(57)【要約】【課題】三次元ステータ積層薄板構造を有する電気機械装置を提供する。【解決手段】特定の実施形態では、電気機械装置は、回転軸線（２６）を有するロータ（５４）と、ロータ（５４）の周囲に配置されたステータ（１０）とを含む。ステータ（１０）は、回転軸線（２６）に対して円周方向に逐次配置された複数の円周方向セグメント（２８、３０）を備えた円周方向積層セクション（１４）を含むことができる。ステータ（１０）はまた、回転軸線（２６）に対して半径方向に逐次配置された複数の半径方向セグメント（４０）を備えた半径方向積層セクション（１６）を含むことができる。さらに、ステータ（１０）は、回転軸線（２６）に対して軸方向に逐次配置された複数の軸方向セグメント（１８、２０）を備えた軸方向積層セクション（１２）を含むことができる。【選択図】      図２
2007159392.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸線（２６）を有するロータ（５４）と、
前記ロータ（５４）の周囲に配置されたステータ（１０）と、
を含み、前記ステータ（１０）が、
前記回転軸線（２６）に対して円周方向に逐次配置された複数の円周方向セグメント（２８、３０）を含む円周方向積層セクション（１４）と、
前記回転軸線（２６）に対して半径方向に逐次配置された複数の半径方向セグメント（４０）を含む半径方向積層セクション（１６）と、
前記回転軸線（２６）に対して軸方向に逐次配置された複数の軸方向セグメント（１８、２０）を含む軸方向積層セクション（１２）と、を含む、
電気機械装置。
【請求項２】
前記複数の円周方向セグメント（２８、３０）の各々が、実質的に三角形の断面を有する、請求項１記載の電気機械装置。
【請求項３】
前記複数の半径方向セグメント（４０）の各々が、実質的に管状の幾何学形状を有する、請求項１記載の電気機械装置。
【請求項４】
前記複数の軸方向セグメント（１８、２０）の各々が、実質的にリング状の幾何学形状を有する、請求項１記載の電気機械装置。
【請求項５】
前記円周方向積層セクション（１４）及び軸方向積層セクション（１２）が、互いに同心である、請求項１記載の電気機械装置。
【請求項６】
前記円周方向積層セクション（１４）及び半径方向積層セクション（１６）が、互いに軸方向に隣接している、請求項１記載の電気機械装置。
【請求項７】
前記複数の円周方向セグメント（２８、３０）が、第１及び第２の円周方向セグメント（２８、３０）の組を含み、前記第１及び第２の円周方向セグメント（２８、３０）の組の各々が、前記ロータ（５４）の周りに逐次配置された円周方向セグメント（２８、３０）を有し、かつ前記第１及び第２の円周方向セグメント（２８、３０）の組が、前記半径方向積層セクション（１６）の軸方向両側に配置される、請求項１記載の電気機械装置。
【請求項８】
前記複数の軸方向セグメント（１８、２０）が、前記第１の円周方向セグメント（２８）の組と実質的に同心の第１の軸方向セグメント（１８）の組と、前記第２の円周方向セグメント（３０）の組と実質的に同心の第２の軸方向セグメント（２０）の組とを含む、請求項７記載の電気機械装置。
【請求項９】
磁束を、ロータ（５４）から、ステータ（１０）の第１の複数の軸方向積層ステータセグメント（１８）を通る半径方向−周方向通路に沿って、該ステータ（１０）内に半径方向−周方向に方向付ける段階と、
磁束を、前記第１の複数の軸方向積層ステータセグメント（１８）から、前記ステータ（１０）の第１の複数の円周方向積層ステータセグメント（２８）を通る半径方向−軸方向通路に沿って半径方向−軸方向に方向付ける段階と、
磁束を、前記第１の複数の円周方向積層ステータセグメント（２８）から、前記ステータ（１０）の複数の半径方向積層ステータセグメント（４０）を通る周方向−軸方向通路に沿って周方向−軸方向に方向付ける段階と、
を含む方法。
【請求項１０】
磁束を、前記複数の半径方向積層ステータセグメント（４０）から、前記ステータ（１０）の第２の複数の円周方向積層ステータセグメント（３０）を通る軸方向−半径方向通路に沿って軸方向−半径方向に方向付ける段階と、
磁束を、前記第２の複数の円周方向積層ステータセグメント（３０）から、前記ステータ（１０）の第２の複数の軸方向積層ステータセグメント（２０）を通る周方向−半径方向通路に沿って周方向−半径方向に方向付ける段階と、
を含む、請求項９記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、三次元ステータ積層薄板構造を有する電気機械装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
この節は、本発明の様々な態様に関連する可能性がある技術の様々な視点を読者に紹介することを目的とし、本発明は以下に説明しかつ／又は特許請求する。本発明の様々な態様をさらに十分に理解できるようにするための背景情報を読者に提供する上で、この説明が有用なものであると信じる。従って、これらの記述は、この観点から読まれるべきであって、先行技術を是認するものとして読むべきではないことを理解されたい。
【０００３】
様々なシステムには、ロータ及びステータを含む発電機又はモータのような電気機械装置が含まれる。特定の用途では、ロータ及びステータの構造及び構成が、電気機械装置の磁束伝達能力、鉄損、出力密度、機械的健全性及び熱的性能に大きな影響を及ぼす場合がある。例えば、これらの問題は、特に高温超伝導（ＨＴＳ）固定コイル及び高電力密度ステータを有する単極誘導型交流発電機（ＨＩＡ）の構造及び構成に関連する。負荷に給電される高周波電力に起因して、ステータのセグメントが最適な方式で構成されていない場合には、磁束がセグメントに幅広く並ぶため、ステータにおける鉄損が大きくなる可能性がある。ステータコアはまた、トルク伝達装置としての役割を果たすので、機械的に健全な構造であるのが好ましい。
【特許文献１】米国特許第３，０１７，５６２号公報
【特許文献２】米国特許第４，０８８，９１１号公報
【特許文献３】米国特許出願公開第２００４／０２３９２０１号公報
【特許文献４】カナダ特許出願公開第２４６７１７７ＡＡ号公報
【特許文献５】欧州特許出願公開第１４８２６２８Ａ２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従って、構造及び組立体を単純に保ちながら電流損及び重量を最小にするような最適な方式で磁束を伝達させる技術が必要となる。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
独創的に請求した本発明にその範囲が相応する特定の態様を、以下に説明する。これらの態様は、本発明が取り得る特定の形態の簡潔な要約を読者に提供する目的のためだけに提示していること、またこれらの態様は、本発明の技術的範囲を限定することを意図するものではないことを理解されたい。実際に、本発明は、以下に説明し尽くせ得ない多様な態様を包含することができる。
【０００６】
特定の実施形態では、電気機械装置は、回転軸線を有するロータと、ロータの周囲に配置されたステータとを含む。ステータは、回転軸線に対して円周方向に逐次配置された複数の円周方向セグメントを備えた円周方向積層セクションを含むことができる。ステータはまた、回転軸線に対して半径方向に逐次配置された複数の半径方向セグメントを備えた半径方向積層セクションを含むことができる。さらに、ステータは、回転軸線に対して軸方向に逐次配置された複数の軸方向セグメントを備えた軸方向積層セクションを含むことができる。
【０００７】
本発明の様々な態様に関連して上述した特長部の様々な改良形態が存在する。同様にこれらの様々な態様には、更なる特長部を組み込むことができる。これらの改良形態及び付加的な特長部は、個別に又はあらゆる組合せとして存在することができる。例えば、例示した実施形態の１つ又はそれ以上に関して下記に説明する様々な特長部は、上述した本発明の態様のいずれかに単独で又はあらゆる組合せとして組み込むことができる。今一度言うが、上記に提示した簡潔な要約は、特許請求した主題に限定を加えるのではなく、読者が本発明の特定の態様及び関連性に精通することだけを意図するものである。
【０００８】
本発明のこれらの及びその他の特徴、態様及び利点は、図面全体を通して同じ参照符号が同様な部分を表わしている添付の図面を参照して、以下の詳細な説明が読むことにより一層十分に理解されるようになるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本発明の１つ又はそれ以上の特定の実施形態を以下に説明する。これらの実施形態の説明を簡潔にするために、本明細書では、実際の装置の全ての特徴を説明していない場合がある。あらゆるエンジニアリング又は設計プロジェクトにおけるようなあらゆるそのような実際の装置の開発では、様々な装置間で変化する可能性があるシステム関連及びビジネス関連の制約条件への整合のような多数の装置固有の決定を行って開発者の特定の目標を達成しければならないことを理解されたい。さらに、そのような開発努力は、複雑かつ時間がかかる可能性があるが、それにもかかわらず本開示の便益を有する当業者にとっては、設計、製作及び製造のルーチン活動となることを理解されたい。
【００１０】
図１は、本技術の特定の実施形態による例示的な三次元積層ステータ１０の斜視図である。図示するように、三次元積層ステータ１０は、１つ又はそれ以上の軸方向積層セクション１２と、１つ又はそれ以上の円周方向積層セクション１４と、１つ又はそれ以上の半径方向積層セクション１６とを含む。図示した実施形態では、１つ又はそれ以上の軸方向積層セクション１２は、第１の複数の軸方向積層セグメント１８と第２の複数の軸方向積層セグメント２０とを含み、第１及び第２の複数の軸方向積層セグメント１８及び２０は、互いに軸方向にオフセットしており、半径方向積層セクション１６の両側２２及び２４に配置される。例えば、第１及び第２の複数の軸方向積層セグメント１８及び２０は、三次元積層ステータ１０の縦方向中心軸線２６に沿って軸方向に逐次一体に積層された複数のリング状又はワッシャ状の構造体を含むことができる。また、軸方向積層セグメントは、リングを構成する幾つかの３６０度よりも小さいセグメントとすることができる。
【００１１】
１つ又はそれ以上の円周方向積層セクション１４は、第１の複数の円周方向積層セグメント２８と第２の複数の円周方向積層セグメント３０とを含むことができ、第１及び第２の複数の円周方向積層セグメント２８及び３０は、互いに軸方向にオフセットしており、半径方向積層セクション１６の両側２２及び２４に配置される。さらに、第１の複数の円周方向積層セグメント２８は、第１の複数の軸方向積層セグメント１８と同心にすることができ、一方、第２の複数の円周方向積層セグメント３０は、第２の複数の軸方向積層セグメント２０と同心にすることができる。例えば、図示した第１及び第２の複数の円周方向積層セグメント２８及び３０は、それぞれ第１及び第２の複数の軸方向積層セグメント１８及び２０の外周又は表面３２に沿ってかつ該外周又は表面３２の周りに配置される。このようにして、第１及び第２の複数の円周方向積層セグメント２８及び３０は、半径方向積層セクション１６の両側２２及び２４に太陽の光線状又は光線型の構成を有する。
【００１２】
図１に示すように、円周方向積層セグメント２８は、三次元積層ステータ１０の円周の周りに円周方向に逐次配置される。加えて、円周方向積層セグメント２８は各々、円周方向に逐次一体に積層された複数の円周方向に並んだ層を含む。つまり、各個々のセグメント２８及び各個々のセグメント３０は、分解セグメント２８によって示すように、複数の円周方向薄板構造から形成される。円周方向積層セグメント３０は、同様な構成を有する。さらに、図示したセグメント２８及び３０の幾何学形状は、分解セグメント２８によって示すように、実質的に三角形又は楔状の構造を有する。より具体的には、図示したセグメント２８は、楔状又は三角形の部分３４と外部リップ部分３６とを有する。楔状又は三角形の部分３４は、第１の複数の軸方向積層セグメント１８の外周又は表面３２に沿って縦方向に配置され、一方、外部リップ部分３６は、セグメント１８の端面３８を部分的に覆って延びる。図示した第２の複数の円周方向積層セグメント３０は、それぞれ第２の複数の軸方向積層セグメント２０の外周又は表面３２に沿ってまた端面３８を覆って延びる同様な楔状又は三角形の部分３４と外部リップ部分３６とを有する。
【００１３】
図示した実施形態では、１つ又はそれ以上の半径方向積層セクション１６は、第１及び第２の複数の軸方向積層セグメント１８及び２０間かつ第１及び第２の複数の円周方向積層セグメント２８及び３０間の軸方向位置に単一の複数の半径方向積層セグメント４０を含む。複数の半径方向積層セグメント４０は、軸線２６に対して半径方向に逐次同心に配置された複数の円筒形又は管状の構造体を含むことができる。しかしながら、半径方向積層セクション１６の特定の実施形態は、軸線２６の周囲に連続的に巻かれて複数の半径方向積層セグメント４０に対応する複数の同心管状層を形成した単一の連続帯状材料を含む。
【００１４】
三次元積層ステータ１０は、様々な導電性／磁性材料、薄板構造接着剤、電気絶縁皮膜等を含むことができる。例えば、軸方向積層セグメント１８及び２０は、ケイ素鉄合金、コバルト鉄合金、ニッケル鉄合金、アモルファス鉄合金、アルミニウム鉄合金のような様々な材料を含むことができる。同様に、円周方向積層セグメント２８及び３０は、ケイ素鉄合金、コバルト鉄合金、ニッケル鉄合金、アモルファス鉄合金、アルミニウム鉄合金のような様々な材料を含むことができる。最後に、半径方向積層セグメント４０は、ケイ素鉄合金、コバルト鉄合金、ニッケル鉄合金、アモルファス鉄合金、アルミニウム鉄合金のような様々な材料を含むことができる。特定の実施形態では、様々なセグメントの全ては、同一の材料又は別のタイプの材料、或いは別の適切な構成を含むことができる。
【００１５】
三次元積層ステータ１０の様々なセグメントは、エポキシ層及び酸化物層のような接着材料及び電気絶縁材料の１つ又はそれ以上の層を介して、或いはクランプ、キー等のような機械的手段によって一体に結合又は接着することができる。例えば、１つ又はそれ以上の軸方向積層セクション１２は、第１及び第２の複数の軸方向積層セグメント１８及び２０の各セグメント間にエポキシ又は別の接着材料を含むことができる。さらに、１つ又はそれ以上の軸方向積層セクション１２は、第１及び第２の複数の軸方向積層セグメント１８及び２０の各セグメント間に酸化物皮膜又は別の電気絶縁材料を含むことができる。同様に、１つ又はそれ以上の円周方向積層セクション１４は、第１及び第２の複数の円周方向積層セグメント２８及び３０のそれぞれのセグメント間にエポキシ及び酸化物皮膜を含むことができる。半径方向積層セクション１６もまた、複数の半径方向積層セグメント４０のそれぞれのセグメント間にエポキシ及び酸化物皮膜を含むことができる。今一度言うが、軸方向積層セクション１２、円周方向積層セクション１４及び半径方向積層セクション１６の隣接するセグメントの各々は、三次元積層ステータを形成するための１つ又はそれ以上の接着材料及び／又は絶縁材料を含むことができる。例えば、接着材料は、高熱伝導性エポキシを含むことができる。下記にさらに詳細に説明するように、三次元積層ステータ１０の軸方向積層セクション１２、円周方向積層セクション１４及び半径方向積層セクション１６は、ステータ１０において磁束伝達能力を実質的に増大させ、かつ渦電流損を実質的に減少させる。
【００１６】
図２は、本技術の特定の実施形態による、図１に示す三次元積層ステータ１０を含む例示的な電気機械装置５０の側面断面図である。図示した実施形態では、三次元積層ステータ１０は、ケーシング又はエンクロージャ５２の内部に沿って凹設されるか又は全体的に取り付けられ、ケーシング又はエンクロージャ５２はさらに、軸線２６に沿って縦方向に配置されたロータ５４を含む。三次元積層ステータ１０はさらに、エンクロージャ５２の内部に沿ってセクション１２、１４及び１６とロータ５４との間に配置された複数のステータ巻線５６を含む。例えば、ステータ巻線５６は、エンクロージャ５２の両端壁５８及び６０間でエンクロージャ５２の内部に沿って縦方向に延びるほぼ軸方向のチャネル内に配置することができる。別の実施形態では、ステータ巻線は、軸方向積層セクション１２内のスロットを通って延びることができる。三次元積層ステータ１０はまた、冷却チャンバ６６内部の冷却流体６４内に配置された界磁コイル６２を含むことができ、界磁コイル６２は、第１及び第２の複数の軸方向積層セグメント１８及び２０間かつ第１及び第２の複数の円周方向積層セグメント２８及び３０間の軸方向位置に配置される。さらに、界磁コイル６２及び冷却チャンバ６６は、半径方向積層セクション１６の内側に同心に配置される。特定の実施形態では、界磁コイル６２は、高温超伝導（ＨＴＳ）コイルとすることができ、一方、冷却チャンバ６６は、ネオン又は窒素のような極低温流体６４の連続供給源を含む。界磁コイル６２は、ほぼ円筒形又は管状の幾何学形状を有することができ、一方、冷却チャンバ６６は、ほぼ中空の環状の幾何学形状を有することができる。
【００１７】
図２にさらに示すように、ロータ５４は、両端壁５８及び６０においてケーシング又はエンクロージャ５２に回転可能に連結されたシャフト６８を含む。具体的には、図示したシャフト６８は、それぞれ両端壁５８及び６０内の開口７０及び７２を貫通して延びかつ該開口７０及び７２内に回転可能にシールされる。さらに、図示したシャフト６８は、第１の磁極部材の組７４と第２の磁極部材の組７６とを含み、第１及び第２の磁極部材の組７４及び７６は、エアギャップ７８だけ互いに軸方向にオフセットしている。下記にさらに詳細に説明するように、第１及び第２の磁極部材の組７４及び７６はまた、およそ１磁極ピッチのような適切な角度ピッチだけ互いに円周方向にオフセットさせることができる。図示した実施形態では、第１の磁極部材の組７４は、第１の複数の軸方向積層セグメント１８及び第１の複数の円周方向積層セグメント２８の内側に同心に配置され、一方、第２の磁極部材の組７６は、第２の複数の軸方向積層セグメント２０及び第２の複数の円周方向積層セグメント３０の内側に同心に配置される。さらに、エアギャップ７８は、複数の半径方向積層セグメント４０及び冷却チャンバ６６内部に配置された界磁コイル６２の内側に同心に配置される。
【００１８】
第１及び第２の磁極部材の組７４及び７６は、それぞれシャフト６８からステータ巻線５６並びに第１のセグメント１８、２８及び第２のセグメント２０、３０に向って半径方向外向きに突出した導電性／磁性部材のあらゆる適切な数、構成又は幾何学形状を含むことができる。図示した実施形態では、第１及び第２の磁極部材の組７４及び７６は各々、シャフト６８の周囲に対称的に配置された４つの磁極部材を含み、第２の磁極部材の組７６は、第１の磁極部材の組７４に対して１つの磁極部材の範囲だけオフセットしている。例えば、第１の組７４の４つの磁極部材は、シャフト６８の周りで０度、９０度、１８０度及び２７０度の位置に配置することができ、一方、第２の組７６の４つの磁極部材は、シャフト６８の周りで４５度、１３５度、２２５度及び３１５度の位置に配置することができる。このようにして、第１及び第２の磁極部材の組７４及び７６間の円周方向のオフセットにより、ロータ５４が電気機械装置５０内部で回転した時に、ステータ巻線５６内での反対方向電流を実質的に減少させるか又は排除する。図示した実施形態では、ロータ５４は、その中で第１の組７４内の磁極部材の各々が同一の磁極性を有しかつ第２の組７６内の磁極部材の各々が第１の組７４と反対の同一の磁極性を有する中実の磁気構造体とすることができる。例えば、第１の磁極部材の組７４の全ては、第１の磁極、例えばＮ極に一致させることができ、一方、第２の磁極部材の組７６の全ては、異なる第２の磁極、例えばＳ極に一致させることができる。
【００１９】
特定の実施形態では、図２に示す電気機械装置５０は、高温超伝導（ＨＴＳ）単極誘導型交流発電機（ＨＩＡ）のようなモータ又は発電機とすることができる。さらに、電気機械装置５０の幾つかの実施形態は、発電システム、車両、工業プラント又はその他の適切な用途内に配置された発電機又はモータを含むことができる。例えば、電気機械装置５０は、自動車、機関車、航空機、船舶、バス又はその他の適切な乗り物内に配置することができる。更なる実施例として、図示した電気機械装置５０又は単に三次元積層ステータ１０は、同期コンデンサ、フライホィール、周波数変換器等の内部に組み込むことができる。
【００２０】
例えば、電気機械装置５０を発電機として作動させた場合には、界磁コイル６２（例えば、高温超伝導コイル）は、電流が供給されると、界磁コイル６２を囲む磁界を生成することができる。界磁コイル６２によって生成された磁界と第１の磁極部材の組７４及び第２の磁極部材の組７６の異なる磁極性との相互作用は、ロータ５４が軸線２６に沿ってシャフト６８の周りで回転すると、回転磁界を生成する。第１及び第２の磁極部材の組７４及び７６からの磁束の磁力線は、図３に示すようにステータ巻線５６及び三次元積層ステータ１０を通って進む。図示した三次元積層ステータ１０は、円筒座標内で可能な３つの平面磁束通路全ての組合せを有する５セクション積層構造体として説明することができる。これらの３つの平面磁束通路は、半径方向−周方向通路、半径方向−軸方向通路及び周方向−軸方向通路を含む。励起磁束がロータ５４を通ってエアギャップ７８及びアーマチュア又はステータ巻線５６を横切ってステータ１０内に移動すると、この磁束は、アーマチュア反応磁束と共用することができる半径方向−周方向通路と遭遇する。アーマチュア又はステータ巻線５６を越えた積層深さは、該積層深さが材料の飽和限界の範囲内で励起磁束と共に実質的に全アーマチュア反応磁束を伝えることができるように設計することができる。
【００２１】
図３に示すように、磁束は、矢印８０及び８２で示すように、ロータ５４の第１の磁極部材の組７４からステータ巻線５６内にまた第１の複数の軸方向積層セグメント１８を通って進む。磁束は、例えば矢印８２のように軸方向積層セグメント１８を通って半径方向−周方向通路に沿って進む。第１の複数の軸方向積層セグメント１８の半径方向外側では、磁束は、矢印８４で示すように、第１の複数の円周方向積層セグメント２８を通って進む。第１の複数の円周方向積層セグメント２８を有する円周方向積層セクション１４は、周方向又は円周方向において磁束に対して比較的高い磁気抵抗を与え、それによって実質的に半径方向積層セクション１６に向う半径及び軸方向（すなわち、半径方向−軸方向通路）に磁束の経路を強制するか又は集束させる。
【００２２】
半径方向積層セクション１６内の複数の半径方向積層セグメント４０は、磁束を周方向−軸方向平面内に伝えるか又は集束せるように構成される。例えば、半径方向積層セクション１６は、一側（例えば、第１の磁極部材の組７４）から磁極の上方で軸方向に磁束を受け、次に磁束を周方向に２つの半部分に分割し、その磁束を他側（例えば、第２の磁極部材の組７６）の反対磁極の２つの半部分に伝達することができる。半径方向積層セクション１６を通る磁束の周方向−軸方向通路は、図３に矢印８６で示しており、図６を参照して下記にさらに詳細に説明する。
【００２３】
磁束は次に、矢印８８で示すように、円周方向積層セクション１４の第２の複数の円周方向積層セグメント３０を通して軸方向−半径方向通路に沿って進む。次に磁束は、矢印９０で示すように、軸方向積層セクション１２の第２の複数の軸方向積層セグメント２０を通して周方向−半径方向通路に沿って進む。最後に磁束は、矢印９２で示すように、ステータ巻線５６を通って第２の磁極部材の組７６に入りロータ５４に戻る。磁気回路は、第１及び第２の磁極部材の組７４及び７６間でロータ５４を介して完成され、ロータ５４は、磁束を軸線２６に沿って軸方向に伝える。
【００２４】
上述のように、三次元積層ステータ１０は、それぞれセグメント１８、セグメント２８、セグメント４０、セグメント３０及びセグメント２０を通る半径方向−周方向通路、半径方向−軸方向通路、周方向−軸方向通路、軸方向−半径方向通路及び周方向−半径方向通路を含む磁束の５つの異なる通路を可能にする。このようにして、三次元積層ステータ１０は、電気機械装置５０による磁束伝達能力を大きく改善しかつあらゆる渦電流損を最小にする。
【００２５】
図４は、本技術の特定の実施形態による三次元積層ステータ１０の第１の複数の軸方向積層セグメント１８及び第１の複数の円周方向積層セグメント２８を通る磁束通路をさらに示す、図２及び図３に示す電気機械装置５０の端面断面図である。図示するように、磁束は、第１の複数の軸方向積層セグメント１８を通る半径方向−周方向通路８２内を進み、その後、第１の複数の円周方向積層セグメント２８を通る半径方向−軸方向通路８４を通って進む。今一度言うが、隣接するセグメント間の接着材料及び／又は電気絶縁材料は、隣接するセグメントを横切る磁束に対する磁気抵抗を実質的に増大させる。例えば、第１の複数の円周方向積層セグメント２８は、周方向又は円周方向においては磁束に対して比較的高い磁気抵抗を有するが、半径方向及び軸方向においては中央の半径方向積層セクション１６に向かって磁束が進むのを可能にする。
【００２６】
第１の複数の円周方向積層セグメント２８を通過した後に、磁束は、図５に関連してさらに示すように、半径方向積層セクション１６の複数の半径方向積層セグメント４０を通して周方向−半径方向通路８６内を進む。上記に示しかつ説明したように、第１の磁極部材の組７４の１つに対応する磁束は、複数の半径方向積層セグメント４０を通る２つの逆方向の周方向又は円周方向８６に分割され、それによって第２の組７６の一対の隣接する磁極部材に対して磁束を方向付ける。磁束はその後、上記に詳細に説明したように第２の円周方向積層セグメント３０の組及び第２の軸方向積層セグメント２０の組を通って進む。
【００２７】
図６は、図１〜図５に関連して上記に詳細に説明した三次元積層ステータ１０によって達成することができる例示的な三次元磁束通路１００の図式的斜視図である。図６に示すように、第１の磁極部材の組７４から第２の磁極部材の組７６までの三次元磁束通路１００は、上記に詳細に説明したように、半径方向−周方向通路８２、半径方向−軸方向通路８４、周方向−軸方向通路８６、軸方向−半径方向通路８８及び周方向−半径方向通路９０を含む。三次元磁束通路１００は対応する三次元積層ステータ１０がない状態で示しているが、通路８２、８４、８６、８８及び９０は、それぞれ第１の複数の軸方向積層セグメント１８、第１の複数の円周方向積層セグメント２８、複数の半径方向積層セグメント４０、第２の複数の円周方向積層セグメント３０及び第２の複数の軸方向積層セグメント２０に対応する。図示した三次元磁束通路１００は、ステータ１０の磁束伝達能力を改善し、それによってステータ１０及び電気機械装置５０全体の渦電流損及び重量を最小にする利点がある。
【００２８】
本発明は様々な修正形態及び代替形態とすることができるが、本明細書においては、特定の実施形態を実施例として図面に示しかつ詳細に説明してきた。しかしながら、本発明は、開示した特定の形態に限定することを意図するものではないことを理解されたい。むしろ、本発明は、提出した特許請求の範囲によって定まる本発明の技術思想及び技術的範囲内に属する全ての修正形態、均等物及び代替形態を保護しようとするものである。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本技術の実施形態による、軸方向積層セクション、円周方向積層セクション及び半径方向積層セクションを有する例示的な三次元積層ステータの斜視図。
【図２】本技術の特定の実施形態による、図１に示す三次元積層ステータを有する例示的な電気機械装置の側面断面図。
【図３】図２に示す電気機械装置の部分側面断面図。
【図４】本技術の特定の実施形態による軸方向積層セクション及び円周方向積層セクションの積層セグメントをさらに示す、図２に示す電気機械装置の端面断面図。
【図５】本技術の特定の実施形態による半径方向積層セクションの積層セグメントをさらに示す、図２に示す電気機械装置の中央セクションの端面断面図。
【図６】本技術の特定の実施形態による、図１及び図２に示す三次元積層ステータを通る例示的な三次元磁束通路の図式的斜視図。
【符号の説明】
【００３０】
１０  三次元積層ステータ
１２  軸方向積層セクション
１４  円周方向積層セクション
１６  半径方向積層セクション
１８  第１の軸方向積層セグメント
２０  第２の軸方向積層セグメント
２２、２４  半径方向積層セクションの両側
２６  回転軸線
２８  第１の円周方向積層セグメント
３０  第２の円周方向積層セグメント
３２  第１及び第２の複数の軸方向積層セグメントの表面
３６  外部リップ部分
４０  半径方向積層セグメント
５０  電気機械装置
５２  エンクロージャ
５４  ロータ
５６  ステータ巻線
５８、６０  エンクロージャの両端壁
６２  界磁コイル
６４  冷却流体
６６  冷却チャンバ
６８  シャフト
７０、７２  端壁内の開口
７４  第１の磁極部材の組
７６  第２の磁極部材の組
７８  エアギャップ
８０  第１の磁極部材の組からステータ巻線への磁束通路
８２  第１の複数の軸方向積層セグメントを通る磁束通路
８４  第１の複数の円周方向積層セグメントを通る磁束通路
８６  複数の半径方向積層セグメントを通る磁束通路
８８  第２の複数の円周方向積層セグメントを通る磁束通路
９０  第２の複数の軸方向積層セグメントを通る磁束通路
９２  ステータ巻線から第２の磁極部材の組への磁束通路
１００  三次元磁束通路
【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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【外国語明細書】
2007159392000001.pdf