(57)【要約】  リング様の形で配設された１つ又は複数の永久磁石を含むロータを有するモータ装置であって、隣接する磁石の類似の極は互いに向き合い、さらに、ギア機構（例えば歯付きリング）が、ロータからの回転を外部ギア機構に伝達するように構成される、モータ装置。モータはまた、１つ又は複数のソレノイドを有するステータと、ベアリング組立体とを含むこともでき、このベアリング組立体は、ギア及び軸組立体と係合するための歯付き要素と一体化された回転式のベアリング要素を含む。回転式のベアリング要素及び一体化された歯付きギア要素は、主ソレノイドの空隙を通過し、最小の空隙サイズをもたらして、モータの効率を向上させることができる。
2021508227.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロータ及びステータを有する電気モータであって、
前記スタータは、それぞれが空隙を有する１つ又は複数の主ソレノイドを有し、
前記ロータは、リング様の形で配設された複数の永久磁石を有し、隣接する磁石の類似の極は、互いに向き合い、また前記ロータは、軸ギア機構と連動するためのギア機構をさらに有し、
１つ又は複数のベアリングが間に配設された内側リング及び外側リングを有するベアリング組立体であって、前記内側リングは固定式であり、前記外側リングは前記内側リングに対して可動であり、さらに、前記外側リングは、前記軸ギア機構と連動するための前記ギア機構を有する、ベアリング組立体を有し、
前記永久磁石は、前記主ソレノイドの前記空隙を通過するように配置されている、電気モータ。
【請求項２】
隣接する磁石の各対の端部間の領域内にエアスペースをさらに有し、前記永久磁石のそれぞれは、その端部において、角錐台又は円錐台の形態に細くなされ、それにより前記領域のそれぞれにおいて磁場の集中をそれぞれ生じさせる、請求項１に記載の電気モータ。
【請求項３】
前記１つ又は複数のベアリングのそれぞれが、球形又は円筒形の形状を有する、請求項１又は請求項２に記載の電気モータ。
【請求項４】
前記１つ又は複数のベアリングが、ボール・ベアリング又はローラ・ベアリングを有する、請求項１から３までのいずれか一項に記載の電気モータ。
【請求項５】
１つ又は複数のスタータ・ソレノイドをさらに有する、請求項１から４までのいずれか一項に記載の電気モータ。
【請求項６】
前記１つ又は複数のスタータ・ソレノイドが、主ソレノイドの各対間に配設される、請求項５に記載の電気モータ。
【請求項７】
前記ロータの回転が、前記１つ又は複数のスタータ・ソレノイド内に電流を誘発する、請求項５又は請求項６に記載の電気モータ。
【請求項８】
前記１つ又は複数のスタータ・ソレノイドは、電流が前記１つ又は複数のスタータ・ソレノイド内で誘発されないように、前記システムから選択的に解放され得る、請求項７に記載の電気モータ。
【請求項９】
前記１つ又は複数のスタータ・ソレノイドの物理的幅が、前記１つ又は複数の主ソレノイドより小さい、請求項５から８までのいずれか一項に記載の電気モータ。
【請求項１０】
前記１つ又は複数のスタータ・ソレノイドそれぞれが、前記１つ又は複数の主ソレノイドと比べて多くの巻線を有する、請求項５から９までのいずれか一項に記載の電気モータ。
【請求項１１】
前記外側リングが、前記主ソレノイドの空隙を通過する、請求項１から１０までのいずれか一項に記載の電気モータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、参照により全体的に本明細書に組み込まれる２０１７年１２月２８日付けで出願した英国特許第１７２２０５４．２号の優先権を主張するものである。
【０００２】
本開示は、電気モータの分野に関する。
【背景技術】
【０００３】
回転タイプの電気モータがよく知られており、電気エネルギーを機械エネルギーに変換するために長年にわたり広く使用されてきている。典型的な電気モータは、ロータと、ステータとを有することができる。
【０００４】
モータの可動部は、通常、ロータと呼ばれ、回転を負荷に送出するための旋回シャフト又は類似の機構を含むことができる。モータの静止部は、しばしばステータと呼ばれ、通常、導体の巻線及び／又は永久磁石を含む。いくつかのモータでは、薄い金属シート（「ラミネーション」と呼ばれることもある）をステータのコア内に配置することができ、それによって中実コアが利用される場合に、そうでなければ結果として生じ得るエネルギー損失を低減することができる。
【０００５】
ほとんどの場合、ロータ上又はロータ内には、（例えばステータが１つ又は複数の永久磁石を含む場合）ステータの磁場と相互作用するための電流を運ぶための導体が配置される。ロータとステータとの間の電磁的相互作用は、シャフトを旋回させ、負荷時に作動する力を提供する。別の代替策では、ロータは、永久磁石を含むことができ、ステータは、電流を運ぶ導体を含む。いずれの構成においても、上記で大まかに説明したもののような電気モータはまた、機械エネルギーを電気エネルギーに変換するように反対に機能する形で（すなわち発電機として）使用され得る。
【０００６】
特定の非典型のブラシレスＤＣモータ構造が、当技術分野で知られている。例えば国際公開第２０１３／１４０４００号パンフレットは、ブラシレスＤＣモータの非典型の構造を教示しており、この構造は、円形のリング様ロータ構造に沿って等角度で離間され、且つ／又は等間隔で径方向に配設された複数の永久磁石と、固定位置において等角度で離間され、等間隔で径方向に配設された複数のソレノイドとを含むことができる。ソレノイドハウジングのそれぞれは、空隙セクションを含み、複数の磁石と共にリング様ロータがその軸周りを回転するとき、複数の磁石はこの空隙セクションを通過する。国際公開第２０１３／１４０４００号パンフレットはまた、ロータの回転が、ソレノイドに対する永久磁石の相対的配置に基づいて電流の方向を適時に反転させながら、ソレノイドへのＤＣ電流を可変に制御して供給することによって引き起こされることを教示している。
【０００７】
国際公開第２０１３／１４０４００号パンフレットに開示されるように、ソレノイドに対する磁石の動作は、準線型であり得る。加えて、国際公開第２０１３／１４０４００号パンフレットは、それぞれ２つの隣接する永久磁石間に高浸透性材料（鉄など）のスペーサを配置することができ、それによって隣接する永久磁石の各対間の領域内の磁場の密度を増大させることを教示している（この構造は、ここでは磁石−スペーサ構造と称される）。国際公開第２０１３／１４０４００号パンフレットのモータはまた、ロータの回転中、ソレノイドに対する永久磁石の位置を決定するために使用される１つ又は複数のセンサと、ソレノイドへの電流の供給を制御するためのコントローラとを含むこともできる。国際公開第２０１３／１４０４００号パンフレットの実施例では、ロータは、歯付き要素などの動力伝達手段に機械的に連結され得る。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】国際公開第２０１３／１４０４００号パンフレット
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
特定の利益があるにもかかわらず、国際公開第２０１３／１４０４００号パンフレットに開示されるモータは、さまざまな欠点及び不利点を被る。例えば国際公開第２０１３／１４０４００号パンフレットのモータは、ロータ上の複数の永久磁石がそのそれぞれのソレノイドの中央線に実質的に位置合わせされる（いわゆる「デッド配置（ｄｅａｄ  ｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎ）」）状況において開始する能力が不十分である。そのような位置合わせを考慮するために、そのようなデッド配置において開始する際にモータの回転を始めるための機構を含むことが、必要になり得る。したがって、本開示の目的は、１つ又は複数のデッド配置に配設されたときにモータを開始するためのさまざまな機構を教示することである。
【００１０】
国際公開第２０１３／１４０４００号パンフレットに開示されるモータの別の不利点は、開示された磁石−スペーサ構造の下方に位置決めされた歯付きリングにより、ここで開示されるリング様構造が比較的かさばり大型になり得ることである。国際公開第２０１３／１４０４００号パンフレットは、例えば歯付きリングがソレノイドの空隙（ｃａｖｉｔｙ）を通過しなければならず、それによってソレノイド内の空隙を永久磁石単独よりも大きくする必要があることを教示している。そのような配置は、（大型のソレノイド及び比較的重い歯付きリングからの）全体重量の望ましくない増大、及び（空隙サイズを増大させる必要があることに起因する）全体モータ容積の望ましくない増大を必要とする。したがって、本開示の目的は、国際公開第２０１３／１４０４００号パンフレットによって教示されたモータを含む、ブラシレスＤＣモータの全体的容積及び重量を全般的に低減するための解決策を提供することである。
【００１１】
国際公開第２０１３／１４０４００号パンフレットに開示されるモータのさらに別の例示的な不利点は、これを任意のエネルギー削減機能にあわせて最適化することができないことである。例えば国際公開第２０１３／１４０４００号パンフレットは、バッテリを再充電するため、及び／又はモータによって生成され得る余分の電気エネルギーを貯蔵するための機構を教示していない。したがって、本開示の目的は、モータ（例えば国際公開第２０１３／１４０４００号パンフレットにおけるモータなど）内でエネルギーを管理するための機構及び／又は方法を教示し、モータからの未使用のエネルギーを使用してバッテリの再充電をもたらすことである。
【００１２】
また、任意の２つの隣接する永久磁石間の領域内の磁場密度が、他のモータ（例えば国際公開第２０１３／１４０４００号パンフレットに開示されるモータ）内の類似の領域内の磁気密度より高くなり得る電気モータであって、特にいかなる磁石−スペーサ構造も有さない、電気モータを提供することも本開示の目的である。本開示の他の目的及び利点は、説明が進むにつれて明らかになるであろう。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
特許請求の範囲による電気モータが、提供される。電気モータは、ロータと、ステータと、ベアリング組立体とを有する。ステータは、空隙をそれぞれが有する１つ又は複数の主ソレノイドを有する。ロータは、リング様の形で配設された複数の永久磁石を有し、隣接する磁石の類似の極は、互いに向き合っている。ロータは、軸ギア（ａｘｌｅ  ｇｅａｒ）機構と連動するためのギア機構をさらに有する。ベアリング組立体は、内側リングと外側リングとを有し、これらリング間には１つ又は複数のベアリングが配設され、内側リングは、固定式であり、外側リングは、内側リングに対して可動であり、さらに、外側リングは、軸ギア機構と連動するためのギア機構を有する。永久磁石は、主ソレノイドの空隙を通過するように配置される。
【００１４】
任意選択により、電気モータは、隣接する磁石の各対の端部間の領域内にエアスペースをさらに有し、前記永久磁石のそれぞれは、その端部において、角錐台又は円錐の形態で狭くされ、それによって前記領域のそれぞれにおいて磁場の集中をそれぞれ引き起こす。
【００１５】
実施例では、１つ又は複数のベアリングのそれぞれは、球形又は円筒形の形状を有する。
【００１６】
実施例では、１つ又は複数のベアリングは、ボール・ベアリング又はローラ・ベアリングを有する。
【００１７】
実施例では、電気モータは、１つ又は複数のスタータ・ソレノイドをさらに有する。任意選択により、１つ又は複数のスタータ・ソレノイドは、主ソレノイドの各対間に配設される。任意選択により、ロータの回転は、１つ又は複数のスタータ・ソレノイド内に電流を誘発する。任意選択により、１つ又は複数のスタータ・ソレノイドは、電流が１つ又は複数のスタータ・ソレノイド内で誘発されないように、システムから選択的に係合解除され得る。任意選択により、１つ又は複数のスタータ・ソレノイドの物理的な幅は、１つ又は複数の主ソレノイドより小さい。任意選択により、１つ又は複数のスタータ・ソレノイドそれぞれは、１つ又は複数の主ソレノイドと比べて多くの巻線を有する。
【００１８】
実施例では、外側リングは、主ソレノイドの空隙を通過する。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】国際公開第２０１３／１４０４００号パンフレットに開示される従来技術のモータの斜視図である。
【図２】図１のモータの分解図である。
【図３】本開示の１つの実施例によるブラシレスＤＣモータの斜視図である。
【図４ａ】本開示の１つの実施例によるブラシレスＤＣモータのベアリング組立体構造の斜視図である。
【図４ｂ】図４ａに示すブラシレスＤＣモータのベアリング組立体構造の断面図である。
【図５ａ】本開示の１つの実施例によるベアリング組立体の部分の斜視図である。
【図５ｂ】本開示の１つの実施例によるベアリング組立体の部分の別の斜視図である。
【図５ｃ】本開示の１つの実施例によるベアリング組立体の部分の別の斜視図である。
【図５ｄ】図５ａ〜５ｃに示すベアリング組立体の断面図である。
【図６】本開示の１つの実施例によるブラシレスＤＣモータの斜視図である。
【図７】本開示のモータの例示的な実施例の例示的な全体制御スキームのブロック図である。
【図８Ａ】本開示のモータ用の例示的な駆動ユニット及び例示的なスタータ駆動ユニットの全体制御構造を示す図である。
【図８Ｂ】本開示のモータ用の例示的な駆動ユニット及び例示的なスタータ駆動ユニットの全体制御構造を示す図である。
【図８Ｃ】本開示の例示的な実施例の主ソレノイド及びスタータ・ソレノイドに向けられた例示的な駆動信号を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
次に、本発明の主題の特有の例示的な実施例を添付の図を参照して説明する。しかし、本発明の主題は、多くの異なる形態で具現化されてもよく、本明細書に記載する実施例に限定されると解釈されてはならない。そうではなく、これらの実施例は、本開示が完璧で完全であるように、そして、本発明の主題の範囲を当業者に完全に伝えるように提供される。図では、同じ番号は同じ要素を指す。要素が別の要素に「連結される」か、又は「結合される」と示されるとき、これを他方の要素に直接連結するか、若しくは結合することができ、又は介在要素が存在してもよい。本明細書では、用語「及び／又は」は、関連して挙げる項目の１つ又は複数のあらゆるすべての組み合わせを含む。
【００２１】
本明細書に開示する特徴のすべてを、そのような特徴及び／又はステップの少なくともいくつかが相互に制限的である組み合わせを除き、任意の組み合わせに組み合わせることができることを最初に理解されたい。
【００２２】
次に図１を参照すれば、従来技術において知られている例示的なＤＣブラシレスモータ１００、詳細には国際公開第２０１３／１４０４００号パンフレットに開示されるモータの全体構造が、提示される。図２は、図１に示すモータ１００の例示的な分解図を提示する。図示するように、従来技術のモータ１００は、リング様ロータ１１０と、複数のソレノイド１２０とを含む。ソレノイド１２０は、ロータ１１０の中心軸（描写せず）の周りに全体的に等間隔で径方向に配設され、及び／又は等角度で離間される。歯付きリング１３０が、ロータ１１０の底部に沿って位置し、ギア１３５と相互作用するように構成され、このギアは、さらに軸１３８に結合される。モータ１００はまた、ローラ形状ベアリング１４０も含み、このベアリングは、ロータ１１０を支持すると共に、ロータ１００の円滑な回転を全体的に可能にするために使用される。モータ１００は、例えばベース１５０などの支持ベース上に位置決めされ得る。
【００２３】
次に図２を参照すれば、国際公開第２０１３／１４０４００号パンフレットに開示される従来技術のロータ１１０は、複数の永久磁石１１５と、磁石１１５間に配設された複数のスペーサ１１７とを含む。スペーサ１１７は、典型的には、高浸透性材料から作製される。ロータ１１０はまた、上側リング１１２を含み、この上側リングは、永久磁石１１５及びスペーサ１１７の上方に位置決めされ、ベアリング１４０と接触する。リング１１２は、それによって、ロータ１１０を支持し、ロータ１１２の円滑な回転をもたらす。ロータ１１２はまた、磁石支持リング１８０も含み、この磁石支持リング上には、磁石１１５及びスペーサ１１７が、設置される。ソレノイド１２０もまた、提供される。
【００２４】
通常、国際公開第２０１３／１４０４００号パンフレットにより詳細に教示するように、モータ１００は、ＤＣ電流をソレノイド１２０内の導体の巻線に供給することによって作動する。ソレノイド１２０を流れ抜ける電流によって誘発された磁場は、磁石１１５の磁場と相互作用する。導体内の（ソレノイド１２０の導体を通って駆動される効果電流を低減する）逆起電力（ｂａｃｋ−ＥＭＦ）の誘発を実質的に解消するか、又は大きく低減するために、モータ１００内のコントローラは、誘発された逆起電力が最小であるときに駆動電流が最大になり、またその逆の形になるように、導体を通る電流の大きさ及び方向のタイミングを合わせる。
【００２５】
磁石支持リングの下方には、歯付きリング１３０が存在し、この歯付きリングは、ロータ１１０の回転モーメントをギア１３５に伝達する。歯付きリング１３０は、ギア１３５と共働して、モータ１００からの動力を全体的に軸１３８に伝達する。底部リング１９５が、ロータ１１０の構造を支持するために提供される。国際公開第２０１３／１４０４００号パンフレットは、上側リング１１２、磁石１１５、及びスペ−サ１１７のそれぞれ、磁石−支持リング１８０、歯付きリング１３０、及び底部リング１９５がそれぞれ、互いに剛性に連結され、それぞれがソレノイド１２０の空隙１２４を通過するように一緒になって回転することを教示している。
【００２６】
次に図３を参照すれば、本開示のさまざまな態様による電気モータ３００の例示的な実施例が、提示される。いくつかの実施例では、モータ３００は、ステータ組立体３１０と、ロータ組立体３２０とを含むことができる。ステータ組立体３１０は、１つ又は複数の主ソレノイド３１２を含むことができる。いくつかの実施例では、１つ又は複数の主ソレノイド３１２は、ロータ組立体３２０の中心軸（図示せず）の周りに等角度で離間され、及び／又は等しい間隔で径方向に配設され得る。１つ又は複数の主ソレノイドのそれぞれは、空隙３１８を含むことができ、また、主ソレノイドベース３１４に結合されても、又は別の形で関連付けられてもよい。
【００２７】
ロータ組立体３２０は、いくつかの実施例では、１つ又は複数の（典型的なＮ−Ｓ極性を有する）永久磁石３２５を含み、また、歯付きリング要素３２８を含むこともできる。永久磁石３２５の数は、主ソレノイド３１２の数に対応することができる（又は任意選択により、対応しなくてもよい）。いくつかの実施例では、１つ又は複数の永久磁石３２５及び歯付きリング３２８は、主ソレノイド３１２の空隙３１８を通過する。加えて、ロータ組立体３２０の歯付きリング３２８を利用して、ギア３３０と相互作用することができ、このギアは、任意選択により、主軸３３５に剛性に結合され得る。ベルト駆動システムなどを含む任意の他の適用可能な駆動機構を使用してもよいことに留意されたい。いくつかの実施例では、モータ３００は、ベース３５０によって支持され得る。
【００２８】
従来技術のいくつかのモータ（例えば国際公開第２０１３／１４０４００号パンフレットに開示されるモータ）とは異なり、モータ３００は、いくつかの実施例では、永久磁石間のロータ組立体３２０上に配設される、高浸透性材料から作製されたスペーサを有さなくてよく（例えば図２のスペーサ１１７を有さなくてよく）、その代わりに自由空間だけに頼る。そのようなスペーサ（例えばスペーサ１１７）の使用を解消することは、材料及び重量の低減という利益を含むが、高浸透性材料が、例えば磁場密度の増大及び均一性を提供し得るという特定の磁場の利益を犠牲にし得る。
【００２９】
所望の磁場特性における損失のいくらか又はすべてがそのようなスペーサ（例えばスペーサ１７７）の解消に起因することを考慮に入れて、いくつかの実施例では、永久磁石３２５を、各端部（例えば角錐台端部３２６）において、例えば円錐台又は角錐台（又は他の所望の及び／又は効果的な形状）の形態で狭くして、任意選択により、隣接する永久磁石３２５間の磁場の均一性及び密度の１つ又は複数を増大させることができる。より具体的には、そのような狭くなった端部の形態（例えば端部３２６）は、例えばモータ３００の全体重量を増大させることが不利となり得る高浸透性材料のスペーサを有する必要なく、磁石３２５間の磁場を、全体的により密度が高く、より均一にすることができる。
【００３０】
いくつかの実施例では、モータ３００は、任意の数のベアリング組立体配置を利用することができる。例えば図３は、１つの例示的なベアリング組立体３６０を示し、以下で図５ａ〜５ｃを参照してより詳細に論じられる。或いは、モータ３００は、図４ａ〜４ｂを参照して提示する例示的なベアリング組立体４６０を利用することができる。
【００３１】
最初に図４ａを参照すれば、ベアリング組立体４６０の１つの実施例の斜視図が、提示され、同じものの断面図が、図４ｂに提示される。ベアリング組立体４６０は、任意選択のベース３５０、ソレノイドベース３１４及び歯付きリング要素３２８と並べて提示される。ベアリング組立体４６０は、いくつかの実施例では、２つの同軸リング−内側リング４６２及び外側リング４６４を含むことができ、１つ又は複数のベアリング４６６が、これらリング間に配設される。いくつかの実施例では、外側リング４６２は、固定式であることができ、一方で外側リング４６４は、内側リング４６２に対して可動であることができる（そうではあるが、所望の場合、反対の配置を使用してもよい）。ベアリング４６６は、内側リング４６２に対する外側リング４６４の動き（又はその反対の形の動き）を、摩擦を最小限にする形で容易にするために使用され得る。例えばベアリング４６６は、球状ボール・ベアリング、円筒状ベアリング又は任意の他の相対的に低摩擦の組立体（テフロン（登録商標）、グリース処理されたシステムなど）であってもよい。とりわけ、図３に示す実施例（及び例えば図５ａ〜５ｄに関して以下で論じる類似の実施例）とは異なり、図４ａ及び４ｂに示すベアリング組立体４６０は、外側リング４６４とは別個の要素として、歯付きリング要素３２８を含むことができる。
【００３２】
いくつかの実施例では、歯付きリング３２８を可動式外側リング４６４に結合することができ、それにより、歯付きリング３２８及びロータ組立体３２０の残りのもの（例えば永久磁石３２５）は、ロータ３２０の中心軸（図示せず）の周りで自由に回転することができる。いくつかの実施例では、例えば図４ｂに示すように、永久磁石３２５は、磁石支持リング４７０によって支持され、及び／又は結合され得る。いくつかの実施例では、ベアリング組立体４６０は、歯付きリング３２８、磁石支持リング４７０、外側リング４６４、内側リング４６２、及びベアリング４６６を含んで、非鉄又は非磁気材料から作製され得る。
【００３３】
国際公開第２０１３／１４０４００号パンフレットに開示されるモータの論議及び図４ａ及び４ｂに関する論議の両方において本明細書の上記で留意したように、磁石支持リング（１８０（図２）及び４７０（図４ｂ））及び歯付きリング（１３０（図１及び２）及び３２８（図４ａ及び４ｂ））は、別個の要素であり得る。それにしたがって、別個の要素が同時に空隙（１２４／３１８）を通過するために必要とされる空間の固有の増大に適応するために、主ソレノイド（１２０／３１２）のそれぞれにおいて空隙（１２４／３１８）の望ましくない拡大が必要とされることがあり、それによって、いくつかの実施例では、開示するモータの全体容積及び／又は重量の望ましくない拡大を全体的に必要とする。ベアリング組立体は、所望の場合、図３に示すさまざまな要素と共に使用することができ、また逆もまた同様に言える。
【００３４】
代替の実施例では、また次に図５ａ〜５ｄを参照すれば、図３に最初に示すベアリング組立体３６０のより詳細な提案が、提示される。最初に図５ａを参照すれば、ベアリング組立体３６０は、内側リング３６２と、外側リング３６４とを含むことができ、ベアリング３６６がこれらのリング間に配設される。有利には、外側リング３６４は、歯付きリング要素３２８を含むこともでき、それにより、外側リング３６４及び歯付きリング要素３２８は、一緒に単一要素に一体化される。例えば図５ｂに示すように、外側リング３６４及び一体化された歯付きリング３２８は、ギア３３０と相互に噛み合うことができ、このギアは、さらに、主軸３３５に結合され得る。いくつかの実施例では、内側リング３６２は、固定式であり、１つ又は複数の取付体３８５に結合され得る。取付体３８５は、任意選択により、ベース３５０に締め付けられ得る。
【００３５】
本明細書の上記で開示したさまざまな配置では、外側リング３６４及び一体化された歯付きリング３２８は、従来技術において開示したモータと比べてモータ全体３００の容積及び／又は重量は小さくてよく、有利には、１つ又は複数の空隙３１８の必要なサイズを低減することができる。空隙３１８の必要なサイズを低減する際、より小さい直径の巻線を主ソレノイド３１２に利用することができ、その結果、例えば電磁力の相対的な増大、使用材料の低減、全体重量の低減などを含むさまざまな有利な利益が、生じる。
【００３６】
次に図５ｃ及び５ｄを参照すれば、ロータ３２０の追加の構成要素が、提示される。特に、ロータ３２０のいくつかの実施例は、外側リング３６４及び一体化された歯付きリング要素３２８の両方に結合された永久磁石３２５を含むことができる。いくつかの実施例では、磁石３２５は、外側リング３６４に、例えば磁石ベース３７０を介して結合され得る。作動において、ステータ３１０からの力が、磁石３２５上に作用して、ロータ３２０内に回転を誘発し、それによって歯付きリング要素３２８をギア３３０上で作用させ、動力をモータ３００から主軸３３５に伝達させる。いくつかの実施例では、外側リング３６４は、摩擦などを回避するために、内側リング３６２より相対的に高くなり得る。
【００３７】
上記で留意したように、例えば国際公開第２０１３／１４０４００号パンフレットに開示されるもののようなモータに関連付けることができる１つの欠点は、各永久磁石（例えば磁石３２５）のそれぞれの対称線が、それぞれの主ソレノイド３１２の中央長手方向線と同一である「デッド配置」でモータを開始しなければならない可能性である。そのような配置では、ステータ（例えばステータ３１０）によってロータ（例えばロータ３２０）に付与される正味力は、実質的にゼロになり得る。
【００３８】
次に図６を参照すれば、上述した欠点を克服することができる本開示のさらに別の実施例が、提示される。より具体的には、図６は、モータ３００に実質的に類似するが、主ソレノイド３１２を補強することができる１つ又は複数の追加のスタータ・ソレノイド６１２も含む、モータ６００の例示的な実施例を示す。いくつかの実施例では、スタータ・ソレノイド６１２の数は、主ソレノイド３１２の数と同じであってもよいが、任意の数のスタータ・ソレノイド６１２が利用されてもよい。スタータ・ソレノイド６１２は、いくつかの実施例では、主ソレノイド３１２のそれぞれの間に配設され得る。有利には、本開示は、図１を参照して論じたローラ・ベアリング１４０を必要としない。それにしたがって、所望の場合、スタータ・ソレノイド６１２を主ソレノイド３１２間の領域内に又は領域周りに置くことができる。
【００３９】
追加的に、スタータ・ソレノイド６１２は、通常、主要な駆動回転ではなく、ロータ（例えばロータ３２０）の初期回転を誘発するのに利用することができるため、スタータ・ソレノイド６１２は、所望の場合、主ソレノイド３１２より小さくてよい（そうではあるが、スタータ・ソレノイドは、所望の場合、主ソレノイド３１２と同じサイズか、又はこれより大きくてもよい）。
【００４０】
主ソレノイド３１２及びスタータ・ソレノイド６１２のそれぞれは、１回又は複数回の巻き数の導線が巻き付けられ得る。通常、主ソレノイド３１２及びスタータ・ソレノイド６１２のいずれか又は両方には、任意の数の巻き数を利用することができる。いくつかの実施例では、例えばスタータ・ソレノイド６１２は、主ソレノイド３１２より多くの巻き数を利用することができ、一方で他の実施例では、主ソレノイド３１２は、スタータ・ソレノイド６１２と同じ巻き数又はこれより多い巻き数を有することができる。いくつかの実施例では、例えば主ソレノイド３１２は、７〜２０回の巻き数を含むことができ、スタータ・ソレノイドは、３００回又は約３００回の巻き数を含むことができる。いくつかの実施例では、以下でさらに論じるように、スタータ・ソレノイド６１２は、相対的に多くの巻き数を利用して、ロータ３２０からのエネルギーをより良好に捕捉し、機械エネルギーを電気エネルギーに変換することができる。
【００４１】
モータ（例えばモータ６００）が開始されると、スタータ・ソレノイド６１２は、次にモータ開始が必要となるまでモータを開始させる必要はなくなる。しかし、スタータ・ソレノイド６１２は、いくつかの実施例では、モータを開始させる以外の他の有益な目的で利用され得る。例えば典型的なＤＣモータは、逆転されたとき（例えば回転を生成するために軸／ロータ上に付与される力が、ステータの巻線内で電流を誘発したとき）、発電機としての役割を果たすことができることが、当技術分野でよく知られている。それにしたがって、スタータ・ソレノイド６１２は、そのモータ開始機能に利用されていないとき、いくつかの実施例では、モータからエネルギーを捕捉する、例えばバッテリを充填するか、又は何らかの他の電気的機能を提供するために利用され得る。例えばモータ６００が車両に利用された場合、車両の運動量をいくつかの状況において使用してロータ３２０を駆動し、スタータ・ソレノイド６１２内に電流を誘発することができ、この電流を使用して、１つ又は複数のバッテリ（例えばバックアップ・バッテリ及び／又はいくつかの状況では一次バッテリ）を充電することができる。有利には、スタータ・ソレノイド６１２は、任意選択により、効率性を最大化し、モータシステム上の抗力を所望でない場合に解消するために係合（連携）され、係合解除（解放）され得る。同様の方法で、有利には、スタータ・ソレノイド６１２を任意選択により係合するか、又は係合解除するための切り替え機構を使用して、モータ３００上に抗力を付与してブレーキング機能を果たすことができる。
【００４２】
通常、モータ６００の主ソレノイド３１２には、実質的にＤＣ電圧が送られ得る。いくつかの実施例では、ＤＣ電圧の大きさ及び／又は方向は、１つ又は複数のコントローラによって、例えば国際公開第２０１３／１４０４００号パンフレットに説明されるような形で、各永久磁石３２５の中心（すなわち磁石３２５の対称線）が、それぞれの主ソレノイド３１２の中央線の下方を通るときに、電流の方向が逆転されるように制御される。コントローラは、いくつかの実施例では、１つ又は複数のセンサ（例えば光学センサ又はホール効果センサ）から特定の入力を受け取ってロータ３２０の角度配置を決定して、前述のＤＣ電流の大きさ及び方向の制御を容易にすることができる。そのような制御のために、周回／分及び／又は加速度などの他の要因を測定し、算出し、及び／又はこれに頼ることもできる。
【００４３】
スタータ・ソレノイド６１２が、例えば図６に示す実施例と共に、そして図３、４ａ〜４ｂ及び５ａ〜５ｄ、さらに図７及び８Ａ〜８Ｃに示す実施例において利用され得ることが、理解されよう。
【００４４】
次に図７を参照すれば、例示的なモータ制御スキームのブロック図が、提示される。このブロック図では、以下の要素が提示され、追加の詳細が後に続く。
【００４５】
７２０：ロータ
【００４６】
７０１：主ソレノイドのグループ
【００４７】
７０２：スタータ・ソレノイドのグループ
【００４８】
７０３：基本コントローラ７０９から受け取られたタイミング信号に基づいて主ソレノイド７０１に信号を供給するための主駆動ユニット
【００４９】
７１１、７１２、７１３、７１４：主ソレノイド７０１に対する、ロータ７２０上の永久磁石（例えば磁石３２５）の角度位置（すなわち「角度配置（ａｍｇｕｌａｒ  ｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎ）」）を感知するために使用される、主ソレノイド３１２（例えば図６を参照）にあるセンサ。
【００５０】
７０９：タイミング及び電流方向の信号を主駆動ユニット７０３及びスタータ駆動ユニット７０２それぞれに提供するため、さらにこれ以後説明する他の全体的な制御機能のための基本コントローラ。
【００５１】
７０７：モータを作動させるための主バッテリ
【００５２】
７０８：バックアップ・バッテリにおいて電圧レベルをチェックし、バックアップ・バッテリが満杯であることが見出されたときに、過剰なエネルギーをバックアップ・バッテリから主バッテリにルーティングするためのバックアップ・バッテリ及びエネルギー調節装置７１０
【００５３】
７０４：基本コントローラ７０９から受け取られたタイミング信号に基づいてスタータ・ソレノイド７０２に信号を供給するためのスタータ駆動ユニット
【００５４】
７１５：スタータ・ソレノイド７０２から受け取られた、誘発された電圧をＤＣ電圧に変換し、前記ＤＣ電圧によってバックアップ・バッテリ７０８を充電するための電圧変換器
【００５５】
いくつかの実施例では、例えば開示するモータを開始することが最初に必要であるとき、基本コントローラ７０９は、センサ７１１、７１２、７１３、及び７１４の１つ又は複数に基づいてロータの角度配置を決定することができる。より詳細には、いくつかの実例では、基本コントローラ７０９は、永久磁石が「デッド配置」の所定の範囲内に位置するか、又は位置していないか（この範囲の長さは、例えば各永久磁石の長さの＋−５％であり得る）をチェックすることができる。位置してない場合、基本コントローラ７０９は、タイミング信号を主駆動ユニット７０３に伝え、この主駆動ユニットは、さらに、駆動信号を主ソレノイド７０１に供給することができ、このソレノイド７０１は、次いで、ロータ（例えばロータ３２０）の回転を始めることができる。これらの信号は、実質的にはパルス幅変調（ＰＷＭ）信号であることができ、そのような信号のタイミングは、例えば所望の回転速度に左右され得る。そのような信号はまた、ＤＣ電流を駆動するための当技術分野で知られている任意の他の信号タイプであってもよい。そのような信号はまた、永久磁石のそれぞれの対称線がそれぞれの主ソレノイド７０１の中央線の下方を通るたびにその電流方向を切り替えるように制御され得る。
【００５６】
しかし、ロータの配置が「デッド配置」の前記範囲内にあるとコントローラ７０９が決定した場合、コントローラ７０９は、タイミング信号をスタータ駆動ユニット７０４に送ることができ、このスタータ駆動ユニットは、さらに、ロータの初期駆動を引き起こすために、すなわちロータの永久磁石を「デッド配置」の外に出すために駆動信号をスタータ・ソレノイド７０２に供給することができる。前記初期駆動がデッド配置から出た後すぐに、コントローラ７０９は、タイミング信号を主駆動ユニット７０３に伝えるように向けて、例えば主ソレノイド７０１に供給された信号によってロータの正常回転を引き起こすことができる。エネルギー調節装置７１０は、１つ又は複数のバッテリ（例えばバックアップ・バッテリ７１０）においてエネルギーレベルを測定し、所望に応じてそのようなエネルギーを（例えばバックアップ・バッテリ７１０が例えば満杯である場合は主バッテリ７０７に）再分配することができる。
【００５７】
それにしたがって、図７は、とりわけ、現在開示しているモータを、「デッド配置」であるとき、又はそうではないときにどのように始めることができるかをブロック図で示す。さらに、図７に示すスキームは、スタータ・ソレノイド内にエネルギーを蓄え、これを所望に応じて、例えばバッテリを充電するために再分配することによってどのようにしてエネルギーを削減できるかを実証する。図７の構造は、図３、４ａ〜４ｂ、５ａ〜５ｃ、及び６に関して本発明書に示し、開示する実施例のそれぞれに適用され得る。
【００５８】
次に図８Ａ及び８Ｂを参照すれば、駆動ユニット７０３の例示的な構造が、スタータ・ソレノイド駆動ユニット７０４と共に提示される。この例では、図８Ａでは６個の主ソレノイド（例えば図６の３１２）が使用され、図８Ｂでは６個のスタータ・ソレノイド（例えば図６の６１２）が使用されると仮定する。「サブコントローラ＿１」７０９Ａに関連する図は、主ソレノイド駆動ユニット７０３の例示的な構造を示す。「サブコントローラ＿２」７０９Ｂに関連する図は、スタータ・ソレノイド駆動ユニット７０４の例示的な構造を示す。いくつかの実施例では、隣接するソレノイドの各対を単一の回路を介して駆動させることができるが、任意の作動可能な回路が所望に応じて使用されてもよい。しかし、単一の回路では、３つのそのような回路を図８Ａにおいて主ソレノイド（すなわち「サブコントローラ＿１」、７０９Ａ）に提供し、これとは別個に、３つのそのような回路を図８Ｂにおいてスタータ・ソレノイド（すなわち「サブコントローラ＿２」７０９Ｂ）に提供することができる。
【００５９】
図８Ａに示すように、例えば各対の隣接するソレノイドにおける巻線方向は、互いに相反するものである。主ソレノイドに関して、最初に、「サブコントローラ＿１」７０９Ａからのそれぞれの信号に基づいて、スイッチＱｌ；Ｑ４、Ｑ５；Ｑ８、及びＱ９；Ｑ１２の対を閉じることができ、その結果、ソレノイドの各対（例えばＦｌ；Ｆ２、Ｆ３；Ｆ４、及びＦ５；Ｆ６それぞれ）において電流の第１の方向のパルス（図８Ｃの期間Ａ〜Ｃ）を生じさせる。その後、例えばセンサ７１１〜７１４によって感知されたロータの配置の変化に基づき、前記スイッチを短期間（例えば図８Ｃの期間Ｄ〜Ｅ）の間開いて、前記対のそれぞれにおいてエネルギーの内部安定化を可能にすることができ、その後、スイッチＱ３；Ｑ２、Ｑ７；Ｑ６、及びＱ１１；Ｑｌ０を閉じることができ、その結果、前記ソレノイドのパンのそれぞれにおいて（例えば図８Ｃの期間Ｅ〜Ｇ）電流の（前記第１の方向の反対の）第２の方向のパルスを生じさせる。その後、再度すべてのスイッチを（例えば図８Ｃの期間Ｈ〜Ｉ）開いて、前記対のそれぞれにおいて内部エネルギー安定化を可能にすることができ、次いで同じ手順を繰り返すことができる。スタータ・ソレノイド駆動ユニット（図８Ｂ）の作動は、必要な変更を加えれば、主ソレノイド駆動ユニットと実質的に同じになり得る。図８Ａ〜８Ｃに関して本明細書において示す実施例は、図３、４ａ〜４ｂ、５ａ〜５ｃ、及び６に関して開示する要素に適用可能である。
【００６０】
所与のいかなる時間においてもスタータのソレノイドすべてに電流を供給する必要がないことに留意されたい。バッテリ・エネルギーを削減するために、また、モータからの負荷が低い場合、単一の主ソレノイドに電流を供給するだけでも十分になり得る。他方では、負荷が非常に高い場合、電流を、主ソレノイドすべてに、並びにスタータ・ソレノイドの一部又はすべてに同時に、当然ながら適時に供給することができる。コントローラ７０９は、さまざまな状況に適合させるために複数の選択可能なモードの作動を含むことができる。
【００６１】
本発明の一部の実施例を例として説明してきたが、本発明を多くの改変形態、変形形態、及び適応策を用いて、また、当業者の知識範囲内である数多くの等価物又は代替の解決策を使用して、本発明の趣旨から逸出せず、又は特許請求の範囲を超えずに実行に移すことができることが、明らかであろう。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４ａ】
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【図４ｂ】
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【図５ａ】
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【図５ｂ】
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【図５ｃ】
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【図５ｄ】
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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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【国際調査報告】
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