JP4624421B2 - 平角線巻線を有する永久磁石同期機 - Google Patents

Description

本発明は、永久磁石同期機であって、固定子を有し、該固定子が平行側面スロットを有し、これらスロットが平角線巻線を備え、平角線巻線が各々１つの歯を包囲しかつ歯巻回コイルとして構成されているものに関する。

表皮効果およびそれとともに電気機械への入熱を減らすべく、個々の丸線からなる撚り導体束や編組導体束からなるコイルを巻回することは公知である。しかしこの場合には、製造支出が高まり、電気機械のスロット内での銅占積率が低下する。

上記欠点を避けるべく、コイルは銅プレス索で製造できるが、コイルの費用増を伴う。

欧州特許出願公開第１２５５３４４号明細書により、平角線で構成されたコイル構成が公知である。

その点から出発して本発明の課題は、製造費が低く、銅占積率が高く、同時に漂遊損失率が比較的低い永久磁石同期機を提供することにある。

この課題は本発明によれば、平角線が平打巻回され、平角線の短辺側が各々歯の方を向き、各歯巻回コイルが少なくとも２層の平角線を有することにより達成される。

平角線の本発明に係る配置では、巻線横断面は特にスロット幅の方向に配列しており、スロット高の方向にはごく僅かに配列しているにすぎない。この結果表皮効果が減少し、それに伴い別の巻線配置に比べて漂遊損失が実質的に減少する。特にこのような歯巻回コイルは、平行側面スロット対を有し、固定子穴の方向を向いた開放スロットで利用でき、その結果歯巻回コイルを通しての固定子の装着が著しく容易となる。

固定子を同軸に構成した場合、歯巻回コイルは外側から積層星形鉄心に装着され、引き続きヨーク背面内で位置決めされる。

使用する各平角線は、線材規格に明示された許容範囲の下方の曲げ半径で加工できる。

本発明に係る構造は、特にトルクモータの固定子用に適する。それは、トルクモータにおいて、特にモータの小型化に厳しい要求が課されるからである。

歯巻回コイルを予め支持体上で位置決めし又は巻回すると、永久磁石同期機の組付けにとり有利である。

支持体付き又は支持体なしの歯巻回コイルは固定子穴により、又２分割固定子の場合には外部から、歯上で位置決めされ、ヨーク背面内で固定される。

本発明と、従属請求項の特徴による本発明のその他の有利な諸構成を、以下、図面に略示する実施例に基づき詳しく説明する。

図１は電気機械の固定子１の細部図である。この図に示す歯３は隣接するスロット４を有し、スロットは平行側面に形成されている。スロット４内に、上下および並べて配置される平角線５を示してある。このように構成された歯巻回コイル６は、歯３に隣接した巻線積層体７（これをここでは仮に第１積層体と呼ぶこととする）がスロット底８から半径方向で固定子穴へと延び（積層が重ねられて行き）、それに隣接して配置された第２積層体もスロット底８から固定子穴へと延びるように巻回されている。スロット内で平角線５の並置された巻線積層体７は電気的に直列にも並列にも接続可能である。この結果、歯巻回コイル６における主磁束ベクトルに対して平行な方向での単位長さ当りのターン数は高密度のままで変更することなしに、１つの平角線寸法で、２種類の全巻数を実現できる。図２に原理的に示す並列回路の場合、例えば平角線５にエナメル絶縁を施していれば、層間絶縁２０は必ずしも必要ない。

図２に示す如く、歯巻回コイル６は、線材規格に定められた許容範囲の下方にある曲げ半径で加工するとよい。スロット４の領域に歯巻回コイル６は固定子１の薄鋼板１２に対する主絶縁１１を持つ。歯巻回コイル６の始端９と終端１０は、電気的に並列接続された平角線５を持つ歯巻回コイル６の通電を可能とする。平角線５は必要なら溝２１又は他の加工部を有し、これが加工、例えば歯巻回コイル６の巻回を容易にする。歯巻回コイル６の固定を向上すべく、ケーブル結合具に類似した手段２２を利用できる。

歯巻回コイル６を支持体２３に巻回する場合、少なくとも歯３に向き合う側で、主絶縁１１を省略できる。それは、支持体２３の材料がこの機能を引受け又は含む故である。

図３は電気機械、特に永久磁石同期機２の構造を示す。固定子１は、対で平行側面スロット４を備えた歯３と、各々その間にあって台形に形成された非巻回歯１３とを有する。固定子１はハウジング１６に嵌挿されている。ハウジング１６の内部又は表面に、同期機２を冷却するための図示しない手段を備えている。これは、特に空気冷却のための冷却フィン、又はハウジング１６内にある蛇行状又は螺旋状に配置された液体冷却用冷却通路である。回転子１４の周面にある永久磁石１５は好適な手段、例えば結合帯１７によって保持される。回転子１４自体が冷却手段、例えば冷却通路１８を有する。

回転子１４は例えば主軸１９上で位置決めされており、この主軸は図示しない生産機械又は工作機械の一部を成す。

図４に示す歯巻回コイル６は、平角線６が、原理的に示す如く結合部２３を経て電気的に直列に接続されている。層間に加わる電圧差の故に、層間絶縁２０が不可欠である。

図５に斜視図で例示する支持体２３は平角線５を備え得る。その際には、支持体２３の内面２４が平角線５と歯３との間の主絶縁を引き受ける。

平角線巻線の細部部である。 平角線で構成された歯巻回コイルを示す。 本発明に係る巻線を有する電気機械の横断面図である。 原理的直列回路を示す。 支持体の斜視図である。

符号の説明

１ 固定子、２ 同期機、３、１３ 歯、４ スロット、５ 平角線、６ 歯巻回コイル、７ 巻線積層体、８ スロット底、９ 始端、１０ 終端、１１ 主絶縁、１２ 薄鋼板、１４ 回転子、１５ 永久磁石、１６ ハウジング、１７ 結合帯、１８ 冷却通路、１９ 主軸、２０ 層間絶縁、２１ 溝、２３ 支持体、２４ 内面

Claims (7)

1. 固定子（１）に底面と開口と側面とを有する平行側面スロット（４）が設けられ、隣り合う前記平行側面スロット（４）同士の側面によって両側面が形成された１つの歯（３）を巻芯として、当該歯（３）の前記両側面を含む表面の周囲に、断面が長辺と短辺とを有する扁平な平角線（５）を複数ターンに亘って巻回してなる歯巻回コイル（６）を有する永久磁石同期機（２）であって、
   前記複数ターンの平角線（５）を、当該平角線（５）における前記短辺が前記歯（３）の前記側面に対して平行となるように巻回することによって、当該平角線（５）の１ターン分を１層の導体層として複数層の導体層を積層してなる巻線積層体（７）が形成されて、当該巻線積層体（７）によって前記歯巻回コイル（６）が構成され、当該歯巻回コイル（６）は、当該歯巻回コイル（６）に電流が流されたときに生じる磁束の主磁束ベクトルが前記巻線積層体（７）の積層方向と平行な方向に向くように設定されており、
   かつ、一つの前記平行側面スロット（４）内に、電流系統の異なる少なくとも２系統の前記歯巻回コイル（６）の巻線積層体（７）が、当該巻線積層体（７）を構成している前記平角線（５）の短辺同士が互いに隣り合うように、並置されている
   ことを特徴とする永久磁石同期機（２）。
2. 前記歯巻回コイル（６）は、前記平行側面スロット（４）における前記底面から前記開口に向かって前記平角線（５）が積み重ねられて前記巻線積層体（７）を形成するように、前記平角線（５）を巻回してなるものである
   ことを特徴とする請求項１記載の永久磁石同期機（２）。
3. １つの前記平行側面スロット（４）が、１系統の前記歯巻回コイル（６）当りの半分によって占められており、
   一つの前記固定子（１）には、前記歯巻回コイル（６）が複数配列形成されており、
   前記歯（３）として前記平角線（５）が巻回されたものと、それ以外に前記平角線（５）が巻回されていない歯とが、交互に配列形成されている
   ことを特徴とする請求項１または２記載の永久磁石同期機（２）。
4. 当該永久磁石同期機（２）自体が、同期電動機として回転力を出力するための主軸（１９）と、前記主軸（１９）の外周側であって前記固定子（１）の内周側に、前記主軸（１９）に対して同軸に設けられたリング状の永久磁石（１５）とを有しており、前記主軸（１９）に対して前記固定子（１）が同軸に構成されており、前記歯巻回コイル（６）が、前記固定子（１）の外側から当該固定子（１）に装着可能に設定されている
   ことを特徴とする請求項１ないし３のうちいずれか一つの項に記載の永久磁石同期機。
5. 前記歯巻回コイル（６）が、前記固定子（１）における少なくとも前記平行側面スロット（４）内に、前記歯（３）の側面および／または底面に対する主絶縁（１１）を有する
   ことを特徴とする請求項１ないし４のうちいずれか一つの項に記載の永久磁石同期機。
6. 前記歯巻回コイル（６）を、支持体（２３）上にて前記平角線（５）を巻回することで形成し、当該歯巻回コイル（６）を、前記支持体（２３）と共に前記歯（３）に位置決めして配置した
   ことを特徴とする請求項１ないし５のうちいずれか一つの項に記載の永久磁石同期機。
7. 前記歯巻回コイル（６）の各前記巻線積層体（７）が、それぞれ電気的に独立した系統のコイルとして、互いの接続関係を、電気的に並列にも直列にも接続可能に設定されている
   ことを特徴とする請求項１ないし６のうちいずれか一つの項に記載の永久磁石同期機。

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