JP5069184B2 - 電気機械用巻線構造 - Google Patents

Description

本発明は、請求項１の前文（プリアンブル部分、所謂おいて部分）による電気機械用巻線構造に関する。

一般的なタイプの当該電気機械は、たとえば特許文献１に記載されており、そこでは、コイル巻線は、明らかに台形固定子歯上に直接押し付けられ、そこに配置される。コイル巻線を固定子上に迅速にかつ容易に取り付けることができ、かつ歯面とコイル巻線との間の間隔を低減することができる（それにより、電気機械の効率が向上する効果がある）ことが有利であると言われている。しかしながら、コイル巻線のこの配置は、電気機械の動作中にかつ関連する振動の作用の下で、コイル巻線が、固定子歯に対してかつ２つの隣接する歯の間に形成されるスロットの底部まで位置をずらす可能性があり、そのため、そこに提供される可能性のある含浸剤の層とコイル導体の絶縁被覆とを損傷する可能性があるという危険に晒されており、その結果として、電気機械に短絡および故障の危険がある。また、コイル巻線が歯に空間的に近接するにも関わらず、台形歯およびコイルを備える電気機械の効率を、期待される程度まで向上させることができないということも分かった。

独国特許出願公開第１０３ １７ ７４９ Ａ１号明細書

この問題の背景に対し、本発明の課題は、コイル巻線が歯に動作的に確実に取り付けられる、電気機械用巻線構造をもたらすことである。さらに、このタイプの巻線構造の使用は、電気機械の効率を向上させるように意図される。

上記タイプの電気機械用巻線構造の場合、上述した課題は、請求項１の特徴によって達成される。

したがって、本発明は、
ヨークを有し、
ヨークから突出する歯であって、台形断面の巻線支持領域を有し、歯面が第１くさび面を形成する、歯を有し、
歯に取り付けられるコイル巻線であって、その第１くさび面に対向する内部領域が第２くさび面を表す、コイル巻線を有する
積層鉄心を備えた、電気機械用巻線構造を提供する。本巻線構造は、特に、コイル巻線が巻線ホルダーによって歯に取り付けられ、巻線ホルダーおよび／または歯に、巻線ホルダーのヨークに向かう移動を制限する止め手段が設けられ、歯の配置方向にセンタリング手段が設けられることを特徴とする。

本発明は、最初に、従来技術から既知であるような、コイル巻線の歯面との直接接触により、熱伝達距離が低減するが、コイルを備えた積層固定子鉄心または積層回転子鉄心が含浸プロセスにさらされる場合、含浸剤が歯面と巻線との間に残っているギャップ内に完全に浸透することができないという欠点もまたもたらされるという認識に基づく。結果として、コイル巻線から出て歯に入る熱の搬送が、空気含有物の存在によって妨げられ、したがって電気機械の効率に大幅な損失がもたらされる。

この認識の背景に対し、本発明は、歯面とコイル巻線の対向する内部領域との間に所定最小間隔を提供し、この間隔は、既製コイル巻線の歯への取付中に所定値を下回ることがないという概念に基づく。結果として、含浸剤が歯面と巻線との間の界面領域に達することができないように、あるいは巻線と歯との間に位置する絶縁層に、または巻線導体上の絶縁被覆に損傷が発生する可能性があるように、コイル巻線が取付中に歯に対して食い込むことがないことが保証される。この最小間隔は、極めて小さくてもよく、たとえばｘ方向において、すなわち固定子の円周方向において約０．０５ｍｍの寸法であってもよい。最小間隔が、含浸剤が毛管作用の結果として界面領域に入り、歯と巻線コイルとの両方を本質的に完全に湿潤することができるように計算されることが有利である。しかしながら、最小間隔は大きすぎてもならず、そうである場合、積層鉄心に含浸するために使用される含浸剤が、その粘性が比較的低い結果としてギャップまたは界面領域から再び出て、それにより、望ましくない断熱効果がある中間空気空間が形成され得る可能性があるためである。コイル巻線を、巻線ホルダーを使用して取り付けることにより、その取付中におけるかつ電気機械の動作中における巻線に対する損傷の危険が大幅に制限され、同時に、積層鉄心に配置されるコイル巻線すべてが、ｘ−ｚ平面における規定された位置に取り付けられることが保証される。巻線ホルダーは、電気機械の動作温度範囲における熱に耐えることができるプラスチックの射出成形またはダイカスト、好ましくはＰＰＳ等の熱硬化性プラスチックである。

本発明による巻線構造を、線形電気機械に、かつ回転機械にも使用することができ、構造に関してさらなる制限はない。歯の台形形状に関して、本発明は、非対称歯および対称歯の両方、すなわち、等しい非平行側面を有する歯、および歯の先端に対し任意の所望の構造を有する歯も包含する。コイルを、任意の所望の断面、たとえば円形、正方形、矩形またはリボン状の断面の巻線導体を使用して巻回してもよく、適当に撚った導体または撚り線もまた使用することができる。コイル巻線は、歯に取り付ける用意ができている既製のプラグインコイルの形態であってもよく、または少なくとも巻線ホルダーを使用して歯の周囲に導体を巻回することによって製作してもよい。

本発明の有利な実施形態および詳細は、従属請求項に記載されている。

特に、歯の長さとそれに取り付けられるコイル巻線の長さとの差を補償するために、巻線ホルダーに補償手段を提供することが有利であり、その結果として、巻線が、ｙ方向、すなわちｘ−ｚ平面に対して垂直な方向において適所に保持される。回転電気機械の場合、ｙ方向は軸方向を示す。

巻線ホルダーの有効な実施形態において、本体は、コイル巻線を受け入れる巻線領域を備え、この領域は、台形巻線支持体と２つの側面部とによって形成され、側面部は、巻線領域の境界を形成するとともに、巻線支持体に接続される。側面部は、巻線が径方向、すなわちｚ方向に滑り落ちないようにする。

補償手段の簡単な形態は、変形可能またはせん断可能ウェブにあり、それは、巻線支持体の歯に面する側に設けられ、巻線ホルダーの材料から形成されることが有利である。コイル巻線を歯に容易に配置することができるように、このウェブに送り斜面を設けてもよく、長さ補償のために、すなわち堅固な着座を達成するために、それを、巻線ホルダーが適所に押し込まれる際に変形させることができるか、または場合により少なくとも部分的に巻線ホルダーからせん断することができる。

巻線ホルダーのヨークに向かう方向におけるかつ歯の配置方向における移動を制限する止め手段を、巻線ホルダーにまたはヨークに別個のものとして、すなわちセンタリング手段から独立して形成してもよい。しかしながら、止め手段は、ｘ方向およびｚ方向の両方において位置決め効果を有するように巻線ホルダーにおよび／または歯に形成されることが有利である。これに対し、多くの一般的に既知の設計可能性がある。台形歯の場合、たとえば互いに向かって傾斜する歯面および縁を使用して、巻線ホルダーを適所に保持してもよく、それは、巻線ホルダーに対する適当に設計された構造がこれらの縁と係合するためである。

本発明の特に有利な実施形態によれば、歯における端面と歯面との間の遷移部に凹部が形成される。これらの凹部に、巻線支持体の両側に配置されかつヨークまで延在するウェブが係合することができる。積層鉄心から従来のように形成されるヨークの場合、鉄心板のうちの１つ以上を歯の幅が幾分か低減した板の形態で積層体の端面に直接配置することにより、歯の凹部を非常に容易に提供することができる。回転機械の場合、歯の端面に軸方向突起が形成される結果となる。

巻線支持体上のウェブが側面として各側に１つ設計される場合、巻線支持体は、歯の端面だけでなく、歯面の軸方向最外領域、すなわちｙ方向において最も外側もカバーする。結果として、巻線導体が屈曲されなければならない領域における巻線導体の部分全体を、連続的に、かつ歯の端面から歯面までキンクをもたらすことなく、敷設することができ、そのため、導体の絶縁被覆が、許容できる範囲を超えて変形し破損することがあり得ない。

また、巻線支持体を、コイル巻線が歯面に進む領域において、巻線導体が延在する方向において所定半径を有するように設計することが望ましく、この半径は、巻線導体の所定最小曲げ半径以下である。これに関して、巻線導体が、巻線導体が屈曲する領域を越える点、すなわち、巻線導体がすでに側面に向かっている、方向の変更なしに敷設される部分に達するまで、巻線支持体から歯面まで進まないことが有利であることも分かった。この方法により、巻線導体の、損傷を受け易い絶縁被覆に対する応力が低減される。

歯面とコイル巻線との間の画定された毛管ギャップを実現するために、台形巻線支持体が、歯面を越えて延在する突起を有するように設計される。

ヨーク側に配置される巻線ホルダーの側面部が、少なくとも部分的にヨークにわたって延在する支持部を有することがさらに有利である。コイル巻線の設置方向における止め具として作用するこの支持領域により、コイル巻線はスロットの底部においてヨークと直接接触することがなく、同時に、歯面の領域において直接接触することも防止される。

電気機械のヨークにおける巻線支持体の規定された位置決めに加えて、巻線支持体は、ロック機構も有し、それにより、支持体を、電気機械の歯の上に拘束し捕捉することができ、それにより支持体が意図せずに緩むことがない。ロック手段は、有利には、少なくとも空間の一方向における位置決め、たとえばｘ−ｚ方向における固定もまた同時に達成されるように設計されることが可能であり、回転機械の場合、これは、回転の軸に対して垂直な径方向面を示す。

本発明を、添付図面を参照して例示的な実施形態に基づき以下でさらに詳細に説明する。

図１は、巻線ホルダー１０を示し、その上には、別の巻線ホルダーと併せて、巻線導体の巻線が取り付けられ、それにより電気機械１４のコイル巻線１２が形成される。コイル巻線を形成するために使用される巻線導体は、たとえば、円形、矩形または正方形導体、他の任意の所望の断面を有する導体、あるいは撚り導体であってもよい。

図２によれば、既製コイル１２が、次のステップにおいて、固定子１７のヨーク１６から突出する電気機械１４の歯１８の上に、径方向に押される。この場合、機械は、外部回転子タイプの回転機械である。個々のコイル１２が、協働してそれら全体で電気機械１４の同軸巻線を形成し、後に、互いに接続するための個々のストランドに割り当てられる。

ヨーク１６は、既知の方法で積層鉄心１９として設計され、それは、そこから突出する歯１８が台形断面の巻線支持領域２０を有し、歯面２２は第１くさび面２４を形成するという特徴を有する。歯１８の上に配置されるために提供されるコイル巻線１２の内部断面もまた、歯１８の形状に対応して台形形状であり、歯１８の第１くさび面２４に対向して位置するコイル巻線の内部領域２６は、第２くさび面２８を表す。

コイル１２を製作するために使用される巻線ホルダー１０（図１）は、その基本構造において巻線領域３０を備え、それは、等脚台形形状巻線支持体３２と、巻線領域３０の境界を形成し、かつ巻線支持体３２に接続される２つの側面部３４、３６と、によって形成される。側面部の長さは、取り付けられるコイル巻線１２の頭部の長さ、すなわち、ヨークの端面を越えて突出する巻線の部分の長さとほぼ同じである。

図４は、固定子ヨーク１６と径方向外側を向いた歯１８とを備えた外部回転子電気機械の固定子１７の一部を示す。中央歯１８には２つの巻線ホルダー１０しか示さず、明確にするために、コイル巻線１２は図示しない。

図３および図４において、歯１８に取り付けられた巻線ホルダー１０のヨーク側側面部３６が、ヨーク１６の少なくとも一部にわたって延在する支持部３８を有することが分かる。この支持部は、止め手段を表し、巻線ホルダー１０を取り付ける工程においてヨーク１６に向かう方向において下方に作用する。

固定子１７におけるコイル１２の横方向固定のために、すなわち円周方向における固定のために、図３において、巻線支持体３２の縁領域に２つの保持ウェブ４０ａ、４０ｂまたは保持縁が設けられることにより保持構成が形成されることが分かり、これらの保持縁は、巻線支持体３２の後部支持面を越えて突出してもよく、軸方向に突出する縁の狭い部分は、固定子１７上の固定子歯１８の側面２２の少なくとも一部を把持することができる。この目的のために、縁４０ａ、４０ｂは、わずかに突出すればよい。ウェブ４０ａ、４０ｂの外縁４２ａ、４２ｂは、巻線支持体３２の台形形状と対応してヨーク１６に向かってくさび状に延在し、内縁４４ａ、４４ｂは平行であって、歯１８の端面に形成された凹部４６ａ、４６ｂに係合し、そのためセンタリング手段４４ａ、４４ｂとして作用する。したがって、巻線ホルダー１０は、歯１８上に設置されると、確実に案内され、円周方向に遊びなしに歯の上に配置され、また中心に位置合せされる。図４において、固定子歯１８上に互いに対して軸方向反対側に位置する２つの巻線ホルダー１０の保持ウェブ４０ａ、４０ｂが、それらの間に、歯面２２の露出領域、すなわち巻線ホルダー１０によって覆われない領域の枠を形成することが分かる。この露出領域は、放散熱をコイル巻線１２から歯１８へ、かつそこからヨーク１６へ有効に伝達することができるように、可能な限り広く設計される。

コイル巻線１２を固定子歯１８上の適所に固定するために、巻線支持体３２には、さらに、ロックタブ４８ａを備えるロック機構４８が設けられ、ロックタブ４８ａの一端は巻線支持体３２に取り付けられる。ロック機構は、コイル１２を特に径方向に固定し、それが歯１８上に押下され過ぎないようにする。ロックタブ４８ａは、巻線支持体３２に設けられる凹部５０内部で枢動する自由度があるように配置される。その他端は、固定子歯１８の対応する凹部５２と係合することができるロック突起４８ｂを支持し、その凹部においてロック突起４８ｂは支持体を適所にロックする。

コイル巻線１２を遊びなしに取り付けるために、さらに、特に固定子１７の軸方向において、歯１８の長さとそれに取り付けられるコイル巻線１２の長さとの間の差を補償する補償手段５４が、巻線支持体３２の固定子歯１８に面する側、すなわちコイル巻線１２と反対向きの側に設けられる。これらの手段は、図５においてわずかに変更された巻線ホルダー１０の背面側の図に見ることができるように、変形可能および／またはせん断可能ウェブ５４ａ、５４ｂの形態である。これらのウェブ５４ａ、５４ｂは、送り斜面５６を有し、コイル巻線１２が歯１８の上に押下されるに従い、そこに存在する適合の品質に応じて塑性的に変形することができる。したがって、コイル巻線１２を固定子歯１８上に、それが動作中に発生する振動の影響下にあっても移動しないように取り付けることができる。

図１および図３〜図５において、巻線支持体３２はまた、少なくとも縁領域において、導電体を案内する密接に隣接した溝または切欠きの形態の輪郭（図示せず）を有してもよい。切欠きは、互いから、この方向における導体の有効断面に等しい距離だけずれており、円形ワイヤが使用される場合、この距離はワイヤの径に等しくなる。

図１に示す巻線ホルダー１０の下方の側面部において、コイル１２の端部を保持するために溝５８が形成され、この溝は、およそ巻線支持体３２の縁で開始し、側面部３６の自由端まで延在する。溝は、巻線領域３０に対して開放している。溝５８の深さは、側面部３６の自由端に向かって増大し、その結果として、巻線の開始部、すなわち敷設されるコイル１２の巻線の第１端が、巻線ホルダー１０への巻線の敷設を、かつ巻線の積上げを妨害しないことが保証される。このため、コイル１２は、非常に高い銅占積率を有することができる。溝５８の深さは、その長さの大部分にわたり、深さ方向における巻線導体の有効断面に対応する。

側面部３６の自由端において、さらに、巻線の端部を保持する２つの送り部６０ａ、６０ｂが設けられる。図の左の送り部６０ａは、溝５８と統合され、巻線の第１端を保持するように意図され、図の右の送り部６０ｂは、巻線の第２端を保持するように意図される。両送り部６０ａ、６０ｂは、側面部３６からほぼ直角に突出するように設計され、その結果として、コイル端部は、コイル１２の下部に位置する配線配置に向かって向けられ、そこで接続されることが可能である。

コイル巻線１２の製造の一部として、それを溝絶縁紙等の適当な絶縁層で包囲する必要があり、それは、巻線工程の開始時すぐに巻線ホルダー１０に敷設され、巻線工程中は巻線ホルダーにより適所に保持される。

巻線支持体３２は、巻線領域３０と歯面２２との間の遷移部に、巻線導体が延在する方向において所定半径を有するように設計され、この半径は、所定最小曲げ半径以下である。さらに、巻線支持体３２と歯面２２との間の分離点、すなわち外縁４２ａ、４２ｂは、巻線導体が屈曲する領域の外側に位置する。

図６において、歯１８の取付後、巻線支持体３２が、歯面２２の各々を越えて規定の距離だけ突出し、それにより、歯面とコイル巻線１２との間に、毛管ギャップが残ることができ、固定子１７の含浸中、その中に、含浸樹脂が漏れ出る危険性なしに浸透することができるということが分かる。コイル巻線１２とヨーク１６との間には、このタイプの毛管ギャップがもう１つ形成される。

巻線領域の方を向いた、巻線ホルダーの斜視図を示す。 ヨーク、台形歯および歯の上のコイル巻線を備えた固定子の概略図を示す。 図１による巻線ホルダーの背面図を示す。 図１に示す巻線ホルダーを使用することによって得られる電気機械の歯の上の巻線構造を示す。 歯による長さ補償のための補償手段を備えた巻線ホルダーの背面の図を示す。 電気機械の歯の上に配置された巻線ホルダーの一部の図を示す。

１０ 巻線ホルダー
１２ コイル巻線
１４ 電気機械
１６ ヨーク
１７ 固定子
１８ 歯
１９ 積層鉄心
２０ 巻線支持領域
２２ 歯面
２４ 第１くさび面
２６ 内部領域
２８ 第２くさび面
３０ 巻線領域
３２ 巻線支持体
３４ 側面部
３６ 側面部
３８ 支持部（止め手段）
４０ａ 保持ウェブ（保持縁、凹部ウェブ）
４０ｂ 保持ウェブ（保持縁、凹部ウェブ）
４２ａ 外縁（分離点）
４２ｂ 外縁（分離点）
４４ａ 内縁（位置合せ手段）
４４ｂ 内縁（位置合せ手段）
４６ａ 凹部
４６ｂ 凹部
４８ ロック機構、支持部
４８ａ ロックタブ
４８ｂ ロック突起
５０ 凹部
５２ 凹部
５４ 補償手段
５４ａ ウェブ
５４ｂ ウェブ
５６ 送り斜面
５８ 溝
６０ａ 送り部
６０ｂ 送り部

Claims (12)

1. ヨーク（１６）と、このヨーク（１６）から突出配置された、台形断面の巻線支持領域（２０）を有する歯（１８）と、この歯（１８）の上に配置されたコイル巻線（１２）とを備えた積層鉄心（１９）を有し、この歯（１８）の歯面（２２）が第１くさび面（２４）を形成し、その第１くさび面（２４）に対向するコイル巻線（１２）の内部領域が第２くさび面（２８）を形成する、電気機械用巻線構造において、
   コイル巻線（１２）が、このコイル巻線（１２）を保持する巻線ホルダー（１０）によって歯（１８）の上に配置され、
   この巻線ホルダー（１０）が、歯（１８）の二つの巻線支持領域（２０）の中の一方にそれぞれ取り付けられる別個の部材として構成され、
   この巻線ホルダー（１０）が、巻線領域（３０）を備えており、その巻線領域が、歯（１８）の巻線支持領域（２０）と当接する台形の巻線支持体（３２）と、巻線領域（３０）の境界を画定するとともに、巻線支持体（３２）に接続する２つの側面部（３４，３６）とから構成され、
   巻線ホルダー（１０）と歯（１８）の中の一方又は両方には、巻線ホルダー（１０）のヨーク（１６）に向かう方向の動きを制限する止め手段（３８）と、巻線ホルダー（１０）の歯（１８）の巻線支持領域（２０）に沿った円周方向の動きを制限するセンタリング手段（４４ａ，４４ｂ）とが設けられていることを特徴とする、巻線構造。
2. 含浸剤が充填された毛管ギャップが、前記歯面（２２）と前記コイル巻線（１２）との間及び前記ヨーク（１６）と前記コイル巻線（１２）との間に形成されることを特徴とする、請求項１に記載の巻線構造。
3. 歯（１８）の長さとそれに取り付けられる前記コイル巻線（１２）の長さとの間の差を補償するように、巻線ホルダー（１０）上に補償手段（５４）が形成されることを特徴とする、請求項１または２に記載の巻線構造。
4. 補償手段として、少なくとも１つの変形可能またはせん断可能なウェブ（５４ａ，５４ｂ）が、前記巻線支持体（３２）の前記歯（１８）に面する側に設けられることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載の電気機械用巻線構造。
5. 前記止め手段（３８）および前記センタリング手段（４４ａ，４４ｂ）が、前記巻線ホルダー（１０）と歯（１８）の中の一方又は両方に一緒に形成されていることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載の電気機械用巻線構造。
6. 前記センタリング手段（４４ａ，４４ｂ）が、歯（１８）の歯面（２２）と協働するように前記巻線ホルダー（１０）に形成されていることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一項に記載の電気機械用巻線構造。
7. 歯（１８）が、その端面から前記歯面（２２）への遷移部で、凹部（４６ａ，４６ｂ）を有し、その中に、前記巻線支持体（３２）の両側に配置されかつ前記ヨークまで延在する凹部ウェブ（４０ａ，４０ｂ）が係合することを特徴とする、請求項１〜６のいずれか一項に記載の電気機械用巻線構造。
8. 前記巻線領域（３０）から前記歯面（２２）への遷移部で、前記巻線支持体（３２）は、巻線導体の延在する方向にて所定半径を有するように形成され、この半径が、前記巻線導体の所定最小曲げ半径以下であることを特徴とする、請求項１〜７のいずれか一項に記載の電気機械用巻線構造。
9. 前記巻線支持体（３２）と前記歯面（２２）との間の分離点（４２ａ，４２ｂ）が、前記巻線導体の屈曲領域の外側に位置することを特徴とする、請求項１〜８のいずれか一項に記載の電気機械用巻線構造。
10. 前記巻線支持体（３２）が、歯（１８）上への取付位置で、規定の量だけ前記歯面（２２）を越えて突出することを特徴とする、請求項１〜９のいずれか一項に記載の電気機械用巻線構造。
11. 歯（１８）のヨーク端における前記巻線ホルダー（１０）の側面部（３６）が、少なくとも部分的に前記ヨーク（１６）と当接する止め手段（３８）を有することを特徴とする、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の電気機械用巻線構造。
12. 前記巻線支持体（３２）が、前記電気機械の前記歯（１８）にロックするロック機構（４８）を有することを特徴とする、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の巻線構造。

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