JPH0837769A - 電気的整流が施された直流機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】冷却空気による冷却が可能な一方で、高い電流
密度、更に高い動特性、良好な過負荷能力、並びに供給
された電圧及び電流に対するトルク及び回転速度のほぼ
直線状をなす特性を備えた電気的整流が施された直流機
の提供。 【構成】電気的整流が施された直流機、特に直流モータ
は直線状に半径方向に沿って延びる磁束線及び連続する
交番磁極とともに均一な磁界を備えた円筒状空隙55を提
供する永久磁石ロータ50を有している。アイアンレス・
ステータ手段30は、前記空隙内に延びる導体材料及び硬
化した合成樹脂から形成された直線状コイル部分34a,34
b;36a,36b を含む自己支持型ステータ・コイル32を有し
ている。各コイル部分の導体材料は０．４ｍｍ以下の直
径を備えた多数の細い絶縁フィラメントからなる１つま
たは幾つかの撚り線を有している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は電気的整流が施された直
流機、特に電気的整流が施された直流モータに関する。
この直流モータは更に高いトルク及び出力定格を得るよ
うに設計されていることが好ましい。前記の直流モータ
は自動車両、特に乗用車のための駆動モータとして使用
可能である。

【０００２】

【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】以下の
ドイツ特許第ＤＥ３４３３６９５Ｃ２号、欧州特許第Ｅ
Ｐ０１７８３８０Ｂ１号、米国特許第４，７６３，０５
３号及び米国特許第５，３３１，２４４号は本発明に基
づく直流機に類似した構造を備えた電気的整流が施され
た直流機を開示している。これら直流機の重要な構造上
の特徴としては、電動機がアイアンレス・ステータ手段
（エア・コイルと称されている）を備えていることが挙
げられる。これに対して、従来の電動機は一般的に電炉
鋼シートからなる複数の電気的に活性化された磁極を備
えたステータ手段を有している。特別に形成された電炉
鋼シートのパッケージは溝またはスロットを有してお
り、同溝またはスロットには磁界を形成するためのコイ
ル部品が固定されている。溝またはスロット内における
コイル・ワインディングの構成は必要とされる安定性及
び固体性をステータ手段に対して提供している。これに
対して、アイアンレス・ステータ手段は、コイル・ワイ
ンディングを取付けるための電炉鋼製パッケージからな
る同様の支持構造を備えていない。

【０００３】ドイツ特許第ＤＥ３４３３６９５Ｃ２号、
欧州特許第ＥＰ０１７８３８０Ｂ１号、米国特許第４，
７６３，０５３号は直線状に前後方向に延び、かつ予備
形成されたワインディングから形成されたジグザグ状部
分を含む絶縁された複数の導体を備えたジグザグ状ステ
ータ手段を開示しており、前後方向に延びるジグザグ状
部分は多数の平行に延びる導体部分を有している。他の
支持構造を備えることなく機械的に安定した自己支持型
ジグザグ状ステータ手段を提供する断面を導体部分は有
し得る。従来のジグザグ状ステータ手段は予備形成され
たワインディングから製造されている。予備形成された
ワインディングからなるステータ・コイルの安定性及び
固体性は、続いて行われる硬化性液体樹脂の含浸の実
施、またはバック・ラッカー・ワイヤと称されるワイヤ
の使用により増加可能である。

【０００４】更に、これらの特許はプリント配線回路を
有する別のステータ手段を開示しており、ジグザグ状導
体のアレイは従来のエッチング技術及び／または堆積技
術によって形成され、ジグザグ状ストリップ・アレイは
不活性絶縁物質によって支持されている。

【０００５】米国特許第５，３３１，２４４号はエア・
コア及びジグザグ状ステータ手段を開示しており、同ス
テータ手段は直線状に前後方向に延びるジグザグ状部分
を有している。ジグザグ状部分はほぼ矩形の断面を備え
た導体部分を有している。導体部分は互いに離間し、か
つ幾何学的に平行に延びている。従来の導体部分はその
矩形断面にも関わらず必要とされる安定性及び固体性を
備えた自己支持型のソリッド・バーまたはシートから形
成されている。矩形断面を有するソリッド導体部分は、
互いに隣接する導体部分の間に間隙を備えている。この
間隙は冷却空気が同間隙内を強制的に流動し得るように
形成されている。

【０００６】ドイツ公開公報第２４５５００１号はエア
・コア・ステータ手段を有する電動機に使用するコイル
を開示している。ロータ手段によって形成された磁束は
ステータ手段のワインディングを直接横切っている。こ
の結果、大きな渦電流がワインディングの導体表面にお
いて誘導される。ステータ手段は渦電流による損失を削
減すべく多数の結合された撚り線を有し、同撚り線はそ
れぞれ多数の細い絶縁ワイヤから構成されている。細い
ワイヤはその細さのために取り扱いが困難である。更に
高い安定性を提供すべく、各撚り線内の細いワイヤは互
いに撚り合わされている。各撚り線はその撚り合わせ構
造に起因して緩く巻かれたコイルを形成する。このコイ
ルを使用した場合、ロータの磁束を変化させることによ
り撚り線内に磁束の形成をもたらす電流が誘導される。
この問題を解決すべく、ドイツ公開公報第２４５５００
１号は、磁気的に活性な空隙を備えたスロットレス電動
機に使用するステータ手段を開示している。磁気コアの
内周面に取付けられ、かつ同内周面によって支持された
多数のコイル部品によって空隙が限定されている。特定
の特徴に基づき、各コイル部品は多数の絶縁ワイヤまた
はフィラメントからそれぞれ形成された複数の撚り線を
有しており、互いに隣接するコイル部品の撚り線はそれ
ぞれ反対方向に向かって撚り合わされている。細いワイ
ヤを備えたステータ手段の機械的安定性及び固体性の不
足の問題は、前記したワイヤの撚り合わせ構造を用いる
ことと、ステータ手段を固定配置された磁気帰路材料の
内周面上に支持することとによって解決可能である。し
かし、ドイツ公開公報第２４５５００１号は自己支持型
プランジャ・コイルを開示していない。更に同公開公報
は従来のステータ手段における達成可能な銅含有率（導
体材料の含有量を意味する）を開示していない。

【０００７】英国特許第１４６５９８４号は、電動機用
のステータ手段を開示しており、同ステータ手段は磁気
帰路材料から形成されたステータ・コアの滑らかなスロ
ットレス内周面上に支持されたエア−コア・コイルとし
て形成されている。渦電流によって生じる損失を可能な
限り削減すべく、ステータ手段は直径が１ｍｍ以下の多
数の細いワイヤまたはフィラメントを有する撚り線を多
数備えている。これらの細いワイヤをステータ・コアの
滑らかな表面上に固定し、かつ同表面上で支持すること
には問題がある。更に、撚り線、特にステータ手段の内
部に配置された撚り線の有効な冷却にも問題がある。こ
れらの問題を解決すべく、二重壁を備えたケージである
ことが好ましい冷却パイプからなるケージが提供されて
いる。ステータ・コイルの撚り線はケージ内に配置さ
れ、かつ硬化した樹脂によって固定されている。同英国
特許では、冷却用ケージを有するステータ手段はステー
タ・コアの内周壁上に支持されている。この結果、同英
国特許は自己支持型プランジャ・コイルを開示していな
い。冷却用パイプが占める空間は完成されたステータ手
段の銅含有率を減少させる。

【０００８】ドイツ実用新案第８３２１１３５号は導電
体を開示しており、同導電体は変圧器、チョーク及び高
性能磁石に使用し得る。導体は撚り合わされた構造を備
えており、同導体は中央芯材をともなうことなく撚り合
わされた６本のエレメントから形成されている。エレメ
ントはそれぞれ絶縁ワイヤまたはフィラメントから形成
されるか、或いは絶縁ワイヤからなる撚り線から形成さ
れている。例えば、各撚り線は５０〜１５０本の環状断
面を備えた絶縁ワイヤを有し得る。各ワイヤは電気的に
有効な絶縁体によって被覆された０．２〜２．０ｍｍの
直径を有する銅線を有し得る。完成した導体は矩形また
は正方形の断面を有していることが好ましい。２５μｍ
の厚さの絶縁外皮によって被覆された直径が０．２ｍｍ
の銅線を含むワイヤから形成され、かつ正方形断面を備
える前記の種類の導体は、最適な理想状態において約５
０容量％の銅含有率を有し得る。しかし従来使用されて
いる同撚り線の銅含有率は更に低く、３０容量％未満で
ある。電動機の磁気的に活性なアイアンレス空隙内に配
置されるステータ・コイルを製造するためにこれらの撚
り線を使用する場合、細く柔軟なワイヤまたはフィラメ
ントを用いて機械的に安定した自己支持型ステータ・コ
イルを製造することは難しく、特に一端のみが把持され
たプランジャ・コイルを形成することは困難である。

【０００９】本発明に先立つ調査段階において、米国特
許第５，３３１，２４４号に開示されている電気的整流
が施された直流モータのプロトタイプが形成された（サ
マリウム／コバルト焼結材料から形成された１５対の永
久磁石からなる磁極を有し、ロータの直径は約３００ｍ
ｍであり、銅からなるソリッド・バーによって形成され
たジグザグ状ステータ・コイルは５ｘ２ｍｍの断面積を
有している）。このプロトタイプ・モータは試験台上で
試験された。約１，２００ｒｐｍを上回る回転速度にお
いて、ロータの回転する永久磁石は銅からなるソリッド
・バー内においてその量が大きく増加する渦電流を誘導
した。同渦電流はトルク及び出力定格における大きな損
失を招来し、かつプロトタイプ・モータの使用可能な回
転速度を制限した。この結果、米国特許第５，３３１，
２４４号に開示されている構成の価値は限られている。
同米国特許に開示されている性能データ、特に約１００
ｋＷの出力定格については立証することができなかっ
た。

【００１０】その一方、従来の構造原理に基づくととも
に、永久磁石励磁を有する簡単なデザインの高性能装置
の開発は非常に有望であり、実用化されている従来の直
流機の回転速度、出力定格、トルク及び性能に関する制
限を乗り越え得る。

【００１１】本発明の目的は米国特許第４，７６３，０
５３号及び米国特許第５，３３１，２４４号に開示され
ている従来の構造原理に基づき、冷却空気による冷却が
可能な一方で、高い電流密度、更に高い動特性、良好な
過負荷能力、並びに供給された電圧及び電流に対するト
ルク及び回転速度のほぼ直線状をなす特性、即ち回転速
度及び／またはトルクに依存する非常に大きな損失を実
質的に回避する特性を備えた電気的整流が施された直流
機、特に電気的整流が施された直流モータを提供するこ
とである。

【００１２】

【課題を解決するための手段及び作用】本発明に基づ
き、回転軸と、円筒状空隙に沿って回転するとともに、
半径方向に沿って直線状に延びる磁束線及び連続的に変
化する極性とともに均一な磁界を空隙内に形成すべく、
一定の磁極ピッチに配置された偶数個の永久磁石からな
る磁極を有する永久磁石ロータと、導体材料及び硬化し
た合成樹脂から形成され、かつ回転軸に対して平行とな
るように空隙内に延びる直線状コイル部分を備えた自己
支持型ステータ・コイルを含むアイアンレス（エア−コ
ア）・ステータ手段とを有し、前記コイル部分のそれぞ
れは任意の瞬間において１つの特徴的な電流方向のみを
有し、更に前記コイル部分のそれぞれが永久磁石ロータ
の磁極ピッチに一致した幅を有する電気的整流が施され
た直流機であって、各コイル部分の導体材料が１つまた
は複数の撚り線を有し、各撚り線は同撚り線内において
撚り合わされ、かつ０．４ｍｍ以下の直径を有する個々
に絶縁された多数の細いフィラメントを有し、前記導体
材料及び液体樹脂は７０〜９０容量％の導体材料を含む
ステータ・コイルを構成していることを特徴とする直流
機が提供される。

【００１３】本発明の好ましい態様に基づき、前記のス
テータ・コイルはコンパクトで高密度なフラット・コイ
ルとして形成されている。この特性の組み合わせは直流
機、より詳細には供給された電圧及び電流に対するトル
ク及び回転速度の直線状をなす特性によって特徴付けら
れる直流モータのステータ手段を提供する。同ステータ
手段を使用した場合、例えば渦電流による損失、或いは
回転速度及び／またはトルクに依存する飽和による損失
などの非常に大きな損失を生じることがない。これは直
流機／直流モータの過負荷能力が温度要因によって実質
的に限定されていることの証である。動的性能は非常に
良好であり、特に全ての負荷条件下において、３００ｒ
ｐｍ以上の回転速度は数秒間の到達時間内に達成され
る。形成可能な電流密度は非常に高い。例えば、約１０
アンペア／ｍｍ² の電流密度を恒久的に形成可能であ
る。このような高い電流密度にも関わらず、約２０ｋＷ
の恒久的な出力定格を空冷によって制御可能である。例
えば航空機用発電器等の従来の軽量な高性能機を用いる
ことにより、これに類似した電流密度をオイル・スプレ
ー・クーリング等の直接的な液体冷却を使用して形成で
きる。

【００１４】更に、回転可能に配置された永久磁石によ
って両側が限定された磁気的に活性な空隙内に大きく広
がり、かつその一端が把持または固定されたプランジャ
・コイルを実現すべく、本発明に基づくステータ手段は
必要とされる機械的安定性、固体性及び強度を提供す
る。フィラメントのうちの銅線部分の直径が小さいにも
かかわらず、非常に少ない量の硬化された樹脂、特に構
造用樹脂と称される樹脂を用いることにより高い安定性
を実現し得る。ステータ手段の容量に対して約１０〜３
０容量％、好ましくは約１０〜２０容量％の樹脂はステ
ータ・コイル内における熱伝達、及びステータ・コイル
表面における熱伝達に対して実質的に影響を及ぼすこと
がない。ステータ・コイルの重量に対する非常に高い銅
含有率（導体材料の含有量）を得られる。

【００１５】本発明に基づくステータ・コイルの製造に
使用される撚り線は自明なものであり、市販されている
撚り線を使用できる。例えば、適切な撚り線はスイス
国、ツェーハー−４２２６、ブライテンバッハ（CH-422
6 Breitenbach Switzerland ）に所在するリュル・イゾ
ラ社（Roell Isola ）から購入できる。適切な撚り線は
個々に絶縁された多数の細いワイヤまたはフィラメント
からなる。これらのフィラメントは直径が０．４ｍｍ以
下の銅線を有している。フィラメントの直径が０．４ｍ
ｍを上回る場合、回転速度及び／またはトルクに依存し
て非常に大きな損失（渦流に起因して生じる）が生じ
る。フィラメントの直径が０．１ｍｍを下回る場合、特
定の形状のコイル部分を形成するための撚り線の取り扱
いが困難となる。約０．２〜０．３ｍｍの直径を備えた
銅線部分を有するフィラメントを使用した場合に良好な
結果が得られており、このようなフィラメントからなる
撚り線を使用することが好ましい。

【００１６】任意の撚り線内において、前記の撚り線を
形成する細いワイヤまたはフィラメントは撚り合わせ構
造を備えている。少なくとも１つの完成されたフィラメ
ントの撚り合わせが、空隙内に延びるコイル部分の前記
の長さ内に存在することが好ましい。これにより全ての
フィラメントはほぼ同一のインダクション係数の対象と
なる。即ち、全てのフィラメントにはそれぞれほぼ同一
の部分電流が加わることになる。特に好ましい撚り合わ
せとしては、撚り線内におけるフィラメントの従来の転
位導体構造（Roebelstab）が挙げられる。

【００１７】更に、本発明に基づくステータ・コイルは
約７０〜９０容量％の導体材料含有率または銅含有率を
備えている。前記の銅含有率は少なくとも８０〜９０容
量％であることが好ましい。ステータ手段はステータ・
コイルを形成する特定のコイル部分以外にも、導体材料
を全く含まない例えば繊維強化樹脂からなる一体形成さ
れた冠部分及び／または足部分等を有し得る。ステータ
・コイルは本質的にプレス成形されたコンパクトで高密
度なフラット・コイルとして形成されており、同フラッ
ト・コイルは冷却空気を通過させるための間隙を全く有
していない。銅含有率が約７０容量％未満の場合、所望
の高い性能および出力定格を得ることは困難である。更
に、空気冷却に必要な効果的熱伝達及び熱の排除を実現
できない。銅含有率が９０容量％を上回る場合、必要と
される機械的安定性及び強度を得ることが困難となる。
同機械的安定性及び強度は、その一端が把持され、かつ
空隙内に広範にわたって延びるプランジャ・コイルにと
って必要不可欠なものである。更に高い銅含有率は２つ
の点において良好な結果を提供する。第１に、同一の電
流を用いた場合に、更に低い抵抗損（抵抗損は銅含有率
に逆比例する）を実現できる。これに代えて、同一の許
容損失は更に高い電流量を可能にする。第２に、更に高
い充填率または銅含有率はそれぞれ（特に熱を良く伝達
する銅を用いた場合）、ステータ・コイル内における熱
伝達を大きく増加させる。高い銅含有率を得るために、
撚り線はプレス成形され、かつ液体樹脂を含浸または浸
透させる際及び同樹脂を硬化する際に機械的加圧下に維
持することが好ましい。例えば、これらの条件を遵守す
ることにより、ステータ・コイル内における導体材料の
含有率または銅含有率を約８５容量％とすることができ
る。

【００１８】例えば、多数の細いフィラメントからなる
撚り線は、フィラメントの直径に基づいて１ｍｍ² あた
りの断面に少なくとも約１０〜５０本のフィラメントを
有する。フィラメントの直径が約０．２〜０．３ｍｍの
場合、１ｍｍ² あたりの断面には約２０〜４０本のフィ
ラメントが含まれる。

【００１９】実験では、本発明に基づくとともに前記ス
テータ・コイルを有する直流モータは、ステータ・コイ
ル内に約１０アンペア／ｍｍ² の電流密度を形成した。
これに加えて、同直流モータの温度は空気冷却のみを用
いて制御可能である。更に、本発明のモータに類似した
デザインを有する一方で、銅からなるソリッド・バーか
ら形成されたステータ手段を備えた米国特許第５，３３
１，２４４号に基づくモータと比較した場合、本発明に
基づくモータは損失を約８０％まで減少可能である。即
ち、本発明は米国特許第４，７６３，９５３号及び米国
特許第５，３３１，２４４号に開示された構造原理に基
づき、車両の駆動モータに適した直流モータの提供を可
能とする。本発明に基づくモータは高い動特性、良好な
効率（良好な効率は部分負荷モードにおいても実現可能
である）、及び電気力学的制限の不在によって特徴付け
られる。

【００２０】本発明の好ましい態様に基づき、ステータ
・コイルはプレス成形されたコンパクトで高密度なフラ
ット・コイルとして形成されている。このフラット・コ
イルは一体形成された１つの閉リングとして形成される
か、或いは１つの閉リングまたは１つのリング・セグメ
ントを形成する複数のセグメントとして形成されている
（必要に応じて位相変位エレメントまたは移相エレメン
トを有し得る）。アイアンレス・ステータ手段により、
モータはステータ・セグメントを備えた部分的な組立品
を有し得る。これとは対照的に、従来のモータのステー
タ・セグメントを備えた部分的な組立品は、磁束を端部
または頭部において閉鎖できないため問題がある。同様
なアプローチにおいて、本発明は磁石セグメントを用い
たロータまたは電機子の部分的な組立品の形成を可能に
する。特別な要求に応じて、本発明に基づく直流機、特
に直流モータは、ステータ手段及び／またはロータ手段
の部分的な組立品を含み得る。全ての場合において、本
発明によって提供されるステータ・コイルは、閉リング
またはリング・セグメントを少なくとも直線状コイル部
分とともに空隙内に軸方向に沿って挿入できる大きさを
有している。一体形成された閉リングは更に高い強度を
有している。複数のリング・セグメントからなる集成リ
ングは、その成形に使用される型の製造費用が更に低く
なる。組立てられたステータ・コイルをロータの空隙内
に軸方向に沿って挿入することは製造コストを低減す
る。

【００２１】本発明の更に別の好ましい態様に基づき、
ステータ・コイルは空隙内に延び、かつその一端が把持
されたプランジャ・コイルのように形成及び配置されて
いる。空隙は同空隙の互いに対向する面のうちの一方の
面が回動可能に配置された永久磁石によって限定され、
他方の面が永久磁石材料及び／または磁束環を閉鎖する
磁性体材料（略して磁気帰路材料と称する）のうちのい
づれかによって限定されている。特に高い空隙インダク
ション及び特に高い出力定格は、ステータが空隙内にプ
ランジャ・コイルのように広がっている場合に得られ、
同空隙は同一の極性を有する互いに整合した永久磁石か
らなる磁極によってその両側が限定されている。半径方
向に沿って直線状に延びる磁束線を有するほぼ均一な磁
界が得られる。永久磁石からなる磁極は、磁気帰路材料
から形成された外側リング及び内側リング上にそれぞれ
固定または接着された磁極エレメントとして形成される
ことが好ましい。内側リング及び永久磁石の間の接着剤
を用いた結合部分には、遠心力によって形成された張力
により応力が加わる。リングに取付けられた永久磁石が
高強度繊維または糸から形成されたバンドによって更に
固定されている場合でも、接着剤による固定は回転速度
／温度に関する使用モードを制限する。４，０００ｒｐ
ｍ以上の高速回転を必要とする場合、半径方向に沿って
更に大きな厚みを有する永久磁石からなる磁極を外側リ
ング上に配置し、内側リングを磁界の磁束線を閉鎖すべ
く磁気的帰路材料から形成することが更に効果的といえ
る。この場合、内側リングは永久磁石ロータとの同期し
た回転を得られるように構成するか、または同内側リン
グを固定配置してもよい。固定内側リングは渦電流を容
易に形成しない鉄材料から形成されることが好ましく、
例えば同鉄材料はシートまたは樹脂マトリックス内に分
散されたパウダーの形態をなし得る。固定配置された内
側帰路リングの場合、磁気的な漏れの許容を要するが、
機械的構造に関する利点を得ることができる。これに加
えて、ステータ・コイル上に空気冷却を許容する制限さ
れていない表面が十分に存在する場合、ステータ・コイ
ルは固定配置された内側帰路リング上に位置する幾つか
の点または部分において支持可能である。

【００２２】本発明の更に別の好ましい態様に基づき、
ロータはオープン・ベル型電機子構造をなすように形成
及び配置可能である。同オープン・ベル型電機子構造は
好ましくは非金属材料から形成されたプレートを有し、
かつ内側リング（内側ベル）及び同内側リングから離間
した外側リング（外側ベル）を備えている。内側リング
及び外側リングはいづれも磁気帰路材料から形成されて
いる。内側リングは永久磁石からなる磁極を形成する永
久磁石材料によって被覆された外周面を有している。外
側リングは永久磁石からなる磁極を形成する永久磁石に
よって被覆された内周面を有している。内側リング上の
永久磁石からなる磁極、並びに外側リング上の永久磁石
からなる磁極は互いに整合している。整合した永久磁石
からなる磁極は半径方向に沿って極性が与えられ、かつ
同一の極性をそれぞれ有している。内側リング及び外側
リングのそれぞれにおいて周方向に沿って互いに隣接す
る永久磁石からなる磁極は極性が周方向に沿って交番す
るように配置されている。磁気的に活性な空隙は内側リ
ング上の永久磁石からなる磁極及び外側リング上の永久
磁石からなる磁極の間に形成されている。

【００２３】更に、例えばサマリウム／コバルト材料ま
たは鉄／ネオジウム／ホウ素材料等の高い保磁力を備え
た材料によって永久磁石からなる磁極が形成されている
場合、このようなベル構造は半径方向に沿って延びる磁
束線及び非常に高い磁束密度を備えた非常に均一な磁界
を提供可能である。例えば、約７ｍｍの厚みを備えたサ
マリウム／コバルト材料からなる平坦な磁石によって両
側が限定された約６ｍｍの幅を備えた空隙内において、
約０．６４テスラの空隙インダクションが測定された。
容易な機械的制御を可能とする約３，５００ｒｐｍ（約
３００ｍｍの空隙直径を用いた場合）の回転数に対し
て、前記のベル型ロータ構造を使用することが好まし
く、この際、空隙は永久磁石によってその両側が限定さ
れている。

【００２４】前記の寸法に関して、内側リング及び外側
リングはいづれも約５０〜１００ｍｍの長さ（軸方向に
沿った長さ）を有していることが好ましい。リングの長
さが１００ｍｍを大きく上回る場合、一端のみが把持さ
れたベルは増加的に振動し始めるため、空隙の更に高い
寸法公差が必要となる。これに加えて、騒音の増加が著
しくなる。リングの長さが５０ｍｍ未満の場合、空隙は
不必要に制限され、高い出力定格を得ることができな
い。永久磁石は磁性体から形成された支持体に接着剤に
よって取付けられた磁石材料の一片を形成することが好
ましい。例えば、支持体の形成に使用される適切な磁性
体材料としてはＳｔ５４が挙げられ、同Ｓｔ５４は炭素
を含有し、かつ磁力に関する高い伝達率を有する鉄合金
である。永久磁石の寸法は空隙の直径及び磁極ピッチに
依存している。約２５０〜３００ｍｍの直径を備えたロ
ータの場合、約５０〜１００ｍｍの長さと、約２０〜４
０ｍｍの幅と、約５〜１０ｍｍの厚さとを備えた永久磁
石片が提供される。リング上の互いに隣接する永久磁石
の間には間隙が形成されていることが好ましい。この間
隙は磁力の漏れを減少させる磁化されていない領域また
は中立領域を形成している。中立領域の幅（周方向に沿
った長さ）は空隙の半径方向に沿った長さにほぼ一致し
ている。この場合、磁力の最低限の漏れ及び磁性体材料
によるロータ周面の高い被覆率を得ることができる。

【００２５】直流機が例えば６，０００〜７，０００ｒ
ｐｍなどといった非常に高い回転速度で運転される場
合、永久磁石片は断面積を減少させたシングル・バーま
たはセグメントに分割可能であり、これは渦電流の誘導
を減少させる。例えば、合成樹脂によって後から充填さ
れる薄い溝を既製磁石上に形成すべく同既製磁石を液体
内に水没させ、かつダイアモンド・ソーを用いてカット
することができる。これによって複数のセグメントに分
割された永久磁石は非常に高い回転数における無効電力
の減少を可能にする。

【００２６】前記のベル型ロータを用いた場合、内側リ
ングに接着剤を用いて取付けられ、かつ運転時に張力に
よる応力を受ける永久磁石をバンドを用いて更に固定す
ることができる。バンドは耐熱性及び耐クリープ性を備
えた高強度材料からなる繊維または糸から形成し得る。
バンドの形成に適する材料としてはガラス、ケブラー
（Kevlar）、アラミド（Aramide ）等の人工ポリマー、
並びにポリカーボン（Polycarbon）と称されるポリマー
・カーボンが含まれる。バンドは空隙インダクションを
減少させるべくできる限り小さな厚さ、好ましくは１．
０ｍｍ未満の厚さを有している。このようなバンドは、
接着剤による取付けとともに更に高い回転速度及び更に
高い運転時の温度を許容する。前記のように、本発明に
基づくステータ・コイルは、一体形成された１つの閉リ
ングの形態または１つ以上のリング・セグメントの形態
をなすコンパクトで高密度なフラット・コイルとして形
成し得る。閉リングまたはリング・セグメントはいづれ
も外周面及び内周面を有している。軸方向に沿って延び
る溝は前記の外周面及び／または内周面にエンボス加工
されていることが好ましい。

【００２７】前記の溝はフラット・コイルの表面積を増
加させることによりコイルから周囲の媒体への熱伝達を
増加させる。これは空気冷却にとって特に重要なことで
ある。溝は強制的に流動される冷却空気に対する通路ま
たは流路を提供する。驚くことに、フラット・コイルと
して形成され、かつ本発明に基づく特徴（請求項１参
照）を有するステータ・コイルは高出力定格を提供する
際にも十分な空気冷却を可能にする。ステータ・コイル
が間隙を有しない場合にも熱を十分に排除し得ることが
確認されている。ステータ・コイル内に含まれる硬化し
た樹脂の含有率（重量に基づく含有率）が非常に低いた
め、第１の例ではコイルから空気中への熱伝達を含む熱
特性はコイル中の銅含有率によって制御されている。本
発明の更に別の好ましい態様では、直流機の冷却作用は
ステータ・コイルの外周面及び内周面に沿った冷却空気
の強制流動によって提供されている。前記冷却空気は互
いに一定の間隔で配置され、かつベル・プレートに隣接
する内側リング上に凹みを形成する多数の通路を通って
空隙内に案内されることが好ましい。ロータの回転速度
とは無関係に形成できる冷却空気の強制的流動が好まし
い。ここに挙げる種類のモータは全出力及び全トルクを
低い回転数において形成可能（ストップ・モードであっ
たとしても形成可能）であるため、ロータの回転速度と
は無関係な冷却空気の形成は重要である。ステータ・コ
イルの外周面及び内周面に沿った平行な冷却空気の流れ
は必要とされる圧力低下を減少させる。流路の断面積が
比較的大きいことと、同流路の長さが比較的短いことと
に起因して、冷却ファンの必要とされる出力定格は比較
的低くなる。

【００２８】本発明の別の好ましい態様では、永久磁石
ロータは空隙を限定する１つ以上の周面を有しており、
同周面はスロット、溝、凹み及びこれらに類するものを
有していない。これによって得られた滑らかな周面は直
流機の運転による騒音の形成を減少し、かつ空気冷却の
冷却性能を増加させる。ロータの滑らかな周面を提供す
べく、互いに隣接する永久磁石片間において中立領域を
形成する間隙は合成樹脂によって充填可能である。

【００２９】前記のように、本発明の更に別の好ましい
態様では、ステータ・コイルは、回動可能な永久磁石か
らなる磁極によって両側が限定された空隙内に延びると
ともに、一端が把持されたプランジャ・コイルのように
形成され、かつ配置されている。ステータ・コイルは約
５〜１０ｍｍの厚さ（半径方向に沿った長さ）を備えて
いる。この範囲の厚さは一端が把持されたプランジャ・
コイルに対して必要とされる機械的安定性及び強度を提
供する。更に、約０．６テスラに達する十分な空隙イン
ダクションを形成可能である。ステータの薄い構造は十
分な空気冷却を可能とし、運転温度を約１２０〜１５０
℃の範囲内に維持し得る。

【００３０】本発明の更に別の好ましい態様に基づき、
ステータ・コイルは幾つかの撚り線からなる直線状コイ
ル部分を有しており、同撚り線はそれぞれ矩形断面を有
し、同矩形断面の長い方の辺は空隙内の磁束線の方向に
沿って平行に延びるように配置されている。撚り線の矩
形断面は更に高い銅含有率を提供する。これに加えて、
撚り線の断面寸法が更に小さいことにより比較的小さな
曲率半径に対して更に容易に適合可能であり、この種類
の撚り線はワインディング・ヘッドの形成を促進する。

【００３１】ここで“コイル部分”とは、幾何学的に平
行に延び、かつ全体として回転軸に沿って平行に配置さ
れた多数の導体部分（フィラメント及び／または撚り
線）を指す。任意の時間において、コイル部分に含まれ
る全ての導体部分に生じる電流は一方向に沿って流れ
る。任意の時間における磁極の全てのコイル部分の内部
に電流が同一方向に沿って流れる場合、ステータ・コイ
ルの磁極は幾つかの互いに隣接するコイル部分から形成
し得る。最終的に提供される位相の変位とは無関係に、
ステータ・コイルの磁極ピッチはロータ上の磁石からな
る磁極の磁極ピッチに近似している。コイル部分の横幅
（周方向に沿った長さ）は、永久磁石からなる磁極の磁
極ピッチに一致している。前記横幅が実質的に永久磁石
からなる磁極の磁極ピッチの１／１，１／２，１／３，
１／４……１／ｎに対応する場合（または僅かに少ない
場合）、１、２、３、４またはｎ個の互いに隣接するコ
イル部分からそれぞれ電極が形成される（ここで“ｎ”
は整数を指す）。

【００３２】ステータ・コイルの形成に使用可能な幾つ
かのワインディング技術が挙げられる。前記の従来技術
は、ステータ・コイルのための精密なジグザグ状導体ス
トリップ・アレイを開示している。このようなジグザグ
状導体の構成を本発明に基づくステータ・コイルに使用
可能である。この場合、直線状コイル部分は直線状ジグ
ザグ部分によって形成されている。任意の時間におい
て、電流は前方に向かって延びるジグザグ部分において
一方向に沿って流れ、同一の電流は前方に向かって延び
るジグザグ部分に隣接して配置された後方に向かって延
びるジグザグ部分内では逆方向に沿って流れる。本発明
に基づくステータ・コイルは高密度な閉フラット・コイ
ルを形成するため、一位相あたり１つのコイルのみが提
供されている場合、１つのジグザグ部分は１つの電極を
形成し、ジグザグ部分の横幅は永久磁石からなる磁極の
磁極ピッチに対応している（位相変位エレメントは無
視）。

【００３３】ステータ・コイルは直列に接続された幾つ
かのワインディングから形成されていることが好まし
い。この場合、各ワインディングは１つの撚り線を用い
て巻かれており、各コイル・ワインディングは２つのワ
インディング・アームを有している。ワインディングの
２つのアームは互いに離間して配置されており、かつ同
２つのアームの間には間隙が形成されている。次のワイ
ンディング（直列に配置された次のワインディング）の
ワインディング・アームは、前記の間隙内に配置されて
いる。各ワインディング・アームは横幅を備えており、
同横幅は永久磁石からなる磁極の磁極幅の半分の長さと
ほぼ一致する。ワインディングのワイヤリング・モード
及びワインディング内における電流の流れは、２つの互
いに隣接して配置された別々のワインディングにそれぞ
れ属する２つの互いに隣接するワインディング・アーム
内を同一方向に沿って流れるようになっている。この場
合、各ワインディング・アームはステータ・コイルの直
線状コイル部分を形成し、ステータ・コイルの電極は２
つの互いに隣接するコイル部分からなる。

【００３４】この種類のワイヤリング・モードは好まし
い。また、同ワイヤリング・モードはステータ・コイル
のジグザグ状ワイヤリングと同一の電磁気的効果を提供
する。しかし、製造に要する費用及び磁気的作用のない
ワインディング・ヘッドの長さは、ジグザグ状ステータ
・コイルの製造に要する費用及びワインディング・ヘッ
ドの長さと比較しても更に小さい。

【００３５】好ましいステータ・コイルはこの種類のワ
インディング・モードを有するとともに、横幅（周方向
に沿った長さ）が永久磁石の磁極幅のほぼ半分の長さに
相当する直線状コイル部分を有しており、電流は２つの
互いに隣接するコイル部分のそれぞれの内部を同一方向
に沿って流れる。従って、前記２つの互いに隣接するコ
イル部分は１つの電極を形成している。

【００３６】また、別のワインディング技術に基づき、
３つ、４つ、またはこれらを上回る数の互いに隣接する
コイル部分からなる電極を有するステータ・コイルを提
供可能である。この場合、コイル部分の横幅は永久磁石
からなる磁極の磁極ピッチのそれぞれ１／３、１／４ま
たは１／ｎの長さとなる。

【００３７】本発明に基づき、ステータ・コイルは１つ
の位相に対してそれぞれコンパクトで高密度な閉フラッ
ト・コイルを有しており、同フラット・コイルは例えば
１８０度、１２０度または９０度の角度にわたって周方
向に沿って延びる特徴的なリング・セグメントに一致す
る長さを周方向に沿って有している。この場合、一方向
に沿って電流が流れる間、電極の導体またはフィラメン
トの完全数でないものが電磁力の形成に寄与することは
避けられない。本発明の別の好ましい態様に基づき、直
流機のモータ・モードにおいて、回転する永久磁石から
なる磁極によってステータ・コイル内で誘導された電圧
の形状に一致する形状を備えた正弦波の電流が供給され
ることにより補償を得ることができる。この誘導された
電圧は特にロータの周面のうちの磁性体材料によって
（中立領域を考慮に入れる）被覆された部分の割合に依
存しており、更に同誘導された電圧は、この永久磁石の
構成及び被覆に対するステータ・コイルのコイル部分の
配置及び整合に依存している。最適な負荷率、特に効率
に関する最適な負荷率は整合する正弦波の電流を供給す
ることによって得られる。１つの電極における銅からな
るソリッド・バーの集積された横幅が、その永久磁石か
らなる磁極の磁極幅の１／２より更に短い従来のソリッ
ド・バー・ワインディング（米国特許第５，３３１，２
４４号に開示）と比較した場合、本発明に基づくワイン
ディングは全ての場合において更に高い出力定格を提供
する。

【００３８】直線状コイル部分は空隙内に特定の長さ
（軸方向に沿った長さ）にわたって延びている。コイル
部分のこの長さは空隙の長さに依存している。例えば約
３００ｍｍの直径を備えた空隙を有するロータの場合、
コイル部分のこの長さは約５０〜１００ｍｍである。

【００３９】直列配置されたコイル部分は上方ワインデ
ィング・ヘッドまたは下方ワインディング・ヘッドを介
して互いに連結されている。少なくとも上方ワインディ
ング・ヘッドはコイル部分の仮想延長部分内から方向及
び厚みが逸脱することがないように延びている。従っ
て、組立が完了したステータ・コイルは任意の永久磁石
ロータの円筒状空隙内に軸方向に沿って挿入可能であ
る。鉄はロータの永久磁石からの影響を大きく受ける。
しかし、ステータ手段は鉄を含んでいないため軸方向に
沿ったこの挿入は寧ろ容易に実施可能である。本発明に
基づき、直流機の組立に要する出費を削減可能である。

【００４０】本発明の更に別の好ましい態様に基づい
て、上方ワインディング・ヘッド、即ちステータ・コイ
ルの支持手段から離間して配置されたワインディング・
ヘッドは繊維強化樹脂から形成された冠部分内に埋め込
まれている。合成樹脂はガラス繊維によって強化される
ことが好ましい。この合成樹脂はステータ・コイルを充
填し、かつ硬化するために使用された構造用樹脂と同一
の樹脂とすることができる。これによって形成された冠
部分はステータ手段の機械的安定性及び強度を増加させ
る。必要に応じて、冠部分は高強度繊維または糸から形
成されたバンドを有することが可能である。前記のバン
ドはステータ・リングの変形を防止し、特に銅及び硬化
した樹脂の間の熱膨張係数の違いによって生じる加熱段
階におけるステータ・リングのトランペット状の拡張を
防止する。本発明の更に別の好ましい態様に基づいて、
下方ワインディング・ヘッドは繊維強化樹脂から形成さ
れた足部内に埋め込み得る。ステータ手段は足部を介し
てモータ支持板に対して取付け可能であり、更に同ステ
ータ手段はモータ支持板とともに中心に配置可能であ
る。足部は半径方向及び／または軸方向に沿って延び、
かつ互いに等間隔に離間したボアを有し得る。取付けピ
ンまたは取付けボルトはボア内を貫通して挿入可能であ
る。半径方向に沿って延びる取付けボルトは、ステータ
・コイルを支持板のカラーまたは肩部に対して取付ける
ために使用可能である。軸方向に沿って延びる取付けボ
ルトは、直線状コイル部分及び上方ワインディング・ヘ
ッドの方位を整合させるために使用可能である。これに
加えて、足部はチャッキング・リングまたはクランピン
ング・リングの手段にて固定可能である。これらの固定
手段は信頼性が高く、かつ強度の高いソリッド・クラン
ピングをプランジャ・コイルに対して提供する。

【００４１】本発明の更に別の好ましい態様に基づき、
多数の互いに隣接するコイル部分がコイル・セグメント
に結合されており、同コイル・セグメントは一定の磁極
ピッチを有し、かつ１つの電気的位相を形成している。
少なくとも２つの同コイル・セグメントが同一の円周上
に配置されており、このうちの１つのコイル・セグメン
トは他のコイル・セグメントに対して電気的にその位相
が変位されている。これは全てのロータ位置から始動可
能な自己始動型直流モータを提供する。更に、モータの
同期回転特性が高くなる。完成されたステータ手段はそ
れぞれが約１２０度の角度にわたって周方向に沿って延
びる第１のコイル・セグメント、第２のコイル・セグメ
ント及び第３のコイル・セグメントを有していることが
好ましい。第１のコイル・セグメントは任意の位置に配
置されている。第２のコイル・セグメントは第１のコイ
ル・セグメントに対して磁極ピッチの２／３を加算した
量だけ位相が変位している。第３のコイル・セグメント
は第１のコイル・セグメントに対して磁極ピッチの２／
３を減算した量だけ位相が変位している。完成されたモ
ータの駆動相数は三相をなし、これは非常に効果的とい
える。これに代えて、リング形状をなすステータ手段は
４つ以上の電気的に分離した位相を有し得る。電気的な
コイル・カップリングが隣接するコイル端部に限定され
ていることと、コイル・カップリングの総量が非常に少
ないこととにより、本発明に基づく構造はステータ手段
を幾つかの電気的位相に分離することを促進する。

【００４２】本発明に基づくステータ手段の製造は実質
的に従来の方法に基づいて実施可能である。本発明に基
づくステータ手段の製造は組型を必要とし、同組型は加
熱され、かつその内部から空気が抜かれる。更に、同組
型は型穴を有しており、同型穴はステータ手段の外形と
一致した形状を備えている。研究上の見地に基づく場
合、ステータ手段全体を複数の単一セグメントから組み
立てることが好ましい。この場合、ステータ手段の単一
セグメントを製造するのに適した型を必要とする。工業
的見地に基づく場合、ステータ手段全体を一体形成され
た閉リングまたは一体形成されたリング・セグメントと
して形成することが好ましく、これに適した型を提供す
る必要がある。撚り線は多数の個々に絶縁されたフィラ
メントから形成されている。同撚り線はコイル・ワイン
ディング機を用いてプリ・ワインディングを準備するた
めに使用される。プリ・ワインディングの形状はフィラ
メント・ガラス糸を用いて一時的に固定される。最終的
なステータ・コイルは１つ以上のプリ・ワインディング
を有し得る。プリ・ワインディングは整合ピンによって
型内に配置される。ステータ・コイルの冠部分及び足部
分の型の内部は強化ガラス繊維によって充填される。必
要に応じて、高強度繊維または糸からなる予備形成され
たバンドを冠領域内に挿入することができる。その後、
型は閉鎖され、かつ気密に密閉される。この際、適度な
機械的圧力がプリ・ワインディング上に加えられてい
る。型は同型を乾燥し、かつその温度分布を均等化する
ために加熱される。これと平行する工程において、高い
クリープ・フロー特性を有する任意の構造用樹脂は空気
が混ざらないように混合され、かつ加熱される。温度分
布が均等化された型はその内部の空気を抜かれる。型の
内部に形成された真空状態は、空気を含まない加熱され
た液体樹脂の注入によって破られる。液体樹脂は圧力を
増加させることにより型内に加圧注入される。その後、
型の内容物は型をオーブン内において常圧に維持するこ
とにより硬化可能である。そして、型を徐々に冷却す
る。次いで組型が開かれ、ステータ手段またはステータ
手段セグメントは型から取り除かれ、かつ洗浄される。
その後、結線から絶縁材料が取り除かれ、同結線はエッ
チングされ、かつハンダ工程のために形状が整えられて
準備される。

【００４３】本発明の電気的整流が施された直流機は、
瞬時におけるロータの磁石位置に同期してステータ・コ
イルに供給された電流を制御するために正確な作動磁極
位置の検出手段を必要とする。１５対の磁極を備えたロ
ータを有する直流機の例では、ステータ・コイル内を流
れる電流はロータが一回転する間に方向を１５回変更す
る必要がある。約３，０００〜６，０００ｒｐｍの回転
数の場合、電流は７５０〜１，５００Ｈｚの周波数を必
要とする。電気モータに関連して、この比較的高い周波
数は本発明のモータ概念に基づく高出力を得るために必
要とされる。従来のモータ概念とは対照的に、本発明の
モータ概念はアイアン・サークルを提供しない。アイア
ン・サークルの使用は前記の周波数においてマグネティ
ック・リバーサルを必要とするため高い損失を招来す
る。この結果、本発明に基づく直流モータは前記の高い
周波数に特に適している。約７５０〜１，５００Ｈｚの
高い基本周波数を制御すべく磁極位置検出手段の上限作
動周波数は少なくとも約１００ｋＨｚであることを要す
る。この領域内における磁極位置を検出するためにレゾ
ルバを使用することが好ましい。レゾルバは原理的には
一種の変圧器であり、一次巻線及び二次巻線の間のカッ
プリングは機械的な捻れにより＋１及び−１の間で継続
的に変化する。例えば、この種類の変圧器には約２０ｋ
Ｈｚの周波数が入力され、誘導電圧の比較を行うことに
よりレゾルバの位置を迅速かつ正確に確かめ得る。この
例では、レゾルバの一次巻線は永久磁石ロータに同期し
て回転し、そこから僅かに離間した位置において二次巻
線はステータ手段を支持する支持プレートに対して取付
けられている。レゾルバの使用は、磁極位置の検出に活
性な電気部品を必要としないという別の利点を提供す
る。更に、レゾルバの小型化の実現は効果的であり、例
えば乗用車の車輪を駆動するための直流モータとして本
発明の直流機を使用する際に、直流機の実質的に空の内
部空間を減速ギアの装着など別の目的で使用し得る。

【００４４】直流機がモータ・モードで使用される場
合、即ち電気的整流が施された直流モータとして使用さ
れる場合、電流の供給は電流インバータによって実行さ
れる。パルス幅変調を実施するためにデザインされたイ
ンバータを使用することが好ましい。適切な部品の入手
の可能性に基づいて、モータをスター結線された三相シ
ステムとして三相電流インバータに接続するか、または
互いに１２０度の位相変位を有する３つの一相インバー
タに対して接続することが可能である（適切な三相ステ
ータ・コイルとの接続において）。１５対の磁極を有
し、かつ３，０００ｒｐｍの公称回転速度にて駆動され
るモータの場合、電流供給は少なくとも７５０Ｈｚの周
波数を伴って実行される必要がある。更に高い回転数は
約１，５００Ｈｚ〜２，０００Ｈｚまでの範囲における
更に高い周波数を必要とする。

【００４５】本発明の更に好ましい態様に基づき、本発
明の直流機のモータ・モードでは、ステータ・コイルの
各位相は少なくとも１つまたは複数の互いに関連するイ
ンバータによって供給される。この場合、更に小さく、
かつ更に低価格のインバータを電流供給に使用し得る。
更に、１つのインバータが故障した場合、他のインバー
タは運転可能であり、モータは使用可能な状態に維持さ
れるため、冗長を改善することができる。

【００４６】一般的に、約２００〜４００ボルトの直流
電圧が必要とされる。しかし、約６００〜８００ボルト
の更に高い電圧も適切といえる。電流インバータは、損
失及び騒音を可能な限り低く抑えるべく正弦波の電流の
供給に適している。更に、モータは特定のモータ概念に
起因して非常に低い誘導率を有しているため、電流供給
の制御を可能にするためにインバータが例えば２０ｋＨ
ｚ以上の周波数を伴う高周波クロッキングに適している
ことは必要不可欠である。更に、インバータは制御手段
を有している。正確なロータ位置を示し、かつレゾルバ
によって形成されることが好ましい任意の磁極位置を示
す信号に基づいて、制御手段は振幅及び位相について制
御された正弦波の電流を形成し、かつ同電圧／電流をス
テータ・コイルに対して加えることを可能にする。更
に、インバータの制御手段が制御モードを高回転数にお
いて変化し得ることは効果的であり、これによって弱め
界磁領域を提供すべく電流及び電圧の位相は互いに変位
される。モータが制動モーメントまたは制動トルクを受
ける場合、インバータの制御モードをリターン供給モー
ドに変更する必要があり、リターン・エネルギーまたは
負方向に供給されたエネルギーはアキュムレータに供給
されることが好ましい。他の恒久的に活性化された全て
の駆動装置とともに、インバータは出力において電圧に
対する安全を確保する必要があり、これは“弱め磁界領
域”内にあるモータまたはモータの超過速度により提供
される。

【００４７】

【実施例】本発明を添付図面を参照にし、かつ実施例に
基づいて以下に更に詳述する。図１は幾つかの部品を有
する本発明に基づく直流モータを示している。同直流モ
ータの必要不可欠な部品には、ベアリング・ハウジング
２０及び環状ステータ手段３０を備えたモータ支持板１
０、並びにジャーナル４４、取付けフランジ４６及び永
久磁石ロータ５０を備えたロータ支持板４０が含まれ
る。モータ支持板１０及びロータ支持板４０はいづれも
実質的に円盤形状を有し、かつ“デホニット（Dehonit
）”（エキシポ樹脂とともに加圧成形された木材から
なる材料）から形成されている。ステップ１３はモータ
支持板１０の円周に沿って段差を形成している。ステー
タ手段３０の足部３１はステップ１３に対して挿入さ
れ、かつ同ステップ１３に対して固定されている。足部
３１の更なる固定及び方位の整合は等間隔をおいて配置
されたクランピング・リング１４及びボルト１２を用い
て行われている。多数のボア１５はモータ支持板１０を
貫通して形成され、かつ円周ステップ１３に隣接して周
方向に沿って等間隔をおいて形成されている。冷却空気
はボア１５を通ってモータの内部空間に案内される。更
に、モータ支持板１０はモータを支持手段（図示略）に
対して取り付けるべく内部にネジ山１６を有している。
また、モータ支持板１０は折曲フランジ１７を含む内部
リングを有している。同折曲フランジ１７はロータ支持
板４０付近まで延びており、同折曲フランジ１７はレゾ
ルバの二次巻線１８を支持している。レゾルバの一次巻
線４８は二次巻線１８に対向してロータ支持板４０上に
取付けられている。円筒状ベアリング・ハウジング２０
はモータ支持板１０の中心に配置され、かつ同モータ支
持板１０に取付けられている。２つのモータ・ベアリン
グ２２，２３は互いに軸方向に沿って離間し、かつベア
リング・ハウジング２０の内周面上にそれぞれ取付けら
れている。モータ・ベアリング２２，２３はジャーナル
４４を回動可能に支持しており、同ジャーナル４４は取
付けフランジ４６及びロータ支持板４０に対して結合さ
れている。ジャーナル４４は永久磁石ロータ５０を含む
ロータ支持板４０及び取付けフランジ４６とともに回転
軸４５の周囲を回転する。ジャーナル４４はプレッシャ
・ロック・ワッシャ及びドライビング・ロック・ワッシ
ャにより軸方向に沿った移動を防止すべく固定されてい
る。被駆動軸（図示略）は取付けフランジ４６に対して
固定可能である。本発明に基づくモータはモータ支持板
１０の周囲に沿って支持され、かつ取付けフランジ４６
に対するアクセスを提供する中央開口を有する遮音フー
ドまたはドーム１１を必要に応じて備え得る。

【００４８】垂直方向に沿って延びるベル形永久磁石ロ
ータ４０はロータ支持板４０の外周に沿って取付けられ
ている。同ベル形永久磁石ロータ４０は磁性体（鉄、Ｓ
ｔ５４）から形成された内側リング５２、同じく磁性体
（鉄、Ｓｔ５４）から形成された外側リング５８、及び
サマリウム／コバルト磁石から形成された複数の永久磁
石片を有している。内側永久磁石５４は内側リング５２
の外周面に接着剤によって取付けられている。外側永久
磁石５６は外側リング５８の内周面に接着剤によって取
付けられている。内側永久磁石５４及び外側永久磁石５
６のうちのそれぞれ周方向に沿って互いに隣接する永久
磁石間には間隙が形成されており、同間隙はスロットレ
ス表面または溝なし表面を形成すべく硬化樹脂によって
充填されていることが好ましい。磁気的に活性な空隙５
５は内側永久磁石５４及び外側永久磁石５６の間に形成
されている。冠部３３を含むステータ・コイル３２は、
プランジャ・コイルのように空隙５５内に延びている。
半径方向に沿って延びるボア５３はロータ支持板４０に
隣接する内側リング５２内に周方向に沿って等間隔をお
いて形成されており、冷却空気はステータ・コイル３２
によって形成された熱を排除すべくボア５３を通ってモ
ータの内部空間から空隙５５内に流れる。高強度繊維に
よって形成され、かつ約０．５ｍｍの厚さを有する薄層
バンド５９は高回転時における遠心力によって生じる張
力に対抗して作用すべく、内側永久磁石５４の外周面に
係合されている。

【００４９】図２は本発明に基づくステータ手段３０の
一部を示している。ステータ手段３０は、ステータ・コ
イル３２、足部３１及び冠部３３を有している。上方ワ
インディング・ヘッド３５は冠部３３内に部分的に埋め
込まれている。下方ワインディング・ヘッド３７は足部
３１内に部分的に埋め込まれている。冠部３３及び足部
３１は硬化したガラス繊維強化樹脂から形成されてい
る。ステータ・コイル３２は硬化した構造用樹脂及び特
別な形態に巻かれた撚り線３８からなり、同撚り線３８
は多数の個々に絶縁されたフィラメント３９を有してい
る。ステータ・コイル３２は内周面及び外周面を有し、
かつこれら両面にそれぞれ形成された軸方向に沿って延
びる溝４９を備えている。溝４９は表面積を増加し、界
面における熱伝達を増加させることにより空気冷却の効
果を改善している。

【００５０】図３はステータ・コイル３２を形成するた
めの撚り線３８の巻き方を示している。これに代えて、
別の巻き方を示す図を用いることが可能であり、例えば
精密なジグザグ状ワインディングとするか、または電極
が３つまたは４つの互いに隣接するコイル部分を有する
ワインディングとしてもよい。

【００５１】永久磁石ロータ５０及び空隙５５内の状態
を図４に関連して以下に詳述する。内側リング５２及び
外側リング５８はそれぞれＳｔ５４等の磁気帰路材料か
ら形成されている。永久磁石５４，５６は平坦（約５〜
１０ｍｍの厚さ）で、かつ実質的に矩形をなす片を形成
している。同片は空隙５５の円周と一致する形状をなす
主平面を有している。これらの永久磁石５４，５６はそ
の主平面に直交する方向に沿って磁化されている。交番
するＮ極５４ｎ及びＳ極５４ｓは内側リング５２の外周
面に沿って配置されている。Ｎ極５４ｎ及びＳ極５４ｓ
は中立領域５４ｃによって互いに分離されている。同様
に、交番するＮ極５６ｎ及びＳ極５６ｓは外側リング５
８の内周面に沿って配置されており、中立領域５６ｃは
Ｎ極５６ｎ及びＳ極５６ｓの間に配置されている。これ
らの永久磁石は中立領域５４ｃ，５６ｃが半径方向に沿
って延び、かつ互いに整合するように形成及び配置され
ている。半径方向に沿って整合された永久磁石からなる
磁極は同一の極性を有している。中立領域５４ｃ，５６
ｃの幅（周方向に沿った長さ）は空隙５５の半径方向の
長さにほぼ一致していることが好ましい。これによって
半径方向に沿って直線状に延びる磁束線を含む均一な磁
界からなる連続的な交番磁界が形成される。永久磁石５
４，５６の磁極ピッチは、周方向に沿った磁極幅と、中
立領域５４ｃ，５６ｃの幅（周方向に沿った長さ）によ
って限定される。ここに示す例では磁極の磁極ピッチは
一定であり、同磁極は単一の位相を有している。

【００５２】更に、図４に示すように、プレス成形され
たコンパクトで高密度なフラット・コイルの形態をなす
ステータ・コイル３２は磁気的に活性な空隙５５内に配
置されている。ステータ・コイル３２は周方向に沿って
それぞれ互いに係合する直線状コイル部分３４ａ，３４
ｂ及び３６ａ，３６ｂを有している。図４に示すコイル
部分３４ａ，３４ｂ内に描かれている空白の小円は同コ
イル部分３４ａ，３４ｂが第１の方向に向かって軸方向
に沿って延びていることを表しており、コイル部分３６
ａ，３６ｂ内に描かれている黒く塗りつぶされた小円は
同コイル部分３６ａ，３６ｂが第１の方向とは逆の第２
の方向に向かって軸方向に沿って延びていることを表し
ている（これは図３に更に詳細に示されている）。これ
ら全てのコイル部分３４ａ，３４ｂ，３６ａ，３６ｂは
それぞれ永久磁石からなる磁極５４，５６の磁極幅のほ
ぼ半分の長さに一致する横幅を周方向に沿って備えてい
る。任意の時点において、電流は２つの互いに隣接する
コイル部分３４ａ，３４ｂまたはコイル部分３６ａ，３
６ｂの中をそれぞれ同一方向に向かって流れている。従
って、２つの互いに隣接するコイル部分３４ａ，３４ｂ
は１つの電極を形成し、２つの互いに隣接するコイル部
分３６ａ，３６ｂは反対の極性を備えた別の１つの電極
を形成している。一対の互いに隣接するコイル部分３４
ａ，３４ｂ及びコイル部分３６ａ，３６ｂは磁極ピッチ
を有しており、同磁極ピッチは永久磁石５４，５６の磁
極ピッチに等しい。各コイル部分３４ａ，３４ｂ，３６
ａ，３６ｂは多数の撚り線３８を有している。各撚り線
３８は矩形断面を備え、かつ多数の個々に絶縁されたフ
ィラメント３９を有している。図４に示す実施例におい
て、コイル部分３４ａ，３４ｂ，３６ａ，３６ｂはそれ
ぞれ１２本の撚り線部分３８から構成されており、同撚
り線部分３８は６本づつ２層に分けて配置されている。
各撚り線部分３８はその矩形断面に長い方の辺を有して
おり、同長い方の辺は空隙５５内において磁束線の方向
に沿って平行に延びている。

【００５３】本発明に基づく直流モータは図１〜図４に
関連して詳述した構造及びデザインを有している。モー
タは内側リング５２及び外側リング５８に取付けられた
それぞれが５０ｘ２５ｘ７ｍｍの大きさを備えた６０個
の永久磁石からなる磁極を有しており、同永久磁石から
なる磁極はサマリウム／コバルト磁石から形成されてい
る。周方向に沿った磁極ピッチは２８．３ｍｍである。
周面の８８％は磁気材料によって被覆されている。ステ
ータ・コイルはプレス成形されたコンパクトで高密度な
フラット・コイルを有しており、同フラット・コイルは
細い銅製ワイヤからなる撚り線を備え、かつ硬化した樹
脂で充填されている。この樹脂の例としてはコトロニク
ス社（Cotronics ）から販売されているデュラルコ４４
６０（Duralco 4460）と称されるエポキシ樹脂が挙げら
れ、同樹脂は高いクリープ特性及び高い耐熱性を有して
いる。銅からなる撚り線は約３．９ｍｍ² の断面積を有
しており、同断面には約１１５本のフィラメントが含ま
れている。同フィラメントは個々に絶縁され、かつ撚り
線の長さ方向に沿って延びる軸の周囲に沿って撚り合わ
されている（フィラメントの絶縁材料としてはクラスＨ
のポリイミドを使用）。硬化されたステータ・コイルは
約６ｍｍの厚さを備え、かつ２７個の電極を周囲に有
し、更に位相の変位に使用されるエレメントを備えてい
る。電極は２８．３ｍｍの磁極ピッチを有している。コ
イル部分３４ａ，３４ｂ，３６ａ，３６ｂは６３ｍｍの
フリー長さ（Free length ）と、５０ｍｍのアクティブ
長さ（Active length ）を有している。

【００５４】適切かつ適合した電流インバータは、本発
明のモータに対する電流の供給に使用されている。以下
のパラメータは本発明のモータについて測定され、かつ
同モータの使用において測定された。 残留磁束密度 １．０テスラ 最大空隙インダクション ０．６４テスラ （ステータ・コイル内における一相当たりの誘導電圧） 電圧（Ｖ_ind ) ０．０３４Ｖ_eff ( １ｒｐｍ当たり） 電圧（Ｖ_ind ) ０．０４８Ｖ_sp (１ｒｐｍ当たり） 電圧（３，２００ｒｐｍにおいて） １０９Ｖ_eff （回転数が３，２００ｒｐｍであるモータ） 電圧 ３ｘ２２０Ｖ_eff 永久電流 １１０Ａ_eff ピーク電流（５分間） １２４Ａ_eff 永久出力定格 ２１ｋＷ ピーク出力定格（５分間） ２７ｋＷ この直流モータを用いて以下の特性及び特徴が測定され
た。 （ａ）回転数に依存するモータの出力定格 図５はこれに関する結果を示している。記録された点は
測定値を示している。５分間の運転における特性曲線及
び連続運転における特性曲線はいづれもステータ・コイ
ル温度が１５０℃である際に測定されたものである。構
造用樹脂及びフィラメント絶縁材料は連続的に１８０℃
の温度を許容した。 （ｂ）フリー・ランニング・モードにおけるモータの到
達時間 図６はこれに関する結果を示している。モータは高い動
特性によって特徴づけられており、これは特にロボット
の駆動装置、加工装置の主駆動装置、及びＡＢＳシステ
ム及びＡＳＲシステムなどの幾つかの機能に対するダイ
ナミックな反応を必要とする車両用駆動装置にとって特
に重要な意味を持つ。従来の駆動装置より更に高い動特
性は、機械的力がモータの外周において形成されている
ことと、永久磁石は必要とされる励磁または活性を比較
可能な電気部品より更に低い重量にて提供できることと
に起因して得られる。ステータのアイアンレス構造はモ
ータの高い過負荷能力を可能にし、同過負荷能力は従来
の装置とは対照的に熱特性によって実質的に制限される
が、マグネティック・サークルの大きさによって制限さ
れない。これはモータを飽和状態まで回転させる。 （ｃ）比トルク 図７（ａ）は公称トルクに対する比トルクを示してい
る。図７（ｂ）は回転数に対する比トルクを示してい
る。これら２つの図はいづれもモータの特性が供給され
た電流とともにほぼ直線状をなすことを示している。こ
れは渦電流によって生じる損失、或いは回転数または公
称トルクに依存して発生する飽和損失等の大きな損失が
形成されないことを意味する。これはモータの過負荷能
力が温度要因によって排他的に大きく制限されることを
示している。 （ｄ）空気冷却下において公称電流（Ｉ＝１２０アンペ
ア）の負荷を伴う場合の熱特性 これに関する結果は図８に示されている。プレス成形さ
れたコンパクトで高密度な薄いフラット・コイルの形態
をなすステータ・コイルは、非常に細い銅製導体を含む
撚り線から形成され、かつ硬化した樹脂を充填されて安
定化されている。同ステータ・コイルは冷却効率を高め
るためにその表面に溝が形成されている。このステータ
・コイルの使用において、冷却機能はコイル本体から周
囲への熱伝達によって主に提供されている。約７ｍ／秒
の流速を伴う冷却用空気の流れを使用した場合、温度勾
配の約９０％はステータ・コイルの表面における熱伝達
によって生じ、温度勾配の僅か約１０％がステータ・コ
イルの内部における熱伝達によって生じる。ステータ・
コイル内における約１０アンペア／ｍｍ² という非常に
高い電流密度にもかかわらず、冷却空気によるモータの
冷却は十分であり、短時間における過負荷状態に対して
敏感ではない。これは、モータが冷却を全く行わない場
合でも約４分の熱時定数を有していることに起因してい
る。 （ｅ）モータの効率 これに関する結果は２つの等強線図に示されている。図
９（ａ）は全効率を示している。図９（ｂ）は伝達損を
含まない場合の効率を示している。この種類の等強線図
では、効率はトルク（横座標に沿ってプロットされてい
る）に依存するマーク及びトルク（縦座標に沿ってプロ
ットされている）に依存するマークとして示されてい
る。マークの間の特性曲線は一定効率の曲線を示してい
る。図９（ａ）は測定された効率（全効率）を示してい
る。この測定された効率は抵抗損、永久磁石内における
損失、空気摩擦による損失、ベアリング摩擦による損
失、及び撚り線内における絶縁問題による損失等の全て
の損失を含んでいる。図９（ｂ）は特定の実施例によっ
て生じた損失を考慮に入れることなくモータの電気磁気
効率の特性を示している。

【００５５】従来技術に基づくモータ、特に本発明のも
のに実質的に類似した永久磁石ロータを有する一方で、
ソリッド・バー・ワインディングとして形成されたステ
ータ・コイルを有する米国特許第５，３３１，２４４号
に開示されている直流モータとの比較において、本発明
に基づくステータ・コイルは伝達損を少なくとも８０％
まで減少させる。本発明はこのモータ概念を車両、特に
乗用車の駆動モータとして利用可能にしている。これに
加えて、測定されたデータ及びここに開示されたデータ
はこのモータ概念の技術的潜在性を枯渇させるものでは
ない。永久磁石及びコイル部分のアクティブ長さを約１
００ｍｍまで増加し、かつロータの直径を変更せずに約
３００ｍｍに維持することにより、モータの出力定格を
倍増し、かつモータの相対的損失を約２５％まで低減す
ることが想定される。これに加えて、この寸法のモータ
を用いて回転数を約６，０００〜７，５００ｒｐｍまで
増加させることは現実的といえる。この結果、約２５０
〜３００ｍｍのロータ径と、約１５０ｍｍの軸方向に沿
った長さまたは高さを含むこのモータ概念を用いて、１
００ｋＷ以上の出力定格を得ることは現実的といえる。

【００５６】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明によれば、
電気的整流が施された直流機、特に電気的整流が施され
た直流モータを冷却空気にて冷却可能にする一方で、同
直流機に対して高い電流密度、更に高い動特性、良好な
過負荷能力、並びに供給された電圧及び電流に対するト
ルク及び回転速度のほぼ直線的特性、即ち回転速度及び
／またはトルクに依存する非常に大きな損失をほぼ回避
する特性を付与するという優れた効果を発揮する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に基づく直流モータの縦断面図。

【図２】本発明に基づくステータ・コイルの一部拡大斜
視図。

【図３】ステータ・コイルのプリ・ワインディングの巻
き方を示す図。

【図４】図１の２−２線における直流モータの一部拡大
横断面図。

【図５】図１及び図４のモータの出力定格図。

【図６】図１及び図４のモータの動特性図。

【図７】（ａ）は図１及び図４のモータの公称トルクに
対する比トルクを示すグラフ。（ｂ）は図１及び図４の
モータの回転速度に対する比トルクを示すグラフ。

【図８】図１及び図４のモータの熱特性を示すグラフ。

【図９】（ａ）は図１及び図４のモータの全効率を示す
グラフ。（ｂ）は図１及び図４のモータの伝達損を含ま
ない場合の効率を示すグラフ。

【符号の説明】

１０…モータ支持板、１８…レゾルバの二次巻線、３０
…ステータ手段、３１…足部、３２…ステータ・コイ
ル、３３…冠部、３４ａ，３４ｂ，３６ａ，３６ｂ…直
線状コイル部分、３５…上方ワインディング・ヘッド、
３７…下方ワインディング・ヘッド、３８…撚り線、３
９…フィラメント、４５…回転軸、４８…レゾルバの一
次巻線、４９…溝、５０…永久磁石ロータ、５２…内側
リング、５８…外側リング、５４，５６…永久磁石から
なる磁極、５５…円筒状空隙、５９…バンド。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０２Ｋ 21/12 Ｍ (72)発明者 ベルントハルト ホフマン ドイツ連邦共和国 デー−82319 シュタ ルンベルク ヤーコプ−トレッシュ−シュ トラーセ ９ (72)発明者 ライナー ラッシュ ドイツ連邦共和国 デー−82229 ヘッヒ ェンドルフ ブライトブルンナー シュト ラーセ ９

Claims (25)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 回転軸（４５）と、 円筒状空隙（５５）に沿って回転するとともに、半径方
   向に沿って直線状に延びる磁束線及び連続的に変化する
   極性とともに均一な磁界を空隙（５５）内に形成すべ
   く、一定の磁極ピッチに配置された偶数個の永久磁石か
   らなる磁極（５４，５６）を有する永久磁石ロータ（５
   ０）と、 導体材料及び硬化した合成樹脂から形成され、かつ回転
   軸（４５）に対して平行となるように空隙（５５）内に
   延びる直線状コイル部分（３４ａ，３４ｂ；３６ａ，３
   ６ｂ）を備えた自己支持型ステータ・コイル（３２）を
   含むアイアンレス・ステータ手段（３０）とを有し、前
   記コイル部分（３４ａ，３４ｂ；３６ａ，３６ｂ）のそ
   れぞれは任意の瞬間において１つの特徴的な電流方向の
   みを有し、更に前記コイル部分（３４ａ，３４ｂ；３６
   ａ，３６ｂ）のそれぞれが永久磁石ロータ（５０）の磁
   極ピッチに一致した幅を有する電気的整流が施された直
   流機であって、 各コイル部分（３４ａ，３４ｂ；３６ａ，３６ｂ）の導
   体材料が１つまたは複数の撚り線（３８）を有し、各撚
   り線（３８）は同撚り線（３８）内において撚り合わさ
   れ、かつ０．４ｍｍ以下の直径を有する個々に絶縁され
   た多数の細いフィラメント（３９）を有し、前記導体材
   料及び液体樹脂は７０〜９０容量％の導体材料を含むス
   テータ・コイル（３２）を構成していることを特徴とす
   る直流機。
2. 【請求項２】 前記撚り線（３８）は１ｍｍ² 当たり約
   １０〜５０本のフィラメント（３９）をその横断面に有
   することを特徴とする請求項１に記載の直流機。
3. 【請求項３】 前記ステータ・コイル（３２）は１つの
   一体形成された閉リングを形成するか、或いは１つの閉
   リングまたは１つのリング・セグメントを構成する複数
   のセグメントを形成するコンパクトで高密度なフラット
   ・コイルを有し、 前記リングまたはリング・セグメントを構成する少なく
   とも１つの直線状コイル部分（３４ａ，３４ｂ；３６
   ａ，３６ｂ）が前記空隙（５５）内に軸方向に沿って挿
   入可能なことを特徴とする請求項１に記載の直流機。
4. 【請求項４】 前記ステータ・コイル（３２）は空隙
   （５５）内に延び、かつその一端が把持されたプランジ
   ャ・コイルのように形成及び配置され、前記空隙（５
   ５）は磁束環を閉鎖すべく同空隙（５５）の互いに対向
   する面のうちの一方の面が回動可能に配置された永久磁
   石からなる磁極（５４，５６）によって限定され、他方
   の面が永久磁石材料及び磁性体材料のうちのいづれかに
   よって限定されていることを特徴とする請求項１に記載
   の直流機。
5. 【請求項５】 前記空隙（５５）は内周面を有し、前記
   内周面を限定する材料は渦電流を誘導しにくい鉄材料か
   ら選択され、かつ固定配置された鉄材料を含むことを特
   徴とする請求項４に記載の直流機。
6. 【請求項６】 前記永久磁石ロータ（５０）は板並びに
   同板から延出する内側リング（５２）及び外側リング
   （５８）を有するオープン・ベル型電機子として形成さ
   れ、かつ配置されていることと、 外側リング（５８）は内側リング（５２）から離間し、
   かつ同内側リング（５２）と同心をなすように配置され
   ていることと、 内側リング（５２）及び外側リング（５８）はいづれも
   磁束環を閉鎖すべく磁性体材料から形成されていること
   と、 内側リング（５２）が永久磁石からなる磁極（５４）を
   形成する永久磁石材料によって被覆された外周面を有し
   ていることと、 外側リング（５８）が永久磁石からなる磁極（５６）を
   形成する永久磁石材料によって被覆された内周面を有し
   ていることと、 内側リング（５２）上の永久磁石からなる磁極（５４）
   及び外側リング（５８）上の永久磁石からなる磁極（５
   ６）は、互いに整合して配置されていることと、 前記互いに整合して配置された永久磁石からなる磁極
   （５４，５６）はいづれも半径方向に沿って極性が与え
   られ、かつ同一の極性をそれぞれ有していることと、 内側リング（５２）上において周方向に沿って互いに隣
   接する永久磁石からなる磁極（５４）及び外側リング
   （５８）上において周方向に沿って互いに隣接する永久
   磁石からなる磁極（５６）はともに極性がそれぞれ周方
   向に沿って交番するように配置されていることと、 前記磁気的に活性な空隙（５５）が内側リング（５２）
   上の永久磁石からなる磁極（５４）及び外側リング（５
   ８）上の永久磁石からなる磁極（５６）の間に形成され
   ていることとを特徴とする請求項１に記載の直流機。
7. 【請求項７】 内側リング（５２）及び外側リング（５
   ８）はいづれも軸方向に沿って約５０〜１００ｍｍの長
   さを有することを特徴とする請求項６に記載の直流機。
8. 【請求項８】 前記永久磁石からなる磁極（５４，５
   ６）はそれぞれ１つ以上の軸方向に沿って延びる浅いス
   ロットを有し、これによって各磁極が渦電流を誘導する
   能力が削減された多数のバーに分割されるようにしたこ
   とを特徴とする請求項６に記載の直流機。
9. 【請求項９】 前記内側リング（５２）上の永久磁石か
   らなる磁極（５４）は高速回転時に形成される遠心力に
   よって生じる張力に対する保護を提供すべく高強度繊維
   から形成された薄いバンド（５９）によって固定されて
   いることを特徴とする請求項６に記載の直流機。
10. 【請求項１０】 前記ステータ・コイル（３２）は１つ
    の一体形成されたリングまたは１つ以上のリング・セグ
    メントを形成するコンパクトで高密度なフラット・コイ
    ルを有することと、 前記リングまたはリング・セグメントはそれぞれ外周面
    及び内周面を有することと、 前記外周面及び内周面のうちの少なくとも一方はその表
    面に軸方向に沿って延びる溝（４９）を有することとを
    特徴とする請求項１に記載の直流機。
11. 【請求項１１】 冷却空気の強制流動により冷却作用を
    提供することと、前記冷却空気が空隙（５５）内に案内
    され、かつステータ・コイル（３２）の周面に沿って強
    制的に流動されることを特徴とする請求項１に記載の直
    流機。
12. 【請求項１２】 前記永久磁石ロータ（５０）は空隙
    （５５）を限定する１つ以上の周面を有し、前記周面が
    スロット、溝及び凹みを有していないことを特徴とする
    請求項１に記載の直流機。
13. 【請求項１３】 前記ステータ・コイル（３２）は半径
    方向に沿って延びる約５〜１０ｍｍの厚さを有すること
    を特徴とする請求項１に記載の直流機。
14. 【請求項１４】 前記ステータ・コイル（３２）は複数
    のコイル部分（３４ａ，３４ｂ；３６ａ，３６ｂ）を有
    し、前記コイル部分（３４ａ，３４ｂ；３６ａ，３６
    ｂ）のそれぞれが複数の撚り線部分を備えていること
    と、 撚り線部分のそれぞれが矩形断面を備えた１つ以上の撚
    り線（３８）を有することと、 撚り線（３８）は撚り線断面の長い方の辺が空隙（５
    ５）内の磁束線に平行となるように空隙（５５）内に配
    置されていることとを特徴とする請求項１に記載の直流
    機。
15. 【請求項１５】 前記コイル部分（３４ａ，３４ｂ；３
    ６ａ，３６ｂ）は永久磁石からなる磁極（５４，５６）
    の磁極幅のほぼ半分の長さに相当する幅を周方向に沿っ
    て備えていることと、 電流は任意の瞬間において一対の互いに隣接するコイル
    部分（３４ａ及び３４ｂまたは３６ａ及び３６ｂ）内を
    同一方向に沿って流れ、これによって前記一対の互いに
    隣接するコイル部分は１つの電極を形成することとを特
    徴とする請求項１に記載の直流機。
16. 【請求項１６】 前記コイル部分（３４ａ，３４ｂ；３
    ６ａ，３６ｂ）は軸方向に沿って約５０〜１００ｍｍの
    長さを伴って空隙（５５）内に延びていることを特徴と
    する請求項１に記載の直流機。
17. 【請求項１７】 直列配列されたコイル部分（３４ａ，
    ３４ｂ；３６ａ，３６ｂ）は上方ワインディング・ヘッ
    ド（３５）または下方ワインディング・ヘッド（３７）
    を介して互いに連結されていることと、 少なくとも上方ワインディング・ヘッド（３５）はコイ
    ル部分（３４ａ，３４ｂ；３６ａ，３６ｂ）の仮想延長
    部分内から方向及び厚みが逸脱することがないように延
    びており、これによって組立が完了したステータ・コイ
    ル（３２）は任意の永久磁石ロータ（５０）の円筒状空
    隙（５５）内に軸方向に沿って挿入可能なこととを特徴
    とする請求項１に記載の直流機。
18. 【請求項１８】 上方ワインディング・ヘッド（３５）
    は繊維強化樹脂から形成された冠部（３３）内に埋め込
    まれていることを特徴とする請求項１７に記載の直流
    機。
19. 【請求項１９】 前記冠部（３３）は高強度繊維から形
    成されたバンドを有していることを特徴とする請求項１
    ８に記載の直流機。
20. 【請求項２０】 下方ワインディング・ヘッド（３７）
    は繊維強化樹脂から形成された足部（３１）内に埋め込
    まれていることと、 ステータ手段（３０）は前記足部（３１）を介してモー
    タ支持板（１０）に対して取付けられ、かつ同モータ支
    持板（１０）とともに中心に配置されていることとを特
    徴とする請求項１６に記載の直流機。
21. 【請求項２１】 多数のコイル部分（３４ａ，３４ｂ；
    ３６ａ，３６ｂ）は第１のコイル・セグメントに結合さ
    れ、前記第１のコイル・セグメントは一定の磁極ピッチ
    を有し、かつ特徴的な電気的位相を形成していること
    と、 前記第１のコイル・セグメントと同一の種類の少なくと
    も１つの更なる第２のコイル・セグメントを有し、前記
    第２のコイル・セグメントは第１のコイル・セグメント
    と同一の円周上に配置され、かつ第１のコイル・セグメ
    ントの電気的位相とは異なる電気的位相を備えているこ
    ととを特徴とする請求項１に記載の直流機。
22. 【請求項２２】 ステータ手段はそれぞれが周方向に沿
    って約１２０度の角度にわたって延びる第１のコイル・
    セグメント、第２のコイル・セグメント及び第３のコイ
    ル・セグメントを有していることと、 第１のコイル・セグメントは任意の位置を備えているこ
    とと、 第２のコイル・セグメントは第１のコイル・セグメント
    に対して磁極ピッチの２／３を加算した量だけ位相が変
    位していることと、 第３のコイル・セグメントは第１のコイル・セグメント
    に対して磁極ピッチの２／３を減算した量だけ位相が変
    位していることとを特徴とする請求項２１に記載の直流
    機。
23. 【請求項２３】 電流によってモータ・モードにて運転
    されていることと、 前記電流がインバータ手段によって供給されていること
    と、 各インバータ手段はステータ手段（３０）の電気的位相
    のそれぞれに対して提供されていることとを特徴とする
    請求項２１に記載の直流機。
24. 【請求項２４】 モータ・モードにて運転され、その運
    転に必要な電流が１つ以上のインバータ手段によって供
    給され、前記インバータ手段が永久磁石（５４，５６）
    の回転によってステータ・コイル（３２）内で誘導され
    た電圧と一致する形状を備えた正弦波の電流を供給する
    ことを特徴とする請求項２３に記載の直流機。
25. 【請求項２５】 ロータ（５０）の永久磁石からなる磁
    極（５４，５６）の磁極位置を検出する手段を有し、前
    記検出手段はステータ・コイル（３２）の電流供給を制
    御するための信号を提供することと、 前記検出手段は永久磁石ロータ（５０）に同期して回転
    する一次巻線（４８）を備えたレゾルバ（１８；４８）
    を有していることとを特徴とする請求項１に記載の直流
    機。