(57)【要約】      （修正有）【課題】リッツ線を用いた鉄なしコアモータおよび発電機用の複合ステータ構造を提供する。【解決手段】回転電気機械装置は、複数のワイヤから成る円筒状鉄なしステータコイル、ステータコイルとともに配置される磁気ロータであって、ロータと関連した磁場流動は、電磁誘導によってステータコイルのワイヤと相互作用する、磁気ロータ、ワイヤを支持するように配置される円筒状ボビン、ワイヤで包まれた円筒状ボビンの少なくとも外周上に編まれるストランド、および、硬化するときに複合ステータコイルを提供するために、ワイヤ、ボビンおよびストランドをポッティングする硬化可能なポッティング材料、を含む。【選択図】図２６
2018153095.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転電気機械装置であって、
複数のワイヤから成る円筒状鉄なしステータコイル、
前記ステータコイルとともに配置される磁気ロータであって、前記ロータと関連した磁場流動は、電磁誘導によって前記ステータコイルのワイヤと相互作用する、磁気ロータ、
前記ワイヤを支持するように配置される円筒状ボビン、
前記ワイヤで包まれた円筒状ボビンの少なくとも外周上に編まれるストランド、および、
硬化するときに複合ステータコイルを提供するために、前記ワイヤ、ボビンおよびストランドをポッティングする硬化可能なポッティング材料、
を含む、装置。
【請求項２】
前記ワイヤは、ワイヤ束、リッツ線束、個別電線、およびワイヤテープのうちの少なくとも１つを含む、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記ボビンは、固体または多孔性であり、前記ワイヤで包まれた円筒状ボビンアセンブリへの硬化材料の注入は許容できる、請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記ボビンの縁部の座巻きは、前記磁場流動の範囲内で構成される、請求項１に記載の装置。
【請求項５】
前記装置は、リッツ線に供給される電流によって駆動されるモータである、請求項１に記載の装置。
【請求項６】
前記装置は、ロータの機械的回転によって駆動される定電流源である、請求項１に記載の装置。
【請求項７】
前記ワイヤは、定義済みの幾何学的配置を有する前記ボビン上に構成される、請求項１に記載の装置。
【請求項８】
前記ボビンおよび前記ワイヤは、硬化するときに堅い複合ステータ構造を提供するために、前記ワイヤで包まれた円筒状ボビンアセンブリを透過するのに適した硬化材料によってポッティングされる、請求項３に記載の装置。
【請求項９】
前記ボビンは、ガラス繊維材を含む、請求項８に記載の装置。
【請求項１０】
前記ワイヤは、矩形の横断面を有して配置される電気絶縁外装材でコーティングされるリッツ線フィラメントの束から成る、請求項１に記載の装置。
【請求項１１】
前記ワイヤで包まれた円筒状ボビンの内表面上に巻かれるテープ材料をさらに含む、請求項１に記載の装置。
【請求項１２】
前記ワイヤで包まれた円筒状ボビンの外表面上に巻かれるテープ材料をさらに含む、請求項１に記載の装置。
【請求項１３】
前記ワイヤは、１つ以上の多相導体配置から成る、請求項１に記載の装置。
【請求項１４】
前記硬化材料は、エポキシおよび樹脂のうちの少なくとも１つを含む、請求項６に記載の装置。
【請求項１５】
鉄なしステータコイルであって、
複数のワイヤ、
ボビンの両側に巻き付けられるリッツ線の配置を支持するために円筒状ボビンにおいて配置される固体または多孔性の平面状シート、および、
前記多孔性のボビンおよび前記ワイヤをカプセル化する硬化可能なポッティング材料であって、前記ポッティング材料は、前記ワイヤで包まれた円筒状ボビンアセンブリを透過する、ポッティング材料、
を含む、ステータコイル。
【請求項１６】
前記ワイヤは、ワイヤ束、リッツ線束、個別電線、およびワイヤテープのうちの少なくとも１つを含む、請求項１５に記載の装置。
【請求項１７】
前記カプセル化の前に前記ボビンの内表面上に配置されるメッシュ材であって、前記ワイヤの一部は、前記ボビンと前記メッシュ材との間に位置する、メッシュ材、をさらに含む、請求項１５に記載のステータコイル。
【請求項１８】
前記カプセル化の前に前記ボビンの外表面上の前記ワイヤの一部の外表面に巻き付けられるテープをさらに含む、請求項１５に記載のステータコイル。
【請求項１９】
前記複数のワイヤは、定義済みの幾何学的配置を有する前記ボビン上に配置される、請求項１５に記載のステータコイル。
【請求項２０】
前記ステータコイルは、前記ポッティング材料の硬化後に剛性複合材構造を形成する、請求項１５に記載のステータコイル。
【請求項２１】
前記複数のリッツ線は、相対的な位相を有する各々のワイヤに適用される電流によって駆動される、請求項１５に記載のステータコイル。
【請求項２２】
前記ステータコイルは、相対的な位相を有する各々のワイヤに適用される電流によって駆動されるモータのコンポーネントである、請求項１５に記載のステータコイル。
【請求項２３】
前記複数のワイヤは、外部的に適用される電磁界に応答して電流を出力する、請求項１５に記載のステータコイル。
【請求項２４】
前記ステータコイルは、電気発電機のコンポーネントである、請求項２３に記載のステータコイル。
【請求項２５】
前記適用される電磁界は、回転ロータで構成される磁界のソースによって提供される、請求項２４に記載のステータコイル。
【請求項２６】
前記磁界のソースは、１つ以上の永久磁石によって提供される、請求項２４に記載のステータコイル。
【請求項２７】
鉄なしステータコイルを製造する方法であって、
複数のワイヤを平面状または円筒状の形に配置するステップであって、前記ワイヤは、矩形の横断面を有するワイヤ束を含む、ステップ、
前記円筒状のボビン／ワイヤの組み合わせをマンドレル上に配置するステップ、
硬化可能なポッティング材料との組み合わせをカプセル化するステップ、および、
堅い複合ステータ構造を形成するために前記ポッティング材料を硬化させるステップ、
を含む、方法。
【請求項２８】
前記ワイヤ束は、ワイヤ束、リッツ線束、個別電線、およびワイヤテープのうちの少なくとも１つを含む、請求項２７に記載の方法。
【請求項２９】
前記組み合わせを前記マンドレル上に配置する前に、前記マンドレル上にガラス繊維メッシュを配置するステップをさらに含む、請求項２７に記載の方法。
【請求項３０】
前記カプセル化の前に、前記組み合わせのまわりにガラス繊維テープを配置するステップをさらに含む、請求項２７に記載の方法。
【請求項３１】
前記マンドレルから前記組み合わせを取り除くステップ、および、
前記複数のワイヤと結びついて構成される組み合わせに位相リングを接続するステップ、
をさらに含む、請求項２７に記載の方法。
【請求項３２】
前記平面状の形は、多孔性であり、前記硬化可能なポッティング材料は、前記円筒状のボビン／ワイヤの組み合わせに浸透する、請求項２７に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
［関連出願］
この出願は、２０１２年５月９日に出願の米国仮特許出願番号第６１／６４４９７６号および２０１３年３月１４日に出願の米国特許出願番号第１３／８０２，７１５号の優先権の利益を請求する。そしてそれは、あたかも本明細書において完全に記載されるかのように、参照によってこの出願に組み込まれる。
【背景技術】
【０００２】
［技術分野］
本開示は、電気機械パワー変換に関する。より詳しくは、開示は、リッツ線を用いた鉄なしコアモータおよび発電機用の複合ステータ構造に関する。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００３】
開示の一態様において、回転電気機械装置は、複数のワイヤから成る複合鉄なしステータコイル、リッツ線を支持するように配置されるボビン、および、ステータコイルとともに配置される磁気ロータであって、ロータと関連した磁界は、電磁誘導によってステータコイルのワイヤと相互作用する、磁気ロータ、を含む。
【０００４】
開示の一態様において、回転電気機械装置は、複数のワイヤから成る複合鉄なしステータコイル、ワイヤを支持するように配置されるボビン、および、ステータコイルとともに配置される磁気ロータであって、ロータと関連した磁界は、電磁誘導によってステータコイルのワイヤと相互作用する、磁気ロータ、を含む。
【０００５】
開示の一態様において、鉄なしステータコイルは、複数のワイヤ、平面形の両側に巻き付けられるワイヤの配置を支持するために円筒状ボビンとして配置される平面形であって、平面形に巻き付けられるワイヤは、ワイヤで包まれたシリンダの内側、外側、または両側に包まれる円筒状ボビン、テープ、またはストランド（例えば、ガラス繊維ストランド）として配置される、平面形、および、ボビン、ストランドおよびワイヤをカプセル化する硬化可能なポッティング材料であって、ポッティング材料、ボビン、ストランドおよびワイヤは、堅い複合ステータ構造を形成する、ポッティング材料、を含む。
【０００６】
開示の一態様において、鉄なしステータコイルを製造する方法は、厚み対幅のアスペクト比が１よりも大きい横断面を有するために編まれたフィラメントを含む複数のリッツ線を平面形に配置するステップ、リッツ線を支持する平面形をマンドレル上の円筒状のボビン／リッツ線の組み合わせに形成するステップ、円筒状のボビン／リッツ線の組み合わせをストランドまたはテープで包むステップ、硬化可能なポッティング材料で組み合わせをカプセル化するステップ、および、堅い複合ステータ構造を形成するためにポッティング材料を硬化させるステップ、を含む。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】図１は、本開示による独立型の鉄なしコアステータを示す。
【図２】図２は、本開示による図１のステータの平坦な形のボビン上の複数の位相波巻きの１つの位相の詳細を示す。
【図３】図３は、本開示によるボビンのまわりを包まれる単一のリッツ導体を示す。
【図４】図４は、図１のステータのボビンを形成するための平面基板を示す。
【図５】図５は、マルチターン三相「Ｖ形」巻きパターンの単相の詳細の巻き計画を示す。
【図６】図６は、マルチターン三相「重ね」巻きパターンの単相の詳細の巻き計画を示す。
【図７】図７は、回転マグネット磁極面と関連して三相波巻きの詳細を示す。
【図８】図８は、回転マグネット磁極面と関連して三相マルチターンＶ形巻きの詳細を示す。
【図９】図９は、回転マグネット磁極面と関連してマルチターン重ね巻きの三相の詳細を示す。
【図１０Ａ】図１０Ａは、リッツ線束の横断面を示す。
【図１０Ｂ】図１０Ｂは、リッツ線束の横断面の詳細を示す。
【図１１】図１１は、リッツ線束のよじれたフィラメントおよび絶縁を示す。
【図１２】図１２は、平坦な形の複合ステータボビンを示す。
【図１３】図１３は、シリンダを形成するために曲がった図１２のボビンを示す。
【図１４】図１４は、導体の三相波巻きパターンのためのボビンの実施形態を示す。
【図１５】図１５は、導体の三相Ｖ形巻きパターンのためのボビンの実施形態を示す。
【図１６】図１６は、導体の三相重ね巻きパターンのためのボビンの実施形態を示す。
【図１７】図１７は、図１４のボビン上の三相波巻きのためのワイヤパスの実施形態を示す。
【図１８】図１８は、図１５のボビン上の三相マルチターンＶ形巻きのためのワイヤパスの実施形態を示す。
【図１９】図１９は、図１６のボビン上の三相マルチターン重ね巻きのためのワイヤパスの実施形態を示す。
【図２０】図２０は、ボビンのエッジまわりを包まれる２つのリッツ線束の写真である。
【図２１】図２１は、３つのリッツ線束で巻かれる平坦な形の波巻きボビンの斜視図を示す。
【図２２】図２２は、平坦な形のボビン上に巻かれる三相ステータの第１相を示す。
【図２３】図２３は、図２２のボビン上の第１相に隣接して追加される第２相巻きを示す。
【図２４】図２４は、図２３の第２および第１相巻き間に隣接して追加される第３相を示す。
【図２５】図２５は、ロータおよびステータの代表的なアセンブリを示す。
【図２６】図２６は、本開示による複合ステータを組み立てる方法を示す。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
さまざまな概念は、電動機または電気発電機のためのステータに関して目下示される。
【０００９】
開示される方法およびプロセスにおけるステップの特定の順序または階層は、例示的処理の例であることを理解すべきである。設計志向に基づいて、方法におけるステップの特定の順序または階層は、再配置されてもよいことが理解される。
【００１０】
図１は、本開示のステータ１００の概念上の描写を示す。ステータコイル１００は、選択されたパターンにおいて円筒構造１０５（後述するボビン）に巻回される導体１１０の配置を含む。導体は、（後述する）リッツ線束から、または個別の電線もしくは導電性メタルテープから構成されてよい。ステータは、（ステータの左側の内径上に示される）内側マウンティングリング、および位相リング（１０７）を含む。ロータの磁石の配列がステータの導体巻線に近接して同心的に回転するにつれて、位相リング１０７は、複数の相電流誘導のための導体を終端するための手段を提供する。例えば、図１に示すように、導体は、シリンダの軸に関してある角度に傾斜して巻回される。しかしながら、ボビン上のワイヤ配置の他のパターンは、可能である。
【００１１】
図２は、図示のための平面図に示される、平坦な形のボビン１０５上における単一の導体巻線１１０の複数の位相波巻きの単相の詳細を示す。瞬時的な電流の方向は、導体における矢印によって示される。図２を参照すると、図は、例えば、ボビン１０５の左前側で左上から右下まで曲げられる２つの電流導体エレメント１１０（「入る」そして「出る」）を示す。導体エレメントは、下側エッジでボビン１０５を越えて折り畳まれて、次いで、ボビン１０５の裏側上を左下から右上まで曲げられる。巻きは、ボビン１０５の端部に到達するまで続けられる。そして、インタコネクタ１５０は、導体の「入る」部分から「出る」部分まで電流経路をループバックさせる。インタコネクタ１５０は、巻きの連続部分でもよく、または、導体１１０に取り付けられる別の構成要素（例えば「バス」バー）でもよい。従って、図２に示す巻き１１０は、単一のエレメントでもよく、または、インタコネクタ１５０によって接続される２つのエレメントでもよい。以下の図（例えば、図７、図１７、図２１〜図２４）において、導体１１０の「入る」部分および「出る」部分は、上記の通りにインタコネクタ１５０によって提供されてもよいことが理解されうる。そしてそれは、図示されるが、明示的にラベルづけされない。
【００１２】
図示の容易さのために、導体巻きは、ボビン１０５のまわりにわずか３つの折り畳みとともに示される。導体巻きの配置および角度は、「波巻き」と呼ばれてもよい。前側および裏側上の導体が互いに反対に交差する所で、電流は、同じ垂直方向において、しかし水平方向は反対に流れるようにアレンジされる。（図示しない）ロータ上の磁石１２０は、同じ周期性を有する前側および裏側の交互の横断に面するように配置される交互のＮ極およびＳ極を有するステータに面する。この配置では、ロータおよびステータ１００の相対運動によって作られる磁気起電力は、（円筒状に組み立てられるときに）ロータおよびステータの共通軸線のまわりに追加される。回転軸に関する導体エレメントの角度の対称的逆転は、共通軸線と平行して、力をキャンセルする。
【００１３】
図３は、導体１１０がボビン１０５の一側上（「前」）にあり、そして反対側（「後」）へと折り畳まれるところを明らかに示す、ボビン１０５の一部および図２の導体巻きを示す。図４は、線ＣＬ−ＣＬを通る図３の縁面図を示す。ここで、導体１１０は、ボビン１０５のまわりを包まれる蛇行経路を有することが分かる。
【００１４】
図５は、各Ｖ形パターン５１０の中央の反対側に配置される回転マグネット５２０の交互磁極面と比較可能な、マルチ（３）ターン三相「Ｖ形」巻きパターンの単相の詳細の巻き計画を示す。巻きの配置の特徴は、（三相実施のための）３つのワイヤがボビン５０５の一端部だけで互いを越えて交差するということである。従って、ワイヤの交差がボビン５０５上の他のどこにもない。そして、ワイヤ束の厚みを越えてボビン５０５のエッジを過ぎて延びる過剰なワイヤがない。さらに、ワイヤ束１１０の三相配列を参照すると、６つ（ワイヤ束巻きごとに２つ）だけの終端が、交差が発生するボビンの長さの反対端にある。従来の巻きを有するステータは、ワイヤの交差を容易にするためにロータの磁極間を通過するワイヤの各端部で過剰なワイヤ端部ターンを有してもよく、そしてワイヤの方向の反転を有してもよい。さまざまな実施形態において、ワイヤ束は、個別のワイヤ、束のワイヤ、リッツ線束、メタルテープ、等でもよい。
【００１５】
例えば、三相ステータ１００のために、複数のワイヤ束１１０は、ロータの永久磁石の交互の磁束に関して同位相で適切に配置される斜めの角度で、寸法取りされてよく、傾斜されてよい。図１に示すように、ボビンが円筒構造に形成されるときに、外部表面上のワイヤから内部表面上の同じワイヤ束への単一のワイヤ束の各々斜めの脚部の軸電流の逆転は、磁界の反転にも対応する。その結果、角度力は、キャンセルする代わりに、円周方向に追加する。さらに、円筒状に配置されたボビンの内部表面から外部表面のそれまでワイヤ傾斜角を逆転させることによって、交差した界磁電流ベクトルに起因する軸力は、キャンセルされる。
【００１６】
図６は、各重ねパターンの中央の反対側に配置されるロータ磁極表面と比較可能な、マルチ（３）ターン三相「重ね」巻きパターンの単相を示すボビン６０５の詳細の巻き計画を示す。この実施形態では、回転軸と平行な導体の断面は、ロータおよびステータの相対運動の回転軸と平行な磁気起電力を生成しない。
【００１７】
図７は、ワイヤ束巻き７１０ａ、７１０ｂ、７１０ｃの各位相と磁極との関係を示すために、回転マグネット磁極面（ボビンは図示せず）と関連して三相波巻きの詳細を示す。
【００１８】
図８は、三相マルチターンＶ形巻きの等価な詳細を示す。隣接する位相の出力との１つの位相の入力の見かけの交差は、ボビン（図示せず）の反対側上で発生し、そして接触しない。
【００１９】
図９は、三相マルチターン重ね巻きの等価な詳細を示す。
【００２０】
図１０Ａおよび図１０Ｂに示すように、導体は、図示の便宜上矩形のリッツ線束１１０として好ましくは構成される複数のリッツ線束１１０でもよい。しかしながら、他のワイヤまたはワイヤ束構成が用いられてもよい。小さい直径または横断面のワイヤ・フィラメントにおける減少した渦電流損のせいで、リッツ線は、コアレスステータを有するモータおよび発電機において都合よく用いられる。加えて、それらは、束１１０と同じ導体密度を有する個別の電線に比べてより可撓性であり、そしてステータ１００上に配置することにより適している。図１０Ａおよび図１０Ｂを参照すると、個別の電線フィラメント２２０は、各導体２２５を囲む絶縁層２３０を有する導体２２５を含む。ワイヤ・フィラメント２２０の矩形形状の実施形態は、丸いワイヤ・フィラメントに比べてより高い充填率を有し、従って、より大きな導体密度を有する。例示のために、丸いフィラメントは、示される。束は、束を囲む絶縁外層２４０を追加的に有してもよい。
【００２１】
ロータとステータとの間の相対的回転を受けるときに、束の長さを通じて、そして時間を通じて平均化される永久磁石ロータの同じ平均的磁界に各フィラメントが従属する利点については、図１１の写真に示すように、タイプ−８リッツ線束１１０において、絶縁ワイヤ・フィラメント２２０は、よじられてもよくまたは編まれてもよい。
【００２２】
実施形態において、図１２は、平坦な形のワイヤ・ボビン１０５の形状を示す。長手の端部のタブは、ボビン１０５が円筒構造を形成するために曲げられるときに綴じ込まれる。図１３は、シリンダを形成するために曲がったボビン１０５を示し、ボビン１０５上に巻回されるワイヤなしで図示される。
【００２３】
図１４〜図１６は、平坦な形に図示される、ボビン１０５のさまざまな付加的な実施形態を示す。図１４は、導体の三相波巻きパターンのためのボビン１４０５の実施形態を示す。図１５は、三相Ｖ形巻きパターンのためのボビン１５０５の実施形態を示す。図１６は、三相重ね巻きパターンのためのボビン１６０５の実施形態を示す。
【００２４】
三相波巻き、三相マルチターンＶ形巻き、および三相マルチターン重ね巻きのための対応するワイヤパスは、図１７〜図１９にそれぞれ示される。導体のＶ形巻き構成は、上記した軸力がキャンセルされてもよいように調整される。上記の通りに、導体の重ね巻き構成は、軸力を発生しないように調整されて、そして角度部分は、軸力をキャンセルするように調整される。
【００２５】
ボビン１０５は、より大きな寸法に沿って柔軟に湾曲して曲がるのに十分薄い、プラスチック、ポリマー、積層の、複合の、または他の材料から形成されてもよい。ワイヤ束がボビン１０５に巻付けられるにつれてワイヤ束の位置決めして間隔を置くために、より短い寸法のエッジは、小さいガイドタブ（または位置合せピン）を有する。リッツ線束１１０が高い可撓性である多くのより小さいワイヤ・フィラメント２２０から成るので、リッツ線束１１０は、ガイドタブ（または位置合せピン）の間で、小さい曲率半径を有するエッジまわりに曲げられてもよく、従って、エッジでボビン１１０の一側からその他側まで方向の反転に適応するためにいかなる経路の長さも最小化する。しかしながら、上記の通りに、他のワイヤ・タイプおよび導電性金属テープが、用いられてもよい。
【００２６】
図２０は、ボビンのエッジまわりを包まれる２つのリッツ線束の写真である。ガイドタブは、束の位置および間隔を制御する。
【００２７】
図２１は、三相巻きステータ１００の各々のための１つが図７の例示に対応する、３つのリッツ線束によって巻かれる平坦な形のボビン１０５の斜視図を示す。実施形態において、リッツ（または他のタイプ）ワイヤは、ボビン１０５の短い寸法および磁極ピッチ、ワイヤ束の幅、そして、ボビン１０５上のワイヤ束の数を決定する相数（例えば、三相）によって決定されるある角度に巻回される。回転マグネット磁極面は、それに応じてサイズ設定されてもよい。図２１および図７を参照すると、すべての電気的接続が各ワイヤ束の端部で一対の第１および第２のワイヤ終端になされることが分かる。そしてそれは、平坦な形のボビン１０５の左端に示される、三相巻きのための６つの終端である。第２の終端にリターンパスを形成するためにボビン１０５の平坦な形の右端に示すように、各ワイヤ束は、すっかり折り畳まれて、３つのワイヤ束は、インタリーブ配置される。その結果、オーバラップおよびパス反転が、示すように、ボビン１０５の縁部を離れて、しかし平坦な形の同じ側に起こり、さらに、ロータ上の磁極面の間の高密度磁界の範囲内で起こらないように、ボビン１０５の平坦な形の一端部（図２１の右端に示される）だけで、ワイヤ束のオーバラップは発生する。従って、この構成では、ボビンの２つの平面の各々の間に接続することを必要とするワイヤの余長は、最少限に保たれる。これにより、ワイヤが方向を逆転させるたびにワイヤの方向転換およびオーバラップがボビン１０５一側上で起こる場合に発生するだろう過剰な抵抗を減少させる。
【００２８】
上記のように、三相のモータもしくは発電機または他の多相電気機械電力変換装置において、後述するようにロータ上の磁石配置に対応してボビンの周囲に１２０°位相をシフトされたパターンのワイヤ巻きの３つの束１１０があってよい。任意には、各相に複数のワイヤ束１１０があってもよい。
【００２９】
図２２は、多数のワイヤ束（例えば、図の３つのワイヤ束）が平坦な形のボビン上に巻かれる三相ステータの第１相を示す。図２３は、第１相に隣接して追加される第２相を示す。図２４は、第２および第１相間に隣接して追加される第３相を示す。終端は、例えば、ボビンの左上端に示される。そして、交差復帰ループは、ボビンの右上端に示される。例示される実施形態において、見られるように、左上から右下まで傾斜しているすべてのワイヤは、ボビンの前面に示される。そして、左下から右上まで傾斜しているすべてのワイヤは、ボビンの背面に示される。間隔および傾斜は、１２０°間隔の三相誘導を提供するために、回転マグネット磁極面のサイズおよび間隔に対応する。
【００３０】
図１に一旦戻って、円筒構造１０５は、電気的接続を個々の束１１０に提供する位相リング１２０で構成される。三相の電動機または発電機では、従って、上記の通りに、３つの個々の束１１０があってよい。
【００３１】
図２５は、ロータ３００およびステータ１００の代表的なアセンブリを示す。そしてそれは、例えば、電動機または発電機において使用されてもよい。
【００３２】
ロータ３００は、円筒状ステータ１００の内壁または外壁上の永久磁石（図示せず）の単一のアセンブリを含んでもよくて、円筒構造１００の対向する壁に面している永久磁石またはフィールド戻りエレメント（図示せず）のアセンブリを有してもよい。
【００３３】
図２１を参照すると、ワイヤが平面ボビンの前から後ろへ巻回されるボビンの縁部の座巻きにおいて、過剰なワイヤが実質的にないことが分かる。これは、結果として、ワイヤ導体において、ロータの磁場流動の領域の範囲内に（平面ボビンの一端部および他端でのワイヤ導体の両端部のクロスオーバー転換を除いて）完全に構成可能である。この種の構成で、ワイヤ導体がボビンの縁部に到達するたびに多重ワイヤ配置の方向転換および交差のために必要とされる追加ワイヤの排除によって、ワイヤ導体の長さによる固有抵抗は、最小化されると認められてもよい。ステータのワイヤを構成するための従来の巻きの配置と比較して、この種の方向転換および交差の欠如は、ステータの全体の量を減らす。さらに、ワイヤのより大きい質量分率は、磁場流動領域の範囲内で構成される。従って、力誘導のためのワイヤ導体のより効果的な配列を提供する。
【００３４】
開示の実施形態において、ステータを組み立てる方法２６００は、図２６に関して記載される。組み立て方法２６００は、ブロック２６１０から始まる。そこにおいて、適切なボビン（例えば、波形、Ｖ形、ラップなど）は、平坦な形（図１２参照）として、または円筒状の形に製作されて、ワイヤラッピングのために配置される。ボビンは、適切な材料から機械加工されてもよく、打ち抜かれてもよく、または切られてもよい。ブロック２６２０において、位相および各位相当たりの倍数に対応する複数のワイヤ（図示すようにリッツ線または他のワイヤまたはメタルテープでもよい）は、ボビン（図２１参照）のまわりに巻かれる。ここで、ボビンは、平らにまたは円筒状の形に配置され、そして、ボビンの上縁および下縁にあるタブ（図２０に詳細に示される）によって導かれるワイヤを有する。ボビンおよびワイヤラップ構成は、最小限の弛みとともに包まれるワイヤを有して、一緒に押圧されてよい。好ましくは、ワイヤは、均一の張力、平坦度およびアライメントのためにボビンに機械包装される。ブロック２６３０において、ワイヤで包まれたシリンダを形成するためにマンドレル上にワイヤで包まれたボビンを配置する前に、ファイバ・テープまたは織布は、円筒形マンドレルのまわりに最初に包まれてよい。ブロック２６４０において、ワイヤで包まれたボビンは、円筒形マンドレル上に配置される。ここで、角位相関係が、目下円筒状に配置されたボビンの周辺まわりに連続的に均一であるように、ボビンの２つの端部が適切に接合するようなボビンの寸法と一致するように、マンドレルは、選択される。
【００３５】
ブロック２６５０において、ボビン・ワイヤコイルの組み合わせは、繊維ストランドまたはテープで包まれる。そしてそれは、例えば、ガラス繊維でできていてもよい。テープは、円筒形マンドレルの表面に対するボビン・ワイヤコイル構造の圧縮、および円筒状のワイヤで包まれたボビンの構造的堅さを提供する。ブロック２６６０において、全てのアセンブリは、硬化性液体ポッティング材料の導入のためのボビン・ワイヤガラス繊維複合材構造の内表面および外表面上に隙間を残して、ボビンおよびマンドレルをおおっている型内に入れられる。そしてその材料は、エポキシ樹脂でもよくて、それから、自己支持形の複合材構造を形成するために硬化される。硬化後、複合材構造は、マンドレルから放出される（ブロック２６７０）。エポキシ複合材製造で公知技術の離型剤が、型およびマンドレルからのリリースの支援に用いられてもよい。ブロック２６８０において、各ワイヤ導体またはワイヤ束に対する電気的接触を有効にして、そしてモータまたは発電機の構造を完成するための接合アセンブリを提供するために、位相リングは、インストールされる。
【００３６】
ポッティング材料がワイヤ束１１０、ラッピングテープおよびボビンのまわりに、そしてそれを通って実質的に注入できるようにするために、そして、硬化するときに、複合材構造としてステータの構造剛性を補強するように、ボビンは、多孔性でもよい。ステータの複合材構造物は、ターン・トゥ・ターン電圧変化および電磁誘導を受けるときに発生する力に耐えるステータの能力を強化してもよい。
【００３７】
ステータおよびロータは、次いで、発電機またはモータを完成するために、追加ステップにおいて組み立てられてよい。
【００３８】
いかなる当業者も本明細書において記載されたさまざまな態様を実施することができるように、前述は、提供される。これらの態様に対するさまざまな修正は、当業者にとって直ちに明らかである。そして、本明細書において定められる一般原則は、他の態様に適用されてもよい。従って、請求項は、本明細書において示される態様に制限されることを意図せず、請求項の言語と整合した完全な範囲を与えられるべきである。そして、単数のエレメントの参照は、具体的に述べられない限り「唯一のもの」を意味することを意図せず、「１つ以上」を意味する。公知であるかまたは後で当業者に公知になるこの開示の全体にわたって記載されているさまざまな態様のエレメントに対するすべての構造および機能的等価物は、本明細書にはっきりと引用したものとして、請求項によって含まれることを意図する。さらに、この種の開示が請求項において明示的に詳述されるかどうかにかかわらず、本明細書において開示される何物も市民を専門とすることを意図しない。クレームのエレメントがフレーズ「手段」を用いてはっきりと詳述されない限り、または方法クレームの場合、エレメントがフレーズ「ステップ」を用いて詳述されない限り、米国特許法第１１２条第６項の規定により解釈されることはない。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【手続補正書】
【提出日】平成30年5月24日(2018.5.24)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
装置であって、
複合材構造を含む鉄なしステータコイルを含み、前記複合材構造は、
ワイヤで包まれた円筒状ボビンであって、
内表面および外表面を有する円筒状ボビン、および前記円筒状ボビンの前記内表面および外表面のまわりに包まれる少なくとも１つのワイヤを含む、ワイヤで包まれた円筒状ボビン、および、
前記ワイヤで包まれた円筒状ボビンをポッティングする硬化したポッティング材料、を含み、
前記複合材構造は、ターン・トゥ・ターン電圧変化に耐えるために前記円筒状ボビンによって補強される堅さを有し、
前記複合材構造は、内表面および外表面をさらに含み、前記複合材構造の前記内表面上に巻かれる１つ以上の繊維ストランドの第１の層および前記複合材構造の前記外表面上に巻かれる１つ以上の繊維ストランドの第２の層をさらに含む、
装置。
【請求項２】
前記少なくとも１つのワイヤは、ワイヤ束、リッツ線束、個別電線、またはワイヤテープを含む、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記装置は、前記少なくとも１つのワイヤに適用される電流によって駆動されるように構成されたモータである、請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記装置は、前記少なくとも１つのワイヤから電流を提供するように構成された発電機である、請求項１に記載の装置。
【請求項５】
前記ポッティング材料は、前記ワイヤで包まれた円筒状ボビンを透過する、請求項１に記載の装置。
【請求項６】
前記ポッティング材料は、エポキシおよび樹脂のうちの少なくとも１つを含む、請求項１に記載の装置。
【請求項７】
前記少なくとも１つのワイヤは、前記円筒状ボビンのまわりにトロイダル形に包まれる、請求項１に記載の装置。
【請求項８】
前記鉄なし複合ステータコイルとともに配置される磁気ロータをさらに含む、請求項１に記載の装置。
【外国語明細書】
2018153095000001.pdf