JP2022547506A - 回転横磁束モーター - Google Patents

Abstract

横磁束回転電気モーターは、固定子と回転子とを有し、回転子はシャフトの周囲に磁石のリングを備え、シャフトはモータの軸方向を規定する。固定子はＵ字形磁気回路素子を有し、Ｕ字形磁気回路素子はそれぞれ開放端部、閉鎖端部、および上下の脚部を有し、それらの長さが軸方向に沿うように固定子上に配向されている。Ｕ字形素子は回転子シャフトの周囲の固定子上にリングを形成し、所与のリング内の素子の開放端は、軸に沿って共に配向される。また、リングの形成において、巻線がＵ字形磁気回路素子のリングに挿入され、Ｕ字形素子の上下の脚部が軸方向に沿って延在して、回転子の磁石のリングのうちの一つを少なくとも部分的に囲む。

Description

本出願は、令和１年９月６日に出願された米国仮特許出願第６２／８９６，６００号（その内容全体が参照により本明細書に組み込まれる）の３５ＵＳＣ§１１９（ｅ）に基づく優先権の利益を主張する。

本発明は一般に電気モーターに関し、より詳細には、永久磁石多相同期モーターに関する。

産業界では数種類の電気モーターが一般的に使用されている。それらは、そのサイズ、出力トルク、最大速度、効率およびその他の特性によって特徴付けられる。
電気モーターの重要な特性は、最大連続トルク出力、モーターのサイズと重量に関連する定格トルクである。

また、モーター製造工程での組立性も考慮する必要がある。
典型的な電気モーターは回転子（rotor）および固定子（stator）を含み、回転子は、反対方向および半径方向の磁化方向を有するシャフトおよび磁石を含む。
固定子は、例えば電磁鋼板からなる磁化可能な材料製の成形歯を含み、このような歯の各々にはコイル１０３ａ～ｆが巻かれている。
３相電流がコイルに流れ、３相電流の振幅と位相が駆動装置によって連続的に制御されると、必要なトルクが発生する。
これらのモーターの操作はよく知られており、この種のモーターが広く使用されている。

これらのモーターによって生成される最大トルクは、コイルのサイズおよび歯内の磁化可能材料の量に直接的に左右される。
トルクを増加させる目的で、各巻線の巻数を増加させることが望まれるだろう。しかしながら、磁極間の巻線のための空間の量は制限されているため、最大トルクは制限される。
利用可能なスペースの巻き数を増やすためにより細い巻線を使用する場合、巻線のオーム抵抗も増加し、過剰な放熱のために適用可能な最大電流が減少する。結局、利用可能な最大トルクは増加しない。
トルクを増加させるために磁極数を増加させる場合、巻線のための磁極間の利用可能な空間は減少するため、再び、総最大トルクは増加しない。
従って、このタイプの同期モーターは、所与の容積に対して限られたトルクしか提供できない。

ここでは同期多相モーター、最も一般的には３相であるが、２相モーターについても検討することができる。
通常の同期電気モーターは、上記のように固定子と回転子とを含む。固定子は、その周囲に電気巻線が配置される多数の極を含む。回転子は永久磁石を含む。磁石によって生成される磁束は、巻線内を流れる電流によって生成される磁束と相互作用して、作動トルクを生成する。巻線内の電流を制御することにより、所望の作動トルクが得られる。

ダイレクトドライブモーター（Direct Drive Motors）は、同じ原理を使用する電気モーターである。それらは、通常、大きな本体直径で作成され、しばしば中空シャフトを有し、多数の極を含む。ダイレクトドライブモーターは、高トルクかつ低速の応用を対象とする。応用としては、ギアレスロボットジョイント（gearless robot joints）やマニピュレータ、電気自動車、高トルクの産業上の応用が含まれる。

ダイレクトドライブモーターでは、トルクを上げる目的で、各巻線の巻数を増やすことが望まれるだろう。しかしながら、既知のモーターでは、磁極間の巻線のための空間の量が制限され、従って、最大トルクが制限される。

一般的なケースについては、利用可能なスペースで巻き数を増やすためにより細い巻線を使用すると、巻線のオーム抵抗も増加し、過剰な放熱のために適用可能な最大電流が減少する。全体的には、利用可能な最大トルクは増加しない。

トルクを増加させるために磁極数を増加させると、巻線を配置するために磁極間の利用可能なスペースは減少するため、再び、総最大トルクは増加しない。
従って、このタイプの同期モーターは、所与の容積に対して限られたトルクしか提供できない。

別の態様では、これらのダイレクトドライブモーターは、通常、多数の磁極および巻線を有する。磁極に巻線を実装し、配線端部を半田付けしてモーター端子に接続することは、相当数の高度に熟練した作業時間を必要とするため、著しい製造コストを付加する。
従って、コイルが磁極間に挿入されないモーターを設計することは有利であり、それにより、コイルの巻数を制限することなく、極数を増やすことができる。

Rittenhouseによる米国特許出願２００９／０３２２１６５号明細書において、コイルが全ての極を直列に横切る横磁束モーター（transverse flux motor）が記載されている。極数は、同じコイルサイズに対して任意の数に増やすことができる。しかしながら、Rittenhouseの設計では、磁気素子はまだコイルの周囲に取り付けられている。この目的のために、磁性材料素子はその図２ａおよび２ｂに見られるように、部分的に分割されており、これは、モーター組立体に複雑性を付加し、生産コストを増加させる。磁石が、コイルの外部で、回転子上に半径方向に配置されてもよいことが、その中にさらに開示されている。しかし、このことは、Rittenhouseの図１ａに見られるように、回転子が固定子を囲み、その結果、高慣性となり、高価で大型のベアリングとなることを必要とする。

Villaretによる米国特許第９２５２６５０号も、図９，１０および１１に、コイルがすべての極を直列に横切る横磁束モーターを示している。Rittenhouse特許と同様に、磁石はコイルの外部に放射状に取り付けられる。結局、実現可能なアセンブリを作るためには、例えば磁性材料がパーツ９０５ａ、９０５ｂ、９０５ｃおよび９０５ｄに分割されているVillaretの図９に見られるように、磁性材料素子がパーツに分割されなければならない。

本実施形態は、単純化された設計で高トルク密度を生成する電気モーターを提供することができ、本実施形態の目的は、上述の公知の電気モーターで可能なものよりも高いトルクを生成することができる電気モーターを提供することである。本発明の別の目的は、簡略化されたアセンブリを有する電気モーターを提供することである。

以下に示されるように、本実施形態は、高トルクでより簡単な構造の横磁束回転モーター（transverse flux rotary motor）を設計する方法を記載する。この設計では、Ｕ字形磁気回路は軸方向に配向される。Ｕ字形磁気回路は、ブロックにおいて予め組み立てることができ、円形コイルは軸方向に挿入される。

別の態様では、本実施形態のモーターは、一般に入手可能な３相駆動装置によって駆動される２つの磁気相を含んでもよいことが以下に示される。本実施形態の電気モーターは、磁束がモーターシャフトに平行な平面内を走る同心巻線を有する横磁束モーターを有することができる。図示されるように、磁極の数は巻線によって制限されず、多数の磁極が使用されうる。所与の巻線とモーター体積に対して、利用可能なトルクは極数と共に増加する。

第１の利点は、所与のモーター容積に対して利用可能な高いトルクを含みうる。
第２の利点は、単純化された巻線の使用を含みうる。巻線は円形で、シャフトの周りに同心円状になっているため、製造工程が簡素化される。
さらに別の利点は、必要とされる巻線の数がより少なく、典型的には２つであり、極の数に依存しないことである。
さらに別の利点は、組み立て手順が単純化されるため、製造コストが低減されることである。

電気モーターは、３相または２相の電気駆動装置によって駆動することができる。
本実施形態による電気モーターはダイレクトドライブ構成に特に有利であるが、任意のサイズの同期モーターにも使用されうる。
以下に示すように、本実施形態に示す原理は、リニアモーターにも適用することができる。

本発明の実施形態によれば、以下を含む電気回転モーターを提供することができる：
Ｕ字形磁気回路と２組のコイルを含む固定子；
シャフトおよび磁石を含む回転子であって、磁束は回転軸に平行な平面内において、２シリーズのＵ字形磁気回路内を走り、これらのＵ字形磁気回路はシャフトの周囲に配置され、それらの対称軸はシャフトと平行であり、磁石は、シャフトと同心で互い違いの半径方向の磁化方向を有する２つのリング内に配置されており、モーターシャフトに固定されており、磁石は、モーターの回転とともに、Ｕ字形の先端に近い開口部においてＵ字形磁気回路を横断する、回転子。

２組のコイルは、シャフトと同心であってもよく、磁気回路および磁石の経路によって規定されるＵ字形の内部自由空間内でＵ字形磁気回路を横断してもよい。
回転子の回転に伴って、磁石リングと２シリーズの磁気回路の角度相対位置は、角度直交位相差における角周波数Ｎを有する磁界を生成する。
電流がコイル内を流れて、シャフトのトルクおよび回転が発生してもよい。

本発明のいくつかの実施形態の一態様によれば、以下を含む横磁束回転電気モーターが提供される：
固定子；
回転子；
回転子はシャフトの周りに磁石の１つ以上のリングを含み、シャフトは軸方向を有し；
固定子は複数のＵ字形素子を有し、Ｕ字形素子は開いた第１の端部と、閉じた第２の端部と、上下の脚部とを有し、上下の脚部は第１の開放端に向かってそれぞれの広がりを有し、それぞれのＵ字形素子は第１の端部から第２の端部までの長さを有し、Ｕ字形素子は長さが軸方向となるように固定子に配向され、複数のＵ字形素子は少なくとも１つのリングにおいてシャフトの周囲にリング状に設置され、それぞれのリングの開放端は軸に沿って同じ方向に互いに配向されており；
複数の巻線であって、巻線はシャフトの周囲でリング状に延在し、Ｕ字形素子の内部に設置される、複数の巻線。

一実施形態では、上側脚部および下側脚部がそれぞれ、磁石の１つまたは複数のリングの上方および下方に延在し、それによって、複数の巻線と磁石のリングとを連結する磁気回路を形成する。

一実施形態では、１つまたは複数の磁石のリングは複数の磁気素子を有し、複数の磁気素子はそれぞれシャフトに対して半径方向に磁気配向を有する。

一実施形態では、複数の磁気素子は、リングの周囲において交互に内向きおよび外向きであるそれぞれの磁気配向を有する。

一実施形態では、１つまたは複数の磁石のリングが複数の磁気素子を有し、各磁気素子は、平行六面体および円筒形の断面を含むグループの１つの部材であるシャフトに対して半径方向の向きの断面を有する。

一実施形態では、各磁気素子が平行六面体および円筒形の断面を有するグループの１つの部材であるシャフトに対して半径方向の向きの断面を有する。

一実施形態では、回転子が磁石のリングを取り付けるためのシリンダを有し、シリンダはシャフトとシリンダとの間にＵ字形素子のそれぞれの内側脚部を嵌合させるようにシャフトの周囲に空間を画定する。

モーターは、典型的にはＵ字形素子の２つのリングおよび磁石の２つのリング、または各々に対し３つ以上のリングを有してもよい。

一実施形態では、Ｕ字形素子の２つのリングのうちの第１のリングの脚部がＵ字形素子の２つのリングのうちの第２のリングの脚部に対してオフセットされる。

一実施形態では、固定子は、Ｕ字形素子を嵌合させるための空隙を有するプレートを有する。

一実施形態では、磁石の１つまたは複数のリングがシャフト軸方向においてＵ字形素子の２つのリングの中心に設置され、Ｕ字形素子のそれぞれの開放端はシャフト軸方向において磁石リングに向かって中心側に面し、複数の巻線はシャフト軸方向において磁石リングの外側に設置される。

一実施形態では、磁石の少なくとも２つのリングがシャフト軸方向においてＵ字形素子の２つのリングの外側に設置され、それぞれのリングのＵ字形素子は背中合わせに設置され、Ｕ字形素子の開放端はシャフト軸方向において磁石リングに向かって面しており、Ｕ字形素子の各リングのそれぞれの巻線はシャフト軸方向において磁石リングの内側に設置される。

一実施形態では、Ｕ字形素子の１つ以上のリングは、それぞれのＵ字形素子間の角度距離が等距離からオフセットされるように配置される。

一実施形態では、磁石の１つまたは複数のリングが、シャフトに向かって半径方向に取付シリンダの内側に取り付けられた磁石を有し、および／または磁石の複数のリングはシャフトから半径方向に離れるように取付シリンダの外側に取り付けられた磁石を有し、および／または磁石のリングはシャフトに対して半径方向に取付シリンダの内側および外側に取り付けられた磁石を有する。

一実施形態では、複数の巻線は３相電流のために接続されている。
このような場合、モーターは、各々が２つの巻線を含むＵ字形素子の２つのリングを有してもよい。

次に、巻線は、入力の異なる相が巻線を通過するように、以下のように３相入力に接続される：
第１の相電流は、Ｕ字形素子の第１のリングの第１の巻線を介して流れるように接続され、
第２の相電流は、Ｕ字形素子の第２のリングの第１の巻線を通って流れるように接続され、および、
第３の相電流は、以下の両方を流れるように接続される：
ａ）Ｕ字形素子の第１のリングの第２の巻線、およびｂ）Ｕ字形素子の第２のリングの第２の巻線。

本発明の第２の態様によれば、以下を有する横磁束線形電気モーターが提供される：
移動軸を有する固定部；
移動軸に沿って異動するように構成された可動部；
移動軸に沿って延在する磁石の１つまたは複数の列と、磁石の列に平行な上側区間（upper length）を有する１つまたは複数のコイルとを有する、複数の固定部および可動部のうちの第１の固定部および可動部；
複数のＵ字形素子を含む複数の固定部および可動部のうちの第２の固定部および可動部であって、Ｕ字形素子はそれぞれ、開いた第１の端部と、閉じた第２の端部と、上下の脚部とを有し、上下の脚部は第１の開いた端部に向かってそれぞれの長さを有し、Ｕ字形素子は第１の端部から第２の端部へ向かう素子長さを有し、Ｕ字形素子は素子長さが移動軸に垂直になるように配向されており、複数のＵ字形素子は１つまたは複数の列において移動軸に沿って長さ方向に設置され、Ｕ字形素子のそれぞれの列の開放端は移動軸に沿って同じ方向に共に配向され、それぞれのＵ字形素子の上下の脚部は磁石の列の磁石およびコイルの上側の長さの断面を囲む、第２の固定部および可動部。

一実施形態では、磁石の列は固定部に設置され、Ｕ字形素子列は可動部に設置される。
一実施形態では、固定部は第２の列の磁石と、第２のコイルと有し、可動部はＵ字形素子の第２の列を有する。
一実施形態では、磁石の列は可動部に設置され、Ｕ字形素子列は固定部に設置される。

本明細書に記載される横磁束回転またはリニアモーターは、ロボットアームの少なくとも一部を形成することができる。

本発明の第３の態様によれば、リニア回転横磁束モーターを製造するための以下の方法が提供される：
固定子取付部を提供し；
それぞれ開放側と内部空間とを有し、開放側はプレートから外側を向くように配向されているＵ字形素子を、素子リングを形成するように固定子取付部に挿入し；
Ｕ字形素子のリングにリング状に巻かれたコイルを挿入し；
シリンダが取り付けられたシャフトを提供し；
シャフトの周りに磁石リングを形成するように、シリンダに磁石を取り付け；および、
シャフトとシリンダが回転可能で、磁石リングがリング状に巻かれたコイルに沿って素子リング内でフィットするように、シャフトとシリンダを固定子取付け部に対して嵌合させる。

本発明の第４の態様によれば、リニア横磁束モーターを製造するための以下の方法が提供される：
固定部を提供し；
可動部を提供し；
移動軸に沿って動くように可動部を静止部に移動可能に取り付け；
それぞれ開放側と内部空間とを有するＵ字形素子を、素子列を形成するように、固定部および可動部からなるグループの第１の部材に挿入し；
１つまたは複数の巻回コイルおよび磁石の列をグループの第２の部材に取り付ける。なお、巻回コイルは第１の延長区間（elongated length）および第２の延長区間を提供するように移動軸において延長され、第１の延長区間は磁石の列に平行、かつ磁石の列と同じ高さであり、磁石の列および第１の延長区間は内部空間に嵌合される。

本発明の第５の態様によれば、以下を有する電気回転モーターが提供される：
それぞれ開放端と対称軸とを有する複数のＵ字形磁気回路素子と、少なくとも２組のコイルとを有する固定子であって、Ｕ字形磁気素子はリング内に配置され、コイルはリング内に挿入される固定子；
シャフトおよび磁石を含む回転子であって、磁石はシャフトと同心で互い違いの半径方向の磁化方向を有する２つのリング内に配置され、前記磁石のリングは前記シャフトに固定されている回転子；
固定子はシャフトの周囲に、Ｕ字形磁気回路素子の対称軸がシャフトと平行となるように配置され、磁石のリングはモーターの回転と共にそれぞれの開放端におけるＵ字形磁気回路素子内に延び、それによって磁束はＵ字形磁気回路素子に沿って、回転軸と平行な面内を走る。

別段の定義がない限り、本明細書で使用されるすべての技術用語および／または科学用語は、本発明が関係する技術分野の当業者によって一般に理解されるものと同じ意味を有する。本明細書に記載されるものと類似または同等の方法および材料は、本発明の実施形態の実施または試験において使用されることができるが、例示的な方法および／または材料は以下に記載される。矛盾する場合には、定義を含む特許明細書が優先する。さらに、材料、方法、および実施例は、例示にすぎず、必ずしも限定することを意図するものではない。

本発明のいくつかの実施形態は、添付の図面を参照して、単に例として本明細書に記載される。ここで図面を詳細に特に参照すると、示される詳細は、例として、および本発明の実施形態の例示的な議論の目的のためであることが強調される。この点に関して、図面を参照した説明は、本発明の実施形態がどのように実施され得るかを当業者に明らかにする。

従来技術の同期モーターの原理を示す図 本発明の実施形態の簡略化された斜視図 本発明の実施形態に係る回転子の簡略化された模式図 本発明の実施形態に係るＵ字形磁気回路の簡略模式図 本発明の実施形態で使用するために構成された磁石を示す図 強磁性材料からなるシリンダの外側面と内側面に磁石を固定した、本発明の実施形態に係る回転子の簡略模式図 強磁性材料がＵ字形磁気回路間の空間を埋めることにより２つの成形体積を形成する、本発明の一実施形態を示す簡略模式図 本発明の一実施形態に係る、片側に磁気回路を含むワンピース形状の本体を示す簡略化された概略図 本発明の実施形態に係る、成形体にＵ字形積層磁気回路がどのように挿入されるかを示す簡略模式図 ２つの二重列の磁石を有する本発明の実施形態に係るリニアモーターの簡略概略図 図１０の実施形態の別の図 本発明の一実施形態に係る二重Ｕ字形磁気回路を有するリニアモーターを示す簡略図 Ｕ字形磁気回路が対向する側に開口部を有する本発明のさらなる実施形態に係るモーターを示す簡略模式図 図１３ａのモーターの回転子を示す簡略化された概略図 図１３ａのモーターの磁気回路部を示す簡略模式図 各相に単一列の磁石を用いる本実施形態に係る電気モーターの一実施形態を示す簡略化した概略図 図１４ａのモーターの回転子を示す簡略化された概略図 本発明の実施形態に係る３相モーターを示す簡略模式図 本発明の実施形態に係る巻線を示す２つの簡略化された断面図 磁気回路間の角度距離を変化させた本実施形態に係るモーターの変形例を示す簡略化した模式図 本発明の実施の形態に係る回転電気モーターの製造方法を示す簡略図 本発明の実施の形態に係るリニア横磁束モーターの製造方法を示す簡略フローチャート

本発明は、そのいくつかの実施形態において、電気モーターに関する。
本実施形態に係る横磁束回転電気モーターは固定子と回転子とを有し、回転子はシャフトの周囲に磁石のリングを有し、シャフトはモーターの軸方向を規定する。固定子はＵ字形磁気回路素子を有し、Ｕ字形磁気回路素子はそれぞれ開放端部、閉鎖端部、および上下の脚部を有し、それらの長さが軸方向に沿うように固定子上に配向されている。Ｕ字形素子は回転子シャフトの周囲の固定子上にリングを形成し、所与のリング内の素子の開放端は、軸に沿って共に配向される。また、リングの形成において、巻線がＵ字形磁気回路素子のリングに挿入され、Ｕ字形素子の上下の脚部が軸方向に沿って延在して、回転子の磁石のリングのうちの一つを少なくとも部分的に囲む。

代替例として、磁石のリングおよび巻線を固定子に取り付け、Ｕ字形素子を回転子に取り付けてもよい。

リニアモーターは、固定子および可動部を備えて構成されてもよい。構造は、リングの代わりに、磁石およびＵ字形素子が移動軸に沿って列をなして配置され、巻線が延在する点を除き、同じである。

本発明のいくつかの実施形態をより良く理解するために、図１に示すような既知の同期モーターの構造および動作が参照される。

モーター（１００）は回転子と固定子とを含み、回転子は、シャフト（１０６）と、反対かつ半径方向の磁化方向を有する磁石（１０４、１０５）とを含む。

固定子は、磁化可能な材料で作られた歯１０２を含み、例えば電磁鋼板積層板が用いられてもよく、このような歯の各々にコイル１０３ａ～ｆが巻回されている。

３相電流

は循環順にコイルを流れる、すなわち、

はコイル１０３ａおよび１０３ｄを流れ、

はコイル１０３ｂ及び１０３ｅを流れ、

はコイル１０３ｃおよび１０３ｆを流れる。

３相電流

の振幅と位相は、必要なトルクを発生させるために駆動装置によって連続的に制御される。
これらのモーターの操作はよく知られており、このタイプのモーターが広く使用されている。

説明したように、これらのモーターによって生成される最大トルクは、コイルのサイズおよび歯内の磁化可能材料の量に直接的に左右される。各巻線の巻数を増加させることが望ましい。しかし、磁極間の巻線のための空間の量は制限されているため、最大トルクは制限される。反対に、利用可能な空間内の巻き数を増加させるためにより細い巻線を使用する場合、巻線のオーム抵抗も増加し、過度の放熱のために適用可能な最大電流は減少する。全体的には、入手可能な最大トルクは増加しない。

トルクを増加させるために磁極数を増加させれば、巻線のための磁極間の利用可能な空間は減少するため、再び、総最大トルクは増加しない。
このため、このタイプの同期モーターは、所与の容積に対して限られたトルクのみを提供できる。

このため、本実施形態は、固定子と回転子とを有する横磁束回転電気モーターを提供してもよく、回転子は、シャフトの周りの磁石の１つまたは複数のリングから構成される。磁石は、通常、シャフトに固定されたシリンダに取り付けられ、シャフトとシリンダとの間にある程度の空間を残す。シャフトは、モーターの軸方向を規定する。

固定子は、開放端、閉鎖端および閉鎖端から延びる上下の脚部を有するＵ字形素子のリングを有する。このＵ字形素子は、固定子の周囲にリング状に形成され、開方向が軸方向に沿って対向するように配向されている。リング状巻線は、Ｕ字形素子のリングに嵌合される。上下の脚部は巻線を越えて延び、磁石のリングもＵ字形素子のリング内に封入されるように回転子が位置決めされ、各Ｕ字形素子の内側の脚部はシリンダと回転子のシャフトとの間の空間に適合する。Ｕ字形素子を通る磁気回路が、巻線と磁石のリングを、モーターの軸方向に沿った磁束方向でリンクする。
そして、トルクは、巻線内の電流の量に比例してもよい。

本発明の少なくとも１つの実施形態を詳細に説明する前に、本発明は、その出願において、以下の説明に記載され、かつ／または図面および／または実施例に示される構成要素および／または方法の構成および配置の詳細に必ずしも限定されないことを理解されたい。本発明は他の実施形態が可能であり、または様々な方法で実施または実行されることが可能である。

本発明の一実施形態によるモーター２００は図２に示されており、回転子および固定子を含む。
回転子は、図示しないモーターフレームの内側をベアリング２０３ａおよび２０３ｂにより回転するシャフト２０１を含む。回転子は、図３において別々に示されている。シャフト２０１の中央部には、シャフトと同心になるようにシリンダ３０１が取り付けられ、固定されている。

シリンダは、シャフト直径よりも著しく大きい内径、および複数の磁石２０４ａ１、２０４ａ２、２０４ｂ１、２０４ｂ２の挿入を可能にする十分な厚さを有していてもよい。
磁石２０４ａ１、２０４ａ２、２０４ｂ１、２０４ｂ２は、シリンダ３０１の中央円周の両側に２つのリング３０２、３０３に配置されている。
各リング上で、磁石は半径方向に互い違いの磁気配向を有し、円周上に均一に分布している。

図３に示す回転子の実施形態では、磁石２０４ａ１および２０４ａ２がリング３０２上に位置している。
磁石２０４ａ１は外向き半径方向磁気配向を有し、磁石２０４ａ２は、内向き半径方向磁気配向を有する。
外向きと内向きの方向は、それぞれ北磁極および南磁極に向かうＮとＳとラベル付けされている。

同様に、磁石２０４ｂ１および２０４ｂ２はリング３０３上にある。磁石２０４ｂ１は外向き半径方向磁気配向を有し、磁石２０４ｂ２は内向き半径方向磁気配向を有する。

再び図２を参照すると、２シリーズのＵ字形磁気回路２０２ａおよび２０２ｂは、シャフトの周囲に均等に分散されている。図４には、Ｕ字形の磁気回路２０２が示されている。Ｕ字形磁気回路の配向を規定するために、２つの軸ＵｘとＵｙが示されている。図２に示す２シリーズの磁気回路は、それらのＵｘ軸がシャフト軸と平行で、それらのＵｙ軸が半径方向となるように、シャフトの周囲に均等に配置される。２シリーズの磁気回路はシリンダ３０１の両側に配置され、磁石の２つのリング３０２および３０３がそれらの開口部を通過するように、それらの先端部、すなわちＵ字形磁気回路素子の脚部の端部に近接して配置される。

図２を参照すると、２組の２つの円形コイル２０５ａａ、２０５ａｂおよび２０５ｂａ、２０５ｂｂはシャフトに同心であり、Ｕ字形磁気回路素子の２つの脚部間の残りの自由空間を通過する。図２に示す実施形態では、コイルの各組が異なる幅の２つのコイルを含む。図示されるように、この実施形態は、３相モーター動作に適している。各組のコイルが１つのコイルのみを含む代替実施形態は、２相モーター動作に適している。

現在説明されている実施形態では、磁石は、菱形として交互に知られている平行六面体を形成し、その結果、シャフトから半径方向に離れる面は、シャフトに面する面よりも長くなる。ここで使用するのに適した例示的な磁石が図５に示されており、この磁石は、シャフトの軸方向に沿って整列することができる長さ５１と、半径方向の厚さ５２と、幅５３とを有している。
異なる形状の磁石を使用してもよいことは理解されるべきである。特に、半径方向に垂直な上下面を有する磁石は、軸と同心となる円筒状の断面を有していてもよい。

次に図３を参照すると、回転子は、シリンダ３０１、磁石２０４ａおよび２０４ｂ、およびシャフト２０１を備える。
回転子を構成する部品は、共に固定され、回転子の回転の一部として回転する。
Ｕ字形の磁気回路素子とコイルは固定子の一部であり、固定されている。

磁石角度位置は、磁石２０４ａ１のリングのような一連の磁石（以下では磁石シリーズａ）が、第２の一連の磁石２０４ｂ１（以下では磁石シリーズｂ）と直交するように配置される。本明細書で使用される横軸という用語は、２シリーズの磁石間の角度オフセットを指す。具体的には、回転中に、シリーズｂの磁石が、Ｕ字形磁気回路ライン２０２ｂ（以下ではシリーズｂの磁気回路）の脚部の間に正確に位置決めされると、磁気回路の脚部はシリーズａの磁石の２つの磁石の間の分離スペースを中心に正確に配置される。

このようにして、本実施形態のモーターは、高トルクおよび単純化された組立プロセスを提供することができる。Ｕ字形磁気回路は軸方向に配向しているため、一方の側面にＵ字型磁気回路、例えば２０２ａを、本体構造に予め組み付けておいてもよい。そして、予め巻回されたコイル２０５ａａ、２０５ａｂが、全てのＵ字形磁気回路の内部を通るように挿入されてもよい。そして、予め組み立てられた本体構造は、例えば回路２０２、およびコイル２０５ａａ、２０５ａｂなどのＵ字形磁気回路、を有し、図３の３０２に示すように、磁石リングを囲む回転子に配置される。このような単純化された実装は、Ｕ字形磁気回路を完成した構造として設けることができ、部品から作製されたり、その後組み立てたりする必要がないことを意味する。

本発明の実施形態の動作原理は以下の通りである。
磁石を回転させると、磁気回路に磁束が誘導される。磁石の角位置は、上記で説明したようにシリーズａとシリーズｂに対して直交であるため、シリーズａとシリーズｂの磁石回路に直交する磁束を誘起する。これらの磁束は、以下のように近似することができる：

ここで、αはシャフトの角度位置である。

シャフトが角速度ωで回転する場合、磁束は一般式に従ってコイルに電圧を発生させることができる：
一連の磁気回路を横切るコイルについては

およびｂシリーズの磁気回路を横切るコイルについては

Ｎはそれぞれのコイルに巻かれる巻数を示す。

一実施形態では、一方の側に２つのコイル２０５ａａ、２０５ａｂ、および他方の側に２つのコイル２０５ｂａ、２０５ｂｂの２つのセットが存在してもよい。そして、これらのコイルに誘導されるそれぞれの電圧は：

であろう。

モーターを動作させるために、コイルに電流、それぞれ

を流すため、電気駆動装置が使用される。

そして、モーターに入力される電気機械電力は式７によって計算される。

式３から７を使用すると、電気機械電力は次のように表される：

モーターを動作させるために、電気駆動装置、以下を得るための電流を駆動するようにプログラムされる：

は、コイル２０５ａａと２０５ａｂを流れる全ての電流の合計を表し、

は、コイル２０５ｂａおよび２０５ｂｂを流れるすべての電流の合計を表す。

そして、電気機械電力は、次式によって与えられる：

また、電気機械電力は、トルクＴの関数として表される：

式１１からＰを代入すると、モーターのトルクは：

となる。

したがって、本実施形態によるモーターは、式９および式１０に従ってコイル内の値を選択し、コイル内の電流を駆動することによって、トルクＴを出力するように制御されてもよい。

コイル配置および動作モード：
本実施形態によるモーターは、２相電気駆動装置または３相電気駆動装置で動作するように構成することができる。

２相電気駆動用の構成では、両側に１つずつ、２０５ａａと２０５ｂａの２つのコイルのみが設置される。

その場合、トルク

を生成するために、駆動装置は電流

を設定してもよい。

２相駆動は、効率が低いため、一般には使用されない。具体的には、２相駆動は、３相駆動と同じ数の、ＩＧＢＴのようなスイッチングデバイスを必要とするが、より高い電流定格を必要とする。したがって、通常、３相駆動を使用することが好ましい。

本実施形態のモーターを３相駆動で動作させるためには、図２に示す全てのコイルが設置される。
全てのコイルは同じ方向、すなわち、始端から終端まで時計回りまたは反時計回りのいずれかの方向に巻かれる。電流方向は、電流が始端から終端まで流れているときが正として定義される。

３相駆動装置は３つの電流Ｉｕ、ＩｖおよびＩｗを制御することができる。以下に、各コイルの巻数およびコイルの相互接続によって、モーターを３相駆動することができる実施形態が開示される。
３相駆動操作を可能にするための巻数およびコイルの接続については、他の設計が可能であることが理解されなければならない。

本実施形態では、コイル２０５ａは駆動部のＵ相に接続されており、電流Ｉｕはコイル２０５ａに流入される。
同様に、コイル２０５ｂは駆動装置のＶ相に接続され、電流Ｉｖはコイル２０５ｂに流入される。
コイル２０５ａｂおよび２０５ｂｂは、同じ方向に、直列に接続されている。

Ｗ相の電流

は、これらのコイルで逆方向

に流れる。

コイル２０５ｂａの巻数

２０５ａｂの巻数

２０５ｂｂの巻数

は、コイル２０５ａａの巻数

に対して、以下のように設定される：

ただし、

巻数は整数なので、

は最も近い整数値に丸められる。

３相駆動装置は、通常、位相θおよび振幅Ｉに対して制御される３つの電流を生成する：

２０２ａおよび２０２ｂのような磁気回路内の全ての電流の合計は、それぞれ以下であると示すことができる：

ただし、

上記２つの総電流は直角位相である。

その結果、２相駆動について上記と同様の原理により、３相駆動および２組の３つのコイルを用いて、位相θおよび振幅Ｉを制御することにより、磁気回路内部を流れる２つの全電流ＩｔａとＩｔｂを直交させることで、所望のトルクを発生させて回転子を回転させることができる。
当業者には明らかなように、他の変形例も本実施形態の原理に基づくことができる。

図６には、回転子のさらなる実施形態が示されている。

図６の実施形態の利点は、より大きなコイルおよびより小さな磁石の使用を可能にすることである。図６において、磁石６０４ａ１、６０４ａ２、６０４ａ３および６０４ａ４は、鉄などの磁化可能な、または強磁性の材料製のシリンダ６０１に接着される。本実施形態では、２つの磁石６０４ａ１および６０４ａ３が半径方向に整列され、同じ外向き磁化方向を有する。一対の磁石（６０４ａ１、６０４ａ３）は、それらの間に強磁性材料の一部を有し、半径方向の厚さの増加にもかかわらず、図２の磁石２０４ａ１として機能する。Ｕ字形磁気回路は、より大きなコイルを受け入れるように拡大されてもよい。同様に、磁石６０４ａ２および６０４ａ４は、半径方向に整列され、同じ内向き磁化方向を有する。磁石６０４ａ１、および６０４ａ２はシリンダ６０１の外周に接着され、磁石６０４ａ３、および６０４ａ４はシリンダ６０１の内周に接着される。磁石６０４ａ１、６０４ａ３等の各対は、図２の磁石２０４ａ１と同様の方法で、包囲するＵ字形磁気回路内に磁束を誘導する。シリンダ６０１の磁化可能材料は、磁束に対する低いリラクタンス経路を提供する。

図６の設計を使用して、より大きな巻数を有するコイルが設計されてもよく、磁石の厚さは、コイルサイズとは独立して最適化されてもよい。全体的には、より高いトルク密度が達成され得る。

ここで、磁気回路の間に強磁性材料が追加される実施形態を示す図７および図８を参照する。図２の実施形態では、多数のＵ字形磁気回路（２０２ａ、２０２ｂ）または磁気回路素子があり、その各々は磁気的に孤立している。コイルに大電流が流れると、いつでも、磁気回路素子内の磁界は飽和レベルに達するため、モーターの最大出力トルクを制限する。強磁性体中の磁界を減少させるために、各磁気回路の体積を大きくすることができる。これは、図７に示すように、Ｕ字形磁気回路の両側に強磁性材料を付加することによって行われる。

図７は、磁気回路間の空間が強磁性材料で満たされている実施形態を示す図である。本体７０１ａおよび７０１ｂは、磁気回路、例えば７０２ａおよび７０２ｂの間の空間を完全に満たす。２つの部分７０１ａおよび７０２ａは、歯を有する強磁性材料の１塊を構成する。本体自体を図８に示す。このように１つの塊を使用すると、磁気回路のリラクタンスが減少し、飽和せずにコイル流すことができる電流が増加し、それによって最大トルク出力が増加する可能性がある。７０１ａおよび７０１ｂの充填材料は、磁界の短絡を回避するために、磁石リングを越えて延在していなくてもよい。

次に、図８に示す部分７０１ａの実際的な実施を示す図９を参照する。歯を用いずに、バルクの強磁性体を用い、かつ、カーブしたキャビティ９０１を用いて、同じ形状を作成することで、Ｕ字形磁気回路９０２を受け入れることができる。Ｕ字形磁気回路９０２は、渦電流損失を避けるために積層材料で作られてもよい。

上記の原理はリニアモーターにも適用可能であり、このような実施形態は、ここで、図１０および図１１を参照して説明される。

リニアモーター（１０００）は、固定子と可動部（可動子）とを含む。固定子は２組の２コイル（１００４ａａ，１００４ａｂ）と（１００４ｂａ，１００４ｂｂ）を含む。また、固定子は２つの二重列の磁石（図１０、１００３ａａ、図１１、１００３ａｂ）および（図１０ １００３ｂａ、図１１ １００３ｂｂ）を含み、構造的線形部分１００５に接着される。

可動子は、Ｕ字形磁気回路１００１ａおよび１００１ｂと、Ｕ字形磁気回路の間にある強磁性材料１０２ａおよび１０２ｂの素子とを含む。Ｕ字形磁気回路はコイルを囲み、その開口部内に二重の磁石列を受け入れてもよい。Ｕ字形磁気回路（１００２ａ、１００２ｂ）回路間の強磁性材料の素子もＵ字形であるが、磁石列がそれらの開口部に入らないように短くなっている。

全てのＵ字状磁気回路１００１ａ等および全ての強磁性材料素子１００２ａ等は、可動子に共に積層固定されている。

全てのＵ字形磁気回路１００１ｂ等および全ての強磁性材料素子１００２ｂ等は、可動子に共に積層固定されている。

コイル（１００４ａａ、１００４ａｂ）および（１００４ｂａ、１００４ｂｂ）は、長い直線部分を有し、したがって、可動子は例えば、直線ベアリング（図示せず）によって、これらのコイルに沿って摺動することができる。

回転モーターについて上に示したものと同じ原理により、コイルに電流を流して可動子をコイルに沿って移動させると、推力が得られる。

この実施形態のリニアモーターはコイルが固定されており、可動子に電気ワイヤを必要としないという利点を有する。

同じ原理によって、リニアモーターの異なる構成、例えば以下の構成が当業者には明らかであろう：
ａ）＿コイルおよびＵ字形磁気回路は可動子上にあり、コイルはＵ字形磁気回路を密に囲むように短く作成される。その構成では、可動電気ワイヤが可動子上のコイルに接続される。
ｂ）＿コイル、Ｕ字形磁気回路は固定部上にある。Ｕ字形磁気回路は、すべての直線経路上に分布している。

可動子は２つの短い二重列の磁石を含み、例えば線形ベアリングによってＵ字形磁気回路の間をスライドすることができる。

このような構成では、低慣性の可動子が得られ、高加速が可能となる場合がある。

図１０および図１１の実施形態では、各コイルの１つの長い部分が磁性材料によって囲まれていない。これらの長い部分の周りの磁束を「集める」ことが望ましい場合がある。

ここで、図１２を参照する。図１２は、各コイルの両方の長い部分が磁気回路によって囲まれている実施形態を示す簡略化された概略図である。

図１２のリニアモーター１２００は、単一のモーター構造内において、２つのリニアモーター１０００を垂直に並置する。

固定子上に、１２０３ａａ、１２０３ａｂ、１２０３ｂａ、１２０３ｂｂ、１２０３ａｃ、１２０３ａｄ、１２０３ｂｃ、１２０３ｂｄの４つの二重列の磁石が、共通の構成部品１２０５に接着される。また、固定子上には、２つの長いコイルセット１２０４ａａ、１２０ａｂおよび１２０４ｂａ、１２０４ｂｂが磁石の列に平行に配置されている。図１０の実施形態と比較して、磁石列は重複するが、コイルは重複しない。

可動子上では、磁気回路１２０１ｂ、１２０２ｂはコイルの両方の直線区間を囲むために、二重のＵ字形状を有する。

図１２の実施形態は、同じコイルで２倍の力を生成できるので、図１０の実施形態と比べて改善された力密度を提供することができる。

図１３ａ、図１３ｂおよび図１３ｃは、２つのシリーズの磁気回路がそれらの開口部を反対側に有する回転モーターの実施形態の３つの図である。

図１３ａを参照すると、２シリーズのＵ字形磁気回路は、それらの開口部が互いに反対方向を向いており、それらの遠い側で接合され、強磁性材料１３１の１シリーズのパックを形成する実装が示されている。

各パック１３１は、図１３ｃに示すように２つの開口１３４ａおよび１３４ｂを有する。この実施において、図１３ｂに示される回転子は、互いに離され、サポート部１３３ａ，１３３ｂによってシャフト１３７に固定された磁石１３７ａと１３７ｂの２つの二重リングを含む。

図１３ｃには、２つのＵ字形磁気回路１３８ａおよび１３８ｂを形成する強磁性材料１３１の１パックが示されている。図１３ａ～ｃの実施の利点は、２つの磁気回路１３８ａおよび１３８ｂが、開口１３４ａおよび１３４ｂの間の同じ経路１３５を使用することである。磁気回路１３８ａおよび１３８ｂには、２つのモーター相の磁束が走る。これらの磁束は９０度の位相差を有し、その結果、それぞれの最大振幅は、異なる時間で到達される。したがって、経路１３５における全磁束最大振幅は、単一位相の最大磁束振幅を超えない。経路１３５の幅は上述した図４に示すように、単一の磁気回路４０３の経路の幅と同じであってもよい。全体として、磁束経路の共用により、電気モーターがより小型化される。

図１４ａ、図１４ｂは、各相に対して単一列の磁石が使用されている、本発明の実施形態による電動モーターの実装を示す簡略模式図である。

図１４ａおよび図１４ｂには、小径モーターに適した実装が示されている。このような小型モーターでは、半径方向に２つの磁石の余地がない。図１３に示されたものと同様の構成が示されているが、磁石の１つのリング１４２ａ、１４２ｂ．．．のみが、各相毎に、部品１４１ａ、１４１ｂを組み込んだカップ状の部品１４１の内側に取り付けられている。カップ１４１の外壁は強磁性材料で作られており、磁束が走ることを可能にするように薄く作られている。

図１４ｂは、シャフト１４４に取り付けられた図１４ａの回転子を示している。２つの回転子は、対向する磁気回路１４３のＵ空間に位置する。したがって、磁石は、磁気回路の対向するＵ空間内で回転する２つの回転子の内側のリング内に位置する。

ここで、本発明の実施形態に従い、各層に対し１セット、３シリーズの磁石、リング、および磁石回路が使用される、図１４ａおよび図１４ｂのモーターの３相実施を示す簡易概念図である図１５を参照する。より詳細には、図１４ｂに示すカップ１４１と同様の３組のカップ状支持体１５３ａ－ｃが共通のシャフト１５４上に取り付けられ、回転子を形成する。カップ状支持体１５３ａの内部には、３シリーズのＵ字状磁気回路１５１ａ～ｃおよび円形コイル１５２ａ～ｃが固定子を形成している。３つの磁石リングは１２０度の角位相差を有して、すなわち、同じ極性の２つの磁石間の角距離の３分の１に等しいオフセットを有して配置される。

３つのコイル１５３ａ～１５３ｃは同一であり、単一の巻線を含む。

図１５に示すタイプのモーターは、従来の３相駆動装置を用いて運転することができる。

ここで、３相駆動装置によって作動する２相モーターに用いられるコイル配置を示す２つの断面図である図１６ａおよび１６ｂを参照する。図１６ａおよび図１６ｂにおいて、本実施形態による２相モーター用のコイルは、２つの円形巻線１６１および１６２を含む。上述のように、巻数は、比

を有するため、コイル１６１が巻数Ｎ１を有する場合、コイル１６２は巻数

、または最も近い整数を有する。

図１７は、本実施形態に係るモーターを示す簡略模式図であり、各相トルクの非高調波波形に起因するトルク変動を低減又は打ち消すために、Ｕ字形磁気回路素子間の角度距離をわずかに変化させたものである。図１７に示されるように、磁気回路素子１７１ａ～ｆの角距離はＡ１～Ａ６と示される。理想的には、Ｕ字形磁気回路素子は等角分布であり、各相のトルクは対応するコイル内の電流に比例する振幅を有する回転角の高調波関数である。また、理想的な場合には、両相のＵ字形磁気回路の磁石と脚との間の吸引力が互いに厳密に打ち消される。しかしながら、これらのトルクの非高調波形状は、コギングまたはトルクリップルとして一般に知られる効果において、トルクの高調波歪に対応するトルク変動を生じる。

これらのトルク変動を低減あるいは排除するために、各磁気回路の相対角度位置が等距離位置からわずかにずらされる。図１７を参照すると、各相について６個のＵ字形磁気回路１７１ａ～ｆを有するモーターが示されている。Ｕ字形磁気回路Ａ１～Ａ６間の角度距離は、次のような異なる値が与えられる：
Ａｎ＝Ａ０＋Ｅｎ、ここでＡ０＝３６０度／（Ｕ字形磁気回路の数）＝６０度。

偏差Ｅｎは、Ｕ字形磁気回路の数に依存して、トルクの高調波の最大数を打ち消すように計算される。従って、第２高調波は、２つの相の間の直交位相差によって補償される。次の２ｎ高調波は、＋Ａ０／４ｎおよび－Ａ０／４ｎラジアンによって角度位置を代替的にオフセットすることによって補償することができる。例えば、第４高調波は、Ｕ字形磁気回路の半分をＡ０／１６だけオフセットし、後半分を－Ａ０／１６だけオフセットすることによって補償される。いくつかの高調波｛．．Ｎｉ．．｝を補償することが望まれるときは、いつでも、オフセットＡ０／（４．Ｎｉ）の線形組み合わせを使用することができる。

本設計は、入手可能な作動トルクのわずかな減少の費用で、トルク変動の補償および低減を可能にすることができる。

ここで、本実施形態による回転電動機を製造するためのフローチャートを示す簡略図である図１８を参照する。

図９に示されるような取付部は、ボックス１８０に示されるように、固定子の基部を形成するように設けられる。再び図９に例示されているように、Ｕ字形素子が取付部に嵌め込まれて、素子のリングを形成する（ボックス１８１）。Ｕ字形素子は、開いた側がプレートから外向きに向くように、取付部に配置される。取付部は板又は円筒等であってよく、典型的には強磁性材料で作られている。

そして、リング状の巻きコイルが、Ｕ字形素子のリング内に配置される（ボックス１８２）。

回転子シャフトは、取り付けられたシリンダを有する（ボックス１８３）。磁石は、再びリングを形成するように、シリンダの下面に取り付けられる、挿入される、または固定される（ボックス１８４）。

そして、シャフトおよびシリンダは、シリンダ上の磁石リングがコイルに沿った素子リングに嵌合しながら、回転可能となるように配置される。

ここで、リニア横磁束モーターの製造方法を示す図１９を参照する。
ボックス１９０において、固定子が設けられ、ボックス１９１において、可動部が固定部に移動可能に取り付けられる。一般的に、固定部はレール状の素子であり、可動部はモーターの移動軸に沿って２方向の移動の１方向にレールに沿って摺動する。すなわち、可動部は、移動軸のいずれの方向にもレールに沿って前後に移動することができる。

Ｕ字形素子は、固定子または可動部のいずれかに挿入され（ボックス１９２）、同じ列内のすべての素子の開放側面が整列された素子列を形成する。

巻線コイルおよび磁石列は、Ｕ字形素子に使用されなかった固定子および可動部のいずれかに搭載される（ボックス１９３）。巻かれたコイルは延在し、コイルの上部の長尺側が磁石の列に沿って配置される。磁石列およびコイルの上側の長尺側はＵ字形素子の内部空間に封入されるＵ字形素子に嵌合されるが、開放側のため、可動部は依然として自由に移動する。

用語「有する（comprises）」、「有している（comprising）」、「含む（includes）」、「含んでいる（including）」、「有している（having）」、およびそれらの複合体は「含むが、これに限定されない」を意味する。
「から成る」という用語は、「含み、これに限定される」を意味する。
本明細書で使用されるように、単数形「ａ」、「ａｎ」および「ｔｈｅ」は文脈が明らかにそわないことを示さない限り、複数の参照を含む。

本発明の特定の特徴は、明確にするために、別個の実施形態の文脈で説明されており、単一の実施形態において組み合わせて提供されてもよく、本説明は、そのような実施形態が本明細書に明示的に記載されているかのように解釈されるべきであることが認識される。

反対に、簡潔にするために、単一の実施形態の文脈で説明されている本発明の様々な特徴は別々に、または任意の適切なサブコンビネーションで提供されてもよく、または本発明の任意の他の説明された実施形態に対する修正として適切であってもよく、本説明は、そのような別々の実施形態、サブコンビネーション、および修正された実施形態が本明細書で明示的に記載されているかのように解釈されるべきである。様々なコンテクストで説明される特定の特徴

本発明をその特定の実施形態に関連して説明してきたが、多くの代替、修正、および変形が当業者には明白であるだろうことは明らかである。したがって、本発明は、添付の特許請求の範囲の精神および広い範囲内にある、そのような代替、修正、および変形のすべてを包含することが意図される。

本明細書において言及される全ての刊行物、特許および特許出願は、あたかも各個々の刊行物、特許または特許出願が参照により本明細書に組み込まれるように具体的かつ個別に示されたかのように、その全体が本明細書に参照により組み込まれる。さらに、本出願における任意の参考文献の引用または同定は、そのような参考文献が本発明の先行技術として利用可能であることを容認するものとして解釈されるべきではない。セクションの見出しが使用される限り、それらは必ずしも限定するものと解釈されるべきではない。さらに、本出願の任意の優先権文書は、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。

Claims (24)

1. 固定子と、
   回転子と、
   前記回転子は、シャフトの周囲に磁石の少なくとも１つのリングを有し、前記シャフトは軸方向を有し；
   前記固定子は複数のＵ字形素子を含み、前記Ｕ字形素子は開いた第１の端部と、閉じた第２の端部と、上下の脚部とを含み、前記上下の脚部は前記第１の開放端に向かうそれぞれの広がりを有し、それぞれのＵ字形素子は前記第１の端部から前記第２の端部までの長さを有し、前記Ｕ字形素子は前記長さが前記軸方向となるように前記固定子に配向され、前記複数のＵ字形素子は少なくとも１つのリングにおいて前記シャフトの周りにリング状に配置され、それぞれのリングの前記開放端は前記軸に沿って同じ方向に共に配向され、
   複数の巻線であって、前記巻線は前記シャフトの周囲でリング状に延在し、前記Ｕ字形素子の内部に設置される、複数の巻線と、
   を有する、横磁束回転電気モーター。
2. 前記上下の脚部は、前記磁石の少なくとも１つのリングの上方および下方にそれぞれ延在し、それによって、前記複数の前記巻線と前記磁石のリングとを連結する磁気回路を形成する、
   請求項１に記載の横磁束回転電気モーター。
3. 前記磁石の少なくとも１つのリングは複数の磁気素子を有し、各磁気素子は、前記シャフトに対して半径方向に磁気配向を有する、
   請求項１または請求項２に記載の横磁束回転モーター。
4. 前記磁気素子は、前記リングの周囲において交互に内向きおよび外向きであるそれぞれの磁気配向を有する、
   請求項３に記載の横磁束回転モーター。
5. 前記磁石の少なくとも１つのリングは、複数の磁気素子を有し、各磁気素子は、平行六面体および円筒形の断面を含むグループの１つの部材である前記シャフトに対して半径方向の向きの断面を有する、
   請求項１または２に記載の横磁束回転モーター。
6. 各磁気素子は、平行六面体と円筒形の一部とを含むグループの１つの部材である前記シャフトに対して半径方向の向きの断面を含む、
   請求項３または４に記載の横磁束回転モーター。
7. 前記回転子は、前記磁石の少なくとも１つのリングを取り付けるためのシリンダを有し、前記シリンダは、前記シャフトと前記シリンダとの間に前記Ｕ字形素子のそれぞれの内側脚部を嵌合させるように前記シャフトの周りの空間を画定する、
   先行する請求項のいずれか一項に記載の横磁束回転モーター。
8. 前記Ｕ字形素子のリングのうちの２つと、磁石の前記リングのうちの２つとを有する、
   先行する請求項のいずれか一項に記載の横磁束回転モーター。
9. 前記Ｕ字形素子の２つのリングのうちの第１のリングの脚部は、前記Ｕ字形素子の２つのリングのうちの第２のリングの脚部に対してオフセットされる、
   請求項８に記載の横磁束回転モーター。
10. 前記固定子は、前記Ｕ字形素子を嵌合させるための空隙を有するプレートを有する、
    先行する請求項のいずれか一項に記載の横磁束回転モーター。
11. 前記磁石の少なくとも１つのリングは、前記シャフト軸方向においてＵ字形素子の２つの前記リングの中心に設置され、前記Ｕ字形素子のそれぞれの開放端は前記シャフト軸方向において前記磁石リングに向かって中心側に面し、前記複数の巻線は前記シャフト軸方向において前記磁石リングの外側に設置される、
    先行する請求項のいずれか１項に記載の横磁束回転モーター。
12. 前記磁石の少なくとも２つのリングが前記シャフト軸方向において前記Ｕ字形素子の２つのリングの外側に設置され、それぞれのリングの前記Ｕ字形素子が背中合わせに設置され、前記Ｕ字形素子の前記開放端が前記シャフト軸方向において前記磁石リングに面しており、Ｕ字形素子の各リングのそれぞれの巻線は前記シャフト軸方向において前記磁石リングの内側に配置される、
    請求項１から１０のいずれか１項に記載の横磁束回転モーター。
13. 前記Ｕ字形素子のリングの第１および第２のリングを有し、前記Ｕ字形素子のリングの各々は前記巻線の第１および第２の巻線を有し、前記巻線は、３相電流が
    Ｕ字形素子の前記第１のリングの第１の巻線における第１の相電流と、
    前記Ｕ字形素子の第２のリングの前記第１の巻線における第２の相電流と、
    ａ）Ｕ字形素子の前記第１のリングの前記第２の巻線、および
    ｂ）Ｕ字形素子の前記第２のリングの前記第２の巻線
    の両方における第３の相電流と、を有するように接続される、
    請求項１～１０のいずれか１項に記載の横磁束回転モーター。
14. 前記磁石のリングのうちの少なくとも３つと、前記Ｕ字形素子のリングのうちの少なくとも３つとを備える、
    請求項１～１０のいずれか１項に記載の横磁束回転モーター。
15. 前記Ｕ字形素子の前記少なくとも１つのリングは、それぞれのＵ字形素子の間の角度距離が等距離であることからオフセットされるように配置される、
    先行する請求項のいずれか１項に記載の横磁束回転モーター。
16. 前記少なくとも１つの磁石のリングは前記シャフトに向かって半径方向に取付シリンダの内側に取り付けられた磁石を有し、および／または前記磁石の少なくとも１つのリングは前記シャフトから半径方向に離れるように取付シリンダの外側に取り付けられた磁石を有し、および／または前記磁石の少なくとも１つのリングは、前記シャフトに対して半径方向に取付シリンダの内側および外側に取り付けられた磁石を有する、
    先行する請求項のいずれか１つに記載の横磁束回転モーター。
17. 移動軸を有する固定部と、
    前記移動軸に沿って移動するように構成された可動部と、
    前記移動軸に沿って延在する磁石の少なくとも１つの列と、前記磁石の列に平行な上側区間を有する少なくとも１つのコイルとを有する、前記固定部および可動部のうちの第１の固定部および可動部と、
    複数のＵ字形素子を含む前記固定部および可動部のうちの第２の固定部および可動部であって、前記Ｕ字形素子はそれぞれ、開いた第１の端部と、閉じた第２の端部と、上下の脚部とを有し、上下の脚部は第１の開放端に向かってそれぞれの長さを有し、前記Ｕ字形素子は第１の端部から第２の端部へ向かう素子長さを有し、前記Ｕ字形素子は素子長さが移動軸に垂直になるように配向されており、前記複数のＵ字形素子は１つまたは複数の列において移動軸に沿って長さ方向に設置され、前記Ｕ字形素子のそれぞれの列の開放端は前記移動軸に沿って同じ方向に共に配向され、それぞれのＵ字形素子の上下の脚部は磁石の列の磁石およびコイルの上側の長さの断面を囲む、第２の固定部および可動部、
    を有する、横磁束リニア電気モーター。
18. 前記磁石の列は前記固定部に設置され、前記Ｕ字形素子の列は前記可動部に設置される、
    請求項１７に記載の横磁束リニア電気モーター。
19. 前記固定部は第２の列の磁石と、第２のコイルとを有し、前記可動部は、Ｕ字形素子の第２の列を有する、
    請求項１８に記載の横磁束リニア電気モーター。
20. 前記磁石の列は、前記可動部に設置され、前記Ｕ字形素子の列は前記固定部に設置される、
    請求項１７に記載の横磁束リニア電気モーター。
21. ロボットアームの少なくとも一部を形成する、
    先行する請求項のいずれか１項に記載の横磁束回転またはリニアモーター。
22. 固定子取付部を提供することと、
    それぞれ開放側と内部空間を有し、前記開放側は前記プレートから外側を向くように配向されているＵ字形素子を、素子リングを形成するように前記固定子取付部に挿入することと、
    Ｕ字形素子のリングにリング状に巻かれたコイルを挿入することと；
    シリンダが取り付けられたシャフトを提供することと、
    前記シャフトの周りに磁石リングを形成するように、前記シリンダに磁石を取り付けることと；および、
    シャフトとシリンダが回転可能で、磁石リングがリング状に巻かれたコイルに沿って素子リング内でフィットするように、シャフトとシリンダを固定子取付け部に対して嵌合させることと；
    を有する、回転横磁束モーターの製造方法。
23. 固定子を提供することと；
    可動部を提供することと；
    移動軸に沿って動くように可動部を固定部に取り付けることと；
    それぞれ開放側と内部空間とを有するＵ字形素子を、前記固定部および前記可動部からなるグループの第１の部材に挿入することと；および、
    １つまたは複数の巻回コイルおよび磁石の列をグループの第２の部材に取り付けることと；
    を有し、
    前記巻回コイルは第１の延長区間および第２の延長区間を提供するように移動軸において延長され、第１の延長区間は磁石の列に平行、かつ磁石の列と同じ高さであり、
    磁石の列および第１の延長区間は内部空間に嵌合される、
    リニア横磁束モーターの製造方法。
24. それぞれ開放端と対称軸とを有する複数のＵ字形磁気回路素子と、少なくとも２組のコイルとを有する固定子であって、前記Ｕ字形磁気素子はリング内に配置され、前記コイルは前記リング内に挿入される前記固定子と；
    シャフトおよび磁石を含む回転子であって、前記磁石は前記シャフトと同心で互い違いの半径方向の磁化方向を有する２つのリング内に配置され、前記磁石のリングは前記シャフトに固定されている回転子と；
    を有し、
    前記固定子は前記シャフトの周囲に、前記Ｕ字形磁気回路素子の前記対称軸が前記シャフトと平行となるように配置され、前記磁石のリングは前記モーターの回転と共にそれぞれの開放端における前記Ｕ字形磁気回路素子内に延び、それによって磁束は前記Ｕ字形磁気回路素子に沿って、前記回転軸と平行な面内を走る、
    電動回転モーター。

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