特許 6933731 永久磁石オフセットシステム及び方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6933731

(24)【登録日】2021年8月23日

(45)【発行日】2021年9月8日

(54)【発明の名称】永久磁石オフセットシステム及び方法

(51)【国際特許分類】

   H02K 1/14 20060101AFI20210826BHJP

   H02K 21/38 20060101ALI20210826BHJP

   H02K 19/02 20060101ALI20210826BHJP

【ＦＩ】

   H02K1/14 A

   H02K21/38 M

   H02K19/02

【請求項の数】16

【全頁数】13

(21)【出願番号】特願2019-567503(P2019-567503)

(86)(22)【出願日】2018年2月23日

(65)【公表番号】特表2020-508635(P2020-508635A)

(43)【公表日】2020年3月19日

(86)【国際出願番号】US2018019371

(87)【国際公開番号】WO2018156865

(87)【国際公開日】20180830

【審査請求日】2019年10月16日

(31)【優先権主張番号】15/441,618

(32)【優先日】2017年2月24日

(33)【優先権主張国】US

(73)【特許権者】

【識別番号】519307425

【氏名又は名称】ヴァンデンバーグ，チャド アシュリー

【氏名又は名称原語表記】ＶＡＮＤＥＮＢＥＲＧ，Ｃｈａｄ Ａｓｈｌｅｙ

(74)【代理人】

【識別番号】100107364

【弁理士】

【氏名又は名称】斉藤 達也

(72)【発明者】

【氏名】ヴァンデンバーグ，チャド アシュリー

【審査官】 服部 俊樹

(56)【参考文献】

【文献】 国際公開第２００９／０５０７６７（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 米国特許出願公開第２００９／０１２１５７１（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特表２０１６−５４０４７８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１５／０７４５７１（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２０１０−２２６９１１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２００２−５０４７９８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許第０５９６５９６２（ＵＳ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１５／００６１４１９（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０２Ｋ １／１４

Ｈ０２Ｋ １９／０２

Ｈ０２Ｋ ２１／３８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

磁束オフセットシステムであって、
第１の有効極及び第２の有効極を有する磁束要素と、
第１、第２、及び第３の磁束提供体であって、
前記第１及び第２の磁束提供体がそれぞれ前記第１及び第２の有効極に近接する前記磁束要素に磁気的に結合され、
前記第３の磁束提供体が前記第１磁束提供体と前記第２の磁束提供体の間に於いて前記磁束要素に磁気的に結合され、
前記第１及び第２の磁束提供体が前記磁束要素に対して第１の極性を示し、
前記第３の磁束提供体が前記磁束要素に対して前記第１の極性とは逆の第２の極性を示す、第１、第２、及び第３の磁束提供体と、
前記磁束要素の周りに巻き付けられた制御コイルであって、
前記制御コイルが第１のアクティブ磁性状態を有し、前記第１のアクティブ磁性状態が、前記第３の磁束提供体からの磁束と統合し、その磁束を、前記第２の有効極に於ける前記第２の磁束提供体からの磁束を実質的に無効化するように方向付け、
前記制御コイルが第２のアクティブ磁性状態を有し、前記第２のアクティブ磁性状態が、前記第３の磁束提供体からの磁束と統合し、その磁束を、前記第１の有効極に於ける前記第１の磁束提供体からの磁束を実質的に無効化するように方向付ける、制御コイルと、を備え、
前記制御コイルが前記第１のアクティブ磁性状態にある場合、前記第１の有効極が前記第１の極性を示し、
前記制御コイルが前記第２のアクティブ磁性状態にある場合、前記第２の有効極が前記第１の極性を示す、磁束オフセットシステム。

【請求項2】

前記第１、第２、及び第３の磁束提供体の間の磁気回路を補完する磁束ヨークを更に備える、請求項１に記載の磁束オフセットシステム。

【請求項3】

前記第１及び第２の有効極にそれぞれ近接する、前記磁束要素に磁気的に結合された第４及び第５の磁束提供体を更に備え、前記第４及び第５の磁束提供体が前記第１の極性を示す、請求項２に記載の磁束オフセットシステム。

【請求項4】

請求項３に記載の磁束オフセットシステムであって、
前記第１のアクティブ磁性状態が更に、前記第３の磁束提供体からの磁束と統合し、その磁束を、前記第２の有効極に於ける前記第５の磁束提供体からの磁束を実質的に無効化するように方向付け、
前記第２のアクティブ磁性状態が更に、前記第３の磁束提供体からの磁束と統合し、その磁束を、前記第１の有効極に於ける前記第４の磁束提供体からの磁束を実質的に無効化するように方向付ける、磁束オフセットシステム。

【請求項5】

前記第１、第２、及び第３の磁束提供体が永久磁石である、請求項１に記載の磁束オフセットシステム。

【請求項6】

前記磁束要素が更に間隙を備え、前記間隙が、前記第１の有効極に向かって前記制御コイル内に少なくとも部分的に延び、且つ前記第２の有効極に向かって前記制御コイル内に少なくとも部分的に延びる、請求項１に記載の磁束オフセットシステム。

【請求項7】

請求項６に記載の磁束オフセットシステムであって、
前記間隙に配設され、前記第１の極性を示す、第４の磁束提供体と、
前記間隙に配設され、前記第２の極性を示す、第５の磁束提供体と、を更に備え、
前記第５の磁束提供体が、前記間隙の第１の側にある前記磁束要素の第１の部分に磁気的に結合され、その部分に前記第２の極性の磁束を提供し、
前記第４の磁束提供体が、前記間隙の前記第１の側と対向する前記間隙の第２の側にある前記磁束要素の第２の部分に磁気的に結合され、その部分に前記第１の極性の磁束を提供する、磁束オフセットシステム。

【請求項8】

前記第３及び第５の磁束提供体が、前記磁束要素の前記第１の部分の両側に磁気的に結合される、請求項７に記載の磁束オフセットシステム。

【請求項9】

前記第１及び第２の有効極にそれぞれ近接する前記磁束要素に磁気的に結合された、第６及び第７の磁束提供体を更に備え、前記第６及び第７の磁束提供体が前記第１の極性を示す、請求項７に記載の磁束オフセットシステム。

【請求項10】

前記制御コイルが、前記第１の磁束要素と第３の磁束要素の間と、前記第２の磁束要素と第３の磁束要素の間で、前記磁束要素の周りに巻き付けられる、請求項１に記載の磁束オフセットシステム。

【請求項11】

モータであって、
請求項１に記載の第１の磁束オフセットシステムを有する第１のステータと、
第１の鉄要素及び第２の鉄要素を有するロータと、を備え、前記鉄要素が共に、前記制御コイルが前記第１のアクティブ磁性状態にある場合、前記第１の有効極の有効磁界を回転式に通過し、前記制御コイルが前記第２のアクティブ磁性状態にある場合、前記第２の有効極の有効磁界を回転式に通過する、モータ。

【請求項12】

前記第１の鉄要素が永久磁石を有する、請求項１１に記載のモータ。

【請求項13】

前記第１の鉄要素が、ロータ外周の第１の鉄部分に位置し、前記第２の鉄要素が、前記ロータ外周の第２の鉄部分に位置する、請求項１１に記載のモータ。

【請求項14】

前記ロータが奇数個の鉄部分を備える、請求項１３に記載のモータ。

【請求項15】

前記第１のステータ及び第２のステータの前記第１の磁束提供体、前記第２の磁束提供体、及び前記制御コイルに磁気的に結合される磁束ヨークを更に備える、請求項１１に記載のモータ。

【請求項16】

請求項１に記載の第１の磁束オフセットシステムを有する第１のステータと、
請求項１に記載の第２の磁束オフセットシステムを有する第２のステータと、
第１の鉄要素及び第２の鉄要素を有するロータと、を備えるモータであって、
前記制御コイルが前記第１のアクティブ磁性状態にある場合、前記第１の鉄要素及び前記第２の鉄要素が共に、前記第１の磁束オフセットシステムの前記第１の有効極及び前記第２の磁束オフセットシステムの前記第１の有効極の有効磁界を回転式に通過し、
前記制御コイルが前記第２のアクティブ磁性状態にある場合、前記第１の鉄要素及び前記第２の鉄要素が共に、前記第１の磁束オフセットシステムの前記第２の有効極及び前記第２の磁束オフセットシステムの前記第２の有効極の有効磁界を回転式に通過する、モータ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明の分野は、永久磁石オフセットシステム及び方法である。

【背景技術】

【0002】

背景の説明は、本発明の理解に役立ち得る情報を含んでいる。この説明は、ここに提供する何らかの情報が、現在特許請求している本発明に対する先行技術であること、又は関連性を有していることを認めるものではなく、或いは、具体的又は暗黙的に参照される刊行物が先行技術であることを認めるものでもない。

【0003】

永久的に磁化された極を有するロータと、電気的に励磁された界磁極を有するステータとを備えるモータには、多数の不利な点がある。斯かるモータの電流は通常、交流電流源又はロータと共に回転するコミュニケータから供給される。しかしながら、斯かるモータの最大速度は、交流電流の周波数によって、又は界磁コイルの電流の流れを急速に反転させる能力によって制限される。

【0004】

これらの問題に対処する為に、ベルマン（Ｂａｅｒｍａｎｎ）の特許文献１に、永久磁石手段を備えたステータ極を含むモータが開示され、上記永久磁石手段は、各ステータ極を磁化する為のものになっている。ベルマンのステータ極は更に、上記永久磁石手段よりも高い磁気強度を有する遠隔作動磁気手段も有し、この遠隔作動磁気手段は、それに対応するステータ極の磁極性を反転させる為に使用され得、反転交流の提供を必要としない。しかしながら、ベルマンのステータは、各永久磁石の一方の極からの磁束しか利用せず、ベルマンのステータの磁極性を反転させるには多量のエネルギーが必要になる。

【0005】

特許文献２では、リーポー（Ｌｉｐｏ）他が、既存の磁界を弱めたり強めたりする為に使用され得る界磁巻線を使用する永久磁石機械を開示している。リーポーのモータは、ステータヨークに埋め込まれた１対のアーチ形永久磁石と、界磁巻線と、電機子巻線を備える。リーポーのステータ極の半分は専用のＮ磁極であり、もう半分は、その専用のＮ磁極と直径方向に対向する専用のＳ磁極である。ジマーマン（Ｚｉｍｍｅｒｍａｎ）の特許文献３も、リド（Ｌｉｄｏ）が開示したものと同様の原理を使用している。但し、リーポーとジマーマンはどちらも、可変磁界を弱めたり強めたりする為に界磁巻線のみを使用する。

【0006】

本明細書で特定される刊行物は全て、個々の刊行物又は特許出願がそれぞれ参照により援用されることを具体的且つ個別に示された場合と同等に、参照により援用される。援用される参考文献の用語の定義又は使用が、本明細書で提供されているその用語の定義と整合がとれないか、それに反している場合、本明細書で提供されているその用語の定義が適用され、参考文献でのその用語の定義は適用されない。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【特許文献1】米国特許第２，９６８，７５５号

【特許文献2】米国特許第５，８２５，１１３号

【特許文献3】米国特許第２，８１６，２４０号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

従って、磁界の強度及び特性をよりエネルギー効率の良い形で変化させる永久磁石オフセットシステムが依然として必要である。

【課題を解決するための手段】

【0009】

本発明の主題は、磁束要素の有効極に於ける有効磁束を無効化磁束提供体が実質的に無効化する、システム及びモータを提供する。上記磁束要素は少なくとも２つの有効極を有し、有効極はそれぞれ、永久磁石や電磁石等少なくとも１つの有効磁束提供体を有し、有効磁束提供体はそれぞれの有効極に磁気的に結合される。１つ又は複数の無効化磁束提供体が、有効極間、又は少なくとも有効磁束提供体間に於いて、上記磁束要素全体に磁気的に結合される。

【0010】

有効磁束提供体は、無効化磁束提供体の極性と逆の極性を示す。

【0011】

制御コイルが、無効化磁束提供体からの磁束を、磁束要素の有効極の何れかに向かって方向付ける為に使用される。上記制御コイルはまた、第２の有効極に於ける第２の磁束提供体からの磁束を実質的に無効化する為に、無効化磁束提供体からの磁束と統合する磁束を提供する。上記制御コイルは、無効化磁束提供体からの磁束を方向付け、統合するのを助ける為に、極毎に複数の箇所で磁束要素の周りに巻き付けられ得る。例えば、上記制御コイルは、無効化磁束提供体と第１の有効磁束提供体の間と、その同じ無効化磁束提供体と第２の有効磁束提供体の間とに、配置され得る。

【0012】

電流が一方の方向に制御コイルを流れる場合、その制御コイルは第１のアクティブ磁性状態を有する。制御コイルからの磁束は、無効化磁束提供体からの磁束と統合し、その磁束を、第１の有効極に於ける第１の有効磁束提供体からの磁束を実質的に無効化するように方向付ける。この第１のアクティブ磁性状態では、第２の有効極は、第２の有効磁束提供体の極性を示す。

【0013】

電流の方向が反転させられると、上記制御コイルは第２のアクティブ磁性状態を有する。第２のアクティブ磁性状態では、制御コイルからの磁束は、無効化磁束提供体からの磁束と統合し、その磁束を、第２の有効極に於ける第２の有効磁束提供体からの磁束を実質的に無効化するように方向付ける。この第２のアクティブ磁性状態では、第１の有効極は、第１の有効磁束提供体の極性を示す。

【0014】

有利には、スイッチが、無効化磁束提供体からの磁束を方向付けることによって、どの有効磁束提供体をエネルギー効率の良い形で無効化するか選択する為に使用され得る。

【0015】

本発明の主題の他の態様では、磁束ヨークが、無効化磁束提供体と有効磁束提供体の間の磁気回路を補完し得る。上記ヨークは、磁束提供体の対向する極からの磁束が相互に流れ、増強する為の磁気経路を提供する。上記ヨークの磁気経路はまた、各磁束提供体の反対側の磁束からの干渉を最小限に抑える。

【0016】

幾つかの実施形態では、追加の磁束提供体が、第１の極性を示すそれぞれの磁極を介して、有効極に近接する磁束要素に磁気的に結合される。制御コイルが第１のアクティブ磁性状態にある場合、制御コイルからの磁束は更に、無効化磁束提供体からの磁束と統合し、その磁束を、第２の有効極に於ける全ての有効磁束提供体からの磁束を実質的に無効化するように方向付ける。制御コイルが第１のアクティブ磁性状態にある場合、制御コイルからの磁束は更に、無効化磁束提供体からの磁束と統合し、その磁束を、第２の有効極に於ける全ての有効磁束提供体からの磁束を実質的に無効化するように方向付ける。

【0017】

他の実施形態では、磁束要素は、それぞれの有効極に向かって制御コイル内に少なくとも部分的に延びる間隙を含む。この間隙内に、別の磁束提供体が、上記間隙の一方の側の有効磁束要素に第２の極性の磁束を提供し、上記間隙のもう一方の側の有効磁束要素に第１の極性の磁束を提供するように配置され得る。

【0018】

本発明者は更に、本発明の磁性オフセットシステムが、鉄要素（例えば永久磁石）を有するロータを有するモータ内でステータとして使用され得ることを企図し、上記鉄要素は、制御コイルが第１のアクティブ磁性状態にある場合１つの有効極の有効磁界を通過し、制御コイルが第２のアクティブ磁性状態にある場合別の有効極を通過する。第１の鉄要素は、ロータの外周に分散配置される。幾つかの実施形態では、上記ロータは、奇数対の鉄要素を含む。

【0019】

本発明の主題の他の実施形態では、特許請求の範囲に記載のモータは、第２の磁束オフセットシステムを第２のステータとして使用し得る。

【0020】

本発明の主題の様々な目的、特徴、態様及び利点は、添付の図面と共に、好ましい実施形態の以下の詳細な説明からいっそう明らかになるであろう。図面では同じ番号は同じ構成要素を表す。

【図面の簡単な説明】

【0021】

【図1A】モータの一実施形態の側面図である。

【図1B】モータの一実施形態の平面図である。

【図2】モータの第２の実施形態の側面図である。

【図3】モータの第３の実施形態の側面図である。

【図4】モータ第４の実施形態の側面図である。

【発明を実施するための形態】

【0022】

図１Ａは、磁束オフセットシステム１００及びロータ１６０を備えるモータを示している。磁束オフセットシステム１００は、永久磁石１３０、１３１、及び１３２に磁気的に結合された磁束要素１０１を含む。永久磁石１３０、１３１、及び１３２が示されているが、一時的な磁石（例えば電磁石）の使用も企図される。制御コイル１８０の極性は反転可能である。本明細書で使用する限りでは、用語「制御コイル」は、単一のワイヤ、又は入力源が同一の複数の別個のワイヤ、又は入力源が別々で、電流を同一の方向に提供するように互いに同期された複数の別個のワイヤを意味する。つまり、制御コイルは、反転し得る磁束の提供及びその方向付けに適した、任意の電気的構成を使用し得る。

【0023】

用語「アクティブ磁性状態」は、上記磁束要素に磁束を提供し、その磁束要素の内部に存在する磁束の流れを方向付ける為に、上記制御コイルに沿って電流が一方向に流れている状態であると、本明細書では定義される。電流の方向が反転すると、第１のアクティブ磁性状態にある制御コイルの極性が変化し、制御コイルが第２のアクティブ磁性状態に変化する。この状態と対照を成すのが、制御コイルに電流が印加されていない場合のパッシブ磁性状態である。

【0024】

図１Ａに示されているアクティブ磁性状態では、制御コイル１８０の、有効極１１１に最も近い部分が、磁束要素１０１の上部に向かって方向付けられるＮ極磁束を生成し、このＮ極磁束は、永久磁石１３０からのＳ極磁束を含んだ磁束回路を補完する。制御コイル１８０のこの部分はまた、磁束要素１０１の下部に向かって方向付けられるＳ極磁束も生成し、このＳ極磁束は、永久磁石１３０からのＳ極磁束と統合し、永久磁石１３１からのＮ極磁束を含んだ磁気回路を補完する。好ましくは、制御コイル１８０と永久磁石１３０からの統合したＳ極磁束は、永久磁石１３１によって提供されるＮ極磁束に略等しく、これは、Ｎ極磁束又はＳ極磁束を最小限にしてロータ１６０に影響を及ぼさないようにする為である。従って、この第１のアクティブ磁性状態では、有効極１１１に於いてロータ１６０に向かって方向付けられる磁束は、実質的に無効化される。

【0025】

上記の第１のアクティブ磁性状態では、制御コイル１８０の、有効極１１２に最も近い部分が、永久磁石１３２からのＮ極磁束に、Ｎ極磁束を追加し、これによって、Ｎ極磁束有効磁界が有効極１１２からロータ１６０に向かって延びるようになる。本明細書で使用する限りでは、用語「有効磁界」は、第１又は第２のアクティブ磁性状態で磁束を発生させ、ロータの鉄要素を押したり引いたりする推進力を提供する、有効極に於ける磁界を示す。制御コイル１８０の上記部分からのＳ極磁束は、磁束要素１０１の上部に向かって方向付けられて、永久磁石１３０からのＳ極磁束と統合し、有効極１１１に近い制御コイルからのＮ極磁束を含んだ磁気回路を補完する。

【0026】

第２のアクティブ磁性状態では、制御コイル１８０の、有効極１１１に最も近い部分が、磁束要素１０１の上部に向かって方向付けられるＳ極磁束を生成し、このＳ極磁束は、永久磁石１３０からのＳ極磁束と統合し、永久磁石１３２からのＮ極磁束を含んだ磁気回路を補完する。制御コイル１８０のこの部分はまた、磁束要素１０１の下部に向かって方向付けられるＮ極磁束も生成し、このＮ極磁束は、永久磁石１３１からのＮ極磁束と統合する。好ましくは、制御コイル１８０と永久磁石１３０からの統合したＳ極磁束は、永久磁石１３２によって提供されるＮ極磁束に略等しい。従って、第２のアクティブ磁性状態では、有効極１１２に於いてロータ１６０に向かって方向付けられる磁束は、実質的に無効化される。

【0027】

第２のアクティブ磁性状態では、制御コイル１８０の、有効極１１２に最も近い部分が、その有効極１１２に向かってＳ極磁束を方向付けて、永久磁石１３２からのＮ極磁束を含んだ磁気回路を補完する。制御コイル１８０のこの部分からのＮ極磁束は、磁束要素１０１の上部に向かって方向付けられて、永久磁石１３０からのＳ極磁束と有効極１１１に近い制御コイルからのＳ極磁束を含んだ磁気回路を補完し、これによって、Ｎ極磁束の有効磁界が有効極１１１からロータ１６０に向かって延びるようになる。

【0028】

従って、当然ながら、磁束提供体からの無効化磁束を方向付けることによってエネルギー効率の良い形で無効化する磁束提供体（対向するステータ極に位置する）の選択に、スイッチ及び制御コイルが使用され得る。

【0029】

ロータ１６０は、シャフト１５０と鉄要素１６１及び１６２を有する。図１Ａでは、有効極１１２からのＮ極磁束は、鉄要素１６２のＳ極に向かって引力を印加し、その引力が推進力を提供する。好ましくは、鉄要素１６２が有効極１１２を通過する時に、スイッチが制御コイル１８０を切り替えて、有効極１１２からの引力を無効化し、その結果、ロータ１６０に停止力が印加されることなく、鉄要素１６２は通過する。ロータ１６０は回転しながら、鉄要素１６１及び１６２は有効極の有効磁界を「回転式に通過」する。好ましくは、鉄要素１６１及び１６２は両方共、有効極に面するＳ極を有する永久磁石であるが、これらの鉄要素１６１及び１６２は、非永久磁石又は電磁石等のアクティブな有効極に引き付けられる任意の鉄要素にし得る。

【0030】

図１〜４に示されているモータは、１対の有効極と１対のロータ極を示しているが、複数対の有効極を有するステータが企図される。ロータは、奇数対又は偶数対の鉄要素を有し得る。本発明のモータの好ましい実施形態は、例えば４対又は６対の有効極等、任意の偶数個の有効極を備えるステータを有する。それに対応するロータは好ましくは、ロータの中心に対して直径方向に対向しない奇数個の鉄要素を有し、これによって、図１Ｂに示されているように、１つの鉄要素だけがアクティブな有効極の作用を受けるようになる。ロータ１６０が時計回りに回転すると、鉄要素１６２は回転して磁束要素１００の有効極１１２から遠ざかる。有効極１１１が実質的無効化状態から磁性状態へ切り替わると、有効極１１１は鉄要素１６１を引き付け、鉄要素１６１は回転して有効極１１１に向かう。鉄要素１６１、１６２、及び５個のラベル付けされていない鉄要素は、磁性を有しても有していなくてもよい。

【0031】

磁石が鉄要素として使用される場合、磁性を有する有効極は、その鉄要素を引き付けるか、反発するかの何れかであり得る。磁性を有さない鉄要素が使用される場合、磁性を有する有効極は、その有効極の磁界に各鉄要素が入るとその鉄要素を引き付け得る。別の例示的な実施形態では、３「対」の鉄要素を有するロータが、４つの有効極を有するステータと共に使用され得る。幾つかの実施形態では、ステータは偶数個の有効極を有し、ロータは奇数個の鉄要素を有する。他の実施形態では、ステータは奇数個の有効極を有し、ロータは偶数個の鉄要素を有する。つまり、任意の数の有効極及び鉄要素が、適宜利用され得る。

【0032】

図２は、磁束オフセットシステム２００及びロータ２６０を備える、モータの別の実施形態を示している。磁束要素２０１は、Ｓ極磁束提供体２３０と、Ｎ極磁束提供体２３１及び２３２と、永久磁石２４１及び２４２に磁気的に結合される。磁束ヨーク２３５が、Ｓ極磁束提供体２３０とＮ極磁束提供体２３１及び２３２との間の磁気回路を補完し、磁束要素２００と磁束提供体２３０、２３１、及び２３２との間の各接触点に於ける磁束を有利に増強する。磁束ヨーク２３５はまた、磁束提供体２３０、２３１、及び２３２からの磁束に対して磁気抵抗の低い経路を提供し磁気回路を補完することによって、Ｓ極磁束提供体２３０とＮ極磁束提供体２３１及び２３２からの磁束が、磁束要素２０１に於ける磁束磁界と空間的に干渉することを防ぐ。

【0033】

磁束提供体２４１及び２４２によってそれぞれ有効極２１１、２１２に於ける磁束要素２０１に、追加のＮ極磁束が提供される。磁性オフセットシステム１００と同様に、制御コイル２８０を流れる電流の方向によって、有効極２１１及び２１２のどちらがＮ極の磁極性を示すか制御される。

【0034】

図２に示されているアクティブ磁性状態では、有効極２１１に於けるＮ極磁束は実質的に無効化され、有効極２１２はＮ極の磁極性を示す。有効極２１２からのＮ極磁束は、ロータ２６０の鉄要素２６２からのＳ極磁束と相互作用する。この鉄要素２６２は、図のように永久磁石、又は他の任意の適当な鉄要素にし得る。ロータ２６０は更に、鉄要素２６１及びシャフト２５０を備える。

【0035】

図３では、磁束オフセットシステム３００が、ロータ１６０に対するステータとして作用する。ロータ３６０は、シャフト３５０と鉄要素３６１及び３６２を有する。磁性オフセットシステム３００は、磁束要素３０１、有効極３１１及び有効極３１２を含み、上記磁束要素３０１は、制御コイル３８０の２箇所でコイル内に少なくとも部分的に延びる間隙３１０を有する。永久磁石３２０が、間隙３１０内に配設され、磁束要素３０１の上側部分にＮ極磁束を提供し、磁束要素３０１の下側部分にＳ極磁束を提供する。永久磁石３３０がやはり、磁束要素３０１の下側部分にＳ極磁束を提供する。Ｎ極磁束提供体３３１及び３４１から有効極３１１に、Ｎ極磁束が提供される。Ｎ極磁束提供体３３２及び３４２から有効極３１２に、Ｓ極磁束が提供される。

【0036】

第１のアクティブ磁性状態では、制御コイル３８０から磁束要素３０１に沿って有効極３１２に向かって、Ｎ極磁束が延びる。従って、制御コイル３８０は、永久磁石３２０からのＮ極磁束にＮ極磁束を追加する。この統合された磁束が、有効極３１２に近い制御コイルの部分からのＳ極磁束を含んだ回路を補完し、永久磁石３３２及び３４２からのＮ極磁束に追加され、有効極３１２からのＮ極磁束を増強する。

【0037】

第１のアクティブ磁性状態では、制御コイル３８０から磁束要素３０１に沿って有効極３１１に向かって、Ｓ極磁束が延びる。制御コイル３８０の、有効極３１２により近い部分からと、Ｓ極磁束提供体３２０及び３３０からのＳ極磁束が、制御コイル３８０の、有効極３１１により近い部分からＮ極磁束と、Ｓ極磁束提供体３３１及び３４１からのＮ極磁束を含んだ磁気回路を補完する。従って、有効極３１１に於けるＮ極磁束は、実質的に無効化される。図１及び２の実施形態と同様に、上記とは逆の、制御コイル３８０の第２のアクティブ磁性状態では、逆のことが生じる。

【0038】

図４は、２つの磁束オフセットシステム４００及び４００’を有する別のエンジンを示している。磁束オフセットシステム４００の磁束要素４０１は間隙４１０を有し、間隙４１０は、制御コイル４８０内に少なくとも部分的に延びている。永久磁石４２０が、磁束要素３０１の外側部分にＳ極磁束を提供し、磁束要素４０１の内側部分にＮ極磁束を提供する。ステータ４００は、Ｓ極磁束提供体４４１Ｓ及び４４２Ｓと、ヨーク４４１及び４４２と、Ｎ極磁束提供体４４１Ｎ及び４４２Ｎとを介して、ステータ４００’に磁気的に結合される。

【0039】

同様に、ステータ４００’の磁束要素４０１’は間隙４１０’を有し、間隙４１０’は、制御コイル４８０’内に少なくとも部分的に延びている。永久磁石４２０’が、磁束要素４０１’の内側部分にＳ極磁束を提供し、磁束要素４０１’の外側部分にＮ極磁束を提供する。

【0040】

制御コイル４８０が第１のアクティブ磁性状態にある場合、極４１１及び４１１’に於ける磁束は実質的に無効化される。有効極４１２はＳ極の磁極性を示し、有効極４１２’はＮ極の磁極性を示す。従って、有効極４１２は、ステータ４６０の鉄要素４６２からのＮ極磁束と相互作用する。有効極４１２’は、鉄要素４６２からのＳ極磁束と相互作用する。これらの合算された相互作用によって、シャフト４５０を中心としたシャフト４６０の回転と、モータの推進力が引き起こされる。この企図された実施形態では、有効極４１２及び４１２’は鉄要素４６２を引き付け、引っ張るが、有効極４１２及び４１２’が鉄要素４６２を押し動かすのを可能にする為に、鉄要素４６２にある永久磁石は反転させられ得る。

【0041】

他の実施形態では、モータが１つ又は複数のステータを備え得、各ステータは、４個、６個、８個、１０個、又はそれ以上の有効極を有する１つ（又は複数）の磁束要素を備える。斯かるモータの動作中、無効化磁束提供体が、時計回り又は反時計回りの方向に連続する有効極に於いて、磁束提供体からの有効磁束を実質的に無効化する。無効化磁束提供体からの磁束を、実質的に磁気的に無効化される各有効極に向かって方向付ける為に、制御コイルが使用される。制御コイルはまた、磁気的に無効化される有効極と対向する各有効極に於ける磁束提供体からの磁束と統合する磁束を提供し、これらの極の磁束を増強する。当然ながら、１つ又は複数の対の磁気的に無効化／増強される有効極は、ロータ極の数に応じてアクティブになり得る。

【0042】

本明細書の特定の実施形態に関して提供されるあらゆる例又は例を示す言葉（例えば「等」）の使用は、単に本発明をより効果的に説明する為のものであり、特許請求の範囲に記載の本発明の範囲を限定するものではない。本明細書中の言葉を、特許請求の範囲に記載されていないが本発明の実施に不可欠な要素を示すものと解釈すべきではない。本明細書で使用する限りでは、文脈に於いて特段示されない限り、用語「〜に結合される」は、直接的な結合（互いに結合される２つの要素が互いに接触する）と間接的な結合（２つの要素の間に少なくとも１つの追加の要素が位置する）の両方を含む為のものである。従って、用語「〜に結合される」及び「〜と結合される」は、同義語として使用される。

【0043】

本明細書の説明及び以下の特許請求の範囲全体で使用する限りでは、「ある（a）」、「ある（an）」、及び「上記（the）」の意味は、文脈に於いて特段明確に示されない限り、複数形の参照を含む。また、本明細書の説明で使用する限りでは、「〜の中に（in）」の意味は、文脈に於いて特段明確に示されない限り、「〜の中に（in）」及び「〜の上に（on）」を含む。

【0044】

文脈に於いてそうでないことが示されていない限り、本明細書に記載される範囲は全て、それらの両端の値を含むものと解釈すべきであり、制限のない範囲は、商業的に実用的な値のみを含むものと解釈すべきである。同様に、値の列挙は全て、その間の値も含むとみなすべきである。個々の値はそれぞれ、本明細書で特段示されない限り、本明細書に個別に記載された場合と同様に本明細書に援用される。

【0045】

本明細書で開示する本発明の代替要素又は実施形態のグループ分けは、限定として解釈すべきではない。各グループの構成要素は、個別に、或いはそのグループの他の構成要素又は本明細書に記載の他の要素と任意に組み合わせて言及され、特許請求され得る。あるグループの１つ又は複数の構成要素が、利便性及び／又は特許性の理由で、あるグループに含まれたり、あるグループから削除されたりし得る。そのように含まれたり削除されたりする場合、本明細書は、修正されたそのグループを含み、従って添付の特許請求の範囲全体の記載要件を満たすものとみなされる。

【0046】

本明細書の説明は、本発明の主題の多くの例示的な実施形態を提供する。各実施形態は本発明の要素の単一の組み合わせを表すが、本発明の主題は、ここで開示する要素の全ての可能な組み合わせを含むとみなされる。従って、一実施形態が要素Ａ、Ｂ、及びＣを備え、第２の実施形態が要素Ｂ及びＤを備える場合、本発明の主題は、明示的に開示していなくても、Ａ、Ｂ、Ｃ、又はＤの他の残りの組み合わせも含むとみなされる。

【0047】

明細書の発明概念から逸脱することなく、既に説明したものに加えて更に多くの変更形態が可能であることは、当業者には明らかであろう。従って、本発明の主題は、添付の特許請求の範囲の趣旨に於いて以外に制限を受けるべきではない。更に、本明細書と特許請求の範囲の両方を解釈する際は、全ての用語は文脈と整合のとれた可能な限り最も広い形で解釈すべきである。具体的には、用語「備える（comprises）」及び「備えた（comprising）」は、要素、構成要素、又はステップに非排他的な形で言及するものと解釈すべきであり、言及された要素、構成要素、又はステップが明示的に言及されていない他の要素、構成要素、又はステップと共に存在し得ること、利用され得ること、又は組み合わされ得ることを示す。本明細書及び特許請求の範囲が、Ａ、Ｂ、Ｃ．．．．及びＮからなるグループから選択されたものの内の少なくとも１つに言及している場合、その文は、上記グループから要素を１つだけ要求し、ＡとＮやＢとＮ等を要求していないものと解釈すべきである。

【符号の説明】

【0048】

１００ 磁束オフセットシステム
１０１ 磁束要素
１１１ 有効極
１１２ 有効極
１３０ 永久磁石
１３１ 永久磁石
１３２ 永久磁石
１５０ シャフト
１６０ ロータ
１６１ 鉄要素
１６２ 鉄要素
１８０ 制御コイル
２００ 磁束オフセットシステム
２０１ 磁束要素
２１１ 有効極
２１２ 有効極
２３０ Ｓ極磁束提供体
２３１ Ｎ極磁束提供体
２３２ Ｎ極磁束提供体
２３５ 磁束ヨーク
２４１ 磁束提供体
２４２ 磁束提供体
２５０ シャフト
２６０ ロータ
２６１ 鉄要素
２６２ 鉄要素
２８０ 制御コイル
３００ 磁束オフセットシステム
３０１ 磁束要素
３１０ 間隙
３１１ 有効極
３１２ 有効極
３２０ Ｓ極磁束提供体
３３０ Ｓ極磁束提供体
３３１ Ｎ極磁束提供体
３３２ Ｎ極磁束提供体
３４１ Ｎ極磁束提供体
３４２ Ｎ極磁束提供体
３５０ シャフト
３６０ ロータ
３６１ 鉄要素
３６２ 鉄要素
３８０ 制御コイル
４００ 磁束オフセットシステム
４００’ 磁束オフセットシステム
４０１ 磁束要素
４０１’ 磁束要素
４１０ 間隙
４１０’ 間隙
４１１ 有効極
４１１’ 有効極
４１２ 有効極
４１２’ 有効極
４２０ 永久磁石
４２０’ 永久磁石
４４１ ヨーク
４４１Ｎ Ｎ極磁束提供体
４４１Ｓ Ｓ極磁束提供体
４４２ ヨーク
４４２Ｎ Ｎ極磁束提供体
４４２Ｓ Ｓ極磁束提供体
４５０ シャフト
４６０ ロータ
４６２ 鉄要素
４８０ 制御コイル
４８０’ 制御コイル

【図1A】

【図1B】

【図2】

【図3】

【図4】