(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーストラック型のコイル巻線中心から内側に配置される内側層及び外側に配置される外側層の２層を形成するワイヤを有するコイルであって、
前記外側層を形成するように巻かれた第１のターンと、
前記第１ターンに続き、前記内側層を形成するように位置決めされた後続のターンとを有し、
前記第１ターンの内側には、前記後続のターンのワイヤが存在しないことを特徴とする固定子コイル巻線。
【請求項２】
前記外側層のターン数が内側層よりも１つ少ない請求項１記載の固定子コイル巻線。
【請求項３】
前記内側層の後続のターンは複数である請求項１記載の固定子コイル巻線。
【請求項４】
固定子コイル巻線は、固定子内のスロット内に埋設されていて該スロット内の個々の歯部周りに巻装されている請求項１記載の固定子コイル巻線。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【技術分野】
この発明は全般的にコイル巻線、更に具体的にいえば、切換え磁気抵抗機械を基本とする内部始動器発電機のための巻線に関する。
ここに記載する発明は、合衆国空軍省による空軍契約番号Ｆ３３６１５−９４−Ｃ−２５０４のもとになされた仕事の遂行上に生まれたものであり、合衆国政府はある権利を有する。
【０００２】
【発明の背景】
ジェット・エンジン内部始動器発電機に利用されるような高速で大電力の切換え磁気抵抗機械では、渦電流損失がＩ２Ｒ損失を超える傾向がある。こういう機械は、外側寸法が典型的には０．０９０吋×０．１２５吋又はそれ以上の矩形の中空導体で作られたターンの１相当たりの数が少ないのが特徴である。こういう導体が、典型的には１０００  Ｈｚより高い速度で急速にその振幅が変化する強い磁界にさらされる。一般的にＩ２Ｒ損失と呼ばれる、導体における電気損失は、巻線電流のｒｍｓ値の自乗に導体の直流抵抗値を乗じて計算される損失よりずっと大きい。この余分の損失は、導体の固体の壁に急速に変化する磁界によって誘起されて渦電流によるものである。通常、こういう渦電流損失は直流Ｉ２Ｒ損失の１０乃至８０％である。然し、高速で大電力の切換え磁気抵抗機械では、渦電流による余分の損失は直流Ｉ２Ｒ損失の何倍にもなり得る。同じ機械形式を内部始動器発電機に用いると、電力定格及び基本周波数は、外部始動器発電機の場合よりすぐに大きくなることがあり、渦電流損失が非常に大きくなる惧れがある。
【０００３】
大きい渦電流損失は多数の問題を招く。例えば、大きい渦電流損失のために必要となる冷却は、標準のエンジン潤滑油が使われる場合の従来の冷却装置に問題を招く。更に、システムの効率に対する悪影響も、大きな渦電流損失と共に目立ってくる。
従って、内部始動器／発電機装置における渦電流損失を減らすことが出来ることが好ましい。
【０００４】
【発明の要約】この発明は、固定子コイルの特定の配置及び巻装の構成によって、損失を減らせるようにする。なお、本明細書では、図１，２の上側をコイル巻線の上側とする。すなわち図１の上側から見るとコイルはレーストラック型である。従来の発明では、図１（Ａ）及び図２（Ａ）に記載されるように、点Ｓから始まる第１のターン１４は、レーストラック型コイル巻線の中心から内側にあるコイルの内側層にある第２のターン１６に接触して且つ上側にある。一方、本発明のコイル形式では、図１（Ｂ）及び図２（Ｂ）のように、第１のターン２２を外側へ移し、レーストラック型コイル巻線の中心から外側にある外側層に配置される。第１のターン２２を完成した後、ワイヤが内側層の第２のターン２４を形成するように配置される。この発明の巻線装置は、重量及び寸法に目立った影響なしに、従来の巻線装置に比べて、渦電流損失を大きく減少／防止する。
【０００５】
この発明の一態様では、固定子コイル巻線が、レーストラック型コイル巻線の中心から内側に配置される内側層及び外側に配置される外側層の２層形成するワイヤを有する。第１のターンが外側層に位置決めされ、後続のターンが内側層を形成する。第１ターンの内側には、後続のターンのワイヤが存在しない。
【０００６】
この発明の新規な特徴は、特許請求の範囲に具体的に記載してあるが、この発明自体の構成と作用、並びに目的及び利点は、以下図面について説明するところを参照すれば最もよく理解されよう。
【０００７】
【発明の詳しい説明】
この発明を切換え磁気抵抗機械を基本とした内部始動器発電機の巻線の構成の場合について説明するが、当業者であれば、この発明の考えを種々の部品に使うために容易に適応又は変更する事が出来る事が理解されよう。
この発明により、切換え磁気抵抗機械を基本とする内部始動器／発電機に対し、渦電流損失が大幅に減少／防止される。渦電流損失を減少するため、従来の考えでは、一層小さい、中空の導体を並列に使うことが要求されている。然し、こういう形式のコイルには非常に費用のかかる製造手順が必要になるため、これはすぐに非実用的になる。更に、こういうコイルは割合広くて開放したスロット内に配置されているから、深くて狭いスロットを持つ普通の大電力機械の場合より、渦電流の影響が一層著しくなる。
【０００８】
図面について説明すると、図１（Ａ）及び２（Ａ）は従来の固定子コイル巻線１０を示しており、それに対して図１（Ｂ）及び２（Ｂ）はこの発明の考えに従って巻装された固定子コイル巻線の構成１２を示している。コイル巻線装置１０、１２は点Ｓから出発し、点Ｆで終わる。典型的には、これらのコイルは巻装の理由から、外側層が内側層より１ターン少ない２層コイルとして巻装される。図１（Ａ）及び２（Ａ）に示す従来の場合、コイル１０の巻線の第１のターン１４は内側層１８にあり、直接的に、コイル１０の内側層１８の第２のターン１６の上に接触している。
【０００９】
図１（Ｂ）及び２（Ｂ）に示すこの発明のコイル形式では、従来ならば内側層１８のすぐ上に位置決めされ、固定子磁極の頂部（図に示していない）に接近している第１のターン２２が、実際には外側層２０に移され、直接的に外側層２０に位置決めされる。第１のターン２２を完成した後、コイルが内側層１８に位置決めされ第２のターン２４になる。第２のターン２４を含む後続ターンが複数続いた後、固定子コイル巻線の最下にくると、ワイヤは外側層２０に戻って外側層のターンを形成し、コイル巻線装置１２の最終点Ｆは外側層２０の第１のターン２２と下で接触するように終わる。
【００１０】
この発明の巻線の配置は実現可能であって、何らスロットの深さを深くすることを必要としない。そのため、この発明の巻線構成は重量の影響がほとんどあるいは全くないという利点を有する。コイルの全損失が、当業者に知られている有限要素解析の時間的な歩進から予測されるとおり、ほとんど１／２に減少する。従来のやり方並びにこの発明による巻装の仕方で巻装された９ターンの２つのコイルに対する異なる導体に対する損失の分布が図３に比較されている。図３で、異なる導体がＸ軸に沿って配置され、Ｗ／ｉｎで表した対応する渦電流損失がＹ軸に沿って示されている。導体の列２６は、従来のコイル巻線構成に対する損失の分布を示しており、これに対して導体の列２８はこの発明によるコイル巻線構成に対する損失の分布を示している。図３で、導体Ｃ９及びＣ１４は固定子磁極の頂部に（各々の側に１つずつ）配置されている。
【００１１】
頂部の導体（Ｃ９及びＣ１４）の損失が減少するだけでなく、磁束分布が変化したために、大多数の導体は、この発明に従って巻装した時、全損失が減少する事が、図３から明らかである。このため、この発明は、重量及び寸法に目立った影響なしに、従来の固定子コイル巻線の構成に比べて、渦電流損失の大幅の減少／防止ができる。
【００１２】
この発明のコイルの典型的な用途及びその方位を例示するために、図４に切換え磁気抵抗機械の電磁回路が、回転子鉄心３０及び固定子鉄心３２の固定子電磁回路と共に示されている。コイル１０が固定子にある大きなスロット３４内に埋設され、個々の歯又は磁極３６の周りに巻装されている。各々のコイルの頂部１０ｆが夫々回転子及び固定子鉄心３０、３２の間の空隙に隣接して配置される。各々のコイルの底部１０ｂが固定子鉄心内のスロット３４の底部に隣接して配置されている。広い開放したスロットのため、どのコイルの頂部１０ｆも割合強い磁界レベルにさらされ、それが渦電流損失の原因となる。この発明によるコイル巻線装置では、切換え磁気抵抗機械に基づく内部始動器／発電機に対し、渦電流損失が大幅に減少／防止される。
【００１３】
この発明の好ましい実施例を図面に示して説明したが、当業者であれば、この実施例が例に過ぎないことが理解されよう。当業者には、この発明を逸脱することなく、種々の変更及び置換が考えられよう。更に当業者であれば、この発明の考えは、種々の装置で目標を達成するように容易に適応又は変更する事が出来る事が理解されよう。特に、この発明の２層コイル装置は、頂部のターンが、１００ヘルツより高い周波数で変化する強い磁束密度の場にさらされるようなどんなコイルにも応用することができる。従って、この発明は特許請求の範囲の記載のみによって限定されることを承知されたい。
【図面の簡単な説明】
【図１】図（Ａ）は従来の構成のコイル巻線の斜視図、図（Ｂ）はこの発明による構成のコイル巻線の斜視図。
【図２】図（Ａ）は従来の構成のコイル巻線の正面図、図（Ｂ）はこの発明による構成のコイル巻線の正面図。
【図３】図１（Ａ）及び２（Ａ）に示すように巻装した異なる導体に対する渦電流損失の分布と、図１（Ｂ）及び２（Ｂ）に示すようにこの発明に従って巻装した導体に対する損失の分布とを比較したグラフ。
【図４】この発明のコイル巻線の用例として、切換え磁気抵抗機械の電磁回路を示す。
【図１】
0003566559.tif 000002
【図２】
0003566559.tif 000003
【図３】
0003566559.tif 000004
【図４】
0003566559.tif 000005