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公開番号2025060666
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-04-10
出願番号2024216171,2023214878
出願日2024-12-11,2019-08-07
発明の名称電動機
出願人タウモーターズ,インコーポレイテッド
代理人個人,個人,個人,個人
主分類H02K 1/24 20060101AFI20250403BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約【課題】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こと。
【解決手段】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。
【選択図】図12
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。
続きを表示（約 1,500 文字）【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】以降は省略されています）
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。
続きを表示（約 1,900 文字）【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】以降は省略されています）

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