(57)【要約】  電動機は、電気巻線が関連付けられた複数の固定子極を有する固定子と、複数の回転子極を有する回転子とを有する。回転子は、隣接する回転子極間に磁束障壁を有し、磁束障壁は、回転子極材料より高い導電率を有する材料をそれぞれ有する。磁束障壁は、強磁性材料の外で互いに電気的に絶縁される。渦電流は、急峻磁場の相殺的干渉を引き起こすために磁束障壁内に誘起され、それにより、磁束障壁は、いくつかの場合、回転子極上の誘起原動力を増加させるように作用する斥力を生じるモータ動作中の磁束を抑制するように効果的に作用する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
関連付けられた電気巻線（４１６、１９０４、２８１４、３３１４、３５１４）を有する複数の固定子極（４１２、８０２、９０２、１０１２、１１２２）を画定する固定子（４１０、４２０、１０１０、１１２０、１９００）であって、前記電気巻線に関連付けられた複数の能動極（４１２、８０２、９０２、１０１２、１１２２）を有する能動磁気部品（１０６）を含む固定子（４１０、４２０、１０１０、１１２０、１９００）、及び
複数の回転子極（４２２、６０２、８０４、９０４、１０２２）を含む回転子（４２０、６００、７００、１０２０、１１００）であって、前記固定子に対して可動であり、且つ前記固定子極と前記回転子極との間の公称間隙（８０５、９０５、１０１５、１１３０、１９１０）を前記固定子と共に画定し、前記回転子極は、透磁性極材料を含む、回転子（４２０、６００、７００、１０２０、１１００）
を含む電動機であって、
前記回転子は、隣接する回転子極間に磁束障壁（７０４、９０６、１１０４、１３０４、１４０４）を含み、前記磁束障壁は、前記透磁性極材料と異なる導電性を有する第２の材料をそれぞれ含み、特に、前記磁束障壁の導電性は、前記透磁性極材料の導電性より大きく、
前記磁束障壁は、前記回転子極の外で互いに電気的に絶縁される、電動機。
【請求項２】
前記回転子極（４２２、６０２、８０４、９０４、１０２２）の前記透磁性極材料は、強磁性材料の層であって、前記強磁性材料より小さい導電性である界面により、少なくとも前記回転子（４２０、６００、７００、１０２０、１１００）の表面において互いに分離された強磁性材料の層のスタックを含む、請求項１に記載の電動機。
【請求項３】
前記回転子（４２０、６００、７００、１０２０、１１００）は、前記透磁性極材料の一連の離間された受動極であって、その間にスロット（６０４）を画定する一連の離間された受動極を画定する受動磁気部品（１０８）を含み、前記スロットは、第１の方向に非ゼロ角度で延び、
各スロットは、前記スロットに沿って延び、且つ前記スロットに沿った導電経路を形成する、前記第２の材料を含むそれぞれの磁束障壁（７０４、９０６、１１０４、１３０４、１４０４）を含み、
前記磁束障壁は、前記スロット内の前記透磁性極材料に固定され、且つ前記透磁性極材料を通してのみ互いに接続される、請求項１又は２に記載の電動機。
【請求項４】
前記受動磁気部品（１０８）は、透磁性極材料を含む複数の受動極を含み、
前記受動磁気部品は、前記受動磁気部品の隣接する受動極を接続する前記磁束障壁をさらに含み、前記磁束障壁（７０４、９０６、１１０４、１３０４、１４０４）は、それぞれ前記透磁性極材料と異なる導電材料を含み、且つ透磁性芯材料を中心とする少なくとも１つの導電経路を画定し、
隣接する磁束障壁は、いかなる磁束障壁の前記導電材料内に画定されるいかなる導電経路も、別の磁束障壁の前記導電材料内に画定されるいかなる導電経路のいかなる部分も囲まないように配置される、請求項３に記載の電動機。
【請求項５】
それぞれの電気巻線（４１６、１９０４、２８１４、３３１４、３５１４）又は前記能動磁気部品（１０６）の巻線の組に結合された複数のスイッチ（１３４）を含むモータコントローラ（１０４、１３０）をさらに含み、前記モータコントローラは、
前記能動極と前記受動極との間の前記公称間隙（８０５、９０５、１０１５、１１３０、１９１０）にわたって磁束を生成するために、それぞれの極通電デューティサイクルについて前記スイッチ（１３４）を順次動作させること、及び
各能動極の通電デューティサイクル中、前記能動極の前記巻線を通る電流をパルス化することであって、隣接する能動極の巻線が通電されない少なくとも３つのパルスの系列を含む、パルス化すること
を行うように構成され、
前記電動機の前記電気巻線は、電流パルス化中の通電された能動極の前記巻線を通る最大電流と最小電流との比が少なくとも４：１、具体的には少なくとも７：１、より具体的には１０：１であるように構成される、請求項１〜４の何れか一項に記載の電動機。
【請求項６】
前記第２の材料は、それぞれの極を中心とする導電性ループ（１６０６）を形成する、請求項１〜５の何れか一項に記載の電動機。
【請求項７】
前記ループは、キャパシタンス（１６０８）を画定する、請求項６に記載の電動機。
【請求項８】
前記キャパシタンス（１６０８）は、前記ループ（１６０６）に沿った離散的位置に形成される、請求項７に記載の電動機。
【請求項９】
前記ループは、前記透磁性極材料の伝搬可能範囲内の共振周波数を有する、請求項６〜８の何れか一項に記載の電動機。
【請求項１０】
前記回転子は、前記固定子内に配置される、請求項１〜９の何れか一項に記載の電動機。
【請求項１１】
前記公称間隙（８０５、９０５、１０１５、１１３０、１９１０）は、前記回転子の半径方向外側面によって少なくとも部分的に境界付けられる半径方向間隙である、請求項１〜１０の何れか一項に記載の電動機。
【請求項１２】
前記第２の材料は、前記磁束障壁の層厚さより大きい電流表皮深さを有する、請求項１〜１１の何れか一項に記載の電動機。
【請求項１３】
請求項１に記載の電動機を駆動する方法であって、
前記複数の能動極と、前記公称間隙に沿って配置された一連の受動極を有する前記受動磁気部品（１０８）との間の前記公称間隙（８０５、９０５、１０１５、１１３０、１９１０）に沿って配置された前記複数の能動極（４１２、８０２、９０２、１０１２、１１２２）の第１の能動極を、前記第１の能動極に関連付けられた前記電気巻線（４１６、１９０４、２８１４、３３１４、３５１４）を通る電流をパルス化することであって、前記複数の能動極の隣接する能動極の巻線が通電されない少なくとも３つのパルスの系列を含む、パルス化することによって通電させること、及び、その後、
前記複数の能動極の第２の能動極を、前記第２の能動極に関連付けられた前記電気巻線を通る電流をパルス化することであって、前記第１の能動極の前記巻線が通電されない少なくとも３つのパルスの系列を含む、パルス化することによって通電させ、前記第２の能動極に関連付けられた前記電気巻線を通る電流のパルス化中の最小電流に対する最大電流の比が少なくとも４：１、具体的には少なくとも７：１、より具体的には１０：１である電流波形に従い、前記第２の能動極に関連付けられた電気巻線を通して電流を通過させること
を含む方法。
【請求項１４】
回転子速度を検出し、且つ前記検出された回転子速度に応じて前記パルス電流の周波数を制御することをさらに含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
回転子速度変更中、電流パルス周波数を、少なくとも、各能動極が通電される周波数が前記パルス周波数の少なくとも２分の１である回転子速度まで維持することをさらに含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
第１の能動極に関連付けられた前記電気巻線（４１６、１９０４、２８１４、３３１４、３５１４）を通る電流をパルス化することは、前記第１の能動極から前記公称間隙（８０５、９０５、１０１５、１１３０、１９１０）にわたって受動極に隣接する第１の磁束障壁（７０４、９０６、１１０４、１３０４、１４０４）内に渦電流を生成し、前記磁束障壁は、前記公称間隙にわたって前記受動極より高い導電率を有する、請求項１３〜１５の何れか一項に記載の方法。
【請求項１７】
前記第１の能動極を通電させ、且つその後、前記第２の能動極を通電させることは、前記第１の能動極から前記公称間隙（８０５、９０５、１０１５、１１３０、１９１０）にわたる前記第１の能動極と受動極との間の第１の力と、前記第２の能動極から前記公称間隙にわたる前記第２の能動極と受動極との間の第２の力とを生成する、請求項１３〜１６の何れか一項に記載の方法。
【請求項１８】
前記第１及び第２の力は、前記能動極と前記受動極との間の相対運動を誘起する、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記相対運動は、前記回転子（４２０、６００、７００、１０２０、１１００）の回転を含む、請求項１８に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本出願は、参照により開示全体が本明細書に援用される、２０１８年８月７日出願の米国仮特許出願第６２／７１５，３８６号に対する優先権を主張する。
【０００２】
技術分野
本発明は、電動機及びそのような電動機の操作に関する。
【背景技術】
【０００３】
背景
電動機の性能が特徴付けられ得る方法の２つは、それらのトルク／力及びそれらの出力によるものである。回転モータの出力は、モータが生成するトルクと、その出力軸の角速度との積である。リニアモータに関して、出力は、直線力と速度との積である。従来、モータ性能を直接的に増加させる以下の２つの基本的手段が存在する：（１）モータの寸法を増加させること、及び（２）モータ自体内により強い磁場を生成することである。モータの最終寸法は、その特に有用な応用を制限する一方、磁場を増加させ、それにより電磁力を増加させることは、よりよいモータ性能及びモータ技術のさらに広い応用を可能にするうえで重要であると考えられ得る。小型パッケージにおける直接駆動による応用を可能にする許容可能な高い性能（例えば、高トルク／力及び出力密度）を提供する新しいモータ設計の必要性がある。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
概要
本発明の様々な態様は、運動方向にアライメントされた磁気誘導動力をより大きい成分により与えるために（有用なトルク及び／又は直線力を与えるために）、磁束の経路を変えるために受動極間に配置された磁束障壁を有する電動機（モータ）を特徴とする。
【０００５】
本発明の一態様によると、電動機は、複数の固定子極と固定子極に関連付けられた電気巻線とを有する固定子と、複数の回転子極を有する回転子とを有する。回転子は、固定子に対して可動であり、かつ固定子極と回転子極との間の公称間隙を固定子と共に画定する。回転子極は、強磁性材料の層であって、強磁性材料より小さい導電性である界面により、少なくとも回転子の表面において互いに分離された強磁性材料の層が積層されたスタックのものである。回転子は、隣接する回転子極間に磁束障壁を有し、磁束障壁は、強磁性材料より高い導電率を有する材料をそれぞれ有する。磁束障壁は、強磁性材料の外で互いに電気的に絶縁される。
【０００６】
本明細書で使用されるように、用語「電動機」は、機械力から電力を生成する発電機も含む。
【０００７】
「公称間隙」は、固定子（又は能動磁気部品）極と回転子（又は受動磁気部品）極との相対移動面間の間隙を意味し、この間隙にわたり、磁束が、回転子（又は受動磁気部品）上に力を誘起するためにモータ動作中に延びる。それぞれの透磁性構造（巻線内を流れる電流によって磁束が生成される）に関連付けられた電気巻線を含むモータの部分を参照するために用語「能動磁気部品」を使用する。「能動磁気部品」の極は、「能動極」と呼ばれる。電気巻線は、通常、対応する能動極に対して固定された関係で保持されることになる。巻かれた固定子は、能動磁気部品の一例である。公称間隙にわたって受動磁気部品内に延びるために能動磁気部品によって生成される磁束によって原動力が誘起されるモータの部分を参照するために用語「受動磁気部品」を使用する。「受動磁気部品」の極は、「受動極」と呼ばれる。巻かれていない回転子は、受動磁気部品の一例である。公称間隙は、例えば、半径方向間隙モータにおけるように半径方向又は軸方向間隙モータにおけるように軸方向であり得、空気若しくは他の気体又はさらに冷媒などの液体によって充填され得る。
【０００８】
「磁束障壁」は、磁場を変更することによって電流の流れが誘起される少なくとも１つの導電経路を画定する構造を意味する。一般的に、渦電流は、急峻な磁場の相殺的干渉を引き起こすために磁束障壁内に誘起され、それにより、磁束障壁は、いくつかの場合、受動極上の誘起原動力を増加させるように作用する斥力を生じるモータ動作中の磁束の変化を抑制するように効果的に作用する。
【０００９】
「導電性」は、電気を通すための材料の性向を意味する。電流が主方向に流れるように制約されたワイヤなどの構造に関して、「導電性」は、主方向における導電率を意味する。
【００１０】
「互いに電気的に絶縁された」は、磁束障壁内の電位に対するオーム抵抗が磁束障壁間のオーム抵抗より少なくとも１０倍低いことを意味する。磁束障壁が強磁性物体の外で互いに絶縁されることは、磁束障壁が層の強磁性材料を介して電気的に連通する状態にあることを除外しない。実際、多くの場合、磁束障壁は、強磁性材料を介して電気的に接続される。
【００１１】
いくつかの実施形態では、磁束障壁の少なくともいくつかは、層のスタックの複数の界面にわたる導電帯をそれぞれ含む。
【００１２】
「導電性」は、材料又は構造が、典型的なモータ動作電圧において非晶質炭素と少なくとも同程度に導電性であるか又は１０００ジーメンス／メートルより大きい導電率を有することを意味する。導電材料の例は、銀、銅、アルミニウム、ニッケル、鉄及び電磁鋼（粒子配向性のもの又はそうでないもの）を含む。非導電材料の例は、非充填樹脂、空気、木及び綿を含む。非導電性である、すなわち導電性でない材料を参照するために用語「絶縁体材料」を使用する。
【００１３】
いくつかの例では、導電帯は、鉄、ニッケル及びコバルトからなる群から選択される元素又は元素の組み合わせを質量分率で少なくとも２０％、いくつかの場合には４０％又はいくつかの場合には６０％含む。いくつかの場合、導電帯を有する磁束障壁のそれぞれは、導電帯と異なる材料の導電層も有し、回転子の外面を少なくとも部分的に形成する。
【００１４】
いくつかの構成では、導電帯は、銅、アルミニウム、黄銅、銀、亜鉛、金、熱分解グラファイト、ビスマス、グラフェン及びカーボンナノチューブからなる群から選択される元素を質量分率で少なくとも１％、いくつかの場合には５％又はいくつかの場合には１５％含む。
【００１５】
導電帯は、公称間隙と平行に延び、かつ様々な材料の中間層界面を形成する離散的層を有し得るか又はそれらの層からなり得る。いくつかの場合、様々な材料の１つは、銅を含むか又はそれから本質的になり、様々な材料の別のものは、ニッケルを含むか又はそれから本質的になる。
【００１６】
多くの場合、導電帯は、公称間隙に面する露出面を有する。
【００１７】
いくつかのモータでは、導電帯を有する磁束障壁のそれぞれは、導電性ループを形成するために層のスタックの両端において互いに電気的に接続された少なくとも２つの導電帯を含む。
【００１８】
いくつかの実施形態では、磁束障壁の少なくともいくつかは、層のスタックの強磁性材料層に対して平行に切り取られた断面において、公称間隙から離れるように延びる２つの離間された突起と、これらの２つの突起を接続する表面層とを含む形状をそれぞれ有する。２つの突起は、例えば、強磁性材料層のスタックの一部分の両側に配置され得る。
【００１９】
いくつかの実施形態では、磁束障壁の少なくともいくつかは、層のスタックの複数の界面と交差し、かつ間隙において回転子の表面を形成する露出面を有する、回転子と固定子との間の相対運動の方向における一定の幅及び公称間隙に対して垂直な一定の厚さの導電層をそれぞれ有する。
【００２０】
「一定の幅」は、層が両縁を有するが、例えば回転子の全外周の周囲に（又は線形受動磁気部品の全長に沿って）広がらないことを意味する。
【００２１】
同様に、「一定の厚さ」は、層が制限された深さまで延びるが、例えば回転子を完全には貫通しないことを意味する。
【００２２】
いくつかの場合、層の幅は、層の厚さの２倍より大きく、いくつかの場合には５倍より大きく、及びいくつかの場合には１０倍より大きい。
【００２３】
いくつかのモータでは、層は、モータ動作条件において層厚さより大きい電流表皮深さを有する材料で形成される。
【００２４】
「電流表皮深さ」は、導体の表面からの深さ（電流、特に所与の周波数で変化する磁場から誘起される渦電流が主として流れる）を意味する。所与の材料に対して、表皮深さは、次式のように計算され得る。
【数１】
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ここで、「ｆ」は、磁気スイッチング周波数であり、μは、材料の透磁率（Ｈ／ｍｍ）であり、及びσは、材料の導電率（％ＡＩＣＳ）である。
【００２５】
「透磁率」は、通常、材料が磁場の形成を支援するための能力を意味する。材料の透磁率は、ＡＳＴＭ  Ａ７７２に従って判断され得る。材料が「透磁性」であると言うとき、材料が少なくとも１．３×１０−６ヘンリー／メートルの透磁率を有することを意味する。
【００２６】
いくつかの例では、層は、強磁性材料によって画定されるチャネル内に配置されており、複数のプレート又はそのすべてのプレートの強磁性材料と電気的に接触し得る。
【００２７】
いくつかの場合、公称間隙は、層の付近より層においてより薄い。
【００２８】
いくつかの実施形態では、各磁束障壁は、導電材料より高い透磁性である（すなわちより高い透磁率を有する）芯材の芯を中心とするループを形成する導電材料を含む。いくつかの場合、芯材も強磁性である。例えば、芯材と回転子極の強磁性材料との両方がプレートの積層スタックの隣接部を形成し得る。
【００２９】
いくつかの配置では、ループは、公称間隙を境界付ける回転子の外面の一部を形成する。芯は、ループによって囲まれた回転子の外面の一部を形成し得る。
【００３０】
いくつかの場合、ループは、公称間隙を境界付け、かつ強磁性材料の層の縁を含む回転子の表面の下に配置される。
【００３１】
いくつかのモータでは、ループは、ループ内の非導電性破断部などにより、ループに沿って離散的位置に形成され得るキャパシタンスを定める。
【００３２】
ループは、好適には、強磁性材料の伝搬可能範囲内の共振周波数を有する。
【００３３】
「伝搬可能範囲」は、静的周波数条件下で（例えば、印可磁場の少なくとも５サイクルにわたって行われる所与の周波数の透磁率測定により）測定されるように、透磁率が６０ｈｚにおける透磁率に対して１０ｄｂ以下だけ低下する周波数範囲を意味する。
【００３４】
多くのモータでは、スタックの層間の界面は、強磁性材料の酸化面からなる。他のいくつかのモータでは、界面は、強磁性層によって交互配置された樹脂膜のシートなどの絶縁体材料のシートを含む。
【００３５】
多くの実施形態では、回転子は、固定子内に配置される。他のいくつかの実施形態では、回転子極は、固定子極の外側に配置される。
【００３６】
いくつかのモータでは、公称間隙は、回転子の半径方向外側面によって少なくとも部分的に区切られる半径方向間隙である。他のいくつかのモータでは、公称間隙は、回転子の回転軸に対して垂直な軸方向間隙である。
【００３７】
いくつかのモータでは、各回転子極（及び／又は各固定子極）は、その間の凹部を画定する複数の歯を有する。
【００３８】
いくつかの実施形態では、各固定子極は、固定子極の両縁に沿って延びる磁束遮蔽部であって、磁束遮蔽部間に配置される固定子極の材料より高い導電率を有する材料で形成される磁束遮蔽部を有する。
【００３９】
本発明の別の態様によると、電動機は、関連付けられた電気巻線を有する複数の能動極を画定する第１の面と、間隙を画定するために第１の面に対して第１の方向に可動であり、かつ第１の面から離間された第２の面とを有する受動磁気部品を含む。第２の面は、第１の材料の一連の離間された受動極であって、その間にスロットを画定する一連の離間された受動極を形成し、スロットは、第１の方向にゼロでない角度で延びる。各スロットは、スロットに沿って延び、かつスロットに沿った導電経路を形成する、第２の材料を含むそれぞれの磁束障壁を含む。磁束障壁は、スロット内の第１の材料に固定され、かつ第１の材料を通してのみ互いに接続される。
【００４０】
いくつかの実施形態では、スロットは、第１の方向に対して垂直に（すなわち、ゼロでない角度は、９０度である）延びる。
【００４１】
いくつかの場合、磁束障壁は、スロットを充填する。
【００４２】
いくつかのモータでは、磁束障壁は、スロットの両側で第１の材料と接触（好適には電気的に接触）している。
【００４３】
いくつかの構成では、磁束障壁は、第２の面の一部を形成する露出面を有する。
【００４４】
いくつかのモータでは、受動極は、スロットがスタックのいくつかのプレートと交差するように積層されたプレートのスタックの縁表面領域を含む。好適には、各磁束障壁の第２の材料は、スタックのいくつかのプレートと交差し、及び／又はスタックのプレートのそれぞれと直接接触する。
【００４５】
第２の材料は、好適には、第１の材料より高い導電率を有する。
【００４６】
いくつかの例では、磁束障壁のそれぞれは、第２の材料から本質的になる。
【００４７】
いくつかの場合、第２の材料は、鉄、ニッケル及びコバルトからなる群から選択される元素又は元素の組み合わせを質量分率で少なくとも２０％、いくつかの場合には４０％又はいくつかの場合には６０％含む。
【００４８】
いくつかの例では、磁束障壁のそれぞれは、第２の材料の導電層と、回転子の外面を少なくとも部分的に形成する第３の材料の導電層とを含む。
【００４９】
いくつかの実施形態では、第２の材料は、銅、アルミニウム、黄銅、銀、亜鉛、金、熱分解グラファイト、ビスマス、グラフェン及びカーボンナノチューブからなる群から選択される元素を質量分率で少なくとも１％、いくつかの場合には５％又はいくつかの場合には１５％含む。
【００５０】
いくつかの構成では、各磁束障壁は、公称間隙と平行に延び、かつ様々な材料の中間層界面を形成する複数の離散的層を含む。いくつかの例では、様々な材料の１つは、銅を含むか又は銅であり、様々な材料の別のものは、ニッケルを含むか又はニッケルである。
【００５１】
いくつかの実施形態では、磁束障壁の少なくともいくつかは、公称間隙から離れるように延びる２つの離間された突起と、これらの２つの突起を接続する表面層とを含む断面形状をそれぞれ有する。いくつかの場合、この断面形状を有する磁束障壁は、２つの突起間かつ表面層下に配置された透磁性材料をそれぞれさらに含む。
【００５２】
いくつかの場合、各磁束障壁の第２の材料は、第２の材料より高い透磁性の芯材のそれぞれの芯を中心とする導電性ループを形成する。芯材は、強磁性であり得る。いくつかの構成では、芯材及び第１の材料は、プレートの単一スタックの隣接部を形成する。
【００５３】
いくつかの例では、ループは、公称間隙を境界付ける回転子の外面の一部を形成する。例えば、芯は、ループによって囲まれた回転子の外面の一部を形成し得る。
【００５４】
いくつかのモータでは、ループは、公称間隙を境界付け、かつ第１の材料で形成される受動磁気部品の表面の下に配置される。
【００５５】
いくつかのモータでは、ループは、ループ内の非導電性破断部などにより、ループに沿って離散的位置に形成され得るキャパシタンスを画定する。
【００５６】
ループは、好適には、第１の材料の伝搬可能範囲内の共振周波数を有する。
【００５７】
いくつかの実施形態では、能動磁気部品は、モータの固定子であり、受動磁気部品は、モータの回転子である。いくつかの例では、公称間隙は、回転子の半径方向外側面によって少なくとも部分的に区切られる半径方向間隙である。他のいくつかの例では、公称間隙は、回転子の回転軸に対して垂直な軸方向間隙である。
【００５８】
いくつかの場合、各受動極及び／又は各能動極は、その間の凹部を画定する複数の歯を有する。
【００５９】
いくつかの場合、各能動極は、能動極の両縁に沿って延びる磁束遮蔽部であって、磁束遮蔽部間に配置された固定子極の材料より高い導電率を有する材料で形成された磁束遮蔽部を有する。
【００６０】
いくつかの例では、モータは、リニアモータである。
【００６１】
本発明の別の態様によると、電動機は、電気巻線が関連付けられた複数の能動極を有する能動磁気部品と、能動磁気部品に対して可動であり、かつ透磁性磁極材料の複数の受動極を有する可動受動磁気部品とを含む。能動磁気部品及び受動磁気部品は、能動極と受動極との間の公称磁気間隙をその間に画定する。受動磁気部品は、受動磁気部品の隣接する受動極を接続する磁束障壁を有し、各磁束障壁は、透磁性磁極材料と異なる導電材料を含み、かつ透磁性芯材を中心とする少なくとも１つの導電経路を画定する。磁束障壁は、極材料の外で互いに電気的に絶縁され、隣接する磁束障壁は、１つの磁束障壁の導電材料内に画定されるそれぞれの導電経路も、他の磁束障壁の導電材料内に画定される導電経路の部分を囲まないように配置される。
【００６２】
好適には、芯材は、導電材料より高い透磁性である。
【００６３】
いくつかの場合、芯材及び極材料は、同一の材料特性を有する。
【００６４】
いくつかの例では、磁束障壁は、隣接する極対内に延びる。
【００６５】
いくつかのモータでは、磁束障壁は、受動磁気部品の磁気的に活性な広がりにわたる導電材料の少なくとも１つのループをそれぞれ含む。いくつかの場合、各磁束障壁は、それぞれ極材料及び芯材の外で互いに絶縁される導電材料の複数のループを有する。
【００６６】
いくつかの実施形態では、各磁束障壁は、鉄、ニッケル及びコバルトからなる群から選択される元素又は元素の組み合わせを質量分率で少なくとも２０％、いくつかの場合には４０％又はいくつかの場合には６０％含む。
【００６７】
いくつかの場合、各磁束障壁は、銅、アルミニウム、黄銅、銀、亜鉛、金、熱分解グラファイト、ビスマス、グラフェン及びカーボンナノチューブからなる群から選択される元素を質量分率で少なくとも１％、いくつかの場合には５％又はいくつかの場合には１５％含む。
【００６８】
いくつかの例では、芯材は、強磁性である。いくつかの配置では、芯材及び極材料は、プレートの単一スタックの隣接部を含む。
【００６９】
ループは、いくつかのモータでは、公称間隙を境界付ける受動磁気部品の外面の一部を形成する。芯は、ループによって囲まれた受動磁気部品の外面の一部を形成し得る。
【００７０】
ループは、公称間隙を境界付け、かつ第１の材料で形成される受動磁気部品の表面の下に配置され得る。
【００７１】
いくつかの場合、ループは、ループに沿った離散的位置に形成されるキャパシタンスなどのキャパシタンスを画定する。
【００７２】
好適には、ループは、第１の材料の伝搬可能範囲内の共振周波数を有する。
【００７３】
いくつかの実施形態では、磁束障壁の少なくともいくつかは、スタックの複数の界面と交差し、かつ間隙において受動磁気部品の表面を形成する露出面を有し、受動磁気部品と能動磁気部品との間の相対運動の方向における一定の幅及び公称間隙に対して垂直な一定の厚さの導電層をそれぞれ有する。
【００７４】
いくつかの応用では、層の幅は、層の厚さの２倍より大きく、いくつかの場合には５倍より大きく、いくつかの場合には１０倍より大きい。
【００７５】
いくつかの場合、層は、層厚さより大きい電流表皮深さを有する材料で形成される。
【００７６】
層は、第１の材料によって画定されるチャネル内に配置され得る。
【００７７】
いくつかの場合、公称間隙は、層の付近より層においてより薄い。
【００７８】
いくつかのモータでは、能動磁気部品は、モータの固定子であり、受動磁気部品は、モータの回転子である。公称間隙は、回転子の半径方向外側面によって少なくとも部分的に区切られる半径方向間隙又は回転子の回転軸に対して垂直な軸方向間隙であり得る。
【００７９】
いくつかの実施形態では、各受動磁気部品極及び／又は各能動磁気部品極は、その間に凹部を画定する複数の歯を有する。
【００８０】
いくつかの例では、各能動磁気部品は、極の両縁に沿って延びる磁束遮蔽部であって、磁束遮蔽部間に配置される能動磁気部品の材料より高い導電率を有する材料で形成される磁束遮蔽部を有する。
【００８１】
いくつかの場合、モータは、リニアモータである。
【００８２】
本発明の別の態様によると、電動機は、電気巻線が関連付けられた複数の能動極を画定する第１の面と、間隙を画定するために第１の面に対して可動であり、かつ第１の面から離間された第２の面とを有する受動磁気部品を含む。第２の面は、第２の面の極間表面領域によって分離された第１の材料の一連の離間された極表面領域を有する。受動磁気部品は、導電性で低エネルギー積の第２の材料を含み、かつそれぞれ透磁性材料の外で互いに電気的に絶縁されるそれぞれの極間表面領域の両側の極表面領域のそれぞれの隣接する対を接続する内部経路を画定する透磁性材料を含む。
【００８３】
「低エネルギー積」は、１立方メートル当たり１００キロジュール未満のエネルギー積（Ｂ×Ｈ）を有する材料の性質を意味する。エネルギー積は、残留磁気と保磁力との積であることも理解される。一般的に、ＰＭモータにおいて使用される永久磁石材料は、低エネルギー積を有しない。
【００８４】
いくつかの実施形態では、透磁性材料は、強磁性材料より低い導電性である界面により、少なくとも極表面領域において互いに分離された強磁性材料の層のスタックを形成する。
【００８５】
いくつかの例では、受動磁気部品は、第３の材料の帯を含み、各帯は、受動磁気部品内のそれぞれの極間表面領域の下にあり、電流抑制界面全体に広がる。第３の材料は、例えば、鉄、ニッケル及びコバルトであり得るか又はそれを含み得る。好適には、第３の材料は、第２の材料より高い透磁率を有する。
【００８６】
いくつかの構成では、第２の材料は、帯の一方の側と強磁性材料の層の縁との間に延びる。
【００８７】
いくつかのモータでは、第２の材料は、第１の材料より低い透磁率を有する。
【００８８】
いくつかの実施形態では、極間表面領域の少なくとも１つの極間表面領域の第２の材料は、受動磁気部品内に第２の面から約１〜５０ｍｍ、いくつかの場合には２〜２５ｍｍ又はいくつかの場合には５〜１５ｍｍの全深さまで延びる。
【００８９】
いくつかの構成では、極間表面領域の少なくとも１つの極間表面領域の第２の材料は、第１の方向に広がりを有し、受動磁気部品内に第２の面からその広がりの２〜２０００％（又はいくつかの場合には５〜５００％又はいくつかの場合には１０〜２００％）の全深さまで延びる。
【００９０】
いくつかの場合、第２の面は、第１の方向に沿って第１の面に対して可動であり、極間表面領域は、極表面領域の磁気的に活性な広がりにわたり、第１の方向に対して垂直な第２の方向に連続的である。
【００９１】
いくつかのモータでは、透磁性材料は、それぞれ第１の方向に延びる強磁性材料の層のスタックを形成する。
【００９２】
いくつかの場合、第２の材料は、銅を含むか又はそれから本質的になる。
【００９３】
いくつかのモータでは、受動磁気部品は、回転子であり、能動磁気部品は、固定子である。極間表面領域及び極表面領域は、併せて回転子の円筒面を形成し得、例えば、間隙は、回転子と固定子との間の半径方向間隙である。又は極間表面領域及び極表面領域は、併せて回転子の端面を形成し得、間隙は、回転子と固定子との間の軸方向間隙である。いくつかの場合、端面は、回転子の回転軸に対して垂直である。
【００９４】
いくつかの実施形態では、極間表面領域は、それぞれ第２の材料によって囲まれた透磁性芯材をさらに含む。いくつかの場合、芯材は、第１の材料と同じ材料である。
【００９５】
いくつかの例では、第２の面の極表面領域は、その間のスロットを画定し、第２の面の極間表面領域は、スロット内に配置される第２の材料によって形成される。好適には、スロットは、第１の面と第２の面との間の相対運動の方向に対してゼロでない角度（９０度など）で延びる。いくつかの場合、第２の材料は、スロット内の第１の材料に固定される。いくつかの例では、スロットは、第２の材料によって充填され、及び／又は第２の材料は、スロットの両側で第１の材料に接触している。
【００９６】
いくつかの例では、極表面領域は、スロットがプレートのスタックのいくつかのプレートと交差するように積層されたプレートのスタックの縁表面領域を含む。好適には、各スロット内の第２の材料は、スタックのいくつかのプレートと交差し、及び／又はスタックのプレートのそれぞれと直接接触する。
【００９７】
第２の材料は、好適には、第１の材料より高い導電率を有する。
【００９８】
いくつかのモータでは、極間表面領域のそれぞれは、第２の材料から本質的になる。
【００９９】
第２の材料は、鉄、ニッケル及びコバルトからなる群から選択される元素又は元素の組み合わせを質量分率でいくつかの例では２０％、いくつかの場合には４０％又はいくつかの場合には６０％含む。
【０１００】
いくつかの例では、第２の材料は、銅、アルミニウム、黄銅、銀、亜鉛、金、熱分解グラファイト、ビスマス、グラフェン及びカーボンナノチューブからなる群から選択される元素を質量分率で少なくとも１％、いくつかの場合には５％又はいくつかの場合には１５％含む。
【０１０１】
いくつかの実施形態では、極間表面領域は、極表面領域間に配置された磁束障壁の表面を含む。
【０１０２】
いくつかの場合、各磁束障壁は、公称間隙と平行に延び、かつ銅及びニッケルなどの様々な材料の中間層界面を形成する離散的層を有する。
【０１０３】
いくつかの例では、磁束障壁の少なくともいくつかは、公称間隙から離れるように延びる２つの離間された突起と、これらの２つの突起を接続する表面層とを含む断面形状をそれぞれ有し、例えば透磁性材料が２つの突起間に及び表面層下に配置される。
【０１０４】
いくつかの構成では、各極間表面領域の第２の材料は、第２の材料より高い透磁性の芯材のそれぞれの芯を中心とする導電性ループを形成する。いくつかの場合、芯材は、強磁性である。いくつかの場合、芯材及び第１の材料は、プレートの単一スタックの隣接部である。いくつかの例では、芯は、ループによって囲まれた第２の面の一部を形成する。ループは、第２の面から離間され得、及び／又はキャパシタンスを画定し得、例えば、キャパシタンスは、ループに沿った離散的位置に形成される。好適には、ループは、第１の材料の伝搬可能範囲内の共振周波数を有する。
【０１０５】
いくつかのモータでは、各極表面領域（及び／又は能動磁気部品の各極）は、その間の凹部を画定する複数の歯を有する。
【０１０６】
いくつかの例では、能動磁気部品の各極は、極の両縁に沿って延びる磁束遮蔽部であって、磁束遮蔽部間に配置された能動磁気部品の極の材料より高い導電率を有する材料で形成された磁束遮蔽部を有する。
【０１０７】
いくつかの場合、モータは、リニアモータである。
【０１０８】
本発明の別の態様によると、電気駆動システムは、磁気抵抗モータ及びモータコントローラを含む。磁気抵抗モータは、電気巻線が関連付けられた複数の能動極を画定する能動磁気部品と、複数の受動極を有し、能動磁気部品に対して可動であり、能動極と受動極との間の公称間隙を能動磁気部品と共に画定する受動磁気部品とを含む。モータコントローラは、それぞれの電気巻線又は能動磁気部品の巻線の組に接続された複数のスイッチを有し、（ａ）能動極と受動極との間の公称間隙にわたって磁束を生成するために、それぞれの磁極通電デューティサイクルについてスイッチを順次動作させること、及び（ｂ）各能動極の通電デューティサイクル中、能動極の巻線を通る電流をパルス化することであって、隣接する能動極の巻線が通電されない少なくとも３つのパルスの系列を含む、パルス化することを行うように構成される。モータの電気巻線は、電流パルス化中の通電された能動極の巻線を通る最大電流と最小電流との比が少なくとも４：１であるように構成される。
【０１０９】
いくつかの実施形態では、モータコントローラは、各能動極の通電デューティサイクル中に電流を２Ｈｚ〜１ＭＨｚ、いくつかの場合には１０Ｈｚ〜２０ｋＨｚ、いくつかの場合には１００Ｈｚ〜５ｋＨｚのパルス周波数でパルス化するように構成される。
【０１１０】
いくつかの例では、モータコントローラは、モータ速度変更中、パルス周波数を、少なくとも、能動極毎の通電デューティサイクル周波数がパルス周波数の少なくとも２分の１であるモータ速度まで維持するように構成される。
【０１１１】
いくつかの応用に関して、モータコントローラは、１通電デューティサイクル当たり１パルスに対応するモータ速度未満においてのみ電流をパルス化するように構成される。
【０１１２】
いくつかの場合、電気巻線の少なくとも１つは、並列に導電接続され、かつ共通芯の周囲に巻かれる複数のコイルを有する。
【０１１３】
いくつかの場合、電気巻線の少なくとも１つは、編組みワイヤの巻線である。
【０１１４】
いくつかの実施形態では、能動磁気部品は、固定子であり、受動磁気部品は、回転子軸を中心とする回転により、固定子に対して可動な回転子である。回転子は、固定子内に配置され得る。公称間隙は、例えば、回転子の半径方向外側面によって少なくとも部分的に区切られる半径方向間隙又は回転子軸に対して垂直な軸方向間隙であり得る。
【０１１５】
いくつかの例では、受動磁気部品は、隣接する受動極間において、それぞれ受動極より高い導電率を有する磁束障壁をさらに含む。磁束障壁は、受動極の外で互いに電気的に絶縁される。
【０１１６】
いくつかの場合、受動極は、透磁性材料の層のスタックによって形成される。磁束障壁の少なくともいくつかは、スタックの複数の層と交差する導電帯をそれぞれ含み得る。導電帯は、鉄、ニッケル及びコバルトからなる群から選択される元素又は元素の組み合わせを質量分率でいくつかの場合には少なくとも２０％、いくつかの場合には４０％又はいくつかの場合には６０％含む。導電帯を有する磁束障壁のそれぞれは、通電帯と異なる材料の導電層であって、受動磁気部品の外面を少なくとも部分的に形成する導電層をさらに含み得る。いくつかの例では、導電帯は、銅、アルミニウム、黄銅、銀、亜鉛、金、熱分解グラファイト、ビスマス、グラフェン及びカーボンナノチューブからなる群から選択される元素を質量分率で少なくとも１％、いくつかの場合には５％又はいくつかの場合には１５％含む。いくつかの構成では、導電帯は、公称間隙と平行に延び、かつ様々な材料（銅及びニッケルなど）の中間層界面を形成する離散的層を有する。
【０１１７】
導電帯は、公称間隙に面する露出面を有し得る。
【０１１８】
いくつかの場合、導電帯を有する磁束障壁のそれぞれは、導電性ループを形成するために層のスタックの両端において互いに電気的に接続された少なくとも２つの導電帯を含む。
【０１１９】
いくつかの実施形態では、磁束障壁の少なくともいくつかは、スタックの層に対して平行に切り取られた断面において、公称間隙から離れるように延びる２つの離間された突起と、これらの２つの突起を接続する表面層とを含む形状をそれぞれ有する。２つの突起は、スタックの一部の両側に配置され得る。
【０１２０】
いくつかの構成では、磁束障壁の少なくともいくつかは、スタックの複数の層と交差し、かつ間隙において受動磁気部品の表面を形成する露出面を有する、受動磁気部品と能動磁気部品との間の相対運動の方向における一定の幅及び公称間隙に対して垂直な一定の厚さの導電層をそれぞれ有する。いくつかの応用では、層の幅は、層の厚さの２倍より大きく、いくつかの場合には５倍より大きく、及びいくつかの場合には１０倍より大きい。
【０１２１】
層は、層厚さより大きい電流表皮深さを有する材料で形成され得、及び／又は透磁性材料によって画定されたチャネル内に配置され得る。いくつかの場合、公称間隙は、層の付近より層においてより薄い。
【０１２２】
いくつかの実施形態では、各磁束障壁は、導電材料より高い透磁性である芯材の芯を中心とするループを形成する導電材料を含む。芯材は、強磁性であり得、及び／又は芯材及び受動極の透磁性材料は、プレートの積層スタックの隣接部であり得る。
【０１２３】
いくつかの場合、ループは、公称間隙を境界付ける受動磁気部品の外面の一部を形成する。
【０１２４】
いくつかの場合、芯は、ループによって囲まれた受動磁気部品の外面の一部を形成する。
【０１２５】
ループは、公称間隙を境界付け、かつスタックの層の縁を含む受動磁気部品の表面の下に配置され得る。
【０１２６】
いくつかの例では、ループは、ループに沿った離散的位置において形成されるキャパシタンスなどのキャパシタンスを画定する。好適には、ループは、受動極の透磁性材料の伝搬可能範囲内の共振周波数を有する。
【０１２７】
いくつかの実施形態では、受動磁気部品は、透磁性磁極材料の隣接する受動極を接続する磁束障壁をさらに含み、磁束障壁は、それぞれ極材料と異なる導電材料を有し、かつ透磁性芯材を中心とする少なくとも１つの導電経路を画定する。好適には、磁束障壁は、極材料の外で互いに電気的に絶縁され、隣接する磁束障壁は、１つの磁束障壁の導電材料内に画定されるいかなる導電経路も、別の磁束障壁の導電材料内に画定されるいかなる導電経路のいかなる部分も囲まないように配置される。
【０１２８】
いくつかの場合、各受動極及び／又は各能動極は、その間の凹部を画定する複数の歯を有する。
【０１２９】
いくつかの例では、各能動磁気部品は、能動極の両縁に沿って延びる磁束遮蔽部であって、磁束遮蔽部間に配置される能動磁気部品の材料より高い導電率を有する材料で形成される磁束遮蔽部を有する。
【０１３０】
いくつかの応用では、最大電流と最小電流との比は、少なくとも７：１である。いくつかの例では、最大電流と最小電流との比は、少なくとも１０：１である。
【０１３１】
本発明の別の態様は、電動機を駆動する方法を特徴とする。本方法は、
（ａ）一連の能動極と、空隙に沿って配置された一連の受動極を有する受動磁気部品との間の空隙に沿って配置された一連の能動極の第１の能動極を、第１の能動極に関連付けられた電気巻線を通る電流をパルス化することであって、一連の能動極の隣接する能動極の巻線が通電されない少なくとも３つのパルスの系列を含む、パルス化することによって通電させることと、
（ｂ）一連の能動極の第２の能動極を、第２の能動極に関連付けられた電気巻線を通る電流をパルス化することであって、第１の能動極の巻線が通電されない少なくとも３つのパルスの系列を含む、パルス化することによって通電させ、第２の能動極に関連付けられた電気巻線を通る電流のパルス化中の最小電流に対する最大電流の比が少なくとも４：１である電流波形に従い、第２の能動極に関連付けられた電気巻線を通して電流を通過させることと、
を含む。
【０１３２】
いくつかの例では、第１の能動極を通電させることは、電流を２Ｈｚ〜１ＭＨｚ、いくつかの場合には１０Ｈｚ〜２０ｋＨｚ、いくつかの場合には１００Ｈｚ〜５ｋＨｚのパルス周波数でパルス化することを含む。
【０１３３】
いくつかの場合、第１の能動極を通電させ、かつその後、第２の能動極を通電させることは、第１の能動極から空隙にわたる第１の能動極と受動極との間の第１の力と、第２の能動極から空隙にわたる第２の能動極と受動極との間の第２の力とを生成することを含む。
【０１３４】
いくつかの例では、第１及び第２の力は、能動極と受動極との間の相対運動を誘起する。相対運動は、能動極に対する受動磁気部品の運動を含み得る。
【０１３５】
いくつかの場合、受動磁気部品は、モータの回転子であり、相対運動は、回転子の回転運動を含む。
【０１３６】
本方法のいくつかの例は、回転子速度を検出し、かつ検出された回転子速度に応じてパルス電流の周波数を制御することを含む。
【０１３７】
いくつかの例は、回転子速度変更中、電流パルス周波数を、少なくとも、各能動極が通電される周波数がパルス周波数の少なくとも２分の１である回転子速度まで維持することも含む。
【０１３８】
いくつかの場合、電流は、１回の磁極通電当たり１パルスに対応する回転子速度未満においてのみ、第１及び第２の極に関連付けられた電気巻線を介してパルス化される。
【０１３９】
いくつかの例では、本方法は、第２の能動極を通電させた後、第１の能動極より第２の能動極の反対側に配置された一連の能動極の第３の能動極を、第３の能動極に関連付けられた電気巻線を通る電流をパルス化であって、第１及び第２の能動極の巻線が通電されない少なくとも３つのパルスの系列を含む、パルス化することによって通電されることを含む。
【０１４０】
いくつかの実施形態では、本方法は、第３の能動極を通電させた後、第１の能動極に関連付けられた電気巻線を通る電流をパルス化することによって第１の能動極を再び通電させ、かつその後、第２の能動極に関連付けられた電気巻線を通る電流をパルス化することによって第２の能動極を再び通電させ、かつその後、第３の能動極を再び通電させることをさらに含む。
【０１４１】
いくつかの例では、第１の能動極に関連付けられた電気巻線を通る電流をパルス化することは、第１の能動極に関連付けられた電気巻線を通る電流のパルス化中の最小電流に対する最大電流の比が少なくとも４：１又はいくつかの場合には少なくとも７：１である電流波形に従い、第１の能動極に関連付けられた電気巻線を通して電流を通過させる。
【０１４２】
いくつかの例では、第１の能動極に関連付けられた電気巻線を通る電流をパルス化することは、並列に導電接続され、かつ共通芯の周囲に巻かれる複数のコイルを通る電流をパルス化することを含む。
【０１４３】
いくつかの場合、第１の能動極に関連付けられた電気巻線を通る電流をパルス化することは、電圧源と、第１の能動極に関連付けられた電気巻線との間で第１のスイッチを複数のサイクルにわたって開閉するように操作することを含む。
【０１４４】
いくつかの実施形態では、第１の能動極に関連付けられた電気巻線を通る電流をパルス化することは、第１の能動極から空隙にわたって受動極に隣接する第１の磁束障壁内に渦電流を生成し、磁束障壁は、空隙にわたって受動極より高い導電性を有する。
【０１４５】
いくつかの例では、受動磁気部品は、第２の磁束障壁をさらに含み、第１の能動極から空隙にわたる受動極は、第１の磁束障壁と第２の磁束障壁との間に配置され、第１の磁束障壁及び第２の磁束障壁は、受動極の外で互いに電気的に絶縁される。
【０１４６】
いくつかの場合、受動極は、透磁性材料の層のスタックによって形成される。
【０１４７】
いくつかの例では、第１の磁束障壁内の渦電流は、第１の能動極から磁束を遠ざける役割を果たす。
【０１４８】
いくつかの構成では、第１の磁束障壁は、第１の能動極から空隙にわたる受動極と、隣接する受動極との間に配置され、磁束障壁は、導電材料より高い透磁性である芯材の芯を中心とする導電材料のループを形成する。
【０１４９】
いくつかの実施形態では、受動磁気部品は、一連の受動極の隣接する対の受動極間に磁束障壁をさらに含み、磁束障壁は、それぞれ受動極を形成する材料と異なる導電材料を含み、かつ透磁性芯材を中心とする少なくとも１つの導電経路を画定する。
【０１５０】
いくつかの場合、磁束障壁は、一連の受動極の外で互いに電気的に絶縁される。
【０１５１】
隣接する磁束障壁は、好適には、１つの磁束障壁の導電材料内に画定されるいかなる導電経路も、別の磁束障壁の導電材料内に画定されるいかなる導電経路のいかなる部分も囲まないように配置される。
【０１５２】
いくつかの例では、モータは、各能動極の両縁に沿って延びる磁束遮蔽部であって、磁束遮蔽部間に配置される能動磁気部品の材料より高い導電率を有する材料で形成される磁束遮蔽部を有する。いくつかの場合、磁束遮蔽部は、隣接する電気巻線間の間隙内に延びる。例えば、磁束遮蔽部は、空隙から、隣接する能動極を接続する透磁性ヨークまで延び得る。
【０１５３】
いくつかの場合、最大電流と最小電流との比は、少なくとも７：１又は少なくとも１０：１である。
【０１５４】
本発明のいくつかの態様は、電動機の性能を向上させる（例えば、トルク及び出力密度を高める）ための磁束障壁を特徴とする。磁束障壁は、動的（又は一時的）反磁性特性を有する。モータ内の磁束障壁を利用することにより、トルクの著しい利得は、磁束をほぼ接線方向に向けることによって達成され得る。ここで、磁場は、半径方向力（又は法線力）を接線方向に沿って方向転換することによって変えられる。すなわち、動作中の平均力ベクトルは、ほぼ接線方向である。ここで、従来のモータ設計における優勢力ベクトルは、本来、半径方向である。
【０１５５】
磁束障壁の透磁率は、磁束障壁内の渦電流の磁気周波数を調整することによって（例えば、能動極の電気巻線を通る電流をパルス化することによって）制御され得る。このようにして、電動機は、様々な磁気周波数において著しく異なる磁気特性を有し得る。低周波数では、磁束障壁の特性は、強磁性であり、中間動作周波数から高動作周波数では、磁束障壁の透磁率は、空気の透磁率未満であり得、磁束障壁の特性は、反磁性である。
【０１５６】
本発明は、磁場が電磁サイクルを通して広がるのではなく、実質的に反射される高リアクタンス回路も生成し得る。これは、磁束フリンジングを低減又は除去し得る。従来の永久磁石（ＰＭ）モータと異なり、ほぼゼロの磁束が、本発明に従って設計されたモータ内の磁束障壁内に広がり、動作中の減磁（保磁力）及び過剰熱を回避し得る。さらに、反磁性磁束障壁は、動作中に磁場を生成せず、したがって磁場が全くない（逆方向に存在し、次に閉じる磁場でない）ため、ＰＭモータと異なって挙動する。
【０１５７】
本発明は、その性能を改善するために様々なタイプのモータに適用され得る。モータは、半径方向間隙モータ、又は軸方向間隙モータ、又はリニアモータであり得る。例えば、モータは、切り替え磁気抵抗モータ（ＳＲＭ）、誘導モータ（ＩＭ）又は永久磁石モータ（ＰＭ）であり得る。
【０１５８】
本明細書において開示される本発明の様々な例は、著しいトルク／力及び出力密度を有する特に高いモータ性能を提供し得、静止系においてだけでなく、車両を推進するための本質的に滑らかかつ効率的な出力軸動力を提供するために使用され得る。これらの設計思想は、モータ自体の突極比を増加させることにより、トルク及び出力をより効率的に増加させ得、他方を犠牲にして一方を生かす従来のトレードオフのいくつかを回避する。このモータは、受動条件下で永久磁石モータと共に発生し得る磁気破断の回避のため、サイクル動作中のより高いシステム効率も取得し得る。
【０１５９】
本発明の１つ又は複数の実施形態の詳細について、添付図面及び以下の本明細書に説明する。本発明の他の特徴、目的及び利点は、本明細書及び添付図面からかつ特許請求の範囲から明白になる。
【図面の簡単な説明】
【０１６０】
図面の説明
【図１】電気駆動システムの一例の概略図である。
【図２】電力スイッチングを含むモータコントローラの概略図である。
【図２Ａ】電気巻線の例示的電力スイッチの概略図である。
【図３】各デューティサイクル内のパルス電流を含む磁極通電デューティサイクルの電流プロファイルを示す。
【図４】回転子及び固定子を含む半径方向間隙モータを示す。
【図５】図４の一部分の拡大図である。
【図６】積層プレートのスタックで作られた回転子の斜視図である。
【図７】隣接する極間のスロット内に充填された磁束障壁を有する回転子を示す。
【図８Ａ】ミスアライメント位置における極間の空気による磁束を示す。
【図８Ｂ】１／２アライメント位置における極間の空気による磁束を示す。
【図８Ｃ】アライメント位置における極間の空気による磁束を示す。
【図９Ａ】ミスアライメント位置における極間の磁束障壁による磁束を示す。
【図９Ｂ】１／２アライメント位置における極間の磁束障壁による磁束を示す。
【図９Ｃ】アライメント位置における極間の磁束障壁による磁束を示す。
【図１０】隣接する極間に磁束障壁を有する又は有しない力を示す。
【図１１】隣接する極間のスロット内の透磁性材料の上の導電層を含む磁束障壁を有する別の回転子の斜視図である。
【図１２】動作中の図１１の固定子及び回転子間の磁束を示す。
【図１３】隣接する極間のスロット内に導電層と透磁性層とを交互配置することによって作られた磁束障壁を有する別の回転子の斜視図である。
【図１３Ａ】図１３の回転子内の磁束路を示す。
【図１４】隣接する極間のスロット内の透磁性材料を囲む導電層で作られた磁束障壁を有する別の回転子の斜視図である。
【図１５】隣接する極（「遮蔽極」）間の透磁性芯を中心とする導電性ループで作られた磁束障壁を有する別の回転子の斜視図である。
【図１５Ａ】図１５の回転子の側面図である。
【図１６】それぞれ離散的キャパシタを有する遮蔽極で作られた磁束障壁を有する別の回転子の概略図である。
【図１７】それぞれ隣接する極間の透磁性材料の外面に鋳込まれた導電層で作られた磁束障壁を有する別の回転子の斜視図である。
【図１８】それぞれ隣接する極間の透磁性材料の外面上に形成された導電層で作られた磁束障壁を有する別の回転子の斜視図である。
【図１９】固定子と図１８の回転子とを含むモータを示す。
【図２０】様々な磁束障壁材料に関する生成された力への磁気周波数の影響を示す。
【図２１】回転子に沿って縦方向に延び、かつ最上部導電層によって導電接続された導電帯を含む磁束障壁を有する別の回転子の斜視図である。
【図２２】磁束障壁のない図２１の回転子を示す。
【図２３】図２１の回転子内の磁束障壁を示す。
【図２４】回転子の内部に分散磁束障壁を有する別の回転子の斜視図である。
【図２５】磁束障壁のない図２４の回転子の斜視図である。
【図２６】図２４の回転子の内部に複数の分散部分を有する磁束障壁の斜視図である。
【図２６Ａ】図２６の磁束障壁の分散部分を示す。
【図２７】隣接する回転子極のスロット内に磁束障壁を有するモータの各極上の複数の離散的歯を示す。
【図２８】回転子極のスロット内に磁束障壁を有する軸方向間隙モータの斜視図である。
【図２９】隣接する極間の磁束障壁として遮蔽極を有する軸方向間隙モータ内の回転子を示す。
【図３０】図２９の遮蔽極を有する回転子の開放図である。
【図３１】図２９の遮蔽極を有する回転子の開放図である。
【図３２】図２９の遮蔽極を有する回転子の開放図である。
【図３３】固定子極の縁内に延び、かつ隣接する固定子極間のスロット内に充填された導電材料を含む磁束障壁を有する固定子の斜視図である。
【図３４】回転子に対する図３３の固定子の概略図である。
【図３５】固定子極の縁上に形成され、かつ隣接する固定子極間のスロット内に充填された導電材料を含む磁束障壁を有する別の固定子の斜視図である。
【図３６】回転子に対する図３５の固定子の概略図である。
【図３７】隣接する固定子極間のスロット内に嵌め込まれ、かつ固定子極の縁に整合された導電材料を含む磁束障壁を有する別の固定子の斜視図である。
【図３８】図３７の固定子の概略図である。
【図３９】回転子極間に磁束障壁を有する回転子を含む例示的リニアモータの斜視図である。
【図４０】図３９のリニアモータの概略図である。
【図４１】多重歯固定子極及び回転子極内に充填された磁束障壁を含む別の例示的リニアモータの斜視図である。
【図４２】図４１のリニアモータの概略図である。
【発明を実施するための形態】
【０１６１】
様々な図内の同様の参照符号は、同様の要素を指示する。
【０１６２】
詳細な説明
本開示の実施形態は、電動機の性能を増加させるために磁束障壁を使用するシステム、装置及び方法を提供する。モータの磁束障壁の様々な設計／構成が提示され、論述される。磁束障壁は、能動磁気部品（例えば、固定子）と受動磁気部品（例えば、回転子）との間の磁気間隙を通る磁束が集中され、かつほぼ接線方向に方向転換され、これによりトルクを増加させ得るように、動作周波数において反磁性特性を示すように構成される。
【０１６３】
例示的電気駆動システム
図１は、電動機１０２と、電動機１０２に結合されたモータコントローラ１０４とを含む電気駆動システム１００を示す。モータコントローラ１０４は、負荷１１０を駆動するために電動機１０２を動作させるように構成される。負荷１１０は、複数のモータが並列にリンクされ、動作され得る遊星歯車組又は別のモータなどの追加歯車列であり得る。
【０１６４】
電動機１０２は、モータ筐体１０５に対して回転可能な出力軸１０７（モータ部品の回転及び他の運動に対する基準であると考えられる）を有する。使用中、出力軸１０７は、モータ１０２がモータコントローラ１０４からの適切な電力及び信号によって電気的に活性化されると、回転動力を与え得る負荷１１０に結合され得る。出力軸１０７は、モータを貫通し、かつ両端において露出され得る。これは、回転動力がモータの両端において伝達され得ることを意味する。筐体１０５は、出力軸の回転軸を中心に回転対称であり得るが、任意の外形のものであり得、通常、モータ動作中の筐体回転を防止するために筐体を他の構造に固定する手段を含み得る。
【０１６５】
電動機１０２は、固定子などの能動磁気部品１０６及び回転子などの受動磁気部品１０８を含む。図解目的のために、以下では、固定子が能動磁気部品の代表的例として使用され、回転子が受動磁気部品の代表的例として使用される。
【０１６６】
回転子１０８は、固定子１０６に関連付けられ、例えば内部回転子半径方向間隙モータにおいて固定子１０６内に又は例えば軸方向間隙モータにおいて固定子に対して平行に配置され得る。以下により詳細に説明されるように、正しく制御された固定子１０６内の電気的活動が回転子１０８の運動を駆動する。回転子１０８は、その結果の回転子運動のいかなる回転成分も出力軸１０７に伝達されるように出力軸１０７に回転可能に結合され、出力軸１０７を回転させる。固定子１０６は、動作中に回転子１０８が固定子１０６を中心として又は固定子１０６に対して平行に動くようにモータ１０２に固定される。
【０１６７】
固定子１０６は、図４においてさらなる詳細に示されるように、関連付けられた電気巻線を有する複数の固定子極を画定し、回転子１０８は、複数の回転子極を含む。以下の図５においてさらなる詳細と共に示されるように、回転子１０８は、固定子極と回転子極との間の公称空隙を固定子１０６と共に画定する。回転子１０８は、運動方向に沿って固定子１０６に対して可動である。図２に示すように、固定子１０６は、回転子１０８を中心に円周方向に離間された複数の独立に活性化可能な巻線１３２を有する。固定子１０６の複数の隣接する巻線１３２は、巻線組と同時に活性化可能であり、固定子１０６は、固定子１０６を中心に離間された複数のこのような多重巻線組を含み得る。モータ１０２は、固定子１０６の巻線１３２を活性化するように動作可能なスイッチ１３４の組を有する巻線コントローラ１３０も含み得る。スイッチ１３４は、半導体スイッチ（例えば、金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）などのトランジスタ）であり得る。巻線コントローラ１３０は、スイッチ１３４のゲートに結合されており、それぞれの制御電圧を各スイッチ１３４に送信するように動作可能である。制御電圧は、直流（ＤＣ）電圧であり得る。巻線コントローラ１３０は、モータコントローラ１０４内に存在し得る。
【０１６８】
３つのスイッチのみが図２に示されるが、モータコントローラ１０４は、固定子極毎のスイッチ又は複数のコイルを通電させるための複数のスイッチを有し得ることが理解されるであろう。隣接する極対は、共通スイッチを介して直列にワイヤ接続され得るが、このような場合、２つの運動する回転子の瞬間的高速性は、より遅い極と比較して若干大きい逆起電力（ＥＭＦ）、すなわち逆ＥＭＦを生成し、かつさらに大きい相対的動力を瞬間的に引き出し、これにより追加加速度と相対速度の分離とを提供し得る。より高い周波数励起は、動作中の低周波高調波リプルの影響を低減し得る。スイッチ１３４は、並列誘導負荷リアクトルを使用することにより、入れ子式構成の複数の回転子間の相対速度のバランスをとるために並列にワイヤ接続され得る。入れ子式回転子構成を有するいくつかの実施形態では、システム内の個々の回転子は、個々に駆動され得、いかなる高調波周波数も、所与の回転子への負荷を低減することにより、１つの回転子から別の回転子にバイパスされ得る。他のいくつかの実施形態では、回転子は、内側リングと外側リングとの間の力の局所的バランスをとるために対として入れ子にされ得る。
【０１６９】
図２Ａは、個々の電気巻線１３２の別の例示的電力スイッチ２００を示す。電力スイッチ２００は、Ｈ字状構成で中心に電気巻線１３２を備えた４つのスイッチング素子２０２ａ、２０２ｂ、２０２ｃ、２０２ｄを含むＨブリッジ回路を有し得る。スイッチング素子２０２ａ、２０２ｂ、２０２ｃ、２０２ｄは、バイポーラ又はＦＥＴトランジスタであり得る。各スイッチング素子２０２ａ、２０２ｂ、２０２ｃ、２０２ｄは、それぞれのダイオードＤ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４と結合され得る。ダイオードは、キャッチダイオードと呼ばれており、ショットキータイプのものであり得る。ブリッジの上端は、電源（例えば、電池Ｖｂａｔ）に接続され、下端は、接地される。スイッチング素子のゲートは、それぞれの制御電圧信号を各スイッチング素子に送信するように動作可能な巻線コントローラ１３０に結合され得る。制御電圧信号は、ＤＣ電圧信号又はＡＣ（交流）電圧信号であり得る。
【０１７０】
スイッチング素子は、コントローラ１３０によって個々に制御され得、独立にオン／オフされ得る。いくつかの場合、スイッチング素子２０２ａ、２０２ｄがオンされれば、固定子の左リードが電源に接続され、右のリードは、グラウンドに接続される。電流が固定子を貫流し始め、電気巻線１３２を順方向に通電させる。いくつかの場合、スイッチング素子２０２ｂ、２０２ｃがオンされれば、固定子の右のリードが電源に接続され、左のリードは、グラウンドに接続される。電流が固定子を貫流し始め、電気巻線１３２を逆方向に通電させる。すなわち、スイッチング素子を制御することにより、電気巻線１３２は、２方向の何れかに通電／活性化され得る。
【０１７１】
モータコントローラ１０４（例えば、巻線コントローラ１３０）は、図８Ａ〜８Ｃにおいてさらに詳細に説明されるように、固定子極と回転子極との間の空隙にわたる磁束を生成するために、それぞれの磁極通電デューティサイクルについてスイッチ１３４又は２００を順次動作させるように構成され得る。スイッチは、回転子を引っ張る局所的引力を生成するために固定子極を順次通電させるように制御され得る。このような順次通電（又は活性化）は、回転子１０８、出力軸１０７及び負荷１１０の回転を引き起こし得る。
【０１７２】
以下にさらに詳細に論述されるように、様々なタイプ及び構成の磁束障壁が回転子１０８及び／又は固定子１０６内に実装され得る。磁束障壁は、通常、動作中に空気より大きい反磁性特性を有する。
【０１７３】
いくつかの例では、磁束障壁は、アルミニウム、銅、黄銅、銀、亜鉛、金、熱分解グラファイト、ビスマス、グラフェン又はカーボンナノチューブなどの単一材料で作られる。いくつかの例では、銅−鉄、ニッケル−鉄、リード−鉄、黄銅−鉄、銀−鉄、亜鉛−鉄、金−鉄、ビスマス−鉄、アルミニウム−鉄、熱分解黒鉛−鉄、グラフェン−鉄、カーボンナノチューブ−鉄又はＡｌｉｎｃｏ（アルミニウム−ニッケル−コバルト）合金などの強磁性複合材料が磁束障壁として使用され得、多くの場合、回転子極を作る強磁性材料（例えば、鉄）より高い導電率を有する。いくつかの場合、磁束障壁（例えば、銅−鉄で作られた）は、強磁性材料より低い実効透磁率を有する。いくつかの場合、磁束障壁（例えば、ニッケル−鉄で作られた）は、強磁性材料より高い実効透磁率を有する。いくつかの例では、磁束障壁は、導電材料より高い透磁性である芯材の芯を中心とするループを形成する導電材料の遮蔽極として構築される。ループの導電材料のため、遮蔽極も、芯材（例えば、鉄であり得る）より高い実効導電率を有し得る。
【０１７４】
興味のある別の材料特性（ＥＭＦ遮蔽因子と呼ばれる）は、導電率と透磁率との商（例えば、ジーメンス／ヘンリー）である。２つの材料のＥＭＦ遮蔽因子は、これらの材料の等寸法試料の伝導の主面（例えば、磁気システムにおいて動作中に経験されるような面の配向）がヘルムホルツコイルの励起中に生成される磁場に対して垂直であるように、これらの等寸法試料を非伝導支持体上に配置し、次にこれらの試料を、これらの試料より大きい直径を有する２つの並列ヘルムホルツコイル間で動かすことによって同時に判断され得る。所与の励起波形（例えば、電圧、形状、周波数）に関して、ヘルムホルツコイルの電流は、ＥＭＦ遮蔽因子の増加が一定の励起中に電流の増加として観測されるように、コイル間の材料のＥＭＦ遮蔽因子に比例することになる。
【０１７５】
上に指摘したようにかつ以下にさらに詳細に論述されるように、磁束障壁は、反磁性であるように構成される。磁束障壁の透磁率は、磁束障壁を介して磁気周波数を調整することによって制御され得る。このようにして、モータは、様々な磁気周波数において著しく異なる磁気特性を有し得る。低周波数では、磁束障壁は、強磁性体における又はその近くの透磁率を有し得、中間動作周波数から高動作周波数では、磁束障壁の透磁率は、好適には、空気の透磁率未満であり、磁束障壁の特性は、反磁性である。
【０１７６】
図９Ａ〜９Ｃにおいてさらに詳細に示されるように、反磁性材料又は構造を回転子及び／又は固定子内に実装することでモータの動作中の集中磁束を改善する手段を提示し得る。具体的には、固定子極と回転子極とが完全に非アライメント状態で配置されると、著しい内部電磁反射（磁束障壁の反磁性特性に起因する）は、磁束障壁を介した磁気伝達を著しく抑制する。磁束遮蔽部は、いくつかの従来のモータと同様に、磁束障壁が、隣接する極間の空気スロットで置換される場合に著しく大きくなり得る。この反磁性体遮蔽部は、電磁極の磁気抵抗が回転子を引っ張る一方、磁束障壁に回転子を効果的に押させる。この効果は、１サイクル当たりでより多くのエネルギーがモータシステムから生成されることを可能にする。
【０１７７】
反磁性磁束障壁を動作周波数下で動作させるために、図３に示すように、各能動極の極通電（磁極通電）デューティサイクル中、モータコントローラ１０４は、極の巻線を通る電流をあるパルス周波数においてパルス化するように構成される。各極を低速において順に一回パルス化する誘導モータと異なり、モータコントローラ１０４は、単一極の電流を低速で複数回パルス駆動する。後続極をパルス駆動する前の同じ極へのこのような複数のパルスが一の通電デューティサイクルを構成する。いくつかの例では、モータコントローラは、少なくとも３つのパルスの系列を含む極の通電デューティサイクル中に能動極の巻線を通る電流をパルス化する。この系列中、隣接する能動極の巻線は、通電されない。各極の電気巻線を含む電気回路は、電流パルス化中の通電された極の巻線を通る最大電流と最小電流との比が少なくとも４：１、いくつかの場合には少なくとも７：１又はいくつかの場合にはさらに１０：１であるように構成される。パルス間の巻線を通る最小電流は、ゼロ程度に低いことがあり得る。
【０１７８】
パルス電流は、反磁性磁束障壁内に渦電流を誘起する交番磁気強度（例えば、磁場）を引き起こす。所与の磁束障壁材料に関して、パルス周波数が高いほど、渦電流が大きくなる。誘起される渦電流は、印加された交番磁界と対向する二次磁場を生成し、これにより反発力を生成する。図９Ａ〜９Ｃ及び図１０においてより詳細に示すように、反発力は、磁束を回転子と固定子との間の相対運動の方向に沿ってほぼ接線方向に集中及び方向転換し得、したがって仕事をするために利用可能な力を増加させる。また、様々な材料又は設計を有する磁束障壁は、様々な反磁性特性を有し得る。磁束障壁の反磁性特性が高いほど、所与の磁気（パルス）周波数において誘起される渦電流が大きくなる。したがって、生成される水平力は、図２０を参照して以下にさらに詳細に論述されるように、磁気周波数及び磁束障壁の構造に応じたものである。
【０１７９】
反磁性磁束障壁の磁気周波数（及び生成される水平力）は、各能動極の通電デューティサイクル中の極の巻線を通る電流のパルス周波数によって判断される。パルス周波数は、例えば、いくつかの場合には２Ｈｚ〜１ＭＨｚ、いくつかの場合には１０Ｈｚ〜２０ｋＨｚ、いくつかの場合には１００Ｈｚ〜５ｋＨｚである。いくつかの場合、モータコントローラは、モータ速度変更中、パルス周波数を、少なくとも、能動極毎の通電デューティサイクル周波数がパルス周波数の少なくとも２分の１であるモータ速度まで維持するように構成される。いくつかの場合、モータコントローラは、１通電デューティサイクル当たり１パルスに対応するモータ速度未満においてのみ電流をパルス化するように構成される。いくつかの実装では、電気巻線の少なくとも１つは、並列に導電接続され、かつ共通芯の周囲に巻かれる複数のコイルを含む。このような電気巻線は、パルス間の電流のより速い減衰を可能にする低リアクタンスを有し得る。
【０１８０】
例示的モータ
図４は、固定子４１０及び回転子４２０を含む例示的モータ４００を示す。モータ４００、固定子４１０及び回転子４２０は、それぞれ図１の電動機１０２、固定子１０６及び回転子１０８であり得る。モータ４００は、切り替え磁気抵抗モータ（ＳＲＭ）などの半径方向間隙モータであり、回転子４２０は、固定子４１０内に配置される。図５は、図４の一部分の拡大図である。
【０１８１】
固定子４１０は、固定子芯４１４と、固定子芯４１４を囲む関連付けられた電気巻線４１６とをそれぞれ含む一連の円周方向に離間された固定子極４１２を特徴とする。固定子４１０は、例えば、固定子背面プレート４０２（例えば、ヨーク又は背面鉄心）から突出し、これにより固定子スロット４１８及び固定子芯４１４を生成し得る複数の固定子突起を有し得る。隣接する固定子極４１２間にスロット４１８が存在する。固定子芯４１４は、１つの連続材のものであり得るか、又はモータ内で組み立てられる個別部品の組み合わせのものであり得る。連続材は、固定子アセンブリ内に許容されるゼロ空気とのより大きい寸法整合性を提供する一方、固定子筐体によって機械的アラインメント状態で維持された一連の離散的固定子極は、効率的製造及び組み立てを可能にし得る。固定子突起の端子端は、固定子突起及び背面鉄心又はヨークに対して分散的、直線的又は下位である。この例では、固定子突起は、図５に示すように、直線的であり、かつヨークから、固定子４１０と回転子４２０との間に画定された空隙４３０におけるそれらの遠端まで一定の断面の固定子突起である。
【０１８２】
固定子極４１２は、電力電子部品と固定子芯４１４との間の電磁伝達を可能にし、極巻線間に電気的絶縁を有する。電気巻線４１６は、絶縁又はエナメルマグネットワイヤなどのワイヤの導電性コイル又は絶縁された銅帯などの複数の溶接された導電帯を含み得る。電気巻線４１６は、リッツワイヤなどの編組みワイヤの巻線を含み得る。リッツワイヤは、高周波数動作に使用され得、矩形又は平坦ワイヤなどの他の構成は、巻線密度を増加させ、かつ表皮効果を増加させるために使用され得る。各電気巻線４１６は、並列に導電接続され、かつ共通固定子芯４１４の周囲に巻かれる複数のコイルを含み得る。
【０１８３】
回転子４２０は、その間のスロット４２３を画定する一連の円周方向に離間された回転子極４２２も有する。回転子４２０は、運動方向に固定子４１０の表面４０１に対して可動な表面４０２を有する。スロット４２３は、運動方向に対してゼロでない角度（例えば、９０度）で延びる。回転子４２０の表面４０２は、固定子極４１２と回転子極４２２との間の空隙４３０を画定するために固定子４１０の表面４０１から離間される。空隙４３０は、空気以外の別の流体で充填され得ることに注意すべきである。
【０１８４】
空隙４３０は、動作中、一貫して維持され得る。以下に説明されるモータでは、固定子極４１２及び回転子極４２２は、固定子極４１２に対する回転子極４２２の接触から生じる破局的損傷を防止するためにゼロでない空隙を維持すべきである。図５に示すように、空隙４３０は、運動方向に対して垂直な深さＤｇを有する。深さＤｇは、０．０５〜２．０ミリメートルの範囲であり得る（例えば、２５０キロワット（ｋＷ）未満の出力を有するモータに関して）。回転子極４２２は、運動方向に沿った幅Ｗ１を有し得、回転子スロット４２３は、運動方向に沿った幅Ｗ２及び運動方向に対して垂直な深さＤｓを有し得る。以下にさらに詳細に論述されるように、空隙４３０の寸法は、生成される水平力に影響を与え得る。いくつかの例では、スロット４２３は、空隙４３０の深さ（Ｄｇ）の５０〜５００倍の好ましい深さＤｓと、空隙４３０の深さＤｇの２５〜１００倍の表面４０２における好ましい幅Ｗ２とを有する。以下にさらに詳細に論述されるように、固定子４１０と回転子４２０との間の磁束流を変え得、かつモータ４００の性能を変更し得る磁束障壁が回転子極４２２間のスロット４２３内及び／又は固定子極４１２間のスロット４１８内に配置され得る。この例では、磁束障壁がスロットを充填する。空隙４３０及びスロット４２３の寸法は、モータ４００の性能に影響を与え得る。
【０１８５】
図６は、強磁性材料の積層６０１のスタックで作られた例示的固定子芯６００の斜視図である。回転子芯６００は、図４の回転子４２０のために使用され得る。積層６０１は、強磁性材料より低い導電性である界面６０３により、少なくとも回転子６００の表面において互いに分離される。したがって、界面は、積層の強磁性材料と比較して電流抑制的である。いくつかの場合、界面６０３は、強磁性材料の酸化面からなる。例えば、強磁性材料は、鉄（Ｆｅ）であり得、界面は、酸化鉄（ＦｅＯＸ）で作られ得る。いくつかの場合、界面６０３は、強磁性層６０１と交互配置される絶縁体材料のシートを含む。例えば、絶縁体材料のシートは、樹脂膜のシートを含み得る。
【０１８６】
積層６０１は、出力軸（例えば、図１の出力軸１０７）が挿入され得、かつ回転子芯６００と共に可動であり得る軸方向穴６０５を有する回転子本体６０６を画定する。積層６０１は、回転子本体６０６から半径方向に突出し、かつ軸方向穴６０５に対して平行に軸方向に延びる一連の離間回転子極６０２も画定する。突出回転子極６０２は、軸方向穴６０５に対して平行な軸方向に延びるスロット６０４を画定する。
【０１８７】
例示的磁束障壁
以下では、ＳＲＭ、軸方向間隙モータ及びリニアモータを含む電動機の磁束障壁の様々な設計／構成が提示され、論述される。
【０１８８】
導電帯を有する例示的磁束障壁
図７は、磁束障壁が、隣接する回転子極間のスロットを充填する例示的回転子７００を示す。回転子７００は、図６の回転子芯６００を含み得、回転子極７０２は、図６の回転子極６０２であり得る。回転子極７０２は、強磁性材料より低い導電性である界面によって互いに分離された強磁性材料の層のスタックのものであり得る。
【０１８９】
隣接する回転子極７０２は、スロット（例えば、図６のスロット６０４）を画定する。回転子７００は、隣接する回転子極７０２間かつ隣接する回転子極７０２のスロット内に磁束障壁７０４を含む。磁束障壁７０４は、強磁性材料より高い導電率をそれぞれ有する。磁束障壁７０４は、回転子７００の強磁性材料の外で互いに電気的に絶縁されるが、回転子材料を介して互いに電気的に接続され得る。
【０１９０】
図７に示すように、磁束障壁７０４は、回転子７００の軸方向に沿って（例えば、図６の軸方向穴６０５に対して平行に）延び、かつ層のスタックの複数の界面と交差する導電帯の形式であり得る。いくつかの例では、導電帯は、アルミニウム、銅、黄銅、銀、亜鉛、金、熱分解グラファイト、ビスマス、グラフェン又はカーボンナノチューブなどの単一材料で形成される。いくつかの例では、導電帯は、導電帯（例えば、銅−鉄）が回転子芯の強磁性材料より高い導電率を有し得るように、銅−鉄、ニッケル−鉄、リード−鉄、黄銅−鉄、銀−鉄、亜鉛−鉄、金−鉄、ビスマス−鉄、アルミニウム−鉄、熱分解黒鉛−鉄、グラフェン−鉄、カーボンナノチューブ−鉄又はＡｌｉｎｃｏ（アルミニウム−ニッケル−コバルト）合金などの複合材料を含む。いくつかの場合、導電帯は、銅、アルミニウム、黄銅、銀、亜鉛、金、熱分解グラファイト、ビスマス、グラフェン及びカーボンナノチューブからなる群から選択される元素を質量分率で少なくとも１％、いくつかの場合には５％、いくつかの場合には１５％含む。いくつかの場合、導電帯は、鉄、ニッケル及びコバルトからなる群から選択される元素又は元素の組み合わせを質量分率で少なくとも２０％、いくつかの場合には４０％、いくつかの場合には６０％含む。回転子７００は、回転子極７０２間のスロットが磁束障壁で充填されるようにスロット内に磁束障壁７０４の１つ又は複数の材料を直接鋳込むことによって作製され得る。
【０１９１】
回転子極７０２間のスロット内の磁束障壁７０４を有する回転子７００は、モータ（例えば、図４のモータ４００）内の図４の回転子４２０として使用され得る。回転子７００は、固定子（例えば、図４の固定子４１０）と共に、固定子極と回転子極との間の公称間隙（例えば、図６の間隙６３０）を画定する。導電帯は、公称間隙に面する露出面を有する。多くの場合、導電帯の露出面は、回転子極の表面と共に円筒面を形成する。
【０１９２】
磁束障壁の影響
図８Ａ〜Ｃ及び図９Ａ〜Ｃは、固定子極と回転子極との間かつ公称間隙を通る磁束に対する磁束障壁の影響を示す。図８Ａ〜Ｃは、完全非アライメント位置（図８Ａ）、１／２アライメント位置（図８Ｂ）及び完全アライメント位置（図８Ｃ）における回転子極間に磁束障壁がない（例えば、空気がスロットを充填する）磁束を示す。
【０１９３】
固定子極８０２（例えば、図４の固定子極４１２）が通電されると、磁場が生成され、磁束が固定子極８０２と回転子極８０４（例えば、図４の回転子極４２２又は図６の回転子極６０２）との間に流れる。回転子極８０４は、回転子極８０４と固定子極８０２との間に画定される公称間隙８０５に対して平行な運動方向に固定子極８０２に対して可動である。
【０１９４】
完全非アライメント位置では、図８Ａに示すように、磁束８１０は、運動方向に対してある角度で流れる。磁束８１０の一部は、固定子極８０２に隣接し、かつ空気で充填されたスロット８０３を介して回転子極８０４に流れ、磁束８１０の一部は、回転子極８０４に隣接し、かつ空気で充填されたスロット８０６を介して回転子極８０４に流れる。１／２アライメント位置では、図８Ｂに示すように、磁束８２０は、公称間隙８０５を貫流する部分を多く有し、固定子スロット８０３及び回転子スロット８０６を貫流する部分が少ない。磁束８２０と運動方向との角度は、より大きくなる。アライメント位置では、図８Ｃに示すように、磁束８３０は、公称間隙８０５を介してほぼ半径方向に回転子極８０４に流れる。磁束８３０と運動方向との角度は、ほぼ９０度になる。
【０１９５】
図９Ａ〜Ｃは、同じ３つの相対的回転子−固定子位置であるが、磁束障壁は、隣接する回転子極９０４間のスロットを充填し、回転子極は、完全非アライメント位置（図９Ａ）、１／２アライメント位置（図９Ｂ）及び完全アライメント位置（図９Ｃ）にある。固定子極９０２が通電されると、磁場が生成され、磁束は、固定子極９０２から回転子極９０４に流れ、回転子極９０４及び固定子極９０２は、公称間隙９０５を画定する。
【０１９６】
非アライメント位置では、図９Ａに示すように、磁束９１０は、運動方向に対してある角度で流れる。磁束９１０の一部は、固定子極９０２に隣接するスロット９０３を介して回転子極９０４に流れ、磁束９１０の一部は、回転子極９０４に隣接するスロット内に充填された磁束障壁９０６を介して回転子極９０４に流れる。しかし、図８Ａの磁束８１０と比較して、磁束障壁９０６を介した磁束の一部は、磁束８１０が集中され、かつ運動方向に沿ってより接線方向に方向転換されるように、より公称間隙９０５に沿って延びるために大きく抑制及び偏向される。同様に、１／２アライメント位置では、図９Ｂに示すように、磁束９２０は、図８Ｂの磁束８２０と比較してより集中され、特に、磁束障壁９０６を介した磁束の一部は、大きく抑制及び反発される。アライメント位置では、図９Ｃに示すように、磁束９３０は、磁束８３０と同様であり、公称間隙９０５を実質的に通して回転子極９０４に流れる。
【０１９７】
動作磁気周波数下において、磁束障壁は、磁束を遠ざけ、これにより回転子極に対する反発力を生成するために反磁性特性を呈示する。固定子と回転子極とが非アライメント状態で配置されると、磁束障壁における著しい内部電磁反射が極間の磁束の正味方向を変える。磁束障壁によって充填されたスロットにおける遮蔽反磁性体は、回転子を所望の運動方向に効果的に押す一方、固定子極と回転子極との間の磁気引力は、回転子を同じ方向に引っ張る。このようにして、このような反磁性障壁を使用することにより、磁力線のベクトルは、半径方向力がほぼ運動方向に沿って方向付けられるようにモータの動作中に修正され得る。これは、固定子に対して回転子を推進する役割を果たす磁気誘導力の割合を増加させる。この効果は、電気駆動システム（例えば、図１の電気駆動システム１００）からの所与の入力エネルギーから、１サイクル当たりでより多くの有用な運動エネルギーを生成する。例えば、回転子極が固定子極に対する完全非アライメント位置から完全アライメント位置まで走行すると、磁束障壁を有するスロットの随伴エネルギーの差は、空気などの磁束障壁のないスロットの随伴エネルギーの差よりはるかに大きく、これもフリンジング磁場を良好に回避し得る。換言すれば、実効突極比が増加されている。
【０１９８】
図１０は、隣接する極間に磁束障壁を有する及び有しない正味磁気誘導力を示す。固定子１０１０の固定子極１０１２（例えば、図４の固定子極４１２）が通電されると、磁場が生成され、磁束が固定子極１０１２から回転子１０２０の回転子極１０２２（例えば、図４の回転子極４２２又は図６の回転子極６０２）に流れる。回転子１０２０は、固定子１０１０に対して運動方向に可動であり、固定子１０１０と共に公称間隙１０１５を画定する。
【０１９９】
隣接する回転子極１０２２間のスロット１０２４内に空気のみが存在すると、固定子極１０１２と回転子極１０２２との間の引力は、運動方向に対して角度θ０の正味瞬間的引力Ｆ０を引き起こす。隣接する回転子極１０２２間のスロット１０２４内に及び／又は隣接する固定子極１０１２間のスロット１０１４内に磁束障壁９０６が存在すると、固定子極１０１２と回転子極１０２２との間の引力は、運動方向に対して角度θ１の正味引力Ｆ１を引き起こす。図９Ａ及び図９Ｂにおいて上に論述したように、磁束障壁は、磁束を遠ざけて、固定子極に対する反発力を効果的に生成するために反磁性特性を呈示し得る。この結果、正味引力Ｆ１は、運動方向に沿ってより大きい成分を有するように方向転換される。すなわち、Ｆ１ｃｏｓθ１＞Ｆ０ｃｏｓθ２であり、ここで、Ｆ１は、Ｆ０とほぼ同一であり得る。回転子極１０２２が完全非アライメント位置にある場合、図９Ａに示すように、角度は、最小であり、水平力は、最大である。回転子極１０２２が１／２アライメント位置にある場合、図９Ｂに示すように、磁気抵抗に最大変化があり、最大トルクが取得され得る。
【０２００】
帯の上に導電層を有する例示的磁束障壁
図１１は、隣接する回転子極１１０２間のスロット内に磁束障壁１１０４を有する別の回転子１１００の斜視図である。図７の回転子７００と同様に、回転子極１１０２は、強磁性材料より低い導電性である界面によって互いに分離された強磁性材料の層のスタックで作られる。界面は、電流抑制的であり得る。磁束障壁１１０４は、それぞれ複数の界面と交差する導電帯１１０８を含み、強磁性材料の外で互いに電気的に絶縁される。図７の回転子７００の磁束障壁７０４と異なり、回転子１１００の磁束障壁１１０４は、帯１１０８を覆う導電層１１０６を追加的に含む。導電層１１０６は、導電帯１１０８と異なる材料で作られており、導電帯１１０８より高い導電率を有し得る。いくつかの例では、帯１１０８は、鉄、ニッケル又はコバルトで作られ、導電層１１０６は、銅、アルミニウム、黄銅、銀、亜鉛、金、熱分解黒鉛、ビスマス、グラフェン又はカーボンナノチューブで作られる。回転子１１００は、導電帯１１０８の材料を回転子極１１０２のスロット内に鋳込み、かつめっき又はスパッタリングなどにより、導電層１１０６を導電帯１１０８の上に蒸着することによって作製され得る。
【０２０１】
回転子１１００の外面及び固定子１１２０の外面は、図１２に示すように公称間隙１１３０を画定する。回転子１１００は、固定子１１２０に対して運動方向に可動である。導電層１１０６は、回転子１１００の外面を少なくとも部分的に形成する。動作中、固定子１１２０の固定子極１１２２が、例えば、図３に示すようなデューティサイクルのパルス電流によって通電されると、交番磁界が生成され、対応する磁束１２０２が固定子極１１２２から公称間隙１１３０を通して回転子極１１０２に流れる。パルス磁場は、渦電流１２０４を磁束障壁１１０４の導電層１１０６内に誘起する。渦電流１２０４は、上に論述したように、印加される交番磁界と対向する二次磁場を生成し得、これにより磁束１２０２の正味方向を変えるために反発力を生成する。
【０２０２】
導電層１１０６は、運動方向に一定の幅Ｗと、運動方向（又は公称間隙１１３０）に対して垂直な方向に沿った回転子１１００の外面からの一定の厚さＴとを有し、層のスタックの複数の界面と交差する。層１１０６の幅Ｗは、好適には、層１１０６の厚さＴの２倍より大きく、いくつかの場合には５倍より大きく、及びいくつかの場合には１０倍より大きい。導電帯１１０８は、層１１０６より大きい厚さのものであり得る。
【０２０３】
いくつかの例では、層１１０６の厚さＴは、渦電流１２０４が外面と表皮深さとの間の層１１０６の表皮において主として流れ、隣接する回転子極１１０２方向に運動方向に沿って層１１０６内で長距離にわたって伝播するように、特定の動作周波数における層１１０６の材料の電流表皮深さより大きい。このようにして、磁束１２０２は、層１１０６内でより集中され得、かつ運動方向に沿ってより大きい水平力を引き起こすためにより接線方向に方向転換され得る。
【０２０４】
交互層の対を有する例示的磁束障壁
図１３は、隣接する回転子極１３０２間のスロット内に磁束障壁１３０４を有する別の回転子１３００の斜視図である。図１１の回転子１１００と同様に、回転子極１３０２は、強磁性材料より低い導電性である界面によって互いに分離された強磁性材料の層のスタックで作られ得る。磁束障壁１３０４は、回転子１３００の強磁性材料の外で互いに電気的に絶縁される。図１１の回転子１１００の磁束障壁１１０４と異なり、回転子１３００の各磁束障壁１３０４は、隣接する回転子極１３０２間のスロット内に配置された複数対の交互層１３０６、１３０８で作られる。離散的層１３０６、１３０８は、公称間隙に対して平行に延び、様々な材料の中間層界面を形成する。特定の例では、層１３０６は、銅で作られ、層１３０８は、ニッケルで作られる。層１３０６は、層１３０８より高い導電性であり得、層１３０８は、層１３０６より高い透磁性であり得る。回転子１３００は、層１３０６、１３０８を回転子極１３０２間のスロット内に交互に蒸着することによって作製され得る。
【０２０５】
図１３Ａに示すように、各層１３０６は、公称間隙に対して垂直な方向に一定の厚さＴ１を有し、各層１３０８は、公称間隙に対して垂直な方向に一定の厚さＴ２を有する。いくつかの例では、層１３０６の厚さＴ１は、特定の動作周波数において層１３０６の材料の電流表皮深さより小さいように構成され、層１３０８の厚さＴ２は、特定の動作周波数において層１３０８の材料の電流表皮深さより小さいように構成される。このようにして、図１３Ａに示すように、固定子から回転子１３００に流れる磁束１３１０は、複数の層１３０６、１３０８を通して伝播し得、渦電流１３１２と、したがって二次磁場とを複数の層１３０６、１３０８内に生成させる。
【０２０６】
遮蔽極を有する例示的磁束障壁
図１４は、隣接する回転子極１４０２間のスロット内に磁束障壁１４０４を有する別の回転子１４００の斜視図である。図１１の回転子１１００と同様に、回転子極１４０２は、強磁性材料より低い導電性である界面によって互いに分離された強磁性材料の層の積層スタックで作られる。界面は、電流抑制的であり得る。磁束障壁１４０４は、それぞれ強磁性材料の外で互いに電気的に絶縁される。帯の上に導電層を有する図１１の回転子１１００の磁束障壁１１０４と異なり、回転子１４００の磁束障壁１４０４は、隣接する回転子極１４０２間のスロット内の芯材の芯１４０８を囲む導電材料の層１４０６を有する。芯１４０８の芯材は、層１４０６の導電材料より高い透磁性であり得る。芯１４０８は、回転子極と同じ材料のものであり得る。
【０２０７】
層１４０６は、３つの層部分１４０６ａ、１４０６ｂ、１４０６ｃを含む。層部分１４０６ａは、隣接する回転子極１４０２間の極間表面領域を覆い、回転子１４００の外面の一部分を形成する。各芯１４０８は、それぞれの極間表面領域の下にある。極間表面領域は、回転子１４００の極表面領域の完全に磁気的に活性な広がりにわたり、運動方向に対して垂直な方向に連続的であり得る。層部分１４０６ｂ、１４０６ｃは、層のスタックの界面にわたりかつ隣接する回転子極１４０２と磁束障壁の芯１４０８との間で層部分１４０６ａから延びる。
【０２０８】
図１１の層１１０６と同様に、各層部分１４０６ａ、１４０６ｂ、１４０６ｃは、層部分１４０６ａを通る磁束が、隣接する回転子極１４０２に向かってより接線方向に方向転換され、層部分１４０６ｂ、１４０６ｃが極と芯１４０８との間の磁束を抑制又は遮蔽する役割を果たすように、層１４０６の導電材料の電流表皮深さより大きい厚さを有し得る。層部分１４０６ａは、運動方向に延びる一定の幅を有する。層部分１４０６ｂ、１４０６ｃは、回転子１４００の外面から全深さまで強磁性材料内に延びる。全深さは、例えば、約１〜５０ｍｍ、いくつかの場合には約２〜２５ｍｍ、いくつかの場合には約５〜１５ｍｍ及び層部分１４０６ａの幅の２〜２０００％、いくつかの場合には５〜５００％、いくつかの場合には１０〜２００％である。
【０２０９】
層１４０６の導電材料は、銅を含み得る。いくつかの実施形態では、芯１４０８の芯材及び回転子極１４０２の強磁性材料は、同一の材料特性を有する（例えば、鉄で作られる）。芯１４０８及び回転子極１４０２は、層の積層スタックの隣接部分であり得る。
【０２１０】
いくつかの場合、回転子１４００は、極１４０２と隣接する芯１４０８との間に間隙を有する芯１４０８を形成するために芯材を回転子（例えば、図６の回転子６００）の隣接する極間のスロット内に蒸着し、かつ次に層１４０６を形成するために導電材料を間隙及び芯１４０８の最上部内に蒸着することによって作製され得る。いくつかの場合、整形された強磁性材料の層は、導電材料を受け入れるスロットを形成するようにアラインメントされて積層され、次に、導電材料は、導電層１４０６を形成するために間隙内かつ上面領域の上に鋳込まれるか又はそうでなければ蒸着される。
【０２１１】
磁束障壁１４０４は、遮蔽極と考えられ得る。各遮蔽極は、回転子極と同じ寸法を有し得る。低周波数又はＤＣ静的条件では、回転子極と遮蔽極との区別は、ほとんどないが、中周波数及び高周波数動作下では、遮蔽極の磁気抵抗は、空気の磁気抵抗を超え、より高いトルク密度を生じる。したがって、隣接する回転子極間に遮蔽極を形成することにより、磁気抵抗極（固定子極及び回転子極）の動作中の磁力線のベクトルは、磁場がほぼ接線方向であるように独自に修正され得る。これは、モータが接線力より一桁大きい可能性がある半径方向力（又は法線力又は半径方向圧力）を接線力として利用することを可能にする。遮蔽極はまた、モータの磁束フリンジング特性をさらに低減するために隣接する固定子極組まで拡張され得る。
【０２１２】
図１５は、隣接する回転子極１５０２間の磁束障壁１５０４としての遮蔽極の別の例を有する別の回転子１５００の斜視図である。各磁束障壁１５０４は、隣接する極１５０２間の透磁性芯１５０８を中心とする導電性ループ１５０６で作られる。ループ１５０６は、同様の透磁率の材料であるが、あまり導電性でない材料によって分離された導電材料の薄層（例えば、酸化銅、エナメル、アルミニウム又は酸化アルミニウムによって分離された銅の層）のスタックであり得る。図１４の回転子１４００と同様に、回転子極１５０２は、強磁性材料より低い導電性である界面によって互いに分離された強磁性材料の層の積層スタックで作られ得る。磁束障壁１５０４は、回転子極１５０２の極表面領域間の極間表面領域を形成しており、したがって表面遮蔽極と考えられ得る。極間表面領域及び極表面領域は、回転子１５００の外面（又は端面）を画定する。各芯１５０８は、それぞれのループ１５０６によって囲まれた外面の一部を形成する。各ループ１５０６は、図１５Ａに示すように回転子１５００の円筒状外面の一部を形成する。
【０２１３】
ループ１５０６は、導電性低エネルギー生成物で作られ得る。例えば、ループ１５０６は、銅で作られ得る。芯１５０８の材料は、ループ１５０６の材料より高い透磁性である。芯材は、強磁性体（例えば、鉄）であり得る。芯１５０８の芯材と回転子極１５０２の強磁性材料とは、層のスタックの隣接部などのように同一であり得る。いくつかの実施形態では、回転子１５００は、ループ１５０６の形状及び位置に従って層のスタックの強磁性材料の領域をエッチングすることにより、かつ次にループ１５０６を形成するために導電材料をエッチングされた領域内に蒸着する／鋳込むことにより形成される。代替的に、磁束障壁は、芯１５０８自体内に配置された導電性低エネルギー生成物で形成され得る。
【０２１４】
磁束障壁１５０４の導電性ループ１５０６は、重ならず、かつ強磁性材料の外で互いに電気的に絶縁される。磁束障壁１５０４は、強磁性材料を通してのみ互いに接続される。磁束障壁１５０４は、芯１５０８の芯材を中心とする少なくとも１つの導電経路（例えば、ループ１５０６）を画定する。「重ならない」は、１つの磁束障壁の導電材料内に画定されるいかなる導電経路も、別の磁束障壁１５０４の導電材料内に画定されるいかなる導電経路の部分も囲まないように、隣接する磁束障壁１５０４が配置されることを意味する。
【０２１５】
図１５に示すように、磁束障壁１５０４のループ１５０６は、導電材料（例えば、銅）で作られた閉回路を形成し得る。いくつかの実施形態では、磁束障壁は、導電材料の開ループによって遮蔽極として形成され得る。例えば、図１６は、隣接する回転子極１６０２間に磁束障壁１６０４を有する別の回転子１６００の概略図である。磁束障壁１６０４は、磁束障壁１６０４が、図１６に示すように破断部１６０８（例えば、空隙）を有する開ループ１６０６を有することを除いて、図１５の磁束障壁１５０４と同様である。
【０２１６】
開ループ１６０６も導電材料（例えば、銅）で作られ得る。開ループ１６０６は、開ループ１６０６に沿って離散的位置に形成され得るキャパシタンスを画定する。例えば、開ループ１６０６の２つの対向する端面が空隙１６０８を形成し、キャパシタを形成する。開ループ１６０６は、回転子１６００の回転子極１６０２の透磁性材料（例えば、鉄）の伝搬可能範囲内の共振周波数を有するように構成され得る。いくつかの実施形態では、回転子１６００は、開ループ１６０６の形状及び位置に従って透磁性材料の領域をエッチングすることにより、かつループ１６０６を取得するために導電材料をエッチングされた領域内に蒸着する／鋳込むことにより形成される。間隙１６０８は、導電材料の蒸着中に形成され得、各間隙を形成するために細長い材料を剥離又はそうでなければ除去することによって生成され得る。各キャパシタンス間隙１６０８は、好適には、スタックの少なくとも１つの層界面にわたる。
【０２１７】
表面層を有する例示的磁束障壁
図１７は、隣接する回転子極１７０２間に磁束障壁１７０４を有する別の回転子１７００の斜視図である。各磁束障壁１７０４は、隣接する極１７０２間の極間表面領域を形成する導電層１７０６を含む。図１５の回転子１５００と同様に、回転子極１７０２は、強磁性材料より低い導電性である界面によって互いに分離された強磁性材料の層の積層スタックで作られ得る。しかし、導電性ループ１５０６を有する図１５の磁束障壁１５０４と異なり、導電層１７０６は、極間表面領域を完全に覆い、回転子１７００の外面の一部を形成する。導電層１７０６は、スタックの磁気的に活性なプレートのほぼすべてと交差し、かつ好適にはスタックのプレートのそれぞれと直接接触する。
【０２１８】
導電層１７０６は、例えば、極間領域を形成するために層のスタックの強磁性材料をエッチングし、かつ導電材料を極間領域内に鋳込むことにより、外面下に形成され得る。
【０２１９】
図１８は、隣接する回転子極１８０２間に磁束障壁１８０４を有する別の回転子１８００の斜視図である。回転子１７００の外面下に形成される導電層を有する図１７の磁束障壁１７０４と異なり、各磁束障壁１８０４は、回転子１８００の円筒状外面上に形成された導電層１８０６を含む。
【０２２０】
図１９に示すように、導電層１８０６は、固定子１９００と回転子１８００の極１８０２とによって画定される公称間隙１９１０に向かって外面から延びる厚さを有する。固定子１９００は、関連付けられた電気巻線１９０４を有する複数の固定子極１９０２を画定する外面を有する。導電層１８０６は、回転子１８００の円筒状外面の上に形成されるため、公称間隙１９１０内にあり、回転子と固定子との間のクリアランスを層１８０６の付近よりも層１８０６においてより低くする。
【０２２１】
磁束障壁材料／構成の力への影響
図２０は、一定の範囲の周波数下で様々な磁束障壁（例えば、様々な材料／構成）を有するモータによって生成される力を示す。ここで、力は、回転子が固定子に対して可動である運動方向に対して平行な有効力を指す。周波数は、固定子の固定子極を通電させる電流のパルス周波数によって制御され得る磁束障壁内に誘起される渦電流の磁気周波数を指す。
【０２２２】
曲線２００２は、隣接する回転子極間のスロットを充填する受動材料としての空気を表し、有効力は、低周波数にわたって一定のままであり、かつ最終的に高周波数において（例えば、点２００１における芯限界を超えると）急速に減衰する。曲線２００４は、低周波数においてほぼ空気として挙動するが、交差周波数（交差点２００５における）を超えると、増加する動的非強磁性磁束障壁としての単一充填材料（例えば、銅）を表す。曲線２００６は、動的強磁性磁束障壁としての遮蔽極（例えば、ループ極）を表し、ここで、より低い周波数において（例えば、交差周波数未満において）、有効力は、空気によるものより低い一方、有効力は、周波数と共に（例えば、交差周波数を超えると）、曲線２００４によって表されるストレート非強磁性材料（例えば、銅）充填材によるものより速く劇的に増加する。曲線２００６に沿って、点２００３は、導電性スロットの磁気抵抗下側力限界を示し、点２００５は、交差周波数を示し、及び点２００７は、空隙制限ピーク力を示す。
【０２２３】
低速度における力の低下を回避するために、モータは、例えば、各極巻線を通る電流を低回転／分（ＲＰＭ）でパルス化し、それによって出力力を増加させることにより、高い磁気周波数で動作され得る。遮蔽極の力が低周波数において空気より低い理由は、相対的磁気抵抗非対称性をもたらす交互強磁性磁束通路が存在することに大きく起因し得る。高周波数では、モータは、交差周波数において発生する相対的誘導遮蔽によって支配される。これは、遮蔽極の突極比が空気の突極比に等しい（実効的に、遮蔽極の表皮深さは、空気の表皮深さによく類似している）点２００５である。周波数が増加すると、遮蔽極の突極比は、増加し続ける。
【０２２４】
曲線２０１２は、ストレート充填材料磁束障壁としての非強磁性超伝導体を表し、ここで、比較的低い周波数においてすら空気より大きい力利得が誘起される。いくつかの場合、磁束障壁は、例えば、材料比（例えば、芯の透磁性材料に対するループの導電材料の比）、材料自体、材料の層状化（例えば、単一材料又は材料の組み合わせ）、磁気界面に対する材料層の配向又は幾何学形状（例えば、空隙に対する深さ、幅及び相対的近接性）を調整することにより、曲線２００６及び／又は交差点２００５が可能な限り左側の遠くまで移動され得るように構成され得る。例えば、曲線２００６の遮蔽極が１０：９０比の銅と回転子鉄心とで作られたとしても、曲線２００６は、６６：３３比の銅と回転子鉄心とで作られる遮蔽極を有する曲線２００８となり得る。
【０２２５】
加えて、磁束障壁の構造もモータの性能に影響を与え得る。磁束障壁が交互導電層及び透磁性層（例えば、銅及びニッケル）の対で作られる場合（例えば、図１３の磁束障壁１３０４）、生成される力と周波数との関係は、超伝導体の曲線２０１２により近い曲線２０１０によって表され得る。
【０２２６】
回転子の内部の例示的磁束障壁
図２１〜２３は、強磁性回転子材料の表面の下に導電性素子を有する磁束障壁２１０４を有する別の回転子２１００を示す。図２２に示すように、回転子本体２１０２は、強磁性材料の積層のスタックで作られる。これらの積層は、強磁性材料より低い導電性である界面によって少なくとも回転子の表面において互いに分離される。界面は、電流抑制的であり得る。スタックは、その長さに沿って延び、界面と交差する穴２１０７を画定する。
【０２２７】
図２３に示すように、各磁束障壁は、スタックの各界面と交差するためにスタックの各層を貫通し、かつ回転子内に少なくとも１つの導電性ループを形成するために導電プレート２１０８によってスタックの両端において互いに電気的に接続される少なくとも２つの導電帯２１１０（４つが示される）を有する導電構造を含む。各導電帯は、回転子プレートのスタック内の対応する縦穴２１０７内に挿入されるか又は鋳込まれており、かつ次にプレート２１０８に溶接又は半田付けされ得る。図２１に戻って参照すると、各導電構造は、導電帯間のかつそれを直接囲む強磁性プレートの部分と共に、２つの隣接する回転子極２１０６間の磁束障壁２１０４を形成する。
【０２２８】
図２４〜図２６Ａは、回転子の強磁性材料の内部に導電素子を有する磁束障壁２４１０を有する別の回転子２４００を示す。図６の回転子６００と同様に、回転子本体２４０２は、強磁性材料の積層のスタックで作られ得る。これらの積層は、強磁性材料より低い導電性である界面によって少なくとも回転子の表面において互いに分離される。界面は、電流抑制的であり得る。回転子２４００は、回転子本体２４０２の中心の穴２４０１を画定する。穴２４０１は、図６の穴６０５と同様であり得、出力軸（例えば、図１の出力軸１０７）が挿入され得、回転子２４００と共に可動であり得る。
【０２２９】
図２５に示すように、回転子本体２４０２は、回転子本体の半径方向最外部を形成する一連の離間された回転子極２４０４を画定し、隣接する極２４０４は、その間のスロット２４０６を画定する。回転子本体２４０２は、その長さに沿って平行に延びる穴２４０８も画定する。
【０２３０】
隣接する回転子極２４０２間のスロット２４０６を充填する代わりに、磁束障壁２４１０のそれぞれは、回転子表面の下の回転子本体２４０２の磁気的に活性な広がりにわたる少なくとも１つのループを形成する導電性素子を含む。図２６に示すように、各磁束障壁２４１０の導電構造は、それぞれ回転子本体２４０２の強磁性材料の外で互いに絶縁された導電材料の複数のループ２４１２、２４１４、２４１６を含む。図２６Ａに示すように、各ループ（例えば、ループ２４１６）は、導電プレート２４２０によってスタックの両端において互いに電気的に接続された少なくとも２つの導電帯２４１８を含む。組み立てられると、導電帯のそれぞれは、図２５に示すように、回転子本体の対応する穴２４０８に沿って延びる。プレート２４２０は、隣接する回転子極２４０４の磁気的に活性な広がり上に両端を有する湾曲形状を有し得る。湾曲形状は、スロット２４０６の形状に基づき得る。図２４に戻って参照すると、磁束障壁２４１０のループ２４１２、２４１４、２４１６は、スロット２４０６に向かって直列に配置され得る。ある意味では、各磁束障壁の導電性ループ構造は、隣接する回転子極内に延びるか又は隣接する回転子極の隣接部分にわたる。
【０２３１】
磁束障壁２４１０は、強磁性材料の外で互いに電気的に絶縁される。隣接する磁束障壁２４１０は、好適には、１つの磁束障壁の導電材料内に画定されるいかなる導電経路も、別の磁束障壁の導電材料内に画定されるいかなる導電経路のいかなる部分も囲まないように配置される。磁束障壁２４１０は、磁束遮蔽部として機能し得る。
【０２３２】
動作中、帯２４１８、２４２０（及び外側帯）によって囲まれた強磁性材料に侵入しようとする一時的電磁場が電流をこれらの電帯内に流れさせ得、この結果の電流は、磁束が囲まれた領域に侵入することを効果的に阻止する役割を果たし得る。次に、磁束は、セグメント２４１６、２４１４、２４１２間の狭いチャネルを辿り、この結果、高磁気抵抗の経路を両側に有する低磁気抵抗の経路を生じる。磁束障壁２４１０によって囲まれた領域は、磁気伝播が阻止され、この結果、明確な低磁気抵抗経路と高磁気抵抗経路とを生じる。力は、固定子極と回転子極との間の空隙ではなく、むしろ回転子内の遮蔽極／非遮蔽領域（例えば、図１５に示すような）に作用する。囲まれた芯領域と囲まれていない領域との間の界面は、疑似芯界面と考えられ得る。
【０２３３】
複数の離散的歯を有する極の例示的磁束障壁
モータの歯状固定子−回転子界面は、固定子−回転子界面における表面積に応じてトルクを最大化するために生成され得る。従来のモータは、通常、比較的弱い磁場相互作用に起因して、表面積に応じたそれらのトルクによって制限される。各極上に複数の離散的歯を含み、かつ同じ極のモータの歯間距離を効果的に低減することにより、所与の走行距離に関して極が通電され得るサイクル数が増加する。具体的には、複数の歯を単一極上に置くことにより、表面積に応じた力が増加され得る。
【０２３４】
所与の表面積に対してより高い規定力を実現するにもかかわらず、このような設計におけるより高い出力密度は、著しい漏洩磁束に起因して制限され得る。この漏洩磁束の主要源の１つは、歯間に生成され、歯数が増加するにつれて漸進的に小さくなるスロットの空気に由来する。したがって、多重歯極を有するモータを使用してモータ性能を増加させるために、歯数を増加させることによって生成される増加された規定力がより低い電流負荷において使用され得る。この手法下では、モータは、システムにおいて比較的少ない数の全極を維持するが、個々の極上の表面幾何学的形状が１つの極弧当たりでより多くの電気的サイクルを提供することを可能にすることにより、増加された数のスイッチングサイクルを提供し得る。具体的には、所与の規定力は、４００〜７００アンペア×巻数の起磁力（ＭＭＦ）を有する極において生成され得る一方、典型的な極は、同じ力を支援するために３，０００〜４，０００アンペア×巻数のＭＭＦを必要とするであろう。より小さいアンペア×巻数は、より小さい空間を必要とするため、これは、トルク及び出力及びトルク密度の利得を達成するために高周波数において動作される比例的に小さいヨーク及び巻線を有するマルチスロット手法を利用するモータを可能にする。
【０２３５】
固定子と回転子歯との間の関係は、０．６：１〜１．４：１、より好適には０．８：１〜１．２：１の比が好ましい。従来のスロットに関して、空隙比に対する歯幅は、１０：１より大きいことが好ましく、直接駆動トラクション応用に関して３０：１〜１００：１がより好ましく、高速度を必要とする応用に関して３０：１が好ましい。固定子極に関して、１つの極当たりの歯数は、所与の空隙の力を最大化する１つの極当たりの歯数の２０〜９０％、より好適には４０〜８０％に入ることが好ましい。
【０２３６】
所与の空隙に関して、最大整数未満（例えば、最大の約５０〜８０％）の歯によってピーク力を得ることが好ましい。ピーク力後、力の利得は、漸近し始め、かつ比較的無視できるようになる。モータ設計の特定の空隙において、１つの穴当たりの歯数によって力を最適化するためのより多くの要因が考慮され得る。例えば、増加された空気スロットは、追加漏洩磁束と突極性の低下とを引き起こし得る。また、より少なくかつより大きい極は、より大きい出力密度を可能にし、さらに飽和に至るような高い電流負荷を扱う。さらに、以下に論述されるように、歯スロットは、モータ性能にも影響を与え得る反磁性材料によって充填され得る。
【０２３７】
所与の極に関して、最大インダクタンスは、歯寸法が低下し、歯数が増加するために同じままである。しかし、最小インダクタンスは、一層小さくなるスロット内の空気の透磁率に起因して増加する。したがって、１サイクル当たりの全エネルギーは、１つの極当たりの歯数が増加すると結果として低下する。
【０２３８】
図２７は、モータの各極上に複数の離散的歯を含むモータ２７００を示す。モータ２７００は、固定子２７１０及び回転子２７２０を含む。固定子２７１０及び回転子２７２０の外面が空隙２７１５を画定する。モータ２７００は、固定子２７１０の各固定子極２７１２がその間にスロット２７１６を有する複数の歯２７１４を含み、かつ回転子２７２０の各回転子極２７２２がその間にスロット２７２６を有する複数の歯２７２４を含むことを除いて、図４のモータ４００と同様である。隣接する固定子極２７１２間にスロット２７１８が存在し得る一方、回転子２７２０は、回転子２７２０の外面に沿った連続的交互歯２７２４及びスロット２７２６を含み得ることに留意されたい。
【０２３９】
磁束障壁は、隣接する回転子歯２７２４間及び／又は隣接する固定子歯２７１４間に形成され得る。磁束障壁は、図７の磁束障壁７０４、図１１の磁束障壁１１０４、図１３の磁束障壁１３０４又は図１４の磁束障壁１４０４と同様であり得る。
【０２４０】
磁束障壁材料は、１サイクル当たりの全エネルギーを増加させるために、動作中に空気より大きい反磁性特性を有する誘導性材料であり得る。これは、動的磁束障壁を生成する。このような反磁性特性を提供するためにインダクタのインピーダンスを使用することは、結果として、低周波数、中間周波数及び高周波数（例えば、２Ｈｚ〜１ＭＨｚ）動作中により大きい突極比を生じる。上に論述したように、これは、アルミニウム、銅、黄銅、銀、亜鉛、金、熱分解黒鉛、ビスマス、グラフェン若しくはカーボンナノチューブ又はより好適には超伝導体などの全金属単一材料の表皮効果を使用することによって実現され得る。超伝導体は、０．５Ｈｚ以上の周波数において動作され得、銅は、２０ＫＨｚ〜１ＭＨｚの中間〜高周波数において動作され得る。他のいくつかの実施形態では、１００Ｈｚ〜２０ｋＨｚにおいて動作され得る銅−鉄、ニッケル−鉄、リード−鉄、黄銅−鉄、銀−鉄、亜鉛−鉄、金−鉄、ビスマス−鉄、アルミニウム−鉄、熱分解黒鉛−鉄、グラフェン−鉄、カーボンナノチューブ−鉄又はＡｌｉｎｃｏ（アルミニウム−ニッケル−コバルト）合金などの強磁性複合材料が使用され得る。他のいくつかの実施形態では、より高いインダクタンス充填材が等価インピーダンスを生成する（低周波数においてループ極又は遮蔽極（例えば、銅遮蔽鉄極）を構築することなど）ために使用され得る。反磁性材料と強磁性材料とのこのような組み合わせがメタ材料の特性を近似する。構造的に、このスロット充填が回転子面及び固定子面の滑らかで連続的表面を近似し始め、かつ歯の寸法が低下すると、このようなスロット充填材料は、動作時に生成される力によって引き起こされる物理的変形を防止するための機械的支持体としての役割を果たし得る。
【０２４１】
歯が所与の極上でより小さくなると、スロットは、互いにより近接し得、かつその結果の漏洩磁束は、突極比と、１サイクル当たりの作業との両方（及びしたがってトルク）を低下させる。空気を、反磁性材料を近似する材料（例えば、単一反磁性材料又は反磁性材料と強磁性材料との組み合わせ）によって置換することにより、変速機と同様に、実効電磁気低下としてモータの歯数を増加させる処理を行うことが可能である。１サイクル当たりのエネルギーと、したがってトルクとは、所与の極寸法の１つの極当たりの歯数を増加させる結果として低下するが、トルク及び出力密度は、反磁性材料を使用して突極比を増加させることによって達成され得る。特に、反磁性スロット充填を有する極設計又は構成のさらなる利点は、多くの歯数を有する極上の磁場が、典型的なモータ内の一定の反転磁場とは対照的に所与の極上に単一方向に発生することである。
【０２４２】
図２０において上に論述したように、低周波数では、生成された有効力は、反磁性磁束障壁が空気のように見え、したがって影響がないか又は影響がほとんどないため、周波数に応じて一定又はフラットなままである。中間周波数〜高周波数では、磁束遮蔽効果は、より優勢となり始め、力は、周波数の上昇と共に増加し続ける。したがって、スロットを反磁性磁束障壁によって充填することにより、低駆動電流（したがってより少ない巻線）が使用され得、したがってより少ないワイヤを使用することによって資金を節約し、抵抗損を低減することによって効率を増加させ得る。さらに、モータ性能は、高駆動電流を使用することによって（例えば、飽和を介して）さらに改善され得る。また、スロット深さは、生成される水平力に影響を及ぼす。結果として得られる力は、空隙に対して垂直な方向に沿ったスロットの深さに実質的に比例し得る。
【０２４３】
磁束障壁を有する軸方向間隙モータ
図２８は、隣接する回転子極間に磁束障壁を有する例示的軸方向間隙モータ２８００の斜視図である。軸方向間隙モータ２８００は、固定子２８０２に対して平行に配置された回転子２８０４を有する。回転子２８０４は、中央孔２８０１を画定し、出力軸は、回転子２８０４が出力軸と共に回転可能となるように中央孔２８０１内に配置され得る。
【０２４４】
回転子２８０４は、回転子の回転軸（又は出力軸の回転軸）を中心とする回転によって固定子２８０２に対して可動である。回転子２８０４の端面は、回転子の回転軸に対して垂直である。回転子２８０４の端面は、公称間隙２８０３を画定するために回転軸に沿って固定子２８０２の端面から離間される。公称間隙２８０３は、固定子２８０２の端面と回転子２８０４の端面との間のかつ回転子の回転軸に沿った軸方向間隙である。
【０２４５】
固定子２８０２は、それぞれ関連付けられた電気巻線２８１４によって囲まれた固定子極芯２８１２を含む一連の固定子極２８１０を画定する。固定子２８０２の電気巻線２８１４は、独立に活性可能であり、かつ固定子を中心に円周方向に離間される。回転子２８０４は、その間に磁束障壁２８３０を有する一連の回転子極２８２０を有する。各磁束障壁２８３０は、透磁性材料の芯を囲む導電性ループを有する。磁束障壁、回転子極及び回転子背面プレートの芯は、すべて一連の強磁性材料（例えば、プレス加工及び焼結された粉末によって形成される）の一部分であり得る。磁束障壁の導電性ループは、例えば、芯の上にプレス加工される銅リングであり得る。
【０２４６】
図２９〜３２は、別の軸方向間隙モータの回転子２９００の様々な図を示す。回転子２９００は、回転子極２９２０を形成する極表面領域と、極表面領域間に磁束障壁２９３０によって形成される極間表面領域とを含む平坦な活性端面（図示しない固定子に面する）を有する。この例では、磁束障壁２９３０は、図１４の遮蔽極１４０４と同様に遮蔽極である。
【０２４７】
各磁束障壁２９３０は、芯材の芯２９３４を中心とするループ２９３２を形成する導電材料を含む。芯材は、導電材料より高い透磁性である。芯材は、強磁性であり得る。芯２９３４の芯材及び回転子極２９２０の極材料は、同じであり得、芯２９３４及び回転子極２９２０は、連続的回転子本体全体（例えば、焼結鉄粉末の）を形成する。磁束障壁の導電材料は、形成された回転子芯内に鋳込まれ得る。
【０２４８】
図２９〜３２に示すように、各ループ２９３２は、５つのループ部分２９３２ａ、２９３２ｂ、２９３２ｃ、２９３２ｄ、２９３２ｅを含む。ループ部分２９３２ａは、回転子２９００の端面の一部を形成する。
【０２４９】
ループ部分２９３２ｂは、回転軸に対して平行な方向に沿って、一定の深さを有する広がりまで延び、回転子２９００の外側半径方向面の一部を形成する。端面は、外側半径方向面に対して垂直である。ループ部分２９３２ｃは、回転軸に対して平行な方向に沿って、一定の深さを有する広がりまで延び、回転子２９００の内側半径方向面の一部を形成する。ループ部分２９３２ｃの深さは、ループ部分２９３２ｂの深さと同一であり得る。
【０２５０】
ループ部分２９３２ｄ、２９３２ｅは、隣接する回転子極２９２０と芯２９３４との間の遮蔽壁を形成するために回転子の内側半径方向面から回転子の外側半径方向面まで半径方向に沿って延びる。ループ部分２９３２ｄ、２９３２ｅも、ループ部分２９３２ｂ、２９３２ｃの深さと同一であり得る深さを有する広がりまで回転子本体内に延びる。ループ部分のそれぞれは、一貫して同一である（好適には特定の動作周波数においてループ２９３２の導電材料の電流表皮深さより大きい）厚さを有し得る。
【０２５１】
磁束障壁を有する固定子
磁束障壁は、性能をさらに増加させるためにモータの固定子内にも設けられ得る。
【０２５２】
図３３は、固定子極３３１０間に配置された磁束障壁３３２０を有する固定子３３００を示す。固定子極３３１０は、透磁性ヨーク３３０２内に収容され得るか、又は透磁性ヨーク３３０２に接続され得る。各固定子極３３１０は、関連付けられた電気巻線３３１４によって囲まれた固定子芯３３１２を含む。固定子芯３３１２（及びヨーク）は、長手軸に沿って延びる強磁性材料の層のスタックで作られ得る。これらの層は、強磁性材料より低い導電性である界面によって互いに分離される。固定子芯３３１２は、ヨーク３３０２から突出する固定子突起であり得る。
【０２５３】
各磁束障壁３３２０は、固定子極３３１０の両縁に沿って延びる磁束遮蔽部であって、固定子芯３３１２の強磁性材料より高い導電率を有する材料で形成される磁束遮蔽部を形成する。磁束障壁３３２０は、隣接する電気巻線３３１４間の間隙内に延び得る。図３４に示すように、磁束障壁３３２０は、空隙３３５０から、隣接する固定子極３３１０を接続するヨーク３３０２まで延び得る。空隙３３５０は、固定子３３００の２つの外面と回転子３４００との間に画定される。回転子３４００は、上に論述したように、その間に磁束障壁３４２０を有する一連の回転子極３４１０を含む。
【０２５４】
図３３及び図３４に示すように、電気巻線３３１４によって囲まれた各固定子芯３３１２は、固定子３３００の外周に沿って角度幅Ｗ０を有する。磁束障壁３３２０は、隣接する磁束障壁３３２０の両縁間の空隙における固定子芯３３１２の角度幅Ｗ１が、電気巻線３３１４によって囲まれた固定子芯３３１２の角度幅Ｗ０より小さくなるように固定子芯３３１２の面におけるノッチ内に延びる。すなわち、Ｗ１＜Ｗ０である。
【０２５５】
図３５は、固定子極３５１０間に配置された磁束障壁３５２０を有する別の固定子３５００を示す。図３３〜３４の固定子３３００と同様に、各固定子極３５１０は、関連付けられた電気巻線３５１４によって囲まれた固定子芯３５１２を含む。固定子芯３５１２は、電流抑制界面を有する透磁性プレートのスタックとして形成された、透磁性ヨーク３５０２から突出する固定子突起であり得る。各磁束障壁３５２０は、固定子芯３５１２の材料より高い導電率を有する材料で形成され、スタックの界面と交差する。図３６に示すように、磁束障壁３５２０は、空隙３５５０からヨーク３５０２まで延び得、固定子３５００と回転子３６００との間に画定された空隙３５５０において隣接するする固定子極３５１０を接続する。回転子３６００は、上に論述したように、その間に磁束障壁３６２０を有する一連の回転子極３６１０を含む。
【０２５６】
モータ３５００は、固定子芯の角度幅が空隙からヨーク３５０２までほぼ一定であるという点で図３３〜３４のものと異なる。すなわち、Ｗ０＝Ｗ１である。
【０２５７】
図３７は、固定子極３７１０間に配置された磁束障壁３７２０を有する別の固定子３７００を示す。図３３〜３４の固定子３３００と同様に、各固定子極３７１０は、関連付けられた電気巻線３７１４によって囲まれた固定子芯３７１２を含む。固定子芯３７１２は、電流抑制界面を有する強磁性プレートのスタックとして形成された固定子芯及びヨークを有する、透磁性ヨーク３７０２から突出する固定子突起であり得る。各磁束障壁３７２０は、導電材料で形成され、固定子芯の強磁性プレート界面の少なくとも大部分と交差する。図３８に示すように、磁束障壁３５２０は、固定子３７００の内面から、隣接する固定子極３７１０を接続するヨーク３５０２まで延び得る。
【０２５８】
固定子芯３７１２は、磁束障壁３７２０の対応するスロット内に収容される縦方向連続タブを有する。巻線が芯上に組み立てられた後、磁束障壁は、縦方向に挿入され、固定子芯のタブによって適所に保持され得、巻線をさらに固定する。
【０２５９】
磁束障壁を有するリニアモータ
上に論述したように、磁束障壁は、回転子極及び／又は固定子極が円周方向に配置される半径方向間隙モータ及び軸方向間隙モータにおいて構成され得る。以下では、回転子極及び／又は固定子極が直線的に配置され、かつ固定子と回転子との相対運動が直線に沿う磁束障壁を有するリニアモータが論述される。
【０２６０】
図３９及び図４０は、固定子３９１０及び回転子３９５０を含む例示的リニアモータ３９００を示す。回転子３９５０は、運動方向に沿って固定子３９１０に対して可動であり、かつ運動方向に対して垂直な幅を有する公称間隙３９４０を固定子３９１０と共に画定する。
【０２６１】
固定子３９１０は、運動方向に沿って直線的に配置され、かつ透磁性ヨーク又は背面プレート３９０２によって直線的に接続される一連の固定子極３９２０を画定する。各固定子極３９２０は、関連付けられた電気巻線３９２４によって囲まれた固定子芯３９２２を含む。固定子芯３９２２は、それぞれ運動方向に沿って延びる強磁性材料の層のスタックで作られ得る。これらの層は、強磁性材料より低い導電性である界面によって互いに分離される。固定子芯３９２２は、ヨーク３９０２から突出する固定子突起であり得る。固定子突起は、その間のスロット３９３０を画定する。
【０２６２】
回転子３９５０は、その間に磁束障壁３９７０を有し、かつ運動方向に沿って離間された一連の回転子極３９６０を含む。磁束障壁３９７０は、図１５の磁束障壁１５０４と同様に遮蔽極であり得る。各磁束障壁３９７０は、隣接する回転子極３９６０間の透磁性芯３９７４を中心とする導電性ループ３９７２で作られる。回転子極３９６０は、強磁性材料より低い導電性である界面によって互いに分離された強磁性材料の層の積層スタックで作られ得る。磁束障壁３９７０は、それぞれ運動方向に対して平行な平坦外面を有し、回転子極３９６０の極表面領域間の極間表面領域を形成する。極間表面領域及び極表面領域は、回転子３９５０の外面（又は端面）を画定する。各芯３９７４は、それぞれのループ３９７２によって囲まれた外面の一部を形成する。ループ３９７２は、銅などの導電性低エネルギー生成物で作られ得る。芯３９７４の材料は、ループ３９７２の材料より高い透磁性である。芯３９７４の材料及び回転子極３９６０の強磁性材料は、層のスタックの隣接部であり得る。磁束障壁３９７０のループ３９７２は、重ならず、かつ強磁性材料の外で互いに電気的に絶縁される。磁束障壁３９７０は、可能な限り強磁性材料を通してのみ互いに電気的に接続される。
【０２６３】
図４１及び図４２は、固定子４１１０及び回転子４１５０を含む別の例示的リニアモータ４１００を示し、固定子４１１０及び回転子４１５０は、図２７に関して上に述べたように複数の歯極をそれぞれ有するが、歯間の導電材料がループを形成する。回転子４１５０は、運動方向に沿って固定子４１１０に関して可動であり、運動方向に対して垂直な幅を有する公称間隙４４４０を固定子４１１０と共に画定する。
【０２６４】
図３９〜４０の固定子３９１０と同様に、固定子４１１０は、運動方向に沿って直線的に配置され、かつ透磁性ヨーク又は背面プレート４１０２によって直線的に接続される一連の固定子極４１２０を画定する。各固定子極４１２０は、関連付けられた電気巻線４１２４によって囲まれた固定子芯４１２２を含む。固定子芯４１２２は、それぞれ運動方向に沿って延びる強磁性材料の層のスタックで作られ得る。これらの層は、強磁性材料より低い導電性である界面によって互いに分離される。固定子芯４１２２は、ヨーク４１０２から突出する固定子突起であり得る。固定子突起は、その間のスロット４１３０を画定する。固定子３９１０と異なり、固定子極４１２０（又は固定子芯４１２２）は、固定子極４１２０の少なくとも外面において、その間にスロット４１２２ｂを有する複数の歯４１２２ａを含む。上に論述したように、磁束障壁は、複数の固定子極歯４１２２ａ間のスロット４１２２ｂ内に形成される。示された構成では、各固定子極の２つの左スロット４１２２ｂ内の材料は、左の固定子歯４１２２ａの周囲にループを形成し、２つの右スロット内の材料は、右の固定子歯４１２２ａの周囲に第２のループを形成する。この構成では、２つのループは、外側の２つの固定子極歯を介して磁束侵入を遮蔽する役割を果たす。代替的に、歯間スロット４１２２ｂのそれぞれを充填する導電材料は、導電材料内に設定された渦電流の効果を介して別個の局所的磁束反射器としての役割を果たす（隣接するスロットの材料によってループを形成することなく）。別の代替案として、各スロット４１２２ｂ自体は、遮蔽極磁束障壁を含み得る。
【０２６５】
回転子４１５０は、運動方向に沿って直線的に配置された一連の回転子極を含む。各回転子極は、隣接する歯４１６０間のスロット内に磁束障壁４１７０を有する複数の歯４１６０を含む。各磁束障壁４１７０は、図３９の磁束障壁３９７０と同様に遮蔽極であり得る。各磁束障壁４１７０は、隣接する回転子極歯４１６０間の透磁性芯４１７４を中心とする導電性ループ４１７２で作られる。ループ４１７２は、導電性低エネルギー生成物で作られ得る。芯４１７４の芯材は、ループ４１７２の材料より高い透磁性である。芯４１７４の芯材及び回転子極４１６０の強磁性材料は、層のスタックの隣接部であり得る。磁束障壁４１７０のループ４１７２は、重ならず、かつ強磁性材料の外で互いに電気的に絶縁される。磁束障壁４１７０は、強磁性材料を通してのみ互いに接続され得る。
【０２６６】
磁束障壁を有するモータの動作
磁束障壁の効果は、様々な周波数下の水平力によって変わり得る。図２０に示すように、水平力は、遮断周波数（例えば、１０Ｈｚ）を超えると増加し始め得、低周波数（例えば、１０Ｈｚ）と高周波数（例えば、１０５Ｈｚ）との間の増加は、１桁を超え得る。高周波数では、磁束障壁は、回転子極に向かって磁束を集中し、運動方向に沿った力の成分を増加させるためにより強い反磁性特性を呈示し得る。
【０２６７】
有効力は、動作条件によっても影響を受け得る。飽和状態下及び高周波数において、磁束障壁は、回転子極に向かって磁束を集中するためにより強い反磁性特性（不飽和状態と比較して）を呈示し得る。有効力は、周波数が増加すると増加し続け得る。例えば、高周波数（例えば、１０５Ｈｚ）では、水平力は、駆動電流が１０アンペア＊巻数（不飽和動作条件に対応する）から２００アンペア＊巻数（飽和動作状態に対応する）まで増加すると２桁増加し得る。
【０２６８】
上に指摘したように、１つの極当たりの歯数は、有効力にも影響を与え得る。１つの極当たりの歯数の増加は、力の漸進的増加を引き起こし得る。しかし、間隙寸法がより大きく（例えば、１．０ｍｍに）なると、力は、１つの極当たりの歯数が増加すると低下し得る。
【０２６９】
磁束障壁を有する構成に関して、各極組は、パルス−ＤＣ又はパルス−ＡＣ電流下で動作され得る。
【０２７０】
この動作は、高インダクタンス及び低抵抗磁束障壁を利用し、その結果、磁場と同相である高リアクタンスを生じる。磁場が一次コイル及び磁気抵抗歯を登ると、磁場は、遮蔽歯を介して反射され、この結果、磁場に対する高インピーダンスを生じる。このシステムは、５０％のデューティサイクル（例えば、非アライメント位置からアライメント位置まで）のみを通して交番磁気信号を介して動作され得る。デューティサイクルにわたって（例えば、非アライメント位置からアライメント位置まで）継続することで逆トルクを生じ得る。
【０２７１】
より高いリアクタンス磁束障壁は、従来機と比較してより効率的にトルクを生成し得るより高い力率系も可能にし得る。高リアクタンス、高インピーダンス磁束障壁設計は、磁束のほぼすべてが全作業サイクルにわたって磁束障壁に侵入することを防止し得る。このようにして、モータは、広範囲の温度（例えば、室温〜高温）において超伝導モータにおいてのみ以前に経験される反磁性特性から恩恵を受け得る。これは、臨界温度超で消磁する傾向がある永久磁石モータと比較して温度に対してあまり敏感でない可能性もある。
【０２７２】
磁束障壁を有する上述のモータは、方形波電流によって動的に駆動され得る。上述のモータが動的に駆動されれば、方形波が、比較的低い周波数（５０Ｈｚなど）において脈動しながら磁束障壁内に大きいリアクタンスを誘起するために、等価正弦波より比較的低いスイッチング周波数において使用され得る。これは、部分的には、正弦波とは対照的に方形波内の高割合の高調波値に起因する。これは、パルス幅変調（ＰＷＭ）スイッチングによって必要とされる高周波数に起因する電力電子装置によって必要とされるスイッチング損失も低減する。このような動作では、比較的薄い（例えば、０．１２７ｍｍ）積層が、鉄芯及び低ゲージ（例えば、０．２ｍｍ）における渦電流損失を低減するために使用され得、リッツワイヤ巻線ですら芯巻線内の表皮効果損失を低減するために一次コイル内で利用され得る。
【０２７３】
上述のモータは、コイルのより高い巻線効率からも恩恵を受け得る。巻線の典型的なスロット充填比は、所与のスロット領域の３０〜４０％であるが、隣接する極間のスロット内の磁束障壁を充填するために鋳造技術を利用することにより、モータは、磁束障壁のスロット容積のほぼすべて（例えば、８５〜９５％）を利用し得る。これは、モータの一次巻線に必要な全ワイヤの量を低減し得、したがって一次巻線が典型的なモータと比較してより少ない巻線回数を使用することを可能にする。
【０２７４】
上に指摘したように、反磁性磁束材料によってスロットを充填することで、モータの動作中に磁束を集中する手段を提示する。具体的には、固定子及び回転子が非アライメント状態で配置されると、著しい内部電磁気反射は、対向する極表面からの磁気伝播の大部分を妨げる。この反磁性遮蔽は、磁場スロットが回転子を効果的に押すことを可能にする一方、電磁気極の磁気抵抗は、回転子を引っ張る。この効果は、１サイクル当たりでより多くのエネルギーがシステムから生成されることを可能にし、永久磁石がいくつかの構成において生成し得る効果と同様である。
【０２７５】
この効果は、高渦電流による減磁を受け得る永久磁石を上回る顕著な利点を提供する。この効果は、永久磁石の保磁性を調べるＢ−Ｈ曲線において見られ得る。上述のモータでは、高リアクタンス磁束障壁は、無限保磁性によって反対方向の永久磁石を近似し得る。したがって、磁束障壁は、典型的な永久磁石モータにおいて実現され得るものを超える磁場レベルを実現するために印可磁場を反射し得、大きい逆ＥＭＦを生成することにより、トルク密度、出力密度及び効率を増加させ得る。さらに、永久磁石は、前述のように上昇温度において消磁される一方、磁束障壁は、典型的な永久磁石より華氏１００度超高い温度に耐えることができる材料で構築され得る。
【０２７６】
さらに、永久磁石が一定の磁場を生成する場合、反磁性磁束障壁が過渡状態において動的に存在する。これは、永久磁石モータが、利用する動力に関わらず生成され得るＥＭＦに起因して時折破局的であり得るデントトルク、コギングトルク及びブレーキトルクを生じ得るため、効率と安全性との両方に利点がある。上記モータは、ベアリングの抵抗からのみの損失で長期間の間効果的に惰性回転するように制御され得る。
【０２７７】
さらに、連続電流を生成する有効誘導負荷を有するＩＭと異なり、各磁束障壁内の電流は、サイクル毎にほぼゼロまで戻ることが許容される。モータの動作周波数が高いほど、反射を維持するために各磁束障壁において必要とされる必要電流が小さくなる。本システムは、反応性であるため、エネルギーは、各スイッチングサイクル内に回転子の運動エネルギーに弾性的に戻されるか又は変換される。
【０２７８】
反磁性磁束障壁スロット充填は、所与の用途のためにかつ動作中に動的に調節され得る。空気と異なり、本システムの磁気特性は、所与の位置の起磁力（ＭＭＦ）の振幅とＭＭＦの周波数との両方において調節され得る。これは、モータのスイッチング周波数を変更することによってシステムの磁束特性を弱めるか又は強化することにより、リアルタイム適応化を可能にする。これは、一次コイル上の逆ＥＭＦを変更し得、これにより、モータが従来のモータより広い速度範囲を実現することを可能にし得る。従来のモータは、磁場の大きさを変更するために使用される固定突極比に基づく固定逆ＥＭＦを有する。モータは、モータの動作の活性化周波数に加えて磁場の大きさを変更し得る。
【０２７９】
高速度では、モータは、反応性磁気抵抗モータとして動作し得る。従来のＳＲＭ動作では、ピーク電圧は、固定子及び回転子（又は固定子−回転子歯）の非アライメント位置の始まりにおいて印加され、及び電流は、固定子及び回転子（又は固定子−回転子歯）がアラインメント点に到達するまで急速に増加される。この時点で逆電圧が印加され、電流は、ゼロまで低下する。従来のＳＲＭにおけるロックされた回転子（失速）状態では、電流は、パルス化されるよりむしろ連続的に印加される。磁束障壁を有するモータでは、失速中、電流は、活性なコイルを介してパルス化される。極スイッチング周波数がモータ加速中に磁束障壁の交差周波数を超えると、各極は、単一パルスによって励起される。
【０２８０】
例示的工程
本開示の実施形態は、電動機を駆動する方法を提供する。電動機は、図１の電動機１０２であり得、本方法は、モータコントローラ（例えば、図１のモータコントローラ１０４）によって行われ得る。
【０２８１】
動作中、モータコントローラは、一連の能動極と空隙に沿って配置された一連の受動極を有する受動磁気部品との間の空隙に沿って配置された一連の能動極の第１の能動極を、第１の能動極に関連付けられた電気巻線を通る電流をパルス化することによって通電させる。パルス電流は、一連の能動極の隣接する能動極の巻線が通電されない少なくとも３つのパルスの系列を含む。第１の能動極に関連付けられた電気巻線を通る電流をパルス化することは、第１の能動極に関連付けられた電気巻線を通る電流のパルス化中の最小電流に対する最大電流の比が少なくとも４：１、７：１又はさらに１０：１である電流波形に従い、第１の能動極に関連付けられた電気巻線を通して電流を通過させる。
【０２８２】
いくつかの場合、第１の能動極に関連付けられた電気巻線は、共通芯と並列に導電接続され、かつ共通芯に巻かれた複数のコイル含む。モータコントローラは、並列に導電接続された複数のコイルを通る電流をパルス化し得る。
【０２８３】
いくつかの例では、モータコントローラは、電圧源と、第１の能動極に関連付けられた電気巻線との間において複数のサイクル内で開閉するように第１のスイッチを動作させることにより、第１の能動極に関連付けられた電気巻線を通る電流をパルス化する。第１のスイッチは、第１の能動極に関連付けられ、かつ第１の能動極に導電的に結合され得る。第１のスイッチは、図２のスイッチ１３４又は図２Ａの電力スイッチ２００であり得る。
【０２８４】
第１の能動極が通電された（複数の電流パルスにより）後、モータコントローラは、第２の能動極に関連付けられた電気巻線を通る電流をパルス化することによって一連の能動極の第２の能動極を通電させる。第２の能動極のパルス電流は、第１の能動極の巻線が通電されない少なくとも３つのパルスの系列を含み、電流波形に従い、第２の能動極に関連付けられた電気巻線を通して電流を通過させる。電流波形では、第２の能動極に関連付けられた電気巻線を通る電流のパルス化中の最小電流に対する最大電流の比は、少なくとも４：１、７：１又はさらに１０：１である。
【０２８５】
第１の能動極は、電流を２Ｈｚ〜１ＭＨｚ、いくつかの場合には１０Ｈｚ〜２０ｋＨｚ、いくつかの場合には１００Ｈｚ〜５ｋＨｚのパルス周波数でパルス化することによって通電され得る。第１の能動極を通電させ、かつその後、第２の能動極を通電させることは、第１の能動極から空隙にわたる第１の能動極と受動極との間の第１の力と、第２の能動極から空隙にわたる第２の能動極と受動極との間の第２の力とを生成する。第１及び第２の力は、能動極と受動極との間の相対運動を誘起し得る。相対運動は、能動極に対する受動磁気部品の運動を含み得る。
【０２８６】
いくつかの例では、受動磁気部品は、モータの回転子であり、相対運動は、回転子の回転を含む。モータコントローラは、さらに、回転子速度を検出し、検出された回転子速度に応じてパルス電流の周波数（又はパルス周波数）を制御し得る。モータコントローラは、回転子速度変更中、電流パルス周波数を、少なくとも、各能動極が通電される周波数がパルス周波数の少なくとも２分の１である回転子速度までさらに維持し得る。電流は、１回の磁極通電当たり１パルスに対応する回転子速度未満においてのみ、第１及び第２の極に関連付けられた電気巻線を介してパルス化され得る。
【０２８７】
第２の能動極を通電させた後、モータコントローラは、第１の能動極よりむしろ第２の能動極の反対側に配置された一連の能動極の第３の能動極を、第３の能動極に関連付けられた電気巻線を通る電流をパルス化することであって、第１及び第２の能動極の巻線が通電されない少なくとも３つのパルスの系列を含む、パルス化することによってさらに通電させ得る。第３の能動極を通電させた後、モータコントローラは、第１の能動極に関連付けられた電気巻線を通る電流をパルス化することによって第１の能動極を再び通電させ、かつその後、第２の能動極に関連付けられた電気巻線を通る電流をパルス化することによって第２の能動極を再び通電させ、かつその後、第３の能動極を再び通電させ得る等である。
【０２８８】
上に指摘したように、磁束障壁は、受動磁気部品内に実装され得る。いくつかの例では、第１の能動極に関連付けられた電気巻線を通る電流をパルス化することで、第１の能動極から空隙にわたって受動極に隣接する第１の磁束障壁内に渦電流を生成する。磁束障壁は、空隙にわたって受動極より高い導電率を有する。受動磁気部品は、第２の磁束障壁をさらに含み得、第１の能動極から空隙にわたる受動極は、第１の磁束障壁と第２の磁束障壁との間に配置される。第１及び第２の磁束障壁は、受動極の外で互いに電気的に絶縁される。
【０２８９】
いくつかのモータでは、受動極は、透磁性材料の層のスタックによって形成される。第１の磁束障壁内の渦電流は、第１の能動極から磁束を遠ざける役割を果たす。いくつかの例では、第１の磁束障壁は、第１の能動極から空隙にわたる受動極と、隣接する受動極との間に配置され、磁束障壁は、導電材料より高い透磁性である芯材の芯を中心とする導電材料のループを形成する。
【０２９０】
いくつかの場合、受動磁気部品は、一連の受動極の隣接する対の受動極間に磁束障壁をさらに含み、磁束障壁は、それぞれ受動極を形成する材料と異なる導電材料を含み、かつ透磁性芯材を中心とする少なくとも１つの導電経路を画定する。磁束障壁は、一連の受動極の外で互いに電気的に絶縁される。隣接する磁束障壁は、１つの磁束障壁の導電材料内に画定されるいかなる導電経路も、別の磁束障壁の導電材料内に画定されるいかなる導電経路のいかなる部分も囲まないように配置され得る。
【０２９１】
いくつかの実施形態では、モータは、各能動極の両縁に沿って延びる磁束遮蔽部であって、磁束遮蔽部間に配置される能動磁気部品の材料より高い導電率を有する材料で形成される磁束遮蔽部をさらに含む。磁束遮蔽部は、隣接する電気巻線間の間隙内に延び得る。磁束遮蔽部は、空隙から隣接する能動極を接続する透磁性ヨークまで延び得る。
【０２９２】
例示的冷却及び熱緩和
電動機は、動作中（特に高周波数動作中）に著しい熱を発生し、冷却を必要とし得る。能動冷却系は、流体冷媒をモータ内に循環させることにより、表面の間歇的又は連続的冷却を提供するために使用され得る。冷却系は、参照によりその全体が本明細書に明示的に援用される、２０１８年３月２３日出願の「Electric Motor」という名称の継続特許出願米国特許出願第６２／６７５，２０７号において説明されるような冷却系であり得る。
【０２９３】
また、動作温度が低下されれば、磁束障壁の効率及び出力が所与の周波数に関して増加し得る。通常、動作条件は、−８０℃〜３００℃である。冷媒は、温度をさらに抑制し、磁束障壁の反磁性特性を増加させるためにモータ系に追加され得る。
【０２９４】
冷媒は、熱緩和のために使用される任意の従来の流体であり得る。動作条件では、冷媒は、１〜５００センチポアズの範囲内の低粘度流体（高冷却効率と高回転動力学との両方を可能にする水又はモータ油など）であり得る。冷媒は、動作中に生成される振動の制動を提供するだけでなく、高回転速度において生成される高調波に復元力も提供する。
【０２９５】
能動冷却は、電気コイル及び機械的接触面から熱を吸収するための媒体を提供することにより、より大きい出力密度を可能にし得る。能動潤滑系は、流体潤滑剤をモータ内に循環することにより、表面の間歇的又は連続的潤滑を提供するために使用され得る。例えば、流体ポンプは、潤滑剤が流体ラインを介して流体ポンプからモータに流れることを機械的に促進し得、潤滑剤は、能動潤滑及び／又は流体冷却をモータ内の特定の位置に提供するために指向性ノズルを介して放出され得る。次に、流体は、モータの基部における油受け皿内に重力的に溜まり、かつ再循環のために流体ラインを介してポンプに還流し得る。このようにして、モータ回転子アセンブリは、冷たい非浸漬環境において動作し得る。加えて、潤滑剤の一部は、用途の特別な必要性を満足するため、潤滑剤の温度及び／又は粘度を変調するために潤滑剤に熱を加えるか又は潤滑剤から熱を除去するために熱交換器を通過し得る。
【０２９６】
冷媒は、熱緩和のために使用される任意の従来の流体であり得る。動作条件では、冷媒は、１〜５００センチポアズの範囲内の低粘度流体（高冷却効率と高回転動力学との両方を可能にする水又はモータ油など）であり得る。冷媒は、動作中に生成される振動の制動を提供し得るだけでなく、高回転速度において生成される高調波に復元力も提供し得る。
【０２９７】
モータは、モータアセンブリ内で放出される冷媒を重力的に収集し、かつそれを戻り流体ライン方向に向けるための収集皿を含み得る。
【０２９８】
冷媒系は、圧力勾配を冷媒に提供して流体系内の循環をもたらす流体ポンプを有し得る。このようなポンプは、回転ポンプなどの定容量型ポンプであり得るか、又はギヤ若しくはピストンポンプなどの可変容量型ポンプであり得る。ポンプは、機械力源又は電源に操作可能に接続され得、モータ動作中に連続的又は断続的に動作され得る。ウェットサンプ能動潤滑系は、流体ライン内及び冷却系内に油を循環するために収集皿に操作可能に接続された単一流体ポンプを有し得る。この場合、油供給量の大部分は、収集皿内にある。代替的に、複数の流体ポンプは、収集皿からの流体が貯蔵タンク内にポンプで連続的に送り込まれるドライサンプ能動冷却構成で動作され得、好適にはその断面積に対して高い高さを有し、及び第２のポンプは、冷媒循環を完了するために、別の制御された流量下で流体をモータにポンプで送り戻し得る。
【０２９９】
冷媒系は、例えば、固定子極を含むモータアセンブリ内の特定の位置に冷媒を導くために１つ又は複数の指向性ノズルを有し得る。
【０３００】
他の実施形態
上述のモータのいかなるものも、動的エネルギーから電気的エネルギーを生成するように制御され得る（例えば、モータに再生可能にブレーキをかけるために）。これは、拡張中に順方向ＥＭＦを生成するために最小空隙の点において（又は最小空隙の点から若干遅れた点においてすら）固定子電流がパルス化されるように励起信号のタイミングを変えることによって達成され得る。このようにして、たとえモータが、出力軸に印可されるトルクによって機械的に逆駆動可能でなくても、電流が生成され、関連付けられた電池内の貯蔵部に導かれる一方、減速度トルクがモータを遅らせるために回転子に印加される。
【０３０１】
上述のモータのいかなるものも、動的エネルギーから電気的エネルギーを生成するように制御され得る（例えば、モータに再生可能にブレーキをかけるために）。これは、拡張中に順方向ＥＭＦを生成するために最小空隙の点において（又は最小空隙の点から若干遅れた点においてすら）固定子電流がパルス化されるように圧縮波のタイミングを変えることによって達成され得る。このようにして、たとえモータが、出力軸に印可されるトルクによって機械的に逆駆動可能でなくても、電流が生成され、関連付けられた電池内の貯蔵部に導かれる一方、減速度トルクがモータを遅らせるために回転子に印加される。
【０３０２】
多くの例が例示目的のために説明されたが、これまでの説明は、添付の特許請求の範囲によって定義される本発明の範囲を限定するように意図されていない。以下の特許請求の範囲内の他の例及び修正形態が存在しておりかつ存在することになる。
【図１】
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【図２】
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【図２Ａ】
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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８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図８Ｃ】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図９Ｃ】
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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１３Ａ】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１５Ａ】
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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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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２６Ａ】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
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【手続補正書】
【提出日】令和2年9月21日(2020.9.21)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電動機であって、
複数の固定子極（４１２、８０２、９０２、１０１２、１１２２）と前記固定子極に関連付けられた電気巻線（４１６、１９０４、２８１４、３３１４、３５１４）とを有し、前記電気巻線に関連付けられた複数の能動極（４１２、８０２、９０２、１０１２、１１２２）を有する能動磁気部品（１０６）を含む、固定子（４１０、４２０、１０１０、１１２０、１９００）と、
複数の回転子極（４２２、６０２、８０４、９０４、１０２２）を含む回転子（４２０、６００、７００、１０２０、１１００）であって、
前記回転子は、前記固定子に対して可動であり、かつ前記固定子極と前記回転子極との間の公称間隙（８０５、９０５、１０１５、１１３０、１９１０）を前記固定子と共に画定し、前記回転子極は、透磁性磁極材料を含み、
前記回転子は、隣接する前記回転子極間に磁束障壁（７０４、９０６、１１０４、１３０４、１４０４）を有し、
前記磁束障壁は、前記透磁性磁極材料と異なる導電性を有する第２の材料をそれぞれ含み、前記磁束障壁の導電性は、前記透磁性磁極材料の導電性より大きく、
前記磁束障壁は、前記回転子極の外で互いに電気的に絶縁され、
前記第２の材料は、前記磁束障壁の層の厚さより大きい電流表皮深さを有する、前記回転子と、
それぞれの前記電気巻線又は前記能動磁気部品（１０６）の巻線の組に接続された複数のスイッチ（１３４）を含むモータコントローラ（１０４、１３０）と、を含み、
前記モータコントローラは、
（ｉ）前記能動極と前記受動極との間の前記公称間隙にわたって磁束を生成するために、それぞれの磁極通電デューティサイクルに基づいて前記スイッチ（１３４）を順次動作させることと、
（ｉｉ）前記能動極それぞれの通電デューティサイクル中、前記能動極の前記電気巻線を通る電流をパルス化することであって、隣接する前記能動極の前記電気巻線が通電されない少なくとも３つのパルス系列を含む、パルス化することと、を行うように構成され、
前記電動機の前記電気巻線は、電流パルス化中の通電された能動極の前記巻線を通る最大電流と最小電流との比が少なくとも４：１、具体的には少なくとも７：１、より具体的には１０：１であるように構成される、電動機。
【請求項２】
前記回転子極（４２２、６０２、８０４、９０４、１０２２）の前記透磁性磁極材料は、強磁性材料の層であって、前記強磁性材料より小さい導電性である界面により、少なくとも前記回転子（４２０、６００、７００、１０２０、１１００）の表面において互いに分離された強磁性材料の層が積層されたスタックを含む、請求項１に記載の電動機。
【請求項３】
前記回転子（４２０、６００、７００、１０２０、１１００）は、前記透磁性磁極材料が離間された一連の受動極であって、前記受動極間にスロット（６０４）を有する受動磁気部品（１０８）を含み、前記スロットは、第１の方向にゼロでない角度で延び、
前記スロットのそれぞれは、前記スロットに沿って延び、かつ前記スロットに沿った導電経路を形成する、前記第２の材料を含む磁束障壁（７０４、９０６、１１０４、１３０４、１４０４）をそれぞれ含み、
前記磁束障壁は、前記スロット内の前記透磁性磁極材料に固定され、かつ前記透磁性磁極材料を通してのみ互いに接続される、請求項１又は２に記載の電動機。
【請求項４】
前記受動磁気部品（１０８）は、透磁性磁極材料を含む複数の受動極を含み、
前記受動磁気部品は、前記受動磁気部品の隣接する前記受動極を接続する前記磁束障壁をさらに含み、前記磁束障壁（７０４、９０６、１１０４、１３０４、１４０４）は、それぞれ前記透磁性磁極材料と異なる導電性材料を含み、かつ透磁性芯材を中心とする少なくとも１つの導電経路を画定し、
隣接する前記磁束障壁は、それぞれの前記磁束障壁の前記導電材料内に画定されるそれぞれの導電経路が、他の前記磁束障壁の前記導電材料内に画定される導電経路の部分を囲まないように配置される、請求項３に記載の電動機。
【請求項５】
前記第２の材料は、それぞれの極を中心とする導電性ループ（１６０６）を形成する、請求項１〜４のいずれか一項に記載の電動機。
【請求項６】
前記導電性ループは、キャパシタンス（１６０８）を定める、請求項５に記載の電動機。
【請求項７】
前記キャパシタンス（１６０８）は、前記導電性ループ（１６０６）に沿って離散した位置に形成される、請求項６に記載の電動機。
【請求項８】
前記導電性ループは、前記透磁性磁極材料の伝搬可能範囲内の共振周波数を有する、請求項５〜７のいずれか一項に記載の電動機。
【請求項９】
前記回転子は、前記固定子内に配置される、請求項１〜８のいずれか一項に記載の電動機。
【請求項１０】
前記公称間隙（８０５、９０５、１０１５、１１３０、１９１０）は、前記回転子の半径方向外側面によって少なくとも部分的に区切られる半径方向間隙である、請求項１〜９のいずれか一項に記載の電動機。
【請求項１１】
前記磁束障壁（７０４、９０６、１１０４、１３０４、１４０４）は、隣接する前記回転子の間に設けられ、
前記磁束障壁のそれぞれは、前記公称間隙と平行に延び、かつ様々な材料の中間層界面を形成する交互に設けられる層の組を有し、
前記層の組の第１の層は前記層の第２の層より導電率が高く、かつ前記第２の層は前記第１の層より透磁率が高く、
前記第１の層及び前記第２の層のそれぞれは、所定の動作周波数において、前記公称間隙に垂直な方向における前記第１の層及び前記第２の層のそれぞれの厚さより大きい電流表皮深さを有する、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の電動機。
【請求項１２】
電動機とモータコントローラとを用いて、前記モータコントローラが前記電動機を駆動することを含む方法であって、
ａ）前記電動機は、
複数の固定子極（４１２、８０２、９０２、１０１２、１１２２）と前記固定子極に関連付けられた電気巻線（４１６、１９０４、２８１４、３３１４、３５１４）とを有し、前記電気巻線に関連付けられた複数の能動極（４１２、８０２、９０２、１０１２、１１２２）を有する能動磁気部品（１０６）を含む、固定子と、
複数の回転子極（４２２、６０２、８０４、９０４、１０２２）を含む回転子（４２０、６００、７００、１０２０、１１００）であって、
前記回転子は、前記固定子に対して可動であり、かつ前記固定子極と前記回転子極との間の公称間隙（８０５、９０５、１０１５、１１３０、１９１０）を前記固定子と共に画定し、前記回転子極は、透磁性磁極材料を含み、
前記回転子は、隣接する前記回転子極間に磁束障壁（７０４、９０６、１１０４、１３０４、１４０４）を有し、
前記磁束障壁は、前記透磁性磁極材料と異なる導電性を有する第２の材料をそれぞれ含み、前記磁束障壁の導電性は、前記透磁性磁極材料の導電性より大きく、
前記磁束障壁は、前記回転子極の外で互いに電気的に絶縁され、
前記第２の材料は、前記磁束障壁の層の厚さより大きい電流表皮深さを有し、
ｂ）前記モータコントローラ（１０４、１３０）は、それぞれの前記電気巻線又は前記能動磁気部品（１０６）の巻線の組に接続された複数のスイッチ（１３４）を含み、
ｃ）前記駆動することは、
前記複数の前記能動極と、前記公称間隙に沿って配置された一連の受動極を有する受動磁気部品（１０８）との間の前記公称間隙（８０５、９０５、１０１５、１１３０、１９１０）に沿って配置された前記複数の能動極（４１２、８０２、９０２、１０１２、１１２２）の第１の能動極を、前記第１の能動極に関連付けられた前記電気巻線（４１６、１９０４、２８１４、３３１４、３５１４）を通る電流をパルス化することであって、前記複数の前記能動極のうち隣接する前記能動極の巻線が通電されない少なくとも３つのパルス系列を含む、パルス化することによって通電させることと、
前記複数の前記能動極の第２の能動極を、前記第２の能動極に関連付けられた前記電気巻線を通る電流をパルス化することであって、前記第１の能動極の前記巻線が通電されない少なくとも３つのパルス系列を含む、パルス化することによって通電させ、前記第２の能動極に関連付けられた前記電気巻線を通る電流のパルス化中の最小電流に対する最大電流の比が少なくとも４：１、具体的には少なくとも７：１、より具体的には１０：１である電流波形に従い、前記第２の能動極に関連付けられた電気巻線を通して電流を通過させることと、
を含む、方法。
【請求項１３】
前記駆動することは、前記回転子の速度を検出し、かつ検出された前記回転子の前記速度に応じて前記パルス化された電流の周波数を制御することをさらに含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記駆動することは、前記回転子速度が変更されるとき、前記パルス化された前記電流の前記周波数を、少なくとも、前記能動極のそれぞれが通電される前記周波数が前記周波数の少なくとも２分の１である前記回転子速度まで維持されることをさらに含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
第１の能動極に関連付けられた前記電気巻線（４１６、１９０４、２８１４、３３１４、３５１４）を通る電流をパルス化することは、前記第１の能動極から前記公称間隙（８０５、９０５、１０１５、１１３０、１９１０）にわたって前記受動極に隣接する第１の磁束障壁（７０４、９０６、１１０４、１３０４、１４０４）内に渦電流を生成し、前記磁束障壁は、前記公称間隙にわたって前記受動極より高い導電率を有する、請求項１２〜１４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１６】
前記第１の能動極を通電させ、かつその後、前記第２の能動極を通電させることは、前記第１の能動極から前記公称間隙（８０５、９０５、１０１５、１１３０、１９１０）にわたる前記第１の能動極と前記受動極との間の第１の力と、前記第２の能動極から前記公称間隙にわたる前記第２の能動極と前記受動極との間の第２の力とを生成する、請求項１２〜１５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１７】
前記第１及び第２の力は、前記能動極と前記受動極との間の相対運動を誘起する、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記相対運動は、前記回転子（４２０、６００、７００、１０２０、１１００）の回転運動を含む、請求項１７に記載の方法。
【国際調査報告】
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