JP2001510677A - モーター／発電機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 複数の扇形の極を与える為に磁化された少なくとも３つの環状の盤を含む回転子を有する軸場モーター／発電機。それぞれの扇形が隣接する扇形と反対の極性を有し、それぞれの扇形が盤の厚さを通して極化される。それぞれの磁石の極は、それぞれの隣接する磁石の反対の極に整列される。最も外部の２つの磁石に隣接する金属の部品は、磁束を含む。モーター／発電機は、それぞれの２つの隣接する磁石の間に固定子集合体を含む固定子をも有する。それぞれの固定子集合体は、１つ又はそれより多い導線又は巻き線を含む。導線は、円形の均一な断面を有するワイヤから形成されてもよいが、代わりに、軸方向に隣接した極の間の隙間の中の導線の密度を最大限にするために扇形の先細形状に対応した先細の断面を有する導線から形成されてもよい。導線は、代わりに１つ又はそれ以上の層を有するプリント回路の中のトレースから形成されてもよい。それぞれの固定子集合体は、製造においてモジュール性を与え、モーター／発電機が操作される電圧の選択を容易にするために他の固定子集合体に除去可能に接続可能であってもよい。箱から伸ばされるピンのような電気的接触が隣接する固定子集合体の導線を除去可能に接続してもよい。軸が回転している間に、樹脂を重合させるために紫外線光を使用して磁石と軸との間の交差結合した樹脂の薄い輪を硬化することによって磁石が軸上に動的にバランスされてもよい。

Description

【発明の詳細な説明】 モーター／発電機 １． 発明の属する技術分野 本発明は、一般的に電気モーター／発電機に関し、特に、永久磁石、軸場モー ター／発電機に関する。 ２． 従来の技術 電流を運動に変換する機械である電気モーターは、典型的に磁場に応答して固 定子の中で回転する回転子を含む。永久磁石モーターにおいて、回転子又は固定 子は、特に固定子は、磁場を生成する１つ又はそれより多くの永久磁石を含む。 永久磁石は、鉄の合金又は強磁性セラミック材料によってつくらてもよい。機械 は、運動を電流へ変換することにも使用できるので、機械は、しばしば、モータ ー／発電機又はダイナモ（ｄｙｎａｍｏ）として技術的に呼ばれる。したがって 、便宜上、ここにおいてモーターという語が使用されるが、同じ機械が発電機と して用いてもよいことを理解すべきである。 永久磁石モーターの回転子又は固定子、典型的に回転子は、骨組の周囲に巻か れた銅線などの導線を含む。これらの巻き線は、磁場の大きさを最大限にするた めに典型的に多くの線の折り返しを有する。 ある永久磁石モーターにおいては、固定子が、２つ又はそれより多い磁石を保 持し、それらの間で磁回路を完成する金属の箱を含む。箱は、典型的に金属の板 又は渦流を最小限にするために薄板を備える。箱の中の金属の量を増加すること は、回路の磁気抵抗 を低下し、それによって、それを通して回転子の巻き線が動く磁極の間の隙間 の磁束の割合を増加する。 普通のモーターの磁石の材料は、アルニコとして知られるアルミニウムーニッ ケルーコバルト合金及びサマリウムーコバルト合金などの希土類材料の鉄を含む 。これらの材料は、かなり重いが、強い磁場を与える。 モーターの磁石は、すなわち、組立においての消磁化を最小限にするために金属 のモーターの箱の中に組み立てられた後で、普通初期位置で磁石化されなければ ならない。磁石が箱から取り去られると（又は箱に挿入されると）、磁石を取り 去る（又は挿入する）行為は、磁石をある程度消磁化する。磁石の入れ替えは、 性能の低下をもたらす。消磁化を最小限にするには、金属の「キーパー」が、磁 石をモーター又は他の装置の中に装着する前に一時的に磁石に取り付けられる。 この技術の従事者は、磁場がモーターの回転の軸に対して平行に整列された回 転子上に配置された磁石を有する軸場モーターを開発した。軸場モーターは、磁 場を含めるために重たい金属の箱を必要としない。この技術の従事者は、経済的 な強磁性セラミック磁石を含む小さい軸場モーターを開発した。希土類磁石と違 って、強磁性セラミック磁石は、オーダー１の相対透磁率（“μ”）を有するの で、すぐに多くの極に磁石化できる。（透磁率は、物質の磁束密度（Ｂ）とその 磁場の強さ（Ｈ）との比と定義される。空気は、定義上、１の相対透磁率を有す る）。あるこのようなモーターにおいては、各回転盤が複数の扇形の極に磁石化 される。各扇形は、隣接した扇形と反対の極性をもち、 各扇形は、盤の厚さを通して極化される。回転子は、共通の軸上の固定子に隣 接して配置される。そのようなモーターの固定子は、典型的に複数の環状の巻き 線によって構成される。巻き線が通過した磁場は、同じ盤状の２つの隣接した扇 形の間に集中される。 強磁性セラミック磁石は、低い磁束密度を示すので、強磁性セラミック磁石を 有する持つモーターは、鉄、アルニコ、及び希土類材料などの高い透磁率の材料 からつくられた磁石を有するモーターよりも小さいトルクを生み出す。トルクの 増加を得るには、回転子が、固定子のそれぞれの面に１つづつ２つの盤磁石をも ってもよい。したがって、固定子のそれぞれの環状の巻き線の半分は、回転子の １つの磁石によって生成された磁場を通過し、他の半分の巻き線は、他の回転子 の磁石によって生成された磁場を通過する。それでも、それぞれの巻き線が半分 通過した磁束の密度は、最も近い盤磁石によって生み出された磁束の密度に限ら れる。したがって、多極強磁性セラミック磁石を用いることは、ディスクドライ ブに使用されるステップ型モーターのような小さく、低いトルクのモーターに大 部分限定される。 重量に対して高い出力又は効率を有する経済的なモーターを提供することが望 ましい。これらの必要性は、技術的に明確に示され、以下に述べる方法の本発明 により満たされる。 課題を解決するための手段 本発明は、複数の扇形の極を与えるために磁石化された少なくとも３つの環状 の盤を 含む回転子を有する軸場モーター／発電機に関する。それぞれの扇形は、隣接 する扇形と反対の極性を有し、それぞれの扇形は、盤の厚さを通して極化される 。これらの磁石は、空気の透磁率の約１００倍よりも小さい透磁率を有する強磁 性セラミックのような、どのような適切な比較的小さい透磁率（μ）の材料から つくられてもよい。それぞれの磁石の極は、それぞれの隣接する磁石の反対の極 に整列される。したがって、磁束は、隣接する磁石の整列された扇形を通して軸 方向に向けられる。最も外側の２つの磁石に隣接した金属の部材は、回転子の中 に磁束を含む。したがって、概念的に、磁束は回転子を通した又は回転子の周囲 の円形の蛇状の経路をたどる。 磁石は、回転子の組み立て前の消磁化を最小限にする複数の扇形に極化される 。したがって、磁石は、ある従来のモーターのように初期位置において、すなわ ち組み立て後に磁石化される必要がない。更に組み立ての間、磁化を維持する為 に保磁器を用いる必要がない。 モーター／発電機は、それぞれの２つの隣接する回転磁石の間に導線の層又は 巻き線を含む固定子もまた有する。各層は、それぞれが複数の相の１つを与える 複数の導線相集合体を有してもよい。導線は円形の均一の断面を有する従来のワ イヤーから形成されてもよいが、導線は、代わりに扇形の先細形状に対応した先 細状の断面を有する導体から形成されてもよい。この型の断面は、軸方向に隣接 した極の間の隙間の中の導線の密度を、したがって導線の電流容量を最大限にす る。断面の形状は、更に導線密度を最大限にするために長方形であってもよい。 ここにおいて定義された「回転子」及び「固定子」の語は、回転子及び固定 子が互いに対して回転することのみを意味する便宜状の目的の為に使用される。 「回転子」及び「固定子」の語は、地面に対して回転子が回転し、固定子が静止 している構造又は他の関連した構造に発明を限定することを意図していない。例 えば、回転子が乗り物の車体に固定して接続され、固定子がタイヤの周囲に固定 して接続され、それによって回転子と乗り物の車体に相関した固定子及びタイヤ の回転が乗り物を推進してもよい。 磁石は、希土類磁石及び他の高透磁率磁石のように高い磁束密度を有さないが 、それらは、高い最大エネルギー積を有する。エネルギー積は、モーター／発電 機が操作される磁石の特性Ｂ−Ｈ曲線に沿った点における磁束密度及び磁化力又 は保磁度（Ｈ）の積である。したがって、磁石は、最大エネルギー積に対応した 間隔によって互いに好ましく間隔を空けられる。 上記に述べた方法で３つ又はそれより多い回転子磁石を含めることは、モータ ーの効率の上で低い磁束密度の悪影響を相殺する以上である。それぞれの中央磁 石、すなわち２つの外側の磁石以外の磁石内のそれぞれの点又は磁区は、固定子 の導線が通過する磁束に等しく寄与する。したがって、磁区から中央磁石の中間 平面のいずれか一方の面にすぐに生じる磁束は、従来の軸場モーター内の対応す る磁区から生じた磁束より短い横断する隙間を有する。言い換えれば、それぞれ の中央磁石の両方の「面」は、固定子の導線と相互に作用する合計の磁束に寄与 する。磁石の両面をこの方法で用いることは、高い平均エネルギー積を生み出す 。 固定子のそれぞれの層は、製造においてモジュール性を与えるため及びモー ター／発電機が操作される電圧の選択を容易にするため他の層に除去可能に接続 可能であってもよい。それぞれの層は、導線が含まれる又は埋め込まれる箱を含 んでもよい。箱から伸ばされたピンのような電気的接触が隣接する層の導線を除 去可能に接続する。電圧は磁場を通りぬける導線の長さに依存するので、それぞ れの相の合計の導線の長さの選択が電圧を選択する。互いに関して選択された角 度の方向において隣接する層を接続することによって使用者又は製造業者にモー ター／発電機の操作電圧の選択を許す方法でピン又は他の電気的接触が箱の周囲 に配置されてもよい。使用者又は製造業者が隣接した層の導線が並列に電気的に 接続される方向を選択した場合、操作電圧は、使用者又は製造業者が隣接した層 の導線が直列に電気的に接続される方向を選択したときよりも低くなる。したが って使用者又は製造業者は、１２０ボルト、２４０ボルト、及び４８０ボルトの ようなモーター／発電機が操作される複数の電圧の１つを選択する為に角度方向 の色々な組み合わせで箱を接続してもよい。箱の外部に、印を整列してピンを通 して箱を接続することによって操作電圧の選択を容易にする印が付けられてもよ い。 本発明は、モーターの製造時に磁石を装着するのに用いられる新しい方法もま た含む。この方法によれば、軸が回転する間、磁石と軸（又は軸に装着されたハ ブ）との間の液状の材料の薄い輪を硬化することによって磁石が装着される軸上 に磁石は、動的にバランスされる。材料は、例えば交差結合され、したがって軸 が回転している間に紫外線光に露出されることによって硬化する重合体樹脂でも よい。 本発明の他の特徴及び利点と共に前記のことは、下記の実施形態、請求項、及 び付随 する図面を参照したとき、さらに明白になる。 図面の簡単な説明 本発明をさらに完全に理解するために、付随する図面に示された下記の実施形 態の詳細な説明について参照が今なされる。 図１は、本発明の典型的なモーター／発電機を絵で表す。 図２は、図１の線２−２における拡大された断面を示す。 図３は、図２の線３−３における断面を示す。 図４は、磁石の極化を示したモーター／発電機の回転子の正面図を示す。 図５は、回転子の側面を示す。 図６は、回転子から生じる磁束をグラフで示す。 図７は、磁石の磁束対保磁度の磁束の曲線を示す。 図８は、モーター／発電機の磁石の磁束対保磁度を示した図９に似た曲線を示す 。 図９は、ハブに磁石を装着することによる回転子の組み立て方法を絵で示す。 図１０は、ハブに磁石を粘着させる材料を養生する方法を絵で示す。 図１１は、モーター／発電機の固定子を絵で示す。 図１２は、ワイヤー導線の複数の折り返しを有する固定子の巻き線の配置を示す 。 図１３は、固定子の巻き線の配置の概要を示す。 図１４は、１つの折り返しの長方形断面の導線を有する代替の固定子の巻き線の 配置を絵で示す。 図１５は、回転子の磁束を示す。 図１６は、薄板の１つの巻き線の１相に関する固定子の巻き線の配置の一部を 示す両面の折り曲げ可能なプリント回路材料の複数の薄板を有する他の代替の固 定子の巻き線の配置の一部の平面を示す。 図１７は、１つの薄板の両面を示した図１５に似た平面を示す。 図１８は、複数の薄板を示した図１７の線１８−１８に沿ってとられた断面を示 す。 図１９は、図１７の線１９−１９に沿ってとられた断面を示す。 図２０は、薄板の１つの１２相の巻き線に関する固定子の巻き線の配置の一部を 示した図１７に似た平面の一部を示す。 図２１は、モーター制御器のブロック図を示す。 図２２は、モーター信号のタイミング図を示す。 図２３は、第１の電圧でモーター／発電機を操作するために選択された配置に互 いに接続された固定子の概要図を示す。 図２４は、第２の電圧でモーター／発電機を操作するために選択された配置に互 いに接続された固定子の概要図を示す。 図２５は、第３の電圧でモーター／発電機を操作するために選択された配置に接 続された固定子の概要図を示す。 図２６は、車輪の内部に配置されたモーター／発電機を有する乗り物の正面の一 部、及び車輪の内部に据え付けるのに適当なモーター／発電機の代替の実施形態 の詳細な断面の一部を示す。 発明の実施の形態 図１−３に示されたように、モーター／発電機は、箱１０（取り除かれて示 された中央部）、互いに結合されて箱１０内に配置された複数の層又は固定子の 集合体１２、箱１０を通して軸方向に伸ばされた軸１６に接続された複数の回転 盤１４を有する回転子を含む。箱１０は、それぞれ複数の箱換気口２２を有する ２つの端部１８及び２０を含む。箱１０は、明確にするために示されていない、 図１−３に点線で表示された、端部１８と２０との間に少なくとも１つの除去可 能な中間部部品をもまた含む。端部１８及び２０と除去可能な中間部部品は、軽 い重量のプラスチックによってつくられることが好ましい。ボルト２４は、端部 １８からそれぞれの固定子集合体１２を通して、箱１０を通して軸方向に伸ばさ れ、端部２０のナット２６により固定される。箱２０の１つの端において、軸１ ６に接続された第１のベアリング溝３０と端部１８に接続された第２のベアリン グ溝との間に支えられたボールベアリング２８は、箱１０に関して軸１６の回転 を促進する。軸１６に接続された第１ベアリング溝３６と端部２０に接続された 第２のベアリング溝３８との間に支えられたボールベアリング３４を有する類似 したベアリング配置は、箱１０の他方の端における軸１６の回転を促進する。 １．モーター／発電機のモジュール化された構造 回転盤１４は、固定子集合体１２に差し込まれる。固定子集合体１２は、下記 に更に詳細に説明されるが、固定子集合体１２が互いに除去可能に接続可能であ ることに注目されなければならない。どの選択された数の固定子集合体１２を有 するモーター／発電機が組み立てられてもよい。言い換えると、モーター／発電 機は、選択された数の層を備えた固定子を有する。好ましくは、下記に述べる理 由のため、モーター／発電機は少 なくとも２つの固定子集合体１２及び３枚の回転盤１４を有する。それぞれの 固定子集合体１２を隣接した固定子集合体１２に電気的に接続するために除去可 能なピン４０がソケット４２に差し込まれる。電源線４４は、箱１０の中に伸ば され、２つの一番端の固定子集合体１２の１つの中のソケット４２に接続される プラグ４６を有する。図３は、端部２０に隣接する一番端の固定子集合体１２に 接続される電源線４４を示しているが、代わりに端部１８に隣接する一番端の固 定子集合体１２に接続されてもよい。図１及び３に示されたように、端部１８及 び２０の中の開口部又は孔４８及び５０のそれぞれは、プラグ４６を箱１０の中 に受け入れる。ホール効果センサーであることが好ましいセンサー５２が、端部 ２０に装着される。モーター／発電機の操作に関して下記に説明されるように、 センサー５２は、極の遷移を検出する為に一番端の回転盤１４に隣接される。 ２．回転子 図２及び図４に示されたように、それぞれの回転盤１４は、ハブ５６上に装着 された環状のセラミック磁石５４を含む。ハブ５６は、箱１０を通して冷却空気 を促す為に角度のついた羽根状の壁が付いたハブ換気口５８を有する。磁石５４ は、バリウムフェライト（ＢａＯ−６Ｆｅ₆−Ｏ₂）、ストロンチウムフェライト （ＳｒＯ−６Ｆｅ₆−Ｏ₂）、又は鉛フェライト（ＰｂＯ−６Ｆｅ₆−Ｏ₂）に方向 づけられたＭ−ＶからＭ−ＶＩＩＩのような適当な強磁性セラミック材料からつ くられてもよい。あるいは、磁石５４は、結合されたネオジム材料からつくられ てもよい。そのような材料は、希土類及び鉄磁石材料よりも更に軽いという付加 された利点を有する。強磁性セラミック材料及び 結合されたネオジム材料は、共に技術において知られ、商業上入手できる。図 ４に示されたように、各磁石５４は、磁石５４の周囲に均一の角度に分配された 複数の扇形５７を与えるために極化されている。図５に示されたように、それぞ れの扇形は磁石５４の厚さを通して極化される。したがって、それぞれの扇形は 、磁石５４の反対の面６０及び６２上で反対の極を有する。更に、面６０上の扇 形５７の極は、面６０上の隣接する扇形５７の極と交互に現れ、面６２上の扇形 ５７の極は、面６２上の隣接する扇形の極と交互に現れる。それぞれの回転盤１ ４は、隣接した磁石５４の反対の極に対して軸方向に整列された磁石５４の極と 共に軸１６に装着される（すなわち第１の回転磁石５４の面６２上の北極は、第 ２の隣接した回転磁石５４の面６０上の南極に対して軸方向に整列される）。し たがって、磁束は、そのように軸方向に整列された極の間に存在する。図３及び １５に示されたように、鉄のような適当な高透磁率の材料からつくられた環状の 盤または端板６４及び６６が、一番端の２つの回転盤１４の磁石５４の面６０に 装着される。端板６４及び６６は、端板６４又は６６に隣接する回転磁石５４の 隣接する極の間の磁束を含む。 図１５に示されたように、概念的に、磁束は、第１の２つの一番端の磁石５４ の扇形５７から隣接する磁石５４の軸方向に整列された扇形５７を通して、端板 ６４及び６６の１つが、磁束を角度の上で隣接する扇形５７へ向ける、第２の２ つの一番端の磁石５４に達するまで「流れる」。磁束は、隣接する磁石５４の整 列された扇形５７を通して、他方の端板６４及び６６が、磁束を角度の上で隣接 する扇形５７へ向ける、第１の一番端の磁石５４に再び達するまで軸方向に戻る 。２つの一番端の磁石５４以外の磁石５４は、ここにおいて便宜上、内部又は中 央磁石５４と称する。磁束はしたがって、磁石５ ４の整列された扇形５７を通して軸方向に前後に編まれた蛇の型に従う。 既に述べたように、モーター／発電機は、少なくとも１つの内部又は中央磁石 ５４と２つの外部又は一番端の磁石５４とを有さなければならない。それでも、 中央磁石５４の数が多くなるほど、合計の磁束密度のモーター／発電機の全体の 重量に対する比が大きくなり、対応して、モーター／発電機の重量に対する出力 の比が大きくなる。したがって、モーター／発電機は、少なくとも３又は４つの 中央磁石５４を有することが好ましく、典型的な約０．５ＨＰ／ｌｂ．の重量に 対する出力の比に対して約０．１から１．０馬力／ポンド（５ＨＰ／ｌｂ．）の 間の重量に対する出力の比を達成することができる。この数の中央磁石５４をも って、モーター／発電機は、典型的な９２及び９６パーセントの効率に対して８ ８パーセントから９９パーセントの間の効率を達成することができる。モーター ／発電機は、本質的にそれぞれの中央磁石５４内の全ての点又は磁区が合計の磁 束に寄与するので重量に対する高い磁束密度比が達成できる。概念的に、中央磁 石５４の面６０及び６２（図１５）の中ほどの磁区から生ずる磁束は、隣接する 固定子集合体１２と共に等しく当たる。従来の軸場モーターにおいては、それぞ れの磁石から生ずる磁束は、１つの固定子の巻き線だけに向けられた。したがっ て、従来の軸場モーターにおいては、巻き線に近い磁区は、巻き線より遠い磁区 より大きい磁束を与える。 磁石５４は、それらが回転子の中に組み込まれる前に、消磁化を最小限にする ために２つよりも多い極を有する。極の数が多いほど、隣接した極間の磁束線の 長さが最小限にされるので磁石５４の消磁化が低く経験される。空気の数千倍の 透磁率を有する例え ば鉄、鋼、アルニコ、及びサマリウム−コバルト材料のような高透磁率材料に おいて極の遷移を生み出すことが不可能でないが困難である一方、極の遷移は、 空気の透磁率のオーダーの透磁率を有する強磁性セラミック材料及び結合された ネオジム材料のような低透磁率材料にすぐ生じる。それでも空気の１００倍より も大きくない透磁率を有するいずれの材料も磁石５４に適する。図６に示された ように磁束密度（Ｂ）曲線６８は、磁石５４の極の間の中間点７０において急激 に遷移する。対照的に高透磁率磁石（示されていない）の磁束密度（Ｂ）曲線７ ２は、非常に徐々に遷移し、それによって強磁性セラミック材料の極よりも明確 でない極を定める。遷移領域「ｄ」は、極から生じる磁束が、軸方向に隣接した 磁石５４の軸方向に隣接した極に伝わるよりも同じ磁石５４上の横方向に隣接し た極に戻る領域として定義される。 磁石５４内の極の数及び回転軸１６（図１５参照）に沿った磁石５４の間の間 隔は、セラミック材料の磁化特性に応じて決定されることが好ましい。図７に示 されたように、ときどき「Ｂ−Ｈ曲線」７４と称される典型的な特性曲線は、磁 石５４の保磁度（Ｈ）に対する磁束密度（Ｂ）の曲線によって定義される。高透 磁率の磁石の類似したＢ−Ｈ典型曲線７６が、比較の為に示される。曲線７４及 び７６のそれぞれが、「ひざ」に接続された異なる傾斜の２つの比較的平らな部分 を含むことに注目しなければならない。 図８を参照にして図１５に示されたように、回転軸１６上の隣接した磁石５４ 間の間隔７７は、Ｂ−Ｈ曲線（７４）上の点においての磁束密度と保磁度との積 として定義されるエネルギー積７８を最大限にするために好ましく選択される（ エルステッドの単位で表現される保磁度によってかけられたガウスの単位で表現 される磁束密度は、ジュー ルの単位で表現されるエネルギーに等しい）。エネルギー積７８は、磁石５４ が、Ｂ−Ｈ曲線７４上の典型的な点８０において操作されるとき最大にされる。 磁石５４の消磁力又は保磁度（Ｈ）が、間隔７７に比例し、磁石５４の磁束密度 （Ｂ）がその厚さに比例するので、点８０において操作される磁石５４の間隔７ ７は、比較的平らなＢ軸の近くの曲線の部分におけるＢ−Ｈ曲線７４の傾斜によ って磁石５４の厚さを分けることによって計算できる。好ましい強磁性セラミッ ク材料にとって、強磁性セラミックのＢ−Ｈ曲線のこの部分の傾斜は、ほぼ１に 等しい。したがって、エネルギー積７８は、磁石５４が、その厚さと等しい距離 の間隔をおいて配置されたとき最大化される。 間隔７７は、磁石５４の隣接した極の間の遷移領域（ｄ）の幅との関係によっ ても説明される（図６参照）。前述したように、遷移領域において、遷移領域に おけるそれぞれの磁束の線の長さが、その点と隣接する磁石５４上の点との間の 軸方向の距離より短いので、極から生じる磁束は、同じ磁石５４上の隣接する極 に戻り、隣接する磁石５４の極に伝わらない。したがって、遷移領域にかかる磁 束線の長さは、本質的に間隔７７に等しい。同じ磁石５４の隣接する極に戻る磁 束線は、本質的に空気中において半円であるので、遷移領域にかかる磁束線の長 さは、遷移領域の幅の直径を有する円周の半分に等しい。したがって、遷移領域 の幅は、円周率（π）により割られた間隔７７の２倍である。 図８を参照にして図４に示されたように、扇形５７の数（又は、同値の、極の 数）は、磁石５４を回転子の中に組み込む前に、点８２によって示された、それ らのＢ−Ｈ曲線７４のちょうどひざにおいて磁石５４を操作するために好ましく 選択される。磁石５４ の消磁力又は保磁度（Ｈ）は、最も長い磁束の線の長さに比例し、磁石５４の 磁束密度（Ｂ）は、その厚さに比例するので、点８２において操作される磁石５ ４の最も長い磁束線８１の長さは、点８２に曲がり角をもつ箱の対角線８３の傾 斜を測定して、この傾斜によって磁石５４の厚さを割ることにより計算できる。 最長の磁束線８１は、扇形５７の外周における隣接する扇形５７の実質的に中央 の点の間に伸ばされる。同じ磁石５４の隣接する極に戻る磁束線は、本質的に空 気中において半円であるので、そのような中央の点の間の距離又は弦は、最長の 磁束線８１の長さを円周率（π）で割ったものの２倍に等しい（図４の平面図の ように頭から見た場合、最長の磁束線８１は、そのような弦と同一の広がりをも って見える）。３６０度に分けられたそのような弦に対する角度８５は、扇形５ ７の好ましい数に等しい。図８に示された典型的な磁石５４は、４５度の角度の それぞれに対して８つの扇形５７を有する。 組み立て前にひざにおいて磁石５４を操作することによって、磁石５４のそれ ぞれの極と隣接する磁石５４の軸方向に整列された極との間の磁束は、回転子が 組み立てられたとき最大限にされる。多い数の極は、磁石５４の角度的に隣接し た極の間の磁束密度を増加させ、対応して、軸方向に隣接する磁石５４の間の磁 束を減少させる。少ない数の極は、操作の点を、ひざを超えて、例えば点８４に 移動する。一度磁石の操作点が、その特性Ｂ−Ｈ曲線のひざを超えて移動される と、永久的にある程度消磁化され、その後低位のＢ−Ｈ曲線８６上で操作される 。 図９に示されたように、磁石５４をハブ５６に装着するために新しい方法が使 用されてもよい。同業者が、正しく認識するように、円環状のセラミック磁石は 、それらがつ くられる方法である鋳造及び炉で焼く方法の結果として典型的に正確に一様で はない。したがって、それらの重心は、典型的に正確にそれらの中心に位置され ていない。したがって、振動を最小限にし、モーター／発電機の操作における機 械の応力を最小限にするためにそれぞれの磁石５４のバランスを保つことが望ま しい。それによっても、セラミック材料は機械加工することが困難なので、材料 を磁石５４から取り除くことによって磁石５４のバランスを保つことは困難であ る。セラミックと重石との間の熱膨張が異なるので、重石を付ける又はその周囲 にしばりつけることによって磁石５４のバランスを保つことも困難である。新し い方法にしたがえば、ハブ５６は、モーター９０に接続された軸８８に除去可能 に装着される。歯の治療に商業的に入手可能なよく知られている交差結合可能な 重合体樹脂が、ハブ５６の外部リム９２か磁石５４の内部リム９４のどちらか一 方又は両方に加えられる。次に磁石５４は、ハブ５６上にはめ込まれる。モータ ー９０は、ゆっくりとその速度を増加する為に電源に電気的に接続される。樹脂 の比較的高い粘性が十分な摩擦又はそれらの間の粘着を生むのでハブ５６は、磁 石５４を回転する。樹脂が流れてハブ５６と磁石５４との間の空間内に樹脂を再 分配するので、回転は動的にハブ５６上の磁石５４のバランスを保つ。図１０に 示されたように、磁石５４が感知される振動なしになめらかに回転しているとき 、紫外線ランプ９６が樹脂を照明するために電源に電気的に接続される。技術的 によく知られているように、紫外線は重合分子を交差結合させることにより樹脂 を硬くさせる。樹脂が硬くなる間、磁石５４は、それがハブ５６と共に回転して いる状態のままなので、バランスされた状態のままである。樹脂が十分硬くなっ たとき、ランプ７６及びモーター７０は、電源と電気的に切断される。硬化した 樹脂９８の層によってハブ５６に粘着した磁石５４を備えた得 られた回転板１４は、軸６８から取り除かれる。 ３．固定子 上記に述べたように、モーター／発電機の固定子は複数の固定子集合体１２を 含む。図３，１１及び１２に最もよく示されるように固定子集合体１２の１つの 実施形態は、埋め込まれた、型に入れて作られた、又は適当な誘電体によってつ くられた実質的に環状の固定子箱１０４の中に同様に入れられた誘電体１０２の 周囲に巻き線１００を含む。図１及び２に関して上記に述べたように固定子集合 体１２は、物理的にそれらを相互に連結するために、それらを通してボルト２４ が延長される穴１０６を有する。上記に述ベたのと同様に、固定子集合体１２は 、除去可能なピン４０によって電気的に相互に連結されるソケット４２を有する 。固定子箱１０４は、モーター／発電機が図２に示されたように組み立てられた とき、それを通して軸１６が延長される中央孔１０８を有する。軸１６の直径は 、モーター／発電機を通して気流を促すために中央孔１０８の直径よりも小さい 。 図１３に示されたように、典型的なモーター／発電機は、示された相１（φ₁ ）、相２（φ₂）、相３（φ₃）、及び相４（φ₄）の４つの相を有する。ソケッ ト４２に各終端において電気的に接続される適当な寸法の誘電被覆銅又はアルミ ニウム磁石線のような１本の適当な導線１１０、１１２、１１４、及び１１６の それぞれを備えた導線相集合体によって各相は、定められる。例えば、導線１１ ０は、相１正（φ₁＋）で示されたソケット４２及び相１負（φ₁−）で示された ソケット４２の間に接続される。 ４相を有するモーター／発電機が示されたが、相の数は、磁石５４の極の間の 遷移の領域の長さに応じて好ましく選択される。図６を簡単に参照して、モータ ー／発電機は、扇形５７の外形の長さ（Ｌ）を遷移の領域の長さ（ｄ）によって 割ったものに等しい相の数を有することが好ましい。 相の数は、基本的には、扇形５７内に合わせられた遷移の領域の数である。図６ に関して前述したように、磁石５４が、極の間の遷移領域の長さ（ｄ）の２倍の 好ましい距離の間隔で配置されると、好ましい相の数は、「２Πｒ」が磁石５４ の円周で、「Ｎ」が扇形５７の数となる数である。 それぞれの導線相集合体は、型１０２の周囲に分配された８つの巻き線１００ を含む。ここで定義するように、「巻き線」は、モーター／発電機が操作されて いるとき、磁束線を横切る又は切断する方向に向けられた又は引き伸ばされた一 部を少なくとも有する導線を広く示す。図１３は、導線相集合体の縁部から、導 線相集合体の内部に向かって伸ばされた、そのような引き伸ばされた導線部１１ ８、そして導線相集合体の内部から縁部へ戻る、他のそのような引き伸ばされた 導線部１１９を有する巻き線１００を示す。それでも、それぞれの巻き線１００ は、少なくとも２つの折り返しを備えることが好ましい。ここで用いられたよう に、「折り返し」は、導線相集合体の縁部から内部 へ向かって、そして内部から縁部へ戻るように延長された導線の一部として定 義される。同業者が理解するように、折り返しの数は、選択された電圧及び電流 操作パラメーターによる。しかしながら、明確にする為に、導線１１０の各巻き 線１００の２つの折り返しが、図１２に示される。 型１０２は、３２の扇形又はくさび状の仕切り１２０を有する。４つの隣接す る仕切り１２０のそれぞれのグループは、磁石５４の扇形５７の寸法に対応する （図４）。それぞれの巻き線１００の折り返しは、そのような４つの隣接する仕 切り１２０のグループの周囲に巻かれ、等しい数の折り返しが、４つの隣接する 仕切り１２０の隣接するグループの周囲に巻かれる。この方法で、導線は、それ ぞれの８グループの４つの仕切り１２０の周囲に巻かれる。各導線１１０、１１ ２、１１４、及び１１６は、この方法で巻かれる。導線１１０の巻き線は、１つ の仕切り１２０によって導線１１２の巻き線から分けられる。導線１１２の巻き 線は、１つの仕切り１２０によって導線１１４の巻き線から分けられる。そして 導線１１４の巻き線は、１つの仕切り１２０によって導線１１６の巻き線から分 けられる。完成された巻き線の４つの相は、スポーク状に配置された、それぞれ が線の束又は群を構成する合計３２の引き伸ばされた導線部１１８及び１１９が 付いた型１０２の表面上に、一般的に平らな又は輪状の構造を示す。 他の実施形態として図１４に示されたように、それぞれの４つの誘電被覆導線 １２２、１２４、１２６及び１２８、示された相１−４の各々は、長方形の断面 を有する。したがって、それぞれの導線１２２，１２４，１２６、及び１２８の 断面は、幅及び厚さを有する。この実施形態及び前述した実施形態の両方におい て、巻き線は、図１３に概要 的に示された方法で電気的に接続されるが、この実施形態において、巻き線も また、図１３に示されたのと似た方法で物理的に配置される。言い換えれば、そ れぞれの導線１２２，１２４，１２６、及び１２８は、それぞれがちょうど１つ の折り返しを有し、それぞれが４つの導線の幅によって隣接する巻き線から分け られる８つの巻き線を有する。導線１２２の巻き線は１つの導線幅によって導線 １２４の巻き線から分けられる。導線１２４の巻き線は１つの導線幅によって導 線１２６の巻き線から分けられる。導線１２６の巻き線は１つの導線幅によって 導線１２８の巻き線から分けられる。配置は、この様に前述した実施形態の配置 に類似している。巻き線の４つの相は、スポーク状に配置された、合計３２の引 き伸ばされた導線部が付いた、一般的に平らな又は輪状の構造を示す。 導線１２２，１２４，１２６，及び１２８の引き伸ばされた部分は、すなわち それらの幅が放射状に内側の方向へ減少する先細状又はくさび状であり、それに よって、スポーク状の配置にそれらを互いに密接に詰めることを可能にする。導 線１２２，１２４，１２６，及び１２８は、金属鋳造又は示された曲がりくねっ た形に形作られることが好ましいが、長方形の又は正方形の先細の金属線を、示 された曲がりくねった形に曲げてもよい。導線１２２，１２４，１２６，及び１ ２８を互いに密接に詰めることは、磁束を通過する導電材料の量を最大化する。 モーター／発電機の巻き線内の、この導電材料の量の全体の導電材料の量に対す る比は、通常「充填率」として知られている。図１４に示された固定子の充填率 は、８０パーセントより大きい。導線１２２，１２４，１２６，及び１２８の長 さが、図１２に関して説明された実施形態の導線１１０、１１２、１１４、及び １１６の長さよりも小さくても、充填率は、この実施形態の方がより大き い。更に、導線１２２，１２４，１２６，及び１２８のくさび状の引き伸ばさ れた部分の断面積が変化しても、平均断面積が電流容量を決定する。したがって 、導線１２２，１２４，１２６，及び１２８の最小幅は、直接それらの電流容量 を制限しない。 他の代わりとなる固定子の実施形態としては、それぞれの固定子集合体が、複 数の層又は薄板を備え、それぞれが導線パターン及び以下に述べる層間の電気的 相互接続を形成するよう適切にエッチングされたプリント回路材料により形成さ れることが好ましい。プリント回路材料及びエッチング工程は、電子工業におい て通常プリント回路基板又はフレキシブルプリント回路の製造に使用される技術 的に知られた、どのような材料及び工程でもよい。薄板又は層は、互いに結合又 は互いに付着させられる。得られる複層のプリント回路固定子集合体は、他の実 施形態に関して前述した固定子集合体１２と同じ方法で機能する。それに関して 、この代替の固定子集合体は、どの適切な数の相、及びどの適切な相に対する巻 き線の数を有してもよい。代替の固定子集合体は、約０．１インチの厚さを有し てもよい。それによって、小さいモーター／発電機の組み立てを容易にする。そ れでも、小さいモーターのための典型的な代替固定子集合体は、約０．２５イン チの厚さを有してもよい。大きいモーターは、約２インチの厚さを有する代替の 固定子集合体を用いて組み立てられてもよい。 図１６に示されたように、代替の固定子集合体のそれぞれの層又は薄板は、適 切な誘電体材料によってつくられた基板１２９及びエッチング又は他の製造工程 の後で残る金属からつくられた複数のアーム１３１を備える。アーム１３１間の 省略記号（・・・）は、下記に述べるように、しかし明快にするために図１６に 示されていない追加のアー ム１３１が含まれることを示す。好ましいプリント回路材料は、基板１２９が 、薄い層の銅が結合される薄いシート状のプラスチックである、通常「ｆｌｅｘ ＰＣ」と呼ばれる折り曲げ可能なプラスチック材料である。基板１２９は、好 ましくは約０．０１０インチ（１０ミル）より薄い厚さであり、アーム１３１は 、好ましくは０．００５インチ（５ミル）よりも薄い厚さである。４ミルの銅層 を有するプリント回路材料が使用されている。アーム１３１のパターンは、プリ ント回路基板製造工業においてよく知られているフォトリソグラフィー法を用い て形成される。それぞれのアーム１３１は、基板１２９に垂直な軸１３３に関し て実質的に放射状の方向に向けられる。それぞれのアーム１３１は、放射方向に 向けられた引き伸ばされた導体部１３５を有するので、モーター／発電気が組み 立てられたときに、それが磁束の線を貫いて動くときに電流が誘導される。 図１７及び１８に示されたように、それぞれの層及び薄板は、両面プリント回 路基板として通常知られているものに関係する方法で、アームを両側に有するこ とが好ましい。図１７において、第１の面のアーム１３１が、実線で示され、第 ２の面のアーム１３７が、破線で示される。アーム１３１及び１３７は、本質的 に同一であり、寸法及び位置について互いに鏡のように映す。それぞれのアーム １３１の端は、両面間スルーホール１３９を通してアーム１３７の端に電気的に 接続される。それぞれの両面間スルーホール１３９は、導電路を与える為に、複 層プリント回路基板の製造においてよく知られている方法によってその内側にめ っきされる。 第１のスルーホール端子１４１は、１つのアーム１３１の１つの端に配置され 、第２ のスルーホール端子１４３は、他のアーム１３１の１つの端に配置される。ス ルーホール端子１４１及び１４３は、両面間スルーホール１３９と類似した、め っきされたスルーホールであるが、それらは、アーム１３１をアーム１３７に接 続しない。それよりも、スルーホール端子１４１及び１４３は、電気回路の端子 を形成する。この電気回路は、導線相集合体又は少なくともその一部である。図 １７において一部が矢１４５で示された回路の導電路は、端子１４１から始まり 、薄板の第１の側のアーム１３１の１つに沿って行き、両面間スルーホール１３ ９の１つを通して面を変え、薄板の第２の面のアーム１３７の１つに沿って続く ことに注目しなければならない。矢１４５によって示された導電路の一部は、巻 き線を定める（図１４に関して前述した実施形態と似た方法で巻き線は、導線の １つの折り返しのみを有する）。次に回路は、再び他の両面間スルーホール１３ ９を通して面を変え、他のアーム１３１を通して続くことにより第２の巻き線に 沿って行く。図１７に示した回路は、したがって６つのそのような巻き線を薄板 のそれぞれの面において含む。 図１７に示すように導線相集合体が、１枚の薄板の巻き線のみから構成されて も、導線相集合体は、並列に電気的に接続された複数の薄板の巻き線を好ましく 含む。図１８に示されたように、固定子集合体を形成する為に薄板は互いに結合 される。薄板の間のプラスチックシート１４７は、加熱及び加圧されたとき薄板 を互いに結合し、隣接する薄板のアーム１３１から１つの薄板のアーム１３７を 電気的に絶縁する。図１９に示したように、全ての薄板のスルーホール端子１４ １は、互いに電気的に接続され、全ての薄板のスルーホール端子１４３は、互い に電気的に接続され、それによって導線相集合体を形成するために並列に巻き線 を電気的に接続する。 図２０に示したように、固定子集合体は、複数の導線相集合体を含むことが好 ましい。図２０に示された実施形態は、１２の導線相集合体を含み、それによっ て１２相の固定子集合体を与える。１２相の固定子集合体において、アーム１３ １及び１３７は、２．５度の角度間隔で配置される。明確にする為に、「φ₁＋ 」及び「φ₁−」で示された相１の端子の組及び「φ₂＋」及び「φ₂−」で示さ れた相２の端子の組で示された固定子集合体の一部だけが図２０に示される。そ れでも完成された固定子集合体は、相１−１２の１２組の端子を有する。それら を電気的に絶縁するために、明快にするために隣接するアーム１３１及び１３７ の間の境界線によって表された、図２０のように示されていない小さい間隔によ って、アーム１３１が互いに分離され、アーム１３７が互いに分離される。 図１２、１４、及び１６−２０に示された実施形態から見ると、同業者は、他 の実施形態において、導線がどのような適切な寸法、形状、及び巻き線の数及び 折り返しを有してもよいことを理解できる。例えば、図１４に示されたものに似 た実施形態において、それぞれの巻き線は、くさび状に引き伸ばされた部分を有 する長方形のワイヤーの２つの折り返しを有していてもよい。導線は、例えば薄 いプリントされた回路のトレースから厚い金属の鋳物に至るまでの色々な実施形 態に及ぶ。 ４．モーター／発電機の制御 図２１に示したように、モーター／発電機は、本質的に従来の設計のブラシな しモー ター制御器１３０を接続することによってモーターとして構成されてもよい。 ブラシなしモーター制御器１３０は、センサー５２（図３）から極感知信号１３ ２を受け取り、信号１３４（φ₁−）、１３６（φ₁＋）、１３８（φ₂−）、１ ４０（φ₂＋）、１４２（φ₃−）、１４４（φ₃＋）、１４６（φ₄−）及び１４ ８（φ₄＋）を発生する。図２に関して前述したように、信号１３４、１３６、 １３８、１４０、１４２、１４４、１４６及び１４８は、電気線４４とつながれ る。 図２２のタイミング図に示されたように、信号１３４と１３６との間の差の電 圧は、連続する相１パルス１５０を定める。信号１３８と１４０との間の差の電 圧は、連続する相２パルス１５２を定める。信号１４２と１４４との間の差の電 圧は、連続する相３パルス１５４を定める。そして、信号１４６と１４８との間 の差の電圧は、連続する相４パルス１５６を定める。ブラシなしモーター制御器 １３０は、適切なモーターのトルクを与える為に、パルス１５０，１５２，１５ ４、及び１５６の幅を選択してもよい。ブラシなしモーター制御器１３０は、パ ルス１５０、１５２、１５４、及び１５６の１つを連続して発生する。ブラシな しモーター制御器１３０は、磁石５４が１つの極を回転したことを示す極感知信 号１３２を受け取るまでこの一連を繰り返す。その時点で、ブラシなしモーター 制御器１３０は、パルス１５０、１５２、１５４、及び１５６の電圧を反転し、 同じ順番でそれらの発生を続ける。 ５．電圧の選択 モーター／発電機のモジュール化された構造は、操作電圧の選択を容易にする 。操作 電圧は、各相における合計の導線の長さに比例する。したがって、操作電圧は 、各相における合計の導線の長さを合わせることによって選択する。それぞれの 固定子集合体１２は、それぞれが４つの相の１つを定める導線１１０、１１２、 １１４、及び１１６を有する（例えば図１３参照）。例えばそれぞれの固定子集 合体１２の導線１１０を他の全ての各固定子集合体１２の導線１１０に並列に接 続することによって、相１の合計の導線の長さは最小限にされる。反対に、例え ばそれぞれの固定子集合体１２の導線１１０を他の全ての各固定子集合体１２の 導線１１０に直列に接続することによって、相１の合計の導線の長さは最大限に される。モジュール構造は、隣接する固定子集合体の導線の直列又は並列に選択 可能な接続を容易にする。 図１に示したように、それぞれの固定子集合体１２は、選択されるかもしれな い電圧の１つをそれぞれ示す粘着ラベルのような印１５８、１６０、及び１６２ を有する。操作電圧は、ある電圧を示す印が整列された角度の方向にそれぞれの 固定子集合体１２を接続することによって選択されることができる。印１５８は 、１２０ボルトを示す為に「１２０」とラベルがつけられ、印１６０は、２４０ ボルトを示す為に「２４０」とラベルがつけられ、印１６２は、４８０ボルトを 示す為に「４８０」とラベルがつけられる。図１に示された固定子集合体１２の 典型的な相対的な角度の方向において、印１５８は、１２０ボルトの操作電圧を 選択するため整列される。操作電圧を変える為には、１つ又は１つより多くの固 定子集合体１２を切り離し、固定子集合体１２を再編成された印１５８へ回転す るだけでよいので、それらは、異なった操作電圧を示すよう整列される。 図２３に概要的に示されたように、固定子集合体１２は、１２０ボルトのよう な第１の操作電圧を選択する為に相互に接続される。破線は、電気的接続を示す 。相１について、それぞれの固定子集合体１２の導線１１０のそれぞれの端が、 除去可能なピン４０によって他の固定子集合体１２の導線１１０の対応する端に 接続される。したがって、全ての導線１１０は並列に接続される。同様に、相２ についてそれぞれの固定子集合体１２の導線１１２のそれぞれの端が、除去可能 なピン４０によって他の固定子集合体１２の導線１１２の対応する端に接続され る。したがって、全ての導線１１２は並列に接続される。全ての導線１１４及び １１６は同様に並列に接続される。最も端の固定子集合体１２の１つにおけるピ ン４０は、電源線４４（図１）に接続されてもよい。全ての印１５８が整列され 、印１６０及び印１６２が整列されてないことに注目しなければならない。 図２４に概要的に示されたように、固定子集合体１２は、４８０ボルトのよう な第２の操作電圧を選択する為に相互に接続される。図２４のように破線は、電 気的接続を示す。相１について、２つの最も端の固定子集合体１２を除いて、そ れぞれの固定子集合体１２の導線１１０の第１の端が、除去可能なピン４０によ って他の固定子集合体１２の導線１１０の第２の端に接続される。したがって、 全ての導線１１０は直列に接続される。同様に、相２について、２つの最も端の 固定子集合体１２を除いて、それぞれの固定子集合体１２の導線１１２の第１の 端が、除去可能なピン４０によって他の固定子集合体１２の導線１１２の第２の 端に接続される。したがって、全ての導線１１２は直列に接続される。全ての導 線１１４及び１１６は同様に直列に接続される。最も端の固定子集合体１２のピ ン４０は、電源線４４（図１）に接続されてもよい。全ての印１６ ２が整列され、印１５８及び印１６０が整列されてないことに注目しなければ ならない。 図２５に概要的に示されたように、固定子集合体１２は、２４０ボルトのよう な第３の操作電圧を選択する為に相互に接続される。図２３及び２４と同様に、 破線は、電気的接続を示す。相１について、２つの最も端の固定子集合体１２を 除いて、２つの隣接する固定子集合体１２の導線１１０の対応する第１及び第２ の端が、除去可能なピン４０によって互いに接続される。固定子集合体１２の１ つの導線１１０の第１の端が、除去可能なピン４０によって第３の固定子集合体 １２の導線１１０の第２の端に接続される。第３の固定子集合体１２の導線１１ ０の対応する第１及び第２の端及び隣接する第４の固定子集合体１２が、除去可 能なピン４０によって互いに接続される。したがって、２つの導線１１０のグル ープが並列に接続され、グループ全体は直列に接続される。同様に相２について 、２つの最も端の固定子集合体１２を除いて、２つの隣接する固定子集合体１２ の導線１１２の対応する第１及び第２の端が、除去可能なピン４０によって互い に接続される。固定子集合体１２の１つの導線１１２の第１の端が、除去可能な ピン４０によって第３の固定子集合体１２の導線１１２の第２の端に接続される 。第３の固定子集合体１２の導線１１２の対応する第１及び第２の端及び隣接す る第４の固定子集合体１２が、除去可能なピン４０によって互いに接続される。 したがって、２つの導線１１２のグループが並列に接続され、グループ全体は直 列に接続される。同様に、全ての導線１１４及び１１６は、２つの並列に接続さ れたグループに直列に接続される。最も端の固定子集合体１２のピン４０は、電 源線４４（図１）に接続されてもよい。ここで全ての印１６０が整列され、印１ ５８及び印１６２が整列されてないことに注目し なければならない。 同業者が認識するように、３つより多くの選択電圧を与えるために、導線は直 列及び並列のグループの色々な組合わせで相互に接続されてもよい。更に、示さ れた組の電圧は、ここで教示する為の典型的な例のみであり、同業者はすぐに他 の電圧において操作可能なモーター／発電機を組み立てることができる。 ６． 結論 モーター／発電機は、磁場を含む為に金属の箱を必要としないのでモジュラー 構造及び重量に対する高い出力比を有する。磁場は蛇状の形状を有し、磁石５４ 自身及び２つの比較的小さい端板６４及び６６によって回転子構造の中に含まれ る。 磁石５４は、回転子の組み立て前の消磁化を最小限にするため複数の扇形５７ に極化される。したがって、磁石５４は、組み立て前に磁石化され、製造業者に よって倉庫の中に保存されてもよい。磁化を維持する為に管理者は必要とされな い。同様に、回転子は磁石５４を実質的に消磁化せずに異なった操作電圧を選択 する為にモーター／発電機から取り除かれてもよい。 モジュラー構造は、電圧選択を容易にする。電圧を選択する為に、他の固定子 集合体１２に関してそれぞれの固定子集合体１２の方向が選択され、次に除去可 能なピン４０によって他の固定子集合体１２に接続されてもよい。固定子集合体 １２上の印１５８、 １６０及び１６２は、方向を選択するのに使用者を補助してもよい。 モーター／発電機は、どの適切な型の装置、機械、又は乗り物の動力に使用さ れてもよい。例えば冷蔵庫及び洗濯機のような家庭用器具に使用されてもよい。 自動車、列車、及びボートのような乗り物の動力に使用されてもよい。乗り物の 中の発電機としての、１つのそのような使用法が図２６に示される。図２５に示 された実施形態において、モーター／発電機は、自動車１６８のゴムタイヤ１６ ６のような牽引装置のためのハブとして機能する箱１６４の中に装着される。軸 １７０は、固定して、すなわち非回転に乗り物１６８の車体に接続される。他の 実施形態に関して上記に述べたのと実質的に同様の構造の回転盤１７２は、箱１ ６４に固定して接続され、したがってタイヤ１６６と共に回転する。固定子集合 体１７４は、軸１７０に固定して接続されるか、そうでなければ、他の実施形態 に関して上記に述べたのと同様に組み立てられる。操作においては、地面に対し て軸が静止した状態のままである間、回転盤１７２の回転が、乗り物を推進する 。 明らかに、これらの教示から見ると同業者にとって他の実施形態及び本発明の 変形は、すぐに起こる。したがって、この発明は、上記の特徴及び付随する図面 と関連して見たときの全てのそのような他の実施形態及び変形を含む下記の請求 項によってのみ限定される。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０２Ｋ 15/03 Ｈ０２Ｋ 15/03 Ａ 16/00 16/00 21/24 21/24 Ｇ 29/00 29/00 Ｚ (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，Ｌ Ｕ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ， ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，Ｓ Ｄ，ＳＺ，ＵＧ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ， ＣＨ，ＣＮ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，Ｆ Ｉ，ＧＢ，ＧＥ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ， ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，Ｍ Ｘ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ， ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ (72)発明者 ユバル・シェンカル アメリカ合衆国 カリフォルニア州 92007，カーディフ，モンゴメリー・アベ ニュー 2235 【要約の続き】 伸ばされるピンのような電気的接触が隣接する固定子集 合体の導線を除去可能に接続してもよい。軸が回転して いる間に、樹脂を重合させるために紫外線光を使用して 磁石と軸との間の交差結合した樹脂の薄い輪を硬化する ことによって磁石が軸上に動的にバランスされてもよ い。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １． 軸線及び前記軸線に沿って間隔をおいて配置された複数の層を有し、それ ぞれの層が、前記軸線に関して一般的に放射方向に向けられた引き伸ばされた導 線部を有する巻き線をもつ導線相集合体を含む固定子と、 前記固定子と同軸の軸線を有する回転子であって、 回転可能に前記固定子につながれた軸と、 透磁率、軸線、第１及び第２の面及び複数の扇形の極、厚さを定める前記面の 間の軸方向の距離を有し、前記第１の面のそれぞれの極が前記第１の面の横方向 に隣接した極と反対の極性であり、前記第２の面の軸方向に隣接した極と反対の 極性である、前記軸と同軸につながれた２つの環状の外部磁石と、 それぞれが透磁率、軸線、第１及び第２の面及び複数の扇形の極、厚さを定め る前記面の間の軸方向の距離を有し、前記第１の面のそれぞれの極が前記第１の 面の横方向に隣接した極と反対の極性であり、前記第２の面の軸方向に隣接した 極と反対の極性である、前記外部磁石の間に前記軸と同軸につながれた少なくと も１つの環状の中央磁石とを備え、 それぞれの磁石のそれぞれの扇形の前記第１及び第２の面の１つが、反対の極 性を有する隣接した磁石の極に対して固定して整列された極を有する前記回転子 と、 それぞれが前記外部磁石の前記透磁率より大きい透磁率を有し、外部磁石の前 記第１及び第２の面の１つに隣接して配置された２つの端キャップと を備えたモーター／発電機。 ２． それぞれの前記導線相集合体が、前記固定子の前記軸線の周囲に角度をも って分配された複数の平らな巻き線を備えた請求項１に記載されたモーター／発 電機。 ３． それぞれの巻き線が、ちょうど２つの前記引き伸ばされた導線部を有する 請求項２に記載されたモーター／発電機。 ４． 外部及び中央磁石のそれぞれの前記透磁率が、空気の透磁率の１００倍に すぎない請求項１に記載されたモーター／発電機。 ５． それぞれの磁石が、強磁性セラミック材料からつくられた請求項１に記載 されたモーター／発電機。 ６． 前記磁石の厚さが実質的に等しく、それぞれの磁石が隣接する磁石から前 記厚さにほぼ等しい隙間の間隔によって軸方向に間隔をおいて配置された請求項 １に記載されたモーター／発電機。 ７． 磁束線が軸方向に隣接する磁石の極の間の長さを有し、 磁石の横方向に隣接する極上の対応する中央の点の間の距離が、円周率で割ら れた前記磁束線の最長の長さの１つの２倍にほぼ等しい請求項６に記載されたモ ーター／発電機。 ８． それぞれの前記磁石が周囲をもつ開口部を有し、それぞれの前記扇形が 前記開口部の前記周囲の一部に沿って内部の長さを有し、 それぞれの前記磁石が横方向に隣接する扇形の極の間に遷移領域を有し、前記 遷移領域が遷移幅を有し、前記固定子のそれぞれの層が、前記遷移幅で割られて 扇形の数を掛けられた前記内部の長さに本質的に等しい多くの前記導線層集合体 を含む請求項１に記載されたモーター／発電機。 ９． それぞれの導線相集合体の前記引き伸ばされた導線部が先細の断面領域を 有する請求項１に記載されたモーター／発電機。 １０． ８０パーセントより大きい充填率を有する請求項９に記載されたモータ ー／発電機。 １１． それぞれの前記引き伸ばされた導線部が長方形の断面形状を有する請求 項９に記載されたモーター／発電機。 １２． それぞれの引き伸ばされた導線部が円形の断面形状を有する請求項１に 記載されたモーター／発電機。 １３． 前記固定子のそれぞれの前記層が、各々が平面の基板を有する複数の薄 板を備え、前記巻き線が前記基板に結合される金属の層を備えた請求項１に記載 されたモーター／発電機。 １４． 前記基板が約０．０２５インチより薄い厚さを有するシート状のプラス チックからつくられた請求項１３に記載されたモーター／発電機。 １５． 前記巻き線が約０．００５インチより薄い厚さを有する金属の層を備え た請求項１４に記載されたモーター／発電機。 １６． 前記固定子のそれぞれの前記層が前記導線層集合体を中に含んで有する 箱を備えた請求項１に記載されたモーター／発電機。 １７． それぞれの前記箱が隣接する箱に除去可能に接続可能である請求項１６ に記載されたモーター／発電機。 １８． 隣接する箱の間に伸びて、前記隣接する箱の前記導線層集合体を電気的 に接続するピンを更に備えた請求項１７に記載されたモーター／発電機。 １９． ８８パーセント及び９９パーセントの間の効率で操作される請求項１に 記載されたモーター／発電機。 ２０． それぞれの磁石が強磁性セラミック材料からつくられた請求項１９に記 載されたモーター／発電機。 ２１． 約０．１から１．０ＨＰ／ｌｂの重量に対する出力の比を有する請求 項１に記載されたモーター／発電機。 ２２． それぞれの磁石が強磁性セラミック材料からつくられた請求項２１に記 載されたモーター／発電機。 ２３． 軸線及び導線相集合体を有し、前記導線相集合体が、前記軸線に関して 一般に放射方向に向けられた引き伸ばされた導線部を有する巻き線を含み、前記 引き伸ばされた導線部が先細の断面領域を有する固定子と、 軸線を有する回転子であって、 前記固定子に回転可能につながれた軸及び前記軸に同軸につながれた環状磁石 を備え、前記磁石が複数の扇形の極を有する前記回転子と を備えたモーター／発電機。 ２４． 前記固定子が８０パーセントより大きい充填率を有する請求項２３に記 載されたモーター／発電機。 ２５． 軸線及び前記軸線に沿って間隔をおいて配置された複数の層を有する固 定子と、前記固定子と同軸の軸線を有する回転子であって、 前記固定子に回転可能につながれ、複数の角度の位置に前記回転子の周囲に分 配された複数の磁場を有する軸を備え、それぞれの場が少なくとも前記層の１つ を横断して軸線方向に伸びる前記回転子と を備えた請求項１に記載されたモーター／発電機。 ２６． それぞれの磁場が扇形の断面を有する軸方向の領域の中に本質的に閉じ 込められた請求項２５に記載されたモーター／発電機。 ２７． それぞれの層が複数の導線相集合体を備えた請求項２６に記載されたモ ーター／発電機。 ２８． それぞれの層が複数の平たい巻き線を備えた請求項２６に記載されたモ ーター／発電機。 ２９． 軸線と前記軸線に沿って軸方向に間隔をおいて配置された複数の層を有 し、それぞれの層が前記軸線の周囲に角度をもって分配された複数の平たい巻き 線を有する導線相集合体を含み、それぞれの巻き線が前記軸線に関して一般的に 放射方向に向けられた引き伸ばされた導線部を有する固定子を与えるステップと 、 軸線を有する回転子であって、前記固定子に回転可能につながれた軸を備える 回転子を与えるステップと、 それぞれの磁場が、それぞれの層におけるそれぞれの導線相集合体の前記引き 伸ばされた導線部のちょうど１つを横断して軸方向に伸びる、複数の角度の位置 に前記回転子の周囲に分配された複数の磁場を発生するステップと を備えるモーター／発電機をつくる方法。 ３０． 前記磁場を発生するステップが、扇形断面を有する前記回転子の軸方 向の領域の中に本質的に閉じ込められた磁場を発生するステップを備える請求項 ２９に記載された方法。 ３１． 前記固定子を与えるステップが、それぞれの巻き線がちょうど２つの引 き伸ばされた導線部を有する固定子を与えるステップを備える請求項２９に記載 された方法。 ３２． 前記固定子を与えるステップが、前記固定子のそれぞれの層が複数の導 線相集合体を含む固定子を与えるステップを備える請求項２９に記載された方法 。 ３３． それぞれが導線相集合体を含み、軸線に沿って隣接する前記環状の箱の １つに除去可能に接続可能であり、前記導線相集合体が、前記軸線に関して一般 的に放射方向に向けられた引き伸ばされた導線部を有する巻き線を含む複数の環 状の箱と、 箱の導線相集合体を隣接する箱の導線相集合体に電気的に接続するピンと を備えたモーター／発電機の固定子。 ３４． それぞれの環状の箱が複数の導線相集合体を含み、 複数の前記ピンが前記軸線に関して等しい角度間隔で配置された請求項３３に 記載された固定子。 ３５． 平面の基板と、 前記基板に結合され、導線相集合体を定める金属の層とを備え、 前記導線相集合体が前記平面の基板に対して垂直な軸の周囲に角度をもって 分配された複数の巻き線を含み、それぞれの巻き線が前記軸線に関して一般的に 放射方向に向けられた引き伸ばされた導線部を有するモーター／発電機の固定子 。 ３６． 前記平面の基板及び前記基板に結合された前記金属の層が薄板を定め、 前記固定子が前記軸線に沿って互いにはり付けられた複数の前記薄板を有する 請求項３５に記載された固定子。 ３７． 前記複数の薄板の薄板の中のそれぞれの前記巻き線が前記複数の薄板の 他の全ての薄板の中の対応する巻き線に対して整列され、前記対応する巻き線に 電気的に接続された請求項３６に記載された固定子。 ３８． それぞれの巻き線が隣接する薄板の中の前記導線相集合体に電気的に接 続された請求項３７に記載された固定子。 ３９． それぞれの巻き線が、前記巻き線を隣接する薄板の中の対応する巻き線 に電気的に接続する金属の壁を有する開口部を、有する請求項３８に記載された 固定子。 ４０． 前記薄板が互いに結合された請求項３６に記載された固定子。 ４１． それぞれの薄板が２つの面を有し、それぞれの前記面に結合された金属 の層を有する請求項３６に記載された固定子。 ４２． 前記薄板の間に絶縁材料を更に備えた請求項４１に記載された固定子。 ４３． 前記平面の基板が１０ミルより薄い厚さを有するシート状のプラスチッ クからつくられた請求項３６に記載された固定子。 ４４． 前記金属の層が約５ミルより薄い厚さを有する請求項４３に記載された 固定子。 ４５． 軸線に沿って互いに結合された複数の薄板であって、 それぞれが前記軸線に対して垂直な平面の基板を有し、第１の金属の層が前記 基板の第１の面に結合され、第２の金属の層が前記基板の第２の面に結合され、 前記金属の層が導線相集合体を定め、前記導線相集合体が前記軸線の周囲に角度 をもって分配された複数の巻き線を含み、それぞれの巻き線が前記軸線に関して 一般的に放射方向に向けられた引き伸ばされた導線部を有する前記複数の薄板を 備え、 薄板の中のそれぞれの巻き線が他の全ての薄板の中の対応する巻き線に対して 軸方向に整列され、隣接する薄板の前記導線相集合体に電気的に接続されたモー ター／発電機の固定子。 ４６． 前記第１の金属の層が、互いに接続されない複数の実質的に放射状のア ームを有し、前記第２の金属の層が、互いに接続されない複数の実質的に放射状 のアームを有し、 前記第１の金属の層のそれぞれの放射状のアームが、前記第２の金属の層の対 応する 接続領域に対して軸方向に整列され、前記第１の金属の層の放射状のアームを 前記第２の金属の層の放射状のアームに電気的に接続する接続領域を有し、 それぞれの巻き線が、前記第１の金属の層の放射状のアーム及び電気的に接続 された前記第２の金属の層の放射状のアームを備え、電気的に接続されて軸方向 に整列された全ての前記薄板の放射状のアームが、共に前記導線相集合体の前記 引き伸ばされた導線部を定める請求項４５に記載された固定子。 ４７． それぞれの放射状のアームが、前記第１の金属の層の放射状のアームを 前記第２の金属の層の放射状のアームに電気的に接続する金属の内部壁を有する 開口部を、有する請求項４６に記載された固定子。 ４８． それぞれの薄板の放射状のアームの前記金属の内部壁が隣接する薄板の 放射状のアームの金属の内部壁に電気的に接続された請求項４７に記載された固 定子。 ４９． 基板及び導線相集合体を形成する為に前記基板に結合された金属の層を 有するプリント回路材料のシートをエッチングするステップを備え、 前記導線相集合体が、前記平面の基板に対して垂直な軸の周囲に角度をもって 分配された複数の巻き線を含み、それぞれの巻き線が、前記軸線に関して一般的 に放射方向に向けられた引き伸ばされた導線部を有するモーター／発電機の固定 子の製造方法。 ５０． 前記プリント回路材料が２つの面を有し、１つの面が前記基板に結合さ れた第１の金属の層を有し、他の面が、前記基板に結合された第２の金属の層を 有し、 前記エッチングするステップが、互いに接続されない複数の実質的に放射状 のアームを形成するために前記第１の金属の層をエッチングするステップと、互 いに接続されない複数の実質的に放射状のアームを形成するために前記第２の金 属の層をエッチングするステップとを備え、前記第２の金属の層の接続領域に対 応して軸方向に整列され、前記第１の金属の層の放射状のアームを前記第２の金 属の層の放射状のアームに電気的に接続する接続領域を、前記第１の金属の層の それぞれの放射状のアームが、有する請求項４９に記載されたモーター／発電機 の固定子の製造方法。 ５１． 対応する複数の薄板を形成するためにプリント回路材料の複数のシート 上に前記エッチングするステップを実行するステップと、 それぞれの巻き線が前記第１の金属の層の放射状のアームと前記第２の金属の 層に電気的に接続された放射状のアームとを備え、電気的に接続されて軸方向に 整列された全ての前記薄板の放射状のアームが、共に前記導線相集合体の前記引 き伸ばされた導線部を定めるように前記軸線に沿って前記薄板を互いにはり付け るステップとを更に備える請求項５０に記載されたモーター／発電機の固定子の 製造方法。 ５２． 前記はり付けるステップが、軸方向に隣接する薄板の間に電気的に絶縁 なシートを配置するステップを備える請求項５１に記載されたモーター／発電機 の固定子の製造方法。 ５３． 前記はり付けるステップが、熱又は圧力を加えることで前記薄板を互い に結合するステップを備える請求項５２に記載されたモーター／発電機の固定子 の製造方法。 ５４． 複数の環状の箱を備えた固定子を与えるステップであって、 前記複数の環状の箱のそれぞれが、複数の導線相集合体を含み、軸線に沿って 他の前記環状の箱の１つに除去可能に接続可能であり、それぞれの環状の箱が、 それぞれ複数の電圧の１つを示す前記環状の箱上の複数の角度の位置の１つに配 置された複数の印を有する固定子を与えるステップと、 それぞれの箱を、前記環状の箱の前記印及び前記隣接する環状の箱の印が整列 された隣接する環状の箱に関して角度をもった方向に配置するステップと、 前記複数の環状の箱の導線相集合体を互いに電気的に接続するステップと を備えるモーター／発電機の電圧を選択する方法。 ５５． 前記導線相集合体を互いに電気的に接続する前記ステップが、前記環状 の箱の間にピンをつなぐステップを備える請求項５４に記載されたモーター／発 電機の電圧を選択する方法。 ５６． 内部の周囲をもつ開口部を有する環状の回転盤を与えるステップであっ て、 複数の磁場が複数の角度の位置に前記回転子の周囲に分配され、それぞれの磁 場が前記回転子の厚さを軸方向に横断して伸びるように磁化されることが可能で ある前記回転盤を与えるステップと、 前記軸上にハブを除去可能に装着するステップであって、 前記回転盤の開口部の内部の周囲に対応した外部の周囲及び形状を有する前記 ハブを装着するステップと、 前記環状の回転盤の開口部の内部の周囲を前記ハブの外部の周囲上へはめ込 むステップと、 前記ハブの外部の周囲及び前記回転盤の開口部の内部の周囲の間に樹脂を加え るステップと、 前記軸が前記ハブ及び前記回転盤を回転させて、前記樹脂が、前記ハブの外部 の周囲及び前記回転盤の前記開口部の内部の周囲の間を流れ、前記回転盤が前記 ハブ上に動的にバランスされるように前記軸を回転するステップと を備えるモーター／発電機の回転子の製造方法。 ５７． 前記回転するステップが、前記回転盤が前記ハブに固定して装着される ように前記樹脂を紫外線光に露出することによって前記樹脂を交差結合するステ ップを更に備える請求項５６に記載された方法。 ５８． 前記加えるステップにおいて、前記樹脂が前記回転盤の開口部の外部の 周囲に直接加えられる請求項５７に記載された方法。 ５９． 前記樹脂が交差結合可能な重合体である請求項５７に記載された方法。 ６０． 前記回転するステップが、前記回転盤が前記ハブに固定して装着される ように前記樹脂を紫外線光に露出することによって前記樹脂を交差結合するステ ップを更に備える請求項５９に記載された方法。 ６１． 前記加えるステップにおいて、前記樹脂が前記回転盤の開口部の内部 の周囲に直接加えられる請求項５７に記載された方法。 ６２． 前記加えるステップにおいて、前記樹脂が更に前記ハブの外部の周囲に 直接加えられる請求項６１に記載された方法。 ６３． 前記回転するステップが、前記回転盤が前記ハブに固定して装着される ように前記樹脂を紫外線光に露出することによって前記樹脂を交差結合するステ ップを更に備える請求項６２に記載された方法。 ６４． 乗り物のための発電装置であって、 前記乗り物に固定して接続された軸と、 軸線及び前記軸線に沿って間隔をおいて配置され、前記軸に固定して接続され た複数の層を有する固定子であって、 それぞれの層が、少なくとも１つの導線を有する前記固定子と、 ２つの環状の外部磁石及び少なくとも１つの環状中央磁石とを備え、前記固定 子のそれぞれの層が２つの磁石の間に配置された、前記固定子と同軸の軸線を有 する、前記固定子に回転可能につながれた回転子と、 前記回転子の周囲に配置され、表面をつかむために前記回転子に固定して接続 された牽引装置と を備えた乗り物のための発電装置。 ６５． 前記牽引装置がタイヤである請求項６４に記載された発電装置。