JP2022546011A - 電気機械を生産するための方法および装置、電気機械、ならびに電気機械の群 - Google Patents

Abstract

電気機械の生産方法１または複数の巻線の経時的な平均電流密度の最大値に対応する１または複数のパラメータ、ならびに価格カテゴリに応じて機械の画定された構造から進んで、巻線の設計は、多数の画定された設計から割り当てられ、ここで、当該設計は特に、銅で作製された鋳造巻線か、銅合金で作製された鋳造巻線か、アルミニウムで作製された鋳造巻線か、アルミニウム合金で作製された鋳造巻線か、マグネシウムで作製された鋳造巻線か、導電性プラスチックで作製された鋳造巻線か、１８０℃の熱クラス、２５０℃の熱クラス、および３００℃の熱クラスの絶縁システムを含むリストから当該絶縁システムの設計が選択される絶縁システムか、空気冷却システム、直接水冷却システム、および間接水冷却システムの設計か、またはこれらの設計のサブセレクションから選択された冷却システムと含む。

Description

本発明は、機械工学および生産工学の分野に関連しており、特に、積層鉄心および電気巻線を含む電気機械の生産方法、ならびに電気機械に関する。

通常、電気モータまたは発電機等の電気機械は、積層鉄心および巻回された電気コイルを有するように設計される。この場合、磁場を生成すべく、可撓性導体で作製された電気コイルが積層鉄心の複数の部分の周囲に巻回される。多くの場合、この目的のために使用される丸線は、すなわち、断面が円形であり、通常は複数の層でコイルを形成するように巻回されるストランド形状の電気伝導体である。複数の層は巻線とも称される。断面は、導体がストランド状であることによって予め決定される電気伝導体の長手方向に対して空間的に鉛直であるように方向付けられた断面に関連しており、当該長手方向は、ストランドと実質的に平行な方向を有する。導体の断面として実際に利用可能な材料によってコイルのために利用可能となる空間の使用率はここでは限定され、一般的に利用可能な空間が電流伝導に完全に利用され得る理想値の３０％から５５％の間である。

電気機械のための電気コイルの様々な形態は、そのような電気機械の生産において規模の経済性を利用すべく、既に提案されている。このプロセスにおいて、ロータ、ステータ、積層鉄心、および他の部分のコストを可能な限り低減すべく、コイルは異なる変形例で生産されるべきである。

これまでに、電気機械にかかる個々の要件、例えば電力またはトルククラスは、通常は電気機械の長さまたは直径を修正または適合することによって実装されており、その結果、個々の要件が満たされる。電力は、パワーエレクトロニクスを調整することによっても適合され得、ここでの多くの場合機械のハードウェアコンポーネントは必要以上に大きくなっており、これはそれらが最も高い電流密度および関連付けられた放熱要件のために設計される必要があるからである。他の個々の要件は、例えば熱クラス、冷却システム、または電気機械の価格に関連し得る。電気機械の価格を使用して、価格をその数値に関連して価格カテゴリに割り当てることが可能となる。

いくつかの場合において、電気巻線のために利用可能な空間を可能な限り完全に充填すべく、鋳造金属コイルが既に提案されており、これは、導体の断面を所望の設計にすることと、巻線の外形を形成することとの両方を可能とする。鋳造コイルを使用することで、電気機械の回転軸に対して直交するように外側に拡大する設置スペースは、最適に利用され得る。導体の断面のサイズがそのようなコイルに沿って一定のままである場合、導体の断面形状は、空間の使用およびコイルにおける熱分布を最適化すべく、コイル軸に沿って変更され得る。これは、より高いレベルの効率と、コイル内のより高い電流密度とを可能とする。

従来技術の背景に対して、本発明によって対処される問題は、電気機械を生産する方法を提供することであって、ここで、個々の要件に関連して可能な限り最も単純な方式で電気機械を設計することが可能である。

当該問題は、請求項１に記載の本発明の特徴によって解決される。請求項１に従属する請求項は、電気機械の方法生産の可能な構成に関連する。加えて、本発明は請求項７に記載の電気機械の生産装置と、請求項８またはそれに従属する請求項のうち１つに記載の電気機械とに関連する。

請求項に記載の方法は、積層鉄心と、各々が積層鉄心の歯を囲む１または複数の巻線とを含む電気機械の生産に関連する。当該方法においては、生産される電気機械の画定された積層鉄心を含む機械の画定された構造から進んで、巻線の設計は、１または複数の巻線における経時的な平均電流密度の最大値に対応する最大トルク、最大電力、および最低限の冷却電力のパラメータのうち１または複数、ならびに価格カテゴリに応じて多数の画定された設計から割り当てられ、当該設計は特に、銅で作製された鋳造巻線と、銅合金で作製された鋳造巻線、アルミニウムで作製された鋳造巻線、アルミニウム合金で作製された鋳造巻線、マグネシウムで作製された鋳造巻線、導電性プラスチック材料で作製された鋳造巻線を含み、任意選択的に、ワイヤから巻回された巻線か、１８０℃の熱クラス、２５０℃の熱クラス、および３００℃の熱クラスの絶縁システムを含むリストから絶縁システムの設計が選択される絶縁システムか、空気冷却システム、直接水冷却システム、および間接水冷却システムの設計から選択された１または複数の巻線が接続され得る冷却システムか、またはこれらの設計のサブセレクションを含むことが提供される。

空気冷却システムは、冷却構造、例えば冷却用ダクトまたは冷却フィンに、機械操作中に巻線に発生し得る熱を放散する空気の流れを供給するように設計される。空気冷却システムは、例えば、ファンを用いて構築され得、ファンによって発生した空気の流れを冷却構造に運ぶ他の接続要素、例えばパイプおよび／または管を含むこともできる。冷却構造内で加熱された空気は、例えば、熱交換器または周囲に出力され得る。

水冷却システムは、冷却構造、例えば冷却用ダクトまたは冷却フィンに水を供給し、その結果、水はそこを貫通して流れ得、機械操作中に巻線に発生し得る熱を放散するように設計される。水冷却システムは、例えば、ポンプを用いて構築され得、ポンプによって発生した水の流れを冷却構造に運ぶ他の接続要素、例えばパイプおよび／または管を含むこともできる。冷却構造内で加熱された水は、例えば、熱交換器に出力され得る。

直接水冷却は、巻線内の冷却構造、例えば冷却用ダクトまたは冷却フィンに水を供給するように設計される。

間接水冷却は、他のコンポーネント、すなわち巻線とは異なる構成要素、例えば、巻線に熱的に接続されているベアリングまたはハウジング等の電気機械の積層鉄心または電気機械の他の部分に水を供給し、その結果、機械操作中にここに発生する熱を放散し得るように設計される。

巻線に使用される材料は、例えば、コンピュータプログラムを使用するデータ処理システムによって、または、ハードワイヤード自動コントローラによって、満たされるべき電気機械のパラメータを入力した後に選択され得る。使用される電気巻線を構成する材料は、各々の場合において、例えば、制御装置内のデータベースまたは単純なメモリ装置における電気機械の様々な要件パラメータに割り当てられ得る。

当該方法において、費用効率の高い巻線を選択することによって、まず、最も費用効率の高い機械が構成され得、データ処理装置は、この機械が規定された電気的要件および機械的要件を満たすかどうかを決定し得る。そうでない場合、次に最も効率的な巻線の構成にスワップされ得、この構成は、電気的性能および機械的性能に関連して計算され得る。このように、全ての要件が満たされるまで、各々の場合で構成された機械を既存の要件と比較し得、この場合は機械に対して最も低い考えられるコストが選択されている。この場合、個々の選択された複数の巻線の各々は同じ幾何学的寸法を有しており、それらは、材料選択においてのみ異なり、例えば、導体の断面形状の選択においても異なり得る。この場合、特殊な条件を満たすべく、記載の材料で作製された巻回されたコイルは、鋳造コイルに加えて選択されることもできる。加えて、選択は、記載の冷却構造から任意選択的に行われ得る。

方法の１つの構成において、銅または銅合金で作製された１または複数の鋳造巻線における経時的な許容され得る平均電流密度が、それに基づく期間の間、例えば少なくとも１分、好ましくは少なくとも１０分、特に好ましくは少なくとも１時間、さらに特に好ましくは少なくとも１日の間、
‐空気冷却システムに接続された場合、１０Ａ／ｍｍ^２よりも大きい最大値、好ましくは１２Ａ／ｍｍ^２よりも大きい最大値を有し、
‐間接水冷却システムに接続された場合、２０Ａ／ｍｍ^２よりも大きい最大値、好ましくは２４Ａ／ｍｍ^２よりも大きい最大値を有し、
‐直接水冷却システムに接続された場合、６０Ａ／ｍｍ^２よりも大きい最大値を有する
場合があり得る。

電流密度は、それを通して電気伝導体の長手方向において電流が通過する電気伝導体の断面積に基づく電流を示す。電気抵抗を有する電気伝導体において、発生した電力損失、すなわち発生した熱は、電流密度の二乗に比例する。電流は、例えば、直流または交流であり得る。交流によって、電流は、当業者に既知の実効値を用いて示され得る。交流電流の場合、示された経時的な平均電流密度の値は、電流の実効値を用いて確認された値に関連する。

実際に発生した熱は、電流密度が電気伝導体において発生する期間によって決定される。一定期間にわたって考慮した場合、平均電流密度によって経時的に発生した熱の説明は、この目的に役立ち得る。経時的な平均電流密度は、一定期間に基づく経時的な電流密度の平均に関連する。電流密度は、例えば１分、１０分、１時間または１日などの関連する期間にわたっての経時的な平均値である。例えば、これを行うために、電流密度は、この期間にわたって数学的に統合され得、この数学的統合の結果は、当該期間の長さによって分割され得る。

ここで、「経時的な許容され得る平均電流密度」は、例えば、機械の意図された使用期間に達することができないことまたは当業者に既知である関連する技術規格に記載の許容できないリスクをもたらすことに寄与する損傷を、巻線、機械、および／または機械の一部に与えない、経時的な許容され得る平均電流密度の値またはレベルを意味する。

方法は、アルミニウムまたはアルミニウム合金で作製された１または複数の鋳造巻線における経時的な許容され得る平均電流密度が、それに基づく期間の間、例えば少なくとも１分、好ましくは少なくとも１０分、特に好ましくは少なくとも１時間、さらに特に好ましくは少なくとも１日の間、絶縁システムの１８０℃の熱クラスに対して、
‐空気冷却システムに接続された場合、６Ａ／ｍｍ^２よりも大きい最大値、好ましくは７Ａ／ｍｍ^２よりも大きい最大値を有し、
‐間接水冷却システムに接続された場合、１２Ａ／ｍｍ^２よりも大きい最大値、好ましくは１４Ａ／ｍｍ^２よりも大きい最大値を有し、
‐直接水冷却システムに接続された場合、３５Ａ／ｍｍ^２よりも大きい最大値を有する
ように構成されてもよい。

方法の１つの構成は、アルミニウムまたはアルミニウム合金で作製された１または複数の鋳造巻線における経時的な許容され得る平均電流密度が、それに基づく期間の間、例えば少なくとも１分、好ましくは少なくとも１０分、特に好ましくは少なくとも１時間、さらに特に好ましくは少なくとも１日の間、絶縁システムの２５０℃の熱クラスに対して、
‐空気冷却システムに接続された場合、７Ａ／ｍｍ^２よりも大きい最大値、好ましくは１５Ａ／ｍｍ^２よりも大きい最大値を有し、
‐間接水冷却システムに接続された場合、１４Ａ／ｍｍ^２よりも大きい最大値、好ましくは２５Ａ／ｍｍ^２よりも大きい最大値を有し、
‐直接水冷却システムに接続された場合、４５Ａ／ｍｍ^２よりも大きい最大値を有する
可能性を含む。

方法の１つの構成は、アルミニウムまたはアルミニウム合金で作製された１または複数の鋳造巻線における経時的な許容され得る平均電流密度が、それに基づく期間の間、例えば少なくとも１分、好ましくは少なくとも１０分、特に好ましくは少なくとも１時間、さらに特に好ましくは少なくとも１日の間、絶縁システムの３００℃の熱クラスに対して、
‐空気冷却システムに接続された場合、８Ａ／ｍｍ^２よりも大きい最大値、好ましくは１７Ａ／ｍｍ^２よりも大きい最大値を有し、
‐間接水冷却システムに接続された場合、１６Ａ／ｍｍ^２よりも大きい最大値、好ましくは３０Ａ／ｍｍ^２よりも大きい最大値を有し、
‐直接水冷却システムに接続された場合、５６Ａ／ｍｍ^２よりも大きい最大値を有する
可能性も含む。

上記に提示された方法に記載の電気機械を生産すべく、本発明は、積層鉄心と、各々が当該積層鉄心の歯を囲む１または複数の巻線とを含む電気機械を生産するための装置にも関連し得る。そのような装置において、装置が、同じ外部寸法を有する巻線の複数の異なる設計が格納されたメモリ装置を有するデータ処理ユニットを含むことと、当該データ処理ユニットが、１または複数の鋳造巻線における経時的な平均電流密度の最大値に対応する最大トルク、最大電力、および最低限の冷却電力のパラメータのうち１または複数、ならびに価格カテゴリを検出することと、画定された積層鉄心を含む機械の画定された構造から進んで、メモリ装置に格納された設計のうち１つを当該巻線に割り当てることとを行うように構成されていることと、当該設計は特に、銅で作製された鋳造巻線、銅合金で作製された鋳造巻線、アルミニウムで作製された鋳造巻線、アルミニウム合金で作製された鋳造巻線、マグネシウムで作製された鋳造巻線、導電性プラスチック材料で作製された鋳造巻線を含み、任意選択的に、ワイヤから巻回された巻線か、１８０℃の熱クラス、２５０℃の熱クラス、および３００℃の熱クラスの絶縁システムを含むリストから絶縁システムの設計が選択される絶縁システムか、空気冷却システム、直接水冷却システム、および間接水冷却システムの設計から選択された１または複数の巻線が接続され得る冷却システムか、またはこれらの設計のサブセレクションを含むこととが提供され得る。

また、本発明は、積層鉄心と、各々が当該積層鉄心の歯を囲む１または複数の巻線とを含む電気機械に関連しており、また、ここで、当該積層鉄心の少なくとも１つの、特に、複数のまたは全ての歯の各々は、摺動取り付け型巻線のための保持装置を含み、これは、歯の上に巻線を摺動させた後、遮断位置に置かれ、歯の上での巻線の変位および／または移動を防止し得ることが提供される。

この目的のために、例えば、保持装置は、歯の凹部から遮断位置まで関連する歯の輪郭から摺動されるまたは突き出ることができるバーを含むことが提供され得る。

当該保持装置により、特定の鋳型で予め作られたコイルを単純な方式で機械の積層鉄心のコア歯に摺動させることが可能となる。その結果として、コイルは効果的に且つ機械的に固定され得る。加えて、そのような保持装置はまた、例えば、任意選択的に巻回された電気巻線を保持するための使用されることが意図されており、その結果、設計に関わらず、電気コイルの位置付けには、積層鉄心に対する構造的適合が必要となる。

本発明はまた、積層鉄心と、各々が当該積層鉄心の歯を囲む１または複数の巻線と、保持装置に加えてまたは代替的に、巻線のうち１または複数が冷却構造を含む鋳造巻線であることを特徴とする電気機械とを含む電気機械に関連する。

冷却構造は、例えば、冷却用ダクトまたは冷却フィンであり得る。冷却フィンは、例えば、鋳造され得、ダクトは、例えば、鋳造中にまたは仕上げによって作製され得る。

加えて、当該応用は、電気機械、特に発電機および／またはモータの群に関連しており、これらは同一に構築された積層鉄心を備え、当該機械は、各々が積層鉄心の歯を囲む巻線を備える。問題は、巻線の設計の観点から異なる機械のうち少なくとも２つによって、本発明によって解決される。

この場合、異なる巻線は、異なる鋳造巻線と、ワイヤから巻回される巻回された巻線とから選択され得る。特に、全ての巻線はここで鋳造巻線であってもよく、当該巻線は、例えば、使用される材料または他のコイルパラメータの観点で、互いに異なる。通常、鋳造可能な導電性材料が使用される。

異なる巻線は、特に、以下の設計からまたは以下の設計のサブセレクションから選択され得る：銅で作製された鋳造巻線、第１の銅合金で作製された鋳造巻線、第２の銅合金で作製された鋳造巻線、アルミニウムで作製された鋳造巻線、第１のアルミニウム合金で作製された鋳造巻線、第２のアルミニウム合金で作製された鋳造巻線、マグネシウムで作製された鋳造巻線、導電性プラスチック材料で作製された鋳造巻線、任意選択的に、ワイヤから巻回された巻線。

同一積層鉄心を使用することによって、同じ外形を有する巻線は、異なる電力データを有する異なる電気機械に使用され得る。これは結果として、より多数の機械に、積層鉄心のより費用効率の高い生産をもたらし、個々の機械に対する電力要件は、様々な利用可能な巻線から具体的に選択することによって満たされる。この場合、例えば、個々の巻線は同じ外側幾何学的形状を有し、その結果、全ての巻線は各々が積層鉄心上の同一の歯に適用され得、様々な巻線は、異なる材料選択を理由で異なる。結果として、第２のおよび／または追加の機械が第１の電力要件とは異なる第２の電力要件を満たしつつ、第１の機械が第１の電力要件を満たす機械の群が生産され得る。

冷却構造は、巻線の上または内部に存在し得る。これらは、例えば、冷却用ダクトおよび／または冷却フィンとして設計され得る。これらが外部冷却構造である場合、それらが必要とする空間は、巻線を選択する場合に考慮される。通常、冷却構造が存在するいずれの場合にも、冷却構造によって得られることができる電力の増加は、選択において考慮される。冷却構造が存在するか否か、どのようにそれらが設計され、したがって本件で調整され得る別のパラメータを構成するかは、巻線の選択に加えて、製造方法において考慮され得る。

ある群における異なる機械に対する個々の要件は、巻線を変化させることと、各々の場合において好適であって可能な限り費用効率の高い巻線を選択することとによって、特に費用効果の高い方式で実装され得る。この場合、例えば、特に高い電気的電力要件と高い電流容量とが必要とされ、熱損失が低い場合、銅または銅合金で作製された巻線が選択され得る。特に、最も純粋な可能な銅を使用する場合、特に低い電気抵抗は結果として、高い電流強度を有する電流を伝導するオプションをもたらし、提供する。電気的電力要件がより低い場合、例えば、アルミニウムまたはアルミニウム合金が使用され得、これは、コストが低減され得ることを意味する。純粋な形態の金属の各々の使用は、特殊な要件が存在する場合に意味をなし得るが、合金の使用は、単純化された方法で金属を処理可能とし、従って、単純化されロバストな処理動作を可能とする。この場合、使用され得る巻線の外側幾何学的形状は、原則として材料選択の全ての変形例に対して同一であり得る。

ここで、本発明の特定の構成は、異なる巻線は以下の設計から選択されることを提供し得る：銅で作製された鋳造巻線、第１の銅合金で作製された鋳造巻線、第２の銅合金で作製された鋳造巻線。従って、一貫して高い電気的要件を有する機械の群において、機械の電気的性能における差は、異なる銅材料を変化させることによって取得され得る。

本発明の別の構成は、異なる巻線は以下の設計から選択されることを提供し得る：アルミニウムで作製された鋳造巻線、第１のアルミニウム合金で作製された鋳造巻線、第２のアルミニウム合金で作製された鋳造巻線。このように、可能な限り費用効果が高く生産され得る電気機械の群において、個々の機械にかかる異なる要件は、異なるアルミニウム材料の形態で巻線材料を変化させることによって満たされ得る。

他の構成、特に、特殊な応用は、少なくとも１つの巻線がマグネシウムから鋳造された巻線であるまたは導電性プラスチック材料から鋳造された巻線であることを提供し得る。

本発明を実装するための別の例においては、異なる巻線が以下の設計から選択されることを有利に提供し得る：銅合金で作製された鋳造巻線、アルミニウム合金で作製された鋳造巻線、任意選択的に、ワイヤから巻回された巻線。この場合、１つの機械における銅材料または銅を含む材料は、巻線を構成する場合に別の機械におけるアルミニウムを含む材料と組み合わされ得、その結果、個々の電気機械に対する非常に異なる要件が、１つの機械の群において単純な方式で満たされ得る。

本発明の１つの構成においては、異なる巻線が絶縁システムを含み、１８０℃の熱クラス、２５０℃の熱クラス、および３００℃の熱クラスといった熱クラスの絶縁システムを含むリストから絶縁システムの設計が選択される可能性がある。絶縁システムを熱クラスに分割することは、当業者には既知である。

また、本発明によると、異なる巻線が冷却システムに接続され、当該冷却システムは、空気冷却システム、直接水冷却システム、間接水冷却システムといった設計から選択され得る可能性がある。

以下において、本発明を例示し、その後、図における実施形態に基づいて記載する。
歯と、歯の上で摺動され得る巻線の輪郭を含む電気機械の積層鉄心を貫通する概略断面図である。 電気巻線を貫通する概略縦断面である。 冷却用ダクトを含む電気巻線を貫通する概略縦断面である。 冷却フィンを含む電気巻線の概略側面図である。 別の電気巻線を貫通する長軸方向断面である。 電気機械の生産方法を概略に示す図である。 電気機械の生産装置を示す図である。 ３つの異なる電気機械を貫通する断面図である。 巻線のための保持装置を含む積層鉄心の歯を示す図である。

図１は、電気機械の積層鉄心１を貫通しており、積層鉄心１の円周に複数の歯２、３が示されている断面図である。積層鉄心の個々の歯２と３との間には、各々が個々の歯２、３を囲む電気巻線４のための空間が存在する。巻線のために利用可能な歯３の周囲の空間は、破線５、６によって画定されており、斜線を施しており、参照符号７によって表されている。電気機械に対して高い電力要件が存在する場合、この空間７は、可能な限り効率的に利用される必要があり、すなわち、この空間における最も高い可能な電流密度を実現することが可能でなければならない。これを行うために、当該空間の特定の高い割合を導電性の高い電気伝導体で充填する必要がある。この要件は、特に、鋳造コイルによって満たされ得る。より低い電力要件を有する電気機械の場合、従来のコイルは、ストランド形状の可撓性導体を用いて、歯３の周囲に巻回されてもよい。

図２ａは、鋳造コイル４'を貫通する例示的な長軸方向断面図であり、コイル４'の第１の端８から第２の端９に向かって、コイル４'の径方向において拡大し、且つ軸１１に対して平行な方向において低減するらせん状導体１０の断面の延伸を示す。これは、可変断面を有する導体の構成例であり、コイルに沿って一定の断面を有する導体の使用が同じく可能となる。図２ａに示された配置において、導体１０の一定の断面積はコイルに沿ってもたらされ、その結果、電流容量は、全体のコイルにおいて一定のままである。従って、コイルにおける熱損失の熱分布を最適にすることが実現され得る。

鋳造コイル４'を構成する導体１０の材料は、機械に対する電気的要件、価格要件、および、例えば、機械的要件などの電気機械に対する他の要件に従って選択され得る。例えば、純粋な銅もしくはアルミニウム、もしくは銅合金、アルミニウム合金、マグネシウムまたは他の金属合金が選択され得る。導電性プラスチック材料も、特に特殊な応用において考慮される。

図２ｂは、図１と同じセクションを示す。鋳造巻線４'はここで、そこを貫通して冷却剤が流れ得る冷却用ダクト２７を含む。冷却用ダクト２７は、鋳造または仕上げ中に生産され得る。示された例において、それらは、隣接する巻線の平坦面における凹部によって実装され、したがって、巻線間において延伸する。しかしながら、冷却用ダクトは、例えば、巻線の内部にもあり得る。

図２ｃは、鋳造巻線４'の平面図であり、図２ａおよび２ｂと同じ視野方向が選択されている。鋳造巻線４'の外面を参照することができ、ここで、重畳した巻線が見える。この外面において、キャストオン冷却フィン２８が巻線４'の上に見える。示された外面は冷却フィン２８を提供するのに特に好適であり、これは、それが通常は隣接する巻線４'と対向していないことと、冷却フィン２８によって必要となる追加の設置スペースが隣接する歯間の空間の使用を犠牲にするものではないこととが理由である。

図３は、ワイヤ状の導体から巻回されたコイル４''を貫通する長軸方向断面図である。導体の丸い断面に起因してコイルの個々の巻線間に空間が存在し、これらの空間はコイルの電気的性能を制限することが明らかである。それにもかかわらず、このタイプのコイルは、価格に関しての特定の電力要件に対して最適化されることもできる。

図４は、第１の方法の段階１２において、機械の電気的要件、そして任意選択的に機械的要件ならびに価格要件が確認されデータ処理装置に記録される電気機械を生産する方法を示す概略図である。第２の段階１３において、この情報から、且つ、電気機械の所与の設計を有するコイルの固定外輪郭から、所与の要件が満たされ得るコイルのタイプとコイルの導体の材料とが決定される。その後、別の方法の段階１４において、多数の決定されたタイプのコイルが生産され、それらは方法の段階１５において、積層鉄心に、任意選択的に、生産予定の電気機械の積層鉄心の歯に、適用されそれらと接触させられる。

図５は、電気機械の生産装置を示す概略図であり、ここで、参照符号１６は、それを用いて電気的要件、機械的要件および価格要件が生産予定の電気機械に記録され得る入力装置を表す。電気機械のタイプは、使用される電気コイルのタイプまで、多くの詳細において指定され得る。

参照符号１７は、生産される予定のコイルのパラメータを、データベース１９を用いて入力部１６からの入力データに対して割り当てるプロセッサユニット１８を含むデータ処理装置を表す。特に、導体の材料、また任意選択的に導体の断面形状、および／または冷却構造は、生産予定のコイルに割り当てられる。プロセッサユニット１８は次に、出力ユニット２０に、生産される予定のコイルに関するデータを渡す。当該ユニットは、パラメータを表示して、その結果、コイルの生産および組み立てが次に順序付けられ得るようにし得るか、または、出力ユニット２０は、電気機械のための自動生産装置の一部として既に構成され得、倉庫から好適なコイルを選択することもしくは自動方式で好適なコイルを生産することのいずれかを制御し得る。

図６は、例として、３つの電気機械（特に電気モータ）の群を示しており、第１の機械２１は伸線された丸銅線で作製された巻線を含み、第２の機械２２は鋳造銅コイルを含み、第３の機械２３は鋳造アルミニウムコイルを含む。全ての３つの機械におけるコイルは同じ外部寸法を有しており、同じものが積層鉄心に適用される。

第１の機械２１は特に費用効率の高く、第２の機械２２は特に高い電流容量および電力を実現し、第３の機械２３は特に機械的に安定している。上記機械は、費用効果が高く生産され得、要件に適合し得る機械の群を形成する。

図７は、２つのバー２４、２６を含む積層鉄心の歯３を示しており、２つのバー２４、２６は、歯３の凹部２５に摺動され得、その結果、固定された状態で、それらは、歯から突出しており、歯の上に位置付けられた巻線を保持する。

本発明は、積層鉄心を含む電気機械のタイプを有する１つの構造プラットフォームを用いて異なる電気機械の生産を可能とて、電気的性能ならびに機械的性能に対するおよび耐用寿命ならびに価格に対する異なる要件が、コイル導体のための好適な材料の選択を用いて電気コイルを設計することによってのみ満たされ得るように構成されることが可能とする。

本開示は、とりわけ、以下の態様を含む。
［項目１］
同一に構築された積層鉄心を含む２つまたはそれより多くの回転電気機械、特に発電機および／またはモータ（２１，２２，２３）を備える群であって、前記機械（２１，２２，２３）は、各々が前記積層鉄心の歯（２，３）を囲む巻線（４，４'，４''）を含み、前記機械（２１，２２，２３）のうち少なくとも２つが前記巻線の設計の観点から異なることを特徴とし、前記異なる巻線（４，４'，４''）は特に、異なる鋳造巻線と、ワイヤから巻回された巻線とから選択される、電気機械の群。
［項目２］
前記異なる巻線（４，４'，４''）は、銅で作製された鋳造巻線、第１の銅合金で作製された鋳造巻線、第２の銅合金で作製された鋳造巻線、アルミニウムで作製された鋳造巻線、第１のアルミニウム合金で作製された鋳造巻線、第２のアルミニウム合金で作製された鋳造巻線、マグネシウムで作製された鋳造巻線、導電性プラスチック材料で作製された鋳造巻線、ワイヤから巻回された巻線（４''）といった設計からまたは前記設計のサブセレクションから選択されることを特徴とする、態様１に記載の電気機械（２１，２２，２３）の群。
［項目３］
前記異なる巻線（４，４'，４''）は、銅で作製された鋳造巻線、第１の銅合金で作製された鋳造巻線、第２の銅合金で作製された鋳造巻線といった設計から選択されることを特徴とする、態様１に記載の電気機械（２１，２２，２３）の群。
［項目４］
前記異なる巻線（４，４'，４''）は、アルミニウムで作製された鋳造巻線、第１のアルミニウム合金で作製された鋳造巻線、第２のアルミニウム合金で作製された鋳造巻線といった設計から選択されることを特徴とする、態様１に記載の電気機械の群。
［項目５］
前記異なる巻線（４，４'，４''）は、銅合金で作製された鋳造巻線、アルミニウム合金で作製された鋳造巻線、ワイヤから巻回された巻線といった設計から選択されることを特徴とする、態様１に記載の電気機械の群。
［項目６］
積層鉄心と、各々が前記積層鉄心の歯（２，３）を囲む１または複数の巻線（４，４'，４''）とを備える、回転電気機械（２１，２２，２３）の生産方法であって、生産予定の前記電気機械の画定された積層鉄心を備える前記機械の画定された構造から進んで、前記巻線（４，４'，４''）の設計は、最大トルク、最大電力、および価格カテゴリのパラメータのうち１または複数に応じて多数の画定された設計から割り当てられ、前記設計は特に、銅で作製された鋳造巻線、銅合金で作製された鋳造巻線、アルミニウムで作製された鋳造巻線、アルミニウム合金で作製された鋳造巻線、マグネシウムで作製された鋳造巻線、導電性プラスチック材料で作製された鋳造巻線、およびワイヤから巻回された巻線、または、これらの設計のサブセレクションを含むことを特徴とする、方法。
［項目７］
前記電気機械（２１，２２，２３）に割り当てられるための選択に利用可能な巻線（４，４'，４''）の前記画定された設計は、各々が同じ幾何学的寸法を有することを特徴とする、態様６に記載の方法。
［項目８］
鋳造巻線は、冷却構造を、好ましくは、冷却用ダクト（２７）または冷却フィン（２８）の形態で備えることを特徴とする、態様６または７に記載の方法。
［項目９］
積層鉄心と、各々が前記積層鉄心の歯（２，３）を囲む１または複数の巻線（４，４'，４''）を備える、回転電気機械（２１，２２，２３）の生産装置であって、前記装置は、同じ外部寸法を有する前記巻線の複数の異なる設計が格納されたメモリ装置（１９）を有するデータ処理ユニット（１７）を備えることと、前記データ処理ユニットが、最大トルク、最大電力および価格カテゴリのパラメータのうち１または複数を検出することと、画定された積層鉄心を備える前記機械の画定された構造から進んで、前記メモリ装置（１９）に格納された前記設計のうち１つを前記巻線に割り当てることとを行うように構成されていることと、前記設計は特に、銅で作製された鋳造巻線、銅合金で作製された鋳造巻線、アルミニウムで作製された鋳造巻線、アルミニウム合金で作製された鋳造巻線、マグネシウムで作製された鋳造巻線、導電性プラスチック材料で作製された鋳造巻線、ワイヤから巻回された巻線、または、これらの設計のサブセレクションを含むこととを特徴とする、装置。
［項目１０］
積層鉄心と、各々が前記積層鉄心の歯（２，３）を囲む１または複数の巻線（４，４'，４''）とを備える回転電気機械（２１，２２，２３）であって、前記積層鉄心の少なくとも１つの、特に、複数のまたは全ての前記歯（２，３）の各々は、摺動取り付け型巻線のための保持装置を含み、これは、前記歯の上に前記巻線を摺動させた後、遮断位置に置かれ得、前記歯の上での前記巻線（４，４'，４''）の変位および／または移動を防止することを特徴とする、回転電気機械。
［項目１１］
前記保持装置は、関連する前記歯（３）の輪郭から遮断位置まで摺動されるまたは突き出ることができるバー（２４，２６）を含むことを特徴とする、態様１０に記載の回転電気機械。
［項目１２］
鋳造巻線は、冷却構造を、好ましくは、冷却用ダクト（２７）または冷却フィン（２８）の形態で備えることを特徴とする、態様１０または１１に記載の回転電気機械。

Claims (18)

1. 積層鉄心と、各々が前記積層鉄心の歯を囲む１または複数の巻線とを備える電気機械の生産方法であって、生産予定の前記電気機械の画定された積層鉄心を備える前記電気機械の画定された構造から進んで、前記巻線の設計は、１または複数の前記巻線における経時的な平均電流密度の最大値に対応する最大トルク、最大電力、および最低限の冷却電力のパラメータのうち１または複数、ならびに価格カテゴリに応じて多数の画定された設計から割り当てられ、前記設計は特に、銅で作製された鋳造巻線か、銅合金で作製された鋳造巻線か、アルミニウムで作製された鋳造巻線か、アルミニウム合金で作製された鋳造巻線か、マグネシウムで作製された鋳造巻線か、導電性プラスチック材料で作製された鋳造巻線か、１８０℃の熱クラス、２５０℃の熱クラス、および３００℃の熱クラスの絶縁システムを含むリストから前記絶縁システムの設計が選択される絶縁システムか、空気冷却システムと、直接水冷却システムと、間接水冷却システムとの設計から選択された１または複数の前記巻線が接続可能な冷却システムか、またはこれらの設計のサブセレクションを含む、方法。
2. 前記電気機械に割り当てられるための選択に利用可能な巻線の前記画定された設計は、各々が同じ幾何学的寸法を有する、請求項１に記載の方法。
3. 鋳造巻線は、冷却構造を、好ましくは、冷却用ダクトまたは冷却フィンの形態で備える、請求項１または２に記載の方法。
4. 銅または銅合金で作製された１または複数の前記鋳造巻線における経時的な許容され得る平均電流密度が、それに基づく期間の間、例えば少なくとも１分、好ましくは少なくとも１０分、特に好ましくは少なくとも１時間、さらに特に好ましくは少なくとも１日の間、
   ‐空気冷却システムに接続された場合、１０Ａ／ｍｍ^２よりも大きい最大値、好ましくは１２Ａ／ｍｍ^２よりも大きい最大値を有し、
   ‐間接水冷却システムに接続された場合、２０Ａ／ｍｍ^２よりも大きい最大値、好ましくは２４Ａ／ｍｍ^２よりも大きい最大値を有し、
   ‐直接水冷却システムに接続された場合、６０Ａ／ｍｍ^２よりも大きい最大値を有する、請求項１から３のいずれか一項に記載の方法。
5. アルミニウムまたはアルミニウム合金で作製された１または複数の前記鋳造巻線における経時的な許容され得る平均電流密度が、それに基づく期間の間、例えば少なくとも１分、好ましくは少なくとも１０分、特に好ましくは少なくとも１時間、さらに特に好ましくは少なくとも１日の間、前記絶縁システムの１８０℃の熱クラスに対して、
   ‐空気冷却システムに接続された場合、６Ａ／ｍｍ^２よりも大きい最大値、好ましくは７Ａ／ｍｍ^２よりも大きい最大値を有し、
   ‐間接水冷却システムに接続された場合、１２Ａ／ｍｍ^２よりも大きい最大値、好ましくは１４Ａ／ｍｍ^２よりも大きい最大値を有し、
   ‐直接水冷却システムに接続された場合、３５Ａ／ｍｍ^２よりも大きい最大値を有する、請求項１から４のいずれか一項に記載の方法。
6. アルミニウムまたはアルミニウム合金で作製された１または複数の前記鋳造巻線における経時的な許容され得る平均電流密度が、それに基づく期間の間、例えば少なくとも１分、好ましくは少なくとも１０分、特に好ましくは少なくとも１時間、さらに特に好ましくは少なくとも１日の間、前記絶縁システムの２５０℃の熱クラスに対して、
   ‐空気冷却システムに接続された場合、７Ａ／ｍｍ^２よりも大きい最大値、好ましくは１５Ａ／ｍｍ^２よりも大きい最大値を有し、
   ‐間接水冷却システムに接続された場合、１４Ａ／ｍｍ^２よりも大きい最大値、好ましくは２５Ａ／ｍｍ^２よりも大きい最大値を有し、
   ‐直接水冷却システムに接続された場合、４５Ａ／ｍｍ^２よりも大きい最大値を有する、請求項１から５のいずれか一項に記載の方法。
7. アルミニウムまたはアルミニウム合金で作製された１または複数の前記鋳造巻線における経時的な許容され得る平均電流密度が、それに基づく期間の間、例えば少なくとも１分、好ましくは少なくとも１０分、特に好ましくは少なくとも１時間、さらに特に好ましくは少なくとも１日の間、前記絶縁システムの３００℃の熱クラスに対して、
   ‐空気冷却システムに接続された場合、８Ａ／ｍｍ^２よりも大きい最大値、好ましくは１７Ａ／ｍｍ^２よりも大きい最大値を有し、
   ‐間接水冷却システムに接続された場合、１６Ａ／ｍｍ^２よりも大きい最大値、好ましくは３０Ａ／ｍｍ^２よりも大きい最大値を有し、
   ‐直接水冷却システムに接続された場合、５６Ａ／ｍｍ^２よりも大きい最大値を有する、請求項１から６のいずれか一項に記載の方法。
8. 積層鉄心と、各々が前記積層鉄心の歯を囲む１または複数の巻線とを備える電気機械の生産のための装置であって、前記装置が、同じ外部寸法を有する前記巻線の複数の異なる設計が格納されたメモリ装置を有するデータ処理ユニットを含み、前記データ処理ユニットが、前記１または複数の鋳造巻線における経時的な平均電流密度の最大値に対応する最大トルク、最大電力、および最低限の冷却電力のパラメータのうち１または複数、ならびに価格カテゴリを検出することと、画定された積層鉄心を含む前記電気機械の画定された構造から進んで、前記メモリ装置に格納された前記設計のうち１つを前記巻線に割り当てることとを行うように構成され、前記設計は特に、銅で作製された鋳造巻線か、銅合金で作製された鋳造巻線か、アルミニウムで作製された鋳造巻線か、アルミニウム合金で作製された鋳造巻線か、マグネシウムで作製された鋳造巻線か、導電性プラスチック材料で作製された鋳造巻線か、１８０℃の熱クラス、２５０℃の熱クラス、および３００℃の熱クラスの絶縁システムを含むリストから前記絶縁システムの設計が選択される絶縁システムか、空気冷却システムと、直接水冷却システムと、間接水冷却システムとの設計から選択された１または複数の前記巻線が接続され得る冷却システムか、またはこれらの設計のサブセレクションを含む、装置。
9. 積層鉄心と、各々が前記積層鉄心の歯を囲む１または複数の巻線とを備える電気機械であって、前記積層鉄心の少なくとも１つの、特に、複数のまたは全ての前記歯の各々は、摺動取り付け型巻線のための保持装置を含み、これは、前記歯の上に前記巻線を摺動させた後、遮断位置に置かれ得、前記歯の上での前記巻線の変位および／または移動を防止する、電気機械。
10. 前記保持装置は、それぞれの前記歯の輪郭から遮断位置まで摺動されるまたは突き出ることができるバーを含む、請求項９に記載の電気機械。
11. 鋳造巻線は、冷却構造を、好ましくは、冷却用ダクトまたは冷却フィンの形態で備える、請求項９または１０に記載の電気機械。
12. 同一に構築された積層鉄心を含む２つまたはそれより多くの電気機械、特に発電機および／またはモータを備える群であって、前記電気機械は、各々が前記積層鉄心の歯を囲む巻線を含み、前記電気機械のうち少なくとも２つが前記巻線の設計の観点から異なり、前記異なる巻線は特に、異なる鋳造巻線から選択される、電気機械の群。
13. 前記異なる巻線は、銅で作製された鋳造巻線、第１の銅合金で作製された鋳造巻線、第２の銅合金で作製された鋳造巻線、アルミニウムで作製された鋳造巻線、第１のアルミニウム合金で作製された鋳造巻線、第２のアルミニウム合金で作製された鋳造巻線、マグネシウムで作製された鋳造巻線、導電性プラスチック材料で作製された鋳造巻線といった設計からまたは前記設計のサブセレクションから選択される、請求項１２に記載の電気機械の群。
14. 前記異なる巻線は、銅で作製された鋳造巻線、第１の銅合金で作製された鋳造巻線、第２の銅合金で作製された鋳造巻線といった設計から選択される、請求項１２に記載の電気機械の群。
15. 前記異なる巻線は、アルミニウムで作製された鋳造巻線、第１のアルミニウム合金で作製された鋳造巻線、第２のアルミニウム合金で作製された鋳造巻線といった設計から選択される、請求項１２に記載の電気機械の群。
16. 前記異なる巻線は、銅合金で作製された鋳造巻線、アルミニウム合金で作製された鋳造巻線といった設計から選択される、請求項１２に記載の電気機械の群。
17. 前記異なる巻線が絶縁システムを含み、１８０℃の熱クラス、２５０℃の熱クラス、および３００℃の熱クラスといった熱クラスの前記絶縁システムを含むリストから前記絶縁システムの設計が選択される、請求項１３、１５または１６のいずれか一項に記載の電気機械の群。
18. 前記異なる巻線は冷却システムに接続可能であり、前記冷却システムは、空気冷却システム、直接水冷却システム、間接水冷却システムといった設計から選択される、請求項１２から１７のいずれか一項に記載の電気機械の群。

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