JP2018529302A - 電気機械 - Google Patents
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Abstract
Description
本文を通じて使用される幾つかの用語を最初に定義する。
(外1)
又は
(外2)
に比例する。結果的に、KRの傾向に関する記述は、一般的に、
(外3)
にも暗示的に当て嵌まると思われる。
図1は、外側ハウジング1012と内側ハウジング1014とを備える、完全な例示的なアクチュエータ1010のプロトタイプ(試作品)のCADモデルを示している。内側ハウジング1014は、固定(又は基準)部材であり、外側ハウジング1012は、回転部材である。ハウジングをアルミニウム、鋼又はプラスチックのような、任意の剛性材料で作ることができるが、これに限定されない。例示的なアクチュエータ1010は、軸受/シール1016と、出力取付穴1018とを含む。図1に示すプロトタイプは、高いトルク対重量比をもたらした。これはロボット工学のような用途にとって重要であるが、これに限定されない。図1に示す設計は、KRに関して利益をもたらし、よって、ロボット工学用途における使用に特に適すると考えられる、スロット密度及びポスト高さの定義に入る、スロット密度及びポスト高さを有する。
図6に示すような実施形態では、電気機械は、主要コンポーネントが、例えば、非限定的にスタンピング(押抜き)(stamping)又はファインブランキング(fine blanking)のような高速で低コストの製造プロセスを用いて、非限定的に銅のような導体材料及び非限定的に硬質陽極処理アルミニウムのような絶縁材料のシート素材(sheet stock)から製造されるのを可能にする、層状構造(stratified construction)を用いて構築されてよい。ポストの周りに導線(conductor wires)を巻く代わりに、導体回路(conductor circuits)をスタンピングし(押し抜き加工し)、次に、層状に組み立ててよい。 絶縁体層が各導体層と交互に使用されるならば、導体層は、幾つかの構成では、絶縁被覆なしで組み立てられてよい。代替的に、追加的な絶縁効果を得るために、或いは、別個の絶縁層の必要を排除するために、組立前に導体回路層を絶縁体で被覆することができる。
幾つかの実施形態において、開示の電気機械は、流体流のための高い断面積を提供するのみならず、あらゆる導体がその長さの半分近くに亘って冷却流体と確実に接触することを保証する一貫して分配された空気流チャネル(channel)パターンも提供する。換言すれば、ある実施形態では、導体層の2つよりも多くの層が一度に接触することは決してない。そのシーケンスは、スロット内で垂直方向に、例えば、導体−導体−空間−導体−導体−空間−導体−導体−空間であってもよい。これは、全ての導体の一方の側が、欠落した導体によって創り出される冷却チャネル内の流体と常に接触することを意味する。この均一に分配された冷却チャネルアレイは、導体容積の減少に起因するより高い熱生成を補償するのに十分な熱放散を達成するのを助ける。
リニア電気機械のステータ1058の非限定的な簡略化された例示的な実施形態が図6に示されている。図6に示す設計は、上方絶縁層1034と、下方絶縁層1034と、導体層1040,1042,0144のスタックとを含んでよい。様々な数の導体層が使用されてよい。ポスト1036は、絶縁層1034の開口1035を通じて延びてよい。接続部1046が、電気的な励起源に設けられてよい。 各層1040,1042,1044について、別個の層が提供されてよい。
図22は、電気機械の実施形態に従った軸方向磁束回転ステータ1070の非限定的な例示的な実施形態のための導体回路1044(この図では1つの層のみを示している)及びポスト1036及びポッティング化合物リング1068を示している。図23は、図22のステータ1070の詳細図を示しており、他のステータディスク及び/又は作動させられる或いは作動させる固定部材又は移動部材に取り付けるステータ用の取付け穴を備える。
ある実施形態は、個々に制御されるステータセクタを含んでよく、トルクを生成することとは別に、ステータセクタのためのコントローラの第2の目的は、前記セクタとのロータの整列を維持することであり、可能であれば、転がり軸受及び/又はすべり接触軸受の必要を完全に排除することである。各区画は、個々の多相BLDCモータドライバを含んでよい。図30に示す多区画アクチュエータ1082(multi-sectional actuator)のような中空のディスク形状を備える実施形態を考慮すると、ある程度、あらゆる弧状セクタ1074が、多少なりとも(図31に例示する)リニアアクチュエータのように作用しなければないと主張することができ、あらゆるリニアアクチュエータが(この場合には円周方向における)その線形の運動又は位置を維持している限り、所与の瞬間におけるロータの各々の対応する区画は、ステータ及びロータが同軸に保持されるように、周方向に位置決めされる。あらゆるステータセクタ1076が、ロータの対応するセクタ78を接線方向に前後に移動させることができる主に接線方向の力のみに関与することは、図面から明らかである。ステータ及びロータが軸受と機械的に結合されていないとしても、個々のセクタ1074を適切に整流することによって軸方向の整列を維持する可能性は、現実的である。提案する着想は、ある意味では、トルク生成デバイスと自己整列される動的磁気軸受との組み合わせであると言うことができる。
図33乃至図37は、その頂面を図33に示すステータを構成する6つの層1040,1041,1042,1043,1044,1045を備える、3位相の非限定的な例示的なステータ巻線構造の概略図を示している。ステータは、1010のセクタに分割され、それらの各々は、ステータ巻線構造区画1090を含む。各セクタは、例えば、各セクタに対するPMキャリア1056上のPM1050の周方向位置を読み取る、各セクタでのエンコーダフィードバックに基づき別個のモータコントローラ(図示せず)によって制御される。各セクタを別々に制御することは、ロータ及びステータを磁力によって能動的に同心に保持することができるよう、径方向の力がCPUによって制御されるのを可能にする。その効果は、径方向における能動的な磁気軸受の効果である。巻線の詳細が、図34に示されている。図35は、図33のステータ巻線の単一の区画1090の等角図を示している。図36は、両方とも同相にあり、層貫通ビアと接続される、一番上の2つの層1044及び1045だけを示している。2つの導体層のうちの下方層1044だけが図37に示されている。
多くの実施形態が可能である。1つの例示的な実施形態が、5つのロータディスク1094の外部ロータスタックが完全回転で回転することを可能にする4つのステータディスク1092の内部ステータスタックとして、図38に示されている。他の例示的な実施形態が図39に示されており、4つのステータディスクの周りに共に積み重ねられた5つのディスクを備える外部ロータを備える。ステータディスク1092は、IDリング部材1096と共に固定され、ステータディスク1092及びロータディスク1094上の固定タブ1098及び出力タブ1100は、それぞれ、極めて薄い軸方向寸法を備える直線作動(インライン作動)を可能にする。追加的なトルクのために、より多くのステータ及びロータディスクを追加することができる。
図40は、第1のキャリア1104と類似のアクチュエータ1116と形成されたアクチュエータ又は電気機械1102の実施形態を使用する2つのジョイントロボットフィンガ1122の非限定的な例示的な実施形態の概略的な断面を示している。このアクチュエータ1102は、非限定的に、多数の極を有するが1つの位相のみを有する単相リニアアクチュエータであることができ、従って、整流されず、(ケーブル又はストラップ又はリンケージ等を介して作用する)アクチュエータの適切に低い機械的利点が、それを取り付けられるジョイントの十分なトルク及び回転を生成することができる、十分な力を生成する。図40において、アクチュエータ1102は、指骨部1106(phalanx)に固定されたステータ1104と、ケーブル又はストラップ1110に固定されたPMAキャリア1108とを有する。ケーブル1110は、他端で、プーリ又は他の部材1112に固定される。プーリ1112は、ハンド部材1114に固定されている。ステータ1104が通電されると、一方の極性において、それは、アクチュエータが拡張されるときに、フィンガをハンド部材1114に対して真っ直ぐ引っ張るハンド部材手と指骨部との間に作用するCWばね(図示せず)の結果として、指骨部1102が時計回り方向に回転することを可能にする。反対の極性がステータ1104に適用されるとき、ケーブル1110は、ステータ1104に向かって引き寄せられ、よって、指骨部1102は、CCW方向に回転する。
図42は、絶縁層1134内に位置するポスト1136を備える導電体層1140乃至1143の層状構成の両側にある交番極性磁石1050の実施形態を例示している。この例示は、回転式又は線形であってよい軸方向磁束の実施形態を例示している。
ロボット工学又は運動制御におけるフィンガジョイント又は他のデバイスのような多くの運動制御用途のために、少量の動きを機械的に増幅して、例えば、図40及び図41に例示するような人間の手におけるようなケーブル「腱」(“tendon”)を引っ張るケーブル及びプーリで、所要のタスクを達成することができる。成人の人差し指は、例えば、全ての3つの関節の全運動範囲に亘る約18mmの線形腱動作を必要とする。ロボットフィンガの各ジョイントが別個のリニアモータ及び腱によって制御されるならば、人間の指の関節運動を再現する各アクチュエータの全移動量は、〜6mmである。ロボット腱の機械的な利点が人間の指の1/2まで減少させられるならば、それは人間の指関節の動作範囲を達成するために各ジョイントにある各個別のアクチュエータで3mmのアクチュエータ総移動を必要とするにすぎない。
図42の上記磁石構成は、図43乃至図52のアセンブリに示されており、層状構造を示すために、各後続の図で層が除去されている。
電気機械の一例が図53、図54、及び図55に示されており、両方のキャリアにコイルを備える。本明細書に開示する他の電気機械と同様に、図53の電気機械は、開示のスロット密度及びポスト高さ又は導体容積を有してよい。所与の例は径方向磁束についてであるが、軸方向磁束及びリニア電気機械について設計原理を使用することができる。内部キャリヤ1220又は外部キャリヤ1222のいずれかを固定してよい。ステータ1220は、非限定的に、銅線のようなワイヤで巻かれる。それは電流を個々のポスト又は位相に変えるために整流されることができ、或いは、DC電磁石ポストが全てのPM1224からの磁束を同時に操縦する(steer)よう巻かれて通電されてよいよう、それは可変DC電流で通電されることができる。この磁束ステアリング(flux steering)は、PM1224からの磁束を、ステータ1220を通じる短絡から方向変更し、ロータ1222へのエアギャップに亘るより低いリラクタンス経路を見出させる。ロータ1222は(ステータコイルが整流されるならば)受動的であり得るし、ロータ1222は(ステータがDC電流で整流され或いは通電されるならば)ポスト1227の周りのコイル1232で整流されることができる。その結果は、ステータ1220及びロータ1222上のコイルが通電されないときにエアギャップに亘る磁束が減少する或いはそのような磁束がない、実施形態である。これは、コイルが通電されないときにロータが逆駆動される(backdriven)ときに、コギング及び(減衰力とも呼ばれる)逆起電力(back EMF)を減少させ或いは排除する。逆駆動性(backdriveability)は、ロボット工学及びホイールモータを含む多くの用途にとって利点である。この実施形態は、依然として発電機として作用することができるが、ステータコイルの通電を必要とする。
図55は、内部ステータ上で永久磁石のハルバッハアレイを使用する電気機械の実施形態を示している。ハルバッハアレイは、電気モータにおける永久磁石としての使用について知られている。これは永久磁石を使用する効果的な方法であり、分析はそれが図53及び図54に記載する磁束ステアリングステータと同様のトルク対重量比を有することを示している。永久磁石は、鋼よりも低い磁束密度を有するので、ハルバックアレイの実施形態のために可能な最大トルクは、所与の直径(及び可能なステータ/ロータ質量)について、この開示で先に記載したような磁束ステアリングの実施形態よりもより低いことが予想される。ハルバックアレイを使用する利点は、多くの用途にとって有意である低プロファイルフォームファクタを含む。高いスロット密度に起因する導体についての短い熱流路は、トルク密度の向上を提供することが期待される。ハルバッハアレイ、ステータ又はロータに設けられてよく、いずれかは内側であってよい。他の実施形態では、三角形の磁石が交番径方向極性で使用されてよいが、各磁石間の軟磁性材料の三角形磁束経路コネクタはハルバック磁石と類似の形状及びサイズを有する。この構成の利点は、磁石の数が半分であることに起因するコストの低減、鋼製三角形部品を単一のバック鉄心コンポーネントに接続することに起因するより少ない公差積重ね(tolerance stackup)、及び永久磁石が軟磁性材料のロータのバック鉄心に磁気的に引き付けられることに起因する永久磁石のより良い固定を含む。
図56は、例示的なアクチュエータ2100の断面を示している。外側ハウジング2101が、外側ハウジング2104に締結されている。2つの部分のステータ又は均等に第1のステータ2106及び第2のステータ2108は、ネジ山付きファスナのような機械的手段によって及び/又は接着剤若しくは他の固定方法を用いて、ハウジング2102,2104の内向きに面する表面に固定される。ロータ2110は、それをハウジング2102及び2104に対して同心状に並びに固定的な軸方向位置に保持する軸受2112を用いて、回転について固定される。
図59及び図60に示す実施形態において、接線方向に磁化された永久磁石2124のアレイは、NSSNNSSNNSSNNS...の順序において接線方向に磁化される。よって、ロータ2110上のあらゆる第1の径方向磁束経路部材2128は、両方の軸方向端でN極であり、あらゆる第2の磁束通路部材2130は、両方の軸方向端でS極である。ロータ2110は、正弦面2116を含み、正弦面2116を、非限定的に、渦電流センサ、光センサ、又は他のセンサのような、エンコーダと共に用いて、モータコントローラ用のロータ2110の径方向位置を提供することができる。多くの他の種類のエンコーダをこのデバイスの実施形態と共に使用することができる。ロータ2110の円筒形部分2118は、ロータ2110からロボットアームのような出力への取付け面を提供する働きをし、ロータ2110に剛性をもたらす働きをする。この円筒形部材2118は、ロータ2110と一体成形品であることができ、或いは、この円筒形部材2118は、非限定的に、熱膨張によってディスクに組み立てられる及び/又はロータ2110のディスク区画に他の方法で取り付けられる、アルミニウムリングのような別個のコンポーネントであることができる。分離ディスク2120(separator discs)を使用して、導体2122をステータポスト2114の間のスロット内に封止し且つ収容してよい。分離ディスク2120が使用されるならば、それらは、渦電流を妨げるTorlon(TM)(ポリアミドイミド)又は他の非金属材料のような、非導電性材料で作られてよい。導体2122は、ワイヤを含む任意の構造で作られてよいが、本明細書で示すような層状構造でよい。導体は、銅又はアルミニウムを含む任意の材料で作られてよい。
デバイスの非限定的な例示的な実施形態2156の断面図が図70に示されており、175mmの平均空気ギャップ直径を備える。2146個の径方向磁束通路部材2160と対応する2146個の永久磁石(図示せず)を備えるロータ2158が、2つのステータ2162の間の軸受に回転的に固定され、2つのステータは、それぞれ、144個のポスト2164及び144個のスロットを有する。3相制御が使用されるが、他の数の位相も可能である。図71に示すように、3相の各々からの導体2166は、それぞれ24個のスロットの2つの等しく正反対に配列された区画に配置される。3相のそれぞれの位相における第2の区画は、逆の電流の流れ方向において第1の区画に配線され、位相の各区画は、それに回転的に隣接する位相と逆に配線される。導体2166は、従来的なワイヤであることができるが、図70乃至図78に示すような層状導体システムであってよい。この実施形態において、各区画内の位相内の導体2166は、1つの円周方向における各々の隣接するスロット内で径方向を交替させ、ある区画の端で円周方向を逆転させ、電流がスロット内の全ての導体において常に同じ径方向に流れるよう反対の円周方向において径方向を交替させ、各スロットは、ある区画におけるポストが通電の瞬間に交替する極性で磁化されるよう、その区画内の隣接するスロットと比較して所与の瞬間に反対の電流の流れ方向を有する。
例えば、導電体から各ステータのステータバック鉄心の背面への伝導熱伝達を通じる受動的な冷却が使用されてよい。図70及び図71の実施形態において、バック鉄心2170は、固体鉄又は鋼のような一体成形材料で作られてよく、低導電性であるが、非限定的に、Permendur(TM)49Fe−49Co−2Vのような高磁性飽和材料又は非平坦形状であり得る他の軟磁性材料であってよい。固体(solid)とは、この文脈において、ステータの磁性材料が連続的であり、非磁性積層体がないことを意味する。
図79に示す巻線は、湾曲した又は可変の幅のポスト2226のような非直線のポスト形状を可能にする。
ロータをここに示すような一体成形構造で作ることができ或いは一緒にサンドイッチする2又はそれよりも多くの部品で作ることができる。磁石は、磁束経路効果及び構造効果のために、任意の方向にテーパ状であることを含む任意の形状であることができる。任意の種類の磁石を使用することができる。任意の数の磁石を使用することができる。任意の幅の磁石を使用することができる。ロータの軸方向面の一方又は両方をステータとの組み合わせにおいて使用することができる。多数のロータを使用することができる。磁石の多数の円形アレイを2以上のアレイにおいて異なる数の磁石と共に使用することができる。このロータをアクチュエータ若しくはモータ又は任意の数の位相若しくは極を備える任意の磁気機械若しくはデバイスと共に使用することができる。
図93乃至図97は、ロータが一対の背中合わせのステータの各側に配置された電気機械2281を示している。図94は、ロータ2282が、この例では、2つの角度接触軸受2286によってステータベースプレート2284から支持された、2つの幾分鏡面の半体2283を含むことを示している。ステータの間にロータを有する以前に記載した設計と同様に、ロータの各半体2283の外側領域は、図93の本実施形態の拡大図に示すように、ロータ2282の内側領域の2つの半体2283にある同数の等間隔に離間した外向きに突出する径方向磁束経路部材2290と相互嵌合させられた、内向きに突出する等間隔に離間した径方向磁束経路部材2288のアレイを含む。ステータベースプレート2284は、アルミニウムのような高熱伝導性材料で作られてよい。この実施形態のステータ2292の構造は図95に示されている。ステータ2292は、バック鉄心2294と、ポスト2296と、バック鉄心の後部からの軸方向突起2298とを含む。ステータの背面にある軸方向突起2298は、図96に示すように、機械的手段又は接着剤結合によってステータベースプレート2284にあるスロット2300内に固定される。デバイス2281の断面が図97に示されている。径方向チャネル2302は、デバイス2281を冷却するために使用されてよい空気又は液体又は位相変化流体のような流体の流れのために、ステータポスト2296、ステータバック鉄心2294、及びステータベースプレート2284の間に形成される。各ステータポスト2296は、バック鉄心2294の厚さを通じて支持され、ステータベースプレート2284のスロット2300に係入する。ここで使用するステータアセンブリは、バック鉄心2294に融合されたステータポスト2296を示すので、界面線は見えない。この例では、テーパ状の磁石2304が使用される。ステータ2292に向かう引力がそれらをロータ2282の本体内に固定するからである。ステータポストの周りに位置付けられる導体はこれらの図に示されていないが、ロータの外側に配置されるステータを備える構成において記載されたものと類似する。
他の実施形態は、一体成形ステータの各側に1つのロータを含む。図98は、そのような電気機械2306の実施形態の断面を示している。ロータは、この例では、2つの角度接触軸受2312によって、ステータ2310から支持された2つの幾分鏡像の半体2308を含む。ロータの間にステータを有する以前に記載した設計と同様に、ロータの各半体2308の外側部分は、図81のロータに類似しており、ロータの内側部分にある同等の数の等間隔に離間した外向きに突出する径方向磁束経路部材と相互嵌合させられる、内向きに突出する等間隔に離間した径方向磁束経路部材のアレイを含む。ロータの2つの半体2308の間の磁束の流れを防止するために、それらは両方とも同じ極性を有する。各ロータ半体2308の内側部分は、その磁石の極の向きに従って分極されるので、同じ磁石の極が各ロータ半体にある外向きに突出する径方向磁束経路部材に対して配置されなければならない。デバイス2306を冷却するために使用されることがあるあらゆる流体を運ぶために使用することができるステータ2310の中心部分を通じる穴2314が示されている。デバイス2306の断面が図99に示されている。この例ではテーパ状の磁石2316が使用されている。ステータ2310に向かう引力はそれらを各ロータ半体2308の本体内に固定するからである。ステータ2310は、2つの幾分鏡像のステータポスト2318のセットを含む。ステータポスト2318の周りに配置される導体は、これらの図面に示されていないが、ロータの外側に配置されたステータを備える構成において記載したものと類似する。
以下は、アクチュエータ(開示の構成のスロット密度及び導体容積又は他の開示の特徴のうちの1つを有するモータ)がロボット用途においてどのように使用されることがあるかについての非限定的な例として与えられている。この例示的なシステムの概略が図100に示されている。例示的なシステムは、静止ロボットアームで構成され、静止ロボットアームは、10kgの公称ペイロード2338(nominal payload)を支持し、アームに沿って離間する4つのアクチュエータ2340,2342を有する。よって、ロボットアーム2336上の少なくとも1つのアクチュエータ2340,2342は、他のアクチュエータによって支持される。アクチュエータ2340のうちの3つは、同じ大きさ及びトルク生成能力であり、2つがショルダジョイントに位置し、1つがエルボージョイントに位置する。リスト(手首)に位置する残りのアクチュエータ2342は、以前のアクチュエータのサイズ及び重量の半分である。リストアクチュエータ2342は、この例では作動しておらず、システムに加わる重さについてのみ考慮される。能動的なアクチュエータは、200mmの平均エアギャップ直径及び32mmの径方向の歯の長さを有する。各アクチュエータ2340,2342と関連付けられるハウジング及び周辺機器は、総重量が有効重量の二倍にあると推定されるよう、アクチュエータの有効重量に等しいと推定される。アクチュエータ2340の中心から中心までの距離は0.5mである。各アーム2336の重量は、公称ペイロード2338を含む下流のシステムコンポーネントの全質量の20%にあると推定される。この例におけるシミュレーションは、各アクチュエータ2340の各ステータの背面に700W/m2Kの強制液体冷却速度を適用する。システムは、アーム2336が水平であり且つ十分なトルクを供給してペイロード2338を保持する、静止位置において分析される。システムの消費電力は、エルボージョイント及び2つのショルダアクチュエータ2340によって消費される総電力に等しい。この例では、システム電力消費が開示の範囲の内側で大幅に低下することが分かる。これは要求されるトルクに対するデバイスの重量の複合効果に起因する。各々の個々のアクチュエータの重量が低下すると、あらゆる上流のアクチュエータから必要とされるトルクは低減される。特定の構造及びペイロードを備えるあらゆる特定のシステムについて、システムの消費電力が最小限に抑えられる幾何学的形状がある。この結論に達するために必要とされる計算は、連続的なトルクについて70℃の温度限界を想定した。ペイロードをサポートするためにシステム内の1つのアクチュエータがこの温度制限を超えなければならない幾何学的形状は過熱と分類されて除外される。非常に大きなスロットピッチ及び導体容積を備える幾何学的形状は過熱する。何故ならば、上流のアクチュエータは、下流のアクチュエータをサポートするのに十分な連続的トルクを生成することができないからである。それらはアクチュエータの重量によって制限される。非常に小さなスロットピッチ及び導体容積を備える幾何学形状は過熱する。何故ならば、上流のアクチュエータは、ペイロードを支持するのに十分な連続的トルクを生成することができないからである。それらはペイロード重量によって制限される。あらゆる特定のシステムにとって最適な幾何学的形状は、システム要求を満足する十分なトルクを生成すること及びアクチュエータ重量を最小限に抑えて総電力消費を減少させることの間のバランスである。
幾つかの実施形態では、積層(laminated)ステータ又はロータが使用されてよい。図103には、積層ポストステータ構成が示されている。この例示的な実施形態は、積層ポスト2382のアレイを受け入れるスロット2380のアレイを有する。バック鉄心ディスク2384は、ここに示されるような中実構造(solid construction)又は焼結構造(sintered construction)又は積層構造(laminated constructions)であることができる。磁束の線は、軸方向磁束モータ内で概ね接線方向に進むので、有効なラミネート構造(laminate structure)は、接線方向に整列させられた各ポスト及びバック鉄心のためにラミネートを有する必要がある。この整列を達成する1つの方法は、各ラミネート層の間で接着剤層を用いて、テープのロールのような一片のラミネートをしっかりとした螺旋に巻くことである。コイルが硬化させられた後に、機械加工プロセスによって材料を除去して、放射状ポスト及びスロットを形成する。
開示される電気機械のいくつかの実施形態は、コーティングされた(coated)アルミニウム導体を含む。電気機械のためのアルミニウム導体の製造及びコーティングのプロセスが開示され、これは、導体の高い放熱及び低コスト製造が可能なような方法で、電気絶縁のために導体上に陽極酸化処理された表面仕上げを形成することを含む。記載される手順は、特に、開示された範囲内のモータ/アクチュエータと組み合わせて使用されるとき、高い電流密度を達成するために、様々な構成及び組み立てステップを利用し得る。このプロセスは、限定されるものではないが、電気機械の実施形態などの電気機械の製造に使用され得る。
電気機械のいくつかの実施形態は、ディスクの平面を通って延びる孔を持つ、環状ディスクを有するロータを有する。いくつかの実施形態では、孔は内縁部と外縁部との間に延在し、他の実施形態では、孔は、ディスクの途中までしか延びていなくてもよい。ディスクの平面に直交する断面の平面を持つ、断面が円形である孔は、ロータに半円アーチ支持(roman arch support)を提供することができ、ロータに剛性を与える。ロータにおける孔の使用は、ロータにおける材料の量が減少させ、より小さい質量をもたらす。孔は、完全に半径方向には延びていないが、半径方向に延びてもよい。しかし、スパイラル配置のような他の配置も可能である。孔はスロットと平行であってもよい。孔は、軸平面(axial plane)上への投影上でスロットと整列してもよい。孔及びスロットは、開口によって接続され得る。ロータは、鋼又は鉄のような材料の一体部品から製造されてよく、ロータポストは、一体部品から形成されてよい。ポストは、ロータの内縁部と外縁部との間に延び得る。ロータポストは、内縁部と外縁部との間に直線を画定することができ、互いに実質的に平行であり得る。このような構成は、磁石挿入を容易にすることができる。ポストは、磁石の保持を向上させるために、軸方向の高さを有する円周方向の厚さの逆テーパ(狭窄)を有してもよい。両面ロータでは、ロータの両側にポストがあってよく、ディスクの一方の側のポストは、軸に垂直な平面に投影されるディスクの反対側のそれぞれのポストと位置合わせされ得る。ロータは、低密度マグネシウム又はアルミニウムリングで補強されてもよい。ロータの軸方向断面は、中心からの異なる半径方向の距離において異なる厚さを有し得る。特に、ロータは、内側の半径よりも大きく且つ外側の半径よりも小さい、ロータの中心からの半径方向の距離におけるより小さい軸方向高さを有し得る。
開示された範囲の装置の幾何学的形状は、例えば、0.0254mm(0.001インチ)以下の低さから、0.254mm(0.010インチ)以上までのような、ステータとロータとの間のエアギャップの範囲にわたって、トルク対重量(torque-to-weight)及びKRの利点を提供する。開示された範囲の高い磁極密度は、開示された範囲外の所与の直径のモータと比較して、より小さいエアギャップから恩恵を受ける傾向がある著しく短い磁場をもたらす。解析及び実験により、175mm平均エアギャップ直径アクチュエータのための0.127mm(0.005インチ)のエアギャップは、本明細書に示される原理を実装することにより、合理的な製造公差で有益且つ達成可能であることが示されている。
A) 半径方向及び周方向の強度及び剛性のため、
B) 冷却のための表面積を増加させるため、及び
C) 統合磁束経路部材として、使用されることができる。磁束経路を強化するために冷却及び/又は剛性フィンを使用することは、低い総重量を達成するために高密度ステータバック鉄心材料の効率的利用を効果的に使う。
[整列した永久磁石ロータ]
既知の永久磁石ロータ構成は、磁束経路の方向に分極された磁石を使用する。このタイプのロータは、隣接する反対極性の磁石の間に磁束結合経路を設けることによって軟磁性バック鉄心を使用する。軟磁性材料は、容易に磁化され且つ消磁される材料である。バック鉄心における磁束結合経路は、エアギャップにおける磁束密度を減少させ、動作中に磁石を保持するための接着剤又は機械的固定具の必要性を低減または排除するよう永久磁石とバック鉄心との間に磁気引力ももたらす。
集中磁束ロータは交番極性の接線方向に分極された磁石を使用し、当業者には、同じ磁石が整列されたPM構成で使用した場合に可能であるよりも、エアギャップにおけるロータポストのより高い磁束密度の可能性を提供することが知られている。
図141を参照すると、本装置の実施形態のロータ3300及びステータ3330が示されている。ロータは、ロータポスト3304及びバック鉄心3310を含み、連続構造を形成する。ロータポスト3304及びバック鉄心3310は、均質且つ等方性の材料から形成され、ロータポスト3304は、バック鉄心からの均質な延長部である。ロータポスト3304の間の空間は、ロータスロット3306を画定する。ロータスロット3306は、永久磁石3302によって満たされる。ステータ3330は、ステータポスト3332及び導体層3334を含む。
図142、図143を参照すると、装置の実施形態は、高電流及び電流がない状態を含む永久磁石を保持するように働く磁力を提供するためにバック鉄心を通る磁束結合経路を提供するジオメトリの特徴及びパラメータの範囲を使用する。バック鉄心を通過する磁束は、磁石をスロット内に引き付け、したがって、磁石を保持するのに役立つ磁力を生成する。永久磁石が常にスロットの底部に対して磁気的に保持されることを確実にするために、装置のいくつかの実施形態のジオメトリは、ロータポスト及びバック鉄心を通って結合する全磁束が、エアギャップを横切って結合する磁束より高いようになる。ロータポスト及びバック鉄心を通って結合する全磁束が、ステータが最大電流で電力を供給されるときにエアギャップを横切って結合する磁束よりも高い様々な他の影響条件の下であることも好ましい。
機械的及び磁気的力の組み合わせを用いてロータスロットに磁石を保持するための力を提供することも可能である。テーパ磁石は、ロータスロットに磁石を保持しながら、かなりの割合の磁束がエアギャップを通過する構造を提供することができる。
図146及び図147を参照すると、半径方向磁束構成の集中磁束ロータの実施形態の斜め断面図が示されている。ロータポスト3304は、磁石3302がロータスロット3306から半径方向に移動するのを防止するロータレリーフ(rotor relief)3320を含む。ロータポスト3304は、サイド鉄心3312(図146には示されていないが、図147を参照)によって接続される。サイド鉄心3312は、磁束がサイド鉄心3312を通過し且つ永久磁石3302とサイド鉄心3312との間に吸引磁力を発生させることを可能にする磁束結合経路を形成する。サイド鉄心3312とロータレリーフ3320との組み合わせは、永久磁石をロータ3300に確実に保持する。この実施形態では、ロータポスト3304の一部は、スロットの底部(この場合半径方向外側)に磁石を保持するとともに磁石を固定するのを助けることから解放される。
開示されたジオメトリの横方向磁束モータのようなモータタイプへの適用のために、開示された範囲内の熱放散及び他の利点が実現される程度に影響を及ぼす他の設計上の考慮が存在し得る。例えば、横方向磁束モータの場合、(コイルの軸に平行な方向の)ポストの幅は磁極ピッチとは無関係である。しかし、この幅は、それがステータバック鉄心の必要な厚さに直接関係しているので、システムの重量に影響を及ぼす。コイルの軸方向幅に対するポストの軸方向幅の比も考慮しなければならない。これらの量が減少する場合、エアギャップの全表面積及び導体断面積は、アセンブリ全体を軸方向に配列することによって、一定に保たれることができる。したがって、最適なトルク対重量及び熱放散はまた、アレイピッチ及びポスト軸方向幅に依存する。
横方向磁束モータには多くの既知の変形形態がある。ここでは、本装置の原理による横方向磁束モータの非限定的な例示的実施形態が示される。ここでは2つの相(phases)が示されていますが、より少ない相又はより多くの相が異なる効果を伴って使用され得る。図165乃至図166Bに示される、第1の実施形態では、磁束は、ロータからステータへ幾分半径方向に結合するが、横方向磁束原理の変形形態は、例えば、図167乃至図169に示すように、軸方向に又は装置の軸に斜めに結合する磁束を有し得る。
開示された構造のいずれも、ポスト及びポスト間のスロットを含む電磁要素を有する電気機械と共に使用されることができ、ポストは、ステータ又はロータの少なくともいずれかで、磁極を形成するように巻かれ、磁極密度は、この特許文献に明示されている方程式によって規定される磁極密度の範囲内にあり、ポスト高さは、この特許文献で明示された方程式によって規定されるポスト高さの範囲内にある。これらの方程式はそれぞれ有界領域を規定する。有界領域は、電気機械のサイズに依存し、そのサイズは機械の半径によって規定される。境界領域は、磁極密度、ポスト高さ及び機械のサイズによって規定される空間内の境界表面を規定する。電気機械の各半径について、有界領域は、発明者によって新規且つ自明ではないと考えられている。
KRの観点で、又はトルク、トルク対重量、及び(さらに説明するような)Kmを組み合わせた重み付け関数の観点で、有意な利益(benefit)を与える磁極ピッチ(又は密度)及び導体体積の範囲が明らかになった。重み付け関数に関する利益の量は、冷却量及び他の要因に依存するが、方程式によって、示されるような利益をもたらす電気機械の新規な構造が規定される。これらの利益をもたらす磁極密度及び導体体積の範囲によって決定される有界領域を規定する式が与えられる。
幾何学的構成の範囲は、所与の電力入力に対して異常に高いトルク対重量を与える。この効率は温度に依存しない。例えば、所与のトルク対重量において、開示される範囲内の装置がより少ない電力を使用するので、開示される範囲内のアクチュエータは、所与の冷却方法について、開示される範囲外の同様のアクチュエータよりもより低温で動作することができる。
ステータのバック鉄心は、ポストの幅(周方向又は接線方向の幅)の50%である軸方向の深さを有することができる。ポストは、それぞれ接線方向の幅を有してもよく、ステータは、バック鉄心部分を含み、バック鉄心部分は、ポストの接線方向の幅の半分以下の厚さであり、又はポストの接線方向の幅未満であってもよい。バック鉄心を厚くすると、重量が追加され、利益が小さくなる。バック鉄心を薄くすると冷却に役立つが、冷却に対するバック鉄心の厚さの効果はあまり大きくない。バック鉄心の面は、ステータからハウジングへ熱を物理的に伝導するようにハウジングと物理的に接触してもよく、及び/又はステータの背面は、アクティブに循環する冷却流体に曝され、及び/又はステータの背面は、大気又はハウジング又は他の要素への放射放熱するように構成することができ、及び/又はステータの背面は、空気又は液体をステータ及び/又はハウジングの面上を通すことにより対流又は受動冷却するように構成することができる。ステータの背面を通過する気体又は液体を、含んでも含まなくてもよい。ステータの背面は、大気からシールされてもよく、又は大気に曝してもよい。雰囲気は、アクチュエータを取り囲む空気又は水又は他の流体であってもよい。環境は、一部の製造工程に必要な真空状態や真空空間であってもよい。ステータの背面は、表面積を増大させる冷却フィンで構成してもよい。これらの冷却フィンは、冷却流体に曝されてもよく、及び/又はハウジング又は他の部材等のヒートシンクと接触してもよい。ステータ上の冷却フィンは、周方向にポスト幅の50%を超える高さを有してもよい。
図191に示されるように、冷却供給源3402を用いてアクチュエータ3400を冷却してもよい。冷却供給源3402は、冷却アクチュエータ3400のための流体流を流路3404を介して供給することができる。冷却供給源は、任意のハウジング又は開口部の内部を含む開示される任意の流路、若しくはステータ又はロータ又は開示されるキャリア上に接続される。アクチュエータ3400は、電源3406によって電力(電気励起)を供給することもできる。電源3406は、電力コネクタ3408を使用してアクチュエータ3400に電力を供給してもよい。
図182〜図199Bに示される図は、開示される原理による自己完結型アクチュエータアセンブリの簡略図である。軸受の代わりにブシュを使用しており、ブシュは、コスト及び重量について利益を有し、且つ低速及び耐用年数が短い典型的な多くの用途に適する。導体はいずれの図にも示されておらず、他の実施形態について本明細書に開示されたものを含む任意のタイプであり得ることに留意されたい。
図200〜図207は、フレームレスモータ/アクチュエータとして磁極密度及びポスト高さの開示される範囲内の装置のステータ3802及びロータ3801をロボットアーム3800に挿入した例を示す概略図及び簡略断面図を示す。簡略化するために、導体及び配線はこれらの図に示されていないことに注意されたい。アームピボット支持のために使用される軸受3804も、エアギャップ3809を規定するために使用される。これによって、別個のアクチュエータハウジングの質量及び複雑さなしに、フレームレスアクチュエータをシステムに使用できる。スペーサリング3803と共にフレームレスアクチュエータアセンブリのIDに追加の軸受3808を使用して、より長い半径方向ポスト長さで所望のエアギャップ寸法を維持することができる。インターロック機構3812は、ステータタブ3812をハウジングタブ3816同士の間に滑らせ、持ち上げ水平方向(up-and-over)経路3815に従ってそれらステータタブ3812を所定位置に固定することによって、ステータ3802の下部アームハウジング3806への取り付けを可能にする。ロータ3814上の同様のタブは、ロータ3802を上部アーム部材3806及び内部軸受スペーサリング3803に固定する。ステータ及びロータの質量は、追加の固定機構3814、3812、及び軸受スペーサリング3803及び内部軸受3808の重量のみによって増大する。スペーサ要素3803は、アルミニウム又はマグネシウム等の低密度の材料で作製することができる。この例示的な実施形態は、175mmの平均エアギャップ直径と25mmの半径方向ポスト長さとを有する。等方性合金鋼又は鉄合金のステータ3802、及びバック鉄心を有する等方性鋼合金又は鉄合金のロータ3801は、軸受を用いてID及びODで支持されたときに、0.127mm(0.005インチ)のエアギャップを維持するのに十分な剛性を有する。
Claims (102)
- 電気機械であって、当該電気機械は、
電磁要素のアレイを有する第1のキャリアと、
磁極を規定する電磁要素を有し、第1のキャリアに対して移動するように構成される第2のキャリアと、
第1のキャリアと第2のキャリアとの間のエアギャップと、を含み、
第1のキャリアの前記電磁要素は、ポスト同士の間にスロットを有するポストと、各スロット内の1つ又は複数の導電体とを含み、第1のキャリアの前記ポストは、ミリメートル(mm)の大きさのポスト高さであり、
第1のキャリア及び第2のキャリアは一緒になって前記電気機械のサイズを規定し、前記磁極の磁極ピッチ(S)は、mmの大きさであり、
前記電気機械のサイズ、磁極ピッチ、及びポスト高さは、サイズ、磁極ピッチ、及びポスト高さによって規定される空間の領域内に収まるように選択され、前記領域は、以下の1)又は2)によって規定され、
1) a)第1のサイズの電気機械についての第1のセットの不等式によって規定される第1の面と、
b)第2のサイズの電気機械についての第2のセットの不等式によって規定される第2の面と、
c)第1の面上の第1の終点と第2の面上の第2の終点とを有する線分上にある全ての点を含むように規定されるセットと、の第1の和集合によって規定され、
第1のセットの不等式及び第2のセットの不等式は、それぞれ、不等式A及びB、又は不等式B及びC、又は不等式C及びDのセットであり、ここで、不等式Aのグループが25mmサイズについてのものであり、不等式Bのグループが50mmサイズについてのものであり、不等式Cのグループが100mmサイズについてのものであり、不等式Dのグループが200mmサイズについてのものである、或いは、
2) 不等式Dのセットによって規定される面と、該面より大きいサイズを有するが、前記面内の点に対応する磁極ピッチ及びポスト高さを有する全ての点の対応するセットと、の第2の和集合により規定され、
Aは、以下のセットA1〜A3から構成される不等式のセットのグループから選択され、
セットA1
セットB1
セットC1
セットD1
電気機械。 - 以下に示される制限、
前記領域は、第1のサイズの電気機械についての第1のセットの不等式によって規定される第1の面と、第2のサイズの電気機械についての第2のセットの不等式によって規定される第2の面との和集合によって規定され、前記セットは、第1の面上の第1の終点と第2の面上の第2の終点とを有する線分上にある全ての点を含むように規定され、第1のセットの不等式はA1であり、第2のセットの不等式はB1であり、
前記領域は、第1のサイズの電気機械についての第1のセットの不等式によって規定される第1の面と、第2のサイズの電気機械についての第2のセットの不等式によって規定される第2の面との和集合によって規定され、前記セットは、第1の面上の第1の終点と第2の面上の第2の終点とを有する線分上にある全ての点を含むように規定され、第1のセットの不等式はA1であり、第2のセットの不等式はB2であり、
前記領域は、第1のサイズの電気機械についての第1のセットの不等式によって規定される第1の面と、第2のサイズの電気機械についての第2のセットの不等式によって規定される第2の面との和集合によって規定され、前記セットは、第1の面上の第1の終点と第2の面上の第2の終点とを有する線分上にある全ての点を含むように規定され、第1のセットの不等式はA1であり、第2のセットの不等式はB3であり、
前記領域は、第1のサイズの電気機械についての第1のセットの不等式によって規定される第1の面と、第2のサイズの電気機械についての第2のセットの不等式によって規定される第2の面との和集合によって規定され、前記セットは、第1の面上の第1の終点と第2の面上の第2の終点とを有する線分上にある全ての点を含むように規定され、第1のセットの不等式はA2であり、第2のセットの不等式はB1であり、
前記領域は、第1のサイズの電気機械についての第1のセットの不等式によって規定される第1の面と、第2のサイズの電気機械についての第2のセットの不等式によって規定される第2の面との和集合によって規定され、前記セットは、第1の面上の第1の終点と第2の面上の第2の終点とを有する線分上にある全ての点を含むように規定され、第1のセットの不等式はA2であり、第2のセットの不等式はB2であり、
前記領域は、第1のサイズの電気機械についての第1のセットの不等式によって規定される第1の面と、第2のサイズの電気機械についての第2のセットの不等式によって規定される第2の面との和集合によって規定され、前記セットは、第1の面上の第1の終点と第2の面上の第2の終点とを有する線分上にある全ての点を含むように規定され、第1のセットの不等式はA2であり、第2のセットの不等式はB3であり、
前記領域は、第1のサイズの電気機械についての第1のセットの不等式によって規定される第1の面と、第2のサイズの電気機械についての第2のセットの不等式によって規定される第2の面との和集合によって規定され、前記セットは、第1の面上の第1の終点と第2の面上の第2の終点とを有する線分上にある全ての点を含むように規定され、第1のセットの不等式はA3であり、第2のセットの不等式はB1であり、
前記領域は、第1のサイズの電気機械についての第1のセットの不等式によって規定される第1の面と、第2のサイズの電気機械についての第2のセットの不等式によって規定される第2の面との和集合によって規定され、前記セットは、第1の面上の第1の終点と第2の面上の第2の終点とを有する線分上にある全ての点を含むように規定され、第1のセットの不等式はA3であり、第2のセットの不等式はB2であり、
前記領域は、第1のサイズの電気機械についての第1のセットの不等式によって規定される第1の面と、第2のサイズの電気機械についての第2のセットの不等式によって規定される第2の面との和集合によって規定され、前記セットは、第1の面上の第1の終点と第2の面上の第2の終点とを有する線分上にある全ての点を含むように規定され、第1のセットの不等式はA3であり、第2のセットの不等式はB3であり、
前記領域は、第1のサイズの電気機械についての第1のセットの不等式によって規定される第1の面と、第2のサイズの電気機械についての第2のセットの不等式によって規定される第2の面との和集合によって規定され、前記セットは、第1の面上の第1の終点と第2の面上の第2の終点とを有する線分上にある全ての点を含むように規定され、第1のセットの不等式はB1であり、第2のセットの不等式はC1であり、
前記領域は、第1のサイズの電気機械についての第1のセットの不等式によって規定される第1の面と、第2のサイズの電気機械についての第2のセットの不等式によって規定される第2の面との和集合によって規定され、前記セットは、第1の面上の第1の終点と第2の面上の第2の終点とを有する線分上にある全ての点を含むように規定され、第1のセットの不等式はB1であり、第2のセットの不等式はC2であり、
前記領域は、第1のサイズの電気機械についての第1のセットの不等式によって規定される第1の面と、第2のサイズの電気機械についての第2のセットの不等式によって規定される第2の面との和集合によって規定され、前記セットは、第1の面上の第1の終点と第2の面上の第2の終点とを有する線分上にある全ての点を含むように規定され、第1のセットの不等式はB1であり、第2のセットの不等式はC3であり、
前記領域は、第1のサイズの電気機械についての第1のセットの不等式によって規定される第1の面と、第2のサイズの電気機械についての第2のセットの不等式によって規定される第2の面との和集合によって規定され、前記セットは、第1の面上の第1の終点と第2の面上の第2の終点とを有する線分上にある全ての点を含むように規定され、第1のセットの不等式はB2であり、第2のセットの不等式はC1であり、
前記領域は、第1のサイズの電気機械についての第1のセットの不等式によって規定される第1の面と、第2のサイズの電気機械についての第2のセットの不等式によって規定される第2の面との和集合によって規定され、前記セットは、第1の面上の第1の終点と第2の面上の第2の終点とを有する線分上にある全ての点を含むように規定され、第1のセットの不等式はB2であり、第2のセットの不等式はC2であり、
前記領域は、第1のサイズの電気機械についての第1のセットの不等式によって規定される第1の面と、第2のサイズの電気機械についての第2のセットの不等式によって規定される第2の面との和集合によって規定され、前記セットは、第1の面上の第1の終点と第2の面上の第2の終点とを有する線分上にある全ての点を含むように規定され、第1のセットの不等式はB2であり、第2のセットの不等式はC3であり、
前記領域は、第1のサイズの電気機械についての第1のセットの不等式によって規定される第1の面と、第2のサイズの電気機械についての第2のセットの不等式によって規定される第2の面との和集合によって規定され、前記セットは、第1の面上の第1の終点と第2の面上の第2の終点とを有する線分上にある全ての点を含むように規定され、第1のセットの不等式はB3であり、第2のセットの不等式はC1であり、
前記領域は、第1のサイズの電気機械についての第1のセットの不等式によって規定される第1の面と、第2のサイズの電気機械についての第2のセットの不等式によって規定される第2の面との和集合によって規定され、前記セットは、第1の面上の第1の終点と第2の面上の第2の終点とを有する線分上にある全ての点を含むように規定され、第1のセットの不等式はB3であり、第2のセットの不等式はC2であり、
前記領域は、第1のサイズの電気機械についての第1のセットの不等式によって規定される第1の面と、第2のサイズの電気機械についての第2のセットの不等式によって規定される第2の面との和集合によって規定され、前記セットは、第1の面上の第1の終点と第2の面上の第2の終点とを有する線分上にある全ての点を含むように規定され、第1のセットの不等式はB3であり、第2のセットの不等式はC3であり、
前記領域は、第1のサイズの電気機械についての第1のセットの不等式によって規定される第1の面と、第2のサイズの電気機械についての第2のセットの不等式によって規定される第2の面との和集合によって規定され、前記セットは、第1の面上の第1の終点と第2の面上の第2の終点とを有する線分上にある全ての点を含むように規定され、第1のセットの不等式はC1であり、第2のセットの不等式はD1であり、
前記領域は、第1のサイズの電気機械についての第1のセットの不等式によって規定される第1の面と、第2のサイズの電気機械についての不等な第2のセットによって規定される第2の面との和集合によって規定され、前記セットは、第1の面上の第1の終点と第2の面上の第2の終点とを有する線分上にある全ての点を含むように規定され、第1のセットの不等式はC1であり、第2のセットの不等式はD2であり、
前記領域は、第1のサイズの電気機械についての第1のセットの不等式によって規定される第1の面と、第2のサイズの電気機械についての第2のセットの不等式によって規定される第2の面との和集合によって規定され、前記セットは、第1の面上の第1の終点と第2の面上の第2の終点とを有する線分上にある全ての点を含むように規定され、第1のセットの不等式はC1であり、第2のセットの不等式はD3であり、
前記領域は、第1のサイズの電気機械についての第1のセットの不等式によって規定される第1の面と、第2のサイズの電気機械についての第2のセットの不等式によって規定される第2の面との和集合によって規定され、前記セットは、第1の面上の第1の終点と第2の面上の第2の終点とを有する線分上にある全ての点を含むように規定され、第1のセットの不等式はC2であり、第2のセットの不等式はD1であり、
前記領域は、第1のサイズの電気機械についての第1のセットの不等式によって規定される第1の面と、第2のサイズの電気機械についての第2のセットの不等式によって規定される第2の面との和集合によって規定され、前記セットは、第1の面上の第1の終点と第2の面上の第2の終点とを有する線分上にある全ての点を含むように規定され、第1のセットの不等式はC2であり、第2のセットの不等式はD2であり、
前記領域は、第1のサイズの電気機械についての第1のセットの不等式によって規定される第1の面と、第2のサイズの電気機械についての第2のセットの不等式によって規定される第2の面との和集合によって規定され、前記セットは、第1の面上の第1の終点と第2の面上の第2の終点とを有する線分上にある全ての点を含むように規定され、第1のセットの不等式はC2であり、第2のセットの不等式はD3であり、
前記領域は、第1のサイズの電気機械についての第1のセットの不等式によって規定される第1の面と、第2のサイズの電気機械についての第2のセットの不等式によって規定される第2の面との和集合によって規定され、前記セットは、第1の面上の第1の終点と第2の面上の第2の終点とを有する線分上にある全ての点を含むように規定され、第1のセットの不等式はC3であり、第2のセットの不等式はD1であり、
前記領域は、第1のサイズの電気機械についての第1のセットの不等式によって規定される第1の面と、第2のサイズの電気機械についての第2のセットの不等式によって規定される第2の面との和集合によって規定され、前記セットは、第1の面上の第1の終点と第2の面上の第2の終点とを有する線分上にある全ての点を含むように規定され、第1のセットの不等式はC3であり、第2のセットの不等式はD2であり、
前記領域は、第1のサイズの電気機械についての第1のセットの不等式によって規定される第1の面と、第2のサイズの電気機械についての第2のセットの不等式によって規定される第2の面との和集合によって規定され、前記セットは、第1の面上の第1の終点と第2の面上の第2の終点とを有する線分上にある全ての点を含むように規定され、第1のセットの不等式はC3であり、第2のセットの不等式はD3であり、
前記領域は、不等式D1のセットによって規定される面と、該面より大きいサイズを有するが、前記面内の点に対応する磁極ピッチ及びポスト高さを有する全ての点の対応するセットとの和集合によって規定され、
前記領域は、不等式D2のセットによって規定される面と、該面より大きいサイズを有するが、前記面内の点に対応する磁極ピッチ及びポスト高さを有する全ての点の対応するセットとの和集合によって規定され、
前記領域は、不等式D3のセットによって規定される面と、該面より大きいサイズを有するが、前記面内の点に対応する磁極ピッチ及びポスト高さを有する全ての点の対応するセットとの和集合によって規定される、
のいずれか1つ又は複数を含む、請求項1に記載の電気機械。 - 前記電気機械は、エアギャップ直径を有する、半径方向磁束機械であり、前記電気機械のサイズは、前記エアギャップ直径である、請求項1又は2に記載の電気機械。
- 前記電気機械は、平均エアギャップ直径を有する、軸方向磁束機械であり、前記電気機械のサイズは、前記平均エアギャップ直径である、請求項1又は2に記載の電気機械。
- 前記電気機械は、並進方向を有するリニアマシンであり、第1のキャリアは、前記並進方向に第1の長さを有し、第2のキャリアは、前記並進方向に第2の長さを有し、前記電気機械のサイズは、第1の長さが第2の長さ以下である場合に第1の長さであり、第2の長さが第1の長さ未満である場合に第2の長さである。請求項1又は2に記載の電気機械。
- 前記電気機械は、横方向磁束機械である、請求項1又は2に記載の電気機械。
- 前記導電体は、集中巻線を含む、請求項3、4、5又は6に記載の電気機械。
- 前記導電体は、分散巻線を含む、請求項3、4、5又は6に記載の電気機械。
- 第1のキャリアは、磁化可能な単一の材料部品によって形成されたステータを有し、各ポストは前記ステータの一部を含む、請求項1乃至8のいずれか一項に記載の電気機械。
- 前記ステータは、20,000psi未満の測定可能なクリープを示さない材料を含む、請求項9に記載の電気機械。
- 前記ポストの各々が接線方向の幅を有し、前記ステータはバック鉄心部分を含み、該バック鉄心部分は、前記ポストの前記接線方向の幅以下の厚さを有する、請求項9又は10に記載の電気機械。
- 前記ポストの各々が接線方向の幅を有し、前記ステータはバック鉄心部分を含み、該バック鉄心部分は、前記ポストの前記接線方向の幅の半分以下の厚さを有する、請求項9、10又は11に記載の電気機械。
- 第2のキャリアは、
単一の材料部品から形成される環状ディスクであって、軸を規定し、内縁部及び外縁部を有する環状ディスクと、
周方向に間隔を置いて配置された第2のキャリアポストであって、前記環状ディスクから軸方向に延び、第2のキャリアポスト同士の間に第2のキャリアスロットを規定する第2のキャリアポストと、を含み、
前記環状ディスクは、前記内縁部と前記外縁部との間に延びる孔を規定する、請求項1乃至12のいずれか一項に記載の電気機械。 - 前記電気機械は軸方向を規定する軸線を有し、第2のキャリアは内周部及び外周部を有し、前記内周部は軸方向内側長さを有し、前記外周部は軸方向外側長さを有し、前記軸方向内側長さは前記軸方向外側長さと等しくない、請求項1乃至13のいずれか一項に記載の電気機械。
- 前記軸方向内側長さは前記軸方向外側長さ未満である、請求項14に記載の電気機械。
- 第2のキャリアは、円錐形状を有する、請求項15に記載の電気機械。
- 前記導電体は、陽極酸化されたアルミニウムの導体を含む、請求項1乃至16のいずれか一項に記載の電気機械。
- 第1のキャリア及び第2のキャリアの一方又は両方に冷却流体を供給するように接続された冷却供給源をさらに含む、請求項1乃至17のいずれか一項に記載の電気機械。
- 前記導電体に少なくとも70A/mm2の電気エネルギーを供給するように接続された電源をさらに含む、請求項1乃至18のいずれか一項に記載の電気機械。
- 第2のキャリアは磁石スロットを含み、第2のキャリアの前記電磁要素は、磁力によって前記磁石スロット内に保持される永久磁石を含む、請求項1乃至19のいずれか一項に記載の電気機械。
- 前記導電体は、前記ポストの周りに、前記ポストから半径方向外向きに配列された単一の層を形成する、請求項20に記載の電気機械。
- 前記エアギャップは、0.0254ミリメートル(mm)(0.001”)〜0.254mm(0.01”)である、請求項1乃至21のいずれか一項に記載の電気機械。
- 前記エアギャップは、0.127mm(0.005”)〜0.254mm(0.01”)である、請求項1乃至22のいずれか一項に記載の電気機械。
- 前記電気機械は、ロボットアームに取り付けられる、請求項1乃至23のいずれか一項に記載の電気機械。
- 前記ロボットアームの構成要素は、第1のキャリア及び第2のキャリアを支持する電気機械のためのハウジングを形成する、請求項24に記載の電気機械。
- 電磁要素を含むステータを有する電気機械であって、前記ステータは、一方の側にポストを有し、反対側に冷却フィンを有するバック鉄心を有し、前記ステータは、前記ポストの少なくとも一部と前記冷却フィンの少なくとも一部とを含む一体型の材料部品を有する、電気機械。
- 電気機械であって、当該電気機械は、
電磁要素を含む1つ又は複数のステータに対して回転するように配置されたロータであって、永久磁石を載せた永久磁石キャリアを有するロータと、出力リングと、回転するために前記ロータを支持する軸受とを含み、該軸受は、前記永久磁石キャリアと前記出力リングとの間の中間部に配置される、電気機械。 - 前記電気機械は軸方向磁束機械であり、前記1つ又は複数のステータは2つのステータであり、前記ロータは前記2つのステータの間に配置される、請求項27に記載の電気機械。
- 前記ロータとステータとの間の磁力によって前記軸受が前負荷される、請求項28に記載の電気機械。
- 前記ロータは、2つの軸方向側面を有し、且つ前記ロータの各軸方向側面に磁石を含み、各軸方向側面の前記磁石は接線方向に向き合わせされ、各磁石が、他方の軸方向側面上のそれぞれの磁石と軸方向に整列され、各磁石の前記接線方向は、前記他方の軸方向側面上の前記それぞれの磁石の前記接線方向と反対である、請求項28又は29に記載の電気機械。
- 前記1つ又は複数のステータは、螺旋状の冷却フィンを含む、請求項27乃至30のいずれか一項に記載の電気機械。
- 2つのステータ同士の間で回転する軸受上に配置されたロータを含む電気機械であって、前記ロータはエアギャップによって前記ステータから分離されており、前記ロータと前記ステータとの間の磁力により前記ステータを前記ロータに引き付けて前記軸受に前負荷を与える、電気機械。
- 以下に示される制限、
前記ロータは、磁石から半径方向内向きに配置された出力リングを有すること、
前記軸受は、前記ロータに取り付けられた外径(OD)レースを有すること、のいずれか1つ又は複数をさらに含む、請求項32に記載の電気機械。 - 以下に示される制限、
前記ロータは、磁石から半径方向外向きに配置された出力リングを有すること、
前記軸受は、前記ロータに取り付けられた内径(ID)レースを有すること、のいずれか1つ又は複数をさらに含む、請求項32に記載の電気機械。 - 前記軸受がアセンブリ内に存在しない場合に、磁力の結果として前記エアギャップは50%以上閉じる、請求項32乃至34のいずれか一項に記載の電気機械。
- 前記軸受がアセンブリ内に存在しない場合に、前記ステータ及び前記ロータが接触する、請求項32乃至34のいずれか一項に記載の電気機械。
- ハウジングの軸方向内向きの対向面が存在しており、前記軸受は、前記ハウジングの前記軸方向内向きの対向面と接触する軸方向外向きの対向軸受レースを有し、前記ハウジングの前記軸方向内向きの対向面は、軸受が存在しない場合に、前記軸方向内向きの対向面の位置と前記軸方向内向きの対向面の仮想位置との間の位置の差が0.0508mm(0.002”)よりも大きくなるように、磁気負荷状況下で変形する、請求項32乃至34のいずれか一項に記載の電気機械。
- 以下に示される制限、
ポストは、周方向にポスト幅を有し、前記冷却フィンは、前記ポスト幅の50%を超える高さを有すること、
前記冷却フィンは、単一の材料部品とは異なる材料を含むチップを有すること、の1つ又は複数をさらに含む、請求項26又は31に記載の電気機械。 - 前記電気機械は軸方向磁束機械である、請求項26乃至38のいずれか一項に記載の電気機械。
- 冷却フィンは螺旋形状である、請求項39に記載の電気機械。
- 請求項1に記載の磁極密度及びポスト高さを有する、請求項26乃至40のいずれか一項に記載の電気機械。
- 軸方向又は半径方向の磁束構成を有する電気機械であって、当該電気機械は、
電磁要素のアレイを有する第1のキャリアと、
磁極を規定する電磁要素を有し、第1のキャリアに対して移動するように構成される第2のキャリアと、
第1のキャリアと第2のキャリアとの間のエアギャップと、を含み、
第1のキャリアの前記電磁要素は、ポスト同士の間にスロットを有するポストを含み、前記スロットは、各スロット内に1つ又は複数の導電体を有し、
第2のキャリアは、ポストと、磁極を規定する前記電磁要素のための少なくとも第1の保持要素とを含み、
第2のキャリアの前記電磁要素は、第1のキャリアの前記電磁要素の前記ポストを飽和させるのに必要な長さよりも長い長さを有する、
電気機械。 - 以下に示される制限、
磁極を規定する前記電磁要素は、永久磁石を含むこと、
第1の保持要素はバック鉄心を含むこと、
第1の保持要素はサイド鉄心を含むこと、
第1の保持要素はエンド鉄心を含むこと、のいずれか1つ又は複数をさらに含む、請求項42に記載の電気機械。 - 第2のキャリアはポストをさらに含み、該ポスト及び第1の保持要素が剛性接続部によって接続される、請求項42又は43に記載の電気機械。
- 前記ポスト、第1の保持要素、及び前記剛性接続部は、等方性材料を含む、請求項44に記載の電気機械。
- 剛性接続部は、磁束経路制限を含む、請求項42に記載の電気機械。
- 軸方向又は半径方向の磁束構成を有する電気機械であって、当該電気機械は、
電磁要素のアレイを有する第1のキャリアと、
永久磁石を含む電磁要素を有し、第1のキャリアに対して移動するように構成される第2のキャリアと、
第1のキャリアと第2のキャリアとの間のエアギャップと、を含み、
第1のキャリアの前記電磁要素は、ポスト同士の間にスロットを有するポストを含み、前記スロットは各スロット内に1つ又は複数の導電体を有し、
第2のキャリアは、均質な剛性要素及びポストを含み、該ポストは前記剛性要素の均質な延長部を含み、
前記永久磁石の各々が、第1のキャリアの前記電磁要素の前記ポストを飽和させるのに必要な深さよりも長い深さを有する、
電気機械。 - 前記剛性要素は、バック鉄心、エンド鉄心、及びサイド鉄心の1つ又は複数を含む、請求項47に記載の電気機械。
- 前記永久磁石の各々が幅を有し、磁石深さ対磁石幅の比が4:1、3:1、又は2:1より大きい、請求項47に記載の電気機械。
- 軸方向又は半径方向の磁束構成を有する電気機械であって、当該電気機械は、
電磁要素のアレイを有する第1のキャリアと、
磁極を規定する電磁要素を有し、第1のキャリアに対して移動するように構成される第2のキャリアと、
第1のキャリアと第2のキャリアとの間のエアギャップと、を含み、
第1のキャリアの前記電磁要素は、ポスト同士の間にスロットを有するポストを含み、前記スロットは各スロット内に1つ又は複数の導電体を有し、
第2のキャリアは、均質な剛性要素及びポストを含み、前記ポストは前記剛性要素の均質な延長部を含み、
第1のキャリア及び第2のキャリアの前記電磁要素は、磁束のより大きい部分が、前記エアギャップを通って流れるよりも前記剛性要素を通って流れるように配置される、
電気機械。 - 軸方向又は半径方向の磁束構成を有する電気機械であって、当該電気機械は、
電磁要素のアレイを有する第1のキャリアと、
永久磁石を含む電磁要素を有し、第1のキャリアに対して移動するように構成される第2のキャリアと、
第1のキャリアと第2のキャリアとの間のエアギャップと、を含み、
第1のキャリアの前記電磁要素は、ポスト同士の間にスロットを有するポストを含み、前記スロットは各スロット内に1つ又は複数の導電体を有し、
第2のキャリアは、均質な剛性要素及びポストを含み、該ポストは前記剛性要素の均質な延長部を含み、
前記永久磁石は磁力によって保持される、
電気機械。 - 軸方向磁束構成を有する電気機械であって、当該電気機械は、
電磁要素のアレイを有する第1のキャリアと、
永久磁石を含む電磁要素を有し、第1のキャリアに対して移動するように構成される第2のキャリアと、
第1のキャリアと第2のキャリアとの間のエアギャップと、を含み、
第1のキャリアの前記電磁要素は、ポスト同士の間にスロットを有するポストを含み、前記スロットは各スロット内に1つ又は複数の導電体を有し、
第2のキャリアは、均質な剛性要素及びポストを含み、該ポストは前記剛性要素の均質な延長部を含み、
前記永久磁石は、第1のキャリアに向かう方向に細くなるようにテーパが付けられる、
電気機械。 - 第2のキャリアの前記ポストは、第1のキャリアから離れる方向に細くなるようにテーパが付けられる、請求項52に記載の電気機械。
- 第2のキャリアの前記ポストは、第2のキャリアの前記電磁要素が第1のキャリアに向かう方向に移動するのを防止する、請求項53に記載の電気機械。
- 軸方向又は半径方向の磁束構成を有する電気機械であって、当該電気機械は、
電磁要素のアレイを有する第1のキャリアと、
磁極を規定する電磁要素を有し、第1のキャリアに対して移動するように構成される第2のキャリアと、
第1のキャリアと第2のキャリアとの間のエアギャップと、を含み、
第1のキャリアの前記電磁要素は、ポスト同士の間にスロットを有するポストを含み、前記スロットは各スロット内に1つ又は複数の導電体を有し、
第2のキャリアは、均質な剛性要素及びポストを含み、該ポストは前記剛性要素の均質な延長部を含み、
第2のキャリアの前記電磁要素は、第1のキャリアの前記電磁要素の前記ポストを飽和させるのに必要な長さよりも長い長さを有し、
前記剛性要素は磁束経路制限を含む、
電気機械。 - 電気機械であって、当該電気機械は、
電磁要素のアレイを有する第1のキャリアと、
磁極を規定する電磁要素を有し、第1のキャリアに対して移動するように構成される第2のキャリアと、
第1のキャリアと第2のキャリアとの間のエアギャップと、を含み、
第1のキャリアの前記電磁要素は、ポスト同士の間にスロットを有するポストを含み、前記スロットは各スロット内に1つ又は複数の導電体を有し、
第2のキャリアは、均質な剛性要素及びポストを含み、該ポストは前記剛性要素の均質な延長部を含み、
第2のキャリアの前記ポストは、第2のキャリアの前記電磁要素を保持するレリーフを含む、
電気機械。 - 第2のキャリアの前記電磁要素は第1及び第2の端部を含み、第1の端部は第1のキャリアに向けて面し、第2の端部は第1のキャリアから離れる方向に面し、第2の端部はテーパが付けられる、請求項42に記載の電気機械。
- 請求項1に記載の磁極密度及びポスト高さを有する、請求項42乃至57のいずれか一項に記載の電気機械。
- 電気機械のロータであって、当該ロータは、
単一の材料部品から形成された環状ディスクであって、軸を規定し、内縁部及び外縁部を有する環状ディスクと、
周方向に間隔を置いて配置されたポストであって、前記環状ディスクから軸方向に延び、前記ポスト同士の間にスロットを規定するポストと、を含み、
前記環状ディスクは、前記内縁部と前記外縁部との間に延びる孔を規定する、
ロータ。 - 以下に示される制限、
前記ポストは、前記単一部品から形成されること、
前記ポストは、前記環状ディスクの両側に配置されること、
前記環状ディスクの各側の前記ポストは、前記軸に垂直な面に投影されるときに前記環状ディスクの反対側のそれぞれのポストと整列されること、
前記孔は、前記軸に垂直な面に投影されたときに前記スロットと整列すること、
前記孔は、前記環状ディスク内で半径方向に一定程度延びること、
前記環状ディスクは、前記孔を前記スロットに接続する開口部を規定すること、
各ポストは前記内縁部と前記外縁部との間に延びること、のいずれか1つ又は複数を含む、請求項59に記載のロータ。 - 各ポストは、前記内縁部と前記外縁部との間に延びており、前記ポストは、前記内縁部において第1の軸方向高さを有し、且つ前記外縁部において第1の軸方向高さとは異なる第2の軸方向高さを有する、請求項59又は60に記載のロータ。
- 第2の軸方向高さは第1の軸方向高さより大きい、請求項61に記載のロータ。
- 前記ポストは、前記内縁部と前記外縁部との間に直線を規定し、隣接するポストは、実質的に平行な線を規定する、請求項61又は62に記載のロータ。
- 前記ポストは、磁石を保持する軸方向高さを有する逆テーパの周方向厚さを有する、請求項63に記載のロータ。
- 電気機械のロータであって、当該ロータは、
外向きに突出する部材を含む内側ロータ部分と、
内向きに突出する部材を含む外側ロータ部分と、
永久磁石と、を含み、
前記外側ロータ部分は、前記内向きに突出する部材及び前記外向きに突出する部材が互いに噛み合うように前記内側ロータ部分の周りに配置され、
前記永久磁石は、前記内向きに突出する部材及び前記外向きに突出する部材が前記永久磁石の磁束経路を提供するように前記噛み合わされた内向きに突出する部材と外向きに突出する部材との間に配置される、
ロータ。 - 前記内向きに突出する部材は規則的な間隔を置いて配置され、前記外向きに突出する部材は、規則的な間隔を置いて配置される、請求項65に記載のロータ。
- 請求項1に記載の磁極密度及びポスト高さを有する電気機械における、請求項59乃至66のいずれか一項に記載のロータ。
- 電気機械のステータであって、当該ステータは、
周方向に間隔を置いて配置されたポストであって、前記ポスト同士の間にスロットを規定するポストと、
前記ポストの周りに配置された導電性要素と、を含み、
各導電性要素は、スロットのそれぞれの選択部を通って延びるそれぞれの電気的経路を、スロットの前記それぞれの選択部の前記スロットの周方向配列の順番で規定し、且つスロットの前記それぞれの選択部のうちの連続するスロットを通って内向き及び外向きに交互に延び、さらに、以下に示される制限、
スロットの前記それぞれの選択部は、前記ステータのそれぞれのセクタ内の全てのスロットから構成されること、
スロットの前記それぞれの選択部は、前記ステータのそれぞれのセクタ内で2つ置きにスロットを除外すること、
前記導電性要素は、前記ポストの半径方向端部の少なくとも一部から間隔を置いて配置され、前記ポストの前記半径方向端部に隣接する軸方向流路を規定すること、
前記導電性要素の少なくとも一部は、前記導電性要素の少なくとも一部が延びるスロットを規定する少なくともいくつかのポストから周方向に間隔を置いて配置されること、
軸方向に隣接する導電性要素同士の間の電気的接続部が、前記軸方向に隣接する導電性要素の電気的経路を直列に接続すること、
少なくとも一部の導電性要素について、前記導電性要素は端部巻き及びスロット巻きを有し、前記端部巻きは前記スロット巻きより幅広であること、
前記導電性要素の少なくとも一部は、前記端部巻きの周りに均一な幅を有すること、
前記導電性要素は、前記ポストの周りに、前記ポストから半径方向外向きに配列される単一層を形成すること、のいずれか1つ又は複数を含む、
ステータ。 - 請求項1に記載の磁極密度及びポスト高さを有する電気機械における、請求項68に記載のステータ。
- 電気機械であって、当該電気機械は、
電磁要素のアレイを有する第1のキャリアと、
磁極を規定する電磁要素を有し、第1のキャリアに対して移動するように構成される第2のキャリアと、
第1のキャリアと第2のキャリアとの間のエアギャップと、を含み、
第1のキャリアの前記電磁要素は、ポスト同士の間にスロットを有するポストを含み、1つ又は複数のスロットは、導電体なしに、隣接するスロット内の導電体の位置に対応する1つ又は複数のスロットのレベルにあり、且つ導管を形成し、該導管は冷却流体の供給源に接続される、
電気機械。 - 以下に示される制限、
複数のスロットのそれぞれのレベルにおける複数のスロットが導電体を有しておらず、前記導電体を有さない前記複数のスロットは周期的に間隔を空けて配置されること、
前記導電体を有さない複数のスロットは、冷却流のための導管を形成すること、
前記導管は、冷却流を排出するためにオリフィスと軸方向で連通すること、
第1のキャリアはステータであり、第2のキャリアは、前記エアギャップによって前記ステータから軸方向に分離されたロータであり、電磁要素を有する第3のステータは、前記ロータから第2のエアギャップだけ軸方向に分離されること、
第1のキャリア及び第3のキャリアの前記電磁要素は永久磁石を有すること、
第1のキャリアはバック鉄心を有さないステータであり、第2のキャリアは第1のロータを含み、第1のキャリアの前記電磁要素は、永久磁石を含み、第1のキャリアから第2のエアギャップだけ分離された第2のロータを含む第3のキャリアをさらに含み、第3のキャリアは、永久磁石を有すること、
各導電体層は集中巻線の一部であること、
各導体層は単一相の電気励振を受け取るように接続されること、
前記ポストは、n:n−1又はn:n+1の磁極に対する比を有すること、
少なくともいくつかの導体層では、前記導体層は端部巻き及びスロット巻きを有し、前記端部巻きは前記スロット巻きより幅広であること、のいずれか1つ又は複数をさらに含む、請求項70に記載の電気機械。 - 請求項1に記載の磁極密度及びポスト高さを有する、請求項70又は71に記載の電気機械。
- 電気機械のキャリアを構築する方法であって、前記キャリアは導電体層を含む電磁要素を有し、当該方法は、
前記導電体層をスタンピング又はパンチングするステップを含み、
前記導電体層は、前記導電体層が交差するポイントに適応させるように可変厚さを有する、
方法。 - 電気機械であって、当該電気機械は、
電磁要素を有する第1のキャリアと、
磁極を規定する電磁要素を有し、第1のキャリアに対して移動させるように構成された第2のキャリアと、
第1のキャリアと第2のキャリアとの間のエアギャップと、を含み、
第1のキャリアの電磁要素は、複数の導電体層を含み、
前記導電体層は、コーナーギャップを有する陽極酸化されたアルミニウム導体で形成され、
前記コーナーギャップは、コーティングで被覆される、
電気機械。 - 以下に示される制限、
前記コーティングは誘電性コーティングを含むこと、
前記コーティングはポリマーコーティングを含むこと、
前記コーティングはワニスを含むこと、
各導電体層は一対の接触タブをさらに含むこと、
各導電体層は一対のアルミニウム接点タブをさらに含むこと、
前記陽極酸化されたアルミニウム導体はまた、1つ又は複数の面を有し、該面もまた前記コーティングで被覆されること、
前記電気機械は、軸方向、半径方向、又は横方向の磁束機械を含むこと、のいずれか1つ又は複数をさらに含む、請求項74に記載の電気機械。 - 請求項1に記載の磁極密度及びポスト高さを有する、請求項74又は75に記載の電気機械。
- 請求項1に記載の構成を有する電気機械と組み合わせて、又は請求項1に記載の構成を有する電気機械のための導電体であって、当該導電体は、
第1及び第2の接触タブと、
硬質アルマイト処理されたアルミニウム表面と、
アルミニウム導電経路と、
コーティングと、を含む、
導電体。 - 前記コーティングは誘電性コーティングである、又は前記コーティングはポリマーコーティングである、又は前記コーティングはワニスである、又は前記コーティングは前記硬質アルマイト処理されたアルミニウム表面のコーナーギャップを充填する、又は第1及び第2の接触タブはアルミニウムを含む、請求項77に記載の導電体。
- 電気機械のアルミニウム導体を製造する方法であって、各アルミニウム導体は、第1及び第2の接触タブと、表面と、導電経路とを含み、当該方法は、
前記アルミニウム導体の表面を硬質アルマイト処理するステップと、
前記アルミニウム導体の表面に液体コーティングを塗布ステップと、
前記液体コーティングを焼き付けするステップと、を含む、
方法。 - 第1及び第2の接触タブをマスキングするステップをさらに含む、又は前記液体コーティングがポリマーコーティングを含む、又は前記ポリマーコーティングがエポキシコーティングを含む、又は前記ポリマーコーティングが誘電性ポリマーコーティングを含む、前記エポキシコーティングをB状態に硬化させるステップを含む、請求項79に記載の方法。
- 前記アルミニウム導体を積み重ねるステップと、
複数の第1の接触タブを一緒に溶接するステップと、
複数の第2の接触タブを一緒に溶接するステップと、を含む、請求項79又は80に記載の方法。 - 前記液体コーティングを焼き付けするステップは、アルミニウム導体のスタックを焼き付けする工程を含む、請求項79に記載の方法。
- 前記アルミニウム導体のエッジギャップに液体コーティングを向けるステップをさらに含む、請求項79乃至82のいずれか一項に記載の方法。
- 前記アルミニウム導体のスタックの層間に1つ又は複数のスペーサを挿入することによって前記アルミニウム導体の前記スタックの1つ又は複数の層を分離するステップと、
前記液体コーティングを焼き付けした後に、アルミニウム導体の前記スタックから前記スペーサを除去するステップと、を含む、請求項83に記載の方法。 - 電気機械のアルミニウム導体を製造する方法であって、各アルミニウム導体は、第1及び第2の接触タブと、表面と、導電経路とを含み、当該方法は、
前記アルミニウム導体の前記表面を硬質アルマイト処理するステップと、
前記アルミニウム導体の表面に粉末コーティングを塗布するステップと、
前記粉末コーティングを焼き付けるステップと、を含む、
方法。 - 第1及び第2の接触タブをマスキングするステップをさらに含む、又は前記粉末コーティングがポリマー粉末を含む、又は該ポリマー粉末がエポキシ粉末を含む、又は前記粉末コーティングを部分的に硬化させるステップを含む、請求項85に記載の方法。
- 前記アルミニウム導体を積み重ねるステップと、
複数の第1の接触タブを一緒に溶接するステップと、
複数の第2の接触タブを一緒に溶接するステップと、を含む、請求項86に記載の方法。 - 前記粉末コーティングを焼き付けるステップは、アルミニウム導体のスタックを焼き付けるステップを含む、請求項87に記載の方法。
- 前記粉末コーティングを塗布するステップは、前記アルミニウム導体に反対に帯電した粉末を噴霧するステップを含む、請求項85乃至88のいずれか一項に記載の方法。
- 前記粉末コーティングを塗布ステップは、前記アルミニウム導体を、反対に帯電した誘電体粉末の流動床に浸漬するステップを含む、請求項85乃至89のいずれか一項に記載の方法。
- 前記アルミニウム導体のスタックの1つ又は複数の層を1つ又は複数のスペーサで分離するスペーサを配置するステップと、
前記粉末コーティングを焼き付けた後に、前記アルミニウム導体のスタックから前記スペーサを除去するステップと、をさらに含む、請求項88に記載の方法。 - 前記アルミニウム導体の前記表面に第2のコーティングの層を塗布するステップをさらに含む、請求項87、88又は91に記載の方法。
- 電気機械であって、当該電気機械は、
電磁要素を含む第1の外側キャリアと、
電磁要素を含む第2の外側キャリアと、
電磁要素を含み、第1の外側キャリアと第2の外側キャリアとの間に配置された内側キャリアであって、該内側キャリア、又は第1の外側キャリアと第2の外側キャリアとの両方が磁極を規定する、内側キャリアと、
第1の外側キャリアを第2の外側キャリアに固定して接続するスペーサ要素と、
前記内側キャリアと第1及び第2の外側キャリアとの間に、及び前記内側キャリアと前記スペーサ要素との間に配置され、第1の外側キャリア及び第2の外側キャリアに対して移動する前記内側キャリアを支持するブシュ又は低摩擦コーティングと、を含む、
電気機械。 - 前記内側キャリアは磁極を規定し、第1の外側キャリア及び第2の外側キャリアは、それぞれのキャリアの前記電磁要素が支持される一体型の材料部品をそれぞれ有する、請求項93に記載の電気機械。
- 第1の外側キャリア及び第2の外側キャリアは磁極を規定し、前記内側キャリアは、該内側キャリアの前記電磁要素が支持される一体型の材料部品を有する、請求項93に記載の電気機械。
- 第1の外側キャリア及び第2の外側キャリアは、使用時に第1の外側キャリア及び第2の外側キャリアが、前記内側キャリアに対する磁気引力の影響を受けて前記内側キャリアに向けて曲がるが、内側キャリアと第1及び第2の外側キャリアとの間に配置された前記ブシュ又は前記低摩擦コーティングには実質的な力を及ぼさないような形状に予め形成されている、請求項93乃至95のいずれか一項に記載の電気機械。
- 前記電気機械はフレームレス電気機械である、請求項1乃至58、70乃至72、74乃至76、又は93乃至96のいずれか一項に記載の電気機械。
- 電気機械を作動させる作動方法であって、
前記電気機械は、請求項1乃至58、70乃至72、74乃至76、93乃至97のいずれか一項に記載の電気機械のように規定され、前記電気機械は200rpm未満の速度で作動される、
電気機械を作動させる作動方法。 - 前記電気機械は、100rpm未満の速度で作動される、請求項98に記載の作動方法。
- 前記電気機械は、50rpm未満の速度で作動される、請求項98に記載の作動方法。
- 前記電気機械は、25rpm未満の速度で操作動される、請求項98に記載の作動方法。
- 電気機械を作動させる作動方法であって、
前記電気機械は、請求項1乃至58、70乃至72、74乃至76、93乃至97のいずれか一項に記載の電気機械のように規定され、前記電気機械は70A/mm2を超える電流密度で作動される、
電気機械を動作させる方法。
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