(57)【要約】  ステータが、交互的順序で３６のスロットと歯とを含み、また３つの巻線相（３４、３５、３６）を備えて少なくとも部分的にスロット内に配置される巻線系（１０）を含む。巻線系が、各々２つのスロット内に設けられる合計１８の部分コイルを含み、一方の部分コイルの１つに付設された両方のスロットの間に、他方の部分コイルの別の１つに付設されたスロットがある。部分コイルの各２つが、相互接続された９つの部分コイル群（２９）の１つを形成し、１つの部分コイル群に付属する４つの隣接スロットのうち第１、第３スロットがこの部分コイル群（２９）の一方の部分コイルに付設され、第２、第４スロットが他方の部分コイルに付設されている。各部分コイル群（２９）の両方の部分コイルが各々２つの異なる巻線相に付設されている。２つの隣接部分コイル群（２９）の間に各々１つの実質非巻回歯（３０）が設けられている。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステータを有し、該ステータが、交互的順序で３６のスロット（６）と３６の歯（７）とを含み、かつ３つの巻線相（３４、３５、３６）を備えて少なくとも部分的にスロット（６）内に配置される巻線系（１０）を含んだ電気機械（１）であって、
ａ）巻線系（１０）が、各々２つのスロット（６）内に設けられる合計１８の部分コイル（１１〜２８）を含み、部分コイル（１３、１４、１５、１９、２０、２１、２５、２６、２７）の１つに付設された両スロット（６）間に、部分コイル（１１、１２、１６、１７、１８、２２、２３、２４、２８）の別の１つに付設されたスロット（６）があり、
ｂ）部分コイル（１１〜２８）の各２つが、相互接続された９つの部分コイル群（２９）の１つを形成し、１つの部分コイル群（２９）に付属する４つの隣接スロット（６）のうち第１、第３スロット（６）がこの部分コイル群（２９）の一方の部分コイル（１３、１４、１５、１９、２０、２１、２５、２６、２７）に付設され、第２、第４スロット（６）が他方の部分コイル（１１、１２、１６、１７、１８、２２、２３、２４、２８）に付設されており、
ｃ）各部分コイル群（２９）の両方の部分コイル（１１〜２８）が各々２つの異なる巻線相（３４、３５、３６）に付設されており、
ｄ）２つの隣接部分コイル群（２９）の間に各々１つの非巻回歯（３０）が設けられている電気機械。
【請求項２】
非巻回歯（３０）の内部に供給通路又は冷却通路（３１）が配置されている請求項１記載の電気機械。
【請求項３】
１４〜２２の範囲内、特に１６又は２０の極数が設けられている請求項１記載の電気機械。
【請求項４】
永久磁石（５）を備えたロータ（３）が設けられている請求項１記載の電気機械。
【請求項５】
ａ）各巻線相（３４、３５、３６）が、各々３つの直列に接続された部分コイル（１１〜２８）を備えて並列に接続された２つの部分巻線相（３７、３８、３９、４０、４１、４２）から成り、
ｂ）第１巻線相（３４）において
ｂ１）第１部分巻線相（３７）に付設されているのが、
第１部分コイル（１１）用第２、第４スロット（６）、
第２部分コイル（１２）用第６、第８スロット（６）、
第３部分コイル（１３）用第１５、第１３スロット（６）、
ｂ２）第２部分巻線相（３８）に付設されているのが、
第４部分コイル（１４）用第３３、第３５スロット（６）、
第５部分コイル（１５）用第２９、第３１スロット（６）、
第６部分コイル（１６）用第２４、第２２スロット（６）であり、
ｂ３）第１、第２、第６部分コイル（１１、１２、１６）が同じ第１巻回方向を有し、第３、第４、第５部分コイル（１３、１４、１５）が第１巻回方向とは逆の同じ第２巻回方向を有し、
ｃ）第２、第３巻線相（３５、３６）のスロット割当てが、第１巻線相（３４）のスロット割当てと比較して、２４又は１２スロット位置だけのモジュロ３６シフトによって与えられている請求項１記載の電気機械。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気機械であって、ステータを有し、該ステータが、交互的順序で３６のスロットと３６の歯とを含み、かつ３つの巻線相を備えて少なくとも部分的にスロット内に配置された巻線系を含むものに関する。
【背景技術】
【０００２】
特に永久磁石同期機として実施されるこのような電気機械に関し、現在実質的に２つの異なる実施形態があり、それらはその各巻線系の構造によって相違している。
【０００３】
第１実施形態では、３つの巻線相の部分巻線が互いに完全に相互接続される。即ち、例えば３つの連続するスロットに、３つの巻線相の各々別の１つに付属する電気導体が割り当てられる。それに応じ、１２スロット構成では第１巻線相の第１部分巻線が第１、第４スロット内に配置され、第２巻線相の第１部分巻線が第２、第５スロット内に配置され、第３巻線相の第１部分巻線が第３、第６スロット内に配置される。各第１部分巻線と直列に接続される第２部分巻線のスロット割当ては、各々６つのスロット位置を追加することによって第１部分巻線のスロット割当てから生じる。この巻線系は極数が４、即ち有効極対数が２であり、スロット数（＝１２）と極数（＝４）との比の値は３となる。第１実施形態に関しこれは代表的な最低値である。選択的第１実施形態では、４８のスロット数と１６の極数が設けられており、やはり３の比の値が生じる。
【０００４】
第２実施形態では、３つの巻線相の部分巻線が、コイル端領域の相互接続を除き、互に完全に分離される。部分巻線として利用される所謂歯巻回コイルは、特に各々２つの隣接スロット内に嵌挿され、両方の隣接スロットの間にある歯を取り囲む。一方のスロットには２つの異なる歯巻回コイルの電気導体を配置できる。その結果、６スロット構成では、第１巻線相の第１歯巻回コイルは第１、第２スロット内に配置され、第２巻線相の第１歯巻回コイルは第２、第３スロット内に配置され、第３巻線相の第１歯巻回コイルは第３、第４スロット内に配置される。各第１歯巻回コイルと直列に接続された第２歯巻回コイルのスロット割当ては、各々３つのスロット位置を追加することで第１歯巻回コイルのスロット割当てから生じる。この巻線系も極数が４であり、スロット数（＝６）と極数（＝４）との比の値は１．５となる。第２実施形態に関し、これは代表的最大値である。選択的第２実施形態では、２４のスロット数と１６の極数とされ、１．５の比の値が生じる。
【０００５】
第１実施形態による電気機械は比較的大きなコイル端を有するのに対し、第２実施形態はスロット総表面積が比較的小さくなる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
そこで本発明の課題は、指摘した先行技術に対し改良された挙動を有する冒頭に指摘した種類の電気機械を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この課題は、請求項１の特徴事項によって解決される。本発明に係る電気機械は、
ａ）巻線系が、各々２つのスロット内に設けられる合計１８の部分コイルを含み、部分コイルの１つに付設された両方のスロットの間に、部分コイルの別の１つに付設されたスロットがあり、
ｂ）部分コイルの各２つが、相互接続された９つの部分コイル群の１つを形成し、１つの部分コイル群に付属する４つの隣接スロットのうち第１、第３スロットがこの部分コイル群の一方の部分コイルに付設され、第２、第４スロットが他方の部分コイルに付設され、
ｃ）各部分コイル群の両方の部分コイルが各々２つの異なる巻線相に付設され、
ｄ）２つの隣接部分コイル群の間に各々１つの実質的に非巻回の歯が設けられた
電気機械である。
【０００８】
本発明に係る電気機械は、特に巻線ピッチ１−３が設けられ、部分的に相互接続された巻線系を有する。本発明に係る電気機械は、完全に相互接続された巻線系を有する公知実施形態と歯巻回コイル−巻線系を有する公知実施形態との間の極めて有利な中間態様である。そのスロット数／極数比は公知実施形態のスロット数／極数比の間にある。本発明に係る電気機械は、３つ全ての巻線相ではなく、各々単に２つの巻線相が互いに相互接続されているので、比較的僅かなコイル端高さを可能とする。本発明に係る電気機械は更に、特に０．８５超の高い巻線係数を有する。匹敵する極数の場合、本発明に係る電気機械は全スロットの総表面積が、歯巻回コイル−巻線系を有する電気機械よりも大きい。このことは、銅損の故に巻線系の電気導体内に発生する熱の排出にとって好ましい。
【０００９】
本発明に係る電気機械の有利な諸構成は、請求項１に従属した請求項に示す。
【００１０】
非巻回歯の内部に供給通路又は冷却通路を配置した変更態様が好ましい。これにより電気機械は付加的機能性を備えることになる。この結果、特に冷却を改善できる。非巻回歯はコイル端領域で実質自由に接近可能であり、前記通路は極めて良好に接続できる。
【００１１】
更に、極数は１４〜２２の範囲内、特に１６又は２０となし得る。その際、電気機械は特別高い、例えば約０．９４５の巻線係数を持つ。こうして、３６のスロットを有する所定のステータ薄板切片の場合、極数範囲全体が極めて良好にカバーされる。所要の２〜１２の極数の場合、特に完全に相互接続された巻線系を、所要の１４〜２２の極数の場合、本発明に係る部分的相互接続巻線系を、そして少なくとも２４の所要の極数の場合、歯巻回コイル−巻線系をそれぞれ設けることができる。従って電気機械の挙動は使用する巻線系に応じて、しかし各々同じステータ薄板切片の場合、極めて異なるように設計できる。
【００１２】
電気機械は、永久磁石を装備したロータを持つ永久磁石機であるとよい。永久磁石機、特に同期電動機等の永久磁石同期機は、今日しばしば大量生産品であり、その製造時に特別重要なのはコンポーネントの使用可能性に関する一定の柔軟性である。本発明に係る電気機械では、別の機械の既存のステータ薄板切片を使用できる利点がある。
【００１３】
更に、アウタロータ又はインナロータとして形成したロータを設けた変更態様が好ましい。前記好ましい巻線系は、両方の実施形態において前記利点をもって利用できる。
【００１４】
本発明のその他の特徴、利点および詳細を、図面を基に実施例についての以下の説明から明らかとする。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
図１、図２において相対応する部品には同じ符号を付している。
【００１６】
電気機械１の１実施例を図１に横断面図で示す。この電気機械は永久磁石同期電動機として形成され、ステータ２と回転軸線４の周りを回転可能に支承されたロータ３を含む。ロータ３はインナロータであり、本実施例では周面に均一に配設された合計１６の永久磁石５を備えている。ステータ２はロータ３に向き合うその内壁体に、周面に均一に配設された複数のスロット６、図１の実施例では合計３６のスロットを含み、スロット間に各１つの歯７が配置されている。歯は、外側に設けられたヨーク８で互いに結合されている。スロット６の内部で３相巻線系１０の電気導体９が配置されている。巻線系１０は比較的高い１６の有効極数を有する。スロット数／極数の比は２．２５である。
【００１７】
高い極数のため、歯７内に生ずる磁界は低い。従って、ヨーク８も比較的細く、即ち僅かな半径方向幅となし得る。それにも係らず、磁束ガイドが損なわれることはない。全体として、低い重量でコンパクトな構造態様が得られる。
【００１８】
巻線系１０の詳細は、図２の巻線線図から読み取れる。図２から明らかな如く、この巻線系１０は１８の部分コイル１１〜２８で実現されている。部分コイル１１〜２８は、各々所謂巻線ピッチ１−３で巻回されている。即ち、部分コイル１１〜２８のうちの１部分コイルの電気導体９を配置された両方のスロット６間に、スロット６の内の他のスロットが各々配置されている。
【００１９】
部分コイル１１〜２８の内の各２つが、９つの相互接続された部分コイル群２９の１つを形成する。１つの部分コイル群２９に付属する４つの隣接スロットの内、第１、第３スロットは各部分コイル群２９の一方の部分コイル１３、１４、１５、１９、２０、２１、２５、２６又は２７に付設され、第２、第４スロットは他方の部分コイル１１、１２、１６、１７、１８、２２、２３、２４又は２８に付設されている。
【００２０】
２つの隣接部分コイル群２９間に、各１つの非巻回の歯３０が設けられている。この各非巻回歯３０の中に配置される管状冷却通路３１は、例えば回転軸線４の方向の長手穴により形成されている。冷却通路３１はコイル端３２、３３の領域で、詳しくは示さない方法で接続又は方向転換されている。冷却通路３１は必須でなく、省略可能である。即ち、図示しない選択的実施例では、更に、別の形状に形成した供給通路を設け得る。
【００２１】
図２に示すように、軸線方向、即ち回転軸線４の方向でステータ２の本来の活性部分の両方の正面に各々コイル端３２又は３３用の領域が設けられている。部分コイルターンの導体９がコイル端３２の領域では方向転換されるだけであるのに対して、コイル端３３の領域では部分コイル１１〜２８の電気的相互接続も行われる。
【００２２】
巻線系１０は３相であり、即ち３つの巻線相３４、３５、３６を含む。図２では第１巻線相３４を実線、第２巻線相３５を破線、第３巻線相３６を一点鎖線で示している。
【００２３】
各部分コイル群２９の一方の部分コイル１３、１４、１５、１９、２０、２１、２５、２６又は２７と他方の部分コイル１１、１２、１６、１７、１８、２２、２３、２４又は２８は、３つの巻線相３４、３５、３６の内各２つの異なる巻線相に付属している。
【００２４】
各巻線相３４、３５、３６は、並列に接続された２つの部分巻線相３７と３８、３９と４０又は４１と４２で構成されている。部分巻線相３７〜４２は、部分コイル１１〜２８の内の３つの部分コイルの直列回路を各々含む。
【００２５】
図２に付加的に書き込んだスロット６の連続番号を考慮して、巻線系１０について以下の構造が得られる。
第１巻線相３４の第１部分巻線相３７に付設されているのは、
第１部分コイル１１用の第２、第４スロット、
第２部分コイル１２用の第６、第８スロット、および
第３部分コイル１３用の第１５、第１３スロットである。
【００２６】
第１巻線相３４の第２部分巻線相３８に付設されているのは、
第４部分コイル１４用の第３３、第３５スロット、
第５部分コイル１５用の第２９、第３１スロット、および
第６部分コイル１６用の第２４、第２２スロットである。
第１、第２、第６部分コイル１１、１２、１６は同じ第１巻回方向を有する。第３、第４、第５部分コイル１３、１４、１５は逆向きに巻回されており、第１巻回方向とは逆の第２巻回方向を有する。
【００２７】
第２、第３巻線相３５、３６のスロット割当ては、第１巻線相３４のスロット割当てと比較し、２４又は１２スロット位置だけのモジュロ（Modulo）３６シフトによって与えられている。これは２４０°又は１２０°の機械的シフトに一致している。
【００２８】
全体として、こうして得られた巻線系１０は部分的に相互接続されている。この巻線系は、完全に、即ち３相で相互接続された巻線系の公知実施形態と相互接続されていない歯巻回コイル−巻線系の公知実施形態との間にあるものである。
【００２９】
この電気機械１は僅かな高さのコイル端３２、３３と、約０．９４５の高い巻線係数とを有する。この電気機械は更に、全スロット６の内壁体に向き合う大きな総表面積と随意選択による冷却通路３１との故に熱排出が極めて良好である。コンパクトな構造態様と僅かな重量も好ましい。更に、有利なことに別の電気機械の既存のステータ薄板切片を使用できる。このため柔軟性が高まり、費用のかかる新たな設備投資が避けられる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】部分的に相互接続された巻線系を備えた電気機械の１実施例を横断面図で示す。
【図２】図１の電気機械の巻線線図の１実施例を示す。
【符号の説明】
【００３１】
１  電気機械、２  ステータ、３  ロータ、５  永久磁石、６  スロット、７  歯、１０  巻線系、１１〜２８  部分コイル、２９  部分コイル群、３０  歯、３１  供給通路又は冷却通路、３４〜３６  巻線相、３７〜４２  部分巻線相
【図１】
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【図２】
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【国際調査報告】
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