(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】2022-11-04
(54)【発明の名称】二重反転差動電動モータアセンブリ
(51)【国際特許分類】
H02K 13/00 20060101AFI20221027BHJP
B64C 11/48 20060101ALI20221027BHJP
B64C 27/10 20060101ALI20221027BHJP
B64D 27/24 20060101ALI20221027BHJP
H01R 39/08 20060101ALI20221027BHJP
【ＦＩ】
H02K13/00 M
B64C11/48
B64C27/10
B64D27/24
H01R39/08
【審査請求】未請求
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2022512779
(86)(22)【出願日】2020-08-25
(85)【翻訳文提出日】2022-03-29
(86)【国際出願番号】 US2020047836
(87)【国際公開番号】W WO2021041434
(87)【国際公開日】2021-03-04
(31)【優先権主張番号】62/893,290
(32)【優先日】2019-08-29
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(31)【優先権主張番号】62/893,293
(32)【優先日】2019-08-29
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(31)【優先権主張番号】62/993,594
(32)【優先日】2020-03-23
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(81)【指定国・地域】
(71)【出願人】
【識別番号】519177312
【氏名又は名称】シーアール フライト エル．エル．シー．
(74)【代理人】
【識別番号】100131451
【弁理士】
【氏名又は名称】津田 理
(74)【代理人】
【識別番号】230117802
【弁護士】
【氏名又は名称】大野 浩之
(74)【代理人】
【識別番号】100167933
【弁理士】
【氏名又は名称】松野 知紘
(72)【発明者】
【氏名】ウィシャート，ランデル ジェイ．
(72)【発明者】
【氏名】エミ，ジョナサン ディー．
(72)【発明者】
【氏名】エミ，ジェイソン
(72)【発明者】
【氏名】ポーター，レイ
【テーマコード（参考）】
5H613
【Ｆターム（参考）】
5H613AA01
5H613AA02
5H613BB05
5H613GA02
5H613GA08
(57)【要約】
改良された二重反転（ＣＲ）差動電動モータアセンブリは、航空機又は気体を移動させるためのファンに動力を供給するために利用され、１つのプロペラのみを有する従来のモータのための取り付け空間と同様のサイズの空間で水平飛行及び垂直離陸航空機又はファンハウジングに取り付けることができる２つの反対方向に回転するプロペラを含み、中空中央シャフトと、反対方向に回転する構成要素の内部、わずかに上方、又は完全に上方に、及び中空中央シャフトの周りに取り付けられるスリップリングアセンブリとを含む。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
ａ．第１及び第２の端部を有する中央中空シャフトと、ｂ．前記中央中空シャフトの周りに配置され、前記中央中空シャフトの周りで第１の方向に回転する第１の回転部材と、
ｃ．前記第１の回転部材と前記中央中空シャフトの前記第２の端部との間に配置され、前記第１の回転部材の回転方向とは反対方向に、前記中央中空シャフトの周りで回転する第２の回転部材と、
ｄ．前記中央中空シャフトを通って外部電源から延びるワイヤを介して電気を受け取ると、前記中央中空シャフトの周りで反対方向に前記第１及び第２の回転部材の回転に動力を供給するため前記第１及び第２の回転部材に関連付けられた電磁界コイル及び永久磁石と、
ｅ．外部電源から前記電磁手段に電気を伝達するためのスリップリングアセンブリであって、前記スリップリングアセンブリは、前記中央中空シャフトの周りに、並びに前記第１及び第２の回転部材内又は前記第１の回転部材と前記中央中空シャフトの前記第１の端部との間のいずれかに配置される、スリップリングアセンブリと、
ｆ．前記反対方向に回転する第１及び第２の回転部材と、前記スリップリングアセンブリと、前記中央中空シャフトとを支持構造体に取り付けるためのベース部材であって、前記ベース部材は、前記中央中空シャフトの前記第２の端部に近接して配置される、ベース部材と、
を備える、二重反転（ＣＲ）差動電動モータアセンブリ。
【請求項2】
ａ．第１及び第２の端部を有する中央中空シャフトと、ｂ．前記中央中空シャフトの周りに配置され、前記中央中空シャフトの周りで第１の方向に回転する第１の回転部材と、
ｃ．前記第１の回転部材に固定された第１のプロペラと、
ｄ．第２の回転部材であって、前記中央中空シャフトの周りに、並びに前記第１及び第２の回転部材内又は前記第１の回転部材と前記中央中空シャフトの前記第２の端部との間のいずれかに配置され、前記第１の回転部材の回転方向とは反対方向に、前記中央中空シャフトの周りを回転する第２の回転部材と、
ｅ．前記第２の回転部材に固定された第２のプロペラと、
ｆ．前記中央中空シャフトを通って外部電源から延びるワイヤを介して電気を受け取ると、前記中央中空シャフトの周りで反対方向に前記第１及び第２の回転部材の回転に動力を供給するため前記第１及び第２の回転部材に関連付けられた電磁界コイル及び永久磁石と、
ｇ．外部電源から前記電磁手段に電気を伝達するためのスリップリングアセンブリであって、前記スリップリングアセンブリは、前記第１の回転部材と前記中央中空シャフトの前記第１の端部との間の前記中央中空シャフトの周りに配置される、スリップリングアセンブリと、
ｈ．前記反対方向に回転する第１及び第２の回転部材と、前記スリップリングアセンブリと、前記中央中空シャフトとを支持構造体に取り付けるためのベース部材であって、前記ベース部材は、前記中央中空シャフトの前記第２の端部に近接して配置される、ベース部材と、
を備える、二重プロペラ二重反転（ＣＲ）差動電動モータアセンブリ。
【請求項3】
改良された二重反転（ＣＲ）差動電動モータアセンブリであって、第１及び第２の端部を有する中央シャフトと、前記中央シャフトの周りに配置され、前記中央シャフトの周りで第１の方向に回転する第１の回転部材と、前記第１の回転部材と前記中央シャフトの前記第２の端部との間に配置され、前記第１の回転部材の回転方向とは反対方向に、前記中央シャフトの周りを回転する第２の回転部材と、電気を受け取ると、前記中央シャフトの周りで反対方向に前記第１及び第２の回転部材の前記回転に動力を供給するため前記第１及び第２の回転部材に関連付けられた電磁界コイル及び永久磁石と、外部電源から前記電磁手段に電気を伝達するためのスリップリングアセンブリと、前記反対方向に回転する第１及び第２の回転部材と、前記スリップリングアセンブリと、前記中央シャフトとを支持構造体に取り付けるためのベース部材と、を含み、前記ベース部材は、前記中央シャフトの前記第２の端部に近接して配置され、前記改良は、ａ．中空中央シャフト内、及び前記スリップリングアセンブリと外部電源との間に電線を延ばすことを可能にする前記中空中央シャフトを利用することと、
ｂ．前記中空中央シャフトの周り、並びに前記第１及び第２の回転部材内又は前記中空中央シャフトの第１の端部と前記第１の回転部材との間のいずれかに前記スリップリングアセンブリを配置し、それによって前記第１及び第２の回転部材を前記ベース部材の近くに位置付けて、前記ＣＲ差動電動モータアセンブリの動作中の有害な振動を最小限に抑えることと、
を含む、改良された二重反転（ＣＲ）差動電動モータアセンブリ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
関連出願の相互参照
本出願は、２０２０年３月２３日に出願された米国仮特許出願第６２／９９３，５９４号の優先権及び利益を主張し、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。本出願は、２０１９年８月２９日に出願された米国仮特許出願第６２／８９３，２９０号の優先権及び利益を主張し、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。本出願は、２０１９年８月２９日に出願された米国仮特許出願第６２／８９３，２９３号の優先権及び利益を主張し、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。
本出願は、２０２０年３月２３日に出願された米国仮特許出願第６２／９９３，５９４号の優先権及び利益を主張し、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。本出願は、２０１９年８月２９日に出願された米国仮特許出願第６２／８９３，２９０号の優先権及び利益を主張し、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。本出願は、２０１９年８月２９日に出願された米国仮特許出願第６２／８９３，２９３号の優先権及び利益を主張し、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。
【0002】
連邦政府による資金提供を受けた研究開発に関する記載
該当なし
該当なし
【0003】
著作権保護対象資料の通知
本特許文書の資料の一部は、米国及びその他の国の著作権法に基づく著作権保護の対象となる。著作権の所有者は、米国特許商標庁の公的に入手可能なファイル又は記録に見られるように、特許文書又は特許開示のいずれかによるファクシミリ複製に異議を唱えないが、それ以外のすべての著作権を留保する。著作権者は、３７Ｃ．Ｆ．Ｒ．§１．１４に準拠する権利を含むがこれに限定されない、本特許文書を秘密に保つためのその権利のいずれも放棄しない。
本特許文書の資料の一部は、米国及びその他の国の著作権法に基づく著作権保護の対象となる。著作権の所有者は、米国特許商標庁の公的に入手可能なファイル又は記録に見られるように、特許文書又は特許開示のいずれかによるファクシミリ複製に異議を唱えないが、それ以外のすべての著作権を留保する。著作権者は、３７Ｃ．Ｆ．Ｒ．§１．１４に準拠する権利を含むがこれに限定されない、本特許文書を秘密に保つためのその権利のいずれも放棄しない。
【0004】
背景
１．技術分野
１．技術分野
【0005】
本開示の技術は、一般に、通常は中大型（１０～１００ポンド超の推力）用であり、航空機に動力を供給するために、又は空気移動／ファン技術のために頻繁に利用される二重反転（ＣＲ）差動電動モータアセンブリに関する。より詳細には、本発明は、水平飛行及び垂直離着陸（ＶＴＯＬ）航空機に動力を供給するためにしばしば使用され、２つの関連付けられた／連結されたプロペラが共通の中心軸の周りで互いに非常に接近して回転することを可能にするＣＲ差動電動モータアセンブリであり、１つのプロペラによって生成された空気流は、他のプロペラの回転に差動的に結合され、それにより、単一のプロペラを回転させる同等の標準的／従来のモータよりもＣＲモータによる電力消費の効率を高める。本発明は、標準的／従来のモータ用に元々構成された空間において航空機又はファンハウジングで使用することができる。
【0006】
２．背景技術
【0007】
米国特許第８，１９８，７７３号明細書、第８，２５３，２９４号明細書、及び第８，５３１，０７２号明細書（本出願人に発行された）は、様々な二重反転モータ／発電機用途向けである。
【0008】
関連性があるのは、薄型二重反転差動電動モータアセンブリに関する米国特許第１０，１１６，１８７号明細書（本出願人に発行され、特許‘１８７号と呼ばれる）である。特に、このＣＲモータアセンブリは、具体的には通常は推力約１０ポンド未満の比較的小型の電動モータ用である。特許‘１８７号明細書に記載されているように、ＣＲモータアセンブリは、第１及び第２の端部を有する中心個体シャフト（固定されるか又は回転する）と、該中心個体シャフトの周りで反対方向に回転する第１及び第２の回転部材と、第１及び第２の回転部材にそれぞれ固定された第１及び第２のプロペラと、第１及び第２の回転部材に関連付けられた回転に電力を供給するための電磁手段と、反対方向に回転する回転部材と取り付け手段との間に位置し、中心個体シャフトの第２の端部に固定された外部電源から電磁手段に電気を搬送するための手段とを備える。この特定の設計は、ＣＲモータ（主に第１及び第２の回転部材並びに電磁手段）の質量が比較的小さい（推力約１０ポンド未満）小型ＣＲモータに理想的である。しかしながら、中大型ＣＲモータ（推力約１０～１００ポンド超）に関して、第１及び第２の回転部材及び電磁手段の質量が大きくなり、有害な回転生成高調波を防止するために、動作中、第１及び第２の回転部材及び電磁手段は、取り付け手段（ベースプレート）に可能な限り近接している必要がある。特許‘１８７号明細書に開示されているＣＲモータは、電気搬送手段（通常はスリップリングアセンブリ又は同等物）を第１及び第２の回転部材と電磁手段と取り付け手段との間に位置付け、それによって第１及び第２の回転部材及び電磁手段を取り付け手段からかなりの距離に配置する。この場合も、小型のＣＲモータでは完全に良好であるが、大型化したＣＲモータでは有害な共振が容易に発生する。
【0009】
追加で、国際公開第２０１８／１０６６１１号パンフレット（本出願人にも発行され、ＷＩＰＯ‘６１１と呼ばれる）は、特許‘１８７号に開示されているＣＲモータと共に利用することができる電気搬送手段又は高電流及びＲＰＭ対応スリップリングアセンブリを記載している。しかしながら、特許‘１８７号のＣＲモータと同様に、このスリップリングアセンブリは、電線が電源からスリップリングアセンブリの外側に延びるので、第１及び第２の回転部材（及び関連する電磁手段）と取り付け手段との間で利用されなければならない。中央シャフト又は軸は、このスリップリングアセンブリのために個体である。このスリップリングアセンブリを第１及び第２の回転部材内又はその上方に位置付けること（第１及び第２の回転部材並びに電磁手段の質量を取り付け手段に近づけること）は、反対方向に回転するプロペラが電線と絡み合うために不可能である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0010】
【特許文献1】米国特許第８，１９８，７７３号明細書
【特許文献2】米国特許第８，２５３，２９４号明細書
【特許文献3】米国特許第８，５３１，０７２号明細書
【特許文献4】米国特許第１０，１１６，１８７号明細書
【特許文献5】国際公開第２０１８／１０６６１１号パンフレット
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0011】
本明細書に記載の技術の目的は、水平飛行及び垂直離着陸航空機に動力を供給するために利用される中大型ＣＲ差動電動モータアセンブリを提供することである。
【0012】
本明細書に記載の技術の追加の目的は、空気又は他の気体の移動のためにファンに動力を供給するために利用される中大型ＣＲ差動電動モータアセンブリを提供することである。
【0013】
本明細書に記載の技術の別の目的は、１つのプロペラを有する従来の／標準的なモータとほぼ同じ空間配分を必要とする水平飛行及び垂直離着陸航空機に動力を供給するために利用される２つのプロペラを有する中大型ＣＲ差動電動モータアセンブリを供給することである。
【0014】
本明細書に記載の技術のさらなる目的は、単一のプロペラを有する標準的／従来のモータと比較したときに、機械的動力出力と比較して減少した電力入力で水平飛行及び垂直離着陸航空機に動力を供給するために利用される中大型ＣＲ差動電動モータアセンブリを供給することである。
【0015】
本明細書に記載の技術のさらに別の目的は、同等の標準的／従来のモータよりも長いバッテリ寿命及びより大きな推力で水平飛行及び垂直離着陸航空機に動力を供給するために利用される中大型ＣＲ差動電動モータアセンブリを開示することである。
【0016】
本発明のさらに追加の目的は、１）従来のモータマウントに無駄にならない付加エネルギー、２）より低い熱生成による付加エネルギー、３）スリップリングアセンブリの中央から外側への位置付けによって生成される低振動高調波による付加エネルギー、及び４）正味の回転速度を増加させて標準モータよりもＣＲモータの効率を高める２つの反対方向に回転する部材間の相乗的な差動結合、の組み合わせを利用する中大型ＣＲモータを開示することである。
【課題を解決するための手段】
【0017】
ａ）第１及び第２の端部を有する中央中空シャフト（又は軸）と、ｂ）中央中空シャフトの周りに取り付けられた２つの反対方向に回転する回転部材であって、第１の回転部材が界磁コイル巻線を含み、第２の回転部材が永久磁石を含む、回転部材と、ｃ）第１の回転部材に固定されたプロペラブレードの第１のセット及び第２の回転部材に固定されたプロペラブレードの第２のセットと、ｄ）中央中空シャフトの周りで、第１及び第２の回転部材内に、又は中央中空シャフトの（第１の端部に向かって）全体的に若しくは部分的に上方に配置された電源及びコントローラから界磁コイルに電気を運ぶためのスリップリングアセンブリと、ｅ）ＣＲモータアセンブリを車両又はファンに固定するための取り付けベースと、ｆ）任意選択的に、ＣＲモータアセンブリを動作させるための制御手段と、ｇ）及び任意選択的に、電源と、を備える航空機又はファンに動力を供給するために利用される中大型ＣＲ差動電動モータアセンブリが、開示される。
【0018】
本明細書に記載の技術のさらなる態様は、本明細書の以下の部分で明らかにされ、詳細な説明は、限定を課すことなく、技術の好ましい実施形態を完全に開示することを目的とする。
【0019】
本明細書に記載の技術は、例示のみを目的とする以下の図面を参照することによってより完全に理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【0020】
【図1A】スリップリングアセンブリが第１及び第２の回転部材の上方及び中央中空シャフトの周りに部分的又は全体的に配置されている、本発明の一実施形態の側面図である。
【図2A】スリップリングアセンブリが第１及び第２の回転部材内並びに中央中空シャフトの周りに配置されている、本発明の別の実施形態の側面図である。
【図5】界磁コイル接続部及びワイヤに対して等間隔に配置されたスリップリングアセンブリを示す、本発明の別の実施形態の上面部分透視図である。
【図6】本発明の一実施形態の分解斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【0021】
図面をより具体的に参照すると、例示目的のために、本技術は、図１～図９に全体的に示されるシステムにおいて具現化される。主題のシステムＣＲ差動電動モータアセンブリは、構成及び構成要素の詳細に関して変化してもよく、方法は、本明細書に開示される基本概念から逸脱することなく、特定のステップ及び動作シーケンスに関して変化してもよいことが理解されよう。
【0022】
主題の小型から大型のＣＲモータは、任意の所望の電気相構成であってもよいが、限定ではなく例示目的のために、本明細書に関連するＣＲモータはブラシレス電気三相設計である。他の位相設計は、現在の三相版と同様に等しく機能する。本ＣＲモータを動作させるために、適切なコントローラ及び電源が使用される。
【0023】
一般に、本発明は、航空機に又は気体を移動させるためのファンに動力を供給するために利用される中型（推力約１０ポンド超）から大型（推力約１００ポンド超）のＣＲ差動電動モータアセンブリである。構成部品に関連付けられたかなりの質量を有するＣＲモータ（又は任意の中大型モータ）に関して、回転構成要素モータを取り付けベースの近くに位置付けることは、推力を低減し、エネルギーを浪費し、軸受を摩耗し、かつ有害な熱を生成する悪影響を及ぼす回転振動を排除するのに役立つ。本ＣＲモータは、ａ）外側（第１の）端部及び内側（第２の、取り付けベース領域内の）端部を有し、ＣＲ差動電動モータアセンブリの構造的支持を提供する中心軸に沿って配向された中央中空シャフトと、ｂ）その外周の周りで電磁界コイルに固定された内側（第１の）回転部材であって、動作中に、中心軸の周りで第１の方向に回転する、内側回転部材と、ｃ）内側回転部材が中心軸の周りで第１の方向に回転することを可能にする、内側回転部材に固定された第１の軸受アセンブリと、ｄ）動作中に、中心軸の周りで第１の回転部材とは反対の第２の方向に回転する外側回転部材であって、通電されたときに電磁界コイルによって反発される複数の永久磁石が並ぶ、外側回転部材と、ｅ）外側回転部材が中心軸の周りで第１の回転方向とは反対の第２の方向に回転することを可能にする、外側回転部材に固定された第２の軸受アセンブリと、ｆ）内側回転部材に固定された第１のプロペラアセンブリであって、少なくとも２つのプロペラブレードを備える第１のプロペラアセンブリと、ｇ）第２の回転部材に固定された第２のプロペラアセンブリであって、少なくとも２つのプロペラブレードを含む、第２のプロペラアセンブリと、ｈ）中央中空シャフトの第２の端部に固定された取り付けベース部材と、ｈ）外部コントローラ及び電源から界磁コイル巻線に電気を運ぶためのスリップリングアセンブリであって、中央中空シャフトの周りの第１及び第２の回転部材内に位置付けられているか、又は中央中空シャフトの周りの第１及び第２の回転部材のわずかに上方に突出しているか、若しくは完全に上方にある、スリップリングアセンブリと、を備える。
【0024】
以下の説明は、限定ではなく例示のみを目的とした、具体的には水平飛行及びＶＴＯＬ航空機に関するものであり、本ＣＲモータの発明は、家庭内又は商業ビルのファンなどの空気移動装置にも使用されることを強調する。
【0025】
より具体的には、図１Ａ、図１Ｂ、図１Ｃ、及び図３に示すように、スリップリングアセンブリが２つの反対方向に回転する回転部材の上方に位置付けられている本発明５の第１の実施形態が示されている。一般に、この実施形態は、軸受１１によって中央中空シャフト３５に回転可能に固定された外側部分１０及び内側部分１２の両方を備える第１の回転部材を含む。明確にするために、「外側」は、取り付けベース部材４０から中央中空シャフト３５上でさらに離れていることを指し、「内側」は、取り付けベース部材４０により近いことを指す。プロペラ１５は、外側部分１０に締結されている。例示的なプロペラ１５は、２つのブレードを備えるが、他のブレードの数（２つ、４つなど）も本開示の範囲内であると考えられる。電磁界コイル１４は、第１の回転部材の内側部分１２に固定されている。
【0026】
第２の回転部材は、軸受２６によって中央中空シャフト３５に回転可能に固定された外側部分２０及び内側部分２５の両方を備える。プロペラ３０が内側部分２５に締結されている。ここでも、例示的なプロペラ３０は、２つのブレードを含むが、他のブレードの数（２つ、４つなど）も本開示の範囲内であると考えられる。永久磁石２７は、第２の回転部材の外側部分２０の内周に固定され、これに沿っている。
【0027】
中央中空シャフト３５は、取り付けベース４０に固定され、ＣＲモータの動作中は回転しない。取り付けベースは、航空機及び空中移動システムなどの装置に本ＣＲモータを固定するために利用することができる。中央中空シャフト３５は、電気配線６０が外部コントローラ及び電源６２からスリップリングアセンブリの受電構成要素（図３に見られるような焼結／多孔性ディスク７３）まで通過することを可能にするように中空である。配線６０は位置６６に取り付けられる。中央中空シャフト３５は、通常、適切な金属又は金属合金から製造されるが、構造的に許容可能なポリマーが使用されてもよく、ワイヤ６０が位置付けられる内部通路３７を有する。しかしながら、内部通路３７は通常円形であることが強調され、中央シャフト３５内の様々な切削経路が可能であるが、円形通路は有害な回転共振を防止するために好ましい。
【0028】
各ＣＲモータは、一方が永久磁石のセット２７（第２の回転部材外側部分２０）を有し、他方が界磁コイル巻線１４（第１の回転部材内側部材１２）を有する２つの反対方向に回転する部材を有するので、これらの界磁コイル巻線１４に電気を送達するための非伝統的な手段が必要とされる。実施形態５の好ましい電気伝達手段は、図１Ｂ、図１Ｃ、及び図３に見ることができるスリップリングアセンブリである。スリップリングアセンブリを構成するのは、潤滑剤含有焼結／多孔質金属又は金属許容物から製造された対の導電性ディスクのセット５０である（そのような容易に市場で購入できる焼結／多孔質材料はＯｉｌｉｔｅ（商標）と呼ばれる）。焼結ディスクを製造するために、青銅、真鍮、鋼などが利用されることが多い。焼結ディスクは、適用された潤滑剤を内部に閉じ込め、動作中に潤滑剤をゆっくりと放出する微細な通路を含む。潤滑剤は天然油及び合成油であってもよく、より軽質のＳＡＥ１０（Ｗ）－５０が好ましいが、他の粘度も本開示の範囲内であることが分かる。
【0029】
通常、対の両方のディスク７０は潤滑焼結／多孔質ディスクであることが好ましいが、各対のセットのディスク７０の一方の部材のみが焼結／多孔質であり、他方は金属又は金属合金などの非焼結／多孔質材料であってもよいことに留意されたいが、この可能性はＣＲモータの動作中にはるかに高い摩耗特性を有することが分かった。両方とも潤滑された焼結／多孔質ディスク上の焼結／多孔質ディスクは、ＣＲモータの長期動作中（１００時間超）に極めて低い摩耗特性を有することが分かった。
【0030】
図１Ｂ、図１Ｃ、及び図３に示す対のディスクのセットは、各セット内に外側ディスク７２及び内側ディスク７３を有する３つの対７０を備える。各入力電気接続は、外側ディスク７２及び内側ディスク７３を有する１対のセット７０を必要とする。したがって、例示的なＣＲモータ５は、三相配線を利用して、３本のワイヤ６０がコントローラ及び電源６２から中央中空シャフト開口３７に入り、３対のディスクのセット５０に続く。各セット７０において、内側ディスク７３ ｉｎは、ＣＲモータが動作している間、スピンドルハウジング４５内に静止して保持される。したがって、３本の入力ワイヤ６０は各々、静止内側ディスク７３のうちの１つに固定される。各対のディスク７０（外側７２及び内側７３）は、絶縁体ディスク７５によって次の対のディスク７０から電気的に絶縁されている。各対のセットの外側ディスク７２は、外側ディスク７２をスピンドルハウジング４５内にロックする取り付けタブ６７を介して、界磁コイル１４に延びる出力ワイヤ６５に接続される。ディスク７０の各セットについて、各対の１つのディスクが静止し、１つのディスクが回転している限り、並びに入力ワイヤが静止ディスクに取り付けられ、出力ワイヤが回転ディスクに固定されている限り、入力及び出力ワイヤを切り替えることができることに留意されたい。３対のディスクのセット５０は、スピンドルハウジング４５内に保持され、スピンドルハウジング４５は、ＣＲモータ動作中に電気的接触を維持するために積み重ねられたディスクのセットに圧縮を加える１つ又は複数のばね５２の弾性手段を含む。スピンドルハウジング４５は、Ｄｅｌｒｉｎ、ＰＥＥＫ、様々なナイロン及び類似の材料などの十分に剛性の非導電性ポリマーから製造される。スピンドルハウジング４５及び関連する構成要素は、通常、スリップリングアセンブリカバー５１によって囲まれているが、必ずしもそうである必要はない。
【0031】
必要に応じて、外側ディスク７２は、入力ワイヤ６０に取り付けられた非回転ディスクであってもよく、内側ディスク７３は、退出／出力ワイヤ６５に取り付けられた回転ディスクであってもよいことが強調される。
【0032】
本発明の第２の実施形態は、図２Ａ、図２Ｂ、図２Ｃ、及び図４に示されており、一般に、第１及び第２の端部を有する中央中空シャフトと、前記中央中空シャフトの周りに配置され、前記中央中空シャフトの周りで第１の方向に回転する第１の回転部材と、前記第１の回転部材に固定された第１のプロペラと、第２の回転部材であって、前記中央中空シャフトの周りに配置され、前記第１及び第２の回転部材内、又は前記第１の回転部材と前記中央中空シャフトの前記第２の端部との間に配置され、前記第１の回転部材の回転方向とは反対方向に、前記中央中空シャフトの周りを回転する第２の回転部材と、前記第２の回転部材に固定された第２のプロペラと、前記中央中空シャフトを通って外部電源から延びるワイヤを介して電気を受け取ると、前記中央中空シャフトの周りで反対方向に前記第１及び第２の回転部材の前記回転に動力を供給するため前記第１及び第２の回転部材に関連付けられた電磁界コイル及び永久磁石と、外部電源から前記電磁手段に電気を伝達するためのスリップリングアセンブリであって、前記スリップリングアセンブリは、前記第１の回転部材と前記中央中空シャフトの前記第１の端部との間の前記中央中空シャフトの周りに配置される、スリップリングアセンブリと、前記反対方向に回転する第１及び第２の回転部材と、前記スリップリングアセンブリと、前記中央中空シャフトとを支持構造体に取り付けるためのベース部材であって、前記中央中空シャフトの前記第２の端部に近接して配置される、ベース部材と、を備える二重プロペラＣＲ差動電動モータアセンブリを含む。
【0033】
より具体的には、図２Ａ、図２Ｂ、図２Ｃ、及び図４は、スリップリングアセンブリが２つの反対方向に回転する回転部材の間又はわずかに上方に位置付けられる、本発明１００の第２の実施形態に関する。図２Ａ、図２Ｂ、図２Ｃ、及び図４では、要素表示は１００番台であり、第１の実施形態の図１Ａ、図１Ｂ、図１Ｃ、及び図３に見られるものと同等であるが、スリップリングアセンブリは、２つの反対方向に回転する部材内の空間の下の方に下げられる。一般に、この実施形態は、軸受１１１によって中央中空シャフト１３５に回転可能に固定された外側部分１１０及び内側部分１１２の両方を備える第１の回転部材を含む。明確にするために、「外側」は、取り付けベース部材１４０から中央中空シャフト１３５上でさらに離れていることを指し、「内側」は、取り付けベース部材１４０により近いことを指す。プロペラ１１５は、外側部分１１０に締結されている。例示的なプロペラ１１５は、２つのブレードを含むが、他のブレードの数（２つ、４つなど）も本開示の範囲内であると考えられる。電磁界コイル１１４は、第１の回転部材の内側部分１１２に固定されている。
【0034】
第２の回転部材は、軸受１２６によって中央中空シャフト１３５に回転可能に固定された外側部分１２０及び内側部分１２５の両方を備える。プロペラ１３０は、内側部分１２５に締結されている。ここでも、例示的なプロペラ１３０は、２つのブレードを含むが、他のブレードの数（２つ、４つなど）も本開示の範囲内であると考えられる。永久磁石１２７は、第２の回転部材の外側部分１２０の内周に固定され、これに沿っている。
【0035】
中央中空シャフト１３５は、取り付けベース１４０に固定され、ＣＲモータの動作中は回転しない。取り付けベース１４０は、航空機及び空中移動システムなどの装置に本ＣＲモータを固定するために利用することができる。中央中空シャフト１３５は、電気配線１６０が外部コントローラ及び電源１６２からスリップリングアセンブリの受電構成要素（図４に見られる焼結ディスク１７３）まで通過することを可能にするように中空である。配線１６０は位置１６６に取り付けられる。中央中空シャフト１３５は、通常、適切な金属又は金属合金から製造されるが、構造的に許容可能なポリマーが使用されてもよく、ワイヤ１６０が位置付けられる内部通路１３７を有する。しかしながら、内部通路１３７は通常円形であることが強調され、中央シャフト１３５内の様々な切削経路が可能であるが、円形通路は有害な回転共振を防止するために好ましい。
【0036】
各ＣＲモータは、一方が永久磁石のセット１２７（第２の回転部材外側部分１２０）を有し、他方が界磁コイル巻線１４（第１の回転部材内側部材１１２）を有する２つの反対方向に回転する部材を有するので、これらの界磁コイル巻線１１４に電気を送達するための非伝統的な手段が必要とされる。実施形態１００の好ましい電気伝達手段は、図２Ｂ、図２Ｃ、及び図４に見ることができるスリップリングアセンブリである。スリップリングアセンブリを構成するのは、潤滑剤含有焼結／多孔質金属又は金属許容物から製造された対の導電性ディスクのセット１５０である（そのような容易に市場で購入できる焼結／多孔質材料はＯｉｌｉｔｅ（商標）と呼ばれる）。焼結ディスクを製造するために、青銅、真鍮、鋼などが利用されることが多い。焼結ディスクは、適用された潤滑剤を内部に閉じ込め、動作中に潤滑剤をゆっくりと放出する微細な通路を含む。潤滑剤は天然油及び合成油であってもよく、より軽いＳＡＥ１０－５０が好ましいが、他の粘度も本開示の範囲内であることが分かる。
【0037】
図２Ｂ、図２Ｃ、及び図４に示す対のディスクのセットは、各セット内に外側ディスク１７２及び内側ディスク１７３を有する３つの対１７０を備える。各入力電気接続は、外側ディスク１７２及び内側ディスク１７３を有する１対のセット１７０を必要とする。したがって、例示的なＣＲモータ１００は、三相配線を利用して、３本のワイヤ１６０がコントローラ及び電源１６２から中央中空シャフト開口１３７に入り、３対のディスクのセット１５０に続く。各セット１７０において、内側ディスク１７３ ｉｎは、ＣＲモータが動作している間、スピンドルハウジング１４５内に静止して保持される。したがって、３つの入力ワイヤ１６０はそれぞれ、静止内側ディスク１７３のうちの１つに固定される。ディスク１７０の各セットについて、各対の１つのディスクが静止し、１つのディスクが回転している限り、並びに入力ワイヤが静止ディスクに取り付けられ、出力ワイヤが回転ディスクに固定されている限り、入力及び出力ワイヤを切り替えることができることに留意されたい。各対のディスク１７０（外側１７２及び内側１７３）は、絶縁体ディスク１７５によって次の対のディスク１７０から電気的に絶縁されている。各対のセットの外側ディスク１７２は、外側ディスク１７２をスピンドルハウジング１４５内にロックする取り付けタブ１６７を介して、界磁コイル１１４に延びる出力ワイヤ１６５に接続される。３対のディスクのセット１５０は、スピンドルハウジング１４５内に保持され、スピンドルハウジング１４５は、ＣＲモータ動作中に電気的接触を維持するために積み重ねられたディスクのセット１５０に圧縮を加える１つ又は複数のばね１５２の弾性手段を含む。
【0038】
必要に応じて、外側ディスク１７２は、入力ワイヤ１６０に取り付けられた非回転ディスクであってもよく、内側ディスク１７３は、退出／出力ワイヤ１６５に取り付けられた回転ディスクであってもよいことが強調される。
【0039】
図５は、第１のＣＲモータ実施形態５について、（界磁コイル１４に通じる）出力ディスク接続部／ワイヤ６５のためのスリップリングアセンブリ内の好ましい構成がスピンドルハウジング４５内の対称配置であることを示している。接続部／ワイヤ６５の対称配置は、有害な又はエネルギーを浪費する回転振動を最小限に抑える。
【0040】
水平飛行及びＶＴＯＬ航空機では、ＣＲモータマウント４０及び１４０は、多くの場合、本ＣＲモータ５及び１００を選択された航空機に固定するために利用されるアパーチャを有する。本ＣＲ差動モータアセンブリ５及び１００の１つの利点は、プロペラを有する従来の／標準的モータが適合する領域内に容易に適合することである。
【0041】
機内電源は、多くの場合、適切な１つ又は複数のバッテリである。追加で、標準的で容易に購入可能な電子速度コントローラ（ＥＳＣ）を使用して、入力電気を制御して、回転に動力を供給し、回転を開始及び継続するのに必要な磁気反発力を生成する方法で界磁コイル巻線１４を作動させる。
【0042】
通常、水平飛行及びＶＴＯＬ航空機を備えた機内コントローラは、電波、赤外線信号、又は同等物によって地上コントローラと遠隔通信する。
【0043】
本発明の差動又は第１から第２のプロペラフィードバック動作は、単一のプロペラのみを装備した従来の／標準的モータと比較して、２つの内部差動結合プロペラを有する本発明の有効性又は効率を説明する上で重要である。第１のプロペラ上のブレードのセットは、対向する空気に遭遇し、離れる空気の速度を増加させる。第２のプロペラ上のブレードのセットは、第２の回転部材をより速く回転させる第１のプロペラ加速空気に遭遇し、それによって第１の回転部材がさらに加速され、内部差動結合された２つの回転部材は、ＣＲ版で見られるように、回転部材間に相乗的なフィードバック強化を提供しないただ１つのプロペラを有するモータよりも高い効率で動作する。
【0044】
図６～図９は、完全機能ＣＲモータの部品を示すＣＡＤプログラムから得られた本技術の一実施形態を示す。図６は、本技術の一実施形態の構成要素の分解図である。他の同等の実施形態が本開示の範囲内と見なされることが強調される。外側保持リング２０５は、取り付けねじ２００によって、中空中央シャフト又は軸２４０が通って延びるスリップリングアセンブリ又は「回転変圧器」２１０（典型的なスリップリングアセンブリ又は回転変圧器５０の説明については上記を参照）の上に固定される。次に、中空中央シャフト２４０の周りに嵌合された軸受２１５（他のすべての軸受にも符号２１５が付されている）がある。次に、第１の回転部材外側部分２２０が、中空中央シャフト２４０の周りに位置付けられる。プロペラブレードアンカ点の第１のセットは、第１の回転部材外側部分２２０の周囲に見られる（所望の２つ以上のプロペラブレードアンカ点が存在するブレードの正確な数に応じて）。次に、別の軸受２１５が位置付けられる（正確な軸受２１５の位置は、任意の所与の特定のＣＲモータの正確な要件に基づいて変化し得る）。第１の回転部材内側部分２２５が続いており、ここでも中空中央シャフトの周りに位置付けられる。第１の回転部材内側部分２２５は、電磁界コイルを含む。次に、第２の回転部材外側部分２３０がある。第２の回転部材外側部分２３０は、外側部分２３０の内側面に固定された永久磁石を含む。第２の回転部材外側部分２３０内には、別の軸受２１５と、プロペラ取り付け点の第２のセットを提供する第２の回転内側部材２３５とがある。最終軸受２１５が続く。内側保持リング２４５は、取り付けねじ２５０によって固定される。明らかに、外側及び内側の取り付けねじは、同等の手段で置き換えられてもよい。
【0045】
図７は、本ＣＲモータの一実施形態の部分分解図を示す。プロペラはＣＲモータに取り付けられている。
【0046】
図８は、図６及び図７に示す組み立てられたＣＲモータの一実施形態の断面図である。電気配線２５５は、中空中央シャフト２４０の内部を通ってスリップリングアセンブリ２１０まで延びているのが分かる（この場合も、スリップリングアセンブリの詳細は上述されている）。
【0047】
【0048】
対象発明の第１の実施の形態は、第１及び第２の端部を有する中央中空シャフトと、前記中央中空シャフトの周りに配置され、前記中央中空シャフトの周りで第１の方向に回転する第１の回転部材と、前記第１の回転部材と前記中央中空シャフトの前記第２の端部との間に配置され、前記第１の回転部材の回転方向とは反対方向に、前記中央中空シャフトの周りで回転する第２の回転部材と、前記中央中空シャフトを通って外部電源から延びるワイヤを介して電気を受け取ると、前記中央中空シャフトの周りで反対方向に前記第１及び第２の回転部材の回転に動力を供給するため前記第１及び第２の回転部材に関連付けられた電磁界コイル及び永久磁石と、外部電源から前記電磁手段に電気を伝達するためのスリップリングアセンブリであって、前記スリップリングアセンブリは、前記中央中空シャフトの周りに、並びに前記第１及び第２の回転部材内又は前記第１の回転部材と前記中央中空シャフトの前記第１の端部との間のいずれかに配置される、スリップリングアセンブリと、前記反対方向に回転する第１及び第２の回転部材と、前記スリップリングアセンブリと、前記中央中空シャフトとを支持構造体に取り付けるためのベース部材であって、前記ベース部材は、前記中央中空シャフトの前記第２の端部に近接して配置される、ベース部材と、を備える、ＣＲ差動電動モータアセンブリを含む。
【0049】
対象発明の第２の実施の形態は、第１及び第２の端部を有する中央中空シャフトと、前記中央中空シャフトの周りに配置され、前記中央中空シャフトの周りで第１の方向に回転する第１の回転部材と、前記第１の回転部材に固定された第１のプロペラと、第２の回転部材であって、前記中央中空シャフトの周りに、並びに前記第１及び第２の回転部材内又は前記第１の回転部材と前記中央中空シャフトの前記第２の端部との間のいずれかに配置され、前記第１の回転部材の回転方向とは反対方向に、前記中央中空シャフトの周りを回転する第２の回転部材と、前記第２の回転部材に固定された第２のプロペラと、前記中央中空シャフトを通って外部電源から延びるワイヤを介して電気を受け取ると、前記中央中空シャフトの周りで反対方向に前記第１及び第２の回転部材の回転に動力を供給するため前記第１及び第２の回転部材に関連付けられた電磁界コイル及び永久磁石と、外部電源から前記電磁手段に電気を伝達するためのスリップリングアセンブリであって、前記スリップリングアセンブリは、前記第１の回転部材と前記中央中空シャフトの前記第１の端部との間の前記中央中空シャフトの周りに配置される、スリップリングアセンブリと、前記反対方向に回転する第１及び第２の回転部材と、前記スリップリングアセンブリと、前記中央中空シャフトとを支持構造体に取り付けるためのベース部材であって、前記ベース部材は、前記中央中空シャフトの前記第２の端部に近接して配置される、ベース部材と、を備える、ＣＲ差動電動モータアセンブリを含む。
【0050】
対象発明の第３の実施の形態は、改良されたＣＲ差動電動モータアセンブリであって、第１及び第２の端部を有する中央シャフトと、前記中央シャフトの周りに配置され、前記中央シャフトの周りで第１の方向に回転する第１の回転部材と、前記第１の回転部材と前記中央シャフトの前記第２の端部との間に配置され、前記第１の回転部材の回転方向とは反対方向に、前記中央シャフトの周りを回転する第２の回転部材と、電気を受け取ると、前記中央シャフトの周りで反対方向に前記第１及び第２の回転部材の前記回転に動力を供給するため前記第１及び第２の回転部材に関連付けられた電磁界コイル及び永久磁石と、外部電源から前記電磁手段に電気を伝達するためのスリップリングアセンブリと、前記反対方向に回転する第１及び第２の回転部材と、前記スリップリングアセンブリと、前記中央シャフトとを支持構造体に取り付けるためのベース部材と、を含み、前記ベース部材は、前記中央シャフトの前記第２の端部に近接して配置され、前記改良は、中空中央シャフト内、及び前記スリップリングアセンブリと外部電源との間に電線を延ばすことを可能にする前記中空中央シャフトを利用することと、前記中空中央シャフトの周り、並びに前記第１及び第２の回転部材内又は前記中空中央シャフトの第１の端部と前記第１の回転部材との間のいずれかに前記スリップリングアセンブリを配置し、それによって前記第１及び第２の回転部材を前記ベース部材の近くに位置付けて、前記ＣＲ差動電動モータアセンブリの動作中の有害な振動を最小限に抑えることと、を含む、改良されたＣＲ差動電動モータアセンブリを含む。
【0051】
本明細書で使用されるとき、単数形の用語「ａ」、「ａｎ」、および「ｔｈｅ」は、文脈が明らかにそうでないことを指示しない限り、複数の指示対象を含むことができる。単数形の対象物への言及は、明示的に述べられていない限り、「１つだけ」を意味することを意図しておらず、むしろ「１つまたは複数」を意味する。
【0052】
本開示内の「Ａ、Ｂおよび／またはＣ」などの表現構成体は、Ａ、Ｂ、もしくはＣのいずれかが存在し得る場合か、または事項Ａ、ＢおよびＣの任意の組み合わせを記述する。要素を列記する群が後に続く「のうちの少なくとも１つ（ａｔ ｌｅａｓｔ ｏｎｅ ｏｆ）」などの表現構成体は、これら群要素のうちの少なくとも１つが存在することを示し、これには、適用可能な場合、これら列記された要素の任意の可能な組み合わせが含まれる。
【0053】
「一実施形態（ａｎ ｅｍｂｏｄｉｍｅｎｔ）」、「少なくとも１つの実施形態（ａｔ ｌｅａｓｔ ｏｎｅ ｅｍｂｏｄｉｍｅｎｔ）」、または同様の実施形態の言い回しに言及する、本明細書における言及は、記載された実施形態に関連して記載された特定の特徴、構造、または特性が、本開示の少なくとも１つの実施形態に含まれることを示す。したがって、これらの様々な実施形態の語句は、必ずしもすべてが同じ実施形態に言及しているわけではないし、記載されている他のすべての実施形態と異なる特定の実施形態に言及しているわけでもない。実施形態語句は、所与の実施形態の特定の特徴、構造、または特性が、開示された装置、系、または方法の１つ以上の実施形態において任意の適切な仕方で組み合わされ得ることを意味すると解釈されるべきである。
【0054】
本明細書で使用されているように、「セット」という用語は、１つまたは複数の対象物の集合を指す。したがって、例えば、対象物のセットは単一の対象物または複数の対象物を含むことができる。
【0055】
本明細書で使用されているように、「おおよそ」、「おおよその」、「実質的に」および「約」という用語は、小さな変動を記述し、説明するために使用されている。事象または状況と併せて使用される場合、その用語は、その事象または状況が厳密に発生する場合だけでなく、その事象または状況が緊密な近似で発生する場合も指すことができる。数値と共に使用される場合、その用語は、その数値の±１０％以下、例えば±５％以下、±４％以下、±３％以下、±２％以下、±１％以下、±０．５％以下、±０．１％以下、または±０．０５％以下などの変動の範囲を指すことができる。例えば、「実質的に」整列されたとは、±１０°以下、例えば±５°以下、±４°以下、±３°以下、±２°以下、±１°以下、±０．５°以下、±０．１°以下、または±０．０５°以下などの範囲の角度変動を指すことができる。
【0056】
さらに、量、比率、および他の数値は、本明細書では時には範囲の形式で提示することができる。そのような範囲の形式は便宜上および簡潔さのために使用され、範囲の限界として明示的に特定された数値を含むように柔軟に理解されるべきであるが、しかし、あたかも各数値および部分範囲が明示的に特定されているかのように、その範囲内に包含されるすべての個々の数値または部分範囲も含む。例えば、約１から約２００の範囲の比は、明示的に列挙された約１から約２００の範囲を含むが、約２、約３、および約４などの個々の比、ならびに約１０から約５０、約２０から約１００などの部分範囲も含むと理解すべきである。
【0057】
本明細書の記載には多くの詳細が含まれるが、これらは、本開示の範囲を限定するものとして解釈されるべきものではなく、現時点で好ましい実施形態のいくつかの例を提供したものにすぎない。したがって、本開示の範囲は、当業者に明らかになりうる他の実施形態をすべて包含することを認識されたい。
【0058】
当業者に知られている開示された実施形態の要素と構造的および機能的に等価のものはすべて、本明細書に参照により明確に援用されたものとされ、本特許請求の範囲に包含されるものとする。さらに、本開示にない要素、構成部品または方法ステップは、その要素、構成部品または方法ステップが特許請求の範囲に明確に記載されているか否かにかかわらず、公にされるためのものであることが意図される。本願の請求項の要素は、「～するための手段」という表現を用いて明確に要素を記載していない限り、「ミーンズ・プラス・ファンクション」として解釈されるべきではない。本願の請求項の要素は、「～するためのステップ」という表現を用いて明確に要素を記載していない限り、「ステップ・プラス・ファンクション」として解釈されるべきではない。
【図1A】
【図1B】
【図1C】
【図2A】
【図2B】
【図2C】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【国際調査報告】