(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
鉄心無し積層板型巻線であって：
第１の複数の導電材料積層板を備える第１モータ構成部材であって、前記第１の複数の積層板が電気的に接続されて、第１板型巻線を形成する、前記第１モータ構成部材と、
第２の複数の導電材料積層板を備える第２モータ構成部材であって、前記第２の複数の積層板が電気的に接続されて、第２板型巻線を形成する、前記第２モータ構成部材と、を備え、
前記第１モータ構成部材は、第１外側リング、第１内側リング、及び、前記第１外側リングと前記第１内側リングとの間に架設される複数の第１導体を含む略環状の形状を有し、前記複数の第１導体の間に配置される複数の第１開口部を備え、前記第１の複数の積層板が、下端の積層板から順次、上面に隣接する積層板に対し、前記第１内側リング又は前記第１外側リングにて交互に接続されていて、
前記第２モータ構成部材は、第２外側リング、第２内側リング、及び、前記第２外側リングと前記第２内側リングとの間に架設される複数の第２導体を含む略環状の形状を有し、前記複数の第２導体の間に配置される複数の第２開口部を備え、前記第２の複数の積層板が、下端の積層板から順次、上面に隣接する積層板に対し、前記第２内側リング又は前記第２外側リングにて交互に接続されていて、
前記第１モータ構成部材及び前記第２モータ構成部材は、前記第１導体群が前記第２開口部群の内部に配置され、かつ前記第２導体群が前記第１開口部群の内部に配置されるように互いの上に積層され、前記第１モータ構成部材及び前記第２モータ構成部材が、交互磁極として構成されるように電気的に直列接続されている、
鉄心無し積層板型巻線。
【請求項２】
前記複数の第１導体は、前記第１外側リング及び前記第１内側リングに対して下方に窪んだジョグル部を含み、前記複数の第２導体は、前記第２外側リング及び前記第２内側リングに対して上方に突出したジョグル部を含むことにより、前記第１モータ構成部材が前記第２モータ構成部材に固定されると、前記第１導体群及び前記第２導体群が略同一平面上に揃うようになり、かつ軸方向磁束導体構造を形成するようになる、請求項１に記載の鉄心無し積層板型巻線。
【請求項３】
前記複数の第１導体の前記第１の複数の積層板の各積層板は、複数の第１の垂直に積層する積層板を含み、前記複数の第２導体の前記第２の複数の積層板の各積層板は、複数の第２の垂直に積層する積層板を含む、請求項１に記載の鉄心無し積層板型巻線。
【請求項４】
前記導電材料はアルミニウムを含み、前記第１の複数の積層板の各々、及び前記第２の複数の積層板の各々は、隣接する積層板から陽極酸化または薄い絶縁板を介して電気的に絶縁され、前記第１の複数の積層板が、下端の積層板から順次、上面に隣接する積層板に対し、前記第１内側リング又は前記第１外側リングにて交互に溶接されていて、前記第２の複数の積層板が、下端の積層板から順次、上面に隣接する積層板に対し、前記第２内側リング又は前記第２外側リングにて交互に溶接されている、請求項１に記載の鉄心無し積層板型巻線。
【請求項５】
前記複数の第１導体及び前記複数の第２導体は、複数の渦電流制御スロットを含む、請求項１に記載の鉄心無し積層板型巻線。
【請求項６】
鉄心無し積層板型巻線を製造する方法であって、該方法は：
第１の複数のモータ構成板材を導電材料から切り出すことであって、複数の第１外側リング、及び複数の第１内側リングを切り出すことを含む、切り出すことと、
前記第１外側リングと前記第１内側リングとの間に架設される複数の第１導体を前記第１の複数のモータ構成板材の各々の内部に形成して、前記複数の第１導体が、前記複数の第１導体の間の複数の第１開口部で離間することと、
所望の巻線パラメータに従って、前記第１の複数のモータ構成板材を積層し合体させて積層構造とすることにより第１モータ構成部材を形成することと、
前記第１の複数のモータ構成板材が、下端のモータ構成板材から順次、上面に隣接するモータ構成板材に対し、前記第１内側リング又は前記第１外側リングにて交互に接続されるように、前記第１の複数のモータ構成板材を電気的に接続することと、
第２の複数のモータ構成板材を導電材料から切り出すことであって、複数の第２外側リング、及び複数の第２内側リングを切り出すことを含む、切り出すことと、
前記第２外側リングと前記第２内側リングとの間に架設される複数の第２導体を、前記第２の複数のモータ構成板材の各々の内部に形成して、前記複数の第２導体が、前記複数の第２導体の間の複数の第２開口部により離間することと、
前記第２の複数のモータ構成板材を、所望の巻線パラメータに従って積層して合体させて積層構造とすることにより第２モータ構成部材を形成することと、
前記第２の複数のモータ構成板材が、下端のモータ構成板材から順次、上面に隣接するモータ構成板材に対し、前記第２内側リング又は前記第２外側リングにて交互に接続されるように、前記第２の複数のモータ構成板材を電気的に接続することと、
前記第１モータ構成部材を前記第２モータ構成部材に固定して、前記複数の第１導体が、前記複数の第２開口部の内部に配置され、かつ前記複数の第２導体が、前記複数の第１開口部の内部に配置されるように互いの上に積層し、前記第１モータ構成部材及び前記第２モータ構成部材が、交互磁極として構成されるように電気的に直列接続されることと、
を含む、方法。
【請求項７】
前記第１の複数のモータ構成板材、及び前記第２の複数のモータ構成板材を導電材料から切り出すことは、ウォータージェット法を利用して、各モータ構成板材をアルミニウム板から切り出すことを含む、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記複数の第１導体を、前記第１の複数のモータ構成板材の内部に形成することは、前記複数の第１導体を前記導電材料から切り出して、前記複数の第１導体が、前記複数の第１外側リングを前記複数の第１内側リングに接続して、前記複数の第１導体が、前記複数の第１開口部を挟むようにして、前記第１内側リング群の外周に沿って等間隔で離間するようにすることを含み、
前記複数の第２導体を、前記第２の複数のモータ構成板材の内部に形成することは、前記複数の第２導体を前記導電材料から切り出して、前記複数の第２導体が、前記複数の第２外側リングを前記複数の第２内側リングに接続して、前記複数の第２導体が、前記複数の第２開口部を挟むようにして、前記第２内側リング群の外周に沿って等間隔で離間するようにすることを含む、請求項６に記載の方法。
【請求項９】
環状ジョグル部を前記第１外側リングと前記第１内側リングとの間の前記第１モータ構成部材の内部に形成して、前記第１導体群が前記第１モータ構成部材の平面からずれるようにすることと、
環状ジョグル部を前記第２外側リングと前記第２内側リングとの間の前記第２モータ構成部材の内部に形成して、前記第２導体群が前記第２モータ構成部材の平面からずれるようにすることと、をさらに含み、
前記第１導体群及び前記第２導体群は、前記第１モータ構成部材を前記第２モータ構成部材に固定すると略同一平面上に揃うようになる、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記複数の第１導体を、前記第１の複数のモータ構成板材の内部に形成することは、前記複数の第１導体の各々に対応して、
複数の垂直に積層する板材を形成することと、
前記複数の垂直に積層する板材を積層して第１導体を形成することと、
前記複数の垂直に積層する板材を電気的に直列接続することと、
前記第１導体を、前記複数の第１外側リングに、そして前記複数の第１内側リングに接続して、前記複数の第１導体が、前記複数の第１開口部を挟むようにして、前記第１内側リング群の外周に沿って等間隔で離間するようにすることと、を含み、
前記複数の第２導体を、前記第２の複数のモータ構成板材の内部に形成することは、前記複数の第２導体の各々に対応して、
複数の垂直に積層する板材を形成することと、
前記複数の垂直に積層する板材を積層して第２導体を形成することと、
前記複数の垂直に積層する板材を電気的に直列接続することと、
前記第２導体を、前記複数の第２外側リングと前記複数の第２内側リングに接続して、前記複数の第２導体が、前記複数の第２開口部を挟むようにして、前記第２内側リング群の外周に沿って等間隔で離間するようにすることと、を含む、請求項６に記載の方法。
【請求項１１】
１つ以上の渦電流制御スロットを、１つ以上の第１導体の内部に、そして１つ以上の第２導体の内部に作成することをさらに含む、請求項６に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
モータは普通、ロータ群及びステータ群を利用し、これらのロータ及びステータのうちの少なくとも１つは通常、鉄心に密着して巻回される銅線から成る巻線を含む。磁場内で回転すると、または回転磁場に置かれると、結果として誘導モータがトルクを生じる。これらの鉄心モータは、極めて高出力のモータとすることができ、かつ極めて高効率のモータとすることができるが、限界がある。鉄心構造は、重量が非常に大きな関心事となる航空機または他の輸送手段に使用されるように設計されるモータの内部に使用される場合に重くなってしまう。更に、巻線では、コイルを積み重ねる場合の巻線密度を高めることができない。コイルを積み重ねると、巻線を含むステータまたはロータの画成領域内の所定の磁束に曝されるようにすることができるコイルの量が少なくなるのでモータの効率を低下させる空隙が大きくなる。
【０００２】
これらの注意事項及び他の注意事項を考慮に入れて、本明細書に記載の本開示が提示される。
【発明の概要】
【０００３】
本概要は、詳細な説明において以下に更に詳細に記載されるコンセプト群の選択部分を簡略にした形で紹介するために提供される。本概要は、特許請求する主題の範囲を限定するために利用されてはならない。
【０００４】
本明細書において記載される装置、システム、及び方法は、モータ用積層板型巻線を提供することができる。本明細書において提供される本開示の１つの態様によれば、鉄心無し積層板型巻線は、２つのモータ構成部材を含み、これらのモータ構成部材を積み重ねて、巻線の交互磁極を形成する。これらのモータ構成部材は、ロータまたはステータとして構成することができる。各モータ構成部材は、多数の導電材料積層板を含む。これらの積層板は、直列に電気接続されて巻線を形成する。各モータ構成部材は、開口部群を導体群の間に挟む構成で離間する多数の導体を含む。これらの構成部材を積み重ねると、一方のモータ構成部材の導体群が、他方の構成部材の開口部群の内部に配置されて、軸方向に構成される板型巻線の略連続する薄い導体領域を形成する。
【０００５】
別の態様によれば、鉄心無し放射状磁束モータシステムは、中心ハブ部に接続される一対の端部接続部材を含む。これらの端部接続部材は、互いに対向し、かつハブ部が中心に位置付けられて中心軸を包囲する環状部材である、または「ｓｌｉｐ  ｒｉｎｇ（スリップリング）」と表記される部材である。２つの導体板は、これらの端部接続部材の間に架設され、かつこれらの端部接続部材に接続される。各導体板は、開口部群をこれらの平行導体の間に挟んで離間する多数の平行導体を含む。これらの導体板は、当該モータシステムの内部に配置されて、各導体板の導体群が、他方の導体板の開口部群の内部に嵌め込まれるようにしている。このような構成とすることにより、環状かつ放射状に構成されるロータまたはステータの略連続する外側表面が形成される。
【０００６】
更に別の態様によれば、鉄心無し放射状磁束モータシステムは、中心ハブ部にスリップリングの位置で接続される対向端部接続部材群を含む。２つの導体板は、これらの端部接続部材の間に架設され、かつこれらの端部接続部材に接続される。各導体板は、開口部群をこれらの平行導体の間に挟んで離間する多数の平行導体を含む。これらの導体板は、当該モータシステムの内部に配置されて、各導体板の導体群が、他方の導体板の開口部群の内部に嵌め込まれるようにしている。これらの導体板はそれぞれ、電流が、環状ロータまたはステータの半径方向軸に対して垂直な架設方向に流れるように構成される。電流の方向は、１つの導体から隣接する導体へと交互に変化する。
【０００７】
本開示の別の態様は、鉄心無し積層板型巻線を製造する方法を含む。前記方法によれば、積み重ねるとモータ構成部材を形成することになる多数のモータ構成板材を導電材料板から切り出す。多数の導体を、これらのモータ構成板材の各モータ構成板材の内部に、これらの導体が、開口部群をこれらの導体の間に挟んで離間するような構造となるように形成する。これらの板材を積み重ね、そして直列接続することによりモータ構成部材を形成する。当該プロセスを繰り返して、第２モータ構成部材を形成する。これらの２つの構成部材を、一方の構成部材の導体群が他方の構成部材の開口部群の内部に配置されるように互いに対して固定することにより、モータ巻線の交互磁極を形成する。
【０００８】
別の態様によれば、一対の環状端部接続部材を中心ハブ部に取り付ける。第１平行導体グループを前記端部接続部材群に、前記端部接続部材群の半径方向軸に対して垂直になるように所定の位置に取り付ける。第２平行導体グループを前記端部接続部材群に、前記第１平行導体グループに隣接して取り付けて、前記第２グループの各導体が、前記第１グループの中の１つの導体に、前記導体の架設辺に沿って当接するようにする。各グループの導体群を電気的に接続して、電流が前記端部接続部材群の半径方向軸に対して垂直な架設方向に流れ、電流の方向が、連続する導体群の間で交互に変化するようにする。
【０００９】
説明してきた特徴、機能、及び利点は、本発明の種々の実施形態において個別に実現することができる、または更に他の実施形態において組み合わせることができ、これらの実施形態についての更なる詳細は、以下の説明及び図面を参照することにより理解することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１Ａは、本明細書において提示される種々の実施形態による積層板型巻線のロータディスクの上面図である。図１Ｂは、本明細書において提示される種々の実施形態による図１Ａのロータディスクの多数の積層ディスクの断面図である。図１Ｃは、本明細書において提示される種々の実施形態による図１Ｂに示すロータディスクの部分Ｂの拡大図である。図１Ｄは、図１Ｃに示すロータディスクの導体の上面図であり、本明細書において提示される種々の実施形態による渦電流制御スロットを示している。
【図２Ａ】図２Ａは、本明細書において提示される種々の実施形態による積層板型巻線の２つのロータディスクの上面図及び断面図を示している。
【図２Ｂ】図２Ｂは、本明細書において提示される種々の実施形態による図２Ａの２つのロータディスクを組み合わせることにより形成される軸方向磁束構造による積層板型巻線のロータディスクの上面図及び断面図を示している。
【図２Ｃ】図２Ｃは、図２Ｂの積層板型巻線の部分Ｄの斜視図であり、本明細書において提示される種々の実施形態による環状導体領域を示している。
【図２Ｄ】図２Ｄは、図２Ｃの積層板型巻線の一部の断面図であり、本明細書において提示される種々の実施形態による軸方向磁束構造を有する積層板型巻線との磁束相互作用を示している。
【図３Ａ】図３Ａは、積層板型巻線の外側リング、及び導体部分の斜視図であり、本明細書において提示される種々の実施形態による水平に絶縁される積層板群を示している。
【図３Ｂ】図３Ｂは、積層板型巻線の外側リング、及び導体部分の斜視図であり、本明細書において提示される種々の実施形態による水平に積層するとともに垂直に積層する積層板群を示している。
【図４Ａ】図４Ａは、本明細書において提示される１つの実施形態による積層板型巻線の放射状磁束構造の斜視図である。
【図４Ｂ】図４Ｂは、図４Ａの積層板型巻線の断面図であり、本明細書において提示される１つの実施形態による放射状磁束構造を有する積層板型巻線との磁束相互作用を示している。
【図５】図５は、本明細書において提示される別の実施形態による三相放射状磁束積層板型巻線の斜視断面図である。
【図６Ａ】図６Ａは、本明細書において提示される別の実施形態による更に別の放射状磁束積層板型巻線の断面図である。
【図６Ｂ】図６Ｂは、本明細書において提示される１つの実施形態による図６Ａの放射状磁束積層板型巻線の積層板群の分解断面図である。
【図６Ｃ】図６Ｃは、本明細書において提示される１つの実施形態による図６Ａの積層板型巻線の内部に利用される積層板型巻線積層体の斜視図である。
【図７】図７は、本明細書において提示される１つの実施形態による鉄心無し積層板型巻線を製造する方法を示すフロー図である。
【図８】図８は、本明細書において提示される別の実施形態による鉄心無し積層板型巻線を製造する方法を示すフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下の詳細な説明は、積層板型巻線（ｌａｍｉｎａｔｅｄ  ｓｈｅｅｔ  ｗｉｎｄｉｎｇｓ）に関するものである。上に簡単に説明したように、従来のモータ巻線は、鉄心に密着して巻回される銅線を利用する。効果的ではあるが、これらの巻線は重く、かつこれらの巻線では、通常の鉄心巻線の形状の性質に起因して、多くの巻線を効率的に装着することができない。本明細書において記載されるコンセプト及び技術を利用すると、巻線は、導電材料の積層板を用いて製造され、これらの積層板は互いから電気的に絶縁され、かつ電気的に直列接続されてモータ巻線を形成する。これらの巻線を、特定の実施形態に合う所望の厚さに積層し、そして空隙がこれらの巻線内に殆ど生じないように高密度で装着して、これらの巻線の効率を従来の鉄心巻線よりも向上させることができる。
【００１２】
更に、本明細書において記載されるこれらの巻線は、鉄心を利用することなくアルミニウム板または銅板により作製することができるので、これらの巻線の重量だけでなく、これらの巻線を製造するコストを低減することができる。この特徴は、航空機内に用いられる場合には重量が重要な注意事項となるので、航空機産業には特に有利である。以下に記載される積層板型巻線は更に、軸方向構造または放射状構造となるように構成されて、モータ内の任意の特定の応用形態に対応することができる。
【００１３】
「ｍｏｔｏｒ  ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ（モータ構成部材群）」という用語は、広くロータ、ステータ、またはロータ及び／又はステータの任意の組み合わせを指すものとして以下に用いることができることに留意されたい。特定の応用形態によって異なるが、本明細書において記載されるこれらの巻線を利用して、ロータまたはステータを形成することができることを理解されたい。例えば、アルミニウムにより製造される場合、以下に記載されるこれらの巻線をロータとして利用して冷却を行なうと有利となり得る。しかしながら、本明細書において記載されるこれらの巻線は、強制空冷または液冷のような強制冷却法と併せて用いることができるように、銅または他の材料により製造することもできる。
【００１４】
以下の詳細な説明では、詳細な説明の一部を構成し、かつ例示、特定の実施形態、または例を通して示される添付の図面を参照する。次に、同様の参照番号が同様の構成要素を幾つかの図を通じて指しているこれらの図面を参照しながら、軸方向構造または放射状構造による積層板型巻線について説明する。図１Ａは、１つの実施形態によるロータディスク１０２の上面図を示している。図２Ａ及び２Ｂに関連して以下に説明するように、電動モータのロータとして使用される積層板型巻線は、これらのロータディスク１０２のうちの２つのロータディスクを含む。更に分かり易くするために、１つのロータディスク１０２の特徴についてまず、説明する。図１Ａ〜２Ｄに示す実施形態によれば、ロータディスク１０２は、単相軸方向磁束板型巻線として構成される。この構成では、ロータディスク１０２は、導体表面に近接して形成される磁場を受け、そしてその結果、中心軸回りに回転して、所望のトルクをモータに発生させる。放射状磁束板型巻線構造は、図４Ａ〜６Ｃに関連して以下に説明される。
【００１５】
ロータディスク１０２は、外側リング１０４と、内側リング１０６と、そして外側リング１０４と内側リング１０６との間に架設され、かつ外側リング１０４と内側リング１０６とを接続する多数の導体１０８と、を含む。これらの導体１０８は、内側リング１０６の外周の周りに略等間隔で離間している。導体開口部群１１０は、これらの導体１０８の間に形成される空間である。２つのロータディスク１０２を積層することにより形成される積層板型巻線についての以下の説明から明らかになることであるが、これらの導体開口部１１０のサイズはほぼ、これらの導体１０８の寸法に応じて設定されて、第２ロータディスク１０２の導体１０８が、大きな空隙が絶対に残ることがないように、導体開口部１１０の内部に嵌め込まれるようになる。
【００１６】
図１Ｂは、図１Ａの切断線Ａ−Ａに沿って切断したときのロータディスク１０２の断面図を示している。この図から分かるように、これらの導体１０８は、導体表面１１２が、ロータディスク１０２の外側リング１０４及び内側リング１０６を含む平面に平行であり、かつ当該平面からずれた平面を画成するように、円環状のジョグル部に沿って形成される。導体表面１１２が、外側リング１０４及び内側リング１０６を含む平面に平行な平面内に構成されるものとして図示され、そして説明されているが、ロータディスク１０２の特定の実施形態に従って、任意の平面角度を導体表面１１２に関して用いることができることを理解されたい。図１Ｂに示すロータディスク１０２の部分Ｂの拡大図を図１Ｃに示す。この図によれば、ロータディスク１０２は、多数の導電材料積層板１１４により構成される。１つの実施形態によれば、これらの積層板１１４はアルミニウムである。
【００１７】
アルミニウムは、幾つかの理由から、従来の鉄心丸銅線巻線よりも優れた利点をもたらす。第１に、本明細書において記載されるコンセプトによるアルミニウム巻線の重量は、従来の同等の巻線の重量よりも大幅に軽い。上記のように、この重量節約によって、航空機産業に対してだけでなく、他の輸送手段または重量が重要な設計事項となる他の任意の用途における使用に対して大きな利点がもたらされる。
【００１８】
アルミニウムは通常、電動モータ内に適用するためには意図的に回避される。この理由は、アルミニウムは、広く利用される他の導電材料よりも抵抗が大きいためであり、抵抗が大きいということは、アルミニウムが、従来の材料よりも高い温度に加熱されることを意味する。しかしながら、本明細書において記載されるコンセプトでは、積層板型巻線を回転ロータ内に利用するので、結果としてロータに沿った空気流は、動作を維持するために十分な冷却効果をもたらすことができる。アルミニウムはまた、航空機産業において広く使用されている材料である。アルミニウムを切断し、曲げ加工し、溶接し、電気的に絶縁し、そしてその他として、操作するために利用される製造プロセスは既にサポートされているので、アルミニウム板型巻線の製造が容易である。本明細書において記載される種々の実施形態について、アルミニウムを回転ロータに使用する構成に関連して説明するが、銅または他の導電材料を別の構成として使用してもよいことを理解されたい。更に、本明細書において記載される積層板型巻線のコンセプトは、別の構成として、ステータに、強制冷却法、液冷法、または他の冷却法を用いて適用することができる。
【００１９】
図１Ｃから分かるように、これらの積層板１１４は、溶接部１１６を介して電気的に直列接続される。１つの実施形態によれば、積層する前に、各板材１１４を陽極酸化する、またはその他として、電気的に絶縁することにより、電流が、ディスク１０２の端部に指示される溶接箇所以外の板材群の間を流れるのを防止する。積層されると、板材１１４は、ロータディスク１０２の一方の端部にある下側板材に、そしてロータディスク１０２の反対側の端部にある上側板材に交互に溶接されて、これらの板材１１４を電気的に直列接続して、非常に小さい空隙をこれらの板材１１４の間に有する巻線を形成し、これらの板材は、従来のエナメル線と同等である。この構造は、極めて効率的であるので、結果として得られるモータのサイズ及び重量を効果的に低減することができる。
【００２０】
図１Ｃの下側端部に図示されるこれらの溶接部１１６は、これらの溶接部１１６が、直列接続状態を実際に示すためにのみ図示され、そしてこれらの溶接部１１６の実際の位置を必ずしも示していないので、破線で図示されていることに留意されたい。これらの溶接部１１６は、図１Ｃには図示されていないロータディスク１０２の反対側の外側端部に設けてもよい。これらの積層板１１４を電気的に直列接続する他の任意の手段を使用することができることも理解されたい。アルミニウムの溶接は、接続の信頼性の理由、及びロータディスク１０２内に生じる力を、高速モータ内で回転している間に管理する必要があるという理由から、半田付けよりも優れた利点をもたらすが、電気的接続を確立する任意の適切な方法を用いてもよい。
【００２１】
また、本明細書において開示されるコンセプトは、添付の図面のうちの何れかの図面に示される多数の板材１１４に限定されないことを理解されたい。限定されるのではなく、ロータディスク１０２内に使用される板材１１４の正確な数、または明細書において開示される他の任意の部品の正確な数は、特定の用途、及び結果として得られる巻線の所望の厚さに応じて、導体に関連する磁束形成能力、及び対応するモータの所望の出力を考慮に入れて変えることができる。
【００２２】
図１Ｄは、導体表面１１２の上面図を示している。種々の実施形態によれば、１つ以上の渦電流制御スロット１１８を１つの導体１０８の内部に切断により開口して、ロータディスク１０２が高速回転することによって発生する渦電流を最小限に抑える。次に、図２Ａ及び２Ｂを参照するに、２つのロータディスク１０２を組み合わせて積層板型巻線を形成する操作について示し、そして説明する。図２Ａは、２つのロータディスク１０２Ａ及び１０２Ｂをそれぞれ示しており、これらのロータディスクは、外側リング１０４Ａ及び１０４Ｂと、内側リング１０６Ａ及び１０６Ｂと、導体１０８Ａ及び１０８Ｂと、そして導体開口部１１０Ａ及び１１０Ｂと、をそれぞれ有する。各ディスクは更に、端子２０２Ａ及び２０２Ｂをそれぞれ含み、これらの端子は、積層板型巻線の正端子及び負端子として機能する。
【００２３】
１つの実施形態によれば、各ロータディスク１０２は同一である。２つのロータディスク１０２Ａ及び１０２Ｂが、互いの上に積層され、そして電気的に直列接続されると、図２Ｂに示す積層板型巻線２０４が形成される。図２Ａ及の切断線Ａ−Ａ及びＢ−Ｂに沿った断面図から分かるように、ロータディスク１０２Ａは、導体表面１１２Ａが、１つの方向にジョグル加工を施された（屈曲させた）ディスク１０２Ａの環状部分に対応するような姿勢になっているのに対し、導体表面１１２Ｂは、反対の方向にジョグル加工を施されたディスク１０２Ｂの環状部分に対応する。前に示したように、同一のロータディスク群１０２は、一方を他方に対してひっくり返した状態で使用することができる。
【００２４】
図２Ｂから分かるように、ロータディスク１０２Ａはロータディスク１０２Ｂの上に、ロータディスク１０２Ａの導体群１０８Ａがロータディスク１０２Ｂの導体開口部群１１０Ｂの内部に嵌め込まれるように配置することができる。同様に、ロータディスク１０２Ｂの導体群１０８Ｂは、ロータディスク１０２Ａの導体開口部群１１０Ａの内部に収まる。２つのロータディスクを溶接して、または半田付けして合体させた後、図２Ｂの切断線Ｃ−Ｃに沿った積層板型巻線２０４の断面図から分かるように、結果として高密度の薄い導体領域２０６が得られる。
【００２５】
図２Ｂに示す積層板型巻線２０４の部分Ｄの拡大斜視図を図２Ｃに示す。薄い導体領域２０６は、外側リング１０４Ａ及び１０４Ｂと内側リング１０６Ａ及び１０６Ｂとの間に明確に観察することができる。この実施形態によれば、ロータディスク１０２Ａ及び１０２Ｂの外側リング１０４Ａ及び１０４Ｂをそれぞれ含む積層板型巻線の外側リングの厚さは、導体領域２０６の厚さの略２倍であるが、本開示は、積層板型巻線２０４の残りの部分に対する導体領域２０６の何れの特定の厚さにも、または何れの厚さ比にも限定されない。これらの導体１０８をずらし、そしてこれらの導体開口部１１０を形成することにより、２つのロータディスク１０２を互いに対して固く固定して、高密度の薄い導体領域２０６を形成することができ、この導体領域２０６は、図２Ｄに示すように、ステータ２１２の磁石群２１０からの磁束と相互作用する略連続する導体表面を形成する。
【００２６】
次に、軸方向磁束積層板型巻線２０４の製造プロセスについて説明する。多数のロータディスクテンプレートを、１枚のアルミニウム板から、ウォータージェット法または他の切断法を利用して切り出すことができる。これらのテンプレートを切り出す前、または切り出した後の何れかに、環状ジョグル加工を施して、オフセット導体表面１１２を形成することができる。このジョグル加工は、板材をプレス加工して成形体とすることにより、または他の公知の方法により施すことができる。次に、各ロータディスクテンプレートを、これらの積層板１１４を電気的に直列接続する溶接箇所をマスク材で被覆して陽極酸化することができる。非導電性薄膜フィルムを使用して、銅板群を電気的に絶縁することもできる。所望の数のロータディスクテンプレートを積み重ね、そして適切な箇所で溶接して、ロータディスク１０２を形成する。次に、２つのロータディスク１０２を積層し、そして一方を他方に対してひっくり返して固く固定して合体させて、薄い導体領域２０６を有する積層板型巻線２０４を形成することができる。
【００２７】
図３Ａは、外側リング１０４及び導体１０８を含むロータディスク１０２の一部を示している。この簡易図は、導体１０８をずらすジョグル加工を施していない状態で、水平に積層する板材３０２Ａ〜３０２Ｎ（集合的に参照番号３０２で示す）の積層体を示している。これらの水平に積層する板材の各板材は、１枚のアルミニウム板から切り出される１つのロータディスクテンプレートを原型とすることができる。これとは異なり、図３Ｂは、各導体１０８が、水平に積層する板材３０２の積層体を利用して形成される構成の導体群１０８の別の構成を示しており、この場合、水平に積層する各板材は、多数の垂直に積層する板材３０４により構成される。この実施形態では、これらの垂直に積層する板材３０４は、効果的な方法として機能して、ロータが高速回転することにより生じる渦電流を最小限に抑える。これらの導体１０８はそれぞれ、外側リング１０４及び内側リング１０６に接続されて、ロータディスク１０２を形成することができる。任意の抵抗溶接法または他の方法を用いて、これらの導体１０８を所定の位置に固く固定する溶接部３０６を形成することができる。
【００２８】
次に、図４Ａを参照しながら、放射状磁束積層板型巻線４０４について詳細に説明する。１つの実施形態によれば、放射状積層板型巻線は、外側ロータまたはモータ構成部材４０２Ａと、そして内側ロータまたはモータ構成部材４０２Ｂと、を含む。外側ロータ４０２Ａ及び内側ロータ４０２Ｂはそれぞれ、上記ロータディスク群１０２と同様の方法で、積層アルミニウム板または他の積層導電材料板を利用して形成することができる。一旦、平板材から切り出され、そして積層されると、外側ロータ４０２Ａ及び内側ロータ４０２Ｂをロール状に製造する、曲げる、またはその他として、公知の方法で成形して、この図に示す円筒形放射状磁束構造とし、この放射状磁束構造では、内側ロータ４０２Ｂを外側ロータ４０２Ａの内部に入れ子状に配置する。この構造では、各ロータの導体４０８Ａ及び４０８Ｂ（集合的に参照番号４０８で示す）は、他方のロータの対応する開口部４１０Ａ及び４１０Ｂの内部に配置される。結果として得られる円筒形によって、これらの導体４０８を、巻線の半径方向軸に対して垂直な位置に位置決めすることができる。
【００２９】
図４Ｂは、ロータとして構成される放射状磁束積層板型巻線４０４の切断線Ａ−Ａに沿って切断したときの断面図を示している。ステータの磁石群４１２を取り込んで、相互作用が導体群４０８を有する巻線の外側表面と磁石群４１２を有するステータとの間で働く様子を示している。放射状磁束積層板型巻線４０４が回転すると、これらの導体４０８は、これらの磁石４１２が形成する磁場の中を移動する。導体４０８Ａ及び４０８Ｂは、対応する導体開口部群４１０の内部に配置されることにより、隣接する導体群４０８と略同一平面上に揃うので、巻線の導体領域は、高巻線密度の導線巻線が形成された状態で相対的に薄くなっている。これにより、磁場がこれらの導体を完全に突き抜けて、遠くまで届く必要がない。
【００３０】
図５は、放射状磁束積層板型巻線５０４が、中心ハブ部に接続される２つの対向非導電性端部環状接続部材５０６を使用して形成される構成の別の実施形態を示している。個別の導体板群から成る交互積層型導体５０８Ａ〜５０８Ｃ（集合的に参照番号５０８で示す）は、これらの端部接続部材５０６に架設され、各導体５０８は、これらの端部接続部材５０６の間の隙間を跨いで延在し、そして対向端部で、これらの端部接続部材５０６に接続される。本文における「ｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  ｓｈｅｅｔ（導体板）」という用語は、電気的に直列接続される全ての導体５０８を指す。例えば、この実施形態では、３つの導体板が、三相電力に対応して配設される。第１導体板は全ての導体５０８Ａを含む。第２導体板は導体群５０８Ｂを含む。第３導体板は導体群５０８Ｃを含む。図５に示すように、これらの導体５０８は互いに、架設辺に沿って当接し、そしてこれらの導体板の間に挟まれて交互に並んでいる。例えば、導体５０８Ａは導体５０８Ｃに、前面側の架設辺で当接し、そして導体５０８Ｂに、後面側の架設辺で当接する。導体５０８Ｂは同様にして、導体５０８Ａに、前面側の架設辺で当接し、そして導体５０８Ｃに、後面側の架設辺で当接する。
【００３１】
この実施形態によれば、導体群５０８は、電流を単一の架設方向に、端部接続部材５０６に位置する導体５０８の一方の側から導体５０８を通って、対向する端部接続部材５０６に位置する他方の側に誘導する。例示のために、導体群５０８に付される矢印は、電流が移動する方向を示している。端部接続部材群５０６の位置では、配線５１０は、これらの導体５０８を、同じ導体板の隣の導体５０８に電気的に接続する。図から分かるように、電流は右から左に向かって、第１導体５０８Ａを通過する。電流は次に、端部接続部材５０６の位置の配線５１０を流れて隣の導体５０８Ａに達し、この導体５０８Ａでは、電流は導体を通って左から右に戻る方向に誘導されて対向する端部接続部材５０６に達する。電流は、所定の相において、導体板の１つの導体５０８を順方向に流れて当該導体板の隣の導体５０８に流れ込み、そして隣の導体５０８を逆方向に流れて、方向を交互に変える。
【００３２】
この実施形態によれば、これらの導体５０８は、複数の材料積層体とすることができ、これらの積層体を積層して、渦電流制御スロット群５１２を、これらの板状積層体の間に形成して、ロータの高い回転速度により発生する渦電流を最小限に抑える。磁石群をこれらの導体５０８の外側に同心円状に配置して、磁束を半径方向内側に向かうように発生させる。これらの導体５０８の一部は、この磁束と軸方向に交差して、力をこれらの導体に外周方向に発生させることにより、トルクを生じる。電流は、中心ハブ部近傍のこれらの導体５０８にスリップリング群を介して送り込むことができる。３つの導体板が、導体５０８Ａ，５０８Ｂ，及び５０８Ｃにそれぞれ対応して設けられるので、放射状磁束積層板型巻線５０４が磁束内を回転すると、三相電力システムを構成することができる。
【００３３】
本明細書において記載される実施形態の鉄心無し構造とは、巻線インダクタンスが従来構造よりも大幅に小さい構造を指す。従って、エネルギーが鉄心モータに蓄積され、次にエネルギーを急激に転流により放出させるときに放出されるように、磁場が無くなると、エネルギーが、放電現象によってブラシに加わるということがない。その結果、スリップリングブラシの摩耗率が最小になり、そしてこれらのスリップリングの寿命が、従来の鉄心系よりも長くなる。インダクタンスはまた、トルクの初期変動に対して悪影響を及ぼすので、鉄心無しロータは、従来の鉄心ロータの場合よりも最大トルクにより高速に到達することができ、これは、モータの最大応答速度が重要になる用途において有利となる。また、アルミニウムロータは、密度が極めて低いので、当該ロータは、より重い銅または磁石を回転させる場合よりもずっと小さい回転慣性を持つことになる。
【００３４】
次に、図６Ａ〜６Ｃを参照しながら、別の放射状磁束積層板型巻線６０４について説明する。図６Ａは、放射状磁束ロータの断面図を示しており、この場合、中心ハブ部（図示せず）に取り付けられる端部接続部材群６０６を使用して、導体板群６０２を所定の位置に放射状磁束構造になるように固く固定する。図６Ｂは、導体板群６０２の分解図を示している。図６Ａ及び６Ｂから分かるように、この実施形態によれば、これらの導体板は、２つの基部側板材６０２Ａ及び６０２Ｂを含み、これらの基部側板材は、巻線６０４が使用される特定の用途に応じて、所望の厚さに交互に積層される。
【００３５】
図６Ｃから分かるように、これらの導体板は、導体板ペア６０８にして積層することができる。導体板ペア６０８は、導体板６０２Ａ及び導体板６０２Ｂを含み、これらの導体板は、図２Ｂ及び２Ｃに関連して上に説明したロータディスク１０２Ａ及び１０２Ｂと同じようにして積み重ねる。導体板６０２Ａは、任意の数の平行導体６０２Ａを有し、これらの導体６０２Ａは、これらの遠端部分６１０の平面からずらし、かつ互いから離間させて、導体開口部群を形成する。導体板６０２Ｂは、導体板６０２Ａと同様の構造であり、そして導体板６０２Ａに、一方の端部で電気的に接続されて直列接続を形成する。嵌合して合体すると、導体板６０２Ａ及び６０２Ｂは、導体板ペア６０８を形成する。任意の数の導体板ペア６０８を積層させ、そして直列に、溶接部群１１６を介して接続することにより、所望の巻線を形成することができる。
【００３６】
次に、図７を参照しながら、鉄心無し積層板型巻線２０４／４０４を製造する例示的な手順７００について以下に詳細に説明する。図７に示され、かつ本明細書において説明される操作よりも多くの操作、または少ない操作を実行することができることを理解されたい。更に、これらの操作は、本明細書において説明される順番とは異なる順番で実行することができる。手順７００は、操作７０２から始まり、この操作７０２では、ロータディスク１０２のような適当な枚数のモータ構成板材をアルミニウム板または他の適切な導電材料板から切り出す。これらの板材は、ウォータージェット法または他の切断法を利用して切り出すことができる。これらのモータ構成板材は、単体の構成部材群として切り出すことができる、または外側リング群、内側リング群、及び導体群を含むことができ、これらの部材は別々に切り出され、そして上に説明した方法で組み合わせる。
【００３７】
操作７０２から、手順７００は操作７０４に進み、この操作７０４では、導体１０８／４０８のような導体群を切り出す、またはそれ以外の方法として、成形することができる。上に説明したように、導体開口部群は、モータ構成部材群から切り出して形成することにより、導体群を形成することができる、またはこれらの導体は、水平に積層する板材群３０２、または垂直に積層する板材群３０４を使用して形成することができる。これらの導体にはジョグル加工を、導体群を含むモータ構成板材群の一部にプレス加工、またはオフセット加工を施すことにより施して、結果として得られるモータ構成部材の導体表面１１２が略同一平面上に揃って、非常に連続性のある導体表面が得られるようにする。操作７０６では、渦電流制御スロット群１１８を、これらの導体の表面に切断により開口して、モータ構成部材群が高速回転している間の渦電流による損失を制御することができる。
【００３８】
手順７００は操作７０６から操作７０８に進み、この操作７０８では、モータ構成板材群を、結果として得られる巻線の所望の特性またはパラメータに従って積層し、そして電気的に直列接続してモータを構成する巻線を形成する。これらのモータ構成板材を当接表面の位置で陽極酸化する、またはその他の方法として、互いから電気的に絶縁することにより電流が、これらの板材を溶接して電気接続部を直列に形成する所望の箇所を除く板材群の間を流れるのを防止することができる。
【００３９】
別のモータ構成部材を形成すべきかどうかについての判断を操作７１０で行なう。例えば、多数のロータディスク１０２を積層して、上に説明した積層板型巻線を形成することができる。同様に、外側ロータ４０２Ａ及び内側ロータ４０２Ｂをそれぞれ形成し、そして入れ子状に配置して合体させることにより、積層板型巻線を形成することができる。更に別のモータ構成部材を操作７１０で形成する場合、手順７００は操作７０２に戻り、そして上に説明したように進む。しかしながら、更に別のモータ構成部材群を操作７１０で形成しない場合、手順７００は操作７１２に進み、この操作７１２では、モータ構成部材群を入れ子状に配置して、他の構成部材の対応する導体開口部群の内部に配置される１つの構成部材の導体群と合体させることにより、積層板型巻線を形成し、そして手順７００は終了する。
【００４０】
次に、図８を参照しながら、鉄心無し積層板型巻線５０４／６０４を製造する例示的な手順８００について以下に詳細に説明する。手順８００は、操作８０２から始まり、この操作８０２では、環状端部接続部材５０６／６０６を中心ハブ部に取り付ける、または中心ハブ部と一体的に形成する。上に説明したように、これらの端部接続部材は、非導電材料により形成される。電流を回転している積層板型巻線から静止回路に流すスリップリングまたは他の手段を中心ハブ部に取り付けることができる。
【００４１】
操作８０２から、手順８００は操作８０４に進み、この操作８０４では、導体５０８／６０２を、アルミニウムのような導電材料から切り出すことができる、またはその他の方法として、導体５０８／６０２は、アルミニウムのような導電材料により形成することができる。上に説明したように、導体群５０８は材料積層体群により形成され、これらの材料積層体を積層して、渦電流制御スロット群５１２を、これらの積層板材群の間に形成することにより、ロータの高い回転速度により生じる渦電流を最小限に抑えることができる。これらの導体６０２は板材から、導体群１０８について上に説明した方法と同様の方法で切り出すことができる。導体５０８／６０２はこれらの端部接続部材に、端部接続部材５０６／６０６の半径方向軸に対して垂直な方向に平行に並び、かつこれらの導体の架設辺に沿って互いに当接するように取り付けられる。
【００４２】
手順８００は操作８０４から操作８０６に進み、この操作８０６では、導体５０８／６０２を、電流が半径方向軸に対して垂直な架設方向に誘導されて、電流が各連続導体を流れる方向を交互に変えながら流れるように電気的に接続する。操作８０８では、別の相に対応する別の回路を積層板型巻線に追加すべきかどうかについての判断を行なう。追加すべきであると判断される場合、手順８００は操作８０４に戻り、そして全ての導体板が追加されるまで継続する。一旦、適切な導体板群が取り付けられると、各相に対応する回路群を、操作８１０において、中心ハブ部の位置のスリップリングに電気的に接続し、そして手順８００は終了する。
【００４３】
上の開示から、本明細書において記載され、かつ以下の請求項に含まれるこれらの積層板型巻線は、調整用巻線よりも優れた利点を提供する。これらの巻線の内部の磁気空隙は、本明細書において記載される積層板型巻線を高密度に巻装することができるので低減される。より高密度に巻装することができるこれらの巻線は、堅牢であり、溶接して合体させることにより、高速動作に対する許容度を大きくすることができ、かつ接続部の信頼性を向上させることができる。本明細書において記載される巻線は、磁気吸着がロータとステータとの間に生じないので、容易に取り付け、そして取り替えることができ、そして利用される組み立て部材が、航空機または輸送手段用途に使用される場合に、従来の巻回コイルと比較して、衝撃時の利用価値をことのほか高めることができる。
【００４４】
上に説明した主題は、例示としてのみ与えられ、そして本発明を限定するものとして捉えられるべきではない。図示され、かつ説明される例示的な実施形態及び応用形態に従うことなく、かつ以下の請求項に説明される本開示の真の思想及び範囲から逸脱しない範囲において、種々の変形及び変更を本明細書において説明される主題に加えることができる。
【図１】
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【図２Ａ】
0006043723.tif 000003
【図２Ｂ】
0006043723.tif 000004
【図２Ｃ】
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【図２Ｄ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４Ａ】
0006043723.tif 000009
【図４Ｂ】
0006043723.tif 000010
【図５】
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【図６Ａ】
0006043723.tif 000012
【図６Ｂ】
0006043723.tif 000013
【図６Ｃ】
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【図７】
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【図８】
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