(57)【要約】リラクタンスマシン（１）は、複数の固定子磁極（２２）がその上に配置された環状支持部材を有する固定子（２０）を含む。前記固定子磁極は、各々対応する金属箔コイル固定子巻線（２６）によって形成されている。固体円盤状回転子（１０）は、複数の突出した回転子磁極（１２）を定義し、且つ前記回転子磁極と固定子磁極との間に軸方向のエアギャップを確立すべく前記支持部材の反対側に回転可能に配置されている。食品生ごみ処理機は、そのようなリラクタンスマシンを組み込んでいる。
2004511193.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
その上に配置された複数の固定子磁極を有する環状支持部材を含み、前記固定子磁極は各々対応する金属箔コイル固定子巻線を備える固定子と、
複数の突出した回転子磁極を定義する固体円盤状回転子であって、前記回転子磁極と固定子磁極との間に軸方向のエアギャップを確立すべく前記支持部材の反対側に回転可能に配置されている回転子とを具備する、リラクタンスマシン。
【請求項２】
前記金属箔コイルを選択的に励磁するための制御回路をさらに具備する、請求項１に記載に記載のリラクタンスマシン。
【請求項３】
前記固定子磁極は、４相を形成すべく電気的に接続されている、請求項１に記載のリラクタンスマシン。
【請求項４】
前記固定子磁極は、３相を形成すべく電気的に接続されている、請求項１に記載のリラクタンスマシン。
【請求項５】
前記金属箔コイル巻線は、各々それに添着された絶縁層を有する導電層を備えている、請求項１に記載のリラクタンスマシン。
【請求項６】
前記金属箔コイル巻線は、各々第２の導電層をさらに備える、請求項５に記載のリラクタンスマシン。
【請求項７】
前記導電層および絶縁層は、コア部材の周りに巻装されている、請求項５に記載のリラクタンスマシン。
【請求項８】
前記絶縁層は、接着剤を備える、請求項６に記載のリラクタンスマシン。
【請求項９】
シャフトをさらに備え、前記回転子は、前記シャフトに結合されている、請求項１に記載のリラクタンスマシン。
【請求項１０】
前記シャフトに結合されたファンをさらに備える、請求項９に記載のリラクタンスマシン。
【請求項１１】
前記制御回路は、前記固定子に対する相対的な前記回転子の位置を検出するための位置検出器を含む、請求項２に記載のリラクタンスマシン。
【請求項１２】
食品生ごみを受け入れるための入口と、
回転可能なシャフトに結合された粉砕板と、
前記シャフトを駆動することが可能で、且つそれに伴って、前記入口を経由して受け入れた食品生ごみを前記粉砕板に粉砕させ粒子状物とするスイッチトリラクタンスモータとを具備する、食品生ごみ処理機。
【請求項１３】
前記スイッチトリラクタンスモータは、
そこに配置された複数の固定子磁極を有し、前記固定子磁極は各々対応する金属箔コイル固定子巻線を備える固定子と、
複数の突出した回転子磁極を定義する固体円盤状回転子であって、前記回転子磁極と固定子磁極との間に軸方向のエアギャップを確立すべく前記固定子に近接して回転可能に配置されており、前記粉砕板が当該回転子と一体に形成されている回転子と
を含む、請求項３に記載の食品生ごみ処理機。
【請求項１４】
食品生ごみを受け入れるための入口と、
固定シュレッダーリングと、
前記固定シュレッダーリングの近傍に位置している粉砕板であって、該粉砕板は、第１の側および第２の側を有し、前記第１の側は、そこに添設された少なくとも１つの突起を有し、前記第２の側はそこに形成された複数の回転子磁極を有する粉砕板と、
そこに配置された複数の固定子磁極を有し、前記固定子磁極は各々対応する金属箔コイル固定子巻線を備える固定子と、
前記固定子によって回転可能に受けられるシャフトであって、前記粉砕板および前記固定子がそれらの間に軸方向のエアギャップを形成するようにして、回転させるべく、前記粉砕板が当該シャフトに固定されるシャフトとを具備する食品生ごみ処理機。
【請求項１５】
前記固定子は、前記シャフトおよび粉砕板に対してシールされている、請求項１４に記載の食品生ごみ処理機。
【請求項１６】
シールは、前記固定子磁極を取り囲むプラスティックの被覆モールドを備える、請求項１５に記載の食品生ごみ処理機。
【請求項１７】
前記金属箔コイルを選択的に付勢するための制御回路をさらに具備する、請求項１４に記載の食品生ごみ処理機。
【請求項１８】
前記金属箔コイル巻線は、各々それに添着された絶縁層を有する導電層を備えている、請求項１４に記載の食品生ごみ処理機。
【請求項１９】
前記金属箔コイル巻線は、各々第２の導電層をさらに備える、請求項１８に記載の食品生ごみ処理機。
【請求項２０】
前記導電層および絶縁層は、磁芯部材の周りに巻装されている、請求項１９に記載の食品生ごみ処理機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
（関連出願に対するクロスレファレンス）
この出願は、引用により完全に組み込まれた、２０００年１０月４日に出願された米国仮特許出願第６０／２３８，１００号の利益を請求する。この出願は、完全に組み込まれた、ウィリアム・エフ・ストルーツ（Ｗｉｌｌｉａｍ　Ｆ．　Ｓｔｒｕｔｚ）により「スイッチトリラクタンスマシンおよびスイッチトリラクタンスマシンを用いる食品生ごみ処理機」（Ｓｗｉｔｃｈｅｄ　Ｒｅｌｕｃｔａｎｃｅ　Ｍａｃｈｉｎｅ　ａｎｄ　Ｆｏｏｄ　Ｗａｓｔｅ　Ｄｉｓｐｏｓｅｒ　Ｅｍｐｌｏｙｉｎｇ　Ｓｗｉｔｃｈｅｄ　Ｒｅｌｕｃｔａｎｃｅ　Ｍａｃｈｉｎｅ）と題されて、２００１年２月５日に提出された米国非仮出願第０９／７７７，１２６号に関連している。この出願は、同時提出の、ストルーツら（Ｓｔｒｕｔｚ　ｅｔ　ａｌ．，）により、「可変スピードモータを有する食品生ごみ処理機およびその操作の方法」（Ｆｏｏｄ　Ｗａｓｔｅ　Ｄｉｓｐｏｓｅｒ　Ｈａｖｉｎｇ　Ｖａｒｉａｂｌｅ　Ｓｐｅｅｄ　Ｍｏｔｏｒ　ａｎｄ　Ｍｅｔｈｏｄｓ　ｏｆ　Ｏｐｅｒａｔｉｎｇ　Ｓａｍｅ）と題されて、２００１年２月５日に提出された米国非仮出願第０９／７７７，１２９号に関連しており、そしてその開示は引用によりここに完全に組み込まれている。
【０００２】
（発明の背景）
（発明の分野）
本発明は、広くは、リラクタンスマシンに関し、そしてより詳細には、金属箔コイルスイッチトリラクタンスマシンおよびスイッチトリラクタンスマシンを用いる食品生ごみ処理機に関する。
【０００３】
（関連技術の説明）
リラクタンスマシンは、当該技術においては、良く知られている。一般に、リラクタンスマシンは、可動部分を、励磁された巻線のインダクタンスが最大化される（すなわち、リラクタンスが最小化される）位置へ移動させようとする傾向によってトルクが生成される電気マシンである。
【０００４】
一つのタイプのリラクタンスマシンにおいては、相巻線は、制御された周波数にて電圧が印加される。このタイプのリラクタンスマシンは、一般にシンクロナスリラクタンスマシンと称される。他の一つのタイプのリラクタンスマシンにおいては、当該マシンの回転子の位置を決定するための回路構成が設けられ、且つ相の巻線に対し回転位置の関数として電圧が印加される。このタイプのリラクタンスマシンは、一般にスイッチトリラクタンスマシンと称される。この発明の説明は、スイッチトリラクタンスマシンに関連しているけれども、本発明は、シンクロナスおよびスイッチトリラクタンスマシンを含む全ての形態のリラクタンスマシン並びにスイッチトリラクタンスマシンと類似した相巻線構成を有する他のマシンに適用することができる。
【０００５】
スイッチトリラクタンスマシンの一般的な設計の理論および動作は、良く知られており且つ例えば、スチーブンソン（Ｓｔｅｐｈｅｎｓｏｎ）およびブレーク（Ｂｌａｋｅ）による「スイッチトリラクタンスモータおよび駆動装置の特性、設計および用途」（Ｔｈｅ　Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ，　Ｄｅｓｉｇｎ　ａｎｄ　Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ　ｏｆ　Ｓｗｉｔｃｈｅｄ　Ｒｅｌｕｃｔａｎｃｅ　Ｍｏｔｏｒｓ　ａｎｄ　Ｄｒｉｖｅｓ）において、論じられ、１９９３年６月２１から２４日、ドイツ、ニュールンベルグにおけるＰＣＩＭの１９９３年の会議および展示会において発表されている。
【０００６】
一般に、既知のリラクタンスマシンは、内方へ突出する突起磁極を有する固定子ヨークを有して設計されている。回転子はまた、突起磁極の形状を有しており、そして典型的には、電磁石も永久磁石もを全く含んでいない。回転子および固定子は、同軸状である。各固定子磁極に対応して、磁極のまわりに巻かれたワイヤからなるコイルが存在する。互いに対向して配置される固定子磁極は、通常１つ以上の相を形成すべく対をなしている。相は、コイルに電流を配給することによって励磁される。一般には、スイッチングデバイスが設けられ、これにより、相が励磁されるときにコイルに電流を配給し、且つ相の励磁が停止されるときにコイルを電流源から分離する回路に対してコイルが交互に接続され、巻線に残るエネルギーを回復させることが可能となる。
【０００７】
リラクタンストルクは、一対の回転子磁極が一対の固定子磁極と位置不整合の位置にあるときに、その固定子磁極を励磁することによってリラクタンスマシン内に生起される。固定子磁極と回転子磁極との間の位置不整合の度合いは、位相角と呼ばれる。一対の固定子磁極に電圧を印加すると、固定子磁極対にＮ極およびＳ極が生起される。電圧が印加された固定子磁極とある位相角だけ一対の回転子磁極の位置がずれていることにより、固定子および回転子のインダクタンスは、最大値よりも小さい。一対の回転子磁極は、励磁された巻線によって最大インダクタンスとなる位置へ移動しようとすることとなる。最大インダクタンスの位置は、回転子磁極および固定子磁極が位置整合されたときに生起する。
【０００８】
最大インダクタンスの位置へ回転子磁極が回転する際、ある位相角において、しかし典型的には最大インダクタンスの位置が達成される前に、この相への電流の供給が停止され、固定子磁極の励磁が停止される。続いて、または同時に、第２の相が付勢されて、固定子磁極の第２の対に新たなＮおよびＳ磁極を生起する。もしも第２の相が、固定子磁極と回転子磁極の第２の対の間のインダクタンスが増加しているときに付勢されれば、前向きのトルクが維持され、そして回転は継続する。このような方法で固定子磁極を励磁し、励磁を停止することによって、継続的な回転が展開される。リラクタンスマシンの全トルクは、上述された個々のトルクの合計である。
【０００９】
一般に、最も良く知られたリラクタンスマシンは、内方へ突出する突起磁極および中空コア領域を有する固定子ヨークを有して設計されている。外方へ突出する突起磁極を有する回転子は、中空コア領域内、すなわち、固定子内腔に同軸的に収められ、回転子磁極と固定子磁極との間に放射状のエアギャップを画定する。回転子は、回転子シャフトに結合され、該回転子シャフトは、回転自在であり、そして当該マシンがモータ運転するときは出力シャフトとして機能し、そして当該マシンが発電するときは入力シャフトとして機能する。固定子および回転子は、典型的には、数ある材料中でも、渦電流損を低減するために磁性材料から打ち抜かれた薄板の積層から構成される。そのような従来のスイッチトリラクタンスマシンの軸方向の長さは、多くの用途のために適していなかった。さらに、典型的なリラクタンスマシンの積層構造は、組立てプロセスを複雑化している。
【００１０】
本発明は、従来技術に関連する不充分な個所に取り組んでいる。
【００１１】
（発明の概要）
本発明は、モータおよび発電機のようなリラクタンス電気マシンに関し、そしてより詳細には、効率的な動作および改善された体積効率のために、金属箔コイル、固体または半固体の突起磁極固定子上の集中固定子磁極巻線、最小軸方向エアギャップ、および固体突起磁極円盤状回転子を用いることによって、設計された可変リラクタンスマシンに関する。このユニットは、より伝統的な積層薄板構造よりも、一層容易に製作される。渦電流損は、従来技術において見出される通りの従来の積層薄板構造よりも高いかもしれないが、しかし食品生ごみ処理機、サンプポンプ、天井ファン、炉送風モータ、その他のような用途は、製品に一体化された水冷または空冷を有する。
【００１２】
本発明の態様によれば、スイッチトリラクタンスマシンは、複数の固定子磁極がそこに配置されている環状支持部材を有する固定子を含む。固定子磁極は、各々対応する金属箔コイル固定子巻線を備えている。固体円盤状回転子は、複数の突起回転子磁極を画定する。回転子は、回転子磁極と固定子磁極との間に軸方向のエアギャップを確立すべく支持部材の反対側に回転可能に配置されている。制御回路は、トルクを生起させるべく相巻線の励磁を制御する。
【００１３】
本発明のさらなる態様によれば、食品生ごみ処理機は、スイッチトリラクタンスマシンを組み込んでおり、且つ食品生ごみを受け入れるための入口と、回転可能なシャフトに結合された粉砕板と、このシャフト、したがって当該粉砕板を駆動して、入口を経由して受け入れた食品生ごみを粒子状物へと粉砕するとするスイッチトリラクタンスモータとを含む。例示的な実施の形態においては、スイッチトリラクタンスモータは、複数の固定子磁極が配置された固定子を含む。各固定子磁極は対応する金属箔コイル固定子巻線を備える。固体円盤状回転子は、複数の突出した回転子磁極を画定し、回転子磁極と固定子磁極との間に軸方向のエアギャップを確立すべく固定子に近接して回転可能に配置されている。粉砕板は当該回転子と一体に形成されていてもよい。
【００１４】
本発明のある実施の形態においては、食品生ごみ処理機は、食品生ごみを受け入れるための入口と、固定シュレッダーリングと、固定シュレッダーリングの近傍に位置している粉砕板を含む。粉砕板は、第１の側および第２の側を有し、第１の側は、そこに取り付けられた少なくとも１つの突起を有している。第２の側はそこに形成された複数の回転子磁極を有している。固定子は、そこに配置された複数の固定子磁極を有し、当該固定子磁極の各々は、対応する金属箔コイル固定子巻線から形成されている。シャフトは、固定子によって回転可能に受けられ、粉砕板および固定子がそれらの間に軸方向のエアギャップを形成するようにして、回転させるべく、粉砕板が当該シャフトに固定される。固定子は、当該固定子全体にわたって、粉砕板から粒子物および水が流れることを許容すべく、シャフトおよび粉砕板に対してシールされていてもよい。
【００１５】
本発明の他の目的および利点は、以下の詳細な説明を読むことにより、そして図面を参照することによって、明らかとなるであろう。
【００１６】
本発明は、種々の変更および変形が可能であり、その特定の実施の形態が図面に例として示され且つここに詳細に説明されている。しかしながら、ここにおける特定の実施の形態の説明は、本発明を開示された特定の形態に限定することを意図してはおらず、それどころか、本発明の精神および範囲内に含まれる全ての変更、等価物、および変形をカバーすることを意図していることが、理解されるべきである。
【００１７】
（発明の詳細な説明）
本発明の例示となる実施の形態が、以下に説明される。明瞭さのため、実際の実施の全ての特徴がこの明細書に説明されているわけではない。もちろん、いかなるそのような実際の実施の形態の開発において、一つの実施とその他との間で変動するであろう、システム関連およびビジネス関連の制約に準拠して、開発者の特定の目標を達成するために多数の実施に特有の決定がなされなければならないことが、認められるであろう。さらに、そのような開発努力が複雑で且つ時間がかかるかもしれないが、それにもかかわらずこの開示の恩恵を受ける分野の当業者にとって日常的な作業であろうことは、認められるであろう。
【００１８】
図１は、分解図として示される本発明に従ったリラクタンスマシンの一つの例示的な実施の形態を図解している。単純化のために、用語「モータ」がこの明細書全体にわたって使用される。しかしながら、この開示の恩恵を受ける分野の当業者は、本発明が、モータおよび発電機を含む、いかなるタイプの回転リラクタンス電気マシンにも適用可能であることは理解するであろう。
【００１９】
マシン１は、回転子１０および固定子２０を含む。回転子は、複数の回転子磁極すなわち歯状突起１２を含んでおり、該歯状突起１２は、最適な磁路を提供し、物質体積を最小化し、または自己冷却特性を改善すべく、異なる形状からなっても良い。固定子２０は、複数の磁極２２を含み、各磁極は、型２４を取り囲む金属箔コイル巻線２６を備える型２４を具備している。金属箔コイル巻線２６は、図２に詳細に示され且つ以下においてさらに説明される。型２４は、基本的なコイル形状、コイル２６のための構造的な支持体、固定子ベースに対してコイル２６を取り付ける手段そして巻線のための磁芯を提供するのに役立っている。
【００２０】
回転子１０は、シャフト１４に結合されており、該シャフトは、回転子１０のための支持またはガイド部材として機能している。シャフト１４は、付加的な電力出力のための接続点を提供することもできる。固定子２０は、コイルのための構造的な支持体および軸受支持構造３０を提供する固定子ベース２８を含む。固定子ベース２８は、コイル巻線による磁束発生部のための磁束帰路をも提供する。軸受支持構造３０は、多種多様の構成、サイズ、材料、その他のうちの１つであることができる。
【００２１】
固定子ベース２８は、焼結され、粉末化され、または鋳造された、延性鉄のような材料によって形成されても良く、そして磁路の面積が、モータの最適動作のために最適化されたとき、渦電流損は最小化され得る。回転子−固定子磁極および巻線の多数の可能な組み合わせが存在する。多くの可能な組み合わせのごく幾つかは、次の通りである。
４相、８固定子磁極、６回転子磁極、同時に２極有効
３相、１２固定子磁極、８回転子磁極、同時に４極有効
３相、６固定子磁極、４回転子磁極、同時に２極有効
【００２２】
固定子磁極対は電気的に一緒に接続され、同時に電圧を印加され、そして回転を生起させるべく連続的にスイッチされる。回転子１０および固定子２０上の磁極１２、２２の数が異なることによって、強磁性回転子１０は、集中した、オーバーラップしていない固定子磁極２２の対に沿って並べようとするようなソレノイド作用によって回転する。付随する位置検知デバイス（図４に示される）は、多数の可能性のある機構の１つによって回転子位置および速度を検知し、そして適切に電流の方向を転換するためのスイッチングシーケンスを提供する。
【００２３】
図２は、固定子磁極２２の型２４およびコイル２６を図解している。コイル２６は、導体材料５０を含んでおり、該導体材料は典型的には１ミルから１０ミル（０．０２５４ｍｍから０．２５４ｍｍ）またはそれを超える厚み、そして典型的には０．２インチから２インチ（０．５０８ｃｍから５．０８ｃｍ）またはそれを超える幅とすることができる。材料５０は、銅、アルミニウム、超伝導体、または他のあらゆる適切な導電性材料であり得る。多くのポリマーの１つであり得る絶縁膜５２が導体５０に取り付けられている。アルミニウム導体の陽極酸化処理された面、導体上の電着または他のタイプのコーティング、または接着剤、が、絶縁材５２として供され得る。
【００２４】
絶縁材５２と類似した第２の絶縁層５４が、箔導体５０の反対側に取り付けられていても良い。該第２の絶縁層５４は、巻線形態および処理技術に依存して、必要とされてもされなくても良い。接着剤５６は、使用される材料に依存して、巻回を一緒に、または交互に接着し、それ自体絶縁体として供され得る。同様に、第２の絶縁層５８が必要とされても良い。
【００２５】
金属箔６０のオプションの層は、各巻回に一体化されても良い。金属箔６０は、巻線の巻回の一部のみについて含まれても良く、あるいは巻線の全ての巻回について含まれても良い。このオプションの層すなわち金属箔６０は、いくつかの可能性のある機能を供することができる。強磁性金属箔は、渦電流損を低減する磁束帰路の積層部分として働き、コイル型のサイズの減少を可能とするとともに同時に誘導的に結合された電流センサーとして、または一体化逆起電力（逆ＥＭＦ）位置センサーとして、または入力電力導電路の一部として、または上述の機能のいくつかの組み合わせとして供され得ることを可能とする。銅、アルミニウムまたはいくつかの他の導電性材料は、電流または逆起電力センサーとして、または多重電圧巻線の単純な収納を容易にするために第１の導体５０に並列または直列に接続され得る他の巻回を提供するための第１の導体５０への等価回路電路として供し得る。
【００２６】
図３は、モータ１の断面である。外側ハウジング３２は、マシン構造を取り囲み且つ構造的な支持を提供する。先に図１に示されたように、固定子ベース２８は、軸受３０および磁束帰路のための構造的な支持を提供する。
【００２７】
多くの可能性のある形態を持ち得る回転子１０は、シャフト１４に結合され且つ回転子磁極と固定子磁極との間にほぼ一定の軸方向エアギャップ厚を確立すべく上面に配置される。円盤状の回転子１０は、特別な特徴を提供し且つ多数のファン、ブロアー、インペラー、その他のタイプのメカニズムに直接的に取り付けられても良い。円盤状の回転子により、上記のようなメカニズムをシャフトに対し別個に付加するよりもむしろ回転子に組み込まれることができ、装置が単純化され且つ空間に係る条件が緩和される。金属箔コイル型２４は、金属箔コイル２６のための支持構造および磁路を提供する。ファン３４は、シャフト１４に結合されて、固定子ベースおよび電子回路のための冷却を提供する。鋼損は、ファンに誘起される気流と同様に、周波数（すなわちモータスピード）の関数であるから、そのスピードの増大に伴い、増大されたファン冷却は増大される鋼損を補償する。印刷回路（ＰＣ）基板４０は、固定子ベース２８の下方に配置される。駆動電子回路の構成要素４２は、従来の方法で、ＰＣ基板４０上に配置される。駆動回路構成は、リード線４４経由で巻線２２に接続される。
【００２８】
図４は、マシン１に電圧を印加するための例示的システムを図解している。このシステムは、ＤＣ電力の電源１００、ＤＣ電力を受けるべく結合された電力インバータ１１０、インバータ１１０における電力スイッチングデバイスのゲートへの作動信号を供給すべく結合されたコントローラ１１２を含む。マシン１の金属箔コイル巻線２６は、電力インバータ１１０に結合され且つそれによる付勢に適合されている。回転子位置検出器１１６は、コントローラ１１２に対する位置情報を提供する。上述において記載されたように、回転子位置情報は、この開示の恩恵を受ける分野の当業者には明らかであろう、いくつかの異なる方法およびデバイスのいずれかによって提供され得る。回転子位置検出器１１６の使用は、当該分野においていられているいくつかのセンサーレス位置検知機構のいずれかを介して除去されても良い。
【００２９】
ＤＣ電力の電源１００は、正および負のバスを含む。正および負のＤＣバスは、バッテリー、ＡＣ−ＤＣコンバーター、またはそれらと同様のものを含むＤＣ電力のいずれかの適切な電源によって提供されても良い。電力インバータ１１０は、ＤＣ電力を受け且つコントローラ１１２によって供給されるスイッチング信号に応答してそれぞれの相の巻線２６に電力を配給する。電力インバータ１１０は、従来の方法で構成されて良く、ハーフブリッジスイッチング構成、フルブリッジスイッチング構成または巻線２６に対する所望される通りの励磁電流を提供することが可能な他のいずれかのタイプのスイッチング構成を含んでいても良い。
【００３０】
電力インバータ１１０に印加されるスイッチング信号は、コントローラ１１２によって生成される。本発明のある実施の形態において、コントローラ１１２は、回転子位置検出器１１６によって提供される回転子位置情報に応答してスイッチング信号を生成し、回転子位置検出器は、ホール効果センサ、リラクタンスセンサ、光学センサ、容量性センサ、または回転子の角度位置を検出するためのいずれかの他の適切な構成を備えていても良い。コントローラ１１２は、マシン１のリラクタンストルク出力または回転スピードの大きさを制御するため相励磁電流の平均の大きさを制御する（例えば、パルス幅変調、バンバン電流制御またはそれらと同様のものを介して）ための回路構成を含んでいても良い。
【００３１】
本発明のある態様によれば、ロータ１０は、従来技術におけるような積層構造よりもむしろ、「固体」構成を備えている。固体回転子の使用を容易にするために、金属箔コイル巻線２６は、回転子が冷却されることを許容すべく液体または気体が回転子１０上またはそのまわりを流れることを可能とするために、絶縁体に埋設され、ハウジングの一部としてモールドされ、あるいは他のいくつかの手段によって、回転子室から絶縁され、またはシールされる。回転子１０は、回転子１０および固定子２０の両方の冷却を提供すべく冷却媒体の攪拌のための手段をそれ自体で提供するように設計されていても良く、それによってより効率的な動作が提供される。
【００３２】
各固定子磁極付勢サイクルについてのより小さな回転角を提供し得る本発明の他の態様は、回転子の反対側に第２の同様の固定子構成を加える。用途によって、回転子および固定子の表面が、摩耗抵抗、腐食抵抗、改善された磁気特性、または所望に応じた他の特別な特徴を提供するための多くの処理のうち１つまたはいくつかの処理によって適切な材料でコーティングされるようにすることもできる。特定の特徴、サイズ、電力要件、その他、の多くは、この開示の恩恵を受ける分野の当業者には明らかであろうように、金属箔コイルスイッチトリラクタンスモータの制限よりもむしろ用途に依存するであろう。
【００３３】
新規な金属箔コイル巻線は、次のような恩恵を提供する。
１．巻線空間のより効果的な使用、従来の丸形ワイヤについてはほぼ６５％以下であるのに対して９０％以上である。
２．非常に高い周波数成分を含む急峻な波頭形状についての表皮効果を利用することによるバルク導電体抵抗の低減。
３．丸形ワイヤと比較したときの巻線内の空隙の低減に起因するベースに対する巻線からのより効果的な熱伝達。
４．逆起電力検知コイル、誘導的に結合された電流検知コイルまたは多重電圧巻線を提供するための単純化された機構。
【００３４】
半固体円盤回転子の提供は、積層構造とは対照的に、以下のものを提供する。
１．強磁性体材料内における渦電流の原理の利用により回転子材料を積層する必要性を排除する。
２．単純化され、且つより平凡な積層構造について要求されるよりも一層経済的な製造技術。
【００３５】
さらにまた、単一の軸方向のエアギャップを採用する新規な構成は、以下を可能とする。
１．通常の動作の一部としての製品に一体化される空冷または水冷を有するサンプポンプ、天井ファン、生ごみ処理機粉砕メカニズム、炉ブロアーモータ等のような製品のための減少された軸方向長さ。
２．回転子がファンハブ、ブロアーホイール、ポンプインペラー、ごみ処理機粉砕メカニズム、その他の一体化された一部に作られ得るので、単純化された製品。
３．相対的に低コストの標準製造技術によって制御され得る単一の小さなエアギャップに起因して体積的および電気的効率が高いモータ。
【００３６】
ここに説明されたスイッチトリラクタンスマシン構造は、食品生ごみ処理機、サンプポンプ、天井ファン、炉ブロアーモータ等を含み、しかしそれに限定されない多くの用途に適している。例えば、既知の食品生ごみ処理機は、しばしば、単一スピードインダクションモータによって駆動される。可変スピードで食品生ごみ処理を操作することは、多くの理由で有益である。可変スピードモータを有する食品生ごみ処理機は、本願に組み込まれたストルーツら（Ｓｔｒｕｔｚ　ｅｔ　ａｌ．，）による「可変スピードモータを有する食品生ごみ処理機およびその操作の方法」（Ｆｏｏｄ　Ｗａｓｔｅ　Ｄｉｓｐｏｓｅｒ　Ｈａｖｉｎｇ　Ｖａｒｉａｂｌｅ　Ｓｐｅｅｄ　Ｍｏｔｏｒ　ａｎｄ　Ｍｅｔｈｏｄｓ　ｏｆ　Ｏｐｅｒａｔｉｎｇ　Ｓａｍｅ）と題された出願第０９／７７７，１２９号に開示されている。
【００３７】
本発明の更なる態様によれば、食品生ごみ処理機は、スイッチトリラクタンスモータによって駆動される。スイッチトリラクタンスモータは、放射状のエアギャップおよび磁路を定義するために固定子の中空部内に配置された突起磁極回転子を有する標準的なスイッチトリラクタンスモータ構造を備えることができる。他の実施の形態は、ごみ処理機の垂直の高さを削減するためのパンケーキモータ構造を用いることが想定される。
【００３８】
図５は、本発明の例示的実施の形態に従った食品生ごみ処理機を概念的に図解するブロック図である。ごみ処理機２００は、食品運搬部２１２、スイッチトリラクタンスモータ２４０を含むモータ部２１４、および食品運搬部とモータ部との間に配置される中央粉砕部２１６を含む。スイッチトリラクタンスモータ２４０は、シャフト１４に連結された回転子と固定子とを含む。
【００３９】
食品運搬部２１２は、その上端部に食品生ごみを受け入れるための入口２２０を含む。食品運搬部２１２は、食品生ごみを中央粉砕部２１６へ運搬する。粉砕部２１６は、円形板２３４を有する粉砕メカニズムと、固定されているか（固定突起）または回転自在か（旋回突起）の一対の突起（図示されていない）と、固定シュレッダーリング（図示されていない）とを含む。粉砕板２３４は、典型的には、モータシャフト１４に付加されており、スイッチトリラクタンスマシン２４０の回転子によって駆動される。
【００４０】
間隔を置いて配置された複数の歯状部を含むシュレッダーリングは、粉砕部ハウジングの内側面に固定的に取り付けられている。食品生ごみ処理機の動作においては、食品運搬部２１２によって粉砕部２１６へ配給された食品生ごみは、モータ２４０によって板２３４が回転される際に、シュレッダーリングの歯状部に対して突起によって押し付けられる。歯状部の鋭い縁部が、食品生ごみを粉砕して、粉砕板２３４の上方から板２３４の周縁の外側の歯状部の間のギャップを経由して粉砕板２３４の下方へ通過させるのに充分に小さい粒子状物にする。重力によって、粒子状物は、歯状部の間のギャップを通過し、且つ、当該ごみ処理機内に注入される水と一緒に、当該ごみ処理機から排出される。
【００４１】
従来のスイッチトリラクタンスモータは、一般に食品生ごみ処理機の可変スピード動作に適する一方、モータの形状、占有床面積、コスト、その他のような要素により、いくつかのごみ処理機用途に使用するためには従来のスイッチトリラクタンスモータは現実的でない場合もある。本発明の一つの例示的な実施の形態において、食品生ごみ処理機は、図１から図４に図解されたマシン１のような軸方向エアギャップスイッチトリラクタンスモータを採用する。そのようなごみ処理機は図６に図解されている。
【００４２】
図６は、本発明の態様に従った食品生ごみ処理機３００の分解斜視図である。ごみ処理機３００は、本出願の譲受人によって所有されている米国特許第３，０２５，００７号明細書に開示されているタイプの取り付け部材を用いて流しのドレイン開口に良く知られた方法で取り付けられて良い。ごみ処理機３００は、その上端部に食品生ごみと水を受け入れるための入口２２０を形成するインジェクションモールド成型されたプラスティックハウジング３１８を有する食品運搬部２１２を含む。ハウジング３１８は、皿洗い機（図示されていない）から排出される水を通過させるための入口３２１も形成している。食品運搬部２１２は、食品生ごみを中央粉砕部２１６へ運搬する。モータ部２１４は、下端フレーム３３０から延設される湾曲金属固定子バンド３３２を含むモータハウジング３３１内に収容されるスイッチトリラクタンスモータ３２２を含む。
【００４３】
粉砕部２１６は、以下においてさらに取り扱うであろうように、示された実施の形態においては、スイッチトリラクタンスモータ３２２の回転子と一体に形成されている回転シュレッダー板３３４を有する粉砕メカニズムを含む。粉砕部２１６は、さらに一対の突起３３６および固定シュレッダーリング３３８を含む。板３３４は、スイッチトリラクタンスモータ３２２のモータシャフト３２４に取り付けられ、突起３３６は、板３３４に固定されている。示された実施の形態において、突起は、それらが回転しないように板３３４に固定されており、それらは「固定された」突起である。他の実施の形態において、突起は、回転板３３４に対して自在に回転するように固定される。
【００４４】
粉砕部２１６は、食品運搬部２１２のインジェクションモールド成型された上側ハウジング３１８と共に一体に形成されているインジェクションモールド成型されたプラスティックハウジング３４０を含む。一体化されたインジェクションモールド成型プラスティックハウジング３１８および３４０は、一体のプラスティックエンクロージャーを形成する。エンクロージャー３１８、３４０は、セルフタッピングねじ部を有する複数のボルト３４１によって下端フレーム３３０に固定される。間隔を置いて配置された複数の歯状部３４２を含むシュレッダーリング３３８は、締まりばめによってハウジング３４０の内面に固定的に取り付けられ、そして望ましくは亜鉛メッキされたスティールからなっている。ハウジング３４０は、ダイキャスト金属の代わりにインジェクションモールド成型プラスティックからなっているので、ハウジング３４０は、シュレッダーリング３３８からの腐食に耐性がある。
【００４５】
モータ部２１４のモータ３２２は、図１から図４に関連して開示され且つ上述されたような金属箔コイルスイッチトリラクタンスマシンである。モータ３２２は、対応する型４２４を囲む複数の金属箔コイル４２２を有する固定子４２０を含む。中央柱状部４３０は、軸受のための支持を提供して、モータシャフト３２４を回転可能に受ける。プラスティック被覆モールド４２５は、固定子４２０をカバーし且つ金属箔コイル４２２をシールする。他の実施の形態において、代替的なシーリング手段が金属箔コイル４２２をシールするために採用される。モータハウジング３３１に粒子状物および水が入るのを防止するためにシャフトシールが中央柱状部４３０に押し込まれ且つシール部材がプラスティック被覆モールドと固定子バンド３３２との間に配置される。駆動電子回路を含むＰＣ基板（図示されていない）は、モータハウジング３３１内の固定子４２０の下方に配置され得る。
【００４６】
回転シュレッダ板３３４は、モータシャフト３２４に取り付けられ、且つ突起３３６が取り付けられた上側部（図６に見られるように）を有し、そしてその下側部に複数の回転子磁極４１２が形成されている。一体化された回転子／シュレッダ板３３４は、従来技術のごみ処理機、すなわち、分離された回転子によって駆動されるモータシャフトに結合された分離されたシュレッダー板を使用するごみ処理機に比べ、ごみ処理機の構成を単純化する。数ある利点の中で、特に、組み合わされた回転子／シュレッダ板３３４は、ごみ処理機３００の外形を減少させ、それによって据え付けられたごみ処理機３００に必要とされる空間を低減する。
【００４７】
食品生ごみ処理機の動作において、食品運搬部２１２によって粉砕部２１６に配給された食品生ごみは、回転板３３４上の突起３３６によってシュレッダーリング３３８の歯状部３４２に対して押し付けられる。歯状部３４２の鋭い縁部が、食品生ごみを、粉砕板３３４の上方から板３３４の周縁の外側の歯状部の間のギャップを経由して粉砕板３３４の下方へ通過させるに充分に小さい粒子状物へと粉砕しすなわち細かく砕く。粒子状物は、歯状部３４２の間のギャップを通過して、プラスティック被覆モールド４２５上に落下し、且つ、入口２２０を経由してごみ処理機３００内に注入される水と一緒に、排出口３４４を通して排出される。排出口３４４は、テールパイプ（図示されていない）への接続のために曲がりくねっている。粒子状物と水との混合物を排出口３４４に向かわせるために、プラスティック被覆モールド４２５がその周囲に向かって下方に傾斜されていても良い。プラスティック被覆モールド４２５上を流れる液体も、モータ３２２を冷却すべく機能する。
【００４８】
上述において開示された特定の実施の形態は、例示にすぎず、本発明は、ここでの教示の恩恵を受ける分野の当業者に明らかな、異なるがしかし等価な方法で変更され実施されてもよい。それゆえ、上記において開示された特定の実施の形態は、変更されまたは修正されて良く、そして全てのそのようなバリエーションが本発明の精神および範囲内で考慮される。
【図面の簡単な説明】
【図１】
図１は、本発明の一つの実施の形態に従ったスイッチトリラクタンスマシンの主要部の上面分解斜視図である。
【図２】
図２は、図１に示されたマシンに用いるのに適する金属箔コイル巻線の例示的な構成の詳細を図解している。
【図３】
図３は、本発明の一つの実施の形態に従ったスイッチトリラクタンスマシンの断面である。
【図４】
図４は、本発明の実施の形態に従った制御回路を概略的に図解するブロック図である。
【図５】
図５は、スイッチトリラクタンスマシンを用いる食品生ごみ処理機を概念的に図解するブロック図である。
【図６】
図６は、本発明の一つの実施の形態に従ったスイッチトリラクタンスマシンを用いる食品生ごみ処理機を図解する分解斜視図である。
【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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【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
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