【発明の詳細な説明】
コイルおよびそれに関連する改良
本発明は、コイルおよびそれに関連する改良に関し、特にコイル構造の形態（
ただしこれに限定されない）に関する。このようなコイルは、インダクタンスの
応用分野、または例えば磁気軸受における磁場作成のための高温コイル、および
航空宇宙産業などの出力対重量比（power to weight）が重要となる様々な応用
分野に適用される。
磁気軸受は、それらの耐用寿命が長く、潤滑剤を必要とせず、摩擦損が少なく
、始動要件（starting requirements）が少ない点で、その他の軸受系に優る利
点を有している。
高温適用分野で磁気軸受を使用することは特に望ましい。タービンの背面軸受
（back bearing）およびジェットエンジンの構成要素としてそれらを設けること
がこのような用途の一例である。
磁気軸受の重要な部分は、物理的に変形させた、磁極を形成する軟磁性材料の
周りに巻き付けた長い導体を設けることである。コイルまたは巻線は、うまく動
作して磁場を形成するためには、いくつかの要件を満たさなければならない。
従来の巻線は、軟磁性材料の周りにそのまま巻き付けた被覆ワイヤ、またはそ
の後に軟磁性材料の磁極を覆うように挿入するキャリア／ボビン上に巻き付けた
被覆ワイヤからなる。しかし高温環境では、巻線は８００℃を超える温度におい
てそれらの構造の完全さを保持しなければならない。残念ながら、銅や銀など、
このような巻線に望ましいほとんどの材料はこの温度で融点に達し、軟化によっ
て構造が変形する。
さらに大きな問題は、このような材料に必要な絶縁被覆に関して生じる。従来
の組立品では、外部絶縁を容易に設けることができる。しかし、従来の絶縁体は
、高温環境に耐えるように設計されていない。様々な形態のセラミック絶縁体を
使用する提案がなされているが、これらは、使用中、およびより重大なことには
巻付け工程自体の期間に、欠けたり割れたりする傾向がある。巻線のために必要
と
するパッキング密度がコイル中への絶縁体の参入を制限することになるので、巻
付けの後に材料の被覆を行うことはできない。材料が絶縁しないで巻き付けられ
た場合には、短絡を防止するのに必要な隙間を維持することも困難となる。
巻付けに関する問題は、コイルを形成する際に様々な層が交差する期間で特に
明かになる。交差部分では、ワイヤにかかる応力およびひずみが他の部分より大
きくなる。巻線の曲げに耐えることができる絶縁および／または腐食防止用の被
覆を設けることは、非常に重要な問題である。
上述のそれらの問題は、インダクタンスの応用分野を含むこのような軸受およ
びその他の電磁気装置の潜在的な適用分野で要求される程度の絶縁および腐食防
止の完全さを得ようとする際に、深刻な障害となる。
従来技術のコイルは、達成できる出力対重量比および／または出力対体積比の
点でも制限される。ある空間内に詰め込むことができる一般に銅となる導体の量
は、導体の形状、絶縁材料、および巻線の形態によって制限される。
本発明の第１の態様によれば、我々は、１つまたは複数の導体路（electrical
conductor path）またはその一部をそれぞれが含む１つまたは複数の部品（ele
ment）を有するコイルであって、ある部品中の導体路またはその一部の少なくと
もかなりの部分が、その部品のそのかなりの部分内のその他の導体路またはその
一部に対して固定された形態で作成されたコイルを提供する。
このようにして形成された導体、または１つまたは複数がこのようにして設け
られた一連の層から形成された導体は、作成後において導体の位置の移動、変形
、あるいは互いに対して相対的に移動はしなという利点がある。その結果として
、構造全体はより剛性になり、より密にパックされ、巻付けを利用する従来技術
の技法で一般に生じる耐食かつ／または絶縁材料の破損が生じにくくなる。それ
ゆえ、本発明のコイルは、巻付けのない工程によって製造され、または巻付けの
ない工程よって製造された１つまたは複数の層から製造される。
導電路は、導電素材から材料を除去することによって作成することができる。
このような材料の除去によって生じた空隙（voids）、またはこのような材料の
除去によって作成された空隙に挿入される材料は、電気絶縁を提供することがで
きる。
これは単一の部片から材料を除去することによって形成されることが好ましい
。
材料は、エッチング、スパーク腐食（spark eroding）、切削、スタンピング
（stamping;プレス加工）、打抜き、ブローチ削り、またはレーザ、プラズマ、
もしくは水ジェット切断（ウオータ・ジェット加工）を含むきりもみ、あるいは
これらの技術の１つまたは複数の組合せによって除去することができる。
導電路は、ある位置に導電性材料を張り付けることによっても作成することが
できる。導電性材料が張り付けられていない位置は、電気絶縁を画定する、また
はこのような電気絶縁を差し込むことができる空隙を提供することができる。
コイルは中央開口を備えることが好ましい。中央開口の断面は直線状にするこ
とができる。軟磁性材料は、使用の際にこの開口内に設けられることが好ましい
。軟磁性材料は、コバルト鉄合金、シリコン鉄、およびニッケル鉄を含めた、純
粋もしくはほぼ純粋なコバルトまたはその合金、あるいは純粋もしくはほぼ純粋
な鉄またはその合金であるとすることができる。軟磁性材料は、中央開口全体を
占めることも、その一部しか占めないこともある。
コイルは、１つまたは複数の層またはスライス（薄片）を含むことができる。
ほぼ平行に配置された複数の層が設けられることが好ましい。３つ以上、好まし
くは８つ以上の層を設けることができる。８から６０個の層、またはそれ以上の
層を設けることができる。２つ以上の層、最も好ましくは最上層および最下層を
除く全ての層、場合によっては全ての層が、一体のブロックから形成されること
が好ましい。
コイルは、個別に作成されてその後コイルに組み立てられる一連の層から形成
することができる。このようなコイル内の各層の間の電気接続は、１つまたは複
数の層の一体部品とすることも、一つずつ設けることもできる。
１つまたは複数の層は、その他の１つまたは複数の層と比べて短い幅および／
または長さを有することができる。最上層および／または最下層は、その他の各
層よりも短い幅および／または長さを有することが好ましい。コイルは、最初の
長さおよび／または幅と比べて短い長さおよび／または幅を有する層を複数備え
ることができる。最初の幅および／または長さを有する層と隣接する、幅および
／または長さの短い層は、その次の幅および／または長さの短い層よりも長い幅
および／または長さを有することができる。その次の幅および／または長さの短
い層は、さらに短い幅および／または長さを有することが好ましい。最初の幅お
よび／または長さを有する層から最後の層まで、層ごとに徐々に短縮することが
できる。
層は、切れ目（cuts）によって互いに分離することが好ましい。切れ目（cuts
）と呼ぶのは、すき間（gaps）や空隙（voids）などと呼ぶのと等価であり、特
にはっきりと記述がない限り、形成方法を意味するものと考えるべきではない。
それら層は、互いにそれぞれ等しい厚さにすることができる。１つまたは複数
の層がその他の１つまたは複数の層と異なる厚さを備えることが好ましい。
最上層に近いかつ／またはそれを含む層は、中間層、および／あるいは最下層
に近いかつ／またはそれを含む層よりも薄くなってもよい。
最下層に近いかつ／またはそれを含む層は、中間層、および／あるいは最上層
に近いかつ／またはそれを含む層より薄くなってもよい。
最も好ましくは、最上層および最下層ならびに／またはそれに隣接する層は、
コイル内の中間層よりも薄い。
隣接する層を、移行部品（transition elements）によって互いに接合するこ
とが好ましい。移行部品を一連の階段（steps）として設けることもできる。移
行部品を互いに整列させて設けることもできる。この整列は軸に対してある角度
に傾かせることで、層の厚さを規定することもできる。移行部品の整列は、この
軸に対して１０°から６０°の角度に傾かせることが好ましい。
移行部品を、これが接続する１つまたは複数の層を一体として備えることもで
きる。これに代わって、移行部品を、これが接続するいずれか１つの層に対する
個別の構成部品として設けることもできる。
移行部品は、コイルの外表面から内部開口に延在することが好ましい。
好ましくは移行部品の１つまたは複数が、また最も好ましくは移行部品の全て
が、ブロックの一部分（a unitary part of the block）に設けられる。
移行部品が１つの層と隣接する層との間に唯一の電気接点を提供することが好
ましい。
１つまたは複数の層が、１つまたは複数のスパイラル（らせん、渦巻き）を備
えることが好ましい。スパイラルは層を貫通するカット（切れ目）によって画定
することが好ましい。スパイラルは同心であることが好ましい。スパイラルは移
行部品を横切って連続し、１つまたは複数の隣接層上に続くことが好ましい。
コイルを２つ以上の層から作成することもでき、各層は、それ自体のまわりに
内側に延びる１つまたは複数のスパイラル路を有する。１つの層におけるスパイ
ラルの側は、隣接する層におけるスパイラルの向かえあわせであることが好まし
い。こうして、１つの層は内側に時計回りにらせん状になり、隣接する層は内側
に反時計回りにらせん状になる。
１つのスパイラルの内端部は、その２つの隣接する層の１つの内端部に接続す
ることが好ましい。スパイラルの外端部は、その２つの隣接する層の１つの外端
部に接続することが好ましい。内側の接続された隣接層と外側の接続された隣接
層とは異なることが最も好ましい。
スパイラルは、互いにほぼ同じ幅および／または深さのものにすることもでき
る。ある層の最内スパイラルおよび／または内側スパイラル、または代替方法と
して、ある層における１つのスパイラルの内側部分は、最も外側のスパイラルお
よび／または外側スパイラル、またはその層のそのスパイラルの外部部分よりも
、大きな幅および／または大きな深さを有することが好ましい。
断面積は、外側スパイラルにおけるよりも内側スパイラルにおける方が、また
はスパイラルの外側部分と比較して内側部分における方が、大きいことが好まし
い。
所定のスパイラルの断面積は、同等の層において隣接する外側スパイラルより
も大きく、同等の層において隣接する内側スパイラルよりも小さいことが好まし
い。同様に、ある層における１つのスパイラルの内側部分を、ある層における外
側部分よりも大きな断面積にすることもできる。
所定の層におけるあるスパイラルの断面積を、１つのスパイラルから次のスパ
イラルへと徐々に変化させることもできる。代替方法として、ある断面積を有す
る第１組のスパイラルに、異なる断面積を有する１つまたは複数のさらなる組の
スパイラルを共に備えることもできる。同様に、ある層における１つのスパイラ
ルの断面積を、スパイラルが内側に進むにつれて徐々に、または代りに段階的に
増加させることもできる。
コイルは最上層、最下層、および１つまたは複数の中間層を備えることが好ま
しい。その最上層および／または最下層はブロックの一体部分であることが好ま
しい。中間層の１つまたは複数、最も好ましくはすべてブロックと一体となるこ
とが好ましい。スパイラルは、最上中間層の始端と最下中間層の終端との間で連
続することが好ましい。
上層は、スパイラルのための一連の先頭位置を備えることもできる。先頭位置
はコイルの１つの縁部に設けられることが好ましい。上層を個別の構成要素とし
て設けることもできる。
最下層は、スパイラルのための一連の末尾部分を備えることが好ましい。末尾
部分をコイルの一縁部に設けることが好ましく、先頭位置と同じ縁部に設けるこ
とは最も好ましい。最下層を個別の構成要素として設けることもできる。
１つのスパイラルの先頭部分に至る導体を設けて、最上層または最下層のいず
れかに通じさせることが好ましい。最上層または最下層のいずれかにおける個別
のスパイラルに通じるさらなる導体を設けることが好ましい。両コネクタが最上
層または最下層のいずれかに接続することが好ましい。２つの導体の間の唯一の
連続電気路が、コイルのスパイラルと層のすべてにわたって延在することが好ま
しい。
最上層における１つまたは複数のコイルの先頭部分は、最下層のあるスパイラ
ルにおける１つの末尾部分に接続することが好ましい。最下層におけるすべての
末尾部分は、最上層における先頭部分に接続することが好ましい。２つの入力コ
ネクタもまた最上層における先頭部分に接続されることが最も好ましい。
末尾部分と先頭部分は、移行路（transition paths）によって互いに接続する
ことが好ましい。移行路は、コイルを形成する単一の部片から提供することが最
も好ましい。移行路を個別の構成要素上に設けることもできる。
移行路は、層の厚さを画定する軸に対して傾斜していることが好ましい。コイ
ルの最外スパイラルの末尾部分は、最上層の最内スパイラルの先頭部分に接続す
ることが好ましい。最下層の最内末尾部分は、最上層の次の層であるが最外先頭
部分の層に接続することが好ましい。順序が交互になることが好ましい。
接続部品は、平行な配置で設けることが最も好ましい。代替方法として、出口
を入口に対して反対側の層に設けることもできる。この実施形態では、連接スト
リップ（細長い部材）（connecting strips）を２組設けて、各組におけるスト
リップは互いに平行であるが相互に傾斜していることが好ましい。
コイルの表面の大部分が、めっきなどの耐食被覆を施されていることが好まし
く、また表面のすべてがそうであることが最も好ましい。被覆にはニッケルまた
はニッケル合金を使用することもできる。
コイルを画定するカット（切れ目）／ギャップ（間隙）は、電気絶縁材料で被
覆されていることが好ましく、電気絶縁材料で充填されていることが最も好まし
い。セラミック絶縁体を使用することもできる。すべての外側表面もまた絶縁す
ることが好ましい。
本発明の第２の態様によれば、我々は、１つまたは複数の導体路またはその一
部をそれぞれ含む１つまたは複数の部品を含むコイルを形成する方法であって、
ある部品中の導体路またはその一部の少なくともかなりの部分が、その部品中で
互いに相対的に固定された構造で作成される、コイル形成方法を提供する。
この方法では、ある部品における導体路（複数も含む）を、使用する前にさら
に付け加えられた構造に作成した後に、曲げたり変形したり応力を加えたり、ま
たは操作する（manoeuvred）ことは全くない。したがって、このようなさらなる
加工によって生ずる通常の損傷は回避される。
導電路（複数も含む）は、導電構成要素から材料を除去することによって作成
することができる。材料の除去によって、導電路（複数も含む）の周囲に電気絶
縁空隙を作成することができる。このようにして導電路は、その使用位置に比較
的長い導電材料部片から作成される。
材料は、切削、スタンピング、エッチング、腐食、スパーク腐食、きりもみ、
ボーリング、ブローチ削り、およびレーザ、プラズマ、水ジェット切断も含み、
またはこれらの技術の１つまたは複数の組合せによって除去することができる。
導電路（複数も含む）は、ある位置に導電性材料を張り付けることによっても
作成することもできる。導電性材料が張り付けられていない位置は、電気絶縁を
画定する。そして、所望の位置に導電性材料を作り付けることによって導電路を
作成することができ、その後、導体はこの場所で使用される。
代替として、および／または追加として、電着などのデポジション（堆積）処
理または印刷処理によって、または鋳造法やインベスト鋳造法などの補充または
代替処理により、部材を構築することもできる。
コイルまたはそのコイルの層に中央開口を備えることが好ましい。これ（開口
）は、単一部片から材料を除去することによって、または選択的な（力や熱の）
印加（selective application）によって形成することもできる。開口は対称形
にすることができる。開口の断面を直線状にすることが好ましい。コイルは軟磁
性コアを備えることもできる。コアを、導体路／層と同時に、または段階的に作
成し、または加えることもできる。
コイルを、一連の層から形成または組み立てることができる。２つ以上、好ま
しくは８つ、２０またはそれ以上の層を設けることもできる。
コイルを、一体の一枚の導体から形成された一続きの層によって形成すること
ができる。代替または追加として、コイルを、２個以上の分離した個別の層から
組み立ててもよく、あるいはその後、電気的に一緒に連結された層の組合せ体か
ら作り上げることもできる。
１つまたは複数の層を、一体の一枚の導体から十分に形成することができる。
その他の個別の層をこれに取り付けることもできる。
層は一連のほぼ平行な、最も好ましくは平行なカット（刻み目）によって輪郭
を定め、または形成することが好ましい。層は互いにそれぞれ等しい厚さにする
ことができる。１つまたは複数の層がその他の１つまたは複数の層と異なる厚さ
を備えることが好ましい。
最上層に近い層および／または最上層を含む層は、中間層および／または最下
層に近い層および／または最下層を含む層よりも薄くなってもよい。
最下層に近い層および／または最下層を含む層は、中間層および／または最上
層に近い層および／または最上層を含む層よりも薄くなってもよい。
最上層および最下層、および／またはそれら層に隣接する層は、コイル内の中
間層よりも薄いことが最も好ましい。
コイルまたはその２つ以上の層が単一の部材から形成される場合には、カット
（刻み目）は、ブロックの１部分または複数部分には手をつけないでそのままに
しておくことが好ましい。各層をそれぞれ他の層に接続する無傷の部分は、その
ままにしておくことが好ましい。カット入っていないその無傷部分はコイルの外
部に設けることが最も好ましい。その無傷部分はブロックの側面の１つに設ける
ことは最も好ましい。これによって、カット（刻み目）の大部分をブロックの厚
さ全体にわたって作ることができる。無傷部分は、作成された様々なカット（刻
み目）の平面を横切って延在することが好ましい。こうして、層はこの段階で互
いに連結されたままになる。
無傷のストリップ／くさびがスライス（薄板）に差し渡されて、ブロックの外
面から中央開口を通過することは好ましい。この無傷のストリップは、層の平面
に対してある角度をなすことが好ましい。
工具による切断手段または切断ビームをブロックの１つまたは複数の側面から
、最も好ましくは外側から差し込んで、層を形成することができる。
隣接する層の間に移行部品を設けることが好ましい。これは無傷のストリップ
中に形成することが好ましい。層間の移行（transition）は、ブロックに対して
、またはこれらの層の１つまたは両方に対して、一体となった部材によって提供
することが好ましい。移行部品は、１つの層の上面を画定するカット（刻み目）
を隣接層の上面を画定するカットに接続することによって、画定または形成する
ことが好ましい。移行部品を、例えばきりもみ、切削、またはブローチ削りによ
って、最も好ましくはブロックの外側から、材料を除去することによって形成す
ることができる。
ある層用の移行部品を、その層の堆積（deposition）と一体的にデポジション
（堆積）することもできる。
ある層と隣接する層との間の移行部品を、これらの層とは別に設けることもで
きる。移行部品を、これらの層の組立てまたは製造の後に設けることもできる。
移行部品は、ブロックの外部から中央開口まで全幅で延在していることが好ま
しい。移行部品は、隣接する層の間の階段移行（step transition）を提供する
。
１つまたは複数の層は、この１つまたは複数の層を通るカットによって画定さ
れる複数のスパイラルまたは部分スパイラルに分割することが好ましい。カット
は、層の平面に対して直角に作られることが好ましい。カットは、最も好ましく
は複数の層の平面に対し直角な方向に、複数の層を貫いて延びていることが好ま
しい。ある層中に形成されたスパイラルは互いに同心であることが好ましい。２
つ以上の隣接する層中のスパイラルは互いに連続していることが好ましい。
スパイラルは最初に、層の２つ以上、好ましくは３つの完成した側面のまわり
に形成することが好ましい。層の一部分が、スパイラル画定カットなしで残され
ることが好ましい。複数の層にわたるブロックの無傷の部分と一体となった層の
一部分を、スパイラル画定カットなしで残すことが最も好ましい。各層に同等の
カットを設けることが好ましい。
コイルを２つ以上の層から製造することができ、各層はそれ自身のまわりに内
側に延びる１つまたは複数のスパイラル路を有し、１つの層におけるあるスパイ
ラルの側は隣接する層におけるスパイラルの反対側である。こうして、１つの層
は内側に時計回りにらせん状になり、隣接する層は内側に反時計回りにらせん状
になる。
この実施形態のコイルは、一連の２つ以上の同等にらせん状をなす層から形成
され、隣接する層は、組立ての前にこれらの長軸のまわりに１８０°回転してい
ることが好ましい。このようにして、１つの層を次の層に対してミラーイメージ
［線対称形］にする（flipping）ことによって、追加的な磁力が確実に生ずる。
１つのスパイラルの内端は、その隣接する層の１つの内端に接続することが好
ましい。１つのスパイラルの外端は、その隣接する層の１つの外端に接続するこ
とが好ましい。隣接層に接続された内側と外側とは異なることが最も好ましい。
隣接する層を、最も好ましくは組立ての後に、溶接またはその他の手段によっ
て相互に接続することもできる。
スパイラルは互いに、ほぼ同じ幅および／または深さにすることができる。あ
る層の最内スパイラルおよび／または内側スパイラル、または代替方法として、
ある層におけるある１つのスパイラルの内側部分を、最も外側のスパイラルおよ
び／または外側スパイラル、またはそのスパイラルの外側部分よりも大きな幅お
よび／または大きな深さを有することが好ましい。
断面積は、外側スパイラルにおけるよりも内側スパイラルにおける方が、また
はスパイラルの外側部分と比較して内側部分が大きいことが好ましい。これは、
放熱が最も困難である内側コイルが、より大きな断面を備えることができるとい
う利点がある。このようにして、コイル全体にわたって銅損が変えられる。これ
は、内部が外部よりも厚い所定の層の内部のスパイラルについても真実である。
こうして、同等の全出力損失に対するより低い温度上昇がもたらされ、コイルに
おける望ましくない「ホットスポット（過早腐食点）」が生ずる。
所定のスパイラルの断面積は、同等の層において隣接する外側スパイラルより
も大きく、かつ同等の層において隣接する内側スパイラルよりも小さくすること
ができる。同様に、ある層におけるスパイラルの外側部分に対向する内側部分に
ついても同様である。これは、１つまたは複数、またはすべてのスパイラルにつ
いて真実である。
所定の層におけるスパイラルの断面は、１つのスパイラルから次のスパイラル
へと徐々に変化させることができる。代替方法として、ある１つの断面を有する
第１組のスパイラルに、異なる断面を有する１つまたはそれ以上の組のスパイラ
ルを一緒に設けることができる。一定の層内を内側に延びるスパイラルについて
も同様である。
特に好ましい実施形態では、複数の層における１つまたは複数の内側スパイラ
ルまたはあるスパイラルの内側部分の幅は、１つまたは複数の外側スパイラルま
たはあるスパイラルの外側部分よりも広く、１つまたは複数の中間層の厚さは、
これに隣接する最上層および／または最下層、および／またはこれに隣接する最
下層および／または最上層の厚さよりも厚い。このようにして、中間層スパイラ
ル、またはコイルの内側に近い部分は、中間層における、外側スパイラル、また
はあるスパイラルの部分よりも、また最上層および／または最下層における同じ
内側スパイラル、またはその部分よりも大きな断面積を有する。最下層および／
または最上層用の外側スパイラルまたはその部分は、このような実施形態では、
より小さな断面を有する。
スパイラルは、使用される電流の流れる方向に対して正方形断面または矩形断
面にすることが好ましい。
スパイラルを画定するカット（切れ込み）は、カッテイング（切断加工）よっ
て、例えばプラズマまたはレーザ光線の適用、またはスパーク腐食、またはツー
ル（切削または切断工具）を挿入することによって、コイルの片側から与えるこ
とが好ましい。
代替方法として、そのスパイラル画定カットを、これらの位置に材料をデポジ
ションしないことによって、または導電材料をデポジションしないことによって
提供することができる。
複数の層におけるカットを、複数の層を貫いて切削することによって提供する
ことが好ましく、これらの層の平面に対して直角に切削することが最も好ましい
。
複数の層における不導体溶着（non-electrical conducting deposition）の位
置は、互いに同等であることが好ましい。
ブロックの中間層を、層全体にわたって延びるスパイラル画定カットと共に提
供することが好ましい。所定の中間層上のスパイラルは、隣接する中間層上の同
等のスパイラルに接続することが好ましい。
スパイラル画定カットを実質上、各層において同等の材料を除去することによ
って提供することが好ましい。１つまたは複数の中間層においてスパイラルを完
成するためのカットを、挿入されるツールまたは切断手段によって形成すること
ができ、または既存のカット、最も好ましくは他の層における既存のスパイラル
画定カットを貫いて提供することができる。挿入されるツール、切断ビーム、ま
たは切断手段は、必要な度合いで挿入または引っ込め、かつ／または１つまたは
複数の層の平面のあたりを旋回し／回転し／弧形を描くことができる。このよう
にして、最上層と最下層に望ましくないカットによって影響を及ぼすことなく、
中間層を機械加工することができる。
最上層と最下層は、層橋移行部分（layer spanning portion）のそのまま無傷
の部分中に延びるスパイラル画定カットを備えることが好ましい。
先頭部分と末尾部分をそれぞれ画定する部分が、最上層と最下層上に設けられ
ることが好ましく、最も好ましくはそのままの層の橋移行部分上に設けられ、最
も好ましくは各スパイラルについて１つである。これらのカットを、ツール、切
断手段、または切断ビームをブロックの所定の側から挿入することによって形成
することができ、先頭部分の側は末尾部分の側と反対である。代替方法として、
選択的デポジションを採用することができる。コイルに導く外部電気接点を、２
つの先頭部分または末尾部分、または各々の１つに接続することは最も好ましい
。
最上層および／または最下層をブロックから一体として形成することが好まし
い。
１つまたは複数の末尾部分を１つまたは複数の先頭部分に接続する移行路を設
けることが好ましい。先頭部分および末尾部分をコイルの縁部に設けることが好
ましい。
そのままの部分に一連のカットをすることによって移行路を形成することが好
ましく、末尾部分を画定するカットと先頭部分を画定するカットとの間に延びる
カットによって形成することは最も好ましい。
移行路を、組み立てられたコイルに取り付けられた１つまたは複数のユニット
によって提供することができる。
移行路画定カットを、平行配置で設けることができ、または代替方法として、
２組のカットであって、各組におけるカットは互いに平行であるが他の組に対し
ては傾斜している２組のカットとして設けることができる。第２の代替方法とし
て、１つの接点をコイルの末尾部分に設けることができ、また他の接点をコイル
の先頭部分に設けることができる。
カットを、端部から外から挿入したツール、切断手段、または切断ビームによ
って形成することが好ましく、代替方法として選択デポジションを使用すること
もできる。
１つまたは複数の移行路、最も好ましくはすべての移行路を、一体部分中に最
も好ましくは最初のブロックの一体部分中に設けることが好ましい。
移行路を、中間層のすべてを通り越して延びるカットによって中間層から分離
することが好ましい。カットを、そのカットの平面内にツール、切断手段、また
は切断ビームを挿入することによって形成することが好ましい。
最上層の最も外側のスパイラルを、最下層の末尾部分から延びる移行路を介し
て、最上層の最内スパイラルの先頭部分に接続することが好ましい。最上層の最
も内側のスパイラルを、最下層の末尾部分から延びる移行面を介して、最上層の
次であるが最外スパイラルに接続することが好ましい。
ある層またはその層の一部分は、支持体（基板）上に導電材料を堆積または配
設することによって形成することができる。支持体は電気絶縁材料を含み、組み
立てられたコイル中に組み込まれることが最も好ましい。
支持層には、導電材料が中に注入される１つまたは複数のギャップまたは開口
を備えることができる。このようなギャップまたは開口は、使用の際に層を隣接
する層に接続するための移行部品を画定する。
導電材料が中に注入される代りのまたは追加のギャップまたは開口は、１つま
たは複数の移行路を画定する。このようにして各層には導電部分を備えることが
でき、導電部分は、組立コイル中に最上層から最下層への移行路を作成するよう
に組み合わされる。
導電材料および／または初期支持体および／または電気絶縁材料を、印刷、ス
クリーン印刷、鋳造、成形、またはインベスト鋳造によって取り入れることがで
きる。
さらなる取外し可能な支持層を支持体の下に設けて、初期支持体内のギャップ
または開口を閉じることもできる。
ある部品の大部分を取って、その中をスパイラルまたはスパイラル部分とする
ことができる。層および／または移行路および／または先頭部分および／または
終端部分の間の移行部品を個別に作成することができる。
この方法が、コイル表面の一部分またはすべてを耐食被覆物によって被覆かつ
／またはめっきすることができることが好ましい。ニッケルまたはその合金を使
用することができる。
この方法が、コイル表面のすべてを絶縁材料によって被覆することができるこ
とが好ましい。カットのすべて、またはその大部分が絶縁材料によって充填され
るのが好ましい。
コイルまたはその一部分に、強磁性めっきを施すことができる。このようなめ
っきは高周波電磁干渉の減衰を促進するために使用され、これは特に誘導子など
の適用分野に関連する。
本発明の第３態様によれば、我々は、本発明の第１態様による、および／また
は本発明の第２態様によって製造された、１つまたは複数のコイルを組み込んだ
装置を提供する。
この装置は電磁装置であることが好ましい。
本発明の第４態様によれば、我々は、本発明の第１態様による、および／また
は第２態様によって製造された１つまたは複数のコイルを組み込んだ磁気軸受シ
ステムを提供する。
本発明の様々な実施形態を、例としてのみ添付の図面を参照して以下に説明す
る。添付の図面において、
図１は、単層スパイラルコイル（渦巻きコイル）を示す図である。
図２は、本発明の一実施形態の準備における初期段階を示す図である。
図３は、図２の第１実施形態の層移行端部の端面図である。
図４は、次の製造段階に続く図２の端面図である。
図５は、さらなる製造段階に続く本発明の斜視図である。
図６は、図５の平面図である。
図７は、本発明の次の段階に続く最上層のみの平面図である。
図８は、コイルの中間層を示す図である。
図９は、コイルの最下層のみの平面図である。
図１０は、さらなる段階の後の層接続端部の部分側面図である。
図１１は、製造のさらに次の段階に続くコイル端部を接続する層の端面図であ
る。
図１２は、最上層の先頭部分におけるフローシーケンスの部分図である。
図１３は、代替実施形態の最上層の先頭部分におけるフローシーケンスの部分
図である。
図１４は、本発明によるコイルの代替実施形態を示す図である。
図１５は、磁極アセンブリにおける図１４のコイルを示す図である。
図１６ａと図１６ｂは、本発明のさらなる実施形態によるコイルの隣接する層
を示す図である。
図１７は、本発明のさらに別の実施形態における組立て段階を示す図である。
図１は、単層スパイラルコイルを示す図である。このような構造は、製造の観
点からは魅力的であるが、含まれる直列巻き回数が比較的少ないので、これは低
電圧高電流の装置にのみ適する。例えば打ち抜き加工（スタンピング）によって
形成された単層スパイラルは、より大規模なコイルのための構築ブロックとして
使用可能である。
図２から図１１までは、さらに多数の連続巻き（series turns）を有する垂直
および水平に細分されたブロックの製造に含まれる段階を示す。
ソリッド（固体）型機械加工コイル（solid machine coil）では、他のコイル
におけるように、重要な点は各層と層の各スパイラルにおける電流の流れの相対
方向が一致していなければならないことである。さらにまた、磁界は互いに加算
し合うのではなく、むしろ互いに減算し合う。従って、電流が１つの層では内側
から外側へらせん状をなして流され、それから次の層では外側から内側へらせん
状をなして流されるコイルは、結果的にひどく弱められたかまたは完全に相殺さ
れた磁界を生ずる。従って、製造のための多くの容易な形状が、機能しないため
に排除されている。
本発明は、銅などの導体の単一ブロック（塊状体）１からコイルを製造する。
ブロックは所期の外部周面を備えており、中央開口３が除去される。この開口３
は使用状態において軟磁性材料のコアにより占められる。
次いで、図２に示すようなこの基本形状は、一連の平行スリット５によって切
られる。スリットは中央開口３を貫通してほとんどの方向に切り離される。ただ
し、端部分７は単一ブロックとして残されるので、カット５によって画定される
スライス９のすべてが一緒に連結されることになる。図２において破線で外形が
描かれている更に別の単一ブロック１１もそのまま残される。したがって、この
傾斜したウェッジ（くさび）１１も、この段階でスライス９の各々を一緒に連結
する。傾斜したウェッジ１１を図３にさらに明確に図示する。
製造工程の次の段階の結果を図４に示す。この段階で穴をドリルであけ、また
は穴をブローチ削りあけ、またはウェッジ１１中に穴を導入することで、図示す
るように、右側の部分における各カット５を左側の部分における下のカット５に
接続させるようにする。こうして作成された開口１３の結果として、移行面がウ
ェッジ１１中でスライス９の間に降順に形成される。こうして右側の部分におけ
る各スライスは、左側の部分におけるその下のスライスと段を介して接続される
。
図２に示すように、総括区域１５が「スパイラルの先頭」として取り扱われる
場合は、最上スライスの部分１７と最下スライスの部分１９は事実上余分であっ
て、これらは除去することができる。これらの部分が除去されたコイルの斜視図
を図５に示す。
図５はまた、製造工程の次の段階を示す。この段階において、各スライス９は
、コイルの深さ全部にわたって下方に貫通する垂直カットによって、一連の同心
スパイラル２１に分割される。これらの垂直カットはウェッジ１１を通って下向
きに貫通するが、コイルの他端では、これらカットは選択された位置にのみ作成
される。
これらのカットのその選択の性質は図６に最もよく図示されている。図６は図
５のコイルの平面図であり、垂直カットによって提供される同心スパイラル２１
を明確に示している。ウェッジ１１中にあけられた最上穴によって形成された移
行面２３も明確に示されている。コイルの他端では、部分７がそのまま残されて
いる。多数のカットが、部分７の区域内部に垂直に様々な位置で作成される。同
心スパイラル２１はそれぞれ、内側に曲がった部分２５を備えている。一連の全
深垂直カット２７も中央のストリップを通って設けられている。したがって各ス
ライス９は、部分７を有する三角形状の中実部分（solid area）２９を伴って残
され、部分７はさらにこれらの部分２９の各々を接続し、その結果すべてのスラ
イス９を一緒に連結する。
次の段階は、様々な方法でスライスに段差をつける。最上スライス９は、同心
スパイラル２１の各々のための一連の先頭位置３１を備えている。図７には、最
上層９のみが、平面図で、先頭１５から移行面２３まで示され、移行面２３にお
いて最上スライス９は次のスライス９に降下する。先頭部３１は、最上スライス
９を貫通するだけの一連の垂直カット３３によって形成されている。
図７の最上スライスと図９の最下スライスとの間のスライスを、図８に配置図
によって示す。これは、右側のスライス９とより低い左側のスライス９で構成さ
れるコイルを含む単一スライスを示し、これら２つは、図４に示すように移行面
２３によって互いに接続されている。このように、どの所定のスパイラル２１も
、右側のスライス９に沿って通り、それから移行面２３を形成する材料を通って
降下し、同じスパイラル２１ではあるが、より低い位置へと続く。
左側のスライス９は回って続き、右側のスライス９の下を通って、下で次のス
ライスを形成しと、以下同様である。
したがって、介在するスライス９は、比較的簡単な方法で下向きにらせん形と
なる一連の同心コイルを構成する。
スパイラル２１の連続するという性質は、各側に転向部分２５を画定するカッ
トに対しカット２７を連結するために設けた一連の垂直カット３５によって提供
される。これらのカット３５は、図７の最上スライスと図９の最下スライスとを
除き、スライスの各々を貫いて提供される。これらのカットを形成するためのア
クセス（接近方法）は、転向部分２５と中央カット２７を形成するカットによっ
て達成される。これらは、スパーク腐食装置などを挿入し所望の程度に動かすこ
とで許容される。
図８に示すタイプのスライスは、先に検討したタイプの別の移行面２３におい
て、図９の最下のスライスと連結する。移行面２３から、同心スパイラル２１の
各々は回って、予め形成された転向部分２５に続く。最上層と同様に、一連のカ
ット３７が介在されて、終端部分７に連結された末尾部分３８を形成する。した
がって、これらのカット３７は上の層における連続スパイラルと干渉することは
ない。
この段階で、終端部分７はなおも連続的にすべてのスライス９を一緒に連結す
る。したがって図１０に示すように、全幅の垂直カット３９が介入されて、中間
スライス９のすべてを終端部分７から分離する。しかしながら、図７の最上スラ
イスと図９の最下スライスはまだ部分７に連結している。したがって、この段階
に続いて、中間スライス９が移行面２３においてのみ、上および／または下の次
のスライスに連結されている。しかしながら最下スライスはいまだ部分７に連結
されているので、その結果最上スライスに連結されている。
しかしながら部分７は、ここでさらにカットされて、図９の最下スライスにお
ける１つのスパイラル２１の終端と図７の最上スライスにおける別のスパイラル
２１との間の不連続な接続を提供する。これを達成するためのカットを図１１に
示しているが、この図はこの正面の端面図である。一連の平行な傾斜カット４１
が、部分７の端面と予め導入されたカット３９の間に設けられる。その結果、一
連の傾斜ストリップ４３が得られ、各ストリップは図９における末尾部分３８を
最上スライス上の先頭部分３１に連結する。
カット４１は、図示するように、全体的に傾斜させることもでき、こうしてこ
れらの最上部と最下部において、先頭部分３１／末尾部分３８の画定を助ける。
代替方法として、傾斜バット（butts）4１は、部分７における先頭部分３１／末
尾部分３８を画定する垂直カットの端部の間に延在することもできる。
最上スライスにおける最外スパイラル２１は、区域１５、先頭部分３１、入口
において始まり、コイルの最上スライスの外側に沿って移行面２３に進み、ここ
で次の下のスライスの外側に降下する。これは、図９に示す最下スライス上の外
側スパイラルの端部に達するまで連続する。この部分は、図１１の右側の最も傾
斜したストリップ４３上の点４９に該当する。このストリップは図７の最上スラ
イスに戻ってつながり、ここでスパイラル２１の最内部の先頭に連結する。次に
このスパイラルは、図９の最下スライスに達するまで、移行面２３によって様々
なスパイラルを通って進み、この最下スライスにおいて最内スパイラルの端部に
おいて終わる。ここからスパイラルは移転されて、もう一度最上スライスに戻る
。
最上スライスの先頭部分３１を通る電流の通過順序を図１２に示す。ここで電
流は最上スライスに供給され、スパイラルＡを通じて流れる。最下スライスから
電流はスパイラルＢに、それからスパイラルＣに、そしてスパイラルＤ〜Ｊに順
次戻される。電流がスパイラルＪに降下した後に最下スライスに達すると、電流
はもう一度出口５０に沿ってスパイラルから出される。
ストリップの構造を最小限の簡略化した図１３に示す代替実施形態では、最終
ストリップは最上層に設けられた出口Ｉに戻る。重複ゾーン６０が出口Ｉを他の
スパイラルから分離する。
このカッティング加工処理の結果得られる配置構成は、結果として、すべてが
正確な順序で連結された追加磁力を提供する多数のスパイラルコイルとなる。
コイルの構成要素を分離する様々なカットは、その様々なカット内に流体形状
の材料を差し込むことによって、絶縁体を備えることができる。作成されたすべ
てのカットにわたって被覆が確実に連続するように、様々な工法を与えることが
できる。次に絶縁材料をその最終形状に乾燥または硬化させて、高い絶縁度を提
供することができる。セラミック絶縁の前に、耐食めっきによって最終アセンブ
リを事前被覆することは望ましい。
それから、完全に形成されたコイルを、開口３のすべてまたは一部を占める軟
磁性コア上に位置決めして、使用のために接続することができる。
図１４に示すコイル形状は、隣接する磁極が一様でないギャップを備えた磁気
軸受のための、磁極配置構成において使用するのに特に有利なコイルを提供する
。図１５に示すように、磁極１０２間のギャップ１００は、軸区域１０４に向か
ってかなり小さくなっている。図１４のコイル１０６はこのような構造に順応す
るが、最大の巻き回数とパッキング率（収納効率）を提供する。コイル１０６は
、磁極１０２間のより大きな一定ギャップに対応する一連の層１０８によって形
成される。軸１０４により近い連続する層１１０は、段階的に小さくなる幅を有
し、これは磁極１０２間の小さくなるギャップに対応する。
多くのスパイラルの部分をその上に有する層を形成する代りに、個別の層を個
別のスパイラルとして形成することが可能である。図１６ａは、コイルの外側か
ら内側へのスパイラル導体が図示された、１つの層を図示している。実際には、
軟磁性材料のために中央開口が設けられるが、これはこの実施形態の形態ではそ
の方法をとるものではない。図１６ａの層における導体路の配列によれば、これ
によって発生した磁力は矢印によって反時計回りに図示されている。
同じ配置におけるコイルを有するこの層に、コイルにおける次の層が接続され
たとすれば、磁力は反対方向に発生して相殺効果を伴うことになる。しかしなが
ら、次の層がレイアウトで第１層と同等のバージョンを示すが、裏返すことによ
って１８０°回転している場合には、図１６ａの層の中央部分を、溶接部または
この層の間に延びる他の導体２００によって、図１６ｂの隣接する層に接続す
ることができる。こうして、電流は１つの層の中央部分から隣接する層の中央部
分へ通じることができる。
電流は、溶接部２０２によって図１６ａの層に供給され、コイルの外側を降下
して例えばその下の層に流れる。同じく、図１６ｂのコイルの外側はその上の層
に、さらなる溶接部２０４によって接続されている。このように交互に配置され
、中央において上の層に接続され、外側において下の層に接続された一連の層は
、その中に多くのスパイラル巻き回数を有する複合構造を作成することができ、
さらに各層が中実であるという性質の利点をすべて維持している。
中実のブロックまたは層から材料を除去することによりコイルまたはそのコイ
ルの個別の層を製造するための代替方法として、デポジション法によって個別の
層を形成することが可能である。このようにして、多数の部分スパイラルからな
る層、隣接する層にあるスパイラルの他の部分、または代替方法として図１６に
示すような各スパイラルからなる一連の層の部分を製造することができる。材料
を例えば、電着し、インベストメント鋳造し、急速プロトタイプ法によって提供
し、またはスクリーン印刷することができる。その製造工程に、例えば超音波を
補助として適用することで、材料または絶縁物によるモールド／鋳型の吸収をさ
らに促進することができる。
急速プロトタイプ法では、適切な位置において樹脂を硬化させることができる
。セラミックインクまたは金属インクを使用して構成部分を形成することができ
る。
軟磁性材料またはその他のコア材料を同時に供給またはデポジションすること
ができる。
スクリーン印刷法の使用は特に好ましい。導電材料を所定の層のために必要な
形状にデポジションして、離散的な導体路およびギャップ／カットを提供するこ
とができる。図１７に側面図として示す実施形態では、絶縁材料の層３０２が設
けられている。これはまた、支持基板３００上にスクリーン印刷することによっ
て形成することもできる。絶縁材料の層３０２は所望の形状で設けることができ
るが、欠けたストリップ３０４を伴っている。
次いでこの構造に、スクリーン印刷法によって導電層３０６を付着させること
ができる。印刷法適用の入念な制御によって、確実に、絶縁材料３０２上の導電
材料の層３０６を設けると共に、導電材料３０６の部分３０８も絶縁材料３０２
のギャップ３０４中に延在させる。導電材料のこの溝穴部材３０８は実際に、図
４における中実の切削されたコイルについて図示されているように、１つの層か
ら次の層に下がる移行部を提供する。ストリップ３０４は、コイルの外側から、
使用の際に軟磁性材料が入れられる中央開口まで延びている。導電材料３０６に
おける別のギャップ３１０が電流路を確保する。
望むならば、この構造にさらなる段階を適用して、例えば導電材料層中の様々
なスパイラル部分の間のカット３１０中に絶縁材料を導入することができる。こ
のようにして、完全な絶縁がスクリーン印刷法によっても提供される可能性があ
る。
先に概説した様式で千鳥配列された部分３０８を有し、支持体３００が除去さ
れた一連のこのタイプの層を、互いに積み重ねて全体のコイルを提供することが
でき、このコイルにおいて、導体路は１つの層の外側を回って、次いで降下して
順に下の各層の外側を回る。
最下層における外側導体の端部から最上層上の最内スパイラル開始点への戻り
路は、上記のタイプの移行路のブロックをコイルの一端または側部に取り付ける
ことによって設けることができる。こうして、非常に多くの巻き回数を有する連
続スパイラルが提供される。
インベストメント鋳造法などのような他の工法も、本発明によるコイルの製造
のために考えられる。インベストメント鋳造法の工法では、最初にコイル構造を
、絶縁材料のために望まれる必要なギャップを伴って、ワックスまたはプラスチ
ック材料で画定し、次いで絶縁セラミックを、その位置に完全に吸収させるよう
にその構造中に導入することができる。こうして、導入された溶融導電材料を溶
融することによって、ワックス／プラスチックを導電材料に置き換えることがで
きる。
本発明の固体型機械加工コイルは、特に高温適用分野およびパワーに対する重
量が重要である適用分野のために、ワイヤ巻きコイルに優る大きな利点を提供す
る。
高温適用分野は、主に温度の上昇によって銅中に生ずる比抵抗の増加による銅
損の大きな増加を伴う。巻線ワイヤ中に含まれる応力とひずみは、ニッケルなど
のめっき材料の使用を排除する。したがって、既存のワイヤ巻き構造では、銅ワ
イヤの周りにニッケル被覆を施して、成形工程中のその完全性を維持し、使用中
に腐食／銅損を防ぐことが必要である。これは結果として、原料によるコストお
よび被覆された製品に伴う製造コストの大きな上昇となるばかりでなく、得られ
るコイルの容積中に存在する銅の容積の大きな減少を来すことになる。
一方、固体型機械加工コイルは、保護めっきの薄い層を容易に導入することが
できる完全な完成品を提供する。次に続く工程を必要とせず、したがって、従来
の技術における巻線に伴う応力とひずみのレベルは回避される。この結果、より
低廉な腐食防止と銅におけるより大きな容積が得られる。
同様な要素が絶縁被覆の準備に適用される。適当な絶縁被覆をセラミック材料
によって提供することができる。巻付け工程において負わされる応力とひずみは
、達成可能な巻き半径をさらに減少させ、多くの場合において巻付け中にチッピ
ングまたは絶縁部に対するその他の損傷が生ずる結果となる。したがって、内部
構造の信頼性は大きく低下する。
しかしながら固体型機械加工コイルは再度、次の取扱いにおいて比較的応力と
ひずみのない完成された構造に絶縁部を導入する機械を提供する。したがって高
度の絶縁が可能になる。
適用できる絶縁と適当な材料の選択のレベルも、本発明によって大きく上昇す
る。巻付け技法は、巻付け工程に耐えるために十分に柔軟性があるセラミック被
覆を必要とする。このような要件は本発明によっては負わされない。さらに性能
が強化される。
セラミック絶縁体またはその他の非高分子絶縁体も、放射性環境において有利
である。ポリマーは、ポリマーストランド（より線）に対する損傷によってこの
ような場所では比較的急速に腐朽する。セラミックは高度の絶縁と長い耐用寿命
を提供する。
軟磁性材料またはその他の磁場に寄与する材料を、絶縁材料中に提供または分
散することもできる。これは絶縁を壊すことなく達成される。
コイルに適用されるパッキング率は、銅損の抑制および／または所望の力を生
じさせるために必要なコイルの全質量において重要な性質である。従来の技術の
機械における典型的な巻線コイルは４０〜５０％程度のパッキング係数を達成す
る。この係数は、このような材料のコイルを作る場合の困難性によって高温適用
分野のためにセラミック被覆ワイヤおよび／またはクラッドが必要な場合には、
潜在的に低下する。一方、固体型機械加工コイルはパッキングにおいて非常に大
きな改良を提供する。８０％に達するパッキング率が本発明によって実現可能と
なる。
コイルおよびその適用分野を主として磁場の準備に関連して論じたが、このコ
イルは誘導のための使用を含むその他の適用分野にも適する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Coils and related improvements
The present invention Regarding coils and related improvements, In particular, the form of the coil structure (
However, the present invention is not limited to this). Such a coil Of inductance
Application areas, Or a high-temperature coil, for example for creating a magnetic field in a magnetic bearing, and
Various applications where power to weight is important, such as in the aerospace industry
Applies to the field.
Magnetic bearings Their service life is long, No need for lubricant, Low friction loss
, With few starting requirements, Advantages over other bearing systems
Have a point.
It is particularly desirable to use magnetic bearings in high temperature applications. Turbine rear bearing
(Back bearing) and providing them as components of the jet engine
Is an example of such an application.
An important part of magnetic bearings is Physically deformed, Soft magnetic material that forms the magnetic pole
To provide a long conductor wound around it. The coil or winding is Works well
To create a magnetic field, Several requirements must be met.
Conventional windings Coated wire wound directly around soft magnetic material, Or that
Wrapped around a carrier / bobbin that is inserted to cover the magnetic pole of soft magnetic material after
Consists of a covered wire. However, in a high temperature environment, Winding temperature is over 800 ℃
Must maintain the integrity of their structure. Unfortunately, Copper and silver,
Most desirable materials for such windings reach their melting point at this temperature, By softening
The structure is deformed.
The bigger problem is This occurs with respect to the required insulation coating for such materials. Conventional
In the assembly, External insulation can be easily provided. But, Conventional insulators
, Not designed to withstand high temperature environments. Various forms of ceramic insulator
There have been suggestions to use it, They are, In use, And more importantly
During the winding process itself, It tends to chip or crack. Required for winding
When
Packing density will limit the entry of insulators into the coil, roll
No coating of the material can take place after application. Material is wound without insulation
If It is also difficult to maintain the gap required to prevent short circuits.
The problem with winding is Especially when the various layers intersect when forming the coil
It becomes clear. At the intersection, Stress and strain on the wire is greater than elsewhere
It will be good. Insulation and / or corrosion protection that can withstand winding bending
Providing a cover This is a very important issue.
Those problems mentioned above, Such bearings and applications, including inductance applications,
Insulation and corrosion protection to the extent required in the potential application areas of
When trying to achieve perfection, Serious obstacles.
Prior art coils are: Achievable power-to-weight and / or power-to-volume ratios
Also limited in point. The amount of copper conductor that can be packed into a given space
Is Conductor shape, Insulating material, And the shape of the winding.
According to a first aspect of the present invention, we, One or more electrical tracks
conductor path) or one or more parts (ele
ment). At least some of the tracks or parts thereof in a component
But also a considerable part, Other conductor tracks within that substantial part of the part or its
Provide a coil made in a fixed form for a part.
The conductor thus formed, Or one or more provided in this way
A conductor formed from a series of layers, After creation, move the position of the conductor, Deformation
, Alternatively, there is an advantage that they do not move relative to each other. As a result
, The whole structure becomes more rigid, Packed more closely, Conventional technology using winding
The corrosion resistance and / or breakage of the insulating material generally caused by the technique of the above is hard to occur. It
Therefore, The coil of the present invention Manufactured by a process without winding, Or winding
Manufactured from one or more layers manufactured by no process.
The conductive path is It can be created by removing material from a conductive material.
Voids created by the removal of such materials, Or of such material
The material inserted into the void created by the removal, Can provide electrical insulation
Wear.
This is preferably formed by removing material from a single piece
.
the material is, etching, Spark eroding, Cutting, Stamping
(Stamping; Press working), Punching, Broaching, Or laser, plasma,
Or, cutting including water jet cutting (water jet processing) Or
It can be removed by one or a combination of one or more of these techniques.
The conductive path is It can also be made by attaching conductive material to a certain location.
it can. Where the conductive material is not attached, Defining electrical insulation, Also
Can provide a void into which such electrical insulation can be inserted.
Preferably, the coil has a central opening. The cross section of the central opening should be straight
Can be. The soft magnetic material is Preferably provided in this opening during use
. The soft magnetic material is Cobalt iron alloy, Silicon iron, And nickel iron, Pure
Pure or nearly pure cobalt or its alloys, Or pure or almost pure
Iron or an alloy thereof. The soft magnetic material is The entire central opening
Occupy, Sometimes they occupy only a part.
The coil is It can include one or more layers or slices.
Preferably, a plurality of layers arranged substantially in parallel are provided. 3 or more, Preferred
Alternatively, eight or more layers can be provided. 8 to 60 layers, Or more
Layers can be provided. Two or more layers, Most preferably, the top and bottom layers
All layers except In some cases, all layers Being formed from an integral block
Is preferred.
The coil is Formed from a series of layers that are created individually and then assembled into coils
can do. The electrical connection between each layer in such a coil is One or more
It can be an integral part of several layers, It can also be provided one by one.
One or more layers Shorter width and / or compared to one or more other layers or layers
Or it can have a length. The top and / or bottom layers are Each other
Preferably it has a shorter width and / or length than the layer. The coil is the first
Comprising a plurality of layers having a length and / or width shorter than the length and / or width
Can be Adjacent to a layer having an initial width and / or length, Width and
And / or the shorter layer Width greater than the next shorter width and / or length layer
And / or have a length. The next shorter width and / or length
Layer is Preferably, it has a shorter width and / or length. First width
And / or from the layer having the length to the last layer, Can be gradually reduced for each layer
it can.
The layers are Preferably, they are separated from one another by cuts. Cuts
Is called This is equivalent to calling them gaps or voids, Special
Unless explicitly stated in It should not be considered as meaning the method of formation.
The layers are Each can have the same thickness. One or more
Preferably has a different thickness than one or more other layers.
The layer close to and / or including the top layer, Middle layer, And / or bottom layer
And / or thinner than a layer containing it.
The layer near and / or including the bottom layer is Middle layer, And / or top layer
And / or thinner than the layer containing it.
Most preferably, The top and bottom layers and / or the layers adjacent thereto are:
Thinner than the middle layer in the coil.
Adjacent layers, Joined together by transition elements
Is preferred. The transition piece may be provided as a series of steps. Transfer
The row components can also be provided aligned with one another. This alignment is at an angle to the axis
By tilting The thickness of the layer can also be specified. The alignment of the transition parts this
Preferably, it is inclined at an angle of 10 ° to 60 ° with respect to the axis.
Transition parts, It may have one or more layers to connect
Wear. Instead, Transition parts, To which one layer this connects
It can also be provided as a separate component.
The transition parts are Preferably, it extends from the outer surface of the coil to the inner opening.
Preferably, one or more of the transition pieces is And most preferably all of the transition parts
But, Provided in a unitary part of the block.
Preferably, the transition piece provides only one electrical contact between one layer and an adjacent layer.
Good.
One or more layers One or more spirals (helix, Swirl)
Is preferably obtained. Spiral is defined by a cut through the layer
Is preferred. The spirals are preferably concentric. Spiral moves
Continuous across row parts, Preferably, it continues on one or more adjacent layers.
The coil can be made from two or more layers, Each layer is Around itself
It has one or more spiral paths extending inward. Spy in one layer
Ral's side Spiral facing in adjacent layers is preferred
No. Thus, One layer spirals clockwise inward, Adjacent layers are inside
Spirals counterclockwise.
The inner end of one spiral is Connect to the inner end of one of its two adjacent layers
Preferably. The outer end of the spiral The outer edge of one of its two adjacent layers
It is preferable to connect to the section. Inner connected adjacent layer and outer connected adjacent layer
Most preferably it is different from the layer.
The spiral is Can be of approximately the same width and / or depth of each other
You. Innermost spiral and / or inner spiral of a layer, Or with alternative methods
do it, The inner part of one spiral in one layer is Outermost spiral
And / or outer spiral, Or more than the outer part of that spiral in that layer
, Preferably, it has a large width and / or a large depth.
The cross section is In the inner spiral than in the outer spiral, Also
Is better in the inner part compared to the outer part of the spiral, Larger is preferred
No.
The cross section of a given spiral is From adjacent outer spirals in equivalent layers
Is also big, Preferably smaller than the adjacent inner spiral in the same layer
No. Similarly, The inner part of one spiral in one layer, Outside in one layer
The cross-sectional area may be larger than the side portions.
The cross-sectional area of a spiral in a given layer is One spiral to the next spa
It can be gradually changed to Iral. As an alternative, Has a certain cross-sectional area
The first set of spirals One or more further sets of different cross-sectional areas
A spiral can also be provided. Similarly, One spiral in one layer
The cross-sectional area of Gradually, as the spiral moves inward, Or alternatively step by step
It can also be increased.
The coil is the top layer, The bottom layer, And preferably comprises one or more intermediate layers.
New Preferably, the top and / or bottom layer is an integral part of the block.
New One or more of the intermediate layers, Most preferably all should be integral with the block
Is preferred. The spiral is The link between the beginning of the top middle layer and the end of the bottom middle layer
It is preferable to continue.
The upper layer There can also be a series of leading positions for the spiral. Start position
Is preferably provided at one edge of the coil. The upper layer is a separate component
Can also be provided.
The bottom layer is It is preferred to have a series of tails for the spiral. end
Preferably, the part is provided at one edge of the coil, Be provided on the same edge as the head position.
Is most preferred. The bottom layer can also be provided as a separate component.
Providing a conductor to the beginning of one spiral, Top or bottom
It is preferable to let them know. Individual at either the top or bottom layer
It is preferred to provide further conductors leading to the spirals of. Both connectors are top
It is preferable to connect to either the layer or the bottom layer. The only one between the two conductors
A continuous electrical path It is preferable to extend over all of the spirals and layers of the coil
New
The top of one or more coils in the top layer is Spiral with bottom layer
It is preferable to connect to one end of the file. All at the bottom
The last part is It is preferable to connect to the head part in the uppermost layer. Two input ports
Most preferably, the nectar is also connected to the top portion of the top layer.
The tail and head are Connected to each other by transition paths
Is preferred. The transition path is It is best to provide from a single piece forming the coil
Is also preferred. The transition path can also be provided on a separate component.
The transition path is Preferably it is inclined with respect to the axis defining the thickness of the layer. Koi
The last part of the outermost spiral is Connect to the top of the innermost spiral on the top layer
Preferably. The innermost tail of the bottom layer is The next layer after the top layer, but the outermost top
It is preferable to connect to the partial layer. Preferably the order is alternating.
Connection parts are Most preferably, they are provided in a parallel arrangement. As an alternative, exit
Can be provided on the layer opposite the inlet. In this embodiment, Articulated strike
Set up two sets of lips (connecting strips) Strikes in each group
Preferably, the lips are parallel to each other but are mutually inclined.
Most of the surface of the coil It is preferable to have a corrosion-resistant coating such as plating
And Most preferably also all of the surfaces are. Nickel or
Can use a nickel alloy.
The cut / gap that defines the coil is Covered with an electrically insulating material
Preferably overturned, Most preferably filled with electrically insulating material
No. Ceramic insulators can also be used. All outer surfaces should also be insulated.
Preferably.
According to a second aspect of the present invention, we, One or more conductor tracks or one of them
A method of forming a coil including one or more components each including a portion,
At least a substantial part of a conductor track or part thereof in a part is In that part
Created with structures fixed relative to each other, A method for forming a coil is provided.
in this way, Conductor path (including multiple parts) in a part Before use
After creating the structure added to Bending, deforming, applying stress, Ma
It is never manoeuvred. Therefore, Such further
Normal damage caused by processing is avoided.
The conductive path (including a plurality) Created by removing material from conductive components
can do. By removing the material, Electrical interruption around the conductive path (s)
Edge voids can be created. In this way, the conductive path Compare to its use position
Made from a long piece of conductive material.
the material is, Cutting, Stamping, etching, corrosion, Spark corrosion, Kirimomi,
Bowling, Broaching, And laser, plasma, Including water jet cutting,
Alternatively, it can be removed by one or more combinations of these techniques.
The conductive path (including a plurality) By attaching a conductive material to a certain position
Can also be created. Where the conductive material is not attached, Electrical insulation
Define. And Build conductive paths at desired locations by building conductive material
Can be created, afterwards, The conductor is used at this location.
Alternatively, And / or additionally, Deposition process such as electrodeposition
Processing or printing process, Or replenishment such as casting method or investment casting method or
By alternative processing, A component can also be constructed.
Preferably, the coil or a layer of the coil is provided with a central opening. This (opening
) By removing material from a single piece, Or selective (of power or heat)
It can also be formed by selective application. Opening is symmetric
Can be It is preferable that the cross section of the opening is linear. The coil is soft magnetic
A sex core may also be provided. Core, At the same time as the conductor track / layer, Or work in stages
And Or you can add.
Coil It can be formed or assembled from a series of layers. Two or more, Like
Or eight, Twenty or more layers can be provided.
Coil Formed by a series of layers formed from a single piece of conductor
Can be. Alternatively or additionally, Coil From two or more separate individual layers
May be assembled, Or then A combination of layers electrically connected together
You can also build from.
One or more layers It can be formed sufficiently from a single piece of conductor.
Other individual layers can also be attached to this.
The layers are a series of nearly parallel, Most preferably contoured by parallel cuts (notches)
, Or it is preferable to form. Layers should be of equal thickness to each other
be able to. One or more layers have a different thickness than the other one or more layers
It is preferable to provide
Layers close to and / or including the top layer Middle layer and / or bottom
It may be thinner than the layers close to and / or including the bottom layer.
The layer near the bottom layer and / or the layer including the bottom layer is Middle layer and / or top
It may be thinner than a layer close to the layer and / or including the top layer.
Top and bottom layers, And / or layers adjacent thereto are: Inside the coil
Most preferably, it is thinner than the interlayer.
When the coil or two or more layers thereof are formed from a single member, cut
(Notches) Leave one or more parts of the block untouched
It is preferable to keep it. The intact part connecting each layer to the other layer, That
It is preferable to leave it. The intact part without the cut is outside the coil
Most preferably, it is provided in the part. The intact part is provided on one of the sides of the block
Is most preferred. by this, Most of the cuts (notches) are block thickness
Can be made throughout. The intact part is Various cuts created (engraved
Preferably, it extends across the plane of the eye. Thus, The layers are interchanged at this stage.
Will remain connected.
An intact strip / wedge is passed over the slices, Outside the block
It is preferred to pass through the central opening from the plane. This intact strip is Layer plane
It is preferable to make an angle with respect to.
Tool cutting means or cutting beam from one or more sides of the block
, Most preferably from the outside, Layers can be formed.
Preferably, a transition piece is provided between adjacent layers. This is an intact strip
It is preferable to form it inside. The transition between layers is Against the block
, Or for one or both of these layers, Provided by integrated components
Is preferred. The transition parts are Cuts that define the upper surface of one layer
By connecting to the cut that defines the top surface of the adjacent layer, Define or form
Is preferred. Transition parts, For example, Cutting, Or by broaching
What Most preferably from outside the block, Formed by removing material
Can be
Transition parts for one layer Deposition integrated with the deposition of the layer
(Deposition).
The transition piece between one layer and the adjacent layer, It can be provided separately from these layers
Wear. Transition parts, It can also be provided after assembly or manufacture of these layers.
The transition parts are It preferably extends the full width from the outside of the block to the central opening.
New The transition parts are Provide a step transition between adjacent layers
.
One or more layers Defined by a cut through this one or more layers
Is preferably divided into a plurality of spirals or partial spirals. cut
Is It is preferably made perpendicular to the plane of the layer. The cut is Most preferred
Is perpendicular to the plane of the layers, It preferably extends through multiple layers
New Preferably, the spirals formed in a layer are concentric with each other. 2
Preferably, the spirals in one or more adjacent layers are continuous with one another.
Spiral first, Two or more of the layers, Preferably around the three finished sides
It is preferable to form it. Part of the layer Spiral demarcation left without cut
Preferably. Layers integrated with the intact part of the block across multiple layers
Part of Most preferably, it is left without a spiral-defined cut. Equivalent to each layer
Preferably, a cut is provided.
The coil can be manufactured from two or more layers, Each layer is within itself around
One or more spiral paths extending to the side, One spy in one layer
The side of the lull is the opposite side of the spiral in the adjacent layer. Thus, One layer
Spirals clockwise inward, Adjacent layers spiral inward counterclockwise
become.
The coil of this embodiment is Formed from a series of two or more equally spiral layers
And The adjacent layer is Rotate 180 ° around these long axes before assembly.
Preferably. In this way, Mirror image of one layer to the next
By flipping to [Line symmetric], Additional magnetic forces are reliably generated.
The inner end of one spiral is It is preferable to connect to the inner end of one of its adjacent layers.
Good. The outer end of one spiral is Connect to the outer edge of one of its adjacent layers
Is preferred. Most preferably, the inside and outside connected to adjacent layers are different.
Adjacent layers, Most preferably after assembly, By welding or other means
Can be connected to each other.
The spirals are each other It can be about the same width and / or depth. Ah
Innermost spiral and / or inner spiral of the layer, Or, alternatively,
The inner part of one spiral in one layer, The outermost spiral and
And / or outer spiral, Or wider than the outer part of the spiral
And / or preferably have a large depth.
The cross section is In the inner spiral than in the outer spiral, Also
It is preferable that the inner part is larger than the outer part of the spiral. this is,
The inner coil where heat dissipation is the most difficult Can have a larger cross section
There are advantages. In this way, The copper loss is varied throughout the coil. this
Is The truth is also true for spirals inside certain layers where the inside is thicker than the outside.
Thus, Lower temperature rise for equivalent total power loss, Coil
Undesirable "hot spots" (premature corrosion points) occur.
The cross section of a given spiral is From adjacent outer spirals in equivalent layers
Is also big, And smaller than the adjacent inner spiral in the same layer
Can be. Similarly, On the inner part of the layer opposite the outer part of the spiral
The same applies to the case. this is, One or more, Or all spirals
And true.
The cross section of the spiral in a given layer is One spiral to the next spiral
Can be changed gradually. As an alternative, Has a certain cross section
In the first set of spirals, One or more sets of spirals with different cross sections
Can be provided together. Spiral extending inside a certain layer
The same is true for
In a particularly preferred embodiment, One or more inner spirals in multiple layers
Or the width of the inner part of a spiral One or more outer spirals
Or wider than the outer part of one spiral, The thickness of one or more intermediate layers is
An adjacent top and / or bottom layer, And / or the nearest neighbor
Thicker than the thickness of the lower and / or uppermost layers. In this way, Mid-layer spiral
, Or the part near the inside of the coil, In the middle layer, Outer spiral, Also
Than some spiral parts Also the same in the top and / or bottom layers
Inner spiral, Or it has a larger cross-sectional area than that part. Lowermost layer and / or
Or the outer spiral or its part for the top layer, In such an embodiment,
It has a smaller cross section.
The spiral is Square section or rectangular section for the direction of current flow
Preferably, it is a plane.
The cut that defines the spiral is Cutting (cutting)
hand, For example, application of plasma or laser beam, Or spark corrosion, Or two
Tools (cutting or cutting tools) Give from one side of the coil
Is preferred.
As an alternative, The spiral demarcation cut, Deposit material at these locations
By not doing Or by not depositing conductive material
Can be provided.
Cut in multiple layers, Delivered by cutting through multiple layers
Preferably, Most preferred to cut at right angles to the plane of these layers
.
Position of non-electrical conducting deposition on multiple layers
The installation is It is preferred that they are equivalent to each other.
The middle layer of the block, Provided with a spiral-defined cut that extends over the entire layer
It is preferable to provide. The spiral on a given middle layer is Same on adjacent middle layer
It is preferable to connect to a spiral such as
The spiral demarcation cut is practically By removing equivalent material in each layer
Is preferably provided. Complete the spiral in one or more intermediate layers
Cut to make Forming by an inserted tool or cutting means
Can be Or an existing cut, Most preferably an existing spiral in another layer
It can be provided through a defined cut. Tools to be inserted, Cutting beam, Ma
Or cutting means, Insert or withdraw to the required degree, And / or one or
It is possible to pivot / rotate / arc around the plane of the layers. like this
And then Without affecting the top and bottom layers by unwanted cuts,
The middle layer can be machined.
The top and bottom layers are The layer spanning portion remains intact
It is preferred to have a spiral demarcated cut extending into the part.
The parts that define the beginning and end, respectively, On the top and bottom layers
Preferably Most preferably on the bridge transition of the intact layer, Most
Also preferably one for each spiral. These cuts, tool, Off
Cutting means, Or formed by inserting a cutting beam from the predetermined side of the block
Can be The head side is opposite to the tail side. As an alternative,
Selective deposition can be employed. External electrical contacts leading to the coil, 2
One leading or trailing part, Or connecting to each one is most preferred
.
Preferably, the top and / or bottom layers are formed integrally from the block
No.
Provide a transition path connecting one or more tails to one or more heads.
Preferably. It is preferable to provide the leading and trailing parts at the edge of the coil.
Good.
It is preferable to form a transition path by making a series of cuts on the same part.
Thank you, Extends between the cut that defines the tail and the cut that defines the head
Most preferably, it is formed by cutting.
The transition path One or more units attached to the assembled coil
Can be provided by
Transition road demarcation cut, Can be provided in a parallel arrangement, Or, alternatively,
Two sets of cuts, The cuts in each set are parallel to each other, but
In addition, two sets of inclined cuts can be provided. The second alternative is
hand, One contact can be provided at the end of the coil, Also coil other contacts
At the beginning.
Cut, Tools inserted from the outside from the end, Cutting means, Or by cutting beam
It is preferable to form Using selective deposition as an alternative
Can also.
One or more transition paths, Most preferably all transitions, The most part of the
Also preferably, it is provided in an integral part of the first block.
The transition path Separated from middle layer by cuts extending through all of the middle layer
Is preferred. Cut, Tool in the plane of the cut, Cutting means, Also
Is preferably formed by inserting a cutting beam.
The outermost spiral of the top layer, Via a transitional path extending from the end of the bottom layer
hand, It is preferable to connect to the head of the innermost spiral of the uppermost layer. The top layer
The inner spiral, Through a transition surface extending from the tail of the bottom layer, Top layer
Next, it is preferable to connect to the outermost spiral.
A layer or part of a layer Deposit or distribute conductive material on the support (substrate)
It can be formed by providing. The support comprises an electrically insulating material, Braid
Most preferably, it is incorporated into a standing coil.
In the support layer, One or more gaps or openings into which conductive material is injected
Can be provided. Such gaps or openings are Adjacent layers for use
Define the transition piece for connecting to the desired layer.
Instead or additional gaps or openings into which the conductive material is injected, One
Or define multiple transition paths. In this way, each layer can have a conductive part.
Can, The conductive part is Create a transition path from top to bottom in the assembly coil
Is combined with
Conductive material and / or initial support and / or electrically insulating material; printing, S
Clean printing, casting, Molding, Or can be taken by investing casting
Wear.
Providing a further removable support layer below the support, Gap in the initial support
Alternatively, the opening can be closed.
Take most of the parts, Make it spiral or spiral part
be able to. Layers and / or transitions and / or heads and / or
The transition parts between the end parts can be created individually.
This way, Part or all of the coil surface is covered with a corrosion resistant coating and
Preferably, it can be plated. Use nickel or its alloy
Can be used.
This way, Make sure that the entire coil surface can be covered with insulating material.
Is preferred. All of the cut, Or most of it is filled with insulating material
Preferably.
Coil or part of it Ferromagnetic plating can be applied. Like this
Is used to promote the attenuation of high frequency electromagnetic interference, This is especially for inductors
Related to the field of application.
According to a third aspect of the present invention, we, According to a first aspect of the present invention, And / or
Was produced according to the second aspect of the invention, Incorporates one or more coils
Provide equipment.
This device is preferably an electromagnetic device.
According to a fourth aspect of the present invention, we, According to a first aspect of the present invention, And / or
Is a magnetic bearing system incorporating one or more coils manufactured according to the second aspect.
Provide a stem.
Various embodiments of the present invention The following description is given by way of example only with reference to the accompanying drawings.
You. In the attached drawings,
FIG. It is a figure showing a single-layer spiral coil (a spiral coil).
FIG. FIG. 3 is a diagram showing an initial stage in preparation for an embodiment of the present invention.
FIG. FIG. 3 is an end view of a layer transition end of the first embodiment in FIG. 2.
FIG. FIG. 3 is an end view of FIG. 2 following the next manufacturing stage.
FIG. FIG. 4 is a perspective view of the invention following a further manufacturing step.
FIG. FIG. 6 is a plan view of FIG. 5.
FIG. FIG. 7 is a plan view of only the top layer following the next step of the present invention.
FIG. It is a figure showing an intermediate layer of a coil.
FIG. It is a top view of only the lowermost layer of a coil.
FIG. FIG. 11 is a partial side view of the layer connection end after a further step.
FIG. FIG. 9 is an end view of a layer connecting the coil ends following a further stage of manufacture.
You.
FIG. FIG. 9 is a partial view of a flow sequence at the top of the top layer.
FIG. Part of flow sequence at top of top layer of alternative embodiment
FIG.
FIG. FIG. 4 shows an alternative embodiment of a coil according to the invention.
FIG. FIG. 15 illustrates the coil of FIG. 14 in a pole assembly.
16a and 16b Adjacent layers of coil according to a further embodiment of the invention
FIG.
FIG. FIG. 9 is a view showing an assembling stage in still another embodiment of the present invention.
FIG. It is a figure showing a single layer spiral coil. Such a structure View of manufacturing
Attractive in point, Since the number of series winding included is relatively small, This is low
Only suitable for high voltage and high current devices. For example, by stamping
The formed single-layer spiral is As a building block for larger coils
Can be used.
From FIG. 2 to FIG. Vertical with more series turns
And the steps involved in the manufacture of horizontally subdivided blocks.
In a solid type machine coil, Other coil
As in The important point is the relative current flow in each layer and each spiral in the layer.
That is, the directions must match. Furthermore, Magnetic fields add to each other
Instead of Rather subtract each other. Therefore, Current inside one layer
From the outside in a spiral, Then the next layer spirals from outside to inside
The coil flowing in the shape Resulting severely weakened or completely offset
Resulting in a magnetic field. Therefore, Many easy shapes for manufacturing, Does not work
Has been eliminated.
The present invention The coil is manufactured from a single block (block) 1 of a conductor such as copper.
The block has the expected outer circumference, The central opening 3 is removed. This opening 3
Is occupied by a core of soft magnetic material in use.
Then This basic shape as shown in FIG. Cut by a series of parallel slits 5
Can be The slit is cut through most of the direction through the central opening 3. However
And Since the end part 7 is left as a single block, Defined by cut 5
All of the slices 9 will be connected together. In FIG. 2, the outline is indicated by a broken line.
The further single block 11 depicted is also left intact. Therefore, this
The inclined wedge (wedge) 11 At this stage, connect each of the slices 9 together
I do. The inclined wedge 11 is more clearly illustrated in FIG.
The result of the next stage of the manufacturing process is shown in FIG. Drill a hole at this stage, Also
Drills a hole in the broach, Or by introducing a hole in the wedge 11, Illustrated
Like Each cut 5 in the right part becomes the lower cut 5 in the left part
Make it connect. As a result of the opening 13 thus created, The transition surface is c
It is formed in descending order between the slices 9 in the edge 11. So in the right part
Each slice Connected to the slice below it in the left part via a stage
.
As shown in FIG. General area 15 is treated as "head of spiral"
If Section 17 of the top slice and section 19 of the bottom slice are virtually redundant.
hand, These can be removed. Perspective view of the coil with these parts removed
Is shown in FIG.
FIG. 5 also shows Shows the next stage in the manufacturing process. At this stage, Each slice 9
, With a vertical cut that penetrates down the entire depth of the coil, Series of concentric
It is divided into spirals 21. These vertical cuts go down through wedge 11
Through At the other end of the coil, These cuts are made only at selected locations
Is done.
The nature of that selection of these cuts is best illustrated in FIG. Figure 6
5 is a plan view of the coil No. 5, Concentric spiral 21 provided by vertical cut
Is clearly shown. The transfer formed by the top hole drilled in wedge 11
The row surface 23 is also clearly shown. At the other end of the coil, Part 7 is left intact
I have. Many cuts, It is created at various positions vertically inside the area of the part 7. same
Each of the heart spirals 21 An inwardly curved portion 25 is provided. A whole series
A deep vertical cut 27 is also provided through the central strip. Therefore, each
Rice 9 Remaining with a triangular solid area 29 with the part 7
And Part 7 further connects each of these parts 29, As a result all
The chairs 9 are connected together.
The next stage is Step the slices in various ways. The top slice 9 Concentric
It has a series of head positions 31 for each of the spirals 21. In FIG. Most
Only upper layer 9 In the plan view, Shown from the top 15 to the transition surface 23, On transition surface 23
The top slice 9 descends to the next slice 9. The head part 31 Top slice
9 is formed by a series of vertical cuts 33 which only penetrates.
The slice between the top slice of FIG. 7 and the bottom slice of FIG. Figure 8 shows the layout
Indicated by this is, Consists of right slice 9 and lower left slice 9
Showing a single slice containing the coil to be These two are Transition surface as shown in FIG.
23 are connected to each other. in this way, Any given spiral 21
, Go along slice 9 on the right, Then through the material forming transition surface 23
Descend, Although it is the same spiral 21, Continue to a lower position.
Slice 9 on the left continues around, Go under slice 9 on the right, The next switch below
When rice is formed, The same applies hereinafter.
Therefore, The intervening slice 9 Spiral down in a relatively simple way
A series of concentric coils are constructed.
The continuous nature of spiral 21 A bracket defining a turning portion 25 on each side
Provided by a series of vertical cuts 35 provided to connect the cuts 27 to the
Is done. These cuts 35 The top slice in FIG. 7 and the bottom slice in FIG.
Except Served through each of the slices. The steps to make these cuts
Access (access method) The cut forming the diverted portion 25 and the central cut 27
Achieved. They are, Insert a spark corrosion device and move it to the desired degree.
And is acceptable.
A slice of the type shown in FIG. On another transition surface 23 of the type discussed earlier
hand, Connect to the bottom slice in FIG. From transition surface 23, Concentric spiral 21
Each goes around, Following the preformed turning portion 25. Like the top layer, Set of mosquitoes
The cut 37 is interposed, Forming a tail portion 38 connected to the end portion 7. did
So, These cuts 37 do not interfere with the continuous spiral in the upper layer
Absent.
At this stage, The end portion 7 still connects all the slices 9 together continuously
You. Therefore, as shown in FIG. A full width vertical cut 39 is interposed, Middle
Separate all of slice 9 from end portion 7. However, Top slur in Fig. 7
The chair and the bottom slice of FIG. 9 are still connected to part 7. Therefore, This stage
Followed by, The intermediate slice 9 only at the transition plane 23, Next above and / or below
Are connected to slices. However, the bottom slice is still connected to part 7
Has been As a result, it is linked to the top slice.
However, part 7 Here it is further cut, In the bottom slice of FIG.
7 and another spiral in the top slice of FIG.
21 to provide a discontinuous connection. The cut to achieve this is shown in FIG.
Shows, This figure is an end view of the front. A series of parallel inclined cuts 41
But, It is provided between the end face of the part 7 and the cut 39 previously introduced. as a result, one
A series of inclined strips 43 is obtained, Each strip has a tail 38 in FIG.
It is linked to the top part 31 on the top slice.
Cut 41 As shown You can also tilt it as a whole, In this way
At the top and bottom of these, Help define the leading portion 31 / ending portion 38.
As an alternative, Inclined butt 41 Leading part 31 / end in part 7
It can also extend between the ends of the vertical cut defining the tail portion 38.
The outermost spiral 21 in the top slice is Area 15, Head part 31, entrance
Starts at Along the outside of the top slice of the coil to the transition surface 23, here
To descend outside of the next lower slice. this is, Outside on the bottom slice shown in FIG.
Continue until the end of the side spiral is reached. This part The most inclined right side of FIG.
This corresponds to the point 49 on the slanted strip 43. This strip is the top
Return to the chair and connect, Here, the spiral 21 is connected to the innermost head. next
This spiral is Until you reach the bottom slice in Figure 9, Various depending on the transition surface 23
Through the spiral At the end of the innermost spiral in this bottom slice
And finish it. From here the spiral is relocated, Return to top slice again
.
FIG. 12 shows the passing order of the current passing through the leading portion 31 of the uppermost slice. Here
The stream is fed to the top slice, Flows through spiral A. From the bottom slice
The current is in spiral B, Then to Spiral C, And in order of spiral D ~ J
It is returned next. When the current reaches the bottom slice after dropping to spiral J, Current
Is again exited from the spiral along exit 50.
In an alternative embodiment shown in FIG. 13 with a minimal simplification of the structure of the strip, Final
The strip returns to the outlet I provided on the top layer. The overlap zone 60 connects exit I to another
Separate from spiral.
The arrangement resulting from this cutting process is: as a result, All
The result is a number of spiral coils that provide the additional magnetic force coupled in the correct order.
The various cuts that separate the components of the coil Fluid shape in its various cuts
By inserting the material of An insulator can be provided. Everything created
To ensure that the coating is continuous across all cuts Can give various construction methods
it can. The insulating material is then dried or cured to its final shape, Offers high insulation
Can be offered. Before ceramic insulation, Final assembly by corrosion resistant plating
It is desirable to pre-coat the cells.
then, Completely formed coil, Soft occupying all or part of the opening 3
Position on the magnetic core, Can be connected for use.
The coil shape shown in FIG. Magnets with gaps where adjacent poles are not uniform
For bearings, Provides a coil that is particularly advantageous for use in a pole configuration
. As shown in FIG. The gap 100 between the magnetic poles 102 is To axis area 104
It is quite small. The coil 106 of FIG. 14 adapts to such a structure.
But Provides maximum winding number and packing rate (storage efficiency). Coil 106
, Formed by a series of layers 108 corresponding to a larger constant gap between the poles 102
Is done. A continuous layer 110 closer to the axis 104 With a width that gradually decreases
And This corresponds to a decreasing gap between the magnetic poles 102.
Instead of forming a layer with many spiral parts on it, Individual layers
It can be formed as another spiral. FIG. Outside the coil
The spiral conductor to the inside is shown, One layer is illustrated. actually,
A central opening is provided for the soft magnetic material, This is the form of this embodiment.
It does not take the method. According to the arrangement of the conductor tracks in the layer of FIG. this
The generated magnetic force is shown counterclockwise by arrows.
In this layer with coils in the same arrangement, The next layer in the coil is connected
If so, The magnetic force is generated in the opposite direction and has a canceling effect. But
Et al., The next layer shows a version equivalent to the first layer in the layout, By turning over
Is rotated 180 °, The central part of the layer of FIG. Weld or
With another conductor 200 extending between this layer, Connect to adjacent layers in FIG. 16b
Can be Thus, Current flows from the center of one layer to the center of an adjacent layer
You can get to the minute.
The current is Supplied by the weld 202 to the layer of FIG. Descend outside coil
Then, for example, it flows to the layer below it. Similarly, The outer side of the coil of FIG.
To It is connected by a further weld 204. Are arranged alternately like this
, Connected to the upper layer in the center, A series of layers connected to the lower layer on the outside
, A composite structure having a large number of spiral windings can be created therein,
In addition, all the advantages of the solid nature of each layer are maintained.
By removing material from the solid block or layer, the coil or its coil
As an alternative method for producing individual layers of Individual method by deposition method
It is possible to form a layer. In this way, From a lot of spirals
Layer Other parts of the spiral in adjacent layers, Or as an alternative in FIG.
A series of layer portions consisting of each spiral as shown can be produced. material
For example, Electrodeposited, Investment casting Provided by rapid prototype method
And Or can be screen printed. In the manufacturing process, For example, ultrasound
By applying as a supplement, Absorption of mold / mold by material or insulator
Can be further promoted.
In the rapid prototype method, Resin can be cured at the right position
. Components can be formed using ceramic ink or metal ink
You.
Simultaneous supply or deposition of soft magnetic material or other core material
Can be.
The use of a screen printing method is particularly preferred. Conductive material required for a given layer
Deposit into shape, Provide discrete tracks and gaps / cuts
Can be. In the embodiment shown as a side view in FIG. A layer 302 of insulating material is provided.
Have been killed. This is also By screen printing on the support substrate 300,
It can also be formed. The layer of insulating material 302 can be provided in any desired shape.
But With a missing strip 304.
Then, in this structure, Depositing conductive layer 306 by screen printing
Can be. With careful control of the application of printing methods, certainly, Conduction on insulating material 302
Providing a layer of material 306; Portion 308 of conductive material 306 is also insulating material 302
In the gap 304 of FIG. This slot member 308 of conductive material is actually Figure
As shown for the solid cut coil in FIG. One layer
Provide a transition down to the next layer. Strip 304 From outside the coil,
It extends to a central opening in which the soft magnetic material is placed in use. For the conductive material 306
Another gap 310 in the connection secures the current path.
If you want Applying further steps to this structure, For example, in the conductive material layer
An insulating material can be introduced into the cut 310 between the various spiral portions. This
Like Complete insulation may also be provided by screen printing.
You.
Having a staggered portion 308 in the manner outlined above; Support 300 removed
A series of layers of this type Can be stacked together to provide the entire coil
Can, In this coil, The tracks run around one layer outside, Then descend
Go around each layer below in turn.
Return from the end of the outer conductor on the bottom layer to the start of the inner spiral on the top layer
The road is Attach a transition block of the above type to one end or side of the coil
Can be provided. Thus, A run with a very large number of turns
A continuous spiral is provided.
Other construction methods, such as investment casting, Production of coils according to the invention
Considered for. In the investment casting method, First, the coil structure
, With the necessary gaps desired for the insulating material, Wax or plastic
Material, Then the insulating ceramic, So that it is completely absorbed in that position
Can be introduced into the structure. Thus, Dissolves the introduced molten conductive material
By melting By replacing wax / plastic with conductive material
Wear.
The solid-type machining coil of the present invention comprises: Especially for high temperature applications and power
For applications where quantity is important, Provides significant advantages over wire wound coils
You.
High temperature application fields Copper mainly due to the increase in specific resistance in copper caused by temperature rise
With a large increase in losses. The stress and strain contained in the wound wire are Nickel, etc.
Eliminate the use of plating materials. Therefore, In the existing wire winding structure, Copper
Apply a nickel coating around the ear, Maintaining its integrity during the molding process, In use
It is necessary to prevent corrosion / copper loss. This results in Raw material costs
As well as a significant increase in manufacturing costs associated with the coated product, Obtained
A large reduction in the volume of copper present in the volume of the coil.
on the other hand, Solid machining coil Easy introduction of a thin layer of protective plating
Provide a complete finished product that can. Without the need for a subsequent step, Therefore, Conventional
The stress and strain levels associated with windings in the technique of U.S. Pat. As a result, Than
Inexpensive corrosion protection and a larger volume in copper are obtained.
Similar factors apply to the preparation of the insulation coating. Suitable insulation coating on ceramic material
Can be provided by The stress and strain imposed in the winding process
, Further reducing the achievable winding radius, Chips are often used during winding
Or other damage to the insulation. Therefore, internal
The reliability of the structure is greatly reduced.
However, solid machining coils are again Relatively stress and
A machine for introducing insulation into a completed structure without distortion. Therefore high
Degree of insulation becomes possible.
The level of applicable insulation and the choice of suitable materials are also Greatly increased by the present invention
You. The winding technique is A ceramic coating that is flexible enough to withstand the winding process
Need a cover. Such a requirement is not imposed by the present invention. Further performance
Is strengthened.
Ceramic insulators or other non-polymeric insulators, Advantageous in radioactive environments
It is. The polymer is Damage to the polymer strands (strands)
It rots relatively quickly in such places. Ceramic has high insulation and long service life
I will provide a.
Soft magnetic materials or other materials that contribute to the magnetic field Provided or insulated in insulating material
Can be scattered. This is achieved without breaking the insulation.
The packing rate applied to the coil is Reduce copper loss and / or generate desired force
This is an important property in the total mass of the coil required for resizing. Conventional technology
Typical wound coils in machines achieve packing factors on the order of 40-50%
You. This factor is High temperature application due to difficulties in making coils of such materials
If you need ceramic coated wire and / or cladding for your field,
Potentially degraded. on the other hand, Solid machining coils are very large in packing
Provide better improvements. Packing rate up to 80% can be realized by the present invention
Become.
Although the coil and its field of application were mainly discussed in relation to the preparation of the magnetic field, This
IL is also suitable for other applications, including use for guidance.
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フロントページの続き
(81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ，
ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，Ｌ
Ｕ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ
，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，
ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，Ｓ
Ｄ，ＳＺ，ＵＧ，ＺＷ)，ＥＡ(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，Ｆ
Ｉ，ＧＢ，ＧＥ，ＧＨ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＳ，ＪＰ
，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，
ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，Ｍ
Ｗ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ
，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，
ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＷ
(72)発明者 ハウエ，デイヴィッド.
英国 エス11 ９アールエー シェフィー
ルド エックサル パークヘッド ロード
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(81) Designated countries EP (AT, BE, CH, DE,
DK, ES, FI, FR, GB, GR, IE, IT, L
U, MC, NL, PT, SE), OA (BF, BJ, CF)
, CG, CI, CM, GA, GN, ML, MR, NE,
SN, TD, TG), AP (GH, KE, LS, MW, S
D, SZ, UG, ZW), EA (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, F
I, GB, GE, GH, HU, ID, IL, IS, JP
, KE, KG, KP, KR, KZ, LC, LK, LR,
LS, LT, LU, LV, MD, MG, MK, MN, M
W, MX, NO, NZ, PL, PT, RO, RU, SD
, SE, SG, SI, SK, SL, TJ, TM, TR,
TT, UA, UG, US, UZ, VN, YU, ZW
(72) Inventor Howe, David.
UK S11 9 R.A.Shephy
Ludo Eksal Parkhead Road
49