(57)【要約】  電気機械の界磁極部材を製造するための方法、装置、製造物、およびシステムが、特に、単位サイズ（または、単位重量）当たりのトルクおよび／または効率の向上ならびに製造コストの低減のために、磁束経路の長さを短縮し、バックアイアンを除去するために開示される。例えば、界磁極部材の構造が、磁束経路の長さの短縮、界磁極部材を通過する磁束経路の実質的な直線化、または両者をもたらすことができる。一実施形態においては、電気機械の界磁極部材を構成するための方法が提供される。【選択図】  図２
2009527213.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気機械のための界磁極部材を製作するための方法であって、
複数の磁束導体を、少なくとも界磁極部材の界磁極コアを形成するために、互いに近接させて配置するステップと、
前記界磁極部材の端部に彫られた磁極面を形成するステップと、
を備えている方法。
【請求項２】
前記彫られた磁極面を形成するステップが、起伏のある磁極面を形成する工程を備えている請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記彫られた磁極面を形成するステップが、斜めの磁極面を形成する工程を備えている請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記磁極面と前記界磁極部材のもう１つの端部との間に実質的に真っ直ぐな磁束経路をもたらすために、前記界磁極コアを実質的に真っ直ぐな界磁極コアとして形成するステップ
をさらに備えている請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記複数の磁束導体を長手方向に一体に貼り合わせるステップ
をさらに備えている請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記複数の磁束導体を一体に貼り合わせるステップが、
前記複数の磁束導体をお互いから絶縁して、絶縁磁束導体を形成する工程と、
前記絶縁磁束導体を一体に接合する工程と、
を備えている請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記複数の磁束導体をお互いから絶縁するステップが、
前記複数の磁束導体に電気絶縁材料を適用する工程
を備えている請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記複数の磁束導体の間の間隙を磁性粒子で満たすステップ
をさらに備えている請求項６に記載の方法。
【請求項９】
前記間隙を満たすステップが、
前記間隙を軟磁性複合材料粉末で満たす工程
を備えている請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
少なくとも前記複数の磁束導体の部分集合を、前記界磁極コアの長さに近い長さにて分離させ、磁束導体片を形成するステップ
をさらに備えており、
前記複数の磁束導体の前記部分集合を分離させるステップが、前記複数の磁束導体を一体に貼り合わせる工程に先立っている請求項５に記載の方法。
【請求項１１】
前記複数の磁束導体の前記部分集合を分離させるステップが、
前記複数の磁束導体の前記部分集合を切断して、前記磁束導体片を形成する工程
をさらに備えている請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記複数の磁束導体の前記部分集合からの少なくとも１つの磁束導体が、ワイヤである請求項１０に記載の方法。
【請求項１３】
前記ワイヤが、円形、正方形、六角形、およびひし形のうちの任意の形状の断面を有している請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記複数の磁束導体の前記部分集合からの少なくとも１つの磁束導体が、薄板である請求項１０に記載の方法。
【請求項１５】
前記複数の磁束導体を一体に貼り合わせるステップが、
前記磁束導体片を、前記界磁極コアを形成するように構成された金型に配置する工程
をさらに備えている請求項１０に記載の方法。
【請求項１６】
前記磁極面を形成すべく前記界磁極部材の前記端部をオーバモールドするステップ
をさらに備えており、
前記金型が、前記磁極面を形成するように構成されている請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
キャップとしての磁極外装部材を、前記界磁極コアの前記端部に一体化させて前記磁極面を形成するステップ
をさらに備えている請求項１５に記載の方法。
【請求項１８】
前記磁極外装部材を前記界磁極コアの前記端部に一体化させるステップが、
軟磁性複合材料粉末を含んでいる結合用接着剤を、前記界磁極コアの前記端部に適用する工程と、
前記磁極外装部材を前記界磁極コアの前記端部に押し付ける工程と、
を備えている請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
少なくとも前記複数の磁束導体の部分集合を、前記界磁極コアの長さに近い長さにて分離させ、貼り合わせた磁束導体片を形成するステップ
をさらに備えており、
前記複数の磁束導体の前記部分集合を分離させるステップが、前記複数の磁束導体を一体に貼り合わせる工程よりも後である請求項５に記載の方法。
【請求項２０】
前記複数の磁束導体の前記部分集合からの少なくとも１つの磁束導体が、ワイヤである請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
前記複数の磁束導体の前記部分集合を構成している複数のワイヤが、前記界磁極コアの１つ以上の表面を画成する包絡線によって境界付けられている請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
前記包絡線が、正方形、円形、涙滴形、または長円形のいずれかとして形作られる断面を有している請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
前記ワイヤが、円形、正方形、六角形、およびひし形のうちの任意の形状の断面を有している請求項２０に記載の方法。
【請求項２４】
前記複数の磁束導体の前記部分集合からの少なくとも１つの磁束導体が、薄板である請求項１９に記載の方法。
【請求項２５】
前記複数の磁束導体の部分集合を構成している複数の薄板が、前記界磁極コアの１つ以上の表面を画成する包絡線によって境界付けられている請求項２４に記載の方法。
【請求項２６】
前記複数の磁束導体を一体に貼り合わせるステップが、
前記複数の磁束導体の前記部分集合を、細長い磁束導体の供給元から、該細長い磁束導体の一部分を貼り合わせて前記界磁極コアを形成する場所まで引き出す工程
をさらに備えており、
前記細長い磁束導体が、前記界磁極コアの長さよりも大きい長さを有している請求項１９に記載の方法。
【請求項２７】
前記供給元が、薄板の複数のスプールを備えており、その１つ以上が異なる幅を有している請求項２６に記載の方法。
【請求項２８】
前記場所が、前記界磁極コアのためのおおよその断面形状を維持するためのダイを備えている請求項２６に記載の方法。
【請求項２９】
前記貼り合わせた磁束導体片を金型に配置するステップと、
前記磁極面を形成すべく前記界磁極部材の前記端部をオーバモールドするステップと
をさらに備えており、
前記金型が、前記磁極面を形成するように構成されている請求項１９に記載の方法。
【請求項３０】
磁極外装部材を前記界磁極コアの前記端部に一体化させて前記磁極面を形成するステップ
をさらに備えている請求項１９に記載の方法。
【請求項３１】
前記磁極外装部材を前記界磁極コアの前記端部に一体化させるステップが、
軟磁性複合材料粉末を含んでいる結合用接着剤を、前記界磁極コアの前記端部に適用する工程と、
前記磁極外装部材を前記界磁極コアの前記端部に押し付ける工程と、
を備えている請求項３０に記載の方法。
【請求項３２】
前記磁極外装部材がキャップである請求項３０に記載の方法。
【請求項３３】
互いに貼り合わせられた細長い磁気導体からなる部分と、
前記細長い磁気導体からなる部分に形成された磁極面と、
を備えている界磁極部材。
【請求項３４】
前記細長い磁気導体が、ワイヤを含んでいる請求項３３に記載の界磁極部材。
【請求項３５】
前記細長い磁気導体が、薄板を含んでいる請求項３３に記載の界磁極部材。
【請求項３６】
前記磁極面が、キャップを備えている請求項３３に記載の界磁極部材。
【請求項３７】
前記磁極面が、斜めの磁極面の縁を備えている請求項３３に記載の界磁極部材。
【請求項３８】
請求項１に記載の方法に従って形成された界磁極部材。
【請求項３９】
界磁極部材を製造する方法であって、
界磁極コアの構成要素として磁束導体を選択するステップと、
前記界磁極コアから界磁極部材を形成するステップと、
を備えており、
前記界磁極部材が、起伏のある表面を有する磁極面を含んでいる方法。
【請求項４０】
前記界磁極部材を形成するステップが、
前記起伏のある表面を、実質的に円弧と同一の広がりを持つように形成する工程
を備えている請求項３９に記載の方法。
【請求項４１】
前記磁束導体を選択するステップが、
前記磁束導体としてワイヤを含んでいる前記界磁極コアを選択する工程
を備えている請求項３９に記載の方法。
【請求項４２】
前記磁束導体を選択するステップが、
前記磁束導体として薄板を含んでいる前記界磁極コアを選択する工程
を備えている請求項３９に記載の方法。
【請求項４３】
電気機械のための界磁極部材を製作するための方法であって、
複数のワイヤを、少なくとも界磁極部材の界磁極コアを形成するために、互いに近接させて配置するステップと、
前記界磁極コアを、実質的に真っ直ぐな界磁極コアとして形成するステップと、
前記界磁極部材の端部に磁極面を形成するステップと、
を備えており、
前記実質的に真っ直ぐな界磁極コアが、前記磁極面と前記界磁極部材のもう１つの端部との間に延びる実質的に真っ直ぐな磁束経路をもたらすように構成されている方法。
【請求項４４】
前記複数の磁束導体を一体に貼り合わせるステップが、
前記複数のワイヤをお互いから絶縁して、絶縁ワイヤ形成する工程と、
前記絶縁ワイヤを一体に接合する工程と、
を備えている
請求項４３に記載の方法。
【請求項４５】
少なくとも前記複数のワイヤの部分集合を、前記界磁極コアの長さに近い長さにて分離させ、磁束導体片を形成するステップ
をさらに備えており、
前記複数のワイヤの前記部分集合を分離させるステップが、前記複数のワイヤを一体に貼り合わせる工程に先立っている請求項４４に記載の方法。
【請求項４６】
少なくとも前記複数のワイヤの部分集合を、前記界磁極コアの長さに近い長さにて分離させ、貼り合わせた磁束導体片を形成するステップ
をさらに備えており、
前記複数のワイヤの前記部分集合を分離させるステップが、前記複数のワイヤを一体に貼り合わせる工程よりも後である請求項４４に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【発明の簡単な説明】
【０００１】
本発明の実施形態は、広くには、電気モータ、交流発電機、発電機などに関し、さらに詳しくは、界磁極部材構造ならびにそのような界磁極部材構造を形成するための製造方法に関する。
【発明の背景】
【０００２】
数馬力および１馬力未満のモータのための伝統的なロータおよびステータ構造においては、永久磁石がロータアセンブリに取り入れられていることが多く、ロータアセンブリが、典型的には、磁石および電流によって生成される磁束に戻りの磁路を提供する強磁性ステータ構造と同じ平面において回転する。電流によって生成される磁束は、アンペアターン（ＡＴ）生成磁束とも呼ばれるが、ステータ部材構造の磁極領域の周りに巻き付けたコイル巻線に電流を通すことによって生成される。これらのモータおよび他の電気モータの従来からのロータおよびステータ構造は、機能はするものの、次に述べるとおりのいくつかの欠点を抱えている。
【０００３】
図１Ａは、広く用いられているロータおよびステータ構造を例示する伝統的な電気モータを示している。電気モータ１００は、ステータ構造１０４、磁性ハブ１０６、およびシャフト１０２で構成された円筒形モータである。モータ１００のロータ構造は、１つ以上の永久磁石１１０を含んでおり、それらはすべて、磁性ハブ１０６を介してシャフト１０２に取り付けられ、ステータ構造１０４の内側で回転する。ステータ構造１０４は、典型的には界磁極１１８を含んでおり、界磁極１１８のそれぞれに、コイル巻線１１２（１つだけが図示されている）が巻き付けられている。ステータ構造１０４は、スロット１０８を含んでおり、スロット１０８は、１つには、製造時にステータ界磁極１１８に周囲にコイル線を巻き付けるべく線を通すために使用される。さらに、スロット１０８は、隣り合う界磁極１１８の間の磁気分離をもたらしている。ステータ構造１０４は、戻り磁路１１６の一部として、外周の磁束伝導セグメント１１９を含んでいる。多くの場合、ステータ構造１０４は、薄板１１４で構成されており、これらの薄板１１４は、典型的には、等方性の（例えば、粒子が配向していない）透磁性材料で形成されている。永久磁石によって生成させられた磁束およびＡＴによって生成された磁束が存在するいくつかの戻りの磁路の１つである戻り磁路１１６は、外周の磁束伝導セグメント１１９においては、いくぶん円弧状の性状で示されているが、界磁極領域１１８へと入る比較的鋭角な曲がりを含んでいる。
【０００４】
電気モータ１００を含む伝統的な電気モータの１つの問題点は、１つのロータ磁極１１０から発して戻り磁路１１６を経由して別のロータ磁極１１０へと通過する磁束のための磁気回路を完成させるために、戻り磁路１１６が比較的大きな長さを必要とする点にある。さらに、戻り磁路１１６が、磁束を伝えるために好ましいとされる直線ではない。図示のとおり、戻り磁路１１６は、ステータ経路に２つの９０度の曲がりを有している。戻り磁路１１６は、界磁極領域１１８から外周の磁束伝導セグメント１１９へと１回曲がり、次いで外周の磁束伝導セグメント１１９から別の界磁極領域１１８へと再び曲がっている。これらの曲がりの両方とも、効率的に磁束を伝えるためには最適でない。実際のとおり、戻り磁路１１６は、そうでなければ界磁極間で磁束を伝播させるのに必要な量よりも多くの材料または「バックアイアン」を必要とする。結果として、戻り磁路１１６が、従来の電気モータの重量およびサイズを増大させ、モータのフォームファクタならびにそのようなモータを製造するための材料のコストを増大させることになる。
【０００５】
従来の電気モータのもう１つの問題点は、薄板１１４が、磁束密度の最適化ならびに磁束伝導磁極（界磁極１１８など）および外周の磁束伝導セグメント１１９のステータ領域でのヒステリシス損の低減のために、異方性材料を有効に用いていないことである。特に、外周の磁束伝導セグメント１１９は非直線的な磁束経路を有しており、これが、ヒステリシス損（または、「鉄損」）を減らすべくそのような異方性材料を使用することを制限している。ヒステリシスとは、自身の磁化を保持しようとする磁性材料の傾向である。「ヒステリシス損」は、ステータ領域を構成している磁性材料を磁化および消磁するために必要なエネルギーであり、磁性材料の量が増大するとヒステリシス損も大きくなる。戻り磁路１１６が、９０度以上の曲がりを１つ以上有しているため、粒子配向材料などの異方性材料の使用は、外周の磁束伝導セグメント１１９における戻り磁路１１６が薄板１１４の指向方向と交差してしまうので、ヒステリシス損を有効に減少させることができない。例えば、方向１２０が薄板１１４の粒子の方向を示すならば、戻り磁路１１６の少なくとも２つの部分が粒子の方向１２０と交差し、ステータの外周の磁束伝導セグメント１１９のそれらの部分の磁束密度の容量を抑制している。その結果、磁束経路が通常は直線ではなく曲線を成しているため、ステータ構造１０４に類似した構造においては、通常は異方性材料は使用されておらず、このことが、そのような材料の使用によってもたらされる利点を制限している。
【０００６】
従来からの電気モータのまたさらなる問題点は、戻り磁路１１６の長さが比較的長い点にある。転流周波数において生じる磁界の変化など、磁界の変化が、薄板１１４内に渦電流を発生（渦電流を誘起する磁界に対抗する方向で）させ得る。渦電流は、磁束の変化速度のべき乗におおよそ比例し、かつ影響を受ける薄板材料の体積におおよそ比例する電力ロスをもたらす。
【０００７】
広く使用されている電気モータのその他の問題点として、「コギング」または保持トルクを減少させるために特殊な技術を実施しなければならず、それらがさまざまな種類の電気モータ設計に応用するには余り適していないというものがある。コギングは角度的に不均一なトルクであり、滑らかな回転運動ではなく「痙攣」運動を発生させてしまう。この効果は、通常は低速時に最も明らかであり、界磁極１１８の磁極に対する角度位置が異なると、負荷へのトルクが増減する。さらに、それに伴う回転の加速および減速が、耳障りな振動を発生させる。
【０００８】
図１Ｂが、広く使用されているステータおよびロータ構造を例示する別の種類の伝統的な電気モータとして、アキシャルモータ（ａｘｉａｌ  ｍｏｔｏｒ）を示している。従来からのアキシャルモータの構成は、ラジアルモータを含む他の一般的なモータ技術の欠点を克服するために使用されている。しかしながら、アキシャルモータを、ラジアル構成に関する従来からの設計の教義に従って設計すると、アキシャルモータを適用できる用途の数を限定する固有の制限が生じ得る。したがって、アキシャルモータの使用は、比較的特殊な分野に或る程度限られている。
【０００９】
さらに、アキシャルモータは、通常は、それぞれの端部に垂直な界磁極面を有する長手方向の磁極のアレイで構成されている。垂直な界磁極面が、通常は、図１Ｂに示されているように、１つまたは２つの回転平板磁石アセンブリに面するように配置されている。アキシャルモータ１２１が、長手方向の界磁極のアレイをステータアセンブリ１２６として備えて示されており、このステータアセンブリ１２６が、前部磁石板１２４および後部磁石板１２８に取り付けられた２つの回転平板磁石アセンブリ１３１の間に位置している。また、モータシャフトを所定の位置に保持するための軸受を含んでいる前部カバー板１２２および後部カバー板１３０も示されている。ステータアセンブリ１２６の界磁極は、典型的には、鋼の薄板の集合体で製作され、垂直な界磁極面が回転磁石１３１との間に一定のエアギャップを保っている。
【００１０】
伝統的なアキシャルモータは、典型的には、エアギャップ領域に直面することができ、したがって磁石の相対強度に制限されるトルクを生み出すことができる固定の数または面積の磁極面を有している。これは、大トルクのモータを製造するために、通常は高強度の（したがって、コストの高い）磁石が必要とされることを意味する。これが、特に、アキシャル型のモータ設計の魅力を少なくしている。
【００１１】
以上に照らし、電気モータおよび発電機における上述の問題点を軽減する構造としての界磁極部材を提供し、例えば単位サイズ当たり、または単位重量当たり、あるいは両者について出力トルクおよび効率を増大させ、さらには製造および／または動作の際に資源を節約することが、望ましいと考えられる。
【発明の開示】
【００１２】
電気機械の界磁極部材を製造するための方法、装置、製造物、およびシステムが、特に、単位サイズ（または、単位重量）当たりのトルクおよび／または効率の向上ならびに製造コストの低減のために、磁束経路の長さを短縮し、バックアイアンを除去するために開示される。一実施形態においては、界磁極部材の構造を、例えば磁束経路の長さの短縮、界磁極部材を通過する経路の実質的な直線化、または両者をもたらすように、形成することができる。別の実施形態においては、電気機械の界磁極部材を製作するための方法が提供される。この方法は、複数の磁束導体を、少なくとも界磁極部材の界磁極コアを形成すべく例えば長手方向に一体に貼り合わせられるように配置するステップを含んでいる。さらに、この方法は、界磁極部材の端部に磁極面を形成するステップを含むことができる。すなわち、この方法は、界磁極部材の１つ以上の端部に１つ以上の磁極面を形成するステップを含むことができる。一実施形態においては、界磁極コアが、磁極面ともう１つの磁極面または界磁極部材の他端との間に、真っ直ぐな磁束経路または実質的に真っ直ぐな磁束経路をもたらすために、実質的に真っ直ぐな界磁極コアである。いくつかの実施形態においては、特に、モータの効率を向上させることができ、かつ例えば廃材を最小限にすることによって製造コストを下げるべく資源を節約できる界磁極部材構造の製造方法が提供される。界磁極部材の製造に関する種々の実施形態が、界磁極部材を例えば１つまたは複数の磁石ロータに適合するように構成でき、したがって磁石が任意の種類の形状を有することができる。
【００１３】
本発明は、添付の図面と連動して検討される以下の詳細な説明に関連して、さらに完全に理解される。
【００１４】
図面のいくつかの図の全体を通して、同様の参照番号は対応する部分を指している。参照番号の大部分が、その参照番号を最初に導入した図面をおおむね特定する最も左側の１桁または２桁を含んでいることに注意すべきである。
【詳細な説明】
【００１５】
定義
以下の定義が、本発明のいくつかの実施形態に関して説明される要素のいくつかに当てはまる。これらの定義は、本明細書においてさらに詳しく説明される。
本明細書において、用語「エアギャップ」は、磁石表面と直面する磁極面との間の空間またはギャップを指す。この空間を、少なくとも磁石表面および磁極面の領域によって画定される体積として物理的に説明することが可能である。エアギャップは、ロータとステータとの間の相対運動を可能にし、磁束相互作用領域を画成するように機能する。エアギャップは、典型的には空気によって満たされているが、必ずしもそのように限定されるわけではない。
【００１６】
本明細書において、用語「バックアイアン」は、一般に、そのままであれば開いている磁気回路を完結させるためにしばしば使用される物理的構造（ならびに、そのような物理的構造をもたらす材料）を指す。特には、バックアイアン構造は、通常は、コイルなどのアンペアターン生成要素を介在させずに、界磁極部材の間または磁極の間で、１つの磁気回路要素から別の磁気回路要素に（１つの透磁性界磁極部材から別の透磁性界磁極部材に、第１の磁石の磁極から第２の磁石の磁極へ、あるいはその両方など）、磁束を受け渡すためだけに使用される。さらに、バックアイアン構造は、通常は、１つ以上のコイルなどの関連のアンペアターン発生要素を受け入れるようには形成されない。
【００１７】
本明細書において、用語「コイル」は、透磁性材料に誘導によって結合して磁束を生成するように配置された導体の連続する巻きの集合を指す。いくつかの実施形態においては、用語「コイル」を、「巻線」または「コイル巻線」と記載することができる。用語「コイル」は、箔状のコイル（すなわち、比較的平坦な平面状の導体）も含むことができる。
【００１８】
本明細書において、用語「コイル領域」は、通常は、界磁極部材のうちのコイルが巻き付けられる部分を指す。
【００１９】
本明細書において、用語「コア」は、界磁極部材において、コイルが磁極片間に通常配置されている部分を指し、一般に、磁束経路の一部を提供するために透磁性材料で構成されている。いくつかの実施形態においては、「コア」の形成が、磁極面を有し、あるいは磁極面を有さない界磁極部材も形成する。他の実施形態においては、コアが、その上に端部キャップ等を形成することができるベース構造として形成される。
【００２０】
本明細書において、用語「界磁極部材」は、通常は、透磁性材料で構成され、コイルを巻き付けることができる構造を提供するように構成されている要素を指す（すなわち、この要素は、磁束を発生させるという目的のためにコイルを受け入れるように構成されている）。いくつかの実施形態においては、界磁極部材が、コア（すなわち、コア領域）および少なくとも２つの磁極片を含み、それぞれの磁極片が、通常は、コアのそれぞれの端部の付近に位置する。しかしながら、他の実施形態においては、界磁極部材が、コアおよびただ１つの磁極片を含んでいる。いくつかの実施形態においては、用語「界磁極部材」を、広く「ステータコア」と表現することができる。少なくとも１つの実施形態においては、界磁極部材が、通常は細長い形状を有しており、界磁極部材の長さ（例えば、界磁極部材の両端の間の距離）が、通常は界磁極部材の幅（例えば、コアの幅）よりも大きい。
【００２１】
本明細書において、用語「能動界磁極部材」は、コア、１つ以上のコイル、および少なくとも１つの磁極片からなる集合体を指す。詳しくは、能動界磁極部材は、アンペアターン磁束を選択的に生成するために１つ以上のコイルに組み合わせられる界磁極部材として説明される。いくつかの実施形態においては、用語「能動界磁極部材」を、一般に「ステータコア部材」と表現することができる。
【００２２】
本明細書において、用語「強磁性体」は、ヒステリシス現象を通常呈する材料であって、その透磁率が磁化力に依存して決まる材料を指す。また、用語「強磁性体」は、その比透磁率が１よりも大きく、磁化力に依存して決まる透磁性材料を指すこともできる。
【００２３】
本明細書において、用語「界相互作用領域」は、２つ以上の発生源から発生した磁束が、それらの発生源に対して機械力および／またはトルクを発生させるような様相でベクトル的に相互作用する領域を指す。通常は、「磁束相互作用領域」という用語を、用語「界相互作用領域」と入れ替え可能に使用することができる。上記発生源の例として、界磁極部材、能動界磁極部材、および／または磁石、あるいはこれらの一部分が挙げられる。「界相互作用領域」は、しばしば「エアギャップ」として回転機器の専門用語に用いられるが、「界相互作用領域」は、２つ以上の発生源からの磁束が、それらの発生源に対して機械力および／またはトルクを発生させるようにベクトル的に相互作用する領域を表現するより幅広い用語であり、したがってエアギャップの定義のみに限定されるものではない（すなわち、磁石表面および磁極面の領域ならびにこれら２つの領域の間の外周から延びる表面によって画定される体積に限定されない）。例えば、界相互作用領域（または、少なくともその一部）は、磁石の内部に位置することもあり得る。
【００２４】
本明細書において、用語「発電機」は、通常は、例えばその出力電圧波形にかかわらず、機械的エネルギーを電気的エネルギーに変換するように構成された電気機械を指す。「交流発電機」も、同様に定義することができるため、用語「発電機」は、その定義において交流発電機も含む。
【００２５】
本明細書において、用語「磁石」は、自身の外部へと磁界を発生させる物体を指す。したがって、用語「磁石」には、永久磁石、電磁石などが含まれる。
【００２６】
本明細書において、用語「モータ」は、通常は、電気的エネルギーを機械的エネルギーに変換するように構成された電気機械を指す。
【００２７】
本明細書において、用語「透磁性」は、磁束密度（「Ｂ」）と印加磁界（「Ｈ」）との間の磁気的に定義可能な関係を有する材料を広く指す記述用語である。さらに、「透磁性」は、これらに限られるわけではないが、薄板鋼および冷間圧延粒子配向（「ＣＲＧＯ」）鋼を含む強磁性体、粉末金属、軟磁性複合材料（「ＳＭＣ」）などを含む広い用語であることが意図される。
【００２８】
本明細書において、用語「磁極面」は、磁束相互作用領域（ならびに、エアギャップ）の少なくとも一部分に面することで、磁束相互作用領域（ならびに、エアギャップ）の１つの境界を形成する磁極片の表面を指す。いくつかの実施形態においては、用語「磁極面」を、広く「ステータ表面」または「磁束相互作用面（あるいは、その一部）」もしくは両方として表現することができる。
【００２９】
本明細書において、用語「磁極片」は、磁極面がロータ（または、その一部分）に直面することで、エアギャップの形成およびエアギャップのリラクタンスの制御の役割を果たすように、磁極面の配置を容易にする界磁極部材の一部分を指す。界磁極部材の磁極片は、通常は、コアの端部の近くに位置し、コイル領域またはコイル領域の付近から始まって磁極面で終了する。いくつかの実施形態においては、用語「磁極片」を、「ステータ領域」と表現することができる。
【００３０】
本明細書において、用語「軟磁性複合体（「ＳＭＣ」）」は、本発明のロータ−ステータ構造の要素を形成すべく成型することができる絶縁被覆付きの透磁性粉末金属材料など、絶縁磁性粒子で一部分が構成されている材料を指す。
【００３１】
本明細書において、用語「移行領域」は、磁束経路の一セグメント（例えば、コア領域内の）について磁束経路の他のセグメント（例えば、磁極片内の）へのオフセットまたは迂回を容易にする磁極片の任意の部分を指す。１つ以上の磁極片が、（例えば、コイルを回転軸により近いコンパクトな構成に配置することによって）モータの体積の活用を改善するために、移行領域を備えることができる。一般に、移行領域は、界磁極部材のリラクタンスを比較的低く保ちつつ、電気機械を構成している要素のコンパクト化を促進できる。そのような要素として、シャフト、界磁極部材、磁石などが挙げられる。
【００３２】
検討
図２は、本発明の具体的な実施形態による界磁極部材の製造の一般的なフローである。フロー２００は、磁束量を例えば一方向または実質的に一方向に運ぶことができる界磁極部材構造をもたらすための製造技法を提供する。これらの構造は、電気モータおよび発電機などの電気機械、ならびに電気ソレノイドおよび他の用途について、性能の向上および経済的な製造をもたらすことができる。一実施形態においては、フロー２００が、２０１において、磁束導体を比較的密に近接させて配置し、一体に貼り合わせて界磁極部材の界磁極コアを形成する。また、フロー２００を、いくつかの実施形態に従って、界磁極部材そのものを形成するために使用することも可能である。本明細書において、用語「磁束導体」は、いくつかの実施形態において、透磁性材料で構成された細長い構造を指す。任意により、磁束導体は、長手方向（すなわち、縦方向）に沿った粒子の配向を有することができる。磁束導体の例として、ケイ素鋼などの透磁性材料で構成されたワイヤおよび薄板が挙げられる。２０３において、磁束相互作用面をもたらすために、磁極面を界磁極コアに関して形成することができる。これらの磁極面を、例えば、米国特許第７，０６１，１５２号Ｂ２明細書および米国特許出願公開第１１／２５５，４０４号明細書にそれぞれ記載されているような円錐形状または円柱形状の磁石に直面するように構成することができる。一実施形態においては、磁極面を、円錐形や円柱形の磁石などに直面するよう、彫られた（ｓｃｕｌｐｔｅｄ）磁極面を形成するように作製することができる。他のさまざまな実施形態においては、磁極面を、リニアおよび／または回転モータの場合における台形の磁石など、任意の他の種類の形状を有する他の磁石に直面するように構成することができる。２０５において、界磁極部材が生成される。さまざまな実施形態において、フロー２００は、２０３の磁極面の形成に先立ち、あるいは２０３の磁極面の形成に続いて、２０１において磁束導体を一体に貼り合わせることができる。一実施形態においては、フロー２００が、２０３における磁極面の形成と同時または実質的に同時に、２０１において磁束導体を一体に貼り合わせることができる。
【００３３】
図３が、本発明の特定の実施形態によって製造された界磁極部材の例を示している。界磁極部材３００が、界磁極部材コア３０２および磁極外装部材３０４を含んでいる。それぞれの磁極外装部材３０４が、磁極面３０６である磁極面の例を含んでいる。一実施形態においては、界磁極コア３０２が、磁極外装部材３０４を形成すべくオーバモールドされている。いくつかの場合には、オーバモールドが、界磁極コア３０２を構成している磁束導体も包んでいる。他の場合には、オーバモールドが、磁極外装部材３０４のみを形成している。本明細書において、用語「キャップ」は、いくつかの実施形態において、磁極外装部材３０４を指す。少なくとも１つの実施形態においては、界磁極コア３０２が真っ直ぐまたは実質的に真っ直ぐな界磁極コアであり、磁極面３０６の間に実質的に真っ直ぐな磁束経路をもたらしている。他の実施形態においては、界磁極コア３０２が移行領域を含むことができ、あるいは界磁極コア３０２を移行領域に接続することができる。特定の実施形態においては、磁極外装部材３０４が、透磁性の材料で構成された「キャップ」として形成される。したがって、磁極外装部材３０４を、磁性粉末を磁極面３０６の輪郭を画成する特定の形状へとプレスすることによって形成できる。磁極外装部材３０４を形成すべく使用される個々の磁性粉末粒子は、少なくともいくつかの場合においては、界磁極部材３００の損失特性を改善する絶縁コーティングを有することができる。磁極外装部材３０４としてのキャップを実現する一例が、図１０に示されている。少なくとも１つの実施形態においては、界磁極部材３００が、薄板のみで製造される界磁極部材（すなわち、磁極面が薄板に形成される）において見られるものと実質的に同じ望ましい磁気特性および低損失特性を有する。プレスによる端部キャップおよびオーバモールドによって、薄板、ワイヤ、または他の任意の種類の磁束導体を使用して界磁極部材およびステータ端部構造を生み出すさらなる自由度が、設計者にもたらされる。
【００３４】
図４が、本発明の特定の実施形態によって製造される界磁極コアの例を示している。この例に示されているように、界磁極コア４００は、いくつかの薄板４０１を含んでいる。一実施形態においては、界磁極コア４００が、それぞれの薄板４０１が同じ幅「Ｗ」を有する場合に、四角形の断面４０２を有している。少なくとも１つの実施形態においては、１つ以上の薄板４０１が、異なる幅Ｗを有している。例えば、薄板４０１の幅を変えることで、界磁極コア４００について台形の断面４０４を形成することができる。少なくとも１つの実施形態においては、薄板４０１を、例えば酸化物などの電気絶縁材料での被覆やガラスコーティングなどによって、互いに絶縁（例えば、電気的絶縁、磁気的絶縁など）することができる。電気絶縁材料の一例は、黒色酸化物である。特定の実施形態においては、薄板４０１を、接着剤によって互いに貼り付けることができる。本発明の種々の実施形態においては、薄板の幅Ｗの向きが、回転軸に対して放射状（または、実質的に放射状）、あるいは同心（実質的に同心）、あるいは他の任意の向きであってよい。一実施形態によれば、界磁極コアの形状および／または製造プロセスのコストが、全体的または部分的に、薄板４０１の積層の向きを決定できる。
【００３５】
包絡線４０４の断面４５０が、異なる幅Ｗを有する薄板４０１を示している図４に示されている。異なる幅によって、包絡線４０４に台形の断面４５０を有する界磁極コア４００を生み出すことができる。一実施形態においては、界磁極コア４００の一方または両方の端部が、一様なエアギャップまたは実質的に一様なエアギャップをもたらすように形成された磁極面４１０を備えることができる。あるいは、いくつかの実施形態においては、磁極面４１０が、例えば彫られた結合面を有するキャップ（図示されていない）と対をなすように形成されている。種々の実施形態において、磁極面４１０は、例えば（界磁極部材を形成すべく）界磁極コア４００の一方または両方の端部を彫ることによって形成され、あるいは磁極片のキャップを彫ることによって形成される。本明細書において、用語「彫られた磁極面」は、少なくとも１つの実施形態において、「起伏のある」磁極面または「斜めの」磁極面を広く指すことができる。少なくとも１つの実施形態において、磁極面４１０を、起伏のある表面を含む起伏のある磁極面として形成できることに、注意すべきである。起伏のある表面は、実質的に曲面の延長であってよく、湾曲の度合いは、磁極面４１０の表面全体にわたって一定であっても、変化してもよい。このように、磁極面４１０を、少なくとも１つの実施形態によれば、起伏のある磁極面４１０と称することができる。いくつかの場合には、曲面が、例えば円錐または円筒の表面に位置する円弧と同一の広がりを有する部分を含むことができる。さらに、起伏のある表面は、一実施形態においては凹面であってよい。別の実施形態においては、界磁極コア４００の一方または両方の端部が、平坦または実質的に平坦であるが斜めである磁極面４２０を備えることができる。この斜めの磁極面は、界磁極部材４００を、それぞれの磁極面が永久磁石に直面し、あるいはキャップに容易に結合し、あるいはこの両方であるような起伏を有するように、端部において切断することによって形成できる。いくつかの実施形態において、用語「切断」および「切る」は、界磁極部材に適用されるとき、磁束導体を出発材料の本体（細長い薄板のロールまたはワイヤのロール）から分離させることを指す。したがって、いくつかの実施形態において、界磁極部材を切断することによって「彫られた」磁極面を形成することができる。一般に、そのような切断は、長手方向ではなくて横方向の性状である（すなわち、通常は磁束導体の幅に沿って行われる）。本明細書において、用語「斜め」は、少なくとも１つの実施形態において、磁束相互作用領域（ならびに、エアギャップ）の少なくとも一部分に面する表面（または、表面の一部分）の特性を指す。この表面は、磁極片（例えば、磁極面）の磁束相互作用領域または磁石の表面であってよい。種々の実施形態によれば、斜めの磁極面４２０を、例えばリニアまたは回転モータに実装された例えば台形磁石の斜めの表面に直面するように構成することができる。
【００３６】
図５が、本発明の別の特定の実施形態によって製造される別の界磁極コアの例を示している。界磁極コア５００が、何本かのワイヤを磁束導体として備えている。断面図（「Ａ−Ａ」）５５０に示されているように、界磁極コア５００は、複数本のワイヤ５０１および間質材料５０２を含んでいる。図示の例では、ワイヤ５０１が円形の断面を有している。ワイヤ５０１が、界磁極コア５００に、磁性鋼薄板で構成された界磁極コアと同様の比較的大きな磁束伝達能力をもたらすことができる。したがって、ワイヤ５０１は、いくつかの実施形態によれば、界磁極コアについて他の技法では通常は生成が困難および／または高価であったさまざまな形状を可能にする。例えば、図５は、ワイヤ５０１を、界磁極コア５００について三角形の断面形状５１０を形成すべく、集合させることができる旨を示している。また、ワイヤ５０１を、界磁極コア５００について、楕円形または涙滴形の断面形状など、他の形状を形成するように使用することも可能である。本明細書において、用語「包絡線」は、少なくともいくつかの実施形態において、境界として磁束導体を包囲する１つ以上の表面を広く指すことができる。包絡線は、金型、ダイ、圧密ホイールなどによって製造することができる四角形、円形、涙滴形、長円形、または他の任意の形状として形作られた断面を有することができる。少なくとも１つの例では、包絡線の断面が、磁束導体の長さに平行な線に対して実質的に直角な平面に位置する。少なくとも１つの実施形態においては、ワイヤ５０１を、例えば酸化物等の電気絶縁材料を含むコーティングを講じることによって、お互いから絶縁することができる。
【００３７】
ワイヤ５０１は、断面および断面積を小さくして内部の渦電流を少なくすることができるため、例えば薄板に通常つきものの損失を少なくすることができる。種々の実施形態において、ワイヤ５０１は、ワイヤ５０１の断面について、他の種類の形状の中でも特に、正方形の断面５０４、ひし形の断面５０６、および六角形の断面５０８を有することができる。断面５０４および５０６が、例えば、間質材料５０２の体積を少なくすることができる。特定の実施形態においては、間質材料５０２が、結合剤および／または磁性粒子を含むことができる。結合剤が、ワイヤ５０１を互いに貼り合わせることができる一方で、磁性粒子は、ワイヤ５０１間の空洞を磁束伝搬材料で満たすことによって、界磁極コア５００の磁束伝搬能力を向上させることができる。磁性粒子の例として、「磁性粉末」としての軟磁性複合材料（「ＳＭＣ」）で構成された粉末が挙げられる。ＳＭＣなどの複合材料の使用を、少なくとも１つの実施形態において、ワイヤ５０１の材料の無駄が全くなく、あるいは無視できる程度であり、かつ間質材料５０２内の磁性粉末の量が比較的きわめて少ない複合界磁極部材構造を製造するために利用することができることに、注意すべきである。いくつかの場合には、磁性粒子が、それぞれの粉末粒子の周囲に酸化鉄などの絶縁性の外殻を有することができる。一実施形態においては、間質材料５０２が、磁性粒子を含んでおらず、結合剤のみを含んでいる。他の実施形態においては、間質材料５０２が、磁性粒子または結合剤あるいは両方を含むことができる。
【００３８】
図６は、本発明の実施形態による界磁極部材の製造について、製造フローの例を説明するフロー図である。６０２において、複数の磁束導体が、最終的に製造される界磁極コアの長さをほぼ近似する長さに切断される。いくつかの実施形態において、それぞれの磁束導体が同一の長さに切断される（例えば、キャップを設ける場合）一方で、他の実施形態においては、それぞれの磁束導体を、磁極面間の距離を近似する長さに切断することができる。少なくとも１つの実施形態においては、磁束導体の長さを、磁極面の間の距離の相違に対応するように変化させることができる。６０４において、上記複数の磁束導体を、金型（金型とは、その場所またはほぼその場所で磁束導体の貼り合わせが生じる場所と言うことができる）内に配置することができる。金型の少なくとも１つの例は、界磁極部材のために、彫られた磁極面および／または位置決め用の造作など、追加の構造的および／または機能的造作を形成することができる。任意により、６０６において、結合剤（または、接合剤）を、そのような物質が未だ磁束導体または磁束導体を形成するための出発材料（例えば、鋼製コイル）に適用されていないならば、金型へと導入することができる。結合剤を、界磁極部材アセンブリを一体に保持するために使用することができる。任意により、結合剤は、６０８において磁性粉末と混合される粉末状の材料であってよく、６１０において結合剤を硬化させるべく加熱および／または加圧を行うことができる。あるいは、結合剤は、ひとたび金型が６０４におけるワイヤおよび６０８における磁性粉末で満たされた後に６０６において加えられる比較的低粘度の浸透接着剤であってよい。磁束導体が薄板である場合には、おそらくは薄板間の境界に間隙が存在せず、あるいは無視できる程度の間隙しか存在しないため、６０８における磁性粉末の追加を省略できることに、注意すべきである。
【００３９】
いくつかの実施形態においては、６０６において行われる結合剤の導入を、磁束導体を出発材料から分離させる（例えば、切断する）前に実行することができる。例えば、磁束導体が薄板である場合には、結合剤を、出発材料（例えば、未切断のロール）のロール（または、コイル）に塗布することができる。この場合、結合剤を、スリッティング（例えば、せん断によるスリッティング）または他の任意の形式の長手方向の切断に先立つコーティングとして塗布することができる。少なくとも１つの実施形態においては、フロー６００が、結合剤を６０２と６０４との間において塗布する。すなわち、薄膜接着剤などの結合剤を、スリッティングプロセスによって出発材料から細長い材料片を形成した後に、そのような材料片に塗布することができる。
【００４０】
フロー６００は、６１０から続いて、磁極外装部材３０４（図３）または「キャップ」を形成する。一実施形態においては、フロー６００が、オーバモールド技法を使用することによってキャップとしての磁極外装部材を形成すべく、６１２へと進む。ここで、オーバモールド作業は、６１６において所望の形状の磁極面を形成するために、接着剤（例えば、糊）を絶縁された磁性粉末材料に組み合わせて使用することができる。界磁極コアの少なくとも端部をオーバモールドすることによって、磁極面を制御されたやり方で形作り、磁石（円錐形または円柱形の磁石など）と協働してエアギャップを形成するための特徴を有することができる磁束相互作用面を生み出すことができる。他の実施形態においては、フロー６００が、６１０から６１４へと移動する。ここで、磁極外装部材３０４（図３）または「キャップ」を、磁極面を有する界磁極部材を形成するために、界磁極コア（「Ｆ．Ｐ．コア」）に一体化させることができる。６１４において、磁極外装部材の例えば界磁極コアの端部への一体化は、結合剤（軟磁性複合材料粉末を含んでも、含まなくてもよい）を界磁極コアの端部に塗布し、磁極外装部材を界磁極の端部に押し付けることによって、６１６において磁極面のための特定の形状を形成することを含む。したがって、６１６において形成される磁極面は、彫られた磁極面であってよい。このようにして、モータの製造者は、例えば円錐形または円柱形の磁石を必要とする電気機械において、界磁極部材の在庫を減らすことができる。円錐形および円柱形の磁石に合わせて構成された互いに入れ替え可能なキャップを、必要に応じて共通の界磁極コアに一体化させることができ、したがって不必要な在庫の増加を防止することができる。磁極外装部材を界磁極コアに（例えば、固定によって）一体化するとき、結合剤と磁性粉末充てん材との組み合わせを使用することが可能である。磁極外装部材および磁性材料入りの結合用接着剤の磁束伝搬能力は、薄板で構成された界磁極コアの磁束伝搬能力と異なるかもしれないが、結合用接着剤を横切る磁束の移動距離は比較的短いため、界磁極部材の磁束伝搬能力への影響は最小限であると考えられる。６２０において、フロー６００は、界磁極部材を製造することによって終了（「完了」）する。いくつかの実施形態においては、フロー６００が、界磁極部材に関して移行領域を形成することができる。
【００４１】
図７は、本発明の別の実施形態による界磁極部材の製造のための製造フローの別の例を説明するフロー図である。７０２において、複数の磁束導体が、磁束導体を互いに貼り合わせることができる貼り合わせ場所に引き出される。例えば、貼り合わせ場所は、ダイを含むことができる。他の例では、貼り合わせ場所が、対を成す１組のホイール（例えば、対を成す成形ホイール）など、成形用部材を含むことができる。そのようなホイールの例が、圧密ホイールとして図８Ｂに記載されている。ダイおよび／または対を成すホイールが、界磁極コアの断面形状を維持する。このように、対を成すホイールが、円形、長円形、および涙滴形など、いくつかの断面形状を形成することができる。したがって、７０２において、磁束導体がそれぞれ、複数のスプールなど、細長い磁束導体の供給元から引き出される。通常は、磁束導体が、界磁極コアの長さよりも長い長さを有する細長い磁束導体として引き出される。本明細書において、用語「細長い磁束導体」は、いくつかの実施形態において、本発明の実施形態の界磁極部材を形成するためにさらなる切断を必要とする磁束導体を指す。
【００４２】
７０４において、結合剤が磁束導体に塗布される。例えば、結合剤をエアロゾル化して、細長い磁束導体の供給元からダイ（すなわち、貼り合わせ場所）に引き出されるときのそれぞれの磁束導体に堆積させる（すなわち、噴き付ける）ことができる。結合剤をエアロゾルの形態で塗布することは、薄板への適用によく適している。他の例として、結合剤を磁束導体に回転塗布することができる。他の実施形態においては、７０４における結合剤の導入を、７０２における磁束導体の貼り合わせ場所への引き出しに先立って行うことができる。例えば、結合剤を、薄板のスリッティングに先立って鋼コイルに塗布することができ、あるいはスプールに巻き取られる前のワイヤに塗布することができる。
【００４３】
磁束導体が薄板である場合、フロー７００は７０８へと移動する。しかしながら、磁束導体がワイヤである場合には、フロー７００は７０６へと移動する。磁性粉末が、間隙を埋めるべく７０６においてワイヤに適用される。一実施形態においては、結合剤および磁性粉末の両者が、結合剤−磁性粉末の組み合わせをワイヤへと移す（例えば、ブラシによって）ことによって同時に適用することができる。７０８において、結合剤を硬化させて棒状の素材（例えば、金属棒）を形成するために、ダイの加熱または圧力を加えるための作動あるいは両方が行われる。あるいは、ヒータが、ダイとは別個に硬化プロセスを実行してもよい。いくつかの実施形態においては、結合剤を硬化させて棒状の素材を形成するために、７０８において対を成すホイールが熱および／または圧力を加えてもよい。７１０において、貼り合わせられた磁束導体が、界磁極コアを形成すべく切断される。すなわち、複数の磁束導体のそれぞれが、それら複数の磁束導体を一体に貼り合わせて貼り合わせ済み磁束導体を形成した後で、界磁極コアの長さに近い長さに切断される。次いで、フロー７００は７１０から７２０へと進むが、７１２、７１４、７１６、および７２０の機能は、それぞれ図６の６１２、６１４、６１６、および６２０と同様である。フロー７００は、界磁極部材を連続的に形成する費用対効果に優れた一定断面積のプロセスを提供することができる。一実施形態においては、フロー７００が、引き抜きプロセスと同様である。いくつかの実施形態においては、フロー７００が、界磁極部材に関して移行領域を形成する。
【００４４】
図８Ａが、本発明の実施形態による界磁極部材を製造するためのシステムを示している。システム８００は、供給元（「スプールに巻かれた薄板」）８０２、細長い磁束導体８０３（それぞれスプール８０１に巻き付けられている）、任意により噴霧バインダ８０４、複合ダイ−ヒータ８０６、引き出し機構８０７、ならびに細長い磁束導体８０３からの貼り合わせ済み磁束導体を分離させるための１つ以上のカッター８０８を含んでいる。供給元８０２は、スプールに配置された複数の薄板を含んでいる。一実施形態においては、それぞれのスプールの細長い磁束導体８０３のそれぞれが、同じ幅を有している。別の実施形態においては、細長い磁束導体８０３が、例えば涙滴形の界磁極部材コアを製造するために、異なる幅であってよい。いくつかの場合には、製鋼所によって供給される鋼板が、最初にさまざまな幅に細切りされ、図８Ａの供給元８０２に再び巻き取られる。次いで、スプール８０１が、製造装置に装填される。加工中、任意により噴霧バインダ８０４が、少なくとも熱硬化型の結合剤を、ダイ８０６を通って引かれるときの個々の細長い磁束導体８０３に噴き付ける。ダイ８０６のヒータ段が結合剤を活性化させ、これによって積層が棒状の素材へと固められる。引っ張り機構８０７が、貼り合わせられた磁束導体を１つ以上のカッター８０８へと引っ張る。例えば、最終的な界磁極コアを生成するために、２つのカッター８０８を連続して使用することができる。システム８００は、例えば鋼板からの薄板の打ち抜きに比べ、最初のスリッティング作業およびおそらくは最後の切断中、材料の無駄を少なくすることができる。カッター８０８は、真っ直ぐな切断（例えば、細長い磁束導体８０３に対して垂直）または斜めの切断を形成することができる。水ジェット切断が、本発明のいくつかの実施形態を実行するために適したカッター８０８の一例である。
【００４５】
いくつかの実施形態においては、磁気特性を向上させるための粒子配向を有しているワイヤを使用することができる。システム８００の初期の工具費を、比較的低くすることができ、短い量で償却することができる。磁束導体を一体に結合させるために結合剤を使用することは、通常は、界磁極部材の最終的な複合構造の騒音および振動を、例えば非接合の薄鋼板で製作された同等の構造と比べて少なくするうえで役に立つ。種々の実施形態において、薄板を、レーザ溶接、電子ビーム溶接などによって貼り合わせてもよい。
【００４６】
いくつかの実施形態においては、磁束導体８０３を、打ち抜きプロセスを使用して薄板として形成することができる。図１４〜１６が、界磁極コアおよび／または界磁極部材を製造すべく例えば打ち抜きによって形成された薄板の例を示している。しかしながら、図８Ａを参照すると、出発材料（または、コイル）をさまざまな幅の細長い磁束導体８０３へと縦方向に分割するために、スリッティングプロセスを使用することができる。通常は、スリッティングプロセスおよび分離プロセス（カッター８０８での切断など）から形成された薄板は、打ち抜きによって製造される薄板よりも好ましい磁気特性を有する傾向にある。いくつかの実施形態を実行するために適したスリッティングプロセスとして、標準的なせん断ホイールによるスリッティング、水ジェットによるスリッティング、およびレーザ切断が挙げられる。いくつかの場合、打ち抜きプロセスは、細長い磁束導体８０３の磁気特性を乱す可能性がある。少なくとも一実施形態においては、磁束導体８０３がワイヤであってよい。
【００４７】
図８Ｂは、本発明の別の実施形態による界磁極部材を製造するための別のシステムを示している。システム８５０を、界磁極コアならびに界磁極部材そのものを形成するために広く使用することができる。図示のとおり、システム８５０は、例えば複合材料をワイヤなどの細長い磁束導体を覆って取り入れることによって形成される界磁極部材および界磁極コアの形成に使用される。通常は、ワイヤ８５８が、供給スプール８５６からホッパー８６０へとワイヤガイド８５９を介して供給される。さらに、粉末状の金属および／またはＳＭＣ供給原料（「粉末」）８５４を、ホッパー８６０へと供給することができる。少なくとも１つの実施形態においては、ワイヤ８５８のサイズ、ワイヤ断面、および数を、磁気特性よりもむしろ、例えばプロセスにおける好都合さおよび強度に応じて選択することができる。種々の実施形態において、押し出し材８９９または界磁極コア８９０の総体積に対するワイヤ８５８の体積は、種々の特性を達成するためにさまざまであってよい。一例においては、製造プロセスを、重力によってホッパー８６０における材料の組み合わせを助け、システムを通って移動する際の押し出し材の整列をおおむね助けることができるよう、垂直に整列させることができる。システム８５０は水平に整列させても、さらには他のさまざま整列としてもよい。
【００４８】
撹拌器８６２が、ホッパー８６０内の混合場所８６４において粉末を磁性ワイヤ８５８に組み合わせるために、粉末を振動させるように機能する。撹拌器８６２は、粉末８５４をワイヤ８５８の周囲に分布させるべくホッパー８６０を揺すり、初期の圧密場所８６４に進入するときの混合物に或る程度の初期の緻密化をもたらすように構成される。いくつかの実施形態においては、初期の圧密ホイール８７２が、ワイヤおよび粉末の組み合わせを加熱素子へと通過させるようにホッパー８６０に隣接して配置される。通常は、初期の圧密ホイール８７２を、少なくとも始動時に一定のワイヤ張力を保証するために、ワイヤ８５８の巻き取りスプール８９２に同期させて始動させることができる。張力をかけたワイヤの存在によって、少なくともいくつかの事例において、押し出しプロセスに関する問題（例えば、押し出しされる材料の直線性の制御の問題）を取り除くことができる。
【００４９】
一実施形態においては、誘導ヒータ８７６が、押し出された材料８９９を通常は約５００℃またはそれ未満の温度にある誘導ヒータコイル８７４において加熱する。さらに、システム８５０は、さらなる（あるいは、最終の）圧密段８７５を備えることができる。一実施形態においては、さらなる圧密段８７５が、押し出し材をさらに圧密するための複数のさらなる圧密ホイール８７８を備えている。一例においては、油圧ピストン８７７が、さらなる圧密ホイール８７８（例えば、４つのホイール）を介して押し出しされた材料８９９へと圧力を加える。任意の数の追加の圧密ホイール８７８を使用できることに、注意すべきである。さらに、追加の圧密ホイール８７８を、通過する押し出し材８９９の速度を引き取りスプール８９２による引き取りの速度に同期させるべく、モータで駆動することが可能である。追加の圧密ホイール８７８を、それらの斜めの表面または起伏のある表面８７１が接触またはほぼ接触するように、互いに隣接させることができる。ホイール８７２および／または８７８の斜めの表面または起伏のある表面８７１を、押し出し材８９９の外径部分を成形して、界磁極コア／部材の断面積など、界磁極コア／部材の一部分を形作るように構成することができる。追加の圧密ホイール８７８が、形成プロセスにおける摩擦の低減を助けるために、図８Ａのダイ８０６の使用を置換または捕捉できることに注意すべきである。いくつかの実施形態においては、温度および速度センサ８７９ならびにプロセスコントローラ８７３が、最終的な圧密段８７５を含むシステム８５０の機能を制御することができる。
【００５０】
動力付きの引っ張りホイール８８０が、例えばワイヤが引き取りスプール８９２においてプロセスの底部から解放されたときに、押し出し材８９９に引っ張りを加えることができる。押し出し材８９９を、押し出し材８９９から少なくとも界磁極コア８９０を分離させる切断ステーション８８１へと渡すことができる。切断ステーション８８１を、押し出し材を同じ相対速度で押し出し材８９９に追従できる刃８８４によって所定の長さに切断するように、動作させることができる。刃８８４は、可動の鋸刃を備えることができる。ひとたび切断ステーション８８１が動作すると、初期の張力をもたらすために引き取りスプール８９２へと送られていたワイヤは、もはや不要である。
【００５１】
図９が、本発明の一実施形態による磁極面を形成するためのオーバモールドプロセスを示している。ここで、金型９０２が、２つの半分を備えており、その一方が磁極面を形成するための輪郭９０６を備えている。動作時、界磁極コア９０４が、例えば薄板で構成される。次いで、界磁極コア９０４が、金型９０２に配置される。オーバモールドプロセスの後で、界磁極部材が製造される。
【００５２】
図１０は、本発明の実施形態による磁極片表面を形成するための一体化プロセスを示している。図１０において、界磁極コア１０１２が、界磁極部材１０１０を形成すべく磁極外装部材１０１４を界磁極コア１０１２へと一体化または固定して有している。界磁極コア１０１２を、図１０に示されているとおり薄板で構成できるが、界磁極コア１０１２を、ワイヤを含む他の任意の磁束導体で構成できることに、注意すべきである。種々の実施形態において、磁極外装部材１０１４は、それぞれ起伏のある磁極面または斜めの磁極面であってよい彫られた磁極面１０１６を含むことができる。
【００５３】
図１１Ａ〜１１Ｃが、本発明の種々の実施形態によって製造される界磁極コアの例を示している。図１１Ａに示されているように、ワイヤを貼り合わせてなる細長い棒状素材を切断することによって、界磁極コア１１００を製造することができる。界磁極コアの端部が、角度１１０２で切断されて示されている。図１１Ｂに示されているとおり、細長い棒状素材を角度１１０２で切断することによって、非対称な形状の端部を有する少なくとも２つの界磁極コア１１００が生み出されることにも、注意すべきである。図１１Ｂの図１１３０に示されているように対称な形状の端部を有する２つの連続的な界磁極コア１１００を製造するために、ノッチ１１３８が、界磁極コア１１３２および１１３４を分離させるべく切り取られる。ノッチ１１３８は、廃材を意味し、界磁極コア１１３２および１１３４をお互いから分離させるために２回の切断を必要とする。一実施形態においては、界磁極コアの断面が、図１１Ｃに示されるとおりに対称な形状の端部をもたらすような断面である。例えば、界磁極コアが円形の断面を有している図１１Ｃで示される１１４０の図を考える。対称形の端部を製造することによって、例えば図１１Ｂのノッチ１１３８をもたらす非対称形状の界磁極コアの２回の切断ではなく、ただ１回の切断で、界磁極コア１１４２および１１４４を分離させることができる。したがって、ただ１回の切断を使用して界磁極コアが形成され、ノッチ１１３８に関する廃材を減らすことができる。図１１４０に示されるように、２回の単一の切断で、対称的な断面および両端１１４９（どちらも、おおむね方向「Ａ」を向いている）を有する界磁極コア１１４４を製造することができる。このような２回の単一の切断は、他方の界磁極コア１１４２および１１４６の対称形の端部１１６０（これらの端部１１６０は、方向「Ｂ」を向いている）も形成する。切断の角度１１４８は、これらの表面、例えば円錐形の磁石（図示されていない）の回転軸から特定の角度にある表面に直面するようにおおむね構成される。
【００５４】
図１２は、本発明の一実施形態による磁極面を形成するためのオーバモールドプロセスを示している。ここで、金型１２０２が、２つの割型を備えており、その一方が金型１２０２の表面部分に磁極面を形成するための輪郭１２０６を備えている。輪郭１２０６を、図１３の起伏を有する磁極面１３０８など、起伏を有する磁極面を形成するために使用することができる。再び図１２を参照すると、界磁極コア１２０４を、例えばワイヤで構成することができ、断面図１２６０においてワイヤを含むように示されている断面１２５０を持たせることができる。界磁極コア１２０４が、金型１２０２に配置される。オーバモールドプロセスの後で、界磁極部材が製造される。金型からの部品に、ワイヤを短くすることなく、必要であればさらなる機械加工作業を加えることができる（機械加工が金型の設計に織り込み済みである限りにおいて）。
【００５５】
図１３が、本発明の実施形態によって製造された界磁極部材を示している。図１３において、金型１３０２が、２つの磁極外装部材１３０６ならびに磁極面１３０８を生み出す界磁極部材１３０４をもたらしている。さらに別の実施形態においては、界磁極部材１３０４は、軟磁性複合材量粉末で構成され、粉末を図１２の金型１２０２へと導入し、金型１３０２によって形状へとプレスすることによって製造される。
【００５６】
図１４が、本発明のさらに別の実施形態によって製造される界磁極部材を示している。図１４においては、薄板１４０２が鋼板から打ち抜かれ、互いに貼り合わせられて界磁極部材１４００を形成する。
【００５７】
図１５が、本発明のまたさらに別の実施形態によって製造される界磁極部材を示している。図１５においては、薄板１５０４が鋼板から打ち抜かれ、保持およびトルクの変動を少なくするために界磁極面の縁が曲げられている彫られた磁極面１５０７を有する界磁極部材１５００を形成すべく、互いに貼り合わせられる。詳しくは、界磁極部材１５００が、複数の薄板１５０４から構成される。薄板１５０４を、彫られた磁極面１５０７をもたらすようにパターン加工することができる。彫られた磁極面１５０７が、第１の曲がった縁１５５０および第２の曲がった縁１５５２の両者によって画定される一方で、他方の磁極片の他方の磁極面１５０７は、第１の曲がった縁１５８０および第２の曲がった縁１５８２によって画定されている。
【００５８】
他の実施形態においては、界磁極部材が、図１４〜１６に示した界磁極コアおよび／または界磁極部材を形成するための磁束導体として、ワイヤを備えることができる。したがって、彫られた磁極面を、例えば図１２に示したような成形プロセスによって形成できる。いくつかの実施形態においては、彫られた磁極面を、特には磁極面が保持および／またはトルクの変動の関数としての特徴を備える場合に、曲がった磁極面と称することができる。
【００５９】
図１６は、本発明の別の実施形態に従って製造される界磁極部材を示している。図１６においては、薄板１６０２が、回転軸に対して同心または実質的に同心な向きで集合させられるように構成されている。この例では、個々の薄板１６０２が、異なるサイズを有することができ、任意により磁極片の造作などといった造作を含むことができる。界磁極部材１６００を形成するために、薄板１６０２を、あらかじめ細切りされた薄板材料のリール１６０４から引き出して、一体に組み立てることができる。この手法によれば、少なくともいくつかの場合において、くずまたは廃材を少なくすることができる。上述の造作の例として、段差によって後退させられた移行領域１６０８（例えば、組み立て後の界磁極コア／部材の間の漏れを減らすことができる）が挙げられる。段差によって後退させられた移行領域１６０８を、少なくとも１つの実施形態によれば、磁極片の一部などの他の造作と関連して形成することができる。他の造作は、成形された界磁極面１６１０など、彫られた磁極面および／または曲がった磁極面を形成することができる。
【００６０】
当業者であれば、本明細書に記載したロータ−ステータ構造の実施形態を製作および使用するうえで、これ以上の説明を必要としない。しかしながら、以下の文献（最も好ましい順に挙げる）を調べることによって、何らかの有用な案内を発見できるかもしれない。“ＩＥＥＥ  １００：Ｔｈｅ  Ａｕｔｈｏｒｉｔａｔｉｖｅ  Ｄｉｃｔｉｏｎａｒｙ  ｏｆ  ＩＥＥＥ  Ｓｔａｎｄａｒｄ  Ｔｅｒｍｓ”、Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ  ｏｆ  Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ  ａｎｄ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｓ（Ｋｉｍ  Ｂｒｅｉｔｆｅｌｄｅｒ  ａｎｄ  Ｄｏｎ  Ｍｅｓｓｉｎａ、ｅｄｓ．、７ｔｈ  ｅｄ．、２０００）；ｔｈｅ  Ｓｍａｌｌ  Ｍｏｔｏｒ  ａｎｄ  Ｍｏｔｉｏｎ  Ａｓｓｏｃｉａｔｉｏｎ（“ＳＭＭＡ”）の定める“Ｇｅｎｅｒａｌ  Ｍｏｔｏｒ  Ｔｅｒｍｉｎｏｌｏｇｙ”；および“Ｓｔａｎｄａｒｄ  Ｓｐｅｃｉｆｉｃａｔｉｏｎｓ  ｆｏｒ  Ｐｅｒｍａｎｅｎｔ  Ｍａｇｎｅｔ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ：Ｍａｇｎｅｔｉｃ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ  Ｐｒｏｄｕｃｅｒｓ  Ａｓｓｏｃｉａｔｉｏｎ（“ＭＭＰＡ”）  Ｓｔａｎｄａｒｄ  Ｎｏ．０１００−００”、Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｍａｇｎｅｔｉｃｓ  Ａｓｓｏｃｉａｔｉｏｎ。
【００６１】
本発明の実施形態を、システム、プロセス、装置、あるいはコンピュータで読み取り可能な媒体（コンピュータで読み取り可能な記録媒体、あるいはプログラムインストラクションが光または電気通信リンクを介して送信されるコンピュータネットワークなど）上の一連のプログラムインストラクションなど、多数のやり方で実現できる。一般に、本明細書において開示したプロセスの各ステップは、そうでないと特許請求の範囲において示されない限り、任意の順序で実行することが可能である。
【００６２】
以上の説明においては、説明を目的として、本発明の種々の実施形態の完全な理解をもたらすために、特定の用語を使用した。しかしながら、本発明の実施形態を実行するために特定の詳細が必須ではないことは、当業者にとって明らかである。実際、本明細書を、本発明の特徴または態様をいずれかの実施形態に限定するものとして解釈してはならず、むしろ、或る実施形態の特徴および態様を、容易に他の実施形態と入れ替えることが可能である。
【００６３】
すなわち、本発明の具体的な実施形態についての以上の説明は、例示および説明を目的として提示されている。それらは、すべてを述べ尽くすものではなく、本発明を開示した形態そのものに限定しようとするものでもない。多数の代案、修正、均等物、および変形が、上記した教示に照らして可能である。明瞭であることを目的として、各実施形態に関する技術分野において公知の技術的な材料については、説明を不必要に曖昧にすることがないよう、詳しくは説明していない。したがって、種々の実施形態を、添付の特許請求の範囲の技術的範囲および均等物の範囲内で、変形させることが可能である。
【００６４】
さらに、上述の実施形態は、本発明の原理および本発明の実際の応用を最もよく説明するために選択および記載されており、当業者が、種々の実施形態を、想定される特定の用途に適した種々の変更を加えつつ最も上手く利用できるようにしている。当然ながら、本発明のそれぞれの実施形態が、必ずしも本明細書に記載の利点のすべてを実現している必要はなく、任意の特定の実施形態は、本発明の種々の実施形態に関する利点のうちの１つ以上を提供すればよい。特許請求の範囲において、構成要素および／または動作は、特許請求の範囲において特に明示されない限りは、いかなる特定の動作の順序も意味しない。本発明の技術的範囲は、以下の特許請求の範囲およびそれらの均等物によって定められるものである。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１Ａ】伝統的な電気モータにおいて実現された広く使用されているラジアルステータ構造を示している。
【図１Ｂ】伝統的な電気モータの別の種類としてアキシャルモータを示している。
【図２】本発明の特定の実施形態による界磁極部材の製造のための全体的なフローである。
【図３】本発明の特定の実施形態によって製造された界磁極部材の例を示している。
【図４】本発明の特定の実施形態によって製造される界磁極コアの例を示している。
【図５】本発明の別の特定の実施形態によって製造される別の界磁極コアの例を示している。
【図６】本発明の実施形態による界磁極部材の製造のための製造フローの例を示すフロー図である。
【図７】本発明の別の実施形態による界磁極部材の製造のための製造フローの別の例を示すフロー図である。
【図８Ａ】本発明の実施形態による界磁極部材の製造のためのシステムを示している。
【図８Ｂ】本発明の別の実施形態による界磁極部材の製造のための別のシステムを示している。
【図９】本発明の一実施形態に従って磁極面を形成するためのオーバモールドプロセスを示している。
【図１０】本発明の一実施形態に従って磁極片表面を形成するための一体化のプロセスを示している。
【図１１Ａ】本発明の実施形態によって製造される界磁極コアの例を示している。
【図１１Ｂ】本発明の実施形態によって製造される界磁極コアの例を示している。
【図１１Ｃ】本発明の実施形態によって製造される界磁極コアの例を示している。
【図１２】本発明の一実施形態に従って磁極面を形成するためのオーバモールドプロセスを示している。
【図１３】本発明の実施形態に従って製造された界磁極部材を示している。
【図１４】本発明のさらに別の実施形態に従って製造された界磁極部材を示している。
【図１５】本発明のまたさらに別の実施形態に従って製造された界磁極部材を示している。
【図１６】本発明の少なくとも１つの実施形態に従って製造された界磁極部材を示している。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１１Ｃ】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【国際調査報告】
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