KR101375456B1 - 전동식 기계를 위한 필드 폴 부재 및 이를 형성하기 위한 방법 - Google Patents

전동식 기계를 위한 필드 폴 부재 및 이를 형성하기 위한 방법 Download PDF

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Abstract

자속 경로 길이를 감소시키고, 단위 크기(또는 단위 중량) 당 토크, 또는 효율을 증가시키기 위해 백-아이언을 감소시킬 뿐 아니라, 제조 비용을 감소시키기 위한, 전동식 기계를 위한 필드 폴 부재를 생성하기 위한 방법, 장치, 제조 품목 및 시스템이 본원에서 공개된다. 하나의 실시예에서, 필드 폴 부재 구조물은 예를 들어, 자속 경로의 길이를 감소시키거나, 필드 폴 부재를 통과하는 경로의 강도를 세게하도록 형성된다. 또 다른 실시예에서, 방법이 전동식 기계르 위한 필드 폴 부재를 구성하기 위해 제공된다.

Description

전동식 기계를 위한 필드 폴 부재 및 이를 형성하기 위한 방법{FIELD POLE MEMBERS AND METHODS OF FORMING SAME FOR ELECTRODYNAMIC MACHINES}
본 발명의 실시예는 포괄적으로 전기 모터, 알터네이터(alternator), 발전기 등에 관련되어 있으며, 더 세부적으로, 필드 폴(field pole) 부재 구조물뿐 아니라, 이러한 필드 폴 부재 구조물을 형성하기 위한 제조 방법에 관련되어 있다.
분수형 마력 모터(fractional horsepower motor) 및 서브-분수형 마력 모터(sub-fractional horsepower motor)를 위한 종래의 스테이터(stator) 및 로터(rotor) 구조물에서, 영구 자석은, 통상적으로 자석에 대한 자기 귀환 경로(magnetic return path) 및 전류에 의해 발생되는 플럭스(flux)를 제공하는 강자성 스테이터 구조물과 동일한 평면에서 회전하는 로터 조립체로 일체-구성되는 것이 일반적이다. 스테이터 부재 구조물의 폴 영역 주변을 감싸는 코일 권선에 전류를 통과시킴으로써, 전류에 의해 발생되는 플럭스(또한, 암페어 횟수(AT: ampere turn)에 의해 발생되는 플럭스라고 일컬어짐)가 발생된다. 기능하는 동안, 이들 전기 모터와 그 밖의 다른 모터의 종래의 스테이터 및 로터 구조물은, 다음에서 설명될 몇 가지 단점을 갖는다.
도 1A는 일반적으로 사용되는 스테이터 및 로터 구조물을 예로 든 종래의 전 기 모터를 도시한다. 전기 모터(100)는 스테이터 구조물(104)과, 자성 허브(magnetic hub, 106)와, 샤프트(102)로 구성된 원통형의 모터이다. 모터(100)의 로터 구조물은 하나 이상의 영구 자석(110)을 포함하며, 상기 하나 이상의 영구 자석(110) 모두는, 스테이터 구조물(104) 내에서의 회전을 위해 자성 허브(106)를 통해 샤프트(102)로 부착되어 있다. 스테이터 구조물(104)은 통상적으로 각각 코일 권선(112)을 갖는 필드 폴(118)(하나만 도시되었음)을 포함하며, 이때 상기 코일 권선(112)은 각각의 필드 폴(118)을 중심으로 감겨 있다. 스테이터 구조물(104)은, 제조 동안, 스테이터 필드 폴(118)을 중심으로 코일 와이어를 감기 위한 와이어 통로를 제공하기 위한 부분으로 사용되는 슬롯(108)을 포함한다. 또한 슬롯(108)은 이웃하는 필드 폴(118) 간의 자성 분리(magnetic separation)를 제공한다. 스테이터 구조물(104)은 주변 플럭스 운반 조각(119)을 자기 귀환 경로(116)의 부분으로서 포함한다. 많은 경우에서, 스테이터 구조물(104)은, 등방성(가령, 무방향성(non-grain oriented))의, 투자성 물질로 형성되는 것이 일반적인 박판(lamination, 114)으로 구성되어 있다. 영구 자석에 의해 발생되는 플럭스 및 AT에 의해 발생되는 플럭스가 존재하는 다수의 자기 귀환 경로 중 하나인 자기 귀환 경로(116)는 주변 플럭스 운반 조각(119)에서 약간 휘어지는 것처럼 보이지만, 필드 폴 영역(118)으로 비교적 급격하게 휘어지는 것을 포함한다.
전기 모터(100)를 포함하는 종래의 전기 모터의 한 가지 단점은, 자기 귀환 경로(116)는 하나의 로터 자석 극(110)으로부터 발산되어, 자기 귀환 경로(116)를 가로질러서, 나머지 로터 자석 극(110)으로 향하는 플럭스에 대한 자기 회 로(magnetic circuit)를 완성하기 위해 비교적 긴 길이를 필요로 한다는 것이다. 덧붙이자면, 자기 귀환 경로(116)는 자성 플럭스를 운반하기에 더 바람직한 직선이 아니다. 도시된 바와 같이, 자기 귀환 경로(116)는 스테이터 경로에서 29도의 휘어짐을 갖는다. 자기 귀환 경로(116)는 한 번 필드 폴 영역(118)으로부터 주변 플럭스-운반 조각(119)으로 휘어지고, 그 후, 주변 플럭스 운반 조각(119)에서 나머지 필드 폴 영역(118)으로 다시 휘어진다. 이러한 휘어짐 모두는 플럭스를 효과적으로 운반하기에 덜 적합하다. 구현되는 바와 같이, 필드 폴들 간의 이러한 플럭스를 운반하기에 필요한 그 밖의 다른 경우보다, 자기 회전 경로(116)는 더 많은 물질, 즉 “백-아이언(back-iron)"을 필요로 한다. 결과적으로, 자기 귀환 경로(116)는 종래의 전기 모터에 중량과 부피를 추가시키며, 이로 인해서, 모터의 폼 팩터뿐 아니라 이러한 모터를 제조하기 위한 물질 비용도 증가하게 된다.
종래의 전기 모터의 또 다른 단점은, 플럭스-운반 극에서, 가령, 필드 폴(118) 전체에서, 그리고 주변 플러그 운반 조각(119)의 스테이터 영역에서 플럭스 밀도(flux density)를 최적화하고, 히스테리시스 손실을 감소시키기 위해, 박판(114)이 이방성 물질을 효과적으로 사용하지 않는다는 것이다. 특히, 주변 플럭스-운반 조각(119)은 직선이 아닌 플럭스 경로를 포함하며, 이로 인해서, 히스테리시스 손실(또는 “아이언 손실(iron losses)”)을 감소하기 위한 이러한 이방성 물질의 사용이 제한된다. 히스테리시스는 자기 물질이 자신의 자성을 유지하려고 하는 경향이다. “히스테리시스 손실”은 스테이터 영역을 구성하는 자기 물질을 자화(magnetize) 및 소자화(demagnetize)하기 위해 요구되는 에너지이며, 이때, 자기 물질의 양이 증가할수록 히스테리시스 손실은 증가한다. 자기 귀환 경로(116)는 90도 이상의 하나 이상의 휘어짐을 갖기 때문에, 이방성 물질의 사용, 예를 들어, 방향성(grain-oriented) 물질의 사용이 히스테리시스 손실을 효과적으로 감소시키지 못하는데, 왜냐하면, 주변 플럭스-운반 조각(119)에서의 자기 귀환 경로(116)는 박판(114)의 지향 방향을 가로지를 것이기 때문이다. 예를 들어, 방향(120)이 박판(114)에 대한 그레인(grain)의 배향을 나타내는 경우, 자기 귀환 경로(116)의 둘 이상의 부분이 상기 그레인의 방향(120)을 가로지르며, 이로 인해서, 스테이터의 주변 플럭스-운반 조각(119)의 상기 부분의 플럭스 밀도 수용력이 후퇴된다. 따라서 일반적으로 이방성 물질은 스테이터 구조(104)와 유사한 구조로 구현되지 않아 왔는데, 왜냐하면 일반적으로 플럭스 경로는 직선형보다는 곡선형이고, 이는 이러한 물질을 사용함으로써 제공되는 이점을 제한하기 때문이다.
종래의 전기 모터의 또 다른 단점은, 자기 귀환 경로(116)의 비교적 긴 길이이다. 자기장을 변화시키는 것, 예를 들어, 모터 커뮤테이션 주파수(motor commutation frequency)에서 전개되는 자기장의 변화에 의해, 박판(114)에서, 자기장의 반대 방향으로 에디 전류(eddy current)가 전개될 수 있다. 에디 전류는 자속이 변하는 속도(rate)의 거듭 제곱 함수에 대략적으로 비례하고, 영향 받는 박판 물질의 체적에 대략적으로 비례하는 전력 손실을 초래한다.
흔하게 사용되는 전기 모터의 그 밖의 다른 단점은, 다양한 타입의 전기 모터 디자인을 갖는 적용예에 대하여 잘 맞지 않는 “코깅(cogging)”, 즉 디텐트 토크(detent torque)를 감소시키기 위한 특수 기술을 구현해야 한다는 것이다. 코깅 은 불균일한 각 토크(angular torque)이며, 매끄러운 회전 움직임이 아니라 “급격한(jerking)” 움직임을 초래한다. 이 효과는 일반적으로 낮은 속력에서 가장 명백하며, 필드 폴(118)이 자석 극에 대하여 다른 각 위치에 존재할 때, 부하(load)에 가산 토크 및 감산 토크를 적용시킨다. 덧붙이자면, 내재적인 회전 가속 및 감속에 의해, 들리는 진동이 초래된다.
도 1B는 흔하게 사용되는 스테이터 및 로터 구조물의 예로서 전기 모터의 또 다른 타입으로서 축 모터(axial motor)를 도시한다. 상기 종래의 축 모터의 기하학적 형태는, 그 밖의 다른 일반적인 모터(예를 들어, 방사형 모터(radial motor)) 기술의 단점을 극복하기 위해 사용된다. 그러나 축 모터가 방사 형태와 관련된 종래의 디자인 신조에 따라 설계될 때, 축 모터가 사용될 수 있는 적용예의 개수를 제한하는 내재적 한계가 발생할 수 있다. 마찬가지로, 축 모터의 용도는 비교적 특수화된 적소로 제한되어 왔다.
덧붙이자면, 축 모터는 세로방향(longitudinal)의 필드 폴의 어레이로 구성되며, 이때, 필드 폴은 각각의 단부에서, 수직방향(perpendicular)의 필드 폴 페이스(field pole face)를 갖는다. 도 1B에서 도시되는 바와 같이, 일반적으로 상기 수직방향 필드 폴 페이스는 자석의 단일, 또는 이중 회전 평면 조립체를 마주보도록 위치된다. 축 모터(121)는 스테이터 조립체(126)로서 세로방향 필드 폴의 어레이를 포함하는 것으로 나타나며, 이때, 상기 스테이터 조립체(126)는 전방 자석 디스크(124)와 후방 자석 디스크(128) 상에 장착되는 2개의 자석의 회전 평면 조립체(131) 사이에 위치한다. 도시되는 바와 같이, 모터 샤프트를 지지하기 위한 베어 링을 포함하는 전방 커버 플레이트(122)와 후방 커버 플레이트(130)가 위치한다. 스테이터 조립체(126)의 필드 폴은, 회전 자석(131)과 일정한 에어 갭을 유지하도록 마주보는 수직방향 필드 폴 페이스를 갖는 강철 박판의 조립체로 만들어진다.
종래의 축 모터는 에어 갭 영역과 마주볼 수 있는 고정된 개수의, 또는 고정된 영역의 폴 페이스를 가지며, 따라서 자석의 상대 강도(relative strength)로 제한되는 토크를 생산할 수 있다. 이는 높은 토크의 모터를 만들기 위해, 일반적으로 높은 강도(따라서, 높은 비용)의 자석이 필요함을 의미한다. 이러한 사실은, 다른 것들 사이에서, 축 모터 설계안의 매력을 감소시킨다.
이러한 것을 고려하여, 필드 폴(field pole) 부재를, 전기 모터 및 발전기에서의 앞서 언급된 단점을 감소시키는 구조로서 제공하는 것, 그리고 예를 들어, 단위 크기, 또는 단위 중량 당 출력 토크 및 효율을 증가시키는 것, 그리고 뿐만 아니라, 제조, 또는 작업 동안 자원을 보전하는 것이 바람직할 것이다.
자속 경로 길이를 감소시키고, 단위 크기(또는 단위 중량) 당 토크, 또는 효율을 증가시키기 위해 백-아이언을 감소시킬 뿐 아니라, 제조 비용을 감소시키기 위한, 전동식 기계를 위한 필드 폴 부재를 생성하기 위한 방법, 장치, 제조 품목 및 시스템이 본원에서 공개된다. 하나의 실시예에서, 필드 폴 부재 구조물은 예를 들어, 자속 경로의 길이를 감소시키거나, 필드 폴 부재를 통과하는 경로의 강도를 세게하도록 형성된다. 또 다른 실시예에서, 방법이 전동식 기계르 위한 필드 폴 부재를 구성하기 위해 제공된다. 상기 방법은 다수의 자속 컨덕터를, 함께 길이 방향으로의 부착(affixation)시키기 위해, 위치시켜서, 필드 폴 부재의 하나 이상의 필드 폴 코어를 형성하는 단계를 포함한다. 또한 상기 방법은, 필드 폴 부재의 종단에서 폴 페이스를 형성할 수 있다. 즉, 상기 방법은 필드 폴 부재의 하나 이상의 종단에서 하나 이상의 폴 페이스를 형성하는 단계를 포함할 수 있다. 하나의 실시예에서, 필드 폴 코어는, 폴 페이스와 또 다른 폴 페이스 사이에, 또는 폴 페이스와 상기 필드 폴 부재의 나머지 종단 사이에 충분히 직선의 플럭스 경로를 제공하도록 충분히 직선인 필드 폴 코어이다. 일부 실시예에서, 제조 방법은 모터 효율을 증가시킬 뿐 아니라, 자원을 보존하여 제조 비용을 낮출 수 있는(예를 들어, 버리는 부분을 최소화) 필드 폴 부재 구조물을 위해 제공된다. 필드 폴 부재 제조에 관련된 다양한 실시예가, 예를 들어, 단일 및 다중 자석 로터에 적응되는 필드 폴 부재를 구성할 수 있고, 이로 인해서, 자석은 임의의 타입의 형태를 가질 수 있다.
도 1A는 종래의 전기 모터에서 구현되는 흔하게 사용되는 방사형 스테이터 구조이다.
도 1B는 종래의 전기 모터의 또 다른 타입으로서 축 모터를 도시한다.
도 2는 본 발명의 특정 실시예에 따르는, 필드 폴 부재를 생성하기 위한 일반화된 흐름이다.
도 3은 본 발명의 특정 실시예에 의해 생성되는 필드 폴 부재의 예이다.
도 4는 본 발명의 특정 실시예에 의해 생성되는 필드 폴 코어의 예이다.
도 5는 본 발명의 또 다른 특정 실시예에 의해 생성되는 또 다른 필드 폴 코 어의 예이다.
도 6은 본 발명의 하나의 실시예에 따르는, 필드 폴 부재를 생성하기 위한 제조 흐름의 예이다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따르는, 필드 폴 부재를 생성하기 위한 제조 흐름의 또 다른 예이다.
도 8A는 본 발명의 실시예에 따르는, 필드 폴 부재를 제조하기 위한 시스템이다.
도 8B는 본 발며으이 또 다른 실시예에 따르는, 필드 폴 부재를 제조하기 위한 또 다른 시스템이다.
도 9는 본 발명의 하나의 실시예에 따르는, 폴 페이스를 형성하기 위한 오버-몰딩 공정이다.
도 10은 본 발명의 하나의 실시예에 따르는 폴 슈 페이스를 형성하기 위한 일체구성화 공정이다.
도 11A 내지 11C는 본 발명의 실시예에 의해 생성되는 필드 폴 코어의 예를 도시한다.
도 12는 본 발명의 하나의 실시예에 따라 폴 페이스를 형성하기 위한 오버-몰딩 공정을 도시한다.
도 13은 본 발명의 하나의 실시예에 따라 제조되는 필드 폴 부재이다.
도 14는 본 발명의 또 다른 실시예에 따라 제조되는 필드 폴 부재이다.
도 15는 본 발명의 또 다른 실시예에 따라 제조되는 필드 폴 부재이다.
도 16은 본 발명의 하나 이상의 실시예에 따라 제조되는 필드 폴 부재이다.
정의
다음의 정의는 본 발명의 일부 실시예에 관련하여 설명되는 요소 중 일부에 대하여 적용된다. 이들 정의는 본원에 따라서 확장될 수 있다.
본원에서 사용될 때, 용어 “에어 갭(air gap)”은 자석 표면과 이에 마주보는 폴 페이스(pole face) 사이의 공간, 또는 갭을 일컫는다. 이러한 공간은, 적어도 자석 표면의 영역과 폴 페이스에 의해 경계지어지는 공간으로서 물리적으로 설명될 수 있다. 에어 갭은 로터와 스테이터 간의 상대적 운동을 가능하게 하는 기능과, 플럭스 상호작용 구역(flux interaction region)을 형성하는 기능을 수행한다. 에어 갭은 통상적으로 공기로 채워지지만, 이에 제한될 필요는 없다.
본원에서 사용될 때, 용어 “백-아이언(back-iron)”은 일반적으로, (사용되지 않을 경우 개방되는) 자성 회로를 완성하기 위해 사용되는 물리적 구조물(뿐 아니라, 상기 물리적 구조물을 구축하는 물질)을 설명한다. 특히, 백-아이언 구조물은, 자속을 하나의 자성 회로 소자에서 다른 자성 회로 소자로 이동시키기 위해서만 사용되는데, 예를 들어, 필드 폴(field pole) 부재와 자석 극 사이에서 암페어 회수를 발생하는 중재 소자, 예를 들어 코일 없이, 하나의 투자성(magnetically permeable) 필드 폴 부재에서 또 다른 투자성 필드 폴 부재로 이동시키기 위해, 또는 제 1 자석의 자석 극에서 제 2 자석의 자석 극으로 이동시키기 위해, 또는 두 가지 상황 모두의 이동을 위해 사용될 수 있다. 덧붙이자면, 백-아이언 구조물이 연계된 암페어 회수 발생 소자, 예를 들어, 하나 이상의 코일을 수용하도록 형성되는 것이 일반적인 것은 아니다.
본원에서 사용될 때, 용어 “코일(coil)”은, 투자성 물질과 유도 결합되어, 자속을 생성하도록 배열된 전도체의 연속되는 나선의 집합을 일컫는다. 일부 실시예에서, 용어 “코일(coil)”은 "권선(winding)“, 또는 ”코일 권선(coil winding)“이라고 기재될 수 있다. 또한 상기 용어 ”코일(coil)“은 포일(foil) 코일(즉, 비교적 평평한 평면 형태의 전도체)을 포함한다.
본원에서 사용될 때, 용어 “코일 영역(coil region)”은 일반적으로, 코일이 감겨 있는 필드 폴 부재의 부분을 일컫는다.
본원에서 사용될 때, 용어 “코어(core)”는 폴 슈(pole shoe)들 사이에서 코일이 통상적으로 배치되어 있는 필드 폴 부재의 부분을 일컬으며, 상기 코어는 자속 경로의 일부분을 제공하기 위해 투자성 물질로 구성되어 있다. 일부 실시예에서, “코어”의 형성이 폴 페이스가 있는, 또는 없는 필드 폴 부재를 형성한다. 그 밖의 다른 실시예에서, 상기 코어는, 그 위에 종단 캡(end cap) 등이 형성될 수 있는 기저 구조물로서 형성된다.
본원에서 사용될 때, 용어 “필드 폴 부재(field pole member)”는 일반적으로 투자성의 물질로 구성되며, 코일이 그 주변에 감길 수 있는 구조물을 제공하도록 구성되는 소자를 일컫는다(즉, 상기 소자는 자속을 발생시키기 위한 목적을 갖고 코일을 수용하도록 구성됨). 일부 실시예에서, 필드 폴 부재는 코어(즉, 코어 영역)와, 둘 이상의 폴 슈(pole shoe)를 포함하며, 이때, 상기 폴 슈 각각은 상기 코어의 각각의 종단에 인접하게 위치하는 것이 일반적이다. 그러나 그 밖의 다른 실시예에서, 필드 폴 부재는 하나의 코어와 폴 슈만을 포함한다. 일부 실시예에서, 용어 “필드 폴 부재(field pole member)”는 일반적으로 “스테이터-코어(stator-core)”라고 쓰여질 수 있다. 하나 이상의 실시예에서, 일반적으로 필드 폴 부재의 길이(가령, 필드 폴 부재의 종단 사이의 거리)가 상기 필드 폴 부재의 폭(가령, 코어의 폭)보다 더 크도록, 상기 필드 폴 부재는 길쭉한 형태를 갖는다.
본원에서 사용될 때, 용어 “능동 필드 폴 부재(active field pole member)”는 코어와, 하나 이상의 코일과, 하나 이상의 폴 슈의 집합을 일컫는다. 특히, 능동 필드 폴 부재는, 암페어 회수 플럭스(ampere-turn flux)를 선택적으로 발생시키도록 하나 이상의 코일과 조립되는 필드 폴 부재로서 설명될 수 있다. 일부 실시예에서 일반적으로, 용어 “능동 필드 폴 부재”는 “스테이터-코어 부재(stator-core member)”라고 기술될 수 있다.
본원에서 사용될 때, 용어 “강자성 물질(ferromagnetic material)”은 히스테리시스 현상을 보여주고, 자화력에 따라 달라지는 투자율을 갖는 물질을 일컫는다. 또한, 용어 “강자성 물질”은 1(unity)보다 더 높으면서 자화력에 따라 달라지는 상대 투자율을 갖는 투자성의 물질을 일컬을 수 있다.
본원에서 사용될 때, 용어 “필드 상호작용 영역(field interaction region)”은, 둘 이상의 소스(source)로부터 전개되는 자속이, 상기 소스에 대한 기계적인 힘, 또는 토크를 발생시킬 수 있는 방식으로, 벡터적으로 상호작용하는 영역을 일 컫는다. 일반적으로, 용어 “플럭스 상호작용 영역(flux interaction region)”은 용어 “필드 상호작용 영역(field interaction region)”과 서로 교환가능하게 사용될 수 있다. 이러한 소스의 예로는 필드 폴 부재, 또는 능동 필드 폴 부재, 또는 자석, 또는 이들의 일부분을 포함한다. 필드 상호작용 영역은 종종 회전 기계류 용어에서, “에어 갭(air gap)”이라고 일컬어지기도 하지만, 필드 상호작용 영역은, 둘 이상의 소스로부터의 자속이 벡터적으로 상호작용하여, 상기 소스에 대한 기계적 힘, 또는 토크를 발생시키는 영역을 설명하는 더 넓은 범위의 용어이다. 따라서 에어 갭의 정의로 국한되지 않는다(즉, 자석 표면과, 폴 페이스와, 상기 자석표면 및 폴 페이스 사이의 주변부로부터 뻗어 있는 평면의 영역에 의해 형성되는 공간으로 한정되지 않는다). 예를 들어, 필드 상호작용 영역(또는 이들의 부분, 또는 전체)은 자석의 내부에 위치할 수 있다.
본원에서 사용될 때, 용어 “발전기(generator)”는, 예를 들어, 출력 전압 파형에 관계없이, 기계적 에너지를 전기적 에너지로 변환하도록 구성되는 전동식 기계를 일컫는다. “알터네이터(alternator)”가 이와 유사하게 정의될 수 있으므로, 용어 "발전기"는 자신의 정의에 알터네이터를 포함시킨다.
본원에서 사용될 때, 용어 “자석(magnet)”은 외부에서 자신에게까지 자기장(magnetic field)을 생성하는 본체를 일컫는다. 마찬가지로, 용어 “자석”은 영구 자석, 전자석 등을 포함한다.
본원에서 사용될 때, 용어 “투자성(magnetically permeable)”은 일반적으로 플럭스 밀도(“B")와 적용되는 자기장("H") 간의 자기적으로 정의가능한 관계를 갖는 물질을 일컫는 설명하는 용어이다. 덧붙이자면, 용어 "투자성"은 넓은 범위의 용어이도록 의도된다. 예를 들어, 강자성 물질, 강철 박판과 CRGO(cold-rolled grain oriented) 강철, 파우더 금속, SMC(soft magnetic composite) 등이 있다.
본원에서 사용될 때, 용어 “폴 페이스(pole face)”는 플럭스 상호작용 영역(뿐 아니라 에어 갭)의 일부분, 또는 전체와 마주보는 폴 슈(pole shoe)의 표면을 일컫는다. 일부 실시예에서, 용어 “폴 페이스(pole face)”는 “스테이터 표면(stator surface)", 또는 ”플럭스 상호작용 표면(flux interaction surface)“(또는 이들의 부분), 또는 둘 모두로서 설명될 수 있다.
본원에서 사용될 때, 용어 “폴 슈(pole shoe)”는, 폴 페이스(pole face)가 로터(또는 그 부분)를 마주보도록 하여, 에어 갭을 형상하고 저항력을 제어하는 기능을 수행하도록 상기 폴 페이스(pole face)의 포지셔닝을 용이하게 하는 필드 폴 부재의 부분을 일컫는다. 일반적으로, 필드 폴 부재의 폴 슈는 코일 영역에서(또는 그 부근에서) 시작하고, 폴 페이스에서 끝나는 코어의 종단의 인접부에 위치한다. 일부 실시예에서, 일반적으로 용어 “폴 슈(pole shoe)”는 “스테이터 영역(stator region)"으로서 설명될 수 있다.
본원에서 사용될 때, 용어 “연자석 복합물(soft magnetic composite)"("SMC")은, 절연되는 자성을 띄는 입자(가령, 본 발명의 로터-스테이터 구조물의 소자를 형성하기 위해 몰딩될 수 있는 절연 코팅된 투자성 파우더 금속 물질)로 부분적으로 구성되는 물질을 일컫는다.
본원에서 사용될 때, 용어 “전이 영역(transition region)”은 플럭스 경 로의 조각(가령, 코어 영역 내의 조각)을 플럭스 경로의 또 다른 조각(가령, 폴 슈 내의 조각)으로 이격시키거나, 전환시키는 것을 촉진시키는 폴 슈의 선택적인 부분을 일컫는다. 하나 이상의 폴 슈는 모터 공간 이용을 개선하기 위해, (가령, 컴팩트한 구성으로 회전축에 더 가까이 코일을 배치함으로써,) 전이 영역(transition region)을 구현할 수 있다. 일반적으로, 전이 영역은, 전동식 기계를 구성하는 소자의 압축(compaction)을 촉진시키면서, 필드 폴 부재의 저항을 비교적 낮게 유지시킬 수 있다. 이러한 소자로는 샤프트(shaft), 필드 폴 부재, 자석 등이 있다.
논의
도 2는 본 발명의 특정 실시예에 따르는 필드 폴 부재를 생성하기 위한 일반화된 흐름이다. 흐름(200)은, 예를 들어, 한쪽 방향으로, 또는 충분히 한쪽 방향으로, 많은 양의 자속을 운반할 수 있는 필드 폴(field pole) 부재 구조물을 생성하기 위한 제조 기술을 위한 것이다. 이들 구조물은 전동식 기계(가령, 전기 모터 및 발전기)뿐 아니라 전기 솔레노이드 및 그 밖의 다른 적용예의 증가된 성능과 경제적인 제조를 위한 것이다. 하나의 실시예에서, 흐름(200)은 단계(201)에서, 필드 폴 부재의 필드 폴 코어를 형성하기 위해 함께 부착되도록 자속 컨덕터(magnetic flux conductor)를 비교적 가까운 인접부에 위치시킨다. 또한 일부 실시예에 따르면, 필드 폴 부재 자체를 형성하기 위해 흐름(200)이 사용될 수 있다. 본원에서 사용될 때, 일부 실시예에서의 용어 “자속 컨덕터”는 투자성 물질로 구성된 길쭉한 구조물을 설명한다. 선택적으로, 자속 컨덕터는 세로 방향(즉, 길이 방향)을 따르는 그레인 배향(grain orientation)을 가질 수 있다. 자속 컨덕터의 예로는, 실리 콘 스틸(silicon steel) 등의 투자성 물질로 구성된 와이어 및 박판이 있다. 단계(203)에서, 플럭스 상호작용 표면(flux interaction surface)을 제공하기 위해, 폴 페이스(pole face)가 필드 폴의 코어(core)에 대하여 형성될 수 있다. 이들 폴 페이스는 예를 들어, 원뿔 형태(US 특허 제7,061,152호 B2), 또는 원통 형태(US 특허 출원 제11/255,404호)의 자석을 마주 보도록 구성될 수 있다. 하나의 실시예에서, 폴 페이스는 원뿔 형태 자석, 또는 원통 형태 자석 등을 마주보도록 조각된 폴 페이스가 형성되도록 조각되어질 수 있다. 그 밖의 다른 다양한 실시예에서, 폴 페이스는, 그 밖의 다른 임의의 형태(예를 들어, 선형 모터, 또는 로터리 모터(rotaty motor)에서 사다리꼴 자석)를 갖는 그 밖의 다른 자석을 마주 보도록 구성될 수 있다. 단계(205)에서 필드 폴 부재가 생성된다. 다양한 실시예에서, 흐름(200)은, 단계(203)에서의 폴 페이스를 형성하는 단계 전, 또는 후에, 단계(201)에서 자속 컨덕터를 부착할 수 있다. 하나의 실시예에서, 흐름(200)은 단계(203)에서의 폴 페이스의 형성 단계와 동시에, 또는 실질적으로 동시에 자속 컨덕터를 단계(201)에서 부착할 수 있다.
도 3은 본 발명의 특정 실시예에 의해 생성되는 필드 폴 부재의 예를 도시한다. 필드 폴 부재(300)는 필드 폴 코어(302) 및 폴 슈 부재(304)를 포함한다. 필드 폴 슈 부재(304)는 폴 페이스의 예를 포함하는데, 상기 폴 페이스의 예는 폴 페이스(306)이다. 하나의 실시예에서, 필드 폴 코어(302)는 오버-몰딩되어, 폴 슈 부재(304)를 형성할 수 있다. 일부 경우에서, 또한 오버-몰딩은 자속 컨덕터로 구성되는 필드 폴 코어(302)를 캡슐화한다. 그 밖의 다른 경우에서, 오버-몰딩은 폴 슈 부재(304)만을 형성한다. 본원에서 사용될 때, 일부 실시예에서 용어 “캡(cap)”은 폴 슈 부재(304)를 일컫는다. 하나 이상의 실시예에서, 필드 폴 코어(302)는 직선, 또는 충분히 직선의 필드 폴 코어이며, 폴 페이스(306)들 사이에 충분히 직선인 플럭스 경로를 제공한다. 그 밖의 다른 실시예에서, 필드 폴 코어(302)는 전이 영역(transition region)을 포함하거나, 상기 전이 영역으로 연결될 수 있다. 특정 실시예에서, 폴 슈 부재(304)는 투자성 물질로 구성된 “캡(cap)”으로서 형성된다. 마찬가지로, 자성 파우더를 폴 페이스(306)의 곡선을 형성하는 특정 형태로 압축시킴으로써, 폴 슈 부재(304)가 형성될 수 있다. 일부 경우에서, 폴 슈 부재(304)를 형성하기 위해 사용되는 개별적인 자성 파우더 입자는 절연 코팅을 가질 수 있으며, 이로 인해서, 필드 폴 부재(300)의 손실 특성이 개선될 수 있다. 폴 슈 부재(304)로서 캡을 구현하는 것의 한 가지 예가 도 10에서 도시된다. 하나 이상의 실시예에서, 필드 폴 부재(300)는 박판 홀로 사용하여 생성되는 필드 폴 부재(즉, 이때, 폴 페이스는 박판으로 형성된다)에서 발견되는 것과 충분히 동일한 바람직한 속성과 낮은 손실 특성을 갖는다. 압축된 종단-캡 및 오버-몰딩에 의해, 설계자는 박판, 또는 와이어, 또는 그 밖의 다른 임의의 타입의 자속 컨덕터를 이용하여, 필드 폴 부재 및 스테이터 종단-지오메트리를 더 자유롭게 생성할 수 있다.
도 4는 본 발명의 특정 실시예에 의해 생성되는 필드 폴 코어의 예를 도시한다. 이 예에서 도시되는 바와 같이, 필드 폴 코어(400)는 다수의 박판(401)을 포함한다. 하나의 실시예에서, 각각의 박판(401)이 동일한 폭(“W")을 갖는 경우, 필드 폴 코어(400)는 정사각형태의 단면(402)을 갖는다. 하나 이상의 실시예에서, 하나 이상의 박판(401)이 가변 폭(W)을 갖는다. 예를 들어, 박판(401)의 폭을 변화시킴으로써, 필드 폴 코어(400)에 대하여 눈물(teardrop)-형태의 단면(404)이 형성될 수 있다. 하나 이상의 실시예에서, 예를 들어, 전기 절연성 물질(가령, 옥사이드, 유리 코팅 등)로 코팅됨으로써, 박판(401)은 서로에 대하여 고립(예를 들어, 전기적으로 고립, 자기적으로 고립 등)될 수 있다. 전기-절연 물질의 하나의 예로는 블랙 옥사이드(black oxide)가 있다. 특정 실시예에서, 접합 에이전트(bonding agent)를 이용하여, 박판(401)은 서로 서로 부착될 수 있다. 본 발명의 다양한 실시예에서, 박판 폭(W)의 배향은, 회전축에 대하여 방사형(또는 충분히 방사형), 또는 동심형(충분히 동심형)일 수 있으며, 또는 그 밖의 다른 임의의 배향일 수 있다. 하나의 실시예에 따라서, 필드 폴 코어의 형태, 또는 제조 공정의 비용이, 부분적으로, 또는 전적으로, 박판(401)이 적층되는 배향을 결정할 수 있다.
인벨롭(envelop, 404)의 단면(450)이 도 4에서 도시되며, 여기서 가변 폭(W)을 갖는 박판이 도시된다. 상기 가변 폭은, 인벨롭(404)에 대하여 눈물 형태의 단면(450)을 갖는 필드 폴 코어(400)를 생성할 수 있다. 하나의 실시예에서, 필드 폴 코어(400)의 하나의 종단, 또는 둘 모두의 종단이, 균일한 에어 갭, 또는 충분히 균일한 에어 갭을 제공하도록 형성되는 폴 페이스(410)를 포함할 수 있다. 아니면, 일부 실시예에서, 폴 페이스(410)는, 예를 들어, 조각된 짝 표면(sculpted mating surface)을 갖는 캡(도면상 도시되지 않음)과 짝을 이루도록 형성된다. 다양한 실시예에서, 예를 들어, (필드 폴 부재를 형성하기 위해) 필드 폴 코어(400)의 하나 이상의 종단을 조각함으로써, 또는 폴 슈를 위한 캡을 조각함으로써, 폴 페이 스(410)가 형성된다. 본원에서 사용될 때, 하나의 실시예에서 적어도, 용어 “조각된 폴 페이스(sculpted pole face)”는 “곡선형(contoured)” 폴 페이스, 또는 “각진(angled)”폴 페이스를 포괄적으로 일컫는다. 하나 이상의 실시예에서, 폴 페이스(410)는 곡선형 표면을 포함하는 곡선형 폴 페이스로서 형성될 수 있다. 상기 곡선형 표면(contoured surface)은 구부러진 표면(curved surface)과 충분히 동일한 공간에 존재할 수 있으며, 이로 인해서, 구부러짐의 정도가 폴 페이스(410)의 표면에 걸쳐 고정되거나 변화할 수 있다. 마찬가지로, 하나 이상의 실시예에 따라서, 폴 페이스(410)는 곡선형 폴 페이스(410)라고 일컬어질 수 있다. 일부 경우에서, 구부러진 표면이, 원뿔, 또는 원통의 표면 상에 놓이는 호(arc)와 동일한 공간에 존재하는 부분을 포함할 수 있다. 덧붙이자면, 하나의 실시예에서, 곡선형 표면은 오목 표면일 수 있다. 또 다른 실시예에서, 필드 폴 코어(400)의 하나의 종단, 또는 둘 모두의 종단이 평평한, 또는 충분히 평평한, 그렇지만 각진 폴 페이스(420)를 포함할 수 있다. 영구 자석을 마주보게, 또는 캡과 쉽게 짝을 이루도록, 또는 둘 모두가 이뤄지도록 각각의 폴 페이스의 곡선이 정해지도록 필드 폴 부재(400)의 종단을 절단(cutting)함으로써, 이러한 각진 폴 페이스가 형성될 수 있다. 일부 실시예에서, 필드 폴 부재에 적용될 때, 용어 “절단(cut)” 및 “절단하기(cutting)”은 시작 물질(starting material)의 본체(예를 들어, 슬릿-가공된 박판의 롤, 또는 와이어의 롤)로부터 로부터의 자속 컨덕터의 분리를 일컫는다. 따라서 일부 경우에서, 필드 폴 부재를 절단함으로써, “조각된(sculpted)” 폴 페이스가 형성될 수 있다. 일반적으로, 이러한 “절단(cut)”은 길이방향(longitudinal) 보다는 횡방향(lateral)인 것이 자연스럽다(즉, 일반적으로 자속 컨덕터의 폭을 따라 발생된다). 본원에서 사용될 때, 하나 이상의 실시예에서, 용어 “각진(angled)”은 플럭스 상호작용 영역(뿐 아니라 에어 갭)의 부분과 맞대는 표면(또는 표면의 일부분)의 특성을 일컫는다. 표면은 폴 슈의 플럭스 상호작용 표면(가령, 폴 페이스), 또는 자석의 표면일 수 있다. 다양한 실시예에 따라서, 각진 폴 페이스(420)는, 예를 들어, 선형 모터, 또는 회전 모터에서 구현되는 사다리꼴의 자석의 각진 표면을 마주보도록 적응될 수 있다.
도 5는 본 발명의 또 다른 특정 실시예에 의해 생성되는 또 다른 필드 폴 코어의 예를 도시한다. 필드 폴 코어(500)는 자속 컨덕터로서 다수의 와이어를 포함한다. 단면도(“A-A")(550)에서 도시되는 바와 같이, 필드 폴 코어(500)는 다수의 와이어(501) 및 간극 물질(interstitial material, 502)을 포함한다. 도시된 예에서, 와이어(501)는 원형 단면을 갖는다. 와이어(501)는 자성 강철 박판으로 구성되는 필드 폴 코어와 유사한 필드 폴 코어(500)에 대한 비교적 높은 자속 운반 능력을 제공할 수 있다. 마찬가지로, 본 발명에 따라서, 와이어(501)는 다양한 필드 폴 코어 형태를 가능하게 하는데, 그렇지 않고 박판 등의 그 밖의 다른 기법을 이용하는 경우에는, 일반적으로 생성하기 어렵거나 비용이 높을 수 있다. 예를 들어, 도 5는 필드 폴 코어(500)에 대하여 삼각형 단면(510)을 형성하기 위해, 와이어(501)가 군집될 수 있음을 보여준다. 또한 와이어(501)는 필드 폴 코어(500)에 대한 그 밖의 다른 형태(예를 들어, 타원형태, 또는 눈물형태)의 단면을 형성하기 위해, 사용될 수 있다. 본원에서 사용될 때, 일부 실시예에서, 용어 ”인벨롭(envelope)“ 은, 경계부로서, 저속 컨덕터를 아우르는 하나 이상의 표면을 포괄적으로 일컫는다. 인벨롭은 정사각형, 원형, 눈물형태, 타원형, 또는 몰드, 다이, 압축 휠 등에 의해 생성될 수 있는 그 밖의 다른 임의의 형태로서 형성되는 단면을 가질 수 있다. 하나 이상의 예에서, 인벨롭에 대한 단면은, 자속 컨덕터의 길이와 평행하는 라인과 충분히 수직인 평면에 놓인다. 하나 이상의 실시예에서, 예를 들어, 옥사이드 등의 전기 절연성 물질을 포함하는 코팅을 구현함으로써, 와이어(501)는 서로에 대하여 고립될 수 있다.
와이어(501)는, 예를 들어, 박판과 관련되는 손실을 낮출 수 있는데, 왜냐하면, 와이어(501)가 감소된 단면 및 단면 영역을 제공하여, 그 내부의 에디 전류를 감소시킬 수 있기 때문이다. 다양한 실시예에서, 와이어(501)는 와이어(501)의 단면을 위한 그 밖의 다른 형태 중에서, 정사각형 형태의 단면(504), 다이아몬드 형태의 단면(506) 및 육각형태의 단면(508)을 가질 수 있다. 특정 실시예에서, 간극 물질(502)은 접합 에이전트, 또는 자성을 띄는 입자를 포함할 수 있다, 상기 접합 에이전트는 와이어(501)를 서로 부착시킬 수 있지만, 반면에, 플럭스-운반 물질로 채움으로써, 자성을 띄는 입자는 필드 폴 코어(500)의 플럭스-운반 능력을 보강시킬 수 있다. 그렇지 않을 경우, 와이어(501) 사이에 공극이 존재할 수 있다. 자성 입자의 예로는 “자성 파우더(magnetic powder)”로서 연자석 복합물(SMC: soft magnetic composite)로 구성된 파우더가 있다. 하나의 실시예에서 적어도, 복합 물질, 예를 들어, SMC가 사용되어, 와이어(501)의 재료 낭비가 없는, 또는 무시할 만한 수준이며, 간극 물질(502)에서 비교적 매우 작은 양의 자성 파우더가 사용되는 복잡한 필드 폴 부재 구조물을 제조할 수 있다. 일부 경우에서, 자성 입자는 각각의 파우더 입자 둘레에 존재하는 절연성 외부 껍질(예를 들어, 아이언 옥사이드: iron oxide)을 가질 수 있고, 결합제(binding agent)를 포함한다. 그 밖의 다른 실시예에서, 간극 물질(502)은 자성 입자, 또는 결합제, 또는 둘 모두를 포함할 수 있다.
도 6은 본 발명의 하나의 실시예에 따르는, 필드 폴 부재를 생성하기 위한 제조 흐름의 예를 나타내는 흐름도를 도시한다. 단계(602)에서, 다수의 자속 컨덕터가 최종 제조되는 필드 폴 코어의 길이에 근사하는 길이까지로 절단된다. 일부 실시예에서, (예를 들어, 캡을 구현할 때) 각각의 자속 컨덕터는 동일한 길이로 절단되며, 이때, 그 밖의 다른 실시예에서, 자속 컨덕터 각각이 폴 페이스 간의 거리에 근사하는 길이까지로 절단될 수 있다. 하나 이상의 실시예에서, 폴 페이스 간의 가변 거리에 적응하도록 자속 컨덕터의 길이는 변할 수 있다. 단계(604)에서, 다수의 자속 컨덕터가 몰드로 증착될 수 있으며, 상기 몰드는 자속 컨덕터의 부착이 발생되는 곳의 위치, 또는 근사 위치로서 설명될 수 있다. 몰드의 하나 이상의 예가 필드 폴 부재, 가령 조각된 폴 페이스, 또는 로케이팅(locating) 특징부에 대한 추가적인 구조물, 또는 기능적 특징부를 형성할 수 있다. 선택적으로, 결합 에이전트(또는 접합 에이전트)가 자속 컨덕터에게, 또는 자속 컨덕터가 형성되어지는 시작 물질(가령, 강철 코일)에게 이미 적용되었을 경우, 단계(606)에서 이러한 에이전트가 상기 몰드로 유입될 수 있다. 결합 에이전트는 필드 폴 부재 조립체를 함께 지지하기 위해 사용될 수 있다. 선택적으로, 결합 에이전트는 단계(608)에서 자성 파우더와 혼합되고, 단계(610)에서 접합 에이전트를 경화시키기 위해 가열되거나 압력이 가해지는 파우더화된 물질일 수 있다. 대안적으로, 결합 에이전트는 비교적 낮은 점도를 갖는 침투성 접착제(penetrating adhesive)일 수 있으며, 상기 접착제는, 몰드가 와이어(단계(604))와 자성 파우더(단계(608))로 패킹된 후, 단계(606)에서 적용된다. 자속 컨덕터가 박판일 때, 박판 사이의 경계면에 공극(void)이 전혀 없거나, 무시할만한 수준으로 존재하기 때문에, 단계(608)에서의 자성 파우더를 추가하는 것이 생략되어질 수 있다.
일부 실시예에서, 단계(606)에서 발생되는 결합 에이전트의 유입이 시작 물질로부터의 자속 컨덕터의 분리(가령, 절단(cutting)) 이전에 수행될 수 있다. 예를 들어, 자속 컨덕터가 박판인 경우, 결합 에이전트가 시작 물질의 롤(또는 코일)(가령, 사전-절단 롤(pre-cut roll))로 적용될 수 있다. 이 경우에서, 결합 에이전트는 슬릿-가공(가령, 전단-슬릿(shear slitting), 또는 그 밖의 다른 임의의 길이방향의 형태의 절단) 전에 코팅으로서, 적용될 수 있다. 하나 이상의 실시예에서, 흐름(600)은 단계(602)와 단계(604) 사이에서 결합 에이전트를 적용한다. 즉, 슬릿 공정이 시작 물질로부터 스트립을 형성한 후, 결합 에이전트, 예를 들어, 박막 접착제가 길쭉한 스트립 상으로 적용될 수 있다.
흐름(600)은 단계(610)에서부터 폴 슈 부재(304)(도 3), 또는 “캡(cap)”을 형성하는 것을 계속한다. 하나의 실시예에서, 흐름(600)은 단계(612)로 이동하여, 오버-몰딩 기법을 이용하여, 폴 슈 부재를 캡으로서 형성할 수 있다. 이때, 오버-몰딩 작업은, 단계(616)에서 폴 페이스에 대한 요망 형태를 형성하기 위해, 절연되 는 자성 파우더 물질과 조합되는 접착제(가령, 풀(glue))를 이용할 수 있다. 필드 폴 코어의 종단을 오버-몰딩함으로써, 예를 들어, 원뿔형, 또는 원통형 자석 등의 자석과의 에어 갭을 형성하기 위한 특성을 가질 수 있는 플럭스 상호작용 표면을 형성하기 위해, 폴 페이스의 형태가 제어되는 방식으로 정해질 수 있다. 또 다른 실시예에서, 흐름(600)은 단계(610)에서 단계(614)로 이동한다. 이때, 폴 슈 부재(304)(도 3), 즉 “캡”이 필드 폴 코어(“F.P. 코어”)와 일체구성되어, 폴 페이스를 갖는 필드 폴 부재를 형성할 수 있다. 단계(614)에서, 예를 들어, 필드 폴 코어의 종단과 폴 슈 부재의 일체구성화는 연자석 복합 파우더를 포함하는, 또는 포함하지 않는 결합 접착제를 필드 폴 코어의 종단으로 적용하는 것과, 필드 폴의 종단 방향으로 상기 폴 슈 부재에 압력을 가하여 폴 페이스에 대한 특정 형태를 형성하는 것(단계(616))을 포함할 수 있다. 마찬가지로, 단계(616)에서 형성된 폴 페이스는 조각된 폴 페이스일 수 있다. 따라서 모터 제조업자는 원불, 또는 원통형 자석을 필요로 하는 전동식 기계의 필드 폴 부재에 대한 저장 공간을 감소시킬 수 있다. 원뿔형 및 원통형 자석에 대하여 적응되는 교체가능한 캡은, 요구될 때, 공통의 필드 폴 코어와 일체 구성될 수 있고, 이로 인해서, 불필요한 저장 공간을 구축하는 것이 방지된다. (예를 들어, 체결 공정(fastening)에 의해) 폴 슈 부재가 필드 폴 코어로 일체구성될 때, 결합 접착제 및 자성 파우더 필러(filler)의 조합이 사용될 수 있다. 폴 슈 부재 및 자성을 띄도록 충진된 접착제의 자속 운반 능력은 박판으로 구성된 필드 폴 코어와 다를 수 있지만, 결합 접착제를 가로지르는 비교적 짧은 플럭스 이동 거리가 필드 폴 부재의 플럭스-운반 능력에 최소한의 영향 을 미칠 수 있다. 단계(620)에서, 필드 폴 부재를 생산함으로써, 흐름(600)은 완료된다. 일부 실시예에서, 흐름(600)은 필드 폴 부재에 관련하여 전이 영역을 형성할 수 있다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따라, 필드 폴 부재를 생성하기 위한 제조 흐름의 또 다른 예시를 도시하는 흐름도이다. 단계(702)에서, 다수의 자속 컨덕터는 부착 사이트(affixation site)로 가져와지며, 상기 부착 사이트에서, 상기 자속 컨덕터는 서로 부착될 수 있다. 예를 들어, 부착 사이트는 다이를 포함할 수 있다. 그 밖의 다른 예에서, 부착 사이트는 형상 부재(shaping member), 가령, 교합 휠(mating wheel)의 하나의 세트(가령, 형태가 정해진 교합 휠)를 포함할 수 있다. 이러한 휠의 예는 도 8B에서 압축 휠(compaction wheel)로서 설명되어 있다. 다이(die), 또는 교합 휠은 필드 폴 코어에 대한 단면 형태를 유지 관리한다. 마찬가지로, 교합 휠은 다수의 단면 형태, 예를 들어, 원형, 타원형 및 눈물방울 형태를 형성할 수 있다. 따라서 단계(702)에서, 길쭉한 자속 컨덕터의 서플라이로부터, 가령, 다수의 스풀(spool)로부터 자속 컨덕터 각각이 인출(pull)되어진다. 일반적으로, 자속 컨덕터는, 필드 폴 코어의 길이보다 더 긴 길이를 갖는 길쭉한 자속 컨덕터로서 작동된다. 본원에서 사용될 때, 일부 실시예에서, 용어 “길쭉한 자속 컨덕터(elongated magnetic flux conductor)”는, 본 발명의 실시예에 따르는 필드 폴 부재를 형성하기 위해 이미 절단되어 있는 자속 컨덕터를 일컫는다.
단계(704)에서, 결합 에이전트가 자속 컨덕터로 적용된다. 예를 들어, 길쭉한 자속 컨덕터의 서플라이로부터 다이(즉, 부착 사이트)로 인출되어짐에 따라서, 결합 에이전트는 에어로졸화되어, 각각의 자속 컨덕터 상에 증착(즉, 분사)될 수 있다. 에어로졸 형태의 결합 에이전트를 적용하는 것은 박판을 이용하는 적용예에 적합하다. 대안적 실시예에서, 단계(704)에서의 결합 에이전트의 유입은, 단계(702)에서의 부착 사이트로의 자속 컨덕터를 인출하는 것(pulling) 이전에 실시될 수 있다. 예를 들어, 결합 에이전트는 박판의 슬릿 가공에 앞서서, 강철 코일에 적용되거나, 와이어가 스풀(spool) 상에서 압연되기 전에 상기 와이어로 적용될 수 있다.
자속 컨덕터가 박판인 경우, 흐름(700)은 단계(708)로 이동한다. 그러나 자속 컨덕터가 와이어인 경우, 흐름(700)은 단계(706)로 이동한다. 단계(706)에서 공극(void)을 채우기 위해, 자성 파우더가 와이어로 적용된다. 하나의 실시예에서, 결합 에이전트와 자성 파우더의 조합물을 와이어 상으로 전달시킴으로써(예를 들어, 브러쉬를 이용하여), 결합 에이전트 및 자성 파우더 모두가 동시에 적용될 수 있다. 단계(708)에서, 다이는 가열되거나, 또는 압력이 적용되도록 활성화되거나, 또는 둘 모두 적용되어, 결합 에이전트가 경화되어, 바 스톡(bar stock)(가령, 금속 바)이 형성될 수 있다. 대안적으로, 가열기가 다이로부터 떨어진 경화 공정을 수행할 수 있다. 일부 실시예에서, 단계(708)에서 교합 휠이 가열하거나, 또는 압력을 가하여, 결합 에이전트를 경화시키고, 이에 따라서 바 스톡이 형성될 수 있다. 단계(710)에서, 부착된 자속 컨덕터가 절단되어, 필드 폴 코어가 형성될 수 있다. 즉, 다수의 자속 컨덕터 각각이, 다수의 자속 컨덕터를 서로 부착시켜서 부착된 자속 컨덕터(affixed magnetic flux conductor)가 형성된 후의 필드 폴 코어의 길이에 근사한 길이로 절단된다는 것이다. 그 후, 흐름(700)은 단계(710)에서 단계(720)로 진행하고, 이때, 단계(712, 714, 716 및 720)는 각각 도 6의 단계(612, 614, 616 및 620)와 기능적으로 유사하다. 흐름(700)은 필드 폴 부재를 지속적으로 형성하는, 비용 효율적이고, 일정한 단면 공정을 제공할 수 있다. 하나의 실시예에서, 흐름(700)은 인발(pultrusion) 공정과 유사하다. 일부 실시예에서, 흐름(700)은 필드 폴 부재에 대한 전이 영역을 형성한다.
도 8A는 본 발명의 하나의 실시예에 따르는 필드 폴 부재를 제고하기 위한 시스템을 도시한다. 시스템(800)은 서플라이(“스풀-처리된 박판”)(802)와, 길쭉한 자속 컨덕터(각각이 스풀(801)에 감김)(803)와, 선택적 분사 결합제(spray-on binder, 804)와, 조합된 다이-가열기(806)와, 인출 장치(pulling mechanism, 807)와, 부착된 자속 컨덕터(affixed magnetic flux)를 길쭉한 자속 컨덕터(803)로부터 분리시키기 위한 하나 이상의 절단기(cutter, 808)를 포함한다. 서플라이(802)는 스풀 상에 배열되는 다수의 박판을 포함한다. 하나의 실시예에서, 각각의 스풀 상에 위치하는 길쭉한 자속 컨덕터(803) 각각은 서로 동일한 폭을 갖는다. 대안적 실시예에서, 길쭉한 자속 컨덕터(803)는, 예를 들어, 눈물방울 형태의 필드 폴 부재 코어를 생성하기 위해 가변 폭을 가질 수 있다. 일부 경우에서, 제강기(steel mill)에 의해 제공되는 시트 강철(sheet steel)은 우선 다양한 폭으로 슬릿-가공되고, 도 8A의 서플라이(802)로 다시 스풀-가공된다. 그 후, 스풀(801)이 생산 기계에 실린다. 공정 동안, 다이(806)를 통해 인출됨에 따라, 선택적 분사 결합제(804)가 열에 의해 활성화된 결합 에이전트를 개별적인 길쭉한 자속 컨덕터(803)에게 분 사한다. 다이(806)의 가열기 단계에 의해, 결합 에이전트가 활성화되며, 이는 적층(stack)을 바 스톡으로 응고시킨다. 인출 장치(807)는 부착된 자속 컨덕터를 하나 이상의 절단기(808)로 인출시킨다. 예를 들어, 2개의 절단기(808)가 연속으로 사용되어, 최종 필드 폴 코어가 생성될 수 있다. 시스템(800)은, 예를 들어, 강철 시트의 밖에서의 박판의 스탬프 가공에 비교할 때, 본래의 슬릿 작업 동안의 재료의 낭비를 줄일 수 있고, 아마도 최종 절단 동안의 재료의 낭비도 줄일 수 있다. 절단기(808)는 직선의 절단(가령, 길쭉한 자속 컨덕터(803)에 수직인), 또는 각진 절단을 형성할 수 있다. 물 분사 절단(water jet cutting)이 본 발명의 일부 실시예를 실시하기에 적합한 절단기(808)의 하나의 예이다.
일부 실시예에서, 자기 속성을 보강하기 위한 그레인 배향(grain orientation)을 갖는 와이어가 사용될 수 있다. 시스템(800)에 대한 최초의 툴링 비용(tooling cost)이 비교적 낮을 수 있으며, 작은 공간 이상으로 클 수 있다. 이는, 예를 들어, 결합되지 않은 강철 박판으로 만들어진 상당하는 구조물에 비교할 때, 자속 컨덕터를 함께 결합시키기 위한 결합 에이전트의 사용이 필드 폴 부재의 최종 복합 구조물의 노이즈 및 진동을 감소시키는데 기여할 수 있다. 다양한 실시예에서, 또한 레이저 용접, e-빔 용접 등에 의해 박판은 부착될 수 있다.
일부 실시예에서, 스탬핑 공정을 이용하여, 자속 컨덕터(803)는 박판으로서 형성될 수 있다. 도 14 내지 16은 예를 들어, 필드 폴 코어, 또는 필드 폴 부재를 생성하기 위해 스탬핑에 의해 형성되는 박판의 예를 도시한다. 그러나 도 8A를 참조하여, 시작 물질(또는 코일)을 길쭉한 자속 컨덕터(803)에 대한 서로 다른 폭으 로, 길이방향으로, 분리시키기 위해 슬릿-가공 공정이 사용될 수 있다. 일반적으로, 슬릿 가공 공정 및 절단기(808)에서의 절단에 의해 분리 공정으로부터 형성되는 박판은, 스탬핑에 의해 생산되는 것보다 더 바람직한 자기 특성을 가질 확률이 높다. 일부 실시예를 구현하기에 적합한 슬릿 가공 공정은 표준 쉬어 휠 슬릿 가공(shear wheel slitting)과, 물 분사 슬릿 가공과, 레이저 절단을 포함한다. 일부 경우에서, 스탬핑 공정이 길쭉한 자속 컨덕터(803)의 자기 속성을 교란시킬 수 있다. 하나 이상의 실시예에서, 자속 컨덕터(803)는 와이어일 수 있다.
도 8B는 본 발명의 또 다른 실시예에 따르는 필드 폴 부재를 제조하기 위한 또 다른 시스템을 도시한다. 시스템(850)은 필드 폴 코어뿐 아니라 필드 폴 부재 자체를 형성하기 위해 사용될 수 있는 것이 일반적이다. 도시되는 바와 같이, 시스템(850)은, 예를 들어, 복합물을 길쭉한 자속 컨덕터(예를 들어 와이어) 상으로 통합시킴으로써, 필드 폴 부재 및 필드 폴 코어를 형성하기 위해 사용된다. 일반적으로 와이어(858)는 와이어 가이드(wire guide, 859)를 통해, 서플라이 스풀(supply spool, 856)로부터 호퍼(hopper, 860)로 유입된다. 또한 파우더 금속, 또는 SMC 피드 스톡(“파우더”)(854)이 호퍼(860)로 유입될 수 있다. 하나 이상의 실시예에서, 와이어(858)의 크기, 와이어 단면 및 개수는, 자기 속성보다는, 예를 들어, 공정 편리도(process convenience) 및 강도의 함수로서 선택되어질 수 있다. 다양한 실시예에서, 와이어(858)의 체적은 사출부(extrusion, 899), 필드 폴 코어(890)의 체적에 관련하여 변하여, 서로 다른 속성이 얻어질 수 있다. 하나의 예에서, 중력이 호퍼(860)에서의 물질의 조합을 보조할 수 있도록, 그리고 사출된 물질이 시스 템을 통해 이동하는 동안 상기 물질의 정렬을 보조할 수 있도록, 제조 공정은 수직으로 정렬될 수 있다. 시스템(850)은 수평으로뿐 아니라, 그 밖의 다른 정렬 변형으로 정렬될 수 있다.
호퍼(860) 내의 통합 사이트(incorporation site, 864)에서 파우더와 자성 와이어(858)를 조합시키기 위해 쉐이커(862)가 파우더를 진동시키는 기능을 수행한다. 쉐이커(862)는 호퍼(860)를 흔들어서, 파우더(854)가 와이어(858) 주위에 분산되도록, 그리고 혼합물이 최초 압축 사이트(864)로 들어감에 따라 이러한 혼합물의 최초 치밀화(densification)를 제공하도록 구성된다. 일부 실시예에서, 최초 압축 휠(872)이 호퍼(860)에 이웃하게 배치되어, 와이어와 파우더의 조합물이 가열 소자를 통과할 수 있다. 일반적으로, 일정한 와이어 장력이 보장되도록(적어도 시작점에서), 최초 압축 휠(872)은 와이어(858), 테이크-업(take-up) 스풀(892)과 동기되어 시작될 수 있다. 팽팽하게 당겨진 와이어(tensioned wire)의 존재가, 일부 경우에서의 사출 공정과 관련되는 문제를 제거할 수 있다(예를 들어, 사출된 물질의 곧음을 제어하는 문제).
하나의 실시예에서, 인덕션 가열기(induction heater, 876)가, 약 500℃의, 도는 그 이하의 온도인 인덕션 가열기 코일(874)에서 사출된 물질(899)을 가열한다. 또한 시스템(850)은 추가적인(또는 최종의) 압축 스테이지(875)를 포함할 수 있다. 하나의 실시예에서, 추가적인 압축 스테이지(875)가, 사출물을 추가로 압축시키기 위한 다수의 추가적인 압축 휠(878)을 포함한다. 하나의 예에서, 유압 피스톤(hydraulic piston, 877)은 추가적인 압축 휠(878)(가령, 4개의 휠)을 통해 사출 된 물질(899)로 압력을 적용한다. 임의의 개수의 추가적인 압축 휠(878)이 사용될 수 있다. 덧붙이자면, 모터에 의해 추가적인 압축 휠(878)에 전력이 공급되어, 통과하는 사출물(899)의 속도가, 테이크-업 스풀(892)에 의해 팽팽하게 당겨지는 와이어의 속도와 동기될 수 있다. 추가적인 압축 휠(878)이 서로 인접하게 위치하여, 각진, 또는 곡선형 표면(871)이 만나거나, 거의 만날 수 있다. 휠(872, 또는 878) 상의 각진, 또는 곡선형 표면(871)이 사출물(899)의 외부 직경 부분을 형성하여, 필드 폴 코어/부재의 일부분(가령, 필드 폴 코어/부재의 단면)의 형태를 정하도록 구성될 수 있다. 형성 공정에서의 마찰을 감소시키는 것에 일조하기 위해, 추가적인 압축 휠(878)이 도 8A의 다이(806)의 사용을 대체, 또는 보조할 수 있다. 일부 실시예에서, 온도 및 속도 센서(879) 및 공정 제어기(873)가 시스템(850)의 기능, 예를 들어, 최종 압축 스테이지(875)를 제어할 수 있다.
예를 들어, 테이크-업 스풀(892)의 공정 바닥에서 와이어가 느슨해지면(released), 전력이 공급된 장력 휠(tension wheel, 880)이 장력을 사출물(899)에게 적용할 수 있다. 사출물(899)이 절단 스테이션(cutoff station, 881)으로 통과될 수 있으며, 여기서 필드 폴 코어(890)가 사출물(899)로부터 분리되어질 수 있다. 절단 스테이션(881)은, 예를 들어 동일한 상대 속도로 사출물(899)을 쫓을 수 있는 날(blade, 884)에 의해 사출물을 지정된 길이로 절단하도록 여기될 수 있다. 상기 날(884)는 움직이는 톱날(saw blade)을 포함할 수 있다. 절단 스테이션(881)이 여기되면, 최초 장력을 제공하기 위한 테이크-업 스풀(892)로 유입된 와이어는 더 이상이 필요치 않다.
도 9는 본 발명의 하나의 실시예에 따르는, 폴 페이스를 형성하기 위한 오버-몰딩 공정을 도시한다. 여기서, 몰드(902)는 2개의 절반부(half)를 포함하며, 이 중 하나가 폴 페이스를 형성하기 위한 곡선부(906)를 포함한다. 동작 중에, 필드 폴 코어(904)는, 예를 들어, 박판으로 구성된다. 그 후, 필드 폴 코어(904)가 몰드(902)로 증착된다. 오버-몰딩 공정 후에, 필드 폴 부재가 생성된다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따라, 폴 슈 페이스를 형성하기 위한 일체 구성 공정을 되한다. 도 10에서, 필드 폴 코어(1012)는 필드 폴 부재(1010)를 형성하기 위해 일체 구성되거나, 체결되는 폴 슈 부재(1014)를 갖는다. 도 10에서 도시되는 바와 같이, 필드 폴 코어(1012)가 박판으로 구성될 수 있지만, 필드 폴 코어(1012)는 그 밖의 다른 임의의 자속 컨덕터(가령 와이어)로 구성될 수 있다. 다양한 실시예에서, 폴 슈 부재(1014)는 조각된 폴 페이스(1016)를 포함할 수 있으며, 이들 각각은 곡선형 폴 페이스, 또는 각진 폴 페이스 중 하나일 수 있다.
도 11A 내지 11C는 본 발명의 다양한 실시예에 의해 생산되는 필드 폴 코어의 예를 도시한다. 도 11A에서 도시되는 바와 같이, 부착된 와이어의 길쭉한 바 스톡을 절단함으로써, 필드 폴 코어(1100)가 생성될 수 있다. 필드 폴 코어의 종단은 일정한 각(1102)을 갖고 절단되는 것처럼 보인다. 각(1102)으로 길쭉한 바 스톡을 절단함으로써, 도 11B에서 도시되는 바와 같이, 비-대칭 형태의 종단을 갖는 둘 이상의 필드 폴 코어(1100)가 생성될 수 있다. 도 11B의 그림(1130)에서 도시되는 바와 같이 대칭 형태의 종단을 갖는 2개의 연속되는 필드 폴 코어(1100)를 생산하기 위해, 홈(1138)이 절단되어, 필드 폴 코어(1132 및 1134)를 분리해낼 수 있다. 홈(1138)은 낭비를 나타내며, 필드 폴 코어(1132 및 1134)를 서로로부터 분리시키기 위해 2번의 절단을 필요로 한다. 하나의 실시예에서, 도 11C에서 도시되는 바와 같이 필드 폴 코어의 단면은 대칭 형태의 종단을 생성하도록 존재한다. 예를 들어, 필드 폴 코어가 원형 단면을 갖는 도 11C의 그림(1140)을 고려하라. 대칭 형태의 종단을 생성함으로써, 예를 들어, 도 11B의 홈(1138)을 도출하는 비-대칭 형태의 필드 폴 코어의 2회 절단이 아니라, 1회의 절단으로 필드 폴 코어(1142 및 1144)를 분리시킬 수 있다. 마찬가지로, 필드 폴 코어를 형성하기 위해 사용되는 1회의 절단이 홈(1138)과 관련되는 낭비를 감소시킨다. 그림(1140)에서 도시되는 바와 같이, 2회의 절단이, 일반적으로 둘 모두 방향 “A”를 향하는 대칭 단면과 종단(1149)을 갖는 필드 폴 코어(1144)를 생성할 수 있다. 2회의 절단은 또한, 그 밖의 다른 필드 폴 코어(1142 및 1146)에 대한 대칭 형태의 종단(1160)을 형성할 수 있으며, 이때, 이들 종단(1160)은 방향 “B"를 향한다. 일반적으로 절단의 각(1148)은, 예를 들어, 회전축으로부터 특정 각도를 두고 위치하는 원뿔형 자석(도면상 도시되지 않음)의 표면을 마주보도록 구성된다.
도 12는 본 발명의 하나의 실시예에 따라, 폴 페이스를 형성하기 위한 오버-몰딩 공정을 도시한다. 여기서, 몰드(1202)는 2개의 절반부를 포함하며, 이들 중 하나는 폴 페이스를 형성하기 위한 몰드(1202)의 표면 부분 상의 곡선부(1206)를 포함한다. 곡선부(1206)는 곡선형 폴 페이스, 예를 들어 도 13의 곡선형 폴 페이스(1308)를 형성하기 위해 사용될 수 있다. 도 12를 다시 참조하여, 필드 폴 코어(1204)는, 예를 들어, 와이어로 구성될 수 있고, 단면도(1260)에서 와이어를 포 함하는 것으로 보여지는 단면(1250)을 가질 수 있다. 필드 폴 코어(1204)는 몰드(1202)로 증착되어진다. 오버-몰딩 공정 후에, 필드 폴 부재가 생성된다. 필요한 경우, (기계가공은 몰드의 설계도에서 고려되어질 수 있다는 가정 하에) 몰드의 외부에 존재하는 부분은 와이어를 단축시키지 않고, 추가적인 기계 가공 작업을 받을 수 있다.
도 13은 본 발명의 하나의 실시예에 따라 제조되는 필드 폴 부재를 도시한다. 도 13에서, 몰드(1302)는 필드 폴 부재(1304)를 생산하며, 상기 부재는 2개의 폴 슈 부재(1306)뿐 아니라 폴 페이스(1308)를 생성한다. 또 다른 실시예에서, 필드 폴 부재(1304)는 연자석 복합물질 파우더로 구성되는데, 상기 파우더를 도 12의 몰드(1202)로 삽입시킴으로써, 생성되고, 몰드(1302)에 의해 형태로 압축되어진다.
도 14는 본 발명의 또 다른 실시예에 따라 제조되는 필드 폴 부재를 도시한다. 도 14에서, 박판(1402)은 강철 시트의 외부에서 스탬핑되어, 서로 부탁되어, 필드 폴 부재(1400)을 형성한다.
도 15는 본 발명의 또 다른 실시예에 따라서 제조되는 필드 폴 부재를 도시한다. 도 15에서, 박판(1504)이 강철 시트의 외부에서 스탬핑되어, 서로 부착되어, 디텐트(detent) 현상과 토크 리플(torque ripple)을 감소시키기 위해 비스듬한 필드 폴 페이스 모서리를 갖는 조각된 폴 페이스(1507)를 갖는 필드 폴 부재(1500)를 형성할 수 있다. 특히, 필드 폴 부재(1500)는 다수의 박판(1504)으로 구성된다. 박판(1504)은 조각된 폴 페이스(1507)를 제공하도록 패턴처리될 수 있다. 조각된 폴 페이스(1507)는 제 1 비스듬한 모서리(1550)와 제 2 비스듬한 모서리(1552) 모두에 의해 경계지워지며, 반면에, 그 박의 다른 폴 슈의 그 밖의 다른 폴 페이스(1507)는 제 1 비스듬한 모서리(1580) 및 제 2 비스듬한 모서리(1582)에 의해 경계지워진다.
그 밖의 다른 실시예에서, 필드 폴 부재는 와이어를 자속 컨덕터로서 구현하여, 도 14 내지 16에서 도시되는 필드 폴 코어, 또는 부재를 형성할 수 있다. 마찬가지로, 조각된 폴 페이스가, 예를 들어 도 12에서 나타난 몰딩 공정에 의해 형성될 수 있다. 일부 실시예에서, 폴 페이스가 디텐트, 또는 토크 리플의 기능으로서 특징부를 포함하는 경우에 특히, 조각된 폴 페이스는 비스듬한 폴 페이스라고 일컬어질 수 있다.
도 16은 본 발명의 또 다른 실시예에 따라서 제조된 필드 폴 부재를 도시한다. 도 16에서, 박판(1602)은 회전축에 대하여 동심 방향(또는 거의 동심 방향)으로 함께 군집될 수 있다. 이러한 예에서, 서로 다른 박판(1602)은 서로 다른 크기를 가질 수 있으며, 폴 슈 특징부 등의 특징부를 선택적으로 포함할 수 있다. 필드 폴 부재(1600)를 형성하기 위해, 박판(1062)이 사전-슬릿 가공된 박판 물질(1604)의 감개(reel)로부터 추출되어, 함께 조립될 수 있다. 이러한 접근법을 이용하면, 일부 경우에서, 자투리, 또는 버리는 물질이 감소될 수 있다. 앞서 언급된 특징부의 예로는, 예를 들어, 조립된 후 필드 폴 코어/부재 사이의 누출을 감소시킬 수 있는 스텝-백된(stepped back) 전이 영역(1608)이 있다. 하나 이사의 실시예에 따라서, 상기 스텝-백된 전이 영역(1608)이 다른 특징부, 예를 들어, 폴 슈의 일부분과 연계되어 형성될 수 있다. 또 다른 특징부가 조각된, 또는 비스듬한 폴 페이스, 예를 들어, 형성된 필드 폴 페이스(1610)를 형성할 수 있다.
당해업계 숙련된 종사자라면, 본원에서 설명된 로터-스테잇 구조의 실시예를 구현하고 사용함에 있어 추가적인 설명을 요구하지 않을 것이지만, 그럼에도 불구하고, 다음의 몇 개의 유용한 지침서를 찾을 수 있다: “IEEE 100: The Authoritative Dictionary of IEEE Standard Terms”, Institute of Electrical and Electronics Engineers(Kim Breitfelder 및 Don Messina, 7번째 에디션, 2000)과, SMMA(Small Motor and Motion Association)에 의해 정의된 “General Motor Terminology”와, “Standard Specifications for Permanent Magnet Meterials: Magnetic Materials Produces Association(MMPA) 표준 no. 0100-00”International Magnetics association.
본 발명의 실시예는 시스템, 프로세스, 장치, 또는 컴퓨터 판독가능한 매체(컴퓨터 판독가능형 저장 매체, 또는 프로그램 인스트럭션이 광통신으로, 또는 전자 통신 링크를 통해 전송되는 컴퓨터 네트워크) 상의 일련의 프로그램 인스트럭션 등의 다양한 방식으로 구현될 수 있다. 일반적으로 공개되는 공정의 단계들은 청구범위에서 제공되는 것이 아니라면, 임의의 순서로 수행될 수 있다.

Claims (46)

  1. 삭제
  2. 전동식 기계를 위한 필드 폴 부재에 있어서, 상기 필드 폴 부재는,
    적어도 하나의 필드 폴 코어를 형성하는 복수의 자속 컨덕터 - 상기 복수의 자속 컨덕터는 박판들을 포함함 - 와,
    기다란 형상을 갖는 상기 필드 폴 부재의 제 1 단부의 제 1 조각된 폴 페이스 - 상기 필드 폴 부재는 상기 필드 폴 코어를 포함함 - 와,
    상기 기다란 형상을 갖는 상기 필드 폴 부재의 제 2 단부의 제 2 조각된 폴 페이스 - 상기 제 1 조각된 폴 페이스 및 상기 제 2 조각된 폴 페이스는 상기 기다란 형상을 따라 길이 방향으로 연장되는 축방향으로 상기 필드 폴 부재의 서로 대향된 단부에 배치됨 - 를 포함하며,
    상기 제 1 조각된 폴 페이스 및 상기 제 2 조각된 폴 페이스 각각은, 회전축과 평행한 라인에 대해 0도 내지 90도 사이의 각도로 동평면인 폴 페이스의 일부분을 포함하고,
    상기 제 1 조각된 폴 페이스 및 상기 제 2 조각된 폴 페이스는 제 1 원추의 제 1 곡면 표면부 및 제 2 원추의 제 2 곡면 표면부와 동평면에 놓이고, 상기 제 1 곡면 표면부 및 상기 제 2 곡면 표면부는 직선이 상기 제 1 곡면 표면부 및 상기 제 2 곡면 표면부를 통과하도록 상기 회전축으로부터 반경 방향으로 위치하며, 상기 직선은 상기 회전축에 평행하고,
    상기 제 1 곡면 표면부 및 상기 제 2 곡면 표면부 각각은 균일하며,
    상기 제 1 및 제 2 곡면 표면부는, 상기 제 1 곡면 표면부와 제 1 곡면 로터 표면 사이에 제 1 균일 거리를, 그리고, 상기 제 2 곡면 표면부와 제 2 곡면 로터 표면 사이에 제 2 균일 거리를 구축하도록, 구성되는
    필드 폴 부재.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 필드 폴 부재는 직선인 필드 폴 코어를 포함하고,
    상기 직선인 필드 폴 코어는 상기 제 1 조각된 폴 페이스와 상기 제 2 조각된 폴 페이스 사이에 직선인 플럭스 경로를 제공하도록 구성되는
    필드 폴 부재.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 복수의 자속 컨덕터는 고립된 자속 컨덕터를 포함하는
    필드 폴 부재.
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 복수의 자속 컨덕터는 복수의 와이어를 포함하는
    필드 폴 부재.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 복수의 와이어는 원 형상의 단면을 갖는
    필드 폴 부재.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 복수의 와이어는 정사각형, 육각형, 및 다이아몬드 중 하나의 형상의 단면을 갖는
    필드 폴 부재.
  8. 제 2 항에 있어서,
    폴 슈 부재(pole shoe member)를 더 포함하는
    필드 폴 부재.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 폴 슈 부재는 오버-몰딩된 캡을 포함하는
    필드 폴 부재.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 폴 슈 부재가 일체형 캡을 포함하는
    필드 폴 부재.
  11. 제 2 항에 있어서,
    상기 필드 폴 코어의 하나 이상의 표면을 형성하는 인벨롭에 의해 획정되는 상기 복수의 자속 컨덕터의 서브셋을 더 포함하며,
    상기 인벨롭은 눈물 방울(tear drop) 형상의 단면을 갖는
    필드 폴 부재.
  12. 제 2 항에 있어서,
    상기 필드 폴 코어의 하나 이상의 표면을 형성하는 인벨롭에 의해 획정되는 상기 복수의 자속 컨덕터의 서브셋을 더 포함하며,
    상기 인벨롭은 정사각형, 원, 또는 타원 형상의 단면을 갖는
    필드 폴 부재.
  13. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 조각된 폴 페이스는 각진 폴 페이스 또는 곡선형 폴 페이스를 포함하는
    필드 폴 부재.
  14. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 조각된 폴 페이스는 구부러진 표면부를 더 포함하는
    필드 폴 부재.
  15. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 조각된 폴 페이스는 원추형 자석의 구부러진 표면과 마주하도록 구성되는 표면부를 더 포함하여, 상기 원추형 자석의 구부러진 표면과 상기 표면부 사이에 에어 갭(air gap)이 형성되고,
    상기 에어 갭이 상기 회전축과 평행한 라인과 소정 각도로 배향되는
    필드 폴 부재.
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