特表 2019-527022 改良型マルチトンネル電気モータ／ジェネレータ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】特表2019-527022(P2019-527022A)

(43)【公表日】2019年9月19日

(54)【発明の名称】改良型マルチトンネル電気モータ／ジェネレータ

(51)【国際特許分類】

   H02K 21/12 20060101AFI20190823BHJP

   H02K 1/14 20060101ALI20190823BHJP

【ＦＩ】

   H02K21/12 M

   H02K21/12 G

   H02K1/14 Z

【審査請求】未請求

【予備審査請求】未請求

【全頁数】29

(21)【出願番号】特願2019-512779(P2019-512779)

(86)(22)【出願日】2017年9月1日

(85)【翻訳文提出日】2019年4月12日

(86)【国際出願番号】US2017049981

(87)【国際公開番号】WO2018045360

(87)【国際公開日】20180308

(31)【優先権主張番号】62/383,590

(32)【優先日】2016年9月5日

(33)【優先権主張国】US

(81)【指定国】 AP(BW,GH,GM,KE,LR,LS,MW,MZ,NA,RW,SD,SL,ST,SZ,TZ,UG,ZM,ZW),EA(AM,AZ,BY,KG,KZ,RU,TJ,TM),EP(AL,AT,BE,BG,CH,CY,CZ,DE,DK,EE,ES,FI,FR,GB,GR,HR,HU,IE,IS,IT,LT,LU,LV,MC,MK,MT,NL,NO,PL,PT,RO,RS,SE,SI,SK,SM,TR),OA(BF,BJ,CF,CG,CI,CM,GA,GN,GQ,GW,KM,ML,MR,NE,SN,TD,TG),AE,AG,AL,AM,AO,AT,AU,AZ,BA,BB,BG,BH,BN,BR,BW,BY,BZ,CA,CH,CL,CN,CO,CR,CU,CZ,DE,DJ,DK,DM,DO,DZ,EC,EE,EG,ES,FI,GB,GD,GE,GH,GM,GT,HN,HR,HU,ID,IL,IN,IR,IS,JO,JP,KE,KG,KH,KN,KP,KR,KW,KZ,LA,LC,LK,LR,LS,LU,LY,MA,MD,ME,MG,MK,MN,MW,MX,MY,MZ,NA,NG,NI,NO,NZ,OM,PA,PE,PG,PH,PL,PT,QA,RO,RS,RU,RW,SA,SC,SD,SE,SG,SK,SL,SM,ST,SV,SY,TH,TJ,TM,TN,TR,TT

(71)【出願人】

【識別番号】518140254

【氏名又は名称】リニア ラブズ リミテッド ライアビリティ カンパニー

(74)【代理人】

【識別番号】100094569

【弁理士】

【氏名又は名称】田中 伸一郎

(74)【代理人】

【識別番号】100103610

【弁理士】

【氏名又は名称】▲吉▼田 和彦

(74)【代理人】

【識別番号】100109070

【弁理士】

【氏名又は名称】須田 洋之

(74)【代理人】

【識別番号】100067013

【弁理士】

【氏名又は名称】大塚 文昭

(74)【代理人】

【識別番号】100086771

【弁理士】

【氏名又は名称】西島 孝喜

(74)【代理人】

【識別番号】100109335

【弁理士】

【氏名又は名称】上杉 浩

(74)【代理人】

【識別番号】100120525

【弁理士】

【氏名又は名称】近藤 直樹

(74)【代理人】

【識別番号】100139712

【弁理士】

【氏名又は名称】那須 威夫

(72)【発明者】

【氏名】ハンステーブル フレッド イー

【テーマコード（参考）】

5H601

5H621

【Ｆターム（参考）】

5H601AA29

5H601CC01

5H601CC02

5H601CC15

5H601DD01

5H601DD14

5H601EE12

5H601GA02

5H601GA10

5H601GB05

5H601GB12

5H601GB48

5H621BB05

5H621GA02

5H621GA07

5H621HH01

(57)【要約】

モータ／ジェネレータに関する様々な実施形態が開示され、ステータがコイル組立品であり、ロータが磁気トロイド形円筒トンネルであり、またはロータがコイル組立品であり、ステータが磁気トロイド形円筒トンネルである。
【選択図】 図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

回転モータ／ジェネレータであって、該回転モータ／ジェネレータは、
半径方向で軸方向軸線の周りに配置されて円形経路を形成し、少なくとも１つの第１の磁気トンネル区分を備えるトロイド形磁気円筒を備え、前記第１の磁気トンネル区分は、
ほぼ前記第１の磁気トンネル区分の内部の方向に向く磁極方向にされた第１の磁壁と、
前記第１の磁気トンネル区分の前記内部の方向に向く磁極方向にされ、前記第１の磁壁から所定の距離に位置決めされた第１の対向磁壁と、
ほぼ前記第１の磁壁と前記第１の対向磁壁との間にわたり、ほぼ前記第１の磁気トンネル区分の前記内部の方向に向く磁極方向にされた第１の内側磁壁と、
ほぼ前記第１の磁壁と前記第１の対向磁壁との間にわたり、前記第１の内側磁壁から半径方向に離れて位置決めされ、ほぼ前記第１の磁気トンネル区分の前記内部の方向に向く磁極方向にされた第１の外側磁壁とを含み、
前記第１の磁壁を形成する磁石および前記第１の対向磁壁を形成する磁石の似ている磁極は、前記第１の内側磁壁を形成する磁石および前記第１の外側磁壁を形成する磁石の似ている磁極とは反対の磁極方向であり、結果として前記第１の磁気トンネルはＮＳＮＳ磁極構成とされており、
該回転モータ／ジェネレータは、
前記円形経路内に位置決めされたコイル組立品を備えることを特徴とする回転モータ／ジェネレータ。

【請求項2】

前記トロイド形磁気円筒は、半径方向で前記軸方向軸線の周りに配置されて前記第１の磁気トンネル区分に隣接して位置決めされた第２の磁気トンネル区分をさらに備え、前記第２の磁気トンネル区分は、
ほぼ前記第２の磁気トンネル区分の内部の方向に向く磁極方向にされた第２の磁壁と、
ほぼ前記第２の磁気トンネル区分の前記内部の方向に向く磁極方向とされ、前記第２の磁壁から所定の距離に位置決めされた第２の対向磁壁と、
ほぼ前記第２の磁壁と前記第２の対向磁壁との間にわたり、ほぼ前記第２の磁気トンネル区分の前記内部の方向に向く磁極方向にされた第２の内側磁壁と、
ほぼ前記第２の磁壁と前記第２の対向磁壁との間にわたり、前記第２の内側磁壁から半径方向に離れて位置決めされ、ほぼ前記第２の磁気トンネル区分の前記内部の方向に向く磁極方向にされた第２の外側磁壁とを含み、
前記第２の磁壁を形成する磁石および前記第２の対向磁壁を形成する磁石の似ている磁極は、前記第２の内側磁壁を形成する磁石および前記第２の外側磁壁を形成する磁石の似ている磁極とは反対の磁極方向であり、
前記第２の磁気トンネル区分を形成する前記磁石の似ている磁極は、前記第１の磁気トンネル区分を形成する磁石の似ている磁極と反対方向に向けられ、結果として前記第２の磁気トンネル区分はＳＮＳＮ磁極構成とされている、請求項１に記載の回転モータ／ジェネレータ。

【請求項3】

前記コイル組立品は、
輪状コアと、
半径方向で前記輪状コアの周りに位置決めされ、前記輪状コアから延びて前記輪状コアの周りに複数のスロットを形成する複数の歯と、
各コイル巻線が前記複数のスロットのうちスロット内に位置決めされた複数のコイル巻線とをさらに備える、請求項１に記載の回転モータ／ジェネレータ。

【請求項4】

前記輪状コアおよび前記複数の歯は軟磁性材料から作られる、請求項３に記載の回転モータ／ジェネレータ。

【請求項5】

前記トロイド形磁気円筒をほぼ取り囲むバック鉄回路をさらに備える、請求項１に記載の回転モータ／ジェネレータ。

【請求項6】

前記バック鉄回路内に定まり、前記第１の外側磁壁および前記第１の内側磁壁を形成する前記磁石を位置決めおよび支持するための長手方向溝をさらに備える、請求項４に記載の回転モータ／ジェネレータ。

【請求項7】

前記コイル組立品に連結されたハブと、前記ハブに連結された軸とをさらに備える、請求項１に記載の回転ジェネレータ／モータ。

【請求項8】

前記トロイド形磁気円筒に連結されたハブと、前記ハブに連結された軸とをさらに備える、請求項１に記載の回転ジェネレータ／モータ。

【請求項9】

前記トロイド形磁気円筒に定まり、構造支持体および／または導体の通過を可能にするような大きさにされた外部円周方向スロットをさらに備える、請求項１に記載の回転ジェネレータ／モータ。

【請求項10】

前記トロイド形磁気円筒に定まり、構造支持体および／または導体の通過を可能にするような大きさにされた内部円周方向スロットをさらに備える、請求項１に記載の回転ジェネレータ／モータ。

【請求項11】

構造支持体および／または導体の通過を可能にするような寸法にされたトロイド形磁気円筒の平坦な壁に定まる側面円形スロットをさらに備える、請求項１記載の回転ジェネレータ／モータ。

【請求項12】

前記トロイド形磁気円筒の少なくとも１つの壁に定まっているスロットと、前記少なくとも１つのスロットに隣接して位置決めされ、前記トンネルの内部の磁束力が前記少なくとも１つのスロットを通って逃げるのを防ぐ少なくとも１つの磁石とをさらに備える、請求項１に記載の回転ジェネレータ／モータ。

【請求項13】

前記コイル組立品に連結され、前記側面円形スロットを通って部分的に延びている支持リングと、
前記支持リングに連結された第１の端板とをさらに備える、請求項１０に記載の回転ジェネレータ／モータ。

【請求項14】

前記トロイド形磁気円筒に連結された軸と、
前記軸に回転可能に連結された第２の端板と、
前記第１の端板を前記第２の端板に接続するための手段とをさらに備える、請求項１２に記載の回転ジェネレータ／モータ。

【請求項15】

前記第１の内側磁壁、前記第１の外側磁壁、前記第１の輪状磁壁および前記第１の対向輪状磁壁は、電磁石から形成できる、請求項１に記載の回転ジェネレータ／モータ。

【請求項16】

機械的回転を生成する方法であって、該方法は、
第１の内部空洞内に磁気集中状態の第１の領域を形成する工程であって、前記第１の内部空洞は、前記内部空洞に面する第１の磁極を有する第１の外側磁気円筒壁と、前記内部空洞に面する第２の磁極を有する第１の内側磁気円筒壁と、前記内部空洞に面する第３の磁極を有する第１の磁壁と、前記内部空洞に面する第４の磁極を有する第１の対向磁壁とによって定まり、前記第１および第２の磁極は、前記第３および第４の磁極とは反対の磁極方向とされてＮＳＮＳ磁極構成を形成する工程と、
前記第１の内部空洞内にコイルを位置決めする工程と、
前記コイルに前記第１の方向に電流を加えて、前記コイルを前記第１の内部空洞に対して回転させる工程と、
前記コイルに長手方向軸を連結し、結果として前記コイルが回転するとき前記長手方向軸が回転する工程とを備えることを特徴とする機械的回転を生成する方法。

【請求項17】

円周方向で前記第１の内部空洞に隣接して位置決めされた第２の内部空洞内に磁気集中状態の第２の領域を形成する工程であって、前記第２の内部空洞は、前記内部空洞に面する第５の磁極を有する第２の外側磁気円筒壁と、前記内部空洞に面する第６の磁極を有する第２の内側磁気円筒壁と、前記内部空洞に面する第７の磁極を有する第２の磁壁と、前記内部空洞に面する第８の磁極を有する第２の対向磁壁とによって定まり、前記第５および第６の磁極は、前記第７および第８の磁極とは反対の磁極方向とされてＳＮＳＮ磁極構成を形成する工程と、
前記コイルに第１の方向に電流を加えて、前記コイルを前記第２の内部空洞に移動させる工程と、
前記コイルが前記第２の内部空洞内にあるとき、前記コイルに第２の方向に電流を加えて前記コイルを第２の内部空洞から移動させる工程とをさらに備える、請求項１６に記載の機械的回転を生成する方法。

【請求項18】

電流を生成する方法であって、該方法は、
第１の内部空洞内に磁気集中状態の第１の領域を形成する工程であって、前記第１の内部空洞は、前記内部空洞に面する第１の磁極を有する第１の外側磁気円筒壁と、前記内部空洞に面する第２の磁極を有する第１の内側磁気円筒壁と、前記内部空洞に面する第３の磁極を有する第１の磁壁と、前記内部空洞に面する第４の磁極を有する第１の対向磁壁とによって定まり、前記第１および第２の磁極は、前記第３および第４の磁極とは反対の磁極方向とされてＮＳＮＳ磁極構成を形成する工程と、
前記第１の内部空洞内でコイルを回転させる工程と、
前記コイルが前記第１の内部空洞を通って移動するとき、前記コイルから第１の方向の電流を取り出す工程とを備えることを特徴とする電流を生成する方法。

【請求項19】

第２の内部空洞内に磁気集中状態の第２の領域を形成する工程であって、前記第２の内部空洞は、前記内部空洞に面する第５の磁極を有する第２の外側磁気円筒壁と、前記内部空洞に面する第６の磁極を有する第２の内側磁気円筒壁と、前記内部空洞に面する第７の磁極を有する第２の磁壁と、前記内部空洞に面する第８の磁極を有する第２の対向磁壁とによって定まり、前記第５および第６の磁極は、前記第７および第８の磁極とは反対の磁極とされ、前記第１から第４の磁極は、前記第５から第８の磁極とは反対の磁極方向とされてＳＮＳＮ磁極構成を形成する工程と、
前記第２の内部空洞内で前記コイルを回転させる工程と、
前記コイルが前記第２の内部空洞を通って移動するとき、前記コイルから第２の方向の電流を取り出す工程とをさらに備える、請求項１８に記載の電流を生成する方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

〔関連出願〕
[0001] 本出願は、２０１６年９月５日に出願されて名称が「改良型トロイド形モータ／ジェネレータ」である米国特許出願第６２／３８３，５９０号の優先権を主張し、その開示は、すべての目的のために参照によって本明細書に組み込まれている。

【0002】

[0002] この出願はまた、以下の米国特許出願と共同所有されており、それらは、２０１５年６月２８日に出願されて名称が「改良型モータ／ジェネレータ」である米国特許出願第６２／１８５，６３７号、２０１６年１月２７日に出願されて名称が「改良型マルチトンネル電気モータ／ジェネレータ」である米国特許出願第１５／００８，４３１号、２０１６年４月８日に出願されて名称が「改良型マルチトンネル電気モータ／ジェネレータ」である国際特許出願第ＰＣＴ／ＵＳ１５／２６７７６号、２０１５年９月２５日に出願されて名称が「改良型ブラシレスモータ／ジェネレータ」である米国特許出願第１４／８６６，７８８号、２０１５年９月２５日に出願されて名称が「改良型ブラシ付きモータ／ジェネレータ」である米国特許出願第１４／８６６，７８７号、２０１５年１月２９日に出願されて名称が「改良型ブラシレスモータ／ジェネレータ」である米国特許出願第１４，６０８，２３２号、および２０１３年３月２０日に出願されて名称が「永久磁束密度が向上した改良型直流モータ／ジェネレータ」である米国特許出願第１３／８４８，０４８号であり、それらの開示は、すべての目的のために参照によって本明細書に組み込まれている。

【0003】

[0003] 本発明は、全般的に、新規で改良された電気モータ／ジェネレータに関し、具体的に、電磁石モータから回転運動を生成し、または入力された回転運動から電力を生成するための改良型システムおよび方法に関する。

【背景技術】

【0004】

[0004] 電気モータは、電気エネルギーを使用して、非常に一般的には、磁場と通電導体との相互作用を通じて機械的エネルギーを発生させる。電磁的手段によって電気エネルギーを機械エネルギーに変換することは、１８２１年に英国の科学者ミカエルファラデー（Michael Faraday）によって最初に実証され、その後ヘンドリックローレンツ（Hendrik Lorentz）の研究によって定量化された。

【0005】

[0005] 電子のような電荷キャリアが空間を通ってまたは導体内を移動するとき、磁界が発生する。伝統的なモータでは、きつく巻き付けた通電材料製中心コアは、磁極（一般にロータとして知られる）を作り出し、ロータは、電流が流れるとき、磁石の固定極（一般にステータとして知られる）間で高速で回転（spin）または回転（rotate）する。中心コアは、一般的に、同様にロータと共に回転する軸に連結されている。軸は、回転機械において歯車および車輪を駆動するために、ならびに／あるいは回転運動を直線運動に変換するために使用できる。

【0006】

[0006] ジェネレータは、通常、１８３１年にミカエルファラデーによって発見された電磁誘導の原理に基づいている。ファラデーは、導電材料（銅など）が磁場中を移動すると（またはその逆であると）、その材料に電流が流れ始めることを発見した。この電磁効果により、移動導体に電圧または電流が誘導される。

【0007】

[0007] 回転式交流ジェネレータ／ジェネレータおよび線形ジェネレータのような現在の発電装置は、ファラデーの発見に頼って電力を生成する。事実、回転式ジェネレータは、本質的に非常に大きな磁石の内側の周りを回転する非常に多量のワイヤである。この状況では、ワイヤのコイルは、静止した磁石（ステータと呼ばれる）に対して移動しているのでアーマチャと呼ばれる。一般的に、移動する構成部品はアーマチャと呼ばれ、静止した構成部品は１つまたは複数のステータと呼ばれる。

【0008】

[0008] 今日使用されている回転式モータおよびジェネレータは、正弦波の時間変化電圧を生成しまたは利用する。この波形は、一般的に、これらの装置の動作に固有のものである。

【0009】

[0010] 従来のモータでは、一定のトルク／馬力を発生させるために、十分な大きさのパルス電流を加えることが必要である。出力された馬力および効率は、デザイン、電気入力電力および損失の関数である。

【0010】

[0011] 従来のジェネレータでは、ロータが回転すると電流が発生する。発生した電力は、磁束強度、導体サイズ、磁極片の数、および毎分回転数で表した速度の関数である。

【0011】

[0012] モータまたはジェネレータでは、何らかの形態のエネルギーがロータを回転させおよび／または移動させる。エネルギーは、より乏しくそして高価になるので、必要とされているのは、エネルギー消費を軽減しまたはより効率的に作動して費用を削減する、より効率的なモータおよびジェネレータである。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0012】

[0013] この問題および他の問題に応答して、複数の磁気トンネルを用いる永久磁石操作によって磁束密度を増大させる方法およびシステムを含む、本出願に開示された様々な実施形態が提示されている。モータ／ジェネレータの様々な実施形態が開示され、モータ／ジェネレータは、半径方向で軸方向軸線の周りに配置されて円形経路を形成する第１の磁気トンネル区分を備えるトロイド形磁気円筒を備え、第１の磁気トンネル区分は、ほぼ第１の磁気トンネル区分の内部の方向に向く磁極方向にされた第１の磁壁と、第１の磁気トンネル区分の内部の方向に向く磁極方向とされ、軸方向軸線に沿って第１の磁壁から所定の距離に位置決めされた第１の対向磁壁と、ほぼ軸方向においてほぼ第１の磁壁と第１の対向磁壁との間にわたり、ほぼ第１の磁気トンネル区分の内部の方向に向く磁極方向にされた第１の内側磁壁と、軸方向においてほぼ第１の磁壁と第１の対向磁壁との間にわたり、第１の内側磁壁から半径方向に離れて位置決めされ、ほぼ第１の磁気トンネル区分の内部の方向に向く磁極方向にされた第１の外側磁壁とを含み、第１の内側磁壁を形成する磁石および第１の外側磁壁を形成する磁石の似ている磁極は、第１の磁壁を形成する磁石および第１の対向磁壁を形成する磁石の似ている磁極とは反対方向に向けられ、モータ／ジェネレータは、円形経路内に位置決めされトロイド形磁気シリンダに対して移動するようにされたコイル組立品を備える。

【0013】

[0014] 他の実施形態はモータ／ジェネレータを含むことができ、ここで、トロイド形磁気円筒は、半径方向で軸方向軸線の周りに配置されて第１の磁気トンネル区分に隣接して位置決めされて円形経路を形成する第２の磁気トンネル区分をさらに備え、第２の磁気トンネル区分は、ほぼ第２の磁気トンネル区分の内部の方向に向く磁極方向にされた第２の磁壁と、ほぼ第２の磁気トンネル区分の内部の方向に向く磁極方向とされ、軸方向軸線に沿って第２の磁壁から所定の距離に位置決めされた第２の対向磁壁と、ほぼ軸方向に沿ってほぼ第２の磁壁と第２の対向磁壁との間にわたり、ほぼ第２の磁気トンネル区分の内部の方向に向く磁極方向にされた第２の内側磁壁と、軸方向においてほぼ第２の磁壁と第２の対向磁壁との間にわたり、第２の内側磁壁から半径方向に離れて位置決めされ、ほぼ第２の磁気トンネル区分の内部の方向に向く磁極方向にされた第２の外側磁壁とを含み、第２の内側磁壁を形成する磁石および第２の磁壁を形成する磁石の似ている磁極は、第２の外側磁壁を形成する磁石および第２の対向リングまたは磁極を形成する磁石の似ている磁極とは反対方向に向けられ、第２の磁気トンネル区分を形成する磁石の似ている磁極は、第１の磁気トンネル区分を形成する磁石の似ている磁極と反対方向に向けられる。

【0014】

[0015] 他の実施形態はモータ／ジェネレータを含むことができ、ここで、コイル組立品は、輪状コアと、半径方向で輪状コアの周りに位置決めされ、輪状コアから延びて輪状コアの周りに複数のスロットを形成する複数の歯と、各コイル巻線が複数のスロット内のスロット内に位置決めされた複数のコイル巻線とを含むことができる。

【0015】

[0016] 他の実施形態はモータ／ジェネレータを含むことができ、これは、トロイド形磁気円筒をほぼ取り囲むバック鉄回路をさらに備える。

【0016】

[0017] 他の実施形態はモータ／ジェネレータを含むことができ、これは、バック鉄回路内に定まり、第１の外側磁壁および第１の内側磁壁を形成する磁石を位置決めおよび支持するための長手方向溝をさらに備える。

【0017】

[0018] 他の実施形態はモータ／ジェネレータを含むことができ、これは、コイル組立品に連結されたハブと、ハブに連結された軸とをさらに備える。

【0018】

[0019] 他の実施形態はモータ／ジェネレータを含むことができ、これは、トロイド形磁気円筒に連結されたハブと、ハブに連結された軸とをさらに備える。

【0019】

[0020] 他の実施形態はモータ／ジェネレータを含むことができ、これは、トロイド形磁気円筒に定まり、構造支持体および／または導体の通過を可能にするようにされた外部円周方向スロットをさらに備える。

【0020】

[0021] 他の実施形態はモータ／ジェネレータを含むことができ、これは、トロイド形磁気円筒に定まり、構造支持体および／または導体の通過を可能にするようにされた内部円周方向スロットをさらに備える。

【0021】

[0022] 他の実施形態はモータ／ジェネレータを含むことができ、これは、構造支持体および／または導体の通過を可能にするようにされたトロイド形磁気円筒に定まる側面円形スロットをさらに備える。

【0022】

[0023] 他の実施形態はモータ／ジェネレータを含むことができ、これは、トンネルの内部の磁束力がスロットを通って逃げるのを防止するための手段をさらに備える。

【0023】

[0024] 他の実施形態はモータ／ジェネレータを含むことができ、これは、コイル組立品に連結され、側面円形スロットを通って部分的に延びている支持リングと、支持リングに連結された第１の端板とをさらに備える。

【0024】

[0025] 他の実施形態はモータ／ジェネレータを含むことができ、これは、トロイド形磁気円筒に連結された軸と、軸に回転可能に連結された第２の端板と、第１の端板を第２の端板に接続するための手段とをさらに備える。

【0025】

[0026] 他の実施形態はモータ／ジェネレータを含むことができ、ここで、第１の内側磁壁、第１の外側磁壁、第１の輪状磁壁および第１の対向輪状磁壁は、電磁石から形成できる。

【0026】

[0027] 他の実施形態はモータ／ジェネレータを含むことができ、ここで、個々のコイルが第１の磁気トンネル区分または第２のトンネル磁気区分に位置決めされたとき、複数のコイルのうちの個々のコイルの全ての側面に接線方向の磁力が発生する。

【0027】

[0028] さらに、機械的回転を生成する方法を含むことができ、これは、第１の内部空洞内に磁気集中状態の第１の領域を形成する工程であって、第１の内部空洞は、内部空洞に面する第１の磁極を有する第１の外側磁気円筒壁と、内部空洞に面する第２の磁極を有する第１の内側磁気円筒壁と、内部空洞に面する第３の磁極を有する第１の側面磁壁と、内部空洞に面する第４の磁極を有する第１の対向側面磁壁とによって定まり、第１および第２の磁極は、第３および第４の磁極とは反対の磁極とされている工程と、第１の内部空洞内にコイルを位置決めする工程と、コイルに第１の方向に電流を加えて、コイルを第１の内部空洞に対して回転させる工程と、コイルに長手方向軸を連結し、結果としてコイルが回転するとき長手方向軸が回転する工程とを備える。

【0028】

[0029] 他の実施形態は機械的回転を生成する方法を含むことができ、これは、円周方向で第１の内部空洞に隣接して位置決めされた第２の内部空洞内に磁気集中状態の第２の領域を形成する工程であって、第２の内部空洞は、内部空洞に面する第５の磁極を有する第２の外側磁気円筒壁と、内部空洞に面する第６の磁極を有する第２の内側磁気円筒壁と、内部空洞に面する第７の磁極を有する第２の側面磁壁と、内部空洞に面する第８の磁極を有する第２の対向側面磁壁とによって定まり、第５および第６の磁極は、第７および第８の磁極とは反対の磁極方向にされた工程と、コイルに第１の方向に電流を加えて、コイルを第２の内部空洞に移動させる工程と、コイルが第２の内部空洞内にあるとき、コイルに第２の方向に電流を加えてコイルを第２の内部空洞から移動させる工程と、コイルに長手方向軸を連結し、結果としてコイルが第１の内部空洞から第２の内部空洞に回転するとき、長手方向軸が回転する工程とをさらに備える。

【0029】

[0030] さらに電流を生成する方法を含むことができ、これは、第１の内部空洞内に磁気集中状態の第１の領域を形成する工程であって、第１の内部空洞は、内部空洞に面する第１の磁極を有する第１の外側磁気円筒壁と、内部空洞に面する第２の磁極を有する第１の内側磁気円筒壁と、内部空洞に面する第３の磁極を有する第１の側面磁壁と、内部空洞に面する第４の磁極を有する第１の対向側面磁壁とによって定まり、第１および第２の磁極は、第３および第４の磁極とは反対の磁極方向にされた工程と、第１の内部空洞内でコイルを回転させる工程と、コイルが第１の内部空洞を通って移動するとき、コイルから第１の方向の電流を取り出す工程とを備える。

【0030】

[0031] 他の実施形態は電流を生成する方法を含むことができ、これは、第２の内部空洞内に磁気集中状態の第２の領域を形成する工程であって、第２の内部空洞は、内部空洞に面する第５の磁極を有する第２の外側磁気円筒壁と、内部空洞に面する第６の磁極を有する第２の内側磁気円筒壁と、内部空洞に面する第７の磁極を有する第２の側面磁壁と、内部空洞に面する第８の磁極を有する第２の対向側面磁壁とによって定まり、第５および第６の磁極は、第７および第８の磁極とは反対の磁極方向とされ、第１から第４の磁極は、第５から第８の磁極とは反対の磁極方向にされた工程と、第２の内部空洞内でコイルを回転させる工程と、コイルが第２の内部空洞を通って移動するとき、コイルから第２の方向の電流を取り出す工程とをさらに備える。

【0031】

[0032] これらおよび他の特徴、ならびに利点は、以下の詳細な説明を添付の図面と併せて参照することにより明確に理解される。

【0032】

[0033] 図面は、本発明の唯一の態様を表すことを意図しないことに留意することが重要である。

【図面の簡単な説明】

【0033】

【図1】本開示の一定の態様によるモータ／ジェネレータ構成部品の一実施形態の分解図である。

【図2】図１に示したモータ／ジェネレータ構成部品の構成部品の詳細等角図である。

【図3】図２に示した構成部品の分解図である。

【図4A】中心コアと、コアから延びる複数の歯とを、明確化のために歯の一部を除去して示すコイル組立品の等角図である。

【図4B】図４Ａの複数の歯のうち単一の歯の詳細斜視図である。

【図4C】図４Ａの複数の歯のうち単一の歯の代わりの代替実施形態の詳細な斜視図である。

【図4D】図４Ａのコイル組立品および複数のコイル巻線を、明確化のためにロータ／ステータの歯の一部を除去して示す等角図である。

【図4E】複数のコイル巻線に連結された図４Ａのロータ／ステータを示し、複数のロータ／ステータ歯を示す等角図である。

【図5A】８つの磁気円筒区分を備えるトロイド形磁気トンネルの一実施形態を形成する複数の磁石を示す説明図である。

【図5B】磁気円筒区分の一実施形態を示す詳細斜視図である。

【図5C】磁気円筒区分の代替実施形態を示す詳細斜視図である。

【図5D】ロータ／ステータ部分の一部が内部に位置決めされた磁気円筒区分の一実施形態において、磁気円筒区分を形成する磁石磁極の方向を示す詳細な等角図である。

【図6A】長手方向軸線の周りに配置されて磁極方向が同様にされた４つの磁気円筒区分の斜視図である。

【図6B】磁気円筒区分の一実施形態において、区分を形成する磁石が図５Ｃに示す区分の磁石とは反対の磁極性である詳細な等角図である。

【図6C】４つの追加の磁気円筒区分を備える４つの磁気円筒区分を示し、４つの追加の磁気円筒区分は最初の４つの磁気円筒区分と反対の磁極方向にされた等角図である。

【図7A】バック鉄回路に連結された図６Ｃの磁気円筒を、明確化のために側面バック鉄回路の一部を除去して示す説明図である。

【図7B】完全なバック鉄回路に連結された図６Ｃの磁気円筒を示す説明図である。

【図8】本発明の特定の実施形態と共に使用できる例示的なスイッチ回路を示す説明図である。

【図9A】バック鉄回路に連結された代替磁気円筒を示す説明図である。

【図9B】代替磁気円筒の組立図である。

【図9C】図９Ｂに示した磁気円筒の分解図である。

【図10A】代替磁気円筒を組み込むモータ／ジェネレータの組立図である。

【図10B】代替磁気円筒を組み込むモータ／ジェネレータの分解図である。

【図10C】代替磁気円筒を組み込む部分的に組み立てたモータ／ジェネレータの分解図である。

【図10D】代替磁気円筒を組み込み、明確化のために特定の構成部品を除去しているモータ／ジェネレータの分解図である。

【発明を実施するための形態】

【0034】

[0059] 本開示を簡単にするために、以下に、構成部品、信号、メッセージ、プロトコルおよび配置の具体例が説明されている。もちろん、これらは、単なる例であり、発明を請求項に記載された発明から限定するものではない。周知の要素は、本発明が不必要な詳細で不明確にならないように、詳細な説明なしに提示している。ほとんどの部品について、本発明の完全な理解を得るために不必要な詳細事項は、そのような詳細事項が当業者の技術の範囲内にある限り省略している。本明細書で説明する特定の構成部品または要素に給電するために用いる従来の制御回路、電源または回路に関する詳細事項は、当業者の技術の範囲内にあるため省略する。

【0035】

[0060] 本開示において上部、下部、頂部、底部、時計回りまたは反時計回りのような方向を説明するとき、そのような方向は、例示した各図に関する、および図中の構成部品の向きに関する基準方向を与えるに過ぎないことを意味する。方向は、結果として得られる発明または実際の使用において使用する実際の方向を意味すると解釈すべきではない。いかなる場合でも、そのような方向は、相対的な位置決めを除いて、各請求項を制限しまたは請求項に何らかの意味を与えると解釈すべきではない。

【0036】

[0061] 図１は、バック鉄回路の第１の部分２０２、バック鉄回路の第２の部分２０４、中心ハブ３００および磁気ディスク組立品４００を示す、モータ／ジェネレータ構成部品１００の分解斜視図である。バック鉄回路の第１の部分２０２は、バック鉄材料で作られた第１の円筒壁２０６を備えている。第１の円筒壁２０６は、同様にバック鉄材料で作られた平坦な側壁２０８に隣接して連結または位置決めすることができる。本出願の目的のために、「バック鉄」という用語は、任意のステンレス鋼のような鉄または軟磁性材料、任意の鉄化合物または合金、任意のニッケルまたはコバルト合金、軟磁性材料、あるいはそのような材料の積層シートから成る任意の積層金属などを指すことができる。

【0037】

[0062] バック鉄回路の第２の部分２０４も同様に、平坦な側壁２１２に連結または位置決めされた第２の円筒壁２１０を備えている。組み立てたとき、バック鉄回路の第１の部分２０２およびバック鉄回路の第２の部分２０４は、中心ハブ３００および磁気ディスク組立品４００を物理的に取り囲む。特定の実施形態では、円筒壁２０６と円筒壁２１０との間の空間はその中にスロット４１０を定め（図７Ｂ参照）、これにより制御ワイヤおよび／または電気導体が通過することが可能になる。さらに他の実施形態では、円筒壁２０６および円筒壁２１０と平坦な側壁部２０８および平坦な側壁部２１２との間に、それぞれ同様のスロットまたはすき間（図１には示さない）が存在できる（図９Ａの側面スロット１４１０を参照）。

【0038】

[0063] 特定の実施形態では、ハブ３００は、軸（図示しない）などの機械的荷重伝達装置につながるための内側ハブ３０２を備えている。ハブ３００は、軸（図示せず）の周りに磁気ディスク組立品４００を位置決めし構造的に支持する。この実施形態では、複数の半径方向アーム３０４が内側ハブ３０２を外側ハブ３０６に連結する。特定の実施形態では、外側ハブ３０６も、磁気ディスク組立品４００用のバック鉄回路の一部を備えている。

【0039】

[0064] 図２は、磁気ディスク組立品４００の一実施形態の詳細等角図である。図３は、磁気ディスク組立品４００の分解図である。図２および図３に示す実施形態では、長手方向軸線４０１に関して、磁石の上面または第１の側面または半径方向の壁４０２が存在する。同様に、磁石の底面または第２の側面または半径方向の壁４０４が存在する。長手方向で磁石の第１の半径方向壁４０２と第２の半径方向壁４０４との間に、磁石の外側円筒壁または長手方向リング４０６が配置されている。磁石の内側円筒壁または長手方向リング４０８も、長手方向で、磁石の第１の半径方向壁４０２と磁石の第２の半径方向壁４０４との間に位置決めされ、横方向または半径方向で磁石の外側円筒壁４０６内に位置決めされている。図５Ａに示すように、組み立てたとき、半径方向壁４０２〜４０４および円筒壁４０８〜４０６を形成する磁石は、トロイド形磁気円筒を形成する。

【0040】

[0065] 特定の実施形態では、本明細書で説明する半径方向壁または側壁４０２〜４０４、および長手方向壁４０８〜４０６を形成する磁石は、ネオジム、アルニコ合金、セラミック永久磁石または電磁石のような、任意の適切な磁性材料で作ることができる。磁石または電磁石の正確な数は、必要な磁界強度または機械構成に左右される。例示した実施形態は、単に、磁石を配置する一つの様式である。磁石は、特に具体的な目的のために製造されるとき、他の配置が可能である。

【0041】

[0066] コイル組立品５００は、横方向で外側長手方向リングまたは円筒壁４０６と内側長手方向リングまたは壁４０８との間に位置決めされ、長手方向で第１の半径方向壁４０２と第２の半径方向壁４０４との間に位置決めされている。特定の実施形態では、コイル組立品５００はステータにすることができる。さらに他の実施形態では、コイル組立品５００はロータにすることができる。

【0042】

[0067] 次に図４Ａに移ると、一実施形態ではロータ（またはロータ組立品）と共に使用されるステータの一部にできるコイル組立品支持体５０２の部分等角図が示され、ロータ（またはロータ組立品）は、上述した磁気半径方向壁４０２〜４０４と、磁気長手方向円筒状壁４０６〜４０８と、バック鉄の回路部分２０２および２０４とによって形成されている。特定の実施形態では、コイル組立品支持体５０２は、円筒形または輪形のコア５０４を含み、コア５０４は、長手方向軸線４０１に対して半径方向で輪形コアの周りに離間した複数の歯５０６に連結されている。明確化の目的で、図４Ａでは、歯５０６の一部は、輪形コア５０４が見えるように除去されている。

【0043】

[0068] 特定の実施形態では、輪形コア５０４は、磁束力集線装置として作用するように、鉄またはバック鉄材料で作られる。しかしながら、機械的強度、渦電流の低減、冷却通路のようなデザイン上の検討事項を考慮すると、他のコア材料が使用できる。上述したように、バック鉄材料は、鉄、鉄合金、積層鋼鉄または軟磁性材料にすることができる。一部の実施形態では、輪形コア５０４は、中空にされまたは内部に通路を定めて、液体または空気を冷却することができる。

【0044】

[0069] 図４Ｂに、個々の歯５０６ａおよび輪形コア５０４の一部分の一実施形態が例示される。歯５０６ａは、コア５０４を形成する材料と同様の材料（例えば、バック鉄材料）から作ることができる。例示した実施形態では、各歯５０６ａは、輪形コア５０４から半径（例えば水平）方向および長手（例えば垂直）方向に延びている。従って、各歯５０６ａは、半径方向で長手方向軸線４０１（図３参照）から遠ざかって延びている外側部分５１０と、半径方向で長手方向軸線４０１に向かって延びている内側部分５１２と、一方の長手方向に延びる頂部５１４と、反対の垂直方向または長手方向に延びる底部５１６とを含む。輪形コア５０４の例示した部分は、個々の歯５０６ａに連結されて、個々の歯５０６ａを支持している。

【0045】

[0070] 特定の実施形態では、外側フィン５２０が外側垂直部分５１０の外縁につながり、垂直部分５１０から長手方向軸線４０１に対して両方の円周方向（または接線方向）で外側に延びている。同様に、内側部分５１２の内縁に内側フィン５２２が連結し、両方の円周方向（または接線方向）で部分５１２から外方に延びている。本開示で用いるように、「円周方向」という用語は、軸線４０１（図３Ｂ参照）のような軸線の周りの接線方向または回転方向を意味する。

【0046】

[0071] 図４Ｃに、個々の歯５０６’ａおよび輪形コア５０４の一部分の代替実施形態が例示されている。歯５０６’ａは、頂部５１４および底部５１６から延びる水平なまたは半径方向のフィンを有する点を除いて、図４Ｂを参照して例示した上記歯５０６ａと同様である。具体的には、頂部水平部分５１４の縁から第１のまたは頂部の水平フィン５１８が両方の水平円周方向に延びている。同様に、底部水平部分５１６の縁から第２のまたは底部の水平フィン５１９が両方の水平円筒方向に延びている。言い換えると、頂部水平フィン５１８は、歯の頂部にて、外部フィン５２０を内部フィン５２２に結合している。同様に、底部水平フィン５１９は、歯の底部にて、外部フィン５２０を内部フィン５２２に結合している。構造上の観点から、フィン５１８およびフィン５１９の厚さは、それぞれの水平部材５１４および５１６との結合部に近いほど厚く、フィンが結合部から遠ざかるにつれて先細になっている。

【0047】

[0072] 図４Ａおよび図４Ｄに例示するように、コアリング５０４によって支持された隣接する歯５０６または歯５０６’が、コイル組立体支持構造５０２内に半径方向のスロット５２４を形成している。図４Ｄ（明確化のために歯５０６の一部を省略している）に、複数の個々のコイルまたはコイル巻線５２６が例示され、それらは、輪形コア５０４の周りに、半径方向で隣接する歯５０６の間または隣接する歯５０６’間に形成されたスロット５２４内に配置されている。対照的に、図４Ｅは、完全なコイル組立体５００を例示し、個々のスロット５２４内に位置決めされた、個々の歯５０６および個々のコイル巻線５２６の全てを示す。

【0048】

[0073] コイル組立体５００内の各個々のコイル５２６は、銅（または同様の合金）ワイヤのような導電性材料から作ることができ、本技術分野で公知の従来の巻付け技術を用いて組み立てることができる。特定の実施形態では、集中巻が使用できる。特定の実施形態では、個々のコイル５２６の形状は、輪形コア５０４の周りに巻かれる本質的に円筒形または長方形にすることができ、輪形コア５０４には、個々のコイル５２６が内部に固定できる大きさの中心開口がある。

【0049】

[0074] 歯５０６または歯５０６’によって定まるスロット５２４内に個々のコイル５２６を位置決めすることによって、コイルは、歯のより実質的なヒートシンク能力によって囲まれ、特定の実施形態では、歯は、これを形成する材料に冷却通路を直接組み込むことができる。これにより、従来のモータの配置よりもはるかに高い電流密度が得られる。さらに、複数のコイル５２６を、スロット５２４内にしかも歯５０６間に配置することにより、コイル間の空隙が減少する。空隙を減らすことによって、コイル組立体５００は、モータまたはジェネレータによって生成される全体トルクに貢献することができる。特定の実施形態では、コイル組立体の歯５０６ａまたは歯５０６’ａの横方向フィン５１８および５１９（図４Ｃ参照）、円周方向フィン５２０および５２２（図４Ｂまたは図４Ｃ参照）は、コイル構造間の空隙を低減して、コイルに通電してコイル組立体５００が磁気トンネルに対して移動し始めるとき、磁束力が一方のフィンから隣接するフィンに流れることを可能にする。こうして、コイル支持組立体５０２の全ての部分は、システムが発揮する全体トルクに貢献する。

【0050】

[0075] 個々のコイル５２６の数は、所望の容積内に物理的に収まる任意の数とし、本技術分野で公知の所望の電気出力にし、または機械出力を生成する導体の長さおよび大きさにすることができる。さらに他の実施形態では、コイル５２６は、本技術分野で公知のグラムリングと同様に、本質的に１本の連続コイルにすることができる。

【0051】

[0076] 図５Ａは、長手方向軸線４０１の周りに位置決めされた円形または輪形の磁気トンネルを形成する、トロイド形磁気円筒４３０の一実施形態の斜視図である。前述したように、トロイド形磁気円筒４３０は、磁石の頂部の半径方向リングまたは側壁４０２（長手方向軸線４０１に対して）を備えている。同様に、磁石の第２のまたは底部の半径方向リングあるいは側壁４０４が存在する。長手方向で第１の半径方向壁４０２と磁石の第２の半径方向壁４０４との間に、磁石の外側円筒壁または長手方向リング４０６が位置決めされている。実施形態に応じて、磁石の外側長手方向リング４０６は、支持構造、冷却機構、ならびに／あるいはワイヤおよび導体を収容するために、軸方向スロット４１０を定めることができる。長手方向で第１の半径方向壁４０２と磁石の第２の半径方向磁壁４０４との間に、磁石の内側円筒壁または長手方向リング４０８も位置決めされ、軸方向で磁石の外側の長手方向リング４０６内に配置されている。

【0052】

[0077] 他の実施形態では、磁石の内側長手方向リング４０８は、軸方向スロット（図９Ａに示すスロット１１４０と同様である）を含むことができる。さらなる実施形態では、磁石の第１の半径方向壁４０２または磁石の第２の半径方向壁４０４は、側面円形スロット（図示しない）を含むことができる。そのようなスロットは、支持構造、冷却機構および／またはワイヤまたは導体を収容するように設計されている。磁石のスロットを内側長手方向リングまたは円筒壁４０８内に（磁石の外側長手方向リング４０６とは対照的に）定めたことの１つの利点は、磁石の内側長手方向壁４０８により生じるトルクが、磁石の外側リング４０６のそれよりも小さいことである。したがって、磁石の内側長手方向リング４０８の全幅を使用することによって、より大きなトルクを生み出すことができる。

【0053】

[0078] 図５Ａに示した実施形態では、トロイド形磁気円筒４３０は、８個のトロイド形磁気円筒区分（または磁気トンネル区分）を含む。他の実施形態では、２個、４個、６個、１０個、１２個またはそれよりも多い区分が存在できる。区分の数は、特定の用途向けの特定のデザインおよび性能特性に応じて異なる。

【0054】

[0079] 図５Ｂは、内部区分または「磁気トンネル」４５８あるいは円形経路の一部を定める、単一のトロイド形磁気円筒区分４５０（または磁気トンネル区分）の斜視図である。図５Ｃは、代替実施形態の単一のトロイド形磁気円筒区分４５０’の斜視図である。図示するように、トロイド形磁気円筒区分４５０および４５０’は、それぞれ外側磁壁４５２および４５２’ （上述したように、これらは外側円筒壁４０６の一部である）を有する。両方のトロイド形磁気円筒区分４５０および４５０’は、内側磁壁４５４（これは上述した内側磁気円筒壁４０８の一部である）を有する。部分的に円筒形の磁壁４５２（または４５２’）および４５４に加えて、磁性、軸方向、側方または横方向の壁４６０および４６２も存在し、それらは、図示した実施形態では、楔形の部材または磁石で作ることができる。軸方向壁４６０は、第１の側面または輪形の壁４０２の一部にすることができ、軸方向壁４６２は、第２の側面または輪形の壁４０４の一部にし、またはその逆にすることができる。

【0055】

[0080] 図示した実施形態では、磁壁の間に小さなスロット、たとえば壁４５４と壁４６０との間のスロット４５６を設けることができる。上述したように、特定の実施形態では、壁内にスロット、例えば実施形態４５０の壁４５２内に定まるスロット４１０を設けることもできる。そのようなスロット４１０は、支持構造、電線および／または電線管または冷却電線管のすべての通路に使用することができる。対照的に、実施形態４５０’では、軸方向壁４６０内にスロット４１２が定まっている。

【0056】

[0081] 磁壁４５２（または４５２’）、４５４、４６０および４６２内の個々の磁石はすべてそれらの磁極とされ、磁極は、トロイド形磁気円筒区分４５０のトンネル４５８の内部に向かうまたは内部から離れる方向に向いて、「閉じた」磁気トンネル区分を形成している。言い換えれば、外壁４５２（または外壁４５２’）および内壁４５４を形成する磁石の磁極は、半径方向で長手方向軸線４０１（図５Ａ）の方向に向いている。対照的に、第１の軸方向壁４６０および第２の軸方向壁４６２を形成する磁石の磁極は、長手方向軸線４０１と平行に向いている。

【0057】

[0082] 本開示で用いる「閉じた磁気トンネル」という用語は、円筒区分４５０または円筒区分４５０’を形成する磁石の配置を使用することを指し、配置により磁束力は、その大部分が半径方向または軸方向に（スロットまたは他の開口部を介して）逃げることなく、円周方向でトンネルの一側から他側に「進み」または「曲がる」。従って、スロット幅は、磁束力がスロットを通って出るのを防ぐために大きさが制限される。他の実施形態では、追加の磁石がスロット内に（またはスロットに近接して）挿入されて、磁束力の大部分を所定の方向または円周方向に導き続けることができる。

【0058】

[0083] 図５Ｄは、コイル組立品５００の一部が内部に位置決めされたトロイド形円筒区分４５０’の等角図である。図５Ｃに示した磁気の向きまたは構成は、「ＮＳＮＳ」磁極構成と呼ぶことができ、その理由は、２つの対向する磁石面はそれらのＳ極を内側に向け、他の２つの対向する磁石面はそれらのＮ極を内側に向けているからである。言い換えれば、頂部軸方向壁４６０および底部軸方向壁４６２を形成する磁石は、それらのＮ磁極がトンネル４５８の内部に向いている。（図面の解釈の便宜上、「Ｎ」は、軸方向壁４６０および軸方向壁４６２の縁に設置され、それらのＮ内部極が内側に向いていることを示す。したがって、縁または側面に位置決めされた「Ｎ」は、実際の磁極を表わさず、適切な壁のそれぞれの内面に向いた磁極の指標を表す）。対照的に、内側長手方向壁４５４および外側長手方向壁４５２’を形成する磁石は、それらのＳ内部極がトンネル４５８の内部に向いている。（したがって、長手方向壁４５４および長手方向壁４５２の縁に「Ｓ」が設置されて、それらのＳ内部極が内側に向いていることを示す。この場合も同様に、長手方向壁の縁に位置決めされた「Ｓ」は、実際の磁極を表していない）。

【0059】

[0084] 従来の構成では、通常磁石の対向する極同士は、長手方向に並んでいる。このように、磁束線は、磁石の表面に「接近して進み」、または密接に追従する。したがって、従来の発電／利用設備を使用するとき、すき間は、通常、これらの力線に作用できるように非常に狭くする必要がある。類似する磁極をコイル組立品５００に対して半径方向に又は垂直方向に並べることによって、磁束力は、磁石の表面からコイル組立品を横切って流れる。この構成により、コイルと磁石表面との間の許容誤差をより大きくすることが可能になる。

【0060】

[0085] 従来のモータと比較してこの構成の利点の１つは、端部向き変化部（この場合はコイルの半径方向区分）が、モータ／ジェネレータの「能動区分」または力発生区分の一部であることである。従来のモータでは、通常、銅導体の軸方向長さだけが電力を生成する区分である。従来のモータでは、端部向き変化部は、不利な条件であって重量および損失を増すが電力を生成せず、その理由は、端部領域の場は、端部巻線同士を効果的に連結していないからである。しかしながら、上述したように、軸方向に磁化された側壁または軸方向の磁石のおかげで、コイル巻線全体がトルクを効果的に生成している。したがって、本質的にコイルの導体全体が能動的であり、より大きな力を生成する。

【0061】

[0086] 各コイル５２６の巻線は、一般的に、巻線がコイル組立品５００から成る磁石同士の相対運動の方向に対して横方向または垂直方向のままであり、かつ長手方向軸線４０１と平行なままであるように構成されている。言い換えれば、コイル巻線は、それらの側面が長手方向軸線と平行であり、それらの端面が半径方向で長手方向軸線と垂直であるように位置決めされている。上述したように、巻線はまた、ロータの個々の磁石によってそれらの内面に生成される磁束を横断している。こうして、コイル巻線全体または複数巻線（端部向き変化部を含む）を使用して運動（モータモードの場合）または電圧（ジェネレータモードの場合）を発生させることができる。

【0062】

[0087] 図６Ａは、共通の中心または長手方向軸線４０１の周りに円周方向に配置された４つのトロイド形磁気円筒区分４５０ａ、４５０ｂ、４５０ｃおよび４５０ｄを示す。この配置により、それぞれの円筒区分間に４つの開放空間６１０ａ、６１０ｂ、６１０ｃ、および６１０ｄが残される。空間６１０ａ〜６１０ｄに４つの追加のトロイド形磁気円筒区分４２０ａ〜４２０ｄを挿入しまたは位置決めすれば、図６Ｃに示すように完全なトロイド形磁気円筒４３０が得られる。こうして、図６Ｃには完全なトロイド形磁気円筒４３０が示され、それは、４つのトロイド形磁気円筒区分４５０ａ〜４５０ｄと、トロイド形磁気円筒区分４２０ａ〜４２０ｄとを、長手方向軸線４０１の周りに交互に配置して組み合わせることによって形成されている。

【0063】

[0088] 図５Ｄを参照して上述したように、トロイド形磁気円筒区分４５０ａ〜４５０ｄを生成する磁石の極は、特定の幾何学的配置に向けられてＮＳＮＳ磁気構成を形成している。対照的に、図６Ｂに示すように、磁気円筒区分４２０ａのような隣接するトロイド形磁気円筒区分は、それらの類似する磁極を反対方向に向けて、ＳＮＳＮ磁気構成を形成している。

【0064】

[0089] 図６Ｂには、隣接するトロイド形磁気円筒区分４２０が示され、これは、トロイド形磁気円筒区分４２０ａから４２０ｄにすることができる。磁気円筒区分４２０は、磁極の向きが反対になっていることを除いて、上述した磁気円筒区分４５０と同様である。言い換えれば、磁壁４６０ａおよび４６２ａを形成する磁石は、それらのＳ極が円筒区分の内部に向かって内側に向いている（前述したように、「Ｓ」は、それらのＳ極が内側を向いていることを示すために、軸方向壁４６０ａおよび軸方向壁４６２ａの側面に設置されている）。磁気円筒壁４５２ａおよび４５４ａを形成する磁石は、それらのＮ極が磁気円筒区分の内部に向かって内側に向いている（同様に、「Ｎ」は、それらのＮ極が内側を向いていることを示すために、長手方向壁４５２ａおよび長手方向壁４５４ａの側面に設置されている）。このように、トロイド形磁気円筒区分４２０ａ〜４２０ｄは、帯磁方向の向きまたは「構成」が、トロイド形磁気円筒区分４５０ａ〜４５０ｄとは反対になっている。したがって、この磁極構成を図５Ｄを参照して上述したＮＳＮＳ磁極構成から区別するために、図６Ｂに示した磁極構成は、本出願の目的のためにＳＮＳＮ磁極構成と呼ばれる。

【0065】

[0090] 円筒区分４２０ａ〜４２０ｄが通電されると、トロイド形磁気円筒区分４２０ａ〜４２０ｄ内に位置決めされたコイル巻線を流れる電流は、磁気円筒区分４５０ａ〜４５０ｄ内に位置決めされたコイル巻線を流れる電流とは反対方向に流れ、発生する磁気力または磁気トルクの方向は、磁気円筒４３０全体を通して同じであることに留意されたい。

【0066】

[0091] 図６Ｃでは、複数磁壁のいくつかに、対面する「Ｓ」極の磁壁を表す「Ｓ」がラベル付けされ、これは、対面する「Ｎ」極の磁壁を表す「Ｎ」がラベル付けされた磁壁とは対照的である。前述したように、文字「Ｎ」および「Ｓ」は、磁壁の外面に重ね合せて、それぞれの壁の内部を形成する磁石の方向および磁極極性を示している。

【0067】

[0092] 上述したように、図６Ｃには８個の区分トロイド形磁気円筒４３０が示されるが、他の実施形態では、２個、３個、４個、６個、１０個などの部分トロイド形磁気円筒を使用することができる。任意の一定の用途向けに選択された部分トロイド形磁気円筒の数は、工学デザインパラメータおよび個々の用途向けの特定の性能特性に基づくことができる。本発明の範囲は、具体的には、複数の部分トロイド形磁気円筒を含んで考慮し、それらは、隣接する部分トロイド形磁気円筒と反対の磁極性である。簡潔性および例示目的で、本明細書には８個の区分トロイド形磁気円筒が記載されている。しかしながら、このデザイン上の選択は、決して、いかなるマルチトンネル式トロイド形磁気円筒向けのトンネルの選択または数を制限することも意味しない。

【0068】

[0093] 特定の実施形態では、部分トロイド形磁気円筒４５０ａ〜４５０ｄおよび４２０ａ〜４２０ｄは、部分トロイド形磁気円筒を図６Ｃに示すように完全なシリンダ４３０に組み立てたとき、部分トロイド形磁気円筒間に半径方向すき間４２２が形成されるような大きさにできる。他の実施形態では、部分トロイド形磁気円筒間に半径方向のすき間は存在しない。

【0069】

[0094] 図７Ａは、図６Ｃの８個のトンネルトロイド形磁気円筒４３０が、磁気円筒４３０を囲んで示されたバック鉄回路２００の一部とともに示される。図７Ｂは、バック鉄回路２００によって完全に囲まれた８個のトンネルトロイド形磁気円筒４３０を示す。上述したように、他の実施形態では、バック鉄構成部品間にスロット４１０が存在して、制御ワイヤおよび導体（図示しない）が通過することを可能にできる。

【0070】

[0095] 上述したように、例示的な実施形態では、ハブ３００は、シャフトまたはロッド（図示しない）などの機械的荷重伝達装置につながる内側ハブ３０２を備えている。複数の半径方向アームまたはスポーク３０４が、内側ハブ３０２を外側ハブ３０６に構造的に接続している。特定の実施形態では、外側ハブ３０６は、バック鉄回路の一部も備えるので、バック鉄材料から形成することができる。

【0071】

[0096] 特定の実施形態では、バック鉄回路は、磁束経路の一部として使用することができる。バック鉄材料は、磁気トロイド形シリンダ４３０によって生成された磁束を通して（空気とは対照的に）導き、磁気回路の磁気抵抗を低減する。したがって、特定の実施形態では、トロイド形磁気円筒を形成する磁石（永久磁石を用いる場合）の量または厚さは、適切に設計されたバック鉄回路を使用すれば減らすことができる。

【0072】

[0097] 特定の実施形態では、バック鉄回路は、バック鉄材料製の「頂」面または軸方向の壁２０８および「底」面または軸方向の壁２１０を含むことができる。バック鉄回路は、円周方向のリングまたは「壁」２０２および２０４も含むことができ、両壁は、それぞれ軸方向壁２０８および２１０につながっても、つながらなくても良い。こうして、この実施形態では、図７Ａおよび図７Ｂに示すように、バック鉄回路全体は、ハブ３００の外側円筒壁３０６、円周方向リング２０２および２０４、ならびに軸方向壁２０８および２１０を含む。トロイド形磁気円筒４３０と組み合わされたバック鉄回路は、ロータ（またはモータ／ジェネレータ構成に応じてステータ）を形成することができる。トロイド形磁気円筒４３０は、これがロータとして使用される場合４つの副ロータを備え、それらは、トンネルの各磁壁がロータとみなされる。例えば、再び図５Ｄを参照すると、磁壁４６０は第１のロータまたは「副ロータ」にすることができ、磁壁４６２は第２のロータまたは「副ロータ」にすることができ、磁壁４５２は、第３のロータまたは「副ロータ」にすることができ、磁壁４５４は第４のロータまたは「副ロータ」にすることができる。

【0073】

[0098] 生成されたトルクおよび／または電力を維持するために、コイル組立品内の個々のコイル５２６は、スイッチングまたは制御装置（図示しない）によって選択的に通電または作動することができる。コイル組立品５００内の個々のコイル５２６は、これらに従来の様式で選択的かつ機能的に電流を与える切換装置または制御装置に電気的、物理的および通信可能につながることができる。

【0074】

[0099] 例えば、図５Ｄに示すようなＮＳＮＳ磁極構成を有する磁気トンネル区分内に個々のコイルがあるとき、制御装置は、個々のコイル内に電流を流すことができる。他方、同じ個々のコイルが、隣接してＳＮＳＮ磁極構成にされた磁気トンネル区分内に移動すると、制御装置は、発生した磁力が同じ方向であるように、電流を個々のコイル内に図５Ｄに示したのとは反対の方向に流す。

【0075】

[0100] 再び図４Ｄを参照すると、個々のコイル５２６は、端部巻線なしでトロイド形巻線を使用し、いくつかの実施形態では互いに直列に接続することができる。他の実施形態では、三相巻線が使用されて、隣接するコイル同士を互いに接続して各相の分岐を形成することができる。例えば、２つの隣接するコイルはＡ相コイルにすることができ、次の２つの隣接するコイルはＢ相コイルにすることができ、次の２つの隣接するコイルはＣ相コイルにすることができる。この三相構成は、次に、コイル組立品内で、全ての個々のコイル５２６について繰り返される。一実施形態では、合計１６個のＡ相コイルについて、８対の隣接するＡ相コイルがある。同様に、合計１６個のＢ相コイルにつき８対の隣接するＢ相コイルがあり、合計１６個のＣ相コイルにつき８対の隣接するＣ相コイルがある。したがって、そのような実施形態では、４８個の個々のコイルがある。

【0076】

[0101] コイルが通電されると、三相巻線は、コイル組立品の周りの空隙に回転磁界を発生させることができる。回転磁界は、トロイド形磁気トンネルによって生成された磁界と相互作用して、コイル組立品とトロイド形磁気トンネルとの間にトルクおよび相対運動を生成する。

【0077】

[0102] そのような実施形態では、個々のコイル５２６は、ブラシレスモータ制御装置（図示しない）につながって、当技術分野で公知の様式で作動することができる。各相について、制御装置は、順方向電流、逆方向電流を加え、または電流を加えないことができる。動作時、制御装置は、複数位相にトルクを連続的に加える所定のシーケンスで電流を加え、モータモードにおいて磁気トロイド形トンネルを所望の方向に（コイル組立品に対して）向きを変える。特定の実施形態では、制御装置は、位置センサからの信号に基づきロータ位置を復号可能であり、または各相によって引き出される電流に基づいてロータ位置を推測可能である。

【0078】

[0103] さらに他の実施形態では、ブラシ付きモータ／ジェネレータが使用できる。そのような実施形態では、１つまたは複数の整流子（図示しない）が使用されて、たとえばハブ３００内に位置決めすることができる。特定の実施形態では、使用するブラシの数は、特定のモータ／ジェネレータのデザインで使用するトロイド形磁気区分の数に等しくできる。例えば、４つのトロイド形磁気区分を用いる場合、４つのブラシが使用できる。コイル組立品内の個々のコイル５２６は、直列に接続されてトロイド形巻線を有することができる。モータモードにおけるブラシレスデザインでは、コイルがそれぞれのトロイド形磁気区分に出入りするので、電流方向を切り換えるために必要なのは、図８に示すような単純化された切換回路８００だけである。図８に示すように、電源８０２は、４つのトロイド形磁気区分の電流を切り換えるために、当技術分野で公知の４対のトランジスタ８０６ａ〜８０６ｄおよびダイオード８０８ａ〜８０８ｄを介して、ブラシレスモータ８０４に電気的に連結されている。
モータ／ジェネレータの実施形態

【0079】

[0104] 図９Ａは、バック鉄回路１２００によって囲まれた磁気ディスク組立品１４００（図１および図２の磁気ディスク組立品４００と同様である）を示す。バック鉄回路１２００は、上述したバック鉄回路２００と同様である。図７Ａおよび図７Ｂを参照して上述した実施形態では、第１の円筒壁２０６とバック鉄回路２００の第２の円筒壁２１０との間に円周方向スロット４１０が定まっているのとは対照的に、トロイド形磁気円筒１４００は、第１の側面または頂部壁１２０８と、バック鉄回路１２００の第１の円筒壁１２０６との間に定まる側面スロット１４１０を有する。側面スロット１４１０は、制御ワイヤおよび導体の通過に加えて、側面の構造的支持体（例えば、延長リング）を可能にするために使用できる。簡潔性および明確性のために、上記各図に示した実施形態に関連して説明したのと同一または類似の部品および構成部品の説明は、ここでは繰り返さない。代替実施形態を完全に理解するためには、前述の段落を以下の説明と共に参照されたい。

【0080】

[0105] 図９Ｂは、磁気ディスク組立品１４００を示し、明確化のためにバック鉄回路１２００を除去している。図９Ｂには８個の磁気トンネル区分１４５０が示されるが、トロイド形磁気円筒１４００は、トロイド形磁気円筒４３０を参照して上述したように、任意の数の磁気トンネル区分から作ることができる。

【0081】

[0106] 図９Ｃは、バック鉄回路１２００と、トロイド形磁気円筒１４３０（上述したトロイド形磁気円筒４３０と同様である）を形成する磁石との分解等角図である。この実施形態では、バック鉄回路１２００は、第１の部分１２０２および第２の部分１２０４を含む。バック鉄回路１２００の第１の部分は、側壁または頂壁１２０８、第１の周方向外壁またはリング１２０６、および第１の内壁またはリング１２０７を含む。バック鉄回路１２００の第２の部分１２０４は、側壁または底壁１２１２、第２の周方向外壁またはリング１２１０、および第２の内壁またはリング１２１１を含む。

【0082】

[0107] トロイド形磁気円筒１４３０は、第１の半径方向壁または側壁１４０２、第２の軸方向または対向リングまたは側壁１４０４、磁石の外側円筒壁または長手方向リング１４０６、磁石の内側円筒壁または長手方向リング１４０８によって形成される。組み立てると、外側円筒壁１４０６および内側円筒壁１４０８は、長手方向で、磁石の第１の半径方向壁１４０２と磁石の第２の半径方向壁１４０４との間に位置決めされる。さらに、横方向で、内側円筒壁１４０８は、磁石の外側長手方向リング１４０６内に位置決めされている。図９Ｃに示した実施形態では、外側円筒壁１４０６は、２つの部分または「リング」、すなわち第１の外側リング１４０６ａおよび第２の外側リング１４０６ｂから成っている。同様に、内側円筒壁１４０８は、２つの部分または内側リング、すなわち第１のリング１４０８ａおよび第２のリング１４０８ｂを備えることができる。

【0083】

[0108] 先の実施形態で述べたように、各外側リング１４０６ａおよび１４０６ｂは、複数の湾曲した磁石を備えることができる。この実施形態では、バック鉄回路１２００の第１の外側円筒壁１２０６の内面１２４２ａの周りに複数の内側長手方向溝１２４０ａが定まり、これから半径方向に離間している。外側磁壁１４０６の第１の部分１４０６ａを形成する複数の外側磁石は、複数の内側長手方向溝１２４０ａ内に嵌合するような大きさにされている。同様に、第２の外側円筒壁１２１０の内側面１２４２ｂの周りに複数の内側長手方向溝１２４０ｂが定まり、これから半径方向に離間している。外側磁壁１４０６の第２の部分１４０６ｂを形成する複数の外側磁石は、複数の内側長手方向溝１２４０ｂ内に嵌合するような大きさにされている。

【0084】

[0109] 各内側磁気リングまたは壁部分１４０８ａおよび１４０８ｂも、複数の湾曲した磁石を備えている。バック鉄回路１２００の第１の内側円筒壁１２０７の外側面１２４６ａの周りに複数の外側長手方向溝１２４４ａが定まり、これから半径方向に離間している。内側磁壁１４０８の第１の部分１４０８ａを形成する複数の内側磁石は、複数の外側長手方向溝１２４４ａ内に嵌合するような大きさにされている。同様に、第２の内側円筒壁１２１１の外側面１２４６ｂの周りに複数の外側長手方向溝１２４４ｂが定まり、これから半径方向に離間している。内側磁壁１４０８の第２の部分１４０８ｂを形成する複数の内側磁石は、複数の外側長手方向溝１２４４ｂ内に嵌合するような大きさにされている。

【0085】

[0110] こうして、複数の溝１２４０ａ、１２４０ｂ、１２４４ａおよび１２４４ｂは、外側円筒磁壁１４０６および内側円筒磁壁１４０８を形成する複数の磁石を位置決めし、構造的に支持するように設計されている。

【0086】

[0111] 図１０Ａは、磁気ディスク組立品１４００（見えない）およびバック鉄回路１２００（図９Ａから図９Ｃ）を用いるシステム９００の等角組立図である。対照的に、図１０Ｂは、システム９００の分解等角図である。以下において図１０Ａおよび図１０Ｂの両方を参照すると、磁気ディスク組立品１４００は、システム９００内の構成部品として使用されている。磁気ディスク組立品１４００は、コイル組立品１５００（これは上述したコイル組立品５００と同様である）を含む。構成に応じて、システム９００は、電気モータまたは電気ジェネレータの何れかになることができる。

【0087】

[0112] 特定の実施形態では、システム９００は、ステータ側端板９０２と、コイル組立品１５００をステータ側端板９０２に固定的に連結する延長または支持リング９０４とを含む。ステータ側端板９０２は、円形に配置された一連の開口９０３を含む。同様に、支持リング９０４も円形構成で定まる一連の開口９０５を有し、開口９０５は、システム９００を組み立てたとき、ステータ側端板９０２の開口９０３と並ぶような大きさとされてこれから離間している。開口９０３および９０５のいくつかを通ってねじ、ボルトまたは他の締結具が延びて、ステータ側端板９０２をコイル組立品１５００に固定することができる。

【0088】

[0113] 組み立てたとき、図１０Ａに示すように、ロータ軸１３０２の端部１３０３は、ステータ側端板９０２を通って延びている。ロータ軸１３０２にロータハブ１３００がつながり、バック鉄回路１２００を支持し、バック鉄回路１２００は、次にトロイド形磁気円筒４３０（図１０Ａおよび図１０Ｂでは見えない）を支持している。ロータ軸１３０２の反対端部１３０４は、ロータ側端板９０８によって支持されている。組立状態では、この実施形態では、一対の側板９１０および９１２が、図１０Ａに示すように、ステータ側端板９０２をロータ側端板９０８に連結する。さらに、他の実施形態では、端板同士を一緒に固定するためにケーシングを使用することができ、または端板をケーシングに一体化することができる。さらに他の実施形態では、バック鉄回路は、ケーシングを形成することができる。当技術分野で公知であるように、ロータ軸１３０２は機械的荷重伝達装置であり、伝達装置は、ジェネレータモードではシステムに機械的回転力を入力し、またはシステムがモータモードのとき、機械的回転力を生成する。

【0089】

[0114] 図１０Ｃは、システム９００の別の分解図であり、ステータまたはコイル組立品１５００は、延長リング９０４を介してステータ端板９０２に連結されて支持されて示されている。したがって、端板９０２および９０８、延長リング９０４、ならびにコイル組立品１５００（ステータ）は、この構成では静止している。対照的に、ロータハブ１３００は、トロイド形磁気円筒１４３０（図１０Ｃには示さない）を支持して位置決めするバック鉄回路１２００に固定的に連結されている。ロータ軸１３０２は、ステータ端板９０２およびロータ端板９０４によって構造的に支持することができる。ロータ軸１３０２の両端部と両端板との間に軸受ユニット９１２および９１４が配置されて、端板に対してロータ軸が回転することを可能にしている。したがって、図１０Ｃに示すように、コイル組立品１５００（またはステータ）は、端板９０２にしっかりと連結されている。対照的に、トロイド形磁気ディスク１４３０およびバック鉄回路１２００（またはローター）は、端板９０８に回転可能に連結されている。端板９０２および９０８は、機械構成全体を固定して回転部品の完全性を確実にすることになる。

【0090】

[0115] 特定の実施形態では、ワイヤおよび冷却媒体は、専用端板９０２から延長リング９０４を介して、それぞれ開口９０３および９０５を介して、コイル組立品１５００に入ることができる。対照的に、回転構成部品同士（トロイド形磁気ディスク１４３０およびバック鉄回路１２００）は一緒に連結して、ロータハブ１３００と縦一列につながることができ、ロータハブ１３００は、次に軸１３０２に固定的に連結されている。

【0091】

[0116] 図１０Ｄは、ロータハブ１３００に関するいくつかの詳細を示す部分分解図である。図１０Ｄでは、明確化のために、バック鉄回路のコイル組立品１５００および外壁１２０６および１２１０は除去されている。ロータハブ１３００は、軸１３０２の長さに沿って長手方向に位置決めされた複数の支持肩部を含む。第１の軸受支持肩部１３２０は、軸受ユニット９１２に係合してこれを支持している。第１のセンタリング肩部１３２２は、バック鉄回路１２００の第１の側壁１２０８につながりこれを支持している。中心肩部１３２４は、バック鉄回路１２００の内側円筒壁部１２０７および１２１１に係合してそれらを支持している。第２のセンタリング肩部１３２６は、バック鉄回路１２００の第２の側壁１２１２を支持している。第２の軸受支持肩部１３２８は、第２の軸受ユニット９１４に係合してこれを支持するように設計されている。特定の実施形態では、ロータ軸１３０２の何れかの端部にキー溝１３３０（図１０Ｂ参照）を定めることができる。

【0092】

[0117] 図１０Ａから図１０Ｄに示した実施形態では、コイル組立品１５００はステータである。他の構成では、コイル組立品１５００はロータですることができる。さらに、図示した実施形態は、コイル組立品１５００を構成して支持するほんの一例に過ぎない。他の実施形態では、コイル組立品１５００は支持リングによって支持することができ、支持リングは、コイル組立品から外側ケーシング又はハウジングまで、外側円筒壁２０６と２１０との間の中心スロット４１０を通って延びている（図７Ａおよび図７Ｂ）。さらに他の実施形態では、コイル組立品５００がロータとして機能しているとき、コイル組立品は支持リングによって支持することができ、支持リングは、内側円筒壁２０８と２１８との間の中心スロットを通ってコイル組立品から軸まで延びている。正確な構成は、コイル組立品がステータであるかロータであるかというデザイン上の選択に左右される。
特定の実施形態の利点

【0093】

[0118] 要するに、開示された特定の実施形態には、従来のモータおよびジェネレータと比較していくつかの利点がある。上述したように、コイルを磁石で囲むとより多くの磁束密度が発生し、力はすべて運動方向に存在し、それにより力がコイルを運動の方向でなく、下方に引っ張りまたは上方に押そうとする（極性に応じて）従来のモータと比較して、より強いトルクが生成され、振動が最小限に抑えられ、騒音が最小限に抑えられる。上述したように、発生する磁界の大部分は運動方向に存在するので、無駄な磁界構造は、あったとしてもほんの少ししかない。したがって、連続トルクおよび連続電力が大幅に増加する。さらに、従来の電気モータと比較して、連続トルク密度、連続体積密度および連続重量密度も増加する。

【0094】

[0119] 特定の実施形態では、等価全トルクは、始動時に、固定されたロータ電流損失が全くないか最小限である場合に得られる。永久磁石構成により、始動時の突入電流が減少した。

【0095】

[0120] 特定の実施形態では、コイル組立品を小型にできながら、コイルは、効果的なヒートシンクによって囲まれているので容易に冷却される。コイル巻線同士の重なりがほとんどまたは全くないので、不要な磁界誘導は、あったとしてもほんの少ししかなく、これによってもより効率的な設計がもたらされる。従来のモータに比較したこの構成の利点の１つは、端部向き変化部（この場合はコイルの半径方向区分）が本発明の「能動部分」の一部であることである。従来のモータでは、銅導体の軸方向の長さが、電力を生成する区分である。端部向き変化部は不利な条件であり、重量と損失を増加させるが電力を生成せず、その理由は、端部領域場は端部巻線同士を効果的に連結していないためである。しかしながら、以上で開示した実施形態では、軸方向に磁化された側壁または軸方向磁石のおかげで、コイル巻線全体がトルクを発生させるために効果的に使用され、銅巻線を効率的に利用している。

【0096】

[0121] 上述したように、コイルを磁石で上述したように囲むと、より多い磁束密度が生み出され、力は全て運動方向に存在し、それによりコイルを運動の方向ではなく極性に応じて下向きに引っ張りまたは上向きに押す従来のモータと比較して、大きなトルクが発生し、振動が最小になり、騒音が最小になる。

【0097】

[0122] したがって、連続トルクおよび連続電力が大幅に増加する。さらに、連続トルク密度、連続体積密度および連続重量密度も、従来の電気モータと比較して増加する。

【0098】

[0123] 「直流」構成では、モータは、電力線周波数または製造時周波数とは無関係に動作することができ、高価なパルス幅変調駆動制御装置または同様の制御装置の必要性を低減する。

【0099】

[0124] 本発明の実施形態の前述した説明は、例示および説明を目的として提示されている。網羅的であること、または本発明を開示された正確な形態に限定することを意図するものではない。上記教示に照らして、多くの組み合わせ、修正および変形が可能である。例えば、特定の実施形態では、上述した構成部品および特徴のそれぞれは、他の構成部品または特徴と個別にまたは順次に組み合わせることができながら、依然として本発明の範囲内にある。交換された構成部品を有する説明していない実施形態は、依然として本発明の範囲内にある。本発明の範囲は、この詳細な説明によってではなく、むしろ特許請求の範囲または本開示によって支持される将来の特許請求の範囲によって限定されることを意図している。

【0100】

[0125] 例えば、いくつかの実施形態では、回転モータ／ジェネレータが含まれ、回転モータ／ジェネレータは、半径方向で軸方向線の周りに配置されて円形経路を形成し、少なくとも１つの第１の磁気トンネル区分を備えるトロイド形磁気円筒を備え、第１の磁気トンネル区分は、ほぼ第１の磁気トンネル区分の内部の方向に向く磁極方向にされた第１の磁壁と、第１の磁気トンネル区分の内部の方向に向く磁極方向にされ、第１の磁壁から所定の距離に位置決めされた第１の対向磁壁と、ほぼ第１の磁壁と第１の対向磁壁との間にわたり、ほぼ第１の磁気トンネル区分の内部の方向に向く磁極方向にされた第１の内側磁壁と、ほぼ第１の磁壁と第１の対向磁壁との間にわたり、第１の内側磁壁から半径方向に離れて位置決めされ、ほぼ第１の磁気トンネル区分の内部の方向に向く磁極方向にされた第１の外側磁壁とを含み、第１の磁壁を形成する磁石および第１の対向磁壁を形成する磁石の似ている磁極は、第１の内側磁壁を形成する磁石および第１の外側磁壁を形成する磁石の似ている磁極とは反対の磁極方向であり、結果として第１の磁気トンネルはＮＳＮＳ磁極構成とされており、回転モータ／ジェネレータは、円形経路内に位置決めされたコイル組立品を備える。

【0101】

[0126] 上記回転モータ／ジェネレータにおいて、トロイド形磁気円筒は、半径方向で軸方向軸線の周りに配置されて第１の磁気トンネル区分に隣接して位置決めされた第２の磁気トンネル区分をさらに備え、第２の磁気トンネル区分は、ほぼ第２の磁気トンネル区分の内部の方向に向く磁極方向にされた第２のロータ構成部品と、ほぼ第２の磁気トンネル区分の内部の方向に向く磁極方向とされ、第２のロータ構成部品から所定の距離に位置決めされた第２の対向ロータ構成部品と、ほぼ第２のロータ構成部品と第２の対向ロータ構成部品との間にわたり、ほぼ第２の磁気トンネル区分の内部の方向に向く磁極方向にされた第２の内側ロータ構成部品と、ほぼ第２のロータ構成部品と第２の対向ロータ構成部品との間にわたり、第２の内側ロータ構成部品から半径方向に離れて位置決めされ、ほぼ第２の磁気トンネル区分の内部の方向に向く磁極方向にされた第２の外側ロータ構成部品とを含み、第２のロータ構成部品を形成する磁石および第２の対向ロータ構成部品を形成する磁石の似ている磁極は、第２の内側ロータ構成部品を形成する磁石および第２の外側ロータ構成部品を形成する磁石の似ている磁極とは反対の磁極方向であり、第２の磁気トンネル区分を形成する磁石の似ている磁極は、第１の磁気トンネル区分を形成する磁石の似ている磁極と反対方向に向けられ、結果として第２の磁気トンネル区分はＳＮＳＮ磁極構成とされている。

【符号の説明】

【0102】

１００ モータ／ジェネレータ構成部品
２０２ バック鉄回路の第１の部分
２０４ バック鉄回路の第２の部分
２０６ 第１の円筒壁
２０８ 軸方向壁
２１０ 第２の円筒壁
２１２ 平坦な側壁
３００ 中心ハブ
３０２ 内側ハブ
３０４ アーム
３０６ 外側ハブ
４００ 磁気ディスク組立品

【図1】

【図2】

【図3】

【図4A】

【図4B】

【図4C】

【図4D】

【図4E】

【図5A】

【図5B】

【図5C】

【図5D】

【図6A】

【図6B】

【図6C】

【図7A】

【図7B】

【図8】

【図9A】

【図9B】

【図9C】

【図10A】

【図10B】

【図10C】

【図10D】

【国際調査報告】