(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
二相スイッチドリラクタンス機（「ＴＰＳＲＭ」）であって、
鉄心と複数の回転子磁極とを有する回転子と、
磁束伝達の伝導性を有する第１の固定子構造と第２の固定子構造とを備え、前記第１の固定子構造は第１の固定子背部により相互に連結された第１の固定子磁極と第２の固定子磁極と第３の固定子磁極とを有し、前記第２の固定子構造は第２の固定子背部により相互に連結された第４の固定子磁極と第５の固定子磁極と第６の固定子磁極とを有し、前記第１の固定子背部と前記第２の固定子背部とは、前記第１の固定子背部と前記第２の固定子背部の間で直接の磁束伝達の伝導性を有しない媒体により分離されており、
前記第１の固定子磁極の周りに巻かれた第１の巻線と、
前記第２の固定子磁極の周りに巻かれた第２の巻線と、をさらに備え、
前記第３の固定子磁極の周りには巻線が巻かれておらず、
前記回転子が回転軸を中心に一回り回転するに従い、（１）前記回転子の回転軸方向での前記ＴＰＳＲＭの断面視において前記回転子磁極のいずれか１つを２つに分け、（２）前記回転軸の中心から延在して、（３）前記回転軸の直交方向に延在して、（４）前記回転子に合わせて回転する、磁束線は、順次前記第１の固定子構造の各固定子磁極と交差し、順次前記第２の固定子構造の各固定子磁極と交差し、
前記第３の固定子磁極は、前記回転子の前記回転方向において前記第１および第２の固定子磁極間に配置されており、
前記第６の固定子磁極は、前記回転子の前記回転方向において前記第４および第５の固定子磁極間に配置されている、
ＴＰＳＲＭ。
【請求項２】
前記第１の固定子構造と前記第２の固定子構造が前記回転子を部分的にのみ囲む、請求項１に記載のＴＰＳＲＭ。
【請求項３】
プラスチック成形品をさらに備えており、前記第１の固定子構造と前記第２の固定子構造が前記プラスチック成形品に取り付けられている、請求項１に記載のＴＰＳＲＭ。
【請求項４】
スリーブタイプ固定具をさらに備えており、前記第１の固定子構造と前記第２の固定子構造が前記スリーブタイプ固定具に取り付けられている、請求項１に記載のＴＰＳＲＭ。
【請求項５】
前記第１の固定子背部と前記第２の固定子背部のそれぞれが取付け用切欠きを備える、請求項１に記載のＴＰＳＲＭ。
【請求項６】
前記第１の固定子背部と前記第２の固定子背部のそれぞれが、第１の切欠き端部と第２の切欠き端部とを備え、
前記第１の切欠き端部と前記第２の切欠き端部は、前記第１の固定子構造と前記第２の固定子構造のそれぞれと回転子との整列を維持する、請求項１に記載のＴＰＳＲＭ。
【請求項７】
前記第１の固定子背部と前記第２の固定子背部のそれぞれが、円弧構造を有する、請求項１に記載のＴＰＳＲＭ。
【請求項８】
前記第１の固定子背部と前記第２の固定子背部のそれぞれが、角度付き構造を有する、請求項１に記載のＴＰＳＲＭ。
【請求項９】
前記第１の固定子背部と前記第２の固定子背部のそれぞれが、実質的にまっすぐな構造を有し、
前記第１の固定子構造と前記第２の固定子構造のそれぞれの固定子磁極が、それらの前記第１の固定子背部と前記第２の固定子背部のそれぞれに垂直に配置されている、
請求項１に記載のＴＰＳＲＭ。
【請求項１０】
前記ＴＰＳＲＭの第１の相では、前記第１の巻線が通電する間に電磁磁束が前記第１の固定子磁極と前記第３の固定子磁極と前記複数の回転子磁極の２つを通過し、
前記ＴＰＳＲＭの第２の相では、前記第２の巻線が通電する間に電磁磁束が前記第２の固定子磁極と前記第３の固定子磁極と前記複数の回転子磁極の２つを通過する、請求項１に記載のＴＰＳＲＭ。
【請求項１１】
前記第４の固定子磁極の周りに巻かれた第３の巻線と、
前記第５の固定子磁極の周りに巻かれた第４の巻線と、をさらに備え、
前記第６の固定子磁極の周りには巻線が巻かれておらず、
前記ＴＰＳＲＭの第１の相では、前記第１の巻線と前記第３の巻線が通電する間に電磁磁束が前記第４の固定子磁極と前記第６の固定子磁極と前記複数の回転子磁極の２つを通過し、
前記ＴＰＳＲＭの第２の相では、前記第２の巻線と前記第４の巻線が通電する間に電磁磁束が前記第５の固定子磁極と前記第６の固定子磁極と前記複数の回転子磁極の２つを通過する、請求項１０に記載のＴＰＳＲＭ。
【請求項１２】
前記第３の固定子磁極の先端の円弧状面の長さが前記回転子磁極のピッチと実質的に等しい、請求項１に記載のＴＰＳＲＭ。
【請求項１３】
前記第１の巻線への通電から前記第２の巻線への通電へ移行する間、前記第３の固定子磁極において磁束反転が起こらない、請求項２に記載のＴＰＳＲＭ。
【請求項１４】
前記第１の固定子磁極と前記第２の固定子磁極の周囲にそれぞれ配置された第１のコイルと第２のコイルとをさらに備えており、
前記第１のコイルを流れる電流の伝導により前記ＴＰＳＲＭの二相の第１の相を励磁し、
前記第２のコイルを流れる電流の伝導により前記ＴＰＳＲＭの二相の第２の相を励磁する、請求項１に記載のＴＰＳＲＭ。
【請求項１５】
前記第１の固定子背部の前記第１の固定子磁極と前記第２の固定子磁極と前記第３の固定子磁極の１つだけの組と、前記第２の固定子背部の前記第４の固定子磁極と前記第５の固定子磁極と前記第６の固定子磁極の１つだけの組とが、いかなる特定の時でもトルクを発生することができる、請求項１に記載のＴＰＳＲＭ。
【請求項１６】
ＴＰＳＲＭであって、
複数の回転子磁極を有し、前記回転子磁極のそれぞれが円弧状面を有する、回転子と、
第１の鉄心構造および第２の鉄心構造を備えている固定子であって、前記第１の鉄心構造および前記第２の鉄心構造がそれぞれ主外側セグメントを有しており、前記第１の鉄心構造および前記第２の鉄心構造のそれぞれが各主外側セグメントから延出した第１の固定子磁極と第２の固定子磁極と第３の固定子磁極を有し、前記第１の鉄心構造の前記主外側セグメントおよび前記第２の鉄心構造の前記主外側セグメントが前記主外側セグメントの間で直接の磁束伝達の伝導性を有しない媒体により分離されている前記固定子と、
前記第１の鉄心構造の第１の固定子磁極と前記第１の鉄心構造の第２の固定子磁極の周囲にそれぞれ配置された、第１のコイルと第２のコイルと、を備え、
前記第１のコイルを流れる電流の伝導により前記ＴＰＳＲＭの二相の第１の相を励磁し、
前記第２のコイルを流れる電流の伝導により前記ＴＰＳＲＭの二相の第２の相を励磁し、
前記第１の鉄心構造および前記第２の鉄心構造のそれぞれの前記第３の固定子磁極が前記ＴＰＳＲＭの二相の各相を励磁する間、磁束を伝達する共通固定子磁極であり、
前記第１の鉄心構造の前記第３の固定子磁極は、前記回転子の回転方向において前記第１の鉄心構造の前記第１および第２の固定子磁極間に配置されており、
前記第２の鉄心構造の前記第３の固定子磁極は、前記回転子の回転方向において前記第２の鉄心構造の前記第１および第２の固定子磁極間に配置されている、
ＴＰＳＲＭ。
【請求項１７】
前記第１の鉄心構造および前記第２の鉄心構造のそれぞれの前記共通固定子磁極の先端の円弧の長さが前記回転子磁極のピッチに等しく、
前記共通固定子磁極の円弧が、磁束経路の有効幅を定義している、請求項１６に記載のＴＰＳＲＭ。
【請求項１８】
前記第１の鉄心構造および前記第２の鉄心構造は、前記回転子の回転軸方向での前記ＴＰＳＲＭの断面視において、直径方向に互いに反対に配置されている、請求項１６に記載のＴＰＳＲＭ。
【請求項１９】
前記回転子は、１０個の回転子磁極を備える、請求項１６に記載のＴＰＳＲＭ。
【請求項２０】
前記主外側セグメントが、前記回転子に対応する円弧の形状である、請求項１６に記載のＴＰＳＲＭ。
【請求項２１】
各主外側セグメントが、角部セクションと２つの端部セクションとを有する角度セグメントとして実質的に形成されており、前記角部セクションが、前記主外側セグメントの前記２つの端部セクションよりも前記回転子から離れて位置している、請求項１６に記載のＴＰＳＲＭ。
【請求項２２】
各主外側セグメントが、角部セクションと２つの端部セクションとを有する角度セグメントとして実質的に形成されており、
各鉄心構造の前記第１の固定子磁極および前記第２の固定子磁極が前記主外側セグメントそれぞれの前記２つの端部セクション付近に配置されており、
各鉄心構造の前記共通固定子磁極は、前記主外側セグメントそれぞれの前記角部セクションから延出しており、前記第１の固定子磁極と前記第２の固定子磁極の延出長さより大きい前記主外側セグメントからの延出長さを有する、
請求項１７に記載のＴＰＳＲＭ。
【請求項２３】
前記主外側セグメントのそれぞれが実質的にまっすぐであり、それらの前記固定子磁極が前記主外側セグメントのそれぞれに実質的に垂直に配置されている、請求項１６に記載のＴＰＳＲＭ。
【請求項２４】
各鉄心構造それぞれの前記第１の固定子磁極と前記第２の固定子磁極と前記第３の固定子磁極のうちの１つにおいて磁束反転が起こらない、請求項１６に記載のＴＰＳＲＭ。
【請求項２５】
前記共通固定子磁極のそれぞれの有効空隙のリラクタンスは、前記回転子のあらゆる回転位置において実質的に一定である、請求項１７に記載のＴＰＳＲＭ。
【請求項２６】
ＴＰＳＲＭであって、
複数の回転子磁極を有する回転子と、
第１の鉄心構造および第２の鉄心構造を備えている固定子であって、前記第１の鉄心構造および前記第２の鉄心構造のそれぞれが前記第１の鉄心構造および前記第２の鉄心構造の間で直接の磁束伝達の伝導性を有しない媒体により分離されており、前記第１の鉄心構造および前記第２の鉄心構造のそれぞれが、主外側セグメントを有し、磁束が通過することのできるそれぞれの固定子磁極を有し、前記第１の鉄心構造および前記第２の鉄心構造のそれぞれにおける１つの固定子磁極が、ＴＰＳＲＭの二相のそれぞれを励磁する間磁束を伝達しその先端に円弧状面を有する共通固定子磁極であり、前記第１の鉄心構造および前記第２の鉄心構造のそれぞれにおける前記共通固定子磁極の先端の面の前記円弧状面の円弧の長さが、前記複数の磁極の回転子ピッチに等しい、前記固定子と、
前記第１の鉄心構造の第１の固定子磁極の周りに巻かれている第１のコイルと、
前記第１の鉄心構造の第２の固定子磁極の周りに巻かれている第２のコイルと、
前記第２に鉄心構造の第１の固定子磁極の周りに巻かれている第３のコイルと、
前記第２の鉄心構造の第２の固定子磁極の周りに巻かれている第４のコイルと、を備え、
前記第１および第３のコイルの通電によって、前記ＴＰＳＲＭの二相の第１の相を励磁し、
前記第２および第４のコイルの通電によって、前記ＴＰＳＲＭの二相の第２の相を励磁し、
前記第１の鉄心構造の前記共通固定子磁極は、前記回転子の回転方向において前記第１の鉄心構造の前記第１および第２の固定子磁極間に配置されており、
前記第２の鉄心構造の前記共通固定子磁極は、前記回転子の回転方向において前記第２の鉄心構造の前記第１および第２の固定子磁極間に配置されている、
ＴＰＳＲＭ。
【請求項２７】
前記共通固定子磁極のそれぞれの有効空隙のリラクタンスは、前記回転子のあらゆる回転位置において実質的に一定である、請求項２６に記載のＴＰＳＲＭ。
【請求項２８】
前記主外側セグメントのそれぞれが円弧構造を有する、請求項２６に記載のＴＰＳＲＭ。
【請求項２９】
前記主外側セグメントのそれぞれが角度付き構造を有する、請求項２６に記載のＴＰＳＲＭ。
【請求項３０】
前記第１の鉄心構造および前記第２の鉄心構造のそれぞれが、前記第１の鉄心構造および前記第２の鉄心構造を前記回転子に対して固定するための複数のボルト穴、をさらに含んでいる、請求項２９に記載のＴＰＳＲＭ。
【請求項３１】
前記複数のボルト穴が、磁束経路の乱れが最小であるように、前記第１の鉄心構造および前記第２の鉄心構造のそれぞれの前記角度付き主外側セグメントに沿って配置されている、請求項３０に記載のＴＰＳＲＭ。
【請求項３２】
前記角度付き構造の前記主外側セグメントのそれぞれが、角部セクションと２つの端部セクションとを含んでおり、
前記主外側セグメントのそれぞれの前記共通固定子磁極が、前記主外側セグメントから定義される延出長さとして、前記第１および第２の固定子磁極に関連付けられる延出長さより大きい長さだけ、対応する前記角部セクションから延出している、請求項２９に記載のＴＰＳＲＭ。
【請求項３３】
前記主外側セグメントのそれぞれが実質的にまっすぐな構造である、請求項２６に記載のＴＰＳＲＭ。
【請求項３４】
前記第１の鉄心構造および前記第２の鉄心構造のそれぞれが、両方の構造を固定子材料片から切り出すことを可能にする一方で固定子材料片から発生する無駄な製品が最小となるレイアウトフットプリント、を有する、請求項３３に記載のＴＰＳＲＭ。
【請求項３５】
前記第１の固定子磁極が湾曲端部を有し、前記湾曲端部が、より大きな磁束経路を提供するような寸法を有する、請求項３３に記載のＴＰＳＲＭ。
【請求項３６】
ＴＰＳＲＭであって、
鉄心と複数の回転子磁極とを有する回転子と、
磁束伝達の伝導性を有する第１の固定子構造と第２の固定子構造とを備え、前記第１の固定子構造は第１の固定子背部により相互に連結された第１の固定子磁極と第２の固定子磁極と第３の固定子磁極とを有し、前記第２の固定子構造は第２の固定子背部により相互に連結された第４の固定子磁極と第５の固定子磁極と第６の固定子磁極とを有し、前記第１の固定子背部と前記第２の固定子背部とは、前記第１の固定子背部と前記第２の固定子背部の間で直接の磁束伝達の伝導性を有しない媒体により分離されており、
前記第３および第６の固定子磁極は、前記ＴＰＳＲＭの二相の各相を励磁する間に磁束を伝達する、前記二相に共通の固定子磁極であり、
前記第１の固定子磁極と前記回転子磁極のいずれか１つとが整列され第１の最小リラクタンス位置をなすとき、前記第１の最小リラクタンス位置において前記第３の固定子磁極と前記回転子磁極の別のいずれか１つとがさらに整列され、
前記第３の固定子磁極は、前記回転子の回転方向において前記第１および第２の固定子磁極間に配置されており、
前記第６の固定子磁極は、前記回転子の回転方向において前記第４および第５の固定子磁極間に配置されている、
ＴＰＳＲＭ。
【請求項３７】
前記第２の固定子磁極と前記回転子磁極のいずれか１つとが整列され第２の最小リラクタンス位置をなすとき、前記第２の最小リラクタンス位置において前記第３の固定子磁極と前記回転子磁極の別のいずれか１つとがさらに整列される、
請求項３６に記載のＴＰＳＲＭ。
【請求項３８】
前記共通固定子磁極のそれぞれの有効空隙のリラクタンスは、前記回転子のあらゆる回転位置において実質的に一定である、請求項３６に記載のＴＰＳＲＭ。
【請求項３９】
ＴＰＳＲＭであって、
鉄心と複数の回転子磁極とを有する回転子と、
磁束伝達の伝導性を有する第１の固定子構造と第２の固定子構造とを備え、前記第１の固定子構造は第１の固定子背部により相互に連結された第１の固定子磁極と第２の固定子磁極と第３の固定子磁極とを有し、前記第２の固定子構造は第２の固定子背部により相互に連結された第４の固定子磁極と第５の固定子磁極と第６の固定子磁極とを有し、前記第１の固定子背部と前記第２の固定子背部とは、前記第１の固定子背部と前記第２の固定子背部の間で直接の磁束伝達の伝導性を有しない媒体により分離されており、
前記第１の固定子磁極の周りに巻かれた第１の巻線と、
前記第２の固定子磁極の周りに巻かれた第２の巻線と、をさらに備え、
前記第３の固定子磁極の周りには巻線が巻かれておらず、
前記回転子が回転軸を中心に一回り回転するに従い、前記複数の回転子磁極のそれぞれが、前記第１および第２の固定子構造の各固定子磁極と順次整列して整列磁極間の有効空隙のリラクタンスを最小とし、
前記第３の固定子磁極は、前記回転子の回転方向において前記第１および第２の固定子磁極間に配置されている、
ＴＰＳＲＭ。
【発明の詳細な説明】
【関連出願】
【０００１】
本出願は、米国仮特許出願第６０／９３２，３８２号（同一発明者によって２００７年５月３１日に出願）、米国仮特許出願第６０／９３３，６０５号（同一発明者によって２００７年６月７日に出願）、および米国仮特許出願第６０／９５５，６０９号（同一発明者の一人によって２００７年８月１３日に出願）の利益を享受する。
【技術分野】
【０００２】
本開示は、スイッチドリラクタンスモーターに関し、より詳細には、２つ以上の物理的に個別の不連続な鉄心構造を備えている固定子を採用することによって固定子鉄心のサイズが最小である新規の二相スイッチドリラクタンス機に関する。
【背景技術】
【０００３】
誘導電動機およびユニバーサルモーターは、一定速度かつ低馬力が要求される用途のほとんどにおいて使用されており、主たる理由として、これらのモーターのコスト競争力が高いためである。このような従来のモーターに置き換える目的で、過去１０年にわたり、単相のスイッチドリラクタンスモーター（「ＳＲＭ」）ドライブに関する研究が行われてきた。しかしながら、単相ＳＲＭドライブは高性能用途には適しておらず、なぜなら、出力パワー密度が低い、トルク発生のデューティサイクルがわずか５０％であるなど、いくつかの本質的な制限があるためである。さらに、単相ＳＲＭドライブでは、自己始動のための永久磁石または補助巻線の形における追加の構成要素が必要である。
【０００４】
単相ＳＲＭのこれら既知の欠点のため、特に、高トルクもしくは高効率、またはその両方の用途のための二相ＳＲＭドライブへの関心が高まっている。例えば、家庭用電化製品および動力工具において見られるような可変速度用途においては、二相ＳＲＭドライブはブラシレスモータードライブとして位置づけられている。従来の二相ＳＲＭドライブの１つの欠点は、そのコストである。一般に、二相ＳＲＭドライブは、単相ＳＲＭおよび多相（３相以上）ＳＲＭよりも多量の、少量の、または同程度の鋼材およびマグネットワイヤを必要とする。二相ＳＲＭドライブが市場における地位を確立するための１つの方法は、従来の利用可能なＳＲＭ、したがって実用化されている他のすべての機械と比較してのコストを低減することである。
【０００５】
したがって、一般的には、高トルクもしくは高効率、またはその両方の用途において導入することのできる低コストの二相ＳＲＭドライブを提供することが望まれている。この二相ＳＲＭドライブは、トルク出力あるいはモーター効率を犠牲にする必要なしに、現在利用可能な二相ＳＲＭドライブよりも低コストであるべきである。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明によると、物理的に個別の不連続な鉄心構造を使用することによって固定子鉄心のサイズが最小である新規の二相ＳＲＭ（「ＴＰＳＲＭ」）ドライブが開示される。一般的には、不連続な鉄心構造によって、ＴＰＳＲＭにおいて使用される固定子鉄心材料およびマグネットワイヤを低減することができ、結果として、コストが大幅に節減される。さらに、これにより、一般的には相励磁時における磁束経路または磁束ループの経路長が短くなり、固定子鉄心における磁束反転（flux reversal）が実質的に発生せずに動作するように構成することができる。結果として、本発明のＴＰＳＲＭドライブでは、鉄心損失を低減することができ、従来のＴＰＳＲＭの実施よりも高い効率において動作することができる。
【０００７】
本発明の一態様によると、少なくとも２つの不連続な鉄心構造を備えている固定子を有するＴＰＳＲＭが開示される。固定子鉄心は、回転子の周りに配置されている少なくとも第１および第２の不連続な鉄心構造を備えている。回転子は、少なくとも２つの回転子磁極を有し、不連続な鉄心構造のそれぞれが、ＴＰＳＲＭの相励磁時に磁束が通過する少なくとも１つの固定子磁極を有する。さらに、不連続な鉄心構造の固定子磁極の周りに同心コイルが巻かれている。選択される同心コイルの通電によって、ＴＰＳＲＭにおいて所望の相励磁が達成される。
本発明の一態様によると、本発明の二相スイッチドリラクタンス機は、鉄心と複数の回転子磁極とを有する回転子と、磁束伝達の伝導性を有する第１の固定子構造と第２の固定子構造とを備え、前記第１の固定子構造は第１の固定子背部により相互に連結された第１の固定子磁極と第２の固定子磁極と第３の固定子磁極とを有し、前記第２の固定子構造は第２の固定子背部により相互に連結された第４の固定子磁極と第５の固定子磁極と第６の固定子磁極とを有し、前記第１の固定子背部と前記第２の固定子背部とは、前記第１の固定子背部と前記第２の固定子背部の間で直接の磁束伝達の伝導性を有しない媒体により分離されており、前記回転子が回転軸を中心に一回り回転するに従い、前記回転子磁極のいずれか１つから２つに分かれ、前記回転軸上の固定位置から半径方向に延在して、前記回転子に合わせて回転する、仮想的な幾何学的磁束線は、順次前記第１の固定子構造と前記第２の固定子構造の各固定子磁極を横断する、二相スイッチドリラクタンス機である。
【０００８】
本発明の別の態様においては、回転子の周りに配置されている、少なくとも２つの物理的に個別の不連続な鉄心構造、を備えている固定子を有する別のＴＰＳＲＭが開示される。回転子は、それぞれが同じピッチを有する回転子磁極を有する。回転子磁極のそれぞれは、円弧状面をさらに有する。本発明のこの態様による固定子の不連続な鉄心構造は、主外側セグメントを備えており、主外側セグメントから固定子磁極が延びており、ＴＰＳＲＭの相励起時に固定子磁極の中を磁束が通過することができる。この実施形態においては、固定子磁極は、回転子磁極の１つの円弧状面が、回転子位置には関係なくつねに固定子磁極と向かい合うような寸法を有する。さらには、本発明のこの態様によると、不連続な鉄心構造それぞれに配置されている固定子磁極の周りに同心コイルが配置されている。選択される同心コイルの通電によって、ＴＰＳＲＭにおいて所望の相励磁が達成される。
【０００９】
本発明のさらに別の態様においては、回転子と、固定子と、同心コイル巻線とを含んでいるＴＰＳＲＭが開示される。回転子は、それぞれが同じピッチを有する回転子磁極を備えている。固定子は、主外側セグメントを有する第１および第２の不連続な鉄心構造を備えている。本発明のこの態様による主外側セグメントは、円弧状であり、ＴＰＳＲＭの相励磁時に磁束が通過する固定子磁極を、それぞれが有する。不連続な鉄心構造のそれぞれには、所定の極弧（pole arc）を有する少なくとも１つの共通固定子磁極が存在する。２つの不連続な鉄心構造のそれぞれにおける共通磁極の極弧の長さは、回転子磁極の回転子ピッチに等しいような寸法とされている。さらには、本発明のこの態様によると、第１および第２の不連続な鉄心構造の固定子磁極の周りに同心コイルが巻かれている。選択される同心コイルの通電によって、ＴＰＳＲＭにおいて所望の相励磁が達成される。
【００１０】
本発明のさらに別の態様においては、回転子と、固定子と、同心コイル巻線とを含んでいるＴＰＳＲＭが開示される。回転子は、それぞれが同じピッチを有する回転子磁極を備えている。固定子は、主外側セグメントを有する第１および第２の不連続な鉄心構造を備えている。本発明のこの態様による主外側セグメントは、角度付き構造（angled configuration）として形成されており、ＴＰＳＲＭの相励磁時に磁束が通過する固定子磁極を、それぞれが有する。不連続な鉄心構造のそれぞれには、所定の極弧を有する少なくとも１つの共通固定子磁極が存在する。２つの不連続な鉄心構造のそれぞれにおける共通磁極の極弧の長さは、回転子磁極の回転子ピッチに等しいような寸法にされている。さらには、本発明のこの態様によると、第１および第２の不連続な鉄心構造の固定子磁極の周りに同心コイルが巻かれている。選択される同心コイルの通電によって、ＴＰＳＲＭにおいて所望の相励磁が達成される。
【００１１】
本発明のさらに別の態様においては、回転子と、固定子と、同心コイル巻線とを含んでいるＴＰＳＲＭが開示される。回転子は、それぞれが同じピッチを有する回転子磁極を備えている。固定子は、主外側セグメントを有する第１および第２の不連続な鉄心構造を備えている。本発明のこの態様による主外側セグメントは、実質的にまっすぐであり、ＴＰＳＲＭの相励磁時に磁束が通過する固定子磁極をそれぞれが有する。不連続な鉄心構造のそれぞれには、所定の極弧を有する少なくとも１つの共通固定子磁極が存在する。２つの不連続な鉄心構造のそれぞれにおける共通磁極の極弧の長さは、回転子磁極の回転子ピッチに等しいような寸法にされている。さらには、本発明のこの態様によると、第１および第２の不連続な鉄心構造の固定子磁極の周りに同心コイルが巻かれている。選択される同心コイルの通電によって、ＴＰＳＲＭにおいて所望の相励磁が達成される。
【００１２】
本発明の態様のさらなる利点については、一部は以下の説明に記載されており、一部はこれらの説明から明らかになる、または本発明の実施によって認識されるであろう。本発明のこれらの利点は、請求項に具体的に指摘されている要素および組合せによって実現、達成されるであろう。なお、上記の全般的な説明と、以下の詳細な説明は、いずれも例示および説明のみを目的としており、請求されている（claimed）本発明を制限するものではないことを理解されたい。
【００１３】
本明細書の一部として組み込まれている図面は、本発明の実施形態を示しており、説明と合わせて本発明の原理を図解する役割を果たす。すべての図面を通じて、可能な箇所においては同一または類似する部分を同じ参照数字を使用して表してある。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施形態による、二相ＳＲＭドライブにおいて採用することのできる、共通固定子磁極を持つ例示的な二相Ｅ型鉄心構造である。
【図２】図１に示したＥ型鉄心構造の共通固定子磁極の付近の例示的な磁極構造の拡大図である。
【図３】本発明の実施形態による、ＳＲＭの２つの異なる相の相巻線を励磁した場合における、有限要素解析（「ＦＥＡ」）を用いて計算された例示的な磁束経路を示している。
【図４】本発明の実施形態による、二相ＳＲＭドライブを回転させる例示的な励磁シーケンスを示している。
【図５】本発明の実施形態による、例示的なＥ型鉄心ＳＲＭの連続的な相励磁におけるさまざまな固定子鉄心構造部における磁束密度を示している。
【図６】本発明の実施形態による、共通固定子磁極を持つ例示的なＥ型鉄心６／１０極ＳＲＭにおける励磁を示している。
【図７】本発明の実施形態による、共通固定子磁極を持つ例示的なＥ型鉄心６／１０極ＳＲＭを使用して二相を同時に励磁する場合の励磁およびその磁束経路を示している。
【図８】本発明の実施形態による、共通固定子磁極を持つ例示的なＥ型鉄心６／１０極ＳＲＭにおいて二相同時励磁を使用したときの、ＦＥＡによって計算された磁束経路を示している概略図である。
【図９】本発明の実施形態による、共通固定子磁極を持つ例示的なＥ型鉄心６／１０極ＳＲＭにおける、ＦＥＡを用いて求められた二相同時励磁のトルク性能を示しているグラフである。
【図１０】本発明の実施形態による、例示的なＥ型鉄心に対応する同等の磁気回路の概略図である。
【図１１】従来の４／２極ＳＲＭの場合と、本発明の実施形態による、共通固定子磁極を持つ例示的なＥ型鉄心６／１０極ＳＲＭの場合における、励磁時の磁束経路を示している。
【図１２】本発明の実施形態による、プレス加工されたＥ型鉄心ＳＲＭのレイアウトを示している。
【図１３】従来の４／２極ＳＲＭと、本発明の実施形態による、共通磁極を持つ例示的なＥ型鉄心６／１０極ＳＲＭとを製造するコストを比較しているグラフである。
【図１４】本発明の実施形態による例示的なプロトタイプの二相ＳＲＭの写真である。
【図１５】図１４ａ〜図１４ｄに示したプロトタイプのモーターの積層の写真である。
【図１６】本発明の実施形態による、二相ＳＲＭドライブにおいて採用することのできる、共通固定子磁極を持つ例示的な二相Ｌ型鉄心構造である。
【図１７】本発明の実施形態による、二相ＳＲＭドライブにおいて採用することのできる、共通固定子磁極を持つ例示的な二相Ｉ型鉄心構造である。
【図１８】本発明の実施形態による、二相ＳＲＭドライブにおいて採用することのできる、共通固定子磁極を持つ例示的な二相Ｉ型鉄心構造であって、空隙付近に傾斜縁部または湾曲縁部を有する、より小さな固定子磁極を備えている。
【図１９】本発明の実施形態による、プラスチック成形品を使用しての、Ｅ型鉄心セグメントの第１の例示的な物理的アセンブリの側面斜視図である。
【図２０】本発明の実施形態による、スリーブタイプの固定具を使用しての、Ｅ型鉄心セグメントの第２の例示的な物理的アセンブリの側面斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下では、本発明の例示的な実施形態について詳しく説明する。実施形態の例は添付の図面に図解してある。すべての図面を通じて、可能な箇所においては同一または類似する部分を同じ参照数字を使用して表してある。
【００１６】
高トルク用途のための新規の二相ＳＲＭドライブの例であって、最小限の固定子鉄心を有する物理的に個別の不連続な鉄心構造と、短節巻（short-pitch winding）の巻線（すなわち同心コイル巻線）とを使用している二相ＳＲＭドライブを開示する。以下では、このようなＳＲＭドライブの原理について、例示的な「Ｅ型鉄心」構造の実施形態、すなわち、不連続な固定子鉄心構造のそれぞれが円弧状の主外側セグメントを有し、それぞれの磁極とともに「Ｅ」に似た形状である実施形態、を参照しながら説明する。固定子鉄心構造の別の例示的な実施形態は、角度付き主外側セグメントを使用し、これを「Ｌ型鉄心」構造と称し、その一方で、さらに別の実施形態は、実質的にまっすぐな主外側セグメントを使用し、これを「Ｉ型鉄心」構造と称する。
【００１７】
後から説明するように、二相ＳＲＭの本発明の不連続な鉄心構造設計では、コストが大幅に節減される。より一般的には、本明細書に記載されている例示的なＥ型鉄心構造、Ｌ型鉄心構造、およびＩ型鉄心構造を含めて、開示されている不連続な鉄心構造は、任意の数の相を有するＳＲＭドライブに適用可能である。しかしながら、説明を単純にする目的で、以下では、一例として二相磁極構造について説明する。本文書に記載されている不連続な鉄心構造のうちの１つまたは複数を使用する別の多相ＳＲＭドライブを本発明に従って実現できることが、当業者には理解されるであろう。
【００１８】
図１〜図１５を参照しながら以下に説明する本発明の構成要素、動作原理、および利点は、一般的には本発明のすべての実施形態に関連する。しかしながら、説明を単純にする目的で、以下では、一例としてＥ型鉄心構造の構成要素、動作原理、および利点について説明する。本文書に記載されているＬ型鉄心の実施形態（図１６を参照）およびＩ型鉄心（図１７を参照）の実施形態を含めて、不連続な鉄心構造を備えている固定子を有する、開示するＳＲＭドライブの別の実施形態は、本発明の同等に例示的な実施形態であることが、当業者には理解されるであろう。
【００１９】
図１は、不連続な鉄心構造を有する本発明の二相ＳＲＭの一例の断面図を示している。本発明のこの第１の例示的な実施形態は、２つの不連続な鉄心構造１００，１０２を有し、これらの鉄心構造１００，１０２のそれぞれは、それぞれの磁極１０６，１０８，１１０の間の主外側セグメント１０４を有する。本発明のこの例示的な実施形態においては、不連続な鉄心構造１００，１０２それぞれの２つの主外側セグメント１０４は、Ｅ型鉄心構造における円弧状である。この例示的なＥ型鉄心の実施形態の固定子鉄心構造１００，１０２の円弧状の主外側セグメントそれぞれは、巻線を有さない１つの大きな共通固定子磁極１０６と、巻線１１８，１２０を有する２つの小さな固定子磁極１０８，１１０とを有する。回転子１１２は、非対称の磁極面１１６を有する１０個の磁極１１４を備えており、非対称の磁極面１１６は、正のモータリングトルクが連続的に発生するように、固定子磁極１０８，１１０に対して不均一な空隙を形成している。この例示的な６／１０極Ｅ型鉄心ＳＲＭのコンセプトは以下のとおりである。
【００２０】
１）磁極構造：  磁極構造は、従来の二相ＳＲＭの代替である。相Ａの巻線１１８は、直径方向に対向する磁極（例えば、相Ａの磁極Ｉおよび磁極ＩＩＩ）に短節巻において配置されており、相Ｂのコイル１２０は、磁極ＩＩおよび磁極ＩＶに巻かれており相Ａと同じ巻数を有する。
【００２１】
２）共通固定子磁極：図２は、共通固定子磁極１０６付近の構造の拡大図を示している。共通固定子磁極１０６は、固定子の２つの小さい固定子磁極（図示していない）の間に配置されており、その極弧２００は、１つの回転子磁極のピッチ２０２と同じであるように設計されている。回転子磁極のピッチ２０２は、回転子磁極の幅２０４と回転子溝の幅２０６との合計に等しい。したがって、１つの共通固定子磁極１０６より下の磁束経路の有効幅α＋β（図２を参照）は、共通固定子磁極１０６と回転子磁極１１４との間の重なり状態には関係なく、１つの回転子磁極の幅２０４につねに等しい。この新規の磁極構造においては、共通固定子磁極１０６付近の有効空隙のリラクタンスは、回転子磁極１１４に対する共通固定子磁極１０６の合計重なり長さに基づくならば、回転子のあらゆる位置においてつねに一定かつ最小である。
【００２２】
これに対して、相Ａまたは相Ｂの励磁の場合に、固定子における２組の小さい固定子磁極（図示していない）においては、回転子が動くにつれてリラクタンスが変化する。図３ａおよび図３ｂを参照し、これらの図は、それぞれ、共通固定子磁極１０６と、回転子磁極１１４と、小さい固定子磁極１０８（相Ａの励磁の場合）および小さい固定子磁極１１０（相Ｂの励磁の場合）を通る磁束線を示している。結果として、共通固定子磁極１０６は、自身におけるリラクタンスは変化せず、特定の回転子位置において相巻線に通電されたときに、一対の小さい固定磁極１０８，１１０に幅広の磁束経路を提供する。本文書に記載されている例示的なＥ型鉄心構造、Ｌ型鉄心構造、またはＩ型鉄心構造を含めて、物理的に個別の不連続な鉄心構造を使用する磁極構造では、結果として磁束経路が短くなり、いかなる回転子位置においても回転子磁極３００の１つ分の円弧状面が重なり、これは有利である。したがって、ＳＲＭにおけるこの新規の不連続な鉄心構造では、短節巻の巻線を有する既存の二相ＳＲＭと起磁力（ＭＭＦ）が同じであるという条件下において、より大きなトルクを発生させることができる。また、本発明の実施形態において示した不連続な鉄心構造においては、固定子の積層が小さいため、コストがさらに低減する。
【００２３】
一般的な動作原理
次に、図４ａ〜図４ｄを参照し、本発明の実施形態の一般的な動作原理について説明する。この機械における回転子１１２を反時計方向に回転させる目的で、本発明の実施形態において以下の励磁シーケンスを適用する。図４ａに示したように、回転子磁極Ｒ１およびＲ６は、それぞれ、相Ａの固定子磁極Ｓ１およびＳ３に対してずれている。この位置において、回転子磁極Ｒ１およびＲ６は完全にずれた位置にあり、相Ａに関して最大のリラクタンスを有する。相Ａの巻線１１８が通電され、これにより、図４ｂに示したように、回転子磁極Ｒ１およびＲ６が固定子磁極Ｓ１およびＳ３に整列し、最小のリラクタンスまたは完全に整列する位置になる。この位置において、相Ａの巻線１１８をオフにする、または通電遮断しなければならない。この相Ａの整列位置において、回転子磁極Ｒ３およびＲ８は、それぞれ、固定子磁極Ｓ４およびＳ２に対してずれている。図４ｃに示したように、相Ｂの巻線１２０に通電すると、回転子が回転し、図４ｄに示したように、回転子磁極Ｒ３およびＲ８が固定子磁極Ｓ４およびＳ２に整列する。図４ｄに示した回転子位置においては、相Ｂの巻線１２０をオフにする。連続的な回転を達成するためには、相Ａの巻線１１８および相Ｂの巻線１２０を、回転子の位置に従って連続的に通電および通電遮断しなければならない。これにより、ずれている回転子磁極が、隣接する固定子磁極に整列する。
【００２４】
図５は、本発明の実施形態の励磁シーケンスと、さまざまな鉄心セクションにおける磁束密度とを示している。図５に示したように、実線は相Ａの励磁を示しており、破線は相Ｂの励磁を示している。巻線の固定子磁極１１８，１２０における磁束は、３６゜ごとに反転しており、反転時における大きさのピークは、励磁極における磁束密度の約１／４である。
【００２５】
代替の二相同時励磁：  任意の回転子位置における自己始動および連続的なトルクを得る目的で、従来の二相ＳＲＭにおいては、磁極面が非対称である幅広の回転子磁極弧を使用している。
【００２６】
この場合、二相ＳＲＭは、多相ＳＲＭと比較して、相の転流時におけるなめらかなトルク発生という点において本質的な弱点を持ち、これは以下の理由による。幅広の回転子磁極を有する二相ＳＲＭでは、正のトルク発生領域の後に急勾配の大きな負のトルクが発生し、相の転流時における長いテール電流のため、正のトルク領域が終了する前に相巻線における通電を早めにオフにしなければならない。さらには、相巻線の早めの励磁を使用することによって、負のトルクを発生させることなく相電流を迅速に立ち上げることは、極めて難しいことがしばしばある。結果として、これら２つの特性に起因して、二相ＳＲＭにおいては相の転流時に望ましくないトルクリプルが発生することがあり、したがって、大きな騒音につながる。従来の二相４／２極ＳＲＭにおいては、転流時におけるトルクリプルの問題を克服することは困難である。
【００２７】
新規の不連続な鉄心構造のＳＲＭの二相励磁では、トルクリプルが減少し、これは有利である。図６に示した例示的な励磁方法は、鉄心損失を低減し、転流時のトルクリプルを減少させるうえでさらに有利である。例えば図７に示したような、相Ｂの巻線１２０の極性を逆にした代替の二相励磁方法も実現可能である。励磁時における相Ｂの巻線１２０の極性によるトルク性能の違いはない。相Ｂの巻線１２０の極性が逆であるとき、相巻線１１８，１２０の両方が同時に通電されると、図８に示したように磁束経路が変化する。なお、この動作特性は、相巻線の通電期間全体においてではなく、相電流の転流時にあてはまることを理解されたい。
【００２８】
図９に示したように、二相励磁では、転流時に両方の相にさらなるトルクが加わり、単相励磁と比較してトルクの立ち上がりが大幅に増大する。この例示的な方法を使用すると、連続的なトルク発生と、転流時におけるトルクリプルとを改善することができる。
【００２９】
次に図１０〜図１５を参照し、本発明の実施形態における例示的な不連続な固定子鉄心構造におけるトルクの増大、コスト節減、磁束反転の抑制について説明する。
【００３０】
トルクの増大：  本文書に記載されている例示的なＥ型鉄心、Ｌ型鉄心、およびＩ型鉄心の実施形態を含めて、不連続な鉄心構造について、ＳＲＭの等式に基づいてさらに説明する。ＳＲＭから得られる電磁トルクおよびインダクタンスは、次のように表される。
【００３１】
【数１】
0005735018.tif 000002
【００３２】
【数２】
0005735018.tif 000003
【００３３】
0005735018.tif 000004
【００３４】
（２）を（１）に代入すると以下のようになる。
【数３】
0005735018.tif 000005
【００３５】
0005735018.tif 000006
【００３６】
次に図１０を参照し、Ｒｃｐ、Ｒｓｙ、Ｒｓｐ、Ｒｓｇ、Ｒｒｐ、Ｒｒｙ、Ｒｃｇは、それぞれ、共通固定子磁極１０６、固定子バックアイアン１０００、小さい固定子磁極１０８、この小さい磁極に面している空隙１００２、回転子磁極１１４、回転子ヨーク１００４、共通固定子磁極に面している空隙１００６のリラクタンスである。鉄心のリラクタンスは、起磁力ＭＭＦに依存し、空隙の２つのリラクタンスＲｓｇ，Ｒｃｇは、空気の透磁率が一定であるため回転子の位置のみの関数である。しかしながら、共通固定子磁極に面している空隙のリラクタンスＲｃｇは、両方の空隙が等しいリラクタンスを有する従来の二相ＳＲＭとは異なる。
【００３７】
このリラクタンス項は、不連続な鉄心構造のＳＲＭにおいては、共通固定子磁極１０６の効果により、回転子の位置には関係なく一定であるが、従来の４／２極ＳＲＭにおいては、他の３つのリラクタンス項と同様に変化する。したがって、等式（３）は次のように書き直すことができる。
【数４】
0005735018.tif 000007
【００３８】
上の等式（４）から、不連続な鉄心構造のＳＲＭの場合には、任意の回転子位置においてＲｃｇは一定かつ最小である。したがって、等式（４）は、次のように導かれる。
【数５】
0005735018.tif 000008
【００３９】
次に図１１を参照し、Ｅ型鉄心、Ｌ型鉄心、およびＩ型鉄心の実施形態によって例示した不連続な鉄心構造のＳＲＭにおける磁束線は、従来の４／２極ＳＲＭにおける磁束線よりも長さが短い。等式（５）において、不連続な鉄心構造のＳＲＭにおける固定子の合計リラクタンス（Ｒｃｐ＋Ｒｓｙ＋Ｒｓｐ）および回転子の合計リラクタンス（２Ｒｒｐ＋Ｒｒｙ）は、固定子鉄心および回転子鉄心における磁束経路が短いため、大幅に減少し、小さい磁極の空隙のリラクタンスＲｓｇは最小であり、なぜなら、共通固定子磁極１０６と、回転子磁極面１１６の円弧状面とが完全に重なるためである。
【００４０】
図１１ａおよび図１１ｂに示した平均磁束経路１１００，１１０２は、これを通じて本発明の利点の１つを説明することができる。例えば、長さｌａおよびｌｂは両方の機械において等しく、なぜなら、機械のパワーレベルが同等であり、同じ用途向けに設計されているためである。図１１ａに示した、従来の４／２極ＳＲＭにおける平均磁束経路長１１００は、次式である。
【数６】
0005735018.tif 000009
【００４１】
図１１ｂに示した、例示的なＥ型鉄心ＳＲＭにおける平均磁束経路長１１０２は、次式である。
【数７】
0005735018.tif 000010
【００４２】
両方のＳＲＭにおける磁束経路の平均長１１００，１１０２の比は、（７）÷（６）で以下のようになる。
【数８】
0005735018.tif 000011
【００４３】
例示的なＥ型鉄心ＳＲＭにおいて、角度θは以下である。
【数９】
0005735018.tif 000012
【００４４】
等式（９）から、プロトタイプの寸法を使用する例示的なプロトタイプのＥ型鉄心ＳＲＭによって例示した、不連続な鉄心構造のＳＲＭは、比較対象である従来の４／２極ＳＲＭと比べて、わずか４８％の鉄心材料を使用していることがわかる。この結果として、本発明の機械においては、要求される励磁ＭＭＦが低く、鉄心損失が小さく、これは有利である。本発明の他のすべての実施形態においても同様に、要求される励磁ＭＭＦが低く鉄心損失が小さいことが、当業者には理解されるであろう。
【００４５】
さらには、不連続な鉄心構造を使用する実施形態においては、トルク性能が改善され、既存の二相４／２極ＳＲＭが適さない高トルク用途もカバーされることがわかる。
【００４６】
コストの節減：  不連続な固定子鉄心構造を使用する実施形態のコンパクト性は、鋼のコストの節減に貢献する。図１２は、固定子および回転子の３つの個々の積層１２００，１２０２，１２０４のプレス加工後の鋼板上のレイアウトを示している。図からわかるように、固定子ヨーク１２０６がコンパクトである結果として、４／２極ＳＲＭなど単一体の鉄固定子を有する二相ＳＲＭと比べて鋼板の高さが比較的小さくなっており（全体として２２％小さい）、コストおよび重量の大幅な節減につながる。
【００４７】
さらなるコスト節減：  不連続な鉄心構造のＳＲＭにおいては、磁束経路が短く、共通固定子磁極１０６付近の空隙のリラクタンスが最小であるため、このモーターは、二相４／２極ＳＲＭと比較して、より大きなトルクを発生させることができる。その一方で、いくつかの用途においては、高いトルク密度よりもさらなるコスト節減が要求される。この場合、新規のＳＲＭにおける巻数を減らすことによって、二相４／２極ＳＲＭと同じトルクを発生させるという条件下において、さらなるコストが節減される。
【００４８】
図１３は、トルク出力が同じである場合において、例示的なＥ型鉄心ＳＲＭと例示的な４／２極ＳＲＭとにおける材料コストの比較を示している。この例では、Ｅ型鉄心ＳＲＭにおいては、４／２極ＳＲＭの合計巻数の３／４が使用されているのみであり、マグネットワイヤの２５％のコスト節減が得られる。結果として、共通磁極のＥ型鉄心構造によって、２５％のワイヤ節減および２２％の鋼節減を含めて、材料コスト全体として少なくとも２２％の節減が達成可能である。この技術分野における通常の技能を有する者には、本発明のすべての実施形態において同程度のレベルの材料コスト節減が達成可能であり、このような材料コストの節減はＥ型鉄心の実施形態に制限されないことが理解されるであろう。
【００４９】
磁束反転のない固定子：  本発明の原理による、不連続な鉄心構造の例示的な６／１０極ＳＲＭのもう１つの利点は、図６に示した固定子１００，１０２における磁束の流れから得られる。相Ａの巻線１１８および相Ｂの巻線１２０の励磁時における磁束経路６００は、磁極構造全体における磁束の流れの方向を示すことができるように矢印付きの実線によって表してある。このとき、磁束線６００は、固定子のバックアイアン６０２においてのみならず、共通固定子磁極１０６および小さい固定子磁極１０８，１１０においても、つねに同じ方向にある。本発明においては、共通固定子磁極１０６には磁束反転が発生しない。小さい固定子磁極１０８，１１０および隣接する固定子バックアイアン６０２においては、回転子１１２がずれた位置にあるとき、いくらか磁束反転が発生するが、これはさほど大きくない。従来の二相ＳＲＭの場合、磁束反転は小さくない。例えば、従来の４／２極ＳＲＭでは、排除することのできない連続的な磁束反転が発生する。Ｅ型鉄心の実施形態によって例示した、提案する新規の不連続な鉄心構造のＳＲＭの場合、固定子１００，１０２において磁束反転が発生しないことにより、鉄心損失が低減し、したがって動作効率がより高い。
【００５０】
図１４ａ〜図１４ｄおよび図１５は、このような新規かつ有利なＥ型鉄心ＳＲＭの例示的な実施形態の写真である。図１５を参照し、本発明の一実施形態においては、固定子の不連続な鉄心構造１００，１０２の主外側セグメント１０４は、取付け用切欠き１５００をさらに含んでいる。この特定の実施形態においては、取付け用切欠き１５００は、固定子の不連続な鉄心構造１００，１０２それぞれの主外側セグメントの中央に配置されており、ＳＲＭの固定子積層とエンドベルとの間の接触位置としての役割を果たしている。さらに、取付け用切欠き１５００は、固定子の鉄心構造を回転子およびその他の鉄心構造に対して整列させる目的に使用することができる。いくつかの実施形態においては、切欠き１５００は、ＳＲＭを適切に収容または保持する個別の物理的構造部に収まる。別の実施形態においては、切欠き１５００は、鉄心構造を適切に保持する結合要素（例えば、ねじ、支柱）を挿入する目的に使用することができる。当業者には、取付け用切欠き１５００を主外側セグメント１０４の１つまたは複数の別の位置に配置できることが理解されるであろう。
【００５１】
不連続な鉄心構造１００、１０２の主外側セグメント１０４のそれぞれは、取付け用切欠き１５００に加えて、本発明のこの実施形態においては、第１および第２の切欠き端部１５０２，１５０４を有する。主外側セグメント１０４それぞれの第１および第２の切欠き端部１５０２，１５０４は、ＳＲＭアッセンブリの組立て時、不連続な鉄心構造１００，１０２それぞれと回転子との整列を維持する目的に使用することができる。
【００５２】
図１６は、Ｌ型鉄心構造と称する、本発明の代替実施形態の断面図を示している。本発明のこの実施形態は、それぞれが主外側セグメント１６０４を有する２つの不連続な鉄心構造１６００，１６０２を備えている。図１６に示したように、本発明のこの例示的な実施形態においては、不連続な鉄心構造それぞれの２つの主外側セグメント１６０４は、角度付き構造である。図示した実施形態における主外側セグメントの特定の角度は９０度であるが、このようなＬ型鉄心の実施形態では別の角度も考えられることが、当業者には理解されるであろう。
【００５３】
再び図１６を参照し、例示的なＬ型鉄心構造の不連続な固定子鉄心構造１６００、１６０２の角度付き主外側セグメント１６０４それぞれは、３つのセクション、すなわち、角部セクション１６０６と、２つの端部セクション１６０８，１６１０とを有する。ボルト穴１６１２は、不連続な鉄心構造１６００，１６０２の主外側セグメント１６０４それぞれに沿って配置されている。一実施形態においては、ボルト穴１６１２は、角部セクション１６０６と、２つの端部セクション１６０８，１６１０のそれぞれに配置されているが、ＳＲＭの構造的整合性を維持するためボルト穴１６１２の代替位置も可能である。しかしながら、このようなボルト穴１６１２を角度付き主外側セグメントに沿って広範囲に配置することは、騒音減衰の利点もある。
【００５４】
不連続な固定子鉄心構造１６００，１６０２は、巻線を有さない共通固定子磁極１０６と、巻線１１８，１２０を有する２つの小さい固定子磁極１０８，１１０とを、さらに備えている。このＬ型鉄心構造の実施形態においては、共通固定子磁極１０６は、不連続な固定子鉄心構造１６００，１６０２の主外側セグメント１６０４の角部セクション１６０６から延出している。共通固定子磁極１０６は、角度付き主外側セグメント１６０４から定義される延出長さを有し、これは小さい固定子磁極１０８，１１０の延出長さより大きい。回転子１１２は、非対称の磁極面１１６を有する１０個の磁極１１４を有し、磁極面１１６は、正のモータリングトルクが連続的に発生するように、固定子磁極１０８，１１０に対して不均一な空隙を形成している。
【００５５】
この例示的な６／１０極Ｌ型鉄心ＳＲＭの動作は、上に開示した例示的な６／１０極Ｅ型鉄心ＳＲＭの動作とほぼ同じである。言い換えれば、３つのセクション１６０６，１６０８，１６１０から成る角度付き主外側セグメント１６０４それぞれによって、上述したＳＲＭの動作原理が変わることはない。さらに、ボルト穴１６１２は、端部１６０８，１６１０のエンドベルと、角部１６０６の部分とに配置されており、したがって、磁束経路と干渉しない、または磁束経路との干渉が最小になり、ボルト穴付近の固定子鉄心構造の材料（例：鉄）における局所的な飽和が発生せず、これは有利である。したがって、本発明のこの例示的な実施形態においては、材料損失は増大しない。
【００５６】
不連続な固定子鉄心構造１６００，１６０２の主外側セグメント１６０４の角度付き構造と、ボルト穴１６１２とによって、機械的頑健性と、共通固定子磁極１０６と回転子磁極１１４との間の設計上の一定の空隙長を保ちながら回転子１１２との整列を維持する高い能力とが提供される。さらに、ＳＲＭの組立ての容易性が高まり、その理由として、以下のように組み立てることができるためである。すなわち、固定子積層を積み重ねてプレスし、これらプレスされた積層体に巻線１１８，１２０を挿入し、回転子のシャフトおよび回転子積層をエンドベルとともに挿入し、最後に、固定子積層体を、端部１６０８，１６１０のエンドベルを貫くボルトによって固定する。
【００５７】
図１７は、Ｉ型鉄心構造と称する、本発明のさらに別の実施形態の断面図を示している。本発明のこの第３の例示的な実施形態は、それぞれが主外側セグメント１７０４を有する２つの不連続な鉄心構造１７００，１７０２を備えている。本発明のこの例示的な実施形態においては、不連続な鉄心構造それぞれの２つの主外側セグメント１７０４は、実質的にまっすぐである。例示的なＩ型鉄心の実施形態の固定子鉄心構造１７００，１７０２の実質的にまっすぐな主外側セグメント１７０４は、巻線を有さない１つの大きな共通固定子磁極１０６と、巻線１１８，１２０を有する２つの小さい固定子磁極１０８，１１０とを備えている。２つの小さい固定子磁極１０８，１１０は、Ｉ型鉄心構造の実質的にまっすぐな主外側セグメント１７０４に（少なくとも、磁極が主外側セグメントに結合される点において）ほぼ垂直であるように配置されている。回転子１１２は、非対称の磁極面１１６を有する１０個の磁極１１４を備えており、非対称の磁極面１１６は、正のモータリングトルクが連続的に発生するように、固定子磁極１０８，１１０に対して不均一な空隙を形成している。この例示的な６／１０極Ｉ型鉄心ＳＲＭの動作は、上に開示した例示的な６／１０極Ｅ型鉄心ＳＲＭの動作とほぼ同じである。
【００５８】
例示的なＩ型鉄心構造の不連続な固定子鉄心構造１７００，１７０２の実質的にまっすぐな主外側セグメント１７０４は、製造および組立てが極めて容易であるＳＲＭを提供する。実質的にまっすぐな主外側セグメント１７０４には曲線が存在しないため、ＳＲＭの組立て時に巻線１１８，１２０を挿入するためのより多くの空間が利用可能である。さらに、主外側セグメント１７０４の実質的にまっすぐな構造では、同じ固定子材料片から複数の不連続な鉄心構造１７００，１７０２を切り出すことができ、これによって、固定子材料片の無駄が最小となり、さらなるコスト節減につながる。言い換えれば、例示的なＩ型鉄心構造のレイアウトフットプリント（layout footprint）では、製造工程時に使用される材料の量が最適化され、このような材料の無駄が最小になる。
【００５９】
次に図１８を参照し、Ｉ型鉄心構造の可能な一実施形態においては、固定子磁極１０８，１１０は、空隙１８０２付近に傾斜端部または湾曲端部１８００を有し、したがって、これらの固定子磁極の断面積は、Ｉ型鉄心構造の別の実施形態におけるよりもわずかに大きい。したがって、この傾斜端部または湾曲端部１８００を有する固定子磁極１０８，１１０においては、より大きな磁束を通すことができ、結果としてトルクおよびパワー出力が増大する。この例示的な６／１０極Ｉ型鉄心ＳＲＭの動作は、上に開示した例示的な６／１０極Ｅ型鉄心ＳＲＭの動作とほぼ同じである。言い換えれば、空隙１８０２付近における固定子磁極１０８，１１０の端部１８００を傾斜または湾曲させることによって、これらの固定子磁極の断面積が増大しても、上に開示したＳＲＭの動作原理は変わらない。
【００６０】
次に、図１９および図２０を参照し、固定子の不連続な鉄心構造の実施形態を結合するための例示的な２つの可能な物理構造について説明する。これらの図は、Ｅ型の不連続な鉄心構造の固定子鉄心構造を組み立ておよび結合するために使用される例示的な物理構造を示しているが、固定子鉄心構造の別の実施形態を組み立てる目的に、類似する構造を使用できることが、当業者には容易に理解されるであろう。
【００６１】
図１９および図２０は、固定子鉄心構造をひとつに組み立てる方法を示している。具体的には、図１９は、例示的なプラスチック成形方法またはその他の堅い非磁性材料を示している。騒音もしくは振動、またはその両方が重要ではないいくつかの用途においては、固定子の不連続な鉄心構造を物理的に結合するためにプラスチック成形品１９００を使用する（図１９に示してある）。このような場合、スロット絶縁材料およびその製造工程を不要とすることができる。
【００６２】
図２０は、別の可能な組立て方法として例示的なスリーブタイプ構造を示している。このスリーブタイプ固定具２０００は、さらに高い機械的安定性のためベアラングを含むシャフトを保持する目的で、一連のエンドベル（図示していない）を用いて組み立てることができる。
【００６３】
本発明は、本明細書に開示した実施形態に制限されない。本発明の原理には、以下のバリエーションと、基本的な発明およびそのバリエーションから理解され得る別のバリエーションとを含めることができることが、この技術分野の当業者および精通者には容易に理解されるであろう。
【００６４】
例えば、不連続な鉄心構造における共通固定子磁極は、励磁巻線を備えている、または本明細書に説明したように巻線を備えていないことができ、あるいは、不連続な鉄心構造の１つの共通固定子磁極が巻線を備えており、別の共通固定子磁極が巻線を備えていないことができる。さらには、本明細書に示した固定子および回転子における磁極数は、本発明を制限するものではなく、固定子磁極および回転子磁極の別の可能な有利な組合せを組み込むことができる。例えば、相励磁されている固定子磁極に第１の回転子磁極が整列しているとき、少なくとも１つの別の回転子磁極が、相励磁されていない固定子磁極に整列していないような、回転子磁極と固定子磁極の任意の組合せを採用することができる。また、本発明は、共通固定子磁極を有する不連続な鉄心構造を２つのみ備えることに制限されず、それ以外の組合せも可能であることに留意されたい。さらには、本発明は、不連続な鉄心構造に基づいた形態として、共通固定子磁極あたり２つの小さい固定子磁極に制限されず、上に開示した実施形態に従っての、本明細書に示した２つの小さい固定子磁極以外の複数の小さい固定子磁極を用いて設計することができる。
【００６５】
当業者には、本明細書を検討し、開示されている本発明を実施することにより、本発明の別の実施形態が明らかであろう。本明細書および例は、例示のみを目的とするように解釈されるものとし、本発明の真の範囲および概念は請求項によって示してある。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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