JP2002518975A - 放射状磁束電動機用アモルファス金属ステータ - Google Patents

放射状磁束電動機用アモルファス金属ステータ

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Abstract

(57)【要約】 高効率の放射状磁束電動機用アモルファス金属ステータは複数のセグメントを有し、それらの各々は複数のアモルファス金属ストリップ層を含む。複数のセグメントは一般的に円筒状ステータを形成するよう配置され、その円筒状ステータはそのステータの内面から放射状内方に突出している複数の歯状セクション又は極を有する。第１の実施形態において、ステータ・バック鉄及び歯は、ステータを通過する放射状磁束がステータの各セグメントを横切るとき丁度１つの空隙を交差するように構成されている。第２の実施形態において、ステータ・バック鉄及び歯は、ステータを通る放射状磁束が空隙を交差することなく各セグメントを横切るように構成されている。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】 本発明の背景 １．本発明の分野 本発明は、電動機用ステータに関し、特に高効率放射状磁束電動機用アモルフ
ァス金属ステータに関する。
【０００２】 ２．従来技術の説明 半径方向型電動機は、典型的には、複数の積み重ねられた無方向性電気鋼の積
層から作られた一般的な円筒状ステータを含む。各積層は、ステータの極を形成
する「歯」を有する円形ワッシャの形状を有する。その歯は、積み重ねられた積
層の内径から突出し、円筒状ステータの中心に向いている。各積層は、典型的に
は、機械的に柔らかく無方向性の電気鋼を所望の形状にスタンピング、パンチン
グ、又は切断することにより形成される。次いで、形成された積層は、ステータ
を形成するため積み重ねられそして束ねられる。
【０００３】 アモルファス金属は無方向性電気鋼と比較して優秀な磁気性能を与えるにも拘
わらず、それらはある一定の物理的性質及び対応する製作限界のため電動機に使
用するには適切でないと長く考えられていた。例えば、アモルファス金属は、そ
れらの無方向性鋼の類似物より薄く且つ堅く、それ故製作工具及びダイをより早
く磨損させてしまう。その結果生じる工具および製造コストの増大が、そのよう
な技術を用いてアモルファス金属ステータを製作することを商業的に非実際的に
する。また、アモルファス金属の薄さは、組み立てられるステータの積層数を増
大させ、更にアモルファス金属ステータの全体コストを増大させることになる。
【０００４】 アモルファス金属は、典型的には、均一のリボン幅を有する薄い連続リボンで
供給される。しかしながら、アモルファス金属は、非常に堅い材料であり、そし
てピーク磁気特性に達するよう一旦アニールされると非常に脆弱になる。これは
、アモルファス金属ステータを構成するための通常の手法を用いることを困難に
させそして高価にさせる。また、アモルファス金属の脆性は、アモルファス金属
磁気ステータを利用する電動機又は発電機の耐久性に対する懸念を引き起こす。
磁気ステータは、非常に高い周波数で変化する極端に高い磁力を受ける。これら
の磁力は、アモルファス金属磁気ステータに損傷を与え得る相当の応力をステー
タ材料に与えることができる。
【０００５】 アモルファス金属磁気ステータに伴う別の問題は、アモルファス金属材料の透
磁率はアモルファス金属材料が物理的応力をかけられると低減されることである
。この低減した透磁率は、アモルファス金属材料上の応力の強度に相当に依存し
得る。アモルファス金属磁気ステータが応力をかけられるにつれ、コアが磁束を
指向させ又は収束させる効率が低減され、その結果磁気損失が一層高くなり、効
率が低減し、熱生成が増大し、パワーが低減することになる。アモルファス金属
の磁気歪み性質に起因するこの応力感応性は、電動機又は発電機の動作中に磁力
から生じる応力、機械的クランピング（型締め）さもなければ磁気ステータを適
所に固定することから生じる機械的応力、又は熱膨張及び／又はアモルファス金
属材料の磁気飽和に起因した膨張により生じた内部応力により生じ得る。
【０００６】 アモルファス金属ステータ設計に対する従来に無い手法が提案されて来た。１
つの手法においては、単純にテープを巻いたアモルファス金属トロイドから成る
「歯無し」ステータが提案された。この手法は効率的な電動機を生成したが、ス
テータとロータとの間の大きな空隙が電動機の性能及び制御を制限する。別の手
法は、テープを巻いたアモルファス金属トロイドを切断したアモルファス金属の
積み重ねと組み合わせることにより従来のステータ形状を複製するよう試みた。
巻かれたアモルファス金属トロイドはステータのバック鉄を形成し、そして切断
されたアモルファス金属の積み重ねがトロイドの内径上に設けられて歯又は極を
形成する。この手法はステータとロータとの間の空隙を低減するが、磁束はそれ
が歯からバック鉄に通るときテープを巻いたバック鉄の多くの層を横切らなけれ
ばならない。これは、電動機を動作するのに必要とされる電流を著しく増大する
。
【０００７】 発明の概要 本発明は、高効率な放射状磁束電動機用アモルファス金属ステータを提供する
。一般的に述べると、ステータは複数のセグメントを備え、その各セグメントは
複数のアモルファス金属ストリップを備える。複数のセグメントは、ステータの
内面から放射状に内方に突出する複数の歯状セクション又は極を有する一般的に
円筒状ステータを形成するよう構成されている。第１の実施形態において、ステ
ータのバック鉄（ｂａｃｋ−ｉｒｏｎ）及び歯は、ステータを通る放射状磁束が
ステータの各セグメントを横切るとき丁度１つの空隙を交差するように構成され
ている。第２の実施形態において、ステータのバック鉄及び歯は、ステータを通
る放射状磁束が空隙を交差することなく各セグメントを横切るように構成されて
いる。
【０００８】 本発明は更に、複数のセグメントを一般的に備えるアモルファス金属ステータ
を有し、その複数のセグメントの各々がアモルファス金属ストリップを備えるブ
ラシレス放射状磁束直流電動機を提供する。複数のセグメントは、放射状に内方
に突出する複数の歯状セクションを有する一般的に円筒状ステータを形成するよ
う構成されている。第１の実施形態において、ステータのバック鉄及び歯は、ス
テータを通る放射状磁束がステータの各セグメントを横切るとき丁度１つの空隙
を交差するように構成されている。第２の実施形態において、ステータのバック
鉄及び歯は、ステータを通る放射状磁束が空隙を交差することなく各セグメント
横切るように構成されている。本発明の直流電動機は更に、ステータ内で回転す
るよう配設されたロータ、及びステータ及びステータを相互に対して所定の位置
に支持するための手段を備える。
【０００９】 本発明は更に、（ｉ）各セグメントが複数のアモルファス金属ストリップの層
を備えた複数のセグメントを形成するステップと、（ｉｉ）セグメントを一緒に
組み立ててステータを形成するステップと、を備える放射状磁束電動機用アモル
ファス金属ステータを構成する方法を提供する。本発明に従って形成されたセグ
メントは、各セグメントを横切る磁束が１つの空隙の最大量を交差するように配
列されている。
【００１０】 本発明は、本発明の好適な実施形態の以下の詳細な説明及び添付図面を参照し
たとき一層十分に理解され更なる利点が明らかになるであろう。なお、類似の参
照番号は幾つかの図面にわたり類似の構成要素を示す。
【００１１】 好適な実施形態の詳細な説明 本発明は、高効率放射状磁束電動機用アモルファス金属ステータを提供する。
本発明のステータは一般的に複数のセグメントを備え、そのセグメントの各々は
複数のアモルファス金属ストリップ層を備える。複数のセグメントは、放射状に
内方に突出する複数の歯状セクションまたは極を有する一般的に円筒状ステータ
を形成するよう構成されている。第１の実施形態において、ステータのバック鉄
及び歯は、ステータを通る放射状磁束が各ステータ・セグメントを横切るとき丁
度１つの空隙を交差するように構成されている。第２の実施形態において、ステ
ータのバック鉄及び歯は、ステータを通る放射状磁束が空隙を交差することなく
各セグメントを横切るように構成されている。
【００１２】 図面を参照すると、図１にはテープを巻いたアモルファス金属ステータ２００
を有する従来技術の放射状磁束電動機２０が示されている。ステータ２００は、
巻かれたアモルファス金属テープ３０から成る。ロータ１００が、回転できるよ
うにステータ２００内に配設されている。ステータ２００の「歯無し」構成は、
ステータ２００とロータ１００との間の実質的な空隙５０を形成し、それは、電
動機２０の性能及び制御を不利益に制限する。
【００１３】 図２Ａ及び図２Ｂの各々は、巻かれたアモルファス金属テープ３０から成るア
モルファス金属ステータ２００を有し且つ回転できるようにステータ２００内に
配設されているロータ１００を有する従来技術の放射状磁束電動機２０を有する
。ステータ２００は、ロータ１００に向かって放射状に内方に拡張する歯４０又
は極を含む。各歯４０は、巻かれた金属テープ３０の巻き方向に対して一般的に
並行に（図２Ａを参照）、又はそれに対して一般的に垂直に（図２Ｂを参照）配
向されている複数のアモルファス金属ストリップ４２から成る。ロータ１００と
ステータの極４０との間に形成された空隙５０が図１の電動機２０と比較して低
減されるにも拘わらず、電動機２０の磁束は、その磁束が（図２Ａにより示され
る従来技術のステータに対して）歯４０を通過するにつれ、そして磁束がステー
タ２００の歯４０からバック鉄６０に通過するにつれ、多くのアモルファス金属
層を交差しなければならず、即ち多くの空隙を横切らなければならない。その結
果として、図２Ａ及び図２Ｂに示されるように構成されている電動機２０の動作
電流要件及び電力消費は著しく増大する。更に、そのような電動機の熱特性はま
た不利な影響が与えられる。
【００１４】 図３及び図４を参照すると、本発明に従って構成されたブラシレス放射状磁束
直流電動機２０が示されている。電動機２０は、アモルファス金属ステータ２０
０の第１の実施形態内に回転できるように配設されているロータ１００を有する
。ロータ１００は、当該技術における既知の手段によりステータ２００内に回転
可能に支持されている。ステータ２００は、一般的に円筒状形態に相互に隣接関
係で配列された所定数のセグメント２１０から作られている。各セグメント２１
０はバック鉄セクション２２０及び歯状セクション２３０を含む。これらバック
鉄セクション２２０及び歯状セクション２３０は、それらのそれぞれの所定の寸
法に個々に切断されているアモルファス金属ストリップ２１２の複数の層を集合
的に備える。バック鉄セクション２２０の各ストリップ２１２は、異なる所定の
寸法に切断され、そして最長のストリップがセグメント２１０の外径に沿って配
置され且つ最短のストリップがセグメント２１０の内径に沿って配置されるよう
に積み重ねられる。切断されたストリップ２１２は、金属同士の接触が積み重ね
られたアモルファス金属ストリップ２１２の間に与えられるように積み重ねられ
た状態に配列される。次いで、積み重ねられたストリップ２１２は、図４に示さ
れるように積み重ねられたストリップ２１２に対して弓形又はアーチ形の曲がり
を与える成形力を受ける（積み重ねられたストリップを形成するための種々の方
法は以降に更に詳細に説明される。）。
【００１５】 図面の図４により示されるように、歯状セクション２３０のストリップ２１２
は、複数の所定の寸法に切断され、積み重ねられたストリップの間に金属同士の
接触を保証するよう接触状態に積み重ねられ、それにより最長のストリップが歯
状セクション２３０のほぼ中心に配置され、且つストリップ２１２がグループ２
３０の外側エッジに向けてより短くなる。この構成は、歯状セクション２３０の
実質的にＶ字形状の端部を集合的に形成する正反対の２つの第１の自由端２３２
を形成する。上記のように且つ図４により示されるように構成された積み重ねら
れたストリップはまた、実質的に平坦で且つステータ２００の歯又は極４０を備
える歯状セクション２３０の第２の自由端２３４を形成する。
【００１６】 バック鉄セクション２２０及び歯状セクション２３０は、これらセクション２
２０及び２３０がセグメント２１０を形成するため図４により示されるように配
列されるとき相互に接触状態で係合するそれぞれの第１の自由端２２２、２３２
を含む。セクション２２０及び２３０がアモルファス金属の別個の部材から成る
ため、空隙５２がセクション２２０及び２３０の第１の自由端２２２と２３２と
の間に形成される。
【００１７】 一旦図４に示されるように配列されると、セグメント２１０は、磁界に晒され
ながら約３６０℃の温度でアニールされる。当業者に周知のように、アニールす
るステップは、アモルファス金属材料の中の応力を軽減するよう動作する。なお
、アモルファス金属材料は、鋳造、巻付け、切断、積層配列、成形および形削り
のステップ中に与えられる応力を含む。セグメント２１０は、アニール・プロセ
ス後にその成形された形状を保持する。
【００１８】 一旦所定数のセグメント２１０が図３に示されるようにステータ２００を形成
するよう配列されると、ステータは、セグメント２１０を一緒に保持するため且
つまた機械的強度を与えそして電動機２０の使用中にステータ２００に対して支
持するためエポキシ樹脂２０２でコートされ又は含浸される。エポキシ樹脂２０
２は、歯状セクション２３０（それはまた部分的にステータ２００の歯又は極４
０を備える）をロータ１００に向けて機械的に引き出されないように固定するの
に特に有効である。エポキシ樹脂２０２は、歯状セクション２３０の第２の自由
端２３４を覆い、そしてバック鉄セクション２２０及び歯状セクション２３０の
第１の自由端２２２と２３２との間に存在しないことが好ましい。エポキシ樹脂
２０２の代替として、又はそれに加えて、内側拘束帯２０６を用いて、歯状セク
ション２３０を適所に固定し且つステータ２００に対して所望の追加の構造的剛
性を与え得る。内側拘束帯２０６はロータ１００とステータの歯４０との間に必
要とされる空間を著しく増大させない、即ち空隙５０を著しく増大させないなら
ば、内側拘束帯２０６は、歯又は極４０、又は極間のセクション、あるいはこれ
ら双方を固定し得る。好ましくは鋼から作られる外側拘束帯２０４は、複数のセ
グメント２１０を相互に対して一般的に円形状隣接接触状態に固定するためステ
ータ２００の周縁に設けられる。外側拘束帯２０４は、ステータ２００の全体的
構造を強化し、そして緩んだ電動機部品が緩んで壊れるのを防ぎ且つ近くに位置
した人に危害を与えるのを防ぐことにより破滅的及び破壊的電動機故障の場合に
おける更なる安全レベルを与える。
【００１９】 図３により示されるステータ２００は、磁束が各セグメント２１０を横切ると
き交差される単一の小さい空隙５２を含む磁路を都合よく与える。その結果とし
て、本発明に従って構成されたステータ２００の性能及び制御特性は、放射状磁
束電動機用の従来のアモルファス金属ステータと比較したとき著しく改善される
。
【００２０】 図５及び図６を参照すると、本発明のステータ２００の第２の実施形態が示さ
れている。ステータ２００は、一般的にＣ字形状（図６におけるように断面で見
るとき）であり且つ一般的に円筒状形態で相互に隣接関係に配列されている所定
数のセグメント２５０から作られている。各Ｃセグメント２５０は複数のアモル
ファス金属ストリップ２１２から成る。なお、その複数のアモルファス金属スト
リップ２１２はそれらのそれぞれの所定の寸法に個々に切断され、その後所望の
形状に成形されている。アモルファス金属ストリップ２１２は、金属同士の接触
が積み重ねられたアモルファス金属ストリップ２１２の間に与えられるように積
み重ねられて配列されている。２つの実質的に平坦な自由端２５２は、少なくと
も一部分ステータ２００の極４０を構成する各Ｃセグメント２５０により限定さ
れる。成形された後に、Ｃセグメント２５０は、磁界に晒されながら約３６０℃
の温度で個々にアニールされる。Ｃセグメント２５０は、アニール・プロセス後
にそれらの成形された形状を保持する。一旦所定数のＣセグメント２５０が図５
に示されるように、ステータ２００を形成するよう配列されると、ステータ２０
０は、Ｃセグメント２５０を一緒に保持するため、且つまた機械的強度を与えそ
して電動機２０の使用中にステータ２００に対して支持するためエポキシ樹脂２
０２でコートされ又は含浸される。エポキシ樹脂２０２は、Ｃセグメント２５０
の２つの自由端２５２を覆うのが好ましい。エポキシ樹脂２０２の代替として、
又はそれに加えて、内側拘束帯２０６を用いて、Ｃセグメント２５０を適所に固
定し且つステータ２００に対して所望の追加の構造的剛性を与え得る。内側拘束
帯２０６がロータ１００とステータの歯４０との間に必要とされる空間を著しく
増大させない、即ち空隙５０を著しく増大させないならば、内側拘束帯２０６は
、歯又は極４０又は極間のセクションあるいはこれら双方を固定し得る。鋼から
作られているのが好ましい外側拘束帯２０４は、相互に対して一般的に円形状隣
接関係で複数のＣセグメント２５０を固定するためステータ２００の周縁に設け
られている。外側拘束帯２０４は、ステータ２００の全体的構成を強化し、そし
て緩んだ電動機部品が緩んで壊れるのを防ぎ且つ近くに位置した人に危害を与え
るのを防ぐことにより破滅的及び破壊的電動機故障の場合における更なる安全レ
ベルを与える。
【００２１】 本発明に従って形成されたＣセグメント２５０は、磁界に晒されながら約３６
０℃の温度でアニールされる。当業者に周知のように、アニールするステップは
、アモルファス金属材料の中の応力を解放するよう動作する。なお、アモルファ
ス金属材料は、鋳造、巻付け、切断、積層配列、成形及び形削りのステップ中に
付与される応力を含む。Ｃセグメント２５０は、アニール・プロセス後にその成
形された形状を保持する。
【００２２】 図５に示される本発明のステータ２００は、磁束が空隙を交差する必要なしに
各Ｃセグメント２５０を有利に横切ることを可能にする。その結果として、本発
明に従って構成されたステータ２００の性能及び制御特性は、放射状磁束電動機
用の従来のアモルファス金属ステータと比較したとき著しく改善される。
【００２３】 図面の図７Ａを参照すると、本発明の第１の実施形態に従ってアモルファス金
属ステータ・セグメント２１０の一般的に弓形のバック鉄セクション２２０を形
成する方法が示されている。バック鉄セクション２２０は、図７Ａに示されるよ
うに、アモルファス金属のスプール（図示せず）から複数の所定の長さに切断さ
れた複数のアモルファス金属ストリップ２１２から構成されている。切断された
アモルファス金属ストリップ２１２は、バック鉄セクション２２０を形成するた
め、一緒に積み重ねられそして縛りつけられ（金属同士の接触がアモルファス金
属ストリップ２１２の間に存在することを保証する）。次いで、バック鉄セクシ
ョン２２０は、ダイ３５０及び成形手段３１０を用いて一般的に矢印により示さ
れる方向に成形力を付与することにより所望の形状に成形される。次いで、成形
されたバック鉄セクション２２０及び実質的に真っすぐな歯状セクション２３０
は、図４に示されるように配列され、そしてアニールされる。
【００２４】 図７Ｂ及び図７Ｃを参照すると、本発明の第２の実施形態に従ってアモルファ
ス金属ステータのＣセグメント２５０を形成する２つの方法が示されている。ア
モルファス金属リボンのストリップは、所定の長さにアモルファス金属のスプー
ル（図示せず）から測定されそして切断される。次いで、切断されたアモルファ
ス金属ストリップ２１２は、積み重ねられ、そのためストリップの間の金属同士
の接触を保証し、次いで一概ね矩形状心棒３００に固定される。Ｃセグメント２
５０に対して、アモルファス金属ストリップ２１２は、「パンチ及びダイ」概念
を用いて所望の形状に成形され得る。詳細には、アモルファス金属ストリップ２
１２は、一般的に矩形状心棒３００の周りに巻き付けられ、その心棒３００はパ
ンチであり、そして対応するダイ３４０は一般的にＣ字形状の断面を有する。次
いで、心棒３００及び取付けられた積み重ねアモルファス金属ストリップ２１２
は、ダイの中に向けられ、所望のＣ字形状をアモルファス金属ストリップ２１２
に与えてＣセグメント２５０を形成する。代替として、そして図７Ｃに示される
ように、積み重ねられたアモルファス金属ストリップ２１２が、最初に一般的Ｃ
字形状のダイ３４０上に置かれ、そしてその後に一般的矩形状心棒３００が、所
望の断面形状を与え且つＣセグメント２５０を形成するため、積み重ねられたア
モルファス金属ストリップ２１２上に向けられる。
【００２５】 図７Ｂ及び図７Ｃに示される成形方法がまた、複数の事前積み重ねされた金属
リボン層を備えるアモルファス金属のスプールと共に用いられ得る。この事前積
み重ねされたリボンは、前述のように切断されそして成形される。
【００２６】 Ｃセグメント２５０を形成する更に別の方法は、図７Ｄに示されるように、大
きな縦横比、即ち矩形の長い側の長さの短い側の長さに対する比を有する一般的
に矩形状コア３６０を形成するため、一般的に矩形状心棒３００の周りにアモル
ファス金属リボンを巻くステップを備える。縦横比は約３対１が好ましい。矩形
状コアの短い側は、ほぼ中間点３６２で縦に切断されて、２つのＣセグメント２
５０、即ち一般的に矩形状コアの各半分から１つを与える。Ｃセグメント２５０
は、前述したようにその後アニールされそしてエポキシ樹脂で封止される。
【００２７】 セグメント２１０、２５０は、一かまの又は連続炉のような通常の加熱処理設
備でアニールされることができる。アニールにおいて利用される磁界の印加は、
円形電流コイルの使用を通して達成されることができ、円形電流コイルは、セグ
メントがその円形電流コイル内に位置されたとき長手方向の磁界を与える。セグ
メントのプロフィールが平坦である（例えば、歯状セクション２３０と同様に）
とき、直接接触加熱板もまたアニールのため実際に且つ経済的に用いることがで
きる。また、歯状セクション２３０の非環状で平坦な形状は、従来の技術と比較
してより早い加熱及び冷却時間を持つ改善されたアニーリング・サイクルの実現
を容易にする。更に、アニーリング・サイクル時間及び温度は、材料の延性及び
磁気特性の最適レベルを達成するため、種々の形状、寸法及び特性の個々のセグ
メントに対して調整されることができる。実際には、本発明に従って生成された
セグメントの生じた損失は、セグメントの成形プロセス中に誘発されたより低い
応力から従来の巻かれたアモルファス金属ステータより低く、そしてまたアニー
リングの応力の影響の緩和を改善するであろう。アニーリング・サイクル時間の
低減は、アニールされたアモルファス金属ステータ・セグメント積層の脆性を低
減するであろう。
【００２８】 アニーリング後に、セグメント２１０及びＣセグメント２５０の自由端２３４
及び２５２及び内側及び外側周縁部は、エポキシ樹脂コーティングで仕上げ処理
が施される。エポキシ樹脂コーティング２０２は、ステータ組立てプロセス中及
び放射状磁束電動機の部品として使用中に変圧器コイルのための機械的強度及び
表面保護を与えるため内部及び外部エッジの上に仕上げられる。
【００２９】 本発明のアモルファス金属ステータ２００は、多数のアモルファス金属合金を
用いて製造されることができる。一般的に説明したように、本発明のセグメント
２１０構造に使用するのに適した合金は、式Ｍ70-85Ｙ5-20Ｚ0-20（但し、添え
字は原子百分率である。）により定義される。ここで、「Ｍ」はＦｅ、Ｎｉ及び
Ｃｏのうちの少なくとも１つであり、「Ｙ」はＢ、Ｃ及びＰのうちの少なくとも
１つであり、及び「Ｚ」はＳｉ、Ａｌ及びＧｅのうちの少なくとも１つであり、
そして（ｉ）成分「Ｍ」の１０原子百分率までは、金属種Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ
、Ｃｕ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｔａ及びＷのうちの少なくとも１つと置換可能であ
り、（ｉｉ）成分（Ｙ＋Ｚ）の１０原子百分率までは、非金属種Ｉｎ、Ｓｎ、Ｓ
ｂ及びＰｂのうちの少なくとも１つと置換可能であることを条件とする。低コス
トで最高の導入値は、「Ｍ」が鉄であり、「Ｙ」がホウ素であり、「Ｚ」がシリ
コンである合金で達成される。このため、鉄−ホウ素−シリコン合金から成るア
モルファス金属ストリップが好ましい。
【００３０】 このように本発明がかなり十分詳細に説明されたが、そのような詳細部は厳格
に準拠される必要がないが、しかし更に変更及び修正が当業者に対してそれ自体
提案され、頭書の特許請求の範囲により定義される本発明の範囲内に全て入るこ
とが理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【図１】 図１は、テープを巻いたアモルファス金属ステータ及びロータを有する従来技
術の放射状磁束電動機の平面図である。
【図２】 図２Ａ及び図２Ｂは、切断されたアモルファス金属の積み重ねから形成され、
極を有し且つテープを巻いたアモルファス金属ステータを有する従来技術の放射
状磁束電動機の平面図である。
【図３】 図３は、本発明に従って構成された複数のセグメントから構成されたアモルフ
ァス金属ステータを有する半径本方向磁束電動機の第１の実施形態の平面図であ
る。
【図４】 図４は、図３のステータのセグメントの詳細図である。
【図５】 図５は、本発明に従って構成された複数のセグメントから構成されたアモルフ
ァス金属ステータを有する放射状磁束電動機の第２の実施形態の平面図である。
【図６】 図６は、図５のステータのセグメントの詳細図である。
【図７】 図７Ａから図７Ｄは、本発明に従ったアモルファス金属ステータを構成する方
法を示す。
───────────────────────────────────────────────────── 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 15/02 Ｈ０２Ｋ 15/02 Ｆ (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ， ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，Ｋ Ｅ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＵＧ，ＺＷ)，Ｅ Ａ(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，ＦＩ，ＧＢ，ＧＥ，ＧＨ，Ｇ Ｍ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＮ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ， ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，Ｎ Ｏ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ， ＵＧ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＷ (72)発明者 ンゴ，ダン・エイ アメリカ合衆国ニュージャージー州07950， モーリス・プレインズ，リトルトン・ロー ド 130 (72)発明者 スタマティス，ピーター アメリカ合衆国ニュージャージー州07960， モーリスタウン，ワシントン・アベニュー 107 Ｆターム(参考） 5H002 AA03 AA09 AB06 AE07 5H615 BB01 BB14 PP01 PP07 SS03 SS05 TT04 TT16

Claims (41)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 複数のセグメントを備え、 各セグメントは、放射状磁束が前記セグメントを横切るとき１つの空隙を交差
    するように配向された複数のアモルファス金属ストリップ層を備える、 放射状磁束電動機用アモルファス金属ステータ。
  2. 【請求項２】 前記セグメントの各々が更に、 ａ． 第１の自由端を有し、且つアモルファス金属ストリップの接触状態に積
    み重ねられた複数の層を備えるバック鉄セクションと、 ｂ． 第１の自由端を有し、且つアモルファス金属ストリップの接触状態に積
    み重ねられた複数の層を備える歯状セクションと を備え、 ｃ． 前記バック鉄セクション及び前記歯状セクションは、前記バック鉄セク
    ションの前記第１の自由端が前記歯状セクションの前記第１の自由端に接触状態
    で係合するように配置され、且つ空隙がそれぞれの第１の自由端間に形成される
    請求項１記載のアモルファス金属ステータ。
  3. 【請求項３】 ａ． 前記歯状セクションを前記バック鉄セクションとの係
    合から抜けないように固定するための内側拘束手段と、 ｂ． 前記複数のセグメントを相互に対して一般的に円形隣接関係に固定する
    ための外側拘束手段と、 を更に備える請求項２記載のアモルファス金属ステータ。
  4. 【請求項４】 前記内側拘束手段は、増大された機械的強度を各前記セグメ
    ントに与えるため前記ステータの実質部分に塗布された接着剤を備え、 前記外側拘束手段は、前記ステータの周縁に設けられた鋼帯を備える 請求項３記載のアモルファス金属ステータ。
  5. 【請求項５】 前記内側拘束手段は、前記バック鉄及び歯セクションの前記
    それぞれの第１の自由端を除く、前記ステータの実質部分に塗布された接着剤を
    備える請求項３記載のアモルファス金属ステータ。
  6. 【請求項６】 前記接着剤はエポキシ樹脂である請求項４記載のアモルファ
    ス金属ステータ。
  7. 【請求項７】 前記内側拘束手段は部分的に接着剤を備え且つ部分的に金属
    帯を備える請求項３記載のアモルファス金属ステータ。
  8. 【請求項８】 前記バック鉄セクションが一般的に弓形であり、前記歯セク
    ションが一般的に真っすぐである請求項２記載のアモルファス金属ステータ。
  9. 【請求項９】 各前記ストリップは次の式により本質的に定義される組成を
    有し、当該次の式は、Ｍ70-85Ｙ5-20Ｚ0-20（但し、添え字は原子百分率）であ
    り、そこにおいて「Ｍ」はＦｅ、Ｎｉ及びＣｏのうちの少なくとも１つであり、
    「Ｙ」はＢ、Ｃ及びＰのうちの少なくとも１つであり、「Ｚ」はＳｉ、Ａｌ及び
    Ｇｅのうちの少なくとも１つであり、且つ （ｉ）成分「Ｍ」の１０原子百分率までは、金属種Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｃ
    ｕ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｔａ及びＷのうちの少なくとも１つと置換可能であり、 （ｉｉ）成分（Ｙ＋Ｚ）の１０原子百分率までは、非金属種Ｉｎ、Ｓｎ、Ｓｂ
    及びＰｂのうちの少なくとも１つと置換可能であることを条件とする 請求項１記載のアモルファス金属ステータ。
  10. 【請求項１０】 各前記セグメントは、一かまの又は連続アニール炉の中で
    磁界を有する状態でアニールされる請求項１記載のアモルファス金属ステータ。
  11. 【請求項１１】 複数のセグメントを備え、 各セグメントは、磁束が空隙を交差することなく前記セグメントを横切るよう
    に配向された複数のアモルファス金属ストリップ層を備える 放射状磁束電動機用アモルファス金属ステータ。
  12. 【請求項１２】 各前記セグメントは更に、アモルファス金属ストリップの
    接触状態で積み重ねられた複数の層を備え、 各前記セグメントは、歯状セクション及びバック鉄セクションを有し、且つ一
    般的にＣ字形状の断面を有する、 請求項１１記載のアモルファス金属ステータ。
  13. 【請求項１３】 ａ． 少なくとも前記歯状セクションを保護し且つ強める
    ための内側拘束手段と、 ｂ． 前記複数のセグメントを相互に対して一般的に円形隣接関係で固定する
    ための外側拘束手段と を更に備える請求項１１記載のアモルファス金属ステータ。
  14. 【請求項１４】 前記内側拘束手段は、前記ステータの相当な部分に塗布さ
    れ且つ各前記セグメントに増大された機械的強度を与える接着剤を備え、 前記外側拘束手段は、前記ステータの周縁に設けられた鋼帯を備える 請求項１３記載のアモルファス金属ステータ。
  15. 【請求項１５】 前記接着剤がエポキシ樹脂である請求項１４記載のアモル
    ファス金属ステータ。
  16. 【請求項１６】 前記内側拘束手段は部分的に接着剤を備え且つ部分的に金
    属帯を備える請求項１３記載のアモルファス金属ステータ。
  17. 【請求項１７】 各前記ストリップは次の式により本質的に定義される組成
    を有し、当該次の式は、Ｍ70-85Ｙ5-20Ｚ0-20（但し、添え字は原子百分率）で
    あり、そこにおいて「Ｍ」はＦｅ、Ｎｉ及びＣｏのうちの少なくとも１つであり
    、「Ｙ」はＢ、Ｃ及びＰのうちの少なくとも１つであり、「Ｚ」はＳｉ、Ａｌ及
    びＧｅのうちの少なくとも１つであり、且つ （ｉ）成分「Ｍ」の１０原子百分率までは、金属種Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｃ
    ｕ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｔａ及びＷのうちの少なくとも１つと置換可能であり、 （ｉｉ）成分（Ｙ＋Ｚ）の１０原子百分率までは、非金属種Ｉｎ、Ｓｎ、Ｓｂ
    及びＰｂのうちの少なくとも１つと置換可能であることを条件とする 請求項１１記載のアモルファス金属ステータ。
  18. 【請求項１８】 各前記セグメントは、１かまの又は連続アニール炉の中で
    磁界を有する状態でアニールされる請求項１１記載のアモルファス金属ステータ
    。
  19. 【請求項１９】 ａ． 複数のセグメントを備えるアモルファス金属ステー
    タであって、各セグメントは、放射状磁束が前記セグメントを横切るとき１つの
    空隙を交差するように配向された複数のアモルファス金属ストリップ層を備える
    アモルファス金属ステータと、 ｂ． 回転できるように前記ステータ内に配設されているロータと、 ｃ． 前記ステータ及び前記ロータを相互に対して所定の位置に支持する手段
    と を備えるブラシレス放射状磁束直流電動機。
  20. 【請求項２０】 ａ． 複数のセグメントを備えるアモルファス金属ステー
    タであって、各セグメントは、前記放射状磁束が空隙を交差することなく前記セ
    グメントを横切るように配向された複数のアモルファス金属ストリップ層を備え
    るアモルファス金属ステータと、 ｂ． 回転できるように前記ステータ内に配設されているロータと、 ｃ． 前記ステータ及び前記ロータを相互に対して所定の位置に支持する手段
    と を備えるブラシレス放射状磁束直流電動機。
  21. 【請求項２１】 放射状磁束電動機用アモルファス金属ステータを構成する
    方法において、 （ａ）各セグメントが複数のアモルファス金属ストリップ層を備える、複数の
    セグメントを成形するステップと、 （ｂ）前記セグメントを一緒に組み立てて、ステータを形成するステップと を備える方法。
  22. 【請求項２２】 前記複数のセグメントの各々に対して、前記ステップ（ａ
    ）は更に、 （ｃ）アモルファス金属ストリップ材料を複数の所定長に切断するステップと
    、 （ｄ）前記切断されたストリップ材料を積み重ねて、第１の自由端を有するバ
    ック鉄セクション、及び第１の自由端を有する歯状セクションを形成するステッ
    プと、 （ｅ）前記バック鉄セクションを所定の形状に形削りするステップと、 （ｆ）前記バック鉄セクション及び前記歯状セクションを配列して、前記それ
    ぞれの第１の自由端が相互に接触状態で係合するように前記セグメントを形成し
    、前記バック鉄セクション及び前記歯状セクションは、前記磁束が前記セグメン
    トを横切るとき１つの空隙を交差するように配向されるステップと、 （ｇ）前記セグメントをアニールするステップと を備える、請求項２１記載の方法。
  23. 【請求項２３】 （ｈ）少なくとも前記歯状セクションを保護し且つ強める
    ための内側拘束手段を用いるステップと、 （ｉ）前記複数のセグメントを相互に対して一般的に円形隣接関係で固定する
    ための外側拘束手段を用いるステップと を更に備える請求項２２記載の方法。
  24. 【請求項２４】 前記内側拘束手段は、増大された機械的強度を各前記セグ
    メントに与えるため前記ステータの相当な部分に塗布された接着剤を備え、 前記外側拘束手段は、前記ステータの周縁に設けられた鋼帯を備える 請求項２３記載の方法。
  25. 【請求項２５】 前記バック鉄セクションの前記所定の形状が一般的に弓形
    である請求項２２記載の方法。
  26. 【請求項２６】 前記複数のセグメントの各々に対して、前記ステップ（ａ
    ）は更に、 （ｃ）アモルファス金属ストリップ材料を複数の所定長に切断するステップと
    、 （ｄ）前記切断されたストリップ材料を積み重ねるステップと、 （ｅ）前記積み重ねられたストリップ材料を所定の形状に形削りして、歯状セ
    クション及びバック鉄セクションを有する前記セグメントを形成するステップで
    あって、前記積み重ねられたストリップ材料は前記磁束が空隙を交差することな
    く前記セグメントを横切るように前記セグメントにおいて配向されている、前記
    セグメントを形成するステップと、 （ｆ）前記セグメントをアニールするステップと を備える請求項２１記載の方法。
  27. 【請求項２７】 （ｇ）少なくとも前記歯状セクションを保護し且つ強める
    ための内側拘束手段を用いるステップと、 （ｈ）前記複数のセグメントを相互に対して一般的に円形隣接関係で固定する
    ための外側拘束手段を用いるステップと を更に備える請求項２６記載の方法。
  28. 【請求項２８】 前記内側拘束手段は、前記ステータの実質部分に塗布され
    且つ増大した機械的強度を各前記セグメントに与える接着剤を備え、 前記外側拘束手段は、前記ステータの周縁に設けられた鋼帯を備える 請求項２７記載の方法。
  29. 【請求項２９】 前記セグメントの前記所定の形状は実質的にＣ字形状であ
    る請求項２６記載の方法。
  30. 【請求項３０】 前記ステップ（ｅ）は更に、 （ｈ）前記積み重ねられたストリップ材料を一般的に矩形状心棒に巻き付ける
    ステップと、 （ｉ）前記心棒及び前記巻き付けられたストリップ材料を、所定の断面形状を
    有するダイと強制的に係合状態にし、それにより前記ストリップ材料を所定の断
    面形状に形成するステップと を備える請求項２２記載の方法。
  31. 【請求項３１】 前記ステップ（ｅ）は更に、 （ｈ）前記積み重ねられたストリップ材料を、所定の断面形状を有するダイ上
    に置くステップと、 （ｉ）心棒を前記積み重ねられたストリップ材料と強制的に係合状態にし、そ
    れにより前記ストリップ材料を所定の断面形状に成形するステップと を備える請求項２２記載の方法。
  32. 【請求項３２】 各前記ストリップは次の式により本質的に定義される組成
    を有し、当該次の式は、Ｍ70-85Ｙ5-20Ｚ0-20（但し、添え字は原子百分率）で
    あり、そこにおいて「Ｍ」はＦｅ、Ｎｉ及びＣｏのうちの少なくとも１つであり
    、「Ｙ」はＢ、Ｃ及びＰのうちの少なくとも１つであり、「Ｚ」はＳｉ、Ａｌ及
    びＧｅのうちの少なくとも１つであり、且つ （ｉ）成分「Ｍ」の１０原子百分率までは、金属種Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｃ
    ｕ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｔａ及びＷのうちの少なくとも１つと置換可能であり、 （ｉｉ）成分（Ｙ＋Ｚ）の１０原子百分率までは、非金属種Ｉｎ、Ｓｎ、Ｓｂ
    及びＰｂのうちの少なくとも１つと置換可能であることを条件とする 請求項２１記載の方法。
  33. 【請求項３３】 前記複数のセグメントの各々に対して、前記ステップ（ａ
    ）は更に、 （ｃ）アモルファス金属リボンを一般的に矩形状心棒の周りに巻いて、２つの
    実質的に並行な長い側部及び２つの実質的に並行な短い側部を有する一般的に矩
    形状コアを形成するステップと、 （ｄ）２つの実質的に平行な短い側部をほぼそれらのそれぞれの中間点で縦に
    切断して、２つのＣ字形状のセグメントを与えるステップであって、各セグメン
    トは歯状セクション及びバック鉄セクションを有し、且つ各セグメントは、前記
    磁束が空隙を交差することなく前記セグメントを横切るように配向された複数の
    アモルファス金属ストリップ層を備える、前記２つのＣ字形状のセグメントを与
    える形成するステップと、 （ｅ）各前記セグメントをアニールするステップと を備える請求項２１記載の方法。
  34. 【請求項３４】 （ｆ）少なくとも前記歯状セクションを保護し且つ強める
    ための内側拘束手段を用いるステップと、 （ｇ）前記複数のセグメントを相互に対して一般的に円形接触関係に固定する
    ための外側拘束手段を用いるステップと を更に備える請求項３３記載の方法。
  35. 【請求項３５】 前記内側拘束手段は、増大された機械的強度を各前記セグ
    メントに与えるため前記ステータの実質部分に塗布された接着剤を備え、 前記外側拘束手段は、前記ステータの周縁に設けられた鋼帯を備える 請求項３４記載の方法。
  36. 【請求項３６】 各前記ストリップは次の式により本質的に定義される組成
    を有し、当該次の式は、Ｍ70-85Ｙ5-20Ｚ0-20（但し、添え字は原子百分率）で
    あり、そこにおいて「Ｍ」はＦｅ、Ｎｉ及びＣｏのうちの少なくとも１つであり
    、「Ｙ」はＢ、Ｃ及びＰのうちの少なくとも１つであり、「Ｚ」はＳｉ、Ａｌ及
    びＧｅのうちの少なくとも１つであり、且つ （ｉ）成分「Ｍ」の１０原子百分率までは、金属種Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｃ
    ｕ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｔａ及びＷのうちの少なくとも１つと置換可能であり、 （ｉｉ）成分（Ｙ＋Ｚ）の１０原子百分率までは、非金属種Ｉｎ、Ｓｎ、Ｓｂ
    及びＰｂのうちの少なくとも１つと置換可能であることを条件とする 請求項３３記載の方法。
  37. 【請求項３７】 請求項２１記載の方法に従って構成された放射状磁束電動
    機用アモルファス金属ステータ。
  38. 【請求項３８】 請求項２２記載の方法に従って構成された放射状磁束電動
    機用アモルファス金属ステータ。
  39. 【請求項３９】 請求項２６記載の方法に従って構成された放射状磁束電動
    機用アモルファス金属ステータ。
  40. 【請求項４０】 請求項３３記載の方法に従って構成された放射状磁束電動
    機用アモルファス金属ステータ。
  41. 【請求項４１】 各前記ストリップが、式Ｆｅ70-85Ｂ5-20Ｓｉ0-20（但し
    、添え字は原子百分率）により本質的に定義される組成を有する、請求項９、１
    ７及び３２のうちのいずれか一項に記載のアモルファス金属ステータ。
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