JPH06511378A - 電気機械 - Google Patents

電気機械

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JPH06511378A
JPH06511378A JP6504153A JP50415394A JPH06511378A JP H06511378 A JPH06511378 A JP H06511378A JP 6504153 A JP6504153 A JP 6504153A JP 50415394 A JP50415394 A JP 50415394A JP H06511378 A JPH06511378 A JP H06511378A
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ヒルマン,フランク
カンデルス,ボルフ−リュディガー
クライン,ハラルト
ソーテン フォン,ハインツ
ビーガント,エデュアルト
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ピラー ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 電気機械 技術分野 本発明は、軸を中心に回転するロータと、軸の周囲に等分角位置に配置された一 組の複数のC字型の極エレメントを有するステータとを具え、各極エレメントが 、ベースウェブとそこから突出した二つの極フィンガによってステータ巻線を収 容する極溝を形成している電気機械に関する。
背景技術 このタイプの電気機械は、ドイツ特許公開公報DE−O33536538や39 27454等によって公知となっている。
しかし、これらに開示された公知の電気機械は、特に極溝内にステータ巻線を配 置するタイプである点から、商業的に製造可能なものではない。
発明の開示 本発明の目的は、構造をできるだけ簡単にすることによって電気機械の機能の信 頼性が得られるように、この一般的なタイプの電気機械を改善することにある。
この目的は、冒頭に述べたタイプの電気機械において、極溝がステータ巻線と各 極エレメントとの間に位置する溝ライニングを具え、該溝ライニングはステータ 巻線と極エレメントとの間に設置された電気絶縁材料から構成されている本発明 によって達成される。
本発明の利点は、この溝ライニングによってステータ巻線と極エレメントとの間 に安全且つ信頼性の高い電気絶縁が保証されると共に、組み立てが簡単なことで ある。
溝ライニングがC字型の絶縁領域を具え、且つこの領域が極溝の中に設けられて いる場合に、特に信頼性の高い溝の絶縁が得られる。
例えば、溝ライニングは、特に極溝の外縁を被覆するように極溝の領域内に設け られた粉末コーティングであり、これによってこれらの外縁上でのステータ巻線 の「擦り剥けJ (chafing)が避けられる。
しかし、特に少量生産の場合には、製造技術の点から、溝ライニングを棒溝内に 置かれた偏平な電気絶縁材料で構成することがより簡単である。
前記C字型領域は偏平な電気絶線材料で作られた一体物として構成することが便 利であり、これによって溝ライニングの組み立てが容易に行える。
ステータ巻線が極エレメント上に溝ライニングを介して支持されていると、ステ ータ巻線と極エレメントと間の短絡が防がれ且っ溝ライニングがステータ巻線を この電気機械の所定位置に固定するための簡単な手段として使用できるので、安 定性の観点から機械的に好ましい。
溝ライニングを設けたにもかかわらず、ステータ巻線の冷却特に極エレメント同 士の間の領域での冷却を充分に行うために、溝ライニングは二つの極エレメント の間の中間スペースにおいて各ステータ巻線の外周面の少なくとも約半分にわた ってステータ巻線を解放していることが望ましい。
二つの横エレメントの間の中間スペースにおいてステータ巻線の外周面の少なく とも3/4にわたって少なくともその三辺で、溝ライニングがステータ巻線を解 放していることが更に望ましい。
溝ライニングが二つの極エレメントの中間スペースにおいてステータ巻線を実質 的に解放し、この中間スペースにおいてステータ巻線が冷媒によって冷却される ことが望ましい。これに関して、溝ライニングは極溝の外縁を僅かに越えるが又 はこれを被覆して、そこにおけるステータ巻線の「擦り剥け」を防止することが 望ましい。
好適実施例においては、各極エレメントはそれ自体の溝ライニングを具えている 。
各極エレメント用に溝ライニングが設けられている場合に、この各エレメント用 溝ライニングが電気機械の作動中には変位せずに極エレメントとステータ巻線と の間に安定して留まっているようにするには、各極エレメントの溝ライニングが 極エレメントに関して、ステータ巻線の巻き方向即ち円周方向の変位に対して位 置を確保されていることが望ましい。こうして、溝ライニングがこの方向に極エ レメントから動くことが防がれ、従って電気機械の作動中にステータ巻線と極エ レメントとの間で短絡が生じたり、ステータ巻線が各極エレメントに支持されな くなるようなことが防がれる。
これは、例えば、溝ライニングを各極エレメントに接着することによって実現可 能である。例えば、この目的のために溝ライニングと擾エレメントとの間にホッ トメルト層を設けることが望ましく、この層は溝ライニングが極溝内に挿入され た後に加熱することによって、活性化する。
これに代えて又はこれに追加して、溝ライニングを極エレメントの所定位置に積 極的に固定することが望ましい。
この点に関し、溝ライニングは、ステータ巻線の巻き方向即ち円周方向に直角に 極エレメントの方に突出した少なくとも一つの位置確保エレメントによって極エ レメントの所定位置に積極的に確保されることが望ましい。
この位置確保エレメントは、それが極エレメントの凹部に係合するように構成さ れてもよい。
これとは別に、位置確保エレメントは各極エレメントの側面に当接してもよい。
最も簡単な場合には、極エレメントの表面の両側に当接する二つの位置確保エレ メントが設けられる。
原理的には、この位置確保エレメントは溝ライニングの互いに反対側の設置され た溝側壁エレメント上に設けられてもよく、従って各エレメントが互いに反対方 向の変位に対して溝ライニングの位置を確保する。しかし、それぞれの溝側壁エ レメントに二つの位置確保エレメントを設けることが更に好ましい。
巻き方向即ち円周方向の変位に対して溝ライニングを確保するための更に別の又 は補助的なやり方は、一連の極エレメントの溝ライニングを相互にウェブによっ て連結することである。これは一連の極エレメントの溝ライニングが相互に支持 され、すべての溝ライニングを全体として変位させることだけが可能となること を意味する。
このやり方は、すべての溝ライニングがウェブを介して相互に連結され、溝ライ ニングは一連の極エレメントの極溝内に互いに挿入可能である点で好ましい。
このタイプのウェブは、溝側壁エレメントの領域に配置可能である。一連の溝側 壁エレメントのそれぞれをこのようなウェブによって連結することも考えられる 。
しかし、別のやり方として、ウェブを溝ライニングの溝ベースエレメントの領域 に配置し、一連の溝ベースエレメントを相互に連結することが望ましい。溝ベー スエレメントの領域にウェブを配置する利点は、前記位置確保エレメントを助け て溝ライニングを補助的に固定できることにある。
それに加えて、好ましい実施例によれば、極エレメントの極フィンガに平行な動 きに対して溝ライニングの位置を確保することができる。これは、ベースウェブ に設けられた極フィンガの一端の方への如何なる動きに対しても位置が確保され ることが望ましい。
溝ライニングはホットメルト等の接着剤層を介して位置固定される。
別のやり方として、この場合、溝ライニングは各極エレメントに積極的に位置固 定されることも好ましい。
これは、溝ライニングを極エレメントの凹部に係合させることによって実現され る。
溝ライニングが、溝側壁エレメントの端縁で極エレメントの凹部に係合すること が特に好ましい。
両方の溝側壁エレメントがその端縁で極エレメントの凹部に係合する場合に、溝 ライニングが確実に所定位置に固定される。溝側壁エレメントをこの凹部に係合 させるためには、溝側壁エレメントが、極エレメントの凹部の方に曲がって該凹 部内にスナップ係合して固定可能な突起を有することが望ましい。
スペーサフィンガによって分割された極部の場合、溝ライニングは二つの部分的 溝ライニングを具え、各部分的溝ライニングは溝側壁エレメントと部分的溝ベー スエレメントとスペーサフィンガエレメントとを具え、これによってこのタイプ の部分的溝ライニングがスペーサフィンガによって分割された部分的溝内に挿入 可能となっていることが好ましい。この部分的溝ライニングは、その溝側壁エレ メントによって溝側壁に当接し、その部分的ベースエレメントによって各部分的 溝ベースに当接し、そのスペーサフィンガエレメントによって各スペーサフィン ガ側面に当接する。
スペーサフィンガを溝ライニングによって確実に被覆するために、スペーサフィ ンガエレメントがスペーサフィンガの先端の周囲に設特表千6−511378  (4) 置されることが望ましい。
スペーサフィンガエレメントがスペーサフィンガの先端の周囲に設置され、端部 領域で対向する各スペーサフィンガ側面に当接することが更に好ましい。
このタイプのスペーサフィンガは、各ステータ巻線特にその中心領域から伝導に よって熱を取り去るのに適しており、熱は溝ライニングの各スペーサフィンガエ レメントを介してスペーサの領域に伝わる。
ステータ巻線を極溝内に確保する手段に関しては、上述の実施例では詳細には説 明されなかった。
好適実施例によれば、ステータ巻線は溝カバーによって極フィンガに平行な動き に対して極溝内に位置を確保される。
この溝カバーは同じように極エレメントに接着されてもよい。
しかし、溝カバーは極エレメント上に積極的に保持されることが更に好ましい。
溝カバーが極フィンガの凹部に係合することが特に好ましいことが判明した。
特に好ましい実施例においては、溝カバーは極部に横方向に設けられた極エレメ ントの凹部に係合している。
溝ライニングを溝カバーと共に所定の位置に固定するために、溝カバーは溝側壁 エレメントの端縁用に設けられた凹部に係合することが望ましく、これによって 、一種類の凹部だけを設ければ溝ライニングと溝カバーの両方を積極的に所定位 置に固定することができる。
相互に平行に延びている溝側壁エレメントをその端縁で凹部内に位置固定するた めに、溝カバーは溝側壁エレメントの突起を凹部内に押し込むことが望ましい。
組立に関しては、溝カバーが極エレメントにロック可能となっており、これによ ってスナップ係合を形成して極エレメントに積極的に固定されることが特に望ま しいことが判明した。
溝ライニングの構成に関しては、好適実施例によれば、溝ライニングは射出成型 部品等の予め製造されたプラスチック部品で構成されている。このプラスチック 部品は、その最終形態を具えた構成部品として製造されることが好ましい。
これとは別に、溝ライニングは偏平材料から打ち抜き又はパンチング等によって 分離され、C字型に曲げられる。これは、各極エレメント用の溝ライニングの形 状を可及的簡単に且つ安価に製造する最も簡単なやり方である。
溝ライニングがウェブのみによって相互に連結されている場合、すべて溝ライニ ングは偏平材料の真っ直ぐなストリップから連なった状態で打ち抜かれることが 好ましく、これによってウェブが個々の溝ライニングを相互に連結する。
本発明の特に好ましい例では、ステータ巻線が溝ライニングを介して極エレメン トと熱的に接続されている。これにより、極エレメントを介してステータ巻線の 良好な冷却が行われる。
これに関して、溝ライニングは伝熱性材料を介して各極エレメントと熱的に接続 されていることが好ましい。
更に、溝ライニングは伝熱性材料を介してステータ巻線に熱的に接続されている ことか望ましい。
この伝熱材料はペースト又は樹脂等の成型体であることが望ましい。
本発明は、電気機械がロータ軸を中心に極部を通ってリング状に延在するステー タ巻線を有する場合に特に有利である。なぜならば、このタイプのステータ巻線 は本発明の溝ライニングによって極エレメントと絶線可能だからである。
磁石回路エレメントは永久磁石であってもよい。しかし、恒久的には磁化されな い磁性材料で作られた磁石回路エレメントが特に好ましい。
このステータ巻線は交流部分と直流部分を有し、本発明の電気機械は反作用電動 機として作動する。
本発明の電気機械の特に好ましい実施例は同期電動機特に改良型反作用電動機と して作動し、−組の複数の極エレメントが、これと連携する複数の磁石回路エレ メントに対応し、すべてのこれら磁石回路エレメントはこの極エレメントによっ て一斉に吸引されたりされなかっりする。
極エレメントをできるだけコンパクトにするために、極エレメントはE字型即ち 二重C字型に構成されることが望ましい。
極フィンガはロータの軸に平行に延在するように配置されることが好ましい。
構造上の観点から、極エレメントはステータ巻線キャリア上に保持されることが 望ましい。
コンパクト化とエネルギ変換のためには、極エレメントを二組設けることが望ま しい。
本発明の範囲内の電気励起型横流機械(electrical excited transversal flow machine)の基本構成がドイツ特許 DE 3927454C2に開示されている。
このタイプの同期機械は、単位容積当たりの高い力密度と低損失が要求される場 合に使用される。このような横流機械の基本的特色は、シャフトと同軸のトロイ ダルコイル型の巻線の構成と、該コイルの周囲に放射状に配置された磁石回路と にある。
ドイツ特許DB 3927454に開示された電気機械では、磁束は運動方向に 直角に配置された軟鉄製の極エレメント内を導かれる。巻線はその磁化部分と共 に長手方向に延在し、二つのコイル部分に分割され、一方には直流が流れ、他方 には交流が流れる。軟鉄製の極エレメントからなるこの磁石回路は、常に両方の コイル部分を有するように構成されている。
実用化に際して、特に構造のコンパクト化と高い力密度に関して多くの問題が生 じる。本発明は、機械の容積に対して力密度を増加させるように極エレメントの 形状を最適化する構想を基礎として推進されている。
この意味において、本発明はその最も広い管種では、次のような特色を有する可 動部分と静止部分(ロータとステータ)を具えた電気励起型噴流機械を提供する ものである。
・ステータは機械のシャフトに対して放射状に円周方向に均等に配列された複数 の極エレメントを有する。
・各極エレメントはロータの軸方向に延在する少なくとも一つの極部を有し、凸 溝エレメントは中央極部分を始点として機械の両端面の軸受プレートの方を向い た鏡像関係に構成されている。
・シャフトと同軸に配置された少なくとも一つの励磁コイルが極部内に延在して いる。
・ローラ軸受上にガイドされたロータが、それぞれ少なくとも一つのロータリン グを具えた二つのキャリアディスクを有し、該ロータリングはシャフトと同軸に 延在し且つステータのこれに対応する極部内に係合している。
この構造は、最小のスペースに軟鉄製の極エレメントを均等に放射状に配置する ことを可能にし、この構造とこれに対応するロータリングの形状とによって、軽 量にもかかわらず高い力密度をもたらす。
中央極部分を始点として各極エレメントが各側に三つの極フィンガを (鏡像関 係に)具え、同時に軸と同軸に延在する二つの極部が各側に配置されている場合 が最適である。
従って、各極片はその側面図において二重E字型形状、即ち二つのEが相互に鏡 借関係に配置された形状を有する。
二つの励磁コイルがそれぞれの極部(各側に二つ)内に挿入されると、これはほ ぼ四つのモータの一体構造に対応し、対応するコイルは順次にずれて制御される 。この結果、機械は非常にスムースに運転され、損失も少ない。
励磁コイルは、銅線で巻かれたコイルである。
シャフト軸に対称に配置され、それぞれが各側面に三つの極フィンガを有する6 4個の極エレメントを基礎とすると、片側に128の極エレメントの部分が得ら れ、これらは各励磁コイルに対して絶縁される必要がある。
この構造的並び電気的に複雑な問題を解決するために、本発明の一実施例では、 励磁コイルとこれに対応する極フィンガの極表面との間の絶縁が、軸受プレート の方に開放されたU字型絶縁体即ち溝ライニングによって行われている。
これに関し、個々の絶縁片即ち溝形成体は別々に分離した部材でもよいが、そう すると組立作業が必要となる。本発明の好適実施例によれば、U字型に曲げられ るこの絶縁体のベース部分が隣接する極エレメント同士で相互に一体的に連結さ れている。
これによって、励磁コイルと極エレメント間のすべての接触面を単一の絶縁体即 ち各極部用の単一の溝形成体によって絶縁することが可能となる。この絶縁体は 中央ベースがリング状に閉じられた打ち抜きされた絶縁紙であり、この中央部分 から後で折り曲げられるアーム部分が半径方向に内外に延在している。
このような絶縁体は、単一の工具を使って一操作で挿入可能である。
別の実施例においては、各絶縁体のU字型アーム部分の自由端は、所定の角度外 方に曲げられるように構成され、これによって折り曲げ部分は極フィンガの表面 のこれに対応するスリットと係合可能となる。このようにして、回転に対する位 置の確保も同時に達成される。
励磁コイルは、極フィンガに取付けられた絶縁片によってその上面を被覆される ことが好ましい。
更に、特に励磁コイルが各極部用に複数の部分に区分され、巻線の各部分が特殊 な絶縁片によって相互に分離されている場合、絶縁体用のスリットは、励磁コイ ルの上面に載せられた絶縁片を所定位置に固定するのにも使用可能である。
巻線の電気接続エレメントが極エレメント間に放射状に配置されている。
極エレメントは軟鉄で作られ、それぞれ相互に上下に積層された複数のシートで 構成されることが好ましい。これに関して、焼成可能な樹脂コーティングを有す る電気シート(electric 5heet)が特に好ましいことが判明した 。
(ロータの軸方向に考えた場合、はぼ時計の分区分に対応するように)個々の極 エレメントを組み立てるには、収縮リングを利用することが望ましいことが判明 した。対応する内側リングによって極エレメントの変形が防がれる。
中央極部分の外周面に沿って延在する収縮リングだけで組立は基本的には充分で ある。しかし、両側に突出している極フィンガをそれら自体の収縮リングで外周 から取り囲むことも可能である。このタイプの収縮リングは誘導加熱によって膨 張させ、次ぎに冷却させて外周面上にしっかりと取付けることが可能である。
機械の冷却の観点からは、この収縮リングは同時に、冷却空気を導くための冷却 リブ又は溝を有するように構成してもよい。
極片及び極部内に設置された励磁コイルが絶縁樹脂と共に成型されている場合に 、構造的利点が得られる。
ロータリングが、極片の位置決めのためにその外周に溝状の凹部を具えているこ とが望ましい。
更に、少なくとも一つの励磁コイルが極部のそれぞれに設置されていることが好 ましい。
更に、各極部の励磁コイルが、(軸方向に見て)上下に重なった二つの部分に分 割されていることが好ましい。
本発明のその他の特色と利点については、実施例の図面を参照して次に説明する 。図において、 図面の簡単な説明 図1は本発明の電気機械の第1実施例の長手方向の側断面図である。
図2は、図1の矢印A方向に見た平面図であり、右側のステータは左上で一部破 断され、ロータは右上で一部破断されている。
図3は図1と同じ方向に見た極エレメントの拡大詳細平面図である。
図4は第1実施例による本発明の溝ライニングを有する極部の詳細斜視図である 。
図5は第1実施例の溝ライニングの斜視図である。
図6は図3と同様に見た溝ライニング無しの極エレメントの詳細平面図である。
図7は第1実施例の本発明の溝ライニングの一変形である。
図8は溝ライニングを具えた本発明の電気機械の図3と同様に見た詳細拡大図あ る。
図9は本発明の電気機械の第3実施例の図8と同様な拡大図である。 ・ 図10は第4実施例の図3と同様な拡大図ある。
図11は第4実施例の偏平材料製の溝ライニングの平面図である。
図12は本発明機械の第4実施例の一部の断面図である。
図13は図12の機械に使用される絶縁体の一部の平面図である。
図14は組立状態にある図13の絶縁体(断面)を示す。
図15は図12の機械のロータの内部表面の平面図である。
発明を実施するための最良の形態 図1に示すように、本発明の電気機械の第1実施例はハウジング10を具え、そ の中にロータ12が軸14を中心に回転可能に取付けられている。ロータ12は この目的のために、ハウジング10の前部軸受プレート22と後部軸受プレート 24とに互いに間隔をあけて配置されている二つのロータ軸受18.20に装着 されたロータシャフト16を有する。前記軸受プレート22.24は、両者の間 に延在してハウジングの内部28を外部に対して軸受プレート22.24と共に 閉鎖しているケーシング26を担持している。
同時にこの軸受プレート22.24は、特に図2に示すように軸14を中心に等 分角且つ同一半径位置に設けられた複数の極エレメント34の組からなる二つの ステータ30,32のためのステータキャリアも兼用している。
図1に示すように、各極エレメント34はベースウェブ36を具え、そこから三 つの極フィンガ38,40.42が互いに平行に並列して突出している。極部4 4と46はそれぞれ二つの極フィンガ38と40及び40と42の間に位置し、 これらが−緒になって極エレメントは二重C型とも称されるE字型形状をなして いる。極フィンガ38.40とベースウェブ36、及び極フィンガ40.42と ベースウェブ36とはそれぞれC字型をなしている。
全体として56又は58で示されているステータ巻線が、各極部44.46即ち 各溝ベース52又は54から延びている各極部44゜46の後部溝部分48.5 0に設置されている。各ステータ巻線56と58は軸14に直角に位置するリン グ上を該軸14と同軸にに延びているが、軸14からの距離はそれぞれ異なる。
ロータ12はその磁石回路エレメント74と76と共に、前記後部溝部分48又 は50に隣接してステータ巻線56と58から極フィンガ38.40.42の前 端まで延びている各前部溝部分64又は66内に係合し、前部溝部分64又は6 6に設置された磁石回路エレメント74又は76に閉じた磁力線78又は80が 形成されるように構成されている。この磁力線78は、ベースウェブ36と、極 フィンガ38.40と、磁石回路エレメント74と、これと極フィンガ38.4 0との間隙とを通り、一方、磁力線80は、ベースウェブ36と、極フィンガ4 0.42と、磁石回路エレメント76と、これと極フィンガ40.42との間隙 とを通る。
極エレメント34の磁力線78と80は、軸14を通りこれによって規定される 一部の平面内に位置することが望ましい。
各ステータキャリア上部ち前部軸受プレート22と後部軸受プレート24上に固 定されるために、極エレメント34はステータキャリア22.24の凹部82内 に挿入されている。この凹部82は軸14と同軸の環状溝として構成されること が望ましく、その内壁84と外壁86とはそれぞれ軸14と同軸の円筒状表面を なし、そのベース88は軸14と同軸でこれに直交する円リング表面によって構 成されている。
極エレメント34がそのベースウェブ36の大部分と共に該凹部82内に設置さ れ、ベースの表面9oと共にベース88上に当接し、そしてその外側面92と9 4とによって、これに没入している極フィンガ38.42の内壁84と外壁86 上に当接するように凹部82が構成されるごとが望ましく、これによって極エレ メント34は軸14の半径方向の如何なる動きに対して凹部82によって積極的 に維持される。
極エレメントの向かい合う面96と98も軸14を通り且つこれによって規定さ れる一部の平面にほぼ平行に延在し、且っ極エレメント34が軸14を中心とし て等分角位置に配置されるように極エレメントを所定の位置に維持するために、 内側位置決めリングl。
Oが半径方向に関して極エレメント34の内側に設けられ、外側位置決めリング 102が半径方向に関して極エレメント34の外側に設けられている。各位置決 めリング100.102はそれぞれ突起104と106を有し、これらは一連の 極エレメント34の対面する表面96.98の間に入り込んで、これら一連の極 エレメント34の対面する表面96.98に当接し、これらの極エレメント同士 の間の距離を正確に規定する。
位置決めリング100.102の製造がステータキャリアとは別に容易に行える ように、これらの位置決めリング100と102は取付はエレメント108,1 10によって各ステータキャリア22又は24上の所定位置に固定され、これに より、所定の寸法の突起104.106の製造が容易となる。従って、凹部82 と共に別個に製造されたステータキャリア22.24上に、後日、これらの位置 決めリング100.102を組み立てることが可能となる。
軸14の周囲に所定の角度間隔で極エレメント34を配列するのとは別に、極エ レメント34は、凹部82内に設置され、互いに対面して位置している面96と 98の間の極エレメント34のベースウェブ36を充填しているベース支持エレ メント114によって円周方向112に相互に安定化されている。このベース支 持エレメント114は、フェルト等の弾性を有する多孔性材料で作られた保持体 116を具えている。これは凹部82のベースウェブ36の領域における面96 と98の間の空間に挿入され、強化剤を含浸させられる。該強化剤は保持体11 6に浸透し同時に極エレメント34と凹部82との間にも入り込み、後続する硬 化工程を経て該多孔性弾性保持体を補強する。一方、極エレメント34もその外 側面92゜94並びにベース表面90において同様に凹部82内に接合される。
保持体116は、強化剤118を含浸し、非硬化状態であってもそれを保持し、 それが流出することを防止する利点を有する。
更に、極フィンガ38.40.42の領域において極エレメント34同士の間を 補助的に補強するために、フィンガ支持エレメント120が設けられている。こ れらのフィンガ支持エレメントも同じように、強化剤124でその一部が補強さ れているフェルト等の多孔性弾性材料製の保持体122を有する。該保持体12 2も、非硬化状態の強化Jg1124を保持してそれが流出しないようにする大 きな利点を有する。
フィンガ支持エレメント120は、極フィンガ38.40.42の端部68.7 0.72の近傍の領域に設けられ、円周方向112における極エレメント34同 士の間の補強を行うことが望ましい。
図1.2に示すように、全体として符号12で示されたロータは、ロータシャフ ト16の他に、軸14と直交する平面132内に半径方向に延在するロータディ スク130を具えている。このロータディスク130は、図1.2に示すように 、半径方向に外側の領域の両方に空気循環翼134,136を担持し、該翼はデ ィスクから軸14から遠ざかるように延在し、その一部にロータリング138. 140をその端部がロータディスク130から離れてこれと対面するように担持 し、磁石回路エレメント74と76がこれらのリングから遠ざかるように軸14 に平行に延在している。
図3に示すように、磁石回路エレメント74.76は、ロータリング138と1 40上に一体的に形成されて中央領域146の両側で該磁石回路エレメント74 .76の周囲に積極的に係合している歯142の間に設けられている。
磁石回路エレメント74と76は、中央領域146を介して連結された半径方向 の内部突起148と半径方向の外部突起150を有し、該中央領域は一方の突起 148から他方の突起150まで半径方向に延在する外形を有し、その張り出し 部において半径方向を横切って拡がり、再び狭くなっている。この外形は、例え ば円形/円筒状セグメント形状をなしている。
張り出し部において拡がり再び狭くなっているこの外形は、各磁石回路エレメン ト74.76の両側において歯142と係合しており、半径方向並びに円周方向 の動き及び更に軸14に平行な軸を中心とする回転に対して、磁石回路ニレメン 1−74.76を所定の位置に積極的に維持することを可能にする。
歯142と144は、ロータ12が磁石回路エレメント74と76の領域に連続 的に一平面内に延在する横方向の円形リング面160を持つように、ロータリン グ138,140から軸14に平行に磁石回路エレメント74と同じ長さだけ延 在している。
しかし、歯142,144は、それぞれが磁石回路エレメント74と76の中央 領域の周囲に積極的に係合して、該磁石回路エレメント74と76がその半径方 向の内部突起148を内側縁164を越え、その半径方向の外部突起150が外 側縁166を越えて突出するように、半径方向に延在している。
歯142と144は、非磁性ではあるが良好な電導性を有するアルミ等の材料に よってロータリング138と140上に一体的に形成されている。
原理的には、極エレメント34は焼結材料又は鉄粉で一体物として作られている 。特に、極エレメント34が、相互に絶縁されて表面96.98に平行に延在し ている別々のシートI80で構成されていることが好ましい。これらのシートは E字型に形成されている。
これらのシートは、例えば焼成可能な樹脂コーティングを有する電気シート等で ある。
従って、このタイプの極エレメント34は、円周方向112に互いに上下に重ね られて表面96.98と平行に延在する相互に当接し合うシート180によって 作られたシートパッケージを形成している。これらのシートは、焼成可能な樹脂 コーティングを有する電気シートであることが好ましいが、別の態様としてこれ らのシートを非晶質金属で作ることも考えられる。
同様にして、磁石回路エレメント74.76は鉄粉等で一体物として作られるか 、又は図3に示すような、互いに絶縁されて軸14に平行な積層方向182に上 下に積層されてシートパッケージを形成しているシート184からなるシートパ ッケージとして作られるかしている。これらのシートは、同じように、例えば焼 成可能な樹脂コーティングを有する電気シートである。しかし、磁石回路エレメ ント74.76のサイズが小さいことを考慮すると、シート184として非晶質 金属で作られたシートを使用することも可能である。
ステータ巻線56.58を絶縁するために、ステータ巻線58は極部46の例に 関して図示したように全体として符号190で示された溝ライニングを具えてい る。このライニングは、溝ベースエレメント192及びそこから延在する二つの 溝側壁エレメント194゜196を有し、極部46の後部溝部分50に対するC 字型ライニングを形成している。ここで溝ベースエレメント192は溝ベース5 4に当接し、前記両側壁エレメント194,196は各極部46の両側壁198 .200上にそれぞれ当接している。溝ベースエレメント192と溝側壁エレメ ント194,196は、これらが溝ベース54と溝側壁198.200を完全に 被覆して、各極部46内に位置するステータ巻線58同士の間の電気絶縁を与え るように構成されている。溝ライニング190を位置固定するために、各極部4 6は溝ベース54から遠い方の後部溝部分50の端部に互いに反対側に位置する 二つの凹部202,204を具えている。これらの各凹部202.204はそれ ぞれの極フィンガ40又は42内に延び、溝ベース54に対向する入り込み壁2 06と、各極部46の長手方向軸210に直交する方向に前部溝部分66に対向 して延在する保持壁208を有している。一方、前記入り込み壁206は前部溝 部分66の方から見て前記長手方向軸210と鋭角をなし、凹部202.204 は保持壁208が溝ベース54から離れるにつれて入り込み壁206の領域で次 第に拡がるようになっている。
溝ライニング190を所定位置に確保するために、各溝側壁エレメント194は 溝ベース192から遠い方の端部領域に突起212と214を具え、これらの突 起は、長手方向軸120に対して凹部202.204の入り込み壁206と同じ 角度をなして延びて端縁216.218を形成し、これによって溝側壁エレメン ト196は各凹部202.204の保持壁208に当接し、前部溝部分66の方 向への如何なる動きに対しても溝ライニング190の位置を確保する。
更に極部46の円周方向112の動きに対して溝ライニング190の所定位置に 確保するため、溝側壁エレメント194.196はその突起212,214の領 域、即ち端縁216,21Bの端面にノーズ220と222を具えている。これ らのノーズは凹部202゜204の両側において極エレメント34の表面96又 は98に係合し、これに当接している。溝側壁エレメント194.196の側縁 領域224,226が極エレメント34を僅かに越え、従って溝側壁198,2 00も同じように越えるように、溝側壁エレメント194.196は円周方向1 12に極エレメント34よりも広く設計されていることが望ましい。
各ステータ巻線58を各極部46の所定位置に固定するために、溝ライニング1 90を前記両凹部202,204の間に延在し突起212.214上の両側縁2 32,234に当接する溝カバー230によって閉鎖してもよく、これらの側縁 232,234は、長手方向軸210に対して突起212.214の傾斜に応じ て同じように傾斜している。更に、この溝カバー230は、例えばその上側面2 36によって形成された固定表面238と240によって各凹部202又は20 4の保持壁108上に当接し、これによって、同じように前部溝部分66の方へ の動きに対して位置を確保される。溝カバー230は、溝ライニング190が既 に挿入されてスナップ係合している場合に、該溝カバー230が各溝溝46内に 導入されて凹部202,204とスナップ係合するように、可撓性材料によって 凹部202,204内にロック可能な構成に作製されることが望ましい。
一連の極エレメント34のための溝ライニング190は偏平材料製の真っ直ぐな ストリップ242から連結状態で打ち抜かれ、すべての溝ライニング190がウ ェブ244によって連結されていることが望ましい。ここでウェブ244は各溝 ライニング190の溝ベースエレメント192の領域に延在し、これらの相互に 連結している。
ウェブ244は、ステータ30の各極エレメント34のこれに対応するすべての 極部46の溝ベースの円形リング形状に対応した曲率半径まで溝ライニング19 0を湾曲させることができる寸法を有することが望ましい。
図8に示す本発明の電気機械の第2実施例においては、極部46の後部溝部分5 0に二つの溝ライニング190aと190bが設けられ、これらはそれぞれ溝カ バー230aと230bにらって閉鎖されている。この場合、溝ライニング19 0aの溝ベースニレメン)192aはベース54の上に載り、一方、溝ベースエ レメント192bは溝ベースエレメント192aの溝カバー230aの上に載っ ている。これは、溝ライニング290aはステータ巻線58の一部の巻線58a のみを収容し、溝ライニング290bの方はステータ巻線58の一部の巻線58 bのみを収容していることを意味する。
従って、溝カバー230aは両巻線58aと58bとの間のスペーサ部材を形成 し、溝カバー230aが円周方向112に各極エレメント34の幅方向に延在し ている場合には、巻線58aと58bの間に空気間隙が形成される。この空気間 隙は極エレメント同士の間の領域において両方の巻線58aと58bの間に冷媒 を流すことを可能にする。
図9に示す本発明の電気機械の第3実施例においては、溝ライニング190°  は溝ベースエレメント192°によって相互に連結された二つの溝側壁エレメン ト194゛と196°だけで構成されている。該溝側壁エレメント194゛ と 196′及び溝ベースエレメント192° はその外側面に接着剤層252、好 ましくはホットメルト層を具え、極部46内に溝ライニング190’ が挿入さ れた後に加熱されると、溝側壁エレメント194′ と196′ はホットメル ト層252によってそれぞれ溝側壁198と200に接着され、そして溝ベース エレメント192′は溝ベース54に接着される。
同時に、溝ライニング190°はその内側面にも同じように接着剤層好ましくは ホットメルト層を有し、溝ライニング190’ 内に挿入されたステータ巻線5 8と溝ライニング190°とが結合される。
この場合、ステータ巻線58は接着剤層252によって溝ライニング190゛に 結合され、溝ライニング190°は接着剤層252を介して各極エレメント34 に結合され、これによって、前部溝部分66の方への如何なる変位に対してもス テータ巻線58は極部46内の所定位置に固定される。
溝カバー230と同じように極部66において凹部202,204内にスナップ 係合可能な溝カバーによって、補助的な位置固定が可能である。すべての実施例 に共通して、各溝ライニング190はステータ巻線と極エレメントとの間の熱伝 達を良好にするために、薄い紙状の偏平な材料例えばノメックス(Homex) 等で作られている。
図1Oと11に示された第4実施例では、極部44.46はその後部溝部分48 .50の領域において、極フィンガ38.40又は40.42の間の中央に溝ベ ース52.54を始点として延在するスペーサフィンガ260,262によって 分割されている。これらのスペーサフィンガ260と262は各ステータ巻線5 6又は58を56aと56b1又は58aと58bとに更に分割している。
この実施例では、各極部44又は46に対する溝絶縁体190”は、後部溝部分 48a、48b又は50a、50b内に挿入可能な二つの部分的溝絶縁体190 a、190bで構成されている。
この部分的溝ライニング190a、190bは、直径変化を考慮して相互にほぼ 鏡面対称になるように構成されている。
各部分的溝ライニング190a、190bは、各溝側壁に当接可能な各溝側壁エ レメント196a又は196bと、各部分的溝ベース52a、52b又は54a 、54b上に載置可能な部分的溝ベースエレメント196a、+96bと、各溝 側壁エレメント196a。
196bに対面し、各スペーサフィンガ側面266a、266b又は268a、 268bに当接可能であると共にこの部分をスペーサフィンガ先端270又は2 72まで被覆可能であり、更に対向するスペーサフィンガの側面266aと26 6b又は268aと268bの上に端部領域274a又は274bによって積層 されるスペーサフィンガエレメント264a又は264bとを具えている。
個々の部分的溝ライニング190aと190bはウェブ244で互いに連結され ていることが望ましく、これによって該ウェブ244は部分的溝ベースエレメン ト192aと192bも相互に連結する。
組み立てられた状蝮において、溝側壁エレメント196a、196bは第1実施 例と同しように突起214を具え、その端縁218で、第1実施例と同じように 極エレメント34に形成された凹部202.204内に当接している。
更に、後部溝部分48.50は、それぞれ第1実施例と同様に凹部202又は2 04内に固定可能な溝カバー230によって閉鎖される。
従って、第1実施例と同し部分には同じ符号を付してあり、その構成に関しては 第1実施例について述べたことをそのまま参照可能である。
その上、ステータ巻線は、すべての極エレメント34の溝ライニング190に巻 き重ねられて含浸樹脂をスプレーされた銅線で巻かれたコイル、又は焼成可能な 樹脂でコーティングされた銅線を予め巻いておき、次にベーキングを行い、そし てすべての極エレメント34の溝ライニング190内に巻き重ねられた銅線で構 成されたコイルとして作られることが望ましい。
両方の場合共、ウェブ244によってすべての溝ライニング190が連結されて いることによって、すべての極エレメント34内にすべての極ライニング190 を共通に挿入することができるのと、極エレメントに対して溝ライニング190 を予め位置決めしておくことが可能なことの利点がある。すべての溝ベースエレ メントがウェブ244を介して相互に支持されているので、組み立て状態におい て、ウェブ244は溝ベースエレメント192の円周方向の位置固定も行う。
次の図において、同じ又は類似の構成部品については同じ符号が付されている。
図12において、「WJは本発明の電気機械のロータのロータシャフト(図示し ない)の軸を示す。
全部で64個の極エレメント310がロータシャフトの軸Wに対して放射状に設 けられている。各極片310はそれぞれ上面に焼成可能な樹脂コーティングを有 する複数の電気シートで構成され、中央極部分310mから軸Wの方向に三つの 極フィンガ310fが両側に延び、これらの間に二つの極部310nが形成され ているような形状を有する。図12に示すように、側面図における形状は、軸W に直交する中央極部分310mを通る仮想対称軸に沿う二重「E」字型の一種を なしている。各中央極部分310は、ロータシャフトの軸Wと同軸に延びる支持 体310wの上にその内周面で載っている。
極エレメント310はシャフト軸Wを中心として対称に配置され、把持リング3 10sによって外周面上に保持されている。
中央極部分310mの周囲に対称的に延在している把持リング310sは滑らか な外周面を持っているが、外周側の外側極フィンガ31Ofの自由端に設けられ た把持リング(収縮リング)31O5゛ は、後述するように、冷却空気を搬送 するために軸W方向に延在する複数の溝を持つように構成されている。
極部310nには絶縁体312が設けられており、その基本的な構造は図13. 14に示されている。
図13は環状の連続する中央領域312mを有する溝ライニング即ち絶縁体31 2の一部を示し、該領域から部分312a、3121がそれぞれ半径方向に外側 及び内側に延在し、これらの部分は対応する極部Ion内に挿入される前に90 ’折り曲げられる。
このようにして、極フィンガ310fの対向する部分の間のすべての内周面とこ れに関連する中央極部分10mの表面とは一つの絶縁体312によって被覆され る。
絶縁体312を極部310n内に固定するために、部分312a。
3121はその自由端に外方に突出した窪んだノーズ312rを有し、該ノーズ は、図14に示すように極フィンガ310fのこれに対応するスリット状の受け 入れ手段310aに係合する。
図12と14を共に参照すると、各極部310n(即ち内側及び外側極溝の両方 )には二つの励磁コイル3141と314aが一方の上に他方が重ねられた状態 で配置されていることも明らかであり、両コイルは極フィンガ310r又は中央 極部分310mに対して前述の絶縁体312によって絶縁され、且つ環状をなし 極フィンガ310fのスリット状受は入れ手段310a内に位置固定された絶縁 スペーサ片316によって相互に絶縁されている。
これによれば、各部品相互間の簡単な信頼性の高い絶縁が可能なばかりでなく、 同時に、環状励磁コイル3141と314aの軸W方向への、従って溝319n から外れる方向の(好ましくない)変位をも防止することができる。
励磁コイル314iと314aに対する電気的接続エレメントは、図12に示す ように間隔をあけて配置された極フィンガ310f同士の間に外側に向けて延在 している。
図14は、励磁コイル314iと314aとが極部310nの高さの一部にだけ 延びていることを示している。
図12に示すように、極部310nの残りの部分は、この例ではアルミからなる キャリアディスク318にプラスチックのキャリア318kを介して連結された ロータシートリング316i、316aによって充填されている。ロータシート リング316iと316aはそれぞれその内外周面に極フィンガ310fの分布 に対応して溝状凹部を有するように構成され、これによって、ロータシートリン グ316i、316aは励磁コイル314i、314aによって充填されていな い極部310nの領域に正確に適合するように挿入可能となる。
しかし、ロータは他の材料からも容易に製造可能である。
キャリアディスク318がシャフト上に設けられ、共に詳述は省略したハウジン グ320を具えている。
極片の中央極部分310mと極フィンガ310fとは、横溝31On内の励磁コ イル314i、314aのように、二成分型のエポキシ樹脂によって成型される 。
溝の構成部材即ち絶縁体312は硬質の紙等で作られる。
極ニレメン)310は軟鉄シートで形成され、一方、励磁コイル314i、31 4aは銅線を巻いたコイルである。
ロータのシャフト(図示しない)は、この実施例では把持リング(収縮リング) 310.310sと同しくスチール製である。
前記各図に示された電気機械は、表面冷却型機械として構成されている。この目 的のために、機械内に生して周囲の大気中に放散されるエネルギ損失に起因する 熱を機械表面に伝達することが必要である。熱は軌伝導と機械の空気の強制対流 とによって機械内に運ばれる。
ステータの鉄製エレメント特に極エレメント310同士の間には、成型エレメン ト−収縮リング310s−ハウジング312の経路を経て飢の放出が可能となる ばかりでなく、強制対tL(空気循環)によりてもこれか可能となるように、成 型エレメントが構造的に配置されている。機械内に強制的な充分に攪拌された流 れが発生するように、ロータディスク318に換気翼322か取付けられている 。
次いて空気は二つのロータキャリアディスク318によって矢印L(図12)方 向の二重の流れとして循環する。ロータディスク318の後面において、空気は 吸収した熱をハウジング312の対応する軸受プレートに伝達する。この場合、 ハウジング312の内周面に冷却リブを設けてもよい。
FIG、2 〜士 F旧9 FIG、10 フロントページの続き (72)発明者 カンデルス、ポルフーリュディガードイツ連邦共和国、デー− 37520オーステロープ アム ハルツ、フッフシャラーベーク 38 (72)発明者 クライン、ハラルト ドイツ連邦共和国、デー−37520オーステロープ アム ハルツ、イン デ ル ホルスト 6 (72)発明者 ソーテン フォン、ハインツドイツ連邦共和国、デー−371 15デューデルシュタット、ケスペルベルグベーク(72)発明者 ビーガント 、エデュアルトドイツ連邦共和国、デー−37534バーデンハウゼン、ツェリ ンガー シュトラ−セフ2

Claims (30)

    【特許請求の範囲】
  1. 1.軸を中心に回転するロータと該軸の周囲に等分角位置に配置されたC字型の 複数の極エレメントからなるステータとを具え、前記各極エレメントはベースウ エブとそこから突出した二つの極フィンガを具えた極溝を形成し、ステータ巻線 が該極溝内に設けられている電気機械において、前記極溝(44,46)がステ ータ巻線(56,58)と各極エレメント(34)との間に位置する濃ライニン グ(190)を具え、該構ライニング(190)が前記ステータ巻線(56,5 8)と前記極エレメント(34)との間にシート状に置かれる電気絶縁材料を具 えて構成されていることを特徴とする電気機械。
  2. 2.構ライニング(190)がC字型をした絶縁領域を具え、該領域は極溝(4 4,46)内に位置していることを特徴とする請求項1に記載の電気機械。
  3. 3.前記C字型領域が電気絶縁性の偏平な材料で作られた一体物として構成され ていることを特徴とする請求項2に記載の電気機械。
  4. 4.前記ステータ巻線(56,58)が溝ライニング(190)を介して極エレ メント(34)上に支持されていることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1 項に記載の電気機械。
  5. 5.二つの極エレメント(34)の間の中間スペース内で、溝ライニング(19 0)が各ステータ巻線(56,58)の外周面の少なくとも約半分にわたってス テータ巻線(56,58)を解放していることを特徴とする請求項1〜4のいず れか1項に記載の電気機械。
  6. 6.溝ライニング(190)が二つの極エレメント(34)の間の中間スペース においてステータ巻線(56,58)を実質的に解放していることを特徴とする 請求項5に記載の電気機械。
  7. 7.各極エレメント(34)がそれ自体の溝ライニング(190)を具えている ことを特徴とする請求項1〜6のいずれか1項に記載の電気機械。
  8. 8.各極エレメント(34)の溝ライニング(190)がステータ巻線(56, 58)の円周方向(112)の変位に対して極エレメント(34)に対応して位 置固定されていることを特徴とする請求項1〜7のいずれか1項に記載の電気機 械。
  9. 9.溝ライニング(190′)が各極エレメント(34)に接着されていること を特徴とする請求項8に記載の電気機械。
  10. 10.溝ライニング(190)が各極エレメント(34)の所定位置に積極的に 固定されていることを特徴とする請求項1〜9のいずれか1項に記載の電気機械 。
  11. 11.溝ライニング(190)が円周方向(112)を横切って極エレメント( 34)の方に突出した少なくとも一つの位置固定エレメント(220,222) を有することを特徴とする請求項10に記載の電気機械。
  12. 12.位置固定エレメント(220,222)が各極エレメント(34)の表面 (96,98)上に当接していることを特徴とする請求項11に記載の電気機械 。
  13. 13.一連の極エレメント(34)の溝ライニング(190)がウエブ(244 )によって互いに連結されていることを特徴とする請求項7〜12のいずれか1 項に記載の電気機械。
  14. 14.ウエブ(244)が溝ライニング(190)の溝ベースエレメント(19 2)の領域に配置されていることを特徴とする請求項13に記載の電気機械。
  15. 15.溝ライニング(190)が極フィンガ(38,40,42)に平行な動き に対して極エレメント(34)に位置固定されていることを特徴とする請求項1 〜14のいずれか1項に記載の電気機械。
  16. 16.溝ライニング(190)が名極エレメント(34)に積極的に位置固定さ れていることを特徴とする請求項15に記載の電気機械。
  17. 17.溝ライニング(190)が極エレメント(34)の凹部(202,204 )に係合していることを特徴とする請求項16に記載の電気機械。
  18. 18.溝ライニング(190)が極エレメント(34)の凹部(216,218 )で溝側壁エレメント(194,196)の一端縁(216,218)に係合し ていることを特徴とする請求項17に記載の電気機械。
  19. 19.溝側壁エレメント(194,196)が極エレメント(34)の凹部(2 02,204)の方向に曲がった突起(212,214)を有することを特徴と する請求項18に記載の電気機械。
  20. 20.突起(212,214)が凹部(202,204)にスナップ係合して固 定可能なことを特徴とする請求項19に記載の電気機械。
  21. 21.ステータ巻線(56,58)が極フィンガ(38,40,42)に平行な 動きに対して溝カバー(230)によって極溝(44,46)位置固定されてい ることを特徴とする請求項1〜20のいずれか1項に記載の電気機械。
  22. 22.溝カバー(230)が極エレメント(34)上に積極的に保持されている ことを特徴とする請求項21に記載の電気機械。
  23. 23.溝カバー(230)が極フィンガ(38,40,42)の凹部(202, 204)に係合していることを特徴とする請求項22に記載の電気機械。
  24. 24.溝カバー(230)が溝側壁エレメント(194,196)の端縁(21 6,204)用に設けられた凹部(202,204)に係合していることを特徴 とする請求項23に記載の電気機械。
  25. 25.溝カバー(230)が溝側壁エレメント(194,196)の突起(21 2,214)を凹部(202,204)内に押し込んでいることを特徴とする請 求項24に記載の電気機械。
  26. 26.溝カバー(230)が極エレメント(34)に固定可能であることを特徴 とする請求項21〜25のいずれか1項に記載の電気機械。
  27. 27.溝ライニングが偏平材料から打ち抜かれ、C字型に曲げられることを特徴 とする請求項1〜26のいずれか1項に記載の電気機械。
  28. 28.全部の溝ライニング(190)が偏平材料から連なって打ち抜かれ、次い でC字型に曲げられることを特徴とする請求項27に記載の電気機械。
  29. 29.ステータ巻線(56,58)が溝ライニング(190)を介して極エレメ ント(54)に熱的に接続されていることを特徴とする請求項1〜28のいずれ か1項に記載の電気機械。
  30. 30.ステータ巻線(56,58)がロータ(12)の軸(14)を中心に極溝 (44,46)を通ってリング状に延在していることを特徴とする請求項1〜2 9のいずれか1項に記載の電気機械。
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