(57)【要約】  本発明は、導電性ワイヤの少なくとも１つの巻線（７）を有する少なくとも１つの円盤状固定子（１）と、固定子（１）に対して回転可能で、第１の永久磁石（３１）を有する少なくとも１つの回転子（２）と、少なくとも１つの第２の永久磁石（３２）とを備え、その第１の永久磁石（３１）の北極（Ｎ）及び第２の永久磁石（３２）の南極（Ｓ）が固定子（１）を指すように配置された電機に関する。巻線（７）は、半径方向に配置された部分（８）及び接線方向に配置された部分（９）を交互に有する蛇状構成の周囲の周りに半径方向に円盤状固定子（１）上に配置されており、固定子（１）の２つの対向表面に配置された巻線（７）のループ（１０）が、その半径方向に配置された部分（８）において互いに部分的にのみ重なり合うか、又は接線方向に配置された部分（９）において互いに部分的にのみ重なり合い、巻線（７）が円盤状固定子（１）の２つの表面（３３，３４）のうちの１つに互いに配置されているか、又はワイヤのうち１つの巻線（７）が、円盤状固定子（１）の面（３３，３４）のそれぞれに配置されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
導電性ワイヤの少なくとも１つの巻線（７）を有する少なくとも１つの円盤状固定子（１）と、
第１の永久磁石（３１）の北極（Ｎ）及び第２の永久磁石（３２）の南極（Ｓ）が前記固定子（１）を指すように配置された第１の永久磁石（３１）及び少なくとも１つの第２の永久磁石（３２）を有し、前記固定子（１）に対して回転可能な、少なくとも１つの回転子（２）と、を有し、
前記円盤状固定子（１）の２つの対向表面（３３，３４）に配置された巻線（７）のローブ（１０）が、それらの半径方向に配置された部分（８）において、少なくとも部分的にのみ互いに重なり合うか、又はそれらの接線方向に配置された部分（９）において、少なくとも部分的に互いに重なり合うように、前記巻線（７）は、半径方向に配置された部分（８）及び接線方向に配置された部分（９）を交互に有する蛇状構成の周囲の周りに半径方向に前記円盤状固定子（１）上に配置されており、
前記巻線（７）は前記円盤状固定子（１）の前記２つの表面（３３，３４）のうち一方に交互に配置されているか、又は
前記ワイヤの１つの巻線（７）は、前記円盤状固定子（１）の前記２つの表面（３３，３４）のそれぞれに配置されていることを特徴とする、電機。
【請求項２】
前記少なくとも１つの巻線（７）は、前記ローブ（１０）の少なくとも１つが前記固定子（１）の一方の表面（３３，３４）に前記導電性ワイヤの複数巻として構成されるように配置されていることを特徴とする、請求項１に記載の電機。
【請求項３】
前記円盤状固定子（１）の異なる表面（３３，３４）に配置された前記巻線（７）の構成ワイヤは前記各他方の表面（３３，３４）上に前記ワイヤから空間的な隙間を空けて配置されていることを特徴とする、
請求項１又は２に記載の電機。
【請求項４】
前記回転子（２）は互いに同軸に配置された少なくとも２つの円盤を備え、その間に前記固定子（１）の１つの円盤がそれぞれ配置されている、
ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の電機。
【請求項５】
電動機の構成のために、前記回転子（２）は、互いに同軸に配置された少なくとも３つの円盤を備え、その間に前記固定子（１）の１つの円盤がそれぞれ配置されている、
ことを特徴とする請求項４に記載の電機。
【請求項６】
発電機の構成のために、前記回転子（２）は、互いに同軸に配置された少なくとも４つの円盤を備え、その間に前記固定子（１）の１つの円盤がそれぞれ配置されている、
ことを特徴とする請求項５に記載の電機。
【請求項７】
電流源（１３）が前記固定子（１）の前記巻線への電流の供給のために設けられ、前記固定子（１）の前記３つの円盤の前記巻線（７）のうちの１つの電流の位相角がそれぞれ、前記固定子（１）の前記３つの円盤の他の巻線のうちの１つを流れる電流の位相角に関して１２０°の差を示す、
ことを特徴とする請求項６に記載の電機。
【請求項８】
電流源（１３）が前記固定子（１）の前記巻線への電流の供給のために設けられ、前記固定子（１）の一方の表面上の前記巻線（７）は、前記固定子（１）の他方の表面上に前記巻線（７）の位相角に対して９０°だけオフセットした位相角を有する、ことを特徴とする
請求項１〜６のいずれか一項に記載の電機。
【請求項９】
前記巻線（７）は少なくとも２つの別々で相互に平行に向いたワイヤから構成される、
ことを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載の電機。
【請求項１０】
前記巻線（７）はフラットワイヤから構成され、前記フラットワイヤが、前記フラットワイヤのより広く面のうち１つが回転軸に平行に向くように配置されている、
ことを特徴とする請求項１〜９のいずれか一項に記載の電機。
【請求項１１】
前記巻線（７）は前記固定子（１）の溝（１１）に固定されていることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか一項に記載の電機。
【請求項１２】
前記巻線が前記固定子（１）の前記２つの表面（３３，３４）うちの１つに交互に配置されており、前記２つの表面（３３，３４）がそれぞれ、前記巻線（７）が巻かれた巻線形成体（３５）を含み、前記巻線（７）が１つの表面（３４）から半径方向に少なくともいったん前記溝（１１）の切り欠き（１２）に送られ、前記対向表面（３３）の前記巻線形成体（３５）に巻かれている
ことを特徴とする請求項１１に記載の電機。
【請求項１３】
少なくとも２つの連結巻線（７）が前記円盤状固定子（１）に配置されており、前記巻線（７）のそれぞれが１つの表面（３４）から接線方向に少なくともいったん切り欠き（１２）を通って前記対向表面に送られる、
請求項１〜１２のいずれか一項に記載の電機。
【請求項１４】
３つの連結巻線（７，７ａ，７ｂ，７ｃ）が前記円盤状固定子（１）に配置されており、前記巻線（７，７ａ，７ｂ，７ｃ）のそれぞれが、接線部分（９）を介して、少なくとも１つの中点近方部分（９ｂ）と少なくとも１つの中点遠方部分（９ａ）を組み込み、そこで、前記各巻線（７，７ａ，７ｂ，７ｃ）が前記固定子（１）の前記表面（３４）から前記切り欠き（１２）を通って前記対向表面（３５）に送られる、
請求項１３に記載の電機。
【請求項１５】
前記巻線（７，７ａ，７ｂ，７ｃ）の１つが送られた前記切り欠き（１２）のそれぞれが、１つの面（３４）にルーティングされた前記巻線（７，７ａ，７ｂ，７ｃ）に隣接する巻線（７，７ａ，７ｂ，７ｃ）の半径方向部分と、前記対向表面（３５）にルーティングされた前記巻線（７，７ａ，７ｂ，７ｃ）と隣接するさらなる巻線（７，７ａ，７ｂ，７ｃ）の半径方向部分との間に配置されている、ことを特徴とする、請求項１３又１４に記載の電機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は円盤状固定子及び円盤状回転子を有する電機に関する。
【背景技術】
【０００２】
各種設計の電機が既に先行技術により知られている。例えば、印刷物ＤＥ１０  ２０１５  １０２  ８０４Ａ１には、永久磁石を組み込んだ、固定子が２つの回転子円盤の間に配置された円盤型回転子及び軸方向磁束型設計の回転する電機が開示されている。この種類の機械は信頼性の高い動作を可能にするが、実現可能なトルクを最適化するのには依然として限界がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】独国特許出願公開第１０  ２０１５  １０２  ８０４Ａ１号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
そこで、本発明は最適なトルクで最も効率的な動作を可能にするように設計された電機を提案することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明によれば、本目的は請求項１に記載の電機により遂行される。有利な構成とさらなる発展が従属請求項に記載される。
【０００６】
電機は導電性ワイヤの少なくとも１つの巻線を有する少なくとも１つの円盤状固定子と、固定子に対して回転可能な少なくとも１つの回転子を備える。回転子は第１の永久磁石及び少なくとも１つの第２の永久磁石を備え、それらは第１の永久磁石の北極及び第２の永久磁石の南極が固定子を指すように配置されている。巻線は交互に半径方向に配置された部分及び接線方向に配置された部分を有する蛇状構成の周囲の周りを半径方向に円盤状固定子上に配置されており、円盤状固定子の２つの対向表面に配置された巻線のループは、半径方向に配置された部分において少なくとも部分的にのみ互いに重なり合う、又は接線方向に配置された部分において部分的にのみ互いに重なり合う。巻線は円盤状固定子の２つの表面のうち一方に交互に配置することができ、又はワイヤの１つの巻線は円盤状固定子の表面のそれぞれに配置される。
【０００７】
本明細書の文脈では、「円盤状」という用語により、対応する構成要素の長さ及び幅が、その厚さよりかなり大きいことを具体的に理解されたい。通常、円盤状構成要素の長さ及び幅はともに、少なくともその厚さの２倍である。具体的には、「円盤状」という用語は、円柱状構成要素に適用し、その半径又は直径は少なくとも高さの２倍である。俯瞰図において、蛇状構成の固定子上の巻線の配置、部分的に、又は区画的に、相互に平行に向けられた（かつ、具体的に俯瞰図では、相互に覆うように並べられて配置され得る）半径方向に配置された部分、又は、両面において、全体ではないが、相互に覆うように並べられて部分的にのみ構成された、接線方向に配置された部分を有する、異なる表面における配置、通常、両面配置により、俯瞰図において、円盤状固定子の相互に対向表面に配置されている蛇状構成の２つのローブが閉ループを形成するように統合されているレイアウトが生成され、その結果、電流源又は電圧源から電流を印加すると、ローレンツ力により、これに応じて向けられた磁場が構成され、それにより、永久磁石と相互作用し得る。記載した配置により、固定子の周囲にわたってこれらの閉ループの密度が増大し、これに応じた高いトルクも生成することができる。こうして、通常は、背鉄のないブラシレス電機となり、効率的に操作され得る。巻線が適用される表面は通常、回転子の方向に、円柱状面を組み込むか、又は円柱状円盤の場合、それが円柱状表面である。
【０００８】
固定子の２つの面のうちの一方の上のローブの少なくとも１つは複数巻の導電性ワイヤとして構成されることが提供され得る。ローブのうちの１つの複数の巻き（これにより、ループを構成する）により、ローレンツ力を、それに応じて増幅し、トルクを、それにしたがって調整することができる。
【０００９】
通常、円盤状固定子の異なる表面に配置された巻線の構成ワイヤはそれぞれの他方の面のワイヤから空間的な隙間を空けて配置されている。この空間的な隙間により、確実に電気的短絡が発生しない。しかし、ワイヤは、いずれにせよ、電気的絶縁コーティングを備えることが好ましく、空間的な隙間を設定するための固定子円盤の配置により、安全性が更に改良される。具体的には、一方の面から他方の面にワイヤが切り替えられても、空間的な隙間が維持されることを提供することができる。
【００１０】
回転子は少なくとも２つの円盤を備えることができ、それらは、互いに同軸に配置され、その間に、固定子の１つの円盤がそれぞれ配置されている。回転子及び固定子は互いに空間的な隙間を空けて配置されており、すなわち、回転子の円盤のそれぞれは、固定子の隣の円盤から離間されている。これにより、コンパクトにもかかわらず、効率的な設計が作製される。通常は、回転子の複数の円盤はシャフトに配置され、それは、固定子の円盤又は固定子の円盤の中に中心で支持されている。したがって回転子及び固定子は、好ましくは同軸配置で構成されており、１つの回転子円盤をそれぞれ、シャフトの開始及び終端に設けることができる。回転子円盤は、ここでシャフトに固定されており、固定子円盤をベースプレート又はハウジングに固定することができる。しかし、固定子円盤がシャフトに固定されており、回転子円盤がベースプレート及び／又はハウジングに嵌合されることも提供することができる。
【００１１】
回転子上の永久磁石は回転子円盤の中点に隙間を空けて配置されるべきであり、巻線も固定子に配置されており、結果として永久磁石と巻線との対応関係もある。回転子円盤はそれ自体、強磁性ではない材料から構成することができる。通常、材料はプラスチックであり、回転子円盤は射出成形方法により作製される。少なくとも２つの永久磁石は通常、回転子円盤上に配置されるか、又は回転子円盤に組み込まれている。永久磁石のうちの１つの上面は、回転子円盤の面と同一面で終端することができる。
【００１２】
好ましくは、永久磁石は、回転子円盤の少なくとも１つの円形の経路に配置され、中点に対して同一の隙間を空けて構成される。２つ以上の永久磁石が設けられている場合、永久磁石は２つ、３つ、またはそれ以上の円形経路に配置されてもよい。
【００１３】
電動機を構成するには、３つの回転子円盤を設けることができ、それらは互いに同軸に配置されており、各ケースでは、その間に、固定子の１つの円盤が配置されている。これにより、多相、好ましくは、三相作動が可能になる。従来のモータ又は発電機ならば、磁場の増幅のため、背鉄が設けられ（本発明ではともに省略されている）、背鉄に関連する追加の重量が軽量の固定子円盤及び回転子円盤によって置換される場合、結果として生じる電力利得が大きくなる。回転子は好ましくは、少なくとも４つの円盤を含み、それらは互いに同軸に配置されており、その間に、各ケースにおいて、固定子の１つの円盤が配置されて、発電機又はモータが構成される。このモジュール設計によって、電機の多様性（variability）が向上する。回転子の永久磁石が別々の円形又は環状モジュールに配置されており、別々のモジュールを組み合わせて、完全な回転子円盤を構成することができることを提供することができる。これにより、回転子における永久磁石のあらゆる所望の組み合わせを迅速に設定することが可能になり、それによって、電機の容量を調整することができる。
【００１４】
好ましくは、永久磁石は、回転子上に唯一、すなわち、専一（exclusively）に配置され、固定子は永久磁石を持たない。結果として、固定子の磁場は、巻線のみによって構成することができる。回転子及び固定子は通常、相互に空間的な隙間を空けて配置されており、回転子は固定子と関連して回転することができる。
【００１５】
電機は好ましくは、導電性ワイヤを接続できる、若しくは接続した電流源及び／又は電圧源を備えている。導電性ワイヤは通常、電流源又は電圧源に接続されているので、半径方向に配置され、異なる面において、少なくとも部分的に相互に覆った部分で、後者のうちの少なくとも１つで、通常、前記部分のすべての中に、各ケースにおいて電流が同一方向に流れ、それに応じて向けられたローレンツ力が構成される。
【００１６】
電流源又は電圧源をパルスで操作することができ、パルス電流が巻線を流れる。制御ユニットも、電動機に設けてもよい。具体的には、この制御ユニットは、電流のパルスを制御するように設計することができるので、半径方向に配置された部分は永久磁石の上に並べられている場合、巻線内の電流は最小化される。一方、半径方向に配置された部分は、俯瞰図で考慮されるとき、永久磁石のいずれにも重ならない場合、電流が電流強度に対して制限される。
【００１７】
通常は、３つの固定子円盤が設けられ、固定子の３つの円盤の巻線のうちの１つの電流の位相角がそれぞれ、固定子の他の円盤のうちの１つの巻線に流れる電流に対して１２０°の差を示すように、固定子円盤の巻線は電流源又は電圧源に接続されている。こうして、三相動作を可能にすることができる。
【００１８】
永久磁石はすべて、同一形状及び／又はサイズとすることができるが、少なくとも異なる対で構成してもよい。具体的には、永久磁石の少なくとも１つは、残りの永久磁石とは異なる形状又はサイズとしてもよい。
【００１９】
固定子巻線への供給用の電流源が電流を供給し、固定子の一方の表面上の巻線が固定子の他方の表面に配置された巻線を流れる電流に対して、８０°〜１００°、好ましくは９０°の位相角差を示す位相角を想定していることを提供することができる。
【００２０】
固定子円盤の中点に最も近い１つの巻線上の点が、前記中点に対して、最も近い点と最も遠い移動された点との間の中間にある他方の表面上の巻線の点の下に半径方向に配置されるように、巻線を配置することもできる。本明細書の文脈では、半径方向に配置された巻線の２つ又は３つの部分の間の隙間が位相角３６０°に相当することを、位相角３６０°と規定することができる。
【００２１】
通常は、巻線は、表面の１つの上に相互に平行方向に向いた少なくとも２つの別々のワイヤから構成されている。こうして、やはりコンパクトな設計の実現を可能にしつつ、電流束を調整することができる。
【００２２】
巻線はフラットワイヤで構成することができる。フラットワイヤはより広く面又は表面のうち１つが電機の回転軸に平行に向くように配置され、その回転軸の周りを回転子が回転可能に取り付けられている。したがって、この広い表面は磁束方向に平行に、かつフラットワイヤの長手方向軸とは直角方向に向けられている。フラットワイヤは具体的には、断面において、すなわち、長手方向軸に平行において、通常は、その幅が厚さを超える矩形断面を想定する任意のワイヤであると理解されたい。好ましくは、幅は厚さの少なくとも２倍である。フラットワイヤはアルミニウム、好ましくは陽極処理アルミニウム、銅又は他の導電性合金又は金属から構成することができる。フラットワイヤは好ましくは、よじれなく巻かれているので、巻線は、最小の電気抵抗で構成され、渦電流の発生はできる限り抑制される。フラットワイヤ（通常は、幅は２ｍｍ〜１０ｍｍ、好ましくは５ｍｍ）が、巻線を構成するように多層に適用されることも提供することができる。
【００２３】
通常は、巻線が固定子の溝に固定されている。巻線の構成ワイヤを収容するための溝を固定子円盤に組み込むことにより、ワイヤを多層に適用することもでき、これにより、コンパクトな構成となる。この固定は、少なくとも１つのクランプ又は１つの射出を通した機械的固定を含むことができ、その周りをワイヤがルーティングされている。しかし、代替的または追加的に、ワイヤを所定の位置に固定するため、溝は樹脂又は接着剤で充填してもよい。
【００２４】
巻線が少なくとも４つのループを形成し、固定子円盤の各面において、俯瞰して見ると、４つのループを形成するように組み合わせる２つのローブが配置されることを提供することができる。
【００２５】
蛇状巻線は巻線の構造が特定の空間間隔で繰り返される周期的な形状を想定することができる。例えば、蛇状構成のループのそれぞれは同一の設計であり、固定子上の巻線の回転対称配置、換言すると、波形が設けられる。
【００２６】
巻線の固定子の１面から他面への切り替えは、通常は、固定子円盤内の切り欠き又は複数の切り欠きによって実現される。これらの切り欠きは、円盤状固定子の中点から異なる距離で配置することができる。好ましくは、少なくとも１つの切り欠きが、巻線が中点に対する最小隙間又は中点に対する最大隙間を想定する位置に配置される。しかし、切り欠きを、上述の２つの位置の中心に配置してもよい。好ましい方法では、面の切り替えは周期的に、通常は、巻線の各ローブ又は各ループの後に発生する。
【００２７】
好ましい方法では、巻線は交互に固定子の２つの面の１つに配置されており、２つの面のそれぞれは、巻線が巻かれた巻線形成体を含む。巻線は通常、半径方向に少なくともいったん溝の中の切り欠きを通って送られて、対向面上の巻線形成体に巻かれている。
【００２８】
少なくとも２つの連結巻線が円盤状固定子に配置されており、巻線のそれぞれが接線方向に少なくともいったん切り欠きを通って対向面まで送られる。これにより、高密度のローブを有する、極めて空間を節約した配置が可能になる。
【００２９】
３つの、好ましくは、ちょうど３つの連結巻線を円盤状固定子に配置することを提供することができる。巻線のそれぞれは、少なくとも１つの中点近方部分及び少なくとも１つの中点遠方部分を含む接線部分を組み込み、各巻線は固定子の表面から切り欠きを通って対向面まで送られる。結果として、著しく空間を節約する設計を実現できる。
【００３０】
好ましくは、巻線の１つが送られる切り欠きのそれぞれは、１つの表面にルーティングされたこの巻線に隣接する巻線の半径方向部分と、この巻線と隣接し、対向面にルーティングされたさらなる巻線の半径方向部分との間に配置される。
【００３１】
記載する電機は、円盤型回転子型設計及び／又は軸方向磁束型設計で構成することができる。
【００３２】
巻線のローブは回転子の永久磁石とまったく同数で提供してもよい。或いは、ローブの数は永久磁石の数の整数倍としてもよいし、永久磁石は巻線のローブの数の整数倍としてもよい。或いは、比率は３：４であってもよいし、その整数倍であってもよい。複数の回転子円盤及び／又は複数の固定子円盤が設けられる場合、巻線のローブの数及び永久磁石の数は、各固定子円盤と隣の回転子円盤を一対で考慮すべきである。回転子円盤はそれぞれ、同一の設計とすることができ、すなわち、具体的に同一の数の永久磁石を組み込むことができるが、回転子円盤の少なくとも１つが残りの回転子円盤とは異なる、例えば、永久磁石の数の少ない又は多い設計を提供することができる。同様に、すべての固定子円盤が、同一の設計、具体的には、ローブの数に関して同一の設計としてもよいが、固定子円盤の少なくとも１つが残りの固定子円盤とは異なる設計であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
図面に本発明の例示的な実施形態が表されており、以下に、図１〜図１９を参照して説明する。
【００３４】
図面は、以下の通りである。
【図１】電機の概略側面図を示す。
【図２】回転子の俯瞰図を示す。
【図３】図２に対応する固定子の図を示す。
【図４】巻線が異なる面に交互にルーティングされた図３に対応する固定子の図を示す。
【図５】巻線が蛇状構成のローブの周りに複数回に周方向に配置されている図３に対応する固定子の図を示す。
【図６】２つの巻線が異なる面に相互にオフセットされて配置されている、図３に対応する固定子の図を示す。
【図７】巻線が固定子円盤の溝に固定されている、図３に対応する固定子の図を示す。
【図８】異なる形状の永久磁石を有する、図２に対応する回転子の図を示す。
【図９】２つの巻線が異なる面にルーティングされた、図３に対応する固定子の図を示す。
【図１０】複数の巻線の概略図を示す。
【図１１】周期的な巻線の概略図を示す。
【図１２】面の切り替えを有する、図１１に対応する周期的な巻線の概略図を示す。
【図１３】永久磁石の上部に配置されたワイヤの俯瞰図を示す。
【図１４】永久磁石の隣に配置された図１３に対応するワイヤの図を示す。
【図１５】巻線形成体を有する固定子の俯瞰図を示す。
【図１６】フラットワイヤが巻かれた固定子の側面図を示す。
【図１７】複数の円形で相互連結されたワイヤバンドルの斜視図を示す。
【図１８】図１７に表されたワイヤバンドルの俯瞰図を示す。
【図１９】図１７及び図１８に表されたワイヤバンドルの側面図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００３５】
図１は、円盤型回転子及び軸方向磁束型設計の背鉄を持たないブラシレス電機の概略図を示す。プラスチック又は金属で構成され得るハウジング６において、シャフト４は玉軸受５に支持されている。シャフト４上で、表された例示的な実施形態では、４つの円盤状回転子２の全部が相互に平行な配置で固定されている。回転子２のそれぞれにおいて、少なくとも２つの永久磁石３１及び３２が交互の向きに、すなわち、永久磁石３１，３２のうちの１つの少なくとも１つの北極及び永久磁石３１，３２のうちの１つの少なくとも１つの南極が異なる方向を向くよう配置されている。回転子円盤２の間には、円盤状固定子１が各ケースに配置されており、それはハウジング６に接続されている。固定子円盤１のそれぞれには、導電性ワイヤの巻線が運ばれており、巻線は、電流を印加されると、ローレンツ力の結果として、永久磁石３１，３２と相互作用で係合し、回転子２は固定子１及びハウジング６に対して回転する。固定子円盤１も互いに平行に、かつ回転子円盤２と平行に配置されている。表された例示的な実施形態では、固定子円盤１及び回転子円盤２はプラスチックで構成されるが、その他の材料で構成されてもよい。しかし、強磁性特性のない材料が利用されることが好ましい。さらなる例示的な実施形態では、固定子円盤１及び回転子円盤２はＭｕ金属の２つの円盤間のシャフト４に配置され得る。
【００３６】
表された例示的な実施形態では、４つの回転子２が利用されているが、さらなる例示的な実施形態は任意の数の回転子２を提供し、上向きの少なくとも１つの単一の回転子２から、同様に任意の数の固定子１を提供することができる。三相電動機を構成するのに、３つの回転子円盤２が相互に平行な配置で構成される。第４の回転子円盤２を組み込むことにより、発電機を構成することができる。好ましくは固定子円盤１の巻線は相互に同一の設計であり、生成した磁場を集中させるために、俯瞰してみると、上下に整列している。
【００３７】
制御ユニット１３の概略図のみが図１に示されており、それは電流源又は電圧源を備え、それにより固定子１の巻線にパルス電流を供給することができる。
【００３８】
図２は俯瞰して見た回転子２の１つを示す。本図及び後続する図におけて繰り返される特徴は、同一の参照符号により特定される。回転子円盤２の例示的な実施形態は、円柱状であり、すなわち、俯瞰して見ると、円形であり、回転子２が固定されているシャフト４の周りに周方向に、交互の極性を有する複数の永久磁石３１及び３２が回転子円盤２の中点からそれぞれ同一の間隔を空けて配置されている。したがって、一対の隣の永久磁石３１，３２はそれぞれ、北極と南極を含み、それらは固定子円盤１の１つの方向に向けられている。
【００３９】
実施形態のさらなる形態では、永久磁石３１，３２は回転子円盤２の中点に対して異なる間隔を空けて配置されてもよい。
【００４０】
導電性ワイヤの巻線７を有する固定子円盤１が図３の俯瞰図に表されている。固定子円盤１は同様に円柱状であり、ゆえに、俯瞰して見ると円形である。固定子円盤１において、円盤の中点の周りの周方向に、巻線７が蛇状構成に適用される。この蛇状構成は複数のローブ１０を構成し、それぞれ、半径方向、すなわち、中点から円盤の縁部までの半径と同一方向に向けられている２つの部分８と、接線方向、すなわち、円盤の半径に垂直方向又は周方向に向いた部分９からなる。表された例示的な実施形態では、各ケースにおいて、巻線７の構成のための単一のワイヤが第１の表面３３、すなわち固定子円盤１の面に配置されており、それゆえに、第２の表面３４上の巻線７とは空間的に離間されており、それは第１の表面３３の反対に置かれている。ここで、第１の表面３３及び第２の表面３４は回転子２の回転軸に対して垂直である。実線で記載した巻線７が見る人と対向する面に置かれた巻線７を示し、破線は見る人からそむいた面の巻線７を示す。
【００４１】
図３に示すように、固定子円盤１の異なる面に配置された巻線７は、俯瞰して見ると、閉ループがローブ１０に構成されるように延びており、そのローブの上に、電流を印加すると、それぞれ異なるように向いた磁場がループからループまでに構成されているので、回転子２の永久磁石３１，３２による相互作用が可能になる。このため、異なる面の巻線７は少なくとも部分的に、相互に平行な半径方向部分８に配置されており、具体的には、上下に整列して配置されている。このようにして構成されたループの数は好ましくは、永久磁石３１，３２の数に相当する。一般に、図１に表された電機のすべての固定子円盤１とすべての回転子円盤２はそれぞれ同一の設計であるが、固定子円盤１の少なくとも１つ及び／又は回転子円盤２の少なくとも１つは残りの円盤とは異なる構成を想定してもよい。固定子円盤１及び／又は回転子円盤２は好ましくは、プラスチック又は他の非強磁性材で構成される。
【００４２】
図４は固定子円盤１の実施形態のさらなる形態を表し、固定子円盤１は切り欠き１２を組み込み、そこで、巻線７の構成ワイヤが固定子円盤１の一方の面から貫通して固定子円盤１の他方の面に送られている。巻線７は一定間隔をあけて構成されており、例示的な実施形態における各ケースにおいて、切り欠き１２も一定間隔をあけて、固定子円盤１の中点から最大距離の接線区間９の中心に配置されている。図４は概略図を示し、巻線７が部分的にだけ図示されているが、当然、周方向にも更に構成されている。しかし、さらなる例示的な実施形態では、切り欠き１２を他の位置に配置することもでき、例えば、最小距離に構成される接線部分９、又は半径方向部分８、の中心に配置することができる。
【００４３】
図５に示すように、再び概略図では、巻線７の少なくとも１つは、蛇状構成のローブ１０の少なくとも１つの周りに複数回の巻きを行うことができるので、ループが既に固定子円盤１の１つの面上に構成される。本例示的な実施形態では、再び、巻線は全周方向７にあるが、明瞭さのため、部分的にのみ図示されている。好ましい方法では、すべて蛇状構成のローブ１０であり、巻線７の構成電気ワイヤがローブ１０のダウン回路の別々に、面を変える。
【００４４】
高い始動トルクを生成するために、固定子円盤１のいずれかの面の巻線７も、図３に対応する俯瞰図において、図６に示すように、相互にオフセットして配置することができる。半径方向に配置された１つの巻線７の部分８は他の巻線７の対応する部分８を有する重なり合う配置で行われていないが、接線方向に配置された部分は少なくとも部分的に上下に配置されている。したがって、固定子円盤１の異なる表面に配置された巻線７の間に位相角差９０°を実現できるので、いつでも、トルクが生成され、機械の始動が促進される。再び図７において、明瞭のため、巻線７は全周方向には示されていない。
【００４５】
巻線７の構成ワイヤは、好ましくは、クランプによる機械的方法だけで固定子円盤１の溝１１に収容され、固定される。しかし、さらなる例示的な実施形態では、ワイヤは、溝１１に接着剤で接合されてもよいし、クランピング又は接着剤接合により、溝１１の無い固定子円盤１に固定されてもよい。しかし、巻線７が複数の別々で相互に平行に向いたワイヤからなる場合、溝１１への収容は特に好適である。図７は概略図であり、実際は、表された例示的な実施形態の溝及び巻線の両方は固定子円盤１の周りの全周方向に配置して構成される。
【００４６】
ワイヤ自体は通常、陽極処理アルミニウムのフラットワイヤであり、その広い面はシャフト４に平行に向いている。この配置により、必要に応じてよじれのない巻線を固定子円盤１の面に構成することができる。
【００４７】
回転子円盤２は、図８で俯瞰してみると表されているように、同一平面に嵌合して連結できる複数の別々の円盤から、モジュールで構成されてもよい。永久磁石３１及び３２は同一の形状を想定する必要はないが、俯瞰してみると、円形又は矩形、具体的には、四角形又は円弧状とすることができる。永久磁石３１及び３２は、その表面が固定子円盤１の表面と同一平面で終わるように固定子円盤１に支持されているが、さらなる例示的な実施形態では、それらもまた固定子円盤１から突出してもよい。
【００４８】
動作原理を明確にするため、図９は両面にそれぞれ１つの巻線７を有する回転子円盤２を示す。巻線７のそれぞれは、２つのローブ１０だけからなり、その中で電流が矢印に示す方向に流れる。半径方向部分８の電流束が２つの巻線７のそれぞれで同方向であるので、トルクがループのそれぞれで構成され、それにより永久磁石３１，３２と相互作用でき、材料の消費を低減し、重量が対応して節約されて、トルク密度は増加する。
【００４９】
図１０〜図１２は、再び概略俯瞰図において、巻線７の様々な構成を示している。図１０では、各ローブ１０は複数巻のワイヤを持っており、それらは、上述のフラットワイヤを用いることによって、ワイヤが切り欠き１２を通って各固定子円盤１の別の面に送られる前に、著しく簡素な方法で実現することができる。
【００５０】
図１１に表された例示的な実施形態では、巻線７は蛇状であり、固定子円盤１の異なる面において、相互に１８０°オフセットして配置されている。利用されるワイヤが概ね絶縁コーティングで囲まれている場合でも、半径方向において、ワイヤの隣の部分８は、互いに離間しているので、直接、物理的に接触しない。
【００５１】
最後に、図１２は固定子円盤１の異なる面の巻線７の周期的な配置を示し、切り欠き１２において、各ケースにおいて、ワイヤの一方の面から他方の面への切り替えが行われる。
【００５２】
図１３及び図１４は、永久磁石３２のうち１つに対する様々な相対的な位置における巻線７の構成導電性ワイヤの部分の俯瞰図を表す。図１３では、ワイヤは永久磁石３２の上部の中心に配置されるが、図１４の永久磁石３１，３２はもはや、まったくワイヤと重ならない。制御ユニット１３は、ワイヤに誘導された電流は最大となる図１３に表された状況では、いかなる電流束もワイヤに許可されず、図１４に表された位置に向かってワイヤがさらに移動すると、電流束が、図１４に表された位置において、最大値を達成するまで増加するように設定され得る。
【００５３】
図１５は、２つの面３４，３５及び巻線が適用される巻線形成体３５を有する固定子円盤１の斜視図を示す。巻線形成体３５は固定子円盤１の本体であり、溝１１が巻線７を収容するために組み込まれている。
【００５４】
図１６は、フラットワイヤが巻線７により溝１１に収容された固定子円盤１の断面図を示す。切り欠き１２を通って、フラットワイヤは一方の表面３３から他方の表面３４に送られる。断面図において、フラットワイヤの長辺は電機の長手方向軸又は回転軸に平行に配置されている。
【００５５】
図１７は、対応する円盤の無い概略図の巻線７の斜視図を示し、それは、本ケースでは、相互に連結された３つのワイヤバンドル７ａ，７ｂ及び７ｃから構成される。巻線７は円形状に構成され、固定子１の円盤に嵌合することができる。次に３つのワイヤバンドル７ａ，７ｂ及び７ｃはフラットワイヤ又は複数のフラットワイヤのバンドルとして構成することができ、その接線部分において、見る人からそむいた面から固定子円盤１の対応する切り欠き１２を通って、見る人に対向する面まで、交互に一貫してルーティングされ、その逆もまた同様である。したがって、ワイヤバンドル７ａ，７ｂ及び７ｃのそれぞれは、区間的に固定子円盤１の異なる面に配置することができる。３つのワイヤバンドル７ａ，７ｂ及び７ｃの利用することにより、三相作動を実現することができる。
【００５６】
図１７に表された例示的な実施形態では、各ワイヤの半径方向部分は、一方の面、例えば見る人から固定子円盤の面３５を介してそむいた裏面に、及び別の面、例えば見る人と対向し、裏面と固定子円盤の表面３４を介して反対に配置される前面に交互に配置されており、各ケースでは、前記部分のそれぞれは、一方の面だけに配置されており、半径方向部分は面の切り替えを行わない。少なくとも１つの中点近方部分９ｂ及び少なくとも１つの中点遠方部分９ａがある、接線部分だけが、前面から裏面に一貫してルーティングされており、その逆もまた同様である。表された例示的な実施形態では、中点遠方部分９ａは前面から裏面に一貫してルーティングされており、中点近方部分９ｂは裏面から前面にルーティングされている。
【００５７】
図１８は巻線７の俯瞰図を表す。ワイヤバンドル７ａ，７ｂ及び７ｃのそれぞれは、中点遠方部分９ａが、前面から裏面にそのコースにおいて、裏面にルーティングされた第２のワイヤのちょうど１つの半径方向部分と、前面にルーティングされた第３のワイヤの一部と一致するように配置されている。中点近方部分９ｂも、裏面から前面までのコースにおいて、ちょうど１つの、裏面にルーティングされた第２のワイヤの半径方向部分８及び前面にルーティングされた第３のワイヤの半径方向部分８を覆っている。これらのコースでは、３つのワイヤバンドル７ａ，７ｂ及び７ｃは連結され、電流での励起に関連するローレンツ力の作用によって、複数の相互作用中心又は極はループで構成され、それは、特に図１８からはっきりと分かり、別々のワイヤバンドル７ａ，７ｂ及び７ｃからなる。
【００５８】
ワイヤ７ｂが、中点近方部分９ｂにおいて、裏面３５から前面３４に送られている切り欠き１２のそれぞれは、前面にルーティングされたワイヤバンドル７ａの半径方向部分と、裏面にルーティングされたワイヤバンドル７ｃの半径方向部分との間に配置されている。これに応じて、中点遠方部分９ａにおいて、ワイヤバンドル７ｂが前面から裏面にルーティングされ、ワイヤバンドル７ｃの前面にルーティングされた半径方向部分８及びワイヤバンドル７ａの裏面にルーティングされた半径方向部分８がワイヤバンドル７ｂの切り欠き１２に隣接する。したがって、各切り欠き１２は２つのワイヤの間の中心に配置されている。
【００５９】
図１９は図１７及び図１８に表されたワイヤバンドル７ａ，７ｂ及び７ｃのコースの側面図を示す。これは、本図では下向きの前面から裏面までの中点遠方部分９ａのコースをより明確に表す。
【００６０】
例示的な実施形態に単に開示された様々な形態の実施形態の特徴は、相互に組み合わせることができ、個別に特許請求され得る。
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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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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【国際調査報告】
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