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JP2011529681A - 電気機械のための回転子 - Google Patents

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Abstract

電気機械のための回転子が、回転子ハブと、回転子ハブの周囲部の周りに取り付けられる複数の永久磁石セグメントとを備える。いくつかの例においては、これらのセグメントは、円形の外方表面を有し、回転子ハブに設置された場合に回転子の円筒状外方表面を形成する。永久磁石は、ある特定の磁場を有する回転子を構成するように選択される。いくつかの例においては、これらのセグメントは、これらの永久磁石セグメントの中の第１の複数のセグメントと、少なくとも１つのマルチピース永久磁石セグメントとを備え、この少なくとも１つのマルチピース永久磁石セグメントは、少なくとも２つの片を含み、各片は、第１の複数のセグメント中のセグメントよりも短い弧長を有し、各マルチピース・セグメント中の１つの片の磁化方向ベクトルが、少なくとも１つの他の片の磁化方向ベクトルとは異なる。いくつかの例においては、これらの複数のセグメントは、一次磁石セグメントと、補極磁石セグメントとを備えることにより、２つ以上の磁極を規定し、これらのセグメントは、均一に配向された方向ベクトル成分を有する。いくつかの例においては、２極回転子構成中のセグメントが、互いに実質的に平行であり、実質的に同一方向に配向された、方向ベクトル成分を有する。

Description

（関連出願の相互参照）
本出願は、２００８年７月２８日に出願された米国仮出願第６１／０８４，２３８号、２００８年９月１１日に出願された米国仮出願第６１／０９６，２９０号、２００９年７月１日に出願された米国特許出願第１２／４９６，５５２号、２００９年７月１日に出願された米国特許出願第１２／４９６，６１９号、および２００９年７月１日に出願された米国特許出願第１２／４９６，６２１号の利益を主張するものである。これらの出願の全開示は、参照により本明細書に組み込まれる。
いくつかの電気機械は、機械的動作（例えば運動エネルギー）を電力に変換する、電力を機械的動作に変換する、またはそれらの両方を行うように、作動する。例えば、機械的動作を電力に変換する（すなわち発電する）ように作動する電気機械システムは、原動機である随伴デバイスに結合された電気機械を含むことが可能である。この原動機は、電気機械に機械的動作を与え、電気機械が、その機械的動作を電力に変換する。電力を機械的動作に変換するように構成された電気機械システム（すなわちモータ）は、随伴デバイスに結合された電気機械を含むことが可能であり、この随伴デバイスは、この電気機械から出力される機械的動作によって駆動される。いくつかの例において、電力および機械的動作の両方を生成するように構成された電気機械システムは、随伴デバイス（例えば原動機）に結合された電気機械を含むことが可能であり、この随伴デバイスは、電気機械によって駆動され得る、および電気機械を駆動することができる。
本開示の一態様は、電気機械のための回転子を包含する。この回転子は、回転子ハブと、回転子ハブの周囲部の周りに取り付けられる複数の永久磁石セグメントとを備える。実質的に均一な弧長の、これらの永久磁石セグメントの中の第１の複数のセグメントが、単一の一体成形材料片から形成される。マルチピース永久磁石セグメントが、２つの片を含み、これらの各片が、第１の複数の永久磁石セグメントよりも短い弧長を有する。これらの片の中の１つの磁化方向ベクトルが、そのマルチピース・セグメント中の少なくとも１つの他の片の磁化方向ベクトルとは異なる。
本開示の一態様は、回転子の円筒状外方表面の１セクションを形成するように回転子に設置されるように構成され得る、電気機械の回転子と共に使用するための永久磁石セグメントを包含する。この永久磁石セグメントは、第１の磁化方向ベクトルを有する第１の永久磁石セクションと、第１の磁化方向ベクトルとは異なる磁化方向ベクトルを有する少なくとも１つの他の永久磁石セクションとを備えることが可能である。
本開示の一態様は、回転子ハブの周囲部に均一弧長の第１の複数の永久磁石セグメントを取り付けるステップを含む、電気機械のための回転子を形成する方法を包含する。第１の複数のセグメント中の各セグメントが、単一の一体成形材料片から形成される。マルチピース永久磁石セグメントが、回転子ハブの周囲部に取り付けられる。このマルチピース・セグメントは、２つの片を含み、これらの各片が、第１の複数の永久磁石セグメントよりも短い弧長を有する。第１の片の磁化方向ベクトルが、そのマルチピース・セグメント中の第２の片の磁化方向ベクトルとは異なる。いくつかの例においては、マルチピース・セグメントの片が、第１の複数のセグメントと等しい弧長の、かつ第１の複数のセグメントと同一の材料から形成される、単一の永久磁石セグメントをセグメント化することによって形成される。いくつかの例においては、第１の片の磁化方向ベクトルが、第１の複数のセグメントの磁化方向とは異なる。
これらの態様の中の１つまたは複数が、以下の特徴の中の１つまたは複数を備えてよく、または以下の特徴を備えなくてもよい。マルチピース・セグメントの弧長と第１の複数の永久磁石セグメント中のセグメントの弧長とが、均一であることが可能である。回転子は、第２の複数の永久磁石セグメントをさらに備えることが可能であり、これらの第２の複数のセグメント中のセグメントの弧長は、第１の複数のセグメント中のセグメントの弧長とは異なる。複数のマルチピース磁石セグメントは、補極セグメントであることが可能である。マルチピース・セグメント中の１つの片の弧長が、同じマルチピース・セグメント中の第２の片の弧長よりも長い。マルチピース・セグメント中の１つの片が、同じマルチピース・セグメント中の第２の片の材料とは異なる材料から形成され得る。マルチピース・セグメントの材料は、同じマルチピース・セグメント中の第２の片の材料よりも高い密度を有することが可能である。マルチピース・セグメントの材料が、同じマルチピース・セグメント中の第２の片の材料とは異なる磁気的特徴を有することが可能である。マルチピース・セグメント中の少なくとも１つの片が、第１の複数のセグメント中のセグメントの弧長と等しい弧長を有し、かつ第１の複数のセグメント中のセグメントと同一の材料から形成される、単一の永久磁石セグメントから構成され得る。マルチピース・セグメント中の１つの片が、同じマルチピース・セグメント中の第２の片の磁気方向ベクトルに対して垂直な磁気方向ベクトルを有することが可能である。回転子ハブは、実質的に円筒状の長尺の回転子であることが可能である。回転子は、深海中作動用に適合化することが可能である。第１の永久磁石セクションおよび少なくとも１つの他の永久磁石セクションは、共に接合することが可能である。少なくとも１つの他の永久磁石セクションのサイズが、第１の永久磁石セクションよりも大きいことが可能である。磁化ベクトルは、方向成分および大きさ成分を含むことが可能である。第１の永久磁石および少なくとも１つの他の永久磁石の磁化ベクトルは、それぞれ異なる方向成分を有することが可能である。第１の永久磁石および少なくとも１つの他の永久磁石の磁化ベクトルは、それぞれ異なる大きさ成分を有することが可能である。
本開示の一態様は、電気機械のための多極回転子を包含する。この多極回転子は、回転子ハブと、回転子ハブの周囲部の周りの複数の一次永久磁石セグメントとを備える。各一次磁石セグメントの外方面は、実質的に弧状であり、回転子ハブに設置された場合にこの回転子の実質的に円筒状の表面の１セクションを画成する。各一次永久磁石セグメントは、ラジアル方向に磁化されて、その外方面に対して垂直な磁気方向ベクトルを有する磁場を有する。この多極回転子は、回転子ハブの周囲部の周りに複数の補極永久磁石セグメントを備える。各補極磁石セグメントの外方面は、実質的に弧状であり、回転子ハブに設置された場合にこの回転子の実質的に円筒状の表面の１セクションを画成する。各補極永久磁石セグメントが、その外方面に対して垂直ではない磁気方向ベクトルを有する磁場を有する。
本開示の一態様は、複数の永久磁石セグメントが、実質的に円筒状の表面を形成するように構成される、方法を包含する。この方法においては、複数の磁極が、円筒状表面に対してラジアル方向に向かう磁気方向ベクトルをそれぞれが有する、第１の複数のラジアル方向に磁化される磁石セグメントによって規定される。複数の補極が、円筒状表面に無関係な磁気方向ベクトルをそれぞれが有する、第２の複数のラジアル方向に磁化される磁石セグメントによって規定される。これらの複数の永久磁石セグメントは、電気機械の固定子内において回転される。
これらの態様の中の１つまたは複数が、以下の特徴の中のいくつかまたは全てを備えることが可能であり、または以下の特徴を備えないことが可能である。一次永久磁石セグメントの弧長と補極永久磁石セグメントの弧長とが、均一であることが可能である。回転子は、回転子中の磁極の数と少なくとも同一数の補極永久磁石セグメントを備えることが可能である。補極永久磁石セグメントの総数が、２つであることが可能であり、一次永久磁石セグメントおよび補極永久磁石セグメントが、２極を規定する。補極永久磁石セグメントの総数が、４つであることが可能であり、一次永久磁石セグメントおよび補極永久磁石セグメントが、４極を規定する。一次永久磁石セグメントおよび補極永久磁石セグメントは、多極を規定することが可能である。
本開示の一態様は、電気機械のための２極回転子を包含する。この２極回転子は、回転子ハブと、回転子ハブの周囲部の周りに位置し、この回転子の実質的に円筒状の表面を画成する、少なくとも４つの永久磁石セグメントとを備える。永久磁石セグメントの中の少なくとも４つがそれぞれ、磁気セグメントを二等分する円筒状表面の半径に対して異なる方向を有する磁気方向ベクトルを有する。
本開示の一態様は、複数の永久磁石セグメントが回転子の実質的に円筒状の表面を画成するように構成される、この回転子の２極を規定する方法を包含する。この方法においては、磁場が、磁気セグメントの中の第１のセグメントを二等分する半径に対して第１の方向にかけられる。磁場が、磁気セグメントの中の第２のセグメントを二等分する半径に対して第２の方向にかけられる。磁場が、磁気セグメントの中の第３のセグメントを二等分する半径に対して第３の方向にかけられる。磁場が、磁気セグメントの中の第４のセグメントを二等分する半径に対して第４の方向にかけられる。
これらの態様の中の１つまたは複数が、以下の特徴の中のいくつかまたは全てを備えることが可能であり、または以下の特徴を備えないことが可能である。少なくとも２つの磁石セグメントが、回転子ハブの表面に対して実質的に垂直な磁気方向ベクトルを有することが可能である。回転子ハブの表面が、回転子の半径に対して垂直であることが可能である。少なくとも２つの磁気方向ベクトルが、回転子の半径に対して実質的に垂直であることが可能である。永久磁石セグメントのそれぞれの弧長が、同一であることが可能である。永久磁石の中の少なくとも２つが、補極磁石であることが可能である。
本開示の一態様は、回転子ハブと、回転子ハブの周囲部の周りに端部同士を接した状態で位置する複数の永久磁石セグメントとを備える、電気機械のための回転子を包含する。各永久磁石セグメントの外方面は、弧状であり、これらの永久磁石セグメントは、一体としてこの回転子の円筒状表面を画成する。各永久磁石が、円筒状表面の中心からラジアル方向に向かう、その磁石セグメントを二等分する中心線を備える。これらの複数の磁石セグメントは、磁極を規定し、この磁極は、複数の磁石セグメントのそれぞれの中心線から方位角において位置をずらされる、円筒状表面の中心からラジアル方向に向かい磁極を二等分する磁気方向ベクトルを有する。
本開示の一態様は、複数の永久磁石セグメントが端部同士を接した状態で配置されて回転子の実質的に円筒状の表面を画成する、方法を包含する。この方法においては、磁場が、複数の永久磁石セグメントにより複数の方向にかけられる。磁極が、各磁気セグメントの中心線から方位角において位置をずらされた、円筒状表面の中心からラジアル方向に向かい磁極を二等分する磁気方向ベクトルを有するように規定され、この中心線は、円筒状表面の中心からラジアル方向に向かい、磁気セグメントを二等分し、磁気セグメントのそれぞれの端部から方位角において位置をずらされる。
これらの態様の中の１つまたは複数が、以下の特徴の中のいくつかまたは全てを備え、または以下の特徴を備えない。磁気方向ベクトルは、複数の磁石セグメントのそれぞれの端部から方位角において位置をずらされ得る。回転子は、２極回転子であることが可能である。回転子は、３つ以上の磁極を有することが可能である。複数のセグメントの中の少なくとも２つのセグメントが、補極セグメントであることが可能である。
本開示の一態様は、中心軸を有する回転子ハブと、回転子ハブの周囲部の周りに位置し、回転子の実質的に円筒状の表面を形成する、複数の永久磁石セグメントとを備える、電気機械のための回転子を包含する。これらの永久磁石のそれぞれが、円筒状表面に対する接線に対して実質的に平行であるか、または円筒状表面の中心から実質的にラジアル方向に向かう、磁気方向ベクトルを有する。
本開示の一態様は、複数の永久磁石セグメントが、回転子ハブの周囲部の周りに位置し、回転子の実質的に円筒状の表面を形成する、方法を包含する。この方法においては、複数の磁場が加えられ、それらの磁場はそれぞれ、円筒状表面に対する接線に対して実質的に平行であるか、または円筒状表面の中心から実質的にラジアル方向に向かう磁気方向ベクトルを有する。
これらの態様の中の１つまたは複数が、以下の特徴の中のいくつかまたは全てを備えることが可能であり、または以下の特徴を備えないことが可能である。円筒状表面に対する接線に対して平行な磁気方向ベクトルを有するセグメントが、同一の弧長を有することが可能であり、円筒状表面の中心からラジアル方向に向かう磁気方向ベクトルを有するセグメントが、同一の弧長を有することが可能である。円筒状表面の中心からラジアル方向に向かう磁気方向ベクトルを有するセグメントの弧長が、円筒状表面に対する接線に対して平行な磁気方向ベクトルを有するセグメントの弧長とは異なることが可能である。
本開示の一態様は、電気機械のための２極回転子を包含する。この２極回転子は、回転子ハブと、回転子ハブの周囲部に取り付けられる複数の永久磁石セグメントとを備える。これらの磁石セグメントは、回転子の実質的に円筒状の外方表面を画成する。これらの磁石セグメントはそれぞれ、方向ベクトル成分を有する磁場を有し、回転子ハブの周囲部に取り付けられたこれらの磁石セグメントの方向ベクトル成分は、互いに実質的に平行であり、実質的に同一方向に配向される。
本開示の一態様は、第１および第２の磁極が、互いに実質的に平行な方向ベクトル成分を有する複数の磁場によって規定される、方法を包含する。これらの磁場は、実質的に円筒状の表面を画成するように構成される複数の永久磁石によって生じる。これらの磁場は、電気機械の固定子内において中心軸を中心として回転される。
本開示の一態様は、電気機械のための４極回転子を包含する。この回転子は、回転子ハブと、回転子ハブに取り付けられる第１の複数の永久磁石セグメントとを備える。この第１の複数の磁石セグメントは、回転子の円筒状の外方表面の第１の弧を画成し、回転子の第１の磁極を規定する。各磁石セグメントが、方向ベクトル成分を有する磁場を有する。回転子ハブに取り付けられたこれらの磁石セグメントのベクトル方向成分は、互いに実質的に平行であり、実質的に同一の第１の方向に配向される。第２の複数の永久磁石セグメントが、回転子ハブに取り付けられ、回転子の円筒状の外方表面の第２の弧を画成し、回転子の第２の磁極を規定する。各第２の磁石セグメントは、方向ベクトル成分を有する磁場を有する。回転子ハブに取り付けられたこれらの第２の磁石セグメントのベクトル方向成分は、互いに実質的に平行であり、実質的に同一の第２の方向に配向される。第３の複数の永久磁石セグメントが、回転子ハブに取り付けられ、この回転子の円筒状の外方表面の第３の弧を画成し、回転子の第３の磁極を規定する。各第３の磁石セグメントは、方向ベクトル成分を有する磁場を有する。回転子ハブに取り付けられたこれらの第３の磁石セグメントのベクトル方向成分は、互いに実質的に平行であり、実質的に同一の第３の方向に配向される。第４の複数の永久磁石セグメントが、回転子ハブに取り付けられ、回転子の円筒状の外方表面の第４の弧を画成し、回転子の第４の磁極を規定する。各第４の磁石セグメントは、方向ベクトル成分を有する磁場を有する。回転子ハブに取り付けられたこれらの第４の磁石セグメントのベクトル方向成分は、互いに実質的に平行であり、実質的に同一の第４の方向に配向される。
本開示の一態様は、互いに実質的に平行な方向ベクトル成分を有する第１の複数の磁場を有する第１の磁極を規定するステップを含む方法を包含する。第１の複数の磁場は、実質的に円筒状の表面の第１の四分円弧を画成するように構成された第１の複数の永久磁石によって生じる。第２の複数の磁場が、互いに実質的に平行な方向ベクトル成分を有する第２の複数の磁場により規定される。これらの第２の複数の磁場は、実質的に円筒状の表面の第２の四分円弧を画成するように構成された第２の複数の永久磁石によって生じる。第３の磁極が、互いに実質的に平行な方向ベクトル成分を有する第３の複数の磁場によって規定される。これらの第３の複数の磁場は、実質的に円筒状の表面の第３の四分円弧を画成するように構成された第３の複数の永久磁石によって生じる。第４の磁極が、互いに実質的に平行な方向ベクトル成分を有する第４の複数の磁場によって規定される。これらの第４の複数の磁場は、実質的に円筒状の表面の第４の四分円弧を画成するように構成された第４の複数の永久磁石によって生じる。これらの磁極は、電気機械の固定子内で中心軸を中心として回転される。
これらの態様は、以下の特徴の中の１つまたは複数を備えることが可能であり、または以下の特徴を備えないことが可能である。これらの永久磁石セグメントは、実質的に同一の弧長を有することが可能である。各磁石セグメントの方向ベクトル成分の配向が、セグメントの弧長全体にわたって均一であることが可能である。４つの永久磁石セグメントを回転子ハブの周囲部に取り付けることが可能である。１６個の永久磁石セグメントを回転子ハブの周囲部に取り付けることが可能である。磁石セグメントは、曲線状の外向表面を有することが可能である。第１の磁石セグメントの方向ベクトル成分を、その外向表面に対して第１の方向に配向することが可能であり、第２の磁石セグメントの方向ベクトル成分を、第２の磁石セグメントの外向表面に対して第２の別の方向に配向することが可能である。複数の磁場は、実質的に同一強度のものであることが可能である。
以下、添付の図面および説明において、１つまたは複数の実装形態の詳細を示す。他の特徴、目的、および利点が、これらの説明および図面から、ならびに特許請求の範囲から明らかになろう。
例示的な電気機械システムの概略図である。 海中ポンプを含む例示的な電気機械システムの断面図である。 海中圧縮機を含む例示的な電気機械システムの断面図である。 例示的な回転子の断面図である。 図２Ａの例示的な回転子の端部の詳細な断面図である。 金属テープにより形成された複合材料スリーブが回転子の外側ジャケットの周囲に覆い付けられた状態の、例示的な回転子を示す図である。 金属合金テープから形成された回転子スリーブを有する例示的な回転子の端部の詳細な断面図である。 例示的な回転子スリーブの詳細な破断図である。 別の例示的な回転子の詳細な断面図である。 図２Ｅの例示的な回転子の詳細な斜視図である。 セグメント化された磁石を有する１つの例示的な回転子の概略断面図である。各磁石セグメントに付随する矢印は、各磁石セグメントの北磁極配向を示す。 セグメント化された磁石を有する１つの例示的な回転子の概略断面図である。各磁石セグメントに付随する矢印は、各磁石セグメントの北磁極配向を示す。 セグメント化された磁石を有する１つの例示的な回転子の概略断面図である。各磁石セグメントに付随する矢印は、各磁石セグメントの北磁極配向を示す。 セグメント化された磁石を有する１つの例示的な回転子の概略断面図である。各磁石セグメントに付随する矢印は、各磁石セグメントの北磁極配向を示す。 セグメント化された磁石を有する１つの例示的な回転子の概略断面図である。各磁石セグメントに付随する矢印は、各磁石セグメントの北磁極配向を示す。 セグメント化された磁石を有する１つの例示的な回転子の概略断面図である。各磁石セグメントに付随する矢印は、各磁石セグメントの北磁極配向を示す。 セグメント化された磁石を有する１つの例示的な回転子の概略断面図である。各磁石セグメントに付随する矢印は、各磁石セグメントの北磁極配向を示す。 セグメント化された磁石を有する１つの例示的な回転子の概略断面図である。各磁石セグメントに付随する矢印は、各磁石セグメントの北磁極配向を示す。 セグメント化された磁石を有する１つの例示的な回転子の概略断面図である。各磁石セグメントに付随する矢印は、各磁石セグメントの北磁極配向を示す。 回転子磁石のセグメントによって形成された複数の流路チャネルを示す、例示的な回転子の側面図である。 充填材料の案内を容易にするために回転子中に形成された溝を有する、別の例示的な回転子の側面図である。 回転子の端部リング中に形成された入口と共に、回転子中に形成された環状チャネル２６４を有する、別の例示的な回転子の側面図である。 均一なラジアル方向の磁性を帯びている磁石セグメントまたは磁石セグメント列の断面図である。 真にラジアル方向の磁性を帯びている磁石セグメントまたは磁石セグメント列の断面図である。 例示的な電気機械の断面図である。 電気機械において使用するための例示的な固定子鉄心の斜視図である。 各継鉄部分が複数の個別の部分から形成されている、２つの隣接し合う形成された継鉄部分を示す図である。 図３Ｃの継鉄部分の一部を形成するために使用される例示的な一部分を示す図である。 固定子の位置合わせを行い、固定子に対して剛性を与えるために使用される、図３Ｂの例示的な固定子の例示的な固定子バーを示す図である。 図３Ｂの例示的な固定子の例示的な端部プレートを示す図である。 図３Ｂの例示的な固定子の端部の部分詳細図である。 図３Ｂの例示的な固定子において使用するための例示的な固定子歯積層体を示す図である。 固定子歯積層体を位置合わせするおよび／または装着するための突出部および受容部のそれぞれを有する、２つの隣接し合う固定子歯積層体の側面図である。 隣接し合う固定子歯積層体を位置合わせするおよび／または装着するための、代替的な構成を示す図である。 隣接し合う継鉄中に形成されたチャネル内に配設される歯セグメントの概略図である。 固定子の周囲に保護バリアを有する例示的な電気機械の断面図である。 保護バリアの例示的な構成を示す部分断面図である。 保護バリアの例示的な構成を示す部分断面図である。 保護バリアの例示的な構成を示す部分断面図である。 保護バリアの例示的な構成を示す部分断面図である。 保護バリアの例示的な構成を示す部分断面図である。 電気機械のための固定子の例示的な鉄心の部分概略端面図である。 電気機械のための固定子の例示的な鉄心の部分概略端面図である。 電気機械のための固定子の例示的な鉄心の部分概略端面図である。 電気機械のための固定子の例示的な鉄心の部分概略端面図である。 電気機械のための固定子の例示的な鉄心の部分概略端面図である。 電気機械のための固定子の例示的な端部ターンの概略端面図である。 電気機械のための固定子の例示的な端部ターンの概略端面図である。 電気機械のための固定子の例示的な端部ターンの概略側面図である。 電気機械のための固定子の例示的な端部ターンの概略側面図である。 電気機械のための例示的な固定子の概略断面図である。 電気機械のための固定子の例示的な端部ターンの概略断面図である。 ２つの例示的な端部ターンの概略図である。 例示的な端部ターンの概略図である。 例示的な端部ターンの概略図である。 例示的な端部ターンの概略図である。 電気機械のための固定子の例示的な端部ターンの概略側面図である。 電気機械のための固定子の例示的な端部ターンの概略斜視図である。 電気機械のための固定子の例示的な鉄心の部分概略断面図である。 電気機械のための固定子の例示的な鉄心の部分概略断面図である。 電気機械のための固定子の例示的な鉄心の部分概略断面図である。 電気機械のための固定子の例示的な鉄心の部分概略断面図である。 １つまたは複数の固定子鉄心スロット内に挿入するための例示的なウェッジの斜視図である。 三相電気機械の中の１つの相のための接続を示す配線図である。 三相電気機械の中の１つの相のための接続を示す配線図である。 三相電気機械の中の１つの相のための接続を示す配線図である。 電気機械のための固定子の例示的な鉄心の部分概略端面図である。 電気機械のための固定子の例示的な鉄心の部分概略端面図である。 電気機械のための固定子の例示的な鉄心の部分概略端面図である。 電気機械のための固定子の例示的な鉄心の部分概略端面図である。 電気機械のための固定子の例示的な鉄心の部分概略端面図である。 電気機械のための固定子の例示的な端部ターンの概略端面図である。 電気機械のための固定子の例示的な端部ターンの概略端面図である。 電気機械のための固定子の例示的な端部ターンの概略端面図である。 電気機械のための固定子の例示的な端部ターンの概略側面図である。 電気機械のための例示的な固定子の概略断面図である。 電気機械のための例示的な固定子鉄心の概略断面図である。 電気機械のための例示的な固定子鉄心の概略断面図である。 １つまたは複数の固定子鉄心スロット内に挿入するための例示的なウェッジの斜視図である。 １つまたは複数の固定子鉄心スロット内に挿入するための例示的なウェッジの斜視図である。 電気機械のための例示的な固定子鉄心の概略端面図である。 １つまたは複数の固定子鉄心スロット内に挿入するための例示的なウェッジの斜視図である。 電気機械のための例示的な固定子鉄心の概略端面図である。 電気機械の固定子スロットのための例示的なスロット・ライナを示す図である。 スロット内に位置し、ライナ・クランプにより保持された図４ＱＱのスロット・ライナを示す、電気機械のための例示的な固定子鉄心の端面図である。 スロット内に位置し、代替のライナ・クランプにより保持された図４ＱＱのスロット・ライナを示す、電気機械のための例示的な固定子鉄心の端面図である。 電気機械のための例示的な固定子の部分斜視図である。 電気機械のための例示的な固定子の端面図である。 電気機械のための例示的な固定子の部分斜視図である。 電気機械のための例示的な固定子の部分側面図である。 電気機械のための例示的な固定子の部分斜視図である。
図１Ａを参照すると、電気機械システム１００が、随伴デバイス１０４に結合された電気機械１０２を含む。電気機械１０２は、機械的動作から電力を生成する発電機として作動することが可能であり、電気から機械的動作を生じさせるモータとして作動することが可能であり、または、発電とモータリングとの間で切り替わることが可能である。発電においては、原動機が、機械的動作を電気機械１０２に与え、電気機械１０２が、機械的動作を電力に変換する。いくつかの例においては、随伴デバイス１０４は、原動機であってよい。モータリングにおいては、電気機械１０２から出力される機械的動作により、別のデバイスを駆動させることが可能となる。いくつかの例においては、電気機械１０２は、随伴デバイス１０４を駆動させることが可能である。いくつかの例においては、電気機械１０２は、ある指定された条件下にある間は原動機をモータリングおよび駆動するように作動することが可能であり、ある指定された条件下にある間は発電に切り替わり原動機によって駆動され得る。電気機械１０２は、主に発電のために、主にモータリングのために、または、発電およびモータリングの両方にて程よく効率的なものとなるように、構成することが可能である。
一般的に、電気機械１０２は、固定部材および可動部材を備え、この可動部材は、磁場の相互作用により、固定部材に対して動く場合には発電し、および／または、電力が固定部材に供給される場合には可動部材を動かす。本明細書においては、参照の便宜上、電気機械１０２を、回転電気機械として説明し、ここで、可動部材は、固定部材すなわち固定子１０８内で回転するように支持される回転子１０６とする。回転子１０６は、随伴デバイス１０４に結合されて、随伴デバイス１０４を駆動する、および／または随伴デバイス１０４により駆動される。図１Ａは、水平方向に配向された随伴デバイス１０４に結合された、水平方向に配向された電気機械を図示するが、他の実装形態では、様々な配向の中でもとりわけ、垂直方向に配向された随伴デバイスに結合されそれを駆動させることが可能な、垂直方向に配向された電気機械を実現することもできる。さらに、他の例においては、電気機械１０２は、別のタイプの電気機械であることが可能である。例えば、電気機械１０２は、可動部材が線形往復運動するシャフトである、線形電気機械であることが可能である。この線形往復運動するシャフトが、随伴デバイス１０４に結合されて、随伴デバイス１０４を駆動してもよく、および／または随伴デバイス１０４により駆動されてもよい。以下においてさらに詳細に説明されるように、電気機械１０２は、交流（ＡＣ）の同期式の永久磁石（ＰＭ）電気機械であり、永久磁石を含む回転子１０６と、鉄心の周囲に複数の成形巻線またはケーブル巻線を備える固定子１０８とを有する。他の例においては、電気機械は、回転子および固定子の両方が巻線を備えるＡＣの非同期式の誘導機械、または別のタイプの電気機械などの、他のタイプの電気機械であることが可能である。いくつかの例においては、電気機械１０２は、ハウジング１１０によって担持され、ハウジング１１０内に収容される。ハウジング１１０は、随伴デバイス１０４とは完全に別個のものであることが可能であり、随伴デバイス１０４と別個のものであって随伴デバイス１０４に結合させることが可能であり、または、随伴デバイス１０４との間で部分的にもしくは完全に共有されるものである（すなわち、電気機械１０２および随伴デバイス１０４が、共通のハウジングによって担持され、共通のハウジング内に収容される）ことが可能である。
いくつかの例においては、電気機械システム１００は、外海（すなわちウェルまたはパイプラインの外部）中に浸漬される、海中作動用に構成された海中電気機械であってよい。このために、ハウジング１１０は、ハウジング１１０の内側と周囲環境（例えば周囲の海水）との間における流体の移動を防ぐようにシールされた高圧容器である。ハウジング１１０は、電気機械システム１００の周囲の周囲圧力、周囲環境によってかけられる熱負荷、ならびに、電気機械１０２および随伴デバイス１０４の作動時に生じる圧力および熱負荷に耐えるように構成される。ハウジング１１０は、例えばステンレス鋼、ニッケル合金（Ｓｐｅｃｉａｌ Ｍｅｔａｌｓ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ社の商標であるＩｎｃｏｎｅｌなど）、および／または他の材料などの、耐腐食性を有する材料から構成されてよい。さらに、または代替として、ハウジング１１０は、例えばＩｎｃｏｎｅｌ、エポキシ、ポリエーテルエーテルケトン、エチレンクロロトリフルオロエチレン、および／または他の材料などの、耐腐食性を有する材料によりめっきまたは被覆されてもよい。いくつかの例においては、ハウジング１１０は、腐食耐性を補助するためにアノード（図示せず）を担持してもよい。いくつかの例においては、ハウジング１１０は、他の海中構造体に（例えばガイド・コーンを受けるガイド・チューブによって）整列し係合するスキッドまたは他の構造体に結合されてもよい。
随伴デバイス１０４が原動機である場合には、随伴デバイスは、複数の種々の可能なデバイスを含むことが可能である。例えば、原動機は、流体（ガス／液体）流を機械エネルギーに変換するように作動可能な流体モータ、空気／流体混合気を燃焼させ、燃焼によるエネルギーを機械エネルギーに変換するように作動可能なガス・タービン・システム、内燃機関、および／または他のタイプの原動機の中の、１つまたは複数を含んでもよい。随伴デバイス１０４が、電気機械１０２により駆動される場合には、随伴デバイスは、複数の種々の可能なデバイスを含むことが可能である。例えば、随伴デバイス１０４は、回転ポンプおよび／または往復ポンプ、回転圧縮機および／または往復圧縮機、混合デバイス、あるいは他のデバイスの中の、１つまたは複数を含むことが可能である。ポンプのいくつかの例には、遠心ポンプ、軸流ポンプ、ロータリー・ベーン・ポンプ、歯車ポンプ、スクリュー・ポンプ、ローブ・ポンプ、プログレッシブ・キャビティ・ポンプ、往復動容積型ポンプもしくはプランジャ・ポンプ、ダイヤフラム・ポンプ、および／または他のタイプのポンプが含まれる。圧縮機のいくつかの例には、遠心圧縮機、軸流圧縮機、ロータリー・ベーン圧縮機、スクリュー圧縮機、往復動容積型圧縮機、および／または他のタイプの圧縮機が含まれる。電気機械１０２は、同時に２つ以上の随伴デバイス１０４に結合させることが可能である。
電気機械１０２は、単一の随伴デバイス１０４と共に図示されるが、２つ以上の随伴デバイス１０４に結合させる（それにより、デバイス１０４を駆動する、および／またはデバイス１０４によって駆動される）ことも可能である。いくつかの例においては、１つまたは複数の随伴デバイス１０４を、電気機械１０２の各端部に設けることが可能である。例えば、２つの随伴デバイス１０４を備える構成においては、一方の随伴デバイス１０４が、電気機械１０２の一方の端部に設けられ、他方の随伴デバイス１０４が、電気機械の逆の端部に設けられてよい。別の例においては、２つの随伴デバイス１０４を備える構成が、一方の随伴デバイス１０４を電気機械１０２の一方の端部に設け、他方の随伴デバイス１０４をこの第１の随伴デバイスに結合させることが可能である。さらに、複数の随伴デバイス１０４が設けられる場合に、それらは、全てが同じタイプの随伴デバイスである必要はない。
図１Ｂは、例示的な電気機械システム１００ａを図示し、ここでは、随伴デバイス１０４ａは、電気機械１０２ａにより駆動されるポンプである。１つのポンプ随伴デバイス１０４ａが図示される。他の例においては、さらに多数のポンプ随伴デバイス１０４ａを設けることが可能である。例えば、２つのポンプ随伴デバイス１０４ａを、電気機械１０２ａの両端部上に設ける（例えば、以下に示される圧縮機随伴デバイス１０４ｂと同様の構成において）ことが可能である。いくつかの例においては、２つ以上のポンプ随伴デバイス１０４ａを、電気機械１０２ａの同じ側に設けることが可能である。この例示的な電気機械システム１００ａは、外海（すなわちウェルの外部）中に浸漬される海中作動用に構成される。換言すれば、例示的な電気機械システム１００ａは、海中ポンプ・システムである。
ハウジング１１０ａは、ハウジング１１０ａの内側と周囲環境（例えば周囲の海水）との間における流体の移動を防ぐようにシールされた高圧容器である。いくつかの例においては、このハウジングは、回転子１０６および固定子１０８の両方に送られる熱伝達流体で満たされる。いくつかの例においては、この熱伝達流体は、液体を含み、主に液体であり、および／または完全に液体である。熱伝達流体は、水、モノエチレングリコール（ＭＥＧ）、モノプロピレングリコール（ＭＰＧ）、油、ポンプ随伴デバイス１０４ａによって汲み上げられるのと同様のまたは同一の流体、および／または他の流体を含むことが可能である。本明細書においては熱伝達流体と呼ぶが、この流体は、電気機械１０２ａに熱伝達を行う以外の他の機能を果たしてもよい。いくつかの例においては、この流体は、軸受表面を潤滑し、および／または他の機能を果たす。いくつかの例においては、熱伝達流体は、ポンプ随伴デバイス１０４ａによって達成される最大作動圧力を上回る圧力にて維持される。熱伝達流体が、ポンプ随伴デバイス１０４ａによって達成される最大作動圧力を上回る圧力にあることにより、電気機械１０２ａとポンプ随伴デバイス１０４との間における漏出は、ポンプ随伴デバイス１０４ａの方向への熱伝達流体の漏出となる傾向がある。いくつかの例においては、熱伝達流体の圧力は、電気機械システム１００ａ中を熱伝達流体が循環する際に生じる随伴圧力を十分に上回る量だけ、電気機械システム１００ａの外側の周りの周囲圧力を上回る。ハウジング１１０ａは、電気機械１０２ａの駆動端部の近位にフランジ１１２を有する。フランジ１１２は、例えば随伴デバイス１０４ａの対応するフランジ１２４にて、随伴デバイス１０４ａにボルトおよび／または他の方法によりシール接合されるように構成される。いくつかの例においては、シール（例えばリング・ガスケット、Ｏリング、および／または他のもの）が、フランジ１１２とフランジ１２４との間に設けられてよい。図１Ｂは、直動式海中ポンプ・システムを図示し、電気機械１０２ａのハウジング１１０ａは、ポンプ随伴デバイス１０４ａのハウジング１４８に直接的に装着される。他の例においては、海中ポンプ・システムは、電気機械および随伴デバイスが共通のハウジングおよび／または共通のシャフトを有する、一体構成のものであることが可能である。例えば、いくつかの共通ハウジング構成においては、電気機械および随伴デバイスの両方を囲むハウジング本体が、一体成形部材である（すなわち、固定具の取外しなどによって容易に分離できない）ことが可能である。いくつかの共通シャフト構成においては、電気機械の回転子が、随伴デバイスの駆動シャフトと一体である（すなわち、固定具の取外しまたは駆動結合部の解除などによって容易に分離できない）ことが可能である。他の例においては、海中ポンプ・システムが、ポンプ随伴デバイス１０４ａのハウジングとは完全に別個の（結合されていない、および／または実質的に結合されていない）電気機械１０２ａのハウジングを有する、非一体構成のものであることが可能である。
図示されるハウジング１１０ａは、４つの主要要素において構成され、この４つの主要要素には、ハウジング本体１１４、電気機械１０２ａの駆動端部の近位の駆動端部プレート１１６ａ、電気機械１０２ａの駆動端部の対向側の非駆動端部プレート１１８ａ、およびハウジング本体１１４の端部にて非駆動端部プレート１１８ａに隣接する端部キャップ１１９が含まれる。いくつかの例においては、ハウジング１１０ａは、より少数のまたはより多数の要素において構成されてよい。１つまたは複数のシール１２０（例えばガスケット、Ｏリング、および／または他のもの）が、ハウジング１１０ａ内へのおよび／またはハウジング１１０ａ外への流体の移動を防ぐようにシールするために、端部キャップ１１９とハウジング本体１１４との間に設けられてよい。いくつかの例においては、追加的にまたは代替として、シールが、駆動端部プレート１１６ａとハウジング本体１１４との間に、および／または非駆動端部プレート１１８ａとハウジング本体１１４との間に設けられてよい。回転子１０６の駆動スタブ１１７ａが、随伴デバイス１０４ａとの間で機械的動作を伝達するために、駆動端部プレート１１６ａを貫通して延在する。
端部プレート１１６ａ、１１８ａは、固定子１０８内において回転軸を中心として回転する回転子１０６を受け支持する軸受１１２を担持する。これらの軸受１２２は、複数の種々の可能なタイプの軸受であることが可能であり、駆動端部プレート１１６ａによって担持される軸受の個数およびタイプは、非駆動端部プレート１１８ａによって担持される軸受の個数およびタイプと異なることが可能である。軸受１２２は、ジャーナル軸受（例えばティルト・パッド・ジャーナル軸受および／または他のタイプ）、磁気軸受（例えば、米国特許第６，７００，２５８号に記載のもの、米国特許第６，７２７，６１７号に記載のもの、米国特許公開第２００２／０１７５５７８号に記載のもの、および／または他のタイプのものなど）、ハイブリッド型磁気軸受、玉軸受、および／または他のタイプの軸受の中の、１つまたは複数を含むことが可能である。軸受１２２の中の１つまたは複数が、スラスト軸受（例えばティルト・パッド・スラスト・パッドおよび／または他のタイプのもの）である。いくつかの例においては、非駆動端部プレート１１８ａが、ハウジング１１０ａに対して回転子１０６を軸方向に保持するための少なくとも１つの軸方向軸受またはスラスト軸受と、ハウジング１１０ａに対して回転子１０６をラジアル方向に支持するための少なくとも１つのラジアル軸受とを備え、駆動端部プレート１１６ａが、ハウジング１１０ａに対して回転子１０６をラジアル方向に支持するための少なくとも１つのラジアル軸受を備える。
固定子１０８は、概して円筒状であり、その外径部は、ハウジング１１０ａに対して固定子１０８を支持するために、ハウジング１１０ａの内径部内に密接に受けられる。固定子１０８の外径部は、ハウジング１１０ａに対して固定子１０８を回転的に取り付けるために、ハウジング１１０ａの内径部にキー固定されて（雌受容部内に受けられる突出雄キーを使用して）、ボルト固定されて、および／または他の態様で固定されてよい。いくつかの例においては、固定子１０８は、ハウジング１１０ａにボルト固定および／または他の態様で取り付けられる端部リング１２６によって、軸方向に保持される。１つまたは複数の貫通体１２８（例示を簡略化するために１つが図示される）が、ハウジング１１０ａの内側に流体および／または電力を送るために、ハウジング１１０ａを貫通して設けられ、ハウジング１１０ａとシール固定されまたは実質的にシール固定される。例えば三相電気機械１０２ａに関連してなど、いくつかの例においては、少なくとも３つの貫通体１２８が、パワー・エレクトロニクス・システム（すなわち電気機械のための制御システム）から固定子１０８の巻線まで電気導体を案内するために設けられる。ハウジング１１０ａから漏出した分の熱伝達流体を補充するために熱伝達流体供給源に結合された導管を含む、別の貫通体１２８が設けられてもよい。
回転子１０６の非駆動端部は、ハウジング１１０ａ内においておよび外部熱交換器１３２中に熱伝達流体を循環させる、流体循環ポンプ１３０を担持する。このポンプ１３０は、回転子１０６の非駆動端部に結合されて、回転子１０６と共に回転する。ポンプ１３０は、シュラウド付きまたはシュラウド無しの遠心羽根車ポンプ、ラジアル羽根車ポンプ、ロータリー・ベーン・ポンプ、歯車ポンプ、スクリュー・ポンプ、ローブ・ポンプ、および／または他のタイプのポンプを含む、複数の種々のタイプのポンプであることが可能である。いくつかの例においては、外部熱交換器１３２は、ハウジング１１０ａの外側の周囲に螺旋状に巻かれた連続導管を含む。この外部熱交換器は、電気機械１０２ａの駆動端部の近位に出口を、およびポンプ１３０の近位に入口を有する。ポンプ１３０は、非駆動端部プレート１１８ａ中のポート１３４を介して外部熱交換器１３２内に熱伝達流体を汲み上げる。この流体は、固定子１０８越しに電気機械１０２ａの駆動端部の方向に流れ、固定子１０８と回転子１０６との間のギャップを通り、および固定子１０８と回転子１０６との間のギャップを通り流れる。熱伝達流体が固定子１０８および／または回転子１０６よりも冷たい場合には、この流体は、固定子１０８および／または回転子１０６から抽熱する（すなわち固定子１０８および／または回転子１０６を冷却する）。いくつかの例において、シャフト被動循環ポンプが駆動端部上に設置される場合には、電気機械１０２ａの駆動端部に位置する流体は、熱交換器１３２内に流れ、螺旋状コイルを通り循環される際に冷却され、固定子１０８越しに電気機械１０２ａの非駆動端部に戻され、固定子１０８と回転子１０６との間のギャップを通り、および固定子１０８とハウジング１１０ａとの間の軸方向ギャップを通り、ポンプ１３０に戻されて、循環を繰り返す。他の例においては、固定子１０８とハウジング１１０ａとの間の流体循環ギャップを省くことが可能である。電気機械システム１００ａが海中にある場合には、海水が、熱交換器１３２の螺旋状コイルを通り循環される熱伝達流体を冷却するのに役立つ。この外部熱交換器１３２は、ハウジング１１０ａ内からの熱伝達流体を冷却するように図示されるが、さらにまたは代替として、随伴デバイスの作用を受けるプロセス流体を受け、冷却することが可能である。さらに、以下に説明されるように、ハウジング１１０ａ内の熱伝達流体およびプロセス流体は、同一であることが可能である。いくつかの例においては、ハウジング１１０ａ内からの流体を冷却するために熱交換器１３２を使用し、随伴デバイスの作用を受けるプロセス流体を受け、冷却するために、追加の外部熱交換器（図示せず）をハウジング１１０ａの周囲に設けることが可能である。
ポンプ随伴デバイス１０４ａは、複数の種々のタイプのポンプであることが可能であるが、図１Ｂは、多段遠心ポンプを図示する。ポンプ随伴デバイス１０４ａの中心駆動シャフト１４２ａ上に配置された８つの遠心羽根車１４０ａが図示される。他の例においては、より少数のまたはより多数の羽根車を設けることが可能である。駆動シャフト１４２ａが、駆動結合部１４４により回転子１０６の駆動スタブ１１７ａに結合されているのが示される。駆動結合部１４４は、駆動スタブ１１７ａおよび駆動シャフト１４２ａの両雄端部を内部に受ける２つの雌端部を有するものとして図示されるが、他の例においては、駆動結合部１４４は、駆動スタブ１１７ａおよび駆動シャフト１４２ａ中に形成された両雌受容部内に受けられる雄連結部であることが可能である。いくつかの例においては、駆動スタブ１１７ａおよび駆動シャフト１４２ａを結合する様式が、雄および雌の両方の駆動結合部構成および／または他の構成の組合せを含むことが可能である。いくつかの例においては、駆動シャフト１４２ａは、回転子１０６と一体である（すなわち、回転子１０６と一体成形部分として構成され、結合部、ギア・ボックス、ねじ山、または他の機械的連結部を有さない）ことが可能である。駆動シャフト１４２ａは、随伴機械ハウジング１４８に固定されたポンプ本体１４６ａ内に担持される軸受１２２の上に支持される。上述のように、軸受１２２は、複数の種々の可能なタイプの軸受であることが可能であり、軸受の個数およびタイプは、駆動シャフト１４２ａに沿ったそれぞれ異なる位置で、それぞれ異なることが可能である。軸受１２２は、ジャーナル軸受（例えばティルト・パッド・ジャーナル軸受および／または他のタイプのもの）、磁気軸受、ハイブリッド型磁気軸受、玉軸受、および／または他のタイプの軸受の中の、１つまたは複数を含むことが可能である。軸受１２２の中の１つまたは複数が、スラスト軸受（例えばティルト・パッド・スラスト・パッドおよび／または他のタイプのもの）である。いくつかの例においては、（駆動結合部１４４に最も近い）駆動シャフト１４２ａの駆動端部が、ポンプ本体１４６ａに対して駆動シャフト１４２ａを軸方向に保持するための少なくとも１つの軸方向軸受またはスラスト軸受と、随伴機械ハウジング１４８に対して駆動シャフト１４２ａをラジアル方向に支持するための少なくとも１つのラジアル軸受とを備え、駆動シャフト１４２ａの非駆動端部が、随伴機械ハウジング１４８に対して駆動シャフト１４２ａをラジアル方向に支持するための少なくとも１つのラジアル軸受を備える。シール１２０が、遠心羽根車１４０ａから電気機械１０２ａの方向への流体流を防ぐようにシールするまたは実質的にシールするために、駆動シャフト１４２ａの周囲に設けられてもよい。
随伴機械ハウジング１４８は、入口１５０を備え、この入口１５０を介して、汲み上げられたプロセス流体が、遠心羽根車１４０ａに送られる。遠心羽根車１４０ａを回転させることにより、随伴機械ハウジング１４８の出口１５２の方向にこの流体を汲み出す。他の実装形態においては、流体流が、逆転されてよく、遠心羽根車１４０ａは、出口１５２から機械ハウジング１４８を通り入口１５０を介して出る流体流を生じさせるようになされる。
電気機械システム１００ａの作動時には、三相ＡＣ電流が、貫通体１２８を介して電気機械１０２ａの固定子１０８に供給される。この電流は、固定子１０８の巻線に通電し、回転子１０６を回転させる。回転子１０６を回転させることにより、ポンプ随伴デバイス１０４ａの駆動シャフト１４２ａを駆動させ、入口１５０から出口１５２にプロセス流体を汲み上げる。さらに、回転子１０６を回転させることにより、流体循環ポンプ１３０を駆動させて、電気機械１０２ａの非駆動端部から熱交換器１３２内に、固定子１０８越しに駆動端部の方向に、および固定子１０８と回転子１０６との間のギャップを通り、電気機械１０２ａの非駆動端部の方向に流体を汲み出す。電気機械１０２ａの非駆動端部の近位の流体は、熱交換器１３２内に流れ、熱交換器１３２の螺旋状コイルを通過して電気機械１０２ａの駆動端部に進む際に冷却される。シャフト被動流体循環ポンプの構成に応じて、流体は、代替として、逆方向に（すなわち熱交換器１３２を通り非駆動端部の方向に）流れることが可能である。
図１Ｃは、例示的な電気機械システム１００ｂを図示し、ここでは、随伴デバイスは、圧縮機１０４ｂである。図１Ｃにおいて、この例示的な電気機械システム１００ｂは、電気機械１０２ｂの両端部上に設置された２つの圧縮機随伴デバイス１０４ｂを含む。他の例においては、より少数のまたはより多数の圧縮機随伴デバイス１０４ｂを設けることが可能である。いくつかの例においては、２つ以上のポンプ随伴デバイス１０４ａを、電気機械１０２ａの同じ側に設けることが可能である。この例示的な電気機械システム１００ｂは、外海（すなわちウェルの外部）中に浸漬される海中作動用に構成される。換言すれば、例示的な電気機械システム１００ｂは、海中圧縮機システムである。
概して、電気機械システム１００ｂの構成は、上述の電気機械システム１００ａの構成と同様である。図１Ｃは、電気機械１０２をカートリッジ式に設置／取外しするように構成されたシステム１００ｂを図示する。このために、固定子１０８および回転子１０６を含む電気機械１０２の全てまたは大半が、ハウジング１１０ｂによって受けられる中間ハウジング１１５内に担持される。電気機械１０２の構成要素を担持するこの中間ハウジング１１５は、ユニットまたはカートリッジとして、主ハウジング１１０ｂ内に設置する、または主ハウジング１１０ｂから取り外すことが可能である。このカートリッジ式の設置／取外しにより、電気機械１０２を１つ１つの部材ごとに主ハウジング１１０ｂ内に組み付ける／主ハウジング１１０ｂから分解する必要がなくなるため、電気機械１０２の点検または交換が簡単になる。さらに、電気機械１０２は、主ハウジング１１０ｂ内に設置する前に、中間ハウジング１１５内に組み付け、試験することが可能である。
やはり注意すべき点として、ハウジング１１０ｂの内側は、圧縮機随伴デバイス１０４ｂが作動する対象のプロセス流体と連通状態にある。したがって、電気機械の構成要素は、電気機械システム１００ｂの作動中に、このプロセス流体にさらされる。プロセス流体は、圧縮機随伴デバイス１０４ｂによって圧縮されているため、加圧下にある。いくつかの例においては、このプロセス流体は、電気機械システム１００ｂ中をプロセス流体が循環する際に生じる随伴圧力を十分に上回る量だけ、電気機械システム１００ｂの外側の周りの周囲圧力を上回る。いくつかの例においては、シールを省くことによって、または圧縮機随伴デバイス１０４ｂの駆動シャフト１４２ｂの周囲に不完全なシールを施すことによって、および／または圧縮機随伴デバイス１０４ｂからの他の流体連通路を設けることによって、連通が確立される。さらに、端部プレート１１６ｂ、１１８ｂが、回転子１０６と固定子１０８との間のギャップ内にプロセス流体を送るのを容易にするために、ポート１５４を備えてもよい。さらに、電気機械１０２ｂは、一体型流体循環ポンプ１３０を備えなくてもよい。
いくつかの例においては、この電気機械の作動時に使用される、熱交換流体および他のプロセス流体を含む流体は、電気機械１０２ｂの構成要素の中の１つまたは複数に対して腐食性、反応性、および／または他の意味で有害性を有し得る成分を含む可能性がある。以下においてさらに詳細に説明されるように、回転子１０６および固定子１０８は、これらのプロセス流体への露出に対して防御を施されてよい。以下においてさらに詳細に説明されるように、いくつかの例においては、回転子１０６および／または固定子１０８は、プロセス流体への露出を防ぐようにシールされてよく、および／または、保護コーティングによって被覆されてもよい。
圧縮機随伴デバイス１０４ｂは、複数の種々のタイプの圧縮機であることが可能であるが、図１Ｃは、多段遠心圧縮機を図示する。圧縮機随伴デバイス１０４ｂの中心駆動シャフト１４２ｂ上に配置された８つの遠心羽根車１４０ｂが図示される。他の例においては、より少数のまたはより多数の羽根車を設けることが可能である。上述のように、駆動シャフト１４２ｂが、駆動結合部１４４により回転子１０６の駆動端部に結合されているのが示される。他の例においては、駆動シャフト１４２ｂは、回転子１０６と一体である（すなわち、回転子１０６と一体成形部分として構成され、結合部、ギア・ボックス、ねじ山、または他の機械的連結部を有さない）ことが可能である。
図１Ｃは、磁気軸受１２２を組み込んだ電気機械システム１００ｂを図示する。いくつかの例においては、回転子１０６の一方の端部が、端部プレート１１８ｂ内に担持された軸方向およびラジアル方向磁気軸受１２２によって支持されてよく、回転子１０６の他方の端部が、端部プレート１１６ｂ内に担持されたラジアル方向磁気軸受１２２によって支持されてよい。回転子１０６に対する二次的支持部および／または予備支持部を形成するために、例えばカートリッジ式玉軸受および／または別のタイプのものなどの追加の従来型の軸受が設けられてもよい。さらに、随伴デバイス１０４ｂは、圧縮機本体１４６ｂ内に担持される磁気軸受１２２を備えることも可能である。
電気機械システム１００ｂの作動時には、三相ＡＣ電流が、貫通体を介して電気機械１０２ｂの固定子１０８に供給される。この電流は、固定子１０８の巻線に通電し、回転子１０６を回転させる。回転子１０６を回転させることにより、圧縮機随伴デバイス１０４ｂの駆動シャフト１４２ｂを駆動させ、入口１５０から出口１５２へとプロセス流体を圧縮する。このプロセス流体の一部分は、ハウジング１１０ｂの内側との間で交換され、プロセス流体が、固定子１０８越しに、および固定子１０８と回転子１０６との間のギャップを通り循環される。熱交換器１３２を通るさらなる流体流が供給されてもよく、この流体は、熱交換器１３２の螺旋状コイルを通過する際に冷却される。
図２Ａは、モータおよび／または発電機などの電気機械システムにおいて使用するための例示的な回転子２００の断面図を示す。回転子２００は、上述の回転子１０６として使用することが可能である。さらに、回転子２００の実装形態は、海中作動および／または腐食性環境内作動に適合させることが可能である。いくつかの例においては、耐腐食化のために、Ｉｎｃｏｎｅｌ、エポキシ、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、エチレンクロロトリフルオロエチレンコポリマー、および／または他の処理材料によって、回転子２００の複数の部分および回転子構成要素を被覆または処理することが可能である。回転子２００は、回転子ハブ２０２および回転子シャフト２０６を有する回転子鉄心を含むことが可能である。回転子ハブ２０２は、電気機械システム内に設けられた固定子と磁気的に相互作用するように位置決めされた永久磁石２０４を支持するように構成される。磁石２０４は、回転子ハブ２０２に接合させるまたは他の方法で連結させることが可能である。例えばネオジウム−鉄−ボロン・ベース磁石、またはサマリウム−コバルト・ベース磁石などの、高エネルギー永久磁石２０４を使用することが可能である。いくつかの例においては、永久磁石２０４は、回転子ハブ２０２に接合される。回転子２００の回転軸を形成する回転子シャフト２０６を設けることが可能である。回転子シャフト２０６は、回転子ハブ２０２の両端部から軸方向に延在する。回転子シャフト２０６は、単一部材として構成されてもよく、または複数のシャフト・セグメントからモジュール式に構成されてもよい。いくつかの例においては、回転子シャフト２０６は、回転子ハブを含めて中空であることが可能であり、これにより、回転子の冷却が促進され、または流体が電気機械を通り流れることが容易になる。さらに、回転子２００は、回転子の内部を介して流体を送るために、内部を貫通する１つまたは複数の冷却通路２１７を備えることが可能である。図２Ａにおいては、回転子ハブ２０２の外周表面上から進入し回転子の中心を通る中央通路２１７が図示される。
回転子スリーブ２１２は、回転子２００全体または回転子ハブ２０２および磁石２０４などの回転子２００の複数部分の外方表面を包囲する役割を果たすことが可能である。回転子スリーブ２１２は、回転子ハブ２０２などの回転子構成要素を保護すると共に回転子構成要素に構造的支持を与えることを可能にする材料から製造することが可能である。いくつかの例においては、回転子スリーブ２１２は、炭素繊維複合材料、アラミド繊維複合材料（例えばＩ．Ｅ． Ｄｕｐｏｎｔ Ｄｅ Ｎｅｍｏｕｒｓ社の登録商標であるＫｅｖｌａｒなど）、または繊維ガラス複合材料などの繊維強化複合材料、金属（例えばＩｎｃｏｎｅｌ、ステンレス鋼、ＳＰＳ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ社の登録商標のＭＰ３５Ｎ、および／または他の金属など）、および／または他の材料から構成することが可能である。例えば、スリーブ・カバー２１２は、回転子ハブ２０２およびその上に位置決めされる磁石２０４に対してラジアル方向支持を与える役割を果たすことが可能であり、回転子２００が高回転速度で作動している際に、磁石２０４が回転子ハブ２０２から緩むまたは脱落するのを防ぐ。
いくつかの例においては、スリーブ２１２は、外部要素から回転子２００および回転子構成要素を隔離する役割を果たすことも可能である。例えば、海中用におよび／または腐食性環境内作動を受けるように適合化された回転子においては、スリーブ２１２は、回転子構成要素をシールするために気密または水密になるように構成することが可能である。例えば、中に回転子２００が配設される電気機械システムが、回転子２００に対して有害な熱伝達流体、プロセス流体、および／または他の流体を含む場合がある。このスリーブ２１２は、腐食に弱いまたは他の意味でこれらの流体との接触に不都合な回転子２００の部分を覆い、隔離することができる。
いくつかの例においては、回転子２００は、少なくとも回転子ハブ２０２をシールするために回転子２００に回転子スリーブ２１２を設置するための回転子要素および技術を組み込むことができる。図２Ｂの例において示されるように、回転子２００は、回転子ハブ２０２の一方のまたは両方の端部に位置決めされ、回転子シャフト２０６の上に同軸状に設置される、端部リング２１４を備えることが可能である。この例においては、端部リング２１４は、端部リング２１４の内方表面が回転子ハブ２０２の端部に当接するように、回転子２００に接合されまたは他の態様で装着されて、回転子ハブ２０２の上に位置決めされた磁石２０４に対して軸方向支持を与えるようにラジアル方向に延在する。端部リング２１４は、回転子ハブ２０２の各端部に位置決めされる。端部リング２１４は、金属材料（例えばＩｎｃｏｎｅｌ、ＭＰ３５Ｎ、および／または他の材料など）からなるものであることが可能である。いくつかの例においては、この材料は、磁性回転子ハブ２０２の電磁作用を強化するために、またはその電磁作用への干渉を回避するために、その強磁性特性に関しても選択することが可能である。さらに、端部リング２１４のいくつかの例は、例えば端部リング材料に亜鉛めっきまたは陽極処理を施すことなどによって端部リングを耐腐食化するように構成されてよい。他の例においては、端部リング２１４は、回転子ハブ２０２自体に組み込む、または回転子ハブ２０２自体と一体化することが可能である。例えば、回転子ハブ２０２が、磁石を設置するための嵌込み部を備えてもよく、その結果、ハブの端部セクションは、この嵌込み部よりも大きな直径を有することとなる。
レッジ２１７を端部リング２１４の外径部上に円周方向に設けることが可能である。このレッジ２１７は、端部リング２１４の外径部の周囲に円筒またはフープの形状の端部処理ストリップ２２０を位置決めするための取付台としての役割を果たす。いくつかの例においては、薄い端部処理ストリップ２２０の外径が、上に設置された磁石２０４を含む回転子ハブ２０２の直径と等しいか、または実質的に等しい。端部処理ストリップ２２０は、スリーブ２１２に接合することが可能な複合材料であることが可能である。いくつかの例においては、端部処理ストリップ２２０およびスリーブ２１２は、事前含浸炭素繊維または他の材料などの、同様の材料から構成される。さらに、シール２２２（例えばＯリング・ガスケット、および／または他のシール）をレッジ表面２１７の上に位置決めすることが可能となるように、外周溝２２１を端部リング２１４のレッジ２１７上に設けることも可能である。シール２２２は、端部リング２１４と、端部リングのレッジ２１７の周囲に覆い付けられる端部処理ストリップ２２０との間をシールする、または実質的にシールする。注意すべきであるのは、いくつかの例において、外周溝２２１は、（以下において説明されるように）端部リング２１４が回転子２００に設置される前および／または後に、端部リング２１４上に機械加工することが可能である点である。
一例においては、スリーブ２１２は、シャフト２０６上に端部リング２１４を摺動させておよび／または螺合させて、回転子ハブ２０２の端部に当接させることによって、回転子２００にシール固定させることが可能である。いくつかの例においては、シール（例えばＯリング・ガスケット、および／または他のシール）および／またはシーラント（例えばねじシーラント、シャフト２０６と端部リング２１４との間の接合部に塗布されるシーラント、および／または他のシーラント）を、シャフト２０６と端部リング２１４との間に配置することが可能である。シール２２２は、シャフト２０６に対して端部リング２１４を位置決めおよび連結する前または後に、端部リング２１４中に位置決めすることが可能である。端部リング２１４がシャフト２０６上に螺合される場合には、端部リング２１４の各ねじ山は、回転子２００が平常作動において回転された場合に、端部リング２１４がシャフト２０６に対して締め付けられるように、配向することが可能である。いくつかの例においては、さらに、端部リング２１４は、接着剤によって回転子ハブ２０２に取り付けることが可能である。
（例えば螺合、溶接、および／または他の方法により）シャフト２０６に対して端部リング２１４を剛体的に連結した後に、端部処理ストリップ２２０が、端部リング２１４の外径部上のレッジ２１７の上に位置決めされる。このとき、端部処理ストリップ２２０は、端部リング２１４上にストリップ２２０を位置決めするために、レッジ２１７上に巻き付けられてもよく、または端部リング２１４の上をレジ２１７上の定位置まで単に摺動されてもよい。端部リング２１４、シール２２２、および端部処理ストリップ２２０が定位置に置かれると、スリーブ２１２の組立を完了することが可能となる。回転子ハブ２０２上におよび端部処理ストリップ２２０の頂部上にスリーブ２１２を巻き付けるまたは他の方法で固定的に覆い付けることにより、レッジ表面２１７に対してラジアル方向に端部処理ストリップ２２０を押し付けることが可能となり、これにより、ストリップ２２０は、端部リング２１４に対して堅く収縮される。さらに、この圧力は、溝２２１内にシール２２２を押し付けて、ストリップ２２０と端部リング２１４との間にシール部を形成する。スリーブ２１２が回転子２００上に巻き付けられる際に、スリーブ２１２はストリップ２２０に接合される。この接合は、ストリップ２２０と端部リング２１４との間のシール部をスリーブ２１２にまで拡張させ、それにより、スリーブ２１２によって覆われる回転子ハブ２０２をシールする。いくつかの例においては、スリーブが回転子２００に覆い付けられ、ストリップ２２０に接合される際に、端部リング２１４にストリップ２２０を固定するために、クランプを使用してもよい。さらに、スリーブ２１２に対するストリップ２２０の接合は、感温性の低い接合部を実現するために、高温で行うことが可能である。
回転子アセンブリにスリーブをシール固定するために、代替的な技術を利用することが可能である。例えば、いくつかの実装形態においては、端部処理ストリップ２２０、シール２２２、およびシール溝２２１が省かれてもよい。いくつかの例においては、スリーブは、回転子ハブ２０２および端部リング２１４の外周表面の上に固定的に巻き付けられてよい。スリーブ２１２は、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）などの熱可塑性材料を含浸した炭素繊維から製造されてもよい。さらに、ＰＥＥＫなどの熱可塑性材料が、ハブ・アセンブリ上にスリーブ２１２を巻き付ける前に、端部リング２１４の外径部に対して塗布または事前被覆されてもよい。回転子センブリの研磨が必要とされ得る場合には、事前被覆される端部リング２１４は、例えばＰＥＥＫ（または他の材料）から形成されるコーティングが、研磨後におよび端部リング２１４および回転子ハブ・アセンブリの両方の上へのスリーブ２１２の巻付け前に、端部リング２１４上に残るように、十分な材料で塗布されてよい。スリーブがＰＥＥＫ被覆された端部リングに接触している状態において、熱または圧力を加えることにより端部リングに対してスリーブを接合し、スリーブ２１２の各端部にＰＥＥＫでシール部を形成し、それにより、危険なおそれのある外部流体および／または他の材料との接触から、スリーブによって覆われる回転子ハブ、磁石セグメント、および他の構成要素を隔離してよい。
スリーブ２１２が回転子２２０の上に覆い付けられた後で、二次端部リング２１５が、シャフト２０６上に摺動および／または螺合されて、端部リング２１４に当接してよい。この二次端部リング２１５は、スリーブ２１２の直径と実質的に等しい直径を有し、スリーブ２１２の外方表面を保護するおよび／または（材料の除去または追加による）回転子のバランス調整のための場所を与える役割を果たす。いくつかの例においては、シール（例えばＯリング・ガスケット、および／または他のシール）および／またはシーラント（例えばねじシーラント、シャフト２０６と二次端部リング２１５との間の接合部に塗布されるシーラント、および／または他のシーラント）を、シャフト２０６と二次端部リング２１５と間に配置することが可能である。さらに、二次端部リング２１５と端部リング２１４との間の接合部は、樹脂および／または接着剤で充填する（したがって、端部リング２１４に対して二次端部リング２１５を接着し、充填する）ことが可能である。二次端部リング２１５がシャフト２０６に螺合される場合には、二次端部リング２１５の各ねじ山は、回転子２００が平常作動において回転された場合に、二次端部リング２１５がシャフト２０６に対して締め付けられるように、配向することが可能である。いくつかの例においては、二次端部リング２１５の外向端部を丸めることが可能であり、または、これらのリングの外方表面は、二次端部リング２１５上の流体流を促進するように円錐形であってよい（外方に向かうにしたがって直径が次第に小さくなる）。
いくつかの実装形態は、二次端部リング２１５に加えて、またはその代替としてスリーブ２１２の端部を保護するために、追加的な手段を利用してもよい。例えば、複合材料スリーブ２１２よりも磨耗および他の損傷に対する耐久性が高い材料（例えば非磁性金属、セラミック、ポリマー、および／または他の材料）から構成された管状バンドを、回転子ハブの各端部に、スリーブ２１２の頂部上に同心状に位置決めしてよい。その結果として、管状バンドは、スリーブの端部を覆い、それにより、回転子２００の作動時に引き起こされ得る腐食、摩滅、または他の損傷からスリーブの端部を保護することができる。図２Ｃおよび図２Ｄに例示される別の実装形態においては、管状バンドが、薄い非磁性金属合金テープ２２３（例えばニッケル合金（例えばＩｎｃｏｎｅｌ）、非磁性ステンレス鋼、チタン、および／または他の金属）に置き換えられてよく、この薄い非磁性金属合金テープ２２３は、回転子スリーブ２１２の外方表面の周囲に覆い付けられ、回転子シャフト２０６上に位置決めされた端部リング（図示せず）に接合されて、スリーブ２２９を形成する。いくつかの例においては、この金属は、耐腐食性のものであることが可能である。いくつかの実装形態においては、テープ２２３の隣接し合う重なり合い部の間を電流が流れるのを防ぐために、絶縁コーティングおよび／または表面処理がテープ２２３に対して施されてもよい。コーティングおよび／または表面処理のいくつかの例には、酸化、陽極処理、リン酸塩／クロム酸塩／ケイ酸塩コーティング（例えば、米国材料試験協会（ＡＳＴＭ）、Ａ９７６、Ｃ−４および／またはＣ−５）、および／または他のコーティングが含まれる。いくつかの実装形態においては、スリーブ２２９は、回転子スリーブ２１２の端部を軸方向に越えて延在してもよい。
一実装形態においては、一片のテープ２２３の第１の端部が、第１のスリーブ端部２２５に隣接する端部リングに接合されてよい。テープ２２３は、レーザ溶接、抵抗溶接、ＴＩＧ溶接、化学結合、または任意の接合方法を用いて、端部リングに接合されてよい。テープ２２３は、スリーブ端部を覆い、回転子２００のあらゆる作動条件においてテープ２２３と回転子スリーブ２１２との間に正圧を維持するのに十分な張力で、回転子スリーブの頂部上に巻き付けられてよい。結果的に得られるテープ巻部２２３は、回転子スリーブの外方表面全体にバット・ラップ式に（ｉｎ ｂｕｔｔ ｌａｐｓ）配置されてよく、これによりテープ巻部２２３の厚さを最小限に抑えた平滑な表面が得られる。薄い合金テープ・ラッピング２２３は、様々な利点の中でもとりわけ、回転子２００または対応する電気機械の磁場により金属テープ中に生じる寄生質量および寄生電流を最小限に抑えることができる。他の実装形態が、回転子スリーブを補強および保護するために、他の巻付け技術および様々なテープ材料を使用してよい。回転子ハブ２０２全体にテープを巻き付けて、スリーブ２２７の第２の端部を覆う際に、その一片のテープ２２３の第２の端部は、対向側の端部リングに接合されてよい。例えばバット・ラップ式巻付けなどのいくつかの例においては、余剰のテープが、端部リングの端部に位置する場合がある。この余剰テープは、端部リング面に合わせて切り取られて、テープ巻部２２３を完成させてよい。
図２Ｅは、例示的なスリーブ２１２の詳細な破断断面図である。スリーブ２１２は、例えば繊維強化複合材料などの、特定の回転子実装形態に望ましい構造的特性、抵抗特性、および／または化学的特性を有する任意の材料から製造または構成することが可能である。スリーブ２１２は、複数の機能を果たすことが可能である。例えば、海中用および／または腐食性環境用の回転子の実装形態においては、スリーブ２１２は、回転子ハブに構造的支持を与え回転子ハブを腐食保護すると共に、外的要素への露出から回転子ハブをシール保護することが可能な複合材料から構成することが可能である。回転子２００の加熱により、回転子要素の中の１つまたは複数またはスリーブが熱膨張する可能性がある。加熱が、回転子全体において均一ではない場合には、回転子および回転子スリーブのいくつかのセクションが、他のセクションとは異なるように膨張する可能性がある。熱膨張差により、差異のあるおよび損傷を与え得る複数の応力が、スリーブ２１２に対してかかる結果となるおそれがある。応力は、スリーブ自体の膨張差によって、または下層の回転子構造体の膨張差によって生じ得る。したがって、以下に説明するスリーブ構成は、様々な利点の中でもとりわけ、スリーブおよび回転子自体の両方の熱膨張をより均一に制御し、および／または許容することが可能なものである。
回転子スリーブ２１２のいくつかの例においては、炭素繊維などの繊維強化複合材料スリーブ材を使用することが可能である。いくつかの例においては、図２Ｅの例に示されるように、スリーブは、多層であってよい。図２Ｅは、多層繊維強化複合材料スリーブ・ラッピング２１２を図示する。頂部層２２４（またはいくつかの例においては複数の頂部層）は、装飾層である。これらの層は、機能的特徴を有してもよい。例えば、強度および剛性を与え、１つまたは複数の方向への熱膨張差を制御するために、これらの層が、大部分においてまたは全てにおいて、同一の方向に配向された（例えば一方向において最大強度を有する）または異なる配向で配向された（複数の方向において強度を有する）繊維を含むことが可能である。
いくつかの例においては、中間層２２６は、装飾層２２４の下方に（すなわち回転子２００の外方外周表面により近くに）積層された、第１の、主に軸方向に配向された炭素繊維を含む複合材料層であることが可能である。この層２２６は、非常に強い軸方向支持を与えると共に、腐食保護および漏出防止を実現することが可能な、事前含浸炭素繊維複合材料シートから作製することが可能である。層２２６の下方に位置決めされる層２２８は、主に円周方向に配向された事前含浸炭素繊維のテープを含む、１つまたは複数の炭素繊維複合材料層であることが可能である。層２２８などの円周方向に配向された炭素繊維を含む層は、大きな軸方向強度をもたらさないが、代わりに円周方向強度をもたらす。さらに、円周方向に配向された炭素繊維層は、ラジアル方向の熱膨張の制御においては有効であるが、軸方向膨張の制限についてはあまり有効ではない。層２３０は、底部の、主に軸方向に配向された炭素繊維の層であり、いくつかの例においては事前含浸炭素繊維複合材料シートから作製される。層２３０などの軸方向に配向された層は、構造的支持および熱膨張支持の両方に関して、円周方向に配向された炭素繊維の層の構造上の不足を補うことが可能である。したがって、いくつかの例においては、中間層２２６および底部層２３０は、実質的に軸方向の強化複合材料繊維を含むことが可能であり、層２２８は、実質的に円周方向の強化複合材料繊維を含むことが可能である。
層２３０は、回転子２００、回転子ハブ２０２、回転子ハブ磁石２０４、および／または端部リング２１４に直接的に接触するように覆い付けられて、回転子２００の全てまたは一部分を覆うことが可能である。いくつかの例においては、層２３０と回転子２００との間に追加の層を設けることが可能である。さらに、層２２４、２２６、２２８、２３０の間に追加の層を設けてもよい。実際に、いくつかの例が、同様のまたは異なる配向および順序において層２２４、２２６、２２８、２３０を反復的に積層したものを使用することができる。軸方向に配向された層および円周方向に配向された層に関連して上述したが、層２２４、２２６、２２８、２３０の中の１つまたは複数の配向を、非軸方向および／または非円周方向に配向することが可能である。例えば、層２２４、２２６、２２８、２３０の中の１つまたは複数を、軸方向に対して４５度、３０度、および／または別の角度に配向することが可能である。実際に、いくつかの例においては、繊維強化複合材料中の繊維が、同一方向に配向される必要はない。したがって、いくつかの例においては、軸方向支持および円周方向支持を与えるために、軸方向または円周方向の中の一方に主に向いた繊維を含む繊維強化複合材料を選択することが可能である。かかる例においては、層は、ある配向または次元に基づいて配向された繊維を、他の次元に配向された繊維よりも高い密度にて含むことが可能である。
多層スリーブ２１２の層を形成する材料は、均一である必要はない。いくつかの例においては、１つまたは複数の層材料が、作動の際の熱膨張による回転子ハブ２０２、磁石２０４、および周囲のスリーブ２１２に対する応力を最小限に抑えるように、選択されてよい。これらの応力を最小限に抑えるための１つの技術が、回転子２００の作動温度にて内部の回転子構成要素と共に軸方向に膨張するスリーブ２１２を構築することである。
回転子２００、回転子構成要素、およびスリーブ層は、回転子およびスリーブにおいて使用される材料の熱膨張率（ＣＴＥ）に応じて膨張する。したがって、回転子スリーブ２１２の材料は、回転子スリーブ２１２により覆われることとなる回転子２００または回転子要素の部分のＣＴＥと同様のＣＴＥを有するように、選択および／または加工することが可能である。例えば、繊維強化複合材料回転子スリーブにおいては、回転子スリーブの形成のために使用される繊維および／または樹脂は、回転子シャフト２０６、回転子ハブ２０２、および／または磁石２０４の材料のＣＴＥと等しい、実質的に等しい、相補的な、または他の意味で適合するＣＴＥを有する複合材料スリーブ材が得られるように、選択することが可能である。ＣＴＥを合致させることにより、様々な利点の中でもとりわけ、スリーブ２１２内に覆い付けられる回転子構成要素の膨張に合わせて、スリーブ２１２を膨張させることが可能となる。
いくつかの例においては、スリーブ層または回転子構成要素において所望のＣＴＥを実現するために、スリーブまたは回転子構成要素において使用される材料を、より高いまたはより低いＣＴＥを有する他の材料でドープして、結果的に得られるスリーブまたは回転子構成要素の正味のＣＴＥに影響を与えることが可能である。例えば、炭素繊維スリーブ層のＣＴＥが、例えば回転子ハブ２０２の上に設置されるネオジウム−鉄−ボロン・ベース磁石またはサマリウム−コバルト・ベース磁石などの、スリーブによって覆われる回転子構成要素のＣＴＥと合致するように、炭素繊維スリーブ層の樹脂にドープを行うことが可能である。さらに、スリーブまたはスリーブ層の正味のＣＴＥを工学操作するために、繊維強化スリーブ中で使用される繊維の密度を調節することも可能である。いくつかの例においては、軸方向に配向された層、円周方向に配向された層、および／または他の方向に配向された層を含む、様々なＣＴＥを有する１つまたは複数の層を選択することにより、スリーブ２１２によって覆われることとなる回転子２００の関連部分に合致する正味のＣＴＥを有するスリーブを加工してよい。いくつかの例においては、ＣＴＥの合致しないスリーブ層を、スリーブ２１２中のＣＴＥの合致するスリーブ層に加えて設けることが可能である。例えば、回転子ハブ２０２の表面に最も近いスリーブ層が、回転子ハブまたは回転子ハブ構成要素のＣＴＥに合致するＣＴＥを有するように選択されてよい一方で、外方スリーブ層材料は、構造的支持、穿刺抵抗、または耐腐食性などの他の考慮要件に基づいて選択される。
いくつかの実装形態においては、スリーブ２１２により覆われることとなる回転子２００のＣＴＥが、例えば回転子２００の中または上において使用される回転子要素などに応じて、回転子２００中において多様であることが可能である。ＣＴＥ差を有する回転子により、回転子および回転子を覆うスリーブにおいて熱膨張に差が生じ得る。したがって、いくつかの実装形態においては、例えば、覆われることとなる複数の回転子部分における様々なＣＴＥに対応させるように、スリーブの全長にわたるドーピングに差を与えることによって、ＣＴＥ差を有するように回転子スリーブを加工することが可能である。
図２Ｆおよび図２Ｇは、例示的な回転子スリーブ２１２の別の実装形態を示す。図２Ｆは、多層回転子スリーブ２１２の詳細な断面図を示す。図２Ｇは、図２Ｆに示されるスリーブの詳細な斜視図である。外方層２３２、２３４のセットを、セグメント化された層２３６、２３８、２３９、２４０のセットと共に、スリーブ２１２内に設けることが可能である。外方層２３２、２３４は、軸方向に配向された層、円周方向に配向された層、および／または他の方向に配向された層を含む、１つまたは複数の複合材料層を含むことが可能である。セグメント化された層２３６、２３８、２３９、２４０は、区分されたフープ状の層である。セグメント化された層は、他のセグメント化された層とは無関係に膨張および収縮することが可能である。ある差温が、膨張差または収縮差を生じさせるような場合には、セグメント化された層２３６、２３８、２３９、２４０は、それらの差温の範囲内で膨張および収縮することが可能であり、膨張または収縮に付随する力を、他のセグメント化された層、外方層２３２、２３４、またはスリーブ２１２にわたって殆ど伝搬しないことが可能である。
いくつかの例においては、セグメント化された層２３６、２３８、２３９、２４０は、回転子２００上の磁石２０４ａ、２０４ｂ、２０４ｃ、２０４ｄの円周方向区分に対応するように、スリーブ２１２において幅および位置を有することが可能である。例えば、図２Ｆに示されるように、円周方向にセグメント化された磁石２０４を有する回転子においては、セグメント化された層２３６、２３８、２３９、２４０が、磁石２０４ａ、２０４ｂ、２０４ｃ、２０４ｄの中の１つまたは複数の円周方向区分に整列するように位置決めされることにより、各セグメント化された層が、磁石の１つまたは複数の円周方向列に位置合わせされる。これにより、各セグメント化された層２３６、２３８、２３９、２４０の膨張および収縮が、それらの下方に位置決めされる磁石列２０４ａ、２０４ｂ、２０４ｃ、２０４ｄの熱膨張および熱収縮の影響を被ることが可能となる。図２Ｆおよび図２Ｇの例は、単一の磁石列に対応する軸方向幅を有するセグメント化された層を示すが、セグメント化された層は、２つ以上の列の磁石セグメントに対応し、それらを覆うことが可能である。さらに、セグメント化された層２３６、２３８、２３９、２４０は、主に円周方向に配向された繊維を含む繊維強化複合材料フープであることが可能であり、これによりフープ層の下方に位置決めされる磁石セグメントに対して構造的支持を与える。いくつかの例においては、磁石セグメントは、（例えば高速で回転子が回転する際などに）より大きな熱膨張を被り、より大きな構造的脆弱性を負い得るため、これらの傾向を抑制するために追加的なラジアル方向支持を要する場合がある。
図示される例においては、磁石２０４ａにおける温度が、磁石２０４ｃにおける温度よりも高い場合がある。磁石列２０４ａと２０４ｃとの間のこの温度差により、磁石２０４ａは、磁石列２０４ｃが被る熱膨張よりも大きな熱膨張を被る可能性がある。したがって、磁石列２０４ａに整列するように位置決めされたセグメント化された層２３６は、磁石列２０４ｃに整列するように位置決めされたセグメント化された層２３９よりも膨張する場合がある。あるセグメント化された列の膨張が他のセグメント化された層に干渉しないようにするために、セグメント化された層２３６、２３８、２３９、２４０の間にギャップが存在してよい。さらに、１つまたは複数のフープ・セグメントに対応する熱膨張差によりもたらされる、セグメント化された層の上方に位置決めされた層２３２、２３４における膨張力が、その影響を被るフープ・セグメント間のギャップを含む、対応するフープ・セグメントにまたはその付近に集中されてよい。例えば、上述の例においては、層２３２、２３４に伝達される熱膨張力が、隣接し合うフープ・セグメント２３６と２３８、２３８と２３９、および２３９と２４０との間のギャップに集中されてよい。
さらに、セグメント化された層は、一体成形スリーブ層を使用して実現することも可能である。例えば、スリーブ層が、スリーブ層の長さにわたって多様な強度特徴を有することが可能である。スリーブ層の強度の多様性は、最も高い強度の区域が、最強の補強を要するまたは熱膨張差をより大きく被る回転子の区域に位置合わせされるように、磁石セグメント列などの要素に合わせることが可能である。例えば、それぞれ異なる物理的特徴の複数の層をグループ化して、複数の帯状強度セクションを有するスリーブを形成し、これらのセクション間のギャップが、それらのセクション自体とは異なる強度特徴または熱膨張特徴を呈するようにすることが可能である。これを実現し得る１つの方法は、異なる熱膨張率（ＣＴＥ）を有するスリーブを組み付けることによるものである。さらに、いくつかの例においては、磁石セグメント列２０４ａ、２０４ｂ、２０４ｃ、２０４ｄに位置合わせされる、セグメント化された層２３６、２３８、２３９、２４０またはセグメント化されたフープが、それらの下方に位置決めされる磁石２０４ａ、２０４ｂ、２０４ｃ、２０４ｄのＣＴＥに合致するＣＴＥを有する材料から構成されてよい。
図２Ａ、図２Ｆ、および図２Ｇは、軸方向にセグメント化された（セグメント境界が回転子ハブ２０２の軸方向本体に沿って円周方向平面内に形成されている）磁石２０４を有する回転子ハブ２０２の例を示すが、磁石２０４は、ハブ本体２０２の長さにわたって軸方向に延在する単一部材の磁石として実装することも可能である。さらに、磁石は、図２Ｅに図示されるように、円周方向にセグメント化する（セグメント境界がラジアル−軸平面内に形成されている）ことが可能である。その一方で、ある磁石は、セグメント片としての方が価格面でより入手しやすく実装がより容易である場合があるため、磁石のセグメント化が、有利となる可能性がある。さらに、セグメント化された磁石２０４は、回転子の電気的特徴および電磁的特徴を変更することが可能であり、それにより、いくつかの回転子用途において機能的に望ましいものとなり得る。
図２Ｈ〜図２Ｐは、例示的な回転子ハブ２０２の断面図である。均一なまたは非均一な強度の磁石２０４を、回転子ハブ２０２の外方表面に対して直接的に設置することが可能であり、および／または、例えば回転子ハブ２０２から磁石２０４を電気的に絶縁するために、回転子ハブ２０２に接合させるもしくは回転子ハブ２０２への接合を向上させるために、および／または他の理由により、中間材料を介して回転子ハブ２０２に設置することが可能である。いくつかの例においては、この中間材料は、接着剤（例えばアクリル系接着剤および／または他の接着剤）、電気絶縁テープ、はんだ材料、反応性ナノフィルム、および／または別の材料を含むことが可能である。いくつかの例においては、間隙充填材料が、磁石２０４間および／または磁石２０４と回転子ハブ２０２との間のスペースを充填するために、回転子２００に用いられる。例示的な材料は、ステンレス鋼パテ（例えば、ＩＴＷ Ｄｅｖｃｏｎ社により製造されるステンレス鋼パテなど）および／または他の材料を含む。いくつかの例においては、回転子２００は、磁石２０４間、磁石２０４と回転子ハブ２０２との間、端部リング２１４間、磁石２０４と端部リング２１４との間、および／または回転子ハブ２０２と端部リング２１４との間の全てのギャップが充填され、さらに流体の進入から保護されるようにするために、スリーブ２１２を設置する前にエポキシ樹脂中に浸漬するまたはエポキシ樹脂で満たすことが可能である。
いくつかの例においては、間隙充填材料は、回転子ハブ・アセンブリ内を真空化しながら、このハブ・アセンブリ内に注入されてよい。例えば、磁石セグメント２０４が、回転子ハブ２０２に設置されたら、磁石２０４および回転子ハブ２０２は、使い捨てスリーブ（例えばポリマー・バッグおよび／または他のスリーブ）内に封入されてよく、このスリーブは、回転子ハブ・アセンブリの両端部にてシールされてよい。真空は、磁石２０４間および／または磁石２０４と回転子ハブ２０２との間の空部内に残留しているガスを含む、スリーブ内の空気および／または他のガス（「複数のガス」）を除去するように作用することが可能である。触媒作用を受ける前の低粘性の熱硬化性樹脂が、回転子ハブ・アセンブリ内の空スペースに浸透させるために、使い捨てスリーブ内に送られてよい。この樹脂を硬化させたら、使い捨てスリーブは除去されてよい。その後、回転子ハブ・アセンブリの周囲に保護回転子スリーブ２１２を覆い付けることを含む、回転子の製造が再開されてよい。
いくつかの実装形態においては、回転子スリーブ２１２自体が、先述の例の使い捨てスリーブの代わりに使用されてよい。閉塞可能な入口が、端部リング２１４のそれぞれの上に設けられてよく、これにより、真空ポンプをハブ・アセンブリの一方の端部に連結し、高圧ポンプを他方の端部に連結することが可能となる。真空ポンプは、スリーブ２１２によってシールされたハブ・アセンブリから空気を抜く。ハブ・アセンブリの内部から空気が除去されたら、高圧ポンプにより、ハブ・アセンブリ内の空部中に樹脂を注入してよい。これらの端部リング入口は、閉塞されてよく、樹脂は、ハブ・アセンブリの内部をシールするために硬化されてよい。次いで、以降の製造作業が行われてよい。
説明されたまたは他の技術を用いた回転子ハブ・アセンブリ内の空部の充填を容易にするために、ハブおよび／または磁石セグメントは、ハブ２０２と磁石セグメント２０４との間の空部内に充填材料を案内するための流路チャネルを備えてよい。図２Ｑ〜図２Ｒは、かかる構成体の例を示す。例えば、図２Ｑは、複数の磁石セグメント２０４がハブ２０２の上に設置された回転子ハブ２０２を含む回転子ハブ・アセンブリ２０１を図示する。この磁石セグメント２０４はそれぞれ、磁石セグメント２０４がハブ２０２に設置された場合に流路チャネル２５８が形成されるようなジオメトリをとるように形成されている。これらのチャネル２５８は、隣接し合う磁石セグメント２０４間の区域などの、空部が生じ得るハブ２０２および磁石セグメント２０４の区域に合わせられてよい。いくつかの例においては、図２Ｒに示されるように、追加的な溝２６０が、磁石セグメント２０４のジオメトリの代替としてまたはそれに加えてハブ２０２上に設けられてよく、これにより流路２５８を設ける。
さらに、アセンブリの端部リングが、充填材料の流れを案内するために使用されてもよい。図２Ｓに図示されるように、回転子ハブに隣接して配置されることとなる端部リング２１４の内面が、回転子ハブ・アセンブリの周囲に、および回転子ハブの周囲に位置決めされる空部または他の流路チャネル内に、充填材料を配向する役割を果たし得る、環状チャネル２６２を備えることが可能である。いくつかの実装形態においては、チャネル２６２と連通状態にある入口２６４が、端部リング２１４の上に設けられてよい。この入口２６４は、端部リング２１４に１つまたは複数の真空ポンプまたは注入ポンプを結合して、ハブ・アセンブリ内の空部内に充填材料を送り配向するために、使用されてよい。
回転子ハブ２０２の上にこれらのように磁石を次元設定し配向することが、ハブ２０２の周囲に磁石セグメントからなる実質的な円筒を形成するのに有効であってよい。いくつかの実装形態においては、磁石セグメントの外方表面は、磁石セグメントをハブ２０２に設置した際に、研磨を要する場合がある。磁石セグメントの外方表面の研磨は、回転子ハブ２０２を実質的に均一な円筒状外方表面に形成するために用いられてよい。さらに、回転子に結合された磁石が、むらのない円筒を形成し得る一方で、個々の磁石セグメント２０４ａ〜２０４ｔが、磁場の配向および大きさならびに重量においてそれぞれ異なることにより、回転子ハブ２０２の所望の電磁プロファイル、回転プロファイル、および慣性プロファイルを実現することが可能である。
図２Ｈは、１つの例示的な回転子ハブ磁石構成の断面図を示す。この例においては、１６個の円周方向にセグメント化された磁石２０４ａ〜２０４ｔが、回転子ハブ２０２の外周部の周りに位置決めされる。個々の磁石セグメント２０４ａ〜２０４ｔおよび回転子ハブ２０２の外方表面のこのジオメトリにより、磁石セグメント２０４ａ〜２０４ｔを回転子ハブ２０２に直接的に設置することが可能となる。図２Ｈに図示されるように、回転子ハブ２０２の外方表面は、いくつかの例においては、完全に円形ではなくてもよく、例えば、磁石セグメント２０４ａ〜２０４ｔが設置される回転子ハブ２０２の部分は、等辺の個数がハブ２０２の上に設置されることとなる磁石セグメント２０４ａ〜２０４ｔの個数と等しい、規則的な多角形であってもよい。図２Ｈは、回転子ハブ２０２の軸方向長さにわたって延在する１６個の平坦表面を有し、これらの平坦表面に対して１６個の磁石セグメント２０４ａ〜２０４ｔの対応する１６個の平坦表面が当接する、回転子ハブ２０２の外方表面を図示する。回転子ハブ２０２上および磁石セグメント２０４ａ〜２０４ｔ上の平坦表面は、ハブ２０２の中心から始まるラジアル方向線に対して垂直である。
これらの磁石セグメント２０４ａ〜２０４ｔは、２極構成に配置することが可能である。例えば、回転子ハブ２０２の中心から実質的にラジアル方向に離れるように配向された磁場を有する７つの磁石セグメント２０４ａ〜２０４ｇが、回転子の磁気構成の北磁極のベースとしての役割を果たしてよい。他の７つの磁石セグメント２０４ｊ〜２０４ｓは、回転子ハブ２０２の他方の側に位置決めすることが可能であり、これらの各磁石セグメント２０４ｊ〜２０４ｓは、回転子ハブ２０２の中心の方向に実質的にラジアル方向に配向された磁場を有し、回転子の磁気構成の南磁極のためのベースとしての役割を果たす。磁石セグメント２０４は、磁石セグメントの磁場ベクトルが均一になるように磁化され得る。換言すれば、均一に磁化された磁石セグメントに沿った任意の一点における磁場ベクトルは、図２Ｔに図示されるように、磁石セグメントに沿った任意の他の一点における磁場ベクトルと平行である。いくつかの例においては、磁石セグメントの中心の磁場ベクトルが、ラジアル方向に向く。以下においてさらに詳細に説明されるように、他の例においては、磁場ベクトルは、ラジアル方向に対して垂直であることが可能であり、または回転子と同一の中心を有する弧状であることが可能である。代替としては、図２Ｕに図示されるように、真にラジアル方向に配向された磁場を有する磁石セグメント２０４が、それぞれがラジアル方向に向かう磁場方向ベクトルを有する磁場を有する。磁石セグメントの外方表面が円形回転子の円形外方表面の中の１つの弧である例においては、磁場方向ベクトルは、磁石セグメントの外方表面２６８に対して垂直であることが可能である。均一な磁性のセグメントにおいては、複数の磁場方向ベクトルの全てが、磁石セグメントと回転子ハブとの対合する平坦表面に対して垂直となるように配向され得る。ラジアル方向磁性のセグメントにおいては、この磁性のセグメントの中心線における磁場方向ベクトルが、磁石セグメントと回転子ハブとの対合する平坦表面に対して垂直となるように配向され得る。
図２Ｈに戻ると、２つの磁極の間に補極磁石セグメント２０４ｈ、２０４ｔが配設される。補極磁石セグメント２０４ｈ、２０４ｔは、回転子２００の磁束分布を調節するために設けることが可能であり、２つの磁極間において磁場を移行させる。図２Ｈに図示される実装形態においては、補極磁石セグメント２０４ｈ、２０４ｔは、ラジアル方向磁場セグメント２０４ａ〜２０４ｇ、２０４ｊ〜２０４ｓと同様のジオメトリを有し、これらのラジアル方向磁場に対して垂直に配向された、または回転子２００の外周部に対して接線方向に配向された磁場を有する。
回転子ハブ２０２上の永久磁石セグメントのこの配置により、回転子２００に関して正味の磁極中心ベクトル２７０を得ることが可能となる。図２Ｈの例においては、この磁極中心は、回転子の北磁極のジオメトリ中心である磁石セグメント２０４ｄを中心とした方向ベクトル成分を有する。図２Ｈに図示される回転子は、正規磁極中心を有する。図２Ｐに図示される回転子２００の磁極中心２７０もまた、正規に位置する。図２Ｐに図示されるように、磁極中心ベクトル２７０は、磁石セグメント２０４ｂと２０４ｃとの間に合わせられる。この境界面は、回転子２００における頂極のジオメトリ中心に相当する。磁極中心２７０が、北磁極（または南磁極）を確立する磁石セグメントのアレイのジオメトリ中間点に合わせられる場合には、この磁極中心は、正規に位置する。他方において、図２Ｋは、非正規磁極中心２７０を有する回転子の例を示す。図２Ｋにおける回転子２００のジオメトリ中心は、磁石セグメント２０４ｄの弧中間点である。図示されるように、図２Ｋにおける磁極中心２７０は、回転子のジオメトリ中心には合わせられない。固定子の設計および電気機械の目的に応じて、正規磁極中心ベクトルまたは非正規磁極中心ベクトルを有する回転子を実装することが望ましい可能性がある。
図２Ｉは、別の回転子磁石構成の断面図を示す。図２Ｉの回転子磁石構成の構造的次元は、図２Ｈの回転子磁石構成の構造的次元と実質的に同様であることが可能である。図２Ｈおよび図２Ｉの構成は、実質的に同一の物理的次元を有する同じ個数の磁石セグメントを有することが可能である。しかし、図２Ｈが、例示的な２極回転子設計を図示するのに対して、図２Ｉは、例示的な４極設計を図示する。図２Ｉの第１の磁極は、磁石セグメント２０４ａ、２０４ｂ、２０４ｃを含み、第２の磁極は、磁石セグメント２０４ｅ、２０４ｆ、２０４ｇを含み、第３の磁極は、磁石セグメント２０４ｊ、２０４ｋ、２０４ｍを含み、第４の磁極は、磁石セグメント２０４ｐ、２０４ｑ、２０４ｓを含む。少なくとも１つの補極磁石セグメント２０４ｄ、２０４ｈ、２０４ｎ、２０４ｔを、この構成内の各磁極に対して設けることが可能であり、補極磁石セグメント２０４ｄ、２０４ｈ、２０４ｎ、２０４ｔは、２つの隣接し合う磁極の間に位置決めされる。補極磁石セグメント２０４ｄ、２０４ｈ、２０４ｎ、２０４ｔは、残りの磁石セグメントのラジアル方向磁場に対してほぼ垂直に配向された磁場を有することが可能である。いくつかの例においては、補極磁石セグメントの半数２０４ｈ、２０４ｔが、時計回り方向に配向された磁場を有することが可能であり、他方の補極磁石セグメント２０４ｄ、２０４ｎが、反時計回り方向に配向された磁場を有することが可能である。
図２Ｈおよび図２Ｉはそれぞれ、列あたり１６個の磁石セグメント（すなわち１６個のハブ小面およびそれらに対応するように形状設定された磁石セグメント）を有して実装されるが、永久磁石セグメントを使用する他の回転子設計がなされてもよい。例えば、様々なジオメトリを有する小面を含む、１６個より多いまたは少ない小面を用いることが可能である。例えば、隣接し合う磁石セグメント間に流路チャネルを設ける、図２Ｑおよび図２Ｒに関連して上述されるものなどのジオメトリを使用することが可能である。いくつかの例においては、磁石セグメントの外方表面は、図２Ｈおよび図２Ｉにおける丸いものとは異なり、平坦であることが可能である。さらに、磁石セグメントの回転子ハブとの境界面が、（例えば図２Ｇ〜図２Ｒなどに示されるように、小面の場合におけるように）そのジオメトリに影響を及ぼすことも可能である。実際に、同等の磁気プロファイルを有する他の回転子設計の代わりに、代替的な構成、小面数、およびジオメトリを用いることが可能である。例えば、図２Ｊに図示されるように回転子ハブ２０２に設置された４つのみの円周方向磁石セグメントを使用して、図２Ｈに図示される２極回転子の代替形態を実現することが可能である。２極磁石セグメント２０４ｗ、２０４ｙを、回転子の北磁極および南磁極に使用し、２つの追加の補極磁石セグメント２０４ｘ、２０４ｚを、磁石セグメント２０４ｗ、２０４ｙ間に配設することが可能である。磁極セグメント２０４ｗ、２０４ｙを、回転子２００のための主要磁気セグメントとする場合には、図２Ｊに図示される例を含むいくつかの実装形態は、移行補極磁石セグメント２０４ｘ、２０４ｚよりも長い弧の長さを有する磁極セグメント２０４ｗ、２０４ｙを用意してもよい。さらに、磁石セグメントの外方表面は、回転子ハブ２０２上に設置されると、図２Ｈの１６個の小面の例においても例示されるように、回転子２００の円筒状外方表面を形成することが可能である。図２Ｊの４つの磁石セグメントの回転子は、図２Ｈにおけるように２つの磁極を有するが、図２Ｊの回転子は、図２Ｈの１６個の小面の回転子とは異なる磁気プロファイルおよび性能特徴を有してもよい。さらに、設計者の経済上および性能上の考慮要件に合わせた複数の小面ベース設計オプションを許容する、図２Ｈおよび図２Ｊの例において示される原理を使用する他の構成が、本開示の範囲内に含まれる。
図２Ｋは、さらに別の例示的な２極磁石構成の断面図である。図２Ｋの２極磁石構成の例は、分離補極構成を用いた補極磁石セグメント２０４ｈ、２０４ｔを使用することが可能である。各補極磁石セグメント２０４ｈ、２０４ｔは、共に接合されて単一の磁石セグメントを形成する２つの別個の磁石片２５４、２５６から構成することが可能である。ラジアル方向磁石セグメント片２５４は、ラジアル方向に配向された磁場を有する磁石であることが可能である。補極磁石セグメント２０４ｈに属する磁石セグメント片２５４ｈは、回転子ハブ２０２の中心から離れる方向に配向されたラジアル方向磁場を有することが可能である。さらに、補極磁石セグメント２０４ｔに属する磁石セグメント片２５４ｔは、回転子ハブ２０２の中心の方向に配向されたラジアル方向磁場を有することが可能である。垂直方向磁石セグメント片２５６ｈ、２５６ｔは、ラジアル方向磁石セグメント片２５４ｈ、２５４ｔに接合されて、各補極磁石セグメント２０４ｈ、２０４ｔを形成することが可能である。ラジアル方向磁石片２５４ｈに接合される垂直方向磁石片２５６ｈは、片２５４ｈのラジアル方向磁場に対して垂直に配向され、反時計回り方向に配向された磁場を有することが可能である。ラジアル方向片２５４ｔに接合される垂直方向磁石片２５６ｔは、ラジアル方向に対して垂直な磁場を有することが可能であり、垂直方向片２５６ｔのこの磁場は、時計回り方向に配向される。磁石片２５４、２５６は、同一のまたは異なる磁性材料から構成することが可能である。磁石片２５４、２５６は、均等なサイズであることが可能であり、または、代替としては、一方の磁石片が、他方の磁石片よりも大きいことが可能である。回転子の設計者が補極磁石セグメント２０４ｈ、２０４ｔの磁性特徴を改良することにより、回転子のいくつかの磁束特徴を修正することが可能となるように、補極磁石セグメント２０４ｈ、２０４ｔの磁性特徴を工学設計するために、磁石片２５４、２５６の材料と、他方の磁石片に対する一方の磁石片のサイズとの選択を行うことが可能である。
図２Ｌに図示されるように、図２Ｋの例と共に上述されたものと同様の分離補極磁石セグメント設計を、３つ以上の磁極を有する磁石構成において使用することもまた可能である。例えば、分離補極磁石セグメント２０４ｄ、２０４ｈ、２０４ｎ、２０４ｔを、例えば図２Ｉにおいて説明される４極磁石構成と同様の４極磁石構成において使用することが可能である。
回転子ハブ２０２の磁石構成は、磁極ごとに２つ以上の補極磁石セグメントを使用することが可能である。図２Ｈ〜図２Ｉに図示される回転子ハブ２０２の例は、様々な磁場配向、磁気材料特徴、および材料密度を有するモジュール式磁石セグメント２０４ａ〜２０４ｔの様々な組合せをハブ２０２の上に設置することによって多数の様々な磁石構成を構築するためのベースを形成することが可能である。例えば、図２Ｉの４極構成の例は、図２Ｍに図示されるように、ラジアル方向に配向された磁石セグメント２０４ａ、２０４ｃ、２０４ｅ、２０４ｇ、２０４ｊ、２０４ｍ、２０４ｐ、２０４ｓを非ラジアル方向磁石セグメントと置換することによって修正して、隣接し合う磁石セグメント２０４ａ〜２０４ｃ、２０４ｅ〜２０４ｇ、２０４ｊ〜２０４ｍ、２０４ｐ〜２０４ｓが、平行方向に配向された磁場を有するようにすることが可能である。図２Ｎに図示されるように、他の実装形態が、図２Ｉの垂直方向に配向された補極磁石セグメントを、図２Ｌの分離補極磁石セグメントの２つの磁石セグメント片のベクトル和に近似する方向ベクトルで配向された磁場を有する補極磁石セグメント２０４ｄ、２０４ｈ、２０４ｎ、２０４ｔと交換することによって、図２Ｉの４極構成を変更してもよい。
回転子ハブ２０２およびモジュール式磁石セグメント２０４ａ〜２０４ｔの広範な適合性を示すさらに別の例が、図２Ｏに図示される。全ての磁石セグメント２０４ａ〜２０４ｔが回転子ハブ２０２上に設置された場合に、各磁石セグメントの磁場が他の全ての磁石セグメントの磁場に対して平行におよび同一方向に配向されるように構成された磁石セグメント２０４ａ〜２０４ｔによって、均一な磁性を有する２極磁気構成を構築することが可能である。電気機械内の協働する固定子の構成次第では、図２Ｏの２極設計などの実質的に均一な回転子磁性が、より効率的な電磁力変換を達成する可能性がある。
図２Ｏの２極の均一磁性の設計に加えて、既述の小面ベース・アプローチを用いた４極均一回転子設計が、実現可能である。例えば、図２Ｐにおいては、１６小面回転子が用意される。図２Ｐの例においては、第１の磁極が、磁石セグメント２０４ａ、２０４ｂ、２０４ｃ、および２０４ｄを含む。この第１の磁極における各磁石セグメントの磁場方向ベクトルは、回転子ハブ２０２に設置される場合に、この磁極における他の磁石セグメントの磁場方向ベクトルに対して平行となる。図２Ｐの回転子の例の他の３つの磁極においても、これは当てはまる。第２の磁極は、磁石セグメント２０４ｊ、２０４ｋ、２０４ｌ、および２０４ｍを含むことが可能である。この例における第２の磁極の磁石セグメントは、第１の磁極の磁場方向ベクトルに対して平行な磁場方向ベクトルを有するが、第１の磁極の磁石セグメントの磁場とは逆方向に配向される。第３および第４の磁極はそれぞれ、第１の磁極および第２の磁極の磁場に対して直交する磁場方向ベクトルを有して用意される。第３の磁極は、磁石セグメント２０４ｅ、２０４ｆ、２０４ｇ、２０４ｈを含むことが可能である。第４の磁極は、磁石セグメント２０４ｎ、２０４ｐ、２０４ｑ、２０４ｒを含むことが可能である。第３および第４の磁極の磁場方向ベクトルは、やはり互いに対して平行かつ逆方向である。
図２Ｈ〜図２Ｒに図示され上述される例は、回転子ハブ２０２に関して予期される可能な磁気構成を限定するようには意図されない。実際に、特定の回転子用途に対して多様な磁性特徴および構造的特徴を実現するために、複数のさらなる実装形態および磁石構成を実装することも可能である。上述の小面ベース回転子のコンセプトを用いて、様々な用途に応じた多様な可能な回転子構成を展開することが可能である。実際に、共通の回転子ハブ・ジオメトリが回転子製造業者により使用される場合には、複数の回転子設計にわたって共通の磁石セグメント・ジオメトリを使用することが可能となり、これにより、設計者は、適切な磁場ベクトルを有する磁石セグメントを入れ替えることによってほぼ無限の回転子の変形形態を構築することが可能となる。さらに、均一の弧長を有する磁石セグメントを考慮した回転子ハブ２０２が使用される場合には、単一のジオメトリの磁石セグメントのみを製造することが必要となるため、磁石セグメントの組付けおよび必要となる磁石セグメントの組合せを簡素化することが可能となる。さらに、磁気プロファイルの種類が最少に抑えられた磁石セグメントを使用する設計においては、製造および備蓄する必要のある種々の磁石セグメントの個数をさらに最小限に抑えることが可能であり、回転子の設計者は、様々な利点の中でもとりわけ、サプライ・チェーンおよび製造コストを最小限に抑えつつ、様々な回転子製品を供給することが可能となる。
次に図３Ａを参照すると、例示的な電気機械３１９が図示される。この電気機械３１９は、図１Ｂに図示される電気機械１０２ａと同様であり、図１Ｂに図示される電気機械１０２ａとして使用されてよい。電気機械３１９は、内部３０８を画成するハウジング３１４を備える。回転子３０６は、固定子３００に対して回転可能であり、固定子３００の内部３０８に配設される。固定子３００と回転子３０６との間にはギャップ３１０が存在する。この例示の固定子３００は、円筒状固定子鉄心３０４の上に設置される電磁巻線３０２を備える。固定子３００は、上述の固定子１０８として使用するのに適している。巻線３０２のいくつかの実装形態は、同期式のＡＣ電気機械としてこの電気機械を機能させるように構成することが可能である。巻線３０２のいくつかの実装形態は、２極巻線を含むことにより、三相電磁石を形成することが可能である。電気機械の用途に応じて、４極巻線、単相巻線、および他の巻線構成を含む、他の実装形態もまた可能である。
巻線３０２は、固定子鉄心スロットを通してケーブル導体または形成導体を巻き付けて巻線ループまたは巻線コイルを形成することによって、構成することが可能である。固定子鉄心３０４は、金属製の積層プレートから構成することが可能であり、これらのプレートは、共に接合されて、鉄心構造体を形成する。固定子鉄心３０４のプレートに使用される材料は、鉄心スロットの周囲に巻き付けられる巻線３０２の電磁束特徴を調節するように選択することが可能である。また、鉄心材料は、所望の電磁固定子プロファイルを実現するために、巻線のケーブルに使用される材料を考慮することにより選択することが可能である。例えば、銅ベースの絶縁保護されたケーブルを、巻線３０２に使用することが可能である。このケーブルは、ケイ素ベースの低損失積層板と共に積層された鋼プレートから構築された鉄心３０４の周囲に巻き付けることが可能である。様々なスロット形状およびスロット・サイズを用いて、以下においてさらに詳細に説明されるような固定子鉄心３０４のスロットを実装することが可能であることが予期される。スロットジオメトリの選択は、巻線に使用されるケーブルのタイプ（または複数のタイプ）に基づくことが可能である。さらに、巻線３０２は、成形巻きコイルまたはランダム巻きコイルとして構成することが可能である。いくつかの例においては、巻線３０２は、最終的には、固定子鉄心３０４の軸方向端部に位置決めされる巻線端部ターン３１２となる。以下においてさらに詳細に示されるように、様々な端部ターン巻線技術を使用して、ある特定の固定子設計にとって望ましい特定の構造的特徴および電磁的特徴を有する端部ターン３１２を用意することが可能である。
固定子３００のいくつかの実装形態は、海中作動および／または腐食性環境内作動向けに適合化することが可能である。例えば、固定子３００のいくつかの例は、固定子３００の周囲に保護バリア３１６を設けることによって、または他の方法で固定子３００をシールすることによって、熱伝達流体、プロセス流体、他の腐食性のまたは有害な物質、および／または他の外来物質への露出からシール保護する、または他の態様で保護することが可能である。例えば、電気機械システムのいくつかの例は、「満液式」システムを実現してもよい。保護バリア３１６を設けることにより、電気機械システム内に供給された流体によって固定子３００が冷却されるのを可能にしつつ、固定子３００の要素を腐食から防ぐことが可能である。他の実装形態は、露出または腐食から固定子３００をシール保護するために、固定子上にコーティングまたは他のシールを施してもよい。例えば、耐腐食化のために、いくつかのまたは全ての固定子を、エポキシ、ポリエーテルエーテルケトン、エチレンクロロトリフルオロエチレンコポリマー、および／または他の処理材料によりコーティングまたは処理することが可能である。固定子３００のいくつかの実装形態は、剛体的な構造的支持を与え保護を実現する保護カバーを備えることが可能である。
図３Ａに図示される固定子などの固定子は、固定子鉄心および固定子鉄心を貫通して延在する巻線３０２から形成されてよい。例示的な固定子鉄心３３５が、図３Ｂに図示される。固定子鉄心３３５は、端部プレート３０７により両端部で画定された、長手方向３０５に延在する複数の隣接し合う継鉄３０３（すなわち固定子スタック）から形成される。さらに、複数の固定子バー３０９が、長手方向３０５に延在し、継鉄３０３を軸方向、ラジアル方向、および円周方向に位置合わせする役割を果たすことが可能である。複数の歯３０１が、継鉄３０３によって形成されたスロットまたはチャネル内に保持され、これは、以下においてさらに詳細に説明される。例えば図３Ｇを参照されたい。
図３Ｃは、一対の隣接し合う継鉄３０３より形成された固定子スタック３２５を図示する。固定子歯および電磁巻線を含まずに示されるこの固定子スタック３２５を、以下においてさらに詳細に説明する。いくつかの実装形態によれば、固定子３００は、８つの継鉄３０３のスタックを含んでよい。しかし、他の実装形態は、追加のまたはより少数の継鉄３０３を含んでよい。継鉄３０３の中の１つまたは複数が、セグメント化されてよい。すなわち、継鉄３０３の中の１つまたは複数が、複数の弧形状セグメント３１５から形成されてよい。いくつかの実装形態においては、全ての継鉄３０３が、セグメント化される。
図示されるように、継鉄３０３は、４つのセグメント３１５から形成され、したがって、継鉄３０３は、四分円弧に分割される。しかし、他の例においては、継鉄３０３は、より多数のまたはより少数のセグメント３１５から形成されてよい。例示的なセグメント３１５が、図３Ｄに示されるが、このセグメント３１５は、複数の積層板３１１から形成される。この図示される例のセグメント３１５は、１０個の積層板３１１から形成されるが、他の実装形態は、追加のまたはより少数の積層板３１１から形成されてよい。いくつかの実装形態においては、積層板３１１は、低損失ケイ素鋼などの鋼から形成されてよい。他の実装形態においては、積層板３１１は、種々のタイプの鋼、または他のタイプの金属、合金、複合材料、または他のタイプの適切な材料から形成されてよい。積層板３１１は、化学的にまたは機械的に共に接合されてよい。例えば、積層板３１１は、接着剤により共に接合されてよい。代替としては、積層板３１１は、積層板３１１を互いにインターロックすることにより機械的に結合されてよい。いくつかの例においては、１つの積層板３１１の一部分が、隣接する積層板３１１の中に突出してよい。さらに、いくつかの実装形態においては、ある積層板３１１が、隣接する積層板３１１にインターロックする一方で、他の積層板３１１が、他の積層板３１１にインターロックしなくてもよい。
各セグメント３１５は、複数のラジアル方向に内方に延在する突出部３１７を備える。これらの突出部３１７は、セグメント３１５の内側周囲部３１８に沿って形成された複数の第１のノッチ３２０を画成する。図示される例において示されるように、各セグメント３１５は、６つの突出部３１７を備えるが、他の例においては、各セグメント３１５は、より多数のまたはより少数の第１のノッチ３２０を画成するより多数のまたはより少数の突出部３１７を備えてよい。図３Ｃに図示されるように、第１のノッチ３２０は、整列されて、歯３０１（以下においてさらに詳細に説明される）を受ける歯チャネル３２１の少なくとも一部分を形成する。さらに、各セグメント３１５は、セグメント３１５の外方周囲部３２４上に形成された複数の第２のノッチ３２２を備える。図３Ｃに図示されるように、第２のノッチ３２２は、整列されて、図３Ｂに図示されるように固定子バー３０９が中に保持されるチャネル３２６の少なくとも一部分を形成する。チャネル３２６内に保持される固定子バー３０９は、組み付けられる固定子３００の位置合わせを行い、その固定子３００に構造的支持を与える。
例示的な固定子バー３０９が、図３Ｅに図示される。この図示される固定子バー３０９は、一定の矩形断面を有する細長部材である。やはり図３Ｃに図示されるように、チャネル３２６もまた、固定子バー３０９を受け保持するために、一定の矩形断面を有する。しかし、図３Ｅに図示される固定子バー３０９および図３Ｃに図示されるチャネル３２６は、単なる例に過ぎず、固定子バー３０９およびチャネル３２６は、他の断面形状を有してもよい。
再度図３Ｃを参照すると、継鉄３０３は、セグメント３１５同士の隣接し合う端部に形成される複数の接合部３１３が互いから位置をずらされることにより、隣接し合う継鉄３０３の接合部３１３同士が整列しないように、組み付けられる。しかし、他の実装形態においては、隣接し合う接合部３１３は、整列してよい。図示されるように、隣接し合う継鉄３０３の接合部３１３同士の角度オフセット（θ）は４５°であるが、他の角度オフセットが用いられてもよい。いくつかの例においては、継鉄３０３は、共に溶接されてよく、接着剤により共に接合されてよく、固定具により組み付けられてよく、インターロックにより結合されてよく、および／または別の態様で組み付けられてよい。さらに、組み付けられた固定子３００および／または固定子鉄心３３５が、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、エチレンクロロトリフルオロエチレンコポリマー（「ＥＣＴＦＥ」）、酸化物コーティング、および／または別の材料により被覆されてもよい。
図３Ｆは、固定子３００の例示的な端部プレート３０７を示す。この端部プレート３０７は、組み付けられた固定子鉄心３３５の両端部に配設される。いくつかの例においては、端部プレート３０７は、単体の連続プレートであってよい。さらに、端部プレート３０７は、端部プレート３０７の内側周囲部３３２中に形成された複数の突出部３３１を備える。これらの突出部３３１は、それらの間に第１のノッチ３３０を形成する。さらに、端部プレート３０７は、端部プレート３０７の外側周囲部３３６中に形成された複数の第２のノッチ３３４を備える。固定子スタックおよび歯３０１と組み合わされる場合には、突出部３３１は、歯チャネル３２１内に保持された歯３０１に重なる。第１のノッチ３３０は、歯３０１間に形成されたチャネル、すなわち以下において説明される巻線チャネル３５０に整列される。第２のノッチ３３４は、第２のノッチ３２２に整列されて、チャネル３２６を形成する。いくつかの例においては、図３Ｇに図示されるように、歯チャネル３２１は、蟻継ぎの形状を有してよく、これにより、歯３０１とそれに対応する歯チャネル３２１とがインターロックして、歯３０１がこの歯チャネル３２１内にロッキング保持される。しかし、チャネル３２１は、歯３０１を保持する任意の形状をなしてよい。さらに、歯チャネル３２１は、いくつかの例においては高アスペクト比を有してよいが、他の例においては、歯チャネル３２１は、より低いアスペクト比を有してよく、すなわち歯チャネル３２１は、より浅くより幅広であってよい。
各歯３０１は、複数の歯セグメント３３８から形成されてよく、その一例が、図３Ｈに図示される。図示される例によれば、歯セグメント３３８は、テーパ状断面を有する。歯セグメント３３８の第１の端部３４０は、歯セグメント３３８の第２の端部３４２の寸法Ｄ２よりも大きな寸法Ｄ１を有する。歯セグメント３３８の第１の端部３４０に対応する組み付けられた歯３０１の端部が、歯チャネル３２１内に保持される。
いくつかの実装形態においては、歯セグメント３３８は、複数の積層板３３９から形成されてよい。図示されるように、この例示的な歯セグメント３３８は、１０個の積層板から形成される。他の例においては、歯セグメント３３８は、追加のまたはより少数の積層板から形成されてよい。歯３０１は、長さが同一またはほぼ同一の複数のセグメント３３８から形成されてよい。他の実装形態においては、歯３０１は、長さの異なる複数の歯セグメント３３８から形成されてよい。いくつかの例においては、歯セグメント３３８は、他の歯セグメント３３８よりも多数のまたは少数の積層板３３９を有することによって、異なる長さを有することができる。積層板３３９は、化学的にまたは機械的に接合されてよい。例えば、積層板３３９のいくつかが、接着剤により共に接合されてよい。他の例においては、積層板３３９のいくつかが、インターロックにより結合されてよい。例えば、ある積層板３３９中に形成された突出部が、隣接する積層板３３９中に形成された受容部の中に受けられてよい。
いくつかの実装形態においては、歯３０１の１つまたは複数が、長さの異なる複数の歯セグメント３３８から形成されてよい。例えば、図３Ｋは、チャネル３２１を通り延在する歯３０１の概略図を示す。歯３０１は、異なる長さを有する歯セグメント３３８ａおよび３３８ｂから形成される。図示されるこの実装形態においては、歯セグメント３３８ａは、歯セグメント３３８ｂの長さの半分の長さを有する。さらに、継鉄３０３の長さは、歯セグメント３３８ｂと同一であってよい。図示されるように、歯３０１においては、端部プレート３０７に当接する歯セグメント３３８ａが先頭に来る。歯セグメント３３８ａは、第１の継鉄３０３中に延在するチャネル３２１の部分の長さの半分を占める。歯セグメント３３８ｂが、歯セグメント３３８ａに隣接して配置され、これにより、歯セグメント３３８ｂは、隣接する継鉄３０３に重なる。すなわち、この歯セグメント３３８ｂの第１の半部が、ある継鉄３０３内に位置し、この歯セグメント３３８ｂの第２の半部が、隣接する継鉄３０３内に延在する。隣接する継鉄３０３内に歯セグメント３３８ｂを重ねることにより、剛性が与えられ、固定子３００の機械的強度が向上する。これらの歯セグメント３３８ｂは、隣接する継鉄３０３に半分だけ重なるものとして説明されるが、歯セグメント３３８ｂは、隣接する継鉄３０３に異なる量だけ重なることが可能である。例えば、いくつかの実装形態においては、歯セグメント３３８は、以下のパーセンテージ、すなわち６０％〜４０％、６５％〜３５％、７０％〜３０％、または８０％〜２０％の割合にて、隣接する継鉄３０３に重なってよい。しかし、任意の所望の重なり量を用いることが、本開示に含まれる。さらに、歯セグメント３３８ｂは、第１の継鉄３０３内に部分的に延在し、１つまたは複数の隣接する継鉄３０３を完全に貫通して延在し、さらなる継鉄３０３内に部分的に延在する長さのものであってもよい。
図３Ｉを参照すると、各歯セグメント３３８は、第１の面３４６上の突出部３４４と、第２の面３４７上の受容部３４８とを備えてよい。ある歯セグメント３３８の上の突出部３４４が、隣接する歯セグメント３３８上の受容部３４８の中に受けられて、隣接し合う歯積層板の位置合わせまたは装着の少なくとも一方が実現される。図３Ｊは、歯セグメント３３８上に形成される突出部３４４および受容部３４８の別の構成を示す。
いくつかの実装形態によれば、歯３０１は、継鉄３０３の中の１つまたは複数とは異なる材料から形成されてよい。特に、歯３０１は、継鉄３０３を形成する材料よりも高い磁束容量を有する材料を含んでよい。いくつかの例においては、歯セグメント３３８は、少なくとも部分的には、コバルト−鉄合金から形成される。例えば、歯セグメント３３８を形成する積層板３３９の中の１つまたは複数が、コバルト−鉄合金から形成され、他の積層板３３９が、異なる材料から形成されてよい。例示的なコバルト−鉄合金には、Ｃａｒｐｅｎｔｅｒ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ社の製品であるＨｉｐｅｒｃｏ、Ａｒｎｏｌｄ Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ社の製品であるＳｉｌｅｃｔｒｏｎ、および／または他の合金が含まれる。さらに、歯セグメント３３８は、全てが同一の材料から形成される必要はない。すなわち、いくつかの実装形態においては、歯セグメント３３８のいくつかが、ある材料から形成され、他の歯セグメント３３８が、異なる材料から形成されてよい。いくつかの例においては、高磁束材料が他の材料よりも一般的に高価であるため、歯セグメント３３８のある部分（例えば１つまたは複数のセグメント３３８、または１つまたは複数のセグメント３３８の１つまたは複数の積層板３３９）が、飽和磁束容量の高い材料から形成され、残りの部分が、より安価な材料から形成されてよい。いくつかの例においては、より安価な材料が、積層板３１１の中の１つまたは複数を形成するために使用されてよい。歯セグメント３３８またはその積層板３３９の種々の材料が、固定子３００の長さにわたって規則的なまたは不規則なパターンで交互に配置されてよい。例えば、１つおきの、２つおきの、３つおきの、または他の様式で指定された歯セグメント３３８が、飽和磁束密度の比較的高い材料から形成され、それらの間の歯セグメント３３８が、より安価な、飽和磁束密度のより低い材料から形成されてよい。結果的に得られる歯３０１は、より安価な材料のみよりも高い複合的な飽和磁束容量を有するが、磁束容量のより高い材料のみから作製された歯３０１よりも低コストになる。いくつかの実装形態においては、飽和磁束の高い材料は、固定子３００の端部が比較的低い飽和磁束密度を有するように、固定子３００中に分布されてよい。他の例においては、固定子３００の端部は、最低の飽和磁束密度を有してよい。
別の例においては、固定子３００の長さにわたって所望の温度分布を実現するように、および／または固定子３００の長さに沿った抽熱および／または発熱のばらつきを補償するように、歯３０１に沿った様々な位置における歯セグメント３３８の材料（歯セグメント３３８の積層板３３９の材料を含む）のタイプの選択を行うことが可能である。いくつかの例においては、歯セグメント３３８の材料は、均一な温度分布を実現するように、または均質材料タイプの歯セグメント３３８によって実現されるものよりもより均一な温度分布を固定子３００の長さにわたって実現するように、配置することが可能である。例えば、冷却熱伝達があまり行われない固定子３００の区域に、比較的高密度（単位長さ当たりにおいて比較的多数）の比較的高磁束材料からなる歯セグメント３３８を設けることが可能である。これらの区域において磁束容量を高めることにより、発熱がより低くなり、冷却の低さを少なくとも部分的に補うことが可能となる。同様に、冷却熱伝達が比較的多く行われる区域においては、比較的低密度の比較的高磁束材料からなる歯セグメント３３８を設けることが可能である。いくつかの例においては、例えば、熱伝達流体が回転子および固定子３００の端部を介して案内される場合には、歯３０１の軸方向中心付近の歯セグメント３３８またはそれらの一部分が、歯３０１の端部付近の歯セグメント３３８よりも密度の高い比較的高磁束密度の材料を有することにより、固定子３００の軸方向中心における熱伝達の低さを補うことが可能である。
図３Ｇを再度参照すると、積層歯３０１は、上述の説明のように、各歯チャネル３２１内に挿入される。組み立てられた固定子３００は、隣接し合う歯３０１間に形成されたチャネル３５０を備える。ケーブル導体および／または形成導体が、これらの巻線チャネル３５０を通して送られて、またはこれらの巻線チャネル３５０内に配置されて、固定子３００の巻線を形成することができる。
説明したように、（図３Ｇにおいて図示される）組み立てられた固定子３００は、歯および継鉄部分が同一材料から作製された場合よりも高い磁束密度を実現することが可能な固定子鉄心となる。さらに、かかる構成により、比較的高価な材料を、高磁束密度を要する歯領域などのいくつかの箇所のみに使用し、継鉄などの重要度の低い区域においては使用しないことによって、コストの節減が得られる。さらに、複数のセグメント３１５から継鉄３０３を構成することにより、製造における無駄が減少する。特に、シート材料からそれぞれセグメント３１５または歯セグメント３３８を形成するために積層板３１１、３３９を製造する場合には、積層板３１１および３３９は、このシート上により高密度に配置できるため、無駄が削減される。さらに、歯セグメント３３８および継鉄セグメント３１５は、大量生産が可能であるため、製造コストをさらに削減することができる。
上述の固定子３００などの電気機械の固定子は、複数の様々な態様で組み立てることが可能である。いくつかの例においては、固定子鉄心３３５は、４つの継鉄セグメント３１５を接合して継鉄３０３を形成し、この継鉄３０３に適切な個数の歯セグメント３３８を接合し、次いで結果的に得られたアセンブリを端部プレート３０７と共に互いに接合して固定子鉄心３３５を形成することにより、組み立てられてよい。いくつかの例においては、固定子鉄心３３５は、完成した歯３０１（すなわち、歯セグメント３３８を共に接合することにより形成する）と完成した固定子スタック（すなわち、複数の継鉄３０３を共に接合することにより形成する）とを形成し、次いで完成した歯３０１を完成した固定子スタックに組み付け、端部プレート３０７を付け加えて固定子鉄心３３５を形成することによって、組み立てられてよい。いくつかの例においては、固定子鉄心３３５は、別の態様で組み立てられてよい。巻線３０２は、複数の様々な態様で固定子鉄心３３５に巻き付けられてよい。いくつかの例においては、巻線３０２は、固定子スタックに組み付ける前に、完成した歯３０１（例えば固定具により互いに対して定位置に保持された歯３０１）に巻き付けられてよい。いくつかの例においては、巻線３０２は、完成した固定子鉄心３３５に巻き付けられてよく、すなわち固定子スタックと歯３０１とが共に組み付けられた後に巻き付けられてよい。巻線３０２と歯３０１とのアセンブリおよび／または組み立てられた固定子３００全体が、コーティング材料で真空加圧含浸されて、焼成されることにより、例えば所望の機械的特性および電気的特性を実現してよい。いくつかの例においては、ロッキング・プレートが、歯３０１を固定子スタックに固定するために、固定子スタックの端部に装着されてよい。
上述のように、この固定子３００の構成においては、歯と継鉄との間で異なる材料を使用することが可能である。かかる構成により、磁束密度の最適化、ロスの削減、およびそれに伴う製造コストの削減が可能となる。この組立プロセスは、他では実現不能な巻線技術を利用するというさらなる利点を有する。さらに、このように形成された巻線には、冷却デバイスを装着させることができる。そのような組合せは、従来の巻線技術では不可能である。
図３Ｌ〜図３Ｑは、電気機械１０２などの電気機械の固定子３００または１０８などの固定子の周囲に形成された、保護バリア３１６の実装形態を示す。保護バリア３１６は、中に固定子３００が置かれる固定子空洞部３５３を形成する。固定子空洞部３５３は、流体で充填されてよく、または充填されなくてもよい。図３Ｌは、電気機械１０２と同様であってよい例示的な電気機械の断面図を示す。この電気機械は、ハウジング３１４、固定子３００、回転子３０６、および保護バリア３１６を備える。保護バリア３１６は、電気機械１０２を通過する流体の固定子空洞部３５３内への侵入を防ぐこともできる。保護バリア３１６は、内半径部に円筒形状の閉端部３５４を、および外半径部に円筒形状の開端部３５６を有する。閉端部３５４は、円筒３５８によって形成され、開端部３５６は、側部フランジ３６０によって画成される。側部フランジ３６０は、ハウジング３１４に当接し、および／または装着される。上述のように、保護バリア３１６は、例えば電気機械１０２が回転子３０６と固定子３００との間に流体（矢印３６２によって示される）を通過させる満液式の応用例などにおいては、固定子３００を保護する。したがって、保護バリア３１６は、電気機械およびその構成要素が電気機械を通過する流体（例えば海水、冷却流体、プロセス流体など）または他の外来物質にさらされるのを防ぐ。
さらに、保護バリア３１６は、固定子３００と回転子３０６との間の接触を防ぐことによって、電気機械を保護する。さらに、保護バリア３１６は、固定子３００と回転子３０６との間において電気機械１０２を通過する流体（その中に含まれる任意の微粒子および／または汚染物質を含む）によって引き起こされ得る摩滅および／または腐食などの、腐食および／または摩滅に対して耐性を有する材料から形成されてよい。また、保護バリア３１６は、電気機械を通過する流体と固定子空洞部３５３内に収容される任意の流体との間における圧力変化に耐えるように構成されてもよい。また、保護バリア３１６は、ハウジング３１４および固定子３００の熱膨張および熱収縮を許容するように構成されてもよい。
図３Ｍは、例示的な電気機械の部分断面図を示す。図示されるように、保護バリア３１６の円筒３５８は、第１の部分３６４と、当接する第２の部分またはリング３６６とを含む。いくつかの例においては、円筒３５８は、一般的な市販の事前成形された管材であることが可能である。いくつかの実装形態によれば、円筒３５８の第１の部分３６４の第１の端部３６８が、外方張出し部分３７０およびテーパ状部分３７２を備えてよい。テーパ状部分３７２は、外方張出し部分３７０から延在する。テーパ状部分３７２は、側部フランジ３６０のうちの１つの中に形成されたテーパ状チャネル３７４内に受けられる。テーパ状部分３７２およびテーパ状チャネル３７４は、共に嵌められることによってシール部を形成してよい。例えば、テーパ状部分３７２およびテーパ状チャネル３７４は、締まり嵌めにより共に嵌められてよい。いくつかの例においては、このシール部は、流体の進入を防ぐ。さらに、テーパ状チャネル３７４は、例えばテーパ状チャネルの内側部分から周囲環境までまたは固定子空洞部３５３まで延在する少なくとも１つの開口３７６を備える。この少なくとも１つの開口３７６により、テーパ状部分３７２をテーパ状チャネル３７４内に組み付ける際に空気がチャネルから逃げることが可能となり、それによりしっかりした装着が実現される。
リング３６６の第１の端部３７８が、やはりテーパ状であってよく、第２の側部フランジ３６０中に形成された別のテーパ状チャネル３７４内に同様に受けられてよい。リング３６６の第１の端部３７８およびテーパ状チャネル３７４もまた、締まり嵌めにより共に嵌められて、流体の侵入を防ぐシール部を形成してよい。さらに、上述のように、テーパ状チャネル３７４は、上述の１つまたは複数の開口３７６を備えることにより、第１の端部３７８とテーパ状チャネル３７４との組付けの際に空気がテーパ状チャネル３７４から逃げる（すなわち均圧化）のを可能にしてよい。
第１の部分３６４の第２の端部３８２およびリング３６６の第２の端部３８４は、重なって、テーパ状接合部３８６を形成する。特に、いくつかの実装形態においては、第１の部分３６４の第２の端部３８２およびリング３６６の第２の端部３８４の隣接し合う表面が、重なり、互いに当接して、テーパ状接合部３８６を形成する。このテーパ状接合部は、流体の進入を防ぐためのシール部を形成する。いくつかの例においては、第１の部分３６４の第２の端部３８２は、外方に張り出してよい。テーパ状接合部３８６は、固定子空洞部３５３内への流体の侵入を防ぐためのシール部を維持しつつ、保護バリア３５４の寸法上の変動を許容する。例えば、電気機械１０２の作動中に、電気機械１０２の構成要素が、回転速度および／または温度変化などにより膨張および／または収縮を受ける場合があるが、テーパ状接合部３８６は、係合状態を維持することができる。いくつかの例においては、テーパ状接合部３８６は、水密シール部を形成してよい。さらに、テーパ状接合部３８６における第１の部分３６４とリング３６６との間の接触圧が、ハウジング３１４の膨張によって上昇し得る。代替的には、テーパ状接合部３８６は、テーパ状接合部３８６のこの接触圧がハウジング３１４の収縮によって上昇し得るように構成されてもよい。
いくつかの実装形態によれば、円筒３５８の第１の部分３６４またはリング３６６のいずれかまたは両方（すなわち回転子の永久磁石に対して近位に位置する部分）が、繊維およびポリマーの複合材料から形成されてよい。いくつかの例においては、円筒３５８は、熱可塑性母材または熱硬化性母材内に炭素繊維またはガラス繊維の複合材料を添加したものから形成されてよい。かかる材料は、高い強度、耐腐食性、および耐摩耗性をもたらし、磁気不透過性である。いくつかの例においては、側部フランジ３６０は、金属から形成されてよい。
図３Ｎは、テーパ状接合部を有さない保護バリア３５４の別の実装形態を示す。かかる実装形態においては、円筒３５８は、張出しチャネル３７４内に受けられる両テーパ状端部３８８を備える。テーパ状端部３８８およびテーパ状チャネル３７４もまた、締まり嵌めをなして、シール部を形成してよい。いくつかの例においては、このシール部は、流体の侵入を防ぐ水密シール部であってよい。さらに、上述のように、テーパ状チャネル３７４は、組付けの際の均圧化を可能にするために、１つまたは複数の開口３７６を備えてよい。さらに、円筒３５８は、上述のように複合材料から形成されてよく、円筒３５８の熱膨張率がハウジング３１４の熱膨張率と合致することにより、テーパ状接合部の必要性を解消するように、その複合材料の繊維を配向すること、および／またはその母材を選択することができる。いくつかの例においては、円筒３５８は、一般的な市販の事前成形された管材であることが可能である。
図３Ｏに図示される実装形態は、ハウジング３１４の熱膨張率と合致する熱膨張率を有する複合材料から形成された保護バリア３５４を図示する。この実装形態においては、円筒３５８は、一体型側部フランジ３９２およびテーパ状端部３８８を有する。上記において説明したように、テーパ状端部３８８は、テーパ状チャネル３７４内に嵌入されて、締まり嵌め部を形成してよい。テーパ状チャネル３７４および固定子空洞部３５３から側部フランジ３６０中に形成された１つまたは複数の開口３７６を介して、テーパ状チャネル３７４内および周囲環境内の圧力を均圧化してよい。一体型側部フランジ３９２は、一体型側部フランジ３９２の外方端部３９６を保護する役割も果たし得るリング３９４によって、ハウジング３１４に直接的に固定されてよい。いくつかの例においては、リング３９４は、金属から形成されてよい。
図３Ｐおよび図３Ｑは、保護バリア３５４のさらなる代替の実装形態を示す。これらの実装形態において例示される保護バリア３５４もまた、ハウジング３１４の熱膨張率と合致する熱膨張率を有するように設計された複合材料から形成されてよい。図３Ｐに図示されるように、保護バリア３５４の円筒３５８は、側部フランジ３６０の内方表面３９３に当接する外方表面３９１を備えるリップ３９８を備えてよい。リング３９５を使用して、リップ３９８がリング３９５と側部フランジ３６０との間に挟まれるように、円筒３５８を定位置にクランプ固定してよい。いくつかの実装形態においては、リング３９５および側部フランジ３６０は、金属から形成されてよく、さらに他の実装形態においては、リング３９５および側部フランジ３６０は、同一のタイプの金属から形成されてよい。１つまたは複数の固定具を使用して、リング３９５、円筒３５８、および側部フランジ３６０を共に固定してよい。代替としてまたは組み合わせて、接着剤を使用してもよい。
図３Ｑは、円筒３５８の外方端部３９７の内方表面３８１が、側部フランジ３６０の外方表面３８３に当接する、別の実装形態を示す。リング３８５を使用して、外方端部３９７にて円筒３５８を側部フランジ３６０に固定してよい。いくつかの実装形態においては、固定具および／または接着剤を使用して、リング３８５、円筒３５８、および側部フランジ３６０を共に固定してよい。これらの方法に加えて、または代替として、このリングは、円筒３５８の内径よりも若干大きな外径を有してよい。これにより、リング３９５および円筒３５８が、締まり嵌めにより生じる摩擦によって側部フランジ３６０に対して定位置に保持されてよい。さらに、リング３８５および側部フランジ３６０は、金属から形成されてよく、さらに他の例においては、リング３８５および側部フランジ３６０は、同一のタイプの金属から形成されてよい。
図４Ａは、電気機械のための固定子の例示的な鉄心４００の部分概略端面図である。この例示的な鉄心４００は、電気機械１０２の固定子１０８において使用するのに適している。鉄心４００は、電気機械の回転子を受けるために実質的に円筒状の内方体積を画成する。鉄心４００は、鉄心の継鉄４２２から鉄心の内方体積の外周部までラジアル方向に延在する歯４０２を備える。これらの歯は、導電性巻線を受けるためのスロット４０４を画成する。例えば、隣り合う歯４０２ａおよび４０２ｂが、スロット４０４ａを画成し、隣り合う歯４０２ｂおよび４０２ｃが、スロット４０４ｂを画成する。各歯４０４が、先端部４２０を有する。例えば図４Ａ、図４Ｂ、および図４Ｃに図示されるように、固定子は、歯の各対の間にスロットを有することが可能であり、ここで、各スロットは、平行なスロット側部を有するスロット領域を有し、各歯は、平行な歯側部を有する歯セクションを有する。
各歯４０２は、継鉄４２２から歯の先端部４２０まで延在するラジアル方向長さを有する。例えば、歯４０２ａは、継鉄４２２から先端部４２０ａまで延在するラジアル方向長さを有し、歯４０２ｂは、継鉄４２２から先端部４２０ｂまで延在するラジアル方向長さを有する。図示される例においては、全ての歯４０２が、同一のラジアル方向長さを有する。いくつかの実装形態においては、いくつかの歯４０２が、均等でないラジアル方向長さを有する。各スロット４０４は、継鉄４２２から内方体積まで延在するラジアル方向深さを有する。スロット４０４のラジアル方向深さは、スロット４０４を画成する継鉄４２２および歯４０２の側部によって画定され得る。例えば、スロット４０４ａのラジアル方向深さは、継鉄４２２と歯４０２ａおよび４０２ｂの側部とによって画定され、スロット４０４ｂのラジアル方向深さは、継鉄４２２と歯４０２ｂおよび４０２ｃの側部とによって画定される。
各歯４０２は、歯４０２のラジアル方向長さに沿って幅を有する。例えば、所与の箇所における歯の幅は、所与の箇所において歯が広がる方位角に関係する。歯４０２は、歯の幅が歯４０２のラジアル方向長さに沿って一定または実質的に一定である、第１のラジアル方向セクションを有してよい。そのため、歯は、その歯の少なくとも１つのセクションにおいて平行な歯側部を有することが可能である。歯４０２は、歯の幅が歯４０２のラジアル方向長さに沿って変化する、第２のラジアル方向セクションを有してよい。そのため、歯は、その歯の少なくとも１つのセクションにおいて非平行な側部を有することも可能である。この歯の幅は、第２のラジアル方向セクションにおいては、歯のラジアル方向長さに沿って線形におよび／または非線形に変化してよい。歯のラジアル方向長さおよび幅は、歯の面積を決定することが可能である。例えば、歯の面積は、歯のラジアル方向長さにわたる歯幅の積分として計算されてよい。
各スロット４０４は、スロット４０４のラジアル方向深さに沿って幅を有する。例えば、所与の箇所におけるスロットの幅は、スロット４０４を画成する２つの歯４０２の間の所与の箇所における方位角に関係する。スロット４０４は、スロットの幅がスロット４０４のラジアル方向深さに沿って均一または実質的に均一である、第１のラジアル方向セクションを有してよい。そのため、スロットは、そのスロットの少なくとも１つの領域において平行なスロット側部を有することが可能である。スロット４０４は、スロットの幅がスロット４０４のラジアル方向深さに沿って変化する、第２のラジアル方向セクションを有してよい。そのため、スロットは、そのスロットの少なくとも１つの領域において非平行な側部を有することも可能である。このスロットの幅は、第２のラジアル方向セクションにおいては、スロットのラジアル方向深さに沿って線形におよび／または非線形に変化してよい。スロットのラジアル方向深さおよび幅は、スロットの面積を決定することが可能である。例えば、スロットの面積は、スロットのラジアル方向深さにわたるスロット幅の積分として計算されてよい。
歯４０２およびスロット４０４のジオメトリ（例えば長さ、深さ、幅、面積など）は、固定子の（したがって電気機械の）性能および効率の面に影響を与えることが可能である。スロット４０４のジオメトリは、スロット内に設置することが可能な導電性コイルの位置、分布、および／または断面積に影響を与えることが可能である。鉄心４００の歯の面積に対するスロット面積の比率が、鉄心４００により実現可能な最大出力、力率、および／または効率に影響を与える場合がある。歯幅が歯のラジアル方向長さに沿って変化する第１のラジアル方向セクションと、歯幅が歯のラジアル方向長さに沿って均一である第２のラジアル方向セクションとを有する歯が、スロット幅がラジアル方向深さに沿って変化するまたは均一である第１のラジアル方向セクションと、スロット幅が変化する第２のラジアル方向セクションとを有するスロットを画成してよい。スロット幅がラジアル方向深さに沿って変化する第１のラジアル方向セクションと、スロット幅がラジアル方向深さに沿って均一である第２のラジアル方向セクションとを有するスロットが、電気機械の性能および／または効率を向上させることが可能である。このタイプのスロットを有する鉄心は、固定子鉄心材料（例えば鉄または別の材料）および導電性巻線材料（例えば銅または別の材料）の利用率のバランスをとることができる。例えば、スロット幅がラジアル方向深さに沿って変化する第１のラジアル方向セクションと、スロット幅がラジアル方向深さに沿って均一である第２のラジアル方向セクションとを有するスロットは、スロットの一部分において導電性材料の断面積をより広くすることが可能であり、歯の様々な部分（例えば継鉄４２２の付近の歯の「付根」など）において鉄が過量になるのを防ぐことが可能である。この構成を有するスロットは、ケーブル巻線（例えば第１のセクションにおいて）と、成形巻線（例えば第２のセクションにおいて）との両方を収容することができる。いくつかの場合においては、歯の付根の過量な鉄心材料は、磁気的に利用されない材料を含む。いくつかの場合においては、歯の先端部４２０における磁束密度を高めることにより、電気機械の磁束負荷を制限し、機械性能を低下させ得る過剰な磁束の漏れ経路をスロット４０４全体に与える。
図４Ａの例示的な鉄心４００においては、全ての歯４０２およびスロット４０４が、同一である。歯４０２ｂのラジアル方向セクション４０６ｂは、歯４０２ｂのラジアル方向長さに沿って変化する幅を有し、歯４０２ｂのラジアル方向セクション４１０ｂは、歯４０２ｂのラジアル方向長さに沿って均一な幅を有する。スロット４０４ｂのラジアル方向セクション４０８ｂは、スロット４０４ｂのラジアル方向深さに沿って均一な幅を有し、スロット４０４ｂのラジアル方向セクション４１２ｂは、スロット４０４ｂのラジアル方向深さに沿って変化する幅を有する。各スロット４０４の断面は、継鉄４２２に２つの丸められた角を有する。これらの丸められた角は、図４Ｂに図示されるケーブル巻線コイルなどの、円い断面を有するコイルを受けることが可能である。図４Ａの各歯４０２は、鉄心４００の磁束および／または他の特性を高め得る幅広先端部４２０を有する。
図４Ｂは、図４Ａの例示的な鉄心４００の部分概略端面図である。図４Ｂは、スロット４０４ｂ内に設置された例示的な導電性コイルを図示する。図示されるコイルは、ケーブル巻線のコイルである。コイル４１４ａ、４１４ｂ、４１４ｃ、および４１４ｄは、スロット４０４ｂのセクション４０８ｂ内に位置する。コイル４１４ｅ、４１４ｆ、４１４ｇ、４１４ｈ、４１４ｉ、４１４ｊ、４１４ｋ、および４１４ｌは、スロット４０４ｂのセクション４１２ｂ内に位置する。
図４Ｃは、電気機械のための固定子の例示的な鉄心の部分概略端面図である。この例示的な鉄心４００は、電気機械１０２の固定子１０８の鉄心であることが可能である。図４Ｃの例示的な鉄心４００においては、歯４０２およびスロット４０４の全てが、同一である。歯４０２ｂのラジアル方向セクション４０６ｂは、歯４０２ｂのラジアル方向長さに沿って変化する幅を有し、歯４０２ｂのラジアル方向セクション４１０ｂは、歯４０２ｂのラジアル方向長さに沿って均一な幅を有する。スロット４０４ｂのラジアル方向セクション４０８ｂは、スロット４０４ｂのラジアル方向深さに沿って均一な幅を有し、スロット４０４ｂのラジアル方向セクション４１２ｂは、スロット４０４ｂのラジアル方向長さに沿って変化する幅を有する。各スロット４０４の断面は、継鉄４２２に２つの実質的に直角な角を有する。これらの実質的に直角な角は、図４Ｃに図示される成形巻線コイル４１６などの、直角の角を有する断面を有するコイルを受けることが可能である。
図４Ｃは、スロット４０４ｂ内に設置された例示的な導電性コイルを示す。図示されるコイルのいくつかが、成形巻線のコイルであり、図示されるコイルのいくつかが、ケーブル巻線のコイルである。成形巻線コイル４１６ａおよび４１６ｂは、スロット４０４ｂのセクション４０８ｂ内に位置する。ケーブル巻線コイル４１４は、スロット４０４ｂのセクション４１２ｂ内に位置する。図４Ｃの各歯４０２は、鉄心４００の磁束および／または他の特性を高め得る幅細先端部４２０を有する。
図４Ｄは、例示的な鉄心４００の部分概略端面図である。図４Ｄは、各歯が非平行な側部を有する２つのセクションを含む、例示的な角度パラメータを示す。各歯の第１のセクションは、第１の角度にて非平行な側部を有し、各歯の第２のセクションは、第２の角度で非平行な側部を有する。第１の角度と第２の角度とは、異なる。図示される例においては、第１の角度は、１．９度であり、第２の角度は、第１の角度よりも０．７度大きい（すなわち２．６度）。他の角度および／または角度差が用いられてもよい。
図４Ｅは、電気機械のための固定子の例示的な鉄心の部分概略端面図である。この例示的な鉄心４００は、電気機械１０２の固定子１０８の鉄心であることが可能である。図４Ｅの例示的な鉄心４００においては、歯４０２およびスロット４０４の全てが、同一である。歯４０２ｂのラジアル方向セクション４０６ｂは、歯４０２ｂのラジアル方向長さに沿って均一な幅を有し、歯４０２ｂのラジアル方向セクション４１０ｂは、歯４０２ｂのラジアル方向長さに沿って変化する幅を有する。スロット４０４ｂのラジアル方向セクション４０８ｂは、スロット４０４ｂのラジアル方向深さに沿って変化する幅を有し、スロット４０４ｂのラジアル方向セクション４１２ｂは、スロット４０４ｂのラジアル方向長さに沿って均一な幅を有する。各スロット４０４の断面は、継鉄４２２に２つの実質的に丸められた角を有する。これらの実質的に丸められた角は、丸められたケーブル巻線コイルなどの、円形断面を有するコイルを受けることが可能である。
図４Ｅにおいては、図示されるコイルのいくつかが、成形巻線のコイルであり、図示されるコイルのいくつかが、ケーブル巻線のコイルである。ケーブル巻線コイル４１４は、スロット４０４ｂのセクション４０８ｂ内に位置する。成形巻線コイル４１６ｃおよび４１６ｄは、スロット４０４ｂのセクション４１２ｂ内に位置する。図４Ｅの各歯４０２は、鉄心４００の磁束および／または他の特性を高め得る幅細先端部４２０を有する。
図４Ｆは、電気機械のための固定子４５０の例示的な端部ターンの概略端面図である。この例示的な固定子４５０は、電気機械１０２の固定子１０８の代わりに使用することが可能である。固定子４５０の端部ターン４５２および固定子４５０の鉄心４５４の一部分のみが、図４Ｆには図示される。固定子４５０は、図４Ｆには図示されない他の部品を含む。
固定子４５０は、成形巻線を備える。成形巻線のコイルは、固定子鉄心の軸方向長さにわたって延在する軸方向セクション（図４Ｆには図示せず）を備える。成形巻線のコイルは、複数の端部ターン４５２を含み、これらの端部ターン４５２は、固定子鉄心の軸方向端部を越えた位置に端部ターン束を形成する。端部ターン束は、２つのグループの端部ターン４５２を含み、これらのグループは、端部ターン４５２の４つの交互に配置されたラジアル方向層４６４を形成する。各グループが、４つの層４６４の中の２つを形成する。各グループの１つの層が、ラジアル方向において他方のグループの２つの層の間に位置する。
固定子４５０は、内方ボア４５１を画成する鉄心４５４を備え、この内方ボア４５１は、電気機械の回転子を受けるための実質的に円筒状の内方体積である。図４Ｇに図示されるように、鉄心４５４は、ボア４５１の方向にラジアル方向に内方に延在する複数の歯４５６を有し、これらの歯４５６は、導電性巻線（例えば成形巻線、ケーブル巻線、または別のタイプなど）を受けるためのスロット４５８を画成する。これらの巻線のコイルは、鉄心の軸方向長さに及ぶ軸方向セクション（図４Ｇには図示せず）を備える。各軸方向セクションは、鉄心の２つの軸方向端部間に延在してよい。これらの巻線のコイルは、鉄心の軸方向端部を越えて延在する端部ターン４５２を含む。各端部ターン４５２は、コイルの２つの軸方向セクションを連結する。１つまたは複数のコイルの軸方向セクションが、各スロット内に位置してよい。各端部ターン４５２は、第１の軸方向セクションに連結する第１の端部と、第２の軸方向セクションに連結する第２の端部とを有する。図４Ｇに図示されるように、各端部ターンの第１の端部は、第１の外周位置にて連結し、各端部ターンの第２の端部は、第２の外周位置にて連結する。図４Ｇに図示される実装形態においては、この第１の端部は、鉄心のラジアル方向中心から第１のラジアル方向距離にて連結し、この第２の端部は、鉄心のラジアル方向中心から第２のラジアル方向距離にて連結する。いくつかの実装形態においては、端部ターンの両端部が、鉄心の中心から同一のラジアル方向距離にてコイルの軸方向セクションに連結する。
端部ターン束は、図４Ｆに図示されるように、複数グループの端部ターン４５２を含むことが可能である。端部ターン４５２の各グループは、鉄心４５４のラジアル方向中心の周囲の異なる半径位置に層４６４を形成することが可能である。１つの端部ターン４５２は、主として、複数グループの中の１つにより形成される２つの層に属する。例えば、ある端部ターン４５２ａが、層４６４ａ中に第１の部分を有し、その端部ターン４５２ａが、別の層４６４ｃ中に第２の部分を有する。別の例としては、ある端部ターン４５２ｂが、層４６４ｂ中に第１の部分を有し、その端部ターン４５２ｂが、別の層４６４ｄ中に第２の部分を有する。層４６４ａおよび４６４ｃは、端部ターン４５２ａとしてラジアル方向に位置決めされる第１のグループの端部ターン４５２により形成される。この第１のグループ内の各端部ターン４５２は、第１のグループ内の他の部材から円周方向に位置をずらされる。層４６４ｂおよび４６４ｄは、端部ターン４５２ｂとしてラジアル方向に位置決めされる第２のグループの端部ターン４５２によって形成される。第２のグループ内の各端部ターン４５２は、第２のグループの他の部材から円周方向に位置をずらされる。層４６４ａは、層４６４ｂのラジアル方向に内側に位置し、層４６４ｂは、層４６４ｃのラジアル方向に内側に位置し、層４６４ｃは、層４６４ｄのラジアル方向に内側に位置する。したがって、第１のグループの端部ターン（端部ターン４５２ａとしてラジアル方向に構成される）および第２のグループの端部ターン（端部ターン４５２ｂとしてラジアル方向に構成される）は、交互に配置されて、端部ターンの４つの層を形成する。
各端部ターン４５２は、鉄心４５４の端部に対して平行な平坦断面を貫通する。第１のグループの端部ターンの各端部ターン４５２は、第１の半径位置および第３の半径位置にて平坦断面を貫通する、端部ターンの２つの層を形成する。第１の半径は、第３の半径よりも小さい。第２のグループの端部ターンの各端部ターン４５２は、第２の半径位置および第４の半径位置にて平坦断面を貫通する別の２つの層を形成する。第２の半径は、第４の半径よりも小さい。第１のグループの端部ターンおよび第２のグループの端部ターンは、第２の層が第１の層と第３の層との間に位置し（すなわち第１の半径が第２の半径より小さく、第２の半径が第３の半径より小さい）、第３の層が第２の層と第４の層との間に位置する（すなわち第２の半径が第３の半径より小さく、第３の半径が第４の半径より小さい）ように、交互に配置される。
各端部ターン４５２は、鉄心４５４から延在する部分ループを形成するように、端部ターンの２つの端部の間に延在する。いくつかの実装形態においては、２つのグループの端部ターンが交互に配置される場合に、一方のグループの各端部ターンが、他方のグループ内の端部ターンの１つまたは複数により形成される部分ループを通る。例えば、端部ターン４５２ａは、端部ターン４５２ｂにより形成された部分ループを通る。
いくつかの場合においては、端部ターンの４つの交互に配置されたラジアル方向層を形成する２つのグループの端部ターンを含む端部ターン束が、他の構成よりも長手方向において短い端部ターン束を形成することが可能である。例えば、２つのグループの端部ターンが交互に配置されず、代わりに、これらの２つのグループが端部ターンの３つ以下の層を形成する場合には、端部ターン束は、４層束のほぼ２倍の長さになり得る。比較的長い端部ターン束は、電気機械において比較的大きな軸方向スペースを占めるため、回転子軸受ジャーナル同士が、さらに離間されて位置決めされることとなり得る。比較的短い端部ターン束は、電気機械において比較的小さな軸方向スペースを占めるため、回転子軸受ジャーナル同士を共により近くに位置決めすることが可能となり得る。回転子軸受ジャーナル同士が、軸方向において共により近くに位置する場合には、軸受ジャーナルは、比較的小さな応力および損傷を被ることができ、および／または回転子に対してより良好な安定性を与えることができる。したがって、２つの交互に配置されるグループの端部ターンを含む端部ターン束は、電気機械において比較的小さな軸方向スペースを占めることができ、回転子軸受ジャーナル同士の間の軸方向距離をより短くすることができ、および／または、電気機械の部品に対する磨耗および／または損傷を低下させることができる。いくつかの場合においては、２つの交互に配置されるグループの端部ターンを含む端部ターン束が占める軸方向スペースは、他の構成において端部ターン束が占める軸方向スペースの約半分となる場合がある。
図４Ｈは、例示的な固定子４５０の部分概略側面図である。図４Ｉは、固定子４５０の鉄心４５４および例示的な端部ターン４５２ａ、４５２ｂの一部分の部分概略側面図である。図４Ｊは、例示的な固定子４５０の軸方向中心付近から例示的な固定子４５０の軸方向端部の方向に見た概略断面図である。図４Ｋは、固定子４５０の端部ターン４５２ａおよび４５２ｂの部分概略図である。
図４Ｌは、例示的な端部ターン４６０および例示的な端部ターン４２００の概略図である。例示的な端部ターン４６０は、電気機械１０２の固定子１０８に含めることが可能である。例示的な端部ターン４６０は、４つのラジアル方向層を有する端部ターン束を形成する交互に配置された２つのセットの端部ターンを含む重ね巻き構成に含めることが可能である。例示的な端部ターン４２００は、交互に配置されるセットの端部ターンを含まない従来的な重ね巻き構成向けに設計される。実質的に均一なラジアル方向寸法を有する固定子内でのこれらの各構成においては、例示的な端部ターン４６０および４２００は、同一の方位角に広がることが可能である。図４Ｌは、端部ターン４６０および４２００の例示的な寸法を含む。いくつかの場合においては、端部ターンは、異なる寸法を有する。
図４Ｍは、例示的な端部ターン４６０および固定子鉄心４６２の一部分の概略斜視図である。固定子のラジアル方向寸法は、例示のために、図４Ｍにおいては直線方向寸法に対応付けされる。端部ターン４６０は、直線座標系において端部ターン４５２を示す。鉄心４６２は、直線座標系において鉄心４５４を示す。端部ターン４６０は、２つのグループの端部ターンを含み、これらの端部ターンは、直線座標系において示される端部ターンの４つの交互に配置されるラジアル方向層を形成する。端部ターン４６０ａを含む第１のグループの端部ターンは、端部ターン４６０ａと同一のラジアル方向位置に、端部ターン４６０ａから円周方向に位置をずらされた複数の端部ターンを含む。端部ターン４６０ｂを含む第２のグループの端部ターンは、端部ターン４６０ｂと同一のラジアル方向位置に、端部ターン４６０ｂから円周方向に位置をずらされた複数の端部ターンを含む。
図４Ｎは、直線座標系において示された、例示的な固定子鉄心４６２と例示的な端部ターン４６０ａおよび４６０ｂとの一部分の概略斜視図である。図４Ｎに図示されるように、端部ターン４６０の端部および鉄心４６２は、固定子鉄心のスロット内にギャップ４６６を画成する。各スロットが、２つのギャップを備える。１つのギャップが、２つの異なる端部ターンの端部間に位置する。ギャップ４６６ａは、第１のスロット内に、第１の半径位置に、固定子鉄心と第１のスロット内に位置する端部ターンの端部との間に形成され、ギャップ４６６ｂは、第２のスロット内に、第２の半径位置に、第２のスロット内に位置する２つの端部ターンの端部間に形成され、ギャップ４６６ｃは、第１のスロット内に、第３の半径位置に、第１のスロット内に位置する２つの端部ターンの端部間に形成され、ギャップ４６６ｄは、第２のスロット内に、第４の半径位置に、第２のスロット内に位置する端部ターンの端部を越えた位置に形成される。いくつかの場合においては、冷却材流体（例えば空気、窒素、または他のガス）が、導電性巻線を冷却するためにスロット内のギャップ４６６を通り流れることが可能である。例えば、ギャップ４６６が、固定子の軸方向端部間において軸方向に延在し、固定子の軸方向長さの全体または一部に沿って冷却材流路を形成することが可能である。冷却材流体は、（例えばギャップ４６６ｂおよび４６６ｃにおいて）固定子鉄心中の導電性巻線の軸方向セクション同士の間を流れることが可能である。冷却材流体は、（例えばギャップ４６６ａにおいて）導電性巻線の軸方向セクションと固定子鉄心との間を流れることが可能である。冷却材流体は、（例えばギャップ４６６ｄにおいて）導電性巻線の軸方向セクションと回転子との間を流れることが可能である。この冷却材は、中間スタック入口から端部ターンを囲む体積まで流れて、巻線の端部ターンおよび軸方向セクションを冷却することが可能である。この冷却材は、端部ターンを囲む体積から中間スタック出口まで流れて、巻線の端部ターンおよび軸方向セクションを冷却することが可能である。さらに、または代替として、冷却材が、回転子と固定子との間のギャップ内を流れることが可能である。
いくつかの場合においては、スロットは、それぞれ異なる深さを有する。例えば、鉄心４６２中のスロットのいくつかが、浅いスロット深さを有することにより、ギャップ４６６ａの体積を無くすまたは低減させることができる。これにより、固定子の磁束特性を高めることができる。
図４Ｏは、直線座標系において示された例示的な端部ターンの概略斜視図である。明瞭化のために、図４Ｏにおいては２つの端部ターン４６０ａおよび４６０ｂのみが示される。
端部ターンの４つの層を形成するように交互に配置された２つのグループの端部ターンを含む端部ターン束は、成形巻線、ケーブル巻線、またはそれらの組合せを含むことが可能である。図４Ｆ、図４Ｇ、図４Ｈ、図４Ｉ、図４Ｊ、図４Ｋ、図４Ｌ、図４Ｍ、図４Ｎ、および図４Ｏは、成形端部ターンの４つの層を形成するように交互に配置された２つのグループの成形端部ターンを含む、成形端部ターン束の一例の複数の態様を示す。図４Ｆ、図４Ｇ、図４Ｈ、図４Ｉ、図４Ｊ、図４Ｋ、図４Ｌ、図４Ｍ、図４Ｎ、および図４Ｏの例示的な端部ターンはそれぞれ、標準的な端部ターン成形装置を使用して作製することが可能である。しかし、いくつかの図示されない実装形態は、非標準的な端部ターン成形プロセスを要する場合がある。図４Ｐおよび図４Ｑは、ケーブル端部ターンの４つの層を形成するように交互に配置された２つのグループのケーブル端部ターンを含むケーブル端部ターン束の一例を示す。
図４Ｐは、電気機械の固定子の例示的な端部ターン束４７０の概略側面図である。この例示的な端部ターン束４７０は、電気機械１０２の固定子１０８に含めることが可能である。図４Ｑは、この例示的な端部ターン束４７０の概略斜視図である。図４ＥＥは、この例示的な端部ターン束４７０の概略端面図である。図４ＦＦは、この例示的な端部ターン束４７０の中の２つの端部ターンの概略端面図である。図４ＧＧは、この例示的な端部ターン束４７０の中の４つの端部ターンの概略端面図である。図４ＨＨは、この例示的な端部ターン束４７０の中の２つの端部ターンの概略側面図である。図４ＩＩは、例示的な固定子の軸方向中心付近からこの例示的な固定子の軸方向端部の方向に見た場合の、この例示的な端部ターン束４７０の概略断面図である。
図示される例示的な端部ターン束４７０は、ケーブル巻線を含むことが可能である。ケーブル巻線のコイルは、固定子鉄心の軸方向長さにわたって延在する軸方向セクション（図４Ｐ、図４Ｑ、図４ＥＥ、図４ＦＦ、図４ＧＧ、図４ＨＨ、および図４ＩＩには図示せず）を備える。ケーブル巻線のコイルは、複数の端部ターンを含み、これらの端部ターンは、固定子鉄心の軸方向端部を越えた位置に端部ターン束４７０を形成する。端部ターン束４７０は、端部ターンの４つの交互に配置されたラジアル方向層を形成する２つのグループの端部ターンを含む。第１のグループの端部ターンは、端部ターン４００１ａ、４００１ｃ、および４００１ｅを含む。第２のグループの端部ターンは、端部ターン４００１ｂおよび４００１ｄを含む。各グループが、４つの層の中の２つを形成する。第１のグループは、端部ターンの第１の（最外）層と、端部ターンの第３の層とを形成する。第２のグループは、端部ターンの第４の（最内）層と、端部ターンの第２の層とを形成する。各グループ中の１つの層が、ラジアル方向において他のグループの２つの層の間に位置する。特に、第２の層は、ラジアル方向において第１の層と第３の層との間に位置し、第３の層は、ラジアル方向において第２の層と第４の層との間に位置する。
図４ＦＦ、図４ＧＧ、および図４ＩＩに図示されるように、この例示的な端部ターン束４７０の中の２つのグループの端部ターンは、固定子に最も近い端部ターン束の軸方向セクションではラジアル方向層を２つだけ形成する。特に、この端部ターン束４７０の中の全ての端部ターンが、鉄心の端部面上の第１の半径位置にてこの端部面から出て、この端部面の第２の半径位置にて鉄心に再入する。第１のグループの端部ターン（４００１ａ、４００１ｃ、および４００１ｅを含む）は、この第１の半径位置上の出外位置にて鉄心の端部面を貫通して鉄心から出て、第１のラジアル方向層の方向に曲がり、第１のラジアル方向層を通り延在し、第３のラジアル方向層の方向に曲がり、第３のラジアル方向層を通り延在し、第２の半径位置上の再入位置にて端部面を貫通して鉄心に再入する。図示される例においては、鉄心に再入する前に、第１のグループの端部ターンはそれぞれ、第３の層から第２の半径位置の方向にラジアル方向に内方に湾曲する。
第２のグループの端部ターン（４００１ｂおよび４００１ｄを含む）は、第１の半径位置上の出外位置にて端部面を貫通して鉄心から出て、第２のラジアル方向層の方向に曲がり、第２のラジアル方向層を通り延在し、第４のラジアル方向層の方向に曲がり、第４のラジアル方向層を通り延在し、第２の半径位置上の再入位置にて端部面を貫通して鉄心に再入する。図示される例においては、第２のグループ中の各端部ターンが、第１のグループ中の隣接するコイルを抱き込む。例えば、図４ＧＧに図示されるように、端部ターン４００１ｄは、第１の半径位置上で端部面を出て、ラジアル方向に外方に曲がり、端部ターンの第２の層を通り延在し、ラジアル方句に内方に曲がり、端部ターンの第４の層を通り延在し、ラジアル方向に内方に曲がって端部ターン４００１ｅを抱き込み、次いでラジアル方向に外方に曲がって、第２のラジアル位置上にて端部面に再入する。
図４Ｒおよび４Ｓは、電気機械のための固定子の例示的な鉄心４００の部分概略端面図を示す。この例示的な鉄心４００は、電気機械１０２の固定子１０８の鉄心であることが可能である。この例示的な鉄心４００は、電気機械のいくつかの実装形態に応じて異なる形状を有するスロット４０４を備える。スロット４０４は、偶数のコイル４１４を含むように図示されるが、奇数のコイル４１４を使用してもよい。いくつかの実装形態においては、このスロット４０４の形状は、重ね巻き構成のコイルおよび同心巻き構成のコイルを含む巻線を担持してよいが、このスロット形状は、他のタイプの巻線においても使用されてよい。
図４Ｒに図示されるように、各スロット４０４は、コイル４１４を保持する第１のスロット領域４２１と、コイル４１４を保持する第２のスロット領域４１９とを備える。第１のスロット領域４２１は、２つの非平行な対向するスロット側部部分４１５ｃおよび４１５ｄによって画成される。第２のスロット領域４１９は、２つの平行な対向するスロット側部部分４１５ａおよび４１５ｂによって画成される。スロット側部部分４１５ａおよび４１５ｃは、スロットの一方の側部の一部を形成する。スロット側部部分４１５ｂおよび４１５ｄは、スロットの他方の側部の一部を形成する。スロット側部部分４１５ａおよび４１５ｃは、４１７ａにて第１の角度を画成し、スロット側部部分４１５ｂおよび４１５ｄは、４１７ｂにて第２の角度を画成する。第１の角度および第２の角度は、図４Ｒに図示されるように、異なる角度である。例えば、４１７ａの第１の角度は、１８０度未満の鈍角であり、４１７ｂの第２の角度は、１８０度である。他の角度を使用してもよい。
図４Ｔは、スロット４０４が奇数のコイル４１４を含む、電気機械のための固定子の例示的な鉄心４００の部分概略端面図を示す。図示される例においては、コイル４１４は、コイル４１４Ａ、４１４Ｂ、および４１４Ｃを含む。コイル４１４Ａおよびコイル４１４Ｂは、偶数のコイルを含むように図示されるが、コイル４１４Ａおよびコイル４１４Ｂは、奇数のコイルを含んでもよい。さらに、コイル４１４Ａは、左コイル側の重ねコイルであってよく、コイル４１４Ｂは、右コイル側の重ね巻線であってよい。コイル４１４Ｃは、同心巻線のコイルである。したがって、各スロット４０４内にコイル４１４Ｃを含むことにより、各スロット４０４内に収容されるコイル４１４の総数は、奇数となる。各スロット内に奇数のコイルを有することにより、これらのコイルに関連付けられる電気機械の電圧は、比較的小さな増分レベルにて変化させ得るため、電気機械の出力の制御がさらに良好になる。
図４Ｕは、スロット４０４内でのコイル４１４の重ね合わせまたは詰め込みをより良好にするためにコイル４１４がそれぞれ異なるサイズであり得る、別の鉄心４００を示す。コイル４１４Ａおよびコイル４１４Ｂが、あるサイズのワイヤまたはケーブルからなるものであり、コイル４１４Ｃが、より小さなサイズなどの異なるサイズのものであってよい。これらの異なるサイズのコイルにより、スロット４０４はより緊密に詰め込まれ得る。さらに、コイル４１４Ａ、４１４Ｂ、または４１４Ｃの中のいずれかが、単一ターン巻きプロセスにより製造されてよいが、複数のケーブルが、平行に巻かれてよい。さらに、概して三角形または台形の断面のウェッジ１０００が、コイル４１４Ａおよび／または４１４Ｂを詰め込み状態に維持するために、スロット４０４の中の１つまたは複数の中の備えられてよい。時間の経過および電気機械の作動と共に、コイルは、スロット内で緩む場合があり、これは、機械の性能に悪影響を与える場合がある。例えば、コイルがスロット内部で緩むと、それらのコイルは、スロット内で弛むおよび／または変位する場合がある。その結果、コイルは、振動および／または摩擦により損傷を被る場合がある。したがって、ウェッジ１０００は、コイル４１４Ａおよび／または４１４Ｂを詰め込み状態に維持するために、スロットの中に備えられる。いくつかの実装形態によれば、ウェッジ１０００は、コイルを詰め込み状態に維持するために、コイルに対して付勢力を加えてよい。例えば、ウェッジ１０００は、図４Ｖに図示されるように、長手方向湾曲部を有してよい。いくつかの実装形態においては、ウェッジ１０００は、スロット内に挿入されると、応力を受け、この応力により、スロット内のコイルに対して付勢力がかけられることとなる。ウェッジ１０００により加えられる付勢力により、実質的に固定位置にコイルを保持することができ、これにより、コイルの緩みおよび／または弛みを解消するまたは減らすことができる。例えば、スロット内のウェッジ１０００は、コイルを定位置に保持し、コイルの緩み、弛み、および／または変位により生じ得る損傷を防ぐことができる。
図４Ｖにおいては、例示的なウェッジ１０００は、Ｃ字型断面を有するものとして図示される。ウェッジ１０００は、図４Ｕおよび図４Ｚに図示されるように、Ｃ字型断面の開部分が鉄心４００のラジアル方向中心を向いた状態で、スロット４０４内に位置決めされてよい。代替としては、ウェッジ１０００は、Ｃ字型断面の開部分が鉄心４００のラジアル方向中心から離れる方向に向くように、スロット４０４内に挿入されてよい。ウェッジは、他の形状を有してもよい。平坦ストリップ１００２を使用してもよい。
いくつかの実装形態において、例えばウェッジ１０００が、図４Ｕおよび図４Ｚに図示されるように、ウェッジ１０００の開端部が鉄心４００の中心を向く状態で位置決めされる場合には、その機械の冷却特性を高めることができる。回転子と回転子を囲む流体（例えば回転子と固定子との間の機械ギャップ内の流体）との間の摩擦が、熱を発生させる可能性がある。過熱を防ぐために、冷却流体（例えば空気または別のタイプの流体）が、回転子と固定子との間の機械ギャップを通るように配向されてよい。ウェッジ１０００は、図４Ｕおよび図４Ｚに図示されるように、機械ギャップの体積を効果的に増大させるように構成することが可能である。例えば、鉄心４００の中心の方に開くウェッジ１０００および平坦ストリップ１００２により、機械ギャップの体積の増大が効果的にもたらされる。機械ギャップの体積を増大させることにより、機械の冷却システムに対する要件を下げることができる。例えば、この体積の増大により、機械ギャップに沿った圧力降下を低減させることができ、したがって、これにより、機械ギャップを通る冷却流体の流れを生じさせるブロワまたはポンプに対して課せられる要件を下げることができる。
図４ＡＡ〜図４ＤＤは、電気機械の固定子４００におけるコイル４１４およびウェッジ１０００の他の例示的な構成を示す。図４ＡＡは、重ね巻き構成の第１の複数のコイル４１４Ａと、同心巻き構成の第２の複数のコイル４１４Ｂとを含む、固定子４００を示す（重ね巻き構成のコイル４１４Ａは、図４ＡＡ〜図４ＤＤにおいては網掛け表示されず、同心巻き構成のコイル４１４Ｂは、図４ＡＡ〜図４ＤＤにおいては網掛け表示される）。図４ＡＡのこれらのスロット４０４はそれぞれ、同一の形状を有し、同一個数の導体を担持する。図４ＡＡにおいては、各スロットは、１つのターンを有する同心コイル４１４Ｂを担持し、ウェッジ１０００を担持する。図４ＡＡに図示される同心コイル４１４Ｂは、２極の三相電気機械の「１−１−１」同心コイル構成に配線することが可能である。この「１−１−１」同心コイル構成は、図４Ｗに関連してさらに説明される。
図４ＢＢは、重ね巻き構成の第１の複数のコイル４１４Ａと、同心巻き構成の第２の複数のコイル４１４Ｂとを含む、固定子４００を示す。図４ＢＢの固定子４００は、それぞれ異なる形状を有する複数のスロットを備える。例えば、スロット４０４Ｃおよび４０４Ｄは、同一形状を有し、それぞれが１０個の導体を担持するが、スロット４０４Ｅは、スロット４０４Ｃおよび４０４Ｄとは異なる形状を有し、９つの導体を担持する。図４ＢＢにおいては、スロット４０４Ｃおよび４０４Ｄはそれぞれ、２つのターンを有する同心コイル４１４Ｂを担持し、スロット４０４Ｅは、１つのターンを有する同心コイル４１４Ｂを担持する。さらに図４ＢＢにおいては、スロットはそれぞれ、ウェッジ１０００を備える。図４ＡＡに図示される同心コイル４１４Ｂは、２極の三相電気機械の「２−２−１」同心コイル構成に配線することが可能である。
図４ＣＣは、重ね巻き構成の第１の複数のコイル４１４Ａと、同心巻き構成の第２の複数のコイル４１４Ｂとを含む、固定子４００を示す。図４ＣＣの固定子４００は、それぞれ異なる形状を有する複数のスロットを備える。例えば、スロット４０４Ｃおよび４０４Ｅは、同一形状を有し、それぞれが９つの導体を担持するが、スロット４０４Ｄは、スロット４０４Ｃおよび４０４Ｅとは異なる形状を有し、１０個の導体を担持する。図４ＣＣにおいては、スロット４０４Ｃおよび４０４Ｅはそれぞれ、１つのターンを有する同心コイル４１４Ｂを担持し、スロット４０４Ｄは、２つのターンを有する同心コイル４１４Ｂを担持する。さらに図４ＣＣにおいては、スロットはそれぞれ、ウェッジ１０００を備える。図４ＣＣに図示される同心コイル４１４Ｂは、２極の三相電気機械の「２−１−２／１−２−１」同心コイル構成に配線することが可能である。
図４ＤＤは、重ね巻き構成の第１の複数のコイル４１４Ａと、同心巻き構成の第２の複数のコイル４１４Ｂとを含む、固定子４００を示す。図４ＤＤの固定子４００は、全てが同一の形状を有するが、全てが同一個数の導体を担持するわけではないスロットを備える。例えば、スロット４０４Ｃおよび４０４Ｄはそれぞれ、１０個の導体を担持するが、スロット４０４Ｅは、９つの導体を担持する。図４ＤＤにおいては、スロット４０４Ｃおよび４０４Ｄはそれぞれ、２つのターンを有する同心コイル４１４Ｂを担持し、スロット４０４Ｅは、１つのターンを有する同心コイル４１４Ｂを担持する。さらに図４ＤＤにおいては、スロットはそれぞれ、第１のウェッジ１０００Ａまたは第２のウェッジ１０００Ｂのいずれかを備える。スロット４１４Ｃおよび４１４Ｄ内の第１のウェッジ１０００Ａは、比較的小さく、スロット４１４Ｃおよび４１４Ｄ内の導体に対してより大きなスペースを残す。スロット４１４Ｅ内の第２のウェッジ１０００Ｂは、スロット４１４Ｅ内の導体に対してより小さなスペースを残す。図４ＤＤに図示される同心コイル４１４Ｂは、２極の三相電気機械の「２−２−１」同心コイル構成に配線することが可能である。
図４ＪＪは、電気機械のための例示的な鉄心４００の概略断面図である。この鉄心４００は、複数のスロットを画成し、各スロットは、導電性コイル４１４およびウェッジを担持する。２つの異なるタイプのウェッジが、図４ＪＪに図示される。第１のタイプのウェッジ１００４は、Ｃ字型縦断面形状を有する。図４ＭＭは、例示的なウェッジ１００４の斜視図を示す。第２のタイプのウェッジ１００６は、Ｅ字型縦断面形状を有する。図４ＬＬは、例示的なウェッジ１００６の斜視図を示す。ウェッジ１００４および１００６は共に、スロットの第１の領域からスロットの第２の領域にラジアル方向に流体を流すことを可能にする穴１００８を画成する。例えば、Ｃ字型ウェッジ１００４を担持するスロット内においては、ウェッジ１００４は、スロット内に第１の領域１００５を画成し、コイル４１４は、スロット内の第２の領域に位置する。この第１の領域１００５により、スロットを通る冷却流体の軸方向流が可能となる。ウェッジ１００４中に画成される穴１００８により、流体が、第１の領域１００５から第２の領域に流れて、コイル４１４を冷却することが可能となる。さらに、穴１００８により、流体は、例えばコイル４１４に接触した後に、第２の領域から第１の領域１００５内に流れることが可能となる。別の例としては、Ｅ字型ウェッジ１００６を担持するスロット内においては、ウェッジ１００６は、スロット内に第１の領域１００９を画成し、コイル４１４は、スロット内の第２の領域に位置する。第１の領域１００９により、スロットを通る冷却流体の軸方向流が可能となる。ウェッジ１００６中に画成される穴１００７により、流体が、第１の領域１００９から第２の領域に流れて、コイル４１４を冷却することが可能となる。さらに、穴１００７により、流体は、例えばコイル４１４に接触した後に、第２の領域から第１の領域１００５内に流れることが可能となる。
各ウェッジは、図４ＬＬおよび図４ＭＭに図示されるように、ウェッジの軸方向長さに沿って複数の穴を画成してよい。これらの穴は、規則的な間隔で、不規則な間隔で、または別の態様で離間されてよい。単一のウェッジ１００６または１００４が、コイル４１４への流体流を制御するために、様々なサイズ、形状、または寸法の穴を画成してよい。例えば、比較的大きな穴が、その穴を介してより大きな流量を助長するためにウェッジ１００６上のいくつかの位置に画成されてよく、比較的小さな穴が、その穴を介して流量を制限するためにウェッジ１００６上の他の位置に画成されてよい。ウェッジ中の穴のサイズ、形状、間隔、および他のパラメータは、電気機械の固定子における冷却を向上させ、それにより電気機械の効率を向上させるように、設定されてよい。したがって、いくつかの場合においては、ウェッジは、固定子内において流れ制御デバイスとして使用することが可能である。図４ＬＬおよび図４ＭＭにおいては、単一の穴が、ウェッジの軸方向長さに沿って複数の位置のそれぞれに画成される。いくつかの実装形態においては、軸方向長さに沿って各位置に複数の穴が画成されてもよい。
ウェッジ１００４および１００６は、図４Ｖに図示されるウェッジ１０００のように長手方向湾曲部を有してもよい。この長手方向湾曲部により、ウェッジ１００４および１００６は、スロット内においてコイル４１４を安定化させるのに有効な付勢力をコイル４１４に対して加えることができる。例えば、ウェッジにより加えられる付勢力は、コイル４１４の弛みを防ぐことができる。
図４ＰＰにおいて分かるように、ウェッジは、シムまたはシムのスタック１０３０により長手方向に隔てられた、第１の部分１０２８および第２の部分１０３２などの２つ以上の部分に形成することが可能である。スロット内に設置された場合に、第１の部分１０２８は、スロットの開端部に隣接して位置し、第２の部分１０３２は、コイルに隣接して位置する。第２の部分１０３２によりコイルに対して加えられる力を制御するために、様々な厚さのシムまたはシム・スタック１０３２を選択することが可能である。例えば、第１の部分１０２８および第２の部分１０３２を、所与のスロット内に設置することが可能であり、同一のおよび／または異なる厚さの１つまたは複数のシム１０３２が、第２の部分１０３２によりコイルに対して加えられる力を増加させるために付加される。いくつかの例においては、同一の電気機械の異なるスロットが、コイルに対してかけられる力を同一にするために、異なるシムを要する場合がある。シムまたはシム・スタック１０３０は、コイルの絶縁またはコーティングに対して損傷を与えることなく所望の力を達成するのを容易にするために、第１の部分１０２８または第２の部分１０３２の中の１つまたは複数がスロット内に設置された後に、設置することが可能である。代替としては、シムまたはシム・スタック１０３０は、第１の部分１０２８および第２の部分１０３２と実質的に同時に設置することが可能である。したがって、シム１０３２は、ウェッジの挿入の際にケーブルに損傷を与えることなく、ウェッジとコイルとスロットとの間の調節可能な緊密な嵌着を可能にする。第１の部分１０２８および／または第２の部分１０３２は、中実のものとして図示されるが、それぞれがＣ字型断面または他の断面を有し、上述のように、流体流のための軸方向チャネルおよびラジアル方向流のための穴を画成することが可能である。
図４ＫＫは、電気機械のための例示的な鉄心４００の概略断面図である。図４ＫＫの鉄心４００は、複数のスロットを画成し、各スロットが、コイル４１４およびウェッジ１０１０を担持する。Ｃ字型ウェッジ１０１０はそれぞれ、流体がスロットの複数の領域間をラジアル方向に流れるのを可能にする穴１０１２を画成する。
図４ＮＮは、保持リング１０１６を使用して保持される、上述の構成のいずれかと同様のおよび／または別の構成のウェッジ１０１４を有する、例示的な鉄心４００の概略端面図である。ウェッジ保持リング１０１６は、固定子鉄心４００内の中央開口を円く囲み、鉄心４００の端部面に対して（例えばボルト、ねじ、および／または他の方法により）固定される。保持リング１０１６は、ウェッジ１０１４を捕獲し、ウェッジ１０１４が固定子鉄心４００に沿って軸方向に移動するのを防ぐために、固定子鉄心４００の両端部に配置することが可能である。保持リング１０１６は、各ウェッジ１０１４の端部の突出部１０２０を受け、それとインターロックするスロットを有し、ウェッジ１０１４がラジアル方向に移動するのを防ぐ。さらに、保持リング１０１６は、固定子スロットの頂部に対してウェッジ１０１４を押し付ける。図４ＰＰなどの、ウェッジが複数の部分に形成され、および／または１つまたは複数のシムを備える例においては、保持リング１０１６は、複数のウェッジ部分およびシムを保持することも可能である。図４ＯＯは、突出部１０２０がより良好に図示され、さらに穴１０２６を有する、例示的なＣ字型ウェッジ１０１４の斜視図である。このＣ字形状は、ウェッジ１０１４を貫通する軸方向通路１０２４を画成する。図４ＮＮにおいて分かるように、保持リング１０１６は、保持リング１０１６中に流体が流れるのを可能にするために、軸方向通路１０２４と整列された開口１０２２を有することが可能である。
図４ＱＱは、電気機械の固定子鉄心４００中の固定子スロットの内側をライニングするためのスロット・ライナ１０３４を示す。このスロット・ライナ１０３４は、ポリエステル、ポリアミド、および／または他の材料などの、可撓性、耐引裂性および耐熱性のフィルムから作製される。図４ＱＱは、平坦に置かれたライナ１０３４を示す。図４ＲＲにおけるようにスロット内に設置されると、ライナ１０３４は、固定子鉄心４００の両端部にてスロットから延在し、固定子鉄心４００の端部面上に折り畳むことが可能となる。ライナ１０３４の突出端部は、ライナ１０３４を定位置に保持するために、保持リング（図ＮＮにおけるような）により、および／または他のクランプにより、固定子鉄心４００の端部面にクランプ固定される。図４ＲＲは、固定具１０３８（例えばボルト、ねじ、および／または他の固定具）により端部面に保持される単一バー・クランプ１０３６ａを図示し、この単一バー・クランプ１０３６ａは、２つの隣接し合うライナの一部分を固定子鉄心４００の端部にクランプ固定する。図４ＳＳは、同様に固定具１０３８により端部面に保持されるＵ字形状クランプ１０３６ｂを図示する。これらのクランプは、他の態様において固定子鉄心４００に保持することが可能である。スロット・ライナ１０３８は、巻き付けの際にケーブルおよびケーブル上の絶縁を保護するために、スロット内にコイルを巻き付ける前に設置される。いくつかの例においては、ライナ１０３４は、スロットから除去することが可能である。いくつかの例においては、ライナ１０３４は、電気機械の残りの部分が組み付けられる際にスロット内に留まることが可能であり、電気機械が作動している際にスロット内に留まることが可能である。スロット・ライナ１０３４は、固定子鉄心４００の端部面に対して保持されるため、巻付け中およびその後の機械の作動中の変位に耐え、ケーブルが固定子鉄心に対して擦れるのを防ぐ。ライナ１０３４が除去される例においては、複数部分からなるウェッジおよびシム（または複数のシム）（図４ＰＰにおけるような）を使用することにより、シムが設置されていない状態においてはコイルがスロット内で緩み、ライナ１０３４をスロットからより容易に引き出し得るようにすることが可能である。その後、シムは、スロット内にコイルを固定するために設置される。
図４Ｗは、いくつかの実装形態による巻線概略図を示す。図４Ｗに図示される巻線方式は、単一の固定子において同心コイルおよび重ねコイルの両方を使用する。この概略図は、２極の三相電気機械の巻線を図示する。文字グループＡ、Ａ’、ａ、およびａ’は、第１の相の巻線を示す。文字グループＢ、Ｂ’、ｂ、およびｂ’は、第２の相の巻線を示す。文字グループＣ、Ｃ’、ｃ、およびｃ’は、第３の相の巻線を示す。ＡおよびＡ’により示される３つのコイルは、第１の相の巻線の重ね部分である。３つのコイルａおよびａ’は、第１の相の巻線の同心部分に相当する。実線および破線は、第１の相の巻線のための端部ターン接続を示す。各線が、単一のターンまたは複数のターンを示し得る。第２の相および第３の相のための端部ターン接続は、図示されないが、第１の相のための接続構成と同一のものが、第２および第３の相に対しても使用されてよい。
図４Ｗは、「１−１−１」同心コイル構成の一例を示す。図示される「１−１−１」同心コイル構成においては、第１の相の巻線の同心部分の３つのコイルのそれぞれが、単一のターンを含む。そのため、「１−１−１」同心コイル構成における固定子の各スロットは、同一個数のターンを担持し、すなわちそれぞれが１つのターンを担持する。図４ＡＡに図示される同心コイル４１４Ｂは、「１−１−１」同心コイル構成にある。より一般的には、「ｎ−ｎ−ｎ」同心コイル構成は、各スロット内に「ｎ」個の同心コイル・ターンを担持する。「ｎ」の例示的な値は、１、２、３、・・・１０、およびより高い値を含むことが可能である。他のタイプの同心コイル構成もまた可能である。他の例示的な同心コイル構成には、「２ｎ−ｎ−２ｎ／ｎ−２ｎ−ｎ」同心コイル構成（例えば、図４ＣＣに図示される「２−１−２／１−２−１」同心コイル構成、または別のものなど）、「２ｎ−２ｎ−ｎ」同心コイル構成（例えば、図４ＤＤに図示される「２−２−１」同心コイル構成、または別のものなど）、および／または他の構成が含まれる。「ｎ」の例示的な値は、１、２、３、・・・１０、およびより高い値を含むことが可能である。
２つの他の例示的な同心コイル構成が、図４Ｘおよび図４Ｙに図示される。図４Ｘは、「２−１−１」同心コイル構成の一例を示す。図示される「２−１−１」同心コイル構成においては、第１の相の巻線の同心部分の最外コイルが、２つのターンを含み、第１の相の巻線の同心部分の２つの内方コイルのそれぞれが、単一のターンを含む。そのため、「２−１−１」同心コイル構成における固定子のそれぞれ異なるスロットが、異なる個数のターンを担持する。特に、第１のスロットは、第１の相の巻線の同心部分の２つのターンを担持し、第２および第３のスロットはそれぞれ、第１の相の巻線の同心部分の１つのターンのみを担持する。他のタイプの「２ｎ−ｎ−ｎ」同心コイル構成が使用されてもよい。「ｎ」の例示的な値は、１、２、３、・・・１０、およびより高い値を含むことが可能である。
図４Ｙは、「２−１−０」同心コイル構成の一例を示す。図示される「２−１−０」同心コイル構成においては、同心コイル構成は、各相の巻線に対して２つの同心コイルと、各相の巻線に対して３つの重ねコイルとを含む。外方同心コイルは、２つのターンを含み、内方同心コイルは、１つのターンを含む。そのため、「２−１−０」同心コイル構成における固定子のそれぞれ異なるスロットが、異なる個数のターンを担持する。特に、第１のスロットは、第１の相の巻線の同心部分の２つのターンを担持し、第２のスロットは、第１の相の巻線の同心部分の１つのターンを担持し、第３のスロットは、同心コイル・ターンを担持しない。他のタイプの「２ｎ−ｎ−０」同心コイル構成が使用されてもよい。「ｎ」の例示的な値は、１、２、３、・・・１０、およびより高い値を含むことが可能である。
図４ＴＴ、図４ＵＵ、図４ＶＶ、図４ＷＷ、および図４ＸＸは、図４Ｗの図に示される巻線を含む電気機械の例示的な固定子４１００の立体モデルを示す。例示的な固定子４１００は、電気機械１０２の固定子１０８の代わりに使用することが可能である。図４ＴＴおよび図４ＶＶは、例示的な固定子４１００の第１の端部の斜視図である。図４ＵＵは、固定子の第１の端部から見た、例示的な固定子４１００の端面図である。図４ＷＷは、例示的な固定子４１００の第２の端部の側面図である。図４ＸＸは、例示的な固定子４１００の第２の端部の斜視図である。図４ＴＴ、図４ＵＵ、図４ＶＶ、図４ＷＷ、および図４ＸＸに図示されるように、この例示的な固定子は、長尺固定子鉄心４１０２と、鉄心４１０２により担持される３つの導電性巻線とを備える。第１の巻線は、同心巻きコイル４１０４ａおよび重ね巻きコイル４１０６ａを含む。第２の巻線は、同心巻きコイル４１０４ｂおよび重ね巻きコイル４１０６ｂを含む。第３の巻線は、同心巻きコイル４１０４ｃおよび重ね巻きコイル４１０６ｃを含む。重ね巻きコイルに対する文字標識Ａ、Ａ’、Ｂ、Ｂ’、Ｃ、およびＣ’と、同心巻きコイルに対する文字標識ａ、ａ’、ｂ、ｂ’、ｃ、およびｃ’が、図４Ｗとの対応を示すために含まれる。図４ＴＴ、図４ＵＵ、図４ＶＶ、図４ＷＷ、および図４ＸＸにおいては、コイルの端部ターンが主に見えるが、コイルは、固定子鉄心４１０２内において端部ターン間に延在する軸方向部分をさらに備える。図４ＵＵに図示されるように、長尺鉄心４１０２は、電気機械の回転子を内部に受けるように構成される。
各巻線中のコイルは、直列にて連結される。各コイルは、直列または並列で連結された複数のターンを含んでよい。各スロットは、奇数のターンまたは偶数のターンを担持することが可能である。いくつかの実装形態においては、固定子４１０２中のスロットの全てが、同一個数のターンを担持するわけではない。いくつかの実装形態においては、巻線中の同心巻きコイルの全てが、第１の個数のターンを有し、同じ巻線中の重ね巻きコイルの全てが、第１の個数のターンとは異なる第２の個数のターンを有する。コイルの中の１つまたは複数の設置は、鉄心４１０２の外部に巻線構造体を形成し、鉄心４１０２内に成形巻構造体を設置することを含んでよい。コイルの中の１つまたは複数の設置は、鉄心４１０２内に個別のコイルのそれぞれを連続的に形成することを含んでよい。
鉄心１４０２は、図４ＴＴおよび図４ＶＶに図示される第１の端部面４１０８ａを備える。鉄心１４０２は、図４ＷＷおよび図４ＸＸに図示される第２の対向側の端部面４１０８ｂを備える。コイル４１０４ａ、４１０４ｂ、４１０４ｃ、４１０６ａ、４１０６ｂ、および４１０８ｃはそれぞれ、ループを画成し、このループは、長尺鉄心４１０２を貫通して軸方向に延在し、出外位置にて端部面４１０８ａを貫通して鉄心４１０２から出て、再入位置にて端部面４１０８ａを貫通して鉄心に再入する。コイルはそれぞれ、その出外位置と再入位置との間で端部面上にてある距離にわたり広がる。
第１の巻線中の重ね巻きコイル４１０６ａはそれぞれ、第１の巻線中の他の重ね巻きコイル４１０６ａのそれぞれが広がる距離と実質的に等しい距離だけ広がり、第１の巻線中の同心巻きコイル４１０４ａはそれぞれ、第１の巻線中の他の同心巻きコイル４１０４ａのいずれかが広がる距離と等しくない距離だけ広がる。同様に、第２の巻線中の重ね巻きコイル４１０６ｂはそれぞれ、第２の巻線中の他の重ね巻きコイル４１０４ｂのそれぞれが広がる距離と実質的に等しい距離だけ広がり、第２の巻線中の同心巻きコイル４１０４ｂはそれぞれ、第２の巻線中の他の同心巻きコイル４１０４ｂのいずれかが広がる距離と等しくない距離だけ広がり、第３の巻線中の重ね巻きコイル４１０６ｃはそれぞれ、第３の巻線中の他の重ね巻きコイル４１０６ｃのそれぞれが広がる距離と実質的に等しい距離だけ広がり、第３の巻線中の同心巻きコイル４１０４ｃはそれぞれ、第３の巻線中の他の同心巻きコイル４１０４ｃのいずれかが広がる距離と等しくない距離だけ広がる。
各コイルが広がる端部面上の距離は、コイルの出外位置とコイルの再入位置との間の端部面上の角距離であることが可能である。例えば、鉄心の端部面が、外周部を画定する場合に、コイルが広がる端部面上の距離は、この外周部の中心点に対する、コイルの出外位置とコイルの再入位置との間の角度であることが可能である。この例においては、各コイルは、その出外位置と再入位置との間において外周部上に中間点を画定する。同心巻きコイル４１０４ａ、４１０４ｂ、および４１０４ｃについては、各コイルの中間点は、同じ巻線中のそれぞれの他の同心巻きコイルの中間点と実質的に同一の角度で外周部上に位置する。重ね巻きコイル４１０６ａ、４１０６ｂ、および４１０６ｃについては、各コイルの中間点は、同じ巻線中の任意の他の重ね巻きコイルの中間点とは異なる角度で外周部上に位置する。
鉄心４１０２は、鉄心４１０２の軸方向中心の付近にラジアル方向に延在する歯を備える。これらの歯は、歯同士の間にラジアル方向スロットを画成し、コイルは、スロット内に担持される。したがって、鉄心は、巻線を担持するためのスロットのアレイを画成する。各コイルは、一対の隣接しないスロット内に位置し、したがって、各コイルは、コイルが中に位置する隣接しないスロット同士の間で複数のスロットにわたり広がる。第１の巻線中の重ね巻きコイル４１０６ａはそれぞれ、第１の巻線中の他の重ね巻きコイル４１０６ａのそれぞれが広がる個数のスロットと等しい個数のスロットにわたり広がり、第１の巻線中の同心巻きコイル４１０４ａはそれぞれ、第１の巻線中の他の同心巻きコイル４１０４ａのいずれかが広がる個数のスロットと等しくない個数のスロットにわたり広がる。例えば、重ね巻きコイル４１０６ａはそれぞれ、８つのスロットにわたり広がり、３つの同心巻きコイル４１０４ａは、それぞれ６個、８個、および１０個にわたり広がる。同様に、第２の巻線中の重ね巻きコイル４１０６ｂはそれぞれ、第２の巻線中の他の重ね巻きコイル４１０６ｂのそれぞれが広がる個数のスロットと等しい個数のスロットにわたり広がり、第２の巻線中の同心巻きコイル４１０４ｂはそれぞれ、第２の巻線中の他の同心巻きコイル４１０４ｂのいずれかが広がる個数のスロットと等しくない個数のスロットにわたり広がり、第３の巻線中の重ね巻きコイル４１０６ｃはそれぞれ、第３の巻線中の他の重ね巻きコイル４１０６ｃのそれぞれが広がる個数のスロットと等しい個数のスロットにわたり広がり、第３の巻線中の同心巻きコイル４１０４ｃはそれぞれ、第３の巻線中の他の同心巻きコイル４１０４ｃのいずれかが広がる個数のスロットと等しくない個数のスロットにわたり広がる。
複数の実装形態を説明した。しかし、様々な修正を行い得ることが理解されよう。したがって、他の実装形態が、以下の特許請求の範囲内に含まれる。

Claims (64)

  1. 回転子ハブと、
    前記回転子ハブの周囲部の周りに取り付けられる複数の永久磁石セグメントと
    を備え、前記複数の永久磁石セグメントは、
    実質的に均一な弧長の、前記永久磁石セグメントの中の第１の複数のセグメント、および
    前記第１の複数の永久磁石セグメントよりもそれぞれの弧長が短い２つの片を含む、マルチピース永久磁石セグメントであり、前記片の中の１つの磁化方向ベクトルが前記マルチピース・セグメント中の少なくとも１つの他の片の磁化方向ベクトルとは異なる、マルチピース永久磁石セグメント
    を備える、電気機械のための回転子。
  2. 前記第１の複数のセグメント中の磁石セグメントが、単一の一体成形材料片から形成される、請求項１に記載の回転子。
  3. 前記マルチピース・セグメントの弧長と前記第１の複数のセグメントの弧長とが、実質的に同一である、請求項１に記載の回転子。
  4. 第２の複数の永久磁石セグメントをさらに備え、前記第２の複数のセグメント中のセグメントの弧長が、前記第１の複数のセグメント中の前記セグメントの弧長とは異なる、請求項１に記載の回転子。
  5. 前記複数のマルチピース磁石セグメントが、補極セグメントである、請求項１に記載の回転子。
  6. マルチピース・セグメント中の１つの片の弧長が、同じマルチピース・セグメント中の第２の片の弧長よりも長い、請求項１に記載の回転子。
  7. マルチピース・セグメント中の１つの片が、同じマルチピース・セグメント中の第２の片の材料とは異なる材料から形成される、請求項１に記載の回転子。
  8. 前記マルチピース・セグメント中の１つの片の材料が、同じマルチピース・セグメント中の前記第２の片の材料よりも高い磁化レベルを有する、請求項７に記載の回転子。
  9. 前記マルチピース・セグメントの材料が、同じマルチピース・セグメント中の前記第２の片の材料とは異なる磁気的特徴を有する、請求項７に記載の回転子。
  10. マルチピース・セグメント中の少なくとも１つの片が、前記第１の複数のセグメントと等しい弧長の、かつ前記第１の複数のセグメントと同一の材料から形成される、単一の永久磁石セグメントをセグメント化することにより構成される、請求項１に記載の回転子。
  11. マルチピース・セグメント中の１つの片が、同じマルチピース・セグメント中の第２の片の磁気方向ベクトルに対して垂直な磁気方向ベクトルを有する、請求項１に記載の回転子。
  12. 前記回転子は、実質的に円筒状の長尺の回転子である、請求項１に記載の回転子。
  13. 前記回転子は、深海中作動用に適合化される、請求項１に記載の回転子。
  14. 電気機械の回転子のための永久磁石セグメントであって、前記永久磁石は、前記回転子の円筒状外方表面の１セクションを形成する形で前記回転子に設置されるようになされており、前記永久磁石セグメントは、
    第１の磁化方向ベクトルを有する第１の永久磁石セクションと、
    前記第１の永久磁石セクションに取り付けられ、前記第１の磁化方向ベクトルとは異なる磁化方向ベクトルを有する、第２の永久磁石セクションと
    を備える、永久磁石セグメント。
  15. 前記第１の永久磁石セクションおよび前記第２の永久磁石セクションは、共に接合される、請求項１４に記載の永久磁石セグメント。
  16. 前記第２の永久磁石セクションのサイズが、前記第１の永久磁石セクションよりも大きい、請求項１４に記載の永久磁石セグメント。
  17. 前記第１および前記第２の永久磁石セクションの前記磁化ベクトルは、方向成分および大きさ成分を含み、前記第１および前記第２の永久磁石セクションの前記磁化ベクトルは、それぞれ異なる方向成分を有する、請求項１４に記載の永久磁石セグメント。
  18. 前記第１および前記第２の永久磁石セクションの前記磁化ベクトルは、方向成分および大きさ成分を含み、第１およびセクションの永久磁石セグメントの磁化ベクトルが、それぞれ異なる大きさ成分を有する、請求項１４に記載の永久磁石セグメント。
  19. 電気機械のための回転子を形成する方法であって、
    回転子ハブの周囲部に均一弧長の第１の複数の永久磁石セグメントを取り付けるステップと、
    前記回転子ハブの前記周囲部にマルチピース永久磁石セグメントを取り付けるステップであり、前記マルチピース・セグメントは、前記第１の複数の永久磁石セグメントよりもそれぞれの弧長が短い２つの片を備え、前記マルチピース・セグメント中の第１の片の磁化方向ベクトルが、前記マルチピース・セグメント中の第２の片の磁化方向ベクトルとは異なる、ステップと
    を含む、方法。
  20. 前記第１の複数のセグメントと等しい弧長の、かつ前記第１の複数のセグメントと同一の材料から形成される、単一の永久磁石セグメントをセグメント化することにより、前記マルチピース・セグメントの片を形成するステップをさらに含む、請求項１９に記載の方法。
  21. 前記第１の片の前記磁化方向ベクトルは、前記第１の複数のセグメントの磁化方向とは異なる、請求項１９に記載の方法。
  22. 電気機械のための多極回転子であって、
    回転子ハブと、
    前記回転子ハブの周囲部の周りの複数の一次永久磁石セグメントであり、各一次磁石セグメントの外方面が、実質的に弧状であり、前記回転子ハブに設置された場合にこの回転子の実質的に円筒状の表面の１セクションを画成し、各一次永久磁石セグメントが、ラジアル方向に磁化されて、その外方面に対して垂直な磁気方向ベクトルを有する磁場を有する、複数の一次永久磁石セグメントと、
    前記回転子ハブの周囲部の周りの複数の補極永久磁石セグメントであり、各補極磁石セグメントの外方面が、実質的に弧状であり、前記回転子ハブに設置された場合にこの回転子の実質的に円筒状の表面の１セクションを画成し、各補極永久磁石セグメントが、その外方面に対して垂直ではない磁気方向ベクトルを有する磁場を有する、複数の補極永久磁石セグメントと
    を備える、多極回転子。
  23. 前記一次永久磁石セグメントの弧長と前記補極永久磁石セグメントの弧長とが、均一である、請求項２２に記載の回転子。
  24. 前記回転子中の磁極の数と少なくとも同一数の補極永久磁石セグメントを備える、請求項２２に記載の回転子。
  25. 補極永久磁石セグメントの総数が２つであり、前記一次永久磁石セグメントおよび前記補極永久磁石セグメントが、２極を規定する、請求項２２に記載の回転子。
  26. 補極永久磁石セグメントの総数が４つであり、前記一次永久磁石セグメントおよび前記補極永久磁石セグメントが、４極を規定する、請求項２２に記載の回転子。
  27. 前記一次永久磁石セグメントおよび前記補極永久磁石セグメントが、多極を規定する、請求項２２に記載の回転子。
  28. 電気機械のための２極回転子であって、
    回転子ハブと、
    前記回転子ハブの周囲部の周りに位置し、この回転子の実質的に円筒状の表面を画成する、少なくとも４つの永久磁石セグメントと
    を備え、前記永久磁石セグメントの中の少なくとも４つがそれぞれ、前記磁気セグメントを二等分する前記円筒状表面の半径に対して異なる方向を有する磁気方向ベクトルを有する、２極回転子。
  29. 少なくとも２つの磁石セグメントが、前記回転子ハブの表面に対して実質的に垂直な磁気方向ベクトルを有する、請求項２８に記載の回転子。
  30. 前記回転子ハブの表面が、前記回転子の半径に対して垂直である、請求項２９に記載の回転子。
  31. 少なくとも２つの磁気方向ベクトルが、前記回転子の半径に対して実質的に垂直である、請求項２９に記載の回転子。
  32. 前記永久磁石セグメントのそれぞれの弧長が、均一である、請求項２８に記載の回転子。
  33. 前記永久磁石の中の少なくとも２つが、補極磁石である、請求項２８に記載の回転子。
  34. 電気機械のための回転子であって、
    回転子ハブと、
    前記回転子ハブの周囲部の周りに端部同士を接した状態で位置する複数の永久磁石セグメントであり、各永久磁石セグメントの外方面が弧状であり、これらの永久磁石セグメントが一体としてこの回転子の円筒状表面を画成し、各磁石セグメントが、前記円筒状表面の中心からラジアル方向に向かう、その磁石セグメントを二等分する中心線を備える、複数の永久磁石セグメントと
    を備え、前記複数の磁石セグメントは、磁極を規定し、この磁極は、前記複数の磁石セグメントのそれぞれの中心線から方位角において位置をずらされる、前記円筒状表面の中心からラジアル方向に向かい前記磁極を二等分する磁気方向ベクトルを有する、回転子。
  35. 前記磁気方向ベクトルは、前記複数の磁石セグメントのそれぞれの端部から方位角において位置をずらされる、請求項３４に記載の回転子。
  36. 前記回転子は２極回転子である、請求項３４に記載の回転子。
  37. 前記回転子は３つ以上の磁極を有する、請求項３４に記載の回転子。
  38. 前記複数のセグメントの中の少なくとも２つのセグメントが、補極セグメントである、請求項３４に記載の回転子。
  39. 前記補極セグメントは、分離補極セグメントである、請求項３８に記載の回転子。
  40. 電気機械のための回転子であって、
    中心軸を有する回転子ハブと、
    前記回転子ハブの周囲部の周りに位置し、この回転子の実質的に円筒状の表面を形成する、複数の永久磁石セグメントと
    を備え、前記磁石セグメントのそれぞれが、前記円筒状表面の前記中心から実質的にラジアル方向に向かう、または、前記円筒状表面に対する接線に対して実質的に平行であるかもしくは前記回転子ハブの中心を中心として弧状であるかのうちの少なくとも１つである、磁気方向ベクトルを有する、回転子。
  41. 前記円筒状表面に対する接線に対して平行な磁気方向ベクトルを有するセグメントが、同一の弧長を有し、前記円筒状表面の中心からラジアル方向に向かう磁気方向ベクトルを有するセグメントが、同一の弧長を有する、請求項４０に記載の回転子。
  42. 前記円筒状表面の中心からラジアル方向に向かう磁気方向ベクトルを有するセグメントの弧長が、前記円筒状表面に対する接線に対して平行な磁気方向ベクトルを有するセグメントの弧長とは異なる、請求項４０に記載の回転子。
  43. 電気機械のための２極回転子であって、
    回転子ハブと、
    前記回転子ハブの周囲部に取り付けられ、この回転子の実質的に円筒状の外方表面を画成する、複数の永久磁石セグメントであり、これらの磁石セグメントはそれぞれ、方向ベクトル成分を有する磁場を有し、前記回転子ハブの前記周囲部に取り付けられたこれらの磁石セグメントの方向ベクトル成分が、互いに実質的に平行であり、実質的に同一方向に配向される、複数の永久磁石セグメントと
    を備える、２極回転子。
  44. 前記複数の永久磁石セグメントは、実質的に同一の弧長を有する、請求項４３に記載の回転子。
  45. 各磁石セグメントの方向ベクトル成分の配向が、前記セグメントの弧長全体にわたって均一である、請求項４３に記載の回転子。
  46. 前記回転子ハブの前記周囲部に取り付けられた４つの永久磁石セグメントを備える、請求項４３に記載の回転子。
  47. 前記回転子ハブの前記周囲部に取り付けられた１６個の永久磁石セグメントを備える、請求項４３に記載の回転子。
  48. 前記磁石セグメントは、曲線状の外向表面を備える、請求項４３に記載の回転子。
  49. 第１の磁石セグメントの方向ベクトル成分が、その外向表面に対して第１の方向に配向され、第２の磁石セグメントの方向ベクトル成分が、前記第２の磁石セグメントの外向表面に対して第２の別の方向に配向される、請求項４３に記載の回転子。
  50. 第１および第２の磁極を規定するステップであり、
    各磁極が、電気機械の回転子の実質的に円筒状の外方表面を画成するように構成された複数の磁石セグメント中の永久磁石セグメントの磁場によって規定され、
    磁極を規定する磁場の方向ベクトル成分が、互いに実質的に平行である、ステップと、
    電気機械の固定子内において前記磁場を回転させるステップと
    を含む、方法。
  51. 前記複数の磁場は、４つの磁場を含む、請求項５０に記載の方法。
  52. 前記複数の磁場は、１６個の磁場を含む、請求項５０に記載の方法。
  53. 前記複数の磁場は、実質的に同一強度のものである、請求項５０に記載の方法。
  54. 電気機械のための４極回転子であって、
    回転子ハブと、
    前記回転子ハブに取り付けられ、この回転子の円筒状の外方表面の第１の弧を画成し、この回転子の第１の磁極を規定する、第１の複数の永久磁石セグメントであり、各第１の磁石セグメントが、方向ベクトル成分を有する磁場を有し、前記回転子ハブに取り付けられたこれらの第１の磁石セグメントのベクトル方向成分が、互いに実質的に平行であり、実質的に同一の第１の方向に配向される、第１の複数の永久磁石セグメントと、
    前記回転子ハブに取り付けられ、この回転子の円筒状の外方表面の第２の弧を画成し、この回転子の第２の磁極を規定する、第２の複数の永久磁石セグメントであり、各第２の磁石セグメントが、方向ベクトル成分を有する磁場を有し、前記回転子ハブに取り付けられたこれらの第２の磁石セグメントのベクトル方向成分が、互いに実質的に平行であり、実質的に同一の第２の方向に配向される、第２の複数の永久磁石セグメントと、
    前記回転子ハブに取り付けられ、この回転子の円筒状の外方表面の第３の弧を画成し、この回転子の第３の磁極を規定する、第３の複数の永久磁石セグメントであり、各第３の磁石セグメントが、方向ベクトル成分を有する磁場を有し、前記回転子ハブに取り付けられたこれらの第３の磁石セグメントのベクトル方向成分が、互いに実質的に平行であり、実質的に同一の第３の方向に配向される、第３の複数の永久磁石セグメントと、
    前記回転子ハブに取り付けられ、この回転子の円筒状の外方表面の第４の弧を画成し、この回転子の第４の磁極を規定する、第４の複数の永久磁石セグメントであり、各第４の磁石セグメントが、方向ベクトル成分を有する磁場を有し、前記回転子ハブに取り付けられたこれらの第４の磁石セグメントのベクトル方向成分が、互いに実質的に平行であり、実質的に同一の第４の方向に配向される、第４の複数の永久磁石セグメントと
    を備える、４極回転子。
  55. 前記第１の方向が、前記第３の方向に対して逆方向かつ実質的に平行に配向され、前記第２の方向が、前記第４の方向に対して逆方向かつ実質的に平行に配向される、請求項５４に記載の回転子。
  56. 前記第１および前記第３の方向は、前記第２および前記第４の方向に対して直交方向に配向される、請求項５５に記載の回転子。
  57. 前記第１の弧は、前記第３の弧に対して直径方向に位置決めされ、前記第２の弧は、前記第４の弧に対して直径方向に位置決めされる、請求項５５に記載の回転子。
  58. 前記第１、前記第２、前記第３、および前記第４の複数のセグメントは、等しい個数のセグメントを含む、請求項５４に記載の回転子。
  59. 前記第１、前記第２、前記第３、および前記第４の複数のセグメントの中のセグメントが、実質的に均一な弧長のものである、請求項５４に記載の回転子。
  60. 前記第１、前記第２、前記第３、および前記第４の複数のセグメントは、協働して、前記回転子の円筒状外方表面を画成する、請求項５４に記載の回転子。
  61. 互いに実質的に平行な方向ベクトル成分を有する第１の複数の磁場を有する第１の磁極を規定するステップであり、前記第１の複数の磁場は、実質的に円筒状の表面の第１の四分円弧を画成するように構成された第１の複数の永久磁石によって生じる、ステップと、
    互いに実質的に平行な方向ベクトル成分を有する第２の複数の磁場を有する第２の磁極を規定するステップであり、前記第２の複数の磁場は、実質的に円筒状の表面の第２の四分円弧を画成するように構成された第２の複数の永久磁石によって生じる、ステップと、
    互いに実質的に平行な方向ベクトル成分を有する第３の複数の磁場を有する第３の磁極を規定するステップであり、前記第３の複数の磁場は、実質的に円筒状の表面の第３の四分円弧を画成するように構成された第３の複数の永久磁石によって生じる、ステップと、
    互いに実質的に平行な方向ベクトル成分を有する第４の複数の磁場を有する第４の磁極を規定するステップであり、前記第４の複数の磁場は、実質的に円筒状の表面の第４の四分円弧を画成するように構成された第４の複数の永久磁石によって生じる、ステップと、
    電気機械の固定子内で前記磁極を回転させるステップと
    を含む、方法。
  62. 磁場の総数が、１６個の磁場を含む、請求項６１に記載の方法。
  63. 前記複数の磁場は、実質的に同一強度である、請求項６１に記載の方法。
  64. 前記第１の複数の磁場は、前記第２の複数の磁場とは異なる方向に配向される、請求項６１に記載の方法。
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