專利名稱：用于電動機(jī)器的場磁極組件和其形成方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明實施例大體上涉及電馬達(dá)、交流發(fā)電機(jī)、發(fā)電機(jī)等，且更明確地說，涉及場 磁極組件結(jié)構(gòu)以及用于形成此類場磁極組件結(jié)構(gòu)的制造方法。
背景技術(shù)：
在用于分?jǐn)?shù)和次分?jǐn)?shù)馬力馬達(dá)的傳統(tǒng)定子與轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)中，經(jīng)常將永久磁體集成到轉(zhuǎn) 子組合件中，所述轉(zhuǎn)子組合件通常在與鐵磁定子結(jié)構(gòu)相同的平面中旋轉(zhuǎn)，所述鐵磁定子 結(jié)構(gòu)為磁體和電流產(chǎn)生的通量提供磁通量回路(magnetic return path)。電流產(chǎn)生的通量 (還稱為安匝("AT")產(chǎn)生的通量)是通過使電流穿過纏繞在定子組件結(jié)構(gòu)的極區(qū)周圍 的線圈繞組來產(chǎn)生的。盡管是實用的，但這些和其它電馬達(dá)的常規(guī)定子與轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)具有 若干缺陷，如下文論述。
圖1A說明傳統(tǒng)的電馬達(dá)，其示范性說明常用定子與轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)。電馬達(dá)100是由定 子結(jié)構(gòu)104、磁輪轂106和軸桿102構(gòu)成的圓柱形馬達(dá)。馬達(dá)100的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)包括一個 或一個以上永久磁體110，其全部經(jīng)由磁輪轂106附接到軸桿102以在定子結(jié)構(gòu)104內(nèi) 旋轉(zhuǎn)。定子結(jié)構(gòu)104通常包括若干場磁極118，其每一者具有纏繞在每一場磁極118周 圍的線圈繞組112 (僅展示一個)。定子結(jié)構(gòu)104包括狹槽108，其部分用于提供電線通 道以在制造期間將繞組線圈電線纏繞在定子場磁體118周圍。狹槽108還提供鄰近場磁 體118之間的磁分離。定子結(jié)構(gòu)104包括作為磁通量回路116的部分的外圍通量承載片 段119。在許多情況下，定子結(jié)構(gòu)104由疊片114構(gòu)成，所述疊片通常由各向同性(例 如，非晶粒取向的)透磁性材料形成。磁通量回路116 (其為其中存在永久磁體產(chǎn)生的 通量和AT產(chǎn)生的通量的許多磁通量回路之一)經(jīng)展示為在外圍通量承載片段119處本 質(zhì)上為稍微弓形的，但包括進(jìn)入場磁極區(qū)118中的相對較急的轉(zhuǎn)彎。
傳統(tǒng)電馬達(dá)(包括電馬達(dá)IOO)的一個缺陷是磁通量回路116需要相對較長的長度 來完成用于從一個轉(zhuǎn)子磁極IIO發(fā)射且經(jīng)由磁通量回路116橫穿到另一轉(zhuǎn)子磁極110的 通量的磁路。此外，磁通量回路116不是直線，而直線對于承載磁通量來說是優(yōu)選的。 如圖所示，磁通量回路116在定子路徑中具有兩個90度轉(zhuǎn)彎。磁通量回路116從場磁 極區(qū)118向外圍通量承載片段119轉(zhuǎn)向一次，接著再次從外圍通量承載片段119向另一 場磁極區(qū)118轉(zhuǎn)向。這兩個轉(zhuǎn)彎對于有效承載通量來說均是次優(yōu)的。如所實施的，磁通
量回路116需要除原本用于在場磁極之間承載此類通量所必需的材料以外的材料或"背 鐵(back-iron)"。因而，磁通量回路116向傳統(tǒng)電馬達(dá)添加重量和尺寸，進(jìn)而增加馬達(dá) 形狀因數(shù)以及用以制造此類馬達(dá)的材料成本。
常規(guī)電馬達(dá)的另一缺陷是疊片114未有效使用各向異性材料來優(yōu)化通量密度并降 低通量承載磁極(例如通過場磁極118)和外圍通量承載片段119處的定子區(qū)中的磁滯 損耗。明確地說，外圍通量承載片段119包括非直線通量路徑，其限制使用此類各向異 性材料來降低磁滯損耗(或"鐵損耗")。磁滯是磁性材料保留其磁化的傾向。"磁滯損 耗"是磁化和去磁構(gòu)成定子區(qū)的磁性材料所需的能量，其中磁滯損耗隨著磁性材料量增 加而增加。當(dāng)磁通量回路U6具有一個或一個以上卯度或更大的轉(zhuǎn)彎時，使用各向異 性材料(例如晶粒取向材料)不能有效降低磁滯損耗，因為外圍通量承載片段119中的 磁通量回路116將橫切疊片114的有向定向。舉例來說，如果方向120表示疊片114的 晶粒定向，那么磁通量回路116的至少兩個部分橫穿晶粒的方向120，進(jìn)而阻滯定子外 圍通量承載片段119的那些部分的通量密度容量。因而，各向異性材料大體上尚未在類 似于定子結(jié)構(gòu)104的結(jié)構(gòu)中實施，因為通量路徑通常為曲線的而非直線的，這限制通過 使用此類材料所提供的益處。
常規(guī)電馬達(dá)的又一缺陷是磁通量回路116的相對較長的長度。變化的磁場(例如以 馬達(dá)換向頻率產(chǎn)生的)可造成在疊片114中在與誘發(fā)渦電流的磁場相反的定向中產(chǎn)生渦 電流。渦電流導(dǎo)致功率損耗，其大致與磁通量改變的速率的冪函數(shù)成正比，且大致與受 影響的疊片材料體積成正比。
常用電馬達(dá)的其它缺陷包括實施專門技術(shù)以降低"轉(zhuǎn)矩變動(cogging)"或定位轉(zhuǎn) 矩，所述技術(shù)不是非常適用于各種類型的電馬達(dá)設(shè)計。轉(zhuǎn)矩變動是導(dǎo)致"頓挫(jerking)" 運動而非平滑旋轉(zhuǎn)運動的非均勻角度轉(zhuǎn)矩。這種效果通常在低速度下最為明顯，且當(dāng)場 磁極118處于相對于磁極的不同角位置時向負(fù)載施加相加和相減轉(zhuǎn)矩。此外，固有的旋 轉(zhuǎn)加速和減速造成可聞?wù)駝印?br> 圖1B說明作為另一類型的傳統(tǒng)電馬達(dá)的軸向馬達(dá)，其示范性說明常用定子與轉(zhuǎn)子 結(jié)構(gòu)。已經(jīng)使用常規(guī)的軸向馬達(dá)幾何形狀來克服其它常用馬達(dá)技術(shù)(包括徑向馬達(dá))的 缺點。但當(dāng)根據(jù)與徑向幾何形狀相關(guān)的常規(guī)設(shè)計原則來設(shè)計軸向馬達(dá)時，可產(chǎn)生限定可 使用軸向馬達(dá)的應(yīng)用數(shù)目的固有限制。如此，使用軸向馬達(dá)已在某種程度上限于相對專 門的環(huán)境。
另外，軸向馬達(dá)通常構(gòu)造有一陣列的縱向場磁極，其在每一末端處具有垂直場磁極 面。所述垂直場磁極面通常經(jīng)定位為面向單個或兩個旋轉(zhuǎn)平面磁體組合件，如圖1B所
示。軸向馬達(dá)121經(jīng)展示為包括若干陣列的縱向場磁極作為定子組合件126，其介于兩 個旋轉(zhuǎn)平面磁體組合件131之間，所述磁體組合件131安裝在前磁體盤124和后磁體盤 128上。還展示前蓋板122和后蓋板130，其含有軸承以將馬達(dá)軸桿保持在恰當(dāng)位置處。 定子組合件126的場磁極通常由鋼疊片組合件制成，其具有垂直場磁極面以維持與旋轉(zhuǎn) 磁體131的恒定氣隙。
傳統(tǒng)的軸向馬達(dá)通常具有固定數(shù)目或面積的極面，其可面對氣隙區(qū)域且因此可產(chǎn)生 限于磁體的相對強(qiáng)度的轉(zhuǎn)矩。這意味著為了制作高轉(zhuǎn)矩馬達(dá)，通常需要高強(qiáng)度(且因此 高成本)磁體。這尤其降低了軸向馬達(dá)設(shè)計的吸引力。
鑒于前述內(nèi)容，將需要提供一種場磁極組件作為減少電馬達(dá)和發(fā)電機(jī)中的上述缺陷 的結(jié)構(gòu)，且例如在每單位尺寸或每單位重量基礎(chǔ)上或者在所述兩者上增加輸出轉(zhuǎn)矩和效 率，以及在制造和/或操作期間節(jié)省資源。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明揭示一種用于生產(chǎn)用于電動機(jī)械的場磁極組件的方法、設(shè)備、制品和系統(tǒng)， 以尤其減少磁通量路徑長度且消除背鐵以用于增加每單位尺寸(或單位重量)的轉(zhuǎn)矩和 /或效率以及用于降低制造成本。在一個實施例中，可形成場磁極組件結(jié)構(gòu)以例如減少 磁通量路徑的長度或大致拉直穿過場磁極組件的那些路徑或者實現(xiàn)所述兩者。在另一實 施例中， 一種方法提供用于構(gòu)造用于電動機(jī)器的場磁極組件。所述方法包括定位多個磁 通量導(dǎo)體以供例如縱向附加在一起以形成場磁極組件的至少一場磁極鐵芯。所述方法還 可包括在場磁極組件的一末端處形成極面。也就是說，所述方法可包括在場磁極組件的 —個或一個以上末端處形成一個或一個以上極面。在一個實施例中，場磁極鐵芯是大致 直線場磁極鐵芯，以在所述極面與另一極面或所述場磁極組件的另一末端之間提供直線 通量路徑或大致直線通量路徑。在一些實施例中，所述制造方法提供場磁極組件結(jié)構(gòu)， 其尤其可增強(qiáng)馬達(dá)效率以及通過例如將浪費減到最小來節(jié)省資源以降低制造成本。與場 磁極組件制造相關(guān)的各種實施例可配置場磁極組件，例如以適應(yīng)單個和多個磁體馬達(dá)， 借此磁體可具有任何類型的形狀。


結(jié)合附圖參看以下詳細(xì)描述可更全面地理解本發(fā)明，在附圖中
圖1A說明在傳統(tǒng)電馬達(dá)中實施的常用徑向定子結(jié)構(gòu)；
圖1B說明作為另一類型的傳統(tǒng)電馬達(dá)的軸向馬達(dá)；
圖2是根據(jù)本發(fā)明具體實施例的用于生產(chǎn)場磁極組件的概要流程；
圖3說明由本發(fā)明具體實施例生產(chǎn)的場磁極組件的實例； 圖4描繪由本發(fā)明具體實施例生產(chǎn)的場磁極鐵芯的實例； 圖5描繪由本發(fā)明另一具體實施例生產(chǎn)的另一場磁極鐵芯的實例； 圖6是說明根據(jù)本發(fā)明實施例的用于生產(chǎn)場磁極組件的制造流程的實例的流程圖； 圖7是說明根據(jù)本發(fā)明另一實施例的用于生產(chǎn)場磁極組件的制造流程的另一實例 的流程圖8A說明根據(jù)本發(fā)明實施例的用于制造場磁極組件的系統(tǒng)；
圖8B說明根據(jù)本發(fā)明另一實施例的用于制造場磁極組件的另一系統(tǒng)；
圖9說明根據(jù)本發(fā)明一個實施例的用以形成極面的包覆模制工藝；
圖IO說明根據(jù)本發(fā)明實施例的用以形成極靴面的集成工藝；
圖IIA到IIC說明由本發(fā)明實施例生產(chǎn)的場磁極鐵芯的實例；
圖12說明根據(jù)本發(fā)明一個實施例的用以形成極面的包覆模制工藝；
圖13說明根據(jù)本發(fā)明實施例制造的場磁極組件；
圖14說明根據(jù)本發(fā)明又一實施例制造的場磁極組件；
圖15說明根據(jù)本發(fā)明再一實施例制造的場磁極組件；且
圖16說明根據(jù)本發(fā)明至少一個實施例制造的場磁極組件。
在附圖的若干視圖中，相同參考數(shù)字始終指代相應(yīng)部分。請注意，大多數(shù)參考數(shù)字 包括大體上識別首先引入所述參考數(shù)字的圖式的一個或兩個最左數(shù)位。
具體實施例方式
定義
以下定義適用于相對于本發(fā)明的一些實施例描述的一些元件。這些定義可同樣據(jù)此 擴(kuò)展。
如本文使用的，術(shù)語"氣隙"是指磁體表面與所對極面之間的空間或間隙。此空間 可在物理上描述為至少由磁體表面和極面的區(qū)域界限的體積。氣隙用以實現(xiàn)轉(zhuǎn)子與定子 之間的相對運動，且用以界定通量交互區(qū)。雖然氣隙通常填充有空氣，但無需限于此。
如本文使用的，術(shù)語"背鐵"通常描述常用于完成原本開口磁路的物理結(jié)構(gòu)(以及 產(chǎn)生所述物理結(jié)構(gòu)的材料)。明確地說，背鐵結(jié)構(gòu)通常僅用于將磁通量從一個磁路元件 傳送到另一個，例如從一個透磁性場磁極組件傳送到另一個或從第一磁體的磁極傳送到 第二磁體的磁極或者所述兩者，而在場磁極組件或磁極之間沒有居間安匝產(chǎn)生元件(例 如線圈)。此外，通常不形成背鐵結(jié)構(gòu)以接受相關(guān)聯(lián)的安匝產(chǎn)生元件，例如一個或一個
以上線圈。
如本文使用的，術(shù)語"線圈"是指導(dǎo)體的連續(xù)巻繞集合，其經(jīng)布置以用電感方式耦 合到透磁性材料以產(chǎn)生磁通量。在一些實施例中，術(shù)語"線圈"可經(jīng)描述為"繞組"或 "線圈繞組"。術(shù)語"線圈"還包括箔線圈(即，相對平坦的平面形導(dǎo)體)。
如本文使用的，術(shù)語"線圈區(qū)"大體上是指場磁極組件的周圍纏繞線圈的部分。
如本文使用的，術(shù)語"鐵芯"是指場磁極組件的一部分，其中線圈正規(guī)地設(shè)置在極 靴之間且大體上由透磁性材料構(gòu)成，以提供磁通量路徑的一部分。在一些實施例中，"鐵 芯"的形成還形成具有或沒有極面的場磁極組件。在其它實施例中，鐵芯被形成為上面 可形成端帽或類似物的基座結(jié)構(gòu)。
如本文使用的，術(shù)語"場磁極組件"大體上是指由透磁性材料構(gòu)成且經(jīng)配置以提供 周圍可纏繞線圈的結(jié)構(gòu)的元件(即，所述元件經(jīng)配置以接納線圈以用于產(chǎn)生磁通量的目 的)。在一些實施例中，場磁極組件包括鐵芯(即，鐵芯區(qū))和至少兩個極靴，每一極 靴大體上位于所述鐵芯的各自末端附近。但在其它實施例中，場磁極組件包括鐵芯和僅 一個極靴。在一些實施例中，術(shù)語"場磁極組件"可大體上描述為"定子鐵芯"。在至 少一個實施例中，場磁極組件大體上具有細(xì)長形狀，使得場磁極組件的長度(例如，場 磁極組件的末端之間的距離)大體上大于其寬度(例如，鐵芯的寬度)。
如本文描述的，術(shù)語"有源場磁極組件"是指鐵芯、 一個或一個以上線圈和至少一 個極靴的集合。明確地說，有源場磁極組件可經(jīng)描述為與一個或一個以上線圈組合以選 擇性產(chǎn)生安匝通量的場磁極組件。在一些實施例中，術(shù)語"有源場磁極組件"可大體上 描述為"定子鐵芯組件"。
如本文描述的，術(shù)語"鐵磁材料"是指大體上展現(xiàn)磁滯現(xiàn)象且其磁導(dǎo)率取決于磁化 力的材料。而且，術(shù)語"鐵磁材料"還可指代相對磁導(dǎo)率大于1且取決于磁化力的透磁 性材料。
如本文描述的，術(shù)語"場交互區(qū)"是指其中從兩個或兩個以上來源形成的磁通量以
可產(chǎn)生相對于那些來源的機(jī)械力和/或轉(zhuǎn)矩的方式以向量形式交互的區(qū)。通常，術(shù)語"通
量交互區(qū)"可與術(shù)語"場交互區(qū)"互換使用。此類來源的實例包括場磁極組件、有源場
磁極組件和/或磁體，或其部分。雖然場交互區(qū)在旋轉(zhuǎn)機(jī)械用語中常稱為"氣隙"，但場
交互區(qū)是描述其中來自兩個或兩個以上來源的磁通量以向量形式交互以產(chǎn)生相對于那
些來源的機(jī)械力和/或轉(zhuǎn)矩的區(qū)的更廣義術(shù)語，且因此不限于氣隙的定義(即，不局限
于由磁體表面和極面的區(qū)域以及從所述兩個區(qū)域之間的周邊延伸的平面所界定的體
積)。舉例來說，場交互區(qū)(或其至少一部分)可位于磁體內(nèi)部。
如本文使用的，術(shù)語"發(fā)電機(jī)"大體上是指經(jīng)配置以將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能而不管例 如其輸出電壓波形的電動機(jī)器。由于可類似地定義"交流發(fā)電機(jī)"，所以術(shù)語發(fā)電機(jī)在 其定義中包括交流發(fā)電機(jī)。
如本文使用的，術(shù)語"磁體"是指產(chǎn)生在外部直到其自身的磁場的主體。如此，術(shù) 語磁體包括永久磁體、電磁體等。
如本文使用的，術(shù)語"馬達(dá)"大體上是指經(jīng)配置以將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的電動機(jī)器。
如本文使用的，術(shù)語"透磁性的"是大體上指代那些在通量密度("B")與施加磁 場("H")之間具有磁定義性關(guān)系的材料的描述性術(shù)語。此外，"透磁性的"可定為包 括(但不限于)鐵磁材料的廣義術(shù)語，所述鐵磁材料包括層壓鋼和冷軋晶粒取向 ("CRGO")鋼、粉末金屬、軟磁復(fù)合物("SMC，，)等。
如本文使用的，術(shù)語"極面"是指極靴的面向通量交互區(qū)(以及氣隙)的至少一部 分進(jìn)而形成通量交互區(qū)(以及氣隙)的一個邊界的表面。在一些實施例中，術(shù)語"極面" 可大體上描述為"定子表面"或"通量交互表面"(或其部分)或者所述兩者。
如本文使用的，術(shù)語"極靴"是指場磁極組件的促進(jìn)定位極面使得其面對轉(zhuǎn)子(或 其部分)進(jìn)而用以定形氣隙并控制其磁阻的那部分。場磁極組件的極靴大體上位于在線 圈區(qū)處或附近開始且在極面處終止的鐵芯的末端附近。在一些實施例中，術(shù)語"極靴" 可大體上描述為"定子區(qū)"。
如本文使用的，術(shù)語"軟磁復(fù)合物"("SMC")是指部分由絕緣磁性粒子組成的那 些材料，例如絕緣涂覆的透磁性粉末金屬材料，其可經(jīng)模制以形成本發(fā)明的轉(zhuǎn)子-定子 結(jié)構(gòu)的元件。
如本文使用的，術(shù)語"過渡區(qū)"是指極靴的促進(jìn)將通量路徑的片段(例如，在鐵芯 區(qū)內(nèi))偏移或轉(zhuǎn)向到通量路徑的另一片段(例如，在極靴內(nèi))的可選部分。 一個或一個 以上極靴可實施過渡區(qū)以改進(jìn)馬達(dá)體積利用率(例如，通過將線圈以緊湊配置放置在較 靠近旋轉(zhuǎn)軸處)。通常，過渡區(qū)可保持場磁極組件的磁阻相對較低，同時促進(jìn)構(gòu)成電動 機(jī)器的元件的緊湊性。此類元件包括軸桿、場磁極組件、磁體等。
論述
圖2是根據(jù)本發(fā)明具體實施例的用于生產(chǎn)場磁極組件的概要流程。流程200提供用
以生產(chǎn)可在例如單向方向或大致單向方向上攜載大量磁通量的場磁極組件結(jié)構(gòu)的制造
技術(shù)。這些結(jié)構(gòu)可提供電動機(jī)器(例如電馬達(dá)和發(fā)電機(jī))以及電磁螺線管和其它應(yīng)用的
增加性能和經(jīng)濟(jì)制造。在一個實施例中，流程200在201處將磁通量導(dǎo)體定位成相對靠
近以供附加在一起，以形成場磁極組件的場磁極鐵芯。根據(jù)一些實施例，還可使用流程
200來形成場磁極組件本身。如本文使用的，術(shù)語"磁通量導(dǎo)體"在一些實施例中描述 由透磁性材料構(gòu)成的細(xì)長結(jié)構(gòu)。視情況，磁通量導(dǎo)體可具有沿著縱向方向(即，長度方 向)的晶粒定向。磁通量導(dǎo)體的實例包括電線和由透磁性材料(例如硅鋼)構(gòu)成的疊片。 在203處，可相對于場磁極鐵芯形成極面以提供通量交互表面。這些極面可經(jīng)配置以面 對例如圓錐形或圓柱形磁體，如分別在第7,061,152 B2號美國專利和第11/255,404號美 國專利申請案中描述的。在一個實施例中，可對極面進(jìn)行雕刻以形成雕刻極面以面對圓 錐形、圓柱形磁體等。在各種其它實施例中，極面可經(jīng)配置以面對具有任何其它種類的 形狀的其它磁體，例如在線性和/或旋轉(zhuǎn)馬達(dá)的情況下為梯形磁體。在205處制成場磁 極組件。在各種實施例中，流程200可在203處形成極面之前或之后在201處將磁通量 導(dǎo)體附加在一起。在一個實施例中，流程200可在203處形成極面的同時或大致同時在 201處將磁通量導(dǎo)體附加在一起。
圖3說明由本發(fā)明具體實施例生產(chǎn)的場磁極組件的實例。場磁極組件300包括場磁 極鐵芯302和極靴組件304。每一極靴組件304包括極面的實例，其是極面306。在一 個實施例中，場磁極鐵芯302經(jīng)包覆模制以形成極靴組件304。在一些情況下，包覆模 制還包封構(gòu)成場磁極鐵芯302的磁通量導(dǎo)體。在其它情況下，包覆模制僅形成極靴組件 304。如本文使用的，術(shù)語"帽(cap)"在一些實施例中是指極靴組件304。在至少一 個實施例中，場磁極鐵芯302是直線或大致直線場磁極鐵芯，且在極面306之間提供大 致直線通量路徑。在其它實施例中，場磁極鐵芯302可包括或可耦合到過渡區(qū)。在具體 實施例中，極靴組件304形成為由透磁性材料構(gòu)成的"帽"。如此，極靴組件304可通 過將磁性粉末壓制成界定極面306的輪廓的特定形狀來形成。用于形成極靴組件304 的各個磁性粉末粒子可至少在一些情況下具有絕緣涂層，其改進(jìn)場磁極組件300的損耗 特征。將帽實施作為極靴組件304的一個實例在圖IO中展示。在至少一個實施例中， 場磁極組件300具有在單獨用疊片生產(chǎn)(即，極面在疊片中形成)的場磁極組件中找到 的大致相同的所需磁性質(zhì)和低損耗特征。壓制端帽和包覆模制允許設(shè)計者更自由地使用 疊片、電線或任何其它類型的磁通量導(dǎo)體來創(chuàng)造場磁極組件和定子末端幾何形狀。
圖4描繪由本發(fā)明具體實施例生產(chǎn)的場磁極鐵芯的實例。如本實例中所示，場磁極
鐵芯400包括許多疊片401。在一個實施例中，如果每一疊片401具有相同寬度"W"，
那么場磁極鐵芯400具有正方形橫截面402。在至少一個實施例中， 一個或一個以上疊
片401具有變化寬度W。舉例來說，通過改變疊片401的寬度，可針對場磁極鐵芯400
形成淚珠形橫截面404。在至少一個實施例中，疊片401可通過例如涂覆電絕緣材料(例
如氧化物、玻璃涂層等)而彼此隔離(例如，在電學(xué)上、在磁性上等)。電絕緣材料的
一個實例是黑色氧化物。在具體實施例中，疊片401可用粘合劑附加到彼此。在本發(fā)明 的各種實施例中，疊片寬度W的定向可相對于旋轉(zhuǎn)軸為徑向的(或大致徑向的)或同 心的(大致同心的)，或呈任何其它定向。根據(jù)一個實施例，場磁極鐵芯的形狀和/或制 造工藝成本全部或部分可確定堆疊疊片401的定向。
包絡(luò)404的橫截面450在圖4中展示，其展示具有變化寬度W的疊片401。變化 寬度可產(chǎn)生具有包絡(luò)404的淚珠形橫截面450的場磁極鐵芯400。在一個實施例中，場 磁極鐵芯400的一個或兩個末端可包括極面410，其經(jīng)成形以提供均勻氣隙或大致均勻 氣隙。或者，在一些實施例中，極面410經(jīng)成形以配合具有例如雕刻配合表面的帽(未 圖示)。在各種實施例中，極面410通過例如雕刻場磁極鐵芯400的一個或一個以上末 端(以形成場磁極組件)或雕刻用于極靴的帽來成形。如本文使用的，術(shù)語"雕刻極面" 可至少在一個實施例中大體上指代"成型"極面或"成角度"極面。請注意，在至少一 個實施例中，極面410可形成為成型極面，其包括成型表面。成型表面可大致上與彎曲 表面共同延伸，借此彎曲程度可在極面410的表面上為固定的或可變的。如此，根據(jù)至 少一個實施例，極面410可稱為成型極面410。在一些情況下，彎曲表面可包括與位于 例如圓錐或圓柱的表面上的弧線共同延伸的部分。此外，在一個實施例中，成型表面可 為中凹表面。在另一實施例中，場磁極鐵芯400的一個或兩個末端可包括平坦或大致平 坦但成角度的極面420。此成角度極面可通過在末端處切割場磁極組件400以使得每一 極面為成型的以面對永久磁體或易于配合帽或者所述兩者來形成。在一些實施例中，術(shù) 語"切割"在應(yīng)用于場磁極組件時是指將磁通量導(dǎo)體與起始材料的主體分離，例如與開 縫疊片巻分離或與電線巻分離。因此，切割場磁極組件可在一些實施例中形成"雕刻" 極面。通常，此類"切割"在本質(zhì)上是橫向的(即，大體上沿著磁通量導(dǎo)體的寬度發(fā)生) 而非縱向的。如本文使用的，術(shù)語"成角度"在至少一個實施例中是指面向通量交互區(qū) (以及氣隙)的至少一部分的表面(或其一部分)的特征。所述表面可為極靴的通量交 互表面(例如，極面)或磁體的表面。根據(jù)各種實施例，成角度極面420可適于面對例 如在例如線性或旋轉(zhuǎn)馬達(dá)中實施的梯形磁體的成角度表面。
圖5描繪由本發(fā)明另一具體實施例生產(chǎn)的另一場磁極鐵芯的實例。場磁極鐵芯500
包括許多電線作為磁通量導(dǎo)體。如橫截面圖("A-A") 550描繪，場磁極鐵芯500包括
許多電線501和填隙材料502。在所展示的實例中，電線501具有圓形橫截面。電線501
可為場磁極鐵芯500提供相對較高的磁通量攜載能力，其類似于由磁鋼疊片構(gòu)造的場磁
極鐵芯。如此，根據(jù)一些實施例，電線501允許多種場磁極鐵芯形狀，其通?？赡茉?br> 用其它技術(shù)(例如用疊片)創(chuàng)造是困難或昂貴的。舉例來說，圖5展示可聚集電線501以形成場磁極鐵芯500的三角形橫截面形狀510。電線501還可用于形成場磁極鐵芯500 的其它形狀，例如橢圓形或淚滴狀橫截面形狀。如本文使用的，術(shù)語"包絡(luò)"至少在一 些實施例中可大體上指代一個或一個以上表面，其作為邊界包圍磁通量導(dǎo)體。包絡(luò)可具 有定形為正方形、圓形、淚滴、橢圓形或可通過模具、沖模、壓縮輪等生產(chǎn)的任何其它 形狀的橫截面。在至少一個例子中，包絡(luò)的橫截面位于大致垂直于與磁通量導(dǎo)體的長度 平行的線的平面中。在至少一個實施例中，電線501可通過實施例如涂層而彼此隔離， 所述涂層包括電絕緣材料(例如氧化物等)。
電線501可降低大體上與例如疊片相關(guān)聯(lián)的損耗，因為電線501可提供其中減小的 橫截面和橫截面面積，進(jìn)而降低其中的渦電流。在各種實施例中，電線501可針對電線 501的橫截面具有正方形橫截面504、菱形橫截面506和六邊形橫截面508，以及其它 類型的形狀。橫截面504和506可例如減小填隙材料502的體積。在具體實施例中，填 隙材料502可包括粘合劑和/或磁性粒子。粘合劑可將電線501附加到彼此，而磁性粒 子可通過用通量攜載材料填充電線501間原本可能為孔隙之處來增強(qiáng)場磁極鐵芯500 的通量攜載能力。磁性粒子的實例包括由軟磁復(fù)合物("SMC")構(gòu)成的粉末作為"磁性 粉末"。請注意，使用復(fù)合材料(例如SMC)可至少在一個實施例中用于制造復(fù)雜的場 磁極組件結(jié)構(gòu)，其對電線501的材料浪費可忽略不計或沒有浪費，且填隙材料502中的 磁性粉末量相對來說非常少。在一些情況下，磁性粒子可在每一粉末粒子周圍具有絕緣 外殼，例如氧化鐵。在一個實施例中，填隙材料502不包括磁性粒子，且僅包括粘接劑。 在其它實施例中，填隙材料502可包括磁性粒子或粘接劑。在其它實施例中，填隙材料 502可包括磁性粒子或粘接劑或者所述兩者。
圖6是說明根據(jù)本發(fā)明實施例的用于生產(chǎn)場磁極組件的制造流程的實例的流程圖。
在602處，將許多磁通量導(dǎo)體切割為大體上近似于最終制造的場磁極鐵芯長度的長度。
在一些實施例中，將每一磁通量導(dǎo)體切割為相同長度(例如，當(dāng)構(gòu)建帽時)，其中在其
它實施例中，可將每一磁通量導(dǎo)體切割為近似于極面之間的距離的長度。在至少一個實
施例中，磁通量導(dǎo)體的長度可改變以適應(yīng)極面之間的變化距離。在604處，可將所述許
多磁通量導(dǎo)體存放到模具中，所述模具可描述為其中進(jìn)行磁通量導(dǎo)體附加的位置或近似
位置。模具的至少一個實例可形成場磁極組件的額外結(jié)構(gòu)和/或功能特征，例如雕刻極
面和/或定位特征。視情況，如果粘接(或粘合)劑尚待施加到磁通量導(dǎo)體或施加到形
成磁通量導(dǎo)體的起始材料(例如，鋼圈)，那么可在606處將此粘接(或粘合)劑引入
到模具中。粘接劑可用于將場磁極組件組合件保持在一起。視情況，粘接劑可為粉末狀
材料，其在608處與磁性粉末混合，且在610處加熱和/或加壓以固化粘合劑?；蛘?，
粘接劑可以是具有相對較低粘性的穿透性粘附劑，其在604處已經(jīng)用電線填充模具和在 608處用磁性粉末填充模具之后在606處施加。請注意，當(dāng)磁通量導(dǎo)體為疊片時，那么 可省略在608處添加磁性粉末，因為在疊片之間的界面中可能存在可忽略不計的孔隙或 不存在孔隙。
在一些實施例中，在606處發(fā)生的引入粘接劑可在將磁通量導(dǎo)體與其起源材料分離 (例如，切割)之前執(zhí)行。舉例來說，如果磁通量導(dǎo)體為疊片，那么可將粘接劑施加到 起始材料巻(或圈)(例如，預(yù)切割巻)。在此情況下，可在切開(例如，剪切)或任何 其它形式的縱向定向切割之前施加粘接劑作為涂層。在至少一個實施例中，流程600 在602與604之間施加粘接劑。也就是說，可在切開工藝已經(jīng)從起始材料形成條帶之后 將粘接劑(例如薄膜粘附劑)施加到所述細(xì)長條帶上。
流程600從610繼續(xù)進(jìn)行以形成極靴組件304 (圖3)或"帽"。在一個實施例中， 流程600移動到612以通過使用包覆模制技術(shù)形成極靴組件作為帽。此處，包覆模制操 作可在616處使用與絕緣磁性粉末材料組合的粘附劑(例如，膠水)以形成極面的所需 形狀。通過至少對場磁極鐵芯的末端進(jìn)行包覆模制，可以受控方式定形極面以用于產(chǎn)生 通量交互表面，所述表面可具有用于與磁體(例如，圓錐形或圓柱形磁體)形成氣隙的 特征。在另一實施例中，流程600從610移動到614。此處，極靴組件304 (圖3)或 "帽"可與場磁極鐵芯("F.P.鐵芯")集成以形成具有極面的場磁極組件。在614處，將 極靴組件集成到例如場磁極鐵芯的末端可包括將具有或不具有軟磁復(fù)合物粉末的粘接 粘附劑施加到場磁極鐵芯的末端，以及在616處將極靴組件按壓到場磁極的末端以形成 極面的特定形狀。如此，在616處形成的極面可為雕刻極面。因此，舉例來說，馬達(dá)制 造商可減少用于需要圓錐形或圓柱形磁體的電動機(jī)器的場磁極組件的庫存。適于圓錐形 和圓柱形磁體的可互換帽可根據(jù)需要與普通場磁極鐵芯集成，進(jìn)而防止堆積不必要的庫 存。當(dāng)將極靴組件集成(例如，通過緊固)到場磁極鐵芯時，可使用粘接粘附劑與磁性 粉末填充劑的組合。盡管極靴組件和磁性填充粘接粘附劑的磁通量攜載能力可能不同于 由疊片構(gòu)成的那些場磁極鐵芯，但橫越粘接粘附劑的相對較短的通量行進(jìn)距離最少可影 響場磁極組件的通量攜載能力。在620處，流程600通過產(chǎn)生場磁極組件而結(jié)束("完 成")。在一些實施例中，流程600可相對于場磁極組件形成過渡區(qū)。
圖7是說明根據(jù)本發(fā)明另一實施例的用于生產(chǎn)場磁極組件的制造流程的另一實例
的流程圖。在702處，將許多磁通量導(dǎo)體牽拉到附加場所，在所述附加場所處可將磁通
量導(dǎo)體附加到彼此。舉例來說，附加場所可包括沖模。在其它例子中，附加場所可包括
定形組件，例如一組配合輪(例如，經(jīng)定形的配合輪)。此類輪的實例在圖8B中描述 為壓縮輪。沖模和/或配合輪維持場磁極鐵芯的橫截面形狀。如此，配合輪可形成許多 橫截面形狀，例如圓形、橢圓形和淚滴形狀。所以在702處，磁通量導(dǎo)體每一者是從細(xì) 長磁通量導(dǎo)體供應(yīng)(例如從許多線軸)牽拉的。通常，磁通量導(dǎo)體被牽拉為長度大于場 磁極鐵芯的長度的細(xì)長磁通量導(dǎo)體。如本文使用的，術(shù)語"細(xì)長磁通量導(dǎo)體"在一些實 施例中是指尚待切割以形成本發(fā)明實施例的場磁極組件的磁通量導(dǎo)體。
在704處，將粘接劑施加到磁通量導(dǎo)體。舉例來說，當(dāng)將磁通量導(dǎo)體從所述細(xì)長磁
通量導(dǎo)體供應(yīng)牽拉到?jīng)_模(即，附加場所)時，可使粘接劑成煙霧狀散開并沉積(即， 噴射)在每一磁通量導(dǎo)體上。以煙霧形式施加粘接劑非常適合應(yīng)用于疊片。作為另一實
例，可將粘接劑滾涂到磁通量導(dǎo)體上。在替代性實施例中，在704處引入粘接劑可在 702處將磁通量導(dǎo)體牽拉到附加場所之前實施。舉例來說，可在切開疊片之前將粘接劑 施加到鋼圈，或在將電線巻繞到線軸上之前將粘接劑施加到電線。
如果磁通量導(dǎo)體是疊片，那么流程700移動到708。但如果磁通量導(dǎo)體是電線，那 么流程700移動到706。在706處將磁性粉末施加到電線以填充孔隙。在一個實施例中， 可通過將粘接劑-磁性粉末的組合轉(zhuǎn)移(例如，通過涂刷)到電線上來同時施加粘接劑 和磁性粉末兩者。在708處，加熱沖?；蚣せ顩_模以施加壓力(或進(jìn)行所述兩者)來固 化粘接劑以形成棒料(例如，金屬棒)?；蛘?，加熱/^可與沖模分開而執(zhí)行固化工藝。 在一些實施例中，配合輪在708處加熱和/或施加壓力來固化粘接劑以形成棒料。在710 處，切割所附加的磁通量導(dǎo)體以形成場磁極鐵芯。也就是說，在將所述多個磁通量導(dǎo)體 附加在一起以形成附加的磁通量導(dǎo)體之后，將所述多個磁通量導(dǎo)體中的每一者切割為長 度近似于場磁極鐵芯的長度。接著，流程700從710前進(jìn)到720，其中712、 714、 716 和720在功能性上類似于圖6的相應(yīng)612、 614、 616和620。流程700可提供具成本效 益的恒定橫截面工藝，其連續(xù)形成場磁極組件。在一個實施例中，流程700類似于拉擠 成型工藝。在一些實施例中，流程700相對于場磁極組件形成過渡區(qū)。
圖8A說明根據(jù)本發(fā)明實施例的用于制造場磁極組件的系統(tǒng)。系統(tǒng)800包括供應(yīng)
("巻繞疊片")802、細(xì)長磁通量導(dǎo)體803 (其每一者纏繞到線軸801上)、可選的噴射
粘接件804、組合的沖模-加熱器806、牽拉機(jī)構(gòu)807和用于將所附加的磁通量導(dǎo)體與細(xì)
長磁通量導(dǎo)體803分離的一個或一個以上切割器808。供應(yīng)802包括布置在線軸上的許
多疊片。在一個實施例中，相應(yīng)線軸上的每一細(xì)長磁通量導(dǎo)體803具有相同寬度。在替
代性實施例中，細(xì)長磁通量導(dǎo)體803可具有變化寬度，以例如生產(chǎn)淚滴形場磁極組件鐵
芯。在一些情況下，首先將由煉鋼廠供應(yīng)的薄鋼片切開成各種寬度，并重新巻繞到圖
8A的供應(yīng)802中。接著，將線軸801裝載到生產(chǎn)機(jī)器中。在處理期間，當(dāng)各個細(xì)長磁
通量導(dǎo)體803被牽拉通過沖模806時，可選的噴射粘接件804將至少熱激活粘接劑噴射 到其上。沖模806的加熱器級激活粘接劑，粘接劑將堆疊凝固成棒料。牽拉機(jī)構(gòu)807 將所附加的磁通量導(dǎo)體牽拉到一個或一個以上切割器808中。舉例來說，可接連使用兩 個切割器808以創(chuàng)造最終場磁極鐵芯。與例如從薄鋼片沖壓得到疊片相比，系統(tǒng)800 可在最初切開操作期間且可能在最終切割期間減少材料浪費。切割器808可形成直線切 割(例如，垂直于細(xì)長磁通量導(dǎo)體803)或成角度切割。水噴射切割是適合于實踐本發(fā) 明的一些實施例的切割器808的一個實例。
在一些實施例中，可使用具有晶粒取向以增強(qiáng)磁性質(zhì)的電線。系統(tǒng)800的初始加工 成本可相對較低，且可分?jǐn)傇谠S多小體積上。與由例如未粘合鋼疊片制成的等效結(jié)構(gòu)相 比，使用粘接劑來將磁通量導(dǎo)體粘接在一起可大體上幫助減少場磁極組件的最終復(fù)合結(jié) 構(gòu)的噪聲和振動。在各種實施例中，疊片還可通過激光焊接、電子束焊接等來附加。
在一些實施例中，磁通量導(dǎo)體803可使用沖壓工藝形成為疊片。圖14到16說明通 過例如沖壓以生產(chǎn)場磁極鐵芯和/或場磁極組件而形成的疊片的實例。然而，參看圖8A， 可使用切開工藝來將起始材料(或線圈)縱向分離成不同寬度以獲得細(xì)長磁通量導(dǎo)體 803。通常，從切開工藝和分離工藝(例如通過在切割器808處切割)形成的疊片有可 能具有比通過沖壓生產(chǎn)的疊片更有利的磁性特征。適合于實踐一些實施例的切開工藝包 括標(biāo)準(zhǔn)的剪切輪切開、水噴射切開和激光切割。在一些情況下，沖壓工藝可能擾亂細(xì)長 磁通量導(dǎo)體803的磁性質(zhì)。在至少一個實施例中，磁通量導(dǎo)體803可為電線。
圖8B說明根據(jù)本發(fā)明另一實施例的用于制造場磁極組件的另一系統(tǒng)。系統(tǒng)850可 大體上用于形成場磁極鐵芯以及場磁極組件本身。如圖所示，系統(tǒng)850用于形成場磁極 組件和場磁極鐵芯，其通過例如在細(xì)長磁通量導(dǎo)體(例如電線)上并入復(fù)合物來形成。 通常，電線858經(jīng)由電線導(dǎo)向器859從供應(yīng)線軸856饋入到漏斗860中。而且，有動力 的金屬和/或SMC原料("粉末")854可饋入到漏斗860中。在至少一個實施例中，可 依據(jù)例如工藝便利性和強(qiáng)度而非其磁性質(zhì)來選擇電線858的大小、電線橫截面和數(shù)目。 在各種實施例中，電線858的體積可相對于擠出件899或場磁極鐵芯8卯的總體積而變 化以實現(xiàn)不同性質(zhì)。在一個例子中，制造工藝可垂直對準(zhǔn)以允許重力幫助組合漏斗860 中的材料且大體上幫助在擠出材料移動通過所述系統(tǒng)的同時將其對準(zhǔn)。系統(tǒng)850可水平 對準(zhǔn)以及以其它對準(zhǔn)變化形式對準(zhǔn)。
振蕩器862用以振動粉末以在漏斗860內(nèi)的合并場所864處將其與磁性電線858
組合。振蕩器862經(jīng)配置以振蕩漏斗860以將粉末854分布在電線858周圍，且當(dāng)混合
物進(jìn)入初始壓縮場所864時提供所述混合物的某種初始密實化。在一些實施例中，初始
壓縮輪872設(shè)置在鄰近漏斗860處，以將電線與粉末的組合傳遞到加熱元件。通常，最 初壓縮輪872可與電線858巻帶線軸892同步起動以確保恒定的電線張力一一至少在啟 動時。存在張緊電線可至少在一些例子中消除與擠出工藝相關(guān)的問題(例如，控制擠出 材料的直線性的問題)。
在一個實施例中，感應(yīng)加熱器876在感應(yīng)加熱器線圈874處加熱擠出材料899，所 述線圈874通常在低于或大約500°C的溫度下。系統(tǒng)850還可包括額外(或最終)壓縮 級875。在一個實施例中，額外壓縮級875包括許多額外壓縮輪878以供進(jìn)一步壓縮所 述擠出件。在一個實例中，液壓活塞877經(jīng)由額外壓縮輪878 (例如，四個輪)向擠出 材料899施加壓力。請注意，可使用任何數(shù)目的額外壓縮輪878。另外，可通過馬達(dá)向 額外壓縮輪878施加動力以使擠出件899穿過的速度與巻帶線軸892所作的電線巻帶速 度同步。額外壓縮輪878可彼此鄰近，使得其成角度或成型表面871相遇或幾乎相遇。 輪872和/或878上的成角度或成型表面871可經(jīng)配置以形成擠出件899的外徑部分， 以定形場磁極鐵芯/組件的一部分，例如場磁極鐵芯/組件的橫截面區(qū)域。請注意，額外 壓縮輪878可取代或補充圖8A的沖模806的使用，以幫助減少成形工藝處的摩擦力。 在一些實施例中，溫度和速度傳感器879以及工藝控制器873可控制系統(tǒng)850的功能， 包括最終壓縮級875。
舉例來說， 一旦在工藝底部在巻帶線軸892處釋放電線，有動力的張緊輪880便可 向擠出件899施加張力?？蓪D出件899傳到切斷臺881，在切斷臺處至少將場磁極鐵 芯890與擠出件899分離。切斷臺881可經(jīng)賦能以通過例如刀片884將擠出件切割成預(yù) 定長度，所述刀片884可以相同的相對速度跟隨擠出件899。刀片884可包括移動鋸條。 一旦切斷臺881被賦能，便不再需要已饋入到巻帶線軸892以提供最初張力的電線。
圖9說明根據(jù)本發(fā)明一個實施例的用以形成極面的包覆模制工藝。此處，模具902 包括兩個半部，其中一個包括用于形成極面的輪廓906。在操作中，場磁極鐵芯904例 如由疊片構(gòu)成。場磁極鐵芯904接著沉積到模具902中。在包覆模制工藝之后，產(chǎn)生場 磁極組件。
圖IO說明根據(jù)本發(fā)明實施例的用以形成極靴面的集成工藝。在圖10中，場磁極鐵 芯1012具有集成或緊固到其的極靴組件1014以形成場磁極組件1010。請注意，盡管 場磁極鐵芯1012可由疊片構(gòu)成(如圖IO所示)，但場磁極鐵芯1012可由任何其它磁通 量導(dǎo)體(包括電線)構(gòu)成。在各種實施例中，極靴組件1014可包括雕刻極面1016，其 每一者可為成型極面或成角度極面。
圖UA到11C說明由本發(fā)明各種實施例生產(chǎn)的場磁極鐵芯的實例。如圖IIA所示，
切割附加電線的細(xì)長棒料可產(chǎn)生場磁極鐵芯1100。場磁極鐵芯的末端經(jīng)展示為以角度 1102切割。還請注意，以角度1102切割細(xì)長棒料產(chǎn)生至少兩個具有非對稱定形末端的 場磁極鐵芯1100，如圖IIB所示。為了產(chǎn)生具有對稱定形末端的兩個連續(xù)場磁極鐵芯 1100 (如圖11B的視圖1130中所示)，切掉槽口 1138以分離場磁極鐵芯1132和1134。 槽口1138代表浪費，且需要兩次切割以將場磁極鐵芯1132和1134彼此分離。在一個 實施例中，場磁極鐵芯的橫截面使得其產(chǎn)生對稱定形的末端，如圖11C所示。舉例來 說，考慮圖IIC的視圖1140，其中場磁極鐵芯具有圓形橫截面。通過產(chǎn)生對稱定形的 末端，單次切割可分離場磁極鐵芯1142和1144 (舉例來說)，而非導(dǎo)致圖11B的槽口 1138的非對稱定形場磁極鐵芯的兩次切割。如此，用于形成場磁極鐵芯的單次切割因 此可減少與槽口 1138相關(guān)聯(lián)的浪費。兩個單次切割一一如視圖1140所示_—可產(chǎn)生具 有對稱橫截面和末端1149的場磁極鐵芯1144，所述橫截面和末端兩者均大體上面向方 向"A"。這兩個單次切割還形成其它場磁極鐵芯1142和1146的對稱定形末端1160， 其中這些末端1160面向方向"B"。切割的角度1148大體上經(jīng)配置以面對例如與旋轉(zhuǎn)軸 成特定角度的圓錐形磁體(未圖示)的這些表面。
圖12說明根據(jù)本發(fā)明一個實施例的用以形成極面的包覆模制工藝。此處，模具1202 包括兩個半部，其中一個在模具1202的表面部分上包括輪廓1206以用于形成極面。輪 廓1206可用于形成成型極面，例如圖13中的成型極面1308?；仡^參看圖12，場磁極 鐵芯1204可例如由電線構(gòu)成，且可具有橫截面1250，其在橫截面視圖1260中展示為 包括電線。將場磁極鐵芯1204沉積到模具1202中。在包覆模制工藝之后，產(chǎn)生場磁極 組件。如果必要的話，在模具以外的部分可具有額外的機(jī)械加工操作，而不會一起縮短 電線(只要在模具設(shè)計中已考慮到機(jī)械加工)。
圖13說明根據(jù)本發(fā)明實施例制造的場磁極組件。在圖13中，模具1302生產(chǎn)場磁 極組件1304，其創(chuàng)造兩個極靴組件1306以及極面1308。在又一實施例中，場磁極組件 1304由軟磁復(fù)合物粉末構(gòu)成，且通過將所述粉末插入到圖12的模具1202中且接著通 過模具1302壓制成形來生產(chǎn)。
圖14說明根據(jù)本發(fā)明又一實施例制造的場磁極組件。在圖14中，疊片1402由薄 鋼片沖壓而成，并附加到彼此以形成場磁極組件1400。
圖15說明根據(jù)本發(fā)明再一實施例制造的場磁極組件。在圖15中，疊片1504由薄
鋼片沖壓而成，并附加到彼此以形成具有雕刻極面1507的場磁極組件1500，所述極面
1507具有偏斜場磁極面邊緣以減少制動和轉(zhuǎn)矩脈動。明確地說，場磁極組件1500由許
多疊片1504構(gòu)造?？蓪ΟB片1504進(jìn)行圖案化以提供雕刻極面1507。雕刻極面1507由
第一偏斜邊緣1550和第二偏斜邊緣1552兩者界限，而另一極靴處的另一極面1507由 第一偏斜邊緣1580和第二偏斜邊緣1582界限。
' 在其它實施例中，場磁極組件可將電線實施作為磁通量導(dǎo)體以形成圖14到16所示 的場磁極鐵芯和/或組件。如此，雕刻極面可通過例如圖12所示的模制工藝形成。在一 些實施例中，雕刻極面可稱為偏斜極面，尤其是在極面包括依據(jù)制動和/或轉(zhuǎn)矩脈動而 定的特征的情況下。
圖16說明根據(jù)本發(fā)明另一實施例制造的場磁極組件。在圖16中，疊片1602經(jīng)配 置以相對于旋轉(zhuǎn)軸在同心定向或大致同心定向上集合在一起。在此實例中，不同疊片 1602可具有不同尺寸，且可視情況包括例如極靴特征等特征。為了形成場磁極組件 1600，可從預(yù)切開疊片材料巻盤1604中提取疊片1062并將其組合在一起。通過這種途 徑，至少在一些情況下，可減少廢料或浪費材料。上述特征的實例包括逐步后退的過渡 區(qū)1608，其例如可在場磁極鐵芯/組件被組合時減少其之間的泄漏。根據(jù)至少一個實施 例，逐步后退的過渡區(qū)1608可結(jié)合其它特征(例如極靴的部分) 一起形成。另一特征 可形成雕刻和/或偏斜極面，例如經(jīng)定形的場磁極面1610。
所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員不需要任何額外解釋便可制作和使用本文所描述的轉(zhuǎn)子-定子 結(jié)構(gòu)的實施例，但仍可通過按照從最優(yōu)選到最低優(yōu)選的次序查看以下參考來找到某些有 用指導(dǎo)電氣電子工程師協(xié)會的"IEEE 100: IEEE標(biāo)準(zhǔn)術(shù)語權(quán)威字典"(琪姆'布瑞斐德 (Kim Breitfelder)和冬'梅西納(Don Messina)編輯，第7版，2000年)；由小型馬達(dá) 動力協(xié)會("SMMA")定義的"通用馬達(dá)術(shù)語"；和國際磁學(xué)協(xié)會的"永久磁體材料的 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范磁性材料生產(chǎn)商協(xié)會("MMPA")標(biāo)準(zhǔn)第0100-00號"。
本發(fā)明實施例可以多種方式實施，包括系統(tǒng)、工藝、設(shè)備或位于計算機(jī)可讀媒體(例 如計算機(jī)可讀存儲媒體)或計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)上的一系列程序指令，在計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)處所述程序 指令經(jīng)由光學(xué)或電子通信鏈路發(fā)送。 一般來說，所揭示工藝的步驟可以任意次序執(zhí)行， 除非權(quán)利要求書中另有規(guī)定。
前述描述內(nèi)容出于解釋的目的而使用特定命名來提供對本發(fā)明各種實施例的徹底 理解。然而，所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員將明白，不需要特定細(xì)節(jié)來實踐本發(fā)明實施例。實際 上，不應(yīng)將此描述內(nèi)容理解為將本發(fā)明的任何特征或方面限于任何實施例；而是， 一個 實施例的特征和方面可易于與其它實施例互換。
因此，呈現(xiàn)前述對本發(fā)明具體實施例的描述是出于說明和描述的目的。不希望其為
詳盡的或?qū)⒈景l(fā)明限于所揭示的精確形式；鑒于以上教示能夠作出許多替代方案、修改、
等效形式和變化。出于清楚起見，未詳細(xì)描述與所述實施例相關(guān)的技術(shù)領(lǐng)域中已知的技
術(shù)材料，以免不必要地混淆所述描述內(nèi)容。因此，可在所附權(quán)利要求書的范圍和等效物 內(nèi)對所述各種實施例進(jìn)行修改。
此外，選擇并描述所述實施例是為了最佳解釋本發(fā)明的原理和其實際應(yīng)用；其進(jìn)而 使得所屬領(lǐng)域的其他技術(shù)人員能夠最佳地以適于所預(yù)期的特定用途的各種修改來利用 所述各種實施例。顯然，并不需要本發(fā)明每一實施例實現(xiàn)本文所描述的每個好處；而是， 任何具體實施例可提供與本發(fā)明各種實施例相關(guān)的一個或一個以上優(yōu)點。在權(quán)利要求書 中，元件和/或操作并不暗示任何特定的操作次序，除非權(quán)利要求書中明確陳述。希望 所附權(quán)利要求書和其等效物界定本發(fā)明的范圍。
權(quán)利要求
1. 一種用于構(gòu)造用于電動機(jī)器的場磁極組件的方法，所述方法包含將多個磁通量導(dǎo)體定位成彼此靠近，以形成用于場磁極組件的至少一場磁極鐵芯；以及在所述場磁極組件的一末端處形成雕刻極面。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中形成所述雕刻極面包含形成成型極面。
3. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的方法，其中形成所述雕刻極面包含形成成角度極面。
4. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的方法，其進(jìn)一步包含-將所述場磁極鐵芯形成為大致直線場磁極鐵芯，以提供所述極面與所述場磁極 組件的另一末端之間的大致直線通量路徑。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其進(jìn)一步包含縱向地將所述多個磁通量導(dǎo)體附加在 一起。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中將所述多個磁通量導(dǎo)體附加在一起包含-將所述多個磁通量導(dǎo)體彼此隔離以形成經(jīng)隔離的磁通量導(dǎo)體；以及 將所述經(jīng)隔離的磁通量導(dǎo)體粘合在一起。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中將所述多個磁通量導(dǎo)體彼此隔離包含向所述多個磁通量導(dǎo)體施加電絕緣材料。
8. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其進(jìn)一步包含用磁性粒子填充所述多個磁通量導(dǎo)體之間的孔隙。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中填充所述孔隙包含-用軟磁復(fù)合物粉末填充所述孔隙。
10. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其進(jìn)一步包含將所述多個磁通量導(dǎo)體的至少一子組分離為長度近似于所述場磁極鐵芯的長度 以形成磁通量導(dǎo)體片， 其中分離所述多個磁通量導(dǎo)體的所述子組是在將所述多個磁通量導(dǎo)體附加在一起之前。
11. 根據(jù)權(quán)利要求io所述的方法，其中分離所述多個磁通量導(dǎo)體的所述子組進(jìn)一步包含切割所述多個磁通量導(dǎo)體的所述子組以形成所述磁通量導(dǎo)體片。
12. 根據(jù)權(quán)利要求IO所述的方法，其中來自所述多個磁通量導(dǎo)體的所述子組的至少一 個磁通量導(dǎo)體是電線。
13. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中所述電線具有為以下任一種形狀的橫截面圓 形、正方形、六邊形和菱形。
14. 根據(jù)權(quán)利要求IO所述的方法，其中來自所述多個磁通量導(dǎo)體的所述子組的至少一個磁通量導(dǎo)體是疊片。
15. 根據(jù)權(quán)利要求IO所述的方法，其中將所述多個磁通量導(dǎo)體附加在一起進(jìn)一步包含將所述磁通量導(dǎo)體片沉積到經(jīng)配置以形成所述場磁極鐵芯的模具中。
16. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其進(jìn)一步包含對所述場磁極組件的所述末端進(jìn)行包覆模制以形成所述極面，其中所述模具經(jīng) 配置以形成所述極面。
17. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其進(jìn)一步包含將極靴組件作為帽集成到所述場磁極鐵芯的所述末端以形成所述極面。
18. 根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中將所述極靴組件集成到所述場磁極鐵芯的所述末端包含向所述場磁極鐵芯的所述末端施加包括軟磁復(fù)合物粉末的粘接粘附劑；以及將所述極靴組件按壓到所述場磁極鐵芯的所述末端。
19. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其進(jìn)一步包含將所述多個磁通量導(dǎo)體的至少一子組分離為長度近似于所述場磁極鐵芯的長度 以形成經(jīng)附加的磁通量導(dǎo)體片，其中分離所述多個磁通量導(dǎo)體的所述子組是在將所述多個磁通量導(dǎo)體附加在一 起之后。
20. 根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其中來自所述多個磁通量導(dǎo)體的所述子組的至少一個磁通量導(dǎo)體是電線。
21. 根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，其中構(gòu)成所述多個磁通量導(dǎo)體的所述子組的多個電 線由界定所述場磁極鐵芯的一個或一個以上表面的包絡(luò)限定。
22. 根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，其中所述包絡(luò)具有定形為正方形、圓形、淚滴形或 橢圓形的橫截面。
23. 根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，其中所述電線具有為以下任一種形狀的橫截面圓 形、正方形、六邊形和菱形。
24. 根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其中來自所述多個磁通量導(dǎo)體的所述子組的至少一 個磁通量導(dǎo)體是疊片。
25. 根據(jù)權(quán)利要求24所述的方法，其中構(gòu)成所述多個磁通量導(dǎo)體的子組的多個疊片由界定所述場磁極鐵芯的一個或一個以上表面的包絡(luò)限定。
26. 根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其中將所述多個磁通量導(dǎo)體附加在一起進(jìn)一步包含將所述多個磁通量導(dǎo)體的所述子組從細(xì)長磁通量導(dǎo)體供應(yīng)牽拉到附加所述細(xì)長 磁通量導(dǎo)體的部分以形成所述場磁極鐵芯的位置， 其中所述細(xì)長磁通量導(dǎo)體具有大于所述場磁極鐵芯的長度的長度。
27. 根據(jù)權(quán)利要求26所述的方法，其中所述供應(yīng)包括許多疊片線軸，所述疊片線軸中 的一者或一者以上具有變化寬度。
28. 根據(jù)權(quán)利要求26所述的方法，其中所述位置包括用于維持所述場磁極鐵芯的近似 橫截面形狀的沖模。
29. 根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其進(jìn)一步包含將所述經(jīng)附加的磁通量導(dǎo)體片沉積到模具中；以及對所述場磁極組件的所述末端進(jìn)行包覆模制以形成所述極面，其中所述模具經(jīng)配置以形成所述極面。
30. 根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其進(jìn)一步包含將極靴組件集成到所述場磁極鐵芯的所述末端以形成所述極面。
31. 根據(jù)權(quán)利要求30所述的方法，其中將所述極靴組件集成到所述場磁極鐵芯的所述 末端包含向所述場磁極鐵芯的所述末端施加包括軟磁復(fù)合物粉末的粘接粘附劑；以及 將所述極靴組件按壓到所述場磁極鐵芯的所述末端。
32. 根據(jù)權(quán)利要求30所述的方法，其中所述極靴組件是帽。
33. —種場磁極組件，其包含附加到彼此的細(xì)長磁導(dǎo)體部分；以及 極面，其形成在所述細(xì)長磁導(dǎo)體部分內(nèi)。
34. 根據(jù)權(quán)利要求33所述的場磁極組件，其中所述細(xì)長磁導(dǎo)體包含電線。
35. 根據(jù)權(quán)利要求33所述的場磁極組件，其中所述細(xì)長磁導(dǎo)體包含-疊片。
36. 根據(jù)權(quán)利要求33所述的場磁極組件，其中所述極面包含 帽。
37. 根據(jù)權(quán)利要求33所述的場磁極組件，其中所述極面包含-偏斜極面邊緣。 一
38. —種根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法形成的場磁極組件。
39. —種制造場磁極組件的方法，其包含選擇磁通量導(dǎo)體作為場磁極鐵芯的構(gòu)成部分；以及從所述場磁極鐵芯形成場磁極組件，所述場磁極組件包括具有成型表面的極面。
40. 根據(jù)權(quán)利要求39所述的方法，其中形成所述場磁極組件包含將所述成型表面形成為大致與弧線共同延伸。
41. 根據(jù)權(quán)利要求39所述的方法，其中選擇所述磁通量導(dǎo)體包含-選擇包括電線作為所述磁通量導(dǎo)體的所述場磁極鐵芯。
42. 根據(jù)權(quán)利要求39所述的方法，其中選擇所述磁通量導(dǎo)體包含選擇包括疊片作為所述磁通量導(dǎo)體的所述場磁極鐵芯。
43. —種用于構(gòu)造用于電動機(jī)器的場磁極組件的方法，所述方法包含將多個電線定位成彼此靠近以形成用于場磁極組件的至少一場磁極鐵芯； 將所述場磁極鐵芯形成為大致直線場磁極鐵芯；以及 在所述場磁極組件的一末端處形成極面，其中所述大致筆直場磁極鐵芯經(jīng)配置以提供在所述極面與所述場磁極組件的另 一末端之間延伸的大致直線通量路徑。
44. 根據(jù)權(quán)利要求43所述的方法，其中將所述多個磁通量導(dǎo)體附加在一起包含將所述多個電線彼此隔離以形成經(jīng)隔離的電線；以及 將所述經(jīng)隔離的電線粘合在一起。
45. 根據(jù)權(quán)利要求44所述的方法，其進(jìn)一步包含-將所述多個電線的至少一子組分離為長度近似于所述場磁極鐵芯的長度以形成 磁通量導(dǎo)體片，其中分離所述多個電線的所述子組是在將所述多個電線附加在一起之前。
46. 根據(jù)權(quán)利要求44所述的方法，其進(jìn)一步包含將所述多個電線的至少一子組分離為長度近似于所述場磁極鐵芯的長度以形成 經(jīng)附加的磁通量導(dǎo)體片，其中分離所述多個電線的所述子組是在將所述多個電線附加在一起之后。
全文摘要
本發(fā)明揭示一種用于生產(chǎn)用于電動機(jī)械的場磁極組件的方法、設(shè)備、制品和系統(tǒng)，尤其用以減少磁通量路徑長度，且用以消除背鐵以增加每單位尺寸(或單位重量)的轉(zhuǎn)矩和/或效率以及降低制造成本。舉例來說，場磁極組件結(jié)構(gòu)可減少磁通量路徑的長度或大致拉直通過所述場磁極組件的那些路徑，或者實現(xiàn)所述兩者。在一個實施例中，一種方法提供了如何構(gòu)造用于電動機(jī)器的場磁極組件。
文檔編號H02N3/00GK101385227SQ200780005327
公開日2009年3月11日 申請日期2007年2月13日 優(yōu)先權(quán)日2006年2月14日
發(fā)明者杰里米·邁爾, 約翰·彼德羅, 肯·沃森 申請人:洛華托奇公司