(57)【要約】横方向および／またはコンミュテート式磁束機およびそのコンポーネントならびにそれを作り使用する方法が開示される。横方向およびコンミュテート式磁束機で使用するためのいくつかの回転子が、反対極性を有する磁束集中固定子部分間に「多対多の」磁束スイッチ構成を容易にするために形成されてもよい。他の回転子は、第１の材料から形成され、第２の材料から形成された磁束スイッチを含んでもよい。なお他の回転子は、機械加工されてもよく、プレス加工されてもよく、打ち抜き加工されてもよく、折り曲げ加工されてもよく、かつ／または、その他の方法で機械的に形成されてもよい。こうした回転子の使用によって、横方向および／またはコンミュテート式磁束機は、改善された性能、効率を達成しうる、かつ／または、種々の用途のためにサイズが決められるかまたはその他の方法で構成されうる。【選択図】図１Ａ
2012508555.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気機械であって、
マルチパス回転子であって、回転子の第１の側に第１のセットの肘部および回転子の第２の側に第２のセットの肘部を備える、マルチパス回転子を備え、
前記第１のセットの肘部は、第１の極性を有する第１のセットの磁束集中固定子部分の少なくとも１つの磁束集中固定子部分に整列するように前記回転子上に配置され、
前記第２のセットの肘部は、前記第１の極性と異なる第２の極性を有する第２のセットの磁束集中固定子部分の少なくとも１つの磁束集中固定子部分に整列するように前記回転子上に配置され、
電気機械は、横方向磁束機またはコンミュテート式磁束機の少なくとも一方である電気機械。
【請求項２】
前記回転子は、前記第１のセットの磁束集中固定子部分の任意の磁束集中固定子部分から前記第２のセットの磁束集中固定子部分の任意の磁束集中固定子部分への磁束経路を提供する請求項１に記載の電気機械。
【請求項３】
前記回転子は平面材料の層を備える請求項１に記載の電気機械。
【請求項４】
前記第１のセットの肘部の第１の肘部は、第１の固定子の磁束集中部分に整列し、前記第１のセットの肘部の第２の肘部は、第２の固定子の磁束集中部分に整列し、前記第１の肘部および前記第２の肘部は、前記第１のセットの肘部内で隣接する請求項１に記載の電気機械。
【請求項５】
前記回転子に動作可能に結合する複数の固定子をさらに備える請求項１に記載の電気機械。
【請求項６】
前記回転子は、自動車ホイール、自転車ホイール、スクータホイール、プロペラ、機械ツール、または洗浄機のドラムのうちの少なくとも１つに結合する請求項１に記載の電気機械。
【請求項７】
前記回転子と固定子との係合深さは、電圧定数、トルク定数、効率レベル、またはＲＰＭのうちの少なくとも１つを変化させるために可変である請求項１に記載の電気機械。
【請求項８】
前記電気機械は、５０ニュートンメートル／キログラムを超える、連続的な熱的に安定したトルク密度を有する請求項１に記載の電気機械。
【請求項９】
前記電気機械は、１４インチ未満の径を有する請求項８に記載の電気機械。
【請求項１０】
前記第１のセットの肘部内の第１のサブセットの肘部は、肘部間に第１のオンセンタ距離を有するように構成され、前記第１のセットの肘部内の第２のサブセットの肘部は、肘部間に第２のオンセンタ距離を有するように構成され、前記第１のオンセンタ距離および前記第２のオンセンタ距離は異なる請求項１に記載の電気機械。
【請求項１１】
前記回転子は、１０００Ｈｚを超える電気機械のスイッチング周波数をサポートするように構成される請求項１に記載の電気機械。
【請求項１２】
電気機械であって、
成形された回転子フレームおよび磁束スイッチを備える回転子を備え、
前記成形された回転子フレームは、２μ未満の透磁率を有する第１の材料を含み、
前記磁束スイッチは、１．０テスラを超える飽和誘導を有する第２の材料を含み、
前記磁束スイッチは、前記成形された回転子フレームに結合し、
前記磁束スイッチの第１の表面は、電気機械の第１の極に整列し、
前記磁束スイッチの第２の表面は、磁束を伝導させるために、電気機械の第２の極に整列し、
電気機械は、横方向磁束機またはコンミュテート式磁束機の少なくとも一方である電気機械。
【請求項１３】
前記成形された回転子フレームは、前記磁束スイッチからの磁束漏洩を低減するように構成された材料を含む請求項１２に記載の電気機械。
【請求項１４】
前記回転子は、第１の極性を有する第１のセットの磁束集中固定子部分の任意の磁束集中固定子部分から反対極性を有する第２のセットの磁束集中固定子部分の任意の磁束集中固定子部分までの磁束経路を提供する請求項１２に記載の電気機械。
【請求項１５】
前記回転子に動作可能に結合した複数の固定子をさらに備える請求項１２に記載の電気機械。
【請求項１６】
前記回転子は、自動車ホイール、自転車ホイール、スクータホイール、プロペラ、機械ツール、または洗浄機のドラムのうちの少なくとも１つに結合する請求項１２に記載の電気機械。
【請求項１７】
前記回転子と固定子との係合深さは、電圧定数、トルク定数、効率レベル、またはＲＰＭのうちの少なくとも１つを変化させるために可変である請求項１２に記載の電気機械。
【請求項１８】
前記電気機械は、５０ニュートンメートル／キログラムを超える、連続的な熱的に安定したトルク密度を有する請求項１２に記載の電気機械。
【請求項１９】
前記電気機械は、１４インチ未満の径を有する請求項１８に記載の電気機械。
【請求項２０】
前記回転子は複数の磁束スイッチを備え、前記複数の磁束スイッチは、前記回転子の周りに均等に分布しない請求項１２に記載の電気機械。
【請求項２１】
前記回転子は、１０００Ｈｚを超える電気機械のスイッチング周波数をサポートするように構成される請求項１２に記載の電気機械。
【請求項２２】
電気機械用の回転子を形成する方法であって、
内部に複数のトレンチを有する回転子フレームを形成すること、
前記複数のトレンチの少なくとも２つのトレンチ内に材料の連続セクションを設置することであって、それにより、前記材料の連続セクションが少なくとも１つの湾曲部を有する、設置すること、および、
磁束スイッチを形成するために、前記材料の少なくとも一部分を除去することを含み、
電気機械は、横方向磁束機またはコンミュテート式磁束機の少なくとも一方である方法。
【請求項２３】
前記回転子はマルチパス回転子である請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】
前記材料は、層状平面材料を含む請求項２２に記載の方法。
【請求項２５】
前記材料はアモルファス金属を含む請求項２２に記載の方法。
【請求項２６】
前記除去することは、研磨することによって達成される請求項２２に記載の方法。
【請求項２７】
前記除去することは、前記回転子の表面を平滑化することを含む請求項２２に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、電気システムに関し、特に横方向磁束機およびコンミュテート式磁束機に関する。
【背景技術】
【０００２】
モータおよび交流発電機は、通常、高効率、高電力密度、および低コストのために設計されている。モータまたは交流発電機における高電力密度は、高い回転速度、したがって、高い電気周波数で動作することによって達成される。しかし、多くの用途は、低い回転速度を必要とする。これに対する一般的な解決策は、減速機を使用することである。減速機は、効率を低下させ、複雑さを増加させ、重量を増加させ、空間要件を増加させる。さらに、減速機は、システムコストを増加させ、機械的故障率を増加させる。
【０００３】
さらに、高い回転速度が望まれず、また、減速機が望ましくない場合、モータまたは交流発電機は、通常、低回転速度で高い電気周波数を提供するために、多数の極を有さなければならない。しかし、たとえば空間的な制限によって、特定のモータまたは交流発電機が有することができる極の数に対して実用上の制限が存在することが多い。実用上の制限に達すると、所望の電力レベルを達成するために、モータまたは交流発電機は、比較的大きくなり、したがって、相応して低い電力密度を有しなければならない。
【０００４】
さらに、交流発電機および電気モータについての既存の多極巻線は、通常、サイズおよび／または電力の必要性を満たすために、巻線幾何形状そしてしばしば複雑な巻線機を必要とする。極の数が増加するにつれて、巻線問題は、通常、悪化する。さらに、極数が増加するにつれて、コイル損失もまた（たとえば、コイルを構成する銅ワイヤまたは他の材料の抵抗作用によって）増加する。しかし、多数の極は、一定の利点、たとえば、１巻回について高い電圧定数を可能にすること、高いトルク密度を提供すること、および、高い周波数で電圧を生成することを有する。
【０００５】
最も一般的には、電気モータは、半径方向磁束型である。非常に少ない程度に、一部の電気モータは、横方向磁束機および／またはコンミュテート式磁束機として実装される。改善された電気モータおよび／または交流発電機の性能および／または構成可能性を生み出すことが望ましい。特に、改良型横方向磁束機および／またはコンミュテート式磁束機が望ましい。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本開示は、横方向および／またはコンミュテート式磁束機に関する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
ある例示的な実施形態では、電気機械は、マルチパス回転子を備え、マルチパス回転子は、回転子の第１の側に第１のセットの肘部および回転子の第２の側に第２のセットの肘部を備える、マルチパス回転子を備える。第１のセットの肘部は、第１の極性を有する第１のセットの磁束集中固定子部分の少なくとも１つの磁束集中固定子部分に整列するように前記固定子上に配置される。第２のセットの肘部は、第１の極性と異なる第２の極性を有する第２のセットの磁束集中固定子部分の少なくとも１つの磁束集中固定子部分に整列するように固定子上に配置される。電気機械は、横方向磁束機またはコンミュテート式磁束機の少なくとも一方である。
【０００８】
別の例示的な実施形態では、電気機械は、成形された回転子フレームおよび磁束スイッチを備える回転子を備える。成形された回転子フレームは、２μ未満の透磁率を有する第１の材料を含む。磁束スイッチは、１．０テスラを超える飽和誘導を有する第２の材料を含む。磁束スイッチは、成形された回転子フレームに結合される。磁束スイッチの第１の表面は、電気機械の第１の極に整列する。磁束スイッチの第２の表面は、磁束を伝導させるために、電気機械の第２の極に整列する。電気機械は、横方向磁束機またはコンミュテート式磁束機の少なくとも一方である。
【０００９】
なお別の例示的な実施形態では、電気機械用の回転子を形成する方法は、内部に複数のトレンチを有する回転子フレームを形成すること、複数のトレンチの少なくとも２つのトレンチ内に材料の連続セクションを設置することであって、それにより、材料の連続セクションが少なくとも１つの湾曲部を有する、設置すること、および、磁束スイッチを形成するために、材料の少なくとも一部分を除去することを含む。電気機械は、横方向磁束機またはコンミュテート式磁束機の少なくとも一方である。
【００１０】
本要約の節の内容は、本開示に対する簡略化された導入として提供されるに過ぎず、添付特許請求項の範囲を制限するために使用されることを意図されない。
【００１１】
以下の説明、添付特許請求項、および添付図面が参照される。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１Ａ】ある例示的な実施形態による例示的な横方向磁束機を示す図である。
【図１Ｂ】ある例示的な実施形態による例示的なコンミュテート式磁束機を示す図である。
【図２Ａ】ある例示的な実施形態による例示的な軸方向ギャップ構成を示す図である。
【図２Ｂ】ある例示的な実施形態による例示的な半径方向ギャップ構成を示す図である。
【図３Ａ】ある例示的な実施形態による例示的なキャビティ係合式構成を示す図である。
【図３Ｂ】ある例示的な実施形態による例示的な面係合式構成を示す図である。
【図３Ｃ】ある例示的な実施形態による例示的な面係合式横方向磁束構成を示す図である。
【図４】ある例示的な実施形態による電気モータ効率曲線を示す図である。
【図５Ａ】ある例示的な実施形態による例示的なテープ巻きマルチパス回転子を示す図である。
【図５Ｂ】ある例示的な実施形態による例示的なテープ巻きマルチパス回転子および例示的な部分固定子を示す図である。
【図５Ｃ】ある例示的な実施形態による例示的なテープ巻きマルチパス回転子および複数の例示的なギャップ付き固定子を示す図である。
【図５Ｄ】ある例示的な実施形態による複数の例示的なギャップ付き固定子を有する「多対多の（ｍａｎｙ  ｔｏ  ｍａｎｙ）」磁束スイッチ構成を提供する例示的なマルチパス回転子を示す図である。
【図５Ｅ】ある例示的な実施形態による例示的な部分固定子を有する「多対多の」磁束スイッチ構成を提供する例示的なマルチパス回転子を示す図である。
【図６Ａ】ある例示的な実施形態による例示的な成形された固定子を示す図である。
【図６Ｂ】ある例示的な実施形態による回転子フレームおよび複数の磁束スイッチを備える例示的な成形された固定子の拡大図である。
【図６Ｃ】ある例示的な実施形態による回転子フレームのキャビティ内での磁束スイッチの結合を示す図である。
【図７Ａ】ある例示的な実施形態による例示的な折り曲げ加工された回転子を示す図である。
【図７Ｂ】ある例示的な実施形態による例示的な部分固定子に結合した例示的な折り曲げ加工された回転子を示す図である。
【図７Ｃ】ある例示的な実施形態による例示的な部分固定子に結合した折り曲げ加工された回転子の例示的な磁束スイッチ部分を示す図である。
【図７Ｄ】ある例示的な実施形態による例示的な磁束スイッチ材料および例示的な折り曲げ加工された回転子フレームの分解図である。
【図７Ｅ】ある例示的な実施形態による折り曲げ加工された回転子フレームに結合する磁束スイッチ材料を示す図である。
【図７Ｆ】ある例示的な実施形態による折り曲げ加工された回転子フレームに結合する磁束スイッチ材料を示す拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下の説明は、種々の例示的な実施形態であるに過ぎず、本開示の範囲、適用可能性、または構成をいずれの方法でも制限することを意図されない。むしろ、以下の説明は、最良のモードを含む種々の実施形態を実施するための好都合な例証を提供することを意図される。明らかになるように、添付特許請求の範囲から逸脱することなく、これらの実施形態で述べる要素の機能および配置構成において、種々の変更が行われてもよい。
【００１４】
簡潔さのために、電気システムの構成、管理、動作、測定、最適化、および／または制御のための従来の技法、ならびに、磁束利用、集中、制御、および／または管理のために従来の技法は、本明細書で詳細に述べられない可能性がある。さらに、本明細書に含まれる種々の図に示す接続線は、種々の要素間の例示的な機能的関係および／または物理的結合を示すことを意図される。多くの代替のまたは付加的な機能的関係または物理的接続が、実用的な電気システム、たとえばＡＣ同期電気モータ内に存在してもよいことが留意されるべきである。
【００１５】
従来の電気モータ、たとえば従来のＤＣブラシレスモータは、種々の欠点を持つ。たとえば、多くの電気モータは、種々の回転速度および／または負荷、たとえば、低い回転速度では非効率的である。そのため、モータは、通常、適した効率の狭いＲＰＭ範囲および／または負荷範囲内で動作する。これらの構成では、モータから有用な仕事を得るために、ギアまたは他の機械的手法が必要とされる可能性がある。
【００１６】
さらに、多くの電気モータは、低い極数を有する。電力はトルクとＲＰＭの関数であるため、こうしたモータは、所望の電力密度および／または電気周波数を達成するために、しばしば、高い物理的ＲＰＭで動作しなければならない。さらに、高い電力密度（たとえば、アクティブな電気的および磁気的モータ質量の１キログラム当たりの高いキロワット出力）は、任意選択で、高い回転速度、したがって、高い電気周波数でモータを動作させることによって達成される。しかし、高い電気周波数は、高いコア損失、したがって、低い効率をもたらしうる。さらに、高い電気周波数は、コストの増加、機械的複雑さの増加、および／または信頼性の減少をもたらしうる。さらに、高い電気周波数および関連する損失は、熱を生成し、熱は、能動的冷却を必要とする可能性があり、また、モータの動作範囲を制限しうる。熱は、高周波機械の寿命および信頼性を低下させうる。
【００１７】
なお他の電気モータは、多量の銅ワイヤまたは他のコイル材料を含む。コイル巻線の長さのために、コイル内の抵抗性作用がコイル損失をもたらす。たとえば、こうした損失は、電気エネルギーの一部分を熱に変換し、効率を低下させ、おそらくは、モータの熱損傷および／または機能的破壊をもたらす。
【００１８】
さらに、多くの従来の電気モータは低いトルク密度を提供した。本明細書で使用されるように、「トルク密度（ｔｏｒｑｕｅ  ｄｅｎｓｉｔｙ）」は、アクティブな電気的および磁気的材料のキログラムにつき生成されるニュートンメートルを指す。たとえば、多くの従来の電気モータは、約０．５ニュートンメートル／キログラム〜約３ニュートンメートル／キログラムのトルク密度を持つように構成される。そのため、たとえば全部で１０ニュートンメートルのトルクを提供する１ニュートンメートル／キログラムのトルク密度を有するある電気モータは、たとえばアクティブな電気的および磁気的材料の１０キログラムを超えて、著しく重い可能性がある。同様に、たとえば全部で１００ニュートンメートルのトルクを提供する２ニュートンメートル／キログラムのトルク密度を有する別の電気モータはまた、たとえばアクティブな電気的および磁気的材料の５０キログラムを超えて、著しく重い可能性がある。理解されるように、たとえばフレームコンポーネント、ハウジング、および同様なものの重量を含むこれらの電気モータの総合重量は、かなり大きい可能性がある。さらに、こうした従来の電気モータは、大きなモータ質量の結果として、しばしば著しくかさばる。しばしば、特定の用途について十分なトルクおよび／または電力のモータは、利用可能な面積にピッタリ合うことが難しいかまたはさらに不可能である。
【００１９】
従来の横方向磁束機でさえ、これらの困難さを克服することができなかった。たとえば、従来の横方向磁束機は、かなりの磁束漏洩を受けた。依然として他の横方向磁束機は、アクティブな電気的および磁気的材料の１キログラム当たりわずか数ニュートンメートルのトルク密度を提供した。さらに、種々の従来の横方向磁束機は、比較的狭いＲＰＭおよび／または負荷範囲内でのみ効率的に動作可能であった。さらに、かなりの出力電力を生成するために従来の横方向磁束機を使用することは、高レートの速度で比較的重くかつ複雑なコンポーネント（すなわち、永久磁石ならびに／または比較的新奇な、密な、かつ／または高価な磁束集中材料または伝導材料を含むコンポーネント）を回転させることを必要とした。こうした高速動作は、支持および／またはシステム信頼性のためにさらなる高価な、かつ／または、複雑なコンポーネントを必要とする。さらに、多くの従来の横方向磁束機は、製造するのに比較的費用がかかり、かつ／または、難しく、実行可能性を制限する。
【００２０】
対照的に、種々のこれらの問題は、本開示の原理に従って構成された横方向磁束機を利用することによって、解決されうる。本明細書で使用されるように、「横方向磁束機（ｔｒａｎｓｖｅｒｓｅ  ｆｌｕｘ  ｍａｃｈｉｎｅ）」および／または「コンミュテート式磁束機（ｃｏｍｍｕｔａｔｅｄ  ｆｌｕｘ  ｍａｃｈｉｎｅ）」は、磁束経路が、機械の回転平面を磁束が全体的に横切るセクションを有する任意の電気機械である。ある例示的な実施形態では、磁石および／または磁束集中コンポーネントが、機械が動作するときに、回転子上にある、かつ／または、移動するとき、電気機械は、純粋な「横方向（ｔｒａｎｓｖｅｒｓｅ）」磁束機である可能性がある。別の例示的な実施形態では、磁石および／または磁束集中コンポーネントが、機械が動作するときに、固定子上にある、かつ／または、静止状態に保たれるとき、電気機械は、純粋な「コンミュテート式（ｃｏｍｍｕｔａｔｅｄ）」磁束機である可能性がある。容易に明らかになるように、ある構成では、「横方向磁束機」は、回転子を固定し、固定子を移動させることによって「コンミュテート式磁束機」になると考えられてもよく、またその逆も同様である。さらに、コイルは、固定子に固定されてもよく、あるいは、コイルは、回転子に固定されてもよい。
【００２１】
さらに、コンミュテート式磁束機と横方向磁束機との間のギャップを架橋する機能およびデバイス設計の範囲が存在する。ある設計は、これら２つのカテゴリの間に当然入ってもよく、または、同時に両方に属すると考えられてもよい。したがって、当業者に明らかになるように、本開示では、「横方向磁束機」に対する参照は、「コンミュテート式磁束機」に対して同様に適用可能であってよく、また、その逆も同様である。
【００２２】
さらに、横方向磁束機および／またはコンミュテート式磁束機は、複数の方法で構成されてもよい。たとえば、図２Ａを参照して、コンミュテート式磁束機は、固定子２１０が、回転子２５０の回転平面に全体的に整列した状態で構成されてもよい。こうした構成は、本明細書で「軸方向ギャップ（ａｘｉａｌ  ｇａｐ）」と呼ばれる。別の構成では、図２Ｂを参照して、コンミュテート式磁束機は、固定子２１０が、回転子２５０の回転平面に対して約９０度回転した状態で構成されてもよい。こうした構成は、明細書で「半径方向ギャップ（ｒａｄｉａｌ  ｇａｐ」と呼ばれる。
【００２３】
図３Ａを参照して、コンミュテート式磁束機内の磁束スイッチ３５２は、固定子３１０によって画定されたキャビティ内に少なくとも部分的に延在することによって固定子３１０に係合してもよい。こうした構成は、本明細書で「キャビティ係合式（ｃａｖｉｔｙ  ｅｎｇａｇｅｄ）」と呼ばれる。図３Ｂを考えて、コンミュテート式磁束機内の磁束スイッチ３５２は、固定子３１０の２つの端子面に非常に接近することによって固定器３１０に係合してもよい。こうした構成は、本明細書で「面係合式（ｃａｖｉｔｙ  ｅｎｇａｇｅｄ）」と呼ばれる。同様な係合手法は、横方向磁束機においてとられてもよく、また、同様な方法で呼ばれる。
【００２４】
一般に、横方向磁束機および／またはコンミュテート式磁束機は、回転子、固定子、およびコイルを備える。磁束スイッチは、固定子または回転子上に配置されてもよい。本明細書で使用されるように、「磁束スイッチ（ｆｌｕｘ  ｓｗｉｔｃｈ）」は、磁気回路（すなわち、透磁率が空気よりかなり高い部分）を開放するかつ／または閉鎖するように構成された任意のコンポーネント、機構、またはデバイスであってよい。磁石が、固定子または回転子上に配置されてもよい。コイルは、固定子または回転子によって少なくとも部分的に閉囲される。任意選択で、磁束集中部分が、固定子および／または回転子上に含まれてもよい。ここで図１Ａを一時的に参照して、例示的な横方向磁束機１００Ａは、回転子１５０Ａ、固定子１１０Ａ、およびコイル１２０Ａを備えてもよい。この例示的な実施形態では、磁石は、回転子１５０Ａ上に配置されてもよい。ここで図１Ｂを一時的に参照して、例示的なコンミュテート式磁束機１００Ｂは、回転子１５０Ｂ、固定子１１０Ｂ、およびコイル１２０Ｂを備えてもよい。この例示的な実施形態では、磁石は、固定子１１０Ｂ上に配置されてもよい。
【００２５】
さらに、横方向磁束機および／またはコンミュテート式磁束機は、所望の電気的、磁気的、かつ／または物理的特性を提供するために、任意の適したコンポーネント、構造、および／または要素を持つように構成されてもよい。たとえば、５０ニュートンメートル／キログラムを超える、連続的な熱的に安定したトルク密度を有するコンミュテート式磁束機は、多相構成を利用することによって達成されてもよい。本明細書で使用されるように、「連続的な熱的に安定したトルク密度（ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ，  ｔｈｅｒｍａｌｌｙ  ｓｔａｂｌｅ  ｔｏｒｑｕｅ  ｄｅｎｓｉｔｙ）」は、能動的冷却なしで、１時間以上の期間にわたる連続動作中にモータによって維持可能なトルク密度を指す。さらに、一般に、連続的な熱的に安定したトルク密度は、熱性能低下および／または損傷なしで、連続動作の延長期間、たとえば、１時間以上の間、モータによって維持可能なトルク密度であると考えられてもよい。
【００２６】
さらに、横方向磁束機および／またはコンミュテート式磁束機は、低いコア損失を達成するように構成されてもよい。高い透磁率、低い保磁力、低いヒステリシス損、低い渦電流損、および／または高い電気抵抗を有する材料を利用することによって、コア損失が低減される可能性がある。たとえば、ケイ素鋼、粉末状金属、粉末状めっき金属、軟磁性複合材、アモルファス金属、ナノ結晶複合材、および／または同様なものは、回転子、固定子、スイッチ、ならびに／または、横方向磁束機および／またはコンミュテート式磁束機の他の磁束伝導コンポーネントで利用されてもよい。そのため、渦電流、磁束漏洩、および他の望ましくない特性が、低減される可能性がある。
【００２７】
横方向磁束機および／またはコンミュテート式磁束機はまた、交流方法などで、磁束伝導体内の飽和レベルを変えることによって、低いコア損失を達成するように構成されてもよい。たとえば、固定子内の磁束伝導要素は、磁束伝導要素の第１の部分が固定子の動作中の第１の時間に飽和するように構成されてもよい。同様に、同じ磁束伝導要素の第２の部分は、固定子の動作中の第２の時間に飽和する。こうして、磁束伝導要素の複数の部分が、経時的に飽和誘導よりかなり低い磁束密度レベルを有し、コア損失を低減する。たとえば、磁束伝導要素のかなりの部分が、その磁気サイクルの時間の５０％以内に飽和誘導の２５％より低い磁束密度レベルを有する可能性がある。さらに、任意の適した磁束密度変化が利用されてもよい。
【００２８】
さらに、横方向磁束機および／またはコンミュテート式磁束機は、低いコイル損失を達成するように構成されてもよい。たとえば、所望の出力電力Ｐを達成するために、１つまたは複数のコイル内にある質量の銅Ｃを利用する従来の電気モータと対照的に、特定の横方向磁束機および／またはコンミュテート式磁束機は、同じ出力電力Ｐを達成しながら、少量の銅Ｃ（たとえば、銅Ｃの１０分の１）だけを利用する可能性がある。さらに、横方向磁束機および／またはコンミュテート式磁束機は、改善された方法で（たとえば、コイル内の「端巻回部（ｅｎｄ  ｔｕｒｎ）」を減少させる、かつ／または、削除することによって）コイル材料を利用するように構成されてもよい。こうして、抵抗損、渦電流損、熱損失、および／または所与のコイル質量Ｃに関連する他のコイル損失が低減される可能性がある。さらに、横方向磁束機および／またはコンミュテート式磁束機内で、コイルは、所与のコイル質量Ｃについて損失をさらに低減するように、構成されてもよく、形作られてもよく、配向されてもよく、整列されてもよく、製造されてもよく、かつ／または、その他の方法で構成されてもよい。
【００２９】
さらに、本開示の原理に従って、横方向磁束機および／またはコンミュテート式磁束機は、高い電圧定数を達成するように構成されてもよい。こうして、機械内の巻回数が、高い周波数に関連して低減される可能性がある。そのため、コイル質量および／またはコイル内の巻回数の対応する低減が達成される可能性がある。
【００３０】
なおさらに、本開示の原理によれば、横方向磁束機および／またはコンミュテート式磁束機は、高い磁束切換え周波数、たとえば、１０００Ｈｚを超える磁束切換え周波数を達成するように構成されてもよい。磁束が高周波数で切換えられるため、トルク密度が増加する可能性がある。
【００３１】
ここで図４を参照して、特定のトルクについての典型的な従来の電気モータの効率曲線４０２が示される。回転／分（ＲＰＭ）がＸ軸上に示され、モータ効率がＹ軸上に示される。示すように、従来の電気モータは、通常、低いＲＰＭで比較的低い効率で動作する。この従来のモータの場合、効率は、増加し、その後、特定のＲＰＭでピークになり、最終的に、ＲＰＭがさらに増加するにつれて低下する。結果として、多くの従来の電気モータは、望ましくは、ピーク効率の近くのＲＰＭ範囲内で動作することが多い。たとえば、１つの特定の従来技術の電気モータは、約３０００ＲＰＭで約９０％の最大効率を有する可能性があるが、効率は、それより高くないかまたは低くないＲＰＭで劇的に低下する。
【００３２】
ギアボックス、トランスミッション、および他の機械的機構は、所望の出力ＲＰＭまたは他の出力条件を達成するために、電気モータに結合されることが多い。しかし、こうした機械的コンポーネントは、しばしば、コストが高い、かさばる、重い、かつ／または、さらなるエネルギー損失、たとえば、摩擦損失を課す。こうした機械的コンポーネントは、モータ／トランスミッションシステムの総合効率を減少させうる。たとえば、約７０％効率で動作するギアボックスに結合された約９０％効率で動作する電気モータは、約６３％の総合効率を有するモータ／ギアボックスシステムをもたらす。さらに、ギアボックスは、従来の電気モータ自体より、大きい、かつ／または、重量があるかまたはコストが高い可能性がある。ギアボックスはまた、システムの総合信頼性を減少させる。
【００３３】
対照的に、引き続き図４を参照して、また、本開示の原理によれば、特定のトルクについて横方向および／またはコンミュテート式磁束機の効率曲線４０４が示される。本開示の原理によれば、横方向および／またはコンミュテート式磁束機は、従来の電気モータのＲＰＭより低いＲＰＭで、所望の効率レベル（たとえば、８０％以上の効率）に急速に達する可能性がある。さらに、横方向および／またはコンミュテート式磁束機は、従来の電気モータのＲＰＭ範囲より広いＲＰＭ範囲にわたって望ましい効率レベルを維持する可能性がある。さらに、横方向および／またはコンミュテート式磁束機の効率は、従来の電気モータと比較して、ピーク効率ＲＰＭを過ぎてよりゆっくり低下する可能性がある。
【００３４】
さらに、本開示の原理によれば、横方向および／またはコンミュテート式磁束機は、従来の電気モータのトルク密度より高いトルク密度を達成する可能性がある。たとえば、ある例示的な実施形態では、横方向および／またはコンミュテート式磁束機は、１００ニュートンメートル／キログラムを超える連続的な熱的に安定したトルク密度を達成する可能性がある。
【００３５】
そのため、本発明の原理によれば、横方向および／またはコンミュテート式磁束機は、望ましくは、種々の用途で使用されてもよい。たとえば、自動車用途では、横方向および／またはコンミュテート式磁束機は、ホイールハブモータとして、ダイレクトドライブラインモータとして、かつ／または、同様なものとして利用されてもよい。さらに、特に、低いＲＰＭにおいて十分に広い動作ＲＰＭ範囲を有する例示的な実施形態では、横方向および／またはコンミュテート式磁束機は、トランスミッション、ギアボックス、および／または同様な機械的コンポーネントについての必要性なしで、自動車用途で利用される可能性がある。
【００３６】
例示的な電気自動車またはハイブリッド自動車の実施形態は、自動車のホイールを駆動する横方向磁束モータを備え、自動車は、トランスミッション、ギアボックス、および／または同様な機械的コンポーネント（複数可）を備えない。この例示的な実施形態では、電気自動車またはハイブリッド自動車は、トランスミッションに似た機械的コンポーネントを備える同様の自動車よりかなり軽い。重量の減少は、トランスミッションに似た機械的コンポーネントを有する同様の自動車と比較して、拡張された駆動範囲を容易にする可能性がある。あるいは、ギアボックスの削除によって節約された重量は、拡張された範囲についてさらなる電池の利用を可能にする。さらに、ギアボックスの削除によって節約された重量は、改善された搭乗者の安全性のためのさらなる構造材料を可能にする。一般に、適した効率の広いＲＰＭ範囲を有するコンミュテート式磁束機は、望ましくは、ダイレクトドライブ構成が有利である種々の用途で利用されてもよい。たとえば、わずか数ＲＰＭから約２０００ＲＰＭのＲＰＭ範囲にわたって８０％より高い効率を有するコンミュテート式磁束機は、望ましくは、自動車で使用されてもよい。
【００３７】
さらに、例示的なトランスミッションなしの電気自動車またはハイブリッド自動車は、より高い総合効率を有する可能性がある。換言すれば、例示的な自動車は、モータと自動車のホイールとの間のトランスミッションに似たコンポーネントがないことによって改善された効率がもたらされるために、電池で利用可能な電力をより効率的に利用する可能性がある。これはまた、駆動範囲を拡張し、かつ／または、電池についての必要性を低減するように構成される。
【００３８】
さらに、コンミュテート式磁束機は、高いトルク密度を有するように構成される。本開示の原理によれば、高トルク密度のコンミュテート式磁束機はまた、種々の用途、たとえば自動車用途で使用するのに好適である。たとえば、従来の電気モータは、約０．５と約３ニュートンメートル／キログラムとの間のトルク密度を有する可能性がある。さらなる技法、たとえば能動的冷却は、従来の電気モータが約５０ニュートンメートル／キログラムまでのトルク密度を達成することを可能にしうる。しかし、こうした技法は、通常、かなりのさらなるシステム質量、複雑さ、大きさ、および／またはコストを付加する。さらに、比較的高い量のトルクを生成するように構成されたこうした従来の電気モータ、たとえばＳｉｅｍｅｎｓ１ＦＷ６モータは、比較的低いＲＰＭ動作、たとえば２５０ＲＰＭ未満の動作に制限される。
【００３９】
対照的に、本発明の原理によれば、例示的な受動冷却式の横方向磁束機および／またはコンミュテート式磁束機は、５０ニュートンメートル／キログラムを超える、連続的な熱的に安定したトルク密度を持つように構成されてもよい。本明細書で使用されるように、「受動冷却式（ｐａｓｓｉｖｅｌｙ  ｃｏｏｌｅｄ）」は、動作のために電力を必要とする冷却コンポーネント、たとえば水ポンプ、オイルポンプ、冷却ファン、および／または同様なものがないシステムを指すものと一般に理解される。さらに、この例示的な横方向磁束機および／またはコンミュテート式磁束機は、コンパクトな径、たとえば１４インチ未満の径を持つように構成されてもよい。別の例示的な横方向磁束機および／またはコンミュテート式磁束機は、１００ニュートンメートル／キログラムを超える、連続的な熱的に安定したトルク密度および２０インチ未満の径を持つように構成されてもよい。したがって、本開示の種々の原理を利用することによって、例示的な横方向磁束機および／またはコンミュテート式磁束機は、電気自動車のホイールハブモータとして搭載するのに適した方法でサイズが決められてもよい、かつ／または、その他の方法で構成されてもよい、かつ／または、形作られてもよい。その理由は、横方向磁束機および／またはコンミュテート式磁束機が、従来の電気モータに比べて、かなり軽量である、かつ／または、かなりコンパクトであるからである。こうして、結果的に得られるホイール／モータ組立体のばね下重量が低減されうる。これは、自動車のハンドリングを改善し、サスペンションコンポーネントの複雑さおよび／またはサイズを低減しうる。
【００４０】
さらに、本開示の原理によれば、横方向磁束機および／またはコンミュテート式磁束機は、望ましくは、回転部分を有する電気機械システム、たとえば洗浄機または他のアプライアンスで利用されてもよい。一実施例では、従来の洗浄機は、通常、ウォッシャードラムを回転させるベルトドライブに結合した電気モータを利用する。対照的に、横方向磁束機および／またはコンミュテート式磁束機は、ウォッシャードラムに軸方向に結合してもよく、ダイレクトドライブ構成を提供し、ベルトドライブ要素を削除する。あるいは、横方向磁束機および／またはコンミュテート式磁束機、たとえば部分固定子を備えるものは、回転子に結合されてもよい。回転子は、ウォッシャードラムと共通の軸を有してもよい。回転子はまた、ウォッシャードラムに直接結合されてもよい、かつ／または、ウォッシャードラムに一体に形成されてもよい。こうして、横方向磁束機および／またはコンミュテート式磁束機は、洗浄機あるいは他の同様な電気機械的構造および／またはシステムのために回転力を提供してもよい。
【００４１】
さらに、本開示の原理によれば、横方向磁束機および／またはコンミュテート式磁束機は、望ましくは、自転車、スクータ、モータサイクル、クワドバイク、ゴルフカート、または他の車両などの比較的軽量の車両に対して機械的出力を提供するために利用されてもよい。さらに、横方向磁束機および／またはコンミュテート式磁束機は、望ましくは、小型エンジン用途、たとえば可搬型発電機、電力ツール、および他の電気機器で利用されてもよい。横方向磁束機および／またはコンミュテート式磁束機は、望ましくは、プロペラ駆動式デバイス、たとえばボート、航空機、および／または同様なものに対する機械的出力を提供するために利用されてもよい。横方向磁束機および／またはコンミュテート式磁束機はまた、望ましくは、種々の機械ツール、たとえば回転スピンドル、大きな質量を移動させるように構成されたテーブル、および／または同様なものにおいて利用されてもよい。一般に、横方向磁束機および／またはコンミュテート式磁束機は、任意の適したデバイスへ、かつ／または、任意の適したデバイスから、電気的および／または機械的入力を提供する、かつ／または、電気的および／または機械的出力を提供するために利用されてもよい。
【００４２】
種々の例示的な実施形態では、コンミュテート式磁束機は、マルチパス構成を有する回転子を備えてもよい。一般に、コンミュテート式磁束機用のマルチパス回転子は、複数の第１の磁束集中固定子部分と複数の第２の磁束集中固定子部分との間に複数の磁束経路を提供するように構成された任意の構造、組立体、および／または機構を備えてもよい。換言すれば、マルチパス回転子は、コンミュテート式磁束機のために「多対多の」磁束スイッチ構成を提供しうる。
【００４３】
ある例示的な実施形態では、また、ここで図５Ａを参照すると、マルチパス回転子５５０は、マルチパス回転子５５０の第１の側に第１のセットの「肘部（ｅｌｂｏｗ）」５５２を有する全体的にリング形状の構造を備える。マルチパス回転子５５０はさらに、マルチパス回転子５５０の第２の側に第２のセットの肘部５５４を備える。コンミュテート式磁束機では、マルチパス回転子５５０の少なくとも一部分は、固定子用の磁束スイッチとして働くように構成される。たとえば、第１のセットの肘部５５２の１つまたは複数の肘部あるいはその複数の部分はそれぞれ、磁束スイッチとして働いてもよい。同様に、第２のセットの肘部５５４の１つまたは複数の肘部あるいはその複数の部分はそれぞれ、磁束スイッチとして働いてもよい。そのため、磁束は、第１のセットの肘部５５２の１つまたは複数の肘部と第２のセットの肘部５５４の１つまたは複数の肘部との間で固定子内の空気ギャップにわたって伝導される可能性がある。
【００４４】
別の例示的な実施形態では、マルチパス回転子５５０は、全体的にリング形状の構造を備え、全体的にリング形状の構造は、リングの第１の側に彫られた第１のセットのトレンチ５６２を有する。第１のセットのトレンチ５６２の間に残るリングの部分は、第１のセットの磁束スイッチを構成する。マルチパス回転子５５０はさらに、リングの第２の側に彫られた第２のセットのトレンチ５６４を備える。第２のセットのトレンチ５６４の間に残るリングの部分は、第２のセットの磁束スイッチを構成する。１つの例示的な実施形態によれば、半径方向ギャップ構成を有するマルチパス回転子５５０の場合、第１の側はまた、リングの外側であると考えられ、第２の側はまた、リングの内側であると考えられてもよい。
【００４５】
種々の例示的な実施形態によれば、トレンチ５６２および／または５６４は、種々の形状を備えてもよい。たとえば、トレンチは、円柱形状、楕円形状、三角形形状、長方形形状、台形形状、および／または任意の適した形状（複数可）を備えてもよい。
【００４６】
種々の例示的な実施形態によれば、肘部は、全体的にリング形状の材料ブロックから部分的に円柱の部分を繰返して除去することによって形成されてもよい。こうして、肘部は、２つの弓状面を備えるように形成され、外向きにテーパが付いてもよい。
【００４７】
別の実施例では、肘部は、全体的にリング形状の材料ブロックから全体的にＶ形状の部分を繰返して除去することによって形成されてもよい。こうして、肘部は、２つの全体的に平面の面を備えるように形成されてもよい。さらに、全体的にＶ形状のカットの深さ、角度、および／または他のパラメータは、変更されてもよい。こうして、肘部の厚さは、変更されてもよい。
【００４８】
なお別の実施例では、マルチパス回転子５５０は、粉末状金属または他の適した材料から所望の形状を成形することによって形成されてもよい。マルチパス回転子５５０はまた、平面材料、たとえばテープに似た鋼の層を切断して、種々の肘部および／またはトレンチ形状を有する構成にすることによって形成されてもよい。テープに似た材料は、その後、マンドレル、たとえばテープに似た材料のアライメントを制御するガイダンス特徴部を持つように構成されたマンドレルの周りに巻き付けられてもよい。こうして、位置、サイズ、および／または他の公差が、マルチパス回転子５５０の作成中に制御されてもよい。
【００４９】
さらに、各トレンチおよび／またはｖ形状除去部分の間に、マルチパス回転子５５０の一部分が、元の形状で残ってもよい。そのため、種々の例示的な実施形態では、肘部５５２および／または５５４は、非切取り部分を示してもよい。隣接する肘部間の中心から中心までの距離は、任意の適した距離であってよい。種々の例示的な実施形態では、中心から中心までの距離は、コンミュテート式磁束機内の極ピッチの関数であってもよい。肘部間のオンセンタ間隔は、たとえばいくつかの肘部間のオンセンタ間隔を、特定の固定子内の磁束集中固定子部分間のオンセンタ間隔に整列させるために、同様に変更されてもよい。
【００５０】
さらに、任意の１つの肘部についての縁部から縁部までの距離は、任意の適した距離であってよい。いくつかの例示的な実施形態では、任意の１つの肘部についての縁部から縁部までの距離は、スイッチ厚であると考えられてもよい。
【００５１】
マルチパス回転子５５０のスイッチ面積は、特定の固定子を有するマルチパス回転子５５０の使用を容易にするように選択されてもよい。図１Ｂを一時的に参照して、キャビティ係合式構成では、「スイッチ面積（ｓｗｉｔｃｈ  ａｒｅａ）」は、スイッチ厚（たとえば、ＳＴ）と係合深さ（たとえば、ＥＤ）の積を指す。キャビティ係合式構成では、係合深さＥＤは、キャビティ（たとえば、固定子１１０Ｂによって少なくとも部分的に画定されたキャビティ）内に延在するスイッチに沿う長さ（たとえば、回転子１５０Ｂの一部分に沿う長さ）であると考えられてもよい。
【００５２】
図３Ｃを一時的に参照すると、面係合式構成では、「スイッチ面積」は、スイッチ厚（たとえば、ＳＴ）と係合深さ（たとえば、ＥＤ）の積を指す。面係合式構成では、係合深さＥＤは、回転子（たとえば、回転子３５０）および／または固定子の対応する部分に密接に近づくスイッチに沿う長さ（たとえば、固定子３１０の一部分に沿う長さ）であると考えられてもよい。
【００５３】
ある例示的な実施形態では、１つまたは複数の肘部は、各肘部の表面上に、たとえば各肘部の端部に所望のスイッチ面積を作るために、マルチパス回転子５５０上に形成されてもよい。
【００５４】
一般に、１つまたは複数の肘部ならびに／またはマルチパス回転子５５０の他の部分は、肘部の表面において所望のスイッチ面積を有する磁束スイッチを作るために、所望に応じて、任意の適したプロセス、技法、または方法によって形成されてもよい。さらに、当業者によって理解されるように、同様のプロセス、技法、および／または方法は、他の電気的コンポーネント、たとえばコンミュテート式磁束機の単一経路回転子、固定子、磁束スイッチ、および／または他の磁束伝導部分を形成するために適用されてもよい。
【００５５】
さらに、マルチパス回転子５５０は、複数の第１の磁束集中固定子部分と複数の第２の磁束集中固定子部分との間に複数の磁束経路を提供するように構成された、任意の適した肘部、伸張部、突出部、隆起部、トレンチ、ギャップ、フランジ、幾何形状、および／または構造を備えてもよい。たとえば、マルチパス回転子５５０は、鋸歯パターン、ジグザグパターン、インターロッキングダイアモンドパターン、正弦波パターン、および／または同様なもの、あるいはその組合せを持つように構成されてもよい。
【００５６】
種々の例示的な実施形態では、マルチパス回転子５５０の少なくとも一部分は、肘部間の変化するオンセンタ距離を持つように構成されてもよい。たとえば、マルチパス回転子５５０の第１の部分は、隣接する肘部間に第１のオンセンタ距離Ｄ１を持つように構成されてもよい。さらに、マルチパス回転子５５０の第２の部分は、隣接する肘部間に第２のオンセンタ距離Ｄ２を持つように構成されてもよい。Ｄ１およびＤ２は同じであってよく、または両者は異なってもよい。たとえば、Ｄ２は、距離Ｄ１の２倍であってよい。Ｄ２は、距離Ｄ１の３倍であってよい。さらに、Ｄ１およびＤ２は、任意の適した距離であってよく、また、任意の適した関係を有していてもよい。
【００５７】
変化するオンセンタ距離は、有利である可能性がある。たとえば、ある例示的な実施形態では、マルチパス回転子５５０は、コンミュテート式磁束機内の部分固定子および／またはギャップ付き固定子に結合されるとき、マルチパス回転子５５０の第１の部分が固定子に係合すると、第１のトルクを生成するようコンミュテート式磁束機にさせるように構成されてもよい。同様に、マルチパス回転子５５０は、マルチパス回転子５５０の第２の部分が固定子に係合すると、第２のトルクを生成するようコンミュテート式磁束機にさせるように構成されてもよい。第２のトルクは、たとえばマルチパス回転子５５０上の肘部間の距離が増加するにつれて、マルチパス回転子５５０によって係合される磁束集中固定子部分の数が減少するという事実によって第１のトルクと異なる可能性がある。
【００５８】
種々の例示的な実施形態では、コンミュテート式磁束機が発電機として動作すると、マルチパス回転子５５０は、機械的入力がかなり強いとき（たとえば、４ストロークエンジンのパワーストローク中）に、マルチパス回転子５５０の「高いトルク（ｈｉｇｈｅｒ  ｔｏｒｑｕｅ）」部分（すなわち、隣接する肘部間に小さなオンセンタ距離を有するマルチパス回転子５５０の部分）を固定子に整列させるように構成されてもよい。同様に、マルチパス回転子５５０は、機械的入力が強くないとき（たとえば、４ストロークエンジンの排気、吸気、および／または圧縮ストローク中）に、マルチパス回転子５５０の「低いトルク（ｌｏｗｅｒ  ｔｏｒｑｕｅ）」部分（すなわち、隣接する肘部間に大きなオンセンタ距離を有するマルチパス回転子５５０の部分）を固定子に整列させるように構成されてもよい。こうして、コンミュテート式磁束機は、変化する機械的入力、たとえば４ストロークピストンエンジンによって生成される機械的出力を電気エネルギーにより効率的に変換するように構成されてもよい。
【００５９】
種々の例示的な実施形態によれば、マルチパス回転子５５０は、複数の第１の磁束集中固定子部分と複数の第２の磁束集中固定子部分との間に複数の磁束経路を提供するために任意の適した方法で形成されてもよい。たとえば、マルチパス回転子５５０は、先に論じたように、モノリシック材料（たとえば、ケイ素鋼）のリング形状片から材料を除去することによって形成されてもよい。さらに、マルチパス回転子５５０は、鋳造されてもよく、プレス加工されてもよく、焼結されてもよく、ダイカットされてもよく、機械加工されてもよく、打ち抜き加工されてもよく、接着されてもよく、貼り合わされてもよく、研磨されてもよく、平滑化されてもよく、曲げられてもよく、成形されてもよく、メッキされてもよく、コーティングされてもよく、かつ／または、別途任意の適した方法によって形作られるかつ／または形成されてもよい。たとえば、マルチパス回転子５５０は、全体的にリングに似た構造の対向する面に沿って第１のセットの肘部および第２のセットの肘部を作るように構成された方法によって作られてもよい。
【００６０】
１つの例示的な実施形態では、また、ここで図５Ｃを参照して、マルチパス回転子５５０は、複数の材料層を積層することおよび／またはその他の方法で接着することによって形成される。たとえば、半径方向ギャップコンミュテート式磁束機で使用するために意図された特定のマルチパス回転子５５０は、複数層の貼り合わされた平面材料から形成されてもよい。マルチパス回転子５５０は、その後、たとえば水ジェット切断、レーザ切断、および／または任意の他の適した技法またはプロセスによって、複数層材料から、切断されてもよく、または、その他の方法で形成されてもよい。あるいは、平面材料の個々の層は、マルチパス回転子５５０を形成するために、最初に切断され、その後、積重ねられてもよく、貼り合わされてもよく、プレス加工されてもよく、かつ／または、その他の方法で接着されるかつ／または整列されてもよい。結果的に得られるマルチパス回転子５５０は、同様のマルチパス回転子５５０の「積重体（ｓｔａｃｋ）」からなると考えられてもよく、積重ねられた各マルチパス回転子５５０は、比較的薄い平面材料である。
【００６１】
半径方向ギャップコンミュテート式磁束機で使用するために意図されると、回転子積重体の各層の平面は、回転子の回転平面に実質的に平行である。そのため、半径方向ギャップ固定子、たとえば、コイル５２０を少なくとも部分的に閉囲する固定子５１０にキャビティ係合すると、回転子積重体の各層の平面は、結果的に得られる空気ギャップを横切る。換言すれば、マルチパス回転子５５０内の磁束は、回転子積重体内の層を横切るのではなく、回転子積重体内の層内に実質的に留まる可能性がある。回転子積重体内の平面材料層は、実質的に層内に磁束を伝導させる傾向があるため、磁束は、より効率的に伝導される。層の両端の電気抵抗が高いため、磁束漏洩、渦電流、および他の望ましくない作用が低減される。
【００６２】
別の例示的な実施形態によれば、また、再び図５Ａを参照して、軸方向ギャップコンミュテート式磁束機で使用するために意図される特定のマルチパス回転子５５０は、巻き付けられた平面材料から形成されてもよい。たとえば、平面材料は、マンドレルの周りに巻き付けられる。マルチパス回転子５５０は、その後、たとえば水ジェット切断、レーザ切断、および／または任意の他の適した技法またはプロセスによって、巻き付けられた平面材料から、切断されてもよく、または、その他の方法で形成されてもよい。そのように形成されたマルチパス回転子５５０が、軸方向ギャップ固定子にキャビティ係合すると、回転子の巻き付けられた各層の平面は、結果的に得られる空気ギャップを横切る。前と同様に、巻き付けられた平面材料層は、実質的に層内に磁束を伝導させる傾向があるため、また、層の両端の電気抵抗が高いため、磁束漏洩、渦電流、および他の望ましくない作用が低減される。
【００６３】
種々の例示的な実施形態では、マルチパス回転子５５０は、複数のタイプの積重された、巻き付けられた、またはその他の方法で接合された材料から形成される。特定のマルチパス回転子５５０は、平面材料の交互の層から形成されてもよい。層は、異なる特性を有してもよい。ある例示的な実施形態では、マルチパス回転子５５０は、アモルファス金属（たとえば、Ｍｅｔｇｌａｓ（登録商標）２６０５ＳＡ１）とナノ結晶複合材の交互の層から形成される。別の例示的な実施形態では、マルチパス回転子５５０は、ケイ素鋼とナノ結晶複合材の交互の層から形成される。種々の他の例示的な実施形態では、マルチパス回転子５５０は、共にマンドレルの周りに巻き付けられたアモルファス金属層とナノ結晶複合材層から形成される。なお他の例示的な実施形態では、交互の３つ以上の材料層から形成される。さらに、マルチパス回転子５５０は、任意の適したプロセスによって接合された層および／または材料の任意の適した組合せ、たとえば、第１の材料の２つの層、次に、第２の材料の１つの層、次にやはり第１の材料の２つの層、次に、第２の材料の１つの層などから形成されてもよい。
【００６４】
こうして複数の材料の層を利用することによって、マルチパス回転子５５０は、改善された機械的、磁気的、および／または他の特性を有しうる。たとえば、マルチパス回転子５５０は、所望の磁気的、熱的、電気的特性、および／または他の特性を保持しながら、改善された被削性を有してもよい。ある例示的な実施形態では、複数の層状材料から形成されたマルチパス回転子５５０は、１．０テスラを超えるバルク飽和誘導を持つように構成される。別の例示的な実施形態では、複数の層状材料から形成されたマルチパス回転子５５０は、１，０００μを超えるバルク透磁率を持つように構成される。
【００６５】
さらに、マルチパス回転子５５０に加えて、固定子、磁束スイッチ、コイル、磁束集中器、成形された回転子、および／または同様なものを含む他の電気コンポーネントは、少なくとも部分的に、先に論じたように、１つの材料、成形された材料、および／または複数の材料の層から形成されてもよく、それを含んでもよく、かつ／または、それから構成されてもよい。全てのこうしたコンポーネントおよび方法は、本開示の範囲内にあると考えられる。
【００６６】
種々の例示的な実施形態では、マルチパス回転子５５０は、放射方向ギャップコンミュテート式磁束機に関連して利用されてもよい。さらに、種々の他の例示的な実施形態では、マルチパス回転子５５０は、軸方向ギャップコンミュテート式磁束機、たとえば部分固定子を持つように構成されたコンミュテート式磁束機に関連して利用されてもよい（たとえば図５Ｂを参照）。一般に、マルチパス回転子５５０は、所望に応じて、任意の適したコンミュテート式磁束機および／または横方向磁束機で使用されてもよい。
【００６７】
さらに、種々の例示的な実施形態では、固定子内へのマルチパス回転子５５０の係合深さは、変化してもよい。マルチパス回転子５５０と固定子との間の空気ギャップはまた、たとえばガイドホイール、バンパー、および／または同様なものによってマルチパス回転子５５０を固定子に結合することによって、制御されてもよい、かつ／または、調整されてもよい。固定子によって少なくとも部分的に画定されるキャビティ内へのマルチパス回転子５５０の係合深さを変更することによって、コンミュテート式磁束機の種々の特性は、望ましくは、制御されてもよい、変更されてもよい、かつ／または、その他の方法で修正されてもよい。
【００６８】
たとえば、係合深さを減少させることは、電圧定数の減少をもたらす可能性がある。同様に、係合深さを減少させることは、トルク定数の減少をもたらす可能性がある。さらに、係合深さを減少させることは、コンミュテート式磁束機の効率を増大させる。係合深さの減少はまた、同じドライブ電子部品を用いてより高いＲＰＭ動作を許容する可能性がある。そのため、所望の性能特性、たとえば特定の効率レベルにおける動作は、適した方法で係合深さを変更することによって得られる可能性がある。
【００６９】
さらに、コンミュテート式磁束機が発電機として動作するとき、係合深さを変更することは、変化する負荷に対する適した応答を提供しうる。たとえば、特定の負荷において、第１の係合深さが、所望の出力を生成するのに十分である可能性がある。より大きな負荷において、第２の係合深さが、所望の出力を生成するのに十分である可能性がある。そのため、係合深さは、発電機上の変化する負荷条件に応答して変更されてもよい。
【００７０】
ここで図５Ｂを参照して、種々の例示的な実施形態では、マルチパス回転子５５０は、部分固定子に動作可能に結合されてもよい。さらに図５Ｄを参照して、マルチパス回転子５５０は、第１のセットの肘部５５２の特定の肘部Ａ１が、第１の極性を有する第１の磁束集中固定子部分に整列するように構築されてもよい。第１のセットの肘部５５２の隣接する肘部Ａ２は、第１の極性と同じ極性を有する第２の磁束集中固定子部分に整列する。同時に、第２のセットの肘部５５４の特定の肘部Ｂ１は、第１の極性と反対の極性を有する第３の磁束集中固定子部分に整列する。同様に、第２のセットの肘部５５４の隣接する肘部Ｂ２は、第１の極性と反対の極性を同様に有する第４の磁束集中固定子部分に整列する。
【００７１】
こうして、磁束は、マルチパス回転子５５０を通して、矢印によって示すように、Ａ１またはＡ２からＢ１またはＢ２へ（またはその逆へ）伝導される可能性がある。さらに、第１のセットの肘部５５２に関連付けられた磁束スイッチがそれぞれ、第１のセットの肘部５５２の他の全ての磁束スイッチおよび第２のセットの肘部５５４に関連付けられた全ての磁束スイッチに磁気的に結合されるため、磁束は、マルチパス回転子５５０を通して、第１の極性の磁束集中固定子部分に係合する任意の磁束スイッチから、第１の極性と反対の極性を有する磁束集中固定子部分に係合する任意の磁束スイッチへ伝導される可能性がある。さらに、一時的に図５Ｅを参照して、任意の特定の磁束スイッチ（たとえば、スイッチＢ１）からの磁束は、複数の他の磁束スイッチ（たとえば、スイッチＡ１、Ａ２、およびＡ３）に伝導される可能性がある。
【００７２】
こうして、一般に、ある例示的な実施形態では、マルチパス回転子５５０は、磁束が「多対多の（ｍａｎｙ  ｔｏ  ｍａｎｙ）」配置構成で、コンミュテート式磁束機内で伝導されるように構成されうる。換言すれば、磁束は、複数の磁束「ソース（ｓｏｕｒｃｅ）」（すなわち、第１の極性を有する磁束集中固定子部分）の任意の磁束ソースから複数の磁束「シンク（ｓｉｎｋ）」（すなわち、第１の極性と反対の極性を有する磁束集中固定子部分）の任意の磁束シンク内に流れる可能性がある。換言すれば、磁束は、第１のセットの肘部５５２の任意の肘部においてマルチパス回転子５５０に入り、第２のセットの肘部５５４の任意の肘部において回転子を出る、またはその逆も同様である。
【００７３】
さらに、「１対１の（ｏｎｅ  ｔｏ  ｏｎｅ）」磁束切換え構成では、部分固定子の縁部にまたは縁部の近くに位置する磁束集中固定子部分が、多数回利用されてもよい。これは、その磁束集中固定子部分に関連付けられた磁束スイッチが、部分固定子の端部を超えて外側まで延在し、したがって、時として、反対極性を有する対応する磁束集中固定子部分に係合しないからである。「多対多の」磁束切換え構成を提供するマルチパス回転子５５０の使用によって、部分固定子の縁部にまたは縁部の近くに位置する磁束集中固定子部分は、マルチパス回転子５５０上の磁束スイッチが、適した方法で離間する、かつ／または、その他の方法で整列すると、反対極性の磁束集中固定子部分に対する磁束経路を提供される。そのため、部分固定子内の各磁束集中固定子部分で利用可能な磁束は、より完全に利用される、かつ／または、より効率的に切換えられる可能性があり、改善されたトルク密度、改善された出力電力などをもたらす。
【００７４】
さらに、部分固定子と共に使用するのに適していることに加えて、種々の例示的な実施形態では、マルチパス固定子５５０は、望ましくは、ギャップ付き固定子、完全に円の固定子、および／またはコンミュテート式磁束機用の任意の他の固定子、ならびに／またはその組合せに関連して利用されてもよい。
【００７５】
一般に、マルチパス固定子５５０は、電気機械、たとえばコンミュテート式磁束機および／または横方向磁束機において使用するために、所望に応じて、設計されてもよい、形作られてもよい、かつ／または、その他の方法で構成されてもよい。種々の例示的な実施形態では、一時的に図５Ａを参照して、マルチパス固定子５５０は、スイッチ面積ＳＡを持つように構成されてもよい。ここで、ＳＡは、スイッチ厚と係合深さの積である。同様に、対応する固定子は、磁束集中器面積ＣＡを持つように構成されてもよい。ここで、ＣＡは、磁束集中器厚と係合深さの積である。
【００７６】
種々の例示的な実施形態では、また、図５Ｅを参照して、マルチパス固定子５５０は、キャビティ係合式コンミュテート式磁束機において使用するために構成される。これらの実施形態では、マルチパス固定子５５０は、図５Ｅに示すように、磁束を伝導するために、固定子によって画定されるキャビティ内で少なくとも部分的に係合するように構成される。他の例示的な実施形態では、マルチパス固定子５５０は、面係合式コンミュテート式磁束機において使用するために構成される。これらの実施形態では、マルチパス固定子５５０は、磁束を伝導するために、固定子に密接に近づくように構成される。さらに、成形された回転子本体は、成形された回転子本体の面上に搭載されたマルチパスパターンで構成された磁束スイッチを有してもよい。
【００７７】
さらに、「多対多の」磁束スイッチ構成を提供する、適した回転子、たとえばマルチパス回転子５５０は、所望に応じて、種々の横方向および／またはコンミュテート式磁束機で利用されてもよい。
【００７８】
マルチパス回転子に関して先に示した本開示の種々の原理、たとえば構成および使用の原理は、単一経路回転子、磁束スイッチ、磁束集中器、固定子、および／または種々の横方向および／またはコンミュテート式磁束機の他の磁束伝導コンポーネントに関連して利用するのに同様に適することが当業者によって容易に理解されるであろう。
【００７９】
先に開示したマルチパスタイプ回転子およびテープ巻き回転子に加えて、本開示の原理は、横方向および／またはコンミュテート式磁束機用の「成形された（ｍｏｌｄｅｄ）」回転子を想定する。種々の例示的な実施形態によれば、コンミュテート式磁束機用の成形された回転子は、第１の磁束集中固定子部分および第２の磁束集中固定子部分との間に磁束経路を提供するように構成された、任意の構造、組立体、および／または機構またはデバイスを備えてもよい。さらに、いくつかの例示的な実施形態では、成形された回転子は、マルチパス回転子として機能してもよい。
【００８０】
ある例示的な実施形態では、ここで図６Ａ〜６Ｃを参照して、成形された回転子６５０は、回転子本体６５６および複数の磁束スイッチ６５８を備える。磁束スイッチ６５８は回転子本体６５６に結合する。成形された回転子６５０は、１つまたは複数の磁束集中固定子部分を有する固定子とインタフェースするように構成される。
【００８１】
成形された回転子本体６５６は、磁束スイッチ６５８を支持する、ガイドする、磁束スイッチ６５８に整列する、かつ／または、その他の方法で磁束スイッチ６５８とインタフェースするように構成された任意の材料または材料の組合せを備えてもよい。種々の例示的な実施形態では、成形された回転子本体６５６は、所望の低い透磁率、たとえば空気よりほんのわずか大きいかまたは空気より小さい（すなわち、約２μより小さい）透磁率を有する材料を含む。成形された回転子本体６５６はまた、非鉄材料を含んでもよい。成形された回転子本体６５６はまた、高い熱伝導率を有する材料を含んでもよい。成形された回転子本体６５６はまた、高いバルク電気抵抗を有する材料を含んでもよい。種々の例示的な実施形態では、成形された回転子本体６５６は、セラミック、プラスチック、セラミック充填プラスチック、ガラス充填プラスチック、液晶ポリマー、および／またはその組合せを含む。
【００８２】
成形された回転子本体６５６は、任意の適した方法および／またはプロセスによって形成されてもよい。たとえば、種々の例示的な実施形態では、成形された回転子本体６５６は、射出成型、圧縮成形、プレス加工、焼結、切断、粉砕、研削、研磨、および／または同様なものの１つまたは複数によって形成されてもよい。
【００８３】
ある例示的な実施形態では、成形された回転子本体６５６はモノリシックである。種々の例示的な実施形態では、成形された回転子本体６５６は、成形された回転子本体６５６を形成するために、接合した、固定された、溶接された、かつ／またはその他の方法で係合した複数のコンポーネントを備える。他の例示的な実施形態では、成形された回転子本体６５６は、複数の材料を含む。さらに、成形された回転子本体６５６は、所望に応じて、種々の非鉄金属、たとえばアルミニウムを含んでもよい。成形された回転子本体６５６はまた、少なくとも部分的に、磁束スイッチ６５８を受容する、磁束スイッチ６５８に接着する、磁束スイッチ６５８を収容する、かつ／または磁束スイッチ６５８に結合するように構成された、種々のキャビティ、トレンチ、伸張部、ボス、スロット、および／または同様なものを備えてもよい。
【００８４】
磁束スイッチ６５８は、たとえば磁束集中固定子部分間で磁束を伝導するように構成された任意の材料、形状、および／または構造を備えてもよい。種々の例示的な実施形態では、磁束スイッチ６５８は、粉末状金属、ケイ素鋼、コバルト鋼、ニッケル鋼、アモルファス金属（たとえば、Ｍｅｔｇｌａｓ（登録商標）２６０５ＳＡ１）、またはナノ結晶複合材の１つまたは複数を含む。さらに、磁束スイッチ６５８は、モノリシック材料を含んでもよい。磁束スイッチ６５８はまた、層状材料を含んでもよい。さらに、磁束スイッチ６５８は、磁束を伝導させるために使用可能な任意の適した１つまたは複数の材料を含んでもよい。たとえば、磁束スイッチ６５８は、適したバルク飽和誘導、たとえば１．０テスラを超えるバルク飽和誘導を持つように構成されてもよい。磁束スイッチ６５８はまた、適したバルク透磁率、たとえば、１，０００μを超える透磁率を持つように構成されてもよい。さらに、磁束スイッチ６５８はまた、高い電気抵抗を有する材料を含んでもよい。
【００８５】
いくつかの例示的な実施形態では、図６Ｂを参照して、磁束スイッチ６５８は、成形された回転子本体６５６に結合すると、成形された回転子本体６５６内に完全に収容されるように構成されてもよい。これらの構成では、成形された回転子６５０は、面係合式固定子構成を有するコンミュテート式磁束機と共に使用するのに十分に適する。他の例示的な実施形態では、磁束スイッチ６５８は、成形された回転子本体６５６に結合すると、少なくとも部分的に成形された回転子６５６を超えて延在するように構成される。これらの構成では、成形された回転子６５０は、キャビティ係合式固定子構成を有するコンミュテート式磁束機と共に使用するのに十分に適する。しかし、当業者によって容易に理解されるように、部分的に延在した磁束スイッチ６５８はまた、面係合式構成で使用するのに適し、また、完全に収容された磁束スイッチ６５８はまた、キャビティ係合式固定子構成で使用するのに適する可能性がある。
【００８６】
種々の例示的な実施形態では、磁束スイッチ６５８は、磁束集中固定子部分間に「１対１の」接続を提供するために、サイズが決められてもよい、整列してもよい、角度付けされてもよい、離間されてもよい、設置されてもよい、かつ／または、その他の方法で構成されてもよい。換言すれば、特定の磁束スイッチ６５８は、第１の極性を有する第１の磁束集中固定子部分および反対極性を有する第２の磁束集中固定子部分に同時に係合するように構成されてもよい。こうして、特定の磁束スイッチ６５８によって、磁束経路は、１つの磁束「ソース」と１つの磁束「シンク」との間で固定子内の空気ギャップにわたって提供される。
【００８７】
他の例示的な実施形態では、１つまたは複数の磁束スイッチ６５８は、磁束集中固定子部分間に「多対多の」接続を提供するために、成形された回転子６５０にリンクされてもよい、接合されてもよい、接続されてもよい、整列してもよい、成形された回転子６５０内に設置されてもよい、かつ／または成形された回転子６５０内でその他の方法で構成されてもよい。換言すれば、これらの実施形態では、磁束は、成形された回転子６５０を通って、固定子内の空気ギャップにわたる複数の磁束「ソース」（すなわち、第１の極性を有する磁束集中固定子部分）の任意の１つの磁束ソースから、複数の磁束「シンク」（すなわち、第１の極性と反対の極性を有する磁束集中固定子部分）の任意の１つの磁束シンク内に流れる可能性がある。
【００８８】
「多対多の」磁束スイッチ配置構成を提供することによって、成形された回転子６５０は、部分固定子および／またはギャップ付き固定子を利用するコンミュテート式磁束機を含む、種々の電気機械の性能を改善する可能性がある。たとえば、「１対１の」磁束切換え構成では、部分固定子の縁部にまたは縁部の近くに位置する磁束集中固定子部分が、多数回利用されてもよい。これは、その磁束集中固定子部分に関連付けられた磁束スイッチが、部分固定子の端部を超えて外側まで延在し、したがって、時として、反対極性を有する対応する磁束集中固定子部分に係合しないからである。「多対多の」磁束切換え構成を提供する成形された回転子６５０の使用によって、部分固定子の縁部にまたは縁部の近くに位置する磁束集中固定子部分は、成形された回転子６５０上の磁束スイッチ６５８が、適した方法で離間する、かつ／または、その他の方法で整列すると、反対極性の磁束集中固定子部分に対する磁束経路を提供される。そのため、部分固定子内の各磁束集中固定子部分は、より完全に利用される可能性があり、改善されたトルク密度、改善された出力電力などをもたらす。
【００８９】
成形された回転子本体６５６を１つまたは複数の磁束スイッチ６５８に結合させることによって、結果的に得られる成形された回転子６５０は、所望の機械的、熱的、磁気的、および／または他の特性を有する可能性がある。たとえば、成形された回転子本体６５６は、磁束スイッチ６５８内の材料より著しく密度の低い材料を含んでもよい。そのため、成形された回転子６５０の質量は、低減される可能性があり、これは、モータ内の総回転質量を低減するために望ましい。さらに、成形された回転子本体６５６は、磁束スイッチ６５８内の材料と比較して低い透磁率を有する材料を含んでもよい。そのため、成形された回転子６５０内の磁束漏洩は、望ましいことには低減される可能性がある。
【００９０】
さらに、成形された回転子本体６５６は、磁束スイッチ６５８内の材料より費用がからない材料を含んでもよい。そのため、成形された回転子６５０は、より費用効果的な方法で生産される可能性がある。成形された回転子本体６５６はまた、磁束スイッチ６５８内の材料に比べてより容易に機械加工される材料を含んでもよい。そのため、成形された回転子６５０の生産についてのより高い寸法精度、改善された強度、および／または低減された困難さが達成される可能性がある。成形された回転子本体６５６はまた、たとえば成形された回転子本体６５６の回転に応答して固定子部分にわたって空気流を誘導するために、ファンに似た部分または空気を偏向させるように構成された他のコンポーネントを備えてもよい。こうして、コンミュテート式磁束機のための改善された冷却が達成される可能性がある。
【００９１】
さらに、種々の例示的な実施形態では、特定の成形された回転子本体６５６はまた、所望に応じて、特定のマルチパス回転子５５０を受容する、収容する、かつ／または特定のマルチパス回転子５５０に結合するように構成されてもよい。こうして、成形された回転子本体６５６は、マルチパス回転子５５０に対する構造的支持を提供する可能性があり、マルチパス回転子５５０のコンポーネントが、たとえばより薄くかつ／またはより小さくされるために修正されることを可能にする。こうして、マルチパス回転子５５０のコンポーネントはまた、成形された回転子本体６５６がマルチパス回転子５５０に対する機械的、熱的、および／または構造的支持を提供する可能性があるため、磁気的考慮事項に主に基づいて選択されてもよい。
【００９２】
先に論じた回転子に加えて、本開示の原理は、「折り曲げ加工された（ｆｏｌｄｅｄ）」回転子を想定する。本明細書で使用されるように、「折り曲げ加工された」回転子は、磁束スイッチを形成するために、少なくとも部分的に、折り曲げ加工された、曲げ加工された、かつ／またはその他の方法で形作られた材料を含む回転子である。種々の例示的な実施形態によれば、横方向磁束機および／またはコンミュテート式磁束機用の折り曲げ加工された回転子は、第１の磁束集中固定子部分と第２の磁束集中固定子部分との間に磁束経路を提供するように構成された任意の構造、組立体、材料、および／または機構またはデバイスを備えてもよい。さらに、いくつかの例示的な実施形態では、折り曲げ加工された回転子はマルチパス回転子として機能してもよい。
【００９３】
ある例示的な実施形態では、ここで図７Ａ〜７Ｆを参照して、折り曲げ加工された回転子７５０は、回転子本体７５６および磁束伝導材料７５８を備える。磁束伝導材料７５８は回転子本体７５６に結合する。成形された回転子７５０は、１つまたは複数の磁束集中固定子部分を有する固定子とインタフェースするように構成される。種々の例示的な実施形態では、磁束伝導材料７５８は、層状材料、たとえばアモルファス金属層を備える。
【００９４】
種々の例示的な実施形態では、磁束伝導材料７５８の部分は、磁束スイッチとして機能するように形成されてもよい。たとえば、磁束伝導材料７５８の連続部分は、回転子本体７５６上の、１つまたは複数のトレンチ、溝、ならびに／または、他の通路および／または特徴部内に少なくとも部分的に設置されてもよい。たとえば、一時的に図７Ｆを参照して、磁束伝導材料７５８は、たとえば蛇行の方法で、前後往復の方法で、かつ／または同様な方法で、交互のトレンチを「縫うように通され（ｔｈｒｅａｄｅｄ）」てもよい、かつ／または、その他の方法でインタリーブされてもよい、かつ／または、通されてもよい。
【００９５】
種々の例示的な実施形態では、磁束伝導材料７５８の複数のセグメントが利用されてもよい。たとえば、磁束伝導材料７５８Ａの第１のセグメントは、回転子本体７５６の第１の部分を縫うように通されてもよい。磁束伝導材料７５８Ｂの第２のセグメントは、回転子本体７５６の第２の部分を縫うように通されてもよい。再び図７Ｆを参照して、セグメント７５８Ａおよび７５８Ｂの端部は、たとえばジャンクションＪ１において、隣り合ってもよい、隣接してもよい、かつ／または、その他の方法で密接に整列してもよい。さらなる磁束伝導セグメント、たとえばセグメント７５８Ｃは、同様な方法で構成されてもよく、また、たとえばジャンクションＪ２において、磁束伝導材料７５８の他の部分に接続してもよい、かつ／または、その他の方法で隣り合ってもよい、かつ／または、隣接してもよい。こうして、磁束伝導材料７５８、たとえば制限された長さで利用可能な磁束伝導材料７５８は、回転子７５６の周りに完全に縫うように通されてもよい（たとえば、図７Ｅを参照）。さらに、磁束伝導材料７５８は、適切には所望に応じて、回転子本体７５６の任意の適した部分を縫うように通されてもよい、かつ／または、任意の適した部分にその他の方法で結合されてもよい。
【００９６】
磁束伝導材料７５８が回転子本体７５６に結合すると、磁束伝導材料７５８および／または回転子本体７５６は、たとえば１つまたは複数の磁束スイッチを形成するために、所望に応じて、処理されてもよい、形成されてもよい、形作られてもよい、かつ／またはその他の方法で構成されてもよい。ある例示的な実施形態では、回転子本体７５６内のトレンチを超えて延在する磁束伝導材料７５８の部分は、実質的に平滑な表面を形成するために、粉砕除去される。さらに、磁束伝導材料７５８の部分は、１つまたは複数の磁束スイッチを形成するために、切断されてもよい、粉砕されてもよい、研削されてもよい、スライスされてもよい、研磨されてもよい、かつ／または、その他の方法で機械的にかつ／または化学的に処理されてもよい。
【００９７】
ここで図７Ｂおよび７Ｃを参照して、回転子本体７５６内に残る磁束伝導材料７５８の部分は、たとえば部分固定子７１０に結合すると、磁束スイッチとして働いてもよい。種々の例示的な実施形態では、折り曲げ加工された回転子７５０は、マルチパス回転子５５０と同様の「多対多の」磁束切換え配置構成を提供する可能性がある。さらに、折り曲げ加工された回転子７５０はまた、所望に応じて、「１対１の」磁束切換え配置構成を提供する可能性がある。
【００９８】
さらに、種々の例示的な実施形態では、折り曲げ加工された回転子７５０は、たとえばコンミュテート式磁束機に係合すると可変トルクを生成するために、マルチパス回転子５５０に関して、先に論じたように磁束スイッチ間に可変間隔を提供してもよい。
【００９９】
さらに、成形された回転子および／または折り曲げ加工された回転子に適用可能な種々の原理は、横方向および／またはコンミュテート式磁束機の固定子および／または他のコンポーネントに適用されてもよい。たとえば、固定子は、磁束スイッチを形成するために、材料を折り曲げ加工することによって形成されてもよい。
【０１００】
本開示の原理は、その内容が参照によりその全体を組み込まれる、本出願と同じ出願日を有する「ＴＲＡＮＳＶＥＲＳＥ  ＡＮＤ／ＯＲ  ＣＯＭＭＵＴＡＴＥＤ  ＦＬＵＸ  ＳＹＳＴＥＭ  ＳＴＡＴＯＲ  ＣＯＮＣＥＰＴＳ」という名称の同時係属中の米国特許出願に開示される横方向磁束機およびコンミュテート式磁束機の固定子についての原理と適切に組合されてもよい。
【０１０１】
本開示の原理はまた、その内容が参照によりその全体を組み込まれる、本出願と同じ出願日を有する「ＰＯＬＹＰＨＡＳＥ  ＴＲＡＮＳＶＥＲＳＥ  ＡＮＤ／ＯＲ  ＣＯＭＭＵＴＡＴＥＤ  ＦＬＵＸ  ＳＹＳＴＥＭＳ」という名称の同時係属中の米国特許出願に開示される多相横方向磁束機および多相コンミュテート式磁束機の原理と適切に組合されてもよい。
【０１０２】
さらに、本開示の原理はまた、参照により本明細書に組み込まれる、同時係属中の米国特許出願の任意の１つの出願および／または全ての出願に開示される任意の数の原理と適切に組合されてもよい。そのため、たとえば、特定の横方向および／またはコンミュテート式磁束機は、マルチパス回転子の使用、部分固定子の使用、多相設計の使用、および／または同様なものを組み込んでもよい。全てのこうした組合せ、置換、および／または他の相互関係は、本開示の範囲内にあると考えられる。
【０１０３】
本開示の原理が種々の実施形態において示されたが、特定の環境および動作要件に特に適合する、実際に使用される、構造、配置構成、割合、要素、材料、およびコンポーネントの多くの修正は、本開示の原理および範囲から逸脱することなく使用されてもよい。これらのまた他の変更または修正は、本開示の範囲内に含まれることが意図され、添付特許請求の範囲で示される可能性がある。
【０１０４】
先の仕様では、本発明は、種々の実施形態を参照して述べられた。しかし、本開示の範囲から逸脱することなく、種々の修正および変更が行われうることを当業者は理解する。したがって、仕様は、制限的な意味ではなく例証的な意味で考えられ、全てのこうした修正は、本開示の範囲内に含まれることが意図される。同様に、利益、他の利点、および問題に対する解決策が、種々の実施形態に関して上述された。しかし、利益、利点、問題に対する解決策、ならびに、任意の利益、利点、または問題に対する解決策が生じるかまたはより顕著になるようにさせる可能性がある任意の要素（複数可）は、任意のまたは全ての特許請求項の重要な、必要とされる、または本質的な特徴または要素と解釈されない。本明細書で使用されるように、用語「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ）」、「備えている（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」、またはその任意の他の変形は、非排他的な包含をカバーすることを意図されるため、要素のリストを含むプロセス、方法、製品、または装置は、これらの要素だけを含むのではなく、明確に挙げられていないか、または、こうしたプロセス、方法、製品、または装置に固有の他の要素を含んでもよい。同様に、本明細書で使用されるように、用語「結合された（ｃｏｕｐｌｅｄ）」、「結合している（ｃｏｕｐｌｉｎｇ）」、またはその任意の他の変形は、物理的接続、電気的接続、磁気的接続、光学的接続、通信的接続、機能的接続、および／または任意の他の接続をカバーすることを意図される。「Ａ、Ｂ、またはＣのうちの少なくとも１つ（ａｔ  ｌｅａｓｔ  ｏｎｅ  ｏｆ  Ａ，  Ｂ，  ｏｒ  Ｃ）」に似た言葉が、特許請求項で使用されるとき、そのフレーズは、（１）Ａの少なくとも１つ、（２）Ｂの少なくとも１つ、（３）Ｃの少なくとも１つ、（４）Ａの少なくとも１つおよびＢの少なくとも１つ、（５）Ｂの少なくとも１つおよびＣの少なくとも１つ、（６）Ａの少なくとも１つおよびＣの少なくとも１つ、または（７）Ａの少なくとも１つ、Ｂの少なくとも１つ、およびＣの少なくとも１つのうちの任意のものを意味することが意図される。
【０１０５】
本発明の説明
電気機械であって、マルチパス回転子を備え、マルチパス回転子は、回転子の第１の側に第１のセットの肘部および回転子の第２の側に第２のセットの肘部を備え、第１のセットの肘部は、第１の極性を有する第１のセットの磁束集中固定子部分の少なくとも１つの磁束集中固定子部分に整列するように固定子上に配置され、第２のセットの肘部は、第１の極性と異なる第２の極性を有する第２のセットの磁束集中固定子部分の少なくとも１つの磁束集中固定子部分に整列するように固定子上に配置され、電気機械は、横方向磁束機またはコンミュテート式磁束機の少なくとも一方である、電気機械。回転子は、第１のセットの磁束集中固定子部分の任意の磁束集中固定子部分から第２のセットの磁束集中固定子部分のそれぞれの磁束集中固定子部分への磁束経路を提供してもよい。回転子は、１．０テスラを超えるバルク飽和誘導を有する材料を含んでもよい。回転子は、１，０００μを超えるバルク透磁率を有する材料を含んでもよい。回転子は、第１の材料と第２の材料の交互の層を備えてもよい。第１の材料および第２の材料は異なってもよい。第１の材料は、マルチパス回転子の被削性を改善するために選択されてもよい。第１の材料は、ケイ素鋼であってよく、第２の材料はナノ結晶複合材であってよい。回転子は１，０００μを超えるバルク透磁率を有してもよい。回転子は１．０テスラを超えるバルク飽和誘導を有してもよい。回転子はモノリシックであってよい。回転子は、固定子の一部分にわたって空気流を流してもよい。回転子は、固定子にキャビティ係合してもよい。回転子は、固定子に面係合してもよい。電気機械は軸方向ギャップ機であってよい。電気機械は半径方向ギャップ機であってよい。回転子は、回転子の一部分を形成するために巻かれる打ち抜き加工された平面材料を備えてもよい。電気機械は、受動的に冷却されてもよい。
【０１０６】
電気機械であって、マルチパス回転子を備え、マルチパス回転子は、回転子の第１の側に第１のセットの肘部および回転子の第２の側に第２のセットの肘部を備え、マルチパス回転子は、１，０００μを超えるバルク透磁率を有する材料を含み、電気機械は、横方向磁束機またはコンミュテート式磁束機の少なくとも一方である、電気機械。マルチパス回転子は、１．０テスラを超えるバルク飽和誘導を有してもよい。
【０１０７】
電気機械用のマルチパス回転子を作る方法であって、平面材料の第１の側に第１のセットの肘部および平面材料の第２の側に第２のセットの肘部を備える平面材料のストリップを形成するように平面材料を切断することであって、平面材料のストリップ内の隣接する肘部は反対方向に向く、切断すること、平面材料の複数のストリップ上の肘部が整列状態になるように、平面材料の複数のストリップを整列させること、および、第１のセットの肘部上の第１のセットの磁束スイッチおよび第２のセットの肘部上の第２のセットの磁束スイッチを有するマルチパス回転子を形成するために、平面材料の複数のストリップを接着することを含み、電気機械は、横方向磁束機またはコンミュテート式磁束機の少なくとも一方である、方法。平面材料の切断された各ストリップは、マルチパス回転子内で平面材料の切断された他のストリップと同様にパターニングされてもよく、切断されたストリップは、マルチパス回転子の回転平面に平行に層状にされてもよい。切断されたストリップは、マンドレルの周りに巻き付けられてもよく、切断された連続する各ストリップは、靴型の周りに巻き付けられてもよい。切断されたストリップは、連続的に大きな径の円柱として巻かれてもよい。切断されたストリップは、多層を形成するためにマンドレルの周りに巻き付けられてもよい。マルチパス回転子は、実質的に層内に磁束を伝導させるように構成された平面材料の複数の層を備えてもよい。マルチパス回転子は１，０００μを超えるバルク透磁率を有してもよい。マルチパス回転子は１．０テスラを超えるバルク飽和誘導を有してもよい。マルチパス回転子は、コンミュテート式磁束機内の固定子に結合してもよい。平面材料は、ケイ素鋼、アモルファス金属、またはナノ結晶複合材の少なくとも１つを含んでもよい。複数の層のうちの１つの層は、第１の材料を含んでもよく、複数の層のうちの別の層は、第１の材料と異なる第２の材料を含んでもよい。
【０１０８】
電気機械用の回転子を作る方法であって、２μ未満の透磁率を有する第１の材料を含む回転子フレームを形成すること、および、電気機械用の回転子を形成するために磁束スイッチを回転子フレームに結合することを含み、磁束スイッチは、１．０テスラを超える飽和誘導を有する第２の材料を含み、磁束スイッチの第１の表面は、電気機械の第１の極に整列し、磁束スイッチの第２の表面は、磁束を伝導させるために、電気機械の第２の極に整列する、方法。磁束スイッチを受容するために、回転子フレーム内に凹所が形成されてもよい。回転子フレームは、磁束スイッチを受容するように構成された凹所を備えてもよく、凹所は、回転子の回転平面に対してある角度で磁束スイッチを整列させるように構成されてもよい。角度は、電気機械の空気ギャップの幅および電気機械の極間の距離の関数として選択されてもよい。角度は、５°と７０°との間であってよい。磁束スイッチは、凹所内で成形されてもよい。
【０１０９】
電気機械であって、機械的に形成された回転子を備え、回転子は、それぞれが第１の表面および第２の表面を有する複数の磁束スイッチを備え、複数の磁束スイッチの１つの磁束スイッチの第１の表面は、電気機械の第１の固定子極に整列し、複数の磁束スイッチの同じ１つの磁束スイッチの第２の表面は、電気機械の第２の固定子極に整列し、電気機械は、横方向磁束機またはコンミュテート式磁束機の少なくとも一方である、電気機械。機械的に形成された回転子は、マルチパス回転子であってよい。磁束スイッチは、１．０テスラを超えるバルク飽和誘導を有する材料を含んでもよい。磁束スイッチは、１，０００μを超えるバルク透磁率を有する材料を含んでもよい。第１および第２の表面のアライメントは、複数の磁束スイッチの各磁束スイッチに、電気機械内の磁気回路を閉鎖させるように構成されてもよい。回転子は、焼結、ＣＮＣ機械加工、テープ巻き、レーザ切断、打ち抜き加工、ダイカット、または水ジェット切断の少なくとも１つによって形成されてもよい。磁束スイッチは、回転子の回転平面に対して角度付けされてもよい。複数の磁束スイッチのそれぞれの幾何学的構成は、複数の磁束スイッチの各磁束スイッチに、電気機械内の磁気回路を閉鎖させるように構成されてもよい。幾何学的構成は、スイッチ角度、係合深さ、スイッチ高さ、スイッチ厚、スイッチ面積、集中器厚、または磁石厚の少なくとも１つの関数であってよい。磁束スイッチ角度は、回転子の回転平面に対して約５°と約７０°との間であってよい。回転子は、電気機械の空気ギャップと実質的に同じ程度に幅広の平面材料から機械的に形成されてもよい。磁束スイッチ角度は、電気機械の空気ギャップの幅および電気機械内の極間のオンセンタ距離の関数であってよい。複数の磁束スイッチは、回転子の回転平面に対して約９０°で角度付けされてもよく、電気機械の磁束集中固定子部分は非平面であってよい。回転子は、ケイ素鋼、アモルファス金属、粉末状金属、メッキされた粉末状金属、またはナノ結晶複合材の少なくとも１つを含んでもよい。回転子は、１０００Ｈｚを超える電気機械のスイッチング周波数を維持するように構成されてもよい。
【０１１０】
電気機械であって、成形された回転子フレームおよび磁束スイッチを備える回転子を備え、成形された回転子フレームは、２μ未満の透磁率を有する第１の材料を含み、磁束スイッチは、１．０テスラを超える飽和誘導を有する第２の材料を含み、磁束スイッチは、成形された回転子フレームに結合され、磁束スイッチの第１の表面は、電気機械の第１の極に整列し、磁束スイッチの第２の表面は、磁束を伝導させるために、電気機械の第２の極に整列し、電気機械は、横方向磁束機またはコンミュテート式磁束機の少なくとも一方である、電気機械。成形された回転子は、第１のセットの磁束集中固定子部分の１つの磁束集中固定子部分から第２のセットの磁束集中固定子部分のそれぞれの磁束集中固定子部分への磁束経路を提供してもよい。成形された回転子は、固定子にキャビティ係合してもよい。成形された回転子は、固定子に面係合してもよい。電気機械は軸方向ギャップ電気機械であってよい。電気機械は半径方向ギャップ電気機械であってよい。第１の材料はポリマーを含んでもよい。第２の材料は、アモルファス金属、ケイ素鋼、またはナノ結晶複合材の少なくとも１つであってよい。磁束スイッチは、成形された回転子フレームの表面と同一平面上に設定されてもよい。磁束スイッチの一部分は、成形された回転子フレームの表面を超えて外側に延在してもよい。
【０１１１】
電気機械用のマルチパス回転子であって、マルチパス回転子の第１の側に第１のセットの肘部および第１の側と反対のマルチパス回転子の第２の側に第２のセットの肘部を備え、全体的に環状形状を含み、第１のセットの肘部の１つまたは複数から第２のセットの肘部の１つまたは複数に磁束を伝達することによって電気機械内の磁束スイッチとして機能するように構成され、電気機械は、横方向磁束機またはコンミュテート式磁束機の少なくとも一方である、マルチパス回転子。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図４】
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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５Ｅ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図７Ｃ】
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【図７Ｄ】
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【図７Ｅ】
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【図７Ｆ】
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【国際調査報告】
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