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(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】
(24)【登録日】2024-02-21
(45)【発行日】2024-03-01
(54)【発明の名称】環状軸方向磁束モータ
(51)【国際特許分類】
H02K 1/2798 20220101AFI20240222BHJP
H02K 3/26 20060101ALI20240222BHJP
H02K 1/22 20060101ALI20240222BHJP
H02K 33/00 20060101ALI20240222BHJP
【ＦＩ】
H02K1/2798
H02K3/26 D
H02K1/22 A
H02K33/00 B
【請求項の数】
36
(21)【出願番号】P 2021569461
(86)(22)【出願日】2019-12-23
(65)【公表番号】
(43)【公表日】2022-07-27
(86)【国際出願番号】 US2019068371
(87)【国際公開番号】W WO2020242533
(87)【国際公開日】2020-12-03
【審査請求日】2022-12-08
(31)【優先権主張番号】62/852,940
(32)【優先日】2019-05-24
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(73)【特許権者】
【識別番号】514108838
【氏名又は名称】マジック リープ， インコーポレイテッド
【氏名又は名称原語表記】Ｍａｇｉｃ Ｌｅａｐ，Ｉｎｃ．
【住所又は居所原語表記】７５００ Ｗ ＳＵＮＲＩＳＥ ＢＬＶＤ，ＰＬＡＮＴＡＴＩＯＮ，ＦＬ ３３３２２ ＵＳＡ
(74)【代理人】
【識別番号】100078282
【弁理士】
【氏名又は名称】山本 秀策
(74)【代理人】
【識別番号】100113413
【弁理士】
【氏名又は名称】森下 夏樹
(74)【代理人】
【識別番号】100181674
【弁理士】
【氏名又は名称】飯田 貴敏
(74)【代理人】
【識別番号】100181641
【弁理士】
【氏名又は名称】石川 大輔
(74)【代理人】
【識別番号】230113332
【弁護士】
【氏名又は名称】山本 健策
(72)【発明者】
【氏名】コーニングス， アルノ レオン
(72)【発明者】
【氏名】シャバッカー， チャールズ ロバート
(72)【発明者】
【氏名】マレノ， ジェイソン ドナルド
【審査官】保田 亨介
(56)【参考文献】
【文献】中国特許出願公開第１０５０７１５７３（ＣＮ，Ａ）
【文献】米国特許出願公開第２０１６／００７２３６２（ＵＳ，Ａ１）
【文献】米国特許出願公開第２０１８／００１７７５７（ＵＳ，Ａ１）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｈ０２Ｋ１／００－３／２８
１５／０３
１６／００－１６／０４
１９／００－１９／３８
２４／００－２７／３０
３１／００－３１／０４
３３／００－３３／１８
３５／００－３５／０６
３９／００
４７／００－４７／３０
５３／００
９９／００
Ｈ０２Ｎ１／００－１／１２
３／００－９９／００
Ｈ０２Ｐ９／００－９／４８
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
環状軸方向磁束モータであって、ロータであって、前記ロータは、回転可能構造の第１の環状小区分上に搭載される永久磁石のアレイを備え、前記永久磁石のアレイは、前記第１の環状小区分の円周方向に沿って延在し、前記第１の環状小区分の軸方向に対して前記アレイの非アクティブな対向する側よりも前記アレイのアクティブ側上により強い磁場を有するように構成される、ロータと、
ステータであって、前記ステータは、前記第１の環状小区分に対応するキャリアの第２の環状小区分上に搭載される印刷回路基板（ＰＣＢ）上に印刷された電気巻線の複数の層を備え、前記電気巻線は、前記円周方向に沿って延在し、前記ＰＣＢの複数の層は、前記軸方向に沿ってスタックされ、前記永久磁石のアレイのアクティブ側は、前記ＰＣＢの複数の層の１つの側に面し、公称間隙を伴って離間される、ステータと
を備え、
前記ステータは、通電され、トルクを発生させ、前記回転可能構造とともに前記ロータを駆動し、前記キャリアに対して有限の進行範囲内で回転するように構成され、
前記永久磁石のアレイは、ハルバッハアレイであり、前記ハルバッハアレイは、前記円周方向に沿って前記第１の環状小区分上に配列される永久磁石の周期的ユニットを備え、前記周期的ユニットはそれぞれ、磁石極対の４つの列を備え、隣接する列は、前記円周方向に沿った磁気空間を伴って相互から分離され、各磁石極対は、Ｎ極と、Ｓ極とを備え、
前記４つの列は、
第１の列であって、前記第１の列は、前記軸方向に沿って垂直にかつ順次にスタックされるＮ極とＳ極とを有する、第１の列と、
第２の列であって、前記第２の列は、前記円周方向に沿って水平にかつ順次にスタックされるＳ極とＮ極とを有する、第２の列と、
第３の列であって、前記第３の列は、前記軸方向に沿って垂直にかつ順次にスタックされるＳ極とＮ極とを有する、第３の列と、
第４の列であって、前記第４の列は、前記円周方向に沿って水平にかつ順次にスタックされるＮ極とＳ極とを有する、第４の列と
を備える、環状軸方向磁束モータ。
【請求項2】
前記ロータは、前記第１の環状小区分上に搭載され、前記軸方向に沿って相互から離間される、永久磁石の２つのアレイを備え、前記ＰＣＢ上の前記印刷された電気巻線の複数の層は、前記永久磁石の２つのアレイの間に配列され、前記２つのアレイのアクティブ側は、前記軸方向に対して前記複数の層の対向する側に面し、
前記個別のハルバッハアレイのアクティブ側と前記複数の層の対向する側との間の公称間隙は、前記軸方向に沿って同一の幅を有する、
請求項１に記載の環状軸方向磁束モータ。
【請求項3】
前記永久磁石の２つのアレイは、前記ＰＣＢの複数の層の中心に対して対称磁場を発生させるように構成され、前記軸方向に沿った前記対称磁場の軸方向成分は、前記第１の環状小区分の接線方向に沿った前記対称磁場の接線方向成分よりも大きい、
請求項２に記載の環状軸方向磁束モータ。
【請求項4】
前記永久磁石の２つのアレイはそれぞれ、個別のハルバッハアレイであり、前記個別のハルバッハアレイは、磁極の異なる配列を有し、前記印刷された電気巻線の複数の層の２つの側に対向して前記アクティブ側を有するように構成される、
請求項２または３に記載の環状軸方向磁束モータ。
【請求項5】
前記ステータは、多相電気巻線を備え、前記ステータの多相電気巻線はそれぞれ、前記ステータが、一定のトルクを発生させ、前記ロータを駆動するように構成されるように、同一のロータ依存性トルク定数を有するように構成される、
請求項２－４のいずれか１項に記載の環状軸方向磁束モータ。
【請求項6】
前記電気巻線は、半径方向に沿った前記永久磁石のアレイの高さと同一である前記構造の半径方向に沿った高さを有する、請求項１－５のいずれか１項に記載の環状軸方向磁束モータ。
【請求項7】
前記電気巻線は、前記電気巻線の巻線周期が、前記ロータの磁場の磁気周期に対応するように構成される、請求項１－６のいずれか１項に記載の環状軸方向磁束モータ。
【請求項8】
前記ステータは、π／２の位相差を伴う正弦波駆動電流を用いて駆動されるように構成される２相電気巻線を備える、請求項１－７のいずれか１項に記載の環状軸方向磁束モータ。
【請求項9】
前記複数の層はそれぞれ、個別の位相の電気巻線に対応し、異なる位相を伴う前記個別の位相の電気巻線は、前記複数の層において交互する、請求項８に記載の環状軸方向磁束モータ。
【請求項10】
前記印刷された電気巻線の複数の層は、前記軸方向に沿ってともに順次にスタックされる第１の層と、第２の層と、第３の層と、第４の層とを備え、前記第１の層および前記第３の層上の印刷された電気巻線は、第１相電気巻線になるように第１の連続ワイヤによって形成され、前記第２の層および前記第４の層上の印刷された電気巻線は、第２相電気巻線になるように第２の連続ワイヤによって形成される、
請求項８または９に記載の環状軸方向磁束モータ。
【請求項11】
前記第１のワイヤは、前記第１の層の入力ポートから開始し、前記第１の層上の第１の経路に沿って第１のビアまで延在するように印刷され、それを通して、前記第１のワイヤは、前記第３の層に進み、前記第３の層上の第２の経路に沿って第２のビアまで延在し、それを通して、前記第１のワイヤは、前記第１の層に戻るように進み、前記第１の層上の第３の経路に沿って第３のビアまで延在し、それを通して、前記第１のワイヤは、前記第３の層に進み、前記第３の層上の第４の経路に沿って第４のビアまで延在し、それを通して、前記第１のワイヤは、前記第１の層に進み、前記第１の層上の第５の経路に沿って第５のビアまで延在し、それを通して、前記第１のワイヤは、前記第３の層に進み、前記第３の層上の第６の経路に沿って前記第３の層の出力ポートまで延在し、前記第１の経路、前記第３の経路、および前記第５の経路に沿って延在する前記第１のワイヤは、前記第１の層上に第１の電気巻線を形成し、前記第２の経路、前記第４の経路、および前記第６の経路に沿って延在する前記第１のワイヤは、前記第３の層上に第２の電気巻線を形成し、前記第１の電気巻線および前記第２の電気巻線は、前記第１相電気巻線を形成し、
前記第１の電気巻線および前記第２の電気巻線は、巻線周期の４分の１だけオフセットされる同一の巻線パターンを有し、
前記第１のビア、前記第３のビア、および前記第５のビアは、相互に隣接する一方、前記第２のビアおよび前記第４のビアは、相互に隣接する、
請求項１０に記載の環状軸方向磁束モータ。
【請求項12】
前記２相電気巻線は、同一の巻線パターンを有し、巻線周期の４分の１だけオフセットされる、請求項８－１１のいずれか１項に記載の環状軸方向磁束モータ。
【請求項13】
前記ステータは、相互に対して２π／３位相外の正弦波駆動電流を用いて駆動されるように構成される３相電気巻線を備える、請求項１－７のいずれか１項に記載の環状軸方向磁束モータ。
【請求項14】
前記電気巻線は、長方形巻線パターンを有する、請求項１－１３のいずれか１項に記載の環状軸方向磁束モータ。
【請求項15】
前記電気巻線は、三角形巻線パターンを有する、請求項１－１３のいずれか１項に記載の環状軸方向磁束モータ。
【請求項16】
前記三角形巻線パターンは、４５度の巻線角度を有する、請求項１５に記載の環状軸方向磁束モータ。
【請求項17】
前記ロータは、前記ロータの磁極対の位置に対応する正弦波形状を有する磁場を発生させるように構成され、前記ステータは、前記ロータの磁石極対の位置に対応して変動する正弦波電流によって駆動されるように構成される、
請求項１－１６のいずれか１項に記載の環状軸方向磁束モータ。
【請求項18】
システムであって、キャリアフレームと、
カムリングであって、前記カムリングは、前記キャリアフレームの内部にあり、軸方向に沿って軸の周囲で前記キャリアフレームに対して回転可能であるように構成される、カムリングと、
シェーパリングであって、前記シェーパリングは、前記カムリングの内部に位置付けられ、前記キャリアフレームに対する前記カムリングの回転運動が、前記軸方向に沿った前記カムリングに対する前記シェーパリングの軸方向運動をもたらすように、前記カムリングと接続されるように構成される、シェーパリングと、
環状軸方向磁束モータであって、
前記カムリングの第１の環状小区分上に搭載される永久磁石のアレイを備えるロータであって、前記永久磁石のアレイは、前記第１の環状小区分の円周方向に沿って延在し、前記軸方向に対して前記アレイの非アクティブな対向する側よりも前記アレイのアクティブ側上により強い磁場を有するように構成される、ロータと、
ステータであって、前記ステータは、前記第１の環状小区分に対応する前記キャリアフレームの第２の環状小区分上に搭載される印刷回路基板（ＰＣＢ）上に印刷された電気巻線の複数の層を備え、前記印刷された電気巻線は、前記円周方向に沿って延在し、前記ＰＣＢの複数の層は、前記軸方向に沿って相互とスタックされ、前記永久磁石のアレイのアクティブ側は、前記軸方向に沿って前記ＰＣＢの複数の層の１つの側に面し、公称間隙を伴って離間される、ステータと
を備え、
前記ステータは、通電され、トルクを発生させ、前記カムリングとともに前記ロータを駆動し、前記キャリアフレームに対して有限の進行範囲内で回転するように構成される、
環状軸方向磁束モータと
を備える、システム。
【請求項19】
可撓性レンズ膜をさらに備え、前記可撓性レンズ膜は、前記シェーパリングの軸方向運動が、前記可撓性レンズ膜の曲率変化を引き起こすように、前記シェーパリングに結合されるように構成される、請求項１８に記載のシステム。
【請求項20】
液体レンズアセンブリをさらに備え、前記液体レンズアセンブリは、前記シェーパリングと、前記可撓性レンズ膜と、屈折コンポーネントと、可撓性環状膜との間にカプセル化される非圧縮性流体を含み、前記非圧縮性流体は、前記シェーパリングが、前記屈折コンポーネントに向かって前記軸方向運動を伴って軸方向に移動されるとき、前記可撓性レンズ膜に向かって押動され、前記曲率変化を引き起こすように構成される、
請求項１９に記載のシステム。
【請求項21】
前記ロータは、前記第１の環状小区分上に搭載され、前記軸方向に沿って相互から離間される、永久磁石の２つのハルバッハアレイを備え、前記ＰＣＢ上の前記印刷された電気巻線の複数の層は、前記２つのハルバッハアレイの間に配列され、前記２つのハルバッハアレイのアクティブ側は、前記軸方向に対して前記複数の層の対向する側に面する、
請求項１８－２０のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項22】
前記２つのハルバッハアレイは、前記複数の層の中心に対して対称磁場を発生させるように構成され、前記軸方向に沿った前記磁場の軸方向成分は、前記第１の環状小区分の接線方向に沿った前記磁場の接線方向成分よりも大きく、前記２つのハルバッハアレイは、磁極の異なる配列を有し、前記印刷された電気巻線の複数の層の対向する側に面する前記アクティブ側を有するように構成される、
請求項２１に記載のシステム。
【請求項23】
前記ステータは、π／２の位相差を伴う正弦波駆動電流を用いて駆動されるように構成される２相電気巻線を備える、請求項１８－２２のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項24】
前記ステータの各位相の電気巻線は、前記ステータが、一定のトルクを発生させ、前記ロータを駆動するように構成されるように、同一のロータ依存性トルク定数を有するように構成される、請求項２３に記載のシステム。
【請求項25】
前記２相電気巻線は、同一の巻線パターンを有し、巻線周期の４分の１だけオフセットされる、請求項２３または２４に記載のシステム。
【請求項26】
前記巻線パターンは、長方形または三角形である、請求項２５に記載のシステム。
【請求項27】
前記印刷された電気巻線の複数の層は、前記軸方向に沿ってともに順次にスタックされる第１の層と、第２の層と、第３の層と、第４の層とを備え、前記第１の層および前記第３の層上の印刷された電気巻線は、第１相電気巻線になるように第１の連続ワイヤによって形成され、前記第２の層および前記第４の層上の印刷された電気巻線は、第２相電気巻線になるように第２の連続ワイヤによって形成される、
請求項２３－２６のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項28】
前記ロータは、前記ロータの磁極対の位置に対応する正弦波形状を有する磁場を発生させるように構成され、前記ステータは、前記ロータの磁石極対の位置に対応して変動する正弦波電流によって駆動されるように構成される、
請求項１８－２７のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項29】
前記カムリングは、非強磁性材料から作製される、請求項１８－２８のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項30】
方法であって、環状軸方向磁束モータのステータの異なる位相の電気巻線の中に個別の駆動電流を入力することであって、前記個別の駆動電流は、相互に対して所定の程度を伴う位相差を有し、前記異なる位相の電気巻線は、キャリアフレームの第１の環状小区分上に搭載される印刷回路基板（ＰＣＢ）の複数の層上に印刷され、前記印刷された電気巻線は、前記第１の環状小区分の円周方向に沿って延在し、前記複数の層は、前記第１の環状小区分の軸方向に沿って相互とスタックされる、ことと、
カムリングの軸を中心として有限の進行範囲で回転するように、前記カムリングの第２の環状小区分上に搭載される前記モータのロータを駆動することであって、前記第２の環状小区分は、前記第１の環状小区分に対応し、前記ロータは、前記軸方向に沿って相互から離間され、前記円周方向に沿って延在する、永久磁石の２つのハルバッハアレイを備え、前記ハルバッハアレイはそれぞれ、前記軸方向に対して前記ハルバッハアレイの非アクティブ側よりも前記ハルバッハアレイのアクティブ側上により強い磁場を発生させるように構成される、ことと、
前記カムリング上に搭載される前記ロータの回転に起因する前記カムリングの回転運動によって、前記軸方向に沿った軸方向運動を伴って前記カムリングに機械的に結合されるシェーパリングを移動させることと
を含み、
前記ＰＣＢの複数の層は、前記軸方向に沿って前記ロータの２つのハルバッハアレイの間に位置付けられ、前記ハルバッハアレイの２つのアクティブ側は、前記ＰＣＢの複数の層の対向する側に面し、
前記２つのハルバッハアレイは、前記軸方向に沿って前記ＰＣＢの複数の層の中心に対して対称磁場を発生させるように構成され、
前記ステータの各位相の電気巻線は、前記ステータが、前記駆動電流によって通電され、一定のトルクを発生させ、前記キャリアフレームに対して前記ロータおよび前記カムリングを駆動するように、同一のロータ依存性トルク定数を有するように構成される、方法。
【請求項31】
前記シェーパリングの軸方向運動によって、前記シェーパリングに結合される可撓性レンズ膜の曲率を変化させることをさらに含む、請求項３０に記載の方法。
【請求項32】
前記ステータは、２相電気巻線を備え、前記２相電気巻線に関する前記個別の駆動電流は、π／２の位相差を伴う正弦波電流である、請求項３０－３１のいずれか１項に記載の方法。
【請求項33】
前記印刷された電気巻線の複数の層は、前記軸方向に沿ってともに順次にスタックされる第１の層と、第２の層と、第３の層と、第４の層とを備え、前記第１の層および前記第３の層上の印刷された電気巻線は、第１相電気巻線になるように第１の連続ワイヤによって形成され、前記第２の層および前記第４の層上の印刷された電気巻線は、第２相電気巻線になるように第２の連続ワイヤによって形成される、
請求項３２に記載の方法。
【請求項34】
前記ステータは、３相電気巻線を備え、前記３相電気巻線に関する前記個別の駆動電流は、２π／３の位相差を伴う正弦波電流である、請求項３０－３１のいずれか１項に記載の方法。
【請求項35】
前記ロータは、前記ロータの磁極対の位置に対応する正弦波形状を有する磁場を発生させるように構成され、前記個別の駆動電流は、前記ロータの磁石極対の位置に対応して変動する正弦波電流である、請求項３０－３４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項36】
方法であって、
環状軸方向磁束モータのステータの異なる位相の電気巻線の中に個別の駆動電流を入力することであって、前記個別の駆動電流は、相互に対して所定の程度を伴う位相差を有し、前記異なる位相の電気巻線は、キャリアフレームの第１の環状小区分上に搭載される印刷回路基板（ＰＣＢ）の複数の層上に印刷され、前記印刷された電気巻線は、前記第１の環状小区分の円周方向に沿って延在し、前記複数の層は、前記第１の環状小区分の軸方向に沿って相互とスタックされる、ことと、
カムリングの軸を中心として有限の進行範囲で回転するように、前記カムリングの第２の環状小区分上に搭載される前記モータのロータを駆動することであって、前記第２の環状小区分は、前記第１の環状小区分に対応し、前記ロータは、前記軸方向に沿って相互から離間され、前記円周方向に沿って延在する、永久磁石の２つのハルバッハアレイを備え、前記ハルバッハアレイはそれぞれ、前記軸方向に対して前記ハルバッハアレイの非アクティブ側よりも前記ハルバッハアレイのアクティブ側上により強い磁場を発生させるように構成される、ことと
を含み、
前記ＰＣＢの複数の層は、前記軸方向に沿って前記ロータの２つのハルバッハアレイの間に位置付けられ、前記ハルバッハアレイの２つのアクティブ側は、前記ＰＣＢの複数の層の対向する側に面し、
前記２つのハルバッハアレイは、前記軸方向に沿って前記ＰＣＢの複数の層の中心に対して対称磁場を発生させるように構成され、
前記ステータの各位相の電気巻線は、前記ステータが、前記駆動電流によって通電され、一定のトルクを発生させ、前記キャリアフレームに対して前記ロータおよび前記カムリングを駆動するように、同一のロータ依存性トルク定数を有するように構成され、
前記ステータは、２相電気巻線を備え、前記２相電気巻線に関する前記個別の駆動電流は、π／２の位相差を伴う正弦波電流であり、
前記印刷された電気巻線の複数の層は、前記軸方向に沿ってともに順次にスタックされる第１の層と、第２の層と、第３の層と、第４の層とを備え、
前記第１の層および前記第３の層上の印刷された電気巻線は、第１相電気巻線になるように第１の連続ワイヤによって形成され、前記第２の層および前記第４の層上の印刷された電気巻線は、第２相電気巻線になるように第２の連続ワイヤによって形成される、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
（関連出願の相互参照）
本願は、その全内容が、参照することによって本明細書に組み込まれる、２０１９年５月２４日に出願され、「ＶＡＲＩＡＢＬＥ ＦＯＣＵＳ ＡＳＳＥＭＢＬＩＥＳ」と題された、米国仮特許出願第６２／８５２，９４０号の３５ Ｕ．Ｓ．Ｃ． §１１９（米国特許法第１１９条）下の優先権を主張する。
本願は、その全内容が、参照することによって本明細書に組み込まれる、２０１９年５月２４日に出願され、「ＶＡＲＩＡＢＬＥ ＦＯＣＵＳ ＡＳＳＥＭＢＬＩＥＳ」と題された、米国仮特許出願第６２／８５２，９４０号の３５ Ｕ．Ｓ．Ｃ． §１１９（米国特許法第１１９条）下の優先権を主張する。
【0002】
本開示は、概して、電気モータに関し、具体的には、環状軸方向磁束モータに関する。
【背景技術】
【0003】
複合現実（ＭＲ）または拡張現実（ＡＲ）接眼ディスプレイが、軽量であり、低費用であり、小さい形状因子を有し、広い仮想画像視野を有し、可能な限り透明であることが、望ましい。加えて、輻輳・開散－遠近調節不整合に関する許容可能な許容差を超えることなく、多種多様な使用事例に関して実践的であるように、複数の焦平面において仮想画像情報を提示する構成を有することが、望ましい。
【0004】
ディスプレイのコンポーネントは、アクチュエータによって駆動されることができる。ある場合には、要求される進行範囲、形状因子、寿命、および液体レンズを駆動するために要求されるピークトルク／力を提供し得るアクチュエータを得るために、重い磁気モータが、機械的アクチュエータに統合され、これは、軽量ディスプレイのために望ましくない場合がある。ある他の場合では、マイクロモータが、ディスプレイの重量要件を満たすために、機械的アクチュエータにおいて使用される。機械的アクチュエータは、軸方向切り抜きを伴うカムリングを含むことができる。切り抜きは、ある角度に傾斜し、カムリングの内部にある別の環状体（例えば、シェーパリング）に接続されるピンを誘導する。カムリングが、回転されると、内部リングは、軸方向に移動し、カムリングの軸方向に内部にある液体レンズを作動させる。カムリングから軸方向に突き出るピンが、マイクロモータに取り付けられる連結部によって駆動されることができる。しかしながら、マイクロモータは、要求される出力トルクおよび電力仕様を満たさない場合がある。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【0005】
本開示の一側面は、回転可能構造の第１の環状小区分上に搭載される、永久磁石のアレイを含む、ロータであって、永久磁石のアレイは、第１の環状小区分の円周方向（または接線方向）に沿って延在し、第１の環状小区分の軸方向に対してアレイの非アクティブな対向する側よりもアレイのアクティブ側上により強い磁場を有するように構成される、ロータと、第１の環状小区分に対応するキャリアの第２の環状小区分上に搭載される、印刷回路基板（ＰＣＢ）上に印刷された電気巻線の複数の層を含む、ステータであって、電気巻線は、円周方向に沿って延在し、ＰＣＢの複数の層は、軸方向に沿ってスタックされ、永久磁石のアレイのアクティブ側は、ＰＣＢの複数の層の１つの側に面し、公称間隙を伴って離間される、ステータとを含む、環状軸方向磁束モータを特徴とする。ステータは、通電され、トルク、例えば、一定のトルクを発生させ、回転可能構造とともにロータを駆動し、キャリアに対して有限の進行範囲内で回転するように構成される。
【0006】
いくつかの実装では、永久磁石のアレイは、ハルバッハアレイである。ハルバッハアレイは、円周方向に沿って第１の環状小区分上に配列される、永久磁石の周期的ユニットを含み、周期的ユニットはそれぞれ、磁石極対の列を含むことができる。
【0007】
いくつかの実施例では、周期的ユニットはそれぞれ、磁石極対の４つの列を含み、隣接する列は、円周方向に沿った磁気空間を伴って相互から分離され、各磁石極対は、Ｎ極と、Ｓ極とを含む。４つの列は、軸方向に沿って垂直に、かつ順次にスタックされる、Ｎ極と、Ｓ極とを有する、第１の列と、円周方向に沿って水平に、かつ順次にスタックされる、Ｓ極と、Ｎ極とを有する、第２の列と、軸方向に沿って垂直に、かつ順次にスタックされる、Ｓ極と、Ｎ極とを有する、第３の列と、円周方向に沿って水平に、かつ順次にスタックされる、Ｎ極と、Ｓ極とを有する、第４の列とを含む。
【0008】
いくつかの実装では、ロータは、第１の環状小区分上に搭載され、軸方向に沿って相互から離間される、永久磁石の２つのアレイを含み、ＰＣＢ上の印刷された電気巻線の複数の層は、永久磁石の２つのアレイの間に配列され、２つのアレイのアクティブ側は、軸方向に対して複数の層の対向する側に面し、個別のハルバッハアレイのアクティブ側と複数の層の対向する側との間の公称間隙は、軸方向に沿って同一の幅を有する。
【0009】
永久磁石の２つのアレイは、ＰＣＢの複数の層の中心に対して対称磁場を発生させるように構成されることができ、軸方向に沿った対称磁場の軸方向成分は、第１の環状小区分の接線方向に沿った対称磁場の接線方向成分よりも実質的に大きくあり得る。いくつかの実施例では、永久磁石の２つのアレイはそれぞれ、個別のハルバッハアレイであり、個別のハルバッハアレイは、磁極の異なる配列を有し、印刷された電気巻線の複数の層の２つの側に対向してアクティブ側を有するように構成される。いくつかの実施例では、ステータは、多相電気巻線を含み、ステータの多相電気巻線はそれぞれ、ステータが、一定のトルクを発生させ、ロータを駆動するように構成されるように、同一のロータ依存性トルク定数を有するように構成される。
【0010】
電気巻線は、半径方向に沿った永久磁石のアレイの高さと実質的に同一である構造の半径方向に沿った高さを有することができる。電気巻線は、電気巻線の巻線周期が、ロータの磁場の磁気周期に対応するように構成されることができる。
【0011】
いくつかの実装では、ステータは、π／２の位相差を伴う正弦波駆動電流を用いて駆動されるように構成される、２相電気巻線を含む。複数の層はそれぞれ、個別の位相の電気巻線に対応することができ、異なる位相を伴う個別の位相の電気巻線は、複数の層において交互することができる。２相電気巻線は、同一の巻線パターンを有することができ、巻線周期の４分の１だけオフセットされる。
【0012】
印刷された電気巻線の複数の層は、軸方向に沿ってともに順次にスタックされる、第１の層と、第２の層と、第３の層と、第４の層とを含むことができ、第１の層および第３の層上の印刷された電気巻線は、第１相電気巻線になるように第１の連続ワイヤによって形成されることができ、第２の層および第４の層上の印刷された電気巻線は、第２相電気巻線になるように第２の連続ワイヤによって形成されることができる。
【0013】
いくつかの実施例では、第１のワイヤは、第１の層の入力ポートから開始し、第１の層上の第１の経路に沿って第１のビアまで延在するように印刷され、それを通して、第１のワイヤは、第３の層に進み、第３の層上の第２の経路に沿って第２のビアまで延在し、それを通して、第１のワイヤは、第１の層に戻るように進み、第１の層上の第３の経路に沿って第３のビアまで延在し、それを通して、第１のワイヤは、第３の層に進み、第３の層上の第４の経路に沿って第４のビアまで延在し、それを通して、第１のワイヤは、第１の層に進み、第１の層上の第５の経路に沿って第５のビアまで延在し、それを通して、第１のワイヤは、第３の層に進み、第３の層上の第６の経路に沿って第３の層の出力ポートまで延在する。第１の経路、第３の経路、および第５の経路に沿って延在する第１のワイヤは、第１の層上に第１の電気巻線を形成し、第２の経路、第４の経路、および第６の経路に沿って延在する第１のワイヤは、第３の層上に第２の電気巻線を形成し、第１の電気巻線および第２の電気巻線は、第１相電気巻線を形成する。第１の電気巻線および第２の電気巻線は、巻線周期の４分の１だけオフセットされる、同一の巻線パターンを有し、第１のビア、第３のビア、および第５のビアは、相互に隣接する一方、第２のビアおよび第４のビアは、相互に隣接する。
【0014】
いくつかの実施例では、電気巻線は、長方形巻線パターンを有する。
【0015】
いくつかの実施例では、電気巻線は、三角形巻線パターンを有する。三角形巻線パターンは、４５度の巻線角度を有することができる。
【0016】
ロータは、ロータの磁極対の位置に対応する正弦波形状を有する磁場を発生させるように構成されることができ、ステータは、ロータの磁石極対の位置に対応して変動する正弦波電流によって駆動されるように構成されることができる。
【0017】
いくつかの実装では、ステータは、相互に対して２π／３位相外の正弦波駆動電流を用いて駆動されるように構成される、３相電気巻線を含む。
【0018】
本開示の別の側面は、キャリアフレームと、キャリアフレームの内部にあり、軸方向に沿って軸の周囲でキャリアフレームに対して回転可能であるように構成される、カムリングと、環状軸方向磁束モータとを含む、システムを特徴とする。環状軸方向磁束モータは、カムリングの第１の環状小区分上に搭載される、永久磁石のアレイを含む、ロータであって、永久磁石のアレイは、第１の環状小区分の円周方向に沿って延在し、軸方向に対してアレイの非アクティブな対向する側よりもアレイのアクティブ側上により強い磁場を有するように構成される、ロータと、第１の環状小区分に対応するキャリアフレームの第２の環状小区分上に搭載される、印刷回路基板（ＰＣＢ）上に印刷された電気巻線の複数の層を含む、ステータであって、印刷された電気巻線は、円周方向に沿って延在し、ＰＣＢの複数の層は、軸方向に沿って相互とスタックされ、永久磁石のアレイのアクティブ側は、軸方向に沿ってＰＣＢの複数の層の１つの側に面し、公称間隙を伴って離間される、ステータとを含む。ステータは、通電され、トルク、例えば、一定のトルクを発生させ、カムリングとともにロータを駆動し、キャリアフレームに対して有限の進行範囲内で回転するように構成される。
【0019】
いくつかの実装では、本システムはさらに、カムリングの内部に位置付けられ、キャリアフレームに対するカムリングの回転運動が、軸方向に沿ったカムリングに対するシェーパリングの軸方向運動をもたらすように、カムリングと接続されるように構成される、シェーパリングを含む。本システムはさらに、シェーパリングの軸方向運動が、可撓性レンズ膜の曲率変化を引き起こすように、シェーパリングに結合されるように構成される、可撓性レンズ膜を含むことができる。いくつかの実施例では、本システムはさらに、シェーパリングと、可撓性レンズ膜と、屈折コンポーネントと、可撓性環状膜との間にカプセル化される、非圧縮性流体を含む、液体レンズアセンブリを含む。非圧縮性流体は、シェーパリングが、屈折コンポーネントに向かって軸方向運動を伴って軸方向に移動されるとき、可撓性レンズ膜に向かって押動され、曲率変化を引き起こすように構成される。
【0020】
いくつかの実装では、ロータは、第１の環状小区分上に搭載され、軸方向に沿って相互から離間される、永久磁石の２つのハルバッハアレイを含み、ＰＣＢ上の印刷された電気巻線の複数の層は、２つのハルバッハアレイの間に配列され、２つのハルバッハアレイのアクティブ側は、軸方向に対して複数の層の対向する側に面する。２つのハルバッハアレイは、複数の層の中心に対して対称磁場を発生させるように構成され、軸方向に沿った磁場の軸方向成分は、第１の環状小区分の接線方向に沿った磁場の接線方向成分よりも実質的に大きくあり得る。２つのハルバッハアレイは、磁極の異なる配列を有し、印刷された電気巻線の複数の層の対向する側に面するアクティブ側を有するように構成されることができる。
【0021】
いくつかの実装では、ステータは、π／２の位相差を伴う正弦波駆動電流を用いて駆動されるように構成される、２相電気巻線を含む。ステータの各位相の電気巻線は、ステータが、一定のトルクを発生させ、ロータを駆動するように構成されるように、同一のロータ依存性トルク定数を有するように構成されることができる。２相電気巻線は、同一の巻線パターンを有することができ、巻線周期の４分の１だけオフセットされる。巻線パターンは、長方形または三角形であり得る。
【0022】
いくつかの実施例では、印刷された電気巻線の複数の層は、軸方向に沿ってともに順次にスタックされる、第１の層と、第２の層と、第３の層と、第４の層とを含み、第１の層および第３の層上の印刷された電気巻線は、第１相電気巻線になるように第１の連続ワイヤによって形成され、第２の層および第４の層上の印刷された電気巻線は、第２相電気巻線になるように第２の連続ワイヤによって形成される。
【0023】
ロータは、ロータの磁極対の位置に対応する正弦波形状を有する磁場を発生させるように構成されることができ、ステータは、ロータの磁石極対の位置に対応して変動する正弦波電流によって駆動されるように構成されることができる。カムリングは、非強磁性材料から作製されることができる。
【0024】
本開示のさらなる側面は、環状軸方向磁束モータのステータの異なる位相の電気巻線の中に個別の駆動電流を入力するステップであって、個別の駆動電流は、相互に対して所定の程度を伴う位相差を有し、異なる位相の電気巻線は、キャリアフレームの第１の環状小区分上に搭載される、印刷回路基板（ＰＣＢ）の複数の層上に印刷され、印刷された電気巻線は、第１の環状小区分の円周方向に沿って延在し、複数の層は、第１の環状小区分の軸方向に沿って相互とスタックされる、ステップと、カムリングの軸を中心として有限の進行範囲で回転するように、カムリングの第２の環状小区分上に搭載される、モータのロータを駆動するステップであって、第２の環状小区分は、第１の環状小区分に対応し、ロータは、軸方向に沿って相互から離間され、円周方向に沿って延在する、永久磁石の２つのハルバッハアレイを含み、ハルバッハアレイはそれぞれ、軸方向に対してハルバッハアレイの非アクティブ側よりもハルバッハアレイのアクティブ側上により強い磁場を発生させるように構成される、ステップとを含む、方法を特徴とする。ＰＣＢの複数の層は、軸方向に沿ってロータの２つのハルバッハアレイの間に位置付けられ、ハルバッハアレイの２つのアクティブ側は、ＰＣＢの複数の層の対向する側に面する。２つのハルバッハアレイは、軸方向に沿ってＰＣＢの複数の層の中心に対して対称磁場を発生させるように構成される。ステータの各位相の電気巻線は、ステータが、駆動電流によって通電され、一定のトルクを発生させ、キャリアフレームに対してロータおよびカムリングを駆動するように、同一のロータ依存性トルク定数を有するように構成される。
【0025】
本方法はさらに、カムリング上に搭載されるロータの回転に起因するカムリングの回転運動によって、軸方向に沿った軸方向運動を伴ってカムリングに機械的に結合されるシェーパリングを移動させるステップを含むことができる。本方法はさらに、シェーパリングの軸方向運動によって、シェーパリングに結合される可撓性レンズ膜の曲率を変化させるステップを含むことができる。
【0026】
いくつかの実装では、ステータは、２相電気巻線を含み、２相電気巻線に関する個別の駆動電流は、π／２の位相差を伴う正弦波電流である。いくつかの実施例では、印刷された電気巻線の複数の層は、軸方向に沿ってともに順次にスタックされる、第１の層と、第２の層と、第３の層と、第４の層とを含み、第１の層および第３の層上の印刷された電気巻線は、第１相電気巻線になるように第１の連続ワイヤによって形成され、第２の層および第４の層上の印刷された電気巻線は、第２相電気巻線になるように第２の連続ワイヤによって形成される。
【0027】
いくつかの実装では、ステータは、３相電気巻線を含み、３相電気巻線に関する個別の駆動電流は、２π／３の位相差を伴う正弦波電流である。
【0028】
ロータは、ロータの磁極対の位置に対応する正弦波形状を有する磁場を発生させるように構成されることができ、個別の駆動電流は、ロータの磁石極対の位置に対応して変動する正弦波電流であり得る。
【0029】
本明細書の主題の１つ以上の実施形態の詳細が、付随の図面および下記の説明に記載される。本主題の他の特徴、側面、および利点が、説明、図面、および請求項から明白となるであろう。
本明細書は、例えば、以下の項目も提供する。
（項目１）
環状軸方向磁束モータであって、
ロータであって、前記ロータは、回転可能構造の第１の環状小区分上に搭載される永久磁石のアレイを備え、前記永久磁石のアレイは、前記第１の環状小区分の円周方向に沿って延在し、前記第１の環状小区分の軸方向に対して前記アレイの非アクティブな対向する側よりも前記アレイのアクティブ側上により強い磁場を有するように構成される、ロータと、
ステータであって、前記ステータは、前記第１の環状小区分に対応するキャリアの第２の環状小区分上に搭載される印刷回路基板（ＰＣＢ）上に印刷された電気巻線の複数の層を備え、前記電気巻線は、前記円周方向に沿って延在し、前記ＰＣＢの複数の層は、前記軸方向に沿ってスタックされ、前記永久磁石のアレイのアクティブ側は、前記ＰＣＢの複数の層の１つの側に面し、公称間隙を伴って離間される、ステータと
を備え、
前記ステータは、通電され、トルクを発生させ、前記回転可能構造とともに前記ロータを駆動し、前記キャリアに対して有限の進行範囲内で回転するように構成される、環状軸方向磁束モータ。
（項目２）
前記永久磁石のアレイは、ハルバッハアレイである、項目１に記載の環状軸方向磁束モータ。
（項目３）
前記ハルバッハアレイは、前記円周方向に沿って前記第１の環状小区分上に配列される永久磁石の周期的ユニットを備え、前記周期的ユニットはそれぞれ、磁石極対の列を備える、項目２に記載の環状軸方向磁束モータ。
（項目４）
前記周期的ユニットはそれぞれ、磁石極対の４つの列を備え、隣接する列は、前記円周方向に沿った磁気空間を伴って相互から分離され、各磁石極対は、Ｎ極と、Ｓ極とを備え、
前記４つの列は、
第１の列であって、前記第１の列は、前記軸方向に沿って垂直にかつ順次にスタックされるＮ極とＳ極とを有する、第１の列と、
第２の列であって、前記第２の列は、前記円周方向に沿って水平にかつ順次にスタックされるＳ極とＮ極とを有する、第２の列と、
第３の列であって、前記第３の列は、前記軸方向に沿って垂直にかつ順次にスタックされるＳ極とＮ極とを有する、第３の列と、
第４の列であって、前記第４の列は、前記円周方向に沿って水平にかつ順次にスタックされるＮ極とＳ極とを有する、第４の列と
を備える、項目３に記載の環状軸方向磁束モータ。
（項目５）
前記ロータは、前記第１の環状小区分上に搭載され、前記軸方向に沿って相互から離間される、永久磁石の２つのアレイを備え、
前記ＰＣＢ上の前記印刷された電気巻線の複数の層は、前記永久磁石の２つのアレイの間に配列され、前記２つのアレイのアクティブ側は、前記軸方向に対して前記複数の層の対向する側に面し、
前記個別のハルバッハアレイのアクティブ側と前記複数の層の対向する側との間の公称間隙は、前記軸方向に沿って同一の幅を有する、
項目１－４のいずれか１項に記載の環状軸方向磁束モータ。
（項目６）
前記永久磁石の２つのアレイは、前記ＰＣＢの複数の層の中心に対して対称磁場を発生させるように構成され、
前記軸方向に沿った前記対称磁場の軸方向成分は、前記第１の環状小区分の接線方向に沿った前記対称磁場の接線方向成分よりも実質的に大きい、
項目５に記載の環状軸方向磁束モータ。
（項目７）
前記永久磁石の２つのアレイはそれぞれ、個別のハルバッハアレイであり、
前記個別のハルバッハアレイは、磁極の異なる配列を有し、前記印刷された電気巻線の複数の層の２つの側に対向して前記アクティブ側を有するように構成される、
項目５または６に記載の環状軸方向磁束モータ。
（項目８）
前記ステータは、多相電気巻線を備え、
前記ステータの多相電気巻線はそれぞれ、前記ステータが、一定のトルクを発生させ、前記ロータを駆動するように構成されるように、同一のロータ依存性トルク定数を有するように構成される、
項目５－７のいずれか１項に記載の環状軸方向磁束モータ。
（項目９）
前記電気巻線は、半径方向に沿った前記永久磁石のアレイの高さと実質的に同一である前記構造の半径方向に沿った高さを有する、項目１－８のいずれか１項に記載の環状軸方向磁束モータ。
（項目１０）
前記電気巻線は、前記電気巻線の巻線周期が、前記ロータの磁場の磁気周期に対応するように構成される、項目１－９のいずれか１項に記載の環状軸方向磁束モータ。
（項目１１）
前記ステータは、π／２の位相差を伴う正弦波駆動電流を用いて駆動されるように構成される２相電気巻線を備える、項目１－１０のいずれか１項に記載の環状軸方向磁束モータ。
（項目１２）
前記複数の層はそれぞれ、個別の位相の電気巻線に対応し、異なる位相を伴う前記個別の位相の電気巻線は、前記複数の層において交互する、項目１１に記載の環状軸方向磁束モータ。
（項目１３）
前記印刷された電気巻線の複数の層は、前記軸方向に沿ってともに順次にスタックされる第１の層と、第２の層と、第３の層と、第４の層とを備え、
前記第１の層および前記第３の層上の印刷された電気巻線は、第１相電気巻線になるように第１の連続ワイヤによって形成され、前記第２の層および前記第４の層上の印刷された電気巻線は、第２相電気巻線になるように第２の連続ワイヤによって形成される、
項目１１または１２に記載の環状軸方向磁束モータ。
（項目１４）
前記第１のワイヤは、前記第１の層の入力ポートから開始し、前記第１の層上の第１の経路に沿って第１のビアまで延在するように印刷され、それを通して、前記第１のワイヤは、前記第３の層に進み、前記第３の層上の第２の経路に沿って第２のビアまで延在し、それを通して、前記第１のワイヤは、前記第１の層に戻るように進み、前記第１の層上の第３の経路に沿って第３のビアまで延在し、それを通して、前記第１のワイヤは、前記第３の層に進み、前記第３の層上の第４の経路に沿って第４のビアまで延在し、それを通して、前記第１のワイヤは、前記第１の層に進み、前記第１の層上の第５の経路に沿って第５のビアまで延在し、それを通して、前記第１のワイヤは、前記第３の層に進み、前記第３の層上の第６の経路に沿って前記第３の層の出力ポートまで延在し、
前記第１の経路、前記第３の経路、および前記第５の経路に沿って延在する前記第１のワイヤは、前記第１の層上に第１の電気巻線を形成し、前記第２の経路、前記第４の経路、および前記第６の経路に沿って延在する前記第１のワイヤは、前記第３の層上に第２の電気巻線を形成し、前記第１の電気巻線および前記第２の電気巻線は、前記第１相電気巻線を形成し、
前記第１の電気巻線および前記第２の電気巻線は、巻線周期の４分の１だけオフセットされる同一の巻線パターンを有し、
前記第１のビア、前記第３のビア、および前記第５のビアは、相互に隣接する一方、前記第２のビアおよび前記第４のビアは、相互に隣接する、
項目１３に記載の環状軸方向磁束モータ。
（項目１５）
前記２相電気巻線は、同一の巻線パターンを有し、巻線周期の４分の１だけオフセットされる、項目１１－１４のいずれか１項に記載の環状軸方向磁束モータ。
（項目１６）
前記ステータは、相互に対して２π／３位相外の正弦波駆動電流を用いて駆動されるように構成される３相電気巻線を備える、項目１－１０のいずれか１項に記載の環状軸方向磁束モータ。
（項目１７）
前記電気巻線は、長方形巻線パターンを有する、項目１－１６のいずれか１項に記載の環状軸方向磁束モータ。
（項目１８）
前記電気巻線は、三角形巻線パターンを有する、項目１－１６のいずれか１項に記載の環状軸方向磁束モータ。
（項目１９）
前記三角形巻線パターンは、４５度の巻線角度を有する、項目１８に記載の環状軸方向磁束モータ。
（項目２０）
前記ロータは、前記ロータの磁極対の位置に対応する正弦波形状を有する磁場を発生させるように構成され、
前記ステータは、前記ロータの磁石極対の位置に対応して変動する正弦波電流によって駆動されるように構成される、
項目１－１９のいずれか１項に記載の環状軸方向磁束モータ。
（項目２１）
システムであって、
キャリアフレームと、
カムリングであって、前記カムリングは、前記キャリアフレームの内部にあり、軸方向に沿って軸の周囲で前記キャリアフレームに対して回転可能であるように構成される、カムリングと、
環状軸方向磁束モータであって、
前記カムリングの第１の環状小区分上に搭載される永久磁石のアレイを備えるロータであって、前記永久磁石のアレイは、前記第１の環状小区分の円周方向に沿って延在し、前記軸方向に対して前記アレイの非アクティブな対向する側よりも前記アレイのアクティブ側上により強い磁場を有するように構成される、ロータと、
ステータであって、前記ステータは、前記第１の環状小区分に対応する前記キャリアフレームの第２の環状小区分上に搭載される印刷回路基板（ＰＣＢ）上に印刷された電気巻線の複数の層を備え、前記印刷された電気巻線は、前記円周方向に沿って延在し、前記ＰＣＢの複数の層は、前記軸方向に沿って相互とスタックされ、前記永久磁石のアレイのアクティブ側は、前記軸方向に沿って前記ＰＣＢの複数の層の１つの側に面し、公称間隙を伴って離間される、ステータと
を備え、
前記ステータは、通電され、トルクを発生させ、前記カムリングとともに前記ロータを駆動し、前記キャリアフレームに対して有限の進行範囲内で回転するように構成される、
環状軸方向磁束モータと
を備える、システム。
（項目２２）
シェーパリングをさらに備え、前記シェーパリングは、前記カムリングの内部に位置付けられ、前記キャリアフレームに対する前記カムリングの回転運動が、前記軸方向に沿った前記カムリングに対するシェーパリングの軸方向運動をもたらすように、前記カムリングと接続されるように構成される、項目２１に記載のシステム。
（項目２３）
可撓性レンズ膜をさらに備え、前記可撓性レンズ膜は、前記シェーパリングの軸方向運動が、可撓性レンズ膜の曲率変化を引き起こすように、前記シェーパリングに結合されるように構成される、項目２２に記載のシステム。
（項目２４）
液体レンズアセンブリをさらに備え、前記液体レンズアセンブリは、前記シェーパリングと、前記可撓性レンズ膜と、屈折コンポーネントと、可撓性環状膜との間にカプセル化される非圧縮性流体を含み、
前記非圧縮性流体は、前記シェーパリングが、前記屈折コンポーネントに向かって前記軸方向運動を伴って軸方向に移動されるとき、前記可撓性レンズ膜に向かって押動され、前記曲率変化を引き起こすように構成される、
項目２３に記載のシステム。
（項目２５）
前記ロータは、前記第１の環状小区分上に搭載され、前記軸方向に沿って相互から離間される、永久磁石の２つのハルバッハアレイを備え、
前記ＰＣＢ上の前記印刷された電気巻線の複数の層は、前記２つのハルバッハアレイの間に配列され、前記２つのハルバッハアレイのアクティブ側は、前記軸方向に対して前記複数の層の対向する側に面する、
項目２１－２４のいずれか１項に記載のシステム。
（項目２６）
前記２つのハルバッハアレイは、前記複数の層の中心に対して対称磁場を発生させるように構成され、前記軸方向に沿った前記磁場の軸方向成分は、前記第１の環状小区分の接線方向に沿った前記磁場の接線方向成分よりも実質的に大きく、
前記２つのハルバッハアレイは、磁極の異なる配列を有し、前記印刷された電気巻線の複数の層の対向する側に面する前記アクティブ側を有するように構成される、
項目２５に記載のシステム。
（項目２７）
前記ステータは、π／２の位相差を伴う正弦波駆動電流を用いて駆動されるように構成される２相電気巻線を備える、項目２１－２６のいずれか１項に記載のシステム。
（項目２８）
前記ステータの各位相の電気巻線は、前記ステータが、一定のトルクを発生させ、前記ロータを駆動するように構成されるように、同一のロータ依存性トルク定数を有するように構成される、項目２７に記載のシステム。
（項目２９）
前記２相電気巻線は、同一の巻線パターンを有し、巻線周期の４分の１だけオフセットされる、項目２７または２８に記載のシステム。
（項目３０）
前記巻線パターンは、長方形または三角形である、項目２９に記載のシステム。
（項目３１）
前記印刷された電気巻線の複数の層は、前記軸方向に沿ってともに順次にスタックされる第１の層と、第２の層と、第３の層と、第４の層とを備え、
前記第１の層および前記第３の層上の印刷された電気巻線は、第１相電気巻線になるように第１の連続ワイヤによって形成され、前記第２の層および前記第４の層上の印刷された電気巻線は、第２相電気巻線になるように第２の連続ワイヤによって形成される、
項目２７－３０のいずれか１項に記載のシステム。
（項目３２）
前記ロータは、前記ロータの磁極対の位置に対応する正弦波形状を有する磁場を発生させるように構成され、
前記ステータは、前記ロータの磁石極対の位置に対応して変動する正弦波電流によって駆動されるように構成される、
項目２１－３１のいずれか１項に記載のシステム。
（項目３３）
前記カムリングは、非強磁性材料から作製される、項目２１－３２のいずれか１項に記載のシステム。
（項目３４）
方法であって、
環状軸方向磁束モータのステータの異なる位相の電気巻線の中に個別の駆動電流を入力することであって、前記個別の駆動電流は、相互に対して所定の程度を伴う位相差を有し、前記異なる位相の電気巻線は、キャリアフレームの第１の環状小区分上に搭載される印刷回路基板（ＰＣＢ）の複数の層上に印刷され、前記印刷された電気巻線は、前記第１の環状小区分の円周方向に沿って延在し、前記複数の層は、前記第１の環状小区分の軸方向に沿って相互とスタックされる、ことと、
カムリングの軸を中心として有限の進行範囲で回転するように、前記カムリングの第２の環状小区分上に搭載される前記モータのロータを駆動することであって、前記第２の環状小区分は、前記第１の環状小区分に対応し、前記ロータは、前記軸方向に沿って相互から離間され、前記円周方向に沿って延在する、永久磁石の２つのハルバッハアレイを備え、前記ハルバッハアレイはそれぞれ、前記軸方向に対して前記ハルバッハアレイの非アクティブ側よりも前記ハルバッハアレイのアクティブ側上により強い磁場を発生させるように構成される、ことと
を含み、
前記ＰＣＢの複数の層は、前記軸方向に沿って前記ロータの２つのハルバッハアレイの間に位置付けられ、前記ハルバッハアレイの２つのアクティブ側は、前記ＰＣＢの複数の層の対向する側に面し、
前記２つのハルバッハアレイは、前記軸方向に沿って前記ＰＣＢの複数の層の中心に対して対称磁場を発生させるように構成され、
前記ステータの各位相の電気巻線は、前記ステータが、前記駆動電流によって通電され、一定のトルクを発生させ、前記キャリアフレームに対して前記ロータおよび前記カムリングを駆動するように、同一のロータ依存性トルク定数を有するように構成される、方法。
（項目３５）
前記カムリング上に搭載される前記ロータの回転に起因する前記カムリングの回転運動によって、前記軸方向に沿った軸方向運動を伴って前記カムリングに機械的に結合されるシェーパリングを移動させることをさらに含む、項目３４に記載の方法。
（項目３６）
前記シェーパリングの軸方向運動によって、前記シェーパリングに結合される可撓性レンズ膜の曲率を変化させることをさらに含む、項目３５に記載の方法。
（項目３７）
前記ステータは、２相電気巻線を備え、前記２相電気巻線に関する前記個別の駆動電流は、π／２の位相差を伴う正弦波電流である、項目３４－３６のいずれか１項に記載の方法。
（項目３８）
前記印刷された電気巻線の複数の層は、前記軸方向に沿ってともに順次にスタックされる第１の層と、第２の層と、第３の層と、第４の層とを備え、
前記第１の層および前記第３の層上の印刷された電気巻線は、第１相電気巻線になるように第１の連続ワイヤによって形成され、前記第２の層および前記第４の層上の印刷された電気巻線は、第２相電気巻線になるように第２の連続ワイヤによって形成される、
項目３７に記載の方法。
（項目３９）
前記ステータは、３相電気巻線を備え、前記３相電気巻線に関する前記個別の駆動電流は、２π／３の位相差を伴う正弦波電流である、項目３４－３６のいずれか１項に記載の方法。
（項目４０）
前記ロータは、前記ロータの磁極対の位置に対応する正弦波形状を有する磁場を発生させるように構成され、
前記個別の駆動電流は、前記ロータの磁石極対の位置に対応して変動する正弦波電流である、項目３４－３９のいずれか１項に記載の方法。
本明細書は、例えば、以下の項目も提供する。
（項目１）
環状軸方向磁束モータであって、
ロータであって、前記ロータは、回転可能構造の第１の環状小区分上に搭載される永久磁石のアレイを備え、前記永久磁石のアレイは、前記第１の環状小区分の円周方向に沿って延在し、前記第１の環状小区分の軸方向に対して前記アレイの非アクティブな対向する側よりも前記アレイのアクティブ側上により強い磁場を有するように構成される、ロータと、
ステータであって、前記ステータは、前記第１の環状小区分に対応するキャリアの第２の環状小区分上に搭載される印刷回路基板（ＰＣＢ）上に印刷された電気巻線の複数の層を備え、前記電気巻線は、前記円周方向に沿って延在し、前記ＰＣＢの複数の層は、前記軸方向に沿ってスタックされ、前記永久磁石のアレイのアクティブ側は、前記ＰＣＢの複数の層の１つの側に面し、公称間隙を伴って離間される、ステータと
を備え、
前記ステータは、通電され、トルクを発生させ、前記回転可能構造とともに前記ロータを駆動し、前記キャリアに対して有限の進行範囲内で回転するように構成される、環状軸方向磁束モータ。
（項目２）
前記永久磁石のアレイは、ハルバッハアレイである、項目１に記載の環状軸方向磁束モータ。
（項目３）
前記ハルバッハアレイは、前記円周方向に沿って前記第１の環状小区分上に配列される永久磁石の周期的ユニットを備え、前記周期的ユニットはそれぞれ、磁石極対の列を備える、項目２に記載の環状軸方向磁束モータ。
（項目４）
前記周期的ユニットはそれぞれ、磁石極対の４つの列を備え、隣接する列は、前記円周方向に沿った磁気空間を伴って相互から分離され、各磁石極対は、Ｎ極と、Ｓ極とを備え、
前記４つの列は、
第１の列であって、前記第１の列は、前記軸方向に沿って垂直にかつ順次にスタックされるＮ極とＳ極とを有する、第１の列と、
第２の列であって、前記第２の列は、前記円周方向に沿って水平にかつ順次にスタックされるＳ極とＮ極とを有する、第２の列と、
第３の列であって、前記第３の列は、前記軸方向に沿って垂直にかつ順次にスタックされるＳ極とＮ極とを有する、第３の列と、
第４の列であって、前記第４の列は、前記円周方向に沿って水平にかつ順次にスタックされるＮ極とＳ極とを有する、第４の列と
を備える、項目３に記載の環状軸方向磁束モータ。
（項目５）
前記ロータは、前記第１の環状小区分上に搭載され、前記軸方向に沿って相互から離間される、永久磁石の２つのアレイを備え、
前記ＰＣＢ上の前記印刷された電気巻線の複数の層は、前記永久磁石の２つのアレイの間に配列され、前記２つのアレイのアクティブ側は、前記軸方向に対して前記複数の層の対向する側に面し、
前記個別のハルバッハアレイのアクティブ側と前記複数の層の対向する側との間の公称間隙は、前記軸方向に沿って同一の幅を有する、
項目１－４のいずれか１項に記載の環状軸方向磁束モータ。
（項目６）
前記永久磁石の２つのアレイは、前記ＰＣＢの複数の層の中心に対して対称磁場を発生させるように構成され、
前記軸方向に沿った前記対称磁場の軸方向成分は、前記第１の環状小区分の接線方向に沿った前記対称磁場の接線方向成分よりも実質的に大きい、
項目５に記載の環状軸方向磁束モータ。
（項目７）
前記永久磁石の２つのアレイはそれぞれ、個別のハルバッハアレイであり、
前記個別のハルバッハアレイは、磁極の異なる配列を有し、前記印刷された電気巻線の複数の層の２つの側に対向して前記アクティブ側を有するように構成される、
項目５または６に記載の環状軸方向磁束モータ。
（項目８）
前記ステータは、多相電気巻線を備え、
前記ステータの多相電気巻線はそれぞれ、前記ステータが、一定のトルクを発生させ、前記ロータを駆動するように構成されるように、同一のロータ依存性トルク定数を有するように構成される、
項目５－７のいずれか１項に記載の環状軸方向磁束モータ。
（項目９）
前記電気巻線は、半径方向に沿った前記永久磁石のアレイの高さと実質的に同一である前記構造の半径方向に沿った高さを有する、項目１－８のいずれか１項に記載の環状軸方向磁束モータ。
（項目１０）
前記電気巻線は、前記電気巻線の巻線周期が、前記ロータの磁場の磁気周期に対応するように構成される、項目１－９のいずれか１項に記載の環状軸方向磁束モータ。
（項目１１）
前記ステータは、π／２の位相差を伴う正弦波駆動電流を用いて駆動されるように構成される２相電気巻線を備える、項目１－１０のいずれか１項に記載の環状軸方向磁束モータ。
（項目１２）
前記複数の層はそれぞれ、個別の位相の電気巻線に対応し、異なる位相を伴う前記個別の位相の電気巻線は、前記複数の層において交互する、項目１１に記載の環状軸方向磁束モータ。
（項目１３）
前記印刷された電気巻線の複数の層は、前記軸方向に沿ってともに順次にスタックされる第１の層と、第２の層と、第３の層と、第４の層とを備え、
前記第１の層および前記第３の層上の印刷された電気巻線は、第１相電気巻線になるように第１の連続ワイヤによって形成され、前記第２の層および前記第４の層上の印刷された電気巻線は、第２相電気巻線になるように第２の連続ワイヤによって形成される、
項目１１または１２に記載の環状軸方向磁束モータ。
（項目１４）
前記第１のワイヤは、前記第１の層の入力ポートから開始し、前記第１の層上の第１の経路に沿って第１のビアまで延在するように印刷され、それを通して、前記第１のワイヤは、前記第３の層に進み、前記第３の層上の第２の経路に沿って第２のビアまで延在し、それを通して、前記第１のワイヤは、前記第１の層に戻るように進み、前記第１の層上の第３の経路に沿って第３のビアまで延在し、それを通して、前記第１のワイヤは、前記第３の層に進み、前記第３の層上の第４の経路に沿って第４のビアまで延在し、それを通して、前記第１のワイヤは、前記第１の層に進み、前記第１の層上の第５の経路に沿って第５のビアまで延在し、それを通して、前記第１のワイヤは、前記第３の層に進み、前記第３の層上の第６の経路に沿って前記第３の層の出力ポートまで延在し、
前記第１の経路、前記第３の経路、および前記第５の経路に沿って延在する前記第１のワイヤは、前記第１の層上に第１の電気巻線を形成し、前記第２の経路、前記第４の経路、および前記第６の経路に沿って延在する前記第１のワイヤは、前記第３の層上に第２の電気巻線を形成し、前記第１の電気巻線および前記第２の電気巻線は、前記第１相電気巻線を形成し、
前記第１の電気巻線および前記第２の電気巻線は、巻線周期の４分の１だけオフセットされる同一の巻線パターンを有し、
前記第１のビア、前記第３のビア、および前記第５のビアは、相互に隣接する一方、前記第２のビアおよび前記第４のビアは、相互に隣接する、
項目１３に記載の環状軸方向磁束モータ。
（項目１５）
前記２相電気巻線は、同一の巻線パターンを有し、巻線周期の４分の１だけオフセットされる、項目１１－１４のいずれか１項に記載の環状軸方向磁束モータ。
（項目１６）
前記ステータは、相互に対して２π／３位相外の正弦波駆動電流を用いて駆動されるように構成される３相電気巻線を備える、項目１－１０のいずれか１項に記載の環状軸方向磁束モータ。
（項目１７）
前記電気巻線は、長方形巻線パターンを有する、項目１－１６のいずれか１項に記載の環状軸方向磁束モータ。
（項目１８）
前記電気巻線は、三角形巻線パターンを有する、項目１－１６のいずれか１項に記載の環状軸方向磁束モータ。
（項目１９）
前記三角形巻線パターンは、４５度の巻線角度を有する、項目１８に記載の環状軸方向磁束モータ。
（項目２０）
前記ロータは、前記ロータの磁極対の位置に対応する正弦波形状を有する磁場を発生させるように構成され、
前記ステータは、前記ロータの磁石極対の位置に対応して変動する正弦波電流によって駆動されるように構成される、
項目１－１９のいずれか１項に記載の環状軸方向磁束モータ。
（項目２１）
システムであって、
キャリアフレームと、
カムリングであって、前記カムリングは、前記キャリアフレームの内部にあり、軸方向に沿って軸の周囲で前記キャリアフレームに対して回転可能であるように構成される、カムリングと、
環状軸方向磁束モータであって、
前記カムリングの第１の環状小区分上に搭載される永久磁石のアレイを備えるロータであって、前記永久磁石のアレイは、前記第１の環状小区分の円周方向に沿って延在し、前記軸方向に対して前記アレイの非アクティブな対向する側よりも前記アレイのアクティブ側上により強い磁場を有するように構成される、ロータと、
ステータであって、前記ステータは、前記第１の環状小区分に対応する前記キャリアフレームの第２の環状小区分上に搭載される印刷回路基板（ＰＣＢ）上に印刷された電気巻線の複数の層を備え、前記印刷された電気巻線は、前記円周方向に沿って延在し、前記ＰＣＢの複数の層は、前記軸方向に沿って相互とスタックされ、前記永久磁石のアレイのアクティブ側は、前記軸方向に沿って前記ＰＣＢの複数の層の１つの側に面し、公称間隙を伴って離間される、ステータと
を備え、
前記ステータは、通電され、トルクを発生させ、前記カムリングとともに前記ロータを駆動し、前記キャリアフレームに対して有限の進行範囲内で回転するように構成される、
環状軸方向磁束モータと
を備える、システム。
（項目２２）
シェーパリングをさらに備え、前記シェーパリングは、前記カムリングの内部に位置付けられ、前記キャリアフレームに対する前記カムリングの回転運動が、前記軸方向に沿った前記カムリングに対するシェーパリングの軸方向運動をもたらすように、前記カムリングと接続されるように構成される、項目２１に記載のシステム。
（項目２３）
可撓性レンズ膜をさらに備え、前記可撓性レンズ膜は、前記シェーパリングの軸方向運動が、可撓性レンズ膜の曲率変化を引き起こすように、前記シェーパリングに結合されるように構成される、項目２２に記載のシステム。
（項目２４）
液体レンズアセンブリをさらに備え、前記液体レンズアセンブリは、前記シェーパリングと、前記可撓性レンズ膜と、屈折コンポーネントと、可撓性環状膜との間にカプセル化される非圧縮性流体を含み、
前記非圧縮性流体は、前記シェーパリングが、前記屈折コンポーネントに向かって前記軸方向運動を伴って軸方向に移動されるとき、前記可撓性レンズ膜に向かって押動され、前記曲率変化を引き起こすように構成される、
項目２３に記載のシステム。
（項目２５）
前記ロータは、前記第１の環状小区分上に搭載され、前記軸方向に沿って相互から離間される、永久磁石の２つのハルバッハアレイを備え、
前記ＰＣＢ上の前記印刷された電気巻線の複数の層は、前記２つのハルバッハアレイの間に配列され、前記２つのハルバッハアレイのアクティブ側は、前記軸方向に対して前記複数の層の対向する側に面する、
項目２１－２４のいずれか１項に記載のシステム。
（項目２６）
前記２つのハルバッハアレイは、前記複数の層の中心に対して対称磁場を発生させるように構成され、前記軸方向に沿った前記磁場の軸方向成分は、前記第１の環状小区分の接線方向に沿った前記磁場の接線方向成分よりも実質的に大きく、
前記２つのハルバッハアレイは、磁極の異なる配列を有し、前記印刷された電気巻線の複数の層の対向する側に面する前記アクティブ側を有するように構成される、
項目２５に記載のシステム。
（項目２７）
前記ステータは、π／２の位相差を伴う正弦波駆動電流を用いて駆動されるように構成される２相電気巻線を備える、項目２１－２６のいずれか１項に記載のシステム。
（項目２８）
前記ステータの各位相の電気巻線は、前記ステータが、一定のトルクを発生させ、前記ロータを駆動するように構成されるように、同一のロータ依存性トルク定数を有するように構成される、項目２７に記載のシステム。
（項目２９）
前記２相電気巻線は、同一の巻線パターンを有し、巻線周期の４分の１だけオフセットされる、項目２７または２８に記載のシステム。
（項目３０）
前記巻線パターンは、長方形または三角形である、項目２９に記載のシステム。
（項目３１）
前記印刷された電気巻線の複数の層は、前記軸方向に沿ってともに順次にスタックされる第１の層と、第２の層と、第３の層と、第４の層とを備え、
前記第１の層および前記第３の層上の印刷された電気巻線は、第１相電気巻線になるように第１の連続ワイヤによって形成され、前記第２の層および前記第４の層上の印刷された電気巻線は、第２相電気巻線になるように第２の連続ワイヤによって形成される、
項目２７－３０のいずれか１項に記載のシステム。
（項目３２）
前記ロータは、前記ロータの磁極対の位置に対応する正弦波形状を有する磁場を発生させるように構成され、
前記ステータは、前記ロータの磁石極対の位置に対応して変動する正弦波電流によって駆動されるように構成される、
項目２１－３１のいずれか１項に記載のシステム。
（項目３３）
前記カムリングは、非強磁性材料から作製される、項目２１－３２のいずれか１項に記載のシステム。
（項目３４）
方法であって、
環状軸方向磁束モータのステータの異なる位相の電気巻線の中に個別の駆動電流を入力することであって、前記個別の駆動電流は、相互に対して所定の程度を伴う位相差を有し、前記異なる位相の電気巻線は、キャリアフレームの第１の環状小区分上に搭載される印刷回路基板（ＰＣＢ）の複数の層上に印刷され、前記印刷された電気巻線は、前記第１の環状小区分の円周方向に沿って延在し、前記複数の層は、前記第１の環状小区分の軸方向に沿って相互とスタックされる、ことと、
カムリングの軸を中心として有限の進行範囲で回転するように、前記カムリングの第２の環状小区分上に搭載される前記モータのロータを駆動することであって、前記第２の環状小区分は、前記第１の環状小区分に対応し、前記ロータは、前記軸方向に沿って相互から離間され、前記円周方向に沿って延在する、永久磁石の２つのハルバッハアレイを備え、前記ハルバッハアレイはそれぞれ、前記軸方向に対して前記ハルバッハアレイの非アクティブ側よりも前記ハルバッハアレイのアクティブ側上により強い磁場を発生させるように構成される、ことと
を含み、
前記ＰＣＢの複数の層は、前記軸方向に沿って前記ロータの２つのハルバッハアレイの間に位置付けられ、前記ハルバッハアレイの２つのアクティブ側は、前記ＰＣＢの複数の層の対向する側に面し、
前記２つのハルバッハアレイは、前記軸方向に沿って前記ＰＣＢの複数の層の中心に対して対称磁場を発生させるように構成され、
前記ステータの各位相の電気巻線は、前記ステータが、前記駆動電流によって通電され、一定のトルクを発生させ、前記キャリアフレームに対して前記ロータおよび前記カムリングを駆動するように、同一のロータ依存性トルク定数を有するように構成される、方法。
（項目３５）
前記カムリング上に搭載される前記ロータの回転に起因する前記カムリングの回転運動によって、前記軸方向に沿った軸方向運動を伴って前記カムリングに機械的に結合されるシェーパリングを移動させることをさらに含む、項目３４に記載の方法。
（項目３６）
前記シェーパリングの軸方向運動によって、前記シェーパリングに結合される可撓性レンズ膜の曲率を変化させることをさらに含む、項目３５に記載の方法。
（項目３７）
前記ステータは、２相電気巻線を備え、前記２相電気巻線に関する前記個別の駆動電流は、π／２の位相差を伴う正弦波電流である、項目３４－３６のいずれか１項に記載の方法。
（項目３８）
前記印刷された電気巻線の複数の層は、前記軸方向に沿ってともに順次にスタックされる第１の層と、第２の層と、第３の層と、第４の層とを備え、
前記第１の層および前記第３の層上の印刷された電気巻線は、第１相電気巻線になるように第１の連続ワイヤによって形成され、前記第２の層および前記第４の層上の印刷された電気巻線は、第２相電気巻線になるように第２の連続ワイヤによって形成される、
項目３７に記載の方法。
（項目３９）
前記ステータは、３相電気巻線を備え、前記３相電気巻線に関する前記個別の駆動電流は、２π／３の位相差を伴う正弦波電流である、項目３４－３６のいずれか１項に記載の方法。
（項目４０）
前記ロータは、前記ロータの磁極対の位置に対応する正弦波形状を有する磁場を発生させるように構成され、
前記個別の駆動電流は、前記ロータの磁石極対の位置に対応して変動する正弦波電流である、項目３４－３９のいずれか１項に記載の方法。
【図面の簡単な説明】
【0030】
【0031】
【0032】
【0033】
【0034】
【0035】
【0036】
【0037】
【0038】
【0039】
【0040】
【0041】
【0042】
【0043】
【0044】
【0045】
【0046】
【0047】
【0048】
【0049】
【0050】
【0051】
種々の図面における同様の参照番号および指定は、同様の要素を示す。
【発明を実施するための形態】
【0052】
本開示の実装は、例えば、低トルクおよび高速レジームの代わりに、高トルクおよび低速レジームにおいて動作され得る、コンパクトなコアレス環状軸方向磁束モータを提供する。コンパクトな高トルクモータは、ＭＲまたはＡＲディスプレイ等の光学システムにおける限定された進行範囲を伴う液体レンズアセンブリを駆動するための機械的カムリングベースの作動システムにおいて使用されることができる。具体的には、カムリングは、永久磁石の１つ以上のアレイ、例えば、ハルバッハアレイをカムリング上に埋設することによって、モータのロータに変換されることができる。モータのステータは、液体レンズアセンブリのキャリアフレーム上に搭載される、印刷回路基板（ＰＣＢ）上の印刷された電気巻線によって実装されることができる。カムリングは、キャリアフレームに対して回転可能である。ステータは、２相または３相またはさらにより多くの位相の電気巻線のいずれかを用いて実装されることができる。巻線は、ＰＣＢの複数の層において印刷されることができる。
【0053】
いくつかの実装では、カムリング内に埋設される永久磁石のアレイは、カムリングの全円周または環状小区分（または弧）に沿って設置されることができる。ある場合には、ＭＲまたはＡＲディスプレイの形状因子を考慮して、永久磁石は、ある度、例えば、１２０度未満に限定されるカムリングの弧において設置されることができる。すなわち、モータは、全円においてではなく、有限の、または限定された弧長を用いて形成され、これは、カムリングを、連続的回転においてではなく、限定された角度内で前後に回転させる。いくつかの実装では、モータの巻線は、湾曲したＰＣＢ上のトレースとして実装される。複数の巻線位相および高い巻線巻数が、ＰＣＢに層を追加することによって達成されることができる。
【0054】
永久磁石は、発生される磁場が、他方の対向する側（例えば、非アクティブ側）よりもハルバッハアレイの一方の側（例えば、アクティブ側）上でより強いように、ハルバッハアレイとして特殊な配列を用いて配列されることができる。磁場のより強い側は、ＰＣＢ上の電気巻線に面するように配列されることができる。永久磁石のアレイは、カムリングの円周に沿って正弦的に変動する磁束密度を生成することができる。軸方向に沿って配向される磁場成分は、電気巻線が、軸方向に沿って出入りし、電流が、円周方向に沿って正弦的に変動するとき、円周方向に沿って一定のトルクを提供することができる。トルクは、回転するように永久磁石およびカムリングを駆動することができる。電気巻線のパターンは、永久磁石の正弦波磁束密度に従って配列されることができる。カムリングは、プラスチック等の非強磁性材料から作製されることができる。
【0055】
異なるモータアーキテクチャが、実装されることができる。例えば、第１のモータアーキテクチャは、単一の永久磁石アレイ（例えば、ハルバッハアレイ）と、多層ＰＣＢとを含むことができ、これは、合計軸方向幅を最小限にし、より少ない磁石を利用することができる。第２のモータアーキテクチャは、その間に多層ＰＣＢを伴う２つの永久磁石アレイ（例えば、２つのハルバッハアレイ）を含むことができる。多層ＰＣＢは、２つの永久磁石アレイの間に中心合わせされるため、磁場成分は、多層ＰＣＢの中心を中心として軸方向に沿って対称であり得、これは、好適な駆動スキームを用いて一定のトルク出力を生成するように、各位相の巻線が厳密に同一のロータ依存性トルク定数を有することを可能にする。また、ＰＣＢにおける合計磁束密度は、第１のモータアーキテクチャにおけるものよりも大きいため、第２のモータアーキテクチャにおけるモータのトルク定数は、より大きくあり得る。
【0056】
本開示に実装される技術は、コアレスハルバッハアレイを使用することができ、これは、永久磁石磁束経路を完成させ、渦電流に起因する損失を回避するために、低磁気抵抗（例えば、鉄）コンポーネントの使用を回避することができる。軸方向設計はまた、巻線が多層ＰＣＢ上に実装されることを可能にすることができ、これは、製造することが容易である。また、２Ｄ層状モータ設計は、コンパクトなモータおよび関連付けられる作動システムを達成することができる。
【0057】
本技術は、既存の機械的作動システムにおけるブラシ、軸方向カムピン、連結部、およびマイクロモータを取り除くことができる。例えば、本技術は、ウォームギヤ連結部およびブラシを除外し、関連付けられる機械的動力の非効率または故障を避けることができる。より少ない機械的部品を伴う作動システムはまた、より長い寿命を有することができる。また、本技術は、モータが低速で動作することを可能にすることができ、これは、音響騒音を殆どまたは全く発生させず、それによって、深刻な音響騒音問題を解決することができる。
【0058】
本開示に実装されるコアレス環状軸方向磁束モータベースのデバイスまたはシステムは、コンパクトな作動システム、ウェアラブルデバイス（例えば、眼鏡）等のポータブル電子および通信デバイス、仮想現実（ＶＲ）／拡張現実（ＡＲ）ディスプレイ、または軸方向モータを必要とする任意の他の用途を含む、種々の用途において広く使用されることができる。
(例示的システムおよび光学要素)
(例示的システムおよび光学要素)
【0059】
図１は、頭部装着型視認コンポーネント１０２、ハンドヘルドコントローラコンポーネント１０４、およびユーザ上のベルトパックまたは同等物として装着されるように構成され得る、随意の相互接続される補助コンピューティングまたはコントローラコンポーネント１０６を特徴とする、例示的拡張現実システム１００の概略図である。コンポーネント１０２、１０４、１０６はそれぞれ、ＩＥＥＥ ８０２．１１、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）（ＲＴＭ）、および他の接続性標準および構成によって規定されるもの等の有線または無線通信構成を介して、相互と、およびクラウドコンピューティングまたはクラウド記憶リソース等の他の接続されるリソース１０８と通信するために、接続１１０、１１２、１１４、１１６、１１７、１１８を介して動作的に結合されてもよい。種々の実施形態では、描写される光学要素１２０は、視認コンポーネント１０２を装着するユーザが、拡張現実体験のために、関連付けられるシステムコンポーネントによって生成され得る視覚的コンポーネントとともにユーザの周囲の世界を視認することを可能にするように動作してもよい。そのようなシステムおよび体験は、米国特許出願第１４／５５５，５８５号、第１４／６９０，４０１号、第１４／３３１，２１８号、第１５／４８１，２５５号、および第６２／５１８，５３９号（そのそれぞれは、参照することによってその全体として組み込まれる）に説明されている。
【0060】
可変焦点コンポーネントが、任意の好適な数の焦平面を提供するために、光学要素１２０のコンポーネントとして利用されてもよい。いくつかの実施形態では、光学要素１２０は、統合された制御システムによって選択可能または調整可能である焦平面のスペクトルを提供するために、可変焦点コンポーネントの１つ以上のアセンブリ（または可変焦点アセンブリ）を含むことができる。例えば、内側レンズアセンブリ（ＩＬＡ）および外側レンズアセンブリ（ＯＬＡ）等の可変焦点アセンブリの対が、ＩＬＡを使用して、仮想コンテンツに様々な焦点深度のうちの１つを付与する一方、ＯＬＡを使用して、歪んだ環境光を補正または補償するために、光学要素１２０において使用されることができる。
【0061】
図２は、その間に拡張現実（ＡＲ）接眼レンズを伴う可変焦点アセンブリの対を含む、光学要素２００の部分的断面図である。光学要素２００は、図１の光学要素１２０のうちの１つであり得る。光学要素２００は、接眼レンズ２３０と、接眼レンズ２３０の両側上に個別に配置される、ＩＬＡ２１０およびＯＬＡ２２０を含む。接眼レンズ２３０からの仮想画像は、ＩＬＡ２１０に向かって投影され、それによって成形されることができる。周辺環境からの光は、１回目にＯＬＡ２２０によって成形され、次いで、２回目にＩＬＡ２１０によって成形されることができ、したがって、環境光の焦点の正味の変化は、２回の成形事象の後でゼロであり得る。いくつかの実施形態では、ＯＬＡ２２０の直径は、ＩＬＡ２１０のものよりも大きい。
【0062】
いくつかの実施形態では、図３Ａ－３Ｂおよび図４にさらに詳細に議論されるように、ＩＬＡ２１０およびＯＬＡ２２０はそれぞれ、カムリングと、カムリングの軸方向に内部にある、シェーパリングとを含むことができる。シェーパリングは、有限の進行範囲で軸方向に沿って移動するように作動システムを使用して作動されることができる。作動システムは、回転アクチュエータと、半径方向力ラッチとを含む、図６Ａの回転作動システム６００であり得る。回転アクチュエータは、図７のモータ７００、図８の８００、または図１３Ａの１３００によって実装されることができる。回転アクチュエータは、シェーパリング（または荷重）を軸方向運動を伴って移動させ得る、限定された回転運動を伴ってカムリングを回転させることができる。
【0063】
特定の実装では、ＩＬＡ２１０は、以下の仕様のうちの１つ以上のものを含むことができ、すなわち、進行範囲は、約７２１μｍであり、進行範囲は、整合オフセットおよび本システムの実際の運動要件の組み合わせであり得、最大荷重ばね力は、約２．２４±０．３Ｎであり、最小荷重ばね力は、約０．７０±０．３Ｎであり、シェーパリングの質量は、約０．６２グラムであり、荷重剛性は、約２．７５Ｎ／ｍｍであり、レンズ減衰は、約１．０であり、システム自然周波数は、約１００Ｈｚであり、シェーパリングに対する屈折の偏心（データ）は、約±０．０５ｍｍであり、焦点力誤差（組み合わせられたＩＬＡおよびＯＬＡ）は、０．１視度未満であり、焦点力誤差（仮想システムに関して）は、０．１視度未満であり、膜に取り付けられるシェーパリングの平坦度は、１０μｍ未満であり、膜に取り付けられるシェーパリングの傾斜／先端は、３分角未満である。
【0064】
特定の実装では、ＯＬＡ２２０は、以下の仕様のうちの１つ以上のものを含むことができ、すなわち、進行範囲は、約７６０μｍであり、進行範囲は、整合オフセットおよび本システムの実際の運動要件の組み合わせであり得、最大荷重ばね力は、約３．２１±０．３Ｎであり、最小荷重ばね力は、約１．３５±０．３Ｎであり、シェーパリング質量は、約０．７２グラムであり、荷重剛性は、約３．３１Ｎ／ｍｍであり、レンズ減衰は、約１．０であり、システム自然周波数は、約１００Ｈｚであり、シェーパリングに対する屈折の偏心（データ）は、約±０．０５ｍｍであり、焦点力誤差（組み合わせられたＩＬＡおよびＯＬＡ）は、０．１視度未満であり、焦点力誤差（仮想システムに関して）は、０．１視度未満であり、膜に取り付けられるシェーパリングの平坦度は、１０μｍ未満であり、膜に取り付けられるシェーパリングの傾斜／先端は、３分角未満である。
(例示的可変焦点アセンブリ)
(例示的可変焦点アセンブリ)
【0065】
図３Ａおよび３Ｂは、可変焦点アセンブリ、例えば、図２のＩＬＡ２１０またはＯＬＡ２２０または図１の光学要素１２０における可変焦点アセンブリにおいて使用され得る、液体レンズアセンブリ３００の実施例を示す。可変焦点アセンブリは、液体レンズアセンブリ３００内の流体体積の湾曲形状を調節するように動作可能である。ある体積においてカプセル化される流体を通して進行する光は、光が、カプセル化される流体の湾曲面に遭遇するときに改変され得る、波面を有する。光の波面の変化は、光の焦点の変化に対応する。
【0066】
いくつかの実施形態では、液体レンズアセンブリ３００は、屈折コンポーネント３０２と、シェーパリング３０４とを含む。屈折コンポーネント３０２は、リジッドな光学的に透明な材料（プラスチックまたはガラス等）であり得、平坦面、湾曲面、または１つの平坦面および１つの湾曲面（それぞれ、表面３０６、３０８）を有することができる。シェーパリング３０４は、金属（アルミニウム、鋼、またはチタン）、プラスチック、または他の好適に軽量かつリジッドな材料等のリジッド材料から作製されることができる。可撓性レンズ膜３１０は、可撓性レンズ膜３１０が、シールを作成するためにシェーパリング３０４の全円周に沿って取り付けられるように、シェーパリング３０４に跨架することができる。実質的に非圧縮性の流体３１２の一定の体積が、可撓性レンズ膜３１０と、シェーパリング３０４と、屈折コンポーネント３０２と、環状膜３１４との間にカプセル化されることができる。環状膜３１４は、流体が液体レンズアセンブリ３００内にシールされる状態を保ちながら、屈折コンポーネント３０２に対する（シェーパリング３０４の軸に沿った）シェーパリング３０４の軸方向運動を可能にするために、可撓性である。
【0067】
図３Ａは、シェーパリング３０４および屈折コンポーネント３０２が、より大きい距離を有することを示す一方、図３Ｂは、シェーパリング３０４が、屈折コンポーネント３０２とのより小さい距離を有するように移動されることを示す。シェーパリング３０４が、屈折コンポーネント３０２に向かって軸方向に移動され、より小さい距離を引き起こすと、可撓性レンズ膜３１０の表面は、図３Ａよりも図３Ｂにおいてより湾曲し、非圧縮性流体３１２は、可撓性レンズ膜３１０に向かって押動される。
【0068】
図４は、可変焦点アセンブリ４００、例えば、図２のＩＬＡ２１０またはＯＬＡ２２０または図１の光学要素１２０における可変焦点アセンブリの分解図を示す。可変焦点アセンブリ４００は、液体レンズアセンブリ４０２、例えば、図３Ａ－３Ｂの液体レンズアセンブリ３００を含む。液体レンズアセンブリ４０２は、シェーパリング４０４と、レンズコア４０６と、液体レンズアセンブリの他の部分（個々に図示せず）とを含む。いくつかの実施形態では、シェーパリング４０４を含む液体レンズアセンブリ４０２は、カムリング４１６内に入れ子になる。シェーパリング４０４上の機械的特徴は、カムリング４１６の回転運動が、シェーパリング４０４の軸方向運動をもたらし、したがって、液体レンズアセンブリ４０２における可撓性レンズ膜、例えば、図３Ａ－３Ｂの可撓性レンズ膜３１０の形状の変化をもたらすように、カムリング４１６の機械的特徴に係合することができる。
【0069】
カムリング４１６および液体レンズアセンブリ４０２は、キャリアフレーム４１８内に入れ子になることができる。カムリング４１６は、キャリアフレーム４１８およびシェーパリング４０４の両方に対して回転可能であり得る。シェーパリング４０４は、カムリング４１６およびキャリアフレーム４１８の両方に対して軸方向に移動可能であり得る。キャップ４２０が、キャリアフレーム４１８内に格納される、またはそれに搭載される、カムリング４１６等のコンポーネントの位置を固着させるために、キャリアフレーム４１８に固定されてもよい。いくつかの実施形態では、可撓性レンズ膜の曲率を調節するための作動システムは、カムリング４１６とキャリアフレーム４１８およびシェーパリング４０４の両方との間の相対的回転運動を使用し、軸方向運動をシェーパリング４０４に、したがって、可撓性レンズ膜に付与する。作動の間、キャリアフレーム４１８は、移動を伴わずに静的であり得、カムリング４１６は、回転運動を有することができ、シェーパリング４０４は、軸方向運動を有することができる。
【0070】
図５Ａおよび５Ｂは、シェーパリング４０４およびカムリング４１６に係合するための機械的特徴の実施例を示す。図５Ａに図示されるように、特定の表面幾何学形状が、シェーパリング４０４とカムリング４１６との間の界面５０２において示される。突起５０４が、シェーパリング４０４上に示され、軸方向に延在し、カムリング４１６上の螺旋スプライン特徴に係合し、カムリング４１６が回転する際、シェーパリング４０４に軸方向運動を付与する。ランプ、段、ガイドピン、および他の機械的特徴等の他の幾何学形状、特に、シェーパリング４０４に対するカムリング４１６の相対的回転をカムリング４１６に対するシェーパリング４０４の軸方向移動に変換するように作用する好適な幾何学形状が、カムリング４１６に対するシェーパリング４０４の軸方向運動を誘導するために使用されることができる。
(例示的回転作動システム)
(例示的回転作動システム)
【0071】
図６Ａは、環状軸方向磁束モータベースの作動システム６００の実施例を示す。システム６００は、回転カム要素６１０を作動させるように構成される、回転アクチュエータ６０２を含む。カム要素６１０は、図４のカムリング４１６であり得る。ある場合には、カム要素６１０は、カムリングの環状小区分、例えば、カムリングの半分であり得る。カム要素６１０は、有限の（または限定された）作動範囲、例えば、±４度を有することができる。図７、８、および１３Ａにさらに詳細に説明されるように、有限の作動範囲は、カム要素６１０の環状小区分に対応する回転アクチュエータ６０２を実現することによって達成されることができる。
【0072】
システム６００は、カム要素６１０の位置を検出するように構成される、位置センサ６０４を含むことができる。例えば、位置センサ６０４は、カム要素が、元の位置にあるとき、ゼロに較正されることができる。回転アクチュエータが、回転するようにカム要素６１０を作動させると、位置センサ６０４は、カム要素６１０が回転された度数を検出し、次いで、検出の結果に基づいて、カム要素６１０の現在の位置を決定することができる。
【0073】
いくつかの実装では、カム要素６１０は、回転アクチュエータ６０２からのいかなる作動も存在しないとき、自己係止するために十分な摩擦を有する。いくつかの実装では、システム６００は、カム要素６１０が移動することを防止するように構成される、半径方向力ラッチ６０６を含む。回転アクチュエータは、半径方向力ラッチ６０６が、解放されると、カム要素６１０を作動させる。
【0074】
図６Ｂおよび６Ｃは、動作状態（図６Ｂ）および解放状態（図６Ｃ）における半径方向力ラッチ６０６の実施例を示す。半径方向力ラッチ６０６は、ばね６２２を用いて、カム要素６１０の中に半径方向に装填される、ドライブドッグ６２０を含むことができる。ドライブドッグ６２０は、強磁性金属から作製されることができ、半径方向に配向されるソレノイド６３０を介して解放されることができる。ソレノイド電力は、作動の間のみ消費される。動作状態において、図６Ｂに図示されるように、ソレノイド電磁石は、給電されていない。ばね６２２は、ドライブドッグ６２０をカム要素６１０に向かって押動し、カム要素６１０が移動することを防止する。解放状態において、図６Ｃに図示されるように、ソレノイド電磁石は、通電され、ドライブドッグ６２０は、（矢印が示すように）ばね６２２に向かって後退され、カム要素６１０は、自由に移動する。
【0075】
いくつかの実装では、ソレノイド６３０の作動のための回路が、一方向性作動のための低側駆動スイッチを含むことができる。スナバが、ソレノイド６３０の緩慢な作動が、必要とされる場合、荷重に平行に追加されることができる。ソレノイド６３０を駆動する電流が、漸増される必要がある場合、開ループ電流制御が、金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）をバイポーラ接合トランジスタ（ＢＪＴ）またはＢＪＴダーリントンと置換し、マイクロコントローラユニット（ＭＣＵ）のデジタル－アナログ回路（ＤＡＣ）を使用し、ＢＪＴのベース電流を漸増させることによって実装されることができる。
【0076】
特定の実装では、アクチュエータ６０２は、以下の仕様のうちの１つ以上のものを有することができ、質量は、７．９グラム未満であり、推力および開始推力は、±１Ｎ～±４Ｎであり、速度は、約５０ｍｍ／秒であり、ストロークは、０．８～３．５ｍｍの範囲内であり、可動システムの動力学（伝達関数：剛性（ｋ）、質量減衰（ｍ）、自然周波数（ｆｎ）、および減衰比（β））：ｍｅｆｆは、５グラム未満であり、ｋは、２．０Ｎ／ｍｍ～４Ｎ／ｍｍまたは４．０Ｎ／ｍｍ～８Ｎ／ｍｍの範囲内の値よりも大きく、ｆｎは３０～２００ヘルツであり、βは０．５～３．０であり、位置付け正確度（６自由度に関する許容可能なモータ誤差運動）は、±０．２ｍｍであり、最小可能運動ステップは、１μｍ未満であり、配向（先端／傾斜）不確実性は、１２０分角未満であり、分散荷重特性は、約Ф４０ｍｍであり、デューティサイクルは、０．３Ｈｚの周波数において約１，２００万回切替であり、モータの形状因子：寸法＜３３ｍｍ×１６ｍｍ×９．２ｍｍであり、作動される要素に関する形状因子：分散荷重を伴ってФ４０ｍｍであり、機械的コンポーネントおよび搭載場所の許容可能な変形は、０．０２０～０．３００ｍｍ未満であり、自己係止保持力は、１．２×作動力よりも大きく、電力消費：平均は、０．５ワット未満であり、最大は、１．０ワット未満であり、駆動音（許容可能な騒音）は、２５ｍｍにおいて２５～３２ｄｂＡ未満であり、熱価は、１ワット未満であり、駆動の間の温度は、６０℃未満であり、寿命は、約１０，０００時間であり、使用環境（使用温度、使用湿度）：周囲温度は、－１０℃～＋５５℃の範囲内であり、非結露湿度は、５～９５％の範囲内であり、耐衝撃性は、３つの配向において１メートルからの落下に耐えることができ、いかなる損傷も伴わない。
(例示的環状軸方向磁束モータ)
(例示的環状軸方向磁束モータ)
【0077】
図７は、環状磁束永久磁石軸方向モータ７００の実施例を示す。モータ７００は、可変焦点アセンブリ、例えば、図２のＩＬＡ２１０またはＯＬＡ２２０、図４の可変焦点アセンブリ４００における、または液体レンズアセンブリ、例えば、図３Ａ－３Ｂの液体レンズアセンブリ３００または図４の液体レンズアセンブリ４０２におけるアクチュエータ、例えば、図６Ａ－６Ｃのアクチュエータ６０２として実装されることができる。
【0078】
モータ７００は、例えば、可変焦点アセンブリにおける液体レンズアセンブリのカムリング７０２を移動させることによって、可変焦点アセンブリを移動させるように構成される。カムリング７０２は、図４のカムリング４１６であり得る。可変焦点アセンブリは、カムリング７０２内に入れ子になる、シェーパリング、例えば、図４のシェーパリング４０４または図３Ａ－３Ｂのシェーパリング３０４を含むことができる。カムリング７０２の回転運動は、シェーパリングの軸方向運動をもたらすことができる。カムリング７０２は、キャリアフレーム（図示せず）、例えば、図４のキャリアフレーム４１８内に入れ子になることができる。カムリング７０２は、キャリアフレームに対して回転可能であり得る。シェーパリングは、カムリング７０２およびキャリアフレームの両方に対して軸方向に移動可能である。シェーパリングの軸方向運動は、シェーパリングに結合される可撓性レンズ膜の曲率の変化を引き起こすことができる。
【0079】
モータ７００は、カムリング７０２を、全円において連続的に回転させるのではなく、有限の（または限定された）進行範囲で、例えば、限定された角度範囲内で回転させることができる。カムリング７０２は、有限の進行範囲内で前方および／または後方に回転されることができる。
【0080】
いくつかの実施形態では、モータ７００は、カムリング７０２の環状開口部の少なくとも一部の周囲に特定の配列を伴う永久磁石のアレイ（または複数のアレイ）を設置することによって形成される、ロータ７１０を含む。図７に図示されるように、永久磁石のアレイは、カムリング７０２の環状小区分、例えば、Θの角度内の弧上に配列されることができる。永久磁石は、カムリング７０２の円周に沿って配列される。永久磁石のアレイは、反対の磁石極（ＮおよびＳ）の交互する対を含むことができる。カムリング７０２は、プラスチック等の非強磁性材料から作製されることができる。
【0081】
モータ７００はさらに、永久磁石および電気巻線が、別個のコンポーネントに搭載され、相互に対応するように、キャリアフレームの環状開口部の少なくとも一部の周囲に電気巻線を設置することによって形成される、ステータ７２０を含む。電気巻線は、印刷回路基板（ＰＣＢ）上に印刷される、伝導性材料、例えば、銅を使用して作製されることができる。ＰＣＢは、次いで、サイズに合わせて切断され、湾曲され、キャリアフレームに搭載されることができる。いくつかの実施形態では、印刷された電気巻線の複数の層が、巻線の密度が、増加され得るように、ＰＣＢ上で相互の上にスタックされることができる。巻線のより高い密度は、より高いトルク出力を提供することができる。ステータ７２０は、２相、３層、またはさらにより多くの位相の巻線のいずれかにおいて実装されることができる。
【0082】
電流が、ＰＣＢ巻線を通して通過する際、時変磁場が、作成され、これは、ロータ７１０の永久磁石のアレイと相互作用し、カムリング７０２を伴うロータ７１０とキャリアフレームとの間の相対的回転を引き起こす。座標ｘ、ｙ、ｚの軸は、それぞれ、接線方向、軸方向、および半径方向を表す。永久磁石のアレイおよび電気巻線は、ＰＣＢ巻線の様々な磁場が、ロータ７１０の磁場の軸方向（すなわち、ｙ方向）に沿って軸方向成分と相互作用し、一定のトルクを提供し、接線方向（すなわち、ｘ方向）に沿って力を発生させ、それによって、ロータ７１０の永久磁石およびカムリング７０２を回転させるように構成されることができる。
【0083】
いくつかの他の実施形態では、電気巻線および永久磁石のアレイが、別個のコンポーネント上に形成され得、相対的移動を有し得るように、ロータ７１０の永久磁石のアレイは、キャリアフレーム上に形成されることができる一方、ステータ７２０のＰＣＢ上の電気巻線は、カムリング７０２上に形成されることができる。
【0084】
図８は、環状磁束永久磁石軸方向モータ８００の実施例を示す。モータ８００は、図７のモータ７００であり得る。モータ８００は、ロータ８１０、例えば、図７のロータ７１０と、ステータ８２０、例えば、図７のステータ７２０とを含む。ロータ８１０は、回転可能カムリング、例えば、図７のカムリング７０２上に搭載される、永久磁石のアレイを含むことができる。ステータ８２０は、回転可能カムリングを担持する、キャリアフレーム、例えば、図４のキャリアフレーム４１８上に搭載されることができる。図８は、モータ８００の展開側面（半径方向）図を示す。
【0085】
いくつかの実装では、ロータ８１０は、アレイの一方の側（例えば、アクティブ側）上の磁場を増強しながら、他方の対向する側（例えば、非アクティブ側）上の磁場をほぼゼロに相殺する、永久磁石の特殊な配列を有する、ハルバッハアレイを含む。ハルバッハアレイは、磁化の空間的に回転するパターンを有する。永久磁石の回転パターン（前面、左、上、右、下）は、無限に継続され、同一の効果を有することができる。配列の効果は、類似する極が触れる、相互に隣接して設置される、いくつかの馬蹄型磁石に類似し得る。
【0086】
図９は、ハルバッハアレイ９００の磁場９１０の実施例を示す。ハルバッハアレイ９００は、水平方向、すなわち、ｘ方向に沿って延在する、永久磁石の線形アレイを含む。磁場９１０は、水平方向成分、例えば、ｘ方向と、垂直方向成分（または軸方向）、例えば、ｙ方向とを有する。矢印９１２は、ハルバッハアレイ９００の各磁石極における磁場方向を示す。ハルバッハアレイ９００の特殊な配列に起因して、磁場９１０は、（ハルバッハアレイ９００の上部側に示されるような）ハルバッハアレイ９００の他方の対向する側よりも（ハルバッハアレイ９００の底部側に示されるような）ハルバッハアレイ９００の一方の側上でより強い。
【0087】
より強い側（またはアクティブ側）上のハルバッハアレイ９００の磁場９１０は、下記のように表されることができ、
Ｂ（ｘ，ｙ）＝Ｂｘ＋ｊＢｙ＝Ｂ０ ｅｊｋｘ ｅ－ｋｙ＝Ｂ０ ｃｏｓ（ｋｘ）ｅ－ｋｙ＋ｊＢ０ ｓｉｎ（ｋｘ）ｅ－ｋｙ （１）
式中、Ｂ０は、磁場の大きさを表し、Ｂｘは、ｘ方向に沿った磁場ベクトルを表し、Ｂｙは、ｙ方向に沿った磁場ベクトルを表し、ｋは、波ベクトルを表す。
Ｂ（ｘ，ｙ）＝Ｂｘ＋ｊＢｙ＝Ｂ０ ｅｊｋｘ ｅ－ｋｙ＝Ｂ０ ｃｏｓ（ｋｘ）ｅ－ｋｙ＋ｊＢ０ ｓｉｎ（ｋｘ）ｅ－ｋｙ （１）
式中、Ｂ０は、磁場の大きさを表し、Ｂｘは、ｘ方向に沿った磁場ベクトルを表し、Ｂｙは、ｙ方向に沿った磁場ベクトルを表し、ｋは、波ベクトルを表す。
【0088】
電流が、電気巻線を通して流動すると、時変磁場が、発生されることができ、ハルバッハアレイ９００の磁場９１０と相互作用し、ローレンツ力Ｆを発生させる。ローレンツ力Ｆは、下記のように表されることができ、
Ｆ＝（Ｎ×ｉ）Ｌ×Ｂ （２）
式中、Ｎは、電気巻線の巻数を表し、ｉは、電気巻線を通した電流の大きさを表し、Ｌは、巻線長ベクトルを表し、Ｂは、ハルバッハアレイ９００からの磁場ベクトルを表す。
Ｆ＝（Ｎ×ｉ）Ｌ×Ｂ （２）
式中、Ｎは、電気巻線の巻数を表し、ｉは、電気巻線を通した電流の大きさを表し、Ｌは、巻線長ベクトルを表し、Ｂは、ハルバッハアレイ９００からの磁場ベクトルを表す。
【0089】
前述で議論されるように、カムリング上に配列されるロータを回転させるために、カムリングの接線方向、すなわち、ｘ方向に沿った力が、利用される必要がある。電気巻線が、ｚ方向に沿って出入りする場合、ハルバッハアレイ９００の磁場のｙ成分Ｂｙのみが、ローレンツ力Ｆｘのｘ成分に寄与する一方、磁場Ｂｘのｘ成分は、軸方向力Ｆｙに変換されるｙ力を作成する。したがって、磁場成分Ｂｙは、接線方向力Ｆｘを増加させるように最大限にされることができる一方、磁場成分Ｂｘは、軸方向力Ｆｙを低減させるように最小限にされることができる。
【0090】
再び図８を参照すると、ロータ８１０のハルバッハアレイのアクティブ側は、ステータ８２０の多層ＰＣＢに面するように構成される。いくつかの実施形態では、ハルバッハアレイは、接線方向（ｘ方向）に沿って、またはカムリングの円周に沿って延在する、線形アレイである。ハルバッハアレイは、永久磁石の周期的ユニットを含む。各ユニットは、磁石極対ＮおよびＳの列を含むことができる。図８に図示されるように、例示的磁気ユニットは、接線方向に沿った順序付けられるシーケンスにおける磁石極対の４つの列、すなわち、軸方向に沿った第１の列上の垂直なＮ極および垂直なＳ極と、軸方向に沿った第２の列上の水平なＳ極および水平なＮ極と、軸方向に沿った第３の列上の垂直なＮ極および垂直なＮ極と、軸方向に沿った第４の列上の水平なＮ極および水平なＳ極とを含む。永久磁石の他方の側よりも一方の側上により強い磁場を形成し得る他のシーケンスもまた、ロータ８１０において実装されることができる。隣接する列は、空気空間である、または永久磁石よりも低い剛性を有する材料を用いて充填され得る、磁気空間を有することができる。
【0091】
図１０は、図８のハルバッハアレイのシミュレートされた磁場１０００を示す。ハルバッハアレイの磁場は、磁場の有限要素シミュレーション、例えば、ＦＥＭＭ（有限要素法磁気学）を実施するためのソフトウェアツールによってシミュレートされることができる。シミュレーションでは、各磁極は、１ｍｍの幅および１ｍｍの高さを有するように構成され、磁石間隔は、０．１ｍｍである。磁石等級は、Ｎ４２Ｈである。シミュレートされた磁場１０００は、図９に図示される磁場９１０と同様に、ハルバッハアレイが、アレイの他の非アクティブ側よりもアレイのアクティブ側上により強い磁場を発生させることを示す。
【0092】
図１１Ａおよび１１Ｂは、ハルバッハアレイの水平方向、すなわち、ｘ方向に沿ったシミュレートされた磁場１０００の成分を示す。曲線１１０２および１１１２は、磁場のｙ成分Ｂｙを示す一方、曲線１１０４および１１１４は、磁場のｘ成分Ｂｘを表す。図１１Ａは、ハルバッハアレイのアクティブ側から０．２５ｍｍの距離における磁場を示し、図１１Ｂは、ハルバッハアレイのアクティブ側から０．５０ｍｍの距離における磁場を示す。曲線は、磁場成分ＢｘおよびＢｙが、９０度位相外である正弦波であることを示す。磁場Ｂは、これがハルバッハアレイにより近接するとき、より強い。
【0093】
再び図８を参照すると、ステータ８２０が、単相電気巻線を有する場合、ローレンツ力Ｆｘのｘ成分は、下記のように表されることができ、
Ｆｘ＝ｉＬｚ（ｘ）Ｂｙ（ｘ）ｃｏｓ（ｋｘ＋π／２）＝ｉＬｚ（ｘ）Ｂ０（ｙ）│ｓｉｎ（ｋｘ）│ （３）
式中、Ｌｚ（ｘ）は、ｘに伴って変動する方形波の巻線長を表す。巻線方向は、π電気ラジアン毎に変化し、これは、ＬｚおよびＢｙの積が、正であり、Ｆｘの極性が、電流ｉの極性によって決定されることを確実にする。式（３）は、力Ｆｘが非定数であり、ｘに伴って変動することを示す。
Ｆｘ＝ｉＬｚ（ｘ）Ｂｙ（ｘ）ｃｏｓ（ｋｘ＋π／２）＝ｉＬｚ（ｘ）Ｂ０（ｙ）│ｓｉｎ（ｋｘ）│ （３）
式中、Ｌｚ（ｘ）は、ｘに伴って変動する方形波の巻線長を表す。巻線方向は、π電気ラジアン毎に変化し、これは、ＬｚおよびＢｙの積が、正であり、Ｆｘの極性が、電流ｉの極性によって決定されることを確実にする。式（３）は、力Ｆｘが非定数であり、ｘに伴って変動することを示す。
【0094】
ロータ８１０に関する一定のトルクを発生させるために、ステータ８２０は、少なくとも２相の電気巻線を有するように構成されることができる。例えば、π／２ｒａｄ位相外である正弦波駆動電流を伴う２相（位相Ａおよび位相Ｂ）電気巻線を有するステータ８２０に関して、力Ｆｘは、以下のように表されることができる。
Ｆｘ＝ｉＡ（ｘ）Ｌｚ－Ａ（ｘ）Ｂｙ（ｘ）＋ｉＢ（ｘ）Ｌｚ－Ｂ（ｘ）Ｂｙ（ｘ）
＝２ｉ│Ｌｚ│Ｂ０（ｙ）（ｓｉｎ２（ｋｘ）＋（ｓｉｎ２（ｋｘ＋π／２））＝Ｂ０（ｙ）２ｉ│Ｌｚ│ （４）
上記の式は、２相電気巻線を通した電流ｉＡおよびｉＢが、例えば、磁場配向制御（ＦＯＣ）によってｘに伴って正弦的に変動するとき、Ｆｘが、ｘに伴って一定であることを示す。
Ｆｘ＝ｉＡ（ｘ）Ｌｚ－Ａ（ｘ）Ｂｙ（ｘ）＋ｉＢ（ｘ）Ｌｚ－Ｂ（ｘ）Ｂｙ（ｘ）
＝２ｉ│Ｌｚ│Ｂ０（ｙ）（ｓｉｎ２（ｋｘ）＋（ｓｉｎ２（ｋｘ＋π／２））＝Ｂ０（ｙ）２ｉ│Ｌｚ│ （４）
上記の式は、２相電気巻線を通した電流ｉＡおよびｉＢが、例えば、磁場配向制御（ＦＯＣ）によってｘに伴って正弦的に変動するとき、Ｆｘが、ｘに伴って一定であることを示す。
【0095】
ステータ８２０はまた、相互に対して２π／３ｒａｄ（すなわち、１２０度）位相外である正弦波駆動電流を伴う３層電気巻線を有するように構成されることができ、力Ｆｘは、式（４）におけるものと同一のままであり得る。例証目的のみのために、図８は、ステータ８２０が、２相電気巻線を有することを示す。ステータ８２０は、多層ＰＣＢであり、各層は、各位相の巻線を表すことができる。ステータ８２０は、２相巻線を通した電流の位相差が、π／２である、２相巻線を含むことができる。ステータ８２０は、位相Ａおよび位相Ｂの巻線の１つ以上の対を含むことができる。例えば、図８は、ステータ８２０が、位相Ａおよび位相Ｂの巻線の２つの対を伴う２相巻線を含むことを示す。
【0096】
図１２は、長方形パターンを伴う位相Ａおよび位相Ｂの電気巻線の実施例を示す。長方形巻線１２００は、第１のＰＣＢ層上の位相Ａの電気巻線を表し、長方形巻線１２１０は、第２のＰＣＢ層上の位相Ｂの電気巻線を表す。位相Ａおよび位相Ｂの長方形巻線１２００および１２１０は、π／２位相差に対応する、巻線周期の４分の１でオフセットされるように構成される。長方形巻線１２００は、第１のＰＣＢ層上の巻線の間に公称間隙（例えば、空隙）１２０２を有し、長方形巻線１２１０は、第２のＰＣＢ層上の巻線の間に公称間隙（例えば、空隙）１２１２を有する。間隙１２０２および間隙１２１２は、同一の幅または異なる幅を有することができる。
【0097】
破線枠１２０４および１２１４は、有用な電流に寄与する領域を表す一方、半径方向（ｚ方向）に沿った破線枠の高さは、半径方向（ｚ方向）に沿ったロータ、例えば、図８のロータ８１０における永久磁石の高さに対応する。電気巻線周期に対する磁石高の比率は、巻線コイル抵抗に起因して発生される熱が、最小限にされ得るように、高くなるように構成されることができる。公称間隙１２０２および１２１２は、トルク定数ＫＴを最大限にするように小さく保たれることができる。トルク定数（ＫＴ）の２乗に対する巻線の全抵抗（Ｒａ）の比率（Ｒａ／ＫＴ
２）は、コイル材料（例えば、銅）に起因するエネルギー損失を最小限にし、モータ、例えば、図８のモータ８００の動作効率を最大限にするために、最小限にされることができる。
【0098】
図１３Ａは、環状磁束永久磁石軸方向モータ１３００の別の実施例を示す。モータ１３００は、図６Ａ－６Ｃのアクチュエータ６０２として実装されることができる。図８のモータ８００と比較して、モータ１３００は、ロータとして永久磁石の２つのアレイ１３１０ａおよび１３１０ｂと、ステータとして、軸方向、例えば、ｙ方向に沿って永久磁石の２つのアレイ１３１０ａおよび１３１０ｂの間にある、電気巻線の多層ＰＣＢ１３２０とを含む。多層ＰＣＢ１３２０は、２相巻線スキームとして実装されることができ、位相Ｂおよび位相Ａの電気巻線層の交互する対を含む。層の数は、９０度位相外である巻線の２つのセットに均一に分割される。ロータ位置に伴って正弦的に変動する駆動電流を実装する、磁場配向制御を実装する駆動スキームを前提として、平坦なトルク出力が、達成されることができる。多層ＰＣＢ１３２０はまた、３相巻線スキームであるように構成されることができ、ＰＣＢにおける層の数は、３（または６）の整数倍であり、異なる巻線は、相互に１２０度位相外で配策される。
【0099】
多層ＰＣＢ１３２０は、永久磁石の２つのセット１３１０ａおよび１３１０ｂの間に中心合わせされるため、２つのセット１３１０ａおよび１３１０ｂの磁場の磁場成分は、ＰＣＢ１３２０の中心を中心として軸方向（すなわち、ｙ方向）に沿って対称であり得、これは、好適な駆動スキームを用いて一定のトルク出力を生成するように、各巻線位相が厳密に同一のロータ依存性トルク定数を有することを可能にする。また、より強く、より均一な磁束密度が、モータ１３００において達成されることができる。故に、モータ１３００のトルク定数は、増加されることができる。
【0100】
いくつかの実施形態では、永久磁石の第１のアレイ１３１０ａは、ハルバッハアレイ、例えば、図８のロータ８１０のハルバッハアレイを含む。第１のアレイ１３１０ａは、アレイの一方の側上の磁場を増強しながら、他方の側上の磁場をほぼゼロに相殺する、永久磁石の特殊な配列を有する。第１のアレイ１３１０ａは、多層ＰＣＢ１３２０の一方の側、例えば、多層ＰＣＢ１３２０の最初の層に面するより強い側を伴って配列される。いくつかの実施形態では、第１のアレイ１３１０ａは、接線方向に沿って延在する、周期的磁石ユニットを含む、線形ハルバッハアレイである。各磁石ユニットは、接線方向に沿った順序付けられるシーケンスを伴う磁石極対の４つの列、すなわち、第１の列上の軸方向に沿って順次にスタックされる、垂直なＮ極および垂直なＳ極と、第２の列上の接線方向に沿って順次にスタックされる、水平なＳ極および水平なＮ極と、第３の列上の軸方向に沿って順次にスタックされる、垂直なＳ極および垂直なＮ極と、第４の列上の接線方向に沿って順次にスタックされる、水平なＮ極および水平なＳ極とを含むことができる。隣接する列は、磁気空間を有する。
【0101】
いくつかの実施形態では、永久磁石の第２のアレイ１３１０ｂもまた、アレイの一方の側上の磁場を増強しながら、他方の側上の磁場をほぼゼロに相殺する、永久磁石の特殊な配列を有する、ハルバッハアレイであり得る。第２のアレイ１３１０ｂは、多層ＰＣＢ１３２０の他方の側、例えば、多層ＰＣＢ１３２０の最後の層に面する、磁場のより強い側を有するように構成される。いくつかの実施形態では、第２のアレイ１３１０ｂは、接線方向に沿って延在する、周期的磁石ユニットを含む、線形ハルバッハアレイである。各磁石ユニットは、接線方向に沿った順序付けられるシーケンスを伴う磁石極対の４つの列、すなわち、第１の列上の軸方向に沿って順次にスタックされる、垂直なＮ極および垂直なＳ極と、第２の列上の接線方向に沿って順次にスタックされる、水平なＮ極および水平なＳ極と、第３の列上の軸方向に沿って順次にスタックされる、垂直なＳ極および垂直なＮ極と、第４の列上の接線方向に沿って順次にスタックされる、水平なＳ極および水平なＮ極とを含むことができる。隣接する列は、磁気空間を有する。
【0102】
図１３Ａに図示されるように、第２のアレイ１３１０ｂは、第２のアレイ１３１０ｂのより強い側が、第２のアレイ１３１０ｂのハルバッハアレイの左側にあり、第１のアレイ１３１０ａのより強い側が、第１のアレイ１３１０ａのハルバッハアレイの右側にあるように、第２の列および第４の列が反対の磁石極を有する、第１のアレイ１３１０ａと異なる配列を有する。
【0103】
図１３Ｂは、図１３Ａのモータ１３００の配列の概略図を示す。永久磁石の２つのアレイ１３１０ａおよび１３１０ｂは、カムリング１３０２上に搭載されることができる。カムリング１３０２は、陥凹の両側上に永久磁石の２つのセット１３１０ａおよび１３１０ｂを伴う陥凹を含むことができ、多層ＰＣＢ１３２０は、陥凹の中に挿入され、カムリング１３０２の外部にあるキャリアフレーム１３０４上に搭載されることができる。いくつかの実施形態では、カムリング１３０２は、いかなる陥凹も有しておらず、カムリング１３０２の円周上に搭載される永久磁石の２つのセット１３１０ａおよび１３１０は、その間に間隙を形成することができ、キャリアフレーム１３０４上に搭載される多層ＰＣＢ１３２０は、間隙の中に挿入されることができる。多層ＰＣＢ１３２０は、半径方向に沿って永久磁石のアレイ１３１０ａおよび１３１０ｂと実質的に同一の高さ（半径方向に沿った）を有することができる。
【0104】
特定の実施形態では、図１３Ａに図示されるように、各磁極ＮまたはＳは、ｘ方向に沿った１．０ｍｍの長さと、ｙ方向に沿った０．５ｍｍの幅とを有する。したがって、永久磁石の各アレイは、ｙ方向に沿って１ｍｍの幅を有する。多層ＰＣＢ１３２０は、ｙ方向に沿って１．６ｍｍの合計幅を有する。ＰＣＢ１３２０は、交互する位相Ａおよび位相Ｂの印刷された電気巻線層の２つの対を含むことができる。多層ＰＣＢ１３２０と永久磁石の各アレイ１３１０ａ、１３１０ｂとの間の公称間隙は、ｙ方向に沿って約０．２ｍｍである。カムリング１３０２の厚さは、４ｍｍ以上であり得る。永久磁石のアレイにおける隣接する列の間の磁気空間は、０．２５ｍｍであり得る。磁石等級は、Ｎ４２Ｈであり得る。
【0105】
図１４は、図１３Ａにおけるものと同一の相互から離間される永久磁石の２つのセット１３１０ａおよび１３１０ｂのシミュレートされた磁場１４００を示す。磁場１４００は、磁場の有限要素シミュレーション、例えば、ＦＥＭＭ（有限要素法磁気学）を実施するためのソフトウェアツールによってシミュレートされることができる。シミュレーションでは、特定の実施形態に説明されるように、永久磁石の各セットは、１．０ｍｍの長さおよび１．０ｍｍの幅を有する。磁石間隔は、０．２５ｍｍである。磁石等級は、Ｎ４２Ｈである。シミュレートされた磁場１４００は、２つのハルバッハアレイが、ハルバッハアレイのアクティブ側（内側）においてより強い磁場を発生させ、ハルバッハアレイの他の非アクティブ側（外側）上ではるかに弱い磁場を発生させることを示す。
【0106】
図１５Ａ－Ｃは、垂直（軸）方向、すなわち、ｙ方向に沿った異なる距離における、２つのハルバッハアレイの水平方向、すなわち、ｘ方向に沿ったシミュレートされた磁場１４００の成分を示す。曲線１５０２、１５１２、および１５２２は、磁場１４００のｙ成分Ｂｙを示す一方、曲線１５０４、１５１４、および１５２４は、磁場１４００のｘ成分Ｂｘを表す。図１５Ａは、永久磁石の第１のアレイ１３１０ａから０．２ｍｍの距離における、すなわち、ＰＣＢ１３２０の第１の側の縁上の磁場を示す。図１５Ｂは、軸方向に沿った第１のアレイ１３１０ａから１．８０ｍｍの距離または第２のアレイ１３１０ｂから０．２ｍｍの距離における、すなわち、ＰＣＢ１３２０の第２の側の縁上の磁場を示す。図１５Ｃは、第１のアレイ１３１０ａから１．００ｍｍの距離における、すなわち、ＰＣＢ１３２０の中心における磁場を示す。曲線は、磁場成分ＢｘおよびＢｙが、９０度位相外である正弦波であることを示す。磁場１４００は、ＰＣＢ１３２０の中心を中心として対称である。磁場成分Ｂｘは、磁場が、ＰＣＢ１３２０の中心により近接するとき、磁場成分Ｂｙよりも有意に速く減衰する。故に、合計蓄積磁場は、ｘ成分Ｂｘよりもはるかに強いｙ成分Ｂｙを有する。上記のように、磁場成分Ｂｙは、カムリングを回転させ得るローレンツ力Ｆｘに寄与することができる。
【0107】
図１６Ａおよび１６Ｂは、図１３Ａの多層ＰＣＢ１３２０上の印刷された電気巻線の巻線パターンの実施例を示す。巻線は、長方形パターン（図１６Ａ）または三角形パターン（図１６Ｂ）のいずれかを使用して設計されることができる。半径方向（ｚ方向）に沿ったトレースコンポーネントのみが、有用なトルクを生成し得ることに留意されたい。円周方向（ｘ方向）に沿ったトレースコンポーネントは、有用なトルクに寄与せず、巻線抵抗を増加させ、熱を放散し、モータ１３００の効率を低減させ得る。数学モデルおよびシミュレーションが、磁石間隔、磁石幅（円周方向）、磁石高（半径方向）、および三角形巻線角度（β）を含む、複数の設計変数に関して２つのタイプの巻線（図１６Ａの長方形巻線および図１６Ｂの三角形巻線）の巻線設計を最適化するために開発されることができる。
【0108】
例えば、図１６Ａでは、長方形巻線は、以下の性質を有することができ、
Ｎｔｕｒｎ＝ｆｌｏｏｒ［（λ／２）／（Ｗｔｒａｃｅ＋Ｓｔｒａｃｅ）］ （５）、
Ｌｚ＝２Ｎｔｕｒｎ（ＨＰＣＢ－λ／２） （６）、および
Ｌｔｏｔａｌ＝λＮｔｕｒｎ （７）、
式中、λは、巻線周期を表し、Ｎｔｕｒｎは、巻線周期における電気巻線の巻数を表し、Ｌｚは、ｚ方向に沿った巻線長（または巻線周期あたりまたは極対あたりの有効長）を表し、Ｗｔｒａｃｅは、巻線トレースの幅を表し、Ｓｔｒａｃｅは、巻線トレースの間の間隔を表し、ＨＰＣＢは、ｚ方向に沿ったＰＣＢ基板の高さを表す。
Ｎｔｕｒｎ＝ｆｌｏｏｒ［（λ／２）／（Ｗｔｒａｃｅ＋Ｓｔｒａｃｅ）］ （５）、
Ｌｚ＝２Ｎｔｕｒｎ（ＨＰＣＢ－λ／２） （６）、および
Ｌｔｏｔａｌ＝λＮｔｕｒｎ （７）、
式中、λは、巻線周期を表し、Ｎｔｕｒｎは、巻線周期における電気巻線の巻数を表し、Ｌｚは、ｚ方向に沿った巻線長（または巻線周期あたりまたは極対あたりの有効長）を表し、Ｗｔｒａｃｅは、巻線トレースの幅を表し、Ｓｔｒａｃｅは、巻線トレースの間の間隔を表し、ＨＰＣＢは、ｚ方向に沿ったＰＣＢ基板の高さを表す。
【0109】
例えば、図１６Ｂでは、三角形巻線は、以下の性質を有することができ、
Ｎｔｕｒｎ＝ｆｌｏｏｒ［（ＨＰＣＢ－λ／２×ｔａｎ（β））／（Ｗｔｒａｃｅ＋Ｓｔｒａｃｅ）］（８）、
Ｌｚ＝２Ｎｔｕｒｎ（λ／２）×ｔａｎ（β） （９）、および
Ｌｔｏｔａｌ＝２Ｎｔｕｒｎ（λ／２）／ｃｏｓ（β）（１０）、
式中、βは、三角形巻線角度を表す。
Ｎｔｕｒｎ＝ｆｌｏｏｒ［（ＨＰＣＢ－λ／２×ｔａｎ（β））／（Ｗｔｒａｃｅ＋Ｓｔｒａｃｅ）］（８）、
Ｌｚ＝２Ｎｔｕｒｎ（λ／２）×ｔａｎ（β） （９）、および
Ｌｔｏｔａｌ＝２Ｎｔｕｒｎ（λ／２）／ｃｏｓ（β）（１０）、
式中、βは、三角形巻線角度を表す。
【0110】
有効比率Ｌｚ／Ｌｔｏｔａｌが、上記の式に基づいて決定されることができる。有効比率が、高くなるほど、巻線は、より電気的に効率的になる。図１６Ｂにおいて構成される三角形巻線は、図１６Ａにおいて構成される長方形巻線よりも大きい有効比率Ｌｚ／Ｌｔｏｔａｌを有することができる。加えて、式（４）が示すように、ローレンツ力Ｆｘは、有効巻線長Ｌｚに比例する。有効巻線長Ｌｚが、大きくなるほど、力Ｆｘは、大きくなる。したがって、有効比率Ｌｚ／Ｌｔｏｔａｌおよび有効巻線長Ｌｚの両方が、電気巻線を設計するために考慮されることができる。
【0111】
図１７Ａは、長方形巻線１６００に関する巻線周期λと極対あたりの有効長Ｌｚおよび有効比率Ｌｚ／Ｌｔｏｔａｌとの間の個別の関係を示す。曲線１７０２は、巻線周期と極対あたりの有効長との間の関係を示す。これは、巻線周期が、約５ｍｍであるとき、極対あたりの最大有効長が、約６０ｍｍであるように達成され得ることを示す。曲線１７０４は、有効比率が、巻線周期に反比例することを示す。巻線周期が、約５ｍｍであるとき、有効比率は、約０．５である。
【0112】
図１７Ｂは、巻線周期λが５ｍｍであるときの三角形巻線１６１０に関する巻線角度βと極対あたりの有効長および有効比率Ｌｚ／Ｌｔｏｔａｌとの間の個別の関係を示す。曲線１７１２は、巻線角度と極対あたりの有効長との間の関係を示す。これは、巻線角度が、４５°であるとき、極対あたりの最大有効長が、約５５ｍｍであるように達成され得ることを示す。曲線１７１４は、有効比率が、巻線角度に伴って増加することを示す。巻線角度が、４５°であるとき、有効比率は、約０．７である。したがって、長方形巻線１６００と比較して、三角形巻線１６１０は、わずかにより少ない有効長を有するが、より高い有効比率を有することができる。ＰＣＢ高ＨＰＣＢは、モータの形状因子の考慮に起因して限定され得るため、三角形巻線１６１０は、長方形巻線１６００よりも全体的に良好な性能を有することができる。
【0113】
完全に円形のステータにおいて複数の巻線を配策することは、簡単であり得る。しかしながら、有限の弧長に沿って複数の巻線を配策することは、困難であり得る。図１８は、１つの位相を有する電気巻線、例えば、図１３Ａの位相Ａの巻線層または位相Ｂの巻線層を形成するために、２つの層を単一の層に組み合わせることを伴う配策スキーム１８００を示す。配策スキームは、ＰＣＢによって消費される過剰な円周を限定するために、ベリードビアを用いて実装されることができる。配策スキーム１８００は、限定された弧長上に巻線を形成することができる。
【0114】
図１８に図示されるように、例えば、銅材料から作製される、電気ワイヤ１８１０は、第１の層上の入力ポート１８０１から開始され、第１の層上の第１の経路に沿って第１のビア１８０２まで延在する。第１のビア１８０２を通して、ワイヤ１８１０は、第２の層に進み、第２の層上の第２の経路に沿って第２のビア１８０３まで延在する。第１の層および第２の層は、付加的層によって分離されることができる。第２の経路および第１の経路は、巻線周期の４分の１だけオフセットされることができる。第２のビア１８０３を通して、ワイヤ１８１０は、第１の層に戻るように進み、第１の層上の第３の経路に沿って第３のビア１８０４まで延在する。第３のビア１８０４を通して、ワイヤ１８１０は、第２の層に進み、第２の層上の第４の経路に沿って第４のビア１８０５まで延在する。第４のビア１８０５を通して、ワイヤ１８１０は、第１の層に進み、第１の層上の第５の経路に沿って第５のビア１８０６まで延在する。第５のビア１８０６を通して、ワイヤ１８１０は、第２の層に進み、第２の層上の第６の経路に沿って第２の層上の出力ポート１８０７まで延在する。第１の経路、第３の経路、および第５の経路は、類似する形状を有し、第１、第３、および第５の経路に沿って延在するワイヤ１８１０は、第１の層上に第１の巻線１８２０Ａを形成する。第２の経路、第４の経路、および第６の経路は、類似する形状を有し、第２、第４、および第６の経路に沿って延在するワイヤ１８１０は、第２の層上に第２の巻線１８２０Ｂを形成する。第１の巻線１８２０Ａおよび第２の巻線１８２０Ｂはそれぞれ、長方形巻線、例えば、図１６Ａの長方形巻線１６００または三角形巻線、例えば、図１６Ｂの三角形巻線１６１０であるように構成されることができる。例証目的のみのために、図１８は、第１の巻線１８２０Ａおよび第２の巻線１８２０Ｂがそれぞれ、長方形巻線であることを示す。
【0115】
駆動電流が、第１の層上の入力ポート１８０１からワイヤ１８１０の中に、そして第２の層上の出力ポート１８０７から外に流動することができる。第１の巻線１８２０Ａおよび第２の巻線１８２０Ｂは、単相巻線１８２０、例えば、図１３Ａの位相Ａの巻線または位相Ｂの巻線を形成する。例えば、多層ＰＣＢ１３２０では、第１の巻線１８２０Ａは、ＰＣＢの第２の層上にあり得、第２の巻線１８２０Ｂは、ＰＣＢの第３の層上にあり得、第１の巻線１８２０Ａおよび第２の巻線１８２０Ｂは、位相Ｂの巻線を形成することができる。同様に、ＰＣＢの第２の層上の巻線およびＰＣＢの第４の層上の巻線は、位相Ａの巻線を形成することができる。位相Ａおよび位相Ｂの電気巻線に関する駆動電流は、ステータが、ロータと相互作用し、ｘ方向に沿って一定の力を発生させ得るように、π／２ｒａｄ位相外である正弦波電流であり得る。
【0116】
第１の巻線１８２０Ａおよび第２の巻線１８２０Ｂはそれぞれ、ロータ、例えば、図１３Ａの永久磁石の２つのアレイ１３１０ａおよび１３１０ｂを含むロータのｘ方向に沿った磁場Ｂｙの分布１８５０に対応するように配列されることができる。分布１８５０は、第１の巻線１８２０Ａおよび第２の巻線１８２０Ｂのそれぞれの巻線周期と同じ磁気周期を伴う正弦曲線である。図１８に図示されるように、磁気周期は、正の磁場（Ｎ）および負の磁場（Ｓ）に対応する。
【0117】
いくつかの実施形態では、ステータ１３２０は、以下のパラメータを伴う２相システムステータであるように設計されることができ、すなわち、カムリング１３０２上で使用される合計弧角度は、１８０度であり、ＰＣＢ層カウントは、１６であり、ＰＣＢ環状／半径方向高は、５ｍｍであり、巻線トレース幅および間隔は、それぞれ、１００μｍおよび１００μｍであり、トレース厚は、２ｏｚ Ｃｕ ｐｏｕｒ（２．８ｍｉｌ）であり、円周方向（ｘ方向）に沿った磁石幅は、１ｍｍであり、磁石間隔は、０．２５ｍｍであり、磁気等級は、ＮｄＦｅＢ Ｎ４２Ｈであり、平均正弦波軸方向磁束密度振幅は、０．５Ｔであり、巻線タイプは、４５度の巻線角度を伴う三角形である。
【0118】
磁束密度は、例えば、ＦＥＭＭにおいてシミュレートされることができ、モータの性能は、数値シミュレーションにおいて導出されることができる。トルク定数形状は、予期される結果と合致することができ、位相あたりのモータ性能が、計算されることができる。例えば、トルク定数ＫＴは、８０ｍＮｍ／Ａであり得、ハルバッハアレイの極対カウントは、１２であり得、電気的速度は、機械的速度の１２倍であり得、位相あたりのトレース抵抗は、３２．６オームであり得る。トルク負荷および作動速度を前提とするモータの平均効率は、約５．９％であり得る。効率を最大限にするために、モータのギヤ比およびモータのトルク定数は、最大限にされることができる。
【0119】
ドライバ源は、以下の特性を有することができ、
Ｉｍａｘ＝Ｔｍａｘ／ＫＴ （１１）
Ｖｍａｘ＝ｗｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ－ｍａｘ（Ｋｖ）＋ＩｍａｘＲｐｈａｓｅ （１２）
式中、トルク定数ＫＴおよび速度定数Ｋｖは、永久磁石ロータに関して同一であり、Ｔｍａｘは、最大トルクを表し、ｗｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ－ｍａｘは、最大角速度を表し、Ｒｐｈａｓｅは、位相あたりのトレース抵抗を表す。上記のパラメータでは、Ｉｍａｘは、２５０ｍＡであり得、Ｖｍａｘは、９Ｖであり得る。また、ロータの永久磁石のアレイは、約３．６ｇの重量を有し、磁石極カウントは、９６であり、磁石材料密度は、７．５ｍｇ／ｍｍ３であり得る。
Ｉｍａｘ＝Ｔｍａｘ／ＫＴ （１１）
Ｖｍａｘ＝ｗｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ－ｍａｘ（Ｋｖ）＋ＩｍａｘＲｐｈａｓｅ （１２）
式中、トルク定数ＫＴおよび速度定数Ｋｖは、永久磁石ロータに関して同一であり、Ｔｍａｘは、最大トルクを表し、ｗｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ－ｍａｘは、最大角速度を表し、Ｒｐｈａｓｅは、位相あたりのトレース抵抗を表す。上記のパラメータでは、Ｉｍａｘは、２５０ｍＡであり得、Ｖｍａｘは、９Ｖであり得る。また、ロータの永久磁石のアレイは、約３．６ｇの重量を有し、磁石極カウントは、９６であり、磁石材料密度は、７．５ｍｇ／ｍｍ３であり得る。
【0120】
トルク定数を導出するための３つの方法が、存在し得る。第１の方法では、ワイヤ毎のローレンツ力が、算出および合計され、次いで、０～２πのロータ角度が、変量を得るために変動される。第２の方法では、ファラデーの法則を介した巻線における誘導電圧が、ロータを固定速度で移動させることによって算出される。トルク定数ＫＴおよび速度定数Ｋｖは、同一であり、したがって、速度定数Ｋｖは、トルク定数ＫＴを導出するために使用されることができる。第３の方法では、各巻の磁束鎖交数（巻面積にわたる磁束密度の積分）対ロータ角度が、算出および合計され、次いで、ロータ角度に対する磁束鎖交数の導関数が、トルク定数を得るためにとられることができる。第３の方法は、第２の方法と同等であり得る。
（例示的プロセス）
（例示的プロセス）
【0121】
図１９は、アクチュエータとして環状軸方向磁束モータを使用してシステムを動作させるプロセス１９００の実施例を図示する、フロー図である。本システムは、液体レンズアセンブリ、例えば、図３Ａ－３Ｂの液体レンズアセンブリ３００または図４の４０２、可変焦点アセンブリ、例えば、図２のＩＬＡ２１０またはＯＬＡ２２０、図１の光学要素１２０における可変焦点アセンブリ、または図４の可変焦点アセンブリ４００であり得る。環状軸方向磁束モータは、図１３Ａ－１３Ｂのモータ１３００であり得る。
【0122】
いくつかの実施形態では、環状軸方向磁束モータは、キャリアフレームの第１の環状小区分上に搭載される、ステータと、キャリアフレームの内部のカムリングの第２の環状小区分上に搭載される、ロータとを含む。キャリアフレームの第１の環状小区分は、ステータが、ロータと相互作用し得るように、第２の環状小区分に対応する。カムリングは、キャリアフレームに対して回転可能である。カムリングは、非強磁性材料から作製されることができる。
【0123】
ステータは、印刷回路基板（ＰＣＢ）の複数の層上に印刷される、多相（２相、３相、またはより多くの位相）電気巻線を含む。印刷された電気巻線は、第１の環状小区分の円周方向に沿って延在する。複数の層は、第１の環状小区分の軸方向に沿って相互とスタックされる。ステータの各位相の電気巻線は、ステータが、一定のトルクを発生させ、ロータを駆動するように構成されるように、同一のロータ依存性トルク定数を有するように構成されることができる。
【0124】
いくつかの実施形態では、ステータは、２相電気巻線を含む。２相電気巻線は、同一の巻線パターンを有し、巻線周期の４分の１だけオフセットされることができる。巻線パターンは、長方形パターンまたは三角形パターン（例えば、４５度の三角形巻線角度を伴う）であり得る。
【0125】
いくつかの実施形態では、複数の層はそれぞれ、個別の位相の電気巻線に対応し、異なる位相を伴う個別の位相の電気巻線は、複数の層において交互する。
【0126】
いくつかの実施形態では、印刷された電気巻線の複数の層は、軸方向に沿ってともに順次にスタックされる、第１の層と、第２の層と、第３の層と、第４の層とを備え、第１の層および第３の層上の印刷された電気巻線は、第１相電気巻線になるように第１の連続ワイヤによって形成され、第２の層および第４の層上の印刷された電気巻線は、第２相電気巻線になるように第２の連続ワイヤによって形成される。
【0127】
特定の実施形態では、第１のワイヤは、第１の層の入力ポートから開始し、第１の層上の第１の経路に沿って第１のビアまで延在するように印刷され、それを通して、第１のワイヤは、第３の層に進み、第３の層上の第２の経路に沿って第２のビアまで延在し、それを通して、第１のワイヤは、第１の層に戻るように進み、第１の層上の第３の経路に沿って第３のビアまで延在し、それを通して、第１のワイヤは、第３の層に進み、第３の層上の第４の経路に沿って第４のビアまで延在し、それを通して、第１のワイヤは、第１の層に進み、第１の層上の第５の経路に沿って第５のビアまで延在し、それを通して、第１のワイヤは、第３の層に進み、第３の層上の第６の経路に沿って第３の層の出力ポートまで延在する。第１の経路、第３の経路、および第５の経路に沿って延在する第１のワイヤは、第１の層上に第１の電気巻線を形成し、第２の経路、第４の経路、および第６の経路に沿って延在する第１のワイヤは、第３の層上に第２の電気巻線を形成し、第１の電気巻線および第２の電気巻線は、第１相電気巻線を形成する。第１の電気巻線および第２の電気巻線は、巻線周期の４分の１だけオフセットされる、同一の巻線パターンを有し、第１のビア、第３のビア、および第５のビアは、相互に隣接する一方、第２のビアおよび第４のビアは、相互に隣接する。
【0128】
ロータは、カムリングの第２の環状小区分上に搭載される、永久磁石のアレイを含むことができる。いくつかの実施形態では、ロータは、第２の環状小区分上に搭載され、第２の環状小区分の軸方向に沿って相互から離間される、２つのハルバッハアレイを含む。ハルバッハアレイはそれぞれ、軸方向に対してハルバッハアレイの非アクティブな対向する側よりもハルバッハアレイのアクティブ側上により強い磁場を有するように構成される。ハルバッハアレイの非アクティブ側の磁場は、ほぼゼロと同じである。
【0129】
いくつかの実施形態では、印刷された電気巻線の複数の層は、軸方向に沿ってロータの２つのハルバッハアレイの間に挿入され、ハルバッハアレイのアクティブ側は、複数の層の対向する側に面し、公称間隙を伴って離間される。公称間隙は、軸方向に沿って同一の幅を有することができる。２つのハルバッハアレイは、軸方向に沿ってＰＣＢの複数の層の中心に対して対称磁場を発生させるように構成され、軸方向に沿った磁場の軸方向成分は、第２の環状小区分の接線方向に沿った磁場の接線方向成分よりも実質的に大きい。
【0130】
２つのハルバッハアレイは、磁極の異なる配列を有することができ、印刷された電気巻線の複数の層の対向する側に面するアクティブ側を有するように構成される。ハルバッハアレイはそれぞれ、円周方向に沿って第２の環状小区分上に配列される、永久磁石の周期的ユニットを含むことができる。周期的ユニットはそれぞれ、磁石極対の列を含むことができる。隣接する列は、円周方向に沿った磁気空間を伴って相互から分離されることができ、各磁石極対は、Ｎ極と、Ｓ極とを含むことができる。
【0131】
いくつかの実施形態では、第１のハルバッハアレイでは、周期的ユニットはそれぞれ、軸方向に沿って垂直に、かつ順次にスタックされる、Ｎ極と、Ｓ極とを有する、第１の列と、円周方向に沿って水平に、かつ順次にスタックされる、Ｓ極と、Ｎ極とを有する、第２の列と、軸方向に沿って垂直に、かつ順次にスタックされる、Ｓ極と、Ｎ極とを有する、第３の列と、円周方向に沿って水平に、かつ順次にスタックされる、Ｎ極と、Ｓ極とを有する、第４の列とを有する、磁石極対の４つの列を含む。
【0132】
第２のハルバッハアレイは、第１のハルバッハアレイと異なる配列を有する。第２のハルバッハアレイにおける周期的ユニットはそれぞれ、第１の列上の軸方向に沿って順次にスタックされる、垂直なＮ極および垂直なＳ極と、第２の列上の接線方向に沿って順次にスタックされる、水平なＮ極および水平なＳ極と、第３の列上の軸方向に沿って順次にスタックされる、垂直なＳ極および垂直なＮ極と、第４の列上の接線方向に沿って順次にスタックされる、水平なＳ極および水平なＮ極とを有する、磁石極対の４つの列を含むことができる。
【0133】
ステータの電気巻線は、半径方向に沿った永久磁石のハルバッハアレイの高さと実質的に同一である構造の半径方向に沿った高さを有することができる。電気巻線は、電気巻線の巻線周期が、ロータの磁場の磁気周期に対応するように構成されることができる。
【0134】
１９０２において、個別の駆動電流が、ステータの異なる位相の電気巻線の中に入力される。個別の駆動電流は、相互に対して所定の程度を伴う位相差を有する。例えば、２相電気巻線に関して、駆動電流は、π／２の位相差を伴う正弦波電流であり、３相電気巻線に関して、駆動電流は、２π／３の位相差を伴う正弦波電流である。
【0135】
いくつかの実施形態では、ロータは、ロータの磁極対の位置に対応する正弦波形状を有する磁場を発生させ、ステータは、ロータの磁石極対の位置に対応して変動する正弦波電流によって駆動される。
【0136】
１９０４において、カムリングの第２の環状小区分上に搭載されるロータは、カムリングの軸を中心として有限の進行範囲で回転するように駆動される。駆動電流を入力された電気巻線は、時変磁場を発生させることができ、これは、ロータの磁場と相互作用し、ローレンツ力を発生させることができる。特に、第２の環状小区分の軸方向に沿った磁場の軸方向成分は、第２の環状小区分の接線方向に沿ったローレンツ力に寄与することができ、これは、カムリングを伴うロータの回転運動を引き起こすことができる。
【0137】
１９０６において、カムリングに結合されるシェーパリングが、カムリングの回転運動による軸方向に沿った軸方向運動を伴って移動される。シェーパリングは、カムリングの内部にあり得る。シェーパリングの機械的特徴は、カムリングの回転運動が、シェーパリングの軸方向運動をもたらすように、カムリングの機械的特徴と係合されることができる。
【0138】
１９０８において、シェーパリングに結合される可撓性レンズ膜の曲率が、シェーパリングの軸方向運動によって変化する。可撓性レンズ膜およびシェーパリングは、液体レンズアセンブリ内に含まれることができる。液体レンズアセンブリは、シェーパリングと、可撓性レンズ膜と、屈折コンポーネントと、可撓性環状膜との間にカプセル化される、非圧縮性流体を含むことができる。シェーパリングが、屈折コンポーネントに向かって軸方向運動を伴って軸方向に移動されるとき、非圧縮性流体は、可撓性レンズ膜に向かって押動され、曲率変化を引き起こす。
【0139】
本開示の種々の例示的実施形態が、本明細書に説明される。これらの実施例が、非限定的意味で参照される。それらは、本開示のより広範に適用可能な側面を例証するために提供される。種々の変更が、説明される本開示に行われてもよく、均等物が、本開示の真の精神および範囲から逸脱することなく代用されてもよい。加えて、多くの修正が、特定の状況、材料、物質の組成物、プロセス、プロセス行為、またはステップを本開示の目的、精神、または範囲に適合させるために行われてもよい。さらに、当業者によって理解されるであろうように、本明細書に説明および例証される個々の変形例はそれぞれ、本開示の範囲または精神から逸脱することなく、他のいくつかの実施形態のうちのいずれかの特徴から容易に分離される、またはそれと組み合わせられ得る、離散的コンポーネントおよび特徴を有する。全てのそのような修正は、本開示と関連付けられる請求項の範囲内であることを意図している。
【0140】
本開示は、本主題のデバイスを使用して実施され得る方法を含む。本方法は、そのような好適なデバイスを提供する行為を含んでもよい。そのような提供は、エンドユーザによって実施されてもよい。言い換えると、「提供する」行為は、エンドユーザが、本主題の方法において必須のデバイスを提供するために取得する、それにアクセスする、それに接近する、それを位置付ける、それを設定する、それをアクティブ化する、それを電源投入する、または別様に作用し得る１つ以上のステップを含んでもよい。本明細書に列挙される方法は、論理的に可能である列挙される事象の任意の順序で、および事象の列挙される順序で実行されてもよい。
【0141】
本開示の例示的側面が、材料選択および製造に関する詳細とともに、上記に説明された。本開示の他の詳細に関して、これらは、上記に参照される特許および刊行物に関連して理解され、加えて、概して、当業者によって把握または理解され得る。同じことが、一般的または論理的に採用されるような付加的行為の観点から、本開示の方法ベースの側面に関して当てはまり得る。
【0142】
加えて、本開示は、随意に、種々の特徴を組み込む、いくつかの実施例を参照して説明されたが、本開示は、本開示の各変形例に関して想定されるものとして説明される、または示されるものに限定されるものではない。種々の変更が、説明される本開示に行われてもよく、均等物（本明細書に列挙されるか、またはある程度の簡潔性のために含まれないかにかかわらず）が、本開示の真の精神および範囲から逸脱することなく代用されてもよい。加えて、値の範囲が、提供される場合、その範囲の上限と下限との間の全ての介在する値およびその記載される範囲内の任意の他の記載される、または介在する値が、本開示内に包含されることを理解されたい。
【0143】
また、説明される発明的変形例の任意の随意の特徴が、独立して、または本明細書に説明される特徴のうちのいずれか１つ以上のものと組み合わせて記載および請求され得ることが想定される。単数のアイテムの言及は、複数の同一のアイテムが存在する可能性を含む。より具体的には、本明細書および本明細書に関連付けられる請求項に使用されるように、単数形「ａ」、「ａｎ」、「該（ｓａｉｄ）」、および「ｔｈｅ」は、別様に具体的に記載されない限り、複数指示物を含む。言い換えると、冠詞の使用は、上記の説明および本開示と関連付けられる請求項における本主題のアイテムの「少なくとも１つ」を可能にする。そのような請求項が、任意の随意の要素を除外するように起草され得ることにさらに留意されたい。したがって、本文言は、請求項要素の列挙に関連する「単に」、「のみ」、および同等物等の排他的専門用語の使用または「否定的」限定の使用のための先行詞としての役割を果たすことを意図している。そのような排他的専門用語の使用を伴わないと、本開示と関連付けられる請求項における用語「～を備える」は、所与の数の要素がそのような請求項に列挙されているかどうか、または特徴の追加がそのような請求項に記載される要素の性質を変換するものと見なされ得るかどうかにかかわらず、任意の付加的要素の包含を可能にするものとする。本明細書に具体的に定義される場合を除いて、本明細書に使用される全ての技術的および科学的用語は、請求項の有効性を維持しながら、可能な限り広範な一般的に理解される意味を与えられるものである。
【0144】
本開示の範疇は、提供される実施例および／または本主題の明細書に限定されるものではなく、むしろ、本開示と関連付けられる請求項言語の範囲によってのみ限定されるものである。
【図1】
【図2】
【図3A】
【図3B】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13A】
【図13B】
【図14】
【図15-1】
【図15-2】
【図16A】
【図16B】
【図17】
【図18】
【図19】
