(57)【要約】電気機械（例えば、横方向磁束機および／または整流磁束機）は、コギングトルク全体の低減を第６相オフセットの実行を介して達成するように構成され得る。前記電気機械中の個々のコギングトルク波形は、電圧位相の６分の１または他の適切な間隔にわたって均等に分配させることができ、その結果、前記電気機械のコギングトルク波形全体の大きさが低減しかつ／または前記電気機械のコギングトルク波形全体の正弦度が増加する。【選択図】図６
2013523073.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
横方向磁束機のための固定子であって、
Ｎ個の第１の１組の固定子歯部を含む第１の固定子部であって、前記第１の１組の固定子歯部は、前記第１の固定子部の外周の周囲において配置される、第１の固定子部
前記第１の１組の固定子歯部内の第１の固定子歯部および隣接する第２の固定子歯部は、中心間において、約（３６０／Ｎ）度＋約（１／６＊（３６０／Ｎ））度の角距離だけ離隔され、
前記第１の１組の固定子歯部内の他の全ての隣接する固定子歯部は、中心間において、約（３６０／Ｎ）度ー約（（１／６＊（３６０／Ｎ））／（Ｎ−ｌ））度の角距離だけ離隔される、
固定子。
【請求項２】
Ｍ個の第２の１組の固定子歯部を含む第２の固定子部であって、前記第２の１組の固定子歯部は、前記第２の固定子部の外周において配置される、第２の固定子部、
をさらに含み、
前記第２の１組の固定子歯部内の第１の固定子歯部および隣接する第２の固定子歯部は、中心間において約（３６０／Ｍ）度＋約（１／６＊（３６０／Ｍ））度の角距離だけ離隔され、
前記第２の１組の固定子歯部内の他の全ての隣接する固定子歯部はそれぞれ、中心間において約（３６０／Ｍ）度ー約（（１／６＊（３６０／Ｍ））／（Ｍ−ｌ））度の角距離だけ離隔される、
請求項１に記載の固定子。
【請求項３】
前記数Ｎは５０よりも大きい、請求項２に記載の固定子。
【請求項４】
ＮはＭに等しい、請求項２に記載の固定子。
【請求項５】
前記第１の１組の固定子歯部が前記第２の１組の固定子歯部と交互配置されるように、前記第１の固定子部および前記第２の固定子部が接続される、請求項２に記載の固定子。
【請求項６】
前記第１の１組の固定子歯部のうち任意のものは、前記第２の１組の固定子歯部のうち任意のものへの磁束経路を提供し、前記磁束経路は、前記第１の固定子部および前記第２の固定子部によって少なくとも部分的に封入されたコイルを少なくとも部分的に横断する、請求項２に記載の固定子。
【請求項７】
前記第１の固定子部は、ケイ素鋼、粉末金属または非晶質金属のうち少なくとも１つを含む、請求項１に記載の固定子。
【請求項８】
前記固定子の動作と関連付けられた組み合わされたコギングトルク波形は、理想的な正弦を近似する、請求項２に記載の固定子。
【請求項９】
前記固定子は、２倍の第６相オフセットまたは３倍の第６相オフセットのうち少なくとも１つと共に構成される、請求項２に記載の固定子。
【請求項１０】
電気機械であって、
回転子と、
第１のコイル、第２のコイル、および第３のコイルをそれぞれ少なくとも部分的に封入する第１の固定子、第２の固定子および第３の固定子と、
を含み、
前記第１の固定子、第２の固定子および第３の固定子はそれぞれ、第６相オフセットと共に構成され、
前記第１の固定子、第２の固定子および第３の固定子はそれぞれ、前記回転子へと磁気的に結合され、
前記第１の固定子、第２の固定子および第３の固定子の位相は相互に異なり、
前記電気機械は、横方向磁束機または整流磁束機のうち少なくとも１つである、
電気機械。
【請求項１１】
前記第１の固定子および前記第２の固定子の位相は約１２０度だけ異なり、前記第２の固定子および前記第３の固定子の位相は約１２０度だけ異なり、前記第３の固定子および前記第１の固定子の位相は約１２０度だけ異なる、請求項２に記載の電気機械。
【請求項１２】
前記電気機械のコギングトルクのピーク大きさは、ゼロ位相オフセットと共に構成された類似の電気機械と比較して少なくとも９０％だけ低減する、請求項１０に記載の電気機械。
【請求項１３】
前記電気機械は、５０を越える極性カウントと共に構成され、前記電気機械は、６インチ未満の外径と共に構成される、請求項１０に記載の電気機械。
【請求項１４】
前記第１の固定子の動作と関連付けられた個々のコギングトルク波形は、前記電気機械の電圧位相の６分の１の周囲にわたって位相が均等に分配される、請求項１０に記載の電気機械。
【請求項１５】
前記第１のコイル、前記第２のコイルおよび前記第３のコイルは、前記電気機械の回転軸に対して重複する角度部を横断しない、請求項１０に記載の電気機械。
【請求項１６】
前記第１のコイル、前記第２のコイルおよび前記第３のコイルはそれぞれ、前記機械の回転軸の周囲を完全に横断しない、請求項１０に記載の電気機械。
【請求項１７】
前記電気機械のコギングトルクのピーク大きさは、前記電気機械のピーク出力トルクの１％未満である、請求項１０に記載の電気機械。
【請求項１８】
電気機械であって、
回転子と、
コイルを少なくとも部分的に封入する固定子と、
を含み、
前記回転子および固定子の相互作用により、複数のコギングトルク波形が生成され、
前記複数のコギングトルク波形は、ゼロから前記電気機械の電圧位相の６分の１への位相シフトにわたって均等に分配され、
前記電気機械は、横方向磁束機または整流磁束機のうち少なくとも１つである、
電気機械。
【請求項１９】
前記回転子は、複数の磁石および複数の磁束濃縮器を含み、前記複数の磁石のうち少なくとも２つは、前記コイルから離隔方向において、前記複数の磁束濃縮器の隣接する磁束濃縮器を越える距離まで伸長する、請求項１８に記載の電気機械。
【請求項２０】
前記回転子のうち少なくとも一部は、前記固定子の別個の第１の側部、前記固定子の別個の第２の側部、または前記固定子の別個の第１の側部および前記固定子の別個の第２の側部双方のうち少なくとも１つの上の固定子から張り出す、請求項１９に記載の電気機械。
【請求項２１】
前記電気機械内において前記複数のコギングトルク波形を生成する前記物理的構成要素の配置は、前記複数のコギングトルク波形間の位相関係から独立する、請求項１８に記載の電気機械。
【請求項２２】
前記電気機械は、２倍の第６相オフセットまたは３倍の第６相オフセットのうち少なくとも１つと共に構成される、請求項１８に記載の電気機械。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、電力系統に関し、詳細には、横方向磁束機および整流磁束機に関する。
【背景技術】
【０００２】
コギングトルクは、ほとんどの永久磁石電気機械（例えば、電気モーターおよび発電機）中に存在する状態である。不活性化されると、電気機械は回転位置を探し、その結果、磁気回路リラクタンスが最低となる（かまたはパーミアンスが最高となる）。この状態は、電気機械の回転に対する間欠的抵抗として認識され得る。電気機械の回転時において、正味のコギングトルクはゼロとなる。なぜならば、コギングトルクは、電気機械の回転を交互に「抵抗」および「促進」するからである。しかし、電気機械のほとんどの回転位置における瞬間的コギングトルクはゼロではないため、コギングトルクに起因して電気機械内にノイズおよび振動が発生する。その結果、電気構成要素および／または機械構成要素の摩耗および／または早期呼称に繋がる可能性が出てくる。さらに、電気機械によって駆動されるシステムおよび／またはシステムを駆動する電気機械内において振動も発生し得、その結果さらなるノイズ、摩耗および／または故障が発生し得る。
【０００３】
このように、コギングトルクは上記のような望ましくない結果などをもたらすため、コギングトルクの低減および／または最小化のために従来から多くのアプローチが試行されている。しかし、特に横方向磁束機および／または整流磁束機内において理想的な正弦波により近い逆起電力波形を有する、電気機械内のコギングトルクの低減および／または最小化ならびに／あるいは電気機械の提供のための向上したシステムおよび方法を提供することが、未だに望まれている。
【発明の概要】
【０００４】
本開示は、横方向磁束機および／または整流磁束機中のコギングトルクを変更するためのシステムおよび方法に関連する。例示的実施形態において、横方向磁束機のための固定子は、第１の固定子部を含む。前記第１の固定子部は、第１の１組の固定子歯部をＮ個含む。前記第１の１組の固定子歯部は、前記第１の固定子部の外周の周囲に配置される。第１の固定子歯部および隣接する第２の固定子歯部ｉｎ前記第１の１組の固定子歯部は、中心間において、約（３６０／Ｎ）度＋約（１／６＊（３６０／Ｎ））度の角距離だけ相互に離隔される。前記第１の１組の固定子歯部内の他の隣接する固定子歯部は全て、中心間において、約（３６０／Ｎ）度ー約（（１／６＊（３６０／Ｎ））／（Ｎ−ｌ））度の角距離だけ離隔される。
【０００５】
別の例示的実施形態において、電気機械は、回転子と、第１の固定子と、第２の固定子と、第３の固定子とを含む。前記第１の固定子、第２の固定子および第３の固定子は、第１のコイル、第２のコイルおよび第３のコイルをそれぞれを少なくとも部分的に封入する。前記第１の固定子、第２の固定子および第３の固定子はそれぞれ、第６相オフセットと共に構成される。前記第１の固定子、第２の固定子および第３の固定子はそれぞれ前記回転子へと磁気的に結合され、前記第１の固定子、第２の固定子および第３の固定子の位相は相互に異なる。前記電気機械は、横方向磁束機または整流磁束機のうち少なくとも１つである。
【０００６】
別の例示的実施形態において、電気機械は、回転子と、コイルを少なくとも部分的に封入する固定子とを含む。前記回転子および固定子の相互作用により複数のコギングトルク波形が発生し、前記複数のコギングトルク波形は、ゼロから前記電気機械の電圧位相の６分の１への位相シフトにわたって均等に分配される。前記電気機械は、横方向磁束機または整流磁束機のうち少なくとも１つである。
【０００７】
本要旨部分の内容は、本開示の簡単な導入として記載されたものであり、添付の特許請求の範囲を限定することを意図していない。
【０００８】
以下の記載、添付の特許請求の範囲および添付の図面を参照する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１Ａ】例示的実施形態による例示的横方向磁束機を示す。
【図１Ｂ】例示的実施形態による例示的整流磁束機を示す。
【図２Ａ】例示的実施形態による例示的軸方向隙間構成を示す。
【図２Ｂ】例示的実施形態による例示的ラジアル隙間構成を示す。
【図３Ａ】例示的実施形態による例示的キャビティ係合構成を示す。
【図３Ｂ】例示的実施形態による例示的な面係合構成を示す。
【図３Ｃ】例示的実施形態による例示的な面係合横方向磁束構成を示す。
【図４Ａ】例示的実施形態による均等に分配された固定子歯部間隔を有する例示的固定子部を示す。
【図４Ｂ】例示的実施形態による、図４Ａの固定子部がコイルに接続された様子を示す。
【図４Ｃ】例示的実施形態による、２つの例示的固定子部が接続されて固定子アセンブリを形成する様子を示す。
【図４Ｄ】例示的実施形態による、均等に分配された固定子歯部間隔を示す。
【図４Ｅ】例示的実施形態による、図４Ｃの例示的固定子アセンブリによって生成されたコギングトルクおよび逆起電力波形を示す。
【図５Ａ】例示的実施形態による、不均等に分配された固定子歯部間隔を有する例示的固定子部を示す。
【図５Ｂ】例示的実施形態による、第６相オフセットに従って不均等に分配された固定子歯部間隔を示す。
【図５Ｃ】例示的実施形態による、オフセット変更によって生成された例示的コギング歯部波形を示す。
【図５Ｄ】例示的実施形態による、図４Ｃの例示的固定子アセンブリによって生成された例示的コギングトルク波形と、第６相オフセットと共に構成された例示的固定子アセンブリによって生成された例示的コギングトルク波形との比較を示す。
【図５Ｅ】例示的実施形態による、図４Ｃの例示的固定子アセンブリによって生成された例示的コギングトルクおよび逆起電力波形と、第６相オフセットと共に構成された例示的固定子アセンブリによって生成された例示的コギングトルクおよび逆起電力波形との比較を示す。
【図６】電気機械の例示的コギングトルク波形を示す。図中、コギングトルク波形間の関係は、関連付けられた物理的構成要素間の物理的関係から独立する。
【図７Ａ】例示的多相デバイスを示す。この多相デバイスにおいて、各位相は、例示的実施形態による第６相オフセットを用いる。
【図７Ｂ】例示的多相デバイスを示す。この多相デバイスにおいて、各位相は、例示的実施形態による第６相オフセットを用いる。
【図７Ｃ】例示的実施形態による第６相オフセットと共に構成された例示的多相デバイスのコギングトルク波形を示す。
【図７Ｄ】例示的実施形態によるゼロ次相オフセットと共に構成された例示的多相デバイスのコギングトルク波形を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、多様な例示的実施形態について説明する。以下の実施形態は、本開示の範囲、適用可能性または構成をいかようにも限定しない。すなわち、以下の記載は、最良の態様を含む多様な実施形態の実行のための簡便な例示を提供することを意図している。理解されるように、これらの実施形態において記載する要素の機能および配置における変更が、添付の特許請求の範囲から逸脱することなく可能である。
【００１１】
簡潔さのため、電力系統の構造、管理、動作、測定、最適化および／または制御のための従来の技術と、コギングトルク低減および磁束利用、濃度、制御および／または管理のための従来の技術とについては、本明細書中詳述を控える場合がある。さらに、本明細書中の多様な図中に示す接続線は、多様な要素間の例示的な機能関係および／または物理的接続を示すことを意図する。多くの代替的機能関係あるいはさらなる機能関係または物理的接続が実際の電力系統（例えば、ＡＣ同期電気モーター）内に存在し得る点に留意されたい。
【００１２】
従来の電気モーター（例えば、従来のＡＣ同期モーター）の場合、多様な欠陥に苦しんでいる。例えば、多くの従来の電気モーターの場合、ピークコギングトルクが高く（例えば、ピークコギングトルクがモーターの出力トルクの１０分の１（１／１０）を越えているため、（特に高ＲＰＭ動作において）過剰な振動および／またはノイズが発生し易い。さらに、多くの従来の電気モーターの場合、コギングトルク波形が少なくとも部分的に非正弦形であるため、（特に多相モーター内の多相のコギングトルク寄与の加算時において）モーターのピークコギングトルクの低減が困難となる。
【００１３】
さらに、多くの従来の電気モーターの場合、逆起電力波形が少なくとも部分的に非正弦形である。その結果、これらの電気モーターが概して正弦形の入力によって駆動された場合、その結果前記モーターによって生成されれたトルクがモーター回転と共に変化する、トルクリップルとして知られる状態が発生する。従来の横方向磁束機および／または整流磁束機の場合も、これらの問題を解消できていない。例えば、特定の従来の横方向磁束機の場合、コギングトルクが比較的高い問題がある。他の従来の横方向磁束機の場合、コギングトルク波形が理想的な正弦波から実質的に逸脱している。さらに、コギングトルク低減のための従来のアプローチの場合、複雑性の大幅な増加および／または横方向磁束機および／または整流磁束機のコストの問題がある場合が多い。さらに、特定の従来の横方向磁束機の場合、実質的に非正弦形の逆起電力波形と共に構成されているため、これらの横方向磁束機がほぼ正弦形の入力によって駆動された場合、トルクリップル増加の原因となる。
【００１４】
これとは対照的に、本発明の原理に従って構成された横方向磁束機および／または整流磁束機を用いれば、コギングトルクおよび／または逆起電力に関わるこのような問題のうち多くを低減および／または最小化することが可能である。本明細書中用いられる「横方向磁束機」および／または「整流磁束機」とは、任意の電気機械であり、磁束の方向が前記機械の回転面に対して概して横方向となる部分を含む磁束経路を有する。例示的実施形態において、磁石および／または磁束濃縮構成要素が回転子上に設けられている場合かつ／または機械動作と共に移動される場合、前記電気機械は純粋な「「横方向」磁束機であり得る。別の例示的実施形態において、磁石および／または磁束濃縮構成要素が固定子上に設けられかつ／または機械動作と共に静止状態で保持される場合、前記電気機械は純粋な「整流」磁束機であり得る。明らかなように、特定の構成において、回転子の固定および固定子の移動を行うことにより、「横方向磁束機」を「整流磁束機」とみなすことができ、またこの逆も成り立つ。さらに、コイルを固定子に固定することもできるし、あるいはコイルを回転子に固定することもできる。
【００１５】
さらに、整流磁束機と横方向磁束機との間の差を埋めるために、多様な機能およびデバイス面における設計がある。これら２つの分類間にちょうど収まる設計もあれば、これらに同時に収まる設計もある。そのため、当業者にとって明らかであるように、本開示における「横方向磁束機」への言及は「整流磁束機」にも等しく適用可能であり、またその逆も成り立つ。
【００１６】
さらに、横方向磁束機および／または整流磁束機は、複数の様態において構成することができる。例えば、図２Ａを参照して、整流磁束機を固定子２１０と共に構成することができる。固定子２１０は、コイル２２０を少なくとも部分的に包囲し、回転子２５０の回転面と概してアライメントされる。本明細書中、このような構成を「軸方向隙間」と呼ぶ。別の構成において、図２Ｂを参照して、整流磁束機を固定子２１０と共に構成することができる。固定子２１０は、回転子２５０の回転面に対して約９０度だけ回転される。本明細書中、このような構成を「ラジアル隙間」と呼ぶ。
【００１７】
ここで図３Ａを参照して、整流磁束機内の磁束スイッチ３５２は、固定子３１０と係合し得る。固定子３１０は、固定子３１０によって規定されたキャビティ内に少なくとも部分的に延びることにより、コイル３２０を少なくとも部分的に包囲する。本明細書中、このような構成を「キャビティ係合」と呼ぶ。図３Ｂを参照して、固定子３１０の２つの終端面を密接に近づけることにより、整流磁束機内の磁束スイッチ３５２を固定子３１０と係合させることができる。本明細書中、このような構成を「面係合」と呼ぶ。同様の係合アプローチを横方向磁束機内において用いることができ、同様の名称が用いられる。例えば、例示的実施形態において、図３Ｃを参照して、横方向磁束機３００は、コイル３２０を含む。コイル３２０は、固定子３１０によって少なくとも部分的に包囲される。固定子３２０は、軸方向隙間構成において回転子３５０と面係合する。
【００１８】
図４Ａ〜図４Ｃを参照して、例示的実施形態によれば、固定子部４１ＯＡは概して輪形状の構造であり、１組の固定子「歯部」４１２Ａを有する。横方向磁束機において、固定子部４１ＯＡのうち少なくとも一部は、回転子のための磁束スイッチとして機能するように構成される。例えば、前記１組の固定子歯部の１つ以上の歯部４１２Ａまたはその一部はそれぞれ、磁束スイッチとして機能し得る。
【００１９】
多様な例示的実施形態によれば、固定子歯部４１２Ａ間の領域は、「隙間」または「トレンチ」としてみなすことができ、多様な形状を含み得る。例えば、トレンチは、円筒形状、楕円形状、三角形状、矩形形状、台形形状および／または任意の適切な形状（単数または複数）を含み得る。同様に、固定子歯部４１２Ａは、多様な形状を含み得る。例えば、固定子歯部４１２Ａは、固定子歯部４１２Ａが磁束スイッチとして機能することが可能なような矩形形状、三角形状、四角形状、立方形状、テーパー形状ならびに／あるいは他の任意の適切な形状またはジオメトリを含み得る。
【００２０】
固定子部４１ＯＡおよび／または固定子歯部４１２Ａは、磁束を伝導するように構成された任意の適切な材料を含み得る。例えば、固定子部４１ＯＡは、ケイ素鋼、粉末金属、めっき粉末金属、軟磁性複合材料、非晶質金属、ナノ結晶複合材料、鉄コバルト合金および／またはこれに類する物および／またはこれらの組み合わせを含み得る。例示的実施形態において、固定子部４１０Ａは、粉末金属または他の適切な材料から所望の形状を成形することにより、形成され得る。別の例示的実施形態において、固定子部４１ＯＡは、例えば機械加工によって概して輪形状の一体材料（例えば、ケイ素鋼）から材料を除去することにより、形成され得る。さらに、固定子部４１ＯＡは、任意の適切な方法および／または装置を介して鋳造、加圧成形、焼結、ダイ切断、機械加工、打ち抜き、接合、積層、研磨、平滑化、屈曲、成型、めっき、コーティングおよび／または他の方法で形状化および／または形成され得る。
【００２１】
ここで図４Ｂを参照して、多様な例示的実施形態において、固定子部４１ＯＡは、コイル４２０を少なくとも部分的に封入するように構成され得る。例えば、固定子部４１ＯＡは、コイル４２０の一部を配置することが可能なトレンチ、キャビティまたは他の空間と共に構成され得る。さらに、固定子部４１ＯＡは、１つ以上のアクセス穴部４１６Ａと共に構成され得、これにより、例えば励磁電流のコイル４２０への提供および／またはコイル４２０からの誘導電流の受信を行うために、コイル４２０を固定子部４１ＯＡ内へと送りかつ／または固定子部４１ＯＡから退出させるかあるいは外部電気構成要素へと接続させることが可能となる。
【００２２】
ここで図４Ｃを参照して、多様な例示的実施形態によれば、コイル４２０を（図４Ｂに示すように）少なくとも部分的に包囲ま封入するように、２つの類似する固定子部４１ＯＡおよび４１０Ｂを共に配置することができる。このようにして、固定子部４１０Ａおよび４１０Ｂは、固定子アセンブリ４１０を形成し得る。例示的実施形態において、固定子部４１ＯＡおよび４１０Ｂが共にコイル４２０を包囲するように配置された際、固定子歯部４１２Ａおよび固定子歯部４１２Ｂは交互配置される。このようにして、固定子アセンブリ４１０は、固定子歯部４１２Ａおよび固定子歯部４１２Ｂによって形成された１組の交互の磁束スイッチと共に構成される。固定子アセンブリ４１０内のコイル４２０への電気接続は、アクセス穴部４１６Ａおよび４１６Ｂを介して提供される。
【００２３】
さらに、多様な例示的実施形態において、固定子アセンブリ４１０は、「多経路」固定子アセンブリとして構成される。一般的に、横方向磁束機のための多経路固定子アセンブリは、複数の第１の磁束濃縮回転子部と、反対の極性を有する複数の第２の磁束濃縮回転子部との間の複数の磁束経路を提供するように構成された任意の構造、アセンブリおよび／または機構またはデバイスを含み得る。換言すると、多経路固定子アセンブリは、横方向磁束機のための「多対多」磁束スイッチ構成を提供することができ、この構成において、前記第１の磁束濃縮回転子部のうち任意のものから反対極性を有する前記第２の磁束濃縮回転子部のうち任意のものへと磁束を伝導させることが可能となる。
【００２４】
ここで図４Ｄを参照して、例示的実施形態によれば、固定子歯部４１２Ａはそれぞれ、固定子部４１０Ａの外周周囲において均等に分配され得る。例えば、例示的固定子部４１ＯＡは、５０個の固定子歯部４１２Ａと共に構成され得る。固定子歯部４１２Ａが固定子部４１ＯＡの外周周囲において均等に分配されると、固定子歯部４１２Ａは中心間において約７．２°の角距離（３６０°÷５０＝７．２°）で間隔を空けて配置される。本明細書中用いられる「均等分布角距離」とは、隣接する固定子歯部間（例えば、固定子部４１０Ａ上の隣接する固定子歯部４１２Ａ間）の中心間角距離の値が（３６０／Ｘ）度であることを意味する。ここで、Ｘは、固定子歯部の合計を示す。前記均等分布角距離に従って構成された固定子歯部または他の磁束スイッチは、「均等に分配された」ものとしてみなすことができる。換言すると、「均等分布角距離」は、連続する磁束濃縮器間の中心間角距離とみなすことができる。これらの磁束濃縮器は、横方向磁束機および／または整流磁束機内において共通の極性（または共通の極性を有する連続する磁極）を有する。一般的に、この例示的な計算方法下において、「均等分布角距離」の値は、電気機械内において７２０度を極性数で除算した値（または３６０度を極性対数で除算した値）に等しい。
【００２５】
例示的実施形態において、均等に分配された固定子歯部４１２Ａを有する固定子部４１ＯＡは、均等に分配された固定子歯部４１２Ｂを有する類似する固定子部４１０Ｂへと接続され、これにより、均等に分配される磁束スイッチを有する固定子アセンブリ４１０が形成される。固定子アセンブリ４１０内において、固定子歯部４１２Ａおよび４１２Ｂは、磁束スイッチとして機能する。このようにして、固定子歯部４１２Ａおよび４１２Ｂは、交互の永久磁石および磁束濃縮器を有する回転子内の第１の１組の磁束濃縮器から複数の磁束経路を回転子内の反対極性を有する第２の１組の磁束濃縮器へと提供する。このようにして、固定子アセンブリ４１０を前記回転子と関連して利用して、動作可能な横方向磁束機を形成することができる。
【００２６】
ここで図４Ｅを参照して、例示的実施形態によれば、固定子アセンブリ４１０をコイル４２０および回転子４５０と関連して動作させると、横方向磁束機４００が作動可能に挙動する。前記挙動は、コギングトルク波形４８０および逆起電力（ＥＭＦ）波形４９０によって少なくとも部分的に特徴付けられ得る。理解されるように、コギングトルク波形４８０は、例えばコギングトルク波形４８０の部分４８２および４８４において、理想的な正弦形からの大幅な逸脱を含む。換言すると、コギングトルク波形４８０は、第１の高調波以外の高い高調波含有率を含む（例えば、第２の高調波および／またはより高位の高調波の大きさは第１の高調波のパーセンテージ（例えば５％）を越える）。大きさが非ゼロピークであるコギングトルク波形４８０の結果、横方向磁束機４００において動作可能なノイズおよび／または振動が発生する。しかし、本開示の原理に従って位相オフセット（例えば第６相オフセット）を利用することにより、電気機械のコギングトルク波形のピーク大きさを低減することが可能となる。例えば、コギングトルク波形のピーク大きさを約６ニュートンメートルから約０．１ニュートンメートルへと低減することができる。さらに、例えば第２の高調波および／またはより高位の高調波の大きさを低減することにより、電気機械のコギングトルク波形をより正弦形に近い形にすることができる。さらに、例えば第２の高調波および／またはより高位の高調波の大きさを低減することにより、電気機械の逆起電力波形もより正弦形に近い形にすることができる。ここで図５Ａを参照して、例示的実施形態によれば、固定子部５１０は、複数の固定子歯部５１２と共に構成される。固定子部５１０は、固定子部４１０Ａおよび／または４１０Ｂと類似し得、固定子歯部５１２は、上述したような固定子歯部４１２Ａおよび／または４１２Ｂに類似し得る。しかし、固定子歯部５１２は、固定子歯部４１２Ａを固定子部４１ＯＡの周囲に分配する様態と異なる様態で、固定子部５１０の周囲に分配される。詳細には、固定子歯部５１２は、固定子部５１０の外周の周囲において不均等に分配される。
【００２７】
ここで図５Ｂを参照して、例示的実施形態によれば、固定子歯部５１２は、固定子部５１０の外周周囲において不均等に分配される。その代わり、少なくとも１つの固定子歯部５１２に「オフセット」が付加される。例えば、例示的固定子部１０は、５０個の固定子歯部５１２と共に構成され得る。固定子歯部５１２を固定子部５１０の外周において均等に分配すべきである場合、固定子歯部５１２を中心間において７．２°の角距離（３６０°÷５０＝７．２°）で間隔を空けて配置する。その代わりに、２つの固定子歯部５１２Ａおよび５１２Ｂを、前記均等分布角距離と前記均等分布角距離の６分の１（１／６）ひ等しい増加した角距離とによって離隔させる。この例において、固定子歯部５１２Ａおよび５１２Ｂは、７．２°＋（１／６＊７．２°）＝８。４°の中心間角距離によって離隔される。固定子歯部５１２Ａと固定子歯部１２Ｂとの間の増加した角距離に対応するために、固定子部５１０上の残りの固定子歯部５１２のうち１つ以上を、前記均等分布角距離と比較して若干間隔が狭くなるように移動させる。例えば、残りの固定子歯部５１２をそれぞれ、固定子歯部５１２Ａと固定子歯部５１２Ｂとの間の増加した角度間隔をオフセットさせるように、類似の角距離でシフトさせる。
【００２８】
例示的実施形態において、（固定子歯部５１２Ａと固定子歯部５１２Ｂとの間の距離に付加された）１．２°のさらなる角距離の補償を、固定子歯部５１２間の４９個の他の角距離にわたって若干の間隔低減をを均等に分配させることにより、行う。このような間隔低減の結果、固定子歯部の全間隔における中心間角距離は、固定子歯部５１２Ａと固定子歯部５１２Ｂとの間の間隔を除いて、７．２°−（１．２°／４９）＝７．１７５５１０２０°となる。従って、固定子部５１０上の５０個の歯間間隔のうち、４９個の歯間間隔が７．１７５５１０２０°の角距離と共に構成され、１個の歯間間隔が８．４°の角距離と共に構成される。。一般的に、これらの間隔のうち１つは、前記均等分布角距離のうち約６分の１だけ拡張され、残りの間隔は、前記増加した１つの間隔に対応するように均等に圧縮される。
【００２９】
上記した「第６相オフセット」間隔の原理は、任意の適切な数の固定子歯部、モーター極性および／またはこれに類するものに適用することができる。例えば、６０個の歯部を有する例示的固定子部において、中心間の均等分布角距離は、３６０°／６０＝６°である。よって、第６相オフセットを実行するためには、２つの隣接する固定子歯部は中心間において６°＋（６°＊１／６）＝７°だけ間隔を空けられ、残りの歯部は、中心間において６°−（（６°＊１／６）／５９）＝５．９８３０５°だけ間隔を空けられる。３０個の歯部を有する別の例示的固定子部において、中心間の均等分布角距離は、３６０°／３０＝１２°である。よって、２つの隣接する固定子歯部は、中心間において１２°＋（１２°＊１／６）＝１４°だけ間隔を空けて配置され、残りの歯部は中心間において１２°−（（１２°＊１／６）／２９）＝１１．９３１０３４°だけ間隔を空けて配置される。さらに、任意の適切な数の固定子歯部および／または任意の適切な均等分布角距離も利用可能である。
【００３０】
上記した第６相オフセットに加えて、前記均等分布角距離の６分の１に整数を乗算した値の間隔オフセットを実行することも可能である。例えば、３分の１の間隔（２＊１／６）、２分の１の間隔（３＊１／６）、３分の２の間隔（４＊１／６）および／または他の適切な間隔を実行することができる。一例において、６０個の歯部例示的固定子部において、中心間の均等分布角距離は、３６０°／６０＝６°である。よって、３分の１の間隔を適用した場合、２つの固定子歯部が中心間において６°＋（６°＊１／３）＝８°だけ間隔を空けられ、残りの歯部は中心間において６°−（（６°＊１／３）／５９）＝５．９６６１０１°だけ間隔を空けられる。２分の１の間隔を適用した場合、２つの固定子歯部は中心間において６°＋（６°＊１／２）＝９°だけ間隔を空けられ、残りの歯部は中心間において６°−（（６°＊１／２）／５９）＝５．９４９１５２°だけ間隔を空けられる。前記均等分布角距離の６分の１に整数を乗算して得られた間隔を用いた類似の間隔アプローチを、任意の適切な数のモーター極性、固定子歯部および／またはこれに類するものに適用することができる。本明細書中用いられるように、特定の例示的実施形態において、「第６相オフセット」は、任意の横方向磁束機および／または整流磁束機におけるモーター極性（および／または磁束スイッチおよび／または磁束濃縮器）の構成を意味するものとしてみなすことができ、この構成において、共通の極性の２つの隣接するモーター極性（および／または磁束スイッチおよび／または磁束濃縮器）間の角距離は、共通の極性のモーター極性（および／または磁束スイッチおよび／または磁束濃縮器）間の均等分布角距離を非ゼロである前記均等分布角距離の６分の１の正の整数の倍数に等しい角距離だけ増加させた値に等しく、また、共通の極性の残りの隣接するモーター極性（および／または磁束スイッチおよび／または磁束濃縮器）のうち少なくとも一部間の角距離は、前記増加した角距離の配分比だけ低減される。
【００３１】
多様な例示的実施形態において、第６相オフセットまたは他のオフセットを、以下の一般的式に従って計算することができる。
【００３２】
シフト角度＝（（７２０／極性）＊（スイッチ数−シフト−１））／（スイッチ数−１）
【００３３】
「シフト角度」は、前記増加した角距離の配分比よりも低い均等分布角距離である。
【００３４】
「極性」は、横方向磁束機、整流磁束機または他の電気機械内における極性数である。
【００３５】
「スイッチ数」とは、第６相オフセットまたは他のオフセットの分配先である磁束スイッチ数である。
【００３６】
「シフト」とは、所望のオフセットである（例えば、１／６、１／３、１／５）。
【００３７】
例えば、１００個の極性を有する横方向磁束機において、横方向磁束機全体にわたってオフセットを分散させることが望まれる場合、スイッチ数は典型的には５０であり、各極性対に対して１つである。これとは対照的に、横方向磁束機のうち半分のみにわたってオフセットを分散させることが望まれる場合、スイッチ数は２５である。
【００３８】
１つの例示的実施形態において、横方向磁束機全体にわたって１／６オフセットが分散されるように、１００個の極性の横方向磁束機が構成される。従って、均等分布角距離は７．２°となる（７２０°を１００個の極性によって除算）。前記均等分布角距離の６分の１は、１．２°（７．２°／６）となる。上記式を用いて、残りの極性に対して適切な間隔が以下のように得られるシフト角度＝（（７２０／１００）＊（５０−１／６−１））／（５０−１）＝７．１７５５１０２０°。よって、１００個の極性の横方向磁束機全体にわたって分配された第６相オフセットを実行するために、２つの隣接する極性間の中心間間隔は８．４°（７．２°＋１．２°）であり、残りの隣接する極性それぞれの間の中心間間隔は７．１７５５１０２０°である。横方向磁束機、整流磁束機および／または他の電気機械内における任意の数の極性について、類似のアプローチが利用可能である。
【００３９】
上記したように、第６相オフセットまたは他のオフセットを電気機械全体にわたって分散させることができ、あるいは、第６相オフセットまたは他のオフセットを電気機械の一部のみにわたって分散させることもできる。さらに、複数のオフセットを電気機械内に存在させることもでき、各オフセットは前記電気機械のうち一部のみにわたって分散される。多様な例示的実施形態において、「単一の」第６相オフセットは、横方向磁束機および／または整流磁束機内の全ての極性（および／または磁束スイッチおよび／または磁束濃縮器）の間隔の調節によって実行された第６相オフセットとしてみなすことができる。さらに、横方向磁束機および／または整流磁束機内の極性の半分（および／または前記磁束スイッチおよび／または磁束濃縮器の約半分）の間隔を第６相オフセットに従って調節しかつ残り半分の間隔を別の第６相オフセットに従って調節することにより、「倍の」第６相オフセットを実行することができる。換言すると、「倍の」第６相オフセット構成において、第１の第６相オフセットは、横方向磁束機および／または整流磁束機のうち一部のみにわたって分配され、第２の第６相オフセットは、前記横方向磁束機および／または整流磁束機の残り部分にわたって分配される。「３倍の」第６相オフセットおよびより高位の第６相オフセットも実行可能である。例えば製造公差および／またはアセンブリ公差の蓄積に起因するアライメント誤差を低減するために、単一の第６相オフセットよりも多くの第６相オフセットを用いることが望ましい。
【００４０】
さらに、多様な例示的実施形態において、第６相オフセットを多相デバイス内の各コイルに対して実行することができる。例えば、特定の多相デバイスを第１のコイル、第２のコイルおよび第３のコイルと共に構成することができ、これらのコイルはそれぞれ、前記多相デバイスの外周の一部のみを横断する。前記第１のコイルと関連付けられた磁束スイッチの間隔を調節することにより、第６相オフセットを実行することができる。前記第２のコイルと関連付けられた磁束スイッチの間隔を調節することにより、別の第６相オフセットを実行することができる。前記第３のコイルと関連付けられた磁束スイッチの間隔を調節することにより、さらに別の第６相オフセットを実行することができる。さらに、磁束スイッチの間隔の代わりにかつ／または磁束スイッチの間隔に加えて極性（および／または磁束濃縮器）の間隔を調節することによっても、第６相オフセットの実行が可能である。各コイルと関連付けられた第６相オフセットが類似する場合もあるし、あるいは、コイル毎に第６相オフセットが異なる場合もある。多相横方向磁束機および／または整流磁束機についてのさらなる詳細について、同時係属中の米国特許出願第１２／６１１，７３７号（出願日：２００９年１１月３日、名称「ＰＯＬＹＰＨＡＳＥ  ＴＲＡＮＳＶＥＲＳＥ  ＡＮＤ／ＯＲ  ＣＯＭＭＵＴＡＴＥＤ  ＦＬＵＸ  ＳＹＳＴＥＭＳ」）に開示がある。同出願は所有者が本出願と同一であり、同出願の内容全体を参考のため援用する。
【００４１】
多様な例示的実施形態において、製造公差、材料特性、熱的変動、機械的変動および／またはこれに類するものに起因して、間隔の実行を高精度かつ／または正確に実行することが困難になる場合がある。そのため、例示的実施形態において、製造公差および／または他のプロセス変動を考慮する場合においてモーター極性、磁束スイッチおよび／または磁束濃縮器間の角距離が計算された第６相オフセット角距離と一貫する場合、横方向磁束機および／または整流磁束機における極性、磁束スイッチおよび／または磁束濃縮器の構成を（本開示の原理に従って）「第６相オフセット」のコンセプトの実行としてみなすことができる。換言すると、ｅｖｅｎｔｈｏｕｇｈ任意の特定の極性、磁束スイッチおよび／または磁束濃縮器を第６相オフセットに従って高精度に間隔を空けて配置することができ、極性、磁束スイッチおよび／または磁束濃縮器間の間隔は、第６相オフセットに従った適切な間隔を平均して近似し得る。
【００４２】
例示的実施形態において、図５Ａおよび図５Ｂを参照して、第６相オフセットと共に構成された固定子歯部５１２を有する第１の固定子部５１０が、別の固定子部５１０に接続される。別の固定子部５１０も、第６相オフセットと共に構成された固定子歯部５１２を有し、これにより、第６相オフセット磁束スイッチを有する固定子アセンブリが形成される。その後、前記固定子アセンブリを、交互に永久磁石および磁束濃縮器を有するコイルおよび回転子と関連して用いて、動作可能な横方向磁束機を形成することができる。
【００４３】
特定の固定子歯部間の第６相オフセットを利用することにより、横方向磁束機５００は、低減したピーク大きさおよび増加した正弦度を有するコギングトルク波形を達成する。さらに、第６相オフセットを用いることで、横方向磁束機５００は、異なるオフセット（例えば、第６相オフセットよりも大きいかまたは小さいオフセット）と比較して低減したピーク大きさおよび増加した正弦度を有するコギングトルク波形を達成する。本明細書中用いられる「増加した正弦度」などの用語は、理想的な正弦形（例えば、第２の高調波および／またはより高位の高調波の大きさの低減によって特徴付けられる正弦形）に近づけるためのアプローチとしてみなすことができ、「低減した正弦度」などの用語は、理想的な正弦形からのさらなる逸脱（例えば、第２の高調波および／またはより高位の高調波の大きさの増加によって特徴付けられるもの）としてみなすことができる。
【００４４】
ここで図５Ｃを参照して、多様な例示的実施形態によれば、横方向磁束機５００のコギングトルク波形は、横方向磁束機５００内の位相オフセットの変化と共に変化する。例示的な１００極性横方向磁束機５００内の多様なオフセットに対応するコギングトルク波形が図示されており、波形の大きさをニュートンメートルで示す。
【００４５】
コギングトルク波形５８０Ａは、ゼロ位相オフセットが実行された場合（換言すると、全ての固定子歯部が均等分布角距離に従って中心間において距離を空けて配置された場合）における横方向磁束機５００の動作を示す。コギングトルク波形５８０Ｂは、２０分の１の位相オフセット（すなわち、均等分布角距離の１／２０または０．０５）の実行を示す。コギングトルク波形５８０Ｃは、均等分布角距離の９分の１の位相オフセット（すなわち、１／９または０．１１１１）の実行を示す。コギングトルク波形５８０Ｄは、均等分布角距離の５分の１の位相オフセット（すなわち、１／５または０．２）の実行を示す。コギングトルク波形５８０Ｅは、４分の１の位相オフセット（すなわち、均等分布角距離の１／４または０．２５）の実行を示す。コギングトルク波形５８０Ｆは、均等分布角距離の１０分の３の位相オフセット（すなわち、３／１０または０．３）の実行を示す。コギングトルク波形５８０Ｇは、均等分布角距離の３分の１の位相オフセット（すなわち、１／３または０．３３３３）の実行を示す。これらの例示的なモデルコギング歯部波形と、横方向磁束機５００のコイル５２０内において生成される対応する例示的なモデル開路ＲＭＳ電圧とのさらなる詳細について、以下の表１に示す。
【表１】
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【００４６】
コギングトルク波形５８０は、第６相オフセットの実行を示す。コギングトルク波形５８０は、第６相オフセットよりも大きいかまたは小さな位相オフセットを示すコギング歯部波形よりもより正弦形に近い点に留意されたい。さらに、コギング歯部波形５８０のピーク大きさおよびＲＭＳ値は、（位相オフセットがゼロである）コギング歯部波形５８０Ａの対応する値よりも約２２％だけ小さい点にも留意されたい。さらに、開路電圧は約５％しか低下していない。さらに、コギングトルク波形５８０Ｇは、第３相オフセットを示す。第３相オフセットは、第６相オフセットの整数の倍数である（２＊１／６＝１／３）。しかし、記載のように、第３相オフセットと関連付けられた開路ＲＭＳ電圧は、第６相オフセットと関連付けられた開路ＲＭＳ電圧よりも低い。
【００４７】
ここで図５Ｄを参照して、例示的実施形態によれば、ギングトルク波形５８０は、横方向磁束機５００の動作に応答して生成される。図５Ｄ中に比較目的のためにコギングトルク波形４８０も図示される。コギングトルク波形４８０は、横方向磁束機４００によって生成される（例えば、ゼロ位相オフセットが利用される）。理解されるように、コギングトルク波形５８０のピーク大きさは、コギングトルク波形４８０のピーク大きさよりも小さい。その結果、横方向磁束機５００の動作時における振動およびノイズが低下する。
【００４８】
さらに、コギングトルク波形５８０は、コギングトルク波形４８０よりも実質的により正弦形である。なぜならば、コギングトルク波形５８０は、非正弦形領域４８２および４８４を実質的に含まないからである。よって、横方向磁束機５００内における固定子アセンブリ５１０の動作と関連付けられたコギングトルクをより容易に均衡させかつ／または低減させることが可能となる。例えば、特定の横方向磁束機を複数の固定子アセンブリ５１０から構築することができ、ここで、各固定子アセンブリ５１０は類似の正弦形のコギングトルク波形を有するが、各固定子アセンブリは１２０度だけオフセットされる。
【００４９】
ここで図５Ｅを参照して、例示的実施形態によれば、固定子アセンブリ５１０内において第６相オフセットを実行した場合、固定子アセンブリ５１０の動作を介して生成された逆起電力にも影響がでる。例示的実施形態において、逆起電力波形５９０は、逆起電力波形４９０よりもより正弦形に近い。そのため、固定子アセンブリ５１０を固定子アセンブリ４１０よりもより容易に多相構成に統合することが可能となる。なぜならば、正弦形波形の方がより容易に適切に制御、特徴付けおよび／または組み合わせることが可能であるからである。さらに、固定子アセンブリ５１０が実質的に正弦形の入力によって駆動された場合、逆起電力波形５９０が正弦形に近くなるため、固定子アセンブリ５１０から発生するトルクリップルもより少量となり得る。さらに、逆起電力波形５９０は、逆起電力波形４９０と比較してピーク大きさが小さい。そのため、横方向磁束機５００が達成することが可能な最大の可能なトルク密度も低下する。しかし、ピークコギングトルク低減に関連する恩恵により、（特にノイズ動作の低減および／または振動動作の低減が望まれる場合において）前記逆起電力波形のピーク大きさ低減という不利点がオフセットされ得る。さらに、逆起電力波形５９０の正弦度の向上に関連する恩恵により、前記逆起電力波形のピーク大きさ低減という不利点がオフセットされ得る。例えば、逆起電力波形５９０はより正弦形に近いため、トルクリップルが低下する。さらに、逆起電力波形５９０はより正弦形に近いため、より最適な電流波形を横方向磁束機５００内において発生させることがコントローラにとってより容易となる。
【００５０】
さらに、多様な多相デバイスにおいて、多相デバイスの逆起電力のピーク大きさの若干の低減のみと引き替えに、当該多相デバイス内のコギングトルクのピーク大きさを大幅に低減することができる。
【００５１】
上記したように、特定の例示的実施形態において、横方向磁束機および／または整流磁束機をそれぞれ共通の極性のモーター極性（および／または磁束スイッチおよび／または磁束濃縮器）間の均等分布角距離で構成することにより、第６相オフセットの原理を達成することができる。前記均等分布角距離は、均等分布角距離の６分の１の非ゼロである正の整数の倍数に等しい角距離だけ増加する。共通の極性の残りの隣接するモーター極性（および／または磁束スイッチおよび／または磁束濃縮器）のうち少なくとも一部の間の角距離はは、前記増加した角距離の配分比だけ低減する。他の例示的実施形態において、第６相オフセットの原理は、横方向磁束機および／または整流磁束機ｗｉｔｈ任意の適切な構成のモーター極性（および／または磁束スイッチおよび／または磁束濃縮器）と共に構成することによっても達成され得る（ただし、このような構成の結果、電圧位相の約６分の１（１／６）にわたって実質的に均等に分配された前記横方向磁束機および／または整流磁束機内に個々のコギングトルク波形が得られる場合）。
【００５２】
例えば、多様な例示的実施形態において、ここで図６を参照して、横方向磁束機は、第６相オフセットに従って構成される。前記横方向磁束機は、動作時においてコギングトルク波形６８０を生成するように、構成される。コギングトルク波形６８０は、前記横方向磁束機内の磁束経路のリラクタンスの変化に起因して発生する個々のコギングトルク波形６８０Ａ〜６８０Ｇの合計を表す。コギングトルク波形６８０Ａ〜６８０Ｇは、前記横方向磁束機の電圧位相の６分の１（コギング位相の３分の１）にわたって実質的に均等に分配される。
【００５３】
これらの例示的実施形態において、各個々のコギングトルク波形と関連付けられた横方向磁束機の物理的構成要素（例えば、磁石、磁束濃縮器、磁束スイッチおよび／またはこれに類するもの）を相互に独立した様態で配置することができる。例えば、前記横方向磁束機の動作時においてコギングトルク波形６８０Ｂおよび６８０Ｃの位相は隣接しているが、コギングトルク波形６８０Ｂおよび６８０Ｃを発生させる物理的構成要素は、前記横方向磁束機内において相互に物理的に隣接しない。換言すれば、コギングトルク波形６８０Ｂを発生させる物理的構成要素は、前記横方向磁束機内において任意の適切な角度位置で配置することができる。同様に、コギングトルク波形６８０Ｃを発生させる物理的構成要素は、前記横方向磁束機内において任意の適切な角度位置において配置することができる。一般的に、横方向磁束機および／または整流磁束機の動作時におい位相が隣接している個々のコギングトルク波形と関連付けられた物理的構成要素を、前記横方向磁束機および／または整流磁束機内において物理的に隣接させる必要は無い。
【００５４】
さらに、多様な例示的実施形態において、横方向磁束機および／または整流磁束機内の特定の個々のコギングトルク波形の位相が重複する場合、当該横方向磁束機および／または整流磁束機を第６相オフセットに従って構成することができる。例えば、図６を再度参照して、参照符号６８０Ａによって示す１つのコギングトルク波形の代わりに２つのコギングトルク波形と共に横方向磁束機を構成することができる（すなわち、実質的に類似する位相、大きさおよび他の特性を有する２つのコギングトルク波形）。同様に、参照符号６８０Ｂによって示す１つのコギングトルク波形の代わりに２つのコギングトルク波形と共に横方向磁束機を構成することができるといった具合である。換言すると、コギングトルク波形６８０Ａと関連付けられた第１の物理的構成要素と、コギングトルク波形６８０Ａと実質的に類似する大きさ、位相、および他の特性のコギングトルク波形と関連付けられた第２の物理的構成要素と共に前記横方向磁束機を構成することができる。
【００５５】
よって、多様な例示的実施形態において、横方向磁束機は、直接的に「重複している」多様な個々のコギングトルク波形と共に構成することができる。しかし、前記個々のコギングトルク波形が前記横方向磁束機内において電圧位相の６分の１にわたって均等に分配される続けている限り、特定の個々のコギングトルク波形が重複した場合でも、前記横方向磁束機を第６相オフセットに従って構成されたものとしてみなすことができる。よって、前記横方向磁束機内の任意の数の個々のコギングトルク波形を「重複」させることができる（ただし、等しい数の個々のコギングトルク波形が前記横方向磁束機内の電圧位相の６分の１にわたってその他の均等分布位置において「重複」している場合）。
【００５６】
第６相オフセットを用いた単一の−位相デバイスに加えて、本開示の原理は、多相デバイスを企図する。この多相デバイスにおいて、各位相は第６相オフセットと共に構成される。ここで図７Ａを参照して、多様な例示的実施形態において、横方向磁束機および／または整流磁束機は、多相構成を利用することができる。この多相構成において、各位相は、本明細書中において上記に開示したような第６相オフセットを実行する。例示的実施形態において、多相デバイス７００は、３つの位相構成要素７００Ａ、７００Ｂおよび７００Ｃへと接続された単一の回転子６５０を含む。回転子７５０は、磁束濃縮器７５２および永久磁石７５４を交互に含む。位相構成要素７００Ａは、コイル７２０Ａを部分的に包囲する固定子アセンブリ７１ＯＡを含む。位相構成要素７００Ｂおよび７００Ｃも、コイル７２０Ｂおよび７２０Ｃをそれぞれ部分的に包囲する固定子アセンブリ７１０Ｂおよび７１０Ｃを同様に含む。固定子アセンブリ７１ＯＡ、７１０Ｂおよび７１ＯＣは、回転子７５０の移動に応答してコイル７２０Ａ、７２０Ｂおよび７２０Ｃの周囲において交互の方向においてコイル７２０Ｂおよび７２０Ｃをそれぞれ部分的に包囲するが伝導するように、構成される。
【００５７】
図７Ｂを参照して、例示的実施形態において、固定子アセンブリ７１ＯＡは、２組の固定子歯部７１２Ａ１および７１２Ａ２と共に構成される。固定子歯部７１２Ａ１および７１２Ａ２は、第６相オフセットに従って構成される。同様に、固定子アセンブリ７１０Ｂおよび７１ＯＣはそれぞれ、第６相オフセットに従って構成された２組の固定子歯部を含む。
【００５８】
例示的実施形態において、図７Ｃを参照して、多相デバイス７００の位相構成要素７００Ａ、７００Ｂおよび７００Ｃはそれぞれ、関連付けられたコギングトルク波形７８０Ａ、７８０Ｂおよび７８０Ｃが相互にいそうが約３分の１だけずれる（例えば、約１２０°だけオフセットする）ように、構成され得る。任意の特定の回転位置における多相デバイス７００のコギングトルクの大きさは、当該回転位置における多相デバイス７００の個々の位相構成要素のコギングトルクの合計であるため、多相デバイス７００の組み合わされたコギングトルク波形７８０Ｘのピーク大きさを大幅に低減することが可能となる。換言すると、個々の位相構成要素７００Ａ、７００Ｂおよび７００Ｃは、対応する固定子７１ＯＡ、７１０Ｂおよび７１ＯＣ内における第６相オフセットの実行の結果、実質的に正弦形のコギングトルク波形７８０Ａ、７８０Ｂおよび７８０Ｃを有するため、組み合わされたコギングトルク波形７８０Ｘのピーク大きさを低減および／または最小化させるように、位相構成要素７００Ａ、７００Ｂおよび７００Ｃを所望にオフセットさせることが可能となる。
【００５９】
例えば、波形７８０Ｘのピーク大きさが常にゼロに近くなる（例えば、ピーク大きさが波形７８０Ａ、７８０Ｂおよび／または７８０Ｃのうち任意の波形のピーク大きさの１０％未満、５％未満かつ／または２％未満となる）ように、３つの概して正弦形の波形７８０Ａ、７８０Ｂおよび７８０Ｃをオフセットさせることができる。よって、コギングトルク波形７８０Ｘに示すような多相デバイス７００のコギングトルクのピーク大きさの低減に起因して、多相デバイス７００を大幅に低減したノイズおよび／または振動と共に構成することが可能となる。例示的実施形態において、コギングトルク波形７８０Ｘのピーク大きさを約５．８Ｎ−ｍ〜約０．２Ｎ−ｍへと低減させることができる。多様な例示的実施形態において、コギングトルク波形７８０Ｘのピーク大きさを約３Ｎ−ｍ〜約１００Ｎ−ｍから約０．０５Ｎ−ｍ〜約２Ｎ−ｍへと低減させることができる。
【００６０】
さらに、多様な例示的実施形態において、ゼロ位相オフセットと共に構成された類似の多相デバイスのコギングトルクのピーク大きさと比較して、コギングトルク波形７８０Ｘのピーク大きさをパーセンテージだけ低減させることができる。例示的実施形態において、コギングトルク波形７８０Ｘのピーク大きさは、少なくとも５０％だけ低減する。別の例示的実施形態において、コギングトルク波形７８０Ｘのピーク大きさは、少なくとも９０％だけ低減する。さらに別の例示的実施形態において、コギングトルク波形７８０Ｘのピーク大きさは、少なくとも９７％だけ低減する。
【００６１】
多相デバイス７００のコギングトルク波形７８０Ｘのピーク大きさの上記の低減は、多相デバイス７００の各位相７００Ａ、７００Ｂおよび７００ＣのＲＭＳ開路電圧をわずかに低減することに関連して達成することができる。例示的実施形態において、ゼロ位相オフセットと共に構成された類似の多相デバイスと比較して、コギングトルク波形７８０Ｘのピーク大きさは、約９０％だけ低減する。各位相７００Ａ、７００Ｂおよび７００ＣのＲＭＳ開路電圧は、わずか約４％だけ低減する。別の例示的実施形態において、コギングトルク波形７８０Ｘのピーク大きさは約９７％だけ低減し、各位相７００Ａ、７００Ｂおよび７００ＣのＲＭＳ開路電圧はわずか約５％だけ低減する。このようにして、第６相オフセットの利用を介して、少量の電圧と「引き替えに、コギングトルク波形７８０Ｘの大幅な低減が可能となる。
【００６２】
これとは対照的に、図７Ｄを短く参照して、ゼロ位相オフセットと共に構成された多相デバイスは、関連付けられたコギングトルク波形７８０Ｘ’のピーク大きさを限られた範囲でしか低減できない。なぜならば、コギングトルク波形７８０Ａ’、７８０Ｂ’および７８０Ｃは実質的に非正弦形であるからである。
【００６３】
さらに、以下の表２の例示的モデル値に示すように、第６相オフセット（またはその非ゼロ整数の倍数）の実行により、非第６相オフセットの実行と比較してピーク大きさを大幅に低減することが可能となる。
【表２】
2013523073.tif 000004
【００６４】
本開示の原理は、横方向磁束機および／または整流磁束機に適合することができる。さらに、本開示の原理は、多様な従来の電気モーターにおいて具現化されるようなラジアル磁束機にも適用することができる。例えば、多相ラジアル磁束電気モーターの各位相は、第６相オフセットの従って構成することができ、その結果、多相ラジアル磁束電気モーターのコギングトルクのピーク大きさの低減の達成が可能となる。
【００６５】
本明細書中において上記に開示したような第６相オフセットの原理は、横方向磁束機および／または整流磁束機に関連する多様な他の原理と適切に組み合わせることが可能である。例えば、本開示の原理を、横方向磁束機および整流磁束機内の固定子のための原理（例えば、同時係属中の米国特許出願第１２／６１１，７２８号（出願日：２００９年１１月３日、名称「ＴＲＡＮＳＶＥＲＳＥ  ＡＮＤ／ＯＲ  ＣＯＭＭＵＴＡＴＥＤ  ＦＬＵＸ  ＳＹＳＴＥＭ  ＳＴＡＴＯＲ  ＣＯＮＣＥＰＴＳ」）に開示のような部分的固定子および／またはギャップ付き固定子のための原理）と適切に組み合わせることができる。同出願は所有者が本出願と同一であり、同出願の内容全体を参考のため援用する。
【００６６】
本開示の原理は、横方向磁束機および／または整流磁束機内の回転子のための原理（例えば、同時係属中の米国特許出願第１２／６１１，７３３号（出願日：２００９年１１月３日、名称：ＴＲＡＮＳＶＥＲＳＥ  ＡＮＤ／ＯＲ  ＣＯＭＭＵＴＡＴＥＤ  ＦＬＵＸ  ＳＹＳＴＥＭ  ＳＴＡＴＯＲ  ＣＯＮＣＥＰＴＳ」に開示されているようなテープが巻かれた回転子および／または多経路回転子のためのもの）と適切に組み合わせることができる。同出願は所有者が本出願と同一であり、同出願の内容全体を参考のため援用する。
【００６７】
本開示の原理は、同時係属中の米国特許出願第１２／６１１，７３７号（出願日：２００９年１１月３日、名称：「ＴＲＡＮＳＶＥＲＳＥ  ＡＮＤ／ＯＲ  ＣＯＭＭＵＴＡＴＥＤ  ＦＬＵＸ  ＳＹＳＴＥＭ  ＳＴＡＴＯＲ  ＣＯＮＣＥＰＴＳ」）に開示されているような多相横方向磁束機および／または多相整流磁束機の原理とも適切に組み合わせることができる。同出願は所有者が本出願と同一であり、同出願の内容全体を参考のため援用する。
【００６８】
本開示の原理は、同時係属中の米国特許出願（名称：「ＴＲＡＮＳＶＥＲＳＥ  ＡＮＤ／ＯＲ  ＣＯＭＭＵＴＡＴＥＤ  ＦＬＵＸ  ＳＹＳＴＥＭＳ  ＣＯＮＦＩＧＵＲＥＤ  ＴＯ  ＰＲＯＶＩＤＥ  ＲＥＤＵＣＥＤ  ＦＬＵＸ  ＬＥＡＫＡＧＥ，ＨＹＳＴＥＲＥＳＩＳ  ＬＯＳＳ  ＲＥＤＵＣＴＩＯＮ，ＡＮＤ  ＰＨＡＳＥ  ＭＡＴＣＨＩＮＧ」に開示されているような横方向磁束機および／または整流磁束機内の伸長磁石、張り出し型回転子および／または固定子歯部重複の原理とも適切に組み合わせることができる。同出願は、本出願と出願日および所有者が同じであり、同出願の内容全体を参考のため援用する。
【００６９】
本開示の原理は、同時係属中の米国特許出願（名称：「ＴＲＡＮＳＶＥＲＳＥ  ＡＮＤ／ＯＲ  ＣＯＭＭＵＴＡＴＥＤ  ＦＬＵＸ  ＳＹＳＴＥＭＳ  ＦＯＲ  ＥＬＥＣＴＲＩＣ  ＢＩＣＹＣＬＥＳ」）中に開示されるような電気自転車内の横方向磁束機および／または整流磁束機の利用の原理とも適切に組み合わせることができる。同出願は、本出願と出願日および所有者が同じであり、同出願の内容全体を参考のため援用する。
【００７０】
さらに、本開示の原理は、本明細書中に参考のため援用される同時係属中の米国特許出願のうち任意の１つおよび／または全てに開示される任意の数の原理とも適切に組み合わせることができる。よって、例えば、特定の横方向磁束機および／または整流磁束機において、第６相オフセットの利用、伸長磁石の利用、張り出し型回転子の利用、固定子歯部重複の利用、テーパー型に巻かれた回転子の利用、多経路回転子の利用、部分的固定子の利用、多相設計の利用および／またはこれに類するものを用いることが可能である。このような組み合わせ、置換および／または他の相互関係は、本開示の範囲内にあるとみなされる。
【００７１】
本開示の原理を多様な実施形態において示してきたが、特定の環境および動作要求に合わせて特定に適合された実際に用いられる構造、配置構成、比率、要素、材料および構成要素の多くの変更が、本開示の原理および範囲から逸脱することなく利用可能である。これらのおよび他の変更または改変は、本開示の範囲に含まれるものとして意図され、以下の特許請求の範囲中に記載される。
【００７２】
本開示について、多様な実施形態を参照して記載してきた。しかし、当業者であれば、多様な変更および改変が本開示の範囲から逸脱することなく可能であることを理解する。従って、本明細書は、限定的なものとしてではなく例示的なものとしてみなされるべきであり、このような変更は全て、本開示の範囲内に収まるものとして意図される。同様に、恩恵、他の利点および問題解決法についても、多様な実施形態に関連して説明してきた。しかし、任意の恩恵、利点または解決法を発生させ得るかまたはより顕著にさせ得る恩恵、利点、問題解決法および任意の要素（単数または複数）は、特許請求の範囲のうち任意の物または全ての重要な、必須のまたは本質的な特徴または要素としてみなされるべきではない。本明細書中用いられる「含む」という表現または他の任意の変化形は、非排他的包含を網羅するものとして意図され、これにより、１組の要素を含むプロセス、方法、物品または装置は、これらの要素のみを含まず、このようなプロセス、方法、物品または装置に明示されているかまたは固有の他の要素も含み得る場合がある。また、本明細書中用いられるような「接続」などの用語または他の任意の変化形は、物理的接続、電気接続、磁石接続、光学接続、通信接続、機能接続および／または他の任意の接続を網羅するものとして意図される。「Ａ、ＢまたはＣのうち少なくとも１」などの表現が特許請求の範囲において用いられる場合、当該表現は、以下のうち任意のものを意味することを意図する：（１）Ａのうち少なくとも１つ；（２）Ｂのうち少なくとも１つ；（３）Ｃのうち少なくとも１つ；（４）Ａのうち少なくとも１つおよびＢのうち少なくとも１つ；（５）Ｂのうち少なくとも１つおよびＣのうち少なくとも１つ；（６）Ａのうち少なくとも１つおよびＣのうち少なくとも１つ；または（７）Ａのうち少なくとも１つ、Ｂのうち少なくとも１つ、およびＣのうち少なくとも１つ。
【００７３】
例示的実施形態において、電気機械は、複数の磁束濃縮器と交互配置された複数の磁石と、Ｎ個の複数のスイッチとを含む。前記複数の磁石は交互の帯磁方向を有し、これにより、前記複数の磁束濃縮器は交互の磁極を有する。前記Ｎ個の複数のスイッチは、前記複数の磁束濃縮器からの磁束を移動させるように構成される。前記複数のスイッチ内の第１のスイッチおよび隣接する第２のスイッチは、中心間において約（３６０／Ｎ）度＋約（１／６＊（３６０／Ｎ））度の角距離だけ離隔され、前記複数のスイッチ内の他の隣接するスイッチは全てそれぞれ、中心間において約（３６０／Ｎ）度ー約（（１／６＊（３６０／Ｎ））／（Ｎ−ｌ））度の角距離だけ離隔される。
【００７４】
例示的実施形態において、横方向磁束機のための固定子部を形成する方法は、以下を含む：前記固定子部の外周の周囲に分配された１組の固定子歯部のための均等分布角距離を計算するステップであって、前記均等分布角距離は、前記１組中の固定子歯部の合計で３６０度を除算した値に等しい、ステップと、；前記１組内の第１の固定子歯部および隣接する第２の固定子歯部のための第６相オフセット距離を計算するステップであって、前記第６相オフセット距離は、前記均等分布角距離の６分の１に等しい、ステップと、前記第１の固定子歯部および前記第２の固定子歯部が中心間において測定された場合に前記均等分布角距離および前記第６相オフセット距離の合計にほぼ等しい角距離によって離隔されるように、前記第１の固定子歯部および前記第２の固定子歯部を前記固定子部の外周上に配置するステップと、前記第１の固定子歯部と前記隣接する第２の固定子歯部との間の中心間角距離を除く前記１組内の隣接する固定子歯部間の全中心間角距離が（前記均等分布角距離）−（（前記第６相オフセット距離）／（前記１組内の固定子歯部数−１））にほぼ等しくなるように、前記１組固定子歯部内の残りの固定子歯部を前記固定子部の外周上に配置するステップとを含む。
【００７５】
例示的実施形態において、電気機械は、以下を含む：第１の固定子部および第２の固定子部を含む固定子であって、前記第１の固定子部は、前記第１の固定子部の外周において第６相オフセットに従って分配される第１の１組の固定子歯部を含み、前記第２の固定子部は、前記第２の固定子部の外周において第６相オフセットに従って分配される第２の１組の固定子歯部を含む、固定子と、前記第１の固定子部および前記第２の固定子部によって少なくとも部分的に封入されたコイルと、前記固定子に磁気的に結合された回転子であって、前記回転子は、複数の磁束濃縮器と交互配置された複数の磁石を含み、前記複数の磁石は、前記複数の磁束濃縮器が交互の磁極を有するように交互の帯磁方向を有し、前記電気機械は、横方向磁束機または整流磁束機のうち少なくとも１つである、回転子。前記回転子の第１の位置において、前記第１の１組の固定子歯部は、第１の極性を有する第１の１組の前記複数の磁束濃縮器からの磁束を移動させるように構成され、前記回転子の第１の位置において、前記第２の１組の固定子歯部は、前記第１の極性と反対の極性を有する第２の１組の前記複数の磁束濃縮器へと磁束を移動させるように構成される。前記回転子の第２の位置において、前記第１の１組の固定子歯部は、磁束を前記第２の１組の前記複数の磁束濃縮器へと移動させるように構成され、前記回転子の第２の位置において、前記第２の１組の固定子歯部は、前記第１の１組の前記複数の磁束濃縮器からの磁束を移動させるように構成される。前記電気機械の動作と関連付けられたコギングトルク波形は、実質的に正弦形である。
【００７６】
例示的実施形態において、電気デバイス内のトルクリップルを低減する方法は、以下を含む：前記電気デバイスの逆起電力波形の正弦度を増加させるように、前記電気デバイス内の複数の磁束スイッチを第６相オフセットに従って構成するステップと、；前記電気デバイス内のコイルを正弦形の入力電圧で励起するステップ。
【００７７】
例示的実施形態において、多相デバイス内のコギングトルクの大きさを低減する方法は、以下を含む：第１のコギングトルク波形、第２のコギングトルク波形および第３のコギングトルク波形の正弦度を増加させるように、前記多相デバイス内の第１の組、第２の組および第３の組の磁束スイッチをれぞれを第６相オフセットに従って構成するステップと、；前記多相デバイス内の前記第１の組、第２の組および第３の組がそれぞれその他の組と位相が約１２０度の位相角度だけずれるように、前記多相デバイス内の前記第１の組、第２の組および第３の組のスイッチそれぞれをアライメントするステップ。
【００７８】
例示的実施形態において、電気機械は、以下を含む：第１の組Ａの物理的構成要素であって、第１の磁石と、第１の磁束濃縮器と、第１の磁束スイッチとを含み、前記組Ａは、第１のコギングトルク波形を生成するように構成される、第１の組Ａの物理的構成要素と；第２の組Ｂの物理的構成要素であって、第２の磁石と、第２の磁束濃縮器と、第２の磁束スイッチとを含み、前記組Ｂは、第２のコギングトルク波形を生成するように構成される、第２の組Ｂの物理的構成要素と；第３の組Ｃの物理的構成要素であって、第３の磁石と、第３の磁束濃縮器と、第３の磁束スイッチとを含み、前記組Ｃは、第３のコギングトルク波形を生成するように構成される、第３の組Ｃの物理的構成要素。前記電気機械内の組Ａ、組Ｂおよび組Ｃの物理的位置は、前記第１のコギングトルク波形、前記第２のコギングトルク波形および前記第３のコギングトルク波形間の位相関係から独立する。前記電気機械は第６相オフセットに従って構成され、前記電気機械は、横方向磁束機または整流磁束機のうち少なくとも１つである。
【００７９】
例示的実施形態において、電気機械は、複数の組の物理的構成要素を含む。各組は、磁石と、磁束濃縮器と、磁束スイッチとを含む。各組は、コギングトルク波形を生成するように構成される。前記電気機械に物理的に隣接していない少なくとも２組は、位相が隣接するコギングトルク波形を生成する。前記電気機械は、第６相オフセットに従って構成される。前記電気機械は、横方向磁束機または整流磁束機のうち少なくとも１つである。
【図１Ａ】
2013523073.tif 000005
【図１Ｂ】
2013523073.tif 000006
【図２Ａ】
2013523073.tif 000007
【図２Ｂ】
2013523073.tif 000008
【図３Ａ】
2013523073.tif 000009
【図３Ｂ】
2013523073.tif 000010
【図３Ｃ】
2013523073.tif 000011
【図４Ａ】
2013523073.tif 000012
【図４Ｂ】
2013523073.tif 000013
【図４Ｃ】
2013523073.tif 000014
【図４Ｄ】
2013523073.tif 000015
【図４Ｅ】
2013523073.tif 000016
【図５Ａ】
2013523073.tif 000017
【図５Ｂ】
2013523073.tif 000018
【図５Ｃ】
2013523073.tif 000019
【図５Ｄ】
2013523073.tif 000020
【図５Ｅ】
2013523073.tif 000021
【図６】
2013523073.tif 000022
【図７Ａ】
2013523073.tif 000023
【図７Ｂ】
2013523073.tif 000024
【図７Ｃ】
2013523073.tif 000025
【図７Ｄ】
2013523073.tif 000026
【国際調査報告】
2013523073.tif 000027
2013523073.tif 000028