(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
実質的にリング形状のコア・バックと、複数のティース（１４）とを含む軸流電気機械用コアにおいて、前記コア・バックが、
積層されたリング形状の複数の軟磁性体シート（３１０）と、
渦電流の影響を低減させるために、隣接する２つの軟磁性体シートの間に配置された電気抵抗障壁体とを備え、
積層されたリング形状の複数の軟磁性体シートのうちの少なくとも一群の各軟磁性体シートが、複数の第１のティース係合部分（４２４）及び複数の第２のティース係合部分（４３０）を備え、第１のティース係合部及び第２のティース係合部がティース開口部（３１２）を少なくとも部分的に形成するように配置され、積層されたリング形状の複数の軟磁性体シートのうちの少なくとも一群の各軟磁性体シートが、複数の第１の内側閉鎖部（３１８）及び複数の第２の内側閉鎖部（３２０）をさらに備え、第１の内側閉鎖部及び第２の内側閉鎖部が、軟磁性体シートの内周（３１６）と前記ティース開口部との間で互いに向かい合って配置され、
前記複数のティースは、軟磁性粉末から作られており、前記複数のティースの各ティースは、ティース開口部に配置され、前記コア・バックの軸方向と実質的に平行な方向に前記コア・バックから延びている、コア。
【請求項２】
一群の積層されたリング形状の複数の軟磁性体シートに含まれる各軟磁性体シートが、互いに向かい合う第１の端部及び第２の端部をさらに備えている請求項１に記載されたコア。
【請求項３】
前記第１の端部及び前記第２の端部が互いに接着されている請求項２に記載されたコア。
【請求項４】
一群の積層されたリング形状の複数の軟磁性体シートが、コア・バック内のリング形状の軟磁性体シートの全てを含む請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載されたコア。
【請求項５】
軟磁性粉末から作られた前記複数のティースが、電気的に絶縁された軟磁性粉末、又は高電気抵抗を有する軟磁性粉末、又は高電気抵抗を有する鋳造可能な軟磁性粉末から作られている請求項１に記載されたコア。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、広い意味で電気機械に関し、詳細には電気機械のコア及びコア・バックに係るものである。本発明は、また、軸流（アキシアル・フラックス）電気機械のコア・バック、及び前記コア・バックを作るためのブランクを作製する方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電気機械のステータ及びロータは一般に、ティース（歯）及びコア・バックを備える。ティースの機能は、ティースの周囲に配置されたコイルによりティースに磁束を誘起させ、それにより、ティースを有さないステータ又はロータに比較してステータとロータとの間の相互作用効率を増大させる。コア・バックは、磁気抵抗の小さい磁束フィードバック閉回路を提供するために、ティースを互いに磁気的に連結するように配置される。即ち、それは、ロータと相互作用する磁束を発生させる磁束回路を閉じることとして理解してよい。
【０００３】
一般に、電気機械のステータ・コアは、固体の軟磁性体、たとえば鉄から作製されてきた。こうした種類のステータ・コアに伴う１つの問題は、渦電流がステータ・コア内に誘導されることである。渦電流に伴う問題を減少させるために、最近のステータ・コアは、互いに積み重ねられた、電気的に絶縁された軟磁性体の薄板（シート）、又は電気的に絶縁された鉄粉でできている。
【０００４】
米国特許第６４４５１０５号には、積層体で作製されたコア・バックを有する軸流機械が示され、そのコア・バックに、成型された鉄製のティースが取り付けられ軸方向に向けられている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的は、軸流機械用の改善されたコア・バックを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この目的は、請求項１に記載されたコア・バックによって、請求項２に記載されたコアによって、請求項６に記載されたコア・バックを作製する方法によって、請求項１１に記載されたコア・バックを作製するためのブランク（半加工品）によって達成される。本発明の好ましい具体例は、従属請求項に開示されている。
【０００７】
特に、本発明の１つの観点によれば、軸流電気機械用の実質的にリング形状のコア・バックは、
積層されたリング形状の複数の軟磁性体シート（薄板）と、
渦電流の影響を低減させるために、隣接する２つの軟磁性体シートの間に配置された電気抵抗障壁体とを含み、
積層されたリング形状の複数の軟磁性体シートのうちの少なくとも一群の各軟磁性体シートが、円周方向に配置された複数のティース開口部を備え、各ティース開口部が、第１のティース係合部及び第２のティース係合部によって少なくとも部分的に形成され、前記ティース開口部は、前記各シートを貫通してコア・バックの軸方向と実質的に平行な方向に延び、
さらに、積層されたリング形状の複数の軟磁性体シートのうちの一群の各シートが、第１の内側閉鎖部及び第２の内側閉鎖部を有し、それらの閉鎖部は、リング形状の軟磁性体シートの各ティース開口部と内周との間に配置され、各第１の内側閉鎖部は、対応する第２の内側閉鎖部に向かい合って配置されている。
【０００８】
本発明の別の観点によれば、軸流電気機械用の実質的にリング形状のコアは、
積層されたリング形状の複数の軟磁性体シートと、
渦電流の影響を低減させるために、隣接する２つの軟磁性体シートの間に配置された電気抵抗障壁体とを備え、
積層されたリング形状の複数の軟磁性体シートのうちの少なくとも一群の各軟磁性体シートが、複数の第１のティース係合部分及び複数の第２のティース係合部分を備え、第１のティース係合部分及び第２のティース係合部分がティース開口部を少なくとも部分的に形成するように配置され、積層されたリング形状の複数の軟磁性体シートのうちの少なくとも一群の各軟磁性体シートが、複数の第１の外側閉鎖部及び複数の第２の外側閉鎖部をさらに備え、第１の外側閉鎖部及び第２の外側閉鎖部が、軟磁性体シートの外周とティース開口部との間で互いに向かい合って配置され、前記複数のティースは、軟磁性体でできており、前記複数のティースの各ティースは、ティース開口部内に配置され、前記コア・バックの軸方向と基本的に平行な方向に前記コア・バックから延びている。
【０００９】
本発明の別の観点によれば、電気機械用コア・バックを作製する方法は、
最初の軟磁性体シートから、長手方向の結合条片（カップリング・ストリップ）、および前記結合条片から実質的に直角に延びる複数の突起部を備える少なくとも１つのブランクを形成する段階であって、各突起部が、少なくとも１つのティース係合部及び少なくとも１つの内側閉鎖部を備える段階と、
ブランクの平面内で少なくとも１つのブランクを曲げて、隣接する突起部の内側閉鎖部に向かって前記少なくとも１つの突起部の内側閉鎖部を移動させる段階とを含む。
【００１０】
本発明の別の観点によれば、電気機械のコア・バックを作製するブランクは、
長手方向の結合条片、及び
前記結合条片から実質的に直角に延びる複数の実質的に等間隔に配置された突起部を備え、各突起部が、少なくとも１つのティース係合部、及び少なくとも１つの内側閉鎖部を備える。
【００１１】
ティース係合部によって形成される各ティース開口部に第１の閉鎖部及び第２の閉鎖部を備える軟磁性体シートを提供し、それらの閉鎖部をコア・バック内で互いに向かい合わせることにより、伸張形状の軟磁性体シートを曲げてリング形状にして、ティース開口部を備えるリング形状の各軟磁性体シートを作製することが可能である。したがって、軟磁性体シートを最初の軟磁性体シートから形成することにより生じる廃材即ちブランクの量を減らすことができる。
【００１２】
さらに、軟磁性体シートをその最終形状に曲げることにより、隣接する突起部の間にティースをクランプ締めすることが可能になる。
【００１３】
本発明の文脈では、リング形状は、円形のリングのみに限定されず、三角形のリング、四角形のリング、五角形のリング等のリング形状を含む。
【００１４】
本発明の文脈では、軸方向は、リング形状の軟磁性体シートの平面に対して実質的に直角な方向である。
【００１５】
本発明のさらなる適用範囲は、以下の詳細な説明から明らかになる。しかし、本発明の原理及び範囲内にある様々な変更及び変更形態がこの詳細な説明から当業者には明らかになるので、詳細な説明及び具体的な例は、本発明の好ましい実施例を示すが、例示としてのみ与えられることを理解されたい。
【００１６】
本発明の他の特徴及び利点は、添付図面を参照して、以下の、現在好ましい具体例の詳細な説明から明らかになる。
【実施例】
【００１７】
図１及び図２に、二重ステータ構造を有する軸流電気機械のステータ１０ａ、１０ｂ及びロータ１２が示される。このように、軸流機械は、２つの基本的に同じステータ１０ａ、１０ｂを備える。
【００１８】
図１の軸流機械の各ステータは、コア・バック１６に取り付けられた複数のティース１４（ヨークとしても知られる）を備え、各ティース１４には、コイル１８が備えられる。ティース１４は、コア・バック１６に対して円周方向に、基本的に等間隔に配列され、前記コア・バックの軸方向と実質的に平行な方向に延びる。ステータ１０のティース１４の個数は、機械の用途及び／又は必要とする特性に応じて変えることができる。各コイル１８は、単線巻き、即ち１本の電線がコイルに巻かれて図示されない電気供給ユニットに接続されるものであっても、或いは、分布巻き、即ち各コイル１８が複数の電線を備え、複数の電線が供給ユニットの異なる出力に接続され、それにより、異なる電気的特性を有する電気を導通させるものであってもよい。電気モータ分野の当業者は、利用できる多くの異なる種類の電源供給ユニットを知っている。該当業者は、また、そうした電源供給ユニットに単線巻き又は分布巻きコイルを接続する方法を知っている。さらに、コイル１８は、ティースの周りに配置される前に予め巻かれていてもよい。コイル１８を備えるティース１４は、コア・バック１０ａ、１０ｂに取り付けられてもよい。そうすれば、コイル１８は、コア・バック１０ａ、１０ｂにすでに取り付けられたティース１４に巻かれる必要がない。この構成によれば、ボビン巻きコイル１８を使用することも可能になる。
【００１９】
図１の軸流機械のロータ１２は、軸方向に向いた分極ベクトルを有し円周方向に配置された複数の永久磁石部２０を備える。１つおきに永久磁石部２０は、隣り合う２つの永久磁石部２０に対して反対方向の分極ベクトルを有することができる。永久磁石部の個数は、機械の用途及び／又は必要とされる特性に応じて変えることができる。さらに、永久磁石部２０は、図示しないある種の支持体に装架することができる。
【００２０】
本発明の用いられる軸流機械は、上記に説明した軸流機械に相当する機械であることができる。しかし、その機械は、単一ステータ構造を有する軸流機械であってもよく、その軸流機械は、ロータが上記説明によるティースを備えたコア・バックを含み、ステータが永久磁石を含むものである。
【００２１】
図３に本発明によるコア・バック１６を示す。コア・バック１６は、互いに積み重ねられた複数の軟磁性体シート３１０を備える。さらに、コア・バックには、ティースを支えるためのティース開口部３１２があり、その開口部は、図１および図２に示すようにステータ・コア１６とは別個の部品である。これらのティース開口部３１２は、軸方向に、コア・バック１６全体を貫通して、或いはコア・バック１６を部分的に貫通して延びることができる。
【００２２】
コア・バック１６に取り付けられるティース（図１及び図２も参照）は、ティース内の渦電流の発生を減少させるために高電気抵抗の軟磁性体で作製できる。１つの実施例によれば、用いられる材料は、電気的に絶縁された軟磁性粉末、高電気抵抗の軟磁性粉、又は、高電気抵抗の鋳造可能な軟磁性体であってもよい。電気的に絶縁された軟磁性体粉末、高電気抵抗の軟磁性粉末、高電気抵抗の鋳造可能な軟磁性体を使用する場合、１つの実施例による製造されたステータ部品は、渦電流の発生を十分に減少させるために、少なくとも１μΩｍの抵抗率を有しなければならない。電気的に絶縁された軟磁性体、高電気抵抗の軟磁性粉、高電気抵抗の鋳造可能な軟磁性体を使用する他の利点は、ティースが殆んどどんな形状にも形成でき、ティースが３次元の磁束の伝播をもたらすことができ、そのことは、いくつかの用途に対して望ましいものである。さらに、コイルの配置される領域のティースの形状は、コイルを形成する電線の絶縁性を損なう虞のない状態でコイルをティースに装着できるように形成することができる。
【００２３】
コア・バック１６では、磁束は、基本的に円周方向に伝播し、そのため、コア・バック１６内に電流即ち渦電流を誘導する。渦電流の影響を低減させるため、電気抵抗障壁体（バリア）が、隣接したシートの間に配置される。この障壁体は、隣接する軟磁性体シート３１０の間に電気的絶縁性材料の別個のシートを設けることにより、或いは、絶縁性の薄い層又は他の高抵抗の化合物を備える軟磁性体シートを用いることによって得ることができる。
【００２４】
各軟磁性体シート３１２の各ティース開口部から内周３１６までに、境界線３１４（以後、「内側境界線３１４」という）が存在する。境界線３１４は、各軟磁性材料シート３１０がこの線に沿って分割されていることに起因する。内側境界線３１４の一方の側でのティース開口部３１２と内周３１６との間の部分は、第１の内側閉鎖部３１８と呼ばれ、内側境界線３１４の他方の側のティース開口部３１２と内周３１６との間の領域は、第２の内側閉鎖部３２０と呼ばれる。第１及び第２の内側閉鎖部３１８及び３２０は、互いに向かい合って配置され、それにより内側境界線３１４ができる。内側閉鎖部は、ティースと接触しないことが好ましい。さらに、各ティースと外周３２２との間の領域には、別の境界線３２４（以後、「外側境界線３２４」という）が配置されている。
【００２５】
コア・バックをこのように構成することによる１つの考えられる利益は、コア・バック１６の作製の際に発生する廃材の量を減少できることである。下記に、廃材の量を減らすコア・バックを作製するための可能性のある１つの方法が示される。
【００２６】
図４に、１つの実施例による前記コア・バックを作製する場合に使用される１つの軟磁性体シート３１０用のブランク（半製品）４１０が示される。ブランク４１０は、図示されない最初の軟磁性体シートから切り抜き、打ち抜き、又は公知のその他の方法によって形成できる。
【００２７】
その結果作られたブランク４１０は、このブランク４１０の長手方向の基本的に直線の第１の側面４１２に沿って、即ちブランクの第１の端部４１４から第２の端部４１６まで延びる軟磁性体の伸張形状のつながった一連の部分を備えることができ、このつながった一連の部分を、これ以降、結合条片４１８と呼ぶ。結合条片４１８に沿って、複数の基本的に等間隔の突起部４２０が、前記第１の長手方向側面４１２に対して基本的に垂直に延びる。図４に示す実施例によれば、突起部４２０の個数は、完成時のコア・バックの所望のティース開口部の個数に一致する。しかし、これは、ブランクの端部４１４、４１６が完全形状の突起部である結果であり、端部の突起部が断片である場合、突起部の個数は、１つ増加させることが必要となる可能性がある。
【００２８】
完全形状の各突起部４２０は、第１の内側閉鎖部４２２、第１のティース係合部４２４、第１の外側閉鎖部４２６、第２の内側閉鎖部４２８、第２のティース係合部分４３０、及び第２の外側閉鎖部４３２を含む。前記第１及び第２の内側閉鎖部４２２、４２８は、突起部４２０の上端部４３４に含まれる。
【００２９】
第１及び第２のティース係合部４２３及び４３０は、曲線的な断面を有するティースの周りに密着するために円弧形状であることができる。しかし、それらの係合部は、ティースとコア・バック１６との間の連結が、受容しがたい損失なしに磁束を伝達できる限り、他のいかなる形状を有していてもよい。先端部分は、基本的に切頭三角形の形状にでき、その先端部分では、第１及び第２の内側閉鎖部４２２、４２８が、それぞれ、前記切頭三角形の先細になった縁部の１つを形成する。第１及び第２の内側閉鎖部４２２及び４２８の先細の縁部の角αは、作製されるリング形状のコア・バックのティース開口部の個数に依存し、したがって、最終的なコア内のティースの個数にも依存する。この角度は、ブランク４１０の前記第１の長手方向の側面４１２に直角な仮想線と第１又は第２の内側閉鎖部４２２、４２８の先細の縁部との間で測定することができる。
【００３０】
第１及び第２の外側閉鎖部４２６、４３２は、ブランク４１０を容易に曲げることができるように配置される小さいスロット（溝穴）になっている。第１及び第２の外側閉鎖部４２６、４３２は、それらの閉鎖部が無くても曲げることのできる場合、必要としなくてもよい。外側閉鎖部かそうでないかに関係なく、ブランクの幾何学的特性及び／又は軟磁性体特性によって、結果的にブランク４１０、即ち形成された軟磁性体シートになり、そのシートはブランク４１０の平面内方向に曲げることができる。
【００３１】
ブランクの形成が完了すると、次いで、ブランク４１０は、ブランク４１０の平面内で曲げられ、第１及び第２の端部４１４、４１６が互いに向かい合うようにリング形状にされる（図５参照）。曲げの間、隣接する２つの突起部４２０の第１及び第２の内側閉鎖部４２２及び４２８は、互いに向かって移動され、ブランク４１０が十分に曲げられると、各第１内側閉鎖部４２２は、第２の内側閉鎖部４２８に向かい合い、その結果、図５及び図３に示されるような内側境界線４４０が生じる。第１及び第２の内側閉鎖部４２２、４２８は、境界線４４０に、磁束の低リラクタンス（磁気抵抗）通路を形成するために互いに密に接するように配置できる。
【００３２】
しかし、いくつかの用途では、前記ティース開口部に配置されたティースを介する低リラクタンス通路を有していることで十分である。この場合、第１及び第２の内側閉鎖部分４２２、４２８は、必ずしも互いに密接して配置されなくてもよく、それらの閉鎖部分はさらに、互いに全く接触していなくてもよい。１つの実施例によれば、突起部４２０の許容範囲は、ブランクを曲げることにより、２つの隣接した突起部４２０の第１及び第２のティース係合部４２４、４３０によって、コア・バックに取り付けられるティースがクランプ締めされるような寸法にできる。このことは、ティース係合部４２４、４３０が、ティースの幅よりも円周方向に僅かに小さいティース開口部を形成するようにティース係合部４２４、４３０を設計し、それにより、ティースが装着されブランク４１０が曲げられたとき、ティースがクランプ締めされることにより達成できる。
【００３３】
リング形状の軟磁性体シートを形成する曲げブランク４１０の第１の端部４１４は、第２の端部４１６に接着させることができる。それらの端部は、半田付け、溶接、にかわ付け又は当業者に公知のその他の方法によって互いに接着させることができる。
【００３４】
次に、図３を参照すると、本発明の１つの観点によるコア・バックを作製するために、上記のように作製された複数のリング形状の軟磁性体シート３１０が互いに積み重ねられている。先に述べたように、軟磁性体シート３１０は、電気絶縁層を含むか、或いは異なるシート３１０の間に絶縁物を有している。次いで、コア・バックに、ティース及びコイルが備えられる。１つの実施例では、ティースにコイルが備えられ、次いでティースは、コア・バックに取り付けられる。図２に示すとおり、コイル１８がティース１４に配置され、次いでティース１４はコア・バック１０ａ、１０ｂに取り付けられる。
【００３５】
本発明の別の観点によれば、最初の軟磁性体シートの積層体から、複数のブランクが形成される。即ち、１つの積層された複数のブランクが同時に生産される。
【００３６】
本発明の別の観点によれば、最初の軟磁性体シートの積層体からブランクが形成されるか、或いは単一の最初の軟磁性体シートから形成されるかとは独立に、ティース及びコイルは、まだ曲げられていない（即ちブランクである）形成された軟磁性体シートの積層体のティース開口部に配置することができる。次いで、軟磁性体シートの積層体は曲げられて、完全にリング形状にされて、ステータ又はロータにされる。この実施例を用いる場合、軟磁性体シートの第１及び第２のティース係合部によりティースをクランプ締めすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明に従って配置できる軸流電気機械の概略図。
【図２】図１の軸流電気機械の図解した分解概略図。
【図３】本発明によるコア・バックの概略図。
【図４】図３に従ったコア・バックを作製するためのブランクの概略図。
【図５】ブランクが曲げられて、図１による軸流機械又は図３によるコア・バックを作製するために使用できるリング形状の軟磁性体シートにされる、図４による前記ブランクの概略図。
【図１】
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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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