JP2000515360A - 空間を最適に利用した層状の巻線のある多相電気機械 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 これまでに知られた導体レーンの重なりをもつ層状の巻線は、溝の空間利用の効率がよくないか、製作が難しいかのどちらかであった。さらに、巻線オーバーハング内の電流密度が一様に分布されていない。（本発明で）公開された多相導体層はエヤーギャップの表面から同じ距離に配置された同一形状の導体レーンから構成されいる。溝内に積み重ねられた導体層は、巻線オーバーハングの空間の使用にあたり相互に補完的な役目を果たし、その空間内で溝の幅全体において逆方向に電流を発生させる。電流密度の一様な分布と効率の高い空間利用が、溝の中の層に対して層状の巻線オーバーハングを溝の深さ方向に層の高さの半分だけずらすことにより達成されている。各導体レーンは、巻線オーバーハングを通過する際、２個の巻線オーバーハングを占め、巻線オーバーハングの外側の接合部分のほぼ中央で層間の移行が起こるようになる。一つおきの導体層が互いに接続される。空間を最適に利用した層状の巻線を装備したモーターや発電機は、高い効率と電力密度で特徴づけられる。

Description

【発明の詳細な説明】 空間を最適に利用した層状の巻線のある多相電気機械 発明の背景 １． 発明の使用範囲 この発明は、層状の巻線のある多相電気機械、およびそのような機 械の製造工程に関するものである。 ２． 従来の技術についての説明 接合の経路を短くし、導体の断面積を大きくすることによって、巻 線オーバーハングの空間を有効に利用すると、出力密度および効率を増加させる のに望ましい状況を実現できる。 溝の深さ方向に積み重ねられた長方形断面のある導体層から構成さ れる層状の巻線を使用する方法により、高いスペースファクターの実現が可能で あるが、その製造方法には問題が残る。 DE-AS 1,005,611に説明の３層を成す巻線では、３つの層がすべて 別々の角度で軸側に向かって折り曲げられている。 DE-AS 1,025,058では、溝バーのある単層の回転子巻線が知られて いるが、交差の問題が、溝バーを片側だけでその高さ全体にわたり軸側に向かっ て折り曲げ、隣接した溝バーの先端を必ず別の形状になるように設計することに より解決されている。 さらに、半径を曲げる必要のない予め組立てられた部品から構成さ れる層状巻線が知られている。たとえば、DE 41 25 044 C2には、巻線オーバー ハングの導体断面積が変化する多相導体層が説明されている。ここで、異なった 設計をもつ導体の数は相の数に相当しており、こうすることで巻線オーバーハン グの空間内で電流の分散が一様になる。 DE 42 34 145 C1に説明されている層状の巻線では、異なった相の 導体レーンが巻線オーバーハング内で互いに溝の深さ方向に曲げられ、これによ りヨークの前方の空間が活用されている。したがって、導体の長さは、溝の深さ に依存し、また別の相の導体レーンは別の設計となる。 DE 43 21 236 C1では、より合わせられた導体レーンで特徴づけら れる層状の巻線が知られている。２重の層の導体レーンは、それぞれ別々には製 造することはできない。数多くの個々の部品から構成された導体層は、結合する 前に、それらの最終的な位置に配置しておく必要がある。 本発明の目的は、重なりのある導体レーンのある多相電気機械を、 接合経路を短くする方法により改善するところにあり、巻線内での完全かつ一様 な空間の利用が、可能な限り最低の製造コストで達成されている。 発明の要約 この発明によれば、この目的は請求項１の特性により達成される。 この発明によれば、導体層のすべての導体レーンは同一形状である。巻線オーバ ーハングで、導体レーンの一部分は溝の長さ方向および溝の幅方向に同時に並べ られている。それぞれの溝は、異なった層にあるこれら２つの部分から構成され る巻線オーバーハング内を通過し、また巻線オーバーハングのこれらの層は、溝 の中にある層に対して、溝の深さ方向に導体の高さの半分だけ位置をずらせて設 置する。 溝の中の層から巻線オーバーハング内の層への移行は、導体の高さ が維持されながら連続的な移行として起こることが望ましい。巻線オーバーハン グが通過する度毎に、導体レーンは巻線オーバーハングの次層の上に移行する。 斜めになった第２の部分に続いて、第２の移行により、同様に層の高さの半分だ けその導体レーンが元の溝の層に戻る。従って、２つの移行領域が、層が溝の深 さ方向に変化する間にカバーされる距離を互いに補正しあっている。 その一方、巻線オーバーハングの外側の層が変化するとき導体層が 変化している場合には、層の変化および第２の巻線オーバーハングの通過もまた 最初の移行同様、溝の深さ方向に発生する。ここで、隣接した層でなく、常に 一つおきの導体層に連続して切り換えられる。溝の中に積み重ねられた導体層は 、オーバーハング内で溝の幅に対して反対方向に電流を発生させる。これらの導 体層は同じ相に属しており、巻線オーバーハングの外側で直列同様に並列にも切 り換わることができる。 導体の形状は、その導体の断面に変化をつけることが必要ないため 、導体レーンも同一断面の既成ワイヤーを変形することにより製造できる。同一 形状の曲折した導体部品も単体の焼結または鋳造部品として製造でき、半径を曲 げる必要がない。導体の断面積が比較的大きい場合、導体部品は落し鍛造などに より全く同一の寸法に予め組み立てられた同一形状の多数の導体要素で組み立て られることが望ましい。導体層の結合は、絶縁が施される前に電子ビームまたは レーザービームなどにより達成される。 この発明の利点を活かした実施例を図に示す。 図に対する簡単な説明 図１は、１磁極ピッチ分の導体の形状に相当する導体要素を示す。 図２は、２個の導体要素を結合したものを示す。 図３は、４つの磁極ピッチを含む、重ねあわせた２個の３相を成す 導体層を直線化したものの切り取り図を示す。 図４は、３相の４層からなる層状巻線をリニアモーターの溝付きの 軟質磁性体に挿入する過程を３つの切取り図で示したものである。 望ましい実施例の詳細な説明 図１で、直線化された形状で示された導体要素(1)は、導体レーン を同一の導体要素に最小に分割したものに相当する。両端(2)および(9)は、巻線 オーバーハングの外側表面である。この標準的な形状は、７つの小部分に分割で き、このうち中央の部分(5-6)が溝の中に配置される。溝を通過した後、導体レ ーンはいわゆる移行領域(4-5)および(5-6)に、溝の長さ方向および溝の深さ方向 に同時に続き、それぞれの移行部分は、中央の部分の両側を溝の深さと反対方向 に導体の高さの半分に相当する分だけをカバーする。従って、(3-4)および(7-8) は、巻線オーバーハング内にエヤーギャップ表面まで距離を異にして配置される 。これらは、溝の長さおよび深さ方向に進んでいる。導体要素(1)の端には、次 の層に移行するときに導体の断面積が狭くなるのを防ぐために、溝の長さ方向に 延長部(2-3)および(8-9)が付けられている。 図２に示すように、この移行は、同一形状の２個の導体要素(10a,b )が巻線オーバーハングの外側に溝の深さ方向に重ねられたときに起こる。移行 の位置(11)において溝の深さ方向にカバーされる距離は、２つの移行領域(12a,b )により導体層内で補正される。この方法で接続された溝(13a,b)内の部分は、エ ヤーギャップ表面までの距離が同じである。巻線オーバーハング内で斜めの部分 (14a,b)および(15a,b)もそれぞれこのエヤーギャップに平行な層内に配置されて いる。したがって、常に導体層は積み重ねられた２つの巻線オーバーハング層と 、巻線オーバーハング層が溝の層に対して層の高さの半分だけずらされて設置さ れている１つの溝の層から構成されている。 導体層だけが、それ自体の溝の層を占有する一方、２つある巻線オ ーバーハング層のそれぞれは、隣接する導体層のどちらかと共有される。この層 のデザインは図３に、積み重ねられた２つの３相導体層(20,21)の４磁極ピッチ から構成される切取り図として示している。２つの導体層は、３つの巻線オーバ ーハング層(22a-c)を共有しており、全体で中央のオーバーハング層(22b)を完全 に充填している。さらに、溝の中に積み重ねられた導体層(20,21)は、巻線オー バーハング(23a,b)内に溝の幅とは反対方向に電流を流す。各導体層は同一形状 の導体レーン(24-29)で構成され、その数は相の数に対応しており、それぞれ異 なったハッチングで示している。 図４では、４層の巻線(30)をリニアモーターの溝付きの軟質磁性体 (35)に挿入する過程が連続した３つの作業工程で示されている。図4aは、図３と 類似しているが、下にある２つの導体層(31,32)が小型のパッケージを形成して おり、図4bではこれに第３の導体層(33)が追加され、図4cでは、最も上にくる層 が迫加されている。したがって、各層の導体レーンは、個別に、あるいは機能す る状態に整ったパッケージとして溝付きの軟質磁性体(35)に挿入できる 。開放状態の溝(36)は、軟質磁性体の保持用キー(図示されていない)により部分 的に閉鎖される。 別々の軸にそって曲げることにより、説明したリニアのデザインは 軸方向、半径方向のどちらの磁束機械にも適用することができる。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １． 少なくとも１つのエヤーギャップのある多相電気機械で、その エヤーギャップはそれぞれ互いに移動する２つの本体を分離しており、また少な くとも１つの溝のある軟性磁性体(35)があり、その溝に層の巻線の一部分が並べ られ、その層の巻線は異なった相の導体レーン(24-29)から構成されており、そ の溝の中にある導体レーンは上記エヤーギャップと向かい合わせになった上記軟 性磁性体(35)の表面とほぼ平行になった表面を有し、その導体レーンの表面の距 離は、導体の高さに対応しており、上記エヤーギャップと向かい合わせの軟性磁 性体の表面までの距離と同じ距離をもつ異なった相の導体レーンの断面がまとま って多相導体層を構成しており、この多相導体層内にある異なった相のそれらの 導体レーン(24-29)は、軟性磁性体(35)の外側に並べられた巻線オーバーハング( 23a,b)内で重なり合っており、その導体レーン(24-29)は溝の長さ方向および溝 の深さ方向に同時に並べられ、上記オーバーハング内に積み重ねられた巻線層間 の移行(11)が上記導体のがその巻線オーバーハング内を通過する度に発生するが 、ここで上記巻線オーバーハング(23a,b)が上記の溝(36)の中にある導体層に対 して導体の高さの何分の一かだけ溝の深さ方向にずらされた層内に並べられてい る。 ２． 請求の範囲１による多相電気機械で、上記の巻線オーバーハン グ(2,9)の外側間で、上記導体レーンは、上記エヤーギャップ表面に平行な３つ の断面(3-4，5-6，7-8)を有し、その断面は２つの移行領域(4-5，6-7)で接合さ れており、また上記導体レーンはその移行領域内で溝の深さ方向の距離をカバー している。 ３． 請求の範囲１による多相電気機械で、上記導体レーン(24-29) が溝から巻線オーバーハング(5,6)に移行するときの導体の断面が、溝の幅方向 に拡大されるとともに、上記導体エレメント(1)その両端(2)および(9)で溝の長 さ方向に延長されている。 ４． 請求の範囲１による多相電気機械で、リニア機械およびセクタ ーに分割されている機械で、上記導体層(31-34)は溝の中に積み重ねられている 部分が端となっており、また、上記導体層のこの両端が、動きの方向に向かう表 面で対として接合されている。