(57)【要約】  ＭＰ−Ａ及びＭＰ−Ｔマシンは、電動モータ／発電機の多極（ＭＰ）ファミリーのメンバーであって、同様に軽量且つ高いパワー密度を有している。それらのロータは、電気的に非導電性の材料の中に、導電性の“Ｓ−リボン”を有している。Ｓ−リボンは、運転の際に、高い磁場の“Ｂ”−場の複数の隣接するゾーン、及び低い“Ｂ”を備えたギャップと、交互に、周期的に実質的に重なり合うように形作られている。従って、ＭＰ−Ａ及びＭＰ−Ｔマシンは、それぞれ、発電機モードにおいて交流及び三相交流電流を発生し、またモータとして、適切な周波数で交流または三相交流により駆動される。二つの変形形態が紹介される：（ｉ）固定マグネット・チューブ／回転ロータを備えたマシン、及び、（ii）固定ロータ／回転マグネット・チューブを備えたマシン。後者は、電気的なブラシを必要とせず、同時的な複数用途のために、顕著に適している。また、これらは、腐食性の流体（海水を含む）の中に浸漬された状態で運転されることが可能である（図３Ｂ）。
2009506739.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電動モータ、発電機、または変圧器として運転可能な電気的マシンであって：
電流を運ぶことが可能なロータを、外側及び内側で取り囲む複数の磁場ソースを有し；
前記ロータは、実質的に一定の厚さのロータ・ウォールを有し；
前記磁場ソースは、前記ロータ・ウォールの中の、複数の、軸方向に伸び、間隔を開けて規則的に配置されたゾーンの中に、磁束密度を発生させ；
前記磁束密度は、隣接するゾーンの間で、径方向に交番し；
前記ロータ・ウォールは、少なくとも一つの導電性の引き延ばされたＳ−リボンを有し；
前記Ｓ−リボンは、前記ロータが前記磁場ソースに対して回転するとき、複数の隣接するゾーン及びこれらのゾーンの間のギャップと、交互に実質的に重なり合うように形作られている。
【請求項２】
下記特徴を有する請求項１に記載の電気的マシン：
前記複数の磁場ソースは、永久磁石であって、これらの永久磁石は、前記ロータのウォールを挟んで対を成して互いに向かい合うように、アウター・マグネット・チューブ及びインナー・マグネット・チューブに取り付けられている。
【請求項３】
下記特徴を有する請求項１または２に記載の電気的マシン：
前記ロータは、予め定められた回転対称の円筒形状を有しており、
二つのロータ端部での互いに関係するポイントの間のラインは、直線または曲線である。
【請求項４】
下記特徴を有する請求項２または３に記載の電気的マシン：
前記アウター・マグネット・チューブ及び前記インナー・マグネット・チューブは、固定であり、前記ロータは、回転可能である。
【請求項５】
下記特徴を有する請求項２または３に記載の電気的マシン：
前記アウター・マグネット・チューブ及び前記インナー・マグネット・チューブは、回転可能であり、前記ロータは、固定である。
【請求項６】
下記特徴を有する請求項１から５の何れか１項に記載の電気的マシン：
前記ロータ及びマグネット・チューブの全表面は、例えば海水などの腐食性の流体の中で前記マシンを使用するために、ペイント、ワニス、ラッカーまたは他の保護コーティングにより、保護されている。
【請求項７】
下記特徴を有する請求項４から６の何れか１項に記載の電気的マシン：
冷却流体が、径方向のマグネットの間のチャネルの中を通過する。
【請求項８】
下記特徴を有する請求項４または５に記載の電気的マシン：
少なくとも一つのＳ−リボンは、少なくとも一つの、捩られ且つ密に詰められたワイヤの束から作られている。
【請求項９】
下記特徴を有する請求項４または５に記載の電気的マシン：
前記ロータは、単線のＳ−リボン部分の複数の部分を有している。
【請求項１０】
下記特徴を有する請求項４または５に記載の電気的マシン：
前記ロータは、ワイヤからなるＳ−リボン部分を有するロータ部分と、単線で作られたＳ−リボン部分を有するロータ部分との間に、少なくとも一つの接続部を有している。
【請求項１１】
下記特徴を有する請求項５、９または１０に記載の電気的マシン：
複数のＳ−リボンは、絶縁バリアを設けることにより、サブ・ユニットに更に分割されている。
【請求項１２】
下記特徴を有する請求項１１に記載の電気的マシン：
サブ・ユニットには、選択されたサブ・ユニットを、選択された外部の電気的なコンポーネントに接続するためのプラグが設けられている。
【請求項１３】
下記特徴を有する請求項２または３に記載の電気的マシン：
前記ロータは、一組の、同軸の、機械的に一体化されているが電気的に絶縁されたロータ・レイヤから構成されている。
【請求項１４】
下記特徴を有する請求項２または３に記載の電気的マシン：
前記ロータは、捩られ且つ密に詰められたワイヤの束の複数のレイヤを有している。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
＜関連出願へのクロス・リファレンス＞
関連する米国出願は：
“Multipolar Machines − Optimized Homopolar Motors/Generators/Transformers”  D. Kuhlmann-Wilsdorf，出願日：２００３年  ７月  ８日，ＰＣＴ出願番号：ＰＣＴ／ＵＳ０３／２２２４８；及び、
“Multipolar-Plus Machines − Multipolar Machines with Reduced Numbers of Brushes”  D. Kuhlmann-Wilsdorf，出願日：  年    月    日，ＰＣＴ出願番号：      −である。
【０００２】
本発明は、下記の特許出願に記載された“多極マシン”（ＭＰマシン）の発明を発展させたものである：
“Multipolar Machines − Optimized Homopolar Motors/Generators/Transformers,”
D. Kuhlmann-Wilsdorf，  出願日：２００３年  ７月  ８日，
及び、後続発明：
“Multipolar-Plus Machines − Multipolar Machines with Reduced Numbers of Brushes,”  D. Kuhlmann-Wilsdorf。
【０００３】
本発明は、特に、ＭＰ−マシンに対する特許による保護を求めるものであり、これらのＭＰ−マシンは、交流（ＡＣ）および／または三相交流（３−phase）電流に適応され、それぞれ、ＭＰ−Ａ及びＭＰ−Ｔマシンと呼ばれ、これに対して、ＭＰ及びＭＰ−プラス・マシンは、ＤＣ電流に適応されている。
【背景技術】
【０００４】
ＭＰファミリーのマシンは、三つの基本的な構造的特徴を共有していて、それには、下記（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）が含まれる：
（Ａ）  一般的に円筒状のロータ；これは、単一のロータ、または、一組の同軸の、機械的に一体化されているが電気的に絶縁されたロータ・レイヤ（必ずしも一定の直径ではない）から構成されるることが可能であり、このロータは、実質的に円周方向ではなく、実質的に軸方向に電流を運ぶことが可能である；
（Ｂ）  ロータを外側及び内側で取り囲む複数の磁場ソース；これらの磁場ソースは、そのロータのウォール内の複数の軸方向に伸びるゾーンの中に、磁束密度“Ｂ”を発生させるようになっていて、その磁束密度は、隣接するゾーンの間で、径方向に交番する；
（Ｃ）  ローレンツ力がどこでも同一の回転方向を有するように、電流を導いて、複数のゾーンの中をシーケンシャルに通過させる手段。
【０００５】
上記の一般的な説明に対応して、典型的に、ＭＰ及びＭＰ−プラス・マシンは、共通の回転軸を有する三つの同軸の（回転対称ではあるが、必ずしも単純に円筒状である必要はない）チューブを有している。これらは、アウター及びインナー・マグネット・チューブであって、それらに、軸方向に伸びる永久磁石の列の形態の磁場ソースが固定され、それによって、径方向に互いに関係する対置された磁極が、隣接する列で交番する極性を備えて、ギャップを挟んで互いに向かい合い、それによって、強い径方向の磁束（Ｂ）の軸方向に伸びるゾーン、及び、それらのゾーンの中に電流を流すことが可能で、且つインナーとアウター・マグネット・チューブの間のギャップの中の磁極の対の列に対して回転することが可能なロータまたはロータ・セットを形成する。
【０００６】
既に示されているように、マグネット・チューブ内のマグネットは、間隔を開けて規則的に配置された、軸方向に伸びる“ゾーン”を形成するように配置され、それらのゾーンは、径方向の磁束密度“Ｂ”により貫通され、その符号は、ゾーンからゾーンへ交番し、ゾーンの間には、磁束の無いギャップを備えている。更に、シンプルなＭＰ及びＭＰ−プラス・マシンは、“電流チャネリング”ロータを有し、これらのロータは、ゾーンに対して平行にのみ（ゾーンに対して垂直ではなく）、電流の流れを可能にする。また、このマシンは、複数のゾーンを通る“ターン”にシーケンシャルに電流をカイドするための手段を有し、それによって、“Ｂ”の方向が変化するのに伴い、電流の方向が変化するようになっていて、それにより、電流に掛かるローレンツ力の回転方向が、電流の全ての連続する“ターン”に渡って同一であると言う結果をもたらすようになっている。
【０００７】
シンプルなＭＰマシンにおいて、複数のゾーンの中にシーケンシャルに電流をガイドするための手段は、ゾーンの各端部の電気的なブラシであって、これらのブラシは、アウター・ロータ表面上のスリップ・リングの上でスライドし、且つ、対を成して電気的に接続されている。ＭＰプラス・マシンにおいて、これらのブラシの大半は、“フラグ（flugs）”により置き換えられ、それらのフラグは、隣接するロータ内の隣接するゾーンの同等のポイントを接続する。上記の特徴に従って、シンプルなＭＰ並びにＭＰプラス・マシンは、単極であり、即ち、それらの中での電流経路は、マシンが運転される間、固定のままとどまる。
【０００８】
この特徴は、極めた低い電子的なノイズ・レベルを与え、即ち、軍事技術上の“ステルス性（stealth）”を可能にし、それ故に、マシンが、整流されたＡＣまたは三相交流電流ではなく、ＤＣ電流で運転されるときに、米国海軍において高く評価されている。実際に、シンプルなＭＰ及びＭＰ−プラス・マシンは、電動モータ・モードにおいて、直流電流（ＤＣ）のみではなく、整流された交流電流（ＡＣ）および／または三相交流電流（３−Ｐｈ）でも、運転されることが可能である。しかし、発電機モードにおいては、ＤＣ電流のみを発生させることができる。それらは、それ故に、ＤＣに“適応された”と、しばしば記載される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、上記の（Ａ），（Ｂ）及び（Ｃ）に挙げた基本的な特徴を維持しながら、金属の“電流チャネリング”ロータを、引き伸ばされたコンダクターの長手方向に伸びる部分（“Ｓ−リボン”と呼ばれる）を有するロータと置換する。これらのＳ−リボンは、ゾーンの幅及び間隔と一致する幅及び間隔の複数の軸方向に伸びる部分の中を通って、連続である。
【００１０】
マシンの回転の際（即ち、Ｓ−リボンの連続するセグメントが、多くの隣接するゾーンの中を通過し、続いてギャップを通過し、次に隣接するゾーンの次のセットを通過する時に）、その結果得られる誘導されるＥＭＦが交番するので、本発明に基づくマシンは、単極ではなく、単一のＳ−リボンを用いてＡＣに“適応され”、または、三つの規則的に配置された独立のＳ−リボンの使用により、三相電流に“適応される”。かくして、本発明は、シンプルなＭＰ及びＭＰ−プラス・マシンにおいて使用されているものとは、異なるロータ・デザインに基づいている。それ故に、本発明に基づくマシンは、ＭＰマシンの既に挙げられた特徴（Ａ）及び（Ｂ）を共有してはいるが、多極（ＭＰ）電気的マシンのファミリーに属している。
【００１１】
従って、本発明の一つの狙いは、ＭＰマシンの範囲を広げて、交流マシン（ＭＰ−Ａマシン）または三相交流電流マシン（ＭＰ−Ｔマシン）をその中に含めることにある。重要な第二の狙いは、電気的なブラシ及びスリップ・リングの必要性を、オプショナルに、無くすことにあり、それは、シンプルなＭＰ及びＭＰ−プラス・マシンで行われているように、ロータの代わりに、マグネット・チューブを回転することにより行われる。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明によれば、既に示された第一の狙いは、多極（ＭＰ）タイプのマシン実現することにあり、それらのマシンは、ＡＣおよび／または三相電流マシンであって、従来のＡＣ及び三相交流マシンと、多くの点で同様に、コントロールされる。この狙いは、少なくとも一つの電気的に導電性のリボン（“Ｓ−リボン”と呼ばれる）を有するロータにより、実現される。このＳ−リボンは、回転状態において、当該Ｓ−リボンが、複数の隣接するゾーンと周期的に実質的に重なり合い、且つ交互に、同一の隣接するゾーンの間のギャップ実質的に重なり合うように形作られている。
【００１３】
結果として、外部のパワー・ソースまたはシンクに接続されたとき、Ｓ−リボンは、高い磁束密度の複数のゾーンに沿って、周期的に電流を流し、それらのゾーンの内側のそれらの全体の長さに沿って、同じ回転方向のローレンツ力を発生させ、または、そのようなローレンツ力を受ける。回転の際、そのとき、それらの長さの多くまたは大半に渡って、Ｓ−リボンが、ゾーンとギャップの間で回り、ここで、ローレンツ力、そしてそれ故にマシン・トルクが、ゼロに対して最大限時計方向と最大限反時計方向との間で、交番する。
【００１４】
それに加えて、第二の狙い、即ち、電気的なブラシを必要としないＭＰマシンは、マグネット・チューブとロータの間の相対運動を、上記の場合とは、逆にすることにより実現され、それによって、二つのマグネット・チューブは、マシンの軸（あるいはいずれにせよ、もし中心軸が無い場合には、固定状態の周囲に対して）とともに回転し、ロータは固定状態にある。再び、Ｓ−リボンとマグネットの間の相対運動は、ロータ上の何れかの選択されるポイントを、対にされた磁極の間の磁束の一つのゾーンから、ギャップを通って、次のゾーン（即ち、このゾーンは反対方向の磁場を有している）まで、通過するときに、ローレンツ力を振動させる。
【００１５】
先に記載した、且つ単一のＳ−リボンを有するＭＰマシンは、ＡＣ電流で運転されることが可能であり、または発電機モードにおいて、ＡＣ電流を供給することが可能であり、それ故に、既に指摘したように、ＭＰ−Ａマシンと呼ばれる。二つの同様な、間隔を開けて規則的に配置されたＳ−リボンを、ロータの中に鋳込むことにより、マシンは、互いにに対して独立に使用されることが可能な二つのフェーズの異なるＡＣ電流を形成する。同じ極性の隣接するゾーンの間隔の１／３で配置された、ロータの中の三つの同様なＳ−リボンを用いて、マシンは、発電機モードにおいて、三相交流パワーを発生し、モータ・モードにおいて、三相交流電流で運転されることが可能である。そのようなマシンは、ＭＰ−Ｔマシンと呼ばれる。ＭＰ−Ａ及びＭＰ−Ｔマシンの速度並びにトルクは、ＭＰ及びＭＰプラス・マシンの場合の電圧及び電流コントロールの代わりに、インバータを介して、即ち周波数を介してコントロールされることが可能である。
【００１６】
留意すべきことは、モータ・モードにおいて、ＭＰ−Ａ及びＭＰ−Ｔマシンの両者は、チョップされそして反転されたＤＣ電流により駆動されることが可能であることである。ＭＰ−ＡマシンもＭＰ−Ｔマシンも、単極ではなく、即ち、それらは、電気的なノイズを放出する。しかしながら、ＭＰ−Ａマシン並びにＭＰ−Ｔマシンの電磁的なノイズ・レベルは、ほどほどであり、その理由は、
（ｉ）  回転マグネット・チューブ内での、磁極のダイポール状の配置が、ＭＰ−Ａ及びＭＰ−Ｔマシンの磁場を短い範囲にすること；
（ii）  Ｓ−リボンの隣接する平行のセグメントの中で電流の方向が、一つのターンから次のターンまで、交番し、それによって、電流の電磁場もまた、短い範囲であること；である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明及びその付随する優位性の多くのより完全な評価は、以下の詳細な説明を添付図面とともに参照することにより、本発明が良く理解されるに従って、容易に得られるようになるであろう。
【００１８】
次に、本発明について、図面を参照しながら説明する。これらの図面の中で、幾つかの図面を通じて、同様な参照符号は、同一のまたは対応する部分を示している。
【００１９】
＜ＭＰ−Ａ及びＭＰ−Ｔマシンの基本的な構造及び冷却＞
図１は、基本的なＭＰ−マシンの幾何学的形態を断面図で示す。このマシンは、マシンの軸１０、ロータ２、及びインナー及びアウター・マグネット・チューブ（５及び６）を含んでいる。マグネットの配置は、オプショナルであって、ここでは、方向を交番させる径方向の及び接線方向のマグネットのハルバッハ（Hallbach）配置として示されていて、それらのマグネットは、それらのそれぞれの磁化方向を示すＮ及びＳシンボル（“北”及び“南”に対して）により示されている。ここに見られるように、これは、インナー・マグネット５上のＳ磁極に面するアウター・マグネット６のＮ磁極の間で、及びその逆で、交番する。そのような磁極の対の間の領域は、強い径方向の磁束密度“Ｂ”の“ゾーン”であって、その方向の向きは、一つのゾーンから次のゾーンまで変化し、これに対して、ゾーンの間のスペースは、低い磁束のまたは磁束が無い“ギャップ”である。
【００２０】
ロータ２の両サイドの隣接する径方向のマグネットの間のチャネル４５及び４６は、好ましくは、冷却流体を軸方向に流すために使用されることが可能である。オプションとして、そのようなチャネルは、図１に示されているように、ロータ表面で開放されていても良く、または、そのようなチャネルは、例えばかなり薄いプラスチック・シート材料からなる何らかのバリアにより、閉鎖されていても良い。
【００２１】
好ましい実施形態において、、図１のように、チャネルは、左で開放され、冷却流体は、ガスの代わりに液体であり、例えば、空気の代わりに水である。水を使用することは、可能性のある冷却の効率を増大させる。ＭＰマシンのこのアスペクトは、参照文献１の特許出願の中で、以下のように、既に議論されている。
【００２２】
断面積“Ａｃ”の冷却チャネルの中を、速度“ｖｃ”で流れる何れかのクーラントは、１秒当たりのクーラント容積Ｖｃ（Ｖｃ＝Ａｃ・ｖｃ）を運ぶことになる。クーラントの温度上昇“ΔＴ”は、次式の速度で熱を除去する：
【数１】
2009506739.tif 000003
ここで、ｄ：機械的な密度
ｃ：クーラントの比熱
クーラントとして水を用いた場合、
ｄ＝１０３ｋｇ／ｍ３  且つ、
ｃ＝１ｃａｌ／（ｇ℃）＝４．２［joule］／１０−３［ｋｇ℃］  のとき、
【数２】
2009506739.tif 000004
【００２３】
それ故に、例えば、ゾーン当りのギャップ領域が、
Ａｃ＝１ｃｍ２  の水冷却で、流速が
ｖｃ＝１ｍ／ｓｅｃ＝２．３ｍｐｈ  のとき、
Ｖｃ＝０．１  liter／sec＝１０−４ｍ３／ｓｅｃ  であり、
入口と出口の間の温度上昇を  ΔＴ＝１０℃  とすると、
ｑwater＝４．２x１０３ｗａｔｔ  ≒  ５．６ｈｐ
の速度で、熱を抽出することになる。  
摩擦及びジュール熱に起因するマシン損失“Ｌ”は、典型的に、マシン・パワーの高々約５％またはそれ未満であり、これが意味するところによれば、示されたゾーン当り  １ｃｍ２  の冷却チャネルを通る  １ｍ／ｓ  の水の流れは、１０℃  の温度上昇で、ゾーン当たり  ＷＭ＞〜１００ｈｐ  の出力を有するマシンを、適切にを冷却する。この冷却速度は、非常に大型のマシンを除く全てためのニーズを満足することになる。
【００２４】
Ｎｚ＝１００ゾーン  を有する設備のための  ＷＭ＝１００，０００ｈｐ  マシンを仮定すると、このマシンは、Ａｃ＝１０ｃｍ２  の領域を通る、１ｍ／ｓｅｃ  水の流れ、を必要とするであろう。あるいは、より小さい冷却チャネル断面の場合には、やや速めの流れまたはより大きな温度上昇を必要とするであろう。
【００２５】
空気での冷却の場合、式１の“ｃ・ｄ”が、水の場合と比べて１０００倍のオーダーで小さいが、この場合には、同等のポンピングエネルギーの消費で、遥かに速い流速を適用することが可能であり、空気での冷却も同様に効果的であり得る。これらの考慮は、ロータの特定の構造に対して独立に適用可能であり、かくして、ＭＰ−Ａ及びＭＰ−Ｔマシンにも適用される。但し、それらのロータは、絶縁材料でのそれらの被覆並びにＳ−リボンの間での絶縁のために、やや高温になるかもしれない。それらの絶縁が、ロータ表面に平行であり、従って熱の流れを横切っているからである。たとえそうであっても、ロータの典型的に小さな厚さ、及び廃熱の大半がロータの中で発生されると言う事実のために、冷却は、常に容易に実現されるであろう。
【００２６】
水に露出された場合のために、ＭＰ−Ａ及びＭＰ−Ｔマシンの表面の全ては、好ましくは、スムーズな、耐腐食性の且つ低摩擦の恒久的な被覆で保護されることになる。その被覆は、例えば、ペイント、ワニス、ラッカーまたは何れかの他の保護コーティングなどであって、塗装され、または噴射され、または何れかの他の所望の適切なやり方で、付けられることが可能である。そのような表面コーティングは、両方のロータ表面並びに全てのインナー及びアウター・マグネット・チューブの表面で、同時に、マシンの内部短絡を防止し、ロータ及びマグネット・チューブのスムーズな相対運動を助けることになる。
【００２７】
＜回転マグネット・チューブ対する回転ロータの一般的な考慮＞
図２及び３は、シンプルな円筒状のＭＰマシンの二つの可能性のある基本的な幾何学的形態、即ち、以下のケースを明確にする：
（ｉ）  固定マグネット・チューブの間のギャップの中に回転ロータ（図２Ａ及び３Ａ）がある場合；及び、
（ii）  固定ロータ、及び回転アウター及びインナー・マグネット・チューブ（図２Ｂ及び３Ｂ）がある場合；
第一の場合には、即ち、図２Ａにおいては、ロータ２は、マシンの軸１０にリジッドに固定され（即ち、ドライバ６１を介して）、それによって、モータ・モードにおいて、ロータは、軸の回転を駆動し、そして発電機モードにおいて、軸により駆動される。やがて、マグネット・チューブ５及び６は、低摩擦ベアリング３５を介して、軸に中心が合わされるが、周囲（例えばマシンのベースプレート１９）に、図２Ａの中のサポート２５を介して、機械的にアンカーされる。
【００２８】
第二の場合には、図２Ｂにおいて、それらの役割は、維持される。この場合、マグネット・チューブ５及び６は、部分２９及び１８０を介して、軸１０にリジッドに接続され、モータ・モードにおいて、軸１０を駆動し、または、発電機モードにおいて、軸により駆動される。この場合、ロータ２は、即ち、部分１８１及び低摩擦ベアリング３５を介して、軸１０に中心が合わされるが、軸と共には回転しない。異なるパワー・ソースにより示されているように、即ち、図２Ａの中でＤＣ及び図２Ｂの中でＡＣにより示されているように、電流がロータの中を流れ、それは、全てのＭＰ−マシンの場合と同様であり、それ故に、図２Ａの場合には、ブラシ２７（ｎ）により、移動ロータ２に、電流が供給される必要がある。しかしながら、図２Ｂの場合のような、固定ロータに対しては、モータ・モードにおいて、電流が固定端子により供給されることが可能であり、または、パワーが、同一の固定端子を通って、固定ロータから取り出されることが可能である。
【００２９】
ここで留意すべきことは、中心軸が、必ずしも必要とされないことであり、マシンの固定状態の周囲構造の何れかの他の部分へのアンカーリングが、たとえ恐らく満足できるものでないであろうとも、回転コンポーネントを中心に位置させるために使用されても良いと言うことである。いずれにせよ、機械的な観点から、ロータまたはマグネット・チューブのいずれかが、マシンの軸有りまたは無しで、回転することが可能である。以下は、幾つかの関係する一般的な考慮である。
【００３０】
シンプルなＭＰマシンは、回転対称のロータ並びに回転対称のマグネット・チューブを有している。外側電源および／またはカスタマーへの固定端子により強いられる非対象性は、回転ロータにより、容易に適応され、その中の電流は、電気的なブラシにより、ロータに供給され、および／または、ロータから取り出される。ＭＰプラス・マシンはまた、回転対称のロータを有しているが、それらは、非対称のマグネット・チューブを有している。これらは、互いに隣り合うＮ／Ｓ磁極とＮ／Ｓ磁極の対であって、これらの対に対して、パワー端子は、固定のままとどまらなければならない。この状況は、再び、回転ロータがスライド・ブラシにより外側に接続されることを必要とする。
【００３１】
しかしながら、ＭＰ−Ａ及びＭＰ−Ｔマシンは、回転対称のマグネット・チューブを有しているが、ロータは本来の非対象性を備えている、即ち、Ｓ−リボンまたはＳ−リボン部分は、端部がゾーンを超えて突出している。この状況は、図３Ａ及び３Ｂに示されているように、回転するロータ及び回転するマグネット・チューブの両方を可能にする。しかしながら、回転ロータと固定電源および／またはカスタマーの間の相互接続の際に、図３Ａに示されているように、再び、スライドする電気的なブラシを要求する。固定スリップ・リングは、図３Ｂに示されているように、固定端子により、電流が供給されることが可能であり、それにより、スリップ・リング及びブラシを不要にする。
【００３２】
要約すると、ＭＰ及びＭＰ−プラス・マシンとＭＰ−Ａ及びＭＰ−Ｔマシンの間の基本的な相違は、ロータ（２）の形態にある。ＭＰ及びＭＰ−プラス・マシンのロータは、既に示されたように、回転対称であり、これに対して、ＭＰ−Ａマシンのロータは、電気的に絶縁性のマトリクスの中に、少なくとも一つの導電性のＳ−リボン１７２を有している（図３参照）。そして、ＭＰ−Ｔマシンのロータは、三つの同様な、間隔を開けて規則的に配置されたＳ−リボンを、連続するゾーンのいずれか一つのシリーズの中に、含んでいて（図４参照）、それぞれが、電流を中及び外に供給するための二つの端子を備えている。
【００３３】
＜ＭＰ−Ａ及びＭＰ−Ｔマシンの運転＞
マグネット・チューブとロータの間の相対的な回転の間に、Ｓ−リボンの軸方向に整列された部分は、径方向の磁束のゾーンを通って、次に磁束の無いギャップへ、逆の“Ｂ”極性のゾーンへ、ギャップへと、周期的に通過する。それによって、常に、いずれか一つのＳ−リボンの異なる部分（即ち隣接するゾーンの中の部分）に起因するローレンツ力が、同一の回転の向きを有し、電圧が付加される。結果として、Ｓ−リボンは、交流電圧を発生させ、または、交流電圧を受ける。ロータの中の単一のＳ−リボンは、発電機として使用されたとき、シンプルなＡＣ電流を発生させ、そして、モータとして、シンプルなＡＣ電流により駆動されることが可能である。
【００３４】
同一のロータの中で、均一に間隔を開けて配置された軸方向部分を備えたＳ−リボンであって、二つの同様なしかし互いに絶縁されたＳ−リボンを使用することにより、９０度フェーズが異なる）二つの独立のＡＣ電圧が誘導される。二つのそのようなＳ−リボンを備えた発電機は、かくして、たとえ同じ周波数及びパワーであろうとも、二つの独立のパワー・ソースとして使用されることが可能である。同様に、所与のインプット・パワーのフェーズ・コントロールで、二つのＳ−リボンを備えたモータは、オプショナルに、同じコントロールされた周波数の一つまた二つのパワー・ソースにより駆動され、それにより、同等の“場の減衰（field weakening）”で運転されることが可能である。
【００３５】
最後に、図４の中に示されているように、同一のマシンの中で、三つの独立の、同様な、均一に間隔を開けて配置されたＳ−リボンは、発電機モードにおいて、三相交流電流を作り出し、そして、モータ・モードにおいて、三相交流電流で運転されることが可能である。そのようなマシンは、以上において既に示されたように、ＭＰ−Ｔマシンと呼ばれる。これらは、図３Ａの中に示されているように、固定マグネット・チューブ及び回転Ｓ−リボン・ロータを用いて構成することが可能であり、その場合には、スリップ・リング及びブラシが必要になる。しかしながら、図３Ｂの中に示されているように、回転マグネット・チューブとともに、固定Ｓ−リボン・ロータが使用されるときには、スリップ・リング及びスライドする電気的なブラシが不要になる。
【００３６】
全てのＭＰマシンの構造においてかなりの援助になることは、二つのマグネット・チューブ（即ち、アウター６及びインナー・マグネット・チューブ５）が、対にされた対置されたＮとＳ磁極の間の強い磁力による引力のために、密に整列された状態でとどまると言う事実である。このアライメントは、最高の実用的な電流強度まで維持され、その電流強度は、ロータが機械的に支持することができる最大マシン・トルクにより制限される。
【００３７】
図３Ａにおいて、回転ロータが備えられ、ブラシ２７（１）及び２７（２）は、ロータの中へ及びロータの中から電流を導くことが要求される。これらのブラシは、アウター・マグネット・チューブ６にリジッドに接続され、マグネット・チューブの長さを超えるロータ２の突出部に位置するスリップ・リング３４（１）及び３４（２）の上でスライドする。モータ・モードにおいて、ロータ２、そしてそれ故に軸１０が、ローレンツ力のために回転する。このローレンツ力は、マグネット・チューブ５及び６の中の対置された磁極対の間の径方向の磁束により、電流に作用する。これらは、この図において、ベースプレート上のサポート２５を介して、外側に機械的にアンカーされて、固定状態のままとどまる。
【００３８】
図３Ａは、図２Ａのマシンの斜視図を示しているが、埋め込まれたＳ−リボンを備えたロータ２を見せるために、アウター・マグネット・チューブ６が部分的に切除されている。マグネット・チューブ５及び６は、既に指摘されたように、それらの中の対にされた磁極の強い互いの引力のために、径方向のアライメントの中にとどまる。これらは、軸方向に伸びるゾーンに対して平行に、交番する方向の向きの径方向の磁束密度“Ｂ”を形成し、これらのゾーンは、好ましい位置において、Ｓ−リボンの真直ぐなセグメントに一致する。ロータ２は、構造６１を介して、軸１０にリジッドに接続され、これに対して、インナー・マグネット・チューブ５は、部分２６及び低摩擦ベアリング３５を介して、軸１０に中心が合わされる（ここには示されていないが、図２Ａの中に示されている）。アウター・マグネット・チューブ６は、軸１０に中心が合わされ、この図においては、図２Ａに従い、支持ポスト２３を介して軸１０のベアリング３５を支持するベースプレート１９に取り付けられた部分２５のために、固定状態のままとどまる。
【００３９】
電気的に導電性でしかし互いに電気的に絶縁されたスリップ・リング３４（１）及び３４（２）は、埋め込まれたＳ−リボンを備えた絶縁ロータ２の延長部の上の金属オ―バーレイから形成される。スリップ・リング３４（１）は、図面の中に示されているように、直接的に、Ｓ−リボンの一つの端部に電気的に接続され、これに対して、Ｓ−リボンの他の端部の延長部は、Ｓ−リボンの端部部分１７５を介して、スリップ・リング３４（２）に電気的に接続され、それらの端部部分は、Ｓ−リボンから電気的に絶縁されたスリップ・リング３４（１）の下を通過する。
【００４０】
ブラシ２７（１）及び２７（２）は、アウター・ロータ６またはマシンのハウジング、または何れかの他の適切な固定部分にリジッドに取り付けられているが、それらから電気的に絶縁されている。これらのブラシは、ブラシ・ホルダーを介して、スリップ・リング３４（１）及び３４（２）の上でスライドし、これらのブラシ・ホルダーは、ストリップ１７０（１）及び１７０（２）により示され、且つ適切なブラシローディング・スプリングまたは他のデバイス（図示せず）を有している。ブラシ２７（１）及び２７（２）は、ケーブル４０を介して、ＡＣ電源１７１の端子に電気的に接続され、モータ・モードにおいて、マシンに電力を供給する。発電機モードにおいて、電源１７１は、パワー・シンクまたは発生されるＡＣ電流の消費者により、置き換えられる。
【００４１】
固定マグネット・チューブを備えたＭＰ−Ｔマシンの場合、もし、ロータが、図３Ａの中に示されているような唯一つのＳ−リボンではなく、三つの等しく間隔を開けて配置された、互いに絶縁されたＳ−リボンを有している場合には、ロータ２は、電気的に、発生されるまたは供給される電流のフェーズが１２０度間隔を開けられるように、三相電流を形成しまたは三相電流を使用する。
【００４２】
図３Ａに示されたようなＡＣマシンを三相交流マシンに、機械的に／電気的に変えることは、図３Ａの中に示されているブラシ２７（１）及び２６（２）に加えて、四つの更なるスリップ・リング（３４（３）から３４（６）までとする）、プラス四つのブラシ（２７（３）から２７（６）までとする）の準備を要求する。これらブラシは、三相交流電源または三相交流消費者の三つの磁極の端子に接続される。また、全ての六個のスリップ・リング及び六個のブラシの間の互いの絶縁もまた、維持される必要がある。二つの同時的なＡＣフェーズは、１８０度または１２０度のいずれかで電気的に離れているが、同一のやり方で実現されることが可能であり、但し、四つの互いに絶縁されたスリップ・リングの上でスライドするたった四つの互いに絶縁されたブラシが使用される。
【００４３】
＜個別の“Ｓ−リボン”の形態及び運転＞
先に議論されたように、全てのＭＰ−Ａ及びＭＰ−Ｔマシンは、導電性のＳ−リボン１７２を備えたロータを有し、それらのＳ−リボンは、周期的に、それらが、ロータの回転またはマグネット・チューブの回転の何れかにより、インナー及びアウター・マグネット・チューブのマグネット長さの内側ゾーンと一致するように形作られる。
【００４４】
Ｓ−リボンの幅、及びＳ−リボンの隣接するターンの間のギャップの幅は、好ましくは、ロータの中央線上に投影されたマグネットの幅（Ｌｍ）に等しく作られるが、それには必ずしも限定されない。この幅は、図４のの中に示されているように、マグネット・チューブの中のギャップの幅に等しい。これに対応して、回転の際、単一のＳ−リボンに対する誘導電圧は、以下のように、正弦曲線で変化する。
【００４５】
ロータの中に埋め込まれたＳ−リボンの幅は、好ましくは、ほぼゾーンの幅であり、かくして、トータルで、ロータの周囲の約半分をカバーする。また、ロータが回転するときに、リボンの中での渦電流を防止するため、リボンは、好ましくは、互い電気的に絶縁された平行のストランドに更に分割され、それらのストランドは、それぞれ、１／１６''（１．６ｍｍ）以下の幅である。運転の際に、最初に軸方向に向けられたリボン部分が、ゾーン（軸方向長さ：Ｌ）に中心が合わされると仮定すると、周方向の速度“ｖｒ”は、（本質的に）ゾーンの間を除くリボン部分のそれぞれの中に、電圧  Ｖ１＝ｖｒＬＢ  を誘導する。かくして、もし、“Ｎｚ”の均一に間隔を開けて配置されたゾーン、及び“Ｎｚ”の互いに関係するリボン部分があるとすると、誘導されるマシン電圧の最大値は、次式のようになる：
【数３】
2009506739.tif 000005
【００４６】
更に、もし、ゾーン幅、即ち、ロータの中央線上に投影されたマグネットの周方向の幅が“Ｌｍ”であり、もし、ゾーンの間のギャップが同一の幅であり、そして、ロータ直径が“Ｄ”であるとすると、次式のようになる：
【数４】
2009506739.tif 000006
即ち、
【数５】
2009506739.tif 000007
で、
【数６】
2009506739.tif 000008
【００４７】
リボンの軸方向に向けられた部分は、一つのロータ回転の中で、同じ径方向の方向（Ｂ）の  Ｎｚ／２  ゾーンを横切る。即ち、ロータ回転速度“ｖ”で、次式の時間間隔で横切る：
【数７】
2009506739.tif 000009
【００４８】
かくして、ｔ＝０  で、Ｓ−リボン部分がゾーンに中心が合わされてスタートし、Ｓ−リボンの端部の間の電圧は、次式のように交番する：
【数８】
2009506739.tif 000010
【００４９】
マシンが、回転速度“ｖ”で、発電機として運転されるとき、二つのスリップ・リングに接触する外部の端子が、それ故に、式８の中にあるように、交流（即ち、ＡＣ）電圧をピックアップする。但し、ファクター  （１−Ｌ）  がかかる。ここで、“Ｌ”  は、マシン損失であって、約２％の摩擦及び風損、プラスジュール熱損失、及び（一般的に無視できるほど小さい）電気的なブラシ損失からなる。それに代わって、かけられたＡＣ電圧は、ファクター  １／（１−Ｌ）  により昇圧され、回転速度“ｖ”を備えたモータと同一のマシンを駆動することになる。
【００５０】
送り出される電気的なパワー“ＷＭ”、及びモータ・モードにおいて、その反対に送り出される機械的なパワーは、次式のように、リボンの中を流れる電流“ｉＭ”により決定されることになる：
【数９】
2009506739.tif 000011
【００５１】
電流は、多極及び多極プラス・マシンの中における場合とほぼ同様にリボンの中でのオーム損失により、マシン効率を介して、主として制限される。それらのマシンの、特に多極プラス・マシンの、パワー密度についての、既に得られた見積もりは、それ故に適切である。マシン・パラメータの関数としての、電圧及び電流についてのデータもまた、ＭＰプラス・マシンの場合とほぼ同様である。実際に、固定ロータの場合には、ブラシが全く無いので、ＭＰ−Ａ及びＭＰ−Ｔマシンは、信頼性があり、全てのＭＰマシンの中で最も好ましいものとなる。
【００５２】
＜ＭＰ−Ｔマシンの構造＞
好ましくは、Ｓ−リボンは、渦電流を防止するために、１／１６''（１．６ｍｍ）以下の直径の互いに絶縁されたワイヤからなる。好ましい形態において、それらのワイヤは、緩やかに捩られ且つほぼ稠密状態に詰め込まれることが可能でありは、それによって、マシンの最適のパワー密度のための可能性のある最大の電流密度を実現することになる。
【００５３】
Ｓ−リボンの幅が、内側で変わり、その他の点では変わらないマシンは、交流電流の波形を変えることになる。特に、リボンの幅に渡って均一な電流密度を仮定すると、ゾーン幅より遥かに狭い単一のストランドから始まるをＳ−リボンを広げることは、ゾーンの幅とリボンの幅が等しいとき、、誘導電圧を、交番する“オン”方向を備えた急峻なオン・オフ波形から、“オン”と“オフ”の間の移行の鋭さを徐々に減少させて、正弦波形に変える。更に、Ｓ−リボンの幅を広げることは、モータ及び発電機モータ及び発電機に対する電圧またはトルク強度を、それぞれ、減少させて、廃熱を増大させる。これは、個別のリボン・セグメントの先頭及び後続のエッジが、反対方向の“Ｂ”に、次第に曝されて、かくして、反対方向の誘導電圧またはトルクが生ずるからである。
【００５４】
やがて、トータルの誘導電圧またはトルクは、リボンの中の全てのストランドのために、リボンがゾーンの幅を有するポイントまで、リボンの幅とともに増大する。その後に、誘導電圧及びトルクは、インプット・エネルギーのほとんど全てが、廃熱に変換されるまで、即ち、Ｓ−リボンの幅が同じ“Ｂ”方向のゾーンの間の間隔に等しくなるときまで、減少する。この分析から、最適なリボンの幅は、ゾーン幅の近いことになる。
【００５５】
たとえそうであったとしても、以下において示されるように、ロータ・ボディの中のＳ−リボンの幅を、ゾーン幅の“２／３”に減少させることは、Ｓ−リボン単純に矩形にすることを可能にする。ロータの構造の更なるシンプル化は、特に、ロータ・ウォールの厚さがゾーン幅に比べて遥かに小さい場合において、Ｓ−リボンを、ほぼ同軸の矩形のユニットから組み立てることにより、可能である。
【００５６】
上記の条件、即ち、リボンの幅に渡って均一な電流密度を仮定することは、重要な問題に関係している。その理由は、以下のように、電流の均一性は、決して保証されることがないからである。均一な導電性のリボンにおいて、電流密度、それゆえにローレンツ力及びマシン・トルクに対する増分の寄与は、リボンがゾーンに中心が合わされたときに、ほぼ均一になる。しかしながら、一般的に、瞬間的にゾーンの中にあるリボンの部分のみが、電磁誘導を受け、ギャップ内に無い対応する反対誘導電圧が生じる。
【００５７】
かくして、ゾーンの間のギャップの中で  Ｂ＝０  となる理想的な場合想定した瞬間に対して、部分的にゾーンの中にあり部分的にギャップの中にあるリボンは、本質的に、異なる電圧がかけられた二つの平行のコンダクターのように振るまい、ギャップの中にある一方と、ゾーンの中にある他方は、正味で下げられた電圧を備えている。リボンの中を通る固定されたトータルの電流で、それ故に、電流密度は、ゾーンの中でかなり下げられることになり、それらのゾーンでローレンツ力及び誘導電圧が発生され、それにより、所与のマシン電流及び速度で、マシン・トルクを壊滅的に減少させ、発電機の場合には、同様に電流を減少させる。
【００５８】
実際に、“Ｂ”の強度は、ゾーン及びギャップに沿って、ほぼ正弦曲線で変化する。磁束密度“Ｂ”の対応する勾配は、丁度同一の効果を生じさせ、即ち、より低い“Ｂ”の領域に優先的に、電流が寄り集まる効果を生じさせる。
【００５９】
Ｓ−リボンの中に、比較的固定された位置のコンダクターのを備えたＳ−リボンの場合に対して、この問題に対するソリューションは、リボンの先頭及び後続のエッジの位置を、一つのゾーンと次のゾーンで、交番させることであり、それによって、ゾーン及びギャップの中のリボンの幅の相対位置が交番し、上記の効果が、Ｓ−リボンの、偶数の連続する軸方向のセグメントに渡って、無くされる。偶発的に、リボンの先頭及び後続のエッジの間の、一つのゾーンと次のゾーンでの、そのような交代は、もし、連続するリボン・セグメントの間でのターンで、リボンが、それ自身の軸の周りではなく、ロータ半径に平行な軸の周りで、回転される場合に、自動的に生ずることになる。それについては、例えば図３及び４の中で、示唆されている。
【００６０】
本発明によれば、もう一つの好ましいソリューションは、Ｓ−リボンを、僅かに捩られたワイヤの束の形態にすることである。それは、例えば、マグネット・チューブの間のギャップの中で、ロータ・ボディの長さに沿う、二つのから五つのフル・ターンの形態にすることである。そのような束の中で、各ワイヤは、その二つの端部の間で、磁束の全ての値を抽出することになる。それにより、束の中の電流密度が、最も近いゾーン中心に対するＳ−リボンの位置に対して独立に、ほぼ均一になることになる。ここで、渦電流に対する保護のために、ワイヤの直径は、１／１６''（１．６ｍｍ）を超えるべきではない。
【００６１】
＜マシン・コントロール＞
式８から分かるように、ＭＰ−Ａ及びＭＰ−Ｔマシンの電圧は、回転速度に比例する。これは、ＭＰ及びＭＰ−プラス・マシンに対するものと同じである。但し、電流または電圧の周波数も、場合によっては、回転速度に比例する。これに対応して、ＭＰ−Ａ及びＭＰ−Ｔマシンの速度コントロールは、周波数コントロールにより（インバータを介して）、信頼性を有して、行われる。これに対して、ＭＰマシンのファミリーのメンバーの全てにおいてと同様に、電流が、トルクをコントロールする。インバータを介してのマシン・コントロールは、今日、ＡＣ並びに三相モータに対して、低い周波数から数百Ｈｚまで、非常に一般化しているように見える。特に、Ｎｚゾーンを備えたＭＰ−ＡまたはＭＰ−Ｔマシンの場合において、  νｖ＝４００Ｈｚ＝２４，０００ｒｐｍ  の電圧／電流の周波数コントロールまでのインバータは、次式のマシン回転周波数まで、式６及び７に従って、コントロールすることができる：
【数１０】
2009506739.tif 000012
ここで、最大のマシンに対して、最大のＮｚは、約  Ｎｚ＝２００  であり、この例は、ν＝１２０ｒｐｍ  まで、コントロールをもたらし、この値は、最大のマシンに対して適切なものである。
【００６２】
＜ブラシの有る及びブラシレス・マシンの相対的なメリット＞
前のセクションにおいてアウトラインが示されたＭＰ−Ａマシンの基本的な性質は、以下のように、図２及び３に従って、ロータを移動させるか、またはマグネット・チューブを移動させるかの間の選択に対して独立である。先の議論に対応して、この選択の結果は重要である。その理由は、マグネット・チューブが回転してロータが静止するときの、図２Ｂ及び３Ｂに示されているように、ブラシレス運転の相対的な優位性にある。ここで非常に重要なことは、既に強調されたように、ロータを回転させる場合、各Ｓ−リボンが、二つのブラシ（またはブラシ“サイト”）及び二つの互いに絶縁されたスリップ・リングを、即ち、二つのＳ−リボンに対して全部で四つのブラシ・サイト及び四つのスリップ・リングを、固定マグネットを備えた三相交流マシンに対して六つのブラシ・サイト及び六つのスリップ・リングを、必要とすると言う事実である。
【００６３】
幸運にも、この接続においては、シンプルなＭＰ及びＭＰプラス・マシン（その場合、ブラシの幅がマグネットの幅により制限される）の場合とは異なり、目下の場合には、ブラシ・サイトが、回転スリップ・リングの少なくとも相当な部分に渡って、広げられることが可能であり、それによって、スリップ・リングが、軸方向に過度に広くなる必要が無くなることになる。
【００６４】
たとえそうであっても、必要とされる水分のアクセス及び冷却のために（“Metal Fiber Brushes,” D. Kuhlmann-Wilsdorf、Chapter 20 in “Electric Contacts: Principles and Applications,”Ed. p. G. Slade, Marcel Dekker, NY, 1999, pp.943-1017 を参照方）、スライド方向のブラシの長さを、任意に長くすることはできない。それ故に、大型のマシンにおいて、何れか一つのブラシ・サイトの内側での、ブラシの細分割が、典型的に、必要とされる。このことは、従って、対応するブラシ・ホルダーを要求することになる。まとめると、それ故に、固定マグネット・チューブを備えた三相パワー（ＭＰ−Ｔ）マシンに対する電気的なブラシの六つのセット及び六つのスリップ・リングによる複雑さは、固定ロータを備えた大型の三相交流マシンを、恐らくは非実用的にするポイントまで、重要でありうる。
【００６５】
より軽い回転ロータと比べて、より大きな重量を備えた回転マグネット・チューブの複雑さは、図２Ｂ及び３Ｂに基づくマシン構造に関して、あまりたいした問題ではないように、または問題が無いように、見える。それに加えて、マシンの重量及び容積は、スリップ・リング及びブラシの省略により、有益な形で影響を受ける。それ故に、このポイントで、二つの選択の相対的な優位性及び不都合は、以下のように。
【００６６】
＜スピニング・ロータに対するスピニング・マグネット・チューブの好ましい結果＞
ブラシ及びスリップ・リングの省略は、下記の結果をもたらす：
・  マシンの長さ、容積及び重量を、控えめに減少させる；
・  マシンの資本コストを、緩やかに減少させる；
・  マシンの維持コストを、２の推定されるファクターまで、減少させる;
・  マシンの冷却シンプルにする；
・  環境的ダメージに対する抵抗を増大させる；
・  全てのコンポーネントを保護コーティングで被覆することにより、水の中に浸漬された状態で運転する能力が増大され、海水中での、恐らくは持続的な運転まで増大される；
・  サブ・ユニットを作り、これらを外部のコンポーネントに接続することにより、複数のマシン用途の可能性が、大幅に増大される。
【００６７】
＜スピニング・ロータに対するスピニング・マグネット・チューブの好ましくない結果＞
マグネット・チューブのスピニングは、下記の結果をもたらす：
・  慣性力及び予測される振動及び機械的なノイズを、少なくとも二倍にする；
・  ベアリング寿命を減少させ、このことは、電気的なブラシ及びスリップ・リングの削除に伴う、維持コストの減少を部分的に相殺することになる。
【００６８】
＜スピニング・ロータに対するスピニング・マグネット・チューブの中性的な結果＞
スピニング・ロータからスピニング・マグネット・チューブに変えることは、下記の点に関しては、無視できるほど小さい効果しか及ぼさない：
・  マシンのコントロール;
・  基本的なマシン運転；
・  マシン・パラメータの間の基本的な関係；
・  マシン効率。
【００６９】
ブラシレスＭＰ−Ａマシンの優位性は、関係するＳ−リボンの数とともに増大し、即ち、ブラシレスＭＰ−Ｔマシンの場合に、特に大きい。これに対して、不都合は、Ｓ−リボンの数にほとんど依存しない。ここで特別に強調すべきことは、水の中に完全に浸漬された状態で（たとえ海水中であるとしても）、ブラシレスＭＰ−Ａ及びＭＰ−Ｔマシンを運転することが可能であることである。これは、下記の事実からもたらされる。すなわち、ブラシレスＭＰ−Ａ及びＭＰ−Ｔマシンの全ての部分が、電気的に絶縁性で且つ化学的に不活性なコーティングで完全に保護されることが可能であり、且つ、好ましい実施形態において、そのようにされることになる。これについては、先の“ＭＰ−Ａ及びＭＰ−Ｔマシンの基本的な構造的及び冷却”のセクションにおいて、既に、説明されている。ＭＰ−Ａ及びＭＰ−Ｔマシンのポッド船舶ドライブでの使用は、実に大きな優位性をもたらす。もう一つの疑問は、以下において更に議論されるように、シンプルなＭＰ及びＭＰ−プラス・マシンに対する、ＭＰ−Ｔマシンのパワー密度である。
【００７０】
＜ＭＰ−Ａ及びＭＰ−Ｔマシンの幾何学的形態、製造及びパワー密度、電流をＳ−リボンに運ぶロータ断面の部分＞
上記の説明及びリスティングに対応して、図２Ｂ及び３Ｂに基づいて作られたＭＰ−Ａ及びＭＰ−Ｔマシンは、２Ａ及び３Ａなどと比べたとき、大きな優位性を有することが予測される。特に、ブラシ及びスリップ・リングを無くすことは、以下において更に議論されるように、マシンの長さを縮め、その容積を減少させ、そして恐らくは建設コスト及び維持コストを減少させる。
【００７１】
ＭＰ−Ａ及びＭＰ−Ｔマシンの構造は、その部品からマシンを組み立てること、且つ、メインテナンスまたはリペアのために分解及び再組立てに適応されることの、予測される必要性により制約される。それ故に、ロータの、マグネット・チューブを超えて（即ち、図４ＡにおいてＸＸ線を超えて）突出する部分（“ロータ・リム”と呼ばれる）は、好ましくは、内側（“ロータ・ボディ”と呼ばれる）と同一の断面寸法を持つことになり、いずれにせよ、好ましくは、ロータ・ボディよりも広いウォール幅および／またはより大きい直径を持たないことになる。その理由は、広いウォール幅および／またはより大きい直径は、ロータをマシンの中にスライドさせまたはマシンの中からスライドさせる際に干渉をもたらすからである。図３に基づいて、この制約は、ゾーンの間の何れか一つの周期的な距離の中に、丁度一つのＳ−リボンを備えたＡＣマシンに対して、何ら困難性をもたらさないが、複数のＳ−リボンを備えたマシンに対しては、問題となる。その理由は、Ｓ−リボン隣接するターンの間での接続を実現するための、マグネット・チューブの外側での、Ｓ−リボンの不可避の交差にある。
【００７２】
何れか一つの周期的な距離の中の三つのＳ−リボンの場合、即ち、特に、単一のロータを備えたＭＰ−Ｔマシンの場合が、ここで、最大の実務的な重要性を有しており、そして、これについて考察することで、十分である。その理由は、周期的な距離当たりのＳ−リボンの数がより多い場合については、図４の中に明らかにされているように、二つまたはそれ以上の機械的に一体化されしかし電気的に絶縁されたロータ・レイヤから構成されるロータにより、取り扱われることが可能であるからであり、その場合には、ロータは、三つのレイヤを有し、サブ・ユニットへの更なる分割は、想定されない。
【００７３】
その場合において、交流電流が電流ソース１７１の右側の端子を正にする瞬間に、電流が、レイヤ１（線ＸＸの上側に示されている）の右側の端子に入り、ロータ・ボディの長さに沿って通過し、先ず、ゾーン１の瞬間的な位置で、図面の下部の線ＸＸの下側で、３６０度ターンし、ゾーン２に沿って戻り、矢印により示されているように、以下同様に、その電流が、ゾーンＮを通過して、ロータ・レイヤ１の左の端子に到達するまでに続く。そこから、示されたケーブル接続が、電流をレイヤ２の右側の端子に導く。このレイヤ２の中で、電流は、レイヤ２の左の端子に到達するまで、再び、ゾーンの全ての中を通る。示されたケーブルは、その後、電流をレイヤ３の右側の端子に導く。レイヤ３の中のゾーン１からＮを通るもう一つの回路を、電流が、レイヤ３の左の端子に現れるまで流れ、そこから、ケーブル接続を通って、電源１７１へ流れる。
【００７４】
以下で説明されるように、全体を通じて、電流は、図４Ｄの中に示されているように、同一の向きのローレンツ力を受けることになり、その電流は、影付の斜線のときに、ボトムの左からトップの右へ流れ、斜線のときに、トップの左からボトム右へ流れる。このようにして、そのとき、電流は、電源１７１二つの磁極の間のその行程の中で、“３Ｎ”の“ターン”を行う。
【００７５】
電流が交番するので、電流の方向が振動し、やがて、ゾーンは、回転マグネット・チューブ５及び６に付着された磁極のために、図４Ｄの方向に、水平に移動することになる。これら二つの効果（即ち、移動ゾーンのための交番する磁化の向き、及び、パワー・ソースにより供給される交番する電圧方向のための交番する電流の方向）に、同期するマシン・モータ・コントロールが、配置されなければならないことになる。
【００７６】
簡潔性を確保するため、図４Ｄは、レイヤ当たり唯一つのＳ−リボンを示している、即ち、シンプルなＡＣパワーで運転される、ＭＰ−Ａマシンの場合、を示している。三相の場合は、図４Ａ及び５と同様に、三つのＳ−リボンを使用することにより、図４Ｄから直接的に導き出すことが可能である。
【００７７】
図４Ｄの場合を除いて（既に議論された）、ＭＰ−Ｔマシンの中にで、ロータ当たり三つのＳ−リボンの場合が、図４ＡからＣ及び５の中で、考慮されている。これらは、図４Ｂにより、最もシンプルな場合は、ロータ・ボディの中に、少なくとも三つのＳ−リボンの厚さのロータ・ウォール幅を必要とすることを示している、しかし、図４Ｃの中に示されているような機械的な詰め込みにより、これを二つのＳ−リボンの厚さまで減らすことも可能である。
【００７８】
例えば図５Ｂにおけるように、平行四辺形のスラブを含む再配置、及び図５Ｅにあるように、シンプルな矩形のバーへの再配置は、詰め込みによる個別のＳ−リボンのほぼ稠密な充填を前提として、ロータ断面の中でのコンダクターの容積占有率を、図４Ｂにおいて、５／６＝８３％  以上に、即ちフル占有率の近くまで、増大させることが可能である。いずれにせよ、渦電流の抑制のために、Ｓ−リボンの内側に、並びに、Ｓ−リボンａ，ｂ，及びｃ（これらを、それらの相対位置に基づいて符号を付けると）の間に、及びアウター及びインナー・ロータの表面上に、絶縁材料のマイナーな部分がなければならない。それらとともに、これら非導電性コンポーネントは、ロータ・ボディの中でのコンダクターの実際の容積占有率を、最大で約９４％まで、減少させることになる。
【００７９】
マグネット・チューブを超えて先に突出するロータ・リムもまた、二つのＳ−リボンの厚さまで減少されることが可能であり、実際に、ロータ・ボディと比べてより容易である。これは、図４Ａの中に、例示されており、ここにおいて、円形の環状のリングの形態の１８０度のターンからもたらされるであろうローカルな三つのレイヤ厚さの領域は、それらの頂点の近傍で、Ｓ−リボンの幅を狭めることにより、避けられる。従って、一定の外部のロータ・リムのウォールの厚さで、ロータ・リムの中のコンダクターの厚さは、唯一つのレイヤ（例えば、特に、孔１７７を有する最も外側のピース）がある場合の約二倍にされることが可能であり。このようにすることは、同時に、重量を緩やかに増大し、電気的な抵抗を減少させ、絶縁スクリューイン・プラグ１７８及び端子１７６の安定性及び保守性を改善することになる。
【００８０】
＜ＭＰ−Ｔマシンの可能性のある実用的なデザイン及び製造＞
図５は、図４の変形形態を示している。ここで、三つの同様なＳ−リボンセット（再度、それらの相対位置に基づいて、ａ，ｂ及びｃと符号が付けられている）の、二つ−レイヤの厚さ（プラス、リボンとロータ上の絶縁表面レイヤ１８４の間の絶縁接続部）への詰め込みは、図５Ｂ及び５Ｅにおいて、図４Ｂ及び４Ｃと比べて、シンプルに且つより効率良くされている。図４及び５の中で、線ＸＸを超える“ロータ・リム”もまた、デザインし直される。即ち、図５Ａに示されているように、アッパー・ロータ・リム（図５Ｂの中にロータ・ボディに関係して示されている）は、Ｓ−リボンのゼロ、一つ及び二つのレイヤを含んでおり、その中で、１−レイヤの厚さが優勢である。
【００８１】
既に述べたように、好ましい実施形態において、それらの１−レイヤ領域の中の金属の厚さは、二倍にされることになり、それにより、ロータ・リムのウォールの厚さを、ロータ・ボディの、密に詰められたウォールの厚さに等しくする。接続線でのレイヤの断面の配置もまた、線ＸＸに沿ったロータ・リムとロータ・ボディの突合せ接合を可能にするように、調整される必要がある。特に、図５の中で、ゾーン幅に等しいＳ−リボンの周方向の幅が、ロータ・ボディの中で維持され、図５の中において、この調整は、図５Ａの左の下部で、点線により示されているように、厚さのべべリングにより行われる。ここで、ロータ・ボディの中のＳ−リボンの断面は、図５Ｂの左でのように、平行四辺形である。
【００８２】
ロータ・ボディの中のＳ−リボンの幅を、ゾーン幅の２／３に、減少させることにより、そしてこれに対応して、ロータ・リムの中のＳ−リボンのＳ形状を、図５Ｄ及び５Ｆに基づいて、調整することにより、ロータの中のＳ−リボンは、図５Ｅ及び５Ｆにおけるように、矩形にされることが可能である。これは、ロータの構造をシンプルにすることになる。
【００８３】
いずれの場合においても、本発明によれば、ロータ・ボディの中のＳ−リボン部分は、好ましくは、渦電流を防止するように、１／１６''（１．６ｍｍ）以下の直径の、互いに絶縁されたワイヤの、緩やかに捩られて密に詰められた束の形態にされることが可能である。緩やかに捩られたワイヤの束の特定の優位性は、以上において、既に、概説されている。それらの中のワイヤが、全体のＳ−リボンの幅の内側で磁束密度を抽出することになり、それにより、より高い磁束密度の領域（即ちゾーン中心で）から、ゾーン・エッジの付近またはそれを越えた先のより低い磁束の領域への、電流の周期的なシフトを無くす。それにより、ワイヤの束が、電子的なノイズを減少させることが予測される。
【００８４】
更に、Ｓ−リボンの中での、議論された電流のシフトは、電流経路の中の“Ｂ”の値を、緩やかに低下させることになり、かくして、マシン・パワー密度を悪くする。更に、本発明によれば、緩やかに捩られ且つ密に詰められたワイヤの束は、ロータの建設コストを大幅に低下させることが予測される。その理由は、それらが、ロータに組み立てられるべき部品（即ち１／１６''（１．６ｍｍ）以下のワイヤまたはバー）の数を減少させ、且つ、それらの部品と比べて、遥かに硬いからである。
【００８５】
関係する幾何学的形態の更なる明確化のために、ゾーンの瞬間的な位置（即ち、ａ−リボンに対して対称配置の瞬間での位置）が、図５Ｅの中で水平の影付の部分により、及び図５Ｆの中で斜めの影付のの部分により示されている。
【００８６】
図５Ａ及び５Ｂ並びに図６は、マシンをサブ・ユニットに入れるための手段を示す。なお、これらのサブ・ユニットは、独立のマシン機能の中で使用されることが可能なものであり、即ち、図５Ｄの中の、孔１７７及び交換可能なプラグ１７８，１９５及び１９６が使用され、それらについては、以下で更に議論される。サブ・ユニットへのロータの分割は、図５Ｄ及びＦの中に描かれていない。それ故に、孔及びプラグは、図５Ｄ及び５Ｆの中に示されていないが、これらの特徴は、容易に追加されることも可能である。図５Ａの中のような絶縁バリア１９０もまた、異なる外側接続への接続の間の短絡（即ち、サブ・ユニットの“イン”及び“アウト”端子での短絡）を防止するために要求される。
【００８７】
サブ・ユニットの無いマシンにおいて、バリア１９０は、“イン”及び“アウト”マシン端子でのみ要求され、それらの端子は、図５Ｄに示されているような、外部の三相パワー・ソース（図示せず）への電気的な接続である。図５Ｄは、短絡の危険を大幅に減少させるように、リムの中で追加の三つのＳ−リボンにより分けられた“イン”及び“アウト”端子を示す。これは、厳密にオプショナルな追加の対策になるであろう。
【００８８】
比較的厚い中実のリム・エッジは、ロータ・リムに電気的な接続を取り付ける際に、有用になる。それにより、オプショナルに、複数のＳ−リボン“ターン”及び全てのＳ−リボン“ターン”までが、電源及びパワーの消費者のような外側コンポーネントに電気的に接続するために、用意され、即ち、複数のマシン用途のために、サブ・ユニットにマシンを分割するために、用意される。
【００８９】
最も単純には、ロータ・ボディの内側並びにロータ・リムの中のリボンは、平行の、軸方向に伸びる要素（例えば“ワイヤ”または“ロッド”）の一つの連続する長さの中に作られることが可能である。ここで、これらの要素の、円周方向の幅は、以上において既に示されたように、渦電流を抑えるために、１／１６''（１．６ｍｍ）以下と仮定する。しかしながら、本発明によれば、図４，５及び６の中で示唆されているように、好ましくは、ロータは、三つの部分で作られることになり、即ち、ロータ・ボディ（図４及び５におけるＸＸ線の内側）及び二つのロータ・リムで作られ、ここで、ロータ・リムは、図４Ａ及び５Ａの中に示されたＸＸ線両サイドにそれぞれ配置される。これらは、ハンダ、導電性の接着剤または何れか他の適切な方法により、導電性を有して突合せ接続されることになるであろう。
【００９０】
更に、好ましい実施形態において、互いに大幅に独立に使用されることが可能なサブ・ユニット（例えば、モータ、発電機および／または変圧器の部分など）を有する場合には、ロータ・リムの中のＳ−リボン・ピースは、要求に応じて、次のようであって良い：
（ｉ）  単線で作られる；
（ii）  サブ・ユニットを電気的に分離する絶縁バリア１９０が設けられる；
（iii）  孔１７７またはスロット（必ずしも、図５Ａの中のように円形、または図５Ｂの中のように楕円形でなくても良い）が設けられる；これらの孔には、取り外し可能な“スクリューイン”・プラグ（図５の中の１７８）または“ドロップ−イン・プラグ（図６の中の１９５及び１９６）が取り付けられることが可能であり、それにより、連続する“ターン”の間の、および／または、パワー・ソースまたはレシーバーのような外側のコンポーネントへの、電気的な接続が行われる。
【００９１】
ロータ・ボディとロータ・リムの突合せ接合において、異なる要素の間の意図せざる電気的な接続を最小にするように、注意が払われなければならない。その理由は、そのようなことは、マシン効率を低下させるからである。好ましくは、ロータ・リムの中の全てのＳ−リボン部分は、導電性の接続部を挟んで、“ａ−”Ｓ−リボンと“ｂ−”または“ｃ−”Ｓ−リボン部分と間の不注意による電気的な接続を発生させることなく、ロータ・ボディの中のその対応する“ａ−”Ｓ−リボン部分に接続されるべきである。同様に全ての“ｂ−”及び“ｃ−”Ｓ−リボン部分も、好ましくは、導電性の接続部を挟んで、他の部分への不注意による電気的な接続を発生させることなく、その対応する“ｂ−”及び“ｃ−”Ｓ−リボン部分に導電性を有して接続されるべきである。この目的への助けとして、本発明によれば、ロータ・ボディとロータ・リムを一緒にするハンダ付けまたは導電性を有しての接着に先立って、マッチング用の浅い溝が、両サイドに刻み込まれることが可能であり、そして前記浅い溝は、絶縁材料で満たされることが可能である。これらの浅い溝は、例えば、１から数ミリメーターまでの深さであって、１／８''≒３ｍｍ  以下の幅である。
【００９２】
好ましい実施形態において、そして図５Ｆの中に示されているように、ロータ・ボディの中の、複数の隣接する、機械的に接続され、しかし電気的に絶縁された捩られ且つ密に詰められたワイヤの束は、ロータ・リムの中の中実の対応する部分に、電気的に導電性を有して接続されることが可能である。図５Ｆにおいて、三つのワイヤの束は、破線により示されているように、それぞれ組み立てられる。そのようにすることの優位性は、以下のようなものである。
【００９３】
好ましくは、図４及び５の中に示されたように、捩られ密に詰められたワイヤの束は、ほぼ同軸にされることになる、そしてまた好ましくは、そのようなワイヤの束の一つの寸法は、ロータ・ボディのウォールの厚さの幅に対応することになる。このパラメータは、好ましくは、全体のマシン構造の考慮から決定される、そして、異なる考慮が、ロータの直径、ゾーンの数、ゾーン幅、及びロータ・リムの中のＳ−リボン部分の幅を決定するために使用されることになる。異なる部分の、そのように決定された最適な所望の値における乖離は、ロータ・ボディの中の一つのＳ−リボンの幅への、複数の捩られたワイヤの束の、示された組み込みにより、より容易に満足されることが可能である。
【００９４】
図４Ａ及び５Ａの中で更に留意すべきは、次のことである。好ましい実施形態において、リムの幅は、約“２Ｌｍ”だけであり、即ち、ゾーン幅の約二倍であり、そして典型的に、ロータ・ウォール幅の二倍のオーダーである。ここで、トータルのマシン長さは、次式のようになる：
【数１１】
2009506739.tif 000013
ここで“Ｌ”は、マグネット・チューブの長さである。ほとんど全ての状況下において、この値は、対応するスリップ・リングを備えた何れかのブラシの有るＭＰマシン（ＭＰプラス・マシンもを含む）で実現可能なものと比べて、大幅に短いものになる。
【００９５】
積層されまたはその他の点では更に分割され、Ｓ−リボン部分の代わりに、単線を組み入れる、ロータ・リムの示された単純化された構造は、、例えば図４Ａまたは５Ａなどのように、可能である。その理由は、ゾーンの磁束の外側に、渦電流バリアに対する必要性が無いからである。しかしながら、ロータ・ボディのＳ−リボンの“ａ−”、及び同様に“ｂ−”及び“ｃ−”部分とロータ・リムを、単純に突合せ接合する際に、低い磁束の領域への電流の寄り集りを防止するための、連続するゾーンにおけるＳ−リボンの先頭と後続のエッジの逆転の先に議論された特徴が、失われる。それによって、マシン・トルクの相当な部分が、失われることが有りうる。その理由は、ロータ・リムの中の中実の部分が、ゾーンの内側のと外側のリボン部分の間の電流の移送を可能にするであろうからである。
【００９６】
本発明によれば、この問題は、ロータ・ボディの中の“ａ−”，“ｂ−”及び“ｃ−”Ｓ−リボン部分を、互いに電気的に絶縁された、直径１／１６''（１．６ｍｍ）以下のワイヤの束から作ることにより、回避される。ここでそれらのワイヤは、“ａ−”，“ｂ−”及び“ｃ−”Ｓ−リボンのＳ形状（もし図５Ｂの形態が選択される場合には、同一のＳ形状）に、軽く捩られ且つ密に詰められ、押し出されまたは圧延される。
【００９７】
図４Ｂ及び５Ｂの場合のような詰め込みまたは圧延は、もし、ワイヤがスムーズで、円形で、且つ絶縁接着剤の薄いレイヤで一緒に接着される場合に、容易になる。ここで、当該接着剤は、上記のマシン使用温度、例えば約１００℃、で軟化するものであり、束は、当該接着剤が適切に軟化される温度に加熱されているの間に形作られる。ゾーンからゾーンの間のギャップへの、電流の議論されたシフトを避ける目的で、束は、マグネット・チューブの長さ“Ｌ”の中で、少なくとも一回完全に捩じられなければならず、または任意により多く捩じられるなければならない。その理由は、これが、Ｓ−リボンの断面に渡ってインピーダンス（有効な抵抗）を均一化することになるからである。
【００９８】
それらの性質により、ファイバーの捩られた束の断面は、同軸にされる傾向にあるので、図４Ｃの中の“ａ−”及び”ｃ−”Ｓ−リボンの引き伸ばされた断面、及び図４Ｃ及び５Ｂの中の段差のある断面の中に、これらを詰め込むことは、問題を生じさせる可能性がある。もしそうであれは、そしていずれにせよ、もし、何らかの理由で、これは好ましいであろう。Ｓ−リボンは、よりほぼ同軸の矩形断面から作られることが可能であり、これらの断面は、例えば、図５Ｂの右側のサイドの点線により示されるように、導電性の接着剤で一緒に固定される。最もシンプルなものは、図５Ｂの左の平行四辺形の形状であることがあり得る。
【００９９】
マシンの使用温度は、Ｓ−リボンの中の接着剤の軟化温度により制限されることがある。しかしながら、全てのタイプのＭＰ−マシンの使用温度は、何れにせよ、永久磁石の磁化が低下する温度により制約される。それ故に、本発明によれば、Ｓ−リボンの中の接着剤、並びにＳ−ユニットの内側及びロータ・ボディの中へのボンディングの接着剤、そしてまたマトリクスおよび／またはロータ・ボディ及びロータ・リムの表面被覆材料、の軟化温度は、対象とするＭＰ−Ａ及びＭＰ−Ｔマシンの予測される使用温度と比べて、遥かに高くする必要はなく、且つ、永久磁石の磁性が低下する温度よりも低い。
【０１００】
＜サブ・ユニットによる異なるマシン機能、交互におよび／または同時に＞
ここまで、Ｓ−リボンは、ロータの周りで全てのゾーンを１回通過し、図３Ａ及び３Ｂの中にあるように、開始部及び終了部が互いに接近している（例えば隣接するゾーン内にある）、と考えられていた。これは、不必要な制約である。むしろ、一般的には、単一のＳ−リボンは、ロータの周りを“ｎ”回、回っても良い。ここで、“ｎ”は、“１”より小さいまたは大きい何れかの数である。またその逆に、複数のＳ−リボンが、単一のロータの中に含まれることも可能である。即ち、本質的に、ロータの周りで、Ｓ−リボンの単一の回路が、何れかの所望の数の部分に分解されることが可能である。また、複数の互いに隔離されたＳ−リボンが、ロータの中で、互いに上になって配置されることも可能である。同様に、二つのＳ−リボンの開始部及び終了部が、隣接するゾーンの中に、または何れかの所望の位置の中に、配置されることも可能である。
【０１０１】
重要なことは、その中を電流が通過することが可能な、Ｓ−リボンの何れかの連続する部分は、Ｓ−リボンの他の連続する部分に対して独立に、“サブ・ユニット”を構成し、この“サブ・ユニット”は、個別のモータ、発電機、または変圧器巻き線のように使用されことが可能であり、それらの電流は、個別にコントロールされることが可能であり、そしてそれらの電圧は、当該サブ・ユニットの中に有る別個のゾーンに沿う経路の数に比例する。このコンセプトについては、先に、ＭＰマシン（参照文献１）に対して及びＭＰプラス・マシン（参照文献２）特許による保護がクレイムされているが、本発明によれば、ＭＰ−Ａ及びＭＰ−Ｔマシンにも適用される。
【０１０２】
図５及び６の中の絶縁バリア１９０は、それによりサブ・ユニットの終了−ポイントがオプショナルに形成される手段であり、一つの極限において、図５及び６の中の一つのリムに対して示されているように、両方のロータ・リムの上の全てのＳ−リボンに、また、他の極限では、ロータの周囲の周りの唯一つのロータ・リム及び唯一つの位置に、形成される。後者は、図３Ａ及び３Ｂにおける場合であり、この場合には、Ｓ−リボンの中の中断は、形態的なものであり、機能的なものではなく、それは、図５及び６の中の符号“１９０”の、Ｓ形状のバリアとは異なっている。
【０１０３】
本発明によれば、それ故に、何れか一つのＳ−リボンを、ローレンツ力が発生されたときに横切られるゾーンの数と同数のサブ・ユニットに、分けることを選択することが可能であり、即ち、各ゾーンの各端部にバリア１９０を設けることにより分けることが可能である。しかしながら、図３Ａの中に示されているようなブラシ有りのマシンにおいては、Ｓ−リボン部分により構成される何れか一つのサブ・ユニットの使用が、二つのブラシ及び二つのスリップ・リング（あるいはそれ以上）を要求するので、二つのサブ・ユニットは、ブラシレス・マシンにおいてのみ、実用的なものになるであろう。即ち、図３Ｂの中に示されているように、全てのサブ・ユニットが、二つの端子（１７６）の間に接続され、且つ二つ以上のサブ・ユニットに端子が接続されていない。
【０１０４】
図５及び６は、図３Ｂの中の符号“１７６”と同等な端子を設けるためのシンプルな方法を示す。ここで、明確性を確保するために、金属部分には、スムーズな平行の線の影が付けられ、インシュレータには、交差する斜線が付けられている。
【０１０５】
第一のステップとして、図５Ｃは、“スクリューイン”プラグを示す。このプラグは、バリア１９０により隔離されたＳ−リボン部分１７２（ｌ）及び１７２（ｒ）の間に、恒久的な低い抵抗の電気的な接続を発生させることになる。“１７８”のような導電性のボディを備えたプラグが、それぞれのＳ−リボン部分及びそれらの全体の周囲と電気的に接触し、かくして、Ｓ−リボン部分１９２（ｌ）と１９２（ｒ）の間の電気的な接続を発生させ、それにより、隣接するサブ・ユニットへのＳ−リボンのいかなる分離をも、一時的にまたは恒久的に、不可にする。更に、プラグの変形形態は、外側の電気的なコンポーネントへのＳ−リボン・ポートの接続を発生させるために、使用されることが可能である。
【０１０６】
“１７８”のような、スクリューイン・プラグのタイプの優位性は、大幅な幾何学的形態のシンプルさ、二つのＳ−リボン部分の間の低い境界抵抗、及び絶縁され、ネジが切られた端部１９３上へのナット１７９によるしっかりした恒久的な組み込みを含んでいる。その組み込みは、オプショナルに、使用中にナット１７９が緩むことを防止するために、ロック−ナット・ワッシャーまたは他の手段により補足される。しかしながら、それらは、プラグと左の間の接触対右サイド、トップ及びボトムの相関関係を発生させない。また、もし、外側へのケーブルが、スクリューイン・プラグに取り付けられる場合には、それらは、組み込み及び取り外しの間に、捩られる傾向があることになる。
【０１０７】
それ故に、第二のステップとして、孔１７７のＳ形状は、図５の中で、テーパーの付いた楕円形に変えられ、そして、“スクリューイン・プラグ”１７８は、“ドロップ−イン”プラグ１９５及び１９６またはその変形形態により置き換えられる。絶縁されたネジが切られた端部１９３及びナットを、テーパー付けとともに維持することは、プラグ１７８の中のようなネジ無しで、低い接触抵抗をも保証する。特に、図６Ｂ及び６Ｃの中のプラグ１９５及び１９６は、同一のマシンの中の他のサブ・ユニットに対して接続する、および／または、パワー・ソース、モータ及び発電機のような外側コンポーネントに対して接続する便利やり方を示している。プラグ１９６（図６Ｃ）の場合、電気的な接続は、絶縁されたケーブル４０（ｌ）を介して、Ｓ−リボンのサイドの内の唯一つ（この場合には１９２（ｌ））から、またはその一つへ、行われる。これに対して、図６Ｂのプラグ１９５は、ケーブル４０（ｌ）及び４０（ｒ）を介して、両サイド（即ち、１９２（ｌ）及び１９２（ｒ））から、または両サイドへ、独立の接続が行われる。
【０１０８】
図６Ａにおいて、孔１７７のＳ形状（即ち、この場合には楕円形）は、任意である。多角形またはスロット状、または真っ直ぐな部分及び周辺丸められた部分の組み合わせなどのような、何れかの他の形状が、選択されることが可能である。顕著な特徴は、図５の中の孔１７７及びプラグ１７８と比べて、回転対称からの乖離である。実際に、孔１７７の形態についての選択は、下記のような、更なる考慮に基づいて行われることになる：即ち、コスト；恐らくはマシンが運転の際にの間の、組み込み、取替え及び交換の容易さ；組み込み、取替え及び交換の際のエラー可能性の最小化；及び、内部抵抗の大きさ。
【０１０９】
図６のプラグ１９５及び１９６のドロップ−インの性質は、絡まりを取り除き、そして、ケーブルとの及びケーブルの中での、一般的に立体的な干渉を取り除く。ケーブルは、絶縁されたものとして、描かれている。そのような絶縁は、電気的なエンジニアリングのプラクティスに対応して、実質的に自動的に行われるが、この場合には、絶縁キャップ１９１の材料で一体化されると言う特定の特徴を有している。この絶縁キャップは、リボン部分１７２及びバリア１９０の外側絶縁コーティング１８４に対してシールされる。この一体化またはタイトな接続は、周囲の流体に対する効果的なシーリングのために不可欠であり、それ故に、マシンの長期間の保守性、特に、腐食性の環境（例えば、海水の中に完全に浸漬された時のような）における保守性、または、恐らくはポンプ（例えば図７及び８）として、恐らくは化学プラントの中で、運転されるために、不可欠である。同一の理由で、即ち、周囲の流体に対する効果的なシーリングのために、キャップ１９１及びワッシャー１７９の接触表面は、好ましくは、適切なエラストマー、例えば  Viton（登録商標）  で被覆されで被覆される。
【０１１０】
サブ・ユニットの使用は、先に、即ち参照文献１及び２の中で、更に詳細に議論されている。それ故に、本願に対しては、簡単な概要十分であろう。全てのサブ・ユニットは、発電機として使用され、または、モータとして使用されることになり、電圧は、その電流により横切られるゾーンの数に従う。即ち、ロータの中のＳ−リボン部分の端部の間に誘導される電圧は、当該ロータが、磁束密度“Ｂ”の“ＮＺＳ”ゾーンに渡って伸びるマグネット長さ“Ｌ”を備え、表面速度“ｖｒ”で回転するとすると、次式で与えられる。
【数１２】
2009506739.tif 000014
【０１１１】
考慮下にある何れか特定のＳ−リボンは、本質的に、他の何れのサブ・ユニットに対して独立になるであろう。但し、通常、“Ｂ，Ｌ，Ｄ”の値は、同一であり、且つ確実に、“ν”は、マシンの全てのサブ・ユニットで同一のである。それ故に、マシンの異なるサブ・ユニットに掛けられる、または、それらから送り出される電圧は、“ＮＺＳ”、即ち、その上を何れかの特定のサブ・ユニットが伸びるゾーンの数に比例することになる。かくして、特定のモータを、固定された速度で異なる電圧を有する二つまたはそれ以上の異なる電圧ソースから駆動することが、可能であることになる。これは、仮定として、一定の速度で、マシン・パワーを支持するために、即ち、“場の減衰（field weakening）”の変形の中で、有用であり得る。
【０１１２】
サブ・ユニットの複数の用途に使用する場合において、注意すべきことは、異なるサブ・ユニットの中の不均一な電流により、ロータを不平衡にしないことである。そのような不均一な電流は、ロータの周囲周りに、対応する異なる力及び応力を発生させることになる。この目的のために、Ｓ−リボンの全数が周りを回ることは、特に低い回転速度で、最良であり得る。あるいは、例えば、それぞれ、ロータ周囲長さの３分の１の、三つの連続するＳ−リボンを使用することもできる。あるいは、全て同一の電流で、トータルの長さでロータ周囲の二つ分の、四つの連続するＳ−リボンを使用することもできる。あるいは、仮定として、それぞれ、一つの周囲に渡って分布された、二つの同様なＳ−リボンの三つの対を使用する。
【０１１３】
例えば、一つの対の二つのＳ−リボンが、それぞれ、４５度をまたがり、もう一つの対が、それぞれ、６０度をまたがり、そして、第三の対が、それぞれ、３０度をまたがっていてもよい。これにより、トータルで  ２ｘ（４５度＋６０度＋３０度）＝２７０度  となり、Ｓ−リボンが無いロータ周囲が９０度、残される。ここで、Ｓ−リボン、並びにそれらの間のフリー・スペースは、好ましくは、互いに直径方向に、対を成して分布されることになり、それによって、ロータ及びマグネット・チューブ周りで、力及び応力をほぼ均一化することになる。
【０１１４】
再び、リボン及びそれらのそれぞれの端子の対（図３Ｂによれば、１７６ｎ）の間の想定される互いの電気的な絶縁によって、これらのＳ−リボンのそれぞれは、独立のモータまたは発電機のように、機能することになる。それ故に、それらは、独立のソースに接続され、または独立のパワーの消費者を供給することが可能である。その場合、前提としてモータ・モードにおいて作動する全てのＳ−リボンには、同一の周波数が供給され、且つ、ＡＣの場合には同じフェーズにあり、あるいは三相交流電流の場合には、適切なフェーズを有している。かくして、一つの大型マシンが、同時に、船舶プロペラを駆動し、発電機として異なる回路に異なる電圧供給し、そして電気をヒーターへ供給することが可能である。
【０１１５】
同時的な複数用途のこの同じコンセプトは、シンプルな単極ＭＰマシンに対して、及びＭＰプラス・マシンに対しても、いわゆる“径方向のジグザグ”を用いて、先に提案されている（参照文献２を参照のこと）。たとえ、両方の場合であっても、多数のブラシ及びブラシ・ホルダーが要求されることになる。
【０１１６】
独立のサブ・ユニットの適用のための例として、既に参照文献２の中で与えられているが、仮定として、１４４ゾーンを有する大型の１４４０ボルトＭＰ−Ａ船舶駆動マシンについて考える。このマシンにおいて、１２００ボルト、即ち、１２０ゾーンが、可変ピッチ・プロペラを、一定の速度１００ｒｐｍで、但しコントロールされる電流により供給される広く可変のトルクで、回転させるために割り当てられる。残る２４ゾーンの中で、２２ゾーンは、船舶のホテルでの使用のために、２２０Ｖ交流電流を供給するために使用されることが可能であり、そして、最後の二つのゾーンは、２０ボルトのＡＣ非常用回路に供給するために使用される（これは、ＤＣに整流されてよい）。これはまた、停泊中にプロペラをアイドリングさせ、しかし、他のニーズには未だ供給することを可能にする。あるいは、緊急のニーズの場合には、例えば潜水艦の脅威を避ける戦艦の場合のように、１２０ゾーンと２０ゾーンを直列に接続して、パワーの全てプロペラを転用して、恐らくはプロペラをより速く駆動することも可能である。あるいは、その反対に、プロペラ・パワーを犠牲にして、“ホテル”パワー増大することも可能であり、あるいは、大砲または射出機（catapults）のために、臨時のパワーを引き出すことも可能である。実際に、独立のサブ・ユニットの用途について、ほとんど制限が無い。
【０１１７】
より日常的には、用途の単一のモードのみのために、あるいは恐らくは僅かに“場の減衰”のためのように、Ｓ−リボンを、何れかの所望の“ターン”の数に渡って広げる（即ち、任意ゾーンの数の中を通過する）機会は、所望の回転速度、電圧及び電流に関してユーザーの仕様に適合させるために、ＭＰ−Ａ及びＭＰ−Ｔマシンのデザインにおいて、大幅なフレキシビィティを可能にする。これは、異なるＳ−リボンのインプットまたはアウトプットを、要求に応じて、選択的に直列にまたは並列に接続することによって行われることが可能であり、また、オプショナルには、マシンが動いているの間に、スイチングすることによって行われる。その理由は、端子１７６が恒久的に静止しているからである。
【０１１８】
＜ＭＰ−Ａ及びＭＰ−Ｔマシンの予測されるマシン効率及びパワー密度＞
ＭＰ及びＭＰ−プラス・マシン非常に好ましいマシン効率及びパワー密度は、如何なる調整も無しで、ＭＰ−Ａ及びＭＰ−Ｔマシンに引き継がれる。但し、その例外は、異なるロータ・デザイン及び変更されたパワー・ソース（即ち、ＤＣから交流及び三相交流への変更）によりもたらされる変化である（ブラシが無くなることの他に）。
【０１１９】
（ｉ）  ＤＣ及びＡＣの同じパワー及びトルクに対して、ＡＣでのピーク電流並びに電圧が、ＤＣの場合と比べて、√２  大きいと想定すると、ＤＣ対ＡＣ及び三相のために、本質的に、効率の相違はない。
【０１２０】
（ii）  ロータの構造に関して、１−Ｓ−リボンのＭＰ−Ａマシンに対して、ロータ・ボディの半分のみが、コンダクターにより占められることに留意すると、これに対して、ＭＰ−Ｔマシンの再配置され且つ密に詰められたＳ−リボン（図５Ｂまたはその他のいずれかの形状と同様に）、及び二つのＳ−リボンを備えたＡＣマシンのＳ−リボンは、ロータ・ボディの全てを占めることが可能である（即ち、表面及び内部の絶縁レイヤを除いて）。これは、ＭＰ及びＭＰ−プラス・マシンのロータの中での、コンダクターによるロータ占有率（〜９４％）と、ほぼ同一である。前者おいて、ＤＣでの運転は、ゾーン内に連続する電流を供給し、ロータ容積の約５０％を占めるともに、〜１／２ｘ９４％＝４７％  の平均“ロータ使用率”を生じさせる。同様に、何れかの瞬間で、ＭＰ−Ｔマシンのロータ・ボディの約５０％のみが、ゾーンにあり、これは同一の電流の使用率  〜１／２ｘ９４％＝４７％  を与える。従って、ロータ・ボディの導電性に関して、ＭＰ−Ｔマシンに対して、ＭＰ及びＭＰ−プラス・マシンの間に、大きな相違はない。しかしながら、唯一つのＳ−リボンを備えたＭＰ−Ａマシンは、約２５％のロータ使用率しか持っていない。
【０１２１】
（iii）  ブラシレスＭＰ−Ａ及びＭＰ−Ｔマシンは、幾らか短いことにより、ＭＰ及びＭＰ−プラス・マシンに対して、優位性を有している。それらの二つのリムは、マシン長さに、４Ｌｍのオーダーでしか、追加されない。この値は、一般的に、スリップ・リングの幅よりも小さくなる。ＭＰプラス・マシンのサイズ及び速度の広い範囲をカバーする、先に編集された表は、その他の点では同一の構造に対して、ロータ・リムに代わりにスリップ・リングを置き換えることからのロータ長さの付帯比率が、１０％のオーダーの中にあることをを示している。また、ブラシの電気的な抵抗及び摩擦が無くなることは、ブラシレスＭＰ−Ａ及びＭＰ−Ｔマシンの優位性であって、マシン損失を大幅に減少させることができる。更にもっと重要なことは、スリップ・リング及び電気的なブラシの割り増しの資本投資及び維持コストが、ＭＰ及びＭＰ−プラス・マシンに対して不利に作用することである。
【０１２２】
バランスに関して、かくして、ＭＰプラス・マシンに対して、ブラシレスＭＰ−Ｔ及び２−リボンＭＰ−Ａマシンのパワー対重量比において、予測される控えめな優位性がある。この優位性は、今日まで専ら考慮されていたハルバッハ（Hallbach）・アレイに対するマグネットの配置の最適化による全てのＭＰマシンに対するパワー密度の予測される改善に対して独立である。また、本発明に基づくブラシレスＭＰ−Ａ及びＭＰ−Ｔマシンは、より低い資本及び維持コストを有していると、予測される。
【０１２３】
＜ＭＰ−Ａ及びＭＰ−Ｔマシンの慣性力及び最大速度＞
ベアリング３５及びマシンの軸１０上の慣性力は、移動マグネット・チューブ５及び６のために、移動ロータ２と比べたとき、回転質量にほぼ比例する。非常に大雑把に言うと、問題の三つのチューブ質量は、同様であり、かくして、慣性力及びその結果生ずる応力は、移動ロータの場合と比べて、移動マグネット・チューブでは、凡そ二倍の大きさになる。この相違は、特に、図２及び３の中の低摩擦ベアリング３５の寿命に影響を及ぼすことになる。
【０１２４】
シンプルなＭＰ及びＭＰ−プラス・マシンの速度は、最大のブラシ・スライド速度により制限される。典型的に、持続的なベースに関して、この値は、約４０ｍ／ｓｅｃであり、恐らくは、６０ｍ／ｓｅｃ程度まで速くさることが可能である。これに反して、ブラシレスＭＰ−Ａ及びＭＰ−Ｔマシンの速度は、マグネット・チューブの中のフープ応力により制限され、そのフープ応力は、回転質量（即ち、マグネット、フラックス・リターン及び構造材料の質量）の遠心力からもたらされる。以下のシンプルな誘導は、以下のように、その結果得られるブラシレスＭＰ−Ａ及びＭＰ−Ｔマシンの最大回転速度が、ブラシのスライド速度による最大回転速度と比べて、やや高くなることをを示している。
【０１２５】
考慮下のマグネット・チューブの直径及び平均ウォールの厚さを、それぞれ、“Ｄ”及び“Ｈ”とする。更に、遠心力による引張応力の最大の部分（例えば、二つの隣接するマグネットの間の中間で）でのチューブの最小ウォールの厚さを“ＦＨ”とし、ここで、Ｆは、冷却チャネルのために、Ｆ＝１／２  に等しいと仮定し、チューブ材料の平均の機械的な密度を  ｄ＝７，５００ｋｇ／ｍ３  とする（この値は、チューブ・マトリクス材料としても使用される高グレード永久磁石及び鉄のフラックス・リターンに対して適切である）。そのとき、マグネット・チューブの最も高く引っ張り応力が掛かる断面積（即ち最も壊れやすい断面積）は、次式のようになる：
【数１３】
2009506739.tif 000015
【０１２６】
１８０度離れたチューブの反対サイドの互いに関係する断面とともに、即ち、断面積“２ＡＣ”が、マグネット・チューブの質量の半分の遠心力の、それら対して垂直方向のコンポーネント  （ｍｖ２／ｒ）  を支持なければならない。他の半分の遠心力は、反力を表している。
【０１２７】
我々の場合  ｒ＝Ｄ／２  であり、“ｖ”は周方向の速度“ｖｒ”であり、即ち、式５に従い、  ｖ＝ｖｒ＝πＤν  であり、ここで、“ν”はマシンの回転周波数である。更に、典型的に  Ｌｍ＜＜Ｌ  であることを考慮すると、上記二つの部分の引っ張り応力が掛かる断面は、次式で与えられる：
【数１４】
2009506739.tif 000016
遠心力を受ける質量は、次式で与えられる：
【数１５】
2009506739.tif 000017
そして、“２ＡＣ”に作用する単位長さ当たりの遠心力の垂直コンポーネントは、次式で与えられる：
【数１６】
2009506739.tif 000018
【０１２８】
かくして、最も壊れやすい断面での、その結果得られる引張応力は、次式で与えられる：
【数１７】
2009506739.tif 000019
【０１２９】
数値的には、  Ｆ＝１／２  及び  ｄ＝７５００ｋｇ／ｍ３  として、全体で“ｍｋｓ”単位系を使用すると、引張応力は、次式のようになる：
【数１８】
2009506739.tif 000020
あるいは、
【数１９】
2009506739.tif 000021
【０１３０】
マグネット・チューブの材料の引張応力に対する典型的な安全値は、
σc max＝１０８Ｎ／ｍ２＝１００ＭＰａ≒１０ｋｇｗｔ／ｍｍ２
になると、予測される。  
もしそうであると、表面速度及び回転周波数に関して、ＭＰ−Ａ及びＭＰ−Ｔマシンの最大安全速度は、次式のようになる：
【数２０】
2009506739.tif 000022
及び、
【数２１】
2009506739.tif 000023
【０１３１】
かくして、回転マグネット・チューブに作用する遠心力は、より高い表面速度、即ち、  Ｖr max≒８２ｍ／ｓｅｃ  を可能にする。そして、これに対応して、スリップ・リング上での電気的なブラシ・スライドの場合と比較して、ＭＰ−Ａ及びＭＰ−Ｔマシンのより高い回転周波数を可能にする。例えば、最小のＭＰ−ＴまたはＭＰ−Ａマシンは、ロータ直径が  ｄ＝０．１ｍ  であると仮定すると、２６０Ｈｚ＝１５，６００ＲＰＭ  まで、動かすことが可能である。そして、最大のマシンは、  Ｄ＝３ｍ  であると仮定すると、  ８．７Ｈｚ＝５２０ＲＰＭ  動かすことが可能である。この点で、このとき、ＭＰ−Ａ及びＭＰ−Ｔマシンは、ＭＰ及びＭＰ−プラス・マシンよりも優れている。
【０１３２】
やがて、しかしながら、トップ回転速度で、電流の周波数は、以下のようになるであろう：
【数２２】
2009506739.tif 000024
【０１３３】
それ故に、それは、ロータ当たりのゾーンの数ＮＺに依存し、マシン・コントロールのセクションにおいて議論された、インバータに基づくマシンをコントロールすることが、適切になる。もし、上記のセクションにおいて示唆されたように、限界が  νｖ＝４００Ｈｚ  であるとすると、その場合には、機械的に可能なトップ速度は、式２１及び２２に従って、“ＮＺ”を、次式に制限することになる：
【数２３】
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ここで、“Ｄ”は、メーターで示した値である。  
それ故に、マシン・コントロールが、マグネット・チューブの機械的な強度ではなく、回転速度を制限することが、可能である。
【０１３４】
＜フレア型のロータを備えたおよび／または中心軸が無いＭＰ−Ａ及びＭＰ−Ｔマシン＞
図６，７及び８は、それぞれ、参照文献２の図２０，２１及び２２を再現したものであって、中心軸１０が省略されることが可能であるを示している。この形態は、例えばマシンを軽量化してそれを安価にするために、および／または、通過する流体のためにマシンの内側を空にするために採用され、例えば、ＭＰマシンが内側プロペラまたはインペラー８５が取り付けられたときに、特に適切であろう。図６から８まではまた、ＭＰロータが、一定のロータ直径を有する単純に円筒状である必要がなく、適合するマグネット・チューブ（図６及び７）を備えた何れかの形状のフレア型のロータを有することが可能であること、またはバレル形のロータ（図８）、あるいは何れかの回転対称の円筒形状が可能であることを、示している。
【０１３５】
取り付けられたマグネット・チューブを備えた通常のシンプルな円筒状のロータ以外のの製造は、ＭＰ−マシン構造に問題を提起することになる。更に、単純に円筒状ではないロータ、または一方向に単調に増大する直径を有するロータ、及び適合するマグネット・チューブを有するマシンは、部分毎に組み立てられる必要がある。
【０１３６】
特に、図６及び７は、マシン・ボディの内側のプロペラ／インペラー８５による、ポンプまたは流体−駆動される発電機としての、フレア型のロータを備えたＭＰマシンの用途を示す。これに対して、図８は、外側に伸びるプロペラ８５により、いかにして、ＭＰマシンがスラストを与えるかについて、示す。
【０１３７】
図７から９までの例は、全て、固定マグネット・チューブを備えたデザインに関係しており、それ故に、電気的なブラシを必要とする。そのようなマシンをブラシレスにすることは、図２Ａと２Ｂの間の部分に対応する変化を、要求することになる。もし、図６から８におけるように、軸１０が省略された場合には、その位置は、何れかの固定外側部分で、取って代わられ、この部分は、図２の中のベースプレート１９及び軸サポート２３と同等であり、即ち、図７及び８の中のベッドロックと同等であり、そして、図９の中で部分２５が釣り下げられるサポートと同等である。
【０１３８】
本発明によれば、ＭＰ−Ａ及びＭＰ−Ｔマシンの全てのデザインの場合と同様に、“軸方向に伸びる”ゾーンは、真っ直ぐで且つ回転軸に平行であることは必要とされない。それが、好ましい選択ではあるが。ロータの中のＳ−リボンが、ゾーンに周期的に実質的に重なり合い、交番して、隣接するゾーンの間のギャップに実質的に重なり合うように形作られることのみを前提として、ゾーンは、緩やかにラセン状にされまたはうねっていても良い。
【０１３９】
＜マグネット・チューブの中での、磁化のソースの可能性のある配置＞
既に示されたように、マグネット・チューブの中での磁化（ロータの中のゾーンを形成する）のソースの配置は、オプショナルであって、事実、それらの性質である。上記の議論は、磁化のソースとして、永久磁石に中心が合わされていた。しかし、それは、電磁石であることも可能であり、そして、これらの中で、図１０Ａのなかに示されているような、ハルバッハ（Hallbach）配置に、注意の焦点が合わされていた。しかしながら、広い範囲の代替的な配置が、可能であり、その中の例が、図１０Ｂ，１０Ｃ及び１０Ｄの中に与えられている。ここで、点線のパターンで示された“１３０”は、プラスチック、樹脂またはセラミックのような非磁性材料であり、短い波線により示された“１３１”は、フラックス・リターン材料であって、ＦｅＳｉのような例えば磁性的にソフトな鉄合金である。最後に、長めの線で特徴付けられる“１３２”は、永久磁石材料である。
【０１４０】
＜まとめ＞
新しく発明されたＭＰ−Ａ及びＭＰ−Ｔマシンは、コントロール可能な周波数の交流または三相交流電流を発生させ、または、それに応答する。それらのその他の点では絶縁性のロータは、“ＮＳ”の同様な、軸方向に伸びる部分を備えた少なくとも一つの導電性の“Ｓ−リボン”を有していて、それらの部分は、好ましい位置において、“ＮＳ”の隣接する“ゾーン”と実質的に重なり合う。ＭＰ−Ａマシンの回転の際、これは、ＡＣ電磁誘導を生じさせ、ＭＰ−Ｔマシンにおいて、三相電流を生じさせる。“ブラシレス”ＭＰ−Ａ及びＭＰ−Ｔマシンおいて、ロータは、固定のまま残り、マグネット・チューブが回転する。これは、ロータに複数の端子を設けることを可能にし、それらの端子は、スリップ・リング及びブラシを必要とすることなく、電源および／またはシンクのような外側コンポーネントに接続されることが可能である。
【０１４１】
何れか二つの隣接する端子の間のゾーンは、独立の“サブ・ユニット”を示し、これらのサブ・ユニットは、モータ、発電機、または変圧器の巻き線の同等物として使用されることが可能であり、それらの電圧は、端子の間のゾーンの数に比例する。ブラシレス２−Ｓ−リボンＭＰ−Ａマシンの、及びＭＰ−Ｔマシンの予測されるパワー密度は、対応するＭＰプラス・マシンのパワー密度に対して、やや優っている。絶縁、耐腐食コーティングで保護されたとき、ブラシレスＭＰ−Ａ及びＭＰ−Ｔマシンは、腐食性の流体の中で、例えば海水の中で、運転されることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１４２】
【図１】図１は、ＭＰ、ＭＰ−プラス、ＭＰ−ＡまたはＭＰ−Ｔマシンの断面の部分を示す。
【図２Ａ】図２Ａは、ＭＰマシンの概略的な断面であり、この図において、マグネット・チューブが固定され、これに対して、ロータは、軸にリジッドに接続され、軸とともに回転する。
【図２Ｂ】図２Ｂは、ＭＰマシンの概略的な断面であり、この図において、ロータが固定され、これに対して、マグネット・チューブは、軸にリジッドに接続され、軸と共に回転する。
【図３Ａ】図３Ａは、図２Ａの中と同様な、マシンの部分的なカットアウトの斜視図であって、ここで、ロータは、その中にＳ−リボンが埋め込まれた絶縁材料からなる。
【図３Ｂ】図３Ｂは、図２Ｂの中と同様な、マシンの部分的なカットアウトの斜視図であって、ここで、ロータは、その中にＳ−リボンが埋め込まれた絶縁材料からなる。
【図４】図４Ａは、ＭＰ−Ｔマシンのロータの中の、三つのＳ−リボンの概略的な平面図である；図４Ｂ及び４Ｃは、三つのレイヤ状態の（Ｂ）、及び二つのレイヤの中に密に詰められた状態の（Ａ）、ＭＰ−Ｔマシンロータの中の、Ｓ−リボンの平らに伸ばされた断面である。
【図４Ｄ】図４Ｄは、ＭＰ−Ａマシンにおける電流の流れの半−概略的な図であり、このＭＰ−Ａマシンマシンは、三つの同軸の、機械的に一体化されているが電気的には絶縁されたロータ・レイヤから構成されるロータを備えている。
【図５】図５Ａは、ロータ・リムの中のＳ−リボンの、互いに絶縁された隣接する部分を示し、即ち、図４Ａの中でＸＸ線の上側または下側を示し、プラグを挿入するための丸い孔を含んでいる；図５Ｂは、ロータ・ボディの断面内での可能性のあるＳ−リボンの配置を示し、且つ、それらをロータ・リムの中でのＳ−リボンの位置に関係付けている；図５Ｃは、図５Ａの中の丸い孔の一つのための、スクリューイン・プラグの断面を示し、このプラグは、Ｓ−リボン隣接するサイドの間に、電気的な接続を発生させる。
【図５ＤＥ】図５Ｄ及び５Ｅは、図５Ａ及び５Ｂと同様なであるが、更により単純化された構造、且つ恐らくはよりコスト効率の良い構造を示している。
【図５Ｆ】図５Ｆは、ロータの部分の平面図を示し、このロータは、リムの中に、図５Ｄの中と同様に作られたＳ−リボン部分を備えているが、線ＸＸで、単一ではなく三つの緩やかに捩られたワイヤの束を備え、これらのワイヤの束が、ロータ・ボディから、リムの中のＳ−リボン部分の各サイドの中に送り込まれている。
【図６】図６Ａは、図５Ａと同様であるが、拡大されていて、丸い孔の代わりに、楕円形を備えている；図６Ｂは、Ｓ−リボン外側と隣接する部分の間で、独立の電気的な接続を作るための“ドロップ−イン・プラグ”の断面を示す；図６Ｃは、Ｓ−リボンの右側の部分ではなく、外側と左部分の間で、電気的な接続を作るための“ドロップ−イン・プラグ”の断面を示す。
【図７】図７は、流体を汲み上げるための、固定マグネット・チューブ、フレア型にされたロータ、内側プロペラを備えた、中心軸の無い、ＭＰ、ＭＰ−プラス、ＭＰ−Ａ、ＭＰ−Ｔマシンの断面を示す。
【図８】図８は、他の点で図７と同一であるが、異なるプロペラ配置を備えたマシンを示す。
【図９】図９は、他の点で図７と同様であるが、バレル形のロータを備え、且つ外側プロペラを備えたマシンを示す。
【図１０】図１０は、ＭＰ−Ａ及びＭＰ−Ｔマシンのための、可能性のあるマグネットの配置の選択を示す。
【図１】
2009506739.tif 000026
【図２Ａ】
2009506739.tif 000027
【図２Ｂ】
2009506739.tif 000028
【図３Ａ】
2009506739.tif 000029
【図３Ｂ】
2009506739.tif 000030
【図４】
2009506739.tif 000031
【図４Ｄ】
2009506739.tif 000032
【図５】
2009506739.tif 000033
【図５ＤＥ】
2009506739.tif 000034
【図５Ｆ】
2009506739.tif 000035
【図６】
2009506739.tif 000036
【図７】
2009506739.tif 000037
【図８】
2009506739.tif 000038
【図９】
2009506739.tif 000039
【図１０】
2009506739.tif 000040
【手続補正書】
【提出日】平成20年5月12日(2008.5.12)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００１】
＜関連出願へのクロス・リファレンス＞
関連する米国出願は：
“Multipolar Machines−Optimized Homopolar Motors/Generators/Transformers”  D. Kuhlmann-Wilsdorf，出願日：２００３年  ７月  ８日，ＰＣＴ出願番号：ＰＣＴ／ＵＳ２００３／０２２２４８；及び、
“Multipolar-Plus Machines−Multipolar Machines with Reduced Numbers of Brushes”  D. Kuhlmann-Wilsdorf，出願日：２００５年  ６月２９日，ＰＣＴ出願番号：ＰＣＴ／ＵＳ２００５／０２３２４５−である。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００２】
本発明は、下記の特許出願に記載された“多極マシン”（ＭＰマシン）の発明を発展させたものである：
“Multipolar Machines−Optimized Homopolar Motors/Generators/Transformers,”
D. Kuhlmann-Wilsdorf，  出願日：２００３年  ７月  ８日，
及び、後続発明：
“Multipolar-Plus Machines−Multipolar Machines with Reduced Numbers of Brushes,”  D. Kuhlmann-Wilsdorf，  出願日：２００５年  ６月２９日。
【国際調査報告】
2009506739.tif 000041