特表 2024-513223 電気機械用に付加的に製造された空隙巻線

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2024-03-22

(54)【発明の名称】電気機械用に付加的に製造された空隙巻線

(51)【国際特許分類】

   H02K 3/04 20060101AFI20240314BHJP

【ＦＩ】

H02K3/04 E

【審査請求】未請求

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2023561048

(86)(22)【出願日】2022-03-28

(85)【翻訳文提出日】2023-11-15

(86)【国際出願番号】 EP2022058070

(87)【国際公開番号】W WO2022214344

(87)【国際公開日】2022-10-13

(31)【優先権主張番号】21167202.7

(32)【優先日】2021-04-07

(33)【優先権主張国・地域又は機関】EP

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】520300482

【氏名又は名称】マクソン インターナショナル アーゲー

【氏名又は名称原語表記】ＭＡＸＯＮ ＩＮＴＥＲＮＡＴＩＯＮＡＬ ＡＧ

(74)【代理人】

【識別番号】100107456

【弁理士】

【氏名又は名称】池田 成人

(74)【代理人】

【識別番号】100162352

【弁理士】

【氏名又は名称】酒巻 順一郎

(74)【代理人】

【識別番号】100123995

【弁理士】

【氏名又は名称】野田 雅一

(72)【発明者】

【氏名】ルドルフ， ヨハネス

(72)【発明者】

【氏名】ロレンツ， ファビアン

(72)【発明者】

【氏名】ヴェルナー， ラルフ

(72)【発明者】

【氏名】ブッセ‐グラヴィッツ， マックス エリック

【テーマコード（参考）】

5H603

【Ｆターム（参考）】

5H603BB01

5H603BB10

5H603BB12

5H603CA01

5H603CA05

5H603CB03

5H603CC02

5H603CC07

5H603CC19

5H603CD23

5H603CE02

5H603CE05

(57)【要約】

付加的に製造された電気機械用空隙巻線。本発明は、付加的に製造された電気機械用空隙巻線に関する。空隙巻線は、幾何学的軸を有する中空円筒状の主要部分であって、空隙巻線の有効巻線長を規定する主要部分と、空隙巻線の第１の軸方向端部から空隙巻線の第２の軸方向端部まで主要部分内で延びる空隙巻線の電気巻線導体とを含む。空隙巻線は、空隙巻線の第１の軸方向端部に第１の巻線ヘッドと、空隙巻線の第２の軸方向端部に第２の巻線ヘッドとを更に備え、巻線導体の巻線ヘッド接続部が巻線ヘッド内に延びている。本発明によれば、巻線ヘッドは、中空円筒状の主要部分を越えて径方向内部および／または外部に突出し、少なくとも２つの巻線ヘッド接続部は、少なくとも１つの巻線ヘッド接続部が少なくとも部分的に他の巻線ヘッド接続部を径方向に囲むようにして、軸から異なる距離で少なくとも部分的に延びている。
【選択図】 図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

電気機械用に付加的に製造された空隙巻線（１）において、
幾何学的軸（３）を有する中空円筒状主要部分（２）であって、前記空隙巻線（１）の有効巻線長を規定する主要部分（２）と、
前記空隙巻線（１）の第１の軸方向端部から前記空隙巻線（１）の第２の軸方向端部まで前記主要部分（２）に延びる前記空隙巻線（１）の電気巻線導体と、
を備え、
前記空隙巻線（１）は、前記空隙巻線（１）の前記第１の軸方向端部に第１の巻線ヘッド（４）と、前記空隙巻線（１）の前記第２の軸方向端部に第２の巻線ヘッドとを更に備え、前記巻線導体（１）の巻線ヘッド接続部（７，８，９，１１，１２，１３）が前記巻線ヘッド（４，５）内に延びており、前記巻線ヘッド（４，５）は、前記中空円筒状の主要部分（２）を越えて径方向内部および／または外部に突出しており、巻取ヘッド接続部（７，８，９，１１，１２，１３）の少なくとも２つは、一方の巻線ヘッド接続部（７，８，９，１１，１２，１３）が他方の巻線ヘッド接続部（７，８，９，１１，１２，１３）を少なくとも部分的に径方向に囲むようにして、前記軸（３）から異なる距離で少なくとも部分的に延びることを特徴とする、空隙巻線（１）。

【請求項2】

径方向に囲む巻線ヘッド接続部（７、８、９、１１、１２、１３）は、異なる半径をもつ円曲線に沿って連続することを特徴とする、請求項１に記載の空隙巻線（１）。

【請求項3】

前記円曲線の中心は前記軸上にあることを特徴とする、請求項２に記載の空隙巻線（１）。

【請求項4】

前記第１の巻線ヘッド（４）における前記巻線ヘッド接続部（７、８、９）は、その半径が前記中空円筒状の主要部分（２）の平均半径よりも大きいか又は実質的に等しい円曲線に沿って連続し、前記第２の巻線ヘッド（５）における前記巻線ヘッド接続部（１１、１２、１３）は、その半径が前記中空円筒状の主要部分（２）の平均半径よりも小さいか又は実質的に等しい円曲線に沿って連続することを特徴とする、請求項２又は３に記載の空隙巻線（１）。

【請求項5】

前記第１の巻線ヘッド（４）および／または第２の巻線ヘッド（５）における前記巻線ヘッド接続部（７、８、９、１１、１２、１３）の少なくとも一部は、互いに軸方向に間隔を置いて配置された異なる平面（Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆ、Ｇ、Ｈ）内で連続す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空隙巻線（１）。

【請求項6】

前記異なる平面（Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆ、Ｇ、Ｈ）は、前記軸（３）に対して垂直に整列されることを特徴とする、請求項５に記載の空隙巻線（１）。

【請求項7】

前記空隙巻線（１）は、少なくとも２つの位相を有し、一方の位相の巻線ヘッド接続部（７，８，９，１１，１２，１３）は、他方の位相の巻線ヘッド接続部（７，８，９，１１，１２，１３）から軸方向または径方向にオフセットされてい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空隙巻線（１）。

【請求項8】

前記第２の巻線ヘッド（５）では、異なる位相の巻線ヘッド接続部（１１、１２、１３）間に軸方向のオフセットがあり、前記第２の巻線ヘッド（５）は、前記中空円筒状の主要部分（２）を越えて径方向内部に突出していることを特徴とする、請求項７に記載の空隙巻線（１）。

【請求項9】

前記空隙巻線（１）の単相のすべての巻線ヘッド接続部（７，８，９，１１，１２，１３）の有効全長は、前記空隙巻線（１）の全ての位相について実質的に同一であ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空隙巻線（１）。

【請求項10】

個々の巻線ヘッド接続部（７、８、９、１１、１２、１３）の導体横断面積は、それらの間で、および／または個々の巻線ヘッド接続部（７、８、９、１１、１２、１３）に沿って変化することを特徴とする、請求項９に記載の空隙巻線（１）。

【請求項11】

前記第１の巻線ヘッド（４）で最も長い巻線ヘッド接続部を有する空隙巻線（１）の位相は、前記第２の巻線ヘッド（５）で最も短い巻線ヘッド接続部を同時に有し、前記第１の巻線ヘッド（４）で最も短い巻線ヘッド接続部を有する空隙巻線の前記位相は、前記第２の巻線ヘッド（５）で最も長い巻線ヘッド接続部を有することを特徴とする、請求項９又は１０に記載の空隙巻線（１）。

【請求項12】

前記主要部分（２）の巻線導体は、前記空隙巻線（１）の前記軸（３）に対して平行に連続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空隙巻線（１）。

【請求項13】

前記巻線導体（６）の、前記巻線ヘッド（４，５）間の前記主要部分（２）内で連続する部分は、横断面が円環セクタの形をしており、前記円環セクタの外円環アークおよび内円環アークは、好ましくは、それぞれが前記軸（３）上の中心点の周りで連続していることを特徴とする、請求項１２に記載の空隙巻線（１）。

【請求項14】

前記巻線導体は、一つ又は複数の導電性材料で作られることを特徴とする、請求項１～１３のいずれか一項に記載の空隙巻線（１）。

【請求項15】

前記巻線導体は、一つ又は複数の絶縁材料からなる絶縁体（１０）で囲まれているか、前記絶縁体に埋め込まれていることを特徴とする、請求項１～１４のいずれか一項に記載の空隙巻線（１）。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、独立請求項１の前文に記載された電気的機械用に付加的に製造された空隙巻線に関する。

【0002】

一般的な空隙巻線は、幾何学的軸線を有する中空円筒状主要部分（main section）と、空隙巻線の有効巻線長を規定する主要部分と、空隙巻線の第１の軸方向端部から空隙巻線の第２の軸方向端部まで主要部分内に延びる空隙巻線の電気巻線導体とを備える。一般的な空隙巻線は、空隙巻線の第１の軸方向端部にある第１の巻線ヘッドと、空隙巻線の第２の軸方向端部にある第２の巻線ヘッドとを更に備え、巻線導体の巻線ヘッド接続部は巻線ヘッド内に延びている。

【0003】

空隙巻線を有する電気機械は、従来技術から知られている。他の機械と比較して特別な特徴は、磁束を誘導するための特有の極がないことである。通常三相である巻線は、中空円筒形であり、通常、ステータまたは同様に円筒形の磁気戻り経路によって外側に境界が定められる。ローターは内側に置かれる。これに代えて、空隙巻線は、特にブラシ整流ＤＣモータにおいてロータを形成する。

【0004】

軸に平行に連なる巻線導体の導体部分は主にトルクの形成に寄与する。完全な導体ループを形成するためには、軸に平行でない導体部分が規定されなければならない。巻線の、この部分は巻線ヘッドと呼ばれ、主にオーム損失を発生するが、トルク形成への寄与は小さい。巻線ヘッド内を連ねる巻線導体の部分は、以下、巻線ヘッド接続部と呼ばれる。従来のように巻かれた空隙巻線では、たとえば、位相ごとに磁場を発生させるために２つの対向するコイルが必要とされる。これらは通常成形コイルとして設計され、コイルワイヤは特殊な巻線機によって一面に円形に巻かれる。製造技術により、特定のパターンで反復する面内コイルワイヤ配線（run）のみが可能である。空隙巻線を有する電気機械の出力密度または効率を増加させるために、巻線の有効長と巻線ヘッドとの間の最も好ましい比率を同時に有する最適な巻線ヘッド形状が、現在の開発および研究のテーマである。

【0005】

ＥＰ ２４３７３７９ Ａ２およびＥＰ ２８０４２９３ Ａ１から、巻線ヘッドが径方向の内向きおよび外向きに突出する巻線空隙巻線が知られている。これにより、有効巻線長と巻線ヘッド長との比が改善される。巻線は、通常、銅線または銅より線で巻かれている。この形状のコイルを製造するための手順は非常に複雑であり、いくつかの処理ステップを必要とする。最初に、コイルが巻かれ、続いて機械的に形成されて、径方向に突出する巻線ヘッドが形成される。この処理では、導体ワイヤの絶縁を損傷する危険性があり、電気機械で使用されるときに短絡および故障につながる可能性がある。

【0006】

ＣＨ ７１５４０３ Ａ２から、独立クレーム１の前文に従う中空円筒状巻線が知られており、これは３Ｄ印刷処理で製造することができ、矩形導体横断面を有する。有効巻線長と軸方向巻線ヘッド長の比は、この巻線では好ましくない。

【0007】

【概要】

【0008】

本発明は、電気機械の高出力密度または高効率を達成することができるコンパクトに構成された空隙巻線を特定するという課題を設定したものであり、それによって空隙巻線は電気機械のフェールセーフ動作を確実にすることができなければならない。

【0009】

課題は、独立クレーム１の特徴によって解決される。従って、独立クレーム１の前文に従った一般的な空隙巻線の場合には、巻線ヘッドが径方向内向き及び／又は外向きに突出して中空円筒状の主要部分に対して、少なくとも２つの巻線ヘッド接続部が少なくとも軸から異なる距離の一部において、少なくとも１つの巻線ヘッド接続部が少なくとも一部において他方の巻線ヘッド接続部を径方向に囲むように連続する場合に、本発明の課題解決手段が存在する。好ましくは、これは、数対の巻線ヘッド接続部に適用される。

【0010】

本発明の有利な実施形態は、従属クレームの主題である。

【0011】

本発明の好ましい実施形態によれば、径方向に円周を描く巻線ヘッド接続部は、異なる半径を有する円形曲線に沿って連なることが規定される。このようにして、特にコンパクトな設計を達成することができる。円形曲線の中心が、本発明による空隙巻線の中空円筒主要部分の軸上にある場合、この点で特に有利である。好ましくは、巻線ヘッド接続部は、少なくとも３つの異なる半径を有する円形曲線に沿って延びることができる。換言すれば、本実施形態において、巻線ヘッド接続部が連続することができる少なくとも３つの径方向平面があることが好ましい。

【0012】

それによって、本発明の特に好ましい実施形態によれば、第１の巻線ヘッドにおける巻線ヘッド接続部は、半径が中空円筒状主要部分の平均半径よりも大きいか実質的に等しい円形曲線に沿って連ねることが規定され、第２の巻線ヘッドにおける巻線ヘッド接続部は、半径が中空円筒状主要部分の平均半径よりも小さいか実質的に等しい円形曲線に沿って連ねることが規定される。これに関連して、「実質的に等しい」という表示は、問題の巻線ヘッド接続部が、中空円筒状主要部分の概念的に拡張された内周面および外周面内に延びることを意味する。

【0013】

本発明の更に好ましい実施形態によれば、第１の巻線ヘッドおよび／または第２の巻線ヘッドにおける巻線ヘッド接続部の少なくとも一部は、互いに軸方向に間隔を置いて配置された異なる平面内に延びることが規定される。本実施形態は、複合設計にも寄与する。単一の巻線ヘッド接続部は、それぞれの場合において、主要部分内を連ねる２つの巻線導体部分を接続し、それによって、単一の平面内または異なる平面内の断面内のいずれかで連続することができる。

【0014】

特に好ましくは、異なる平面は軸に対して垂直に整列され、これは構造を単純化し、特にコンパクトな設計が達成される。

【0015】

本発明のさらに好ましい実施形態によれば、空隙巻線は少なくとも２つの位相を有し、一方の位相の巻線ヘッド接続部は、他方の位相の巻線ヘッド接続部から軸方向または径方向にオフセットされている。

【0016】

第２の巻線ヘッドにおいて異なる位相の巻線ヘッド接続部間に軸方向のオフセットがあり、第２の巻線ヘッドが中空円筒状主要部分を越えて径方向内向きに突出する場合、特に有利であることが分かっている。

【0017】

別の特に有利な実施形態において、第１の巻線ヘッドにおいて異なる位相の巻線ヘッド接続部間に軸方向のオフセットがあり、第１の巻線ヘッドは中空の円筒状主要部分を越えて径方向外向きに突出している。

【0018】

本発明の別の特に好ましい実施形態によれば、空隙開発の単一相のすべての巻線ヘッド接続部の有効全長は、空隙開発のすべての位相に対して実質的に同じであることが規定される。

【0019】

有効全長はオーム抵抗を決定し、全巻線ヘッド接続部の長さの合計だけでなく導体横断面積にも依存する。好ましくは、これは個々の巻線ヘッド接続部の間で変化させることができ、あるいは単一の巻線ヘッド接続部に沿っても変化させて、全位相の均一なオーム抵抗を達成するか、または一般的なオーム抵抗を低減することができる。この文脈において「実質的に等しい」とは、結果として生じる各位相のオーム抵抗が、最も低いオーム抵抗を有する、その位相のオーム抵抗から最大５％、好ましくは最大２％だけ異なることを意味する。

【0020】

第１の巻線ヘッドで最も長い巻線ヘッド接続部を有する空隙巻線の位相が同時に第２の巻線ヘッドで最も短い巻線ヘッド接続部を有し、第１の巻線ヘッドで最も短い巻線ヘッド接続部を有する空隙巻線の位相が同時に第２の巻線ヘッドで最も長い巻線ヘッド接続部を有する場合、特に有利である。

【0021】

本発明の別の特に好ましい実施形態によれば、主要部分内の巻線導体は、空隙巻線の軸に平行に連続することが規定される。このようにして、高い効率が達成される。この場合、巻線ヘッド間の主要部分内に延びる巻線導体の一部は、軸方向導体と呼ぶことができる。好ましくは、主要部分内のすべての巻線導体は、軸に対して同じ距離を有する。

【0022】

本発明のさらに別の特に好ましい実施形態によれば、巻線導体の巻線ヘッド間の主要部分内を連ねる部分は、それぞれが円環セクタの形をした横断面を有するが、円環セクタの外円環アークおよび内円環アークは、それぞれが軸上の中心点の周りを連ねることが好ましい。この実施形態はまた、コンパクトな設計または効率を最適化するのに役立つ。

【0023】

本発明の別の好ましい実施形態によれば、巻線導体は、１つまたは複数の導電性材料で構成される。この点に関して、本発明により提供される追加の製造は、金属および／または導電性粒子を有するペーストの使用を必要とする。ペーストは、細いノズルを用いて層ごとに塗布される。こうして作られた構造は、次に、ペーストの結合剤が除去され、粒子が互いに融合する焼結処理で固化される。巻線導体は、銅、アルミニウム、金、銀のような導電性または金属材料、または銅合金、アルミニウム合金のような金属合金、または導電性プラスチックまたはナノチューブのような他の３Ｄ印刷可能導電性材料で作ることができる。巻線導体はまた、複数の導電性材料から作られてもよい。たとえば、巻線導体は、部分的に異なる材料から構成されてもよいし、別の導電性材料によって囲まれた導電性材料をコア内に含むこともできる。従って、たとえば、導体材料の電気伝導率、機械的強度、熱膨張係数または温度抵抗を、巻線導体内の異なる位置における要件に適合させることができる。たとえば、主要部分または巻線ヘッドの特定の領域では、振動による機械的応力がより高くなる可能性があり、そのため、良好な機械的特性を有する材料を使用することが好ましい。他の場所では、導体材料の熱特性が主要な関心事である。さらに他の点では、低電気抵抗に注意しなければならない。従って、巻線導体の各領域に対して最適化された導体材料を生産することができる。

【0024】

本発明のさらに好ましい実施形態によれば、巻線導体は、一つ又は複数の絶縁材料からなる絶縁体によって囲まれているか、または絶縁体に埋め込まれている。絶縁材料としては、たとえば、セラミックを用いることができる。したがって、セラミック絶縁体は、印刷された空隙巻線の巻線導体が埋め込まれたマトリックスを形成する。セラミック粒子を含む同様のペーストを使用して、追加製造処理において絶縁体を製造する。一方で、セラミック絶縁マトリックスは、導体が接触して短絡を形成することを防止する。従来の絶縁システムと比較して、セラミック絶縁はより高い耐熱性を有する。同時に、高い熱伝導率が確保され、その結果、放熱能力が向上し、導体の冷却が改善される。その結果、電力密度を高めることができる。セラミック絶縁マトリックスはまた、その中に埋め込まれた電気導体のための支持機能をとり、疲労破壊につながる可能性のある電磁気的に誘導され機械的に引き起こされる振動からそれらを保護する。巻線導体は、樹脂またはプラスチックのような他の絶縁材料で作られた絶縁体中に埋め込むこともできる。また、前記絶縁性粒子を含有するペーストを用いて、追加製造方法により硫化物を製造することもできる。巻線導体はまた、一つ又は複数の絶縁材料で囲まれ、または埋め込まれてもよい。また、異なる巻線導体を異なる絶縁材料に埋め込んだり、巻線導体を異なる絶縁材料の部分に埋め込んだりすることも可能である。特定の絶縁材料は、たとえば、高い電気絶縁値を有する。他の材料は、良好な熱的または機械的特性を有する。導体材料に関して記載されているように、絶縁材料に対する要件もまた、巻線導体上の位置に依存して大きく変動し得る。異なる絶縁材料を使用することにより、巻線導体の各領域に最適な絶縁材料を使用することができる。また、巻線導体を内側から外側へ異なる絶縁材料で絶縁することも可能である。

【0025】

本発明による空隙巻線は、好ましくは６０ ｍｍ未満の直径を有し、小型または小規模のモータに使用することを意図している。

【0026】

以下、本発明の実施形態の実施例を、図面を参照して説明する。

【図面の簡単な説明】

【0027】

【図1】第１の実施形態における本発明による空隙巻線の概略斜視図である。

【図2】図２は、図１からの本発明による空隙巻線を更なる概略斜視図で示す。

【図3】図３は、側面図における図１および図２からの本発明による空隙巻線である。

【図4】図４は、第２の実施形態における本発明による空隙巻線の側面図である。

【図5】図５は、図４からの本発明による空隙巻線を通る縦断面図である。

【図6】図６は、図４および図５からの本発明による空隙巻線の第１の巻線ヘッドの詳細な斜視図である。

【図7】図７は、図４～図６からの本発明による空隙巻線の第１の巻線ヘッドの上面図である。

【図8】図８は、図４～図７からの本発明による空隙巻線の第２の巻線ヘッドの詳細な斜視図である。

【図9】図９は、図４～図８からの本発明による空隙巻線の第２の巻線ヘッドの上面図である。

【図10】図１０は、第１巻線ヘッドの平面１（Ａ）において、図４からの本発明による空隙巻線を通る横断面図である。

【図11】図１１は、第１巻線ヘッドの平面２（Ｂ）において、図４からの本発明による空隙巻線を通る横断面図である。

【図12】図１２は、第１巻線ヘッドの平面３（Ｃ）において、図４からの本発明による空隙巻線を通る横断面図である。

【図13】図１３は、第１巻線ヘッドの平面４（Ｄ）において、図４からの本発明による空隙巻線を通る横断面図である。

【図14】図１４は、第１巻線ヘッドの平面５（Ｅ）において、図４からの本発明による空隙巻線を通る横断面図である。

【図15】図１５は、第２巻線ヘッドの平面１（Ｆ）において、図４からの本発明による空隙巻線を通る横断面図である。

【図16】図１６は、第２巻線ヘッドの平面２（Ｇ）において、図４からの本発明による空隙巻線を通る横断面図である。

【図17】図１７は、第２巻線ヘッドの平面３（Ｈ）において、図４からの本発明による空隙巻線を通る横断面図である。

【図18】図１８は、図１０～１７の凡例を示す図である。

【詳細な説明】

【0028】

以下の説明において、同一部分には同一の符号を付して説明する。図が、関連する図の説明において詳細に扱われていない参照符号を含む場合は、先行または後続の図の説明を参照する。

【0029】

図１～図３は、本発明に係る空隙巻線１の第１の概略実施例を示したものであり、本発明に係る空隙巻線の基本構造を明らかにすることを目的としている。

【0030】

空隙巻線は、複数の軸方向導体６が空隙巻線の軸３に平行に連続する中空円筒状主要部分２を有する。主要部分２の長さは、空隙巻線の有効長と一致する。これは、主要部分２内で連続する軸方向導体６が電気機械のトルク形成に寄与しているからである。図１は、主要部分２の軸方向導体６がそれぞれ円環セクタの形をした横断面を有し、円環セクタの外円環アークおよび内円環アークが、好ましくは、それぞれ軸（３）上の中心点の周りに延びることを示している。主要部分２の軸方向両端部には、空隙巻線の２つの巻線ヘッド４，５が見える。巻線ヘッド接続部７、８、９、１１、１２および１３はこれらの中に連続し、これを介して２つの軸方向導体がそれぞれ互いに接続される。巻線ヘッド接続部は必要であるが、オーム損失のみを発生し、トルク発生に寄与しない。

【0031】

２つの巻線ヘッド４および巻線ヘッド５は、中空円筒状主要部分２を越えて異なる方向に径方向に突出している。第１の巻線ヘッド４は径方向外向きに突出し、第２の巻線ヘッド５は径方向内向きに突出している。図３に示すように、巻線ヘッド接続部７、８、９、１１、１２および１３は、いくつかの軸方向に間隔を置いた平面に配置される。第１の巻線ヘッド４は、５つの平面Ａ、平面Ｂ、平面Ｃ、平面Ｄおよび平面Ｅを有している。したがって、第１の巻線ヘッドの巻線ヘッド接続部７、８および９は、５つの異なる平面に沿って連続しており、特に図１から分かるように、３つの異なる径方向平面または中心からの３つの異なる径方向距離に沿って連続している。この時点で、第１の巻線ヘッドの全巻線ヘッド接続部の半分のみが、提示および明瞭性の理由から示されていることに留意されたい。第２の巻線ヘッドは、３つの平面Ｆ、平面Ｇおよび平面Ｈを有している。したがって、第２の巻線ヘッドの巻線ヘッド接続部１１、１２および１３は、３つの異なる平面内に連続しており、特に図２から分かるように、３つの異なる半径方向平面内にも連続している。一般に、２つの巻線ヘッドの各々の巻線ヘッド接続部は、３つの異なる半径を有する円形曲線または円形円弧に沿って連続し、円形曲線または環状円弧の中心は、３に位置する。

【0032】

図１～図３に示す空隙巻線は、３相である。巻線ヘッド接続部７、巻線ヘッド接続部１３およびそれらの間に連続する軸方向導体６は第１の位相に属し、巻線ヘッド接続部８、巻線ヘッド接続部１２およびそれらの間に連続する軸方向導体６は第２の位相に属し、巻線ヘッド接続部９、巻線ヘッド接続部１１およびそれらの間に連続する軸方向導体６は第３の位相に属する。第１の巻線ヘッド４では、３つの異なる位相の巻線ヘッド接続部７、巻線ヘッド接続部８および巻線ヘッド接続部９の間に半径方向のオフセットがあり、第２の巻線ヘッド５では、３つの異なる位相の巻線ヘッド接続部１１、巻線ヘッド接続部１２および巻線ヘッド接続部１３の間に軸方向のオフセットがある。第１の巻線ヘッドでは、第３の位相の外の巻線ヘッド接続部９が最大半径の円弧上を連なり、第２の位相の中央の巻線ヘッド接続部８と第１の位相の内の巻線ヘッド接続部７とを径方向に囲む。一方、第２の巻線ヘッド５では、単相の巻線ヘッド接続部が半径の異なる３つの円弧上を同心円状に連なる。

【0033】

図１～図３は概略的な実施例のみを示しているが、図４～図１７は本発明に係る空隙巻線の具体的な実施例を示している。第１の巻線ヘッドにおける巻線ヘッド導体の配置を除き、一般的な構造は、図１～図３に示される概略的な実施例と同じである。しかしながら、第１の巻線ヘッドには、スターポイントを生成するための導電体の形態の付加的な構造が設けられている。従って、第１の巻線ヘッド４上の巻線ヘッド導体の配置は幾分より複雑であるので、図４～図９に基づいて、３つの異なる位相への巻線ヘッド導体の明確な割り当てを一見して行うことはできない。しかしながら、巻線ヘッド導体の正確な経路は、図１０～図１７の横断面図に基づいて追跡することができる。図１０～図１７に使用されているハッチングおよび使用されている記号の説明は、図１８に見ることができる。第１の巻線ヘッド４は、図６および図７に詳細に示されている。これらの２つの図から、３つの異なる位相に対して３つの接続部１４、接続部１５および接続部１６が規定されることもわかる。接続部は、ハンダ接続部によって実現されることが好ましい。この目的のために、３つの端子１４、端子１５および端子１６は、接続リードおよびハンダを受容するように設計された凹部を有する。図４、図６および図７において、巻線ヘッド４は様々な接続片を有していることも分かる。たとえば、図６に示す軸方向コネクタ１７は、第１の巻線ヘッド４の平面３（Ｃ）及び５（Ｅ）を接続する役割を果たし、一方、図４に示す軸方向コネクタ１８は、平面１（Ａ）及び３（Ｃ）を接続する役割を果たす。また、図６および図７には、たとえば、ラジアルコネクタ１９が示されており、この径方向コネクタ１９を介して、軸方向導体６の１つから関連する外巻線ヘッド接続部９への接続が行われる。なお、接続片は、厳密には巻線ヘッド接続部に属するものである。

【0034】

図８は、図４～図７に示される本発明の空隙巻線システムの第２の巻線ヘッドの詳細な斜視図を示す。軸方向導体６は、主要中空円筒部分２を形成している。第２の巻線ヘッド５には、平面１（Ｆ）の巻線ヘッド接続部１１が示されている。これらは、平面２（Ｇ）における巻線ヘッド接続部１２によって、図では大部分が覆われている。平面３（Ｈ）における巻線ヘッド接続部１３は、以下の巻線ヘッド接続部を完全にカバーしないように、部分的にのみ示されている。第２の巻線ヘッドの巻線ヘッド接続部の正確な経路は、図１５～図１７に示される。

【0035】

図９は、図４から図８までの本発明による空隙巻線の第２の巻線ヘッドの上面図を示す。図９では、空隙巻線１の反対側の端部に配置された第１の巻線ヘッドの中央巻線ヘッド接続部８と第１の巻線ヘッドの外巻線ヘッド接続部９とも見える。第２の巻線ヘッド５には、平面１（Ｆ）の巻線ヘッド接続部１１と平面２（Ｇ）の巻線ヘッド接続部１２と平面３（Ｈ）の巻線ヘッド接続部１３とが示されている。第２の巻線ヘッドの巻線ヘッド接続部の正確な経路は、図１５～図１７に示される。また、第２の巻線ヘッドの平面３（Ｈ）における巻線ヘッド接続部の導体幅ＢＬ３と、第２の巻線ヘッドの平面１（Ｆ）および平面２（Ｇ）における巻線ヘッド接続部の導体幅ＢＬ４とが示されている。

【0036】

図８および図９は、本発明による図４～図７の空隙巻線の第２の巻線ヘッドを示す。第２の巻線ヘッドの巻線ヘッド接続部の正確な経路は、図１５～図１７に示される。

【0037】

図１０は、第１の巻線ヘッドの平面１（Ａ）における図４から図９の空隙巻線を通る断面を示す。空隙巻線１の反対側の端部には、第２の巻線ヘッド５が平面１（Ｆ）の巻線ヘッド接続部１１とともに示されている。第１の巻線ヘッドの平面１（Ａ）の横断面において、位相１の接続部１４、ならびに位相２の接続部１５および位相３の接続部１６が置かれている。また、軸方向導体６と第１の巻線ヘッドの外巻線ヘッド接続部９との間の径方向接続片１９を示す。さらに、第１の巻線ヘッドの中間巻線ヘッド接続部８と外巻線ヘッド接続部９が示されている。符号８が付された中間巻線ヘッド接続部は、ハッチングに従った２つの位相間の電気接続部を表し、符号９が付された外巻線ヘッド接続部は、位相２の電気接続部を表す。第１の巻線ヘッドの平面１（Ａ）では、位相１および位相２の巻線ヘッド接続部、ならびに２つの位相間の電気接続部が連続する。

【0038】

図１１は、第１の巻線ヘッドの平面２（Ｂ）における横断面を示す。空隙巻線１の反対側の端部では、第２の巻線ヘッド５が、平面１（Ｆ）の巻線ヘッド接続部１１とともに再び示されている。第１の巻線ヘッドの平面２（Ｂ）の横断面には、位相１の接続部１４、ならびに位相２の接続部１５および位相３の接続部１６がある。さらに、第１巻線ヘッドの内巻線ヘッド接続部７、中間巻線ヘッド接続部８及び外巻線ヘッド接続部９を示す。符号７および符合９が付された内巻線ヘッド接続部および外巻線ヘッド接続部は、ハッチングに従った位相１の電気接続部を表し、符号８が付された中間巻線ヘッド接続部は、ハッチングに従った位相２の電気接続部を表す。

【0039】

図１２は、第１の巻線ヘッドの平面３（Ｃ）における横断面を示す。空隙巻線１の反対側の端部には、平面１（Ｆ）の巻線ヘッド接続部１１を有する第２の巻線ヘッド５が示されている。ハッチングによれば、３相全ての巻線ヘッド接続部は、第１の巻線ヘッドの平面３（Ｃ）内で連続している。基準線８で示された中間巻線ヘッド接続部は、ハッチングに従って位相１の電気接続部を表し、基準線９で示された外巻線ヘッド接続部は、ハッチングに従って位相３の電気接続部を表す。

【0040】

図１３は、第１の巻線ヘッドの平面４（Ｄ）における横断面を示す。空隙巻線１の反対側の端部には、平面１（Ｆ）の巻線ヘッド接続部１１を有する第２の巻線ヘッド５が示されている。このハッチングによれば、３相すべての巻線ヘッド接続部も、第１の巻線ヘッドの平面４（Ｄ）内で連続している。さらに、ハッチングによれば、第１の巻線ヘッドの平面４（Ｄ）には、位相間の電気接続部が配置されている。

【0041】

図１４は、本発明による空隙巻線の第１の巻線ヘッドの平面５（Ｅ）における断面を示す。空隙巻線１の反対側の端部では、第２の巻線ヘッド５が、平面１（Ｆ）の巻線ヘッド接続部１１とともに再び示されている。ハッチングによれば、第２の位相および第３の位相の巻線ヘッド接続部も第１の巻線ヘッドの平面５（Ｅ）内で連続している。符号８が付された中間巻線ヘッド接続部は、ハッチングに従って位相２の電気接続部を表し、符号９が付された外巻線ヘッド接続部は、ハッチングに従って位相３の電気接続部を表す。

【0042】

図１５は、本発明による空隙巻線の第２の巻線ヘッドの平面１（Ｆ）における断面を示す。巻線ヘッド接続部１１は、第２の巻線ヘッドの平面１（Ｆ）内を連ねる。この平面を連ねる巻線ヘッド接続部は、ハッチングに従った位相３の巻線ヘッド接続部である。

【0043】

図１６は、本発明による空隙巻線の第２の巻線ヘッドの平面２（Ｇ）における断面を示す。巻線ヘッド接続部１２は、第２の巻線ヘッドの平面２（Ｇ）内を連ねる。さらに、巻線ヘッド接続部１３は、第２の巻線ヘッドの平面３に示されている。ハッチングによれば、位相２の巻線ヘッド接続部は平面２（Ｇ）内を連ねる。

【0044】

図１７は、本発明による空隙巻線の第２の巻線ヘッドの平面３（Ｈ）における断面を示す。巻線ヘッド接続部１３は、第２の巻線ヘッドの平面３（Ｈ）内を連ねる。この平面を連ねる巻線ヘッド接続部は、ハッチングに従った位相１の巻線ヘッド接続部である。

【0045】

図１５～図１７は、各位相の巻線ヘッド接続部が巻線ヘッドの軸方向平面上に配置されていることを示している。これは、第２の巻線ヘッドにおける異なる位相間の軸方向オフセットをもたらす。

【0046】

本発明による空隙巻線は、巻線ヘッド接続部及び位相巻線のオーム抵抗に関して最適化される。第１の巻線ヘッド４の内巻線ヘッド接続部７の導体幅ＢＬ１は、ロータの外径とステータの内径によって制限される設置スペースに依存する。中央巻線ヘッド接続部８および外巻線ヘッド接続部９は、導体幅ＢＬ２を有する。これは、導体幅ＢＬ１よりも大きい。導体の高さは、第１の巻線ヘッドの全ての巻線ヘッド接続部に対して同じであるので、中央巻線ヘッド接続部および外巻線ヘッド接続部は、内巻線ヘッド接続部よりも大きな横断面を有する。この結果、オーム抵抗が減少する。これは、中央巻線ヘッド接続部および外巻線ヘッド接続部のより長い長さを補償する。加えて、ストランドの全体的な抵抗が低減され、これはオーム損失を低減し、全体的な効率を増加させる。同様に、第２の巻線ヘッドの巻線ヘッド接続部は、異なる導体幅ＢＬ３およびＢＬ４と、異なる導体の高さＨＬ１およびＨＬ２とを有する。

【0047】

図５の縦断面図は、空隙巻線の巻線導体がセラミック絶縁マトリクス１０に埋め込まれていることを示す。図示および明瞭化のために、セラミック絶縁体は他の図には示されていない。この場合のハッチングは、単に銅のような導電性材料で作られた導電体を周囲のセラミックマトリックスから区切る役割を果たすだけである。特定の電気位相または位相間の接続要素への参照は確立しない。内向きに突出する第２の巻線ヘッド５は、セラミック製であってもよく、適切な支持構造体２０によって安定化される。

【0048】

図１８は、図１０において使用された１７に対するハッチングおよび記号の凡例を示す。最初の３つのボックスは、位相１、位相２および位相３の電気接続部のための異なるハッチングを示す。４番目のボックスは、２つの位相間の電気接続部のハッチングを示す。５番目のボックスは、図面平面から前の巻線平面または軸方向導体への軸方向接続部の記号を示す。６番目のボックスは、図面平面への、巻線平面または軸方向導体までの軸方向接続部の記号を示す。７番目のボックスは、図面平面から図面平面の両方への軸方向接続部の記号を示す。

【符号の説明】

【0049】

１…空隙巻線、
２…主要部分、
３…軸、
４…第１の巻線ヘッド、
５…第２の巻線ヘッド、
６…軸方向導体、
７…第１の巻線ヘッドの内巻線ヘッド接続部、
８…第１の巻線ヘッドの中間巻線ヘッド、
９…第１の巻線ヘッドの外巻線ヘッド接続部、
１０…セラミック絶縁体、
１１…第２の巻線ヘッドの平面１内の巻線ヘッド接続部、
１２…第２の巻線ヘッドの平面２内の巻線ヘッド接続部、
１３…第２の巻線ヘッドの平面３内の巻線ヘッド接続部、
１４…位相１の接続部、
１５…位相２の接続部、
１６…位相３の接続部、
１７…第１の巻線ヘッドの位相３および位相５の間の軸方向接続片、
１８…第１の巻線ヘッドの位相１および位相３の間の軸方向接続片、
１９…第１の巻線ヘッドの外巻線ヘッドおよび軸方向導体の間の径方向接続片、
２０…支持構造体、
Ａ…第１の巻線ヘッドの平面１、
Ｂ…第１の巻線ヘッドの平面２、
Ｃ…第１の巻線ヘッドの平面３、
Ｄ…第１の巻線ヘッドの平面４、
Ｅ…第１の巻線ヘッドの平面５、
Ｆ…第２の巻線ヘッドの平面１、
Ｇ…第２の巻線ヘッドの平面２、
Ｈ…第２の巻線ヘッドの平面３、
ＨＬ１…第２の巻線ヘッドの平面１および平面２の間の巻線ヘッド接続部の導体の高さ、
ＨＬ２…第２の巻線ヘッドの平面３の巻線ヘッド接続部の導体の高さ、
ＢＬ１…第１の巻線ヘッドの内巻線ヘッド接続部の導体の高さ、
ＢＬ２…第１の巻線ヘッドの中心および外巻線ヘッド接続部の導体の幅、
ＢＬ３…第２の巻線ヘッドの平面３の巻線ヘッド接続部の導体の幅、
ＢＬ４…第２の巻線ヘッドの平面１および平面２の巻線ヘッド接続部の導体の幅。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【国際調査報告】