JP6503362B2

JP6503362B2 - ポールピースの結合

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Publication number: JP6503362B2
Application number: JP2016542373A
Authority: JP
Inventors: エドムンドキングチャールズ; ジェームズビダルフジョナサン
Original assignee: ヤサリミテッド
Priority date: 2013-09-13
Filing date: 2014-09-12
Publication date: 2019-04-17
Anticipated expiration: 2034-09-12
Also published as: RU2016113838A3; WO2015036779A3; RU2016113838A; JP2016530870A; KR102224435B1; KR20160054477A; EP3044849A2; CN105531909A; GB201316338D0; CN105531909B; US10069385B2; WO2015036779A2; RU2663196C2; GB2518209B; EP3044849B1; GB2518209A; US20160226352A1

Description

本発明は、軸方向磁束永久磁石機械の固定子用のハウジングを製造する方法に関し、より詳細には、磁気素子を含む、精密公差の一体構造の形成、方法により製造されたハウジング、およびハウジングを組み込む機械に関する。

本明細書では、軸方向磁束永久磁石機械を取り上げる。広義には、これらは、軸の周りに配置された円盤状またはリング状の回転子および固定子構造を有する。一般的に、固定子は、各々が軸に平行な１組のコイルを含み、回転子は、１組の永久磁石を担持し、支承部に取り付けられて、それが固定子コイルからの磁場により駆動される軸の周りを回転できるようにする。図１ａは、固定子Ｓの両側に対の回転子Ｒ１、Ｒ２を有する軸方向磁束機械の一般的な構成を示すが、単純な構造では、回転子の一方を省略してもよい。見てわかるように、回転子と固定子の間にエアギャップＧがあり、軸方向磁束機械では、エアギャップを通る磁束の方向が略軸方向である。

回転子のＮ極およびＳ極の配置に応じて、軸方向磁束永久磁石機械の様々な構成がある。図１ｂは、トーラスＮＳ機械、トーラスＮＮ機械（ＮＮ極配置は磁束がヨークの厚さを通って流れる必要があるため、より厚いヨークを有する）、およびＹＡＳＡ（ヨークを持たないセグメント化アーマチュア）トポロジーの基本構成を示す。ＹＡＳＡモータに関する背景先行技術が、先の特許公開出願、例えば特許文献１に見られる。

ＹＡＳＡトポロジーの図は、２つのコイルの横断面を示し、クロスハッチ領域は各コイルの周りの巻線を示す。理解できるように、固定子ヨークがなければ、重量および鉄損がかなり減るが、固定子ヨークを除去する欠点は、ａ）ＹＡＳＡトポロジーがコンパクトな設計であり、非常に大きい応力を生じさせることがあるため、強度の増加が必要になる可能性があるにもかかわらず、固定子に対する構造強度（鉄によってもたらされる）が損失すること、およびｂ）熱が固定子コイルから逃げる経路が損失することである。両方の問題、すなわち、ＹＡＳＡ設計の高トルク密度と、大量の熱の発生とに対処するために、固定子用ハウジングは、トルク要求に対処するための高い強度および剛性をもたらさなければならず、また、機械用の冷却剤を供給できるチャンバを画成しなければならない。効率的な動作（磁気抵抗の高いエアギャップにおける最小の損失）のために、回転子と固定子の間のギャップができるだけ小さくなければならないことが、図１ｂからさらに理解できる。

軸方向磁束永久磁石機械、特にＹＡＳＡトポロジーを有する機械の固定子アセンブリ用ハウジングの所望の機能は、相反する要件を課す。従来の製造技法は、所望の機能を適切に組み合わせることができない。強化された物品の生産に関する一般的な背景先行技術が、例えば、特許文献２、特許文献３、および特許文献４に見られる。本出願人は以前に、特許文献５において、固定子コイルが巻回される固定子バーのシューがハウジングの半径方向壁内にオーバーモールドされるクラムシェル型ハウジングを記載した。しかしながら、実際には、そのような構造を形成することは困難であることがわかった。回転子と固定子の間に非常に小さいギャップ、好ましくは約１．５ｍｍ以下のギャップを達成することに、特定の問題がある。

国際公開第２０１０／０９２４０２号パンフレット欧州特許出願公開第０６３４０３号明細書米国特許出願公開第２００１／００２８１２８号明細書米国特許出願公開第２００８／０２９２８５８号明細書国際公開第２０１２／０２２９７４号パンフレット国際公開第２０１０／０９２４０３号パンフレット

したがって、本発明は、軸方向磁束永久磁石機械の固定子用のハウジングを製造する方法であって、機械は、それぞれの固定子バーに巻回され、機械の軸の周りで周方向に間隔を置いて配置された１組のコイルを含む固定子と、１組の永久磁石を担持し、前記軸の周りを回転するように取り付けられた回転子とを備え、前記回転子および固定子は前記軸に沿って離間してギャップをそれらの間に画成し、ギャップ内で機械の磁束は概ね軸方向であり、方法は、ポリマー材料の膜を設けるステップと、前記ポリマーが成形可能である間に、前記１組の前記固定子バーの少なくとも端部またはシューを前記ポリマーの膜に押し込むステップであって、前記固定子バーの少なくとも前記端部またはシューは多孔質磁性材料から形成されるステップと、前記ポリマーを凝固させて、前記１組の固定子バーの前記端部またはシューをそれらのそれぞれの位置に保持するステップと、半径方向壁を用いて前記ハウジングを製造するステップとにより、前記回転子と前記固定子の間の前記ギャップに前記固定子ハウジングを位置させるための前記半径方向壁を作製するステップを含み、前記押し込むステップ中に前記膜の前記ポリマーは前記多孔質磁性材料に結合して、前記１組の固定子バーを前記ポリマーに結合する方法を提供する。

一部の好ましい実施形態では、固定子バーが、軟磁性複合材料（ＳＭＣ）、すなわち、ガラスなどの電気絶縁材料の被覆に結合する鉄などの粉末磁性材料から形成される。これにより、ＳＭＣに、良好な透磁性および磁気飽和と共に比較的高い電気抵抗率を与え、したがって、この材料を、例えば、積層するのではなく連続させることができる。固定子バーをＳＭＣから３つの部分、すなわち、前述したように、シューが両端部に結合されたポールピースに製造することができる。場合により、先行の特許文献６に記載したように、コイル軸に沿って位置合わせされた細長磁性粒子を使用してもよい。

驚いたことに、加熱したＳＭＣ固定子バーをポリマーに押し込むと、結合が形成され、この結合は、ポリマーが固定子バーに拡散するため、および／またはＳＭＣの有機材料がポリマー膜の表面に拡散するためであると、（理論に捉われることを望まずとも）考えられる。

前述したように、一部の好ましい実施形態では、多孔質磁性材料が軟磁性複合材料（ＳＭＣ）を含む。しかしながら、原理上、同一の技法を、固定子バー／シューを形成可能な他の磁性材料と共に使用してもよく、これらの材料は、例えば積層により、いくらかの多孔性を示す。したがって、技法の実施形態は、積層された固定子バー／シューの使用も包含する。

一部の実施形態では、固定子バーの端部またはシューの略全面は膜に結合する。他の実施形態では、膜は１組の開口を備え、膜の遠位側と同一平面上にある、固定子バーの端部／シューの面はその開口に嵌入する。そして、固定子バー、より詳細には端部／シューは、露出面の縁部の周りにフランジまたは段を備えることができる（縁部の周りで連続しているか、または間隔を置いて位置する）。その後、このフランジまたは段の表面は、膜の表面に結合することができる。場合により、１または複数の追加の積層体を端部／シューに被せて、機械の半径方向壁内でそれらを定位置に保持することができる。より一般には、さらに以下で説明するように繊維強化された実施形態では、複数の薄層から膜を形成してもよい。実施形態では、固定子バーの端部またはシューは固定子バー自体と一体であるが、場合により、固定子バーのシューを膜に結合した後、コイルを巻回する固定子バーのコアに後から取り付けてもよい。

好ましくは、膜は繊維強化される。広義には、ポリマーの繊維強化材により、一般的にそれらの端部にシューを有する固定子バーを、膜を貫通することなく膜に押し込むことができ、強化材により、バーが膜を貫通することを阻止する。したがって、繊維強化ポリマーの膜は非常に薄く、厚さが例えば１ｍｍ未満または０．５ｍｍ未満であってよい。これにより、固定子バーの端部（シュー）とエアギャップの間で膜の厚さを非常に正確に制御できるようになり、この厚さは１〜５００μｍ、より好ましくは１〜３００μｍであってよい。実施形態では、強化繊維が平織繊維（横糸が１本の縦糸の上および次の縦糸の下を通る）であってよい。実施形態では、繊維がつや出しされる（ローラ間の圧力／熱により処理される）。これは、均一な薄い膜厚を得るのに役立つからである。繊維は、例えば、ガラス、炭素、玄武岩、またはアラミドを含むことができる。

したがって、本発明の関連する態様は、軸方向磁束永久磁石機械の固定子用のハウジングを製造する方法であって、機械は、それぞれの固定子バーに巻回され、機械の軸の周りで周方向に間隔を置いて配置された１組のコイルを含む固定子と、１組の永久磁石を担持し、前記軸の周りを回転するように取り付けられた回転子とを備え、前記回転子および固定子は前記軸に沿って離間してギャップをそれらの間に画成し、ギャップ内で機械の磁束は概ね軸方向であり、方法は、繊維強化ポリマー材料の膜を設けるステップと、前記ポリマーが成形可能である間に、１組の前記固定子バーを前記繊維強化ポリマーの膜に押し込むステップであって、前記強化材により前記固定子バーが前記膜を貫通することを阻止するステップと、前記ポリマーを凝固させて、前記１組の固定子バーをそれらのそれぞれの位置に保持するステップと、半径方向壁を用いて前記ハウジングを製造するステップとにより、前記回転子と前記固定子の間の前記ギャップに前記固定子ハウジングを位置させるための前記半径方向壁を作製するステップを含む方法をさらに提供する。

必須ではない繊維強化膜を使用する大きな利点があり得るが、押込みプロセスを注意深く制御することにより、繊維強化材のない膜を使用してもよい。

場合により、実施形態は、好ましくは膜ポリマーに適合する樹脂（ポリマー）の補助フィルムまたは膜を、繊維強化膜上に含んでもよい。これは、ポールシューおよび膜の非同一平面領域間を充填し、結合中にポールシューおよびフラッシング（flashing）により吸収される樹脂（ポリマー）を供給することにより、繊維強化膜の樹脂の欠乏を回避するのに有用である。樹脂の補助フィルムまたは膜が存在する場合には、その厚さに応じて、ポールシューを補助フィルムもしくは膜に押し込み、または貫通させることができる。

実施形態の固定子バーは、コイルを巻回するポールピースを含み、ポールピースは両端部にポールシューを有して磁場を広げ、そこでそれがエアギャップを横切り、面積の増加によってギャップの全体の磁気抵抗が低下する。一般的に、ポリマーは熱可塑性樹脂を含み、熱可塑性樹脂は、これらをポリマーに押し込む前に、固定子バー、より詳細にはポールシューを加熱することにより成形可能になるよう加熱される。これを誘導加熱またはレーザ加熱により行うことができると有利である。あるいは、しかしながら、ポリマーを別個に（そのガラス転移温度を超えるまで）加熱してもよく、または、原理上、ポリマーを何らかの他の方法で、例えば溶媒を使用して、成形可能にしてもよい。

前述したように形成された結合は、格別に強力であり、ＳＭＣ自体よりも強力であることがわかっている。これは、完成した機械において固定子バーを実質的に支持するのに役立つため、固定子ハウジングにとって非常に望ましい特徴である。実際には、固定子バーおよびハウジングは、機械の全体的な強度を実質的に高める一体構成を形成する。本製造方法のさらなる実施形態により、それらをポリマーに押し込むときに、例えば治具内に保持可能な固定子バーの正確な位置合わせが容易になる。（当業者は、このプロセスにおいて、固定子バーがポリマー膜に押し付けられるか、またはその逆であるかは重要ではなく、いずれの場合にも、固定子バーをポリマーに押し込むことができることを理解するだろう。当業者はまた、固定子バーを一定の深さまで押すことができ、かつ非強化ポリマーをそのように使用できることを理解するだろう。）

半径方向壁の作製は、好ましくは、溶解時に膜のポリマーと結合可能な熱可塑性ポリマーを用いて１組の強化機能を膜上に射出成形するステップも含む。好ましくは、射出成形されたポリマーも繊維強化される（流れを容易にするために、例えば長さ約１ｍｍ以下の短繊維により）。これらは、前述した材料と同一の材料であってよい。熱可塑性ポリマーは、例えば、ＰＥＥＫ、ＰＰＡ、またはＰＡ６６などの高温熱可塑性射出成形樹脂であってよい。機械は使用時に高温で動作することができ、方法の一部の好ましい実施形態では、繊維強化ポリマーの膜の面内熱膨張係数（ＴＣＥ）が、強化機能の熱膨張係数に（このＴＣＥは一般に略等方性であるが、同一温度および同一方向または同一面で）８ｐｐｍ以内まで一致する。膜のＴＣＥは、好ましくは、固定子バーの端部（シュー）の熱膨張係数にも（同一方向または同一面で）５ｐｐｍ以内まで一致する。これは、使用可能なポリマー材料から選択して、日常の実験により達成することができる。実施形態では、ハウジングの薄壁部分を形成する膜のポリマーは、以下の高温熱可塑性ポリマー：ＰＰＳ（硫化ポリフェニレン）、ＰＰＡ（ポリフタルアミド）、ＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）、ＡＢＳ（アクリロニトリルブタジエンスチレン）、およびＰＡ（ポリアミド）の１つまたはより多くを含むことができる。しかしながら、温度膨張係数は剛性よりも重要でなく、好ましくは、膜の面内ヤング率が５０ＧＰａ未満、より好ましくは２０ＧＰａである。

強化機能は、半径方向および／または環状（周方向）リブを含むことができる。一部の好ましい実施形態では、強化機能は、固定子バーの端部でシューに嵌合するように各々サイズ決めされた１組のキャビティを画成する。好ましくは、リブと膜との付着を向上させるために、射出成形前、成形機械への挿入前または現場での挿入時に、ポリマーの膜が加熱される。実施形態では、（薄膜上の）リブの厚さは３ｍｍ以上であるが、前述したように、膜厚は１ｍｍ未満、好ましくは０．５ｍｍ未満である。したがって、回転子と固定子の間の狭いギャップ「Ｇ」の大部分が「空気」である。

記載した技法の実施形態は、ヨークを持たないセグメント化アーマチュア機械、特にモータに特に有用である。それらにより、ヨークがない場合、特に、機械の負荷時に、固定子セグメントの正確な位置決めおよび支持が容易になるからである。実施形態では、機械がモータまたは発電機であってよい。好ましくは、固定子ハウジングは、全体として円筒形の部分を介して連結された対の半径方向壁を固定子の各端部に１つずつ含む。この円筒部は、金属、例えばアルミニウムから作製することができるが、実施形態では、好ましくは、半径方向壁の強化リブと共に射出成形される。したがって、実施形態では、半径方向壁および円筒壁の長さの一部がクラムシェルを形成する。２つのクラムシェルが嵌合して固定子用の閉鎖チャンバを提供し、そのチャンバ内で冷却剤、例えば油を循環させることができる。

関連する態様では、本発明は、軸方向磁束永久磁石機械の固定子アセンブリであって、機械は、それぞれの固定子バーに巻回され、機械の軸の周りで周方向に間隔を置いて配置された１組のコイルを含む固定子と、１組の永久磁石を担持し、前記軸の周りを回転するように取り付けられた回転子とを備え、前記回転子および固定子が前記軸に沿って離間してギャップをそれらの間に画成し、ギャップ内で機械の磁束は概ね軸方向であり、固定子アセンブリは、前記固定子を含む固定子ハウジングを含み、前記固定子ハウジングは、前記回転子と前記固定子の間の前記ギャップに位置させる（好ましくは繊維強化）ポリマーの膜を含む半径方向壁を有し、前記固定子バーの少なくとも端部またはシューは、好ましくは軟磁性複合材料（ＳＭＣ）から形成され、（好ましくは繊維強化）ポリマーの前記膜は、前記端部またはシューに結合されて、前記１組の固定子バーを前記膜に結合する固定子アセンブリを提供する。

以下で、添付図面を参照しながら、本発明のこれらおよび他の態様について、例としてのみさらに説明する。
２回転子軸方向磁束機械の一般構成を示す図である。軸方向磁束永久磁石機械の例示的なトポロジーを示す図である。ヨークを持たないセグメント化アーマチュア（ＹＡＳＡ）機械の概略側面図である。図１ｃのＹＡＳＡ機械の斜視図である。先行技術によるＹＡＳＡ機械の固定子および固定子ハウジングの斜視分解図である。本発明の実施形態による固定子ハウジングの環状半径方向壁の縦断面図である。本発明の実施形態による固定子ハウジングの環状半径方向壁の上面図である。図４の半径方向壁の製造時に使用する繊維強化ポリマーの膜の縦断面図である。固定子ポールピースが取り付けられた図５の半径方向壁を示す図である。固定子ポールピースが取り付けられた図５の補助樹脂フィルムがギャップの充填を補助する、固定子ピースの半径方向壁を示す図である。積層強化機能を使用する半径方向壁の第１の例示的な横断面図である。積層強化機能を使用する半径方向壁の第２の例示的な横断面図である。積層強化機能を使用する半径方向壁の組立て前の積層強化機能の分解立体図である。

初めに、本出願人のＰＣＴ出願特許文献５から取った図１ｃ、図２、および図３を参照すると、図１ｃは、ヨークを持たないセグメント化アーマチュア機械１０の概略図である。

機械１０は、固定子１２と２つの回転子１４ａ、１４ｂとを含む。固定子１２は、回転子１４ａ、１４ｂの回転軸２０の周りで周方向に離間した別個の固定子バー１６の集合体である。各バー１６は、好ましくは回転軸２０に平行に配置される、それ自体の軸を有するが、これは必須ではない。各固定子バーの各端部にはシュー１８ａ、１８ｂが設けられ、このシュー１８ａ、１８ｂは、コイルスタック２２を制限するという物理的目的を果たし、スタック２２は、好ましくは、正方形／矩形断面の絶縁ワイヤであり、高い占積率を達成できる。コイル２２は電気回路（図示せず）に接続され、この回路は、モータの場合、コイル内を流れる電流によって発生する磁場の極が隣接する固定子コイル２２の間で反対となるようにコイルを励起する。

２つの回転子１４ａ、１４ｂは、その間に固定子コイル２２を挟んで互いに対向する永久磁石２４ａ、２４ｂを担持する（固定子バーが傾斜しているとき（図示せず）、磁石も同様となる）。２つのエアギャップ２６ａ、２６ｂが、それぞれのシューと磁石との対１８ａ／２４ａ、１８ｂ／２４ｂの間に配置される。回転軸２０の周りで偶数のコイルおよび磁石が離間し、好ましくは、コイルと磁石とを異なる数にして、コイルが、すべて同時に、固定子に対する回転子の同一の回転位置で、対応する磁石対と整列しないようにする。これは、コギングを低減させるように機能する。

モータでは、コイル２２を励起して、それらの極性が交番し、異なる時点でコイルが異なる磁石対と位置合わせされるようにして、回転子と固定子の間にトルクを加える。回転子１４ａ、１４ｂは、一般に、共に接続され（例えば軸（図示せず）により）、固定子１２に対して軸２０の周りで共に回転する。２つの隣接する固定子バー１６と２つの磁石対２４ａ、２４ｂとによって磁気回路３０が設けられ、各回転子のバックアイアン３２ａ、３２ｂが、それぞれのコイル２２から離れた側を向く各磁石２４ａ、２４ｂの裏面の間で磁束を連結させる。エアギャップ２６ａ、２６ｂを通って延び、冷媒が供給されるチャンバを画成するハウジング内に、固定子コイル１６が取り囲まれる。

図３を参照すると、固定子コイルがプラスチック材料のクラムシェル４２ａ、４２ｂ間に位置する固定子１２ａが示される。これらのクラムシェルは、外側円筒壁４４、内側円筒壁４６、および半径方向に配置された環状壁４８を有する。図３の先行技術の例では、半径方向壁４８は、内側ポケット５０を含み、内側ポケット５０は、固定子バー１６のシュー１８ａ、１８ｂを受け、固定子１２ａの２つのクラムシェルハウジング４２ａ、４２ｂを組み立てるときに、固定子コイルアセンブリ１６、２２、１８ａ、１８ｂを位置決めするように機能する。固定子ハウジング４２ａ、４２ｂは、コイル２２の内部で空間５２を画成し、外部でコイル２２の外側の周りに空間５４を画成し、コイル間に空間５６がある。空間５２、５４、５６は相互に連結されて、冷却チャンバを画成する。図３には示されていないが、組立て時に、固定子ハウジング４２ａ、４２ｂにポートが設けられ、このポートにより、油などの冷媒を空間５２、５４、５６内に圧送してコイルの周りで循環させ、それらを冷却することができるようになる。

コイルコアを、所望の磁束方向に平行な相互積層絶縁体と積層することができる。しかしながら、電気絶縁体で被覆して所望の形状に成形した軟鉄粒子（軟磁性複合材料−ＳＭＣ）からコイルコアを形成して、これらを絶縁母材により共に結合することができると有利である。高温、高圧圧縮プロセスを使用して、部品を複雑な形状に成形し、優れた形状係数を有する３次元磁束パターンを生成することができ、高い占積率の巻線を使用してＳＭＣの歯に直接巻回することができる。シューと固定子バーとを別個に形成して、後で組み立てることができると好都合である。シューは、最小磁気抵抗の軸方向を有する中心領域と、最小磁気抵抗の半径方向を有する外側領域とを有することができる（特許文献５参照）。

図４ａを参照すると、これは、本発明の実施形態による射出成形固定子ハウジングの環状半径方向壁１００の概略縦断面図である。これは、熱可塑性材料の薄い強化膜１１０を含み、その上に１組の半径方向および周方向強化リブ１２０が成形され、それらの間に、ポールピースのシューを受けるキャビティ１１５を残す。図４ｂは同一の配置の上面図であり、クラムシェル型固定子ハウジング１５０の半分の軸方向図であり、ハウジングの円筒壁１５２も示す。

図５は、繊維強化熱可塑性材料の膜の横断面図である。これは材料内の平織強化繊維１６０を示し、平織強化繊維１６０は熱可塑性樹脂１７０が含浸され、カレンダーにかけられて均一な厚さの膜を形成する。好ましくは、樹脂１７０が、高温で比較的強力な「エンジニアリングポリマー」、例えばＰＰＡまたはＰＥＥＫであり、ガラス繊維強化材によって靱性および強度の付与を助ける。膜の厚さは、例えば、０．５ｍｍ以下であってよい。

ハウジング１５０、より詳細には半径方向壁１００を形成するプロセスは、これを金型に挿入するステップと、好ましくは少なくとも３ｍｍ厚さの半径方向および周方向リブ１２０を形成するように金型を切り離す（shut off）ステップとを含む。これらを薄い熱可塑性膜のそれに適合する熱可塑性ポリマーを用いて形成することができ、リブは、射出成形プロセス中に膜に密に結合される。

方法の実施形態では、固定子バー、または固定子バーの端部の少なくともシューが、強化リブを射出成形する前に、半径方向壁を形成する膜に結合される。したがって、固定子バーを取り付けた膜が比較的柔軟であるため、膜が機械内で水平に支持されるように金型を配置することが好ましい。シューが結合された膜を、磁気的に扱うことができると好都合である。

リブ１２０を射出成形する前に、固定子ポールピース１８０を膜１１０および特に膜ポリマー１７０に結合するので、リブ１２０を膜１１０上に射出成形した後に、固定子ポールピース１８０を膜１１０に結合することが同様に可能であることを、当業者は理解するだろう。

図６ａは、固定子ポールピース１８０が定位置に結合された、図４の半径方向壁１００を示す。固定子ポールピース１８０を加熱して、薄膜１１０に押し込むが、例えばガラス繊維強化材が端止めとして作用し、固定子ポールピースが非常に薄い膜を貫通することを防止し、とりわけ、使用時に冷却剤の油を収容するためのハウジングの、液体を通さない完全性を維持する。それにもかかわらず、繊維強化材は膜１１０に必須ではなく、代わりに、固定子ポールピースの押込みの注意深い制御、および／または適切な止めの使用により、固定子ポールピース１８０の貫通を阻止することができる。

有利なことに、薄膜１１０中の比較的少量の熱可塑性ポリマー１７０が、ＳＭＣポールピースとの格別に強力な結合を形成するのに十分であることがわかっている。しかしながら、このプロセスの関連する態様では、結合により、膜から樹脂が除去されて、膜の反対面に見える繊維を残す傾向があり、面が平滑でなくなることがある。これは、好ましくは繊維強化膜と同タイプの樹脂の薄い補助膜を、繊維強化膜とポールピースのシューとの間に含んで、補助樹脂供給部として作用することによって対処可能である。これも、シュー面および／または繊維強化膜の平坦性の低下に対処可能であるという利点を有する。

図６ｂは、適合する樹脂の補助熱可塑性ポリマー膜１７５を膜１１０の樹脂１７０に組み込む、図６ａの構造の変形形態を示す。この補助膜１７５は、約０．２５ｍｍ以下の厚さを有することができ、ポールピース１８０が加熱されて薄膜１７５、１１０に押し込まれるときに、基材１８０、１１０とフラッシング１７６との凹凸を充填する空間を提供する。このフラッシングは、ポールシューの結合の増強を助け、また、リブ１２０とポールシュー１８５の間の公差ギャップを充填する。ポールシューを加熱し、これらを加熱されていない薄膜に配置し、しっかりと押圧するときに、下にあるガラス強化材が依然として貫通を防止し、結果として得られる結合強度はＳＭＣ自体よりも高い。

例示的なＳＭＣは、ガラス結合鉄粒子、鉄粒子をガラス結合し相互に電気絶縁する薄層（一般的に＜１０μｍ）を含んで、いくらかの残留多孔性を残すことができる。例えば、適切な材料は、スウェーデンのＨｏｇａｎａｓＡＢから商品名Ｓｏｍａｌｏｙ（登録商標）で入手可能である。多孔性、およびしたがって結合強度を向上させるために、好ましくは、例えば機械的におよび／または酸食を使用して、製造プロセスによる残りの微量の炭素を結合面から除去する。

結果として得られる構造は、非常に薄い半径方向壁を有し、希望に応じて、油の完全性（oil integrity）、組立て中にポールピースをそれらの正しい相対位置に保持する有用な機能を有し、構造が完全に組み立てられたときに、強い強度をもたらす。本出願人の特許文献５で先に記載したように、クラムシェル型の手法を使用する場合、固定子バー／ポールピースをそれらの長さに沿ったある点で分割することができ、クラムシェルと固定子バーとの接合前に、１つのシュー／固定子バーを各クラムシェルに取り付けることができるようにする。あるいは、固定子バーを１つのクラムシェルに組み付けた後、第２のクラムシェルを第１のクラムシェルに接合し、固定子バーに同時に結合して、より強力な構造のために固定子バーを分割する必要を回避する。別の好ましい手法では、一方のクラムシェルが固定子バーとシューとを一端部に有し、他方のクラムシェルが固定子バーの他端部（アセンブリの固定子バーの自由端に接着して結合可能である）にシューを有する。

場合により、強化機能またはリブを、共に圧縮され加熱されて相互に結合する複数の薄層から作製してもよい。好ましくは、各薄層は繊維強化されて、織りが半径方向壁の略全体、すなわち、膜とその強化材との両方を通って延びるようにする。場合により、織りの方向は薄層ごとに異なっていてもよい。

図７ａは、薄層１１２を示す、このようにして作製された半径方向壁の横断面である。図７ａでは、固定子バー、より詳細にはシューの端面全体が膜１１０に結合する。あるいは、図７ｂに示すように、固定子バーの端面またはシューが、膜の開口部に嵌入することができる。この場合、端面またはシューに図示した段を設けて、下にある膜との結合を容易にすることができる。場合により、いずれの場合にも、図示したように、薄層の１つまたはより多くがシューの段またはフランジに重なることができる。図７ｃは、薄層１１２の分解立体図である。

当業者は多くの他の効果的な代替形態に想到するだろう。本発明は、記載した実施形態に限定されず、本明細書に添付の特許請求の範囲の精神および範囲内にある当業者に明らかな修正を包含するものであることを理解されたい。

Claims

軸方向磁束永久磁石機械の固定子用のハウジングを製造する方法であって、前記機械は、それぞれの固定子バーに巻回され、前記機械の軸の周りで周方向に間隔を置いて配置された１組のコイルを含む固定子と、１組の永久磁石を担持し、前記軸の周りを回転するように取り付けられた回転子とを備え、前記回転子および固定子は前記軸に沿って離間してギャップをそれらの間に画成し、前記ギャップ内で前記機械の磁束は概ね軸方向であり、前記方法は、
ポリマーの材料の膜を設けるステップと、
前記ポリマーの材料の膜が成形可能である間に、前記１組の前記固定子バーの少なくとも端部またはシューを前記ポリマーの材料の膜に押し込むステップであって、前記固定子バーの少なくとも前記端部またはシューは多孔質磁性材料から形成されるステップと、
前記ポリマーの材料の膜を凝固させて、前記１組の固定子バーの前記端部またはシューをそれらのそれぞれの位置に保持するステップと、
半径方向壁を用いて前記ハウジングを製造するステップと
により、前記回転子と前記固定子の間の前記ギャップに前記ハウジングを位置させるための前記半径方向壁を作製するステップを含み、
前記押し込むステップ中に前記ポリマーの材料の膜の前記ポリマーは前記多孔質磁性材料に結合して、前記１組の固定子バーを前記ポリマーに結合することを特徴とする方法。
固定子バーの前記端部またはシューの略全面は前記ポリマーの材料の膜に結合することを特徴とする請求項１に記載の方法。
固定子バーの前記端部またはシューは、縁部の周りに段またはフランジを有する面を含み、前記ポリマーの材料の膜は１組の開口を有し、前記固定子バーの前記端部またはシューの前記面は前記開口に嵌入し、前記段またはフランジは前記ポリマーの材料の膜に押し込まれて前記ポリマーの材料の膜と結合することを特徴とする請求項１に記載の方法。
前記結合中に、材料は前記ポリマーの材料の膜と前記多孔質磁性材料の間で拡散して、前記ポリマーの材料の膜を前記多孔質磁性材料に結合することを特徴とする請求項１，２，または３に記載の方法。
前記ポリマーの材料の膜は繊維強化ポリマー材料であり、前記ポリマーの材料の膜が成形可能である間に、前記固定子バーを該繊維強化ポリマーの膜に押し込む前記ステップ中に、強化材により前記固定子バーが前記繊維強化ポリマーの膜を貫通することを阻止することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の方法。
前記多孔質磁性材料は軟磁性複合材料（ＳＭＣ）を含むことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の方法。
前記多孔質磁性材料は積層磁性材料を含むことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の方法。
前記固定子バーの少なくとも端部またはシューの表面を処理して、前記端部またはシューの多孔性を向上させるステップをさらに含むことを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一項に記載の方法。
前記固定子バーを加熱して、前記ポリマーの材料の膜の前記ポリマーを成形可能にするステップをさらに含むことを特徴とする請求項１乃至８のいずれか一項に記載の方法。
前記ポリマーの材料の膜の面内ヤング率が５０ＧＰａ未満、より好ましくは２０ＧＰａ未満であることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか一項に記載の方法。
前記ポリマーの材料の膜の厚さは１ｍｍ未満、好ましくは０．５ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の方法。
前記ハウジングの薄壁部分を形成する、前記ポリマーの材料の膜のポリマーは、ＰＰＳ、ＰＰＡ、ＰＥＥＫ、ＡＢＳ、およびＰＡの１つまたはより多くを含むことを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか一項に記載の方法。
前記ポリマーの材料の膜は第１の繊維強化熱可塑性ポリマーを含み、繊維強化熱可塑性材料の膜を形成し、前記方法は、
前記繊維強化熱可塑性材料の膜を射出成形機械の金型に入れるステップと、
前記第１の繊維強化熱可塑性ポリマーと共に溶解されたときに混和可能な第２の熱可塑性ポリマーを用いて、１組の強化機能を前記ポリマーの材料の膜上に射出成形するステップとにより、前記繊維強化熱可塑性材料の膜を強化するステップをさらに含むことを特徴とする請求項１乃至１２のいずれか一項に記載の方法。
前記第２の熱可塑性ポリマーは、ガラス繊維、炭素繊維、またはアラミド繊維で繊維強化されることを特徴とする請求項１３に記載の方法。
前記固定子バーは少なくとも一端部にシューを有し、前記１組の強化機能は、前記固定子バーの前記シューのための１組のキャビティを画成することを特徴とする請求項１３または１４に記載の方法。
前記射出成形するステップの前に前記繊維強化熱可塑性材料の膜を加熱するステップをさらに含むことを特徴とする請求項１３乃至１５のいずれか一項に記載の方法。
前記強化機能を有する前記半径方向壁は、前記機械の動作中に、前記固定子バーを定位置に保持することを特徴とする請求項１３乃至１６のいずれか一項に記載の方法。
前記強化機能は、前記繊維強化熱可塑性材料の膜の平面上に少なくとも３ｍｍの高さを有することを特徴とする請求項１３乃至１７のいずれか一項に記載の方法。
前記押し込むステップおよび凝固させるステップの前に、前記固定子バーと前記ポリマーの材料の膜の間にポリマーの補助層を設けるステップをさらに含むことを特徴とする請求項１乃至１８のいずれか一項に記載の方法。
前記機械は、前記固定子の各側に１つずつの対の前記回転子を有する、ヨークを持たないセグメント化アーマチュア機械であり、前記ハウジングは、全体として円筒形の壁により接続された前記固定子と各それぞれの回転子の間に１つずつの対の前記半径方向壁を有し、前記ハウジングは、前記固定子の前記コイルのための冷却剤用チャンバを画成することを特徴とする請求項１乃至１９のいずれか一項に記載の方法。
軸方向磁束永久磁石機械を製造する方法であって、前記機械は、それぞれの固定子バーに巻回され、前記機械の軸の周りで周方向に間隔を置いて配置された１組のコイルを含む固定子と、１組の永久磁石を担持し、前記軸の周りを回転するように取り付けられた回転子とを備え、前記回転子および固定子は前記軸に沿って離間してギャップをそれらの間に画成し、前記ギャップ内で前記機械の磁束は概ね軸方向であり、前記方法は、
請求項１乃至２０のいずれか一項に記載の、前記機械の固定子用のハウジングを製造するステップと、前記ハウジングを使用して前記１組の固定子コイルを前記機械内で定位置に保持するステップとを含むことを特徴とする方法。
軸方向磁束永久磁石機械の固定子アセンブリであって、前記機械は、それぞれの固定子バーに巻回され、前記機械の軸の周りで周方向に間隔を置いて配置された１組のコイルを含む固定子と、１組の永久磁石を担持し、前記軸の周りを回転するように取り付けられた回転子とを備え、前記回転子および固定子は前記軸に沿って離間してギャップをそれらの間に画成し、前記ギャップ内で前記機械の磁束は概ね軸方向であり、前記固定子アセンブリは、前記固定子を含む固定子ハウジングを含み、前記固定子ハウジングは、前記回転子と前記固定子の間の前記ギャップに位置させる繊維強化ポリマーの膜を含む半径方向壁を有し、前記固定子バーの少なくとも端部またはシューは、軟磁性複合材料（ＳＭＣ）から形成され、前記繊維強化ポリマーの膜のポリマーは、前記ＳＭＣに結合されて、前記１組の固定子バーの端面全体を前記繊維強化ポリマーの膜に結合することを特徴とする固定子アセンブリ。