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公開番号2025100726
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-07-03
出願番号2025066221,2023548864
出願日2025-04-14,2022-02-14
発明の名称軸方向磁束機械のための平面固定子構成
出願人イー-サーキットモーターズ, インコーポレイテッド
代理人個人,個人,個人,個人,個人
主分類H02K 21/24 20060101AFI20250626BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約【課題】軸方向磁束機械のための平面固定子構成を提供すること
【解決手段】いくつかの実施形態では、2つまたはそれを上回る異なるタイプの固定子構造が、軸方向磁束機械の間隙内に配置されてもよい。そのような配列は、例えば、機械的トルクの発生、機械的トルクの電力への変換、および/または機械的動力の消散等、複数の動作モードに関して最適化された機械を生産するために有利であり得る。さらに、いくつかの実施形態では、軸方向磁束機械は、機械のアクティブ領域内に位置付けられるように配列される巻線を有する、平面固定子を含んでもよく、巻線が外部動力源に結合されていない時間において、巻線の個別の端部間の電気的接続を確立するために、選択的に閉鎖されるように構成される、少なくとも1つのスイッチをさらに含んでもよい。
【選択図】なし
特許請求の範囲【請求項１】
装置であって、
回転軸まわりに回転するように構成された回転子であって、前記回転子は、アクティブ領域内で第１の磁束を発生させる１つ以上の磁石を含む、回転子と、
第１の伝導性シートであって、前記第１の伝導性シートは、前記第１の伝導性シート内の渦電流の発生が前記回転子上に抗力を課すように、前記アクティブ領域内に位置付けられている、第１の伝導性シートと、
前記アクティブ領域内に位置付けられた少なくとも第１の巻線を含む固定子構造と、
少なくとも第１および第２の端子であって、前記第１および第２の端子は、（Ａ）前記第１の端子と前記第２の端子との間の電流の印加が、前記第１の巻線が前記アクティブ領域内で第２の磁束を発生させることをもたらすように、または、（Ｂ）前記回転子が回転している間の前記第１の巻線と前記１つ以上の磁石との間の磁束鎖交が前記第１の端子と前記第２の端子との間に電圧を発生させるように、前記第１の巻線の異なる部分に接続されている、少なくとも第１および第２の端子と、
前記第１の端子と前記第２の端子との間で１つ以上の回路構成要素を選択的に結合し、これにより、前記第１の巻線を通る電流の流動を調整するように構成および配置された少なくとも第１のスイッチと、
前記第１の端子と前記第２の端子との間で前記１つ以上の回路構成要素を選択的に結合するように前記第１のスイッチが動作する態様を調節し、これにより、前記回転子上の前記抗力を選択的に補完しまたは選択的に反作用するように構成されている制御回路と
を備える装置。
続きを表示（約 1,400 文字）【請求項２】
前記固定子構造は、略平面形状を有し、
前記装置は、軸方向磁束機械であり、前記軸方向磁束機械において、前記１つ以上の磁石が、前記固定子構造が位置付けられている間隙内で、前記回転軸に略平行な前記第１の磁束を発生させる、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記１つ以上の回路構成要素は、動力源を含み、
前記制御回路は、前記軸方向磁束機械の少なくとも第１の動作モード中に、前記第１の巻線が前記回転軸に略平行な前記第２の磁束を発生させるように、前記第１の端子と前記第２の端子との間で前記第１の巻線を選択的に結合するように前記第１のスイッチを動作させるように構成されている、請求項２に記載の装置。
【請求項４】
前記１つ以上の回路構成要素は、エネルギー貯蔵要素を含み、
前記制御回路は、前記軸方向磁束機械の少なくとも第１の動作モード中に、前記エネルギー貯蔵要素が、前記回転子の回転に応答して、前記第１の巻線によって発生させられた動力を受けるように、前記第１の端子と前記第２の端子との間で前記エネルギー貯蔵要素を選択的に結合するように前記第１のスイッチを動作させるように構成されている、請求項２に記載の装置。
【請求項５】
前記１つ以上の回路構成要素は、導体を含み、
前記第１のスイッチは、前記第１の巻線が外部動力源に結合されていない時間において、前記導体を介して前記第１の端子と前記第２の端子との間の電気的接続を確立するために、選択的に閉鎖されるように構成および配置されている、請求項２に記載の装置。
【請求項６】
前記１つ以上の回路構成要素は、少なくとも１つの消散要素を含み、
前記第１のスイッチは、前記第１の端子と前記第２の端子との間で前記少なくとも１つの消散要素を選択的に結合するようにさらに構成および配置されている、請求項２に記載の装置。
【請求項７】
前記制御回路は、前記第１のスイッチが前記第１の端子と前記第２の端子との間の時間平均伝導率を制御するように変調させられることをもたらすようにさらに構成されている、請求項６に記載の装置。
【請求項８】
前記制御回路は、前記第１のスイッチが前記第１の端子と前記第２の端子との間の時間平均伝導率を制御するように変調させられることをもたらすようにさらに構成されている、請求項５に記載の装置。
【請求項９】
前記１つ以上の回路構成要素は、動力源を含み、
前記制御回路は、前記装置の少なくとも第１の動作モード中に、前記第１の巻線が前記第２の磁束を発生させるように、前記第１の端子と前記第２の端子との間で前記動力源を選択的に結合するように前記第１のスイッチを動作させるように構成されている、請求項１に記載の装置。
【請求項１０】
前記１つ以上の回路構成要素は、エネルギー貯蔵要素を含み、
前記制御回路は、前記装置の少なくとも第１の動作モード中に、前記エネルギー貯蔵要素が、前記回転子の回転に応答して、前記第１の巻線によって発生させられた動力を受けるように、前記第１の端子と前記第２の端子との間で前記エネルギー貯蔵要素を選択的に結合するように前記第１のスイッチを動作させるように構成されている、請求項１に記載の装置。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【背景技術】
【０００１】
（関連出願の相互参照）
本願は、２０２１年２月１７日に出願され、「ＭＵＬＴＩ－ＳＴＡＴＯＲＡＸＩＡＬ
ＦＬＵＸＭＡＣＨＩＮＥ」と題された、米国仮出願第６３／１５０，１２９号の３５Ｕ．Ｓ．Ｃ．§１１９（ｅ）（米国特許法第１１９条（ｅ））下の利益を主張する。
続きを表示（約 5,500 文字）【０００２】
その内容全体が、参照することによって本明細書に組み込まれる、米国特許第７，１０９，６２５号（特許文献１）（「第‘６２５号特許」）を含む、いくつかの特許によって説明される、軸方向磁束モータおよび発生器は、交互するＮ－Ｓ極を伴う磁石を支持する、回転子アセンブリ間に介在される、平面プリント回路基板固定子アセンブリを特徴とする。磁石間の磁束は、プリント回路固定子内の配線によって支持される、電流密度と相互作用し、トルクを生産する。
【０００３】
本タイプの電気機械は、モータまたは発生器のいずれかとして動作することができ、角度の関数としてのトルクが、平滑であり、高品質の運動を保有することができることを含む、いくつかの有用な性質を有する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
米国特許第７，１０９，６２５号明細書
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本概要は、詳細な説明において下記にさらに説明される、一連の概念を簡略化された形態で紹介するために提供される。本概要は、重要な特徴または不可欠な特徴を特定することを意図せず、また、本明細書とともに含まれる請求項の範囲を限定することも意図しない。
【０００６】
開示される実施形態のうちのいくつかでは、（軸方向磁束機械の間隙内のアクティブ領域内で、回転子の回転軸に略平行な第１の磁束を発生させる、１つまたはそれを上回る磁石を含む、回転子を有する）軸方向磁束機械のための平面固定子は、少なくとも第１、第２、第３、および第４の端子であって、それぞれが、平面固定子の外部の回路網に接続されるように適合される、少なくとも第１、第２、第３、および第４の端子と、アクティブ領域内に位置付けられるように配列される、少なくとも１つの第１の巻線であって、少なくとも１つの第１の巻線は、それぞれ、第１および第２の端子に電気的に接続される、第１および第２の端部を有し、第１および第２の端子が回路網に接続されていないときに測定されるような第１の端子と第２の端子との間の電気的特性が、第１の値を有する、少なくとも１つの第１の巻線と、アクティブ領域内に位置付けられるように配列される、少なくとも１つの第２の巻線であって、少なくとも１つの第２の巻線は、少なくとも１つの第１の巻線から電気的に絶縁され、それぞれ、第３および第４の端子に電気的に接続される、第３および第４の端部を有し、第３および第４の端子が回路網に接続されていないときに測定されるような第３の端子と第４の端子と間の電気的特性は、第１の値と実質的に異なる第２の値を有する、少なくとも１つの第２の巻線とを備える。
【０００７】
いくつかの実施形態では、（軸方向磁束機械の間隙内のアクティブ領域内で、回転子の回転軸に略平行な第１の磁束を発生させる、１つまたはそれを上回る磁石を含む、回転子を有する）軸方向磁束機械のための平面固定子は、第１の伝導性シート内の渦電流の発生が、回転子上に抗力を課すように、アクティブ領域内に位置付けられるように配列される、第１の伝導性シートと、アクティブ領域内に位置付けられるように配列される、少なくとも第１の巻線であって、第１の巻線は、第１の巻線の個別の端部に電気的に接続される、少なくとも第１および第２の端子を有する、少なくとも第１の巻線とを備える。
【０００８】
いくつかの実施形態では、（軸方向磁束機械の間隙内のアクティブ領域内で、回転子の回転軸に略平行な第１の磁束を発生させる、１つまたはそれを上回る磁石を含む、回転子を有する）軸方向磁束機械のための平面固定子は、アクティブ領域内に位置付けられるように配列される、少なくとも第１の巻線であって、第１の巻線は、第１の巻線の個別の端部に電気的に接続される、少なくとも第１および第２の端子を有する、少なくとも第１の巻線と、第１の巻線が外部動力源に結合されていない時間において、第１の端子と第２の端子との間の電気的接続を確立するために、選択的に閉鎖されるように構成される、少なくとも１つのスイッチとを備える。
本発明は、例えば、以下を提供する。
（項目１）
１つまたはそれを上回る磁石を含む回転子を有する軸方向磁束機械のための平面固定子であって、前記１つまたはそれを上回る磁石は、前記軸方向磁束機械の間隙内のアクティブ領域内で、前記回転子の回転軸に略平行な第１の磁束を発生させ、前記平面固定子は、
少なくとも第１、第２、第３、および第４の端子であって、それぞれが、前記平面固定子の外部の回路網に接続されるように適合される、少なくとも第１、第２、第３、および第４の端子と、
前記アクティブ領域内に位置付けられるように配列される少なくとも１つの第１の巻線であって、前記少なくとも１つの第１の巻線は、それぞれ、前記第１および第２の端子に電気的に接続される第１および第２の端部を有し、前記第１および第２の端子が前記回路網に接続されていないときに測定されるような前記第１の端子と第２の端子との間の前記電気的特性は、第１の値を有する、少なくとも１つの第１の巻線と、
前記アクティブ領域内に位置付けられるように配列される少なくとも１つの第２の巻線であって、前記少なくとも１つの第２の巻線は、前記少なくとも１つの第１の巻線から電気的に絶縁され、それぞれ、前記第３および第４の端子に電気的に接続される第３および第４の端部を有し、前記第３および第４の端子が前記回路網に接続されていないときに測定されるような前記第３の端子と第４の端子と間の電気的特性は、前記第１の値と実質的に異なる第２の値を有する、少なくとも１つの第２の巻線と
を備える、平面固定子。
（項目２）
前記少なくとも１つの第１の巻線は、第１の固定子区画上に配置され、
前記少なくとも１つの第２の巻線は、前記回転軸に対して前記第１の固定子区画から角度を付けてオフセットされる第２の固定子区画上に配置される、
項目１に記載の平面固定子。
（項目３）
前記少なくとも１つの第１の巻線は、第１の巻線と、少なくとも１つの付加的な巻線とを含み、
前記回路網は、動力源を含み、
前記第１の巻線は、前記動力源からの第１の位相を支持するように構成され、
前記少なくとも１つの付加的な巻線は、前記第１の巻線と前記少なくとも１つの付加的な巻線との組み合わせによって発生される第２の磁束のピーク値が、前記回転軸に対して弓形の経路を辿るように、前記動力源からの少なくとも１つの付加的な位相を支持するように構成される、
項目２に記載の平面固定子。
（項目４）
前記電気的特性は、抵抗であり、前記第１および第２の端子が前記回路網に接続されていないときに測定されるような前記第１の端子と第２の端子との間の第１の抵抗は、前記第３および第４の端子が前記回路網に接続されていないときに測定されるような前記第３の端子と第４の端子との間の第２の抵抗よりも少なくとも５０％大きい、項目１に記載の平面固定子。
（項目５）
前記電気的特性は、前記第１の磁束との磁束鎖交であり、前記第１の端子と第２の端子との間に確認されるような前記少なくとも１つの第１の巻線と前記第１の磁束との間の第１の磁束鎖交は、前記第３の端子と第４の端子との間に確認されるような前記少なくとも１つの第２の巻線と前記第１の磁束との間の第２の磁束鎖交よりも少なくとも５０％大きい、項目１に記載の平面固定子。
（項目６）
前記回路網は、前記第１および第２の端子を動力源に選択的に結合するように構成される第１のコントローラを含み、したがって、前記軸方向磁束機械の少なくとも第１の動作モードの間、前記少なくとも１つの第１の巻線が、前記回転軸に略平行な第２の磁束を発生させる、項目１に記載の平面固定子。
（項目７）
前記回路網はさらに、前記第３および第４の端子を動力源に選択的に結合するように構成される第２のコントローラを含み、したがって、前記軸方向磁束機械の少なくとも第２の動作モードの間、前記少なくとも１つの第２の巻線が、前記回転軸に略平行な第３の磁束を発生させる、項目６に記載の平面固定子。
（項目８）
前記少なくとも１つの第２の巻線が外部動力源に結合されていない時間において、前記第３の端子と第４の端子との間の電気的接続を確立するために、選択的に閉鎖されるように構成される少なくとも１つのスイッチをさらに備える、項目６に記載の平面固定子。
（項目９）
前記少なくとも１つのスイッチは、少なくとも１つの消散要素を介して、前記第３の端子と第４の端子との間の前記電気的接続を確立するように構成される、項目８に記載の平面固定子。
（項目１０）
前記回路網はさらに、前記第３の端子と第４の端子との間の時間平均伝導率を制御するために、前記少なくとも１つのスイッチを変調させるように構成される第２のコントローラを備える、項目９に記載の平面固定子。
（項目１１）
前記回路網はさらに、前記第３および第４の端子をエネルギー貯蔵要素に選択的に結合するように構成される第２のコントローラを備え、したがって、前記軸方向磁束機械の少なくとも第２の動作モード間、前記エネルギー貯蔵要素は、前記回転子の回転に応答して、前記第２の巻線によって発生される動力を受信する、項目６に記載の平面固定子。
（項目１２）
前記回路網は、前記第１および第２の端子をエネルギー貯蔵要素に選択的に結合するように構成される第１のコントローラを備え、したがって、前記軸方向磁束機械の少なくとも第１の動作モード間、前記エネルギー貯蔵要素は、前記回転子の回転に応答して、前記第１の巻線によって発生される動力を受信する、項目１に記載の平面固定子。
（項目１３）
前記回路網はさらに、前記第３および第４の端子をエネルギー貯蔵要素に選択的に結合するように構成される第２のコントローラを備え、したがって、前記軸方向磁束機械の少なくとも第２の動作モード間、前記エネルギー貯蔵要素は、前記回転子の回転に応答して、前記第２の巻線によって発生される動力を受信する、項目１２に記載の平面固定子。
（項目１４）
前記少なくとも１つの第２の巻線が外部動力源に結合されていない時間において、前記第３の端子と第４の端子との間の電気的接続を確立するために、選択的に閉鎖されるように構成される少なくとも１つのスイッチをさらに備える、項目１２に記載の平面固定子。
（項目１５）
前記少なくとも１つのスイッチは、少なくとも１つの消散要素を介して、前記第３の端子と第４の端子との間の前記電気的接続を確立するように構成される、項目１４に記載の平面固定子。
（項目１６）
前記回路網はさらに、前記第１の端子と第２の端子との間の時間平均伝導率を制御するために、前記少なくとも１つのスイッチを変調させるように構成される第２のコントローラを備える、項目１５に記載の平面固定子。
（項目１７）
１つまたはそれを上回る磁石を含む回転子を有する軸方向磁束機械のための平面固定子であって、前記１つまたはそれを上回る磁石は、前記軸方向磁束機械の間隙内のアクティブ領域内で、前記回転子の回転軸に略平行な第１の磁束を発生させ、前記平面固定子は、
第１の伝導性シートであって、前記第１の伝導性シートは、第１の伝導性シート内の渦電流の発生が前記回転子上に抗力を課すように、前記アクティブ領域内に位置付けられるように配列される、第１の伝導性シートと、
前記アクティブ領域内に位置付けられるように配列される少なくとも第１の巻線であって、前記第１の巻線は、前記第１の巻線の個別の端部に電気的に接続される少なくとも第１および第２の端子を有する、少なくとも第１の巻線と
を備える、平面固定子。
（項目１８）
【図面の簡単な説明】
【０００９】
本明細書に開示される実施形態の目的、側面、特徴、および利点は、以下の詳細な説明、添付の請求項、および同様の参照番号が類似するまたは同じ要素を特定する付随の図から、より完全に明白な状態になるであろう。図と関連して、本明細書内に導入される参照番号は、他の特徴のための文脈を提供するために、本明細書内に付加的な説明を伴うことなく、１つまたはそれを上回る後続の図において繰り返され得、全ての要素が、全ての図において標識されない場合がある。図面は、必ずしも縮尺通りではなく、代わりに、実施形態、原理、および概念を例証することに重点が置かれている。図面は、本明細書に含まれる請求項の範囲を限定することを意図されない。
【００１０】
図１は、平面固定子を伴う、例示的軸方向磁束機械の内部構成要素の分解図を示す。
（【００１１】以降は省略されています）

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