互いに向かって折り畳まれる。ステータはあらゆる数の内側折畳み部および外側折畳み部を備えてもよく、それぞれの折畳み部は、本明細書に記載されたようにあらゆる適切な角度Ｆａを有してもよい。実質的に１８０度の折畳み角度を有するテープは、折畳み部の片面上のテープが折畳み部の他方の面上のテープと実質的に位置合わせされるように、それ自体の上に戻して折り畳まれる。またテープの端部３９および３９’も図１４に示されている。テープの端部は、あらゆる磁束流れの撹乱または損失を引き起こし得る領域内に配置されない。図１４は、コイル（図示せず）に必要な空間が歯を損失することなく、また磁束領域を低減することなく隙間を有するように、戻し部に位置合わせする歯の内部ポートを示す。

図１５に示されたように、例示的二重面内の３相７４の横断磁束モータ１０の一部は、２つのロータ１５、１５’の両面上に構成された、テープから形成された半ステータを備える。コイル１６は各ステータに沿って延在し、コイルの端部戻し部６５を有し、それによってコイルは隣接したステータに沿って延在するコイルと電気接続する。コイルの非常に高い利用度はこの設計で達成され、コイル連結部のみが発電装置に有効に係合されない。

図１６に示されたように、３つのロータ１５〜１５’’の各ロータの両面上に構成されたテープの半ステータを有する、例示的軸方向に堆積された３相の横断磁束モータ７６の一部。半ステータ２０、２２は、図１６に示されたように、実質的にロータ１５’’全体を中心に延在する。

図１７は、ロータの両面上に構成されたテープ３０のステータ２８を有する、例示的単相の横断磁束モータ７８の一部の等角図を示す。第１の半ステータ２０および第２の半ステータ２２は、実質的にロータ１５を中心に全方向に延在する。半ステータはコイルの入口端部６２、６２’を備え、それによってコイル接触部は、コイルから離れ、ステータ２８の外側に延在してもよい。このステータは非対称のステータ６０として構成され、それによってステータ歯２６は例示的に１２１個の磁極に位置合わせされ、１２０個のみの磁極が存在する。

図１８に示されたように、軸横断磁束モータ７０は、モータ１５の両面上に構成された複数の離散したステータ歯２６〜２６’’’（磁極とも呼ばれる）を備える。離散したステータ歯は、平坦化されたテープを巻き付けたトロイドであり、これらは互いに分離した材料片から作成される。それぞれの離散したステータ歯は空隙９４を備え、空隙９４は、追加損失を引き起こすはずであるテープの平面を磁束が通過する傾向を低減する。戻し部１８は機械的支持を提供し、磁束をロータの第１の側面上の第１の歯からロータの第２の側面上の第２の歯に転送する。ロータ１５は、磁石９０、９０’および磁石の間に配置された磁束集中器９１からなる。磁石は、示されたように磁束集中器９１よりさらに半径方向に延びる。例示的実施形態では、磁石９０は磁束集中器９１よりさらに内方に、さらにモータの中心に向かって延びる。側面毎に２つの歯をもつステータの一部のみが図１８に示されていることにより、構成要素をより明確に示すことができる。

図１９に示されたように、多相の配置において磁束は、図１６に示されたように軸方向に離散した相を有するよりむしろ共有されている。各ステータスタック２８は半径方向に構成された３０個の離散したステータ歯２６を備える。各歯または磁極は平坦化されたテープを巻き付けたトロイドから作成される。歯はトロイドの戻し部を中心に位置付けられる。示された戻し部は巻き付けたテープのトロイドである。軸横断磁束モータ７０は相毎に１つのロータをもつ３相を備える。４つのステータスタックのみが完全な３相組立体を構成する。各相は１つの追加ステータスタックのみを必要とするのに対して、従来の相は相毎に概して離間した２つのステータスタックを必要とする。したがってこのモータ設計は、所与の出力に対してより良好な効率、より小さいサイズ、およびより低い重量を提供する。各ロータ１５は磁石９０および磁束集中器９１を備える。

図２０は、図１９に示されたモータの３相からの電気出力を示す。相により若干の違いはあるが、それらの相は、図１６に示されたように３つの離散し離間した単一相のモータと基本的に同じであることが可能であることがわかる。

図２１は、図２０に示されたグラフを作るために使用されたデータを示す。相間の電圧には約＋／−２％の差異が生じる。一部の適用に対してわずかな調整が必要であることがある。また示された差異は、メッシングの選択によって生じる誤差などのモデル化の誤差の残存であることがある。

定義
本明細書で使用される場合、テープは、互いに重なり合って構成された複数の磁気誘導のスリットリボンと定義される。テープはテープループであってもよく、この場合テープループは基本的に連続しているか、または離散しており、第１の端部と第２の端部との間の長さを有する。テープまたはリボンはあらゆる適切な厚さを有してよい。

本明細書で使用される場合、磁気結合は、磁束が１つの材料から別の材料に流れることができることを意味する。第１の品目を第２の品目に磁気結合する材料は、磁束を第１の品目から第２の品目に誘導する。

本明細書で使用される場合、１つまたは複数の歯は、電気モータまたは発電機内に構成された際の磁極である。

本明細書で使用される場合、ステータは固定される、枢動する、または回転する、または移動してもよい。

本明細書で使用される場合、アーマチュアは固定される、枢動する、または回転する、または移動してもよい。

本明細書で使用される場合、ロータは固定される、枢動する、または回転する、または移動してもよい。

本明細書で使用される場合、磁極または磁極片はステータ歯を指す。

様々な修正、組合せ、および変形を本発明の精神または範囲から逸脱することなく本発明に行えることは、当業者には明らかになろう。本明細書に記載された具体的な実施形態、特徴および要素はあらゆる適切な手法で修正されてもよく、かつ／または組み合わされてもよい。したがって本発明は、添付の特許請求の範囲およびそれらの等価物の範囲内に含まれる限り、本発明の修正、組合せおよび変形を包含することを意図する。

Claims (28)

1. 電気モータであって、前記モータは、
   複数のステータ歯を備えるステータと、
   第１のロータと、
   前記第１のロータと前記ステータ歯との間にある軸方向の空隙と、
   磁束戻し部と、
   を備え、
   前記第１のロータおよび前記ステータは、モータ軸の周りで互いに対して回転するように動作的に構成され、
   前記複数のステータ歯は折り畳まれたテープを備え、
   前記折り畳まれたテープは、第１の縁部と第２の縁部との間の幅を有する磁束誘導材料の複数のリボン層を備え、
   前記複数のステータ歯は、２つ以上の連続したステータ歯を備え、前記２つ以上の連続したステータ歯は、前記折り畳まれたテープの連続ループを備え、
   前記折り畳まれたテープは、ロータ折畳み部および戻し折畳み部を備え、
   前記ロータ折畳み部にある前記折り畳まれたテープの第１の縁部は、前記第１のロータに隣接して位置合わせされ、前記戻し折畳み部にある前記折り畳まれたテープの第１の縁部は、前記磁束戻し部に隣接して位置合わせされ、
   それによって、前記モータは、磁束を前記第１のロータから前記軸方向の空隙を横切って前記ロータ折畳み部にある前記折り畳まれたテープの第１の縁部内に、かつ前記折り畳まれたテープの第１の縁部から出て前記戻し折畳み部にある磁束戻し部内に戻るよう誘導するように操作的に構成される、電気モータ。
2. 前記折り畳まれたテープは、前記複数のリボン層の間にスペーサを備える、請求項１に記載の電気モータ。
3. 前記折り畳まれたテープの折畳み部の少なくとも一部は、１８０度の折畳み角度を有する、請求項１に記載の電気モータ。
4. 前記ステータは、複数のステータ歯を有する第１の半ステータおよび複数のステータ歯を有する第２の半ステータを備え、前記磁束戻し部は、前記第１のロータに対して同心でありかつ前記第１の半ステータと前記第２の半ステータとの間に軸方向に位置付けられ、前記第１のロータは、前記第１の半ステータのステータ歯と前記第２の半ステータのステータ歯との間に軸方向に位置付けられる、請求項１に記載の電気モータ。
5. 前記ステータは非対称のステータとして構成される、請求項１に記載の電気モータ。
6. 前記ステータは、複数のステータ歯を有する第１の半ステータおよび複数のステータ歯を有する第２の半ステータを備え、前記磁束戻し部は、前記第１のロータに対して同心でありかつ前記第１の半ステータと前記第２の半ステータとの間に軸方向に位置付けられる、請求項１に記載の電気モータ。
7. 前記磁束戻し部は、前記第１の半ステータを第２の半ステータに磁気結合させる、請求項６に記載の電気モータ。
8. 前記磁束戻し部は、第１の戻し縁部と第２の戻し縁部との間の軸方向の幅を有する磁束誘導材料の複数のリボン層を備え、前記磁束戻し部は、第１の戻し縁部および第２の戻し縁部および複数のリボン層を備えるテープを備え、それによって、前記モータは、前記磁束を前記第１の半ステータから前記磁束戻し部の第１の戻し縁部内に、前記磁束戻し部を通って、かつ前記磁束戻し部の第２の戻し縁部から出て前記第２の半ステータ内に誘導するように操作的に構成される、請求項７に記載の電気モータ。
9. 前記磁束戻し部は、前記第１の半ステータおよび前記第２の半ステータに機械的支持を提供する、請求項６に記載の電気モータ。
10. 前記磁束戻し部は、前記第１の半ステータに隣接する第１の戻し縁部および前記第２の半ステータに隣接する第２の戻し縁部を備え、それによって、前記モータは、前記磁束を前記第１の半ステータから前記磁束戻し部を通って前記第２の半ステータに誘導するように操作的に構成される、請求項６に記載の電気モータ。
11. 前記磁束戻し部を中心に構成されたコイルをさらに備える、請求項１に記載の電気モータ。
12. 前記モータは複数のステータを備える、請求項１に記載の電気モータ。
13. 前記モータは、互いから１２０度の電気角に構成された３つのステータを備える、請求項１２に記載の電気モータ。
14. 前記第１のロータは、前記第１の半ステータのステータ歯と前記第２の半ステータのステータ歯との間に軸方向に位置付けられる、請求項６に記載の電気モータ。
15. 前記第１のロータは、交番磁界ロータ、磁束集中器型ロータまたは低損失の磁束集中型ロータである、請求項１に記載の電気モータ。
16. 前記モータは横断磁束モータである、請求項１に記載の電気モータ。
17. 前記横断磁束モータは、面内の３相軸方向型横断磁束モータ、二重面内の３相型横断磁束モータ、軸方向に積層された３相型横断磁束モータ、または単相型横断磁束モータである、請求項１６に記載の電気モータ。
18. 前記折り畳まれたテープは少なくとも２００個のリボン層を備える、請求項１に記載の電気モータ。
19. 前記折り畳まれたテープは少なくとも５ｍｍの厚さを有する、請求項１に記載の電気モータ。
20. 前記折り畳まれたテープは３ｃｍ以下の幅を有する、請求項１に記載の電気モータ。
21. 前記リボン層のそれぞれは２５μｍ以下の厚さを有する、請求項１に記載の電気モータ。
22. 前記ステータは少なくとも１８０個のステータ歯を備える、請求項１に記載の電気モータ。
23. 前記モータは第２のロータを備え、前記ステータのステータ歯は、前記第１のロータと前記第２のロータとの間に軸方向に位置付けられ、それによって、前記モータは、前記磁束を前記第１のロータおよび前記第２のロータの両方から前記ステータ内に誘導するように操作的に構成される、請求項１に記載の電気モータ。
24. 前記第１の半ステータおよび前記第２の半ステータは、非対称の半ステータとして構成される、請求項６に記載の電気モータ。
25. 前記モータは、
    ａ．２つのステータスタックと、
    ｂ．１つのコイルと、
    ｃ．１つの戻し部と、
    を備える多相モータであり、
    それによって、それぞれの追加の相に対して、１つのステータスタック、１つのコイルおよび１つの戻し部が追加される、請求項１に記載の電気モータ。
26. ステータ磁石部であって、前記磁石部は、
    ａ．折り畳まれたテープを備える第１の半ステータであって、前記テープは、
    ｉ．第１の半ステータのテープ縁部と、
    ｉｉ．複数の第１のリボン層と、
    ｉｉｉ．２つ以上の連続したステータ歯を備える複数のステータ歯であって、前記２つ以上の連続したステータ歯は、前記テープの連続ループを備える、複数のステータ歯と、
    を備える、第１の半ステータと、
    ｂ．折り畳まれたテープを備える第２の半ステータであって、前記テープは、
    ｉ．第２の半ステータのテープ縁部と、
    ｉｉ．複数の第２のリボン層と、
    ｉｉｉ．２つ以上の連続したステータ歯を備える複数のステータ歯であって、前記２つ以上の連続したステータ歯は、前記テープの連続ループを備える、複数のステータ歯と、
    を備える、第２の半ステータと、
    ｃ．戻し部と、
    を備え、
    それによって、前記第１の半ステータのテープ縁部および前記第２の半ステータのテープ縁部はロータに隣接して構成され、磁束を前記ロータから前記テープ縁部を通って誘導するように構成される、ステータ磁石部。
27. 前記磁束は、前記ロータの第１の側面から前記第１の半ステータのテープ縁部に、前記第１のリボン層を通って、前記第１の半ステータのテープ縁部から前記戻し部に、前記戻し部から前記第２の半ステータのテープ縁部に、前記第２のリボン層を通って、かつ前記第２の半ステータのテープ縁部から前記ロータの第２の側面に戻るように誘導される、請求項２６に記載のステータ磁石部。
28. 前記戻し部は、
    ａ．テープであって、前記テープは、
    ｉ．第１の戻し縁部および第２の戻し縁部と、
    ｉｉ．複数のリボン層と、
    を備える、テープ
    をさらに備え、
    それによって、前記磁束は、前記第１の半ステータから前記戻し部の第１の戻し縁部内に、前記戻し部を通って、かつ前記戻し部の第２の戻し縁部から出て前記第２の半ステータ内に誘導される、請求項２６に記載のステータ磁石部。

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