(57)【要約】  空芯ステーター・コイルを備えた回転方向にバランスの取れた電気モーターは、ケーシングと；磁石を装備して外部にギアの付いた環状のローターと；ローターの中心に位置決めされている長手方向軸線を有する出力シャフトと；円周方向に間隔を置いて配置された複数の空芯ステーター・コイルであって、空芯ステーター・コイルは、ケーシングに接続されており、ローターを取り巻く、空芯ステーター・コイルと；外部にギアの付いたディスクであって、ディスクは、ローターに対して平行になっており、出力シャフトに接続されており、出力シャフト同心円状になっている、ディスクと；対称的に位置決めされている複数の共通シャフト・ギア・ペアであって、複数の共通シャフト・ギア・ペアは、ローターからディスクへ運動を伝送するように構成されており、それによって、複数の空芯ステーター・コイルのうちのいずれとも干渉することなく、出力シャフトに動力を伝送する、複数の共通シャフト・ギア・ペアとを有している。
2021524218.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転方向にバランスの取れた電気モーターであって、前記電気モーターは、
ａ）  磁石を装備して外部にギアの付いた環状のローターと；
ｂ）  前記ローターの中心に配設されている長手方向軸線を有する出力シャフトと；
ｃ）  前記ローターを取り巻く円周方向に間隔を置いて配置された複数の空芯ステーター・コイルと；
ｄ）  外部にギアの付いたディスクであって、前記ディスクは、前記ローターに対して平行に配設されており、前記出力シャフトに連結されており、前記出力シャフトと同心円状になっている、ディスクと；
ｅ）  対称的に位置決めされている複数の共通シャフト・ギア・ペアであって、前記複数の共通シャフト・ギア・ペアは、前記ローターから前記ディスクへ運動を伝送するように構成されており、それによって、前記複数の空芯ステーター・コイルのうちのいずれとも干渉することなく、前記出力シャフトに動力を伝送する、複数の共通シャフト・ギア・ペアと
を含む、電気モーター。
【請求項２】
ケーシングをさらに含む、請求項１に記載の電気モーター。
【請求項３】
前記複数のギア・ペアのそれぞれの共通シャフトは、前記ケーシングの２つの平行な表面の中に回転可能に装着されている、請求項２に記載の電気モーター。
【請求項４】
前記ケーシングは、中空になっており、前記ローター、前記ディスク、前記複数の空芯ステーター・コイル、および前記複数のギア・ペアは、前記ケーシングの内部の中に収納されている、請求項２に記載の電気モーター。
【請求項５】
前記電気モーターは、前記ローターを半径方向に支持するための環状の軸受部材と、円周方向に間隔を置いて配置された複数の支持ポストとをさらに含み、前記支持ポストは、前記出力シャフトの前記長手方向軸線に対して平行の方向に延在しており、前記軸受部材に連結されている、請求項１から４のいずれか一項に記載の電気モーター。
【請求項６】
前記軸受部材は、ローター一体型の軸受部材であり、前記ローター一体型の軸受部材は、前記ローター一体型の軸受部材のアウター・レースを構成するローター部分と内側ステーター・レース部分との間に保たれている複数のローリング・エレメントを含み、前記ローター部分は、前記複数の共通シャフト・ギア・ペアの第１のギアと噛み合う外部ギアリングを提供されている、請求項５に記載の電気モーター。
【請求項７】
前記複数の共通シャフト・ギア・ペアの第２のギアは、前記ディスクの前記外部ギアリングと噛み合い、前記出力シャフトに動力を伝送する、請求項６に記載の電気モーター。
【請求項８】
前記ローターのギアリングと前記第１のギアのギアリングとの間のギア比は、前記ディスクのギアリングと前記第２のギアのギアリングとの間のギア比に等しくなっており、前記出力シャフトが前記ローター部分と実質的に同じ速度で回転することとなるということを保証する、請求項７に記載の電気モーター。
【請求項９】
前記ローター一体型の軸受部材の半径方向の長さ全体は、その所与の断面に関して、所与のステーター・コイルの空芯の中に受け入れられている、請求項６から８のいずれか一項に記載の電気モーター。
【請求項１０】
前記複数の空芯ステーター・コイルのそれぞれは、長方形のコイル本体部を有しており、前記コイル本体部は、長方形の空芯を取り囲んでおり、前記ローター部分に対して半径方向に配向されている、請求項６から９のいずれか一項に記載の電気モーター。
【請求項１１】
前記共通シャフト・ギア・ペアのそれぞれは、２つの隣接する空芯ステーター・コイル半径方向に最も外向きの部分同士の間に、所定のクリアランスの中に、前記ステーター・コイルと干渉することなく位置決めされている、請求項１から１０のいずれか一項に記載の電気モーター。
【請求項１２】
前記支持ポストのそれぞれは、三角形の構成を有しており、２つの隣接する空芯ステーター・コイルの半径方向に最も内側の部分同士の間に、所定のクリアランスの中に、前記ステーター・コイルと干渉することなく位置決めされている、請求項５から１１のいずれか一項に記載の電気モーター。
【請求項１３】
前記複数の支持ポストは、また、前記ケーシングの前記２つの平行な表面のうちの一方に接続されている、請求項５から１２のいずれか一項に記載の電気モーター。
【請求項１４】
前記ケーシングは、静止している、請求項２から１３のいずれか一項に記載の電気モーター。
【請求項１５】
空芯ステーター・コイルを備えた回転方向にバランスの取れた電気モーターであって、前記電気モーターは、
ａ）  ケーシングと；
ｂ）  磁石を装備して外部にギアの付いた環状のローターと；
ｃ）  前記ローターの中心に位置決めされている長手方向軸線を有する出力シャフトと；
ｄ）  円周方向に間隔を置いて配置された複数の空芯ステーター・コイルであって、前記空芯ステーター・コイルは、前記ケーシングに接続されており、前記ローターを取り巻く、空芯ステーター・コイルと；
ｅ）  外部にギアの付いたディスクであって、前記ディスクは、前記ローターに対して平行になっており、前記出力シャフトに接続されており、前記出力シャフト同心円状になっている、ディスクと；
ｆ）  対称的に位置決めされている複数の共通シャフト・ギア・ペアであって、前記複数の共通シャフト・ギア・ペアは、前記ローターから前記ディスクへ運動を伝送するように構成されており、それによって、前記複数の空芯ステーター・コイルのうちのいずれとも干渉することなく、前記出力シャフトに動力を伝送する、複数の共通シャフト・ギア・ペアと
を含む、電気モーター。
【請求項１６】
前記電気モーターは、前記空芯ステーター・コイルの中の電流および電流極性を制御するための複数のスイッチと、前記スイッチを制御するためのコントローラーとをさらに含み、前記コントローラーは、前記スイッチを選択的に動作させ、前記ローターの滑らかな回転を発生させる、請求項１から１５のいずれか一項に記載の電気モーター。
【請求項１７】
前記電気モーターは、前記空芯ステーター・コイルに対する前記磁石の位置を決定するための１つまたは複数のセンサーをさらに含み、センサー・データは、前記コントローラーに入力される、請求項１５に記載の電気モーター。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願との相互参照
本出願は、２０１８年４月２７日に出願されたＧＢ１８０６８９９．９の優先権を主張し、その全体は、参照により本明細書に組み込まれている。
【０００２】
本発明は、電気モーターの分野に関する。
【背景技術】
【０００３】
電気モーターは、典型的に、ステーターおよびローターを含み、空芯ステーター・コイルを備えて構成され、コンパクトな設計を維持しながら、比較的に高い出力密度を有する動力を伝達することが可能である。
【０００４】
特定の利益にかかわらず、空芯ステーター・コイルを含む電気モーターは、さまざまな欠点および不利益に悩まされる可能性がある。たとえば、そのようなモーターは、出力シャフトによってローターから負荷へ動力を伝達することが多い。先行技術のモーターは、ギア付きエレメントを利用し、動力を出力シャフトに伝達し、空芯ステーター・コイルとの干渉を防止してきた。しかし、そのようなモーターは、単一のギア付きエレメントが出力シャフトに機械的に接続されている場合に、回転アンバランスに悩まされる可能性があり、それによって、荷重がローターの回転の半径方向外側にあることを必要とする。ローターの回転軸線に対して垂直の周期的な線形力および捩じり力を発生させることを回避するために（それは、望ましくない振動を結果として生じさせる可能性がある）、電気モーターは、回転方向にバランスを取られるべきである。そのような振動の振幅が過度になる場合には、モーター故障が結果として生じる可能性がある。
【０００５】
本発明は、ステーター・コイルとの干渉なしに出力シャフトおよび負荷に動力を効率的に伝達することができる、空芯ステーター・コイルを備えて構成された回転方向にバランスの取れた電気モーターを提供することを求めている。本発明の他の態様および利点は、説明が進むにつれて明らかになることとなる。
【０００６】
背景技術の先行する議論は、本発明の理解を促進させることのみを意図している。本議論は、言及されている材料のいずれもが、本出願の優先日における一般常識の一部であるということの承認または自白ではない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の目的は、先行技術の少なくとも１つの不利益を改善するか、緩和するか、もしくは克服し、または、少なくとも公衆に実用的な選択肢を提供することとなる、回転方向にバランスの取れた電気モーターを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
回転方向にバランスの取れた電気モーターが提供され、それは、ローターをそれぞれ取り巻く円周方向に間隔を置いて配置された複数の空芯ステーター・コイルと相互作用することによって回転する、磁石を装備した環状のローターを含むことが可能である。ステーター・コイルが電流を通電されるときに、電磁場が誘導され、誘導された電磁場は、ローターのそれぞれの永久磁石の磁場と相互作用し、回転を開始させることが可能である。永久磁石がそれぞれのステーター・コイルの内部の中に導入されている間に、ローターは回転し続けることが可能である。
【０００９】
空芯ステーター・コイルを備えて構成されている先行技術の電気モーターによって動力を伝達することの欠点のうちのいくつかは、たとえば、出力シャフトに接続されている外部にギアの付いたディスク（それは、環状の外部にギアの付いたローターに対して平行になっていることが可能である）を提供することによって、本明細書における開示によって軽減された。対称的に位置決めされている複数の共通シャフト・ギア・ペアのそれぞれは、空芯ステーター・コイルと干渉することなく、および、モーターの回転バランスを維持しながら、ローターからディスクへ運動を伝送し、それによって、出力シャフトへ動力を伝送する役割を果たすことが可能である。
【００１０】
本発明は、空芯ステーター・コイルを備えた回転方向にバランスの取れた電気モーターであって、電気モーターは、磁石を装備して外部にギアの付いた環状のローターと；ローターの中心に位置決めされている長手方向軸線を有する出力シャフトと；ローターを取り巻く円周方向に間隔を置いて配置された複数の空芯ステーター・コイルと；外部にギアの付いたディスクであって、ディスクは、ローターに対して平行になっており、出力シャフトに接続されており、出力シャフトと同心円状になっている、ディスクと；対称的に位置決めされている複数の共通シャフト・ギア・ペアであって、複数の共通シャフト・ギア・ペアは、ローターからディスクへ運動を伝送するように構成されており、それによって、前記複数の空芯ステーター・コイルのうちのいずれとも干渉することなく、出力シャフトに動力を伝送する、複数の共通シャフト・ギア・ペアとを含む、電気モーターを提供する。
【００１１】
１つの態様では、複数のギア・ペアのそれぞれの共通シャフトは、ケーシングの２つの平行な表面の中に回転可能に装着され得る。ケーシングは、中空になっていることが可能であり、ローター、ディスク、複数の空芯ステーター・コイル、および複数のギア・ペアは、ケーシングの内部の中にすべて収納され得る。
【００１２】
１つの態様では、モーターは、ローターを半径方向に支持するための環状の軸受部材と、円周方向に間隔を置いて配置された複数の支持ポストとをさらに含むことが可能であり、支持ポストは、たとえば、出力シャフトの長手方向軸線に対して平行の方向に延在しており、前記軸受部材のインナー・レースに接続されている。軸受部材は、ローター一体型の軸受部材であることが可能であり、複数のローリング・エレメントが、前記ローター一体型の軸受部材のアウター・レースを構成するローター部分とインナー・レース部分との間に保たれるように、および、ローター部分が、複数の共通シャフト・ギア・ペアの第１のギアと噛み合う外部ギアリングを提供され得るように、ローター一体型の軸受部材は構成され得る。
【００１３】
本発明は、空芯ステーター・コイルを備えた回転方向にバランスの取れた電気モーターであって、電気モーターは、
ａ）  ケーシングと；
ｂ）  磁石を装備して外部にギアの付いた環状のローターと；
ｃ）  前記ローターの中心に位置決めされている長手方向軸線を有する出力シャフトと；
ｄ）  円周方向に間隔を置いて配置された複数の空芯ステーター・コイルであって、空芯ステーター・コイルは、前記ケーシングに接続されており、前記ローターを取り巻く、空芯ステーター・コイルと；
ｅ）  外部にギアの付いたディスクであって、ディスクは、前記ローターに対して平行になっており、前記出力シャフトに接続されており、前記出力シャフト同心円状になっている、ディスクと；
ｆ）  対称的に位置決めされている複数の共通シャフト・ギア・ペアであって、複数の共通シャフト・ギア・ペアは、前記ローターから前記ディスクへ運動を伝送するように構成されており、それによって、前記複数の空芯ステーター・コイルのうちのいずれとも干渉することなく、前記出力シャフトに動力を伝送する、複数の共通シャフト・ギア・ペアと
を含む、電気モーターをさらに提供する。
【００１４】
ここで、本発明の好適な実施形態が、添付の図面を参照して、単なる例として説明されることとなる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】明確化のために特定の特徴なしで示されている、本開示の１つの実施形態によるモーターの斜視図である。
【図２】特定の追加的な装着特徴を示す、図１のモーターの斜視図である。
【図３】ステーター・コイルおよび永久磁石とともに示されている、図１のモーターの斜視図である。
【図４】ステーター・コイルの空芯の中に導入されているときのローター一体型の軸受部材および永久磁石を示す、図３の平面Ａ−Ａに沿って切断された断面図である。
【図５】たとえば、図１〜図４のモーターを囲むためのハウジングおよびケーシングの斜視図である。
【図６】本開示の別の実施形態によるモーター縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
ここで、本発明主題の特定の例示的な実施形態が、添付の図面を参照して説明されることとなるが、しかし、本発明主題は、多くの異なる形態で具現化され得り、本明細書で記載されている実施形態に限定されるものとして解釈されるべきではない。むしろ、これらの実施形態は、本開示が徹底的で完全なものとなるように、および、本発明主題の範囲を当業者に完全に伝えることとなるように提供される。図面において、同様の番号は、同様のエレメントを指している。エレメントが別のエレメントに「接続されている」または「連結されている」と称されるときには、それは、他のエレメントに直接的に接続もしくは連結され得るか、または、介在するエレメントが存在し得るということが理解されることとなる。本明細書で使用されているように、「および／または」という用語は、列挙されている関連の項目のうちの１つまたは複数のいずれかおよびすべての組み合わせを含む。
【００１７】
本明細書で開示されているすべての特徴は、そのような特徴および／またはステップのうちのが少なくともいくつかが相互に排他的である場合の組み合わせを除いて、任意の組み合わせで組み合わせられ得るということが最初に理解されるべきである。
【００１８】
ここで図１を参照すると、本開示のさまざまな態様による、明確化のために特定の態様が視界から除去された状態のモーター１００の例示的な実施形態が提示されている。いくつかの実施形態によれば、モーター１００は、環状のローター１１０を含むことが可能であり、環状のローター１１０は、出力シャフト１１５の周りに回転するように、および、出力シャフト１１５と同心円状になるように構成されている。環状のローター１１０の外周部は、外部ギアリング１１２を含むことが可能である。いくつかの実施形態では、環状のローター１１０は、また、環状の軸受部材１１８を含むことが可能であり、環状の軸受部材１１８は、ローリング・エレメント１１９のインナー・レースを有しており、ローター１１０の低摩擦回転を促進させる。また、たとえば、潤滑された低摩擦表面、磁気浮上などを含む、任意の他の適切な低摩擦構成も用いられ得る。
【００１９】
また、モーター１００は、動力伝達ディスク１２０を含むことが可能であり、動力伝達ディスク１２０は、いくつかの実施形態では、環状のローター１１０に対して実質的に長手方向に、および、環状のローター１１０に対して平行に配設されている。動力伝達ディスク１２０は、ローター１１０の上の外部ギアリング１１２と同様の様式で、その外周部の周りに外部ギアリング１２２を含むことが可能である。また、動力伝達ディスク１２０は、出力シャフト１１５に連結され得り、動力伝達ディスク１２０の回転が出力シャフト１１５の回転を引き起こすようになっている。
【００２０】
いくつかの実施形態では、ローター１１０から動力伝達ディスク１２０への動力伝達を促進させるために、たとえば、図１に図示されているギア・ペア１３０ａおよび１３０ｂなど、２つ以上のギア・ペア１３０が利用され得る。ギア・ペア１３０は、ローター１１０の外部ギアリング１１２とインターフェース接続するように構成されている第１のギア１３２（たとえば、１３２ａおよび１３２ｂ）と、動力伝達ディスク１２０の外部ギアリング１２２とインターフェース接続するように構成されている第２のギア１３４（たとえば、１３４ａおよび１３４ｂ）とを含むことが可能である。第１のギア１３２および第２のギア１３４は、シャフト１３５（たとえば、１３５ａおよび１３５ｂ）に固定して装着され得り、第１のギア１３２の回転が第２のギア１３４の回転と同様に起こるようになっている。いくつかの実施形態では、第１および第２のギア１３２、１３４は、たとえば、出力シャフト１１５およびローター１１０の回転軸線に対して実質的に平行に配設されている半径方向の歯の形態の外部ギアリング１３８を有するスパー・ピニオン（ｓｐｕｒ  ｐｉｎｉｏｎ）であることが可能である。外部ギアリング１１２および１２２は、ギア・ペア１３０の上のギアリング１３８と効率的に噛み合うように、同様の様式で構成され得る。したがって、いくつかの実施形態では、ローター１１０からの回転エネルギーは、第１のギア１３２に伝送され、それによって、回転シャフト１３５に伝送され得り、回転シャフト１３５は、第２のギア１３４を回転させ、そして、第２のギア１３４は、動力伝達ディスク１２０の回転を引き起こし、最終的に、出力シャフト１１５の回転を引き起こす。
【００２１】
ギア・ペア１３０は、互いに直径方向に正反対にあることが可能であり、モーター１００が回転方向にバランスの取れた状態になることを保証し、振動の発生を最小化する。２つのそのようなギア・ペア１３０が図示されているが、モーター１００が実質的に回転方向にバランスの取れたままになることを保証するために、すべてが対称的に位置決めされている限りにおいて、他の数のギア・ペアも用いられ得る。
【００２２】
いくつかの実施形態では、たとえば、図１に図示されているように、ローター１１０および動力伝達ディスク１２０は、実質的に同じ直径のものであることが可能であり、第１のギア１３２および第２のギア１３４は、実質的に同じ直径になっていることが可能である。しかし、ローター１１０および動力伝達ディスク１２０は、異なる直径のものであることが可能であり、それによって、第２のギア１３４に対して第１のギア１３２の異なる直径を必要とするということが認識されることとなる。そのような実施形態では、ローター１１０と第１のギア１３２との間のギア比が第２のギア１３４と動力伝達ディスク１２０との間のギア比に等しいことを保証し、出力シャフト１１５がローター１１０と同じ周波数で回転することとなるようになっているということが有利である可能性がある。特定の他の実施形態では、出力シャフト１１５がローター１１０よりも大きい周波数または小さい周波数で回転するようにされるように、ギア比を調節することが有利である可能性がある。
【００２３】
ここで図２を参照すると、モーター１００は、また、中央プレート１４０および端部プレート１４５を含むことが可能である。中央プレート１４０は、いくつかの実施形態では、環状のローター１１０および動力伝達ディスク１２０に対して平行に、環状のローター１１０と動力伝達ディスク１２０との間に配設され得るが、中央プレート１４０に関して他の場所も可能である。いくつかの実施形態では、環状のローター１１０は、中央プレート１４０に装着され得り、それは、いくつかの実施形態では、１つまたは複数の支持ポスト１４６を介して装着されことを含む。たとえば、支持ポスト１４６は、中央プレート１４０および環状の軸受部材１１８に連結され得る。したがって、ローター１１０は、固定された中央プレート１４０に対して、たとえば、内側軸受レース１１９によって回転することが可能である。また、中央プレート１４０は、２つ以上のアパーチャー１４７を含むことが可能であり、ギア・シャフト１３５は、２つ以上のアパーチャー１４７を通過し、その中で自由に回転することが可能である。いくつかの実施形態では、中央プレート１４０は、モーター１００の中のギア・ペア１３０の数に対応する複数のアパーチャー１４７を含むが、他の実施形態では、中央プレート１４０は、ギア・ペア１３０よりも多くのアパーチャー１４７を有することが可能であり、たとえば、重量を節減し、追加的なギア・ペア１３０を収容し、および／または、他の利益を得るようになっている。いくつかの実施形態では、端部プレート１４５は、アパーチャー１４９を有することが可能であり、アパーチャー１４９は、アパーチャー１４７に対応することが可能である。
【００２４】
ここで図３を参照すると、モーター１００は、いくつかの実施形態にしたがって提示されるモーターの追加的なエレメントとともに提示されている。
いくつかの実施形態では、モーター１００は、１つまたは複数の円周方向に間隔を置いて配置された空芯ステーター・コイル１５０を含むことが可能であり、空芯ステーター・コイル１５０は、いくつかの実施形態では、中央プレート１４０に連結され得る。いくつかの実施形態では、ステーター・コイル１５０がコア１５２を含むことが可能であり、物体がコア１５２を通過することができるので、空芯ステーター・コイル１５０はそのように記載されている。また、モーター１００は、１つまたは複数の間隔を置いて配置された永久磁石１６０を含むことが可能であり、永久磁石１６０は、ローター１１０に連結され得る。磁石１６０がその上に装着された状態のローター１１０が、ステーター１５０のそれぞれを通って、たとえば、コア１５２を通って自由に回転することができるように、空芯ステーター・コイル１５０は装着され得る。いくつかの実施形態では、支持ポスト１４６（図２）は、たとえば、隣接する空芯ステーター・コイル１５０同士の間にフィットするようにサイズ決めおよび形状決めされ得る。たとえば、図２に図示されているように、支持ポスト１４６は、たとえば、隣接する半径方向に装着されたステーター１５０同士の間に効率的にするように、実質的に三角形になっていることが可能である。
【００２５】
図３では、６つの空芯ステーター・コイル１５０が図示されているが、任意の他の適切な数のステーター・コイルも用いられ得る。いくつかの実施形態では、対応するステーター・コイル１５０のコア１５２の中へのすべての磁石１６０の同時の導入を促進させるために、空芯ステーター・コイル１５０と同じ数の永久磁石１６０が存在することが可能である。しかし、他の実施形態では、永久磁石１６０の数は、空芯ステーター・コイル１５０の数よりも多くてもよくまたは少なくてもよい。
【００２６】
モーター１００の空芯ステーター・コイル１５０は、さまざまな配置で構成され得る。１つの実施形態では、たとえば図３示されているように、ステーター・コイル１５０は、長方形の空芯１５２を備えた長方形の構成を有することが可能である。ステーター・コイル１５０は、典型的に、少なくとも１つ以上のターンのワイヤーがコア１５２の周りに巻き付けられ得るように構成されている。好適な実施形態において、コア１５２の断面積が最小化されるが、一方では、依然として、ローター１１０（環状の軸受部材１１８を含む）および磁石１６０がそれを通過することを可能にするのに十分に大きくなっているように（しかし、エネルギー伝達を最適化するために最小クリアランスを伴う）、空芯ステーター・コイル１５０はサイズ決めされ得る。また、ステーター・コイル１５０は、１つまたは複数のターンのワイヤーをその中に収納するために、コア１５２の周りに溝部または中空の内部のいずれかを含むことが可能である。
【００２７】
ステーター・コイル１５０の直線状の構成を有する、図３に図示されている例示的な実施形態は、有利には、ローター１１０の外部ギアリング１１２と噛み合うように、２つの隣接する空芯ステーター・コイル１５０の間に共通シャフト・ギア・ペア１３０を位置決めすることを促進させることが可能である。追加的に、支持ポスト１４６の選択された三角形の構成（図２に示されている）は、２つの隣接する空芯ステーター・コイル１５０の半径方向に最も内側の部分同士の間に結果として生じ得る比較的に小さいクリアランスを収容するように適合され得る。
【００２８】
特定の実施形態では、モーター１００は、また、スイッチのシステムを含むことが可能である（図示せず）。１つの実施形態では、スイッチは、ＤＣ電源に電気的に接続され得り、および、それぞれの瞬間において、対応する巻き付けられた導電性ワイヤーを介してそれぞれのステーター・コイル１５０に印加される電圧の極性およびレベルを決定することが可能である。スイッチは、コンポーネント（好ましくは、関連のソフトウェアを備えたマイクロコントローラー）によって制御され得り、それは、それぞれの瞬間において、それぞれのステーター・コイル１５０に適用されるＤＣ極性（たとえば、それに対するＤＣ接続を反転させることによって）および（たとえば、パルス幅変調（ＰＷＭ）を使用してＤＣ電源電圧を印加することによって）平均ＤＣレベルを決定することが可能である。それぞれの瞬間におけるローター１１０の角度位置は、センサー（たとえば、光学センサーまたはホール効果センサー）のシステムによって検出され得る。センサー出力は、コントローラーに給送され得り、コントローラーは、ローターのステータス（すなわち、角度位置、速度、および加速度）にしたがってスイッチを動作させることが可能である。
【００２９】
ステーター・コイル１５０が通電されているときに、いくつかの実施形態では、ローター１１０に連結されている近くの永久磁石１６０は、所与の永久磁石１６０と関連付けられる磁場とステーター・コイル１５０（電流がそれを通って流れている）と関連付けられる誘導された電磁場との相互作用にしたがって、実質的に円形の経路を辿ることを引き起こされ得る。所与のコイル１５０と関連付けられるスイッチの電流方向および極性に応じて（それは、ワイヤー巻線の中の電流のフローの方向を決定する）、ならびに、磁石１６０の配向（Ｎ−ＳまたはＳ−Ｎ）に応じて、磁石１６０は、通電されたステーター・コイル１５０の空芯１５２に引き込まれるか、または、空芯１５２から押し出されるかのいずれかであることが可能である。そして、スイッチのステータスは、いくつかの実施形態では、１つまたは複数のセンサー（図示せず）によって検出されるローター１１０の角度位置に基づいて、コントローラーによって毎回決定され得る。いずれかの回転方向へのローター１１０の連続的な滑らかな回転は、スイッチの全体的なシステムの適正な同時の動作シーケンスによって取得され得る。
【００３０】
ここで図４を参照すると、ステーター・コイル１５０の図３の中のＡ−Ａとして識別される例示的な断面図が提示されている。図示されているように、いくつかの実施形態では、ステーター１５０のコア１５２は、環状の軸受部材１１８（インナー・レース１１９を備える）、ローター１１０、および永久磁石１６０が、すべての側部において最小化されたクリアランスを伴って、それを通過することができるようにサイズ決めされ得る。たとえば、ステーター・コイル１５０は、環状の軸受部材１１８とコア１５２の内側壁部１５４との間のクリアランスＲが最小化されるようにサイズ決めされ得る。いくつかの実施形態では、半径方向のクリアランスＲは、好ましくは、０．５ｍｍ以下であるが、より大きいクリアランスも可能である。いくつかの実施形態では、半径方向のクリアランスＲは、おおよそ０．３５〜０．４８ｍｍの範囲にあることが可能である。いくつかの実施形態では、環状の軸受部材１１８の半径方向の幅（図４の中に寸法Ｊとして示されている）は、好ましくは、ローター１１０および環状の軸受部材１１８が組み合わせられたもの（すなわち、半径方向の寸法Ｋ）の約２５％から約３５％の間の値以下の範囲を構成し、１つの実施形態では、約３０％である。いくつかの実施形態では、内側壁部１５４と永久磁石１６０の半径方向内側表面１６２との間の半径方向のクリアランスＭは、好ましくは、２ｍｍ以下であり、永久磁石１６０と関連付けられる磁場とステーター・コイル１５０と関連付けられる誘導された電磁場との間の相互作用を増加させることによって、発生させられるトルクを最大化するようになっている（が、より大きいクリアランスも可能である）。
【００３１】
同様の様式で、環状の軸受部材１１８を支持する支持ポスト１４６（図２）は、環状の軸受部材１１８およびローター１１０がコア１５２の最下部表面１５６の可能な限り近くに設定されるように構成され得り（一方、意図した動作に応じて、十分なクリアランスも可能にする）、それによって、図４の中の寸法Ｎを最小化する。いくつかの実施形態では、長手方向の寸法Ｎは、０．５ｍｍ以下である。たとえば、長手方向の寸法Ｎは、約０．３５ｍｍから約０．４８ｍｍの間の範囲にあることが可能である。いくつかの実施形態では、長手方向のクリアランスＰは、また、０．５ｍｍ以下であることが可能である。たとえば、長手方向のクリアランスＰは、約０．３５ｍｍから約０．４８ｍｍの間の範囲にあることが可能である。しかし、繰り返しになるが、ＮおよびＰに関して、より大きい（および、より小さい）クリアランスも可能である。
【００３２】
他の構成も可能であるということがさらに認識されることとなる。たとえば、磁石１６０は、クリアランスＭが図４に示されているものを超えて最小化されるように、軸受部材１１８の上方に延在する（しかし、軸受部材１１８に取り付けられてはいない）形状を有することが可能である。
【００３３】
いくつかの実施形態では、ローター１１０および環状の軸受部材１１８は、ローター１１０の回転およびローター１１０からギア・ペア１３０への回転エネルギーの伝達を依然として十分に支持しながら、長手方向の寸法Ｌが最小化されるようにサイズ決めされ得る。いくつかの実施形態では、磁石１６０は、ローター１１０の中へ一体化され得り、磁石１６０がローター１１０の最下部部分１１１まで延在することができるようになっている。
【００３４】
ここで図５を参照すると、例示的なハウジング５００が提示されており、モーター１００が、ハウジング５００の中に収納され得る。いくつかの実施形態では、ハウジング５００は、ベースプレート５１０と、装着プレート５１２および５１４とを含むことが可能である。いくつかの実施形態では、出力シャフト１１５は、ハウジング５００の一方または両方の端部において、ハウジング５００から実質的に長手方向に突出していることが可能である。いくつかの実施形態では、ハウジング５００は、ハウジング５００の一方または両方の端部において１つまたは複数の軸受５２０を含み、出力シャフト１１５の回転を促進させることが可能である。
【００３５】
また、ハウジング５００は、モーター１００を囲むための外側ケーシング５５０を含むことが可能である。いくつかの実施形態では、ケーシング５５０は、モーター１００の周りに円周方向に延在することが可能であり、モーター１００のいずれかの端部における端部プレート（たとえば、端部プレート１４５）に連結され得る。また、中央プレート１４０（図２）は、適当な方式でケーシング５５０に連結され得る。いくつかの実施形態では、モーター１００をその中に備えたケーシング５００は、装着プレート５１２と装着プレート５１４との間に装着されるように構成され得り、ケーシング５００が出力シャフト１１５の軸線の周りに回転することができるようになっている。そのような実施形態では、１つまたは複数の軸受５２０および／または車軸５６０が用いられ得る。そのような様式では、回転ケーシング５５０が出力シャフト１１５の周りに回転可能である場合、モーターから伝達される動力の大きさの増加が存在する可能性がある。たとえば、いくつかの実施形態では、出力シャフトは、固定され得り、ケーシング５５０は、モーター１００の回転に応答して自由に回転することができる。別の例では、ローター１１０に連結されている出力シャフト１１５は、ステーター・コイル１５０およびケーシング５５０とともに自由に回転することができ、それによって、トルクを発生させることが可能であるが、磁石１６０とステーター・コイル１５０との間の相対回転速度の低減を伴う。そのような相対速度の低減は、有利には、モーター１００の中に誘導される逆起電力を低減させることが可能である（それは、そうでなければ、有効トルクを低減させることとなる）。いくつかの実施形態では、複数のモーター１００は、たとえば、車両の中で用いられ、磁石１６０とコイル１５０との間の低減された相対回転速度において高速トルクを発生させ、それによって、他のモーターに対して高速でトルクを増加させることが可能である。
【００３６】
ここで図６を参照すると、ハウジング５００の内側に装着されているモーター１００の例示的な実施形態の断面図が提示されている。いくつかの実施形態では、コイル１５０は、中央プレート１４０と、端部プレート１４５の反対側の上端部プレート１４６とに装着され得る。いくつかの実施形態では、出力シャフト１１５の周りでのハウジング５００の回転を可能にするための上記に説明されているエレメント（たとえば、車軸５６０および／または軸受５２０）も示されている。
【００３７】
本発明のいくつかの実施形態が例示として説明されてきたが、本発明は、特許請求の範囲を超えることなく、多くの修正、変形、および適合を伴って実施され得り、また、当業者の範囲内にある多数の均等物または代替的な解決策の使用によって実施され得るということが明らかであることとなる。
【００３８】
当業者に明らかになることとなるものなどのような修正例および変形例は、本発明の範囲に入るものと考えられる。本発明は、本明細書で説明されている特定の実施形態のいずれによっても範囲を限定されることとはならない。これらの実施形態は、単なる例示の目的を意図しているに過ぎない。機能的に均等の製品、構築、および方法は、明確に、本明細書で説明されているような本発明の範囲の中にある。
【００３９】
本明細書で使用されている専門用語は、単に、特定の例示的な実施形態を説明する目的のためのものに過ぎず、限定することを意図していない。本明細書で使用されているように、単数形の「ａ」、「ａｎ」、および「ｔｈｅ」は、文脈が明確にそうでないことを示していない限り、複数形も同様に含むことが意図され得る。「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｅ）」、「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ）」、「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」、「含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」、および「有する（ｈａｖｉｎｇ）」という用語、または、それらの変化形は、包含的なものであり、したがって、述べられている特徴、整数、ステップ、動作、エレメント、および／またはコンポーネントの存在を特定しているが、１つまたは複数の他の特徴、整数、ステップ、動作、エレメント、コンポーネント、および／または、それらのグループの存在または追加を排除しない。
【００４０】
以下の条項は、本発明のさらに好適な態様を説明している。
ｉ）  回転方向にバランスの取れた電気モーターであって、電気モーターは、
ａ．  磁石を装備して外部にギアの付いた環状のローターと；
ｂ．  ローターの中心に配設されている長手方向軸線を有する出力シャフトと；
ｃ．  ローターを取り巻く円周方向に間隔を置いて配置された複数の空芯ステーター・コイルと；
ｄ．  外部にギアの付いたディスクであって、ディスクは、ローターに対して平行に配設されており、出力シャフトに連結されており、出力シャフトと同心円状になっている、ディスクと；
ｅ．  対称的に位置決めされている複数の共通シャフト・ギア・ペアであって、複数の共通シャフト・ギア・ペアは、ローターからディスクへ運動を伝送するように構成されており、それによって、前記複数の空芯ステーター・コイルのうちのいずれとも干渉することなく、出力シャフトに動力を伝送する、複数の共通シャフト・ギア・ペアと
を含む、電気モーター。
ｉｉ）    ケーシングをさらに含む、条項ｉに記載の電気モーター。
ｉｉｉ）  複数のギア・ペアのそれぞれの共通シャフトは、ケーシングの２つの平行な表面の中に回転可能に装着されている、条項ｉｉに記載の電気モーター。
ｉｖ）  ケーシングは、中空になっており、ローター、ディスク、複数の空芯ステーター・コイル、および複数のギア・ペアは、ケーシングの内部の中に収納されている、条項ｉｉに記載の電気モーター。
ｖ）  電気モーターは、ローターを半径方向に支持するための環状の軸受部材と、円周方向に間隔を置いて配置された複数の支持ポストとをさらに含み、支持ポストは、出力シャフトの長手方向軸線に対して平行の方向に延在しており、前記軸受部材に連結されている、条項ｉからｉｖのいずれか一項に記載の電気モーター。
ｖｉ）  軸受部材は、ローター一体型の軸受部材であり、ローター一体型の軸受部材は、ローター一体型の軸受部材のアウター・レースを構成するローター部分と内側ステーター・レース部分との間に保たれている複数のローリング・エレメントを含み、ローター部分は、複数の共通シャフト・ギア・ペアの第１のギアと噛み合う外部ギアリングを提供されている、条項ｖに記載の電気モーター。
ｖｉｉ）  複数の共通シャフト・ギア・ペアの第２のギアは、ディスクの外部ギアリングと噛み合い、出力シャフトに動力を伝送する、条項ｖｉに記載の電気モーター。
ｖｉｉｉ）  ローターのギアリングと第１のギアのギアリングとの間のギア比は、ディスクのギアリングと第２のギアのギアリングとの間のギア比に等しくなっており、出力シャフトがローター部分と実質的に同じ速度で回転することとなるということを保証する、条項ｖｉｉに記載の電気モーター。
ｉｘ）  ローター一体型の軸受部材の半径方向の長さ全体は、その所与の断面に関して、所与のステーター・コイルの空芯の中に受け入れられている、条項ｖｉからｖｉｉｉのいずれか一項に記載の電気モーター。
ｘ）  複数の空芯ステーター・コイルのそれぞれは、長方形のコイル本体部を有しており、コイル本体部は、長方形の空芯を取り囲んでおり、ローター部分に対して半径方向に配向されている、条項ｖｉからｉｘのいずれか一項に記載の電気モーター。
ｘｉ）  共通シャフト・ギア・ペアのそれぞれは、２つの隣接する空芯ステーター・コイル半径方向に最も外向きの部分同士の間に、所定のクリアランスの中に、ステーター・コイルと干渉することなく位置決めされている、条項ｉからｘのいずれか一項に記載の電気モーター。
ｘｉｉ）  支持ポストのそれぞれは、三角形の構成を有しており、２つの隣接する空芯ステーター・コイルの半径方向に最も内側の部分同士の間に、所定のクリアランスの中に、ステーター・コイルと干渉することなく位置決めされている、条項ｖからｘｉのいずれか一項に記載の電気モーター。
ｘｉｉｉ）  複数の支持ポストは、また、ケーシングの２つの平行な表面のうちの一方に接続されている、条項ｖからｘｉｉのいずれか一項に記載の電気モーター。
ｘｉｖ）  ケーシングは、静止している、条項ｉｉからｘｉｉｉのいずれか一項に記載の電気モーター。
ｘｖ）  空芯ステーター・コイルを備えた回転方向にバランスの取れた電気モーターであって、電気モーターは、
ａ．  ケーシングと；
ｂ．  磁石を装備して外部にギアの付いた環状のローターと；
ｃ．  前記ローターの中心に位置決めされている長手方向軸線を有する出力シャフトと；
ｄ．  円周方向に間隔を置いて配置された複数の空芯ステーター・コイルであって、空芯ステーター・コイルは、前記ケーシングに接続されており、前記ローターを取り巻く、空芯ステーター・コイルと；
ｅ．  外部にギアの付いたディスクであって、ディスクは、前記ローターに対して平行になっており、前記出力シャフトに接続されており、前記出力シャフト同心円状になっている、ディスクと；
ｆ．  対称的に位置決めされている複数の共通シャフト・ギア・ペアであって、複数の共通シャフト・ギア・ペアは、前記ローターから前記ディスクへ運動を伝送するように構成されており、それによって、前記複数の空芯ステーター・コイルのうちのいずれとも干渉することなく、前記出力シャフトに動力を伝送する、複数の共通シャフト・ギア・ペアと
を含む、電気モーター。
ｘｖｉ）  電気モーターは、空芯ステーター・コイルの中の電流および電流極性を制御するための複数のスイッチと、スイッチを制御するためのコントローラーとをさらに含み、コントローラーは、スイッチを選択的に動作させ、ローターの滑らかな回転を発生させる、条項ｉからｘｖのいずれか一項に記載の電気モーター。
ｘｖｉｉ）  電気モーターは、空芯ステーター・コイルに対する磁石の位置を決定するための１つまたは複数のセンサーをさらに含み、センサー・データは、コントローラーに入力される、条項ｘｖに記載の電気モーター。
【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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【国際調査報告】
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