JP2012508549A - 横方向および／またはコンミュテート式磁束システムの固定子の概念 - Google Patents

Abstract

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例示的な固定子は、たとえば累積公差に抗するために、固定子間にギャップを持つように構成されてもよい。他の例示的な固定子は、制限された数の磁石および／または磁束集中器を固定子上に有する部分固定子として構成されてもよい。部分固定子は、組立の容易さおよび／または種々の回転子と一緒の使用を促進する可能性がある。例示的な浮遊固定子は、横方向および／またはコンミュテート式磁束機が、回転子の径に無関係に空気ギャップを利用することを可能にしうる。こうした例示的な固定子の使用によって、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決定されるかまたは他の方法で構成されうる。

Description

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。

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。

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。

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。

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施される。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。

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。

ある例示的な実施形態では、コンミュテート式磁束機は、複数の磁束集中器とインタリーブした複数の磁石を備える切頭固定子を備える。複数の磁石は、複数の磁束集中器が交番磁極を有するように交番磁気配向を有する。複数の磁石および複数の磁束集中器は、回転子の全周未満に対して結合される。

別の例示的な実施形態では、電気機械は、円形回転子と切頭固定子とを備える。切頭固定子は、円形回転子の外周の少なくとも一部分だけに延在するように、円形固定子に結合されてもよい。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。

なお別の例示的な実施形態では、電気機械は、回転子と、部分固定子組立体と、回転子と部分固定子組立体との間に指定された空気ギャップを達成するように構成されたガイド機構とを備える。部分固定子組立体は、磁束集中器、磁束集中器の第１の側に接続された第１の磁石、および、第１の側と反対の磁束集中器の第２の側に接続された第２の磁石を有する。第１の磁石および第２の磁石は、磁束集中器の第１および第２の側に共通磁極が存在するように磁気的に配向する。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。

別の例示的な実施形態では、電気機械を構成する方法は、ガイド機構を介して、切頭固定子を回転子に結合させること、および、切頭固定子と回転子との間で所望の空気ギャップを達成するようにガイド機構を構成することを含む。所望の空気ギャップは回転子の径と無関係である。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。

なお別の例示的な実施形態では、電気機械を構成する方法は、ガイド機構を介して、切頭固定子を、ある径を有する回転子に結合させること、および、切頭固定子と回転子との間で所望の空気ギャップを達成するようにガイド機構を構成することを含む。所望の空気ギャップは回転子の径と無関係である。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。

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。

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。

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。 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。 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。 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。 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。 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。 ある例示的な実施形態による例示的な面係合式軸方向ギャップ構成を示す図である ある例示的な実施形態による種々のモータ性能曲線を示す図である。 ある例示的な実施形態による自動車で使用するために構成された例示的な横方向磁束機の切欠き図である。 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断面の側斜視図である。 ある例示的な実施形態による例示的な回転子およびコイルに結合した例示的なギャップ付き固定子の斜視図である。 ある例示的な実施形態による回転子に結合した例示的な部分固定子を示す図である。 ある例示的な実施形態による回転子に結合した例示的な部分固定子を示す図である。 ある例示的な実施形態による回転子に結合した例示的な部分固定子を示す図である。 ある例示的な実施形態による例示的な電子部品ボードに結合した例示的な部分固定子および切頭コイルを示す図である。 ある例示的な実施形態による例示的な電子部品ボードに結合した例示的な部分固定子および切頭コイルを示す図である。 ある例示的な実施形態による例示的な電子部品ボードに結合した例示的な部分固定子および切頭コイルを示す図である。 ある例示的な実施形態による例示的な浮遊固定子を示す図である。 ある例示的な実施形態による例示的な浮遊固定子を示す図である。

例示的な実施形態が、当業者が本発明を実施することを可能にするのに十分に詳細に本明細書で述べられるが、他の実施形態が実現されてもよいこと、および、本開示の趣旨および範囲から逸脱することなく、論理的、電気的、磁気的、および／または機械的変更が行われてもよいことが理解される。そのため、以下の説明は、本開示の使用または適用可能性に対する制限として意図されるのではなく、代わりに、例示的な実施形態の十分なまた完全な説明を可能にするために提供される。

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。

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。

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。

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。

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１キログラムあたり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。

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どっしりとし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。

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。

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まさに入ってもよい、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、その逆である。

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、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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

電気システム、たとえば電気モータは、磁束の切換えを容易にするように構成された任意のシステムであってよい。ある例示的な実施形態によれば、また、再び図１Ａを参照して、電気システム、たとえば横方向磁束機１１０Ａは、一般に、回転子部分１５０Ａ、固定子部分１１０Ａ、およびコイル１２０Ａを備える。回転子部分１５０Ａは、磁束の切換えを容易にするために固定子部分１１０Ａと相互作用するように構成される。固定子部分１１０Ａは、回転子部分１５０Ａに磁気的に結合し、回転子部分１５０Ａとの相互作用によって磁束の流れを容易にするように構成される。コイル１２０Ａは、磁束切換えに応答して出力を生成する、かつ／または、回転子を駆動するように構成された電流入力を受容するように構成される。横方向磁束機１００Ａはまた、種々の構造コンポーネント、たとえば横方向磁束機１００Ａの動作を容易にするように構成されたコンポーネントを備えてもよい。さらに、横方向磁束機１００Ａは、横方向磁束機１００Ａおよび／またはそのコンポーネントを支持する、ガイドする、修正する、かつ／または、その他の方法で横方向磁束機１００Ａおよび／またはそのコンポーネントの動作を管理するかつ／または制御するように構成された任意の適したコンポーネントを備えてもよい。

ある例示的な実施形態によれば、また、新たに図１Ｂを参照して、コンミュテート式磁束機（ＣＦＭ）システム１００Ｂは、固定子１１０（たとえば、固定子１１０Ｂ）、回転子１５０（たとえば、回転子１５０Ｂ）、およびコイル１２０（たとえば、コイル１２０Ｂ）を備える。種々の実施形態では、ＣＦＭシステム１００Ｂは、完全な円を形成するために、複数の磁石１１１Ｂおよび磁束集中器１１２Ｂを備える全体的に円周状の固定子を有する。ある例示的な実施形態では、固定子１１０Ｂは、コイル１２０Ｂを部分的に閉囲する。さらに、回転子１５０Ｂは、受動的切換え要素１５１Ｂを有し、固定子１１０Ｂと相互作用し、磁束を切換えるために回転する。

円周状固定子１１０Ｂのある例示的な実施形態では、磁石１１１Ｂおよび磁束集中器１１２Ｂは、交番方式で配列される。１つの例示的な実施形態では、磁石１１１Ｂは、磁束集中器１１２Ｂとインタリーブしながら、交互の方向に磁気配向する。換言すれば、磁石１１１Ｂは、特定の磁石１１１ＢのＮ極側が、別の磁石１１１ＢのＮ極側を向くように配列され、磁束集中器１１２Ｂが両者の間にある。同様に、Ｓ極側は、磁束集中器１１２Ｂによって分離された別のＳ極側に向いて配向されてもよい。インタリーブおよび交互の方向は、各磁束集中器１１２Ｂが正味の磁極を有することをもたらす。

ある例示的な実施形態では、また、ここで図５を参照して、横方向および／またはコンミュテート式磁束機は、たとえばホイールハブモータとしての複数の部分固定子を持つように実施されてもよい。たとえば、横方向磁束機５００は、回転子５５０、１つまたは複数のコイル５２０（５２０Ａおよび５２０Ｂとして示す）、および１つまたは複数の部分固定子５１０（５１０Ａ、５１０Ｂおよび５１０Ｃとして示す）を備えてもよい。さらに、複数の部分固定子の使用によって、横方向磁束機５００は、たとえば複数の部分固定子がそれぞれ異なる位相に対応するとき、多相出力を生成する、かつ／または、多相入力に応答して動作するように構成されてもよい。

ここで図６を参照して、ある例示的な実施形態では、ＣＦＭ固定子ユニット６１０は、共に実質的にＣ形状である磁束集中器６１２および磁石６１１を備える。Ｃ形状コンポーネント６１１、６１２は、第１の脚部６１５、第２の脚部６１６、ならびに、第１および第２の脚部６１５、６１６に接続する戻り部分１６７を有するものとして規定されうる。ある例示的な実施形態では、ＣＦＭ固定子ユニット６１０は、キャビティ係合式構成で実質的に環状またはドーナツ形状回転子部分６５０を収容するために全体的にＣ形状である。別の例示的な実施形態では、ＣＦＭ固定子ユニット６１０は、回転子部分６５０と面係合するように構成される。さらに、Ｃ形状に加えて、複数の例示的な実施形態では、固定子コンポーネントの形状は、Ｕ形状、長方形、三角形、丸い断面形状、および／または当業者に知られている任意の他の形状であってよい。

ある例示的な実施形態では、固定子は、さらに、組立てるかつ／または間隔を空けるために磁石および磁束集中器を保持する構造支持体を備える。構造支持体は、ＣＦＭシステムの動きに干渉しないように設計される。別の例示的な実施形態では、固定子は、さらに冷却デバイスを備える。冷却デバイスは、放射部分、伝導冷却部分、および／または同様なものを含んでもよい。なお別の実施形態では、固定子はまた、ホール効果センサおよび／または同様なものなどの、デバイスの一定の特性を測定するコンポーネントを備えてもよい。さらに、種々の例示的な実施形態では、固定子は、回転子を駆動するように構成されたコンポーネントを備える。

再び図６を参照して、ＣＦＭ固定子ユニット６１０は、コイル６２０を少なくとも部分的に閉囲してもよい。コイル６２０は、固定子内での磁束の切換えに応答して電流を生成するために、任意の適した高さ、幅、および／または長さであってよい。コイル６２０はまた、回転子を駆動する電流を伝達するように構成された任意の適した高さ、幅、および／または長さであってよい。ある実施形態では、コイル６２０は、回転軸の周りで円である。種々の例示的な実施形態では、コイル６２０は、回転平面内で約２インチと約３６インチとの間の径を有する。さらに、コイル６２０は、所望に応じて、任意の適した径、長さ、ならびに／または、他の寸法および／または幾何形状であってよい。

ある例示的な実施形態では、コイル６２０は、集中器６１１の内部表面に結合する。さらに、別の例示的な実施形態では、集中器６１１は、集中器６１１の内部表面が、できる限り小さいギャップを持った状態でコイル６２０の高さおよび幅よりわずかに大きくなるように、コイル６２０に「巻き付けられる（ｗｒａｐｐｅｄ）」。コイル６２０はまた、望ましくは、たとえば回転子スイッチ６５０の近くでの磁束切換えに応答するコイル６２０内の渦電流および／または他の誘導作用を低減するために、回転子スイッチ６５０から離間してもよい、かつ／または、磁気的に絶縁されてもよい。

ある例示的な実施形態では、コイル６２０は、電流源に電気結合される。電流源は、任意の適した電流源であってよいが、１つの例示的な実施形態では、電流源は交流電力である。コイル６２０は、一般的な用途において供給源に結合されうることが留意されるべきである。

ある例示的な実施形態では、コイル６２０は、一般に銅から構築される。しかし、コイル６２０は、銅、銀、金、アルミニウム、超電導材料、および／または同様なものなどの、任意の適した１つの導電性材料および／または複数の導電性材料から作られてもよい。ある例示的な実施形態では、コイル６２０はループである。ループは、単一ループより大きな損失を有する可能性がある巻線と対照的である。さらに、コイル６２０は、１つの中実のピースであってよい、あるいは、導電性材料および／または低損失材料の多くの小さなストランドまたはワイヤを一緒に、巻くこと、層状化すること、積重化する（ｓｔａｃｋｉｎｇ）こと、および／またはその他の方法で結合することによって作られてもよい。

ある例示的な実施形態では、固定子および回転子は、磁束回路を作るために相互作用する。磁束伝導は、たとえば対向する極の磁束集中器間のギャップを架橋する回転子の切換え要素によって生じる。ある例示的な実施形態では、対向する極の磁束集中器は、固定子内で隣接する。種々の例示的な実施形態では、磁束経路は、回転子の切換え要素を通して作られる。別の例示的な実施形態では、磁束経路は、隣接する磁束集中器を分離する磁石を通して作られる。ある例示的な実施形態では、ＡＣ同期磁束流が、同様の磁束伝導に応答して生成され、磁束経路は、隣接する磁束集中器内で同時に作られる。別の例示的な実施形態では、非同期磁束流は、磁束伝導に応答して生成され、磁束経路は、わずかに遅延した間隔で隣接する磁束集中器内で作られる。

ある例示的な発電機の実施形態では、回転子が、固定子に対して新しい位置に移動するため、磁束は、回転子の前の位置と比較して、固定子内で反対方向に流れる。磁束方向の変化は、磁束を交互の方向にコイルの周りに伝導させる。交互の磁束方向は、コイル内で交流電気出力の生成をもたらす。

ある例示的なモータの実施形態では、回転子は、回転するように駆動される。回転子の動きは、ある例示的な実施形態では、たとえば回転子ＲＰＭ、軸方向ポジショニング、加速、回転方向、減速、始動、および／または停止を制御する制御システムによって制御される。ある例示的な実施形態では、回転子は、たとえばオペレータの選好に応じていずれかの方向（時計方向かまたは反時計方向）に駆動される。制御システムは、さらに、プログラム用メモリ、および、グラフィックスを含む可能性があるユーザインタフェースを備えてもよい。制御システムは、さらなる電気デバイスに結合するポートを含んでもよい、かつ／または、さらなる電気デバイスに無線で結合してもよい。制御システムは、さらに、システムの所望の値を監視し測定するセンサを備えてもよい。これらの値は、位相整合、位相伝搬、出力波形、磁束密度、電圧定数、トルク定数、切換えられる磁束のウェーバー、ＲＰＭ、システム故障、および／または同様なものを含んでもよい。電力源が、制御システムに結合されてもよい。この電力源は、交流、直流、容量性充電、および／またはインダクタンスなどの、制御システムの動作のための任意の適した電力源であってよい。ある例示的な実施形態では、電力源はＤＣ電池である。

回転子および／または固定子要素の部分は、鋼、ケイ素鋼、アモルファス金属、金属ガラス合金、ナノ結晶複合材、および粉末状金属（粉末状鉄など）などの、任意の適した磁束伝導性の１つの材料および／または複数の材料を含む可能性がある。

ある例示的な実施形態では、コンミュテート式および／または横方向磁束機の部分、たとえば固定子１１０Ｂまたは回転子１５０Ｂの部分などのＣＦＭシステム１００Ｂは、Ｈｉｔａｃｈｉ Ｍｅｔａｌｓ Ａｍｅｒｉｃａによって生産されたＭｅｔｇｌａｓ（登録商標）ブランドのアモルファス金属製品、たとえばＭｅｔｇｌａｓ（登録商標）ブランドの磁性合金２６０５ＳＡ１および／または同様なものから構成されてもよい。一般に、こうした磁性合金は、優れた磁束伝導特性を有する（たとえば、透磁率は、たとえば、ケイ素鋼の透磁率の最高数十万倍である可能性がある）。こうした磁性合金はまた、本開示の態様によるデバイスの高速動作の場合に起こるような、熱および損失の作用に耐性がある。たとえば、こうした磁性合金を使用するデバイスについての損失は、ケイ素鋼を使用する場合と比較すると、一部の例示的な用途において、約８００ワットから約３０ワットに低減される可能性がある。さらに、こうした磁性合金の利用は、補助冷却についての必要性なしで、高速動作を可能にしうる。たとえば、ケイ素鋼の代わりに磁性合金を使用するデバイスは、高いＲＰＭ、たとえば、２倍、５倍、１０倍、またはさらにそれ以上のＲＰＭでの連続動作を達成するように構成されてもよい。他の因子に加えて、これらの特徴は、例示的な横方向および／またはコンミュテート式磁束デバイスの電力対重量比が増加することを可能にする。

いくつかの例示的な実施形態では、固定子１１０Ｂまたは回転子１５０Ｂの部分などのＣＦＭシステム１００Ｂの部分は、積重化された積層鋼で構成されてもよい。積層の配向は、磁束透過を高めるために変更されてもよい。たとえば、ある積層は、半径方向に配向する可能性がある。この手法は、機械的強度を高めるかつ／または組立を容易にする可能性がある。あるいは、固定子の磁束伝導要素内の戻り部分の場合のように、積層の表面は、磁束透過の方向に平行に配向する可能性があり、それにより、渦電流損および／または他の損失が低減される。渦電流効果を最少にすること、および／または、その他の方法で磁束透過を高めることは、粉末状鉄を使用して達成されうる。しかし、粉末状鉄は、一般に、たとえば鋼積層体（または、Ｍｅｔｇｌａｓ（登録商標）２６０５ＳＡ１などの他の磁束伝導材料）と同程度に効率的に磁束を伝導せず、渦電流損および他の損失を最小にするかまたはその他の方法で対処するときにおそらく有用である物理的な層特徴を含まない。さらに、粉末状鉄の使用は、ヒステリシス損の増加というさらなる欠点を有する。

ある例示的な実施形態では、固定子磁石の部分などのＣＦＭシステム１００Ｂの部分は、希土類永久磁石を含む可能性がある。磁性材料は、任意の適した材料、たとえばネオジム鉄ボロン（ＮＩＢ）材料を含む可能性がある。ある例示的な実施形態では、希土類永久磁石は、適した磁場、たとえば０．５〜２．５テスラの範囲の磁場を有する。他の例示的な実施形態では、固定子磁石は、誘導磁石および／または電磁石を備える。誘導磁石および／または電磁石は、鉄、鉄合金、金属合金、および／または同様なもの、ならびに、知られている他の適した材料で作られてもよい。

ある例示的な実施形態では、磁束集中器は、１つまたは複数の結合された磁石から磁束を採取する。磁束集中器は、通常、ケイ素鋼、粉末状金属、アモルファス金属、金属ガラス合金、ナノ結晶複合材、および／または同様なものなどのある形態の鉄で作られる。さらに、種々の例示的な実施形態では、磁束集中器は、任意の適した材料、たとえば、高い透磁率、高い磁束飽和、および／または高い電気抵抗を有する材料で作られてもよい。

述べた円周状ＣＦＭシステムに加えて、ＣＦＭ固定子の種々の他の構成が利用されてもよい。これらの他の構成は、ギャップ付き固定子、部分固定子、および浮遊固定子を含むが、それに限定されない。

ある例示的な実施形態では、また、ここで図７を参照して、ギャップ付き固定子ＣＦＭシステム７００は、コイル７２０および回転子７５０の外周の周りで全体的に組立てられる複数のコンミュテート式磁束固定子セクション７０１を備える。ギャップ付き固定子ＣＦＭシステム７００は、さらに、複数のコンミュテート式磁束固定子セクション７０１のそれぞれの間にギャップ７０２を備える。さらに、ある例示的な実施形態では、構造支持体（図示せず）は、ギャップ付き固定子ＣＦＭシステム７００のギャップ７０２内に配置される。

ある例示的な実施形態によれば、ギャップ付き固定子ＣＦＭシステム７００は、さらに、支持構造を備える。支持構造は、複数のコンミュテート式磁束固定子セクション７０１を所定の場所に保持する。ある例示的な実施形態では、支持構造は、磁石および磁束集中器を保持するように構成された、いくつかのセクションを備える。コンミュテート式磁束固定子セクション７０１は、スペーサ、たとえば支持構造の複数の部分を使用して分割されてもよい。スペーサは、複数のコンミュテート式磁束固定子セクション７０１の適切なアライメントを提供するように構成されてもよい。ある例示的な実施形態では、スペーサは、コンミュテート式磁束固定子セクション７０１内の磁石とほぼ同じ厚さである。さらに、スペーサは、所望に応じて、任意の適した厚さを有してもよい。

種々の例示的な実施形態では、ギャップ付き固定子システム７００内のコンミュテート式磁束固定子セクション７０１の数は、２〜３６０以上の範囲であってよい。複数のコンミュテート式磁束固定子セクション７０１の孤長は、回転子７５０の外周より小さい。本明細書で規定されるように、複数のコンミュテート式磁束固定子セクション７０１の孤長は、ギャップ距離を含まない、回転子７５０の包含距離である。種々の例示的な実施形態では、複数のコンミュテート式磁束固定子セクション７０１の総孤長は、回転子７５０の外周の約１％〜約９５％の範囲にある。一実施形態では、複数のコンミュテート式磁束固定子セクション７０１は、実質的に円周の固定子を形成するために、回転子７５０の周りに均等に分布する。別の実施形態では、複数のコンミュテート式磁束固定子セクション７０１は、回転子７５０の周りに不均等に分布する。たとえば、複数のコンミュテート式磁束固定子セクション７０１は、回転子７５０の外周の半分だけの上に配置されてもよい。

別の実施例では、複数のコンミュテート式磁束固定子セクション７０１は、各セクション間に不均等な距離を持つように構成される。しかし、ＡＣ同期の実施形態では、複数のコンミュテート式磁束固定子セクション７０１は、通常、回転子７５０の切換え部分が、複数のコンミュテート式磁束固定子セクション７０１のそれぞれに磁気的に係合できるように配置される。これは、たとえば、複数のコンミュテート式磁束固定子セクション７０１間の距離が回転子７５０の切換え要素間の距離の倍数であるように設計することによって達成されうる。

ある例示的な実施形態では、第１の磁石７１１は、第１の磁石７１１と磁束集中器７１２との間のインタフェースに平行でかつその反対側の外側縁を有する。同様に、その例示的な実施形態では、第２の磁石７１３は、第２の磁石７１３と磁束集中器７１２との間のインタフェースに平行でかつその反対側の外側縁を有する。換言すれば、コンミュテート式磁束固定子セクション７０１は、一実施形態では、コイル７２０に関して「正方形（ｓｑｕａｒｅ）」である。ある例示的な実施形態では、「正方形」の複数のコンミュテート式磁束固定子セクション７０１は、製造および組立を容易にする。モジュール式手法では、それぞれのコンミュテート式磁束固定子セクション７０１は、丸い内部キャビティの代わりに実質的に平らな内部キャビティを持つように製造される。しかし、磁石７１１、７１３および／または磁束集中器７１２もまた角度を付けられる。たとえば、磁石７１１、７１３は、第２の脚部と比較して狭い第１の脚部を有してもよく、テーパ付き形状が生成される。さらに、磁束集中器７１２はまた、回転子７５０の回転軸の方にテーパが付けられうる。さらに、磁石７１１、７１３および／または磁束集中器７１２はまた、たとえば所望のトルク密度、出力電圧波形、および／または同様なものを達成するために、任意の適した方法で形作られてもよい、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。

類似の円周状固定子構成と比較したギャップ付き固定子構成の利点は、重量の減少である。別の利点は、磁性材料の量の減少である。少ない磁性材料は、高価でないシステムをもたらしうる。重量の減少は、低電力で十分であるが、余分な重量が、たとえば構造的応力のために望ましくない種々の用途において利点となる。

ある例示的な実施形態では、コンミュテート式磁束固定子セクション７０１間のギャップ７０２は、冷却用の排気を提供するように構成される。他の例示的な実施形態では、ヒートシンクなどの種々の熱抽出デバイス、他の熱分散材料、ファンブレード、および／または他の適したデバイスが、コンミュテート式磁束固定子セクション７０１間のギャップ７０２に付加されてもよい、かつ／または、ギャップ７０２内に少なくとも部分的に設置されてもよい。

さらに、冷却デバイスに加えて、他のデバイスが、コンミュテート式磁束固定子セクション７０１間のギャップ７０２内に配置されてもよい。ある例示的な実施形態では、１つまたは複数の測定デバイスが、ギャップ７０２内に配置される。測定デバイスは、たとえば、ＲＰＭ、磁場強度、システムの効率、および／または同様なものを測定するデバイスを含んでもよい。

ギャップ付き固定子ＣＦＭシステム７００の別の利点は、一般に、固定子の組立および／または修理を対象とする。ある例示的な実施形態では、コンミュテート式磁束固定子セクション７０１はモジュール式である。さらに、セクション７０１は、別々に取外し可能である、かつ／または、複数のグループで取外し可能性である。組立および／または解体に対するこうしたモジュール式手法は、セクションの取外しおよび交換が、さらなるセクションを取外すことを必要としないため、容易な交換をもたらす。

同様に、ギャップ７０２の存在は、ギャップ付き固定子ＣＦＭシステム７００についてより寛大な製造公差を可能にする。たとえば、交番磁石および磁束伝導要素が繰返し積重化されるとき、製造公差変動は累積し、所望のアライメントから外れる磁石および／または磁束伝導要素をもたらす。１つまたは複数のギャップ７０２を利用することによって、磁石および／または磁束伝導要素の場所は、定期的にゼロ点調整されることができ、累積公差がなくなる。理解されるように、精密さが低くなるように製造されたコンポーネントは、したがって、有効に利用され、システムの費用が低減される。さらに、ギャップ７０２の寸法はまた、ギャップ付き固定子ＣＦＭシステム７００内の極間の中心から中心までの距離、回転子７５０のスイッチ厚さ、またはギャップ付き固定子ＣＦＭシステム７００内の極数のうちの少なくとも１つの関数であってよい。

先に開示したギャップ付き固定子に加えて、本開示の原理はまた、「部分的（ｐａｒｔｉａｌ）」または「切頭（ｔｒａｎｃａｔｅｄ）」固定子を想定する。ある例示的な実施形態によれば、部分固定子システムは、円板形状および／または環状回転子の３６０°未満のカバレッジを形成する固定子を備える。ある例示的な実施形態では、また、図８Ａを参照して、部分固定子システム８００は、部分固定子８１０および回転子８５０を備える。部分固定子システム８００は、全周固定子設計の一部分であってよい。たとえば、部分固定子８１０は、回転子８５０の外周の２５％未満に結合してもよい。別の実施形態では、部分固定子８１０は、回転子８５０の外周の５０％未満に結合する。さらに、部分固定子８１０は、回転子８５０の外周の一部分、たとえば１％〜９５％の範囲の部分を少なくとも部分的に閉囲してもよい。種々の実施形態では、範囲は、１％〜７５％、２％〜６６％、または５％〜３３％であってよい。さらに、部分固定子８１０と回転子８５０との間の関係は、相対的孤長によって記述されてもよい。たとえば、部分固定子８１０は、回転子８５０の孤長の２５％未満の孤長を有してもよい。

ある例示的な実施形態では、また、図８Ｂおよび８Ｃに示すように、部分固定子システム８００はまた、先に述べたギャップ付き固定子セクションを備えうる。ある例示的な実施形態では、部分固定子システム８００は、図２Ａに示すように軸方向ギャップ構成である。別の例示的な実施形態では、部分固定子システム８００は、図２Ｂに示すように半径方向ギャップ構成である。

種々の例示的な実施形態では、部分固定子システム８００は、固定子８１０と回転子８５０との間に係合部を持つように構成される。この配置構成は、異なる目的で利用されうる。たとえば、係合部は、異なるサイズに作られた回転子および／または異なる形状の回転子について調節されうる。さらに、ある例示的な実施形態では、係合部は、電圧定数を調節すること、トルク定数を調節すること、電力密度を調節すること、または、特定の用途について電圧および／またはトルク密度を最適化すること、ならびに／または同様なもののうちの少なくとも１つのために設計される。さらに、部分固定子システム８００が複数の固定子セクションを備える場合、任意の特定の固定子セクションは、たとえば先に述べた理由の１つのために個々に調整されてもよい。

さらに、複数の部分固定子セクションは、望ましくは、たとえば多相出力を生成する、かつ／または、多相入力に応答するために利用されてもよい。種々の例示的な実施形態では、それぞれが異なる位相に対応する複数の部分固定子セクションが利用されてもよい。しかし、部分固定子セクションおよび／または位相の任意の組合せが、所望に応じて利用されてもよい。

一般に、部分固定子システム８００は、望ましくは、用途が、全周固定子の場合に得られる最大電力より小さい電力を必要とする場合に利用される可能性がある。ある例示的な実施形態では、部分固定子システム８００内のコンミュテート式磁束固定子セクションの数は、用途の要件、たとえば、所望の電力出力、効率、費用、および／または同様なものに対してカスタマイズされうる。ある例示的な実施形態では、部分固定子システム８００は、所望の電力出力とシステム８００の質量との比に部分的に基づいて設計される。部分固定子システム８００はまた、回転子径と、システム８００の電気出力または重量のいずれかとの比に部分的に基づいて設計されてもよい。ある例示的な実施形態では、部分固定子システム８００は、回転子の径を増加させることによって、固定子材料の量を増加させることなくより大きなトルクを達成する。

こうした用途は、バイク、スクータ、洗浄機、モータサイクル、可搬型発電機、電力ツール、および／または小型エンジン用途を含んでもよい。部分固定子は、先に論じたギャップ付き固定子の利益の多くおよび／または全てを提供する可能性がある。さらに、部分固定子システム８００は、たとえば固定子コンポーネントが、全周固定子と比較して、アクセス可能である、かつ／または、組立てる／解体するのが容易であるため、改善されたサ−ビス性を提供する可能性がある。

部分および／またはギャップ付き固定子は、他のコンポーネント、たとえば制御電子部品に結合されてもよい。ある例示的な実施形態では、また、図９Ａを参照して、部分固定子システム９００は、さらに、コイル９２０からの生成された出力を取込む電子部品ボード９０１を備える。別の例示的な実施形態では、電子部品ボード９０１は、部分固定子システム９００に電力を提供する、たとえば回転子を駆動する電力を送出するように構成されうる。

さらに、ある例示的な実施形態では、部分固定子システム９００は、コンミュテート式磁束機および／または横方向磁束機内に実装されてもよい。１つの例示的な実施形態では、部分固定子９１０は、電子部品ボード９０１に直接搭載される切頭コイル９２０に電気接続される。電子部品ボード９０１は、ある例示的な実施形態では、種々の電子コンポーネント９３０を含んでもよい。ある例示的な実施形態では、電子コンポーネント９３０は、所望に応じて、集積回路、キャパシタ、インバータ、および他の適したコンポーネントを含む。

さらに、ある例示的な実施形態では、電子部品ボード９０１は、部分固定子９１０から短い距離に配置され、したがって、部分固定子９１０から電子部品ボード９０１までの切頭コイル９２０の長さもまた短い。ある例示的な実施形態では、部分固定子９１０から電子部品ボード９０１までの切頭コイル９２０の長さは１インチ以下である。別の実施形態では、部分固定子９１０から電子部品ボード９０１までの切頭コイル９２０の長さは、１〜２インチの範囲内にある。さらに、切頭コイル９２０の長さは、任意の適した長さであってよい。しかし、切頭コイル９２０の長さは、しばしば望ましくは、抵抗損および／または他の損失を低減するために最小にされてもよい。

ある例示的な実施形態によれば、切頭コイル９２０の厚さと長さとの比は、切頭コイル９２０内で発生した熱のかなりのパーセンテージが、伝導的に取除かれることを可能にするように構成される。ある例示的な実施形態では、かなりのパーセンテージは、発生した熱の７０％以上である可能性がある。種々の例示的な実施形態では、かなりのパーセンテージは、発生した熱の４０％と発生した熱の９５％との間であってよい。適切な物理的寸法および／または材料特性を用いて、ある例示的な実施形態では、切頭コイル９２０は、伝導的にそれ自体をかなり冷却しうる。ある例示的な実施形態では、切頭コイル９２０の長さと切頭コイル９２０の厚さとの比は、約２０：１である。種々の例示的な実施形態では、比は、約１０：１と約７５：１との間である可能性がある。さらに、比は、適した量の熱、たとえば切頭固定子９１０によって少なくとも部分的に閉囲される切頭コイル９２０の部分内で発生する熱を、切頭コイル９２０が伝導的に伝達することを可能にするように構成された任意の適した比であってよい。

さらに、さらなるコンポーネント、たとえば冷却コンポーネント９３１は、コイル９２０に直接結合されてもよい。ある例示的な実施形態では、冷却コンポーネント９３１は、放射冷却、対流冷却、または伝導冷却の少なくとも１つを利用してもよい。冷却コンポーネント９３１はまた、コイル９２０の一部分から形成されてもよい、かつ／または、コイル９２０の一部分を備えてもよい。こうして、コイル９２０から電子部品ボード９０１に伝達される熱エネルギーが低減される可能性がある。さらに、部分固定子システム９００に結合した回転子は、一般に、全周固定子システム内の回転子より効率的に冷却する。これは、回転子が、回転の一部分において磁束を伝導させるだけであることに少なくとも部分的によっており、それにより、回転子の低い加熱がもたらされ、磁束を伝導していないときに回転子が冷却するための時間が提供される。

さらに、種々の例示的な実施形態では、切頭コイル９２０は、最小の端巻回部材料を持つように、かつ／または、端巻回部材料を全く持たないように構成される。端巻回部は、実質的な磁束によってリンクされないコイルの一部分であると考えられてもよい。換言すれば、磁束集中器および／または磁石に結合しないコイルの部分は、端巻回部であると考えられてもよい。一般に、端巻回部は、有用な仕事をすることなく、コイル損を受けるため望ましくない。たとえば、従来のモータの端巻回部は、電流が端巻回コイル部分を通って流れるときに大きな損失を受ける。コイル損は、抵抗損、渦電流損、熱損、および／または所与のコイル質量および／または構成に関連する他のコイル損を含む可能性がある。さらに、抵抗によるコイルの加熱もまた、少ないコイル材料を使用する場合に低減される。一実施形態では、切頭コイル９２０は、モノリシック材料コアを含む。さらに、切頭コイル９２０は、所望に応じて、任意の適した材料、たとえば、層状化材料、積層化材料、ならびに／または、その他の方法で形作られた材料および／または形成された材料を含んでもよい。

種々の例示的な実施形態では、複数のコンミュテート式磁束固定子セクションはそれぞれ、単一電子部品ボード９０１に接続されうる単一巻線構成の対応する切頭コイル９２０を有する（たとえば図９Ｃを参照）。他の例示的な実施形態では、切頭コイル９２０は、２重の巻線および／またはそれより多い巻線を備える（たとえば、図９Ｂを参照）。

部分および／またはギャップ付き固定子に加えて、本開示の原理は、「浮遊（ｆｌｏａｔｉｎｇ）」固定子を想定する。本明細書で使用されるように、「浮遊」固定子は、たとえば所望の空気ギャップを維持するために回転子に対して少なくとも部分的に調整可能であるように、かつ／または、可動であるように構成された固定子であってよい。ここで図１０Ａおよび１０Ｂを参照して、ある例示的な実施形態では、浮遊固定子システム１０００は、部分固定子１０１０、回転子１０５０、および１つまたは複数のガイド機構１０１１を備える。回転子１０５０が、別の物体に取付けられ、所定の場所に保持され、固定子１０１０が、浮遊できてもよい。あるいは、固定子１０１０が、別の物体に取付けられ、所定の場所に保持され、回転子１０５０が、浮遊できてもよい。

ある例示的な実施形態では、ガイド機構１０１１は、回転子１０５０を整列させる、かつ／または、回転子１０５０と部分固定子１０１０との間にあるサイズの空気ギャップを機械的に容易にするのに役立つように構成される。従来のシステムは、回転子の径が増加するにつれて、目標空気ギャップを達成することができないことが多かった。たとえば、多くのモータおよび／または発電機は、回転子および固定子が接触することおよび／または互いに損傷することを防止するために、回転子の径の１／２５０より小さくない空気ギャップを持つように構成される。これは、一般に、製造公差、および／または、他の困難さ、たとえば好ましくは完全に丸いコンポーネントを生産するという困難さによる。

対照的に、浮遊固定子１０１０の使用によって、浮遊固定子システム１０００は、回転子の径と無関係な空気ギャップを持つように構成されうる。たとえば、ある例示的な実施形態では、浮遊固定子システム１０００は、３６インチの回転子径を有するように構成される。この浮遊固定子システム１０００はまた、わずか０．０３６インチの空気ギャップを持つように構成されてもよい。対照的に、同様の回転子径を有する従来のモータおよび／または発電機は、しばしば、０．１４４インチより小さくない空気ギャップ（すなわち、回転子の径の１／２５０より小さくない空気ギャップ）を持つように構成された。対応する回転子径から空気ギャップを選択することを切離すことによって、大きな回転子径（および対応する高いトルク）を有するコンミュテート式および／または横方向磁束システムは、狭い空気ギャップを持つように構成されてもよく、システムの性能が改善される。換言すれば、浮遊固定子１０１０は、回転子の径の徐々の偏位に対して調整できる。

ガイド機構１０１１は、ホイール、レール、軸受、バンパー、スペーサ、潤滑材料、および／または同様なもののうちの少なくとも１つであってよい。さらに、ガイド機構は、回転子１０５０および部分固定子１０１０を誘導する、ガイドする、かつ／または整列させるように構成された任意の適したデバイスであってよい。種々の例示的な実施形態では、ガイド機構１０１１はまた、回転子１０５０からデブリを除くのに役立つように機能する。これらの実施形態では、ガイド機構１０１１はさらに、ブラシ、空気またはガスジェット、ワイパ、または磁性デブリを偏向させる磁気ピックアップワイパのうちの少なくとも１つを備える。さらに、ガイド機構１０１１は、回転子１０５０からデブリを清浄する任意の適した機構を備えてもよい。

浮遊回転子は、デバイス製造公差、製造の容易さ、および総合設計の頑健性を改善しうる。さらに、ある例示的な実施形態では、浮遊回転子はさらに、回転子が中心ハブに接続されないハブレス設計を含む。こうして、回転子の中央において増加した空間が設けられる。さらに、こうしたハブレス設計は、たとえば空気流を冷却するさらなる場所（ｒｏｏｍ）を設けることによって熱消散能力を増加させうる。

さらに、ハブレス設計は、回転子および／または固定子の浮遊能力を増加させるように、かつ／または、システム内でより大きな公差を可能にするように構成されてもよい。浮遊および／または公差のこうした増加は、たとえば自動車に設置されるときに、突然の方向の変更を受ける磁束機において有用である可能性がある。たとえば、自動車において、回転は、システムの角度モーメントのために、回転子および固定子の擦過の機会が増す可能性がある。さらに、自動車において、回転子および固定子は、種々の理由、たとえば、窪みとの接触、回転中の横方向加速、外部力、および／または同様なものの理由で、望ましくない方法で、擦過する、かつ／または、その他の方法で互いに接触する可能性がある。ハブレス設計は、上記の任意のものおよび／または全てから生じる回転子／固定子の接触を防止するように構成されてもよい。

横方向および／またはコンミュテート式磁束機の固定子、回転子、コイル、スイッチ、磁束集中器、および／または他の磁束伝導コンポーネントを形成するための適した方法、ならびに／または、それらのための適した材料は、本出願と同じ出願日を有する「ＴＲＡＮＳＶＥＲＳＥ ＡＮＤ／ＯＲ ＣＯＭＭＵＴＡＴＥＤ ＦＬＵＸ ＳＹＳＴＥＭ ＲＯＴＯＲ ＣＯＮＣＥＰＴＳ」という名称の同時係属中の米国特許出願に見出される可能性がある。本開示の原理は、それらと適切に組合されてもよい。

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「ＴＲＡＮＳＶＥＲＳＥ ＡＮＤ／ＯＲ ＣＯＭＭＵＴＡＴＥＤ ＦＬＵＸ ＳＹＳＴＥＭ ＲＯＴＯＲ 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／またはコンミュテート式磁束機の回転子についての原理と適切に組合されてもよい。

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／または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。

さらに、本開示の原理はまた、参照により組み込まれる、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、特定のコンミュテート式磁束機は、部分固定子の使用、テープ巻き回転子の使用、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。

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。

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。

本発明の説明
コンミュテート式磁束固定子セクションであって、磁束集中器と、第１の磁石であって、磁束集中器の第１の側に接続され、第１の磁石と磁束集中器との間のインタフェースに平行でかつその反対側の外側縁を有する、第１の磁石と、第１の側と反対の磁束集中器の第２の側に接続された第２の磁石とを備える、コンミュテート式磁束固定子セクション。第２の磁石は、第２の磁石と磁束集中器との間のインタフェースに平行でかつその反対側の外側縁を有してもよい。第１の磁石および第２の磁石は、磁束集中器の第１および第２の側に共通磁極が存在するように磁気的に配向してもよい。コンミュテート式磁束固定子セクションは、コイルの半径方向セクションを部分的に閉囲してもよい。第１および第２の磁石の外側縁間の距離は、コイルを部分的に閉囲するコンミュテート式磁束固定子セクション全体を通して実質的に等しくてもよい。第１の磁石の外側縁は、第２の磁石の外側縁に平行であってよい。第１の磁石および第２の磁石は、同じ厚さを有してもよい。コンミュテート式磁束固定子セクションは、回転軸を有するコンミュテート式磁束機の一部を構成してもよく、コンミュテート式磁束固定子セクションは、回転軸の方にテーパが付けられてもよい。第１の磁石、第２の磁石、および磁束集中器は、回転軸の方に個々にテーパが付けられてもよい。

回転子の外周の周りで少なくとも部分的に組立てられた複数のコンミュテート式磁束固定子セクションを備えるコンミュテート式磁束固定子セクションであって、複数のコンミュテート式磁束固定子セクションの孤長が回転子の外周より小さい、コンミュテート式磁束固定子セクション。ギャップは、複数のコンミュテート式磁束固定子セクションのそれぞれの間に配置されてもよい。支持構造体は、複数のコンミュテート式磁束固定子セクションの１つまたは複数の間に配置されてもよい。許容空間は、複数のコンミュテート式磁束固定子セクションの少なくとも２つの間に配置されてもよい。許容空間は、コンミュテート式磁束機の組立を容易にするように構成されてもよい。許容空間の幅は、製造公差、コンミュテート式磁束機内の極間の中心から中心までの距離、回転子のスイッチ厚さ、またはコンミュテート式磁束機内の極数のうちの少なくとも１つの関数であってよい。複数のコンミュテート式磁束固定子セクションの総孤長は、回転子の外周の約１％〜約９５％の範囲にあってよい。複数のコンミュテート式磁束固定子セクションの第１のサブセットはそれぞれ、第１の極性を有する磁束集中器を備えてもよい。複数のコンミュテート式磁束固定子セクションの残りのサブセットはそれぞれ、第１の極性と反対の第２の極性を有する磁束集中器を備えてもよい。回転子はマルチパス回転子であってよい。

Claims (27)

1. コンミュテート式磁束機であって、
   複数の磁束集中器とインタリーブした複数の磁石を備える切頭固定子を備え、
   前記複数の磁石は、前記複数の磁束集中器が交番磁極を有するように交番磁気配向を有し、
   前記複数の磁石および前記複数の磁束集中器は、回転子の全周未満に対して結合されるコンミュテート式磁束機。
2. 前記切頭固定子は、前記回転子の一部分に関連付けられ、前記回転子の前記一部分は、前記回転子の外周の２５％未満であり、前記回転子の外周の少なくとも７５％は前記切頭固定子によって係合されない請求項１に記載のコンミュテート式磁束機。
3. 前記切頭固定子が係合しない前記回転子の部分は連続である請求項２記載のコンミュテート式磁束機。
4. 前記切頭固定子は、前記回転子の一部分に関連付けられ、前記回転子の前記一部分は、前記回転子の外周の５０％未満であり、前記回転子の外周の少なくとも５０％は前記切頭固定子によって係合されない請求項１に記載のコンミュテート式磁束機。
5. 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、前記複数の磁束集中器内の少なくとも２つのＮ極を前記複数の磁束集中器内の少なくとも２つのＳ極に同時に結合する請求項１に記載のコンミュテート式磁束機。
6. 前記切頭固定子内で前記複数の磁石および前記複数の磁束集中器の質量を維持しながら、前記回転子の径を増加することによってトルクを増加させるように構成される請求項１に記載のコンミュテート式磁束機。
7. 電気機械であって、
   円形回転子と、
   前記円形回転子に結合した切頭固定子と
   を備え、前記切頭固定子は、前記円形回転子の外周の一部分にのみ延在し、前記電気機械は、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。
8. 前記切頭固定子は、前記円形回転子に対して調整可能に係合するように構成される請求項７に記載の電気機械。
9. 単一巻回を有する切頭コイルをさらに備え、前記切頭コイルは、前記切頭固定子によって少なくとも部分的に閉囲される請求項７に記載の電気機械。
10. 前記切頭コイルに結合した電子部品ボードをさらに備え、前記電子部品ボードから前記切頭固定子までの前記切頭コイルの長さは２インチ未満である請求項９に記載の電気機械。
11. 前記切頭固定子と前記電子ドライブ組立体との間で前記切頭コイルに結合した冷却機構をさらに備え、前記冷却機構は、放射冷却、対流冷却、または伝導冷却の少なくとも１つを利用する請求項１０に記載の電気機械。
12. 前記切頭コイルは、前記切頭固定子によって少なくとも部分的に閉囲された前記切頭コイルの一部分で生成される熱の少なくとも７０％を伝導的に除去するように構成される請求項９に記載の電気機械。
13. 電気機械であって、
    回転子と、
    部分固定子組立体であって、
    磁束集中器と、
    前記磁束集中器の第１の側に接続された第１の磁石と、
    前記第１の側と反対の前記磁束集中器の第２の側に接続された第２の磁石と
    を備え、前記第１の磁石および第２の磁石は、前記磁束集中器の前記第１および第２の側に共通磁極が存在するように磁気的に配向する、部分固定子組立体と、
    前記回転子と前記部分固定子組立体との間に指定された空気ギャップを達成するように構成されたガイド機構と
    を備え、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。
14. 前記回転子はハブレス回転子である請求項１３に記載の電気機械。
15. 前記ガイド機構は複数のガイドホイールを備える請求項１３に記載の電気機械。
16. 前記空気ギャップは、円からの前記回転子の局所的偏位に基づいて変化するが、総合の回転子真円度に基づいて変化しない請求項１３に記載の電気機械。
17. 前記部分固定子組立体と前記回転子との間の前記指定された空気ギャップは前記回転子の径に無関係である請求項１３に記載の電気機械。
18. 前記指定された空気ギャップは、前記回転子の径の１／２５０未満である請求項１３に記載の電気機械。
19. 前記回転子の径は、１２インチより大きく、前記空気ギャップは、０．０５インチ未満である請求項１３に記載の電気機械。
20. 前記回転子が前記部分固定子組立体を通過するときに前記回転子からのデブリを除去するように構成されたデブリ収集機構をさらに備える請求項１３に記載の電気機械。
21. 前記ガイド機構は、前記回転子の不均一性から生じる空気ギャップ変動性を低減するために制限された範囲内で移動するように構成される請求項１３に記載の電気機械。
22. 前記回転子の前記不均一性は、前記回転子が円からずれていることである請求項２１に記載の電気機械。
23. 電気機械を構成する方法であって、
    ガイド機構を介して、切頭固定子を、ある径を有する回転子に結合させることと、
    前記切頭固定子と前記回転子との間で、前記回転子の径と無関係な所望の空気ギャップを達成するように前記ガイド機構を構成することと
    を含み、前記電気機械は、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。
24. 前記切頭固定子の総質量を選択することと、
    前記電気機械によって生成される所望のトルクを達成する前記回転子の径を計算することと
    をさらに含む請求項２３に記載の方法。
25. 前記所望の空気ギャップは、前記回転子の総合真円度に無関係である請求項２３に記載の方法。
26. 前記所望の空気ギャップは、前記回転子の径の１／２５０未満である請求項２３に記載の方法。
27. 前記ガイド機構は、前記電気機械に加えられる外部力に応答する、前記空気ギャップ領域における前記切頭固定子と前記回転子との間の物理的接触を防止するように構成される請求項２３に記載の方法。

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