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公開番号2021182865
公報種別公開特許公報(A)
公開日20211125
出願番号2021134527
出願日20210820
発明の名称電動モータ
出願人ヴァステック ホールディングス リミテッド
代理人個人,個人,個人,個人
主分類H02K 21/20 20060101AFI20211029BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約【課題】電圧発生形式の寄生エネルギーが、大幅に削減されるような電動モータの新しい構造を提供する。
【解決手段】ロータが同心のシャフト及びディスク22と、ディスク22上に等角度に離間し、かつ等間隔の放射状に設けられる複数の永久磁石23とを備えるものと、ステータであって、該ステータが等角度に離間し、かつ等間隔の放射状に設けられる複数のソレノイド31であって、各複数のソレノイド31は、矩形断面形状と、空洞と、ディスクスロットとを含むソレノイドコア33を有する、複数のソレノイド31と、各複数のソレノイド31の内部にあるコイルとを備えるものとから構成され、ディスク22は、ディスクスロット内に配置され、永久磁石23は、ディスク22を回転させると、これらの永久磁石23がソレノイドコア33の空洞内を回転しながら通過することができるように配置される。
【選択図】図4a
特許請求の範囲【請求項1】
電動モータであって:
(A)ロータであって、該ロータが:
a.同心のシャフト及びディスクと、
b.前記ディスクの上面に等角度に離間し、かつ等間隔の放射状に設けられる複数の永久磁石とを備えるものと、
(B)ステータであって、該ステータが:
c.等角に離間し、かつ等間隔の放射状に設けられる複数のソレノイドで、各前記複数のソレノイドは、矩形断面形状と、空洞と、ディスクスロットとを含むソレノイドコアを有する、前記複数のソレノイドと、
d.各前記複数のソレノイドコアの外側表面に位置しているコイルスロットに巻回されたコイルであって、該コイルが前記ディスクの上方及び下方において隣接するソレノイドコアの間を交互に通過する、前記コイルとを備えるもの;
とから構成される電動モータで、
前記ディスクは、前記ソレノイドディスクスロット内に設置され、前記永久磁石は、前記ディスクを回転させると、これらの永久磁石が前記ソレノイドコアの前記空洞内を回転しながら通過することができるように配置される、電動モータ。
続きを表示(約 680 文字)【請求項2】
前記ソレノイドの前記コイルは、1回巻きコイルである、請求項1に記載の電動モータ。
【請求項3】
前記ソレノイド、はステータベースに設けられる、請求項1に記載の電動モータ。
【請求項4】
強磁性ロッドが、前記ロータの任意の2つの隣接する永久磁石の間に配置されることにより、閉環状体を形成する、請求項1に記載の電動モータ。
【請求項5】
交互に方向が反転されるDC電流が、前記ソレノイドの前記コイルに供給される、請求項1に記載の電動モータ。
【請求項6】
前記ソレノイドそれぞれに対する前記永久磁石のうちの1つ以上の位置を検出し、前記DC電流の方向を交互にそれぞれ反転させる1つ以上のセンサを更に備える、請求項5に記載の電動モータ。
【請求項7】
前記1つ以上の各センサは、ホールセンサである、請求項6に記載の電動モータ。
【請求項8】
前記DC電流方向の前記交互反転は、コントローラによって行なわれ、前記交互反転の時間は、前記1つ以上のセンサから受信した信号によって決定される、請求項6に記載の電動モータ。
【請求項9】
隣接する永久磁石の極は、S極−S極、N極−N極、S極−S極...配置で、同じ極が互いに対向するように配置される、請求項6に記載の電動モータ。
【請求項10】
前記ソレノイドの前記1回巻きコイルは、全ての前記ソレノイドを通過する1本の導体によって形成される、請求項2に記載の電動モータ。

発明の詳細な説明【技術分野】
【0001】
本発明は、電動モータの分野に関するものである。より詳細には、本発明は、ステータに設置されるソレノイドと、ディスク型ロータに設置される永久磁石とを含む電動モータに関するものである。
続きを表示(約 5,400 文字)【背景技術】
【0002】
回転式の電動モータは周知であり、現在では電気エネルギーを機械エネルギーに変換するために長年にわたり幅広く使用されている。通常の電動モータ、ロータ及びステータを備えている。
【0003】
ロータはモータの可動部であり、ロータは、回転を負荷に伝達する回転シャフトを備える。通常ロータは、ロータの内部に埋め込まれた導体を有し、導体は、ステータの磁場と相互作用する電流を流して、シャフトを回転させる力を発生させる。別の構成では、ロータが永久磁石を備えている一方、ステータは導体を保持している。
【0004】
ステータは、モータの電磁回路の固定部であり、通常ステータは、巻線または永久磁石のいずれかを有する。ステータコアは一般的に、積層板と呼ばれる多数の薄い金属板から構成される。ソリッドコアを使用するとその結果生じるエネルギー損失を低減させるため、積層板が使用される。
【0005】
電動モータは、機械エネルギーを電気エネルギーに変換する逆変換機能にも使用され、このような場合、電動モータは、実際には発電機である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0006】
米国特許第8,643,227号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
しかしながら、電動モータが動作して電気エネルギーを機械エネルギーに変換している間に、寄生磁束が電動モータ内に発生し、その結果、所望の機械エネルギーの発生に加え、電気エネルギーが発生する。実際には、この寄生電気エネルギーは、モータから得られる全機械エネルギーを減少させる。モータ内で発生する電気エネルギーは、3000Rpm時に全エネルギーの80%にまで達し、100Rpm時に20%にまで達する。一般の電動モータの構造に固有のこの寄生エネルギー量をゼロにしようとするあらゆる試みには、限界があり、この寄生エネルギー量を完全にゼロにするのは不可能かもしれない。
【0008】
特許文献1には、ソレノイド内を移動する永久磁石を使用するリニアモータが開示されている。
【0009】
本発明の目的は、磁束の方向が反転することにより従来のモータ内で発生する寄生エネルギーで、電圧発生形式の寄生エネルギーが、大幅に削減されるような電動モータの新しい構造を提供することである。
【0010】
本発明の別の目的は、非常に高い回転速度で動作可能な電動モータを提供することである。
【0011】
本発明の更に別の目的は、非常に低い電圧入力で動作可能な、より安全な電動モータを提供することである。
【0012】
本発明の更に別の目的は、単純かつ安価な構造を有する電動モータを提供することである。
【0013】
本発明の更に別の目的は、従来のモータに比べ向上した効率を有する電動モータを提供することである。
【0014】
本発明の他の目的及び利点は、説明が進むにつれて明らかになる。
【課題を解決するための手段】
【0015】
本発明は電動モータに関するものであり、前記電動モータは、(A)ロータであって、該ロータが(a)同心のシャフト及びディスクと、(b)前記ディスク上に等角度に離間し、かつ等間隔の放射状に設けられる複数の永久磁石とを備えるものと、(B)ステータであって、該ステータが(c)等角度に離間し、かつ等間隔の放射状に設けられる複数のソレノイドで、各前記複数のソレノイドは、矩形断面形状と、空洞と、ディスクスロットとを含むソレノイドコアを有する、前記複数のソレノイドと、(d)各前記複数のソレノイド内部にあるコイルとを備えるものと、から構成される電動モータにおいて、前記ロータディスクは、前記ソレノイドディスクスロット内に配置され、前記永久磁石は、前記ロータディスクを回転させると、これらの永久磁石が前記ソレノイドコアの前記空洞内を回転しながら通過することができるように配置される。
【0016】
本発明の一実施形態では、前記ソレノイドの前記コイルは、1回巻きコイルである。
【0017】
本発明の別の実施形態では、前記ソレノイドは、ステータベースに設けられる。
【0018】
本発明の更に別の実施形態では、強磁性ロッドが、前記ロータの任意の2つの隣接する永久磁石の間に配置されることにより、閉環状体を形成する。
【0019】
本発明の更に別の実施形態では、交互に方向が反転されるDC電流が、前記ソレノイドの前記コイルに供給される。
【0020】
本発明の更に別の実施形態では、前記モータは更に、前記ソレノイドそれぞれに対する前記永久磁石のうちの1つ以上の位置を検出し、前記DC電流の方向を交互にそれぞれ反転させる1つ以上のセンサを備える。
【0021】
本発明の更に別の実施形態では、前記1つ以上の各センサは、ホールセンサである。
【0022】
本発明の更に別の実施形態では、前記DC電流方向の前記交互反転は、コントローラによって行なわれ、前記交互反転の時間は、前記1つ以上のセンサから受信した信号によって決定される。
【0023】
本発明の一実施形態では、隣接する永久磁石の極は、S極−S極、N極−N極、S極−S極...配置で、同じ極が互いに対向するように配置される。
【0024】
本発明の一実施形態によれば、前記ソレノイドの前記1回巻きコイルは、全ての前記ソレノイドを通過する1本の導体によって形成される。
【図面の簡単な説明】
【0025】
図1は、本発明の一実施形態による電動モータの基本構造を示す図である。
図2aは、本発明の一実施形態による複数のステータソレノイドの各々の基本形状を示す図である。
図2bは、本発明のソレノイドコアを更に詳細に示した図である。
図3は、本発明のロータの構造を示す図である。
図4aは、ソレノイドの1回巻きコイルの構造を一般的な形態で示す図である。
図4bは、見やすいようにモータの他の構成部品を取り除いて、ソレノイドの1回巻きコイルの構造を一般的な形態で示す図である。
図4cは、どのように1本の導体が複数のソレノイドの全てを通過し、複数の1回巻きソレノイドを形成するのかを示す上面図である。
図5は、本発明のモータのコイルシステムで、2次コイルを更に備えているコイルシステムを示す図である。
図6は、本発明のモータのプロトタイプを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0026】
上記のように、従来の一般的な電動モータは、かなりの寄生磁束を被り問題であり、寄生磁束は、モータが発生するようになっている機械(回転)エネルギーに加え、電気エネルギーの発生をもたらす。このような寄生電気エネルギーの発生は、大きなエネルギー損失を招くことになる。本発明は、このようなエネルギー損失をほぼ完全に排除する。
【0027】
図1は、本発明の一実施形態による電動モータ10の基本構造を示す図である。電動モータ10は、主にロータ20及びステータ30を備える。ステータ30は、複数のソレノイド31a〜31hを備え、これらのソレノイドは、等角度に離間し、かつ等間隔の放射状に、好適な円形ステータベース32に固定されている。「equi−radially」(この用語は、本明細書では、簡潔に説明するために用いられる)という用語は、円形のステータベース30を前提する。しかしながら、ステータベース30は任意の形状であってもよい。この場合、これらのソレノイドの全ては、中心点から同じ距離に設置される。図2aは、各ソレノイド31の基本形状を示す図である。ソレノイドは、略矩形(断面で)のソレノイドコア33を備え、ソレノイドコア33は、矩形の空洞34を有する。更に、ソレノイドコア33は、比較的狭幅のディスクスロット35と、コイルスロット36(図2bに示す)とを有する。図3にも図示するように、ロータ20は、シャフト21と、ディスク22と、ディスク22上に設置された複数の永久磁石23a〜23hとを備える。図示のとおり、複数の永久磁石23は、ソレノイドコア33の空洞34を通過するように構成される断面形状を有する。更に、ディスク22で、その上には、同様に全ての永久磁石23が等角度に離間し、かつ等間隔の放射状に配置されている該ディスク22の深さは、それぞれのソレノイドコア33の複数のディスクスロット35(図2b参照)の各々を図1に示すように通過するよう設計されている。
【0028】
図1に示すように、永久磁石23は、任意の2つの隣接する磁石のそれぞれの同じ極が互いに対向するようにロータディスク22上に配置される(すなわち、S極がS極に対向し、N極−N極、S極−S極...のように配置される)。一実施形態では、図3に示すように、強磁性(例えば、鉄)ロッド25は、任意の隣接する2つの磁石23の間に設けられる。従って、全ての永久磁石23のセットは、隣接する磁石の間全ての強磁性ロッド25のセットと一緒に円環状構造を形成し、この円環状構造が、セットのソレノイド31の全ての空洞34のそれぞれを通過することで、環状構造がソレノイド34の前記空洞内に絶えず保持されている状態で、ロータディスク22は、自由に回転可能である。
【0029】
ステータ30のソレノイド31は1回巻きソレノイドであり、1回巻きソレノイドでは、1本の導体線が、複数のソレノイドの全てを図4a、図4b、及び図4cに示すように通過する。図4aは、どのように導体37が全てのソレノイド31を形成するのかを示す上面図であり、図4bは、1本の導体37だけの経路全体を示す図で、残りのモータ構成部品(例えば、ソレノイドコア33、ステータベース32、ロータディスク22など)は、見やすいように図から削除してある。更に詳細には、1本の導体37の経路は、第1ソレノイド31aのコア33aのコイルスロット36内から、当該スロットに沿って上方向に、次にコア33aの上方を半径方向内側に向かい、次にスロット36aに沿ってディスク22に向かって下方向に向かい、次にディスク22の上方を第2ソレノイド31bに向かって進み(当該ディスクに触れないで)、次にスロット36bに沿って上方向に、次にスロット36bに沿って半径方向外側に、次に当該スロットに沿って下方向に、次に半径方向内側に(図4aには図示しないが、図4bに図示している)、次にディスク22の下方をソレノイド31cに向かって進み、次にスロット36cに沿って半径方向に、次にスロット36cに沿って上方向および半径方向内側に向かう、といった経路である。このように1本の導体の経路は、複数のソレノイドの全てに沿って続いており、当該経路は、第1ソレノイド31aで終端する。図4a及び図4cには図示していないが、1本の導体の経路は、閉ループではなくむしろ開放構造(図4bに示すような)を形成し、1本の導体37の2つの端部38は、1つのソレノイドに隣接して、例えば、第1ソレノイド31aに隣接して設けられる。モータの動作電流は、1本の導体37の前記2つの端部を介して供給される。導体37の前記「開ループ」構造(図4bに示すとおり)が、実際に、複数の1回巻きソレノイドのそれぞれを形成する。
【0030】
好適には、「開ループ」の1本の導体37は、複数のファイバからなるリッツ線導体である。開ループ構造には、DC電流が供給され、DC電流の方向は、永久磁石がソレノイドコア33の空洞34を通過する(実際には、複数の永久磁石が複数のソレノイド31のそれぞれの空洞34を同時に通過する)たびに変化する。1つ以上のホールセンサ39は、複数のソレノイドのうち1つ以上にそれぞれ配置されて、磁石が空洞34を通過する時間を検出する一方、各検出信号は、コントローラ(不図示)に伝送され、これにより、永久磁石の中心が空洞34内をそれぞれ通過するたびに、導体を通るDC電流の方向を切り替える。DC電流の方向は、正確に適時変更される必要があるが、そうでなければ、モータの回転が停止する、あるいはモータの回転は、不規則または非効率的になる。1回巻きソレノイドにDC電流を供給することにより、実際に、最も近い永久磁石を引き付け、ディスクをソレノイドに向かって回転させ、電流がソレノイドを通過すると、DC電流の向きが反転されて、永久磁石をソレノイドから更に引き離す。このように、ディスク22が回転される。
(【0031】以降は省略されています)

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