▶ ゲーカーエン シンター メタルズ エンジニアリング ゲーエムベーハーの特許一覧
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公表特許公報(A)
(11)【公表番号】
(43)【公表日】2022-03-11
(54)【発明の名称】電動モータ
(51)【国際特許分類】
H02K 1/14 20060101AFI20220304BHJP
H02K 3/04 20060101ALI20220304BHJP
【ＦＩ】
H02K1/14 A
H02K3/04 Z
【審査請求】有
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2021541258
(86)(22)【出願日】2020-01-17
(85)【翻訳文提出日】2021-09-16
(86)【国際出願番号】 EP2020051188
(87)【国際公開番号】W WO2020148449
(87)【国際公開日】2020-07-23
(31)【優先権主張番号】102019101270.8
(32)【優先日】2019-01-18
(33)【優先権主張国・地域又は機関】DE
(81)【指定国・地域】
(71)【出願人】
【識別番号】515056277
【氏名又は名称】ゲーカーエン シンター メタルズ エンジニアリング ゲーエムベーハー
(74)【代理人】
【識別番号】100120329
【弁理士】
【氏名又は名称】天野 一規
(72)【発明者】
【氏名】トゥ，ホン ザン
(72)【発明者】
【氏名】ティラー，シュテファン
(72)【発明者】
【氏名】アンドレ，モーリス
【テーマコード（参考）】
5H601
5H603
【Ｆターム（参考）】
5H601AA29
5H601CC01
5H601CC15
5H601DD01
5H601DD11
5H601DD18
5H601EE03
5H601EE27
5H601EE35
5H601GA02
5H601GA12
5H601GB02
5H601GB12
5H601GB22
5H601GB33
5H603AA01
5H603BB01
5H603BB09
5H603BB12
5H603BB19
5H603CA01
5H603CA05
5H603CB01
5H603CC11
5H603CC17
5H603CD14
(57)【要約】
回転軸（３）を有するロータ（２）と、上記ロータ（２）を取り囲み、上記回転軸（３）に平行な軸方向（５）に沿って延び、かつ反対の上記軸方向（５）を向く第一端面（６）及び第二端面（７）を有する環状のステータ（４）とを少なくとも備える電動モータ（１）であって、上記ステータ（４）が、上記ステータ（４）の上記端面（６、７）の間に延びる環状の周面（１０）から内側の半径方向（１１）に上記ロータ（２）に向かって延び、かつ上記回転軸（３）について相互に対向する正確に２つのステータ歯（８，９）と、上記周面（１０）に沿って上記ステータ歯（８，９）の間に延びる第一ステータスロット（１２）及び上記回転軸（３）について上記第一スロットに対向する第二ステータスロット（１３）とを有する。
【選択図】図４
【選択図】図４
【特許請求の範囲】
【請求項1】
回転軸（３）を有するロータ（２）と、上記ロータ（２）を取り囲み、上記回転軸（３）に平行な軸方向（５）に沿って延び、かつ反対の軸方向（５）に向く第一端部側（６）及び第二端部側（７）をそれぞれ有する環状のステータ（４）とを少なくとも備える電動モータ（１）であって、上記ステータ（４）が正確に２つのステータ歯（８，９）を有し、上記ステータ歯（８，９）は上記端部側（６、７）の間に延びる上記ステータ（４）の環状の周面（１０）を起点として、半径方向（１１）に沿って上記ロータ（２）に向かって内側に延び、かつ上記回転軸（３）について相互に対置され、
第一ステータスロット（１２）及び上記回転軸（３）について対置される第二ステータスロット（１３）が、上記周面（１０）に沿って上記ステータ歯（８，９）の間に延び、
少なくとも１つの第一巻線（１４）が上記第一ステータスロット（１２）内に配置され、少なくとも１つの第二巻線（１５）が上記第二ステータスロット（１３）内に配置され、
各巻線（１４，１５）が、上記端部側（６，７）上を越え、かつ上記環状の周面（１０）の周囲を上記半径方向（１１）における外側及び内側に延びる電動モータ（１）。
【請求項2】
動作中にそれぞれの巻線（１４、１５）によって生成され得る磁束（３０）が、上記ステータスロット（１２、１３）の領域において反対の周方向（２７）に沿って上記周面（１０）を通るように向けられ、上記ステータ歯（８，９）の領域において合流し、かつ上記半径方向（１１）に沿って上記ステータ歯（８，９）及び上記ロータ（２）を横断して導かれ得るように、上記第一巻線（１４）及び上記第二巻線（１５）が相互に関連して相互に電気的に接続されて配置される請求項１に記載のモータ（１）。
【請求項3】
上記少なくとも１つの第一巻線（１４）及び上記少なくとも１つの第二巻線（１５）が、相互に並列に接続される請求項２に記載のモータ（１）。
【請求項4】
上記少なくとも１つの第一巻線（１４）及び上記少なくとも１つの第二巻線（１５）が、相互に直列に接続される請求項２に記載のモータ（１）。
【請求項5】
複数の巻線（１４，１５）が各ステータスロット（１２、１３）内に配置され、１つのステータスロット（１２、１３）の少なくとも上記巻線（１４，１５）が相互に並列又は直列に接続される請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のモータ（１）。
【請求項6】
少なくとも１つのステータ歯（８、９）が、上記環状の周面（１０）を起点として、半径方向（１１）に沿って上記ロータ（２）に向かって内側に上記ステータ歯（８、９）の内周面（２０）まで延び、かつ周方向（２７）に対するテーパ部（３４）をこの延び幅（３３）に沿って有する請求項１から請求項５のいずれか１項に記載のモータ（１）。
【請求項7】
上記ロータ（２）の外周面（１９）と上記ステータ歯（８、９）の内周面（２０）との間の最短距離（１８）が、５ミリメートルから２０ミリメートルの間である請求項１から請求項６のいずれか１項に記載のモータ（１）。
【請求項8】
上記ステータ歯（８、９）の少なくとも１つが、上記軸方向（５）に沿って上記少なくとも１つの端部側（６，７）を越えて延び、かつ突出部（４０）を形成する請求項１から請求項７のいずれか１項に記載のモータ（１）。
【請求項9】
上記ロータ（２）が、上記軸方向（５）に沿って上記ロータ（２）と上記ステータ（４）との間に形成される中間スペース（２４）を通って、流体（２３）を移送するための構造（２２）を有する請求項１から請求項８のいずれか１項に記載のモータ（１）。
【請求項10】
請求項１から請求項９のいずれか１項に記載のモータ（１）と、少なくとも１つの電圧源（２６）とを少なくとも備え、上記第一巻線（１４）及び上記第二巻線（１５）が、電流（１６）がそれらを反対方向に流れ得るように、相互に関連して配置され、かつ接続される装置（２５）。【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、少なくとも、１つのステータ及び１つのロータを備える電動モータに関する。特に、上記電動モータはラジアルフラックスモータ（ｒａｄｉａｌ ｆｌｕｘ ｍｏｔｏｒ（ＲＦＭ））である。
【背景技術】
【0002】
欧州特許出願公開第２０７２８２４号明細書は、ガス状又は液体状の媒体を移送するための電動モータを開示している。ステータは、ステータスロットの間に配置された少なくとも２つのステータ歯を有する。コイルはステータスロット内に配置されている。ステータスロットは、少なくとも部分的に、媒体の流通開口としても寄与する。
【0003】
上記ステータスロットを通って媒体を誘導するときに、多数の開口及び不均一な表面が理由でこの媒体の渦が発生し得る。対応策として、モータの空気間隙を大きく設計し、この空気間隙を流通開口としてのみ使用することが可能である。この場合、追加の成形が、表面の均一性の保持に有用となり得る。
【0004】
しかしながら、大きな空気間隙を有する電気機械は、大きな漂遊磁束が発生する問題に直面する。既知のラジアルフラックスモータでは、上記漂遊磁束を低減する目的で、複雑で分散した巻線が配される。この方法は、特に搭載スペースの小さい機械ではコストが大きい。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
したがって、本発明の目的は、先行技術に関して概説された問題を少なくとも軽減し又はさらには解決することにある。特に、コンパクトな構成で可能な限り大きい中間スペース、すなわち特に媒体が流れ得る可能な限り大きい断面も有する電動モータを具体化することを、先ず意図している。同時に、可能な限り効率的に、モータの電気的作動を確実にすることを意図している。特に、漂遊磁束が低く維持され、可能な限り単純な巻線が実現される。
【0006】
請求項１の特徴に係る電動モータは、これらの目的を達成するために提示される。従属項は有利な展開に関するものである。請求項で個々に列記された特徴は、技術的に実現可能ないかなる様式でも相互に組み合わせることができ、明細書での記載事項及び図面からの詳細によって補完され得、これらに本発明のさらなる変更実施形態が示される。
【課題を解決するための手段】
【0007】
本発明は、回転軸を有するロータと、上記ロータを取り囲む環状のステータとを少なくとも備える電動モータを提示する。上記ステータは、上記回転軸に平行な軸方向に沿って延び、反対の軸方向に向く第一端部側及び第二端部側（つまり、第一軸方向に向く第一端部側及び第二軸方向に向く第二端部側）をそれぞれ有する。上記ステータは正確に又は２つのステータ歯のみを有し、上記ステータ歯は、上記端部側の間に延びる上記ステータの環状の周面を起点として、半径方向に沿って上記ロータに向かって内側に延び、かつ上記回転軸について相互に対置される（つまり、周方向において１８０の角度を介する相互の関係で相対位置）。第一ステータスロット及び上記回転軸について対置される第二ステータスロットが、上記周面に沿って上記ステータ歯の間に延びる。少なくとも１つの第一巻線（又は複数の第一巻線）が上記第一ステータスロット内に配置され、少なくとも１つの第二巻線（又は複数の第二巻線）が上記第二ステータスロット内に配置され、各巻線が、上記端部側上を越え、かつ上記環状の周面の周囲を上記半径方向における外側及び内側に延びる。
【0008】
特に、少なくとも１つの第一巻線が第一ステータスロット内にのみ配置され、かつ少なくとも１つの第二巻線が第二ステータスロット内にのみ配置される。
【0009】
当該電動モータの上記ステータは、特に、例えば「軟磁性複合材」（Ｓｏｆｔ Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ（ＳＭＣ））として知られる軟磁性材料、又は電気板とＳＭＣとの組み合わせ等を有する。ここで、ＳＭＣ材料は焼結されない。その代わりに、温度は融点よりも低く制御されるが、上記コアがその形状を永久に保つために十分な温度とする。
【0010】
上記ステータは、実質的に環状の本体（以下、周面とも呼ぶ）を有しており、この本体を起点として、２つのステータ歯は上記半径方向に内側に延びる。
【0011】
上記ロータは、１つ又は複数の永久磁石及び／又は軟磁性要素を有し得る。永久磁石は、好ましくは、永久励起同期モータ又はＢＤＬＣと略記されるブラシレスＤＣモータ（ｂｒｕｓｈｌｅｓｓ ＤＣ ｍｏｔｏｒ）を形成するために使用され得る。一方で、例えば、リラクタンスモータを当該電動モータとして製造するために軟磁性要素が使用され得る。
【0012】
特にＳＭＣを使用するステータの設計や、さらなる詳細同様に、ロータに関しても、例えば国際公開第２０１６／０６６７１４号において参照され得る。このため、その文献で与えられる説明は、上記ステータを理解し記載するためにも使用され得る。
【0013】
当該電動モータは、特に、（定格出力で）２０，０００ワット未満、好ましくは１０００ワット未満、特に好ましくは１００ワット未満の消費電力（つまり最大駆動力）を有する。
【0014】
特に、ここでは、上記巻線が上記ステータ歯の周りではなく、上記環状の周面又は環状の本体の周りに延びることを提示する。特に、上記巻線は上記周方向に沿って相互に隣接して配置され、上記巻方向が実質的に上記軸方向及び上記半径方向に沿って通る。少なくとも上記巻線が直列に接続されると、上記巻線もまた上記周方向において形状要素（ｐｒｏｆｉｌｅ ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ）を有する。
【0015】
特に、上記第一巻線及び上記第二巻線は、電流がそれらを反対方向に流れ得るように相互に関連して（又は相互に接続して）配置されている。
【0016】
この好ましい上記巻線の配置によって、上記環状の周面に沿って、すなわち上記周方向に沿って、かつ上記半径方向に沿って、磁束が上記ステータ歯を通過するように導かれる。
【0017】
特に、（当該電動モータの）動作中にそれぞれの巻線によって生成され得る磁束が、上記ステータスロットの領域において反対の周方向に沿って上記周面を通るように向けられ、上記ステータ歯の領域において合流し、かつ上記半径方向に沿って上記ステータ歯及び上記ロータを横断して導かれ得るように、第一巻線及び第二巻線が相互に関連して相互に電気的に接続されて配置される。
【0018】
特に、当該電動モータは単相交流で作動する。
【0019】
第１実施形態では、上記少なくとも１つの第一巻線及び上記少なくとも１つの第二巻線が、相互に（電気的に）並列に接続される。
【0020】
特に、上記第一巻線及び上記第二巻線は、相互に独立した巻線である。
【0021】
第２実施形態では、上記少なくとも１つの第１巻線及び上記少なくとも１つの第二巻線は、相互に（電気的に）直列に接続される。上記第１巻線及び上記第二巻線は、好ましくは連続した巻線によって形成される（つまり、相互に１つの部品に設計される）。
【0022】
特に、複数の巻線が各ステータスロット内に配置され、１つのステータスロットの少なくとも上記巻線（つまり、第１ステータスロット内の第１巻線又は第二ステータスロット内の第二巻線）が相互に並列又は直列に接続される。
【0023】
特に、１つのステータスロットの上記第１又は上記第二巻線の一部のみが、相互に並列に又は直列に接続され、一方、上記ステータスロットの他の第１又は上記第二巻線は異なる様式で接続されることも可能である。上記第１ステータスロット内及び上記第二ステータスロット内で、相互に異なる巻線を接続することも可能である。
【0024】
特に、上記２つのステータスロット内において同数の巻線が配置される。
【0025】
１つの巻線は、特に、少なくとも上記軸方向に沿って上記周面に沿って、さらに上記半径方向に沿って上記環状のステータの上記端部側を越えて延び、それにより上記端部側を越えて上記半径方向に上記周面の周囲を外側と内側とで延びる。個々の巻線は、上記周方向に沿って相互に隣接して配置される。
【0026】
上記２つのステータ歯によって相互に分離されたステータスロットにおいて電流が反対方向に流れる上記巻線の配置によって、磁束は上記周方向に沿って上記本体を通ってかつ上記巻線を通って上記ステータ歯に向けて導かれる。上記ステータ歯では、上記磁束（又は力線）が反対側のステータスロットの巻線から出て、上記半径方向に沿って上記ステータ歯を通って上記ロータに向かって、さらに上記ロータを横断して他のステータ歯に向けて導かれる。当該他のステータ歯では、磁束は上記本体に導かれ、そこで上記巻線を通ってさらに上記周方向で上記本体を通って受け渡される。このため、各巻線の、又はそれぞれのステータスロット内で少なくとも１つの巻線を形成する電気電導体の、異なる分極した端部は、相互に最大に離間し、これにより、漂遊領域は可能な限り小さい。ステータスロットの上記電気電導体の一方の端部は、特に１つのステータ歯の直近に配置され、上記電気電導体の他方の端部は他のステータ歯の直近に配置される。
【0027】
特に、電動モータのこの実施形態では、漂遊領域を小さく保持することができ、上記ステータ歯と上記ロータとの間の空気間隙を特に大きく設計することができる。したがって、上記ロータの直径を小さく設計することができ、これにより当該電動モータ内で大きな流通断面を実現することができる。
【0028】
特に、上記ロータは（上記周方向において）少なくとも１つの（永久）磁石、又は（１つの永久磁石上で形成される）上記半径方向に磁化された少なくとも２つの磁極を有する。上記ロータは、特に２つの極、すなわちＮ極及びＳ極を有する。上記極は、特に上記周方向に沿って１８０度の角度を介する相互の関係において相対位置で配置され、反対の半径方向に向く。
【0029】
特に、上記ロータは２つの極を有し、半径方向に磁化される。特に、磁力線が各極の領域において上記半径方向に沿って走る。すなわち、特に、１つの極の（すべての）磁力線が、各場合で上記ロータの外周面に対して垂直に（又は実質的に垂直に）走る。
【0030】
特に、上記ロータは環状の形状であり、このため上記ロータを通って上記軸方向に沿って延びるシャフトに配置され得る。上記極は、特にリング部分を構成する。
【0031】
特に、上記ロータは上記極間に境界を有する。この境界は、上記軸方向に沿ってかつ上記半径方向に沿って延び、これにより上記ロータを特に半分に分割する平面を走る。
【0032】
このことは、上記ロータの極の磁力線が上記ステータ歯によって短絡されるように、上記ロータが当該電動モータの非作動状態（つまり、巻線が通電されない状態）において上記２つのステータ歯に対して方向づけされるという効果を有し得る。この場合、特に、上記ロータの境界が上記半径方向における上記２つのステータ歯の範囲と整列して配置されるように、上記ロータは方向づけされる。
【0033】
しかしながら、この方向づけにおいて、上記ステータの通電状態、つまり当該電動モータの作動中にトルクの最大値が現れる。この結果、単相交流での作動であっても、当該電動モータの非常に良好な開始時の挙動が実現できる。
【0034】
特に、上記ロータの外周面と上記ステータ歯の内周面との間の最小距離は、少なくとも５ミリメートル、特に少なくとも１０ミリメートル、好ましくは５ミリメートルから２０ミリメートル、特に好ましくは１０から１５ミリメートルである。
【0035】
特に、少なくとも１つの上記ステータ歯は、好ましくは両方が、特に好ましくは両方が同様に、上記端部側の間に延びる上記ステータの環状の周面を起点として、半径方向に沿って上記ロータに向かって内側に上記ステータ歯の内周面まで延びる。この延び幅に沿って、上記ステータ歯は、周方向に対するテーパ部を特に有する。すなわち、上記周方向に延びる上記ステータ歯の幅は、上記ステータの周面の又は上記本体の周面と、上記ステータ歯の内周面との間で最小となり、この本体の周面は半径方向において内側に向く。
【0036】
特に、上記少なくとも１つのステータ歯の内周面は、上記ステータの周面と上記テーパ部との間の領域よりも、上記周方向に沿って幅広く設計される。
【0037】
上記ステータ歯は、上記半径方向に沿って、上記ステータの上記周面又は上記本体（又は突出部）を起点として、上記テーパ部に向かう第１部分にかけて、及び上記テーパ部を起点として、上記内周面に向かう第二部分にかけて延びる。
【0038】
特に、上記周方向に沿って延びる上記ステータ歯の最大幅は、上記第１部分の領域において上記テーパ部の幅よりも最大５０％大きい。特に、上記最大幅は、上記テーパ部の幅の１００％超１５０％以下、好ましくは１２０％以上１５０％以下である。特に、上記最大幅は、上記周面又は上記環状の本体と上記ステータ歯との間の移行部に配置される。
【0039】
特に、上記第二部分は第二角度範囲にわたって延びる。この第二角度範囲は、上記周方向において上記第一部分の最大の第一角度範囲を、少なくとも２０％、好ましくは少なくとも５０％、特に好ましくは少なくとも７５％、特に好ましくは少なくとも１００％、さらに少なくとも１５０％上回る。上記第一及び第二角度範囲は、各々、特に当該モータの回転軸を起点として決定される。
【0040】
特に、上記第一角度範囲は、多くとも４０度の角度にわたって、好ましくは多くとも２５度の角度にわたって延びる。
【0041】
特に、上記第二角度範囲は、少なくとも５０度の角度にわたって、好ましくは少なくとも７５度の角度にわたって、特に好ましくは少なくとも８０度の角度にわたって延びる。
【0042】
特に、上記第二角度範囲は、多くとも１２０度の角度にわたって、好ましくは多くとも１００度の角度にわたって延びる。
【0043】
上記第一部分はテーパ部まで、上記ステータの又は上記本体の周面を起点として、上記半径方向に沿って、特に上記少なくとも１つの巻線を越えて内側に延びる。
【0044】
上記第一部分は、特に、上記半径方向に沿って上記ステータ歯の上記延び幅の少なくとも４０％、好ましくは少なくとも６０％、特に好ましくは少なくとも７５％を構成する。特に、上記第二部分は、上記延び幅の少なくとも５％、好ましくは少なくとも１０％を構成する。
【0045】
特に、上記ロータの外周面と少なくとも１つのステータ歯の内周面との間の最小距離は、上記半径方向に沿って第一部分の延び幅の５０％超、特に７５％超、好ましくは８０％超えである。特に、上記最小距離は、上記半径方向に沿って上記第一部分の延び幅の多くとも１５０％、好ましくは多くとも１２０％、特に好ましくは多くとも１００％である。
【0046】
特に、上記ロータの外周面と少なくとも１つのステータ歯の内周面との間の最小距離は、上記半径方向に沿って上記ステータの（又は上記本体の）周面の最大外径の５％超、特に１５％超、好ましくは２０％超えである。
【0047】
特に、上記ロータの外周面と少なくとも１つのステータ歯の内周面との間の最小距離は、上記半径方向に沿って上記ステータの（又は上記本体の）周面の最大外径の３０％未満、特に２５％未満である。
【0048】
特に、上記ステータスロットの少なくとも１つは、好ましくは両方が、特に好ましくは両方が同様に、少なくとも１２０度の角度の、好ましくは少なくとも１５０度の角度の、かつ好ましくは１８０度の角度未満の上記周方向に沿って、第三角度範囲にわたって延びる。上記第三角度範囲は、特に当該モータの回転軸を起点として画定される。
【0049】
特に、上記ステータの周面の周囲に延び、かつ１つのステータスロットのみに配置される上記少なくとも１つの巻線は、この第三角度範囲の少なくとも５０％、好ましくは少なくとも７５％、特に好ましくは少なくとも９０％の割合にわたって延びる。
【0050】
特に、上記ステータ歯の少なくとも１つは、好ましくは両方が、特に好ましくは両方が同様に、上記軸方向に沿って上記少なくとも１つの端部側（好ましくは両方の端部側）を越えて延び、突出部を形成する。この突出部は、上記ステータの上記少なくとも１つの端部側、又は上記周面又は上記本体に対して、特に上記半径方向に沿って少なくとも１つのステータ歯の全延び幅にわたって延びる。このため、特に、一定の電流について、上記少なくとも１つのステータ歯の内周面の領域における磁束密度が減少し得、磁気抵抗が低減され得るように、上記少なくとも１つのステータ歯の上記ロータの反対側に位置される内周面は、サイズが増大し得る。
【0051】
この突起部は、特に上記ステータが積み重ねた金属板ではなくＳＭＣ材料から製造される場合に、簡易に実現することが可能である。
【0052】
この突起部は、上記軸方向に沿って、特に上記端部側の領域においていわゆる端部巻線を形成する上記巻線まで延びる。このため、当該電動モータの良好な特性を、例えば上記磁気抵抗に関して実現することができるが、当該電動モータの物理的な大きさは上記突起部によって増大しない。
【0053】
特に、上記ロータの軸受は、上記軸方向に沿って上記ステータの外側に配置される。特に、上記ロータは、上記ステータの範囲を越えて、つまり少なくとも端部側を越えて、上記軸方向に沿って延びる。特に、上記ロータは（少なくとも上記半径方向について、場合によっては追加で上記軸方向について）少なくとも１つの転がり軸受によって搭載される。上記ロータは、好ましくは上記ステータの両方の端部側に（半径方向について）搭載される。
【0054】
特に、上記ロータは、上記軸方向に沿って上記ロータと上記ステータとの間に形成される中間スペースを通って、流体を移送するための構造を有する。当該モータの作動中、上記構造は、特に上記軸方向に上記流体を移動させ、その結果、上記中間スペースを通過する流体フローが生成され得る。
【0055】
上記半径方向における上記中間スペースの外側又は上記ステータの外側にある一部の上記巻線の配置の結果、当該モータの又は上記中間スペースの通過流の断面が、可能な限り大きく構成され得る。また、上記通過流の断面は、２つのステータ歯のみを有する当該モータの設計によって最大化され得る。
【0056】
本発明はさらに、上述のモータと、少なくとも１つの電圧源とを少なくとも備える装置を提示する。上記少なくとも１つの上記第一巻線及び上記第二巻線は、電流がそれらを反対方向に流れ得るように、相互に関連して配置され、かつ（電気的に）相互に接続される。
【0057】
特に、当該電動モータの動作中にそれぞれの巻線によって生成され得る磁束が、上記ステータスロットの領域において反対の周方向に沿って上記周面を通るように向けられ、上記ステータ歯の領域において合流し、かつ上記半径方向に沿って上記ステータ歯及び上記ロータを横断して導かれ得るように、上記第一巻線及び上記第二巻線が相互に関連して相互に電気的に接続されて配置される。
【0058】
当該モータに関する記載は、特に同様に、上記装置に適用され、逆の場合も同様である。
【0059】
留意事項として、本明細書において使用される数値用語（「第一」、「第二」、「第三」等）は、主に（専ら）いくつかの類似する対象、寸法又は工程の間を区別するために機能すること、つまり特に、対象、寸法又は工程の従属関係及び／又は順序を不可避的に予め定義しないことが指摘される。従属関係及び／又は順序が必要な場合は、その旨が本明細書に明示的に記載されるか、又は具体的に記述された実施形態を検討することから当業者にとって自明となるように明らかとなる。
【0060】
本発明及び技術分野を、図面に基づいてより詳細に以下に記載する。本発明は開示された例示的な実施形態によって限定されることを意図していないことが指摘される。特に、明示的に示されない限り、図面で議論された重要事項の部分的な側面を抽出し、本明細書及び／又は図面からの知見並びに他の構成要素と組み合わせることも可能である。同一の対象を示すために、同一の参照符号が使用される。これにより、適宜、他の図面からの説明を補足的に考慮に入れることが可能となる。図面では、各場合で模式的に示される。
【図面の簡単な説明】
【0061】
【発明を実施するための形態】
【0062】
図１は、電動モータ１を備える装置２５の部分断面斜視図を示す。図２は、回転軸３に沿って図１に係る装置２５の電動モータ１を示す。図３は、回転軸３に沿って図２に係る電動モータ１を磁束３０の進路とともに示す。図４は、図２及び図３に係る電動モータ１の斜視図を示す。図１から４は以下の本文内で合わせて説明される。
【0063】
電動モータ１は、回転軸３を有するロータ２と、ロータ２を取り囲みロータ２と同軸状に配置される環状のステータ４とを備える。ステータ４は、回転軸３に平行な軸方向５に沿って延び、反対の軸方向５に向く第一端部側６及び第二端部側７をそれぞれ有する。ステータ４は正確に２つのステータ歯８、９を有し、これらのステータ歯８、９は、端部側５、６の間に延びるステータ４の環状の周面１０を起点として、半径方向１１に沿って内側にロータ２に向かって延び、回転軸３について相互に対置される（つまり、周方向２７において１８０の角度を介する相互の関係で相対位置）。第一ステータスロット１２及び回転軸３について対置される第二ステータスロット１３は、周面１０に沿って第一ステータ歯８と第二ステータ歯９との間に延びる。複数の第一巻線１４は第一ステータスロット１２内に配置され、複数の第二巻線１５は第二ステータスロット１３内に配置され、各巻線１４が、端部側６、７上を越え、かつ環状の周面１０の周囲を半径方向１１における外側及び内側に延びる。図１から図３では、半径方向１１に沿って端部側６、７に沿って延びる巻線１４、１５の各々の部分は切り取られ、図示されていない。完全な巻線１４、１５は図４にのみ図示されている。
【0064】
巻線１４、１５はステータ歯８、９の周囲ではなく、環状の周面１０のみの周囲に延びる。個々の巻線１４、１５は、周方向２７に沿って相互に隣接して配置される。
【0065】
電動モータ１の動作中にそれぞれの巻線１４、１５によって生成され得る磁束３０が、ステータスロット１２、１３の領域において反対の周方向２７に沿って周面１０（ステータ４の本体）を通るように向けられ、ステータ歯８、９の領域において合流し、かつ半径方向１１に沿ってステータ歯８、９及びロータ２を横断して導かれ得るように、第一巻線１４及び第二巻線１４、１５が相互に関連して相互に電気的に接続されて配置される。
【0066】
本明細書では、第一巻線１４及び第二巻線１５は相互に並列に接続される。第一巻線１４及び第二巻線１５は、相互に独立した巻線１４、１５である。
【0067】
複数の巻線１４、１５は、各ステータスロット１２、１３内に配置され、ステータスロット１２、１３の巻線１４、１５（つまり、第一ステータスロット１２の第一巻線１４又は第二ステータスロット１３の第二巻線１５）が相互に直列に接続される（図１を参照）。このため、ここでは、第一巻線１４は相互に直接に接続される。また、第二巻線１５は相互に直接に接続される。第一巻線１４及び第二巻線１５は相互に並列に接続される。
【0068】
ここでは、同数の巻線１４、１５が２つのステータスロット１２、１３内に配置されている。
【0069】
１つの巻線１４、１５は、少なくとも軸方向５に沿って周面１０に沿って（つまり、周面１０の外側と内側に）、さらに半径方向１１に沿って環状のステータ４の端部側６、７を越えて延び、それにより端部側６、７を越えて周面１０の周囲を外側及び内側に半径方向１１に延びる。
【0070】
２つのステータ歯８、９によって相互に分離されたステータスロット１２、１３において電流１６が反対方向に流れる巻線１４、１５の配置によって、磁力線（又は磁束３０）は周方向２７に沿ってステータ４の本体を通ってかつ巻線１４、１５を通ってステータ歯８、９に向けて導かれる。第一ステータ歯８において、磁力線（磁束３０）は対向するステータスロット１２、１３の巻線１４、１５から出て、半径方向１１に沿って上ステータ歯８を通ってロータ２に向かって、さらにロータ２を横断して第二ステータ歯９に向けて導かれる。第二ステータ歯において、磁力線（磁束３０）はステータ４の本体に向けて導かれ、そこで巻線１４、１５を通ってさらに周方向２７においてステータ４の本体を通って受け渡される。各巻線１４、１５の、又はそれぞれのステータスロット１２、１３内で少なくとも１つの巻線１４、１５を形成する電気電導体の、異なる分極した端部は、相互に最大に離間し、これにより、漂遊領域は可能な限り小さい。ステータスロットの上記電気電導体の一方の端部は、特に１つのステータ歯８、９の直近に配置され、他方の端部は他のステータ歯９、８の直近に配置される（図１を参照）。
【0071】
電動モータ１のこの実施形態において、漂遊領域を小さく保持でき、ステータ歯８、９とロータ２との間の空気間隙１８を特に大きく設計できる。したがって、ロータ２の直径を小さく設計でき、これにより電動モータ１の中間スペース２４を大きな通過流の断面とすることができる。
【0072】
ステータ歯８、９は、端部側６、７の間に延びるステータ４の環状の周面１０を起点として、半径方向１１に沿ってロータ２に向かって内側にステータ歯８、９の内周面２０まで延びる。この延び幅３３に沿って、ステータ歯８、９は、周方向２７に対するテーパ部３４を有する。すなわち、周方向２７に延びるステータ歯８、９の幅は、半径方向１１に沿って内側に向くステータ４の周面１０とステータ歯８、９の内周面２０との間で最小である。
【0073】
ステータ歯８、９の内周面２０は、ステータ４の周面１０とテーパ部３４との間のステータ歯８、９の領域よりも、周方向２７に沿って幅広く設計されている。
【0074】
ステータ歯８、９は、半径方向１１に沿って、ステータ４の周面１０を起点としてテーパ部３４に向かう第一部分３５にかけて、かつテーパ部３４を起点として内周面２０に向かう第二部分３６にかけて延びる。
【0075】
第二部分３６は、約９０度の角度の第二角度範囲３８にわたって周方向２７に延びる。第二角度範囲３８は、第一部分３５の約３０度の角度の最大の第一角度範囲３７を約２００％上回る。角度範囲３７、３８は、モータ１の回転軸３を起点として決定される。
【0076】
第一部分３５は、テーパ部３４まで、ステータ４の周面１０を起点として、半径方向１１に沿って巻線１４、１５を越えて内側に延びる。
【0077】
第一部分３５は、半径方向１１に沿ってステータ歯８、９の延び幅３３の約７５％を構成する。
【0078】
２つのステータスロット１２、１３は、各々、周方向２７に沿って約１５０度の角度の第三角度範囲３９にわたって延びる。
【0079】
ステータ４の周面１０の周囲に延び、１つのステータスロット１２、１３のみに配置される少なくとも１つの巻線１４、１５は、この第三角度範囲３９の約９７％の割合にわたって延びる。
【0080】
ロータ２は（周方向２７に沿って相互に隣接して）永久磁石の２つの極１７を有する。２つの極１７は、それぞれ半径方向１１に磁化されている（図２参照）。極１７は、周方向２７に沿って１８０度の角度を介する相互の関係において相対位置で配置され、反対の半径方向１１を向く。極１７は、ここでステータ歯８、９の延び幅３３を横断して延びる境界によって相互に分離される（図２の破線）。
【0081】
ロータ２の外周面１９とステータ歯８、９の内周面２０との間の最小距離１８は、少なくとも５ミリメートルである。
【0082】
図１及び図４に示す通り、ステータ歯８、９は、軸方向５に沿って２つの端部側６、７を越えて延び、それにより各端部側６、７に突出部４０を形成する。この突出部４０は、半径方向１１に沿ってそれぞれのステータ歯８、９の全延び幅３３にわたって延びる。このため、ロータ２に反対向きに位置されるそれぞれのステータ歯８、９の内周面２０は、サイズが増大し得、その結果、与えられた電流のもとで、ステータ歯８、９の内周面２０の領域における磁束密度が減少し得、磁気抵抗が低減され得る。
【0083】
ロータ２の軸受２１は、軸方向５に沿ってステータ４の外側に配置される。（特に磁石の極１７ではない）ロータ２は、ステータ４の範囲を越えて、つまり少なくとも端部側６、７、ここでは第一端部側６を越えて、軸方向５に沿って延びる。極１７は、ステータ４の範囲を越えて延びる可能性もあり得、その結果トルクが増大し得る。
【0084】
ロータ２は、軸方向５に沿ってロータ２とステータ４との間に形成される中間スペース２４を通って、流体２３を移送するための構造２２を有する。モータ１の作動中、構造２３は、軸方向５に流体２３を移動させ、その結果、中間スペース２４を通過する流体フローが生成され得る。
【0085】
図１に示す装置２５は、モータ１と、電圧源２６とを備える。電圧源２６は、特に正弦波電源（かつＤＣ電源ではない）、スイッチ可能な電圧源又はエレクトロニクスシステムである。複数の第一巻線１４及び複数の第二巻線１５は、相互に関連して配置され、電流１６がそれらを反対方向に流れ得るように、接続され、その結果、磁束３０は、磁石の極１７を起点として、半径方向１１においてステータ歯８、９を横断し、ステータ４の周面１０に向かい、周方向２７に沿ってステータ４の周面１０を通るように導かれる。
【0086】
図５はグラフを示す。電動モータ１の１分あたりの回転数での回転速度２９が、水平軸にプロットされている。電動モータ１によって生成され得るトルク２８は、垂直軸にニュートンメートルでプロットされている。第一プロファイル３１は、他の構成による電動モータ１のトルク２８を示す。第二プロファイル３２は、ここで記載した電動モータ１の達成可能なトルク２８を示し、この達成可能なトルクはほとんどすべての動作点でより高い値である。
【符号の説明】
【0087】
１ モータ
２ ロータ
３ 回転軸
４ ステータ
５ 軸方向
６ 第一端部側
７ 第二端部側
８ 第一ステータ歯
９ 第二ステータ歯
１０ 周面
１１ 半径方向
１２ 第一ステータスロット
１３ 第二ステータスロット
１４ 第一巻線
１５ 第二巻線
１６ 電流［アンペア］、つまり［Ａ］
１７ 極
１８ 距離
１９ 外周面
２０ 内周面
２１ 軸受
２２ 構造
２３ 流体
２４ 中間スペース
２５ 装置
２６ 電圧源
２７ 周方向
２８ トルク［ニュートンメートル］、つまり［Ｎｍ］
２９ 回転速度は［１分あたりの回転数］、つまり［ｒｐｍ］
３０ 磁束［テスラ平方メートル］、つまり［Ｔ＊ｍ２］
３１ 第一プロファイル
３２ 第二プロファイル
３３ 延び幅
３４ テーパ部
３５ 第一部分
３６ 第二部分
３７ 第一角度範囲
３８ 第二角度範囲
３９ 第三角度範囲
４０ 突出部
２ ロータ
３ 回転軸
４ ステータ
５ 軸方向
６ 第一端部側
７ 第二端部側
８ 第一ステータ歯
９ 第二ステータ歯
１０ 周面
１１ 半径方向
１２ 第一ステータスロット
１３ 第二ステータスロット
１４ 第一巻線
１５ 第二巻線
１６ 電流［アンペア］、つまり［Ａ］
１７ 極
１８ 距離
１９ 外周面
２０ 内周面
２１ 軸受
２２ 構造
２３ 流体
２４ 中間スペース
２５ 装置
２６ 電圧源
２７ 周方向
２８ トルク［ニュートンメートル］、つまり［Ｎｍ］
２９ 回転速度は［１分あたりの回転数］、つまり［ｒｐｍ］
３０ 磁束［テスラ平方メートル］、つまり［Ｔ＊ｍ２］
３１ 第一プロファイル
３２ 第二プロファイル
３３ 延び幅
３４ テーパ部
３５ 第一部分
３６ 第二部分
３７ 第一角度範囲
３８ 第二角度範囲
３９ 第三角度範囲
４０ 突出部
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【国際調査報告】